JP2004011603A

JP2004011603A - Exhaust emission control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004011603A
Application number: JP2002169949A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Oba; 大羽　孝宏; Tomoyuki Ono; 小野　智幸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: JP4144264B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of determining timing requiring elimination of particulate matter collected by a filter, regardless of changing in a passing resistance of an EGR cooler, in an exhaust emission control device. <P>SOLUTION: The exhaust emission control device for the internal combustion engine comprises the EGR cooler 21, a first EGR passage 19 passing through the EGR cooler 21, a second EGR passage 19a not passing through the EGR cooler, an EGR passage selecting means 22 selecting either one of the first or second EGR passages to make EGR gas pass, a fuel supplying means 3, a fuel supply stopping means 23, the filter 16, an intake new air amount detecting means 10, and a collecting amount determining means 23 determining the amount of the particulate matter collected by the filter 16 on the basis of the intake new air amount detected when the EGR gas is made to pass through the second EGR passage 19a during stopping of fuel supply. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは経済性に優れている反面、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：以下、「ＰＭ」とする。）の除去が重要な課題となっている。このため、大気中にＰＭが放出されないようにディーゼルエンジンの排気系にＰＭの捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする。）を設ける技術が知られている。
【０００３】
このフィルタにより排気中のＰＭが一旦捕集され大気中へ放出されることを防止することができる。しかし、フィルタに捕集されたＰＭが該フィルタに堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したＰＭを着火燃焼せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００４】
フィルタの再生を行う際に、例えば特開２００２−０８９２３４号公報では、車両減速中の燃料供給停止時にＥＧＲ弁を全開にしつつ、吸入新気量を検出し、この値と予め求められた所定値とを比較して、該所定値よりも吸入新気量が小さい場合に、フィルタ再生時期であると判定している。
【０００５】
ここで、フィルタでＰＭが捕集されて該フィルタの排気抵抗が増加すると、フィルタの上流側の機関排気系の圧力は高まり、機関吸気系へ還流するＥＧＲガスの量が増加する。その量は、ＰＭの捕集量が増加するほど多くなる。そして、増加するＥＧＲガス量に伴って実際の吸入新気量は減少することとなる。
【０００６】
このようにして、フィルタへ適当量のＰＭが捕集された時点では、吸入新気量が顕著に減少するため、多少の測定誤差があっても正確にフィルタの再生時期を判定することができる。
【０００７】
このようにフィルタ再生時期を判定することにより、圧力センサを用いることなく再生時期を判定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、還流するＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲクーラを備えている場合には、該ＥＧＲクーラに付着したＰＭによりＥＧＲガスの還流量が変化し、従って吸入新気量が変化する。このような状態では、正確な再生時期を判定することが困難となる。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、ＥＧＲクーラの通過抵抗の変化によらず、フィルタに捕集された粒子状物質の除去が必要な時期を判定することができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関は、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の排気系に流通する排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を備え、
前記ＥＧＲ装置を再循環するＥＧＲガスを冷却させるＥＧＲクーラと、
内燃機関の吸気系と排気系とを連通し前記ＥＧＲクーラを通過する第１ＥＧＲ通路と、
内燃機関の吸気系と排気系とを連通し前記ＥＧＲクーラを通過しない第２ＥＧＲ通路と、
第１ＥＧＲ通路若しくは第２ＥＧＲ通路の何れか一方を選択してＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路選択手段と、
内燃機関へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段による燃料供給を停止させる燃料供給停止手段と、
排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なフィルタと、
内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入新気量検出手段と、
前記燃料供給停止手段により燃料の供給が停止されているときに、前記ＥＧＲ通路選択手段により前記第２ＥＧＲ通路へＥＧＲガスを流通させつつ、前記吸入新気量検出手段により検出される吸入新気量に基づいて前記フィルタに捕集された粒子状物質の量を判定する捕集量判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、粒子状物質の捕集量の判定時にＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過しないようにして該ＥＧＲクーラの流通抵抗の増加による吸入新気量の減少を抑止し、判定精度を向上させることにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質がフィルタに捕集される。粒子状物質がフィルタに堆積するとフィルタの目詰まりが発生するため、粒子状物質を除去する必要がある。
【００１３】
ここで、フィルタに粒子状物質が捕集されると、排気が通過するときの抵抗が大きくなり、フィルタ上流の排気の圧力が上昇する。すると、気筒内の残留燃焼ガス量が多くなり、それに伴い吸入新気量が少なくなる。従って、粒子状物質の捕集量と吸入新気量とには相関があり、吸入新気量を検出することにより粒子状物質の捕集量を判定することが可能となる。特に車両減速時等であって、燃料の供給が停止されているときには、気筒内の燃焼状態や機関の運転状態から受ける吸入新気量の変化が少ないので粒子状物質の捕集量を判定するのに好適である。また、粒子状物質の捕集量が増加してフィルタ上流の排気の圧力が上昇するとＥＧＲガスの還流量が増加するため、吸入新気量が減少する。従って、粒子状物質の捕集量判定精度を更に向上させることが可能となる。しかし、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラを備えている場合には、該ＥＧＲクーラにＥＧＲガス中の粒子状物質が付着して、ＥＧＲクーラを通過するときの抵抗が大きくなりＥＧＲガスの還流量が変化する。このような場合に、ＥＧＲクーラを通過させないでＥＧＲガスを還流させると、吸入新気量の変化を抑止し、粒子状物質の捕集量の判定精度を向上することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記第１ＥＧＲ通路及び前記第２ＥＧＲ通路の通路面積を可変としＥＧＲガスの流通量を調整するＥＧＲ弁を更に備え、
前記燃料供給停止手段により燃料の供給が停止されているときに、前記ＥＧＲ弁の開度を所定の開度とすることができる。
【００１５】
ＥＧＲ弁の開度が変化すると、ＥＧＲガスの還流量が変化する。ＥＧＲガスの還流量が変化すると、吸入新気量も変化するためフィルタに捕集された粒子状物質の量を判定することが困難となる。ここで、ＥＧＲ弁を所定の開度とすることにより、該ＥＧＲ弁の開度の変化による吸入新気量の変化を抑止することが可能となる。特に、ＥＧＲ弁を全開とすることにより、ＥＧＲ還流量を最大とすることができ、この場合、吸入新気量が顕著に減少するため、多少の測定誤差があっても正確にフィルタの再生時期を判定することが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記捕集量判定手段は、前記吸入新気量検出手段により検出された吸入新気量が所定値よりも小さくなった場合に、前記フィルタに捕集された粒子状物質を除去する必要があると判定することができる。
【００１７】
予めフィルタに捕集される粒子状物質の許容量を定めておき、更に、そのときの吸入新気量を求めておけば、この値と検出された吸入新気量とを比較することによりフィルタに捕集された粒子状物質を除去する時期であるか否か判定することが可能となる。
【００１８】
本発明においては、吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャを更に備え、
前記捕集量判定手段は、粒子状物質の捕集量を判定するときにノズルベーンの開度を全開とすることができる。
【００１９】
ここで、ノズルベーンの開度が変化すると可変容量型ターボチャージャ上流の排気の圧力が変化するため、ＥＧＲ量及び吸入新気量が変化する。このような吸入新気量の変化は、フィルタに堆積した粒子状物質の量の誤判定を誘引する。ここで、ノズルベーンの開度を全開とすることにより、可変容量型ターボチャージャによるフィルタ上流の排気の圧力の上昇を最小にすることができ、前記誤判定を防止することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明による内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明による内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２３】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２４】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２５】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２６】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２７】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２８】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。また、ターボチャージャの上流の吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１０が取り付けられている。
【００２９】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１１が設けられている。この吸気絞り弁１１には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１２が取り付けられている。
【００３０】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３１】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３２】
一方、エンジン１には、排気枝管１３が接続され、排気枝管１３の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３３】
前記排気枝管１３は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１４と接続され、この排気管１４は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３４】
前記排気管１４の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１６が設けられている。フィルタ１６は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ_２ストレージ）能力のある例えばセリア（ＣｅＯ_２）等の遷移金属を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を担持させている。
【００３５】
このＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元される。また、セリア（ＣｅＯ_２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。このときに放出される活性酸素によりフィルタ１６に捕集されたＰＭを酸化させ、フィルタ１６の目詰まりを防止することができる。
【００３６】
前記ターボチャージャ１５の下流で且つフィルタ１６より上流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する第１排気温度センサ１７が取り付けられている。一方、フィルタ１６より下流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する第２排気温度センサ１８が取り付けられている。
【００３７】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１３へ排出され、次いで排気枝管１３から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３８】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１４を介してフィルタ１６へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された後マフラーを介して大気中に放出される。
【００３９】
また、排気枝管１３と吸気枝管８とは、排気枝管１３内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）１９を介して連通されている。このＥＧＲ通路１９の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１９内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２０が設けられている。
【００４０】
前記ＥＧＲ通路１９の途中でＥＧＲ弁２０より上流には、該ＥＧＲ通路１９内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２１が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２１には、冷却水通路（図示省略）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００４１】
一方、ＥＧＲクーラ２１の前後のＥＧＲ通路１９には、ＥＧＲクーラ迂回路１９ａの一端及び他端が夫々接続されている。ＥＧＲクーラ迂回路１９ａの一端とＥＧＲ通路１９との接続部位には、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２１若しくはＥＧＲクーラ迂回路１９ａの何れか一方を選択してＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路切替弁２２が備えられている。
【００４２】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２０が開弁されると、ＥＧＲ通路１９が導通状態となり、排気枝管１３内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路１９へ流入する。ＥＧＲ通路切替弁２２がＥＧＲクーラ２１へＥＧＲガスを流通させる位置となっている場合には、ＥＧＲクーラ２１を経て吸気枝管８へ導かれる。一方、ＥＧＲ通路切替弁２２がＥＧＲクーラ迂回路１９ａへＥＧＲガスを流通させる位置となっている場合には、ＥＧＲクーラ２１を経ないで吸気枝管８へ導かれる。
【００４３】
排気枝管１３から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４４】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２３が併設されている。このＥＣＵ２３は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００４５】
ＥＣＵ２３には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２３に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２３には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１２、ＥＧＲ弁２０、ＥＧＲ通路切替弁２２等が電気配線を介して接続され、制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２３は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００４６】
ところで、前記フィルタ１６に捕集されたＰＭは、ＮＯｘ触媒が活性温度以上であれば酸化除去されるが、活性温度以下の場合や、エンジン１から排出されるＰＭの量が多くＮＯｘ触媒で酸化が十分にできない場合等では、フィルタ上に次第に堆積してフィルタ１６の目詰まりを発生させることがある。この目詰まりにより、機関出力が低下したり、フィルタ１６が毀損したりする虞がある。従って、目詰まりが発生する前にフィルタ１６に捕集されたＰＭを除去する必要がある。ここで、フィルタ１６に捕集されたＰＭは、酸素過剰で且つ温度の高い雰囲気で酸化して除去することが可能である。
【００４７】
しかし、フィルタ１６に所定量以上のＰＭが捕集された後にフィルタ１６の再生処理を行うと、捕集されたＰＭが燃焼するときに発生する熱によりフィルタ１６が過熱し熱劣化を生じる虞がある。従って、所定量以上のＰＭが捕集される前にフィルタ１６の再生を行う必要があり、フィルタの再生時期を精度良く求めることが重要となる。
【００４８】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの再生を行う時期を吸入新気量に基づいて定めていた。フィルタにＰＭが捕集されると、排気が通過するときの抵抗が大きくなり、フィルタ上流の排気の圧力が上昇する。すると、気筒２内の残留燃焼ガス量が多くなり、それに伴い機関に吸入される新気の量が少なくなる。このように、ＰＭの捕集量と吸入新気量とには相関関係があるため、吸入新気量を検出することによりＰＭの捕集量を判定することが可能となる。特に車両減速時であって、燃料の供給が停止されているときには、気筒内の燃焼状態や機関の運転状態から受ける吸入新気量の変化が少ないのでＰＭの捕集量を判定するのには好適である。
【００４９】
また、ＰＭの捕集量が増加するとＥＧＲ量が増加するため、吸入新気量が減少する。ここで、ＥＧＲ量の還流量が最大となるようにＥＧＲ弁を全開とすることにより、フィルタへ適当量のＰＭが捕集された時点では、吸入新気量が顕著に減少するため、多少の測定誤差があっても正確にフィルタの再生時期を判定することができる。しかし、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラを備えている場合には、該ＥＧＲクーラへ排気中のＰＭが付着しているとＥＧＲガスの還流量が変化してしまう。このようにＥＧＲガスの還流量が変化すると吸入新気量も変化するため、ＰＭ捕集量を誤判定する虞がある。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、車両減速中の燃料供給停止時にＥＧＲ弁２０を全開とし、且つＥＧＲ通路切替弁２２によりＥＧＲクーラ迂回路１９ａにＥＧＲガスを流通させて、このときに検出される吸入新気量に基づいてフィルタ１６に堆積したＰＭ量を判定することとした。このようにすることで、ＥＧＲクーラ２１の流通抵抗が変化しても吸入新気量が変化することを防止でき、精度の高いＰＭ捕集量の判定を行うことができる。
【００５１】
ＰＭ捕集量の判定は、エアフローメータ１０により検出された吸入新気量と予め実験等により求めた車両減速中の吸入新気量とを比較して行う。この比較は、機関回転数と吸入新気量との関係を予め実験等により求めてマップ化してＥＣＵ２３に記憶させたものを用いる。
【００５２】
尚、本実施の形態では、フィルタ１６に捕集されたＰＭの量が、該フィルタ１６の再生が必要な量か否かを判定し、フィルタ１６の再生が必要な場合にはフィルタ１６の再生処理を行うこととした。ここで、フィルタ１６の再生が必要となるＰＭの捕集量及びそのときの吸入新気量は予め実験等により求めておきＥＣＵ２３に記憶させておく。
【００５３】
次に、本実施の形態によるフィルタ１６の再生制御について説明する。
【００５４】
図２は、本実施の形態によるフィルタ１６の再生のフロー示したフローチャート図である。
【００５５】
ステップＳ１０１では、ＰＭの捕集量の判定するための条件が整っているか否かを示すＰＭ検出フラグがＯＮとなっているか否か判定される。このＰＭ検出フラグがＯＮとなっている場合には、ＰＭの捕集量の判定条件が整っていることを示している。例えば、車両の走行距離が所定値以上となったとき、機関に供給された燃料の総量が所定値以上となったとき、機関回転数と機関負荷とのマップにより求まるＰＭ排出量の積算値が所定値以上となったときにＰＭ検出フラグがＯＮにされる。
【００５６】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５７】
ステップＳ１０２では、車両が減速中か否か判定される。例えば、運転者によるアクセル（図示省略）の踏み込み量がゼロとなり、且つ燃料の供給が停止されたときであって、機関回転数が１２００回／分以上であるときに車両が減速中であると判定される。ここで、車両減速中には、燃費向上、減速感の増大のためにＥＣＵ２３により燃料噴射弁３からの燃料噴射が停止される。
【００５８】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５９】
ステップＳ１０３では、吸気絞り弁１１が全開にされる。吸気絞り弁１１が全開にされると、吸入新気量が増加する。これにより、ＰＭの捕集による吸入新気量の変化が顕著に現れるようになり、フィルタ１６の再生時期の判定精度を向上させることができる。
【００６０】
ステップＳ１０４では、ＥＧＲ弁２０が全開にされる。これにより、ＥＧＲガス還流量を増加させる。これにより、ＰＭの捕集による吸入新気量の変化が顕著に現れるようになり、フィルタ１６の再生時期の判定精度を向上させることができる。
【００６１】
ステップＳ１０５では、ＥＧＲ通路切替弁２２を切り替えてＥＧＲクーラ迂回路１９ａにＥＧＲガスを流通させる。これにより、ＥＧＲクーラ２１の目詰まり等による吸入新気量の変化を抑制することができる。
【００６２】
ステップＳ１０６では、吸入新気量が検出される。吸入新気量はエアフローメータ１０の出力信号により求められる。
【００６３】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で検出された吸入新気量が所定値よりも小さいか否か判定される。この所定値は、再生が必要となる量のＰＭがフィルタ１６に捕集されたときの値であり、予め実験等により求めておく。ここで、ＰＭの捕集量が増加すると吸入新気量が減少するため、吸入新気量が所定値よりも小さいときにはフィルタ１６の再生が必要となる。
【００６４】
ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６５】
ステップＳ１０８では、フィルタ１６の再生が行われる。フィルタ１６の再生は、該フィルタ１６へ還元剤を供給して行われる。還元剤を供給する方法として、例えば排気中への燃料添加、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を燃料噴射弁３から噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等を採用することができる。このようにして、フィルタ１６に還元剤が供給された結果、フィルタ１６に流入する排気は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。そして、フィルタ１６に流入した還元剤によりセリア（ＣｅＯ_２）等の遷移金属に一時的に保持された活性酸素が放出される。この活性酸素により、ＰＭが酸化されやすいものに変質し単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、還元剤の供給により、ＮＯｘ触媒の酸素被毒が除去され、ＮＯｘ触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。更に、還元剤の酸化反応によりフィルタ１６の温度が上昇する。これらにより、フィルタ１６に捕集されたＰＭは酸化燃焼され除去される。ここで、第１排気温度センサ１７は、フィルタ再生時にフィルタ１６の温度がフィルタの再生に必要な温度となっているか否か判定するために用いられる。また、第２排気温度センサ１８は、フィルタ再生時にフィルタ１６が過度に温度上昇したことを検出するために用いられる。
【００６６】
このようにして、フィルタ１６の再生時期を判定することが可能となり、フィルタ１６の再生を最適な時期に行うことが可能となる。
【００６７】
以上述べたように、本実施の形態によれば、車両減速中の燃料供給停止時であって、ＥＧＲクーラ２１を迂回させつつＥＧＲ弁２０を全開としたときに検出される吸入新気量に基づいてフィルタ１６の再生時期を判定することができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、ターボチャージャ１５に可変容量型ターボチャージャを採用する。
【００６８】
尚、本実施の形態においては、第１の実施の形態と比較して、可変容量型ターボチャージャを採用している点が異なるものの、適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００６９】
次に、可変容量型ターボチャージャ１５の具体的な構成について図３及び図４に基づいて説明する。
【００７０】
図３は、可変容量型ターボチャージャの構成を示す断面図である。
【００７１】
図４は、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル機構を示す図である。
【００７２】
可変容量型ターボチャージャ（以下、単にターボチャージャという。）１５は、図３に示すように、コンプレッサハウジング１５ａとタービンハウジング１５ｂとをセンタハウジング１５ｃを介して連結して構成される。
【００７３】
センタハウジング１５ｃでは、ロータシャフト４８の一端は、コンプレッサハウジング１５ａ内に突出し、その突出部分には、複数のコンプレッサインペラ４６ａを備えたコンプレッサホイール４６が取り付けられている。
【００７４】
ロータシャフト４８の他端は、タービンハウジング１５ｂ内に突出し、その突出部分には、複数のタービンインペラ４７ａを備えたタービンホイール４７が取り付けられている。
【００７５】
コンプレッサハウジング１５ａにおいてセンタハウジング１５ｃと反対側に位置する部分には、コンプレッサハウジング１５ａ内に吸気を取り入れるための吸気取入口６２ａが形成されている。コンプレッサハウジング１５ａ内には、コンプレッサホイール４６の外周を包囲する渦巻き状のコンプレッサ通路６４が形成されると共に、コンプレッサホイール４６の内装部分とコンプレッサ通路６４とを連通する環状の送出通路６５が形成されている。コンプレッサ通路６４の終端部には、コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気を排出するための吸気排出口（図示省略）が形成されている。
【００７６】
一方、タービンハウジング１５ｂ内には、タービンホイール４７の外周を包囲する渦巻き状のスクロール通路６６が形成されると共に、タービンホイール４７の内装部分とスクロール通路６６とを連通する環状のノズル通路６７が形成されている。スクロール通路６６の基端部には、タービンハウジング１５ｂ内に排気を取り入れるための排気取入口（図示省略）が形成されている。タービンハウジング１５ｂにおいてセンタハウジング１５ｃと反対側に位置する部分には、タービンハウジング１５ｂ内の排気を排出するための排気排出口６３ａが設けられている。
【００７７】
更に、タービンハウジング１５ｂのセンタハウジング１５ｃ側には、可変ノズル機構７１が内装されている。この可変ノズル機構７１は、図４（ａ）、（ｂ）に示すようにリング状に形成されたノズルバックプレート７２を備えている。このノズルバックプレート７２は、ボルト（図示省略）によってタービンハウジング１５ｂに固定されている。続いて、ノズルバックプレート７２には、複数の軸７３が同プレート７２の円心を中心として等角度毎に設けられている。
【００７８】
各軸７３は、ノズルバックプレート７２をその厚さ方向に貫通して回転可能に支持されている。各軸７３の一端部（図４（ａ）中の左端部）には、ノズルベーン７４が固定されている。一方、軸７３の他端部（図４（ａ）中の右端部）には、軸７３と直行してノズルバックプレート７２の外縁部へ延びる開閉レバー７５が固定され、軸７３と開閉レバー７５とが一体で回転可能になっている。開閉レバー７５の先端には、二股に分岐した一対の挟持部７５ａが設けられている。
【００７９】
各開閉レバー７５とノズルバックプレート７２との間には、ノズルバックプレート７２と重なり合うように環状のリングプレート７６が設けられている。このリングプレート７６は、その円心を中心に周方向へ回転可能となっている。又、リングプレート７６には、その円心を中心として等角度毎に複数のピン７７が設けられており、それらピン７７が各開閉レバー７５の挟持部７５ａ間に回転可能な状態で挟持されている。
【００８０】
このように構成された可変ノズル機構７１では、上記したリングプレート７６がその円心を中心に回転されると、各ピン７７が各開閉レバー７５の挟持部７５ａをリングプレート７６の回転方向と同方向に押すことになる。その結果、開閉レバー７５が軸７３を回動させ、軸７３の回動に同期してノズルベーン７４が軸７３を中心に回動することになる。
【００８１】
例えば、ノズルベーン７４においてリングプレート７６の円心側に位置する端部をその円心から離脱させる方向に回動させるべくリングプレート７６が回動すると、隣接するノズルベーン７４間の間隙が狭くなり、ノズルベーン７４間の流路が閉じられることになる。
【００８２】
一方、ノズルベーン７４においてリングプレート７６の円心側に位置する端部をその円心に接近させる方向に回動させるべくリングプレート７６が回動すると、隣接するノズルベーン７４間の間隙が広くなり、ノズルベーン７４間の流路が開かれることになる。
【００８３】
次に、可変ノズル機構７１の駆動、即ち、リングプレート７６の回動駆動を行う機構について述べる。図３及び図４に示すように、リングプレート７６の外縁の一部には、軸線Ｌと同方向に延びるピン８６が取り付けられ、そのピン８６に駆動機構８２が連結されている。
【００８４】
駆動機構８２は、センタハウジング１５ｃにピン８６と平行にコンプレッサハウジング１５ａ側に延びた状態で回動自在に支持された支軸８３を備えている。この支軸８３のタービンハウジング１５ｂ側の端部（図３中の左側端部）には、ピン８６に対して回動可能に連結された駆動レバー８４が固定されている。支軸８３のコンプレッサハウジング１５ａ側の端部（図３中の右側端部）には、支軸８３を中心にして回動可能な操作片８５が取り付けられている。操作片８５は、負圧式のＶＮＴアクチュエータ８７に連結されている。
【００８５】
図５は、ＶＮＴアクチュエータ８７の概略構成図である。
【００８６】
ＶＮＴアクチュエータ８７は、図５に示すように、ダイヤフラム８８によって負圧室８７ａと大気室８７ｂとに区画されている。負圧室８７ａには、ダイヤフラム８８と直行する方向に伸縮動作するコイルスプリング８８ａが内装されている。更に、負圧室８７ａには、負圧通路８９が接続されており、負圧通路８９は、エンジン１のクランクシャフトに駆動連結されたバキュームポンプ９１に接続されている。負圧通路８９の途中には、エレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）９０が設けられている。
【００８７】
ＥＶＲＶ９０は、大気中に開口された大気導入口（図示省略）を備えており、ＥＶＲＶ９０よりＶＮＴアクチュエータ８７側に位置する負圧通路８９ａと大気導入口の導通と、ＥＶＲＶ９０よりバキュームポンプ９１側に位置する負圧通路８９ｂとＶＮＴアクチュエータ８７側の負圧通路８９ａの導通と、を切り換える。
【００８８】
尚、ＥＶＲＶ９０は、電磁ソレノイドを備えており、電磁ソレノイドが非励磁状態にあるときは、負圧通路８９ａと大気導入口とを導通状態に保持し、電磁ソレノイドが励磁状態にあるときは負圧通路８９ａと負圧通路８９ｂとを導通常状態に保持する。一方、ＶＮＴアクチュエータ８７の大気室８７ｂは、ＶＮＴアクチュエータ８７の外部（大気中）と連通し、大気室８７ｂ内の圧力が常に大気圧となるようになっている。
【００８９】
ダイヤフラム８８の大気室８７ｂ側には、コイルスプリング８８ａの伸長方向に延出したロッド８８ｂが突設されている。このロッド８８ｂは、大気室８７ｂを貫通してＶＮＴアクチュエータ８７の外部まで突出しており、その先端部が前記操作片８５に連結されている。
【００９０】
このように構成されたＶＮＴアクチュエータ８７では、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドが非励磁状態にあるときは、負圧通路８９ａと大気導入口とが導通状態となり負圧室８７ａ内が大気圧となる。この場合、ＶＮＴアクチュエータ８７のロッド８８ｂは、コイルスプリング８８ａの付勢力によって最も進出した状態に保持される。
【００９１】
また、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドが励磁状態にあるときは、負圧通路８９ａと負圧通路８９ｂとが導通状態になり、ＶＮＴアクチュエータ８７の負圧室８７ａ内が負圧となる。この場合、ダイヤフラム８８がコイルスプリング８８ａの付勢力に抗して変位し、それに伴ってロッド８８ｂが最も退行した状態に保持される。
【００９２】
更に、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドの励磁と非励磁とをデューティ制御することにより、ロッド８８ｂの進退量を調整することが可能となる。
【００９３】
上記したようなＶＮＴアクチュエータ８７のロッド８８ｂの進退動作により、前記操作片８５が回動される。操作片８５が回動されると、それに同期して支軸８３が回転し、支軸８３の回転に伴って駆動レバー８４が支軸８３を中心に回動する。その結果、駆動レバー８４がピン８６を介してリングプレート７６を周方向に押し、軸線Ｌを中心にリングプレート７６を回動させることになる。
【００９４】
以上述べた可変容量型ターボチャージャ１５では、駆動機構８２によってノズルベーン７４の回動方向と回動量とを調整することにより、ノズルベーン７４間の流路の向き、及びノズルベーン７４間の間隙を変更することが可能となる。即ち、ノズルベーン７４の回動方向と回動量とを制御することにより、スクロール通路６６からタービンホイール４７に吹き付けられる排気の方向と流速が調節されることになる。
【００９５】
例えば、エンジン１からの排気の量が少ない場合は、可変ノズル機構７１のノズルベーン７４を閉じるべく駆動機構８２を動作させることにより、タービンホイール４７に吹き付けられる排気の流速が高まると共に、排気とタービンインペラ４７ａとの衝突角度がより垂直に近づくため、少ない排気量でもタービンホイール４７の回転速度及び回転力を高めることが可能となる。
【００９６】
反対に、エンジン１からの排気の量が十分に多い場合は、可変ノズル機構７１のノズルベーン７４を開くべく駆動機構８２を動作させることにより、タービンホイール４７に吹き付けられる排気の流速の過剰な上昇が制御され、タービンホイール４７の回転速度及び回転力の過剰な上昇を抑制することが可能となる。
【００９７】
尚、本実施の形態では、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドが非励磁状態にあって、ＶＮＴアクチュエータ８７のロッド８８ｂが最も進出した状態のときに、ノズルベーン７４が最も開いた状態に保持され、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドが励磁状態にあって、ＶＮＴアクチュエータ８７のロッド８８ｂが最も退行した状態のときに、ノズルベーン７４が最も閉じた状態に保持されるものとする。
【００９８】
このように構成された、内燃機関の排気浄化装置では、可変容量型ターボチャージャのノズルベーン７４開度により、排気が通過するときの抵抗が変化するため、タービンハウジング１５ｂ上流の排気の圧力が変化する。従って、吸入新気量も変化してしまい、フィルタ１６の再生時期を誤判定する虞がある。即ち、車両減速中にノズルベーン７４の開度が閉じ側へ保持された状態では、排気抵抗が大きくなり、タービンハウジング１５ｂ上流の排気の圧力が上昇する。従って、吸入新気量は少なくなる。一方、ノズルベーン７４が開き側へ保持された状態では、吸入新気量が多くなる。
【００９９】
そこで、本実施の形態では、フィルタ１６の再生時期を判定するときには、ノズルベーン７４の開度を全開とし、排気が通過するときの抵抗が最小となるようにした。ここで、フィルタ１６の再生時期を判定するのは、車両減速時であるので、ノズルベーン７４を全開としても機関出力や排気エミッションにはほとんど影響を及ぼさない。
【０１００】
次に、本実施の形態によるフィルタ再生制御について説明する。
【０１０１】
本実施の形態によるフィルタ再生制御は、図２に示されるフィルタ再生制御のフローと比較して、ノズルベーン７４を全開とするステップが加わる点で相違する。
【０１０２】
即ち、本実施の形態によるフィルタ再生制御では、図２に示すフィルタ再生制御のフロー中ステップＳ１０５とステップＳ１０６との間にノズルベーン７４を全開とするステップを追加したものとなる。その他のステップについては同様なので説明を省略する。
【０１０３】
このようにして、ノズルベーン７４を全開とすることにより、吸入新気量の変化を抑制し、フィルタ再生時期を精度良く求めることができる。
【０１０４】
以上述べたように、本実施の形態によれば、車両減速中の燃料供給停止時であって、ＥＧＲクーラ２１を迂回させつつＥＧＲ弁２０を全開とし且つノズルベーン７４を全開としたときに検出される吸入新気量に基づいてフィルタ１６の再生時期を判定することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の排気浄化装置では、ＥＧＲクーラに粒子状物質が付着して排気の通過抵抗が増加しているか否かによらず吸入新気量からフィルタの再生時期を精度良く判定することができる。
【０１０６】
更に、可変容量型ターボチャージャを備えている場合であっても吸入新気量の変化を抑制してフィルタの再生時期を精度良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態によるフィルタの再生のフロー示したフローチャート図である。
【図３】可変容量型ターボチャージャの構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル機構の側面視を示す図である。図４（ｂ）は、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル機構の正面視を示す図である。
【図５】可変容量型ターボチャージャのＶＮＴアクチュエータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・エアフローメータ
１１・・・吸気絞り弁
１２・・・吸気絞り用アクチュエータ
１３・・・排気枝管
１４・・・排気管
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・フィルタ
１７・・・第１排気温度センサ
１８・・・第２排気温度センサ
１９・・・ＥＧＲ通路
１９ａ・・ＥＧＲクーラ迂回路
２０・・・ＥＧＲ弁
２１・・・ＥＧＲクーラ
２２・・・通路切替弁
２３・・・ＥＣＵ
７４・・・ノズルベーン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
While diesel engines are economical, it is important to remove particulate matter (PM) represented by soot, which is a suspended particulate matter contained in exhaust gas. Has become. For this reason, a technique is known in which a particulate filter (hereinafter, simply referred to as a “filter”) for trapping PM is provided in an exhaust system of a diesel engine so that PM is not released into the atmosphere.
[0003]
This filter can prevent PM in exhaust gas from being once collected and released into the atmosphere. However, when the PM collected by the filter accumulates on the filter, the filter may be clogged. When the clogging occurs, the pressure of the exhaust gas upstream of the filter increases, which may cause a decrease in the output of the internal combustion engine or damage to the filter. In such a case, the PM deposited on the filter can be ignited and burned to remove the PM. Removing PM accumulated on the filter in this way is called filter regeneration.
[0004]
In performing the regeneration of the filter, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-089234, when the fuel supply is stopped while the vehicle is decelerating, the EGR valve is fully opened, the intake fresh air amount is detected, and this value and a predetermined value determined in advance. When the intake fresh air amount is smaller than the predetermined value, it is determined that it is the filter regeneration time.
[0005]
Here, when PM is collected by the filter and the exhaust resistance of the filter increases, the pressure of the engine exhaust system on the upstream side of the filter increases, and the amount of EGR gas recirculated to the engine intake system increases. The amount increases as the amount of trapped PM increases. Then, the actual intake fresh air amount decreases with the increasing EGR gas amount.
[0006]
In this way, when an appropriate amount of PM is collected by the filter, the amount of fresh intake air is significantly reduced, so that the filter regeneration time can be accurately determined even if there is some measurement error. .
[0007]
By determining the filter regeneration time in this way, the regeneration time can be determined without using a pressure sensor.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an EGR cooler that reduces the temperature of the recirculated EGR gas is provided, the amount of recirculated EGR gas changes due to PM attached to the EGR cooler, and thus the amount of fresh intake air changes. In such a state, it is difficult to accurately determine the reproduction time.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and in an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, it is possible to remove particulate matter trapped in a filter regardless of a change in a passage resistance of an EGR cooler. It is an object of the present invention to provide a technique capable of determining a necessary time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an internal combustion engine of the present invention employs the following solutions. That is,
An EGR device that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system,
An EGR cooler for cooling EGR gas recirculated through the EGR device;
A first EGR passage communicating with the intake system and the exhaust system of the internal combustion engine and passing through the EGR cooler;
A second EGR passage communicating the intake system and the exhaust system of the internal combustion engine and not passing through the EGR cooler;
EGR passage selecting means for selecting either the first EGR passage or the second EGR passage to flow the EGR gas,
Fuel supply means for supplying fuel to the internal combustion engine;
Fuel supply stopping means for stopping fuel supply by the fuel supply means,
A filter capable of temporarily collecting particulate matter contained in the exhaust gas,
Intake fresh air amount detecting means for detecting an amount of fresh air sucked into the internal combustion engine;
When the supply of fuel is stopped by the fuel supply stopping means, the intake fresh air amount detected by the intake fresh air amount detection means while the EGR gas is circulated through the second EGR passage by the EGR passage selection means. Collection amount determination means for determining the amount of particulate matter collected by the filter based on
It is characterized by having.
[0011]
The most significant feature of the present invention is that in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, the EGR gas is prevented from passing through the EGR cooler at the time of determining the trapped amount of particulate matter, and the fresh air intake due to an increase in the flow resistance of the EGR cooler is determined. Is to suppress the decrease in the value and improve the determination accuracy.
[0012]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the particulate matter contained in the exhaust gas from the internal combustion engine is collected by the filter. If particulate matter accumulates on the filter, the filter will be clogged, so it is necessary to remove the particulate matter.
[0013]
Here, when the particulate matter is collected by the filter, the resistance when the exhaust gas passes increases, and the pressure of the exhaust gas upstream of the filter increases. Then, the amount of residual combustion gas in the cylinder increases, and accordingly, the amount of fresh intake air decreases. Therefore, there is a correlation between the amount of collected particulate matter and the amount of fresh intake air, and the amount of collected particulate matter can be determined by detecting the amount of fresh intake air. Especially when the vehicle is decelerating and the supply of fuel is stopped, the amount of collected particulate matter is determined because there is little change in the fresh air intake received from the combustion state in the cylinder and the operation state of the engine. It is suitable for Further, when the amount of trapped particulate matter increases and the pressure of the exhaust gas upstream of the filter increases, the amount of recirculated EGR gas increases, and the amount of fresh intake air decreases. Therefore, it is possible to further improve the accuracy of determining the trapped amount of the particulate matter. However, when an EGR cooler for cooling the EGR gas is provided, particulate matter in the EGR gas adheres to the EGR cooler, and resistance when passing through the EGR cooler increases, so that the EGR gas is returned. The flow rate changes. In such a case, if the EGR gas is recirculated without passing through the EGR cooler, it is possible to suppress a change in the intake fresh air amount and improve the accuracy of determining the trapped amount of the particulate matter.
[0014]
In the present invention, the fuel cell system further includes an EGR valve that varies a passage area of the first EGR passage and the second EGR passage to adjust a flow amount of the EGR gas,
When the fuel supply is stopped by the fuel supply stopping means, the opening of the EGR valve can be set to a predetermined opening.
[0015]
When the opening degree of the EGR valve changes, the recirculation amount of the EGR gas changes. When the recirculation amount of the EGR gas changes, the intake fresh air amount also changes, which makes it difficult to determine the amount of the particulate matter collected by the filter. Here, by setting the EGR valve to a predetermined opening, it is possible to suppress a change in the intake fresh air amount due to a change in the opening of the EGR valve. In particular, by fully opening the EGR valve, the EGR recirculation amount can be maximized. In this case, the intake fresh air amount is significantly reduced, so that even if there is some measurement error, the filter regeneration time can be accurately determined. Can be determined.
[0016]
In the present invention, the trapped amount determining means removes the particulate matter collected by the filter when the intake fresh air amount detected by the fresh intake air amount detection means becomes smaller than a predetermined value. It can be determined that it needs to be removed.
[0017]
If the allowable amount of particulate matter to be collected by the filter is determined in advance, and the intake fresh air amount at that time is obtained, the filter is compared with this value and the detected intake fresh air amount. It is possible to determine whether or not it is time to remove the particulate matter trapped in the water.
[0018]
In the present invention, the turbocharger further includes a variable displacement turbocharger that varies the flow rate of exhaust gas blown to the turbine wheel by opening and closing the nozzle vanes so as to set the supercharging pressure of the intake gas to a desired pressure,
The collection amount determination means may set the opening degree of the nozzle vane to the full opening when determining the collection amount of the particulate matter.
[0019]
Here, when the opening degree of the nozzle vane changes, the pressure of the exhaust gas upstream of the variable displacement turbocharger changes, so that the EGR amount and the intake fresh air amount change. Such a change in the intake fresh air amount leads to erroneous determination of the amount of particulate matter deposited on the filter. Here, by setting the opening degree of the nozzle vane to the full opening, it is possible to minimize the rise in the pressure of the exhaust gas upstream of the filter by the variable capacity turbocharger, and to prevent the erroneous determination.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
Hereinafter, specific embodiments of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a case where the internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
[0021]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine and an intake / exhaust system thereof according to the present embodiment.
[0022]
The engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0023]
The engine 1 includes a fuel injection valve 3 for directly injecting fuel into a combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4 for accumulating fuel up to a predetermined pressure.
[0024]
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 via a fuel supply pipe 5. The fuel pump 6 is a pump that operates by using a rotational torque of an output shaft (crankshaft) of the engine 1 as a driving source. A pump pulley 6a attached to an input shaft of the fuel pump 6 has an output shaft (crankshaft) of the engine 1. ) Are connected via a belt 7 to a crank pulley 1a attached to the crank pulley 1).
[0025]
In the fuel injection system configured as described above, when the rotation torque of the crankshaft is transmitted to the input shaft of the fuel pump 6, the fuel pump 6 rotates the rotation torque transmitted from the crankshaft to the input shaft of the fuel pump 6. The fuel is discharged at a pressure according to.
[0026]
The fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied to a common rail 4 via a fuel supply pipe 5, accumulated in the common rail 4 to a predetermined pressure, and distributed to the fuel injection valves 3 of each cylinder 2. When a drive current is applied to the fuel injection valve 3, the fuel injection valve 3 opens, and as a result, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the cylinder 2.
[0027]
An intake branch pipe 8 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown).
[0028]
The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9, and a compressor housing 15 a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 15 that operates using energy of exhaust gas as a driving source is provided in the intake pipe 9. . An air flow meter 10 that outputs an electric signal corresponding to the mass of intake air flowing through the intake pipe 9 is attached to the intake pipe 9 upstream of the turbocharger.
[0029]
An intake throttle valve 11 that adjusts a flow rate of intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a portion of the intake pipe 9 located immediately upstream of the intake branch pipe 8. The intake throttle valve 11 is provided with an intake throttle actuator 12 which is constituted by a step motor or the like and drives the intake throttle valve 11 to open and close.
[0030]
In the intake system configured as described above, the intake air flows into the compressor housing 15a via the intake pipe 9.
[0031]
The intake air flowing into the compressor housing 15a is compressed by rotation of a compressor wheel provided in the compressor housing 15a, and then flows into the intake branch pipe 8. The intake air flowing into the intake branch pipe 8 is distributed to the combustion chamber of each cylinder 2 via each branch pipe, and is burned using the fuel injected from the fuel injection valve 3 of each cylinder 2 as an ignition source.
[0032]
On the other hand, an exhaust branch pipe 13 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 13 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port 1 b.
[0033]
The exhaust branch pipe 13 is connected to a turbine housing 15 b of the centrifugal supercharger 15. The turbine housing 15b is connected to an exhaust pipe 14, and the exhaust pipe 14 is connected downstream to a muffler (not shown).
[0034]
In the middle of the exhaust pipe 14, a particulate filter (hereinafter, simply referred to as a filter) 16 carrying an NOx storage reduction catalyst is provided. The filter 16 is formed from a porous material such as cordierite, for example, using alumina as a carrier, and places potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), or the like on the carrier. And at least one selected from alkaline earths such as barium (Ba) or calcium (Ca), rare earths such as lanthanum (La) or yttrium (Y), and a noble metal such as platinum (Pt). Is carried. In the present embodiment, barium (Ba) and platinum (Pt) are supported on a carrier made of alumina, and oxygen storage (O 2) ₂ For example, ceria (CeO) with storage capability ₂ ) Is supported by a storage-reduction NOx catalyst (hereinafter, simply referred to as “NOx catalyst”) constituted by adding a transition metal such as a NOx catalyst.
[0035]
The NOx catalyst occludes nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is high, and stores the nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst when the oxygen concentration is low. Release the nitrogen oxides (NOx) that have been used. At this time, if reducing components such as hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) are present in the exhaust gas, nitrogen oxides (NOx) released from the NOx catalyst are reduced. Ceria (CeO) ₂ Transition metals such as) have the ability to temporarily hold oxygen and release it as activated oxygen, depending on the characteristics of the exhaust. The PM collected by the filter 16 is oxidized by the active oxygen released at this time, so that clogging of the filter 16 can be prevented.
[0036]
A first exhaust temperature sensor 17 that outputs an electric signal corresponding to the temperature of exhaust flowing through the exhaust pipe 14 is attached to the exhaust pipe 14 downstream of the turbocharger 15 and upstream of the filter 16. On the other hand, a second exhaust gas temperature sensor 18 that outputs an electric signal corresponding to the temperature of exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14 is attached to the exhaust pipe 14 downstream of the filter 16.
[0037]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) burned in each cylinder 2 of the engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 13 through the exhaust port, and then centrifugally supercharged from the exhaust branch pipe 13. Machine 15 into the turbine housing 15b. The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates a turbine wheel rotatably supported in the turbine housing 15b by using energy of the exhaust gas. At this time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.
[0038]
The exhaust gas discharged from the turbine housing 15b flows into a filter 16 through an exhaust pipe 14, where PM in the exhaust gas is collected and harmful gas components are removed or purified, and then discharged to the atmosphere via a muffler. Is done.
[0039]
Further, the exhaust branch pipe 13 and the intake branch pipe 8 form an exhaust recirculation passage (hereinafter, referred to as an EGR passage) 19 for recirculating a part of the exhaust flowing through the exhaust branch pipe 13 to the intake branch pipe 8. Are communicated through. In the middle of the EGR passage 19, a flow regulating valve which is constituted by an electromagnetic valve or the like and changes the flow rate of exhaust gas (hereinafter, referred to as EGR gas) flowing through the EGR passage 19 according to the magnitude of the applied power. (Hereinafter, referred to as an EGR valve.) 20 is provided.
[0040]
An EGR cooler 21 that cools EGR gas flowing in the EGR passage 19 is provided in the EGR passage 19 and upstream of the EGR valve 20. The EGR cooler 21 is provided with a cooling water passage (not shown), and a part of cooling water for cooling the engine 1 circulates.
[0041]
On the other hand, one end and the other end of the EGR cooler bypass 19a are connected to the EGR passage 19 before and after the EGR cooler 21, respectively. An EGR passage switching valve 22 for selecting one of the EGR cooler 21 and the EGR cooler bypass 19a and allowing the EGR gas to flow therethrough is provided at a connection portion between one end of the EGR cooler bypass 19a and the EGR passage 19. Have been.
[0042]
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the EGR valve 20 is opened, the EGR passage 19 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 13 flows into the EGR passage 19. . When the EGR passage switching valve 22 is at a position where the EGR gas flows to the EGR cooler 21, the EGR gas is guided to the intake branch pipe 8 via the EGR cooler 21. On the other hand, when the EGR passage switching valve 22 is at a position where the EGR gas flows through the EGR cooler bypass 19 a, the EGR gas is guided to the intake branch pipe 8 without passing through the EGR cooler 21.
[0043]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 13 to the intake branch pipe 8 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with fresh air flowing from the upstream of the intake branch pipe 8.
[0044]
The engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 23 for controlling the engine 1. The ECU 23 is a unit that controls the operating state of the engine 1 according to the operating conditions of the engine 1 and the driver's requirements.
[0045]
Various sensors are connected to the ECU 23 via electric wiring, and output signals of the various sensors described above are input to the ECU 23. On the other hand, the ECU 23 is connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 12, the EGR valve 20, the EGR passage switching valve 22, and the like via electric wiring, and can be controlled. The ECU 23 stores various application programs and various control maps.
[0046]
The PM trapped by the filter 16 is oxidized and removed when the NOx catalyst is at or above the activation temperature, but is oxidized and removed at or below the activation temperature or when the amount of PM discharged from the engine 1 is large. In some cases, for example, the filter 16 cannot be sufficiently deposited, and may gradually accumulate on the filter to cause clogging of the filter 16. Due to the clogging, there is a possibility that the engine output is reduced or the filter 16 is damaged. Therefore, it is necessary to remove PM collected by the filter 16 before clogging occurs. Here, the PM trapped in the filter 16 can be removed by oxidation in an atmosphere containing excess oxygen and at a high temperature.
[0047]
However, if the regeneration process of the filter 16 is performed after a predetermined amount or more of PM is collected by the filter 16, the filter 16 may be overheated by heat generated when the collected PM burns, and thermal degradation may occur. is there. Therefore, it is necessary to regenerate the filter 16 before PM of a predetermined amount or more is collected, and it is important to accurately determine the regeneration time of the filter.
[0048]
Here, in the conventional exhaust gas purification device for an internal combustion engine, the timing at which the filter is regenerated is determined based on the intake fresh air amount. When PM is trapped in the filter, the resistance when exhaust gas passes increases, and the pressure of exhaust gas upstream of the filter increases. Then, the amount of residual combustion gas in the cylinder 2 increases, and accordingly, the amount of fresh air sucked into the engine decreases. As described above, since there is a correlation between the amount of trapped PM and the amount of fresh intake air, the amount of trapped PM can be determined by detecting the amount of fresh intake air. In particular, when the vehicle is decelerating and the fuel supply is stopped, the amount of fresh intake air received from the combustion state in the cylinder and the operation state of the engine is small, so it is necessary to determine the amount of trapped PM. It is suitable.
[0049]
When the amount of trapped PM increases, the amount of EGR increases, so that the amount of fresh intake air decreases. Here, by fully opening the EGR valve so that the recirculation amount of the EGR amount is maximized, when an appropriate amount of PM is collected in the filter, the intake fresh air amount is significantly reduced. Even when there is a measurement error, the regeneration time of the filter can be accurately determined. However, when an EGR cooler for cooling the EGR gas is provided, if the PM in the exhaust gas adheres to the EGR cooler, the recirculation amount of the EGR gas changes. When the recirculation amount of the EGR gas changes in this way, the intake fresh air amount also changes, so that the PM trapping amount may be erroneously determined.
[0050]
Therefore, in the present embodiment, when the fuel supply is stopped during deceleration of the vehicle, the EGR valve 20 is fully opened, and the EGR gas is circulated through the EGR cooler detour 19a by the EGR passage switching valve 22, and the intake detected at this time is detected. The amount of PM deposited on the filter 16 is determined based on the fresh air amount. By doing so, it is possible to prevent the intake fresh air amount from changing even if the flow resistance of the EGR cooler 21 changes, and it is possible to determine the PM trapping amount with high accuracy.
[0051]
The determination of the PM trapping amount is performed by comparing the intake fresh air amount detected by the air flow meter 10 with the intake fresh air amount during vehicle deceleration obtained in advance through experiments or the like. In this comparison, the relationship between the engine speed and the intake fresh air amount is obtained in advance through experiments or the like, mapped and stored in the ECU 23.
[0052]
In the present embodiment, it is determined whether or not the amount of PM collected by the filter 16 is an amount that requires regeneration of the filter 16, and if the regeneration of the filter 16 is required, the regeneration of the filter 16 is performed. Processing was decided. Here, the amount of trapped PM that requires the regeneration of the filter 16 and the amount of fresh intake air at that time are obtained in advance by experiments or the like and stored in the ECU 23.
[0053]
Next, regeneration control of the filter 16 according to the present embodiment will be described.
[0054]
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of regeneration of the filter 16 according to the present embodiment.
[0055]
In step S101, it is determined whether or not a PM detection flag indicating whether or not conditions for determining the amount of trapped PM are satisfied is ON. When the PM detection flag is ON, it indicates that the conditions for determining the amount of trapped PM are satisfied. For example, when the travel distance of the vehicle is equal to or greater than a predetermined value, when the total amount of fuel supplied to the engine is equal to or greater than a predetermined value, the integrated value of the PM emission amount obtained from the map of the engine speed and the engine load is When the predetermined value is exceeded, the PM detection flag is turned ON.
[0056]
If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102, while if a negative determination is made, this routine ends.
[0057]
In step S102, it is determined whether the vehicle is decelerating. For example, when the amount of depression of the accelerator (not shown) by the driver is zero and the supply of fuel is stopped, and the vehicle is decelerating when the engine speed is 1200 times / minute or more. Is determined. Here, during deceleration of the vehicle, the fuel injection from the fuel injection valve 3 is stopped by the ECU 23 in order to improve fuel efficiency and increase the feeling of deceleration.
[0058]
If an affirmative determination is made in step S102, the process proceeds to step S103, while if a negative determination is made, this routine ends.
[0059]
In step S103, the intake throttle valve 11 is fully opened. When the intake throttle valve 11 is fully opened, the intake fresh air amount increases. As a result, the change in the intake fresh air amount due to the PM collection becomes remarkable, and the accuracy of the determination of the regeneration time of the filter 16 can be improved.
[0060]
In step S104, the EGR valve 20 is fully opened. Thereby, the EGR gas recirculation amount is increased. As a result, the change in the intake fresh air amount due to the PM collection becomes remarkable, and the accuracy of the determination of the regeneration time of the filter 16 can be improved.
[0061]
In step S105, the EGR passage switching valve 22 is switched to allow the EGR gas to flow through the EGR cooler bypass 19a. Thus, a change in the intake fresh air amount due to clogging of the EGR cooler 21 or the like can be suppressed.
[0062]
In step S106, the intake fresh air amount is detected. The intake fresh air amount is obtained from an output signal of the air flow meter 10.
[0063]
In step S107, it is determined whether or not the intake fresh air amount detected in step S106 is smaller than a predetermined value. This predetermined value is a value when the amount of PM that requires regeneration is collected by the filter 16, and is obtained in advance by experiments or the like. Here, when the amount of trapped PM increases, the intake fresh air amount decreases. Therefore, when the intake fresh air amount is smaller than a predetermined value, the filter 16 needs to be regenerated.
[0064]
If an affirmative determination is made in step S107, the process proceeds to step S108, while if a negative determination is made, this routine ends.
[0065]
In step S108, the regeneration of the filter 16 is performed. The regeneration of the filter 16 is performed by supplying a reducing agent to the filter 16. As a method of supplying the reducing agent, for example, low-temperature combustion (e.g., adding fuel to exhaust gas, increasing the amount of recirculated EGR gas to increase the soot generation amount to a maximum, and then further increasing the EGR gas amount) Japanese Patent No. 3116876), a secondary injection for injecting fuel again during an expansion stroke or an exhaust stroke after a main injection for injecting fuel for engine output from the fuel injection valve 3 or the like can be adopted. In this way, as a result of the supply of the reducing agent to the filter 16, the exhaust gas flowing into the filter 16 changes in oxygen concentration in a relatively short cycle. Then, the ceria (CeO) is reduced by the reducing agent flowing into the filter 16. ₂ ), Etc., the active oxygen temporarily held by the transition metal is released. Due to this active oxygen, PM is transformed into a substance easily oxidized, and the oxidizable amount per unit time is improved. In addition, the supply of the reducing agent removes the oxygen poisoning of the NOx catalyst and increases the activity of the NOx catalyst, so that active oxygen is easily released. Further, the temperature of the filter 16 increases due to the oxidation reaction of the reducing agent. As a result, the PM trapped in the filter 16 is oxidized and burned and removed. Here, the first exhaust gas temperature sensor 17 is used for judging whether or not the temperature of the filter 16 has reached a temperature necessary for the regeneration of the filter during the regeneration of the filter. The second exhaust gas temperature sensor 18 is used for detecting that the temperature of the filter 16 has risen excessively during the regeneration of the filter.
[0066]
In this manner, the regeneration time of the filter 16 can be determined, and the regeneration of the filter 16 can be performed at an optimal time.
[0067]
As described above, according to the present embodiment, when the fuel supply is stopped while the vehicle is being decelerated, the intake fresh air amount detected when the EGR valve 20 is fully opened while the EGR cooler 21 is bypassed. The regeneration time of the filter 16 can be determined based on this.
<Second embodiment>
In the present embodiment, a variable displacement turbocharger is employed as the turbocharger 15.
[0068]
Although the present embodiment is different from the first embodiment in that a variable capacity turbocharger is employed, the basic configuration of the engine 1 and other hardware to which the present invention is applied is different from the first embodiment. Since it is common with the first embodiment, the description is omitted.
[0069]
Next, a specific configuration of the variable capacity turbocharger 15 will be described with reference to FIGS.
[0070]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the variable capacity turbocharger.
[0071]
FIG. 4 is a diagram showing a variable nozzle mechanism of the variable displacement turbocharger.
[0072]
As shown in FIG. 3, a variable displacement turbocharger (hereinafter simply referred to as a turbocharger) 15 is configured by connecting a compressor housing 15a and a turbine housing 15b via a center housing 15c.
[0073]
In the center housing 15c, one end of the rotor shaft 48 protrudes into the compressor housing 15a, and the protruding portion is attached to a compressor wheel 46 having a plurality of compressor impellers 46a.
[0074]
The other end of the rotor shaft 48 protrudes into the turbine housing 15b, and the protruding portion is attached to a turbine wheel 47 having a plurality of turbine impellers 47a.
[0075]
An intake port 62a for taking in intake air into the compressor housing 15a is formed in a portion of the compressor housing 15a opposite to the center housing 15c. A spiral compressor passage 64 surrounding the outer periphery of the compressor wheel 46 is formed in the compressor housing 15a, and an annular delivery passage 65 communicating the interior portion of the compressor wheel 46 and the compressor passage 64 is formed. I have. At the end of the compressor passage 64, an intake outlet (not shown) for discharging the intake air compressed in the compressor housing 15a is formed.
[0076]
On the other hand, a spiral scroll passage 66 surrounding the outer periphery of the turbine wheel 47 is formed in the turbine housing 15b, and an annular nozzle passage 67 communicating the interior portion of the turbine wheel 47 and the scroll passage 66 is formed. Have been. An exhaust inlet (not shown) for taking exhaust gas into the turbine housing 15b is formed at the base end of the scroll passage 66. An exhaust outlet 63a for exhausting exhaust gas from the turbine housing 15b is provided at a portion of the turbine housing 15b opposite to the center housing 15c.
[0077]
Further, a variable nozzle mechanism 71 is provided on the center housing 15c side of the turbine housing 15b. As shown in FIGS. 4A and 4B, the variable nozzle mechanism 71 includes a nozzle back plate 72 formed in a ring shape. The nozzle back plate 72 is fixed to the turbine housing 15b by bolts (not shown). Subsequently, a plurality of shafts 73 are provided on the nozzle back plate 72 at equal angles around the center of the plate 72.
[0078]
Each shaft 73 is rotatably supported by penetrating the nozzle back plate 72 in the thickness direction. A nozzle vane 74 is fixed to one end of each shaft 73 (the left end in FIG. 4A). On the other hand, an opening / closing lever 75 which is orthogonal to the shaft 73 and extends to the outer edge of the nozzle back plate 72 is fixed to the other end of the shaft 73 (the right end in FIG. 4A). And are integrally rotatable. At the tip of the opening / closing lever 75, a pair of forked portions 75a is provided.
[0079]
An annular ring plate 76 is provided between each opening / closing lever 75 and the nozzle back plate 72 so as to overlap the nozzle back plate 72. This ring plate 76 is rotatable in the circumferential direction about the center of the circle. A plurality of pins 77 are provided on the ring plate 76 at equal angles around the center of the circle, and the pins 77 are rotatably held between the holding portions 75 a of the opening / closing levers 75. I have.
[0080]
In the variable nozzle mechanism 71 configured as described above, when the above-described ring plate 76 is rotated around the center of the circle, each pin 77 causes the holding portion 75 a of each open / close lever 75 to move in the same direction as the rotation direction of the ring plate 76. Push in the direction. As a result, the opening / closing lever 75 rotates the shaft 73, and the nozzle vanes 74 rotate about the shaft 73 in synchronization with the rotation of the shaft 73.
[0081]
For example, when the ring plate 76 is rotated to rotate an end of the nozzle vane 74 located on the side of the center of the ring plate 76 away from the center of the circle, the gap between the adjacent nozzle vanes 74 is reduced, and the nozzle vane 74 is closed. The flow path between them will be closed.
[0082]
On the other hand, when the ring plate 76 is rotated in such a manner that the end of the nozzle vane 74 located on the side of the center of the ring plate 76 approaches the center of the circle, the gap between the adjacent nozzle vanes 74 increases, and The flow path between 74 will be opened.
[0083]
Next, a mechanism for driving the variable nozzle mechanism 71, that is, a mechanism for rotating the ring plate 76 will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, a pin 86 extending in the same direction as the axis L is attached to a part of the outer edge of the ring plate 76, and a driving mechanism 82 is connected to the pin 86.
[0084]
The drive mechanism 82 includes a support shaft 83 that is rotatably supported by the center housing 15c so as to extend toward the compressor housing 15a in parallel with the pin 86. A drive lever 84 rotatably connected to a pin 86 is fixed to an end (left end in FIG. 3) of the support shaft 83 on the turbine housing 15b side. An operation piece 85 rotatable about the support shaft 83 is attached to an end (the right end in FIG. 3) of the support shaft 83 on the compressor housing 15a side. The operation piece 85 is connected to a negative pressure type VNT actuator 87.
[0085]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the VNT actuator 87.
[0086]
The VNT actuator 87 is divided into a negative pressure chamber 87a and an atmosphere chamber 87b by a diaphragm 88 as shown in FIG. In the negative pressure chamber 87a, a coil spring 88a that expands and contracts in a direction perpendicular to the diaphragm 88 is provided. Further, a negative pressure passage 89 is connected to the negative pressure chamber 87a, and the negative pressure passage 89 is connected to a vacuum pump 91 which is drivingly connected to a crankshaft of the engine 1. An electric vacuum regulating valve (EVRV) 90 is provided in the middle of the negative pressure passage 89.
[0087]
The EVRV 90 is provided with an air inlet (not shown) opened to the atmosphere. The EVRV 90 is connected between the negative pressure passage 89a located on the VNT actuator 87 side from the EVRV 90 and the air inlet, and is located on the vacuum pump 91 side from the EVRV 90. Between the negative pressure passage 89b and the negative pressure passage 89a on the VNT actuator 87 side.
[0088]
The EVRV 90 is provided with an electromagnetic solenoid. When the electromagnetic solenoid is in a non-excited state, the negative pressure passage 89a and the air introduction port are kept in a conductive state. When the electromagnetic solenoid is in an excited state, the negative pressure is maintained. The passage 89a and the negative pressure passage 89b are kept in the conducting normal state. On the other hand, the atmosphere chamber 87b of the VNT actuator 87 communicates with the outside (in the atmosphere) of the VNT actuator 87 so that the pressure in the atmosphere chamber 87b is always at the atmospheric pressure.
[0089]
On the atmosphere chamber 87b side of the diaphragm 88, a rod 88b extending in the direction in which the coil spring 88a extends is protrudingly provided. The rod 88b penetrates through the atmosphere chamber 87b and protrudes to the outside of the VNT actuator 87, and its tip is connected to the operation piece 85.
[0090]
In the VNT actuator 87 configured as described above, when the electromagnetic solenoid of the EVRV 90 is in a non-excited state, the negative pressure passage 89a and the air inlet are in a conductive state, and the inside of the negative pressure chamber 87a is at atmospheric pressure. In this case, the rod 88b of the VNT actuator 87 is held in the most advanced state by the urging force of the coil spring 88a.
[0091]
When the electromagnetic solenoid of the EVRV 90 is in the excited state, the negative pressure passage 89a and the negative pressure passage 89b are in a conductive state, and the inside of the negative pressure chamber 87a of the VNT actuator 87 has a negative pressure. In this case, the diaphragm 88 is displaced against the urging force of the coil spring 88a, and accordingly, the rod 88b is held in the most retracted state.
[0092]
Further, by controlling the duty of the excitation and non-excitation of the electromagnetic solenoid of the EVRV 90, it is possible to adjust the amount of movement of the rod 88b.
[0093]
The operation piece 85 is rotated by the advance / retreat operation of the rod 88b of the VNT actuator 87 as described above. When the operation piece 85 is rotated, the support shaft 83 rotates in synchronization with the operation piece 85, and the drive lever 84 rotates about the support shaft 83 with the rotation of the support shaft 83. As a result, the drive lever 84 pushes the ring plate 76 in the circumferential direction via the pin 86, and rotates the ring plate 76 about the axis L.
[0094]
In the variable-capacity turbocharger 15 described above, the direction of the flow path between the nozzle vanes 74 and the gap between the nozzle vanes 74 are changed by adjusting the rotation direction and the rotation amount of the nozzle vanes 74 by the driving mechanism 82. Becomes possible. That is, by controlling the rotation direction and the rotation amount of the nozzle vane 74, the direction and the flow velocity of the exhaust gas blown from the scroll passage 66 to the turbine wheel 47 are adjusted.
[0095]
For example, when the amount of exhaust from the engine 1 is small, by operating the drive mechanism 82 to close the nozzle vanes 74 of the variable nozzle mechanism 71, the flow velocity of the exhaust blown to the turbine wheel 47 increases, and the exhaust and turbine impeller Since the collision angle with 47a becomes closer to vertical, it is possible to increase the rotation speed and the rotation force of the turbine wheel 47 even with a small displacement.
[0096]
On the other hand, when the amount of exhaust gas from the engine 1 is sufficiently large, the drive mechanism 82 is operated to open the nozzle vanes 74 of the variable nozzle mechanism 71, so that the flow velocity of the exhaust gas blown to the turbine wheel 47 is excessively increased. As a result, it is possible to suppress an excessive increase in the rotation speed and the rotation force of the turbine wheel 47.
[0097]
In the present embodiment, when the electromagnetic solenoid of the EVRV90 is in the non-excited state and the rod 88b of the VNT actuator 87 is in the most advanced state, the nozzle vane 74 is held in the most open state, and the electromagnetic solenoid of the EVRV90 is Is in the excited state, and when the rod 88b of the VNT actuator 87 is in the most retracted state, the nozzle vane 74 is held in the most closed state.
[0098]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the resistance when exhaust gas passes through the nozzle vane 74 of the variable displacement turbocharger changes, so that the pressure of exhaust gas upstream of the turbine housing 15b changes. . Accordingly, the intake fresh air amount also changes, and there is a possibility that the regeneration timing of the filter 16 is erroneously determined. That is, when the opening degree of the nozzle vane 74 is held to the closing side during the deceleration of the vehicle, the exhaust resistance increases, and the pressure of the exhaust gas upstream of the turbine housing 15b increases. Therefore, the intake fresh air amount decreases. On the other hand, when the nozzle vanes 74 are held on the opening side, the intake fresh air amount increases.
[0099]
Therefore, in the present embodiment, when the regeneration time of the filter 16 is determined, the opening degree of the nozzle vane 74 is fully opened so that the resistance when exhaust gas passes is minimized. Here, the regeneration timing of the filter 16 is determined at the time of deceleration of the vehicle. Therefore, even if the nozzle vanes 74 are fully opened, there is almost no effect on the engine output and the exhaust emission.
[0100]
Next, filter regeneration control according to the present embodiment will be described.
[0101]
The filter regeneration control according to the present embodiment is different from the flow of the filter regeneration control shown in FIG. 2 in that a step of fully opening the nozzle vanes 74 is added.
[0102]
That is, in the filter regeneration control according to the present embodiment, a step of fully opening the nozzle vanes 74 is added between steps S105 and S106 in the flow of the filter regeneration control shown in FIG. The other steps are the same and will not be described.
[0103]
In this way, by fully opening the nozzle vane 74, a change in the intake fresh air amount can be suppressed, and the filter regeneration time can be accurately obtained.
[0104]
As described above, according to the present embodiment, when the fuel supply is stopped during deceleration of the vehicle, it is detected when the EGR valve 20 is fully opened and the nozzle vane 74 is fully opened while bypassing the EGR cooler 21. The regeneration time of the filter 16 can be determined based on the intake fresh air amount.
[0105]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is possible to accurately determine the filter regeneration time from the intake fresh air amount regardless of whether particulate matter is attached to the EGR cooler and the exhaust gas passage resistance is increased. Can be.
[0106]
Further, even when a variable displacement turbocharger is provided, it is possible to suppress a change in the intake fresh air amount and accurately determine the filter regeneration time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine and an intake / exhaust system thereof according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a flow of filter regeneration according to the first embodiment;
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a variable capacity turbocharger.
FIG. 4A is a side view of a variable nozzle mechanism of the variable displacement turbocharger. FIG. 4B is a front view of the variable nozzle mechanism of the variable displacement turbocharger.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a VNT actuator of a variable displacement turbocharger.
[Explanation of symbols]
1. Engine
2 .... cylinder
3 ... Fuel injection valve
4 .... Common rail
5. Fuel supply pipe
6. Fuel pump
7 ··· Belt
8. Intake branch pipe
9 ··· Intake pipe
10 ・・・ Air flow meter
11 ... intake throttle valve
12. Actuator for intake throttle
13 ・・・ Exhaust branch pipe
14 ・・・ Exhaust pipe
15 ・・・ Turbocharger
16 ... Filter
17 First exhaust temperature sensor
18 Second exhaust temperature sensor
19 ・・・ EGR passage
19a ··· EGR cooler bypass
20 ... EGR valve
21 ・・・ EGR cooler
22 ... passage switching valve
23 ... ECU
74 ・・・ Nozzle vane

Claims

内燃機関の排気系に流通する排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を備え、
前記ＥＧＲ装置を再循環するＥＧＲガスを冷却させるＥＧＲクーラと、
内燃機関の吸気系と排気系とを連通し前記ＥＧＲクーラを通過する第１ＥＧＲ通路と、
内燃機関の吸気系と排気系とを連通し前記ＥＧＲクーラを通過しない第２ＥＧＲ通路と、
第１ＥＧＲ通路若しくは第２ＥＧＲ通路の何れか一方を選択してＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路選択手段と、
内燃機関へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段による燃料供給を停止させる燃料供給停止手段と、
排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なフィルタと、
内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入新気量検出手段と、
前記燃料供給停止手段により燃料の供給が停止されているときに、前記ＥＧＲ通路選択手段により前記第２ＥＧＲ通路へＥＧＲガスを流通させつつ、前記吸入新気量検出手段により検出される吸入新気量に基づいて前記フィルタに捕集された粒子状物質の量を判定する捕集量判定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An EGR device that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system,
An EGR cooler for cooling EGR gas recirculated through the EGR device;
A first EGR passage communicating with the intake system and the exhaust system of the internal combustion engine and passing through the EGR cooler;
A second EGR passage communicating the intake system and the exhaust system of the internal combustion engine and not passing through the EGR cooler;
EGR passage selecting means for selecting either the first EGR passage or the second EGR passage to flow the EGR gas,
Fuel supply means for supplying fuel to the internal combustion engine;
Fuel supply stopping means for stopping fuel supply by the fuel supply means,
A filter capable of temporarily collecting particulate matter contained in the exhaust gas,
Intake fresh air amount detecting means for detecting an amount of fresh air sucked into the internal combustion engine;
When the supply of fuel is stopped by the fuel supply stopping means, the intake fresh air amount detected by the intake fresh air amount detection means while the EGR gas is circulated through the second EGR passage by the EGR passage selection means. Collection amount determination means for determining the amount of particulate matter collected by the filter based on
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:

前記第１ＥＧＲ通路及び前記第２ＥＧＲ通路の通路面積を可変としＥＧＲガスの流通量を調整するＥＧＲ弁を更に備え、
前記燃料供給停止手段により燃料の供給が停止されているときに、前記ＥＧＲ弁の開度を所定の開度とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。An EGR valve that varies a passage area of the first EGR passage and the second EGR passage to adjust a flow amount of EGR gas;
2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the opening of the EGR valve is set to a predetermined opening when the fuel supply is stopped by the fuel supply stopping means.

前記捕集量判定手段は、前記吸入新気量検出手段により検出された吸入新気量が所定値よりも小さくなった場合に、前記フィルタに捕集された粒子状物質を除去する必要があると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。The trapped amount determination means needs to remove the particulate matter trapped by the filter when the intake fresh air amount detected by the intake fresh air amount detection means becomes smaller than a predetermined value. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein:

吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャを更に備え、
前記捕集量判定手段は、粒子状物質の捕集量を判定するときにノズルベーンの開度を全開とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。A variable-capacity turbocharger that varies the flow rate of exhaust gas blown to the turbine wheel by opening and closing the nozzle vanes so that a supercharging pressure of the intake air is set to a desired pressure;
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the trapped amount determining means sets the opening degree of the nozzle vane to a full open when determining the trapped amount of the particulate matter. .