JP6894249B2 - Exhaust purification device - Google Patents

Exhaust purification device Download PDF

Info

Publication number
JP6894249B2
JP6894249B2 JP2017021555A JP2017021555A JP6894249B2 JP 6894249 B2 JP6894249 B2 JP 6894249B2 JP 2017021555 A JP2017021555 A JP 2017021555A JP 2017021555 A JP2017021555 A JP 2017021555A JP 6894249 B2 JP6894249 B2 JP 6894249B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter
dpf
temperature
exhaust
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017021555A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017219025A (en
Inventor
聖 袋田
聖 袋田
須沢 匠
匠 須沢
幸二 仙田
幸二 仙田
大河原 誠治
誠治 大河原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of JP2017219025A publication Critical patent/JP2017219025A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6894249B2 publication Critical patent/JP6894249B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気に含まれる粒子状物質を浄化するための排気浄化装置に関し、特に不燃物質の堆積を抑制し得るようにしたものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for purifying particulate matter contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and in particular, makes it possible to suppress the accumulation of non-combustible substances.

内燃機関から排出される排気に対する環境への影響をできるだけ少なくするため、排気中に含まれる有害成分を捕捉または吸着したり、あるいは無害化する排気浄化装置を排気通路中に組み込んだ内燃機関が知られている。例えば、圧縮点火方式の内燃機関においては、排気中にPM(Particulate Matter)と呼称される炭素質や炭化水素成分を含む可燃性の粒子状物質が含まれるため、PMトラップを排気通路に組み込んでこれを捕捉するようにしている。また、ピストンの往復動に伴って内燃機関の燃焼室に浸入するエンジン油には、カルシウム化合物などのいわゆるアッシュ、すなわち灰分の他に、マンガン化合物や亜鉛化合物あるいはリンや硫黄などを含む金属系添加剤が配合されている。これらの金属化合物は、通常、燃焼室で燃えて完全に分解することなく排気と共に不燃成分として燃焼室から排気通路へと排出されるため、このような不燃成分もまた、PMと共にPMトラップに捕捉されることとなる。 An internal combustion engine that incorporates an exhaust purification device in the exhaust passage that captures or adsorbs harmful components contained in the exhaust or detoxifies it in order to minimize the impact on the environment of the exhaust emitted from the internal combustion engine is known. Has been done. For example, in the internal combustion engine of the compression ignition type, because it contains combustible particulate material containing carbonaceous or hydrocarbon component called a PM (P articulate M atter) in the exhaust gas, the PM trapped in the exhaust passage I am trying to capture this by incorporating it. In addition, the engine oil that enters the combustion chamber of the internal combustion engine as the piston reciprocates contains so-called ash such as calcium compounds, that is, ash, as well as metal-based substances containing manganese compounds, zinc compounds, phosphorus, sulfur, and the like. The agent is mixed. Since these metal compounds are usually burned in the combustion chamber and discharged from the combustion chamber to the exhaust passage as non-combustible components together with the exhaust without being completely decomposed, such non-combustible components are also captured in the PM trap together with PM. Will be done.

このように、排気に含まれるPMや不燃成分がPMトラップに堆積し続けると、PMトラップが目詰まりを起こしてしまい、内燃機関の継続的かつ円滑な運転を困難にする。このため、このPMトラップに捕捉されたPMを燃焼させたり、不燃成分をPMトラップから除去して定期的にPMトラップを再生させる必要がある。 In this way, if PM and non-combustible components contained in the exhaust gas continue to accumulate in the PM trap, the PM trap will be clogged, making it difficult to continuously and smoothly operate the internal combustion engine. Therefore, it is necessary to burn the PM captured in the PM trap or remove the non-combustible component from the PM trap to regenerate the PM trap on a regular basis.

上述したPMトラップとして最もよく知られているものは触媒化DPF(Diesel Particulate Filter)であり、高温の排気を通過させることによって堆積したPMを燃焼させて除去することができる。しかしながら、不燃成分に関しては、高温の排気を通過させただけでは触媒化DPFからこれを除去させることが難しい。このような課題に対処するため、特許文献1においては排気通路を流れる排気流量が少ない内燃機関の運転状態において、触媒化DPFに流入する排気をリッチ空燃比の状態にしている。これにより、金属化合物成分、特に不燃成分の大部分を占めるカルシウム化合物が還元される結果、触媒化DPFからカルシウム化合物を除去することが可能となる。 Is what is best known as a PM trap described above is catalyzed DPF (Diesel P articulate F ilter) , it can be removed by burning PM deposited by passing the hot exhaust. However, it is difficult to remove the non-combustible component from the catalyzed DPF simply by passing it through a high-temperature exhaust gas. In order to deal with such a problem, in Patent Document 1, the exhaust gas flowing into the catalytic DPF is set to a rich air-fuel ratio state in the operating state of the internal combustion engine in which the exhaust gas flow rate flowing through the exhaust passage is small. As a result, the calcium compound which occupies most of the metal compound component, particularly the non-combustible component is reduced, and as a result, the calcium compound can be removed from the catalytic DPF.

特開平10−054268号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-054268

通常、フィルターの再生時には、フィルターを600℃以上に加熱してフィルターに捕捉された可燃性の粒子状物質を燃焼させている。しかしながら、フィルターに捕捉された不燃成分は、フィルターを600℃以上に加熱してもフィルターから剥離することなく、フィルターに留まってしまう。上述した触媒化DPFに関しても、実際問題として触媒化DPFには金属化合物成分のみならずPMも堆積しており、このような状況で特許文献1に記載のカルシウム化合物を還元できたとしても、残りの不燃成分を触媒化DPFから排出させることは困難である。 Normally, when the filter is regenerated, the filter is heated to 600 ° C. or higher to burn the flammable particulate matter trapped in the filter. However, the non-combustible component captured by the filter does not peel off from the filter even when the filter is heated to 600 ° C. or higher, and remains on the filter. Regarding the above-mentioned catalytic DPF, as a practical matter, not only the metal compound component but also PM is deposited on the catalytic DPF, and even if the calcium compound described in Patent Document 1 can be reduced in such a situation, it remains. It is difficult to discharge the non-combustible component of the above from the catalyzed DPF.

本発明の目的は、可燃性の粒子状物質と共にフィルターに捕捉された不燃成分をフィルターから効率よく剥離させることが可能な排気浄化装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device capable of efficiently exfoliating non-combustible components trapped in a filter together with flammable particulate matter from the filter.

本発明者らは、フィルターの再生時にこれを500〜550℃程度に加熱してフィルターに捕捉された可燃性の粒子状物質を燃焼させた場合、フィルターに捕捉された不燃成分がフィルターから剥離してフィルターから排除され得ることを見出した。 When the flammable particulate matter trapped in the filter is burned by heating it to about 500 to 550 ° C. when the filter is regenerated, the present inventors peel off the non-combustible component trapped in the filter from the filter. We found that it could be excluded from the filter.

本発明による排気浄化装置は、このような知見に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気通路に配され、この排気通路を流れる排気に含まれる可燃性の粒子状物質を捕捉するフィルターと、このフィルターに捕捉された粒子状物質の堆積量を取得する手段と、前記フィルターに捕捉された粒子状物質を燃焼させる燃焼手段と、前記フィルターに捕捉された不燃成分の堆積量を取得する手段と、前記燃焼手段の作動を制御する制御手段とを具える。前記制御手段は、前記フィルターに捕捉された粒子状物質の堆積量が第1の所定値以上、かつ前記フィルターに捕捉された不燃成分の堆積量が第2の所定値未満の場合、前記フィルターの温度が第1の温度となるように、前記燃焼手段の作動を制御する。これに対し、前記フィルターに捕捉された粒子状物質の堆積量が前記第1の所定値以上、かつ前記フィルターに捕捉された不燃成分の堆積量が前記第2の所定値以上の場合、前記制御手段は、前記フィルターの温度が前記第1の温度よりも低温の第2の温度となるように、前記燃焼手段の作動を制御する。 The exhaust gas purification device according to the present invention was made in view of such findings, and is provided with a filter that is arranged in the exhaust passage of an internal combustion engine and captures combustible particulate matter contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage. , A means for obtaining the accumulated amount of the particulate matter captured by the filter, a combustion means for burning the particulate matter captured by the filter, and a means for obtaining the accumulated amount of the non-combustible component captured by the filter. And a control means for controlling the operation of the combustion means. When the deposited amount of the particulate matter captured by the filter is equal to or more than the first predetermined value and the deposited amount of the non-combustible component captured by the filter is less than the second predetermined value, the control means of the filter. The operation of the combustion means is controlled so that the temperature becomes the first temperature. On the other hand, when the accumulated amount of the particulate matter captured by the filter is equal to or greater than the first predetermined value and the accumulated amount of the non-combustible component captured by the filter is equal to or greater than the second predetermined value, the control The means controls the operation of the combustion means so that the temperature of the filter becomes a second temperature lower than the first temperature.

本発明においては、フィルターに捕捉された粒子状物質の堆積量が第1の所定値以上の場合、フィルターに捕捉された粒子状物質を燃焼させるフィルターの再生処理が行われる。この時、フィルターに捕捉された不燃成分の堆積量が第2の所定値未満の場合には、フィルターの温度を第1の温度に上昇させてフィルターに捕捉された粒子状物質を燃焼させる。一方、フィルターに捕捉された不燃成分の堆積量が第2の所定値以上の場合には、フィルターの温度を第1の温度よりも低い第2の温度に上昇させてフィルターに捕捉された不燃成分をフィルターから剥離しやすくし、同時にフィルターに捕捉された粒子状物質を燃焼させることにより、剥離した不燃成分をフィルターの下流側へと流動させる。 In the present invention, when the accumulated amount of the particulate matter captured by the filter is equal to or greater than the first predetermined value, the filter regeneration process for burning the particulate matter captured by the filter is performed. At this time, if the accumulated amount of the non-combustible component captured by the filter is less than the second predetermined value, the temperature of the filter is raised to the first temperature to burn the particulate matter captured by the filter. On the other hand, when the accumulated amount of the non-combustible component captured by the filter is equal to or higher than the second predetermined value, the temperature of the filter is raised to a second temperature lower than the first temperature, and the non-combustible component captured by the filter is raised. Is easily peeled off from the filter, and at the same time, the separated non-combustible component is allowed to flow to the downstream side of the filter by burning the particulate matter trapped in the filter.

本発明による排気浄化装置において、第1の温度が600℃以上であり、第2の温度は500℃から550℃の範囲にあることが有効である。 In the exhaust gas purification device according to the present invention, it is effective that the first temperature is 600 ° C. or higher and the second temperature is in the range of 500 ° C. to 550 ° C.

第2の温度によるフィルターへの累積投入熱量を取得するようにしてもよい。そして、この累積投入熱量がフィルターからの不燃成分の浮き上がりの始まるような閾値を越えた場合、フィルターを通過する排気流量を所定時間だけ増大させ、不燃成分をフィルターの下流側への流動を促進させることが有効である。この時、フィルターを通過する排気流量を増大させる間、第2の温度によるフィルターの加熱を中断することが有効である。また、フィルターを通過する排気流量を増大させる手段として、車両がEGR運転領域にある場合、EGR制御弁の開度を絞るか、あるいは車両がEGR運転領域にない場合、外部から空気圧縮機により排気通路に圧縮空気を供給することができる。 The cumulative amount of heat input to the filter due to the second temperature may be acquired. When the cumulative amount of heat input exceeds the threshold value at which the non-combustible component starts to rise from the filter, the exhaust flow rate passing through the filter is increased by a predetermined time to promote the flow of the non-combustible component to the downstream side of the filter. Is effective. At this time, it is effective to interrupt the heating of the filter by the second temperature while increasing the exhaust flow rate passing through the filter. Further, as a means for increasing the exhaust flow rate passing through the filter, when the vehicle is in the EGR operating region, the opening degree of the EGR control valve is narrowed, or when the vehicle is not in the EGR operating region, it is exhausted from the outside by an air compressor. Compressed air can be supplied to the passage.

フィルターが触媒化DPFであってよく、この場合、酸化触媒をフィルターの細孔内を含むフィルターの全体に担体を介して配したものであってよい。あるいは、排気通路の上流側に面するフィルターの表面にのみ担体を介して酸化触媒を配したものであってよい。 The filter may be a catalyzed DPF, in which case the oxidation catalyst may be distributed throughout the filter, including in the pores of the filter, via a carrier. Alternatively, the oxidation catalyst may be arranged only on the surface of the filter facing the upstream side of the exhaust passage via the carrier.

フィルターから剥離した不燃成分を通過させるため、フィルターの平均細孔径は12μm以上であることが好ましい。しかしながら、粒子状物質を捕捉するために平均細孔径は16μm以下であることが好ましい。 The average pore diameter of the filter is preferably 12 μm or more so that the non-combustible component peeled from the filter can pass through. However, the average pore size is preferably 16 μm or less in order to capture particulate matter.

第2の所定値が10μm未満の場合、不燃成分によるフィルターの目詰まりは実質的に生じないので、不燃成分の第2の所定値は10μmであってよい。 When the second predetermined value is less than 10 μm, clogging of the filter by the non-combustible component does not substantially occur, so that the second predetermined value of the non-combustible component may be 10 μm.

燃焼手段は、フィルターよりも上流側の排気通路に配されて燃料をこの排気通路に供給するための燃料添加弁と、この燃料添加弁とフィルターとの間の排気通路に配され、燃料添加弁によって排気通路に添加された燃料を燃焼させてフィルターに流入する排気の温度を昇温させる酸化触媒装置とを含むものであってよい。 The combustion means are arranged in an exhaust passage on the upstream side of the filter to supply fuel to this exhaust passage, and are arranged in an exhaust passage between the fuel addition valve and the filter, and are arranged in the fuel addition valve. It may include an oxidation catalyst device that burns the fuel added to the exhaust passage to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the filter.

本発明の排気浄化装置によると、フィルターに捕捉された粒子状物質をフィルターから除去することに加え、この粒子状物質と共にフィルターに捕捉された不燃成分をより確実にフィルターから剥離させることができる。この結果、フィルターの再生処理を効率よく行うことが可能となる。 According to the exhaust gas purification device of the present invention, in addition to removing the particulate matter trapped in the filter from the filter, the non-combustible component trapped in the filter together with the particulate matter can be more reliably separated from the filter. As a result, the filter regeneration process can be efficiently performed.

第2の温度を500℃から550℃の範囲に設定した場合、フィルターに捕捉された不燃成分をより確実にフィルターから剥離させることができる。 When the second temperature is set in the range of 500 ° C. to 550 ° C., the non-combustible component captured by the filter can be more reliably separated from the filter.

フィルターに担体を介して酸化触媒を担持させた場合、粒子状物質の燃焼をより促進させることができる。 When the oxidation catalyst is supported on the filter via a carrier, the combustion of the particulate matter can be further promoted.

フィルターの平均細孔径が16μm以下の場合、粒子状物質をフィルターによって確実に捕捉することができる。 When the average pore diameter of the filter is 16 μm or less, particulate matter can be reliably captured by the filter.

フィルターの平均細孔径が12μm以上の場合、フィルターから剥離した不燃成分をフィルターからその下流側の排気通路へと排出させることができる。 When the average pore diameter of the filter is 12 μm or more, the incombustible component exfoliated from the filter can be discharged from the filter to the exhaust passage on the downstream side thereof.

不燃成分の第2の所定値を10μmにした場合、フィルターを第2の温度で加熱する回数を少なくしてフィルターの再生処理を効率よく行うことができる。 When the second predetermined value of the non-combustible component is set to 10 μm, the number of times the filter is heated at the second temperature can be reduced, and the filter regeneration process can be efficiently performed.

燃焼手段が燃料添加弁と酸化触媒装置とを含む場合、フィルターの温度をより迅速かつ正確に制御することができる。 When the combustion means includes a fuel addition valve and an oxidation catalyst device, the temperature of the filter can be controlled more quickly and accurately.

本発明を圧縮点火方式の内燃機関に適用させた一実施形態のシステム概念図である。It is a system conceptual diagram of one Embodiment which applied this invention to a compression ignition type internal combustion engine. 図1に示した実施形態における主要部の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the main part in the embodiment shown in FIG. 図1に示した実施形態において、エンジン回転速度と燃料噴射量とEGR運転領域および非EGR運転領域との関係を表すマップである。In the embodiment shown in FIG. 1, it is a map showing the relationship between the engine speed, the fuel injection amount, the EGR operating region, and the non-EGR operating region. DPFよりも下流側の排気温とDPFの温度との関係を模式的に表すグラフである。It is a graph which shows typically the relationship between the exhaust temperature on the downstream side of a DPF and the temperature of a DPF. 図1に示した実施形態におけるDPFの部分を抽出拡大した断面図である。It is sectional drawing which extracted and enlarged the part of the DPF in the embodiment shown in FIG. フィルターの他の実施形態を模式的に表す抽出拡大断面図である。It is an extraction enlarged sectional view schematically showing another embodiment of a filter. 図1に示した実施形態において、DPFに対する加熱時間と、その加熱温度と、DPFからの不燃成分の浮き上がりの開始および移動完了時点との関係を表すグラフである。In the embodiment shown in FIG. 1, it is a graph showing the relationship between the heating time for the DPF, the heating temperature thereof, and the start of the floating of the incombustible component from the DPF and the time when the movement is completed. 車両の累積走行距離と不燃成分の堆積量との関係を模式的に表すグラフである。It is a graph which shows typically the relationship between the cumulative mileage of a vehicle, and the accumulation amount of a non-combustible component. 図1に示した実施形態における排気浄化手順を表すフローチャートである。It is a flowchart which shows the exhaust gas purification procedure in the embodiment shown in FIG.

本発明による排気浄化装置を圧縮点火方式の内燃機関に組み込んだ一実施形態について、図1〜図9を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、対象となる内燃機関に要求される特性に応じて構成を適宜変更することが可能である。 An embodiment in which the exhaust gas purification device according to the present invention is incorporated into a compression ignition type internal combustion engine will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the configuration can be appropriately changed according to the characteristics required for the target internal combustion engine.

本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図1に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図2に示す。なお、図1にはエンジン10の吸排気のための動弁機構や消音器の他に、エンジン10の円滑な運転のために必要とされる各種センサー類などもその一部が便宜的に省略されていることに注意されたい。 The concept of the engine system in this embodiment is shown in FIG. 1, and the control block in this engine system is shown in FIG. In addition to the valve operating mechanism and silencer for intake and exhaust of the engine 10, some of the various sensors required for smooth operation of the engine 10 are omitted in FIG. 1 for convenience. Please note that it has been done.

本実施形態におけるエンジン10は、燃料である軽油を燃料噴射弁11から圧縮状態にある燃焼室10a内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火方式の多気筒内燃機関である。しかしながら、単気筒の内燃機関であっても本発明を適用し得るものである。燃焼室10aにそれぞれ臨む吸気ポート12aおよび排気ポート12bが形成されたシリンダーヘッド12には、吸気ポート12aを開閉する吸気弁13aおよび排気ポート12bを開閉する排気弁13bを含む図示しない動弁機構が組み込まれている。先の燃料噴射弁11もこのシリンダーヘッド12に組み込まれている。 The engine 10 in the present embodiment is a compression ignition type multi-cylinder internal combustion engine that spontaneously ignites by injecting light oil as fuel directly from a fuel injection valve 11 into a combustion chamber 10a in a compressed state. However, the present invention can be applied even to a single-cylinder internal combustion engine. The cylinder head 12 in which the intake port 12a and the exhaust port 12b facing the combustion chamber 10a are formed has a valve operating mechanism (not shown) including an intake valve 13a for opening and closing the intake port 12a and an exhaust valve 13b for opening and closing the exhaust port 12b. It has been incorporated. The fuel injection valve 11 mentioned above is also incorporated in the cylinder head 12.

本実施形態における燃料噴射弁11は、燃料である軽油を圧縮行程の終了直前、つまりピストン14aの圧縮上死点直前にのみ燃焼室10a内に直接噴射する直噴単噴射型式のものであるが、これに限定されない。 The fuel injection valve 11 in the present embodiment is a direct injection single injection type that directly injects light oil as fuel into the combustion chamber 10a only immediately before the end of the compression stroke, that is, immediately before the compression top dead center of the piston 14a. , Not limited to this.

燃料噴射弁11から燃焼室10a内に供給される燃料の噴射量および噴射時期は、運転者によるアクセルペダル15の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてECU16により制御される。アクセルペダル15の踏み込み量は、アクセル開度センサー17により検出され、その検出情報がECU16に出力される。 The injection amount and injection timing of the fuel supplied from the fuel injection valve 11 into the combustion chamber 10a are controlled by the ECU 16 based on the operating state of the vehicle including the amount of depression of the accelerator pedal 15 by the driver. The amount of depression of the accelerator pedal 15 is detected by the accelerator opening sensor 17, and the detection information is output to the ECU 16.

本実施形態におけるECU16は、アクセル開度センサー17や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両およびエンジン10の運転状態を判定する運転状態判定部16aと、燃料噴射設定部16bと、燃料噴射弁駆動部16cとを有する。 The ECU 16 in the present embodiment includes an operating state determination unit 16a for determining the operating state of the vehicle and the engine 10 based on information from the accelerator opening sensor 17 and various sensors described later, a fuel injection setting unit 16b, and fuel. It has an injection valve drive unit 16c.

燃料噴射設定部16bは、運転状態判定部16aにて判定した車両の運転状態に基づき、エンジン10の駆動トルク、つまり燃料噴射弁11からの燃料噴射量と、その噴射時期などを設定する。ECU16の燃料噴射弁駆動部16cは、この燃料噴射設定部16bにて設定された燃料噴射量に対応した燃料が設定された噴射時期に噴射されるように、燃料噴射弁11を駆動する。 The fuel injection setting unit 16b sets the drive torque of the engine 10, that is, the fuel injection amount from the fuel injection valve 11, and the injection timing thereof, based on the operating state of the vehicle determined by the operating state determination unit 16a. The fuel injection valve drive unit 16c of the ECU 16 drives the fuel injection valve 11 so that the fuel corresponding to the fuel injection amount set by the fuel injection setting unit 16b is injected at the set injection timing.

吸気ポート12aに連通するようにシリンダーヘッド12に連結されて吸気ポート12aと共に吸気通路18aを画成する吸気管18には、スロットルアクチュエーター19を介して吸気通路18aの開度を調整するためのスロットル弁20が組み込まれている。このスロットル弁20の開度、すなわちスロットル開度は、アクセル開度センサー17によって検出されるアクセルペダル15の踏み込み量や車両の運転状態に基づき、ECU16のスロットル開度設定部16dにて設定される。そして、このスロットル開度設定部16dにて設定された開度となるように、ECU16のスロットル弁駆動部16eがスロットルアクチュエーター19を介してスロットル弁20の駆動を行う。スロットル弁20よりも上流側の吸気通路18aには、ここを流れる吸気流量を検出してこれらをECU16に出力するエアーフローメーター21が設けられている。 The intake pipe 18 which is connected to the cylinder head 12 so as to communicate with the intake port 12a and forms the intake passage 18a together with the intake port 12a has a throttle for adjusting the opening degree of the intake passage 18a via the throttle actuator 19. The valve 20 is incorporated. The opening degree of the throttle valve 20, that is, the throttle opening degree, is set by the throttle opening degree setting unit 16d of the ECU 16 based on the amount of depression of the accelerator pedal 15 detected by the accelerator opening degree sensor 17 and the operating state of the vehicle. .. Then, the throttle valve drive unit 16e of the ECU 16 drives the throttle valve 20 via the throttle actuator 19 so that the opening degree is set by the throttle opening degree setting unit 16d. The intake passage 18a on the upstream side of the throttle valve 20 is provided with an air flow meter 21 that detects the intake flow rate flowing therethrough and outputs these to the ECU 16.

ピストン14aが往復動するシリンダーブロック14には、連接棒14bを介してピストン14aが連結されるクランク軸14cの回転位相、つまりクランク角を検出してこれをECU16に出力するクランク角センサー22が取り付けられている。ECU16の運転状態判定部16aは、このクランク角センサー22からの情報に基づいてクランク軸14cの回転位相やエンジン回転速度の他に、車両の走行速度などを実時間で把握する。 A crank angle sensor 22 that detects the rotation phase of the crankshaft 14c to which the piston 14a is connected via the connecting rod 14b, that is, the crank angle and outputs the crank angle to the ECU 16 is attached to the cylinder block 14 in which the piston 14a reciprocates. Has been done. Based on the information from the crank angle sensor 22, the operating state determination unit 16a of the ECU 16 grasps the rotation phase of the crankshaft 14c, the engine rotation speed, and the traveling speed of the vehicle in real time.

排気ポート12bに連通するようにシリンダーヘッド12に連結される排気管23は、排気ポート12bと共に排気通路23aを画成する。本実施形態のエンジンシステムには、EGR装置24と、排気タービン式過給機(以下、単に過給機と記述する)25と、排気通路23aに燃料を添加する燃料添加弁26と、排気浄化装置27とがさらに組み込まれている。 The exhaust pipe 23 connected to the cylinder head 12 so as to communicate with the exhaust port 12b defines an exhaust passage 23a together with the exhaust port 12b. The engine system of the present embodiment includes an EGR device 24, an exhaust turbine type supercharger (hereinafter, simply referred to as a supercharger) 25, a fuel addition valve 26 for adding fuel to the exhaust passage 23a, and exhaust gas purification. The device 27 is further incorporated.

EGR装置24は、排気通路23a内を流れる排気の一部を吸気通路18aに導き、排気に含まれるNOX、すなわち窒素酸化物の発生量を抑制する。このEGR装置24は、EGR通路28aを画成するEGR管28と、このEGR管28に設けられてEGR通路28aを流れる排気の流量を制御するEGR制御弁29とを具えている。EGR管28は、シリンダーヘッド12と過給機25のタービン25aとの間の排気通路23aに一端が連通すると共に他端がスロットル弁20とシリンダーヘッド12との間の吸気通路18aに連通している。 The EGR device 24 guides a part of the exhaust gas flowing in the exhaust passage 23a to the intake passage 18a, and suppresses the generation of NO X , that is, nitrogen oxides contained in the exhaust. The EGR device 24 includes an EGR pipe 28 that defines the EGR passage 28a, and an EGR control valve 29 that is provided in the EGR pipe 28 and controls the flow rate of exhaust gas flowing through the EGR passage 28a. One end of the EGR pipe 28 communicates with the exhaust passage 23a between the cylinder head 12 and the turbine 25a of the turbocharger 25, and the other end communicates with the intake passage 18a between the throttle valve 20 and the cylinder head 12. There is.

ECU16の運転状態判定部16aには、エンジン10回転速度と、燃料噴射弁11からの燃料噴射量とに基づいて予め設定された図3に示す如きEGR運転領域に関するマップが記憶されている。本実施形態では、エンジン10を搭載した車両がEGR運転領域にあることをECU16の運転状態判定部16aが判定した場合、この時の車両の運転状態に応じてEGR制御弁29の開度がECU16のEGR量設定部16fにて設定される。ECU16のEGR制御弁駆動部16gは、EGR制御弁29をEGR量設定部16fにて設定された開度に制御し、それ以外の場合は基本的にEGR通路28aを塞ぐように閉じた状態にEGR制御弁29を駆動する。 The operating state determination unit 16a of the ECU 16 stores a map relating to the EGR operating region as shown in FIG. 3 which is preset based on the engine 10 rotation speed and the fuel injection amount from the fuel injection valve 11. In the present embodiment, when the operating state determination unit 16a of the ECU 16 determines that the vehicle equipped with the engine 10 is in the EGR operating region, the opening degree of the EGR control valve 29 is adjusted to the ECU 16 according to the operating state of the vehicle at this time. It is set by the EGR amount setting unit 16f of. The EGR control valve drive unit 16g of the ECU 16 controls the EGR control valve 29 to the opening degree set by the EGR amount setting unit 16f, and in other cases, basically closes the EGR passage 28a so as to block it. Drives the EGR control valve 29.

過給機25は、排気通路23aを流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室10aへの過給を行い、吸気密度を高め、吸気流量を増加させるためのものである。この過給機25は、排気通路23aに組み込まれたタービン25aと、このタービン25aと一体に回転するコンプレッサー25bとで主要部が構成されている。コンプレッサー25bは、スロットル弁20とエアーフローメーター21との間の吸気通路18aに組み込まれている。過給機25のコンプレッサー25bとスロットル弁20との間の吸気通路18aには、高温の排気にさらされるタービン25a側からの伝熱によりコンプレッサー25bを介して加熱される吸気温を低下させるためのインタークーラー25cが組み込まれている。 The supercharger 25 is for supercharging the combustion chamber 10a by utilizing the kinetic energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 23a, increasing the intake density and increasing the intake flow rate. The main part of the turbocharger 25 is composed of a turbine 25a incorporated in the exhaust passage 23a and a compressor 25b that rotates integrally with the turbine 25a. The compressor 25b is incorporated in the intake passage 18a between the throttle valve 20 and the air flow meter 21. In the intake passage 18a between the compressor 25b of the supercharger 25 and the throttle valve 20, the intake air temperature heated via the compressor 25b due to heat transfer from the turbine 25a side exposed to high-temperature exhaust gas is lowered. An intercooler 25c is incorporated.

燃焼室10a内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置27は、過給機25のタービン25aよりも下流側の排気通路23aに配されている。本実施形態における排気浄化装置27は、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)30と、触媒化DPF31とを有するが、NOX触媒などの他の触媒コンバーターをさらに追加することも可能である。本実施形態におけるDOC30は、その下流に配された本発明におけるフィルターとしての触媒化DPF(以下、単にDPFと記述する)31の再生処理を行うためのものである。すなわち、DOC30の上流側に配された燃料添加弁26から排気通路23aに添加される燃料を燃焼させ、これによって高温となった排気をDPF31に送り込むことにより、DPF31に堆積した可燃性の粒子状物質、すなわちPMの燃焼を促進させることができる。 The exhaust purification device 27 for detoxifying harmful substances generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 10a is arranged in the exhaust passage 23a on the downstream side of the turbine 25a of the turbocharger 25. Exhaust purification apparatus 27 of this embodiment, a DOC (D iesel O xidation C atalyst ) 30, has a catalyzed DPF 31, it is also possible to further add other catalytic converter, such as NO X catalyst. The DOC 30 in the present embodiment is for performing a regeneration treatment of a catalytic DPF (hereinafter, simply referred to as DPF) 31 as a filter in the present invention arranged downstream thereof. That is, the fuel added to the exhaust passage 23a is burned from the fuel addition valve 26 arranged on the upstream side of the DOC 30, and the exhaust gas having a high temperature is sent to the DPF 31 to form flammable particles deposited on the DPF 31. It is possible to promote the combustion of a substance, that is, PM.

DPF31の温度は、排気浄化装置27のケーシング27aに取り付けられたフィルター温度センサー32により検出され、その情報がECU16に出力される。 The temperature of the DPF 31 is detected by the filter temperature sensor 32 attached to the casing 27a of the exhaust gas purification device 27, and the information is output to the ECU 16.

このようなフィルター温度センサー32に代え、DPF31の下流側の排気通路23aを流れる排気温を取得し、この排気温に基づいてDPF31の温度を取得することも可能である。DPF31の下流側の排気通路23aを流れる排気温と、DPF31の温度との関係を模式的に表す図4に示すように、DPF31の下流側の排気通路23aを流れる排気温は、DPF31の温度に対して相関性を有している。従って、DPF31の下流側の排気通路23aを流れる排気温を排気温センサーなどで検出することでも、DPF31の温度をほぼ正確に取得することができる。 Instead of such a filter temperature sensor 32, it is also possible to acquire the exhaust temperature flowing through the exhaust passage 23a on the downstream side of the DPF 31 and acquire the temperature of the DPF 31 based on this exhaust temperature. As shown in FIG. 4, which schematically shows the relationship between the exhaust temperature flowing through the exhaust passage 23a on the downstream side of the DPF 31 and the temperature of the DPF 31, the exhaust temperature flowing through the exhaust passage 23a on the downstream side of the DPF 31 is the temperature of the DPF 31. On the other hand, it has a correlation. Therefore, the temperature of the DPF 31 can be obtained almost accurately by detecting the exhaust temperature flowing through the exhaust passage 23a on the downstream side of the DPF 31 with an exhaust temperature sensor or the like.

本実施形態におけるDPF31の部分を抽出拡大した断面構造を模式的に図5に示す。本実施形態におけるDPF31は、ハニカム構造のフィルター基材31aと、このフィルター基材31aの表面に形成された触媒担体層31bと、この触媒担体層31bに担持される図示しない酸化触媒とで構成されるが、これ限定されない。例えば、図5と同様なDPF31の抽出拡大断面構造を模式的に図6に示す。このDPF31は、多孔質のフィルター基材31aと、第2フィルター層31cと、この第2フィルター層31cに積層される触媒担体層31bと、この触媒担体層31bに担持される図示しない酸化触媒とで構成されている。第2フィルター層31cは、排気通路23aの上流側に面するフィルター基材31aの表面に形成され、その平均細孔径が16μm以下に設定されている。何れの構成であっても、DPF31の平均細孔径は、不燃成分の通過しやすさおよびPMの捕捉しやすさを考慮して12μm以上かつ16μm以下であることが好ましい。先のフィルター基材31aは、排気通路23aを仕切るようにケーシング27a内に保持される。 FIG. 5 schematically shows a cross-sectional structure obtained by extracting and enlarging a portion of DPF31 in the present embodiment. The DPF 31 in the present embodiment is composed of a filter base material 31a having a honeycomb structure, a catalyst carrier layer 31b formed on the surface of the filter base material 31a, and an oxidation catalyst (not shown) supported on the catalyst carrier layer 31b. However, this is not limited. For example, FIG. 6 schematically shows the extracted enlarged cross-sectional structure of DPF31 similar to that in FIG. The DPF 31 includes a porous filter base material 31a, a second filter layer 31c, a catalyst carrier layer 31b laminated on the second filter layer 31c, and an oxidation catalyst (not shown) supported on the catalyst carrier layer 31b. It is composed of. The second filter layer 31c is formed on the surface of the filter base material 31a facing the upstream side of the exhaust passage 23a, and the average pore diameter thereof is set to 16 μm or less. Regardless of the configuration, the average pore diameter of the DPF 31 is preferably 12 μm or more and 16 μm or less in consideration of the ease of passing non-combustible components and the ease of capturing PM. The filter base material 31a is held in the casing 27a so as to partition the exhaust passage 23a.

DPF31に捕捉されて堆積するPMの除去のためにDPF31を再生処理する場合、DPF31を高温の第1の温度TH、例えば650℃に加熱すると、PMは燃焼して気化し、DPF31から排除されるものの、不燃成分はDPF31に残留したままとなる。これに対し、DPF31を第1の温度THよりも低い第2の温度TL、例えば500〜550℃に加熱すると、PMの燃焼気化が緩やかとなり、DPF31の再生時間を通常よりも長く継続させる必要が生ずる。しかしながら、PMの燃焼に伴って不燃成分がDPF31から浮き上がり、排気の流れに沿ってDPF31の下流側へと流動しやすくなることが判明した。この現象は、PMの堆積量がある程度以上の場合にのみ発生し、PMの堆積量が少ない状態でDPF31を第2の温度TLに加熱しても、不燃成分はDPF31から浮き上がることなく、DPF31に留まったままとなる。また、第2の温度TLを500℃未満に設定した場合には、不燃成分がDPF31から浮き上がるものの、排気の流れに沿って流動することなく、DPF31に留まったままとなることも確認できた。 When reproducing processing DPF 31 for removal of PM deposited trapped in the DPF 31, when heating the DPF 31 first temperature T H of the hot, for example, 650 ° C., PM is vaporized by combustion, it is excluded from the DPF 31 However, the non-combustible component remains in DPF31. In contrast, when heating the DPF31 first temperature T is lower than the H second temperature T L, for example, 500-550 ° C., combustion vaporization of PM becomes gentle, to continue longer than normal playback time DPF31 Need arises. However, it has been found that the non-combustible component rises from the DPF 31 with the combustion of PM and easily flows to the downstream side of the DPF 31 along the exhaust flow. This behavior only occurs when more than the amount of accumulated PM is to some extent, be heated DPF 31 while accumulation amount is small in the PM to a second temperature T L, incombustible components without raised from the DPF 31, DPF 31 Stays in. It was also confirmed that when the second temperature TL was set to less than 500 ° C., the non-combustible component floated from the DPF 31, but did not flow along the exhaust flow and remained in the DPF 31. ..

ここで、DPF31に対する加熱時間と、DPF31の加熱温度と、DPF31からの不燃成分の浮き上がりの始まりおよび流動終了時点との関係を模式的に図7に示す。図7中、破線は不燃成分がDPF31から浮き上がり始める時点を示し、実線は不燃成分がDPF31からの移動を完了する時点を示す。一例で説明すると、DPF31を500℃に加熱した場合、加熱を開始してから60分ほどで不燃成分がDPF31から浮き上がり、加熱を開始してから90分ほどで、この浮き上がり位置から完全に下流側へと移動し終えることを理解することができる。また、DPF31を550℃に加熱した場合には、加熱を開始してから5分ほどで不燃成分がDPF31から浮き上がり、加熱を開始してから15分ほどで、この浮き上がり位置から完全に下流側へと移動し終える。これに対し、DPF31を450℃に加熱した場合、加熱を開始してから90分ほどで不燃成分がDPF31から浮き上がりものの、この浮き上がり位置から下流側へと不燃成分は移動しない。 Here, FIG. 7 schematically shows the relationship between the heating time for the DPF 31, the heating temperature of the DPF 31, and the start of the floating of the incombustible component from the DPF 31 and the end of the flow. In FIG. 7, the broken line indicates the time when the non-combustible component starts to rise from the DPF 31, and the solid line indicates the time when the non-combustible component completes the movement from the DPF 31. As an example, when the DPF31 is heated to 500 ° C., the non-combustible component rises from the DPF31 about 60 minutes after the start of heating, and about 90 minutes after the start of heating, it is completely downstream from this floating position. Can be understood to finish moving to. When the DPF31 is heated to 550 ° C., the non-combustible component rises from the DPF31 about 5 minutes after the start of heating, and about 15 minutes after the start of heating, completely downstream from this floating position. And finish moving. On the other hand, when the DPF 31 is heated to 450 ° C., the non-combustible component rises from the DPF 31 about 90 minutes after the start of heating, but the non-combustible component does not move from this floating position to the downstream side.

従って、不燃成分がある程度DPF31に堆積するまでは高温の第1の温度TH(600℃以上)にてDPF31の再生処理を行い、不燃成分がある程度DPF31に堆積した場合には、低温の第2の温度TL(500〜550℃)にてDPF31の再生処理を所定時間行うことが有効である。これによって、不燃成分をDPF31の下流側へと流動させ、DPF31の有効表面積の低減を抑えることができる。何れに場合においても、DPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが所定値ΔPLに達するまで、DPF31の再生処理を継続する。 Therefore, until the incombustible component is deposited a certain DPF31 performs reproduction processing DPF31 at a high temperature of the first temperature T H (600 ° C. or higher), when the incombustible component is somewhat deposited DPF31 is cold second It is effective to regenerate the DPF 31 for a predetermined time at the temperature of T L (500 to 550 ° C.). As a result, the non-combustible component can flow to the downstream side of the DPF 31, and the reduction in the effective surface area of the DPF 31 can be suppressed. Even if in any, until the differential pressure [Delta] P between the upstream and downstream sides of the DPF 31 reaches a predetermined value [Delta] P L, and continues the playback processing of the DPF 31.

DPF31に捕捉されて堆積する不燃成分の堆積量は、基本的にエンジン油の消費量に対して相関性を有しているが、個々の車両の走行距離にほぼ比例することも判明している。車両の累積走行距離OとDPF31に捕捉された不燃成分の堆積量との関係を模式的に図8に示す。DPF31に堆積する不燃成分が例えば10μm以上となった場合、この不燃成分の除去を行うことが有効である。DPF31に堆積する不燃成分が10μm以上となるのは、エンジン10の特性や運転状態によっても変化するが、一例として車両の累積走行距離Oが50000km前後である。そこで、本実施形態におけるECU16の運転状態判定部16aは、車両の累積走行距離Oが50000kmに達した時点でDPF31から不燃成分を除去するためにDPF31の再生処理が必要であると判定する。そして、低温でのDPF31の再生処理を終了する度に車両の累積走行距離Oをリセットするようになっている。つまり、本実施形態におけるECU16の運転状態判定部16aは、本発明におけるフィルターに捕捉された不燃成分の堆積量を取得する手段としても機能する。 The amount of non-combustible component deposited by the DPF31 is basically correlated with the amount of engine oil consumed, but it has also been found to be approximately proportional to the mileage of individual vehicles. .. The relationship between the cumulative mileage O of the vehicle and the accumulated amount of the non-combustible component captured in the DPF 31 is schematically shown in FIG. When the non-combustible component deposited on the DPF 31 is, for example, 10 μm or more, it is effective to remove the non-combustible component. The non-combustible component deposited on the DPF 31 is 10 μm or more, which varies depending on the characteristics of the engine 10 and the operating condition, but as an example, the cumulative mileage O of the vehicle is around 50,000 km. Therefore, the operating state determination unit 16a of the ECU 16 in the present embodiment determines that the DPF 31 needs to be regenerated in order to remove the incombustible component from the DPF 31 when the cumulative mileage O of the vehicle reaches 50,000 km. Then, the cumulative mileage O of the vehicle is reset every time the regeneration process of the DPF 31 at a low temperature is completed. That is, the operating state determination unit 16a of the ECU 16 in the present embodiment also functions as a means for acquiring the accumulated amount of the non-combustible component captured by the filter in the present invention.

また、ECU16の運転状態判定部16aは、DPF31を第2の温度TLにて加熱を行った場合のDPF31に対する累積加熱時間、すなわち累積投入熱量QAを算出し、DPF31から不燃成分の浮き上がりが始まっているか否かを判定する。累積投入熱量QAは、DPF31の加熱温度が500℃の場合、60分間の累積加熱時間に相当し、DPF31の加熱温度が550℃の場合、5分間の累積加熱時間に相当し、第2の温度TLに応じて累積加熱時間は変化する。 Further, the operating condition determining section 16a of the ECU16 is accumulated heating time for the DPF31 in the case of performing heating DPF31 at a second temperature T L, i.e. to calculate the cumulative heat quantity Q A, the lifting of incombustible components from DPF31 Determine if it has started. The cumulative heat input Q A corresponds to a cumulative heating time of 60 minutes when the heating temperature of the DPF 31 is 500 ° C., and corresponds to a cumulative heating time of 5 minutes when the heating temperature of the DPF 31 is 550 ° C. The cumulative heating time changes according to the temperature TL.

本実施形態では、DPF31を第2の温度TLにて加熱することによって、DPF31から浮き上がる不燃成分をより確実にDPF31の下流側へと移動させやすくするため、DPF31に流れる排気流量を一時的に増大させるようにしている。具体的には、車両がEGR運転領域にある場合、EGR制御弁29の開度を低減させることにより、排気還流量を抑制し、これによってDPF31へと流れる排気流量を増大させる。また、車両がEGR運転領域にない場合には、空気圧縮機33を用いて過給機25と排気浄化装置27との間の排気通路23aへと圧縮空気を供給し、DPF31へと流れる排気流量を増大させる。さらには、スロットル弁20の開度を大きくして排気流量を増大させることも可能であるが、この場合には車両の駆動力が変わらないように、燃料噴射量や噴射時期などを同時に変更する必要がある。何れの場合においても、少なくとも図7中の破線から実線へと至る期間に亙って排気流量を増大させることが有効であり、不燃成分をDPF31の下流側へ移動させるための排気流量は、車両の運転状態や不燃成分の堆積量などに応じて増減することが好ましい。 In the present embodiment, by heating the DPF 31 at a second temperature T L, to easily move to a more reliable downstream side of DPF 31 the incombustible component lifted from DPF 31, temporarily the flow rate of the exhaust gas flowing into DPF 31 I am trying to increase it. Specifically, when the vehicle is in the EGR operating region, the opening degree of the EGR control valve 29 is reduced to suppress the exhaust gas recirculation amount, thereby increasing the exhaust flow rate flowing to the DPF 31. When the vehicle is not in the EGR operating region, the air compressor 33 is used to supply compressed air to the exhaust passage 23a between the supercharger 25 and the exhaust purification device 27, and the exhaust flow flow to the DPF 31. To increase. Further, it is possible to increase the exhaust flow rate by increasing the opening degree of the throttle valve 20, but in this case, the fuel injection amount and the injection timing are changed at the same time so that the driving force of the vehicle does not change. There is a need. In any case, it is effective to increase the exhaust flow rate at least over the period from the broken line to the solid line in FIG. 7, and the exhaust flow rate for moving the incombustible component to the downstream side of the DPF 31 is the vehicle. It is preferable to increase or decrease depending on the operating condition of the vehicle and the amount of non-combustible components deposited.

本実施形態のECU16は、車両の運転状態に基づいて空気圧縮機33の作動を制御する空気圧縮機駆動部16jを具えている。この空気圧縮機駆動部16jは、累積投入熱量QAが図7中の破線で示す閾値QRに達した状態において、車両がEGR運転領域にない場合、空気圧縮機33を作動させて圧縮空気をDPF31の上流側の排気通路23aへと供給する。これにより、DPF31を通過する排気流量を増大させてDPF31から浮き上がった不燃成分がDPF31の下流側へと移動するのを促すことができる。 The ECU 16 of the present embodiment includes an air compressor drive unit 16j that controls the operation of the air compressor 33 based on the operating state of the vehicle. The air compressor drive unit 16j operates the air compressor 33 to operate the compressed air when the vehicle is not in the EGR operating region in a state where the cumulative input heat amount Q A reaches the threshold value Q R shown by the broken line in FIG. Is supplied to the exhaust passage 23a on the upstream side of the DPF 31. As a result, it is possible to increase the exhaust flow rate passing through the DPF 31 and promote the incombustible component floating from the DPF 31 to move to the downstream side of the DPF 31.

DPF31のケーシング27aには、DPF31の上流側および下流側のケーシング27a内の圧力差を検出してこれをECU16に出力する差圧センサー34が取り付けられている。本実施形態における差圧センサー34は、DPF31に捕捉されたPMの堆積量を取得する本発明の手段として機能し、PMを捕捉したDPF31の再生処理の必要性の有無を判定するための情報をECU16に与えることができる。ECU16の運転状態判定部16aは、この差圧センサー34によって取得された差圧ΔPが予め設定した閾値ΔPH以上となった場合、DPF31の再生処理が必要であると判定する。そして、DPF31の再生処理中に差圧センサー34によって取得される差圧ΔPが予め設定した閾値ΔPL以下となった場合、DPF31の再生処理が不要であると判定する。このような差圧センサー34に代え、燃料消費量などに基づいてDPF31に捕捉されたPMの堆積量を推定し、このPMの堆積量に基づいてDPF31の再生処理の必要性の有無を判定するようにしてもよい。 A differential pressure sensor 34 that detects the pressure difference in the casing 27a on the upstream side and the downstream side of the DPF 31 and outputs the pressure difference to the ECU 16 is attached to the casing 27a of the DPF 31. The differential pressure sensor 34 in the present embodiment functions as a means of the present invention for acquiring the accumulated amount of PM captured in the DPF 31, and provides information for determining whether or not the DPF 31 that has captured the PM needs to be regenerated. It can be given to the ECU 16. When the differential pressure ΔP acquired by the differential pressure sensor 34 becomes equal to or higher than the preset threshold value ΔP H , the operating state determination unit 16a of the ECU 16 determines that the DPF 31 needs to be regenerated. When the differential pressure [Delta] P that is obtained by the differential pressure sensor 34 during the regeneration process of the DPF31 is equal to or less than the threshold value [Delta] P L which is set in advance, it determines that the reproduction of the DPF31 is required. Instead of such a differential pressure sensor 34, the accumulated amount of PM captured by the DPF 31 is estimated based on the fuel consumption and the like, and the necessity of the regeneration process of the DPF 31 is determined based on the accumulated amount of the PM. You may do so.

燃料噴射弁と基本的に同一構成を持つ燃料添加弁26は、過給機25のタービン25aとDOC30との間の排気通路23aに配され、排気浄化装置27のDOC30と共に本発明の燃焼手段として機能する。燃料添加弁26からの燃料の添加量は、ECU16にて設定されるDPF31の目標加熱温度と、フィルター温度センサー32から取得されるDPF31の温度や排気空燃比などを含む車両の運転状態とに基づき、ECU16の燃料添加設定部16hにて設定される。ECU16の燃料添加弁駆動部16iは、この燃料添加設定部16hにて設定された燃料が排気通路23aに添加されるように、燃料添加弁26の作動を制御する。本実施形態におけるDPF31の目標加熱温度は、不燃成分の堆積量が少ない場合に設定される高温の第1目標加熱温度THと、不燃成分の堆積量が所定値以上となった場合に設定される低温の第2目標加熱温度TLとを有する。上述した知見から、第1目標加熱温度THは例えば600〜650℃程度に設定され、第2目標加熱温度TLは例えば500〜550℃程度に設定される。 The fuel addition valve 26, which has basically the same configuration as the fuel injection valve, is arranged in the exhaust passage 23a between the turbine 25a of the supercharger 25 and the DOC30, and is used as the combustion means of the present invention together with the DOC30 of the exhaust purification device 27. Function. The amount of fuel added from the fuel addition valve 26 is based on the target heating temperature of the DPF 31 set by the ECU 16 and the operating state of the vehicle including the temperature of the DPF 31 and the exhaust air-fuel ratio acquired from the filter temperature sensor 32. , It is set by the fuel addition setting unit 16h of the ECU 16. The fuel addition valve drive unit 16i of the ECU 16 controls the operation of the fuel addition valve 26 so that the fuel set by the fuel addition setting unit 16h is added to the exhaust passage 23a. Target heating temperature of the DPF31 in this embodiment, is set in a case where the first target heating temperature T H of the hot set when a small amount of deposition of incombustible components deposit amount of incombustible components is equal to or larger than a predetermined value It has a second target heating temperature TL at a low temperature. From findings described above, the first target heating temperature T H is set to, for example, about 600 to 650 ° C., the second target heating temperature T L is set to, for example, about 500-550 ° C..

ECU16は、アクセル開度センサー17,エアーフローメーター21,クランク角センサー22,フィルター温度センサー32,差圧センサー34などからの検出情報に基づき、エンジン10の運転状態を把握する。そして、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン10の運転がなされるように、燃料噴射弁11,スロットルアクチュエーター19,EGR制御弁29,燃料添加弁26などの作動を制御する。 The ECU 16 grasps the operating state of the engine 10 based on the detection information from the accelerator opening sensor 17, the air flow meter 21, the crank angle sensor 22, the filter temperature sensor 32, the differential pressure sensor 34, and the like. Then, the operation of the fuel injection valve 11, the throttle actuator 19, the EGR control valve 29, the fuel addition valve 26, and the like is controlled so that the engine 10 can be smoothly operated according to a preset program.

このような本実施形態における排気浄化手順を図9のフローチャートを参照しながら説明すると、まずS11のステップにてDPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第1の閾値ΔPH以上か否かを判定する。ここで、DPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第1の閾値ΔPH未満である、すなわちDPF31が目詰まりしていないので再生処理を行う必要がないと判断した場合には、差圧ΔPが第1の閾値ΔPH以上となるまで、S11のステップの処理を繰り返す。 Exhaust gas purification procedure in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 9. First, in step S11, whether or not the differential pressure ΔP between the upstream side and the downstream side of the DPF 31 is equal to or greater than the first threshold value ΔP H. Is determined. Here, when the differential pressure [Delta] P between the upstream side and the downstream side of the DPF31 is less than the first threshold [Delta] P H, i.e. DPF31 determines that there is no need to perform the reproduction process does not clogged, the difference The process of the step S11 is repeated until the pressure ΔP becomes equal to or higher than the first threshold value ΔP H.

このようにして、S11のステップにてDPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第1の閾値ΔPH以上である、すなわちDPF31が目詰まりしているので再生処理を行う必要があると判断した場合には、S12のステップに移行する。ここで、不燃成分を除去するためのフラグがセットされているか否かを判定するが、最初はフラグがセットされていないので、S13のステップに移行してDPF31を第1の温度THとなるように加熱する。そして、S14のステップにてDPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第2の閾値ΔPL以下か否かを判定し、DPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第2の閾値ΔPL以下となるまで、S14のステップを繰り返し実行する。 In this way, the pressure difference [Delta] P between the upstream side and the downstream side step at the DPF31 of S11 is the first threshold value [Delta] P H or more, that the DPF31 is required to perform the reproduction process so clogged If it is determined, the process proceeds to step S12. The flag for removing incombustible component determines whether it is set initially the flag is not set, becomes a DPF31 a first temperature T H and proceeds to S13 in step To heat. Then, the DPF31 at step S14 the differential pressure [Delta] P between the upstream side and the downstream side it is determined whether less than the second threshold value [Delta] P L, the differential pressure [Delta] P between the upstream side and the downstream side of the DPF31 is second until equal to or less than the threshold value [Delta] P L, repeats the steps of S14.

このようにして、S14のステップにてDPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第2の閾値ΔPL以下である、すなわちDPF31の再生処理が完了したと判断した場合には、S15のステップに移行してDPF31の再生処理のための加熱を止める。しかる後、S16のステップにて累積走行距離Oが閾値OR、例えば50000km以上か否かを判定する。ここで、累積走行距離Oが閾値OR以上である、すなわち不燃成分をDPF31から除去する必要があると判断した場合にはS17のステップに移行して不燃成分を処理するためのフラグをセットした後、上述したS11のステップに戻る。 In this way, the pressure difference [Delta] P between the upstream side and the downstream side step at the DPF31 in S14 is less than the second threshold [Delta] P L, that is, when it is determined that the reproduction of the DPF31 is completed, at S15 The step is started and the heating for the regeneration process of DPF31 is stopped. Thereafter, it is determined cumulative travel distance O threshold O R, whether for example 50000km more at S16 in step. Here, the accumulated travel distance O is the threshold value O R or more, that is set a flag for if it is determined that it is necessary to remove the non-combustible components from the DPF31 which proceeds to step S17 to process the incombustible component After that, the process returns to the step of S11 described above.

また、先のS16のステップにて累積走行距離Oが閾値OR未満である、すなわち不燃成分を除去する必要がないと判断した場合には、何もせずにS11のステップに戻る。 Further, the accumulated travel distance O in the previous S16 in step is less than the threshold value O R, that is, when it is determined that there is no need to remove the non-combustible components, nothing returns to step S11 without.

前記S12のステップにてフラグがセットされている、すなわちDPF31に堆積した不燃成分を除去する必要があると判断した場合には、S18のステップに移行してDPF31を第2の温度TLとなるように加熱する。同時に、累積投入熱量QAを算出する。そして、S19のステップにて累積投入熱量QAが閾値QR以上か否かを判定する。ここで、累積投入熱量QAが閾値QR以上である、すなわち不燃成分をDPF31の下流側に流動させてDPFの目詰まりを阻止することが好ましいと判断した場合には、S20のステップに移行する。そして、DPF31の加熱を中断した後、S21のステップにて車両がEGR運転領域にあるか否かを判定する。ここで車両がEGR運転領域にあると判断した場合には、S22のステップに移行してEGR制御弁29の開度を低減し、より多くの排気がDPF31側へと流れるようにし、DPF31に堆積した不燃成分のDPF31の下流側への流動を促進させる。また、S21のステップにて車両がEGR運転領域にない、すなわちEGR制御弁29の開度が0%であって、EGR制御弁の開度を絞ってDPF31への排気流量を増大させることができないと判断した場合には、S23のステップに移行する。そして、空気圧縮機33を作動させて圧縮空気を排気通路23aに供給し、DPF31側へと流れる排気の流速を増大させ、DPF31に堆積した不燃成分のDPF31の下流側への流動を促進させる。 When the flag is set in the step S12, that is, when it is determined that it is necessary to remove the incombustible component deposited on the DPF 31, the process proceeds to the step S18 and the DPF 31 becomes the second temperature TL. To heat. At the same time, the cumulative heat input Q A is calculated. Then, in the step of S19, it is determined whether or not the cumulative heat input Q A is equal to or higher than the threshold value Q R. Here, the accumulated heat quantity Q A is the threshold value Q R above, that is, when allowed to flow incombustible component on the downstream side of the DPF31 is determined that it is preferable to prevent the clogging of the DPF, proceeds to step S20 To do. Then, after interrupting the heating of the DPF 31, it is determined in the step of S21 whether or not the vehicle is in the EGR driving region. If it is determined that the vehicle is in the EGR operating region, the process proceeds to step S22 to reduce the opening degree of the EGR control valve 29 so that more exhaust gas flows to the DPF31 side and accumulates on the DPF31. The flow of the non-combustible component to the downstream side of the DPF 31 is promoted. Further, in the step of S21, the vehicle is not in the EGR operating region, that is, the opening degree of the EGR control valve 29 is 0%, and the opening degree of the EGR control valve cannot be narrowed to increase the exhaust flow rate to the DPF 31. If it is determined, the process proceeds to step S23. Then, the air compressor 33 is operated to supply compressed air to the exhaust passage 23a, increase the flow velocity of the exhaust gas flowing to the DPF31 side, and promote the flow of the incombustible component deposited on the DPF31 to the downstream side of the DPF31.

DPF31を通過する排気の流速を増大させるS22,S23のステップに続き、S24のステップにてタイマーのカウントアップを行う。そして、S25のステップにてタイマーのカウント値Cnがあらかじめ設定した閾値CR以上か否かを判定し、このカウント値Cnが閾値CR以上となるまで、S24,S25のステップを繰り返す。このようにして、タイマーのカウント値Cnが閾値CR以上である、すなわちDPF31に堆積した不燃成分のDPF31の下流側への流動が完了したと判断した場合には、S26のステップに移行する。そして、EGR制御弁29の開度を現在の車両の運転状態に適合した開度へと戻すか、あるいは空気圧縮機33による圧縮空気の供給を停止する。また、累積投入熱量QAおよびタイマーのカウント値Cnをそれぞれ0にリセットすると共にフラグもリセットし、さらにDPF31を第2の温度TLとなるように加熱を再開する。 Following the steps S22 and S23 for increasing the flow velocity of the exhaust gas passing through the DPF 31, the timer counts up in the step S24. Then, the count value C n of the timer is determined whether the threshold value C R greater than or equal to the preset in step S25, until the count value C n is equal to or greater than a threshold C R, repeating the steps of S24, S25. In this way, when it is determined that the count value C n of the timer is equal to or higher than the threshold value C R , that is, the flow of the incombustible component deposited on the DPF 31 to the downstream side is completed, the process proceeds to the step S26. .. Then, the opening degree of the EGR control valve 29 is returned to an opening degree suitable for the current operating state of the vehicle, or the supply of compressed air by the air compressor 33 is stopped. Further, the cumulative heat input Q A and the timer count value C n are reset to 0, the flag is also reset, and the heating of the DPF 31 is restarted so as to reach the second temperature TL.

しかる後、S27のステップにてDPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第2の閾値ΔPL以下か否かを判定し、DPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第2の閾値ΔPL以下となるまで、S27のステップを繰り返し実行する。 Thereafter, the differential pressure [Delta] P between the upstream side and the downstream side step at the DPF31 of S27 determines whether less than the second threshold value [Delta] P L, the differential pressure [Delta] P between the upstream side and the downstream side of the DPF31 is second until the following threshold [Delta] P L, it repeats the steps of S27.

このようにして、S27のステップにてDPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第2の閾値ΔPL以下である、すなわちDPF31の再生処理が完了したと判断した場合には、S28のステップに移行する。そして、DPF31の再生処理のための加熱を止めた後、S11のステップに戻る。 In this way, the pressure difference [Delta] P between the upstream side and the downstream side step at the DPF31 of S27 is less than the second threshold [Delta] P L, that is, when it is determined that the reproduction of the DPF31 is completed, the S28 Move to step. Then, after stopping the heating for the regeneration process of DPF31, the process returns to the step of S11.

一方、S19のステップにて累積投入熱量QAが閾値QR未満である、すなわち不燃成分をDPF31の下流側にまだ流動させる必要がないと判断した場合には、先のS27のステップに移行する。そして、DPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第2の閾値ΔPL以下か否かを判定し、DPF31の上流側と下流側との差圧ΔPが第2の閾値ΔPL以下となるまで、S27のステップを繰り返し実行する。 On the other hand, the accumulated heat quantity Q A at step S19 is less than the threshold value Q R, that is, when it is determined that it is not necessary to still flowing incombustible component on the downstream side of the DPF31, the process proceeds to the previous step S27 .. Then, it is determined whether or not the differential pressure ΔP between the upstream side and the downstream side of the DPF 31 is equal to or less than the second threshold value ΔP L, and the differential pressure ΔP between the upstream side and the downstream side of the DPF 31 is equal to or less than the second threshold value ΔP L. The step S27 is repeatedly executed until the result is reached.

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のない構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。 It should be noted that the present invention should be construed only from the matters described in the claims, and even in the above-described embodiment, other than the matters described by all the changes and modifications included in the concept of the present invention. It is possible. That is, all the matters in the above-described embodiment are not for limiting the present invention, and may be arbitrarily changed according to the use, purpose, etc., including the configuration not directly related to the present invention. It is a thing.

10 エンジン
16a 運転状態判定部
16h 燃料添加設定部
16i 燃料添加弁駆動部
23a 排気通路
26 燃料添加弁
27 排気浄化装置
30 DOC
31 触媒化DPF
34 差圧センサー
O 累積走行距離
R 累積走行距離に関する閾値
ΔP DPFの上流側と下流側との差圧
ΔPH 差圧に関する第1の閾値
H 第1目標加熱温度
L 第2目標加熱温度
10 Engine 16a Operating condition judgment unit 16h Fuel addition setting unit 16i Fuel addition valve drive unit 23a Exhaust passage 26 Fuel addition valve 27 Exhaust purification device 30 DOC
31 Catalyzed DPF
34 differential pressure sensor O cumulative travel distance O R upstream and downstream side of the differential pressure [Delta] P H differential pressure for the first threshold value T H first target heating temperature T L second target heating temperature threshold [Delta] P DPF about cumulative travel distance

Claims (1)

車両に搭載される内燃機関の排気通路に配され、この排気通路を流れる排気に含まれる可燃性の粒子状物質および不燃成分を捕捉するフィルターと、
このフィルターに捕捉された粒子状物質の堆積量を取得する手段と、
前記フィルターに捕捉された粒子状物質を燃焼させる燃焼手段と、
前記フィルターに捕捉された不燃成分の堆積量を取得する手段と、
前記燃焼手段の作動と共に、前記車両の備えるEGR制御弁および空気圧縮機の駆動を制御する制御手段と
を具えた排気浄化装置であって、前記制御手段は、
前記フィルターに捕捉された粒子状物質の堆積量が第1の所定値以上、かつ前記フィルターに捕捉された不燃成分の堆積量が第2の所定値未満の場合、前記フィルターの温度が第1の温度となるように、前記燃焼手段の作動を制御し、
前記フィルターに捕捉された粒子状物質の堆積量が前記第1の所定値以上、かつ前記フィルターに捕捉された不燃成分の堆積量が前記第2の所定値以上の場合、前記フィルターの温度を前記第1の温度よりも低温の第2の温度にして、前記車両がEGR運転領域にある場合、前記EGR制御弁の開度を絞るか、あるいは前記車両がEGR運転領域にない場合、前記空気圧縮機により外部から排気通路に圧縮空気を供給することにより、前記フィルターを通過する流れを増大させるように、前記燃焼手段の作動を制御することを特徴とする排気浄化装置。
A filter that is placed in the exhaust passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle and captures flammable particulate matter and non-combustible components contained in the exhaust flowing through this exhaust passage.
A means of obtaining the amount of particulate matter trapped in this filter,
A combustion means for burning the particulate matter captured by the filter, and
A means for obtaining the accumulated amount of non-combustible components captured by the filter, and
An exhaust gas purification device including an EGR control valve provided in the vehicle and a control means for controlling the drive of an air compressor together with the operation of the combustion means.
When the amount of particulate matter trapped in the filter is equal to or greater than the first predetermined value and the amount of non-combustible component deposited in the filter is less than the second predetermined value, the temperature of the filter is the first. Control the operation of the combustion means so that it becomes the temperature,
When the accumulated amount of particulate matter captured by the filter is equal to or greater than the first predetermined value and the accumulated amount of non-combustible components captured by the filter is equal to or greater than the second predetermined value, the temperature of the filter is set to the above. At a second temperature lower than the first temperature, if the vehicle is in the EGR operating region, the opening degree of the EGR control valve is reduced, or if the vehicle is not in the EGR operating region, the air compression is performed. An exhaust gas purification device characterized in that the operation of the combustion means is controlled so as to increase the flow passing through the filter by supplying compressed air from the outside to the exhaust passage by the machine.
JP2017021555A 2016-06-02 2017-02-08 Exhaust purification device Active JP6894249B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016110874 2016-06-02
JP2016110874 2016-06-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017219025A JP2017219025A (en) 2017-12-14
JP6894249B2 true JP6894249B2 (en) 2021-06-30

Family

ID=60655976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017021555A Active JP6894249B2 (en) 2016-06-02 2017-02-08 Exhaust purification device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6894249B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7188304B2 (en) * 2019-07-12 2022-12-13 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4103813B2 (en) * 2004-02-02 2008-06-18 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4946054B2 (en) * 2006-01-05 2012-06-06 日産自動車株式会社 Regeneration temperature control device and regeneration temperature control method for exhaust gas purification filter
JP2015229942A (en) * 2014-06-04 2015-12-21 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine exhaust emission control system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017219025A (en) 2017-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4709220B2 (en) Particulate filter regeneration method
JP4196872B2 (en) Engine exhaust purification system
JP5703599B2 (en) Exhaust gas purification system
WO2007004471A1 (en) Control device for diesel engine
JPWO2008004493A1 (en) Exhaust gas purification device and exhaust gas purification method for internal combustion engine
JP4430705B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
WO2012157265A1 (en) Method for manually renewing particulate filter
JP4370969B2 (en) Engine exhaust purification system
JP5887991B2 (en) Exhaust purification equipment
JP2008101575A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP4012043B2 (en) Particulate filter regeneration method
CN112211697B (en) Control device for internal combustion engine
JP6894249B2 (en) Exhaust purification device
JP2006274979A (en) Exhaust emission control device
JP2006274907A (en) Exhaust emission control device
CN109690040A (en) The post-processing approach of for motor vehicle after-treatment system and vehicle
JP2019138159A (en) Control device for engine
JP4357241B2 (en) Exhaust purification equipment
JP4489504B2 (en) Diesel engine exhaust purification system
JP4377574B2 (en) Exhaust purification equipment
JP2005163652A (en) Emission control device
JP2006274983A (en) Exhaust emission control device
JP3971366B2 (en) Exhaust purification device
JP4062229B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4293892B2 (en) Exhaust purification equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191210

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210309

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210420

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210603

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6894249

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250