JP3959600B2

JP3959600B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3959600B2
Application number: JP2001217981A
Authority: JP
Inventors: 真一斎藤; 好央武田; 聖川谷; 智平沼; 健二河合; 純也渡邊; 剛橋詰; 樹穂子会田
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: JP2003027921A

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係り、詳しくは、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されるパティキュレートフィルタの過熱溶損を防止する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
バス、トラック等に搭載されるディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほか、パティキュレートマター（ＰＭと略す）が多く含まれている。そこで、ディーゼルエンジンの後処理装置として、ＰＭを捕捉し外部熱源により焼却除去するディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦと略す）やＨＣ、ＣＯを処理する酸化触媒が実用化されている。また、最近では、外部熱源の代わりにＤＰＦの上流側にＰＭを酸化除去するための酸化剤を供給する酸化触媒を設け、連続的にＤＰＦ上のＰＭを処理する連続再生式ＤＰＦが開発されている。
【０００３】
ところで、このような連続再生式ＤＰＦであっても、高負荷運転直後のようにＤＰＦの温度が高温にまで上昇しているような場合には、ＤＰＦに捕捉されたＰＭが加熱されて燃焼している場合があり、このような状況下で高負荷運転直後にエンジンが無負荷或いはアイドル運転状態に移行すると、排気流速が遅くなるために熱の持ち去り量が急減し、酸素存在の下でＰＭの燃焼が促進されてＤＰＦが過熱、溶損するという問題がある。
【０００４】
そこで、エンジンが無負荷或いはアイドル運転状態にあるときには、排気流量を絞るとともにＥＧＲ量を増加させ、これによりＤＰＦに供給される酸素量を低減してＰＭの燃焼の促進を抑制し、ＤＰＦの過熱を防止する技術が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、出願人の実験によれば、上記のように排気流量を絞り且つＥＧＲ量を増加させてＤＰＦに供給される酸素量を低減しても、ＤＰＦが過熱して溶損する可能性があることが確認された。
従って、このようなＤＰＦの溶損が如何なる条件のもとで発生しているのかをつきとめ、ＤＰＦの溶損を確実に防止することが課題となる。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されるパティキュレートフィルタの過熱による溶損を確実に防止可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に介装され、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲガスの流通量を調節するＥＧＲ弁と、内燃機関からの排気流量を低減させる排気流量低減手段と、前記パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量を検出するパティキュレートマター堆積量検出手段と、前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるとき、前記ＥＧＲ弁を開弁するとともに前記排気流量低減手段を作動させる制御手段と、前記内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるときに、前記パティキュレートマター堆積量検出手段によりパティキュレートマターの堆積量が所定量以上であることが検出され、且つ、前記フィルタ温度検出手段によりパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であることが検出されたときには、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに前記排気流量低減手段による排気流量の低減を禁止する制御禁止手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２の発明では、前記排気流量低減手段が、内燃機関の吸気通路に介装された吸気絞り弁及び排気通路に設けられた排気絞り弁により構成されることを特徴としている。
従って、内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるときには、ＥＧＲ弁が開弁されるとともに吸気絞り弁または排気絞り弁、もしくは両絞り弁が閉弁されて排気通路内の排気流量が低減され、パティキュレートフィルタに供給される酸素量が低減され、これにより、パティキュレートフィルタが高温であっても、酸素量が低減されることでパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートマターが燃焼することが抑制されパティキュレートフィルタの過熱が防止されるが、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であることが検出され、且つ、パティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であることが検出された場合には、ＥＧＲ弁が開弁されることなく、吸気絞り弁及び排気絞り弁が閉弁されることなく排気通路内の排気流量が維持され、熱の持ち去りによってパティキュレートフィルタが良好に冷却され、パティキュレートフィルタの過熱、溶損が防止される。
【０００９】
即ち、ＥＧＲ弁が開弁されるとともに吸気絞り弁及び排気絞り弁が閉弁されて排気通路内の排気流量が低減されると酸素量が低減され、一方で排気流量が減少して熱の持ち去りが少なくなり、故に、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であり且つパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であるような場合には、パティキュレートフィルタの昇温が進行してしまうのであるが、このような場合に、排気通路内の排気流量を維持してパティキュレートフィルタを積極的に冷却することにより、確実にパティキュレートフィルタの過熱、溶損が防止可能とされる。
【００１０】
また、請求項３の発明では、さらに、前記制御禁止手段により前記ＥＧＲ弁が閉弁されるとともに前記排気流量低減手段による排気流量の低減が禁止されるとき、無負荷或いはアイドル運転状態における内燃機関の機関回転速度を高回転側に変更する機関回転速度変更手段を備えることを特徴としている。
従って、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であり且つパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であって、ＥＧＲ弁が閉弁されるとともに排気流量の低減が禁止されるときには、無負荷或いはアイドル運転状態における内燃機関の機関回転速度が高回転側に変更（例えば、アイドルアップ）されることになり、排気通路内の排気流量が増加し、パティキュレートフィルタがさらに積極的に冷却され、より一層確実にパティキュレートフィルタの過熱、溶損が防止可能とされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例を説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
【００１２】
エンジン１としては、ここでは直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採用される。
エンジン１の燃料供給系は例えばコモンレールシステムからなり、このシステムでは、各気筒毎にインジェクタ（燃料噴射ノズル）２が設けられており、これらのインジェクタ２はコモンレール４に接続されている。そして、各インジェクタ２は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０に接続されており、ＥＣＵ３０からの燃料噴射指令に基づいて開閉弁し、コモンレール４内の燃料を所望のタイミングで各燃焼室に高圧で噴射可能である。即ち、当該インジェクタ２は、主燃焼用の主噴射の他、追加燃料のポスト噴射（副噴射）や燃料噴射の休止等を自在に実施可能である。なお、当該コモンレールシステムは公知であり、該コモンレールシステムの構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１３】
エンジン１の吸気ポートには、吸気マニホールド６を介して吸気管８が接続されており、吸気入口側には吸気絞り弁９が設けられている。
一方、排気ポートには、排気マニホールド１０を介して排気管１２が接続されている。
排気マニホールド１０からはＥＧＲ通路１４が延びており、該ＥＧＲ通路１４の終端は吸気マニホールド６に接続されている。そして、ＥＧＲ通路１４には、電磁式のＥＧＲ弁１６が介装されている。
【００１４】
また、排気管１２には、排気の流通を遮断する排気絞り弁１８が設けられている。この排気絞り弁１８は、閉弁状態でエキゾーストブレーキ（エキブレと略す）としても機能する。
同図に示すように、排気管１２には後処理装置２０が介装されている。後処理装置２０は、排ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）やＰＭ（パティキュレートマター）を浄化処理するための触媒コンバータやディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化装置であり、ここでは、ＤＰＦ２４の上流に酸化触媒２６を備えた、所謂、連続再生式ディーゼル・パティキュレートフィルタ（連続再生式ＤＰＦ）２２として構成されている。
【００１５】
連続再生式ＤＰＦ２２は、酸化触媒２６によって酸化剤（ＮＯ₂）を生成し、このＮＯ₂をＤＰＦ２４に供給することで連続的にＤＰＦ２４上に堆積するＰＭを酸化反応させ、浄化処理するような装置である。
また、排気管１２のＤＰＦ２４の下流の部分には、排気温度、ひいてはＤＰＦ２４や酸化触媒２６の温度を検出する排気温度センサ３２が設けられている。
【００１６】
ＥＣＵ３０は、エンジン１を含めた本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置である。
ＥＣＵ３０の入力側には、エンジン１に設けられたエンジン回転速度等を検出する各種センサ類とともに、上記排気温度センサ３２が接続されている。また、アクセルペダル３４の操作量、即ちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３６が接続されている。
【００１７】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、各種デバイスとともに、上記燃料噴射弁２やＥＧＲ弁１６、吸気絞り弁９、排気絞り弁１８が接続されている。
以下、上記のように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
一般に、連続再生式ＤＰＦ２２では、触媒温度ＴcatやＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ0（例えば、３５０℃）以上であって、酸化触媒２６が活性化した状態にある場合には、排気中のＰＭがＤＰＦ２４に捕捉され、さらに酸化触媒２６において、酸化反応により、ＣＯやＨＣが酸化除去されるとともに、酸化剤として例えば排気中の窒素成分Ｎの酸化物であるＮＯ₂が生成される。
【００１８】
そして、酸化触媒２６で生成されたＮＯ₂は、ＤＰＦ２４に供給されることになり、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭがＮＯ₂によって酸化処理される。つまり、連続再生式ＤＰＦ２２では、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭは、酸化触媒２６で生成された酸化剤としてのＮＯ₂によって連続的に酸化され、除去される。
また、例えば車両が登坂路を走行してエンジン１が高負荷運転をしている場合のように、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1（例えば、６００℃）以上であってＤＰＦ２４が非常に高温である場合には、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭはＮＯ₂によらずとも加熱されて燃焼し、やはり除去される。
【００１９】
しかしながら、例えばエンジン１が高負荷運転直後に車両を停止させる等してアイドル運転に移行した場合のように、ＤＰＦ２４上でＰＭが燃焼している状態で排気流量が急減したような場合には、熱の持ち去りが少なくなり、ＤＰＦ２４が過熱して溶損してしまう可能性がある。
そこで、本発明では、このようなＤＰＦ２４の過熱による溶損を確実に防止するように図っている。
【００２０】
図２を参照すると、本発明に係るＤＰＦ溶損防止制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに基づき説明する。
先ず、ステップＳ１０では、アクセル開度センサ３６からの情報に基づき、エンジン１の運転状態が無負荷状態或いはアイドル運転状態に移行したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合はそのまま当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、エンジン１の運転状態が無負荷状態或いはアイドル運転状態に移行したと判定された場合には、次にステップＳ１２に進む。
【００２１】
ステップＳ１２では、エキゾーストブレーキ（エキブレ）を使用する指示の有無を判別する。つまり、運転者が排気絞り弁１８を閉弁して排気圧を上昇させ、エキブレを使用する意思を有しているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエキブレを使用する指示が有る場合には、ステップＳ１４に進み、ＥＧＲ弁１６を全閉とし、ＥＧＲガスを吸気マニホールド６に還流させないようにするとともに、ステップＳ２０において、排気絞り弁１８を閉弁してエキブレを閉状態とする。これにより、排気絞り弁１８がエキゾーストブレーキとして機能する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で、エキブレを使用する指示が無い場合には、次にステップＳ１６に進む。
【００２２】
ステップＳ１６では、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1（例えば、６００℃）以上であり、且つ、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1以上であるか否かを判別する。ここに、ＤＰＦ温度Ｔfは排気温度センサ３２からの温度情報に基づき検出され、ＰＭ堆積量Ｑpmは、例えばエンジン１の運転状況等に基づき推定される。判別結果が偽（Ｎｏ）、即ちＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1よりも小さく、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1よりも小さい場合には、ステップＳ１８に進み、ＥＧＲ弁１６を全開としてＥＧＲガスを還流させ、ステップＳ２０において、排気絞り弁１８を閉弁してエキブレを閉状態とする。
【００２３】
このように、ＥＧＲガスを還流させて排気絞り弁１８を閉弁すると、排気絞り弁１８よりも下流の排気管１２における排気流量が減少してＤＰＦ２４に供給される排気中の酸素量が低減され、ＤＰＦ２４上におけるＰＭの燃焼が抑制される。これにより、ＤＰＦ２４の過熱、溶損が防止される。
一方、ステップＳ１６の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1以上であり、且つ、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1以上であると判定された場合には、ステップＳ２２に進んでＥＧＲ弁１６を全閉にするとともに、ステップＳ２４において、排気絞り弁１８を開弁してエキブレを開状態とする。
【００２４】
即ち、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1以上であり、且つ、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1以上であるような場合には、ＥＧＲ弁１６の閉弁及び排気絞り弁１８の閉弁を禁止するようにする。
つまり、図３を参照すると、実験により得られた排気流量及びＰＭ堆積量とＤＰＦ２４が溶損するＤＰＦ温度Ｔf（溶損領域）との関係が示されているが、同図に示すように、エンジン１がアイドル運転状態にあってＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1である場合（指標が点Ｐである場合）において、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1よりも小さいとき（例えば、５５０℃（破線））には、上述したように排気流量を低下（左にシフト）させるようにしてもＤＰＦ２４は溶損しないのであるが、一方ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1（例えば、６００℃（実線））以上では、排気流量を同様に低下させるとＤＰＦ２４の溶損領域に入ってしまうため、この場合には、溶損領域に入らないよう、ＥＧＲ弁１６の閉弁及び排気絞り弁１８の閉弁を禁止して排気流量を低下させないようにするのである。
【００２５】
また、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1より大きく、指標が既に溶損領域に入ってしまっている場合を考慮し、ステップＳ２６では、エンジン１のアイドル回転速度を高回転側に変更する。即ちアイドルアップを行う。この際、所定量Ｑ1以上であるＰＭ堆積量Ｑpmが溶損領域に入らなくなる程度まで排気流量が増大するようアイドル回転速度を上昇させる（図３参照）。実際には、溶損領域に入らないよう予め設定した設定量だけアイドル回転速度を上昇させるようにする。
【００２６】
これにより、排気流速が維持されて排気流量が十分に確保され、所定温度Ｔ1以上にまで上昇したＤＰＦ２４の熱が良好に持ち去られることになり、以後ＤＰＦ２４が良好に冷却され、やはりＤＰＦ２４の過熱、溶損が防止されることになる。
なお、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1直近であって、指標が既に溶損領域に入っていない場合であっても、アイドルアップを行うようにするのがよい。この場合にも、実際には、溶損領域に入らないよう予め設定した設定量だけアイドル回転速度を上昇させるようにする。これにより、排気流量が増大し、所定温度Ｔ1以上にまで上昇したＤＰＦ２４の熱がより一層良好に持ち去られることになり、以後ＤＰＦ２４がさらに冷却されてＤＰＦ２４の過熱、溶損がより良好に防止されることになる。
【００２７】
即ち、本発明によれば、ＤＰＦ温度Ｔfがいかなる温度状況であっても、ＤＰＦ２４に供給する酸素量を低減し、或いはＤＰＦ２４の冷却を促進することにより、確実にＤＰＦ２４の過熱、溶損を防止することができることとなる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
【００２８】
例えば、上記実施形態では、排気流量低減手段としてエキゾーストブレーキである排気絞り弁１８を例に説明したが、吸気絞り弁９のみを、もしくは両絞り弁を開閉制御してＤＰＦ２４の過熱、溶損を防止するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ＤＰＦ２４の過熱、溶損を防止するため、排気絞り弁１８の閉弁により酸素量を低減し、或いは排気流量を増加させるようにしたが、これらと併せて上記ポスト噴射（副噴射）を実施するようにしてもよい。このようにすれば、ポスト噴射による追加燃料と排気中の酸素とが反応して酸素量が良好に低下し、ＰＭの燃焼が抑制されてＤＰＦ２４の過熱、溶損がより一層確実に防止され効果的である。
【００２９】
また、上記実施形態では、ＤＰＦ温度Ｔfを排気温度センサ３２からの排気温度情報に基づき判定するようにしたが、ＤＰＦ２４の温度を直接検出するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１または２の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるときには、ＥＧＲ弁が開弁されるとともに吸気絞り弁や排気絞り弁が閉弁されて排気通路内の排気流量が低減され、パティキュレートフィルタに供給される酸素量が低減され、これによりパティキュレートフィルタが高温であっても酸素量が低減されてパティキュレートフィルタ上のパティキュレートマターの燃焼が抑制され、パティキュレートフィルタの過熱が防止されるが、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であることが検出され且つパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であることが検出されたときには、ＥＧＲ弁を開弁せず吸気絞り弁及び排気絞り弁を閉弁しないようにしたので、排気通路内の排気流量を維持し、熱の持ち去りによってパティキュレートフィルタを良好に冷却するようにでき、パティキュレートフィルタの過熱、溶損を確実に防止することができる。
【００３１】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であり且つパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であってＥＧＲ弁が閉弁されるとともに排気流量の低減が禁止されるときには、無負荷或いはアイドル運転状態における内燃機関の機関回転速度を高回転側に変更（例えば、アイドルアップ）するようにしたので、排気通路内の排気流量を増加させ、パティキュレートフィルタをさらに積極的に冷却でき、より一層確実にパティキュレートフィルタの過熱、溶損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るＤＰＦ溶損防止制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】排気流量及びＰＭ堆積量とＤＰＦが溶損するＤＰＦ温度Ｔf（溶損領域）との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン
２インジェクタ（燃料噴射ノズル）
９吸気絞り弁
１２排気管
１４ＥＧＲ通路
１６ＥＧＲ弁
１８排気絞り弁
２４ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
３０電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
３２排気温度センサ
３６アクセル開度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for preventing overheating and melting of a particulate filter disposed in an exhaust passage of a diesel engine.
[0002]
[Related background]
Exhaust gas discharged from diesel engines mounted on buses, trucks, and the like contains a lot of particulate matter (abbreviated as PM) in addition to HC, CO, NOx, and the like. Therefore, diesel particulate filters (abbreviated as DPF) that capture PM and incinerate and remove it with an external heat source and oxidation catalysts that treat HC and CO have been put to practical use as aftertreatment devices for diesel engines. Recently, an oxidation catalyst for supplying an oxidizing agent for oxidizing and removing PM is provided upstream of the DPF instead of an external heat source, and a continuous regeneration type DPF that continuously processes PM on the DPF has been developed. Yes.
[0003]
By the way, even in such a continuous regeneration type DPF, when the temperature of the DPF has risen to a high temperature just after the high load operation, the PM trapped in the DPF is heated and burned. Under such circumstances, if the engine shifts to no-load or idle operation immediately after high-load operation, the exhaust flow rate slows down, so the amount of heat removed decreases rapidly, and in the presence of oxygen. There is a problem that the combustion of PM is accelerated and the DPF is overheated and melted.
[0004]
Therefore, when the engine is in a no-load or idle operation state, the exhaust flow rate is reduced and the EGR amount is increased, thereby reducing the amount of oxygen supplied to the DPF and suppressing the promotion of PM combustion. Technology to prevent this has been developed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the applicant's experiment, even if the exhaust flow rate is reduced and the amount of oxygen supplied to the DPF is reduced by reducing the exhaust gas flow rate as described above, the DPF may be overheated and melted. Was confirmed.
Therefore, it is a problem to find out under what conditions such a DPF melt damage occurs and to prevent the DPF melt damage reliably.
[0006]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can reliably prevent melting damage caused by overheating of a particulate filter disposed in an exhaust passage of a diesel engine. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a particulate filter interposed in an exhaust passage of the internal combustion engine for capturing particulate matter in the exhaust, and an internal combustion engine using a part of the exhaust as EGR gas. An EGR passage that recirculates to the intake system of the engine, an EGR valve that adjusts the flow rate of the EGR gas, an exhaust flow rate reduction means that reduces the exhaust flow rate from the internal combustion engine, and a particulate matter captured by the particulate filter The particulate matter accumulation amount detecting means for detecting the accumulation amount, the filter temperature detecting means for detecting the temperature of the particulate filter, and the EGR valve is opened when the internal combustion engine is in a no-load or idling state. and a control means for actuating the exhaust flow reduction means, the internal combustion engine is unloaded or idling In when in state, the amount of deposited particulate matter by the particulate matter deposition amount detection means is detected to be equal to or greater than a predetermined amount, and the temperature of the particulate filter by the filter temperature detection means is equal to or higher than a predetermined temperature When it is detected that there is a control prohibiting means for closing the EGR valve and prohibiting a reduction of the exhaust flow rate by the exhaust flow rate reducing means.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the exhaust flow rate reducing means is constituted by an intake throttle valve provided in an intake passage of an internal combustion engine and an exhaust throttle valve provided in the exhaust passage.
Therefore, when the internal combustion engine is in a no-load or idling state, the EGR valve is opened and the intake throttle valve or the exhaust throttle valve or both throttle valves are closed to reduce the exhaust flow rate in the exhaust passage. The amount of oxygen supplied to the particulate filter is reduced. As a result, even when the particulate filter is at a high temperature, the particulate matter deposited on the particulate filter may be burned by reducing the amount of oxygen. It is suppressed and overheating of the particulate filter is prevented, but it is detected that the accumulated amount of the particulate matter is detected to be equal to or higher than the predetermined amount and the temperature of the particulate filter is detected to be higher than the predetermined temperature. Does not open the EGR valve and does not close the intake throttle valve and the exhaust throttle valve. Exhaust flow rate of the inner is maintained, heat the particulate filter by taking away of the cooled well, overheating of the particulate filter, melting damage can be prevented.
[0009]
That is, when the EGR valve is opened and the intake throttle valve and the exhaust throttle valve are closed to reduce the exhaust flow rate in the exhaust passage, the oxygen amount is reduced, while the exhaust flow rate is reduced and the heat is retained. Therefore, when the deposition amount of the particulate matter is not less than a predetermined amount and the temperature of the particulate filter is not less than the predetermined temperature, the temperature rise of the particulate filter proceeds. However, in such a case, the particulate filter is positively cooled by maintaining the exhaust flow rate in the exhaust passage, so that the particulate filter can be reliably prevented from being overheated or melted.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, when the EGR valve is closed by the control prohibiting means and the exhaust flow rate reduction by the exhaust flow reducing means is prohibited, the internal combustion engine in an unloaded or idle operation state The engine rotation speed changing means for changing the engine rotation speed to the high rotation side is provided.
Therefore, when the accumulated amount of particulate matter is equal to or greater than the predetermined amount and the temperature of the particulate filter is equal to or higher than the predetermined temperature, the EGR valve is closed and the exhaust flow rate reduction is prohibited, no load or idle The engine rotation speed of the internal combustion engine in the operating state is changed to a high rotation side (for example, idle-up), the exhaust flow rate in the exhaust passage increases, the particulate filter is further actively cooled, and further It is possible to reliably prevent overheating and melting of the particulate filter.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
Referring to FIG. 1, there is shown a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention, which will be described below with reference to FIG.
[0012]
Here, an in-line four-cylinder diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) is employed as the engine 1.
The fuel supply system of the engine 1 includes, for example, a common rail system. In this system, an injector (fuel injection nozzle) 2 is provided for each cylinder, and these injectors 2 are connected to a common rail 4. Each injector 2 is connected to an electronic control unit (ECU) 30 and opens and closes based on a fuel injection command from the ECU 30 to inject fuel in the common rail 4 into each combustion chamber at a high pressure at a desired timing. Is possible. That is, the injector 2 can freely perform post injection (sub-injection) of additional fuel, pause of fuel injection, etc. in addition to main injection for main combustion. The common rail system is publicly known, and detailed description of the configuration of the common rail system is omitted here.
[0013]
An intake pipe 8 is connected to the intake port of the engine 1 via an intake manifold 6, and an intake throttle valve 9 is provided on the intake inlet side.
On the other hand, an exhaust pipe 12 is connected to the exhaust port via an exhaust manifold 10.
An EGR passage 14 extends from the exhaust manifold 10, and the end of the EGR passage 14 is connected to the intake manifold 6. An electromagnetic EGR valve 16 is interposed in the EGR passage 14.
[0014]
Further, the exhaust pipe 12 is provided with an exhaust throttle valve 18 that blocks the flow of exhaust. The exhaust throttle valve 18 also functions as an exhaust brake (abbreviated as exhaust) when the valve is closed.
As shown in the figure, an aftertreatment device 20 is interposed in the exhaust pipe 12. The aftertreatment device 20 is an exhaust gas purification device comprising a catalytic converter or a diesel particulate filter (DPF) for purifying harmful components (HC, CO, NOx, etc.) and PM (particulate matter) contained in exhaust gas. Yes, here, it is configured as a so-called continuous regeneration type diesel particulate filter (continuous regeneration type DPF) 22 having an oxidation catalyst 26 upstream of the DPF 24.
[0015]
The continuous regeneration type DPF 22 generates an oxidizing agent (NO ₂ ) by the oxidation catalyst 26 and supplies the NO ₂ to the DPF 24 so that the PM continuously deposited on the DPF 24 undergoes an oxidation reaction to purify it. It is.
Further, an exhaust gas temperature sensor 32 that detects the exhaust gas temperature, and thus the temperature of the DPF 24 and the oxidation catalyst 26, is provided in a portion of the exhaust pipe 12 downstream of the DPF 24.
[0016]
The ECU 30 is a control device for performing comprehensive control of the exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention including the engine 1.
The exhaust temperature sensor 32 is connected to the input side of the ECU 30 together with various sensors for detecting the engine rotation speed and the like provided in the engine 1. Further, an accelerator opening sensor 36 for detecting an operation amount of the accelerator pedal 34, that is, an accelerator opening is connected.
[0017]
On the other hand, the fuel injection valve 2, the EGR valve 16, the intake throttle valve 9, and the exhaust throttle valve 18 are connected to the output side of the ECU 30 together with various devices.
The operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention configured as described above will be described below.
In general, in the continuous regeneration type DPF 22, when the catalyst temperature Tcat and the DPF temperature Tf are equal to or higher than a predetermined temperature T0 (for example, 350 ° C.) and the oxidation catalyst 26 is activated, the PM in the exhaust gas becomes DPF24. Further, in the oxidation catalyst 26, CO and HC are oxidized and removed by an oxidation reaction, and NO ₂ which is an oxide of nitrogen component N in the exhaust gas is generated as an oxidant.
[0018]
The NO ₂ produced by the oxidation catalyst 26 is supplied to the DPF 24, and the PM trapped by the DPF 24 is oxidized by the NO ₂ . That is, in the continuous regeneration type DPF 22, PM trapped in the DPF 24 is continuously oxidized and removed by NO ₂ as an oxidant generated by the oxidation catalyst 26.
Further, for example, when the vehicle travels on an uphill road and the engine 1 is operating at a high load, the DPF temperature Tf is equal to or higher than a predetermined temperature T1 (for example, 600 ° C.) and the DPF 24 is very high. In some cases, the PM trapped in the DPF 24 is heated and burned regardless of NO ₂ and is also removed.
[0019]
However, when the exhaust flow rate suddenly decreases in a state where PM is burning on the DPF 24, for example, when the engine 1 shifts to idle operation immediately after the high load operation or the like, There is a possibility that heat removal is reduced and the DPF 24 is overheated and melted.
Therefore, in the present invention, such a melting loss due to overheating of the DPF 24 is reliably prevented.
[0020]
Referring to FIG. 2, the control routine of the DPF melting prevention control according to the present invention is shown in a flowchart, and will be described below based on the flowchart.
First, in step S10, based on information from the accelerator opening sensor 36, it is determined whether or not the operating state of the engine 1 has shifted to a no-load state or an idle operating state. If the determination result is false (No), the routine is exited. On the other hand, if the determination result is true (Yes) and it is determined that the operating state of the engine 1 has shifted to the no-load state or the idle operating state, the process proceeds to step S12.
[0021]
In step S12, it is determined whether or not there is an instruction to use the exhaust brake (exhaust). That is, the driver closes the exhaust throttle valve 18 to increase the exhaust pressure, and determines whether or not the driver has an intention to use the exhaust. When the determination result is true (Yes) and there is an instruction to use the exhaust, the process proceeds to step S14, the EGR valve 16 is fully closed, the EGR gas is not recirculated to the intake manifold 6, and in step S20, The exhaust throttle valve 18 is closed and the exhaust is closed. Thereby, the exhaust throttle valve 18 functions as an exhaust brake. On the other hand, if the determination result is false (No) and there is no instruction to use the vibration, the process proceeds to step S16.
[0022]
In step S16, it is determined whether or not the DPF temperature Tf is equal to or higher than a predetermined temperature T1 (for example, 600 ° C.) and the PM deposition amount Qpm deposited on the DPF 24 is equal to or higher than a predetermined amount Q1. Here, the DPF temperature Tf is detected based on the temperature information from the exhaust temperature sensor 32, and the PM accumulation amount Qpm is estimated based on the operating condition of the engine 1, for example. When the determination result is false (No), that is, when the DPF temperature Tf is smaller than the predetermined temperature T1 and the PM accumulation amount Qpm is smaller than the predetermined amount Q1, the process proceeds to step S18 and the EGR valve 16 is fully opened to recirculate the EGR gas. In step S20, the exhaust throttle valve 18 is closed and the exhaust is closed.
[0023]
Thus, when the EGR gas is recirculated and the exhaust throttle valve 18 is closed, the exhaust flow rate in the exhaust pipe 12 downstream of the exhaust throttle valve 18 decreases, and the amount of oxygen in the exhaust gas supplied to the DPF 24 is reduced. , PM combustion on the DPF 24 is suppressed. Thereby, overheating and melting damage of the DPF 24 are prevented.
On the other hand, if the determination result in step S16 is true (Yes), it is determined that the DPF temperature Tf is equal to or higher than the predetermined temperature T1, and the PM deposition amount Qpm is equal to or higher than the predetermined amount Q1, the process proceeds to step S22. Then, the EGR valve 16 is fully closed, and in step S24, the exhaust throttle valve 18 is opened to open the exhaust.
[0024]
That is, when the DPF temperature Tf is equal to or higher than the predetermined temperature T1 and the PM accumulation amount Qpm is equal to or higher than the predetermined amount Q1, it is prohibited to close the EGR valve 16 and the exhaust throttle valve 18. To.
That is, referring to FIG. 3, there is shown the relationship between the exhaust flow rate and PM deposition amount obtained by the experiment and the DPF temperature Tf (melting region) at which the DPF 24 is melted. As shown in FIG. When 1 is in an idle operation state and the PM accumulation amount Qpm is the predetermined amount Q1 (when the index is the point P), when the DPF temperature Tf is smaller than the predetermined temperature T1 (for example, 550 ° C. (broken line)) As described above, even if the exhaust gas flow rate is decreased (shifted to the left), the DPF 24 does not melt. On the other hand, when the DPF temperature Tf is equal to or higher than a predetermined temperature T1 (for example, 600 ° C. (solid line)), Similarly, if the exhaust flow rate is lowered, the DPF 24 enters the melted area. In this case, the EGR valve 16 and the exhaust throttle valve 18 are prohibited from closing so that the exhausted area does not enter. Exhaust flow rate Than is to so as not to please.
[0025]
In consideration of the case where the PM accumulation amount Qpm is larger than the predetermined amount Q1 and the index has already entered the erosion region, in step S26, the idle rotation speed of the engine 1 is changed to the high rotation side. That is, idle up is performed. At this time, the idle rotation speed is increased so that the exhaust gas flow rate increases to such an extent that the PM accumulation amount Qpm which is equal to or greater than the predetermined amount Q1 does not enter the melted region (see FIG. 3). Actually, the idle rotation speed is increased by a preset amount so as not to enter the melted area.
[0026]
As a result, the exhaust flow rate is maintained, the exhaust flow rate is sufficiently secured, and the heat of the DPF 24 that has risen to the predetermined temperature T1 or higher is taken away well. Melting is prevented.
Even when the PM accumulation amount Qpm is in the immediate vicinity of the predetermined amount Q1 and the index is not already in the erosion region, it is preferable to perform idle-up. Also in this case, the idle rotation speed is actually increased by a preset amount so as not to enter the melted area. As a result, the exhaust flow rate increases, and the heat of the DPF 24 that has risen to the predetermined temperature T1 or higher is taken away more favorably. Thereafter, the DPF 24 is further cooled to better prevent overheating and melting of the DPF 24. Will be.
[0027]
In other words, according to the present invention, regardless of the temperature of the DPF temperature Tf, the amount of oxygen supplied to the DPF 24 is reduced or the cooling of the DPF 24 is promoted to reliably prevent the DPF 24 from being overheated or melted. Will be able to.
Although the description of the embodiment has been completed above, the present invention is not limited to the above embodiment.
[0028]
For example, in the above-described embodiment, the exhaust throttle valve 18 that is an exhaust brake is described as an example of the exhaust flow rate reducing means. However, the DPF 24 is overheated or melted by controlling the intake throttle valve 9 alone or both throttle valves. You may make it prevent.
In the above embodiment, the oxygen amount is reduced or the exhaust gas flow rate is increased by closing the exhaust throttle valve 18 in order to prevent the DPF 24 from being overheated or melted. (Sub-injection) may be performed. In this way, the additional fuel from the post-injection reacts with the oxygen in the exhaust gas, the amount of oxygen is reduced well, PM combustion is suppressed, and overheating and melting damage of the DPF 24 are further prevented more reliably. Is.
[0029]
In the above embodiment, the DPF temperature Tf is determined based on the exhaust temperature information from the exhaust temperature sensor 32. However, the temperature of the DPF 24 may be directly detected.
[0030]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 of the present invention, when the internal combustion engine is in a no-load or idling state, the EGR valve is opened and the intake throttle is opened. The exhaust flow rate in the exhaust passage is reduced by closing the valve and the exhaust throttle valve, the amount of oxygen supplied to the particulate filter is reduced, and this reduces the amount of oxygen even when the particulate filter is hot. Combustion of the particulate matter on the particulate filter is suppressed and overheating of the particulate filter is prevented, but it is detected that the amount of particulate matter deposited is greater than or equal to the predetermined amount, and the temperature of the particulate filter is the predetermined temperature. When it is detected that it is above, do not open the EGR valve and do not close the intake throttle valve and the exhaust throttle valve Since the, maintaining the exhaust flow rate in the exhaust passage, can let cooled well particulate filter by taking away heat, overheating of the particulate filter, it is possible to reliably prevent melting.
[0031]
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of claim 3, the particulate matter accumulation amount is not less than a predetermined amount, the temperature of the particulate filter is not less than the predetermined temperature, the EGR valve is closed, and the exhaust gas is exhausted. When the reduction of the flow rate is prohibited, the engine rotational speed of the internal combustion engine in the no-load or idle operation state is changed to the high rotation side (for example, idle up), so the exhaust flow rate in the exhaust passage is increased, The particulate filter can be more actively cooled, and the particulate filter can be more reliably prevented from overheating and erosion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a control routine of DPF melting prevention control according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an exhaust gas flow rate and a PM deposition amount and a DPF temperature Tf (melting failure region) at which the DPF melts.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine 2 Injector (fuel injection nozzle)
9 Intake throttle valve 12 Exhaust pipe 14 EGR passage 16 EGR valve 18 Exhaust throttle valve 24 DPF (particulate filter)
30 Electronic control unit (ECU)
32 Exhaust temperature sensor 36 Accelerator opening sensor

Claims

内燃機関の排気通路に介装され、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、
排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲガスの流通量を調節するＥＧＲ弁と、
内燃機関からの排気流量を低減させる排気流量低減手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量を検出するパティキュレートマター堆積量検出手段と、
前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるとき、前記ＥＧＲ弁を開弁するとともに前記排気流量低減手段を作動させる制御手段と、
前記内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるときに、前記パティキュレートマター堆積量検出手段によりパティキュレートマターの堆積量が所定量以上であることが検出され、且つ、前記フィルタ温度検出手段によりパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であることが検出されたときには、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに前記排気流量低減手段による排気流量の低減を禁止する制御禁止手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A particulate filter that is interposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and captures particulate matter in the exhaust;
An EGR passage that recirculates part of the exhaust gas as EGR gas to the intake system of the internal combustion engine;
An EGR valve for adjusting the flow rate of the EGR gas;
Exhaust flow rate reduction means for reducing the exhaust flow rate from the internal combustion engine;
Particulate matter deposition amount detection means for detecting the deposition amount of particulate matter captured by the particulate filter;
Filter temperature detecting means for detecting the temperature of the particulate filter;
Control means for opening the EGR valve and operating the exhaust flow rate reduction means when the internal combustion engine is in a no-load or idle operation state;
When the internal combustion engine is in a no-load or idling state, the particulate matter accumulation amount detection means detects that the particulate matter accumulation amount is greater than a predetermined amount, and the filter temperature detection means detects particulate matter. Control prohibiting means for closing the EGR valve and prohibiting the exhaust flow rate reducing means from reducing the exhaust flow rate when it is detected that the temperature of the curate filter is equal to or higher than a predetermined temperature;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:

前記排気流量低減手段が、内燃機関の吸気通路に介装された吸気絞り弁及び排気通路に設けられた排気絞り弁により構成されることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust purification of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust flow rate reducing means comprises an intake throttle valve provided in an intake passage of the internal combustion engine and an exhaust throttle valve provided in the exhaust passage. apparatus.

さらに、前記制御禁止手段により前記ＥＧＲ弁が閉弁されるとともに前記排気流量低減手段による排気流量の低減が禁止されるとき、無負荷或いはアイドル運転状態における内燃機関の機関回転速度を高回転側に変更する機関回転速度変更手段を備えることを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。Further, when the EGR valve is closed by the control prohibition means and the exhaust flow rate reduction by the exhaust flow reduction means is prohibited, the engine speed of the internal combustion engine in the no-load or idle operation state is set to a high rotation side. 3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising engine speed changing means for changing.