JP4164640B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の排気系に設けられて、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
ディーゼルエンジン等から排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほかにパティキュレートが含まれており、このパティキュレートを処理するための後処理装置としてパティキュレートフィルタが提案されている。例えば、触媒を担持したフィルタがエンジンの排気系に設けられて、排ガス中に含まれるパティキュレートを捕集する一方、排気温度が比較的高い運転状態のときには、堆積したパティキュレートを触媒の効果により酸化・除去している（連続再生）。又、この連続再生作用が得られない運転状態が継続されて、パティキュレート堆積量が許容量を越えたときには、例えばポスト噴射により膨張行程或いは排気行程で追加燃料を噴射し、これによりフィルタを昇温する。パティキュレートの酸化・燃焼速度はフィルタ温度上昇に伴い指数関数的に増大するので、パティキュレートが十分速い速度で酸化・燃焼する温度までフィルタを昇温することにより短時間でフィルタを再生できる（強制再生）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようにパティキュレートの酸化・燃焼速度が十分に速いときのフィルタは、パティキュレートの燃焼熱を受けて昇温される一方、内部を流通する排ガスに放熱して冷却され、双方の作用が均衡することで、適切な温度、つまり、着火後のパティキュレートの燃焼が継続され、且つ自己の過熱による焼損が防止される温度に保たれる。
【０００４】
しかしながら、車両の走行状態に応じてエンジンの運転状態は大きく変化し、例えばアイドル運転を含む低負荷低回転域では、排気流量が極端に減少すると共に、排ガス中の酸素濃度が増加する現象が生じる。排気流量の減少は、放熱不足によりフィルタを昇温させる方向に作用し、酸素濃度の増加は、パティキュレートの燃焼促進により同じくフィルタを昇温させる方向に作用するため、このようなエンジン運転状態に移行すると、フィルタが過昇温されて焼損する虞があった。
【０００５】
本発明の目的は、エンジンの運転状態に関わらずフィルタの過昇温による焼損を未然に防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、排気系のフィルタ上流側に設けられたタービン、及び内燃機関の吸気系に設けられ、タービンに駆動されて内燃機関に導入される吸気を過給するコンプレッサから構成されるターボ過給機と、排気系のタービン上流側に設けられ、排ガスのエネルギを増大する排気エネルギ増大手段と、フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上か否かを判定するパティキュレート燃焼判定手段と、内燃機関が排気流量低下を生じる所定運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、パティキュレート燃焼判定手段によりフィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ運転状態判定手段により所定運転状態と判定されたとき、排気エネルギ増大手段を作動させる制御手段とを備えたものである。
【０００７】
従って、排ガス中のパティキュレートはフィルタに捕集されて次第に堆積し、堆積したパティキュレートは、例えば内燃機関が排気温度の比較的高い運転状態のときに酸化・焼却除去される一方（連続再生）、積極的に排気温度の上昇やフィルタへの未燃燃料の供給が実施されたときに強制的に酸化・焼却除去される（強制再生）。この間、パティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上か否かがパティキュレート燃焼判定手段により判定される。
【０００８】
パティキュレートの酸化・燃焼速度は、例えばフィルタ上のパティキュレート堆積量、フィルタ温度、排ガス中の酸素量等と相関し、堆積量が多く、且つフィルタ温度が高く、且つ排ガス中の酸素濃度が高いほど、酸化・燃焼速度として大きな値が算出される。
一方、例えば内燃機関がアイドル運転を含む低負荷低回転域にあるとき、或いは車両減速に伴う燃料供給の中止時、又は排気ブレーキの作動により排気流量が絞られたとき等には、内燃機関の排気流量が低下すると共に排気中の酸素濃度が増加する所定運転状態となり、この所定運転状態が運転状態判定手段により判定される。
【０００９】
そして、パティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上のときに内燃機関が所定運転状態に移行すると、排気流量の低下によりフィルタの放熱不足が生じるが、このときには制御手段により排気エネルギ増大手段が作動して、排ガスのエネルギを増大する。これによりタービン入口の排ガス温度が上昇して、タービン仕事の増加により過給が促進されるため、結果として内燃機関の排気流量が増加して、フィルタで発生する熱が排ガスにより持ち去られて、フィルタの放熱不足による過昇温が抑制される。
【００１０】
加えて、排気エネルギ増大手段の作動により、結果として排ガスの酸素濃度が低減されるため、フィルタでのパティキュレートの燃焼が抑制され、上記フィルタの過昇温の抑制がより確実なものとなる。
請求項２の発明は、請求項１において、フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、制御手段が、パティキュレート燃焼判定手段によりフィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ運転状態判定手段により所定運転状態と判定され、且つ堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、排気エネルギ増大手段を作動させるものである。
【００１１】
従って、酸化・燃焼速度及び機関の運転状態に加えて、パティキュレートの堆積量も考慮されるため、堆積量が多くて急燃焼によりフィルタを焼損する可能性が高いときには、エネルギ増大手段の作動により確実にフィルタの過昇温が抑制され、一方、堆積量が少なくて急燃焼してもフィルタが焼損する虞がないときには、エネルギ増大手段が停止保持されて、逆に急燃焼によりフィルタの再生が促進される。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１において、制御手段が、パティキュレート燃焼判定手段によりフィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ運転状態判定手段により所定運転状態が所定時間以上継続していると判定されたとき、排気エネルギ増大手段を作動させるものである。
従って、フィルタの再生中において内燃機関が所定運転状態に移行しても、その継続時間が短いときにはフィルタの熱容量分温度上昇が遅れフィルタが放熱不足の事態に陥る虞がないため、この場合には排気エネルギ増大手段が停止保持されて、その不要な作動が未然に防止されると共に、その間にフィルタ再生が促進される。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１において、ターボ過給機は過給圧を調整する過給圧調整手段を含み、制御手段が、排気エネルギ増大手段の作動時に過給圧調整手段を過給圧上昇方向に制御するものである。
従って、排気エネルギ増大手段の作動時には過給圧調整手段が過給圧上昇方向に制御されるため、ターボ過給機による過給が一層促進されて内燃機関の排気流量が更に増加し、フィルタの放熱不足がより確実に解消される。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１において、ターボ過給機は過給圧を調整する過給圧調整手段を含み、排気エネルギ増大手段が、排気系のタービン上流側に設けられて燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段により構成され、燃焼ガス供給手段の空気取入れ口を吸気系のコンプレッサ下流側に連通させ、且つ空気取入れ口と吸気系との間に燃焼ガス供給手段への吸入空気量を制御する切換弁を備え、更に、フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、制御手段が、堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、切換弁を開弁すると共に燃焼ガス供給手段を作動させ、且つ過給圧調整手段を過給圧低下方向に制御し、一方、パティキュレート燃焼判定手段によりフィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ運転状態判定手段により所定運転状態と判定され、且つ堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、切換弁を開弁すると共に燃焼ガス供給手段を作動させ、且つ過給圧調整手段を過給圧上昇方向に制御するものである。
【００１５】
従って、堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたときには、制御手段により切換弁が開弁されて、吸入空気の一部が燃焼ガス供給手段に供給され、燃焼ガス供給手段から発生した燃焼ガスにより排気昇温が行われ、これによりフィルタ上のパティキュレートが強制的に焼却除去される。このときの過給圧調整手段は過給圧低下方向に制御されるため、内燃機関の排気流量が減少し、フィルタは排ガスから効率的に受熱して迅速に昇温される。
【００１６】
一方、フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上で内燃機関が所定運転状態に移行したときには、燃焼ガス供給手段の作動と共に過給圧調整手段が過給圧上昇方向に制御されるため内燃機関の排気流量が増加し、フィルタの放熱不足がより確実に解消される。
そして、このように燃焼ガス供給手段を利用して、強制再生時のフィルタの昇温を行っているため、強制再生を実施するための専用の昇温手段を省略可能となる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１において、ターボ過給機は過給圧を調整する過給圧調整手段を含み、排気エネルギ増大手段が、排気系のタービン上流側に設けられて少なくとも酸化機能を有する触媒装置と、触媒装置にＨＣ又はＣＯを供給する反応物供給手段とにより構成され、更に、フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、制御手段が、堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、反応物供給手段を作動させ、且つ過給圧調整手段を過給圧低下方向に制御し、一方、パティキュレート燃焼判定手段によりフィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ運転状態判定手段により所定運転状態と判定され、且つ堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、反応物供給手段を作動させ、且つ過給圧調整手段を過給圧上昇方向に制御するものである。
【００１８】
従って、堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたときには、制御手段により反応物供給手段が作動して触媒装置にＨＣ又はＣＯを供給し、これらのＨＣ又はＣＯが触媒装置の酸化作用により燃焼して排気昇温が行われ、これによりフィルタ上のパティキュレートが強制的に焼却除去される。このときの過給圧調整手段は過給圧低下方向に制御されるため、内燃機関の排気流量が減少し、フィルタは排ガスから効率的に受熱して迅速に昇温される。
【００１９】
一方、フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上で内燃機関が所定運転状態に移行したときには、反応物供給手段の作動と共に過給圧調整手段が過給圧上昇方向に制御されるため内燃機関の排気流量が増加し、フィルタの放熱不足がより確実に解消される。
そして、このように反応物供給手段及び触媒装置を利用して、強制再生時のフィルタの昇温を行っているため、強制再生を実施するための専用の昇温手段を省略可能となる。
【００２０】
請求項７の発明は、内燃機関の排気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、排気系のフィルタ上流側に設けられ、排ガスのエネルギを増大する排気エネルギ増大手段と、フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上か否かを判定するパティキュレート燃焼判定手段と、内燃機関が燃料停止を含む酸素濃度の高い高空燃比となる特定運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、パティキュレート燃焼判定手段によりフィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ運転状態判定手段により特定運転状態と判定されたとき、排気エネルギ増大手段を作動させる制御手段とを備えたものである。
【００２１】
従って、排ガス中のパティキュレートはフィルタに捕集されて次第に堆積し、堆積したパティキュレートは、例えば内燃機関が排気温度の比較的高い運転状態のときに酸化・焼却除去される一方（連続再生）、積極的に排気温度の上昇やフィルタへの未燃燃料の供給が実施されたときに強制的に酸化・焼却除去される（強制再生）。この間、パティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上か否かがパティキュレート燃焼判定手段により判定される。
【００２２】
パティキュレートの酸化・燃焼速度は、例えばフィルタ上のパティキュレート堆積量、フィルタ温度、排ガス中の酸素量等と相関し、堆積量が多く、且つフィルタ温度が高く、且つ排ガス中の酸素濃度が高いほど、酸化・燃焼速度として大きな値が算出される。
一方、例えば車両減速に伴って内燃機関の燃料供給が停止されたとき、或いは燃料噴射量が減少されたとき等には、酸素濃度が高い高空燃比となり、このときの運転状態が特定運転状態として運転状態判定手段により判定される。特定運転状態では、吸入空気の大部分が燃焼に利用されずにそのまま排出されて、排ガスに十分な酸素が含まれている。
【００２３】
従って、パティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上のときに内燃機関が特定運転状態に移行すると、排ガス中の酸素によりパティキュレートの燃焼が過度に促進されるが、このときには制御手段により排気エネルギ増大手段が作動するため、結果として排ガスの酸素濃度が低減される。よって、フィルタでのパティキュレートの燃焼が抑制され、フィルタの過昇温が抑制される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明をディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。本実施形態のエンジン１はコモンレール式燃料噴射装置を備えており、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射弁２に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で燃料噴射弁２から各気筒の筒内に噴射可能に構成されている。
【００２５】
エンジン１の吸気通路３には、上流側より、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａ、インタークーラ５が設けられている。図示しないエアクリーナから導入された吸入空気は、コンプレッサ４ａにより過給されてインタークーラ５で冷却された後、各気筒の筒内に導入されて、上記燃料噴射弁２から噴射された燃料の燃焼に利用される。
【００２６】
又、エンジン１の排気通路６には、上流側より、上記コンプレッサ４ａと同軸上に連結されたターボ過給機４のタービン４ｂ、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと略す）８が設けられている。ターボ過給機４は可変ノズルベーン付ターボとして構成されており、タービン４ｂの外周に配設された図示しない多数のベーンをアクチュエータ１０により一斉に角度変更するようになっている（過給圧調整手段）。ベーンはタービン４ｂに衝突する排ガスの流速を調整する役割を果たし、ベーンが閉方向に制御されるほど、排ガス流速が高められてタービン仕事が増加するため、ターボ過給機４の過給圧が上昇方向に調整される。
【００２７】
上記ＤＰＦ８はハニカム型のセラミック担体からなり、多数の排ガス通路の上流側と下流側の開口部を交互に閉鎖して、排ガス通路を形成する多孔質の壁面を経て排ガスを流通させる。そして、各気筒から排出された排ガスは、排気通路６を経てタービン４ｂを回転駆動した後にＤＰＦ８を経て大気中に排出され、ＤＰＦ８を通過する際に含有するパティキュレートが捕集される。
【００２８】
上記コンプレッサ４ａ下流側の吸気通路３と上記タービン４ｂ上流側の排気通路６とはバーナ通路１２を介して連結され、このバーナ通路１２の吸気通路３側には切換弁１３が設けられ、排気通路６側にはバーナ１４（排気エネルギ増大手段、燃焼ガス供給手段）が設けられている。切換弁１３の開弁時には、吸気通路３を流通する吸入空気の一部がバーナ１４に供給され、その空気を利用してバーナ１４内で燃料が燃焼されて、燃焼ガスが排気通路６側に供給される。
【００２９】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）２１が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には、アクセル操作量ＡＰＳを検出するアクセルセンサ２２、エンジン回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ２３、上記ＤＰＦ８の上流側及び下流側の排ガス温度Ｔ1,Ｔ2を検出する温度センサ２４ａ，２４ｂ等の各種センサ類が接続され、出力側には、上記燃料噴射弁２、ターボ過給機４のアクチュエータ１０、切換弁１３、バーナ１４等の各種デバイス類が接続されている。
【００３０】
そして、ＥＣＵ２１はアクセル操作量ＡＰＳやエンジン回転速度Ｎe等の検出情報に基づいて燃料噴射弁２の噴射時期や噴射量、ターボ過給機４の過給圧、図示しないＥＧＲ弁によるＥＧＲ率等の目標値を設定し、それらの目標値に基づいて燃料噴射弁２、アクチュエータ１０、ＥＧＲ弁等を制御する。
一方、パティキュレートの捕集によりＤＰＦ８上のパティキュレート堆積量は次第に増加するが、堆積したパティキュレートは、エンジン１が所定の運転状態（例えば、排気温度が比較的高い運転状態）のときに連続的に酸化・焼却除去される。
【００３１】
又、連続再生作用が得られない運転状態が継続されると、ＤＰＦ８でのパティキュレート堆積量が次第に増加して許容量を越えてしまうため、このような状況を想定して、ＥＣＵ２１は積極的にパティキュレートを焼却除去する強制再生を実行しており、以下、その詳細を説明する。
図２はＥＣＵ２１が実行するパティキュレート堆積量判定ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ２１はエンジン１の運転中に常にこのルーチンを所定の制御インターバルで実行する。まず、ステップＳ２で各センサ類からの検出情報を入力すると共に、それらの情報からＤＰＦ８上でのパティキュレート堆積量Ａを推定する（堆積量推定手段）。ステップＳ４ではＤＰＦ８のパティキュレート堆積量Ａが予め設定された再生開始判定値Ａ1以上か否かを判定する。パティキュレート堆積量Ａは、ＤＰＦ８の前後差圧（つまり、ＤＰＦ８の圧損）及び排気流量に対して相関することから、例えば、これらの関係を規定したマップに基づいて堆積量Ａを推定する。
【００３２】
パティキュレート堆積量Ａが再生開始判定値Ａ1未満のときには、ステップＳ４でＮＯ（否定）の判定を下してルーチンを終了する。そして、運転の継続によりパティキュレート堆積量Ａが次第に増加して再生開始判定値Ａ1以上になると、ＥＣＵ２１はステップＳ４でＹＥＳ（肯定）の判定を下し、ステップＳ６で強制再生処理を実行した後、ルーチンを終了する。
【００３３】
図３はＥＣＵ２１が実行する強制再生ルーチンを示すフローチャートであり、上記ステップＳ６で強制再生処理が実行されると、ＥＣＵ２１は当該ルーチンを開始し、まず、ステップＳ１２で検出情報を入力し、ステップＳ１４でパティキュレートが着火しているか否かを判定する。この判定は、上記温度センサ２４ａ，２４ｂにより検出されたＤＰＦ８の上流側及び下流側の排ガス温度Ｔ1,Ｔ2に基づいて行われ、排ガス温度Ｔ1,Ｔ2の平均値が所定温度、例えば６００℃以上の状態が所定時間に亘って継続したときに、着火と判定する。
【００３４】
ステップＳ１４の判定がＮＯのときには、ステップＳ１６で上記切換弁１３を開弁すると共に、バーナ１４を大出力で作動させ（供給熱量大）、その後、ステップＳ１８で過給圧制御に関係なく、アクチュエータ１０によりターボ過給機４のベーンを開方向に制御する。ＥＣＵ２１は続くステップＳ２０でパティキュレート堆積量Ａが再生終了判定値Ａ2（＜Ａ1)以下か否かを判定し、判定がＮＯのときにはルーチンを終了する。
【００３５】
切換弁１３の開弁により吸入空気の一部がバーナ１４に供給されて、バーナ１４から発生した燃焼ガスにより排気昇温が行われる。ベーンの開制御によりターボ過給機４の過給圧は低下しているため、エンジン１の吸入空気量と共に排気流量も減少し、ＤＰＦ８は排ガスから効率的に受熱して迅速に昇温される。
以上のステップＳ１２〜２０の処理が繰り返されることで、ＤＰＦ８が次第に昇温され、ＤＰＦ８上のパティキュレートが着火すると、ＥＣＵ２１は上記ステップＳ１４でＹＥＳの判定を下し、ステップＳ２２で小出力でバーナ１４を作動させる（供給熱量小）。その結果、バーナ１４によるＤＰＦ８の昇温効果は減少するが、パティキュレートは既に着火されているため、パティキュレートの燃焼熱によりＤＰＦ８の温度が高温で維持され、燃焼を継続して焼却除去される。
【００３６】
パティキュレート堆積量Ａが次第に減少して再生終了判定値Ａ2以下になると、ＥＣＵ２１はステップＳ２０でＹＥＳの判定を下し、ステップＳ２４で上記ベーンの強制開制御を停止し、続くステップＳ２６で切換弁１３の閉弁とバーナ１４の停止を行った後、ルーチンを終了する。
尚、本実施形態では、強制再生のためにバーナ１４による燃焼ガスを利用したが、これに限定されるものではなく、例えば、主噴射後の膨張行程や排気行程でポスト噴射を実施して、追加燃料の燃焼により排気昇温させたり、或いは追加燃料を直接ＤＰＦ８上で燃焼させたりして、パティキュレートを酸化・焼却除去してもよい。又、ポスト噴射に代えて排気通路６に設けた噴射ノズルから未燃燃料を供給して、ポスト噴射と同様の作用を得てもよい。
【００３７】
一方、本実施形態では、以上の強制再生、或いは上記した連続再生によりパティキュレートが焼却除去されているとき、ＤＰＦ８の過昇温を抑制するための過昇温抑制処理を実行する。
図４はＥＣＵ２１が実行する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ２１はこのルーチンを上記パティキュレート堆積量判定ルーチンと並行して実行する。まず、ＥＣＵ２１はステップＳ３２で検出情報を入力し、続くステップＳ３４でパティキュレートの酸化・燃焼速度Ｃ1が所定値Ｃ2以上か否かを判定する（パティキュレート燃焼判定手段）。
【００３８】
酸化・燃焼速度Ｃ1とは、パティキュレートの時間当たりの燃焼量として表される。酸化・燃焼速度Ｃ1の増加はパティキュレートの急燃焼を意味するため、酸化・燃焼速度Ｃ1はパティキュレートの燃焼状態を判定するための指標として用いることができる。
図５の特性図に示すように、着火時の瞬間発生熱量は、パティキュレート堆積量とＤＰＦ８の温度に対して相関することが確認されており、パティキュレート堆積量が多く、且つＤＰＦ温度が高いほど、発生熱量が増加する特性となる。又、パティキュレートの酸化・燃焼は排ガス中の酸素量にも影響を受け、酸素量が多いほど、着火時の瞬間発生熱量が増加する特性となる。
【００３９】
例えば、パティキュレート堆積量としては上記ステップＳ２で推定した値Ａが用いられ、ＤＰＦ温度としてはＤＰＦ８の上流側の排ガス温度Ｔ1が用いられ、排ガス中の酸素量としては、吸入空気量と噴射量とから所定のマップに従って求められる。上記ステップＳ３４ではパティキュレート堆積量毎に設定された多数のマップから該当するマップを選択し、当該マップに従ってＤＰＦ温度と酸素量とから酸化・燃焼速度Ｃ1を算出して、所定値Ｃ２と比較する。
【００４０】
ステップＳ３４の判定がＮＯのときには、パティキュレートの急燃焼が起こり得ないと見なし、ルーチンを終了する。又、ステップＳ３４の判定がＹＥＳのときにはステップＳ３６に移行して、パティキュレート堆積量Ａが急燃焼判定値Ａ3以上か否かを判定する。急燃焼判定値Ａ3としては、例えば上記強制再生の開始及び終了判定値Ａ1,Ａ2の中間値（Ａ2＜Ａ3＜Ａ1)が設定され、判定がＮＯのときには、堆積しているパティキュレートが少量のため急燃焼しないと見なし、ルーチンを終了する。ステップＳ３６の判定がＹＥＳのときにはステップＳ３８に移行し、現在のエンジン１の運転状態が図６にａで示すアイドル運転を含む低負荷低回転域（所定運転状態）にあるか否かを判定する（運転状態判定手段）。
【００４１】
この判定は、例えば回転速度センサ２３により検出されたエンジン回転速度Ｎe、及びエンジン負荷と相関する燃料噴射量に基づいて行われ、上記した低負荷低回転域にないときには、ステップＳ３８でＮＯの判定を下してルーチンを終了する。この場合には、切換弁１３は閉弁状態に、バーナ１４は停止状態に保持される一方、ターボ過給機４のベーンは本来の過給圧制御に基づいて調整される。
【００４２】
一方、低負荷低回転域にあるとして上記ステップＳ３８でＹＥＳの判定を下すと、ＥＣＵ２１はステップＳ４０に移行してタイマｔをインクリメントし、続くステップＳ４２でタイマｔが所定値ｔ0に達したか否かを判定し、判定がＮＯのときにはルーチンを終了する。
又、上記ステップＳ４２の判定がＹＥＳのとき、つまり、低負荷低回転域での運転が所定値ｔ0に相当する期間に亘って継続したときには、ステップＳ４４に移行して過給圧制御に関係なくターボ過給機４のベーンを閉方向に制御し、続くステップＳ４６で切換弁１３を開弁すると共に、バーナ１４を作動させる。
【００４３】
バーナ１４が発生した燃焼ガスを利用してタービン入口の排ガス温度が効果的に上昇し、しかも、ベーンの閉制御により排ガス流速が高められることから、排ガスからタービン４ｂに付与されるエネルギが増大する。その結果、タービン仕事が増加してコンプレッサ４ａによる過給を促進するため、エンジン１の吸入空気量が増加し、通常の低負荷低回転域のときに比較して排気流量が大幅に増加する。
【００４４】
又、エンジン１の排ガスに、酸素の少ない若しくはほとんど含まないバーナ１４からの燃焼ガスが混合されるため、排ガスの酸素濃度は、通常の低負荷低回転域のときに比較して大幅に低減される。尚、タービン４ｂの過回転を防止すべく、タービン回転速度が許容値を超えてしまう場合にはベーンを開方向に制御する処理を加えてもよい。
【００４５】
以上のＥＣＵ２１による処理の結果、以下に述べるようにしてパティキュレートの急燃焼が抑制される。
周知のようにアイドル運転を含む低負荷低回転域では、エンジン１の排気流量が極端に減少すると共に、排ガス中の酸素濃度が増加する。よって、強制再生や連続再生によるパティキュレートの酸化・焼却除去中に、エンジン１が低負荷低回転域に至ると、排気流量の減少によりＤＰＦ８の放熱不足が生じると共に、酸素濃度の増加によりパティキュレートの燃焼が過度に促進されるため、ＤＰＦ８の過昇温の懸念が生じる。
【００４６】
ここで、上記のようにバーナ１４から燃焼ガスが供給されて、過給の促進に伴ってエンジン１の排気流量が増加すると、ＤＰＦ８で発生する熱が排ガスにより持ち去られるため、ＤＰＦ８の放熱が促進される一方、燃焼ガスの混合により排ガスの酸素濃度が大幅に低減されるため、パティキュレートの燃焼が抑制され、結果としてＤＰＦ８の過昇温が抑制される。よって、本実施形態の排気浄化装置によれば、強制再生や連続再生によりパティキュレートを焼却除去する際に、ＤＰＦ８の過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【００４７】
しかも、バーナ１４の作動時にはターボ過給機４のベーンが閉方向に制御されるため、過給が一層促進されてエンジン１の排気流量を更に増加させ、ＤＰＦ８の放熱不足をより確実に解消することができる。
又、エンジン１の運転状態及び酸化・燃焼速度Ｃ1に加えて、パティキュレート堆積量Ａも考慮しているため、パティキュレート堆積量Ａが多くて急燃焼によりＤＰＦ８を焼損する可能性が高いときには（ステップＳ３６がＹＥＳ）、バーナ１４の作動により確実にＤＰＦ８の過昇温を抑制でき、一方、パティキュレート堆積量Ａが少なくて急燃焼してもＤＰＦ８が焼損する虞がないときには（ステップＳ３６がＮＯ）、バーナ１４が停止保持されて、逆に急燃焼によりＤＰＦ８の再生を促進することができる。
【００４８】
更に、ＤＰＦ８の再生時においてエンジン１が低負荷低回転域に移行しても、その継続時間が短いときにはＤＰＦ８の熱容量相当分の温度上昇が遅れるため、ＤＰＦ８が放熱不足の事態に陥る虞がないが、このような場合にはバーナ１４が停止保持されるため、バーナ１４の不要な作動を未然に防止できると共に、その間のフィルタ再生を促進することができる。
【００４９】
一方、再生中のＤＰＦ８の過昇温を抑制するためのバーナ１４を利用して、強制再生時のＤＰＦ８の昇温を行っているため、強制再生を実施するための専用の昇温手段、例えば上記ポスト噴射や噴射ノズル等を省略できるという利点もある。
［第２実施形態］
次に、本発明を別のディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化した第２実施形態を説明する。尚、本実施形態では、上記第１実施形態のバーナ１４に代えて、エンジン１のポスト噴射及び酸化触媒３１を利用して排ガスのエネルギを増大しており、その全体構成や制御内容の共通部分は同一番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。
【００５０】
図７の全体構成図に示すように、本実施形態の排気浄化装置では、第１実施形態のバーナ通路１２、切換弁１３、バーナ１４が省略されており、これらの部材に代えて排気通路６に酸化触媒３１（排気エネルギ増大手段、触媒装置）が備えられている。又、ＥＣＵ２１の制御により、エンジン１は主噴射後の膨張行程や排気行程で任意にポスト噴射を実施可能となっている（排気エネルギ増大手段、反応物供給手段）。
【００５１】
図８に示す強制再生ルーチンにおいて、ＥＣＵ２１はステップＳ１２を経てステップＳ１４でパティキュレートが着火しているか否かを判定する。判定がＮＯのときにはステップＳ５２でポスト噴射を実施し、ステップＳ１８でターボ過給機４のベーンを開方向に制御した後、ステップＳ２０でパティキュレート堆積量Ａの判定を行って（堆積量推定手段）、ルーチンを終了する。従って、ポスト噴射により酸化触媒３１には還元剤としてのＨＣ、ＣＯが供給され、これらのＨＣ、ＣＯが酸化触媒３１の酸化作用により燃焼して、排気昇温が行われる。ベーンの開制御により排ガスの流速が低くなっているため、タービン仕事を増加させることなく排ガスにより効果的にＤＰＦ８が昇温される。
【００５２】
パティキュレートの着火により上記ステップＳ１４の判定がＹＥＳになると、ステップＳ５４でポスト噴射を停止、又はポスト噴射量を減量する。ポスト噴射による排気昇温は中止若しくは抑制されるが、既に着火されたパティキュレートは、高温のＤＰＦ８により燃焼を継続して焼却除去される。そして、パティキュレート堆積量Ａが再生終了判定値Ａ2以下になると、ステップＳ２０からステップＳ２４に移行して上記ベーンの強制開制御を停止した後、ルーチンを終了する。
【００５３】
一方、図９に示す過昇温抑制ルーチンにおいては、ＥＣＵ２１は第１実施形態の場合（図４）と同様に、ステップＳ３４でパティキュレートの酸化・燃焼速度Ｃ1が所定値Ｃ2以上か否かを判定し（パティキュレート燃焼判定手段）、ステップＳ３６でパティキュレート堆積量Ａが急燃焼判定値Ａ3以上か否かを判定し、ステップＳ３８〜４２で低負荷低回転域での運転状態が所定時間継続したか否かを判定する（運転状態判定手段）。全ての判定がＹＥＳのときには、ステップＳ４４でベーンを閉方向に制御し、ステップＳ６２でポスト噴射を実施、若しくはポスト噴射量を増量した後（制御手段）、ルーチンを終了する。
【００５４】
ポスト噴射により供給されたＨＣ、ＣＯが酸化触媒３１の酸化作用により燃焼して、タービン入口の排ガス温度が上昇し、しかも、ベーンの閉制御により排ガス流速が高められる。よって、第１実施形態の場合と同様に、過給の促進に伴ってエンジン１の排気流量が増加してＤＰＦ８の放熱を促進する一方、排ガスの酸素濃度が低減されてパティキュレートの燃焼が抑制され、結果としてＤＰＦ８の過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【００５５】
更に、再生中のＤＰＦ８の過昇温を抑制するためのポスト噴射及び酸化触媒３１を利用して、強制再生時のＤＰＦ８の昇温を行っているため、強制再生を実施するための専用の昇温手段を省略できるという利点もある。
又、その他の作用効果も第１実施形態と同様であり、パティキュレート堆積量Ａを考慮することで、より確実にＤＰＦ８の過昇温を抑制できると共に、低負荷低回転域の継続時間が短いときにはポスト噴射を実施しないことで、不要なポスト噴射を防止することができる。
【００５６】
［第３実施形態］
次に、本発明を別のディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化した第３実施形態を説明する。尚、本実施形態では、上記第１実施形態の低負荷低回転域に代えて、車両減速に伴って燃料噴射を中止するフューエルカット（以下、Ｆ／Ｃという）時を含む高空燃比域で発生するＤＰＦ８の過昇温を抑制することを目的としており、相違点はＥＣＵ２１が実行する過昇温抑制ルーチンにあるため、当該ルーチンを重点的に説明する。
【００５７】
図１０に示す過昇温抑制ルーチンにおいて、ＥＣＵ２１は第１実施形態の場合（図４）と同様に、ステップＳ７２で検出情報を入力し、ステップＳ７４でパティキュレートの酸化・燃焼速度Ｃ1が所定値Ｃ2以上か否かを判定し（パティキュレート燃焼判定手段）、ステップＳ７６でパティキュレート堆積量Ａが急燃焼判定値Ａ3以上か否かを判定し、何れの判定もＹＥＳのときにはステップＳ７８に移行する。ステップＳ７８では、現在のエンジン１の運転状態が酸素濃度の高い高空燃比域（特定運転状態）にあるか否かを判定する（運転状態判定手段）。高空燃比域とは、図６にｂで示すＦ／Ｃ領域のみならず、燃料噴射量の減少により空燃比が所定以上となる領域も含んでおり、判定がＮＯのときにはルーチンを終了する。
【００５８】
一方、ステップＳ７８でＹＥＳの判定を下し、続くステップＳ８０，８２の処理で、当該高空燃比域での運転状態が所定値ｔ0に相当する期間に亘って継続したと判定したときには、ステップＳ８４に移行して排気ブレーキが作動中であるか否かを判定する。
排気ブレーキの作動は図示しないスイッチで運転者が任意にキャンセル可能であり、キャンセル操作により、若しくは減速時以外のため排気ブレーキが作動していないときには、ＮＯの判定を下してステップＳ８６でベーンを開方向に制御し、ステップＳ９０で切換弁１３を開弁すると共に、バーナ１４を作動させた後（制御手段）、ルーチンを終了する。
【００５９】
又、排気ブレーキが作動中として上記ステップＳ８４でＹＥＳの判定を下したときには、ステップＳ８８に移行してベーンを閉方向に制御し、その後、上記ステップＳ９０で切換弁１３を開弁すると共に、バーナ１４を作動させる（制御手段）。尚、バーナ１４からの燃焼ガスは排気ブレーキによる制動を低下させるため、運転者が空走感を抱く虞がある。従って、この場合には、空走感を与えない程度にバーナ１４からの燃焼ガスを適宜制限することが望ましい。
【００６０】
ここで、排気ブレーキの作動状態に関係なく、酸素濃度の高い高空燃比域では、吸入空気の大部分が燃焼に利用されずにそのまま排出されるため、排ガスには十分な酸素が含まれ、パティキュレートの燃焼が過度に促進される虞がある。しかしながら、上記ステップＳ９０の処理により排ガスに燃焼ガスが混合されるため、酸素濃度は大幅に低減され、パティキュレートの燃焼が抑制されることになる。
【００６１】
一方、Ｆ／Ｃ中で排気ブレーキの非作動時には、モータリングによりエンジン１の排気流量がエンジン回転速度Ｎeにほぼ比例して変化し、例えばアイドル回転速度が６５０rpmの小型エンジンの場合、定格回転３２００rpmの無負荷時には排気流量が約５倍に増加する。従って、この場合にはステップＳ８６でベーンを開方向に制御しても、上記低負荷低回転域に比較して十分な排気流量が確保される。
【００６２】
尚、この場合には逆にＤＰＦ８が過冷却となってパティキュレートの燃焼が途絶える可能性もあるため、例えば排ガス温度Ｔ1,Ｔ2の平均値が所定温度未満になると、バーナ１４を作動させる共にウエストゲート弁１１を開弁する処理を加え、排ガスの昇温を行ってもよい。
又、Ｆ／Ｃ中で排気ブレーキの作動時には、排気流量が例えば排気ブレーキの非作動時の３０％程度まで絞られるため、エンジン回転速度Ｎeが上記定格回転より低い場合には排気流量が減少するが、ステップＳ８８でベーンが閉側に制御されるため、過給が促進されて十分な排気流量が確保される。
【００６３】
よって、酸素濃度の高い高空燃比域には、排気ブレーキの作動状態に関わらずバーナ１４を作動させることによって排ガスの酸素濃度が低減されて、パティキュレートの燃焼が抑制される一方、排気流量が減少する排気ブレーキの作動時には、過給の促進により排気流量の増加が図られて、ＤＰＦ８の放熱が促進され、もって、ＤＰＦ８の過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【００６４】
尚、本実施形態では、第１実施形態と同じくバーナ１４により排ガスのエネルギを増大したが、勿論、これに代えて第２実施形態のようにポスト噴射及び酸化触媒３１を利用してもよい。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、コモンレール式ディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化したが、エンジンの形式等はこれに限ることはなく、例えば、通常のディーゼルエンジン用の排気浄化装置として具体化してもよい。
【００６５】
又、上記各実施形態では、エンジン１にターボ過給機４を備え、バーナ１４による過給促進、若しくはポスト噴射及び酸化触媒３１による過給促進を利用して、ＤＰＦ８の放熱不足を解消したが、必ずしもターボ過給機４を備える必要はなく、自然吸気式のエンジンとしてもよい。この場合であっても、バーナ１４からの燃焼ガス、或いは酸化触媒３１でのＨＣやＣＯの燃焼により排ガスの酸素濃度を低減できるため、パティキュレートの燃焼を抑制してＤＰＦ８の過昇温を防止することができる。
【００６６】
一方、上記各実施形態では、排気温度が比較的高い運転状態のときに連続再生を行うものとしたが、パティキュレートの焼却除去を電気ヒータ等の外部熱源により実施する装置にも適用可能である。
又、上記第１実施形態では、吸気通路３を流通する吸入空気をバーナ１４の燃焼に利用したが、吸入空気に代えて排気通路６側を流通する排ガスを利用してもよい。この場合でも、低負荷低回転域やＦ／Ｃ域では排ガス中に十分な酸素が含まれるため、支障なくバーナ１４を作動させることができる。
【００６７】
更に、上記各実施形態では、ベーン開度に応じて過給圧を調整可能な可変ノズルベーン付ターボとしてターボ過給機を構成したが、過給圧調整手段はこれに限らず、例えばウエストゲート弁として構成し、このウエストゲート弁により排ガスをバイパスさせることにより過給圧を調整するようにしてもよい。
一方、上記第２実施形態では、エンジン１のポスト噴射によりＨＣやＣＯを供給したが、反応物供給手段はこれに限らず、例えば排気通路６のタービン上流側に設けた噴射ノズルとして構成し、この噴射ノズルから未燃燃料を供給するようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタでのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上、且つ内燃機関が排気流量低下を生じる所定運転状態に移行したときに、フィルタの過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【００６９】
請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の発明に加えて、パティキュレートの堆積量が多く急燃焼によりフィルタを焼損する可能性が高いときでも、確実にフィルタの過昇温を抑制することができる。
請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の発明に加えて、排気エネルギ増大手段の不要な作動を未然に防止することができる。
【００７０】
請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の発明に加えて、ターボ過給機による過給を一層促進して排気流量を増加させ、もって、フィルタの放熱不足をより確実に解消することができる。
請求項５の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の発明に加えて、フィルタの過昇温による焼損を未然に防止できると共に、この過昇温抑制のための燃焼ガス供給手段をフィルタの強制再生にも利用することから、強制再生のための専用の昇温手段を省略することができる。
【００７１】
請求項６の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の発明に加えて、フィルタの過昇温による焼損を未然に防止できると共に、この過昇温抑制のための反応物供給手段及び触媒装置をフィルタの強制再生にも利用することから、強制再生のための専用の昇温手段を省略することができる。
請求項７の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタでのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上、且つ内燃機関が燃料停止を含む高空燃比の特定運転状態に移行したときに、フィルタの過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行するパティキュレート堆積量判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】ＥＣＵが実行する強制再生ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ＥＣＵが実行する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】パティキュレート堆積量とＤＰＦ温度に対する酸化・燃焼熱量の特性を示す図である。
【図６】バーナの作動領域を示すマップである。
【図７】第２実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図８】ＥＣＵが実行する強制再生ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】ＥＣＵが実行する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態のＥＣＵが実行する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関、排気エネルギ増大手段、反応物供給手段）
４ ターボ過給機
４ａ コンプレッサ
４ｂ タービン
８ ＤＰＦ（フィルタ）
１０ アクチュエータ（過給圧調整手段）
１３ 切換弁
１４ バーナ（排気エネルギ増大手段、燃焼ガス供給手段）
２１ ＥＣＵ（パティキュレート燃焼判定手段、運転状態判定手段、制御手段、堆積量推定手段）
３１ 酸化触媒（排気エネルギ増大手段、触媒装置）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device including a particulate filter that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) and collects particulates in the exhaust gas.
[0002]
[Related background]
The exhaust gas discharged from a diesel engine or the like contains particulates in addition to HC, CO, NOx, etc., and a particulate filter has been proposed as a post-processing device for processing the particulates. For example, a filter carrying a catalyst is provided in the exhaust system of the engine to collect particulates contained in the exhaust gas. On the other hand, when the exhaust temperature is relatively high, the accumulated particulates are removed by the effect of the catalyst. Oxidation / removal (continuous regeneration). Further, when the operation state in which the continuous regeneration action cannot be obtained is continued and the particulate accumulation amount exceeds the allowable amount, for example, additional fuel is injected in the expansion stroke or the exhaust stroke by post injection, thereby raising the filter. Warm up. Since the oxidation / combustion rate of particulates increases exponentially as the filter temperature rises, the filter can be regenerated in a short time by raising the temperature of the filter to a temperature at which the particulates are oxidized and burned at a sufficiently fast rate (forced Regeneration).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the filter when the oxidation / burning rate of the particulates is sufficiently high is heated by receiving the heat of combustion of the particulates, while being radiated to the exhaust gas flowing through the inside and cooled, and both functions are By balancing, the temperature is maintained at an appropriate temperature, that is, a temperature at which particulate combustion after ignition is continued and burning by self-heating is prevented.
[0004]
However, the operating state of the engine changes greatly according to the running state of the vehicle. For example, in a low-load low-rotation range including idle operation, a phenomenon occurs in which the exhaust gas flow rate decreases extremely and the oxygen concentration in the exhaust gas increases. . A decrease in the exhaust flow rate acts in the direction of increasing the temperature of the filter due to insufficient heat dissipation, and an increase in oxygen concentration also acts in the direction of increasing the temperature of the filter by promoting combustion of particulates. When it shifted, there existed a possibility that a filter may be overheated and may burn out.
[0005]
An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can prevent burning due to excessive temperature rise of a filter regardless of the operating state of the engine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a filter provided in an exhaust system of an internal combustion engine for collecting particulates in exhaust gas, a turbine provided upstream of the filter in the exhaust system, and an internal combustion engine The turbocharger is provided on the upstream side of the turbine of the exhaust system and increases the energy of the exhaust gas. Exhaust energy increasing means, particulate combustion determining means for determining whether the oxidation / burning rate of the particulates on the filter is equal to or higher than a predetermined value, and whether the internal combustion engine is in a predetermined operation state in which the exhaust flow rate decreases. The operating state determining means for determining the particulate matter and the particulate combustion determining means determine that the particulate oxidation / burning rate on the filter is equal to or greater than a predetermined value. And when it is determined that the predetermined operating condition by the operation state determining means, in which a control means for actuating the exhaust energy increasing means.
[0007]
Accordingly, the particulates in the exhaust gas are collected by the filter and gradually accumulate, and the accumulated particulates are removed by oxidation and incineration, for example, when the internal combustion engine is operating at a relatively high exhaust temperature (continuous regeneration). When exhaust gas temperature is increased or unburned fuel is supplied to the filter, it is forcibly oxidized and incinerated (forced regeneration). During this time, it is determined by the particulate combustion determination means whether or not the particulate oxidation / combustion rate is equal to or higher than a predetermined value.
[0008]
The oxidation / combustion rate of particulates correlates with, for example, the particulate accumulation amount on the filter, the filter temperature, the oxygen amount in the exhaust gas, etc., and the accumulation amount is high, the filter temperature is high, and the oxygen concentration in the exhaust gas is high. The larger the oxidation / combustion rate is calculated.
On the other hand, for example, when the internal combustion engine is in a low load low rotation range including idle operation, when the fuel supply is stopped due to vehicle deceleration, or when the exhaust flow rate is reduced by the operation of the exhaust brake, etc. A predetermined operation state in which the exhaust gas flow rate decreases and the oxygen concentration in the exhaust gas increases is determined, and this predetermined operation state is determined by the operation state determination means.
[0009]
If the internal combustion engine shifts to a predetermined operating state when the particulate oxidation / combustion rate is equal to or higher than a predetermined value, the exhaust flow rate is reduced, resulting in insufficient heat dissipation of the filter. At this time, the exhaust energy increasing means is activated by the control means. Thus, the energy of the exhaust gas is increased. As a result, the exhaust gas temperature at the turbine inlet rises, and supercharging is promoted due to an increase in turbine work. As a result, the exhaust flow rate of the internal combustion engine increases, and the heat generated in the filter is carried away by the exhaust gas. Excessive temperature rise due to insufficient heat dissipation is suppressed.
[0010]
In addition, since the oxygen concentration of the exhaust gas is reduced as a result of the operation of the exhaust energy increasing means, the combustion of the particulates in the filter is suppressed, and the excessive temperature rise of the filter is more reliably suppressed.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a deposition amount estimating means for estimating a deposition amount of the particulates collected by the filter according to the first aspect, and the control means is configured to control the particulates on the filter by the particulate combustion determination means. Exhaust energy increases when the oxidation / combustion rate is determined to be greater than or equal to a predetermined value, the operating state determining means determines that the operating state is a predetermined operating state, and the particulate accumulation amount estimated by the accumulation amount estimating means exceeds a predetermined value. Actuating means.
[0011]
Therefore, in addition to the oxidation / combustion rate and engine operating conditions, the amount of particulates deposited is also taken into consideration. Therefore, when the amount of accumulation is high and there is a high possibility that the filter will burn out due to rapid combustion, When the excessive temperature rise of the filter is reliably suppressed, and when there is no possibility that the filter will burn out even if the amount of accumulation is small and suddenly burns, the energy increasing means is stopped and held, and conversely, the filter is regenerated by sudden combustion. Promoted.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the control means determines that the particulate oxidation / combustion speed on the filter is equal to or higher than a predetermined value by the particulate combustion determining means, and the operating state determining means determines the predetermined operating state. When it is determined that has continued for a predetermined time or longer, the exhaust energy increasing means is activated.
Therefore, even if the internal combustion engine shifts to the predetermined operating state during the regeneration of the filter, if the duration is short, the temperature rise is delayed by the heat capacity of the filter, so there is no risk that the filter will be in a state of insufficient heat dissipation. The exhaust energy increasing means is stopped and held to prevent unnecessary operation, and filter regeneration is promoted during that time.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the turbocharger includes a supercharging pressure adjusting unit that adjusts the supercharging pressure, and the control unit supercharges the supercharging pressure adjusting unit when the exhaust energy increasing unit operates. The pressure is controlled in the increasing direction.
Therefore, when the exhaust energy increasing means is operated, the supercharging pressure adjusting means is controlled in the direction of increasing the supercharging pressure, so that supercharging by the turbocharger is further promoted and the exhaust flow rate of the internal combustion engine further increases, and the filter The lack of heat dissipation is more reliably resolved.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the turbocharger includes a supercharging pressure adjusting unit that adjusts the supercharging pressure, and an exhaust energy increasing unit is provided upstream of the turbine in the exhaust system to generate the combustion gas. Combustion gas supply means is provided, the air intake port of the combustion gas supply means communicates with the compressor downstream side of the intake system, and the amount of intake air to the combustion gas supply means is set between the air intake port and the intake system. A switching valve for controlling, and further, a deposition amount estimating means for estimating a deposition amount of the particulate collected by the filter, wherein the control means has a predetermined amount of the particulate deposition estimated by the deposition amount estimating means. Over the filter, the switching valve is opened, the combustion gas supply means is operated, and the supercharging pressure adjusting means is controlled in the direction of lowering the supercharging pressure. When the particulate oxidation / burning rate is determined to be greater than or equal to a predetermined value, the operating state determining means determines that the operating state is a predetermined operating state, and the particulate accumulation amount estimated by the deposition amount estimating means exceeds a predetermined value. The switching valve is opened, the combustion gas supply means is operated, and the supercharging pressure adjusting means is controlled in the boost pressure increasing direction.
[0015]
Therefore, when the accumulated amount of particulates estimated by the accumulated amount estimation means exceeds a predetermined value, the switching valve is opened by the control means, and a part of the intake air is supplied to the combustion gas supply means. The exhaust gas is heated by the combustion gas generated from the supply means, whereby the particulates on the filter are forcibly removed by incineration. Since the supercharging pressure adjusting means at this time is controlled in the direction of decreasing supercharging pressure, the exhaust flow rate of the internal combustion engine decreases, and the filter efficiently receives heat from the exhaust gas and quickly rises in temperature.
[0016]
On the other hand, when the oxidation / combustion rate of the particulates on the filter is equal to or higher than a predetermined value and the internal combustion engine shifts to a predetermined operation state, the supercharging pressure adjusting means is controlled in the boost pressure increasing direction together with the operation of the combustion gas supply means. Therefore, the exhaust gas flow rate of the internal combustion engine increases, and the insufficient heat dissipation of the filter is more reliably resolved.
Since the temperature of the filter during forced regeneration is increased by using the combustion gas supply means in this way, it is possible to omit a dedicated temperature increase means for performing forced regeneration.
[0017]
A sixth aspect of the present invention is the turbocharger according to the first aspect, wherein the turbocharger includes a supercharging pressure adjusting means for adjusting a supercharging pressure, and the exhaust energy increasing means is provided on the turbine upstream side of the exhaust system and is at least an oxidation function. And a reactant supply means for supplying HC or CO to the catalyst apparatus, and further comprises a deposit amount estimating means for estimating a deposit amount of the particulates collected by the filter, and the control means When the accumulated amount of particulates estimated by the accumulated amount estimating means exceeds a predetermined value, the reactant supply means is operated and the supercharging pressure adjusting means is controlled in the direction of decreasing supercharging pressure, while the particulates The oxidation / combustion rate of the particulates on the filter is determined to be a predetermined value or more by the combustion determination means, and the predetermined operation state is determined by the operation state determination means, and the deposit amount estimation means When the deposition amount of more estimated particulates exceeds a predetermined value, in which the reactant supply means is operated, and for controlling supercharging pressure adjusting means in the boost pressure rise direction.
[0018]
Therefore, when the particulate deposition amount estimated by the deposition amount estimation means exceeds a predetermined value, the reactant supply means is actuated by the control means to supply HC or CO to the catalyst device. The exhaust gas is heated by combustion due to the oxidizing action of the catalyst device, whereby the particulates on the filter are forcibly removed by incineration. Since the supercharging pressure adjusting means at this time is controlled in the direction of decreasing supercharging pressure, the exhaust flow rate of the internal combustion engine decreases, and the filter efficiently receives heat from the exhaust gas and quickly rises in temperature.
[0019]
On the other hand, when the oxidation / combustion rate of the particulates on the filter is equal to or higher than a predetermined value and the internal combustion engine shifts to a predetermined operation state, the supercharging pressure adjusting means is controlled in the boost pressure increasing direction together with the operation of the reactant supply means. Therefore, the exhaust gas flow rate of the internal combustion engine increases, and the insufficient heat dissipation of the filter is more reliably resolved.
Since the temperature of the filter during forced regeneration is increased using the reactant supply means and the catalyst device as described above, a dedicated temperature increasing means for performing forced regeneration can be omitted.
[0020]
The invention of claim 7 is a filter provided in an exhaust system of an internal combustion engine for collecting particulates in exhaust gas, an exhaust energy increasing means provided on the upstream side of the filter of the exhaust system and increasing the energy of exhaust gas, Particulate combustion determination means for determining whether the particulate oxidation / burning rate on the filter is equal to or higher than a predetermined value, and whether the internal combustion engine is in a specific operating state where the oxygen concentration is high and the air-fuel ratio is high, including fuel stop. When the operating state determining means for determining whether or not the oxidation / burning speed of the particulates on the filter is determined to be a predetermined value or more by the particulate combustion determining means, and the specific operating state is determined by the operating state determining means, And control means for operating the exhaust energy increasing means.
[0021]
Accordingly, the particulates in the exhaust gas are collected by the filter and gradually accumulate, and the accumulated particulates are removed by oxidation and incineration, for example, when the internal combustion engine is operating at a relatively high exhaust temperature (continuous regeneration). When exhaust gas temperature is increased or unburned fuel is supplied to the filter, it is forcibly oxidized and incinerated (forced regeneration). During this time, it is determined by the particulate combustion determination means whether or not the particulate oxidation / combustion rate is equal to or higher than a predetermined value.
[0022]
The oxidation / combustion rate of particulates correlates with, for example, the particulate accumulation amount on the filter, the filter temperature, the oxygen amount in the exhaust gas, etc., and the accumulation amount is high, the filter temperature is high, and the oxygen concentration in the exhaust gas is high. The larger the oxidation / combustion rate is calculated.
On the other hand, for example, when the fuel supply to the internal combustion engine is stopped due to vehicle deceleration, or when the fuel injection amount is decreased, the oxygen concentration becomes a high air-fuel ratio, and the operation state at this time is set as the specific operation state. It is determined by the operating state determination means. In the specific operation state, most of the intake air is discharged without being used for combustion, and the exhaust gas contains sufficient oxygen.
[0023]
Therefore, when the internal combustion engine shifts to a specific operation state when the particulate oxidation / combustion rate is equal to or higher than a predetermined value, the combustion of the particulates is excessively promoted by oxygen in the exhaust gas. Since the increasing means operates, the oxygen concentration of the exhaust gas is reduced as a result. Thus, particulate combustion in the filter is suppressed, and excessive temperature rise in the filter is suppressed.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in an exhaust emission control device for a diesel engine will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an exhaust emission control device for a diesel engine according to the present embodiment. The engine 1 of the present embodiment includes a common rail fuel injection device, supplies high pressure fuel accumulated in a common rail (not shown) to the fuel injection valve 2 of each cylinder, and the fuel injection valve 2 at an arbitrary injection timing and injection amount. To the cylinder of each cylinder.
[0025]
In the intake passage 3 of the engine 1, a compressor 4 a and an intercooler 5 of the turbocharger 4 are provided from the upstream side. Intake air introduced from an air cleaner (not shown) is supercharged by the compressor 4a and cooled by the intercooler 5, and then introduced into the cylinder of each cylinder to burn the fuel injected from the fuel injection valve 2. Used.
[0026]
The exhaust passage 6 of the engine 1 is provided with a turbine 4b of a turbocharger 4 and a diesel particulate filter (hereinafter abbreviated as DPF) 8 connected coaxially with the compressor 4a from the upstream side. It has been. The turbocharger 4 is configured as a turbo with variable nozzle vanes, and a plurality of vanes (not shown) arranged on the outer periphery of the turbine 4b are simultaneously angle-changed by an actuator 10 (supercharging pressure adjusting means). ). The vane plays a role of adjusting the flow rate of the exhaust gas that collides with the turbine 4b. The more the vane is controlled in the closing direction, the higher the exhaust gas flow rate and the greater the turbine work. It is adjusted in the upward direction.
[0027]
The DPF 8 is made of a honeycomb-type ceramic carrier, and alternately closes upstream and downstream openings of a large number of exhaust gas passages, and distributes exhaust gas through porous wall surfaces that form the exhaust gas passages. The exhaust gas discharged from each cylinder is driven into the atmosphere through the DPF 8 after rotating the turbine 4b through the exhaust passage 6, and the particulates contained when passing through the DPF 8 are collected.
[0028]
The intake passage 3 on the downstream side of the compressor 4a and the exhaust passage 6 on the upstream side of the turbine 4b are connected via a burner passage 12. A switching valve 13 is provided on the intake passage 3 side of the burner passage 12, and an exhaust passage is provided. On the 6th side, a burner 14 (exhaust energy increasing means, combustion gas supply means) is provided. When the switching valve 13 is opened, a part of the intake air flowing through the intake passage 3 is supplied to the burner 14, fuel is burned in the burner 14 using the air, and the combustion gas enters the exhaust passage 6 side. Supplied.
[0029]
On the other hand, an input / output device (not shown), a storage device (ROM, RAM, etc.) used for storage of a control program, a control map, etc., a central processing unit (CPU), a timer counter, etc. Control unit) 21 is installed. On the input side of the ECU 21, there are an accelerator sensor 22 for detecting the accelerator operation amount APS, a rotation speed sensor 23 for detecting the engine rotation speed Ne, and a temperature sensor 24a for detecting the exhaust gas temperatures T1, T2 upstream and downstream of the DPF 8. , 24b and the like, and various devices such as the fuel injection valve 2, the actuator 10 of the turbocharger 4, the switching valve 13 and the burner 14 are connected to the output side.
[0030]
Then, the ECU 21 determines the injection timing and injection amount of the fuel injection valve 2, the supercharging pressure of the turbocharger 4, the EGR rate by an EGR valve (not shown), etc. based on the detection information such as the accelerator operation amount APS and the engine speed Ne. Target values are set, and the fuel injection valve 2, the actuator 10, the EGR valve, and the like are controlled based on these target values.
On the other hand, the particulate accumulation amount on the DPF 8 gradually increases due to the collection of particulates, but the accumulated particulates are continuous when the engine 1 is in a predetermined operation state (for example, an operation state in which the exhaust temperature is relatively high). It is oxidized and incinerated.
[0031]
Further, if the operation state in which the continuous regeneration action cannot be obtained is continued, the particulate accumulation amount in the DPF 8 gradually increases and exceeds the allowable amount. The forced regeneration for removing the particulates by incineration is executed, and the details will be described below.
FIG. 2 is a flowchart showing a particulate accumulation amount determination routine executed by the ECU 21. The ECU 21 always executes this routine at predetermined control intervals while the engine 1 is operating. First, in step S2, detection information from each sensor is input, and the particulate accumulation amount A on the DPF 8 is estimated from the information (deposition amount estimation means). In step S4, it is determined whether the particulate accumulation amount A of the DPF 8 is equal to or greater than a preset regeneration start determination value A1. Since the particulate accumulation amount A correlates with the differential pressure across the DPF 8 (that is, the pressure loss of the DPF 8) and the exhaust gas flow rate, for example, the accumulation amount A is estimated based on a map that defines these relationships.
[0032]
When the particulate accumulation amount A is less than the regeneration start determination value A1, a NO (No) determination is made in step S4 and the routine is terminated. Then, when the particulate accumulation amount A gradually increases and becomes equal to or greater than the regeneration start determination value A1 due to the continuation of operation, the ECU 21 makes a YES determination in step S4 and executes the forced regeneration process in step S6. The routine ends.
[0033]
FIG. 3 is a flowchart showing a forced regeneration routine executed by the ECU 21. When the forced regeneration process is executed in step S6, the ECU 21 starts the routine. First, detection information is input in step S12, and step S14. It is determined whether or not the particulates are ignited. This determination is made based on the exhaust gas temperatures T1, T2 upstream and downstream of the DPF 8 detected by the temperature sensors 24a, 24b, and the average value of the exhaust gas temperatures T1, T2 is a predetermined temperature, for example, 600 ° C. or more. When the state continues for a predetermined time, it is determined to be ignited.
[0034]
When the determination in step S14 is NO, the switching valve 13 is opened in step S16 and the burner 14 is operated with a high output (a large amount of heat is supplied), and then the actuator is controlled in step S18 regardless of the supercharging pressure control. 10 to control the vane of the turbocharger 4 in the opening direction. In the following step S20, the ECU 21 determines whether or not the particulate accumulation amount A is equal to or less than the regeneration end determination value A2 (<A1). If the determination is NO, the routine ends.
[0035]
A part of the intake air is supplied to the burner 14 by opening the switching valve 13, and the exhaust gas is heated by the combustion gas generated from the burner 14. Since the supercharging pressure of the turbocharger 4 is reduced due to the vane opening control, the exhaust flow rate also decreases together with the intake air amount of the engine 1, and the DPF 8 efficiently receives heat from the exhaust gas and quickly rises in temperature. .
When the processes in steps S12 to S20 are repeated, the temperature of the DPF 8 is gradually raised and the particulates on the DPF 8 are ignited. The ECU 21 makes a determination of YES in step S14, and then burns with a small output in step S22. 14 is operated (the amount of heat supplied is small). As a result, the temperature increase effect of the DPF 8 by the burner 14 is reduced, but the particulates are already ignited, so the temperature of the DPF 8 is maintained at a high temperature by the combustion heat of the particulates, and the combustion is continued and incinerated and removed. .
[0036]
When the particulate accumulation amount A gradually decreases and becomes equal to or less than the regeneration end determination value A2, the ECU 21 determines YES in step S20, stops the forced opening control of the vane in step S24, and then switches in the switching valve in step S26. After closing the valve 13 and stopping the burner 14, the routine is terminated.
In this embodiment, the combustion gas generated by the burner 14 is used for forced regeneration. However, the present invention is not limited to this. For example, post injection is performed in the expansion stroke or exhaust stroke after the main injection, The particulates may be oxidized and incinerated and removed by increasing the temperature of exhaust gas by burning additional fuel, or by burning additional fuel directly on the DPF 8. Further, in place of post injection, unburned fuel may be supplied from an injection nozzle provided in the exhaust passage 6 to obtain the same effect as post injection.
[0037]
On the other hand, in this embodiment, when the particulates are incinerated and removed by the above-described forced regeneration or the above-described continuous regeneration, the excessive temperature rise suppression process for suppressing the excessive temperature rise of the DPF 8 is executed.
FIG. 4 is a flowchart showing an excessive temperature rise suppression routine executed by the ECU 21. The ECU 21 executes this routine in parallel with the particulate accumulation amount determination routine. First, the ECU 21 inputs detection information in step S32, and determines in step S34 whether the particulate oxidation / combustion rate C1 is equal to or higher than a predetermined value C2 (particulate combustion determination means).
[0038]
The oxidation / burning rate C1 is expressed as the amount of combustion per hour of particulates. Since the increase in the oxidation / combustion rate C1 means rapid combustion of the particulates, the oxidation / combustion rate C1 can be used as an index for determining the combustion state of the particulates.
As shown in the characteristic diagram of FIG. 5, it is confirmed that the instantaneous heat generation amount at the time of ignition correlates with the particulate deposition amount and the temperature of the DPF 8, and the particulate deposition amount is large and the DPF temperature is high. As the amount of generated heat increases, the characteristics increase. Further, the oxidation / combustion of particulates is also affected by the amount of oxygen in the exhaust gas, and as the amount of oxygen increases, the instantaneous amount of heat generated during ignition increases.
[0039]
For example, the value A estimated in step S2 is used as the particulate accumulation amount, the exhaust gas temperature T1 upstream of the DPF 8 is used as the DPF temperature, and the intake air amount and the injection amount are used as the oxygen amount in the exhaust gas. And is obtained according to a predetermined map. In step S34, a corresponding map is selected from a large number of maps set for each particulate deposition amount, and the oxidation / combustion rate C1 is calculated from the DPF temperature and the oxygen amount according to the map, and compared with a predetermined value C2. .
[0040]
When the determination in step S34 is NO, it is assumed that sudden combustion of the particulates cannot occur, and the routine is terminated. When the determination in step S34 is YES, the process proceeds to step S36, where it is determined whether the particulate accumulation amount A is equal to or greater than the rapid combustion determination value A3. As the sudden combustion determination value A3, for example, an intermediate value (A2 <A3 <A1) between the start and end determination values A1 and A2 of the forced regeneration is set. When the determination is NO, the accumulated particulates are small. For this reason, it is assumed that there is no sudden combustion, and the routine ends. When the determination in step S36 is YES, the process proceeds to step S38, and it is determined whether or not the current operation state of the engine 1 is in a low load low rotation range (predetermined operation state) including the idle operation indicated by a in FIG. (Operating state determination means).
[0041]
This determination is made based on, for example, the engine rotation speed Ne detected by the rotation speed sensor 23 and the fuel injection amount correlated with the engine load. When the engine is not in the low load low rotation range, the determination of NO is made in step S38. To exit the routine. In this case, the switching valve 13 is kept closed and the burner 14 is kept stopped, while the vanes of the turbocharger 4 are adjusted based on the original supercharging pressure control.
[0042]
On the other hand, if the determination in step S38 is YES because it is in the low load and low rotation range, the ECU 21 proceeds to step S40 and increments the timer t, and in the subsequent step S42, whether or not the timer t has reached the predetermined value t0. If the determination is NO, the routine is terminated.
When the determination in step S42 is YES, that is, when the operation in the low load and low rotation range continues for a period corresponding to the predetermined value t0, the process proceeds to step S44 regardless of the supercharging pressure control. The vane of the turbocharger 4 is controlled in the closing direction, and the switching valve 13 is opened and the burner 14 is operated in the subsequent step S46.
[0043]
The exhaust gas temperature at the turbine inlet is effectively increased by using the combustion gas generated by the burner 14, and the exhaust gas flow rate is increased by the vane closing control, so that the energy imparted from the exhaust gas to the turbine 4b increases. . As a result, since the turbine work increases and the supercharging by the compressor 4a is promoted, the intake air amount of the engine 1 is increased, and the exhaust gas flow rate is significantly increased as compared with the normal low load low rotation range.
[0044]
Further, since the combustion gas from the burner 14 containing little or almost no oxygen is mixed with the exhaust gas of the engine 1, the oxygen concentration of the exhaust gas is greatly reduced as compared with the normal low load low rotation range. The In order to prevent excessive rotation of the turbine 4b, when the turbine rotation speed exceeds an allowable value, a process of controlling the vane in the opening direction may be added.
[0045]
As a result of the processing by the ECU 21, the sudden combustion of the particulates is suppressed as described below.
As is well known, in a low-load low-rotation region including idle operation, the exhaust flow rate of the engine 1 is extremely reduced and the oxygen concentration in the exhaust gas is increased. Therefore, when the engine 1 reaches the low load and low rotation range during the particulate oxidation or incineration removal by forced regeneration or continuous regeneration, the heat release of the DPF 8 is insufficient due to the decrease in the exhaust flow rate, and the particulates increase due to the increase in the oxygen concentration. Is excessively promoted, there is a concern that the DPF 8 will overheat.
[0046]
Here, when the combustion gas is supplied from the burner 14 as described above and the exhaust flow rate of the engine 1 increases as the supercharging is promoted, the heat generated in the DPF 8 is carried away by the exhaust gas, so that the heat release of the DPF 8 is promoted. On the other hand, since the oxygen concentration of the exhaust gas is greatly reduced by mixing the combustion gas, the combustion of the particulates is suppressed, and as a result, the excessive temperature rise of the DPF 8 is suppressed. Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, when the particulates are incinerated and removed by forced regeneration or continuous regeneration, it is possible to prevent burning due to excessive temperature rise of the DPF 8 in advance.
[0047]
Moreover, since the vane of the turbocharger 4 is controlled in the closing direction when the burner 14 is operated, the supercharging is further promoted to further increase the exhaust flow rate of the engine 1 and more reliably eliminate the insufficient heat dissipation of the DPF 8. be able to.
Further, in addition to the operating state of the engine 1 and the oxidation / combustion speed C1, the particulate accumulation amount A is also taken into consideration. Therefore, when the particulate accumulation amount A is large and there is a high possibility that the DPF 8 is burned out by rapid combustion ( When the burner 14 is operated, the excessive temperature rise of the DPF 8 can be reliably suppressed. On the other hand, when the particulate accumulation amount A is small and there is no risk of the DPF 8 being burned even if it burns suddenly (NO in the step S36). ), The burner 14 is stopped and held, and on the contrary, regeneration of the DPF 8 can be promoted by rapid combustion.
[0048]
Further, even when the engine 1 shifts to the low load and low rotation range during the regeneration of the DPF 8, if the duration is short, the temperature rise corresponding to the heat capacity of the DPF 8 is delayed, so that there is no possibility that the DPF 8 falls short of heat dissipation. However, in such a case, the burner 14 is stopped and held, so that unnecessary operation of the burner 14 can be prevented and filter regeneration during that time can be promoted.
[0049]
On the other hand, since the DPF 8 is heated at forced regeneration using the burner 14 for suppressing excessive temperature rise of the DPF 8 during regeneration, a dedicated temperature raising means for performing forced regeneration, for example, There is also an advantage that the post injection, the injection nozzle and the like can be omitted.
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment in which the present invention is embodied in another exhaust emission control device for a diesel engine will be described. In this embodiment, instead of the burner 14 of the first embodiment, the energy of the exhaust gas is increased by using the post injection of the engine 1 and the oxidation catalyst 31. Are given the same numbers and the explanation is omitted, and the differences will be explained mainly.
[0050]
As shown in the overall configuration diagram of FIG. 7, in the exhaust purification device of this embodiment, the burner passage 12, the switching valve 13, and the burner 14 of the first embodiment are omitted, and the exhaust passage 6 is substituted for these members. In addition, an oxidation catalyst 31 (exhaust energy increasing means, catalyst device) is provided. Further, under the control of the ECU 21, the engine 1 can arbitrarily perform post injection in the expansion stroke and exhaust stroke after the main injection (exhaust energy increasing means, reactant supply means).
[0051]
In the forced regeneration routine shown in FIG. 8, the ECU 21 determines whether the particulate is ignited in step S14 after step S12. When the determination is NO, post injection is performed in step S52, and the vane of the turbocharger 4 is controlled in the opening direction in step S18, and then the particulate accumulation amount A is determined in step S20 (deposition amount estimation means). ) And end the routine. Accordingly, HC and CO as reducing agents are supplied to the oxidation catalyst 31 by post injection, and these HC and CO are burned by the oxidation action of the oxidation catalyst 31 to raise the temperature of the exhaust. Since the flow rate of the exhaust gas is lowered by the vane opening control, the DPF 8 is effectively heated by the exhaust gas without increasing the turbine work.
[0052]
If the determination in step S14 is YES due to particulate ignition, post injection is stopped or the post injection amount is reduced in step S54. Although the temperature rise of the exhaust gas due to post injection is stopped or suppressed, the already ignited particulates are continuously burned and removed by incineration by the high-temperature DPF 8. When the particulate accumulation amount A becomes equal to or less than the regeneration end determination value A2, the routine proceeds from step S20 to step S24, where the forced opening control of the vanes is stopped, and then the routine is ended.
[0053]
On the other hand, in the excessive temperature rise suppression routine shown in FIG. 9, as in the case of the first embodiment (FIG. 4), the ECU 21 determines in step S34 whether the particulate oxidation / burning rate C1 is equal to or higher than a predetermined value C2. In step S36, it is determined whether or not the particulate accumulation amount A is equal to or greater than the rapid combustion determination value A3. In steps S38 to S42, the operation state in the low load and low rotation range continues for a predetermined time. It is determined whether or not (operating state determination means). If all the determinations are YES, the vane is controlled in the closing direction in step S44, post-injection is performed in step S62, or the post-injection amount is increased (control means), and then the routine is terminated.
[0054]
The HC and CO supplied by the post injection are combusted by the oxidizing action of the oxidation catalyst 31, the exhaust gas temperature at the turbine inlet rises, and the exhaust gas flow rate is increased by the vane closing control. Therefore, as in the case of the first embodiment, the exhaust flow rate of the engine 1 increases as the supercharging is promoted to promote the heat release of the DPF 8, while the oxygen concentration of the exhaust gas is reduced and the particulate combustion is suppressed. As a result, burnout due to excessive temperature rise of the DPF 8 can be prevented in advance.
[0055]
Further, since the temperature of the DPF 8 during forced regeneration is raised by using the post injection and the oxidation catalyst 31 for suppressing excessive temperature rise of the DPF 8 during regeneration, a dedicated rise for performing forced regeneration is performed. There is also an advantage that the temperature means can be omitted.
In addition, other functions and effects are the same as in the first embodiment. By considering the particulate deposition amount A, it is possible to more reliably suppress the excessive temperature rise of the DPF 8 and to shorten the duration of the low load and low rotation range. Sometimes unnecessary post injection can be prevented by not performing post injection.
[0056]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment in which the present invention is embodied in another exhaust emission control device for a diesel engine will be described. In this embodiment, instead of the low-load low-rotation range of the first embodiment, it occurs in a high air-fuel ratio range including a fuel cut (hereinafter referred to as F / C) when fuel injection is stopped as the vehicle decelerates. The purpose is to suppress the excessive temperature rise of the DPF 8 to be performed, and the difference lies in the excessive temperature rise suppression routine executed by the ECU 21, so that the routine will be described mainly.
[0057]
In the excessive temperature rise suppression routine shown in FIG. 10, as in the case of the first embodiment (FIG. 4), the ECU 21 inputs detection information in step S72, and in step S74, the particulate oxidation / combustion rate C1 is a predetermined value. It is determined whether or not it is greater than or equal to C2 (particulate combustion determination means). In step S76, it is determined whether or not the particulate accumulation amount A is greater than or equal to the rapid combustion determination value A3. If both determinations are YES, the process proceeds to step S78. . In step S78, it is determined whether or not the current operating state of the engine 1 is in a high air-fuel ratio range (specific operating state) with a high oxygen concentration (operating state determining means). The high air-fuel ratio region includes not only the F / C region indicated by b in FIG. 6 but also a region where the air-fuel ratio becomes equal to or greater than a predetermined value due to a decrease in the fuel injection amount. When the determination is NO, the routine is terminated.
[0058]
On the other hand, if YES is determined in step S78, and it is determined in the subsequent processing in steps S80 and S82 that the operation state in the high air-fuel ratio region has continued for a period corresponding to the predetermined value t0, the process proceeds to step S84. It shifts and it is determined whether the exhaust brake is operating.
The operation of the exhaust brake can be arbitrarily canceled by the driver with a switch (not shown). If the exhaust brake is not operating due to a cancel operation or other than during deceleration, a NO determination is made and the vane is turned on in step S86. Control is performed in the opening direction, and the switching valve 13 is opened in step S90 and the burner 14 is operated (control means), and then the routine is terminated.
[0059]
If YES is determined in step S84 because the exhaust brake is operating, the process proceeds to step S88 to control the vane in the closing direction, and then the switching valve 13 is opened in step S90 and the burner is controlled. 14 is activated (control means). In addition, since the combustion gas from the burner 14 reduces the braking by the exhaust brake, there is a possibility that the driver may feel idle. Therefore, in this case, it is desirable to appropriately limit the combustion gas from the burner 14 so as not to give a feeling of running idle.
[0060]
Here, regardless of the operating state of the exhaust brake, in the high air-fuel ratio range where the oxygen concentration is high, most of the intake air is discharged as it is without being used for combustion. There is a possibility that the combustion of the curate is excessively promoted. However, since the combustion gas is mixed with the exhaust gas by the process of step S90, the oxygen concentration is greatly reduced, and the combustion of the particulates is suppressed.
[0061]
On the other hand, when the exhaust brake is not operated in F / C, the exhaust flow rate of the engine 1 changes substantially in proportion to the engine rotational speed Ne by motoring. For example, in the case of a small engine with an idle rotational speed of 650 rpm, the rated rotational speed is 3200 rpm. When there is no load, the exhaust flow rate increases about five times. Therefore, in this case, even if the vane is controlled in the opening direction in step S86, a sufficient exhaust flow rate is ensured as compared with the low load low rotation range.
[0062]
In this case, conversely, the DPF 8 may be supercooled and the combustion of the particulates may be interrupted. For example, when the average value of the exhaust gas temperatures T1 and T2 becomes lower than a predetermined temperature, the burner 14 is operated and the waist A process for opening the gate valve 11 may be added to raise the temperature of the exhaust gas.
Further, when the exhaust brake is operated in F / C, the exhaust flow rate is reduced to, for example, about 30% when the exhaust brake is not operated. Therefore, when the engine rotational speed Ne is lower than the rated rotation, the exhaust flow rate decreases. However, since the vane is controlled to be closed in step S88, supercharging is promoted and a sufficient exhaust flow rate is secured.
[0063]
Therefore, in the high air-fuel ratio region where the oxygen concentration is high, the burner 14 is operated regardless of the exhaust brake operating state, thereby reducing the oxygen concentration of the exhaust gas and suppressing particulate combustion, while reducing the exhaust flow rate. When the exhaust brake is activated, the exhaust flow rate is increased by promoting the supercharging, and the heat radiation of the DPF 8 is promoted, so that the burning due to the excessive temperature rise of the DPF 8 can be prevented in advance.
[0064]
In the present embodiment, the energy of the exhaust gas is increased by the burner 14 as in the first embodiment. Of course, instead of this, the post injection and the oxidation catalyst 31 may be used as in the second embodiment.
This is the end of the description of the embodiment, but the aspect of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in each of the above embodiments, the exhaust gas purification device for a common rail type diesel engine is embodied. However, the engine type and the like are not limited to this, and for example, the exhaust gas purification device for a normal diesel engine is embodied. Also good.
[0065]
Further, in each of the above embodiments, the turbocharger 4 is provided in the engine 1 and the lack of heat radiation of the DPF 8 is resolved by utilizing the supercharging promotion by the burner 14 or the supercharging promotion by the post injection and the oxidation catalyst 31. However, the turbocharger 4 is not necessarily provided, and a naturally aspirated engine may be used. Even in this case, the oxygen concentration of the exhaust gas can be reduced by the combustion gas from the burner 14 or the combustion of HC or CO in the oxidation catalyst 31, so the particulate combustion is suppressed and the overheating of the DPF 8 is prevented. can do.
[0066]
On the other hand, in each of the above embodiments, continuous regeneration is performed when the exhaust gas temperature is relatively high, but the present invention can also be applied to an apparatus that performs incineration removal of particulates using an external heat source such as an electric heater. .
In the first embodiment, the intake air flowing through the intake passage 3 is used for combustion of the burner 14, but exhaust gas flowing through the exhaust passage 6 may be used instead of the intake air. Even in this case, since sufficient oxygen is contained in the exhaust gas in the low load low rotation range and the F / C range, the burner 14 can be operated without any trouble.
[0067]
Furthermore, in each said embodiment, although the turbocharger was comprised as a variable nozzle vane turbo which can adjust a supercharging pressure according to a vane opening degree, a supercharging pressure adjustment means is not restricted to this, For example, a wastegate valve The supercharging pressure may be adjusted by bypassing the exhaust gas with this wastegate valve.
On the other hand, in the second embodiment, HC and CO are supplied by post-injection of the engine 1, but the reactant supply means is not limited to this, and is configured as, for example, an injection nozzle provided on the turbine upstream side of the exhaust passage 6, You may make it supply unburned fuel from this injection nozzle.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the particulate oxidation / combustion speed in the filter is equal to or higher than a predetermined value, and the internal combustion engine shifts to a predetermined operation state in which the exhaust gas flow rate decreases. In this case, it is possible to prevent burning due to excessive temperature rise of the filter.
[0069]
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the second aspect of the present invention, in addition to the first aspect of the present invention, even when the amount of particulate accumulation is large and the possibility of burning the filter due to sudden combustion is high, An excessive temperature rise can be suppressed.
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the invention of claim 3, in addition to the invention of claim 1, unnecessary operation of the exhaust energy increasing means can be prevented beforehand.
[0070]
According to the exhaust emission control device for an internal combustion engine of the invention of claim 4, in addition to the invention of claim 1, supercharging by the turbocharger is further promoted to increase the exhaust gas flow rate, thereby reducing the heat dissipation of the filter. It can be solved more reliably.
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the fifth aspect of the present invention, in addition to the first aspect of the present invention, the filter can be prevented from being burned due to excessive temperature rise, and the combustion gas supply for suppressing the excessive temperature rise is provided. Since the means is also used for forced regeneration of the filter, a dedicated temperature raising means for forced regeneration can be omitted.
[0071]
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the sixth aspect of the invention, in addition to the first aspect of the invention, the filter can be prevented from being burned due to excessive temperature rise, and the reactant supply for suppressing the excessive temperature rise Since the means and the catalyst device are also used for forced regeneration of the filter, a dedicated temperature raising means for forced regeneration can be omitted.
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the seventh aspect of the present invention, when the oxidation / combustion speed of the particulates in the filter is equal to or higher than a predetermined value and the internal combustion engine shifts to a specific operation state of high air / fuel ratio including fuel stop. Further, it is possible to prevent burning due to excessive temperature rise of the filter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an exhaust emission control device for a diesel engine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a particulate accumulation amount determination routine executed by an ECU.
FIG. 3 is a flowchart showing a forced regeneration routine executed by the ECU.
FIG. 4 is a flowchart showing an excessive temperature rise suppression routine executed by an ECU.
FIG. 5 is a diagram showing characteristics of oxidation / combustion heat quantity with respect to particulate accumulation quantity and DPF temperature.
FIG. 6 is a map showing the operating area of the burner.
FIG. 7 is an overall configuration diagram showing an exhaust emission control device for a diesel engine according to a second embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing a forced regeneration routine executed by the ECU.
FIG. 9 is a flowchart showing an excessive temperature rise suppression routine executed by the ECU.
FIG. 10 is a flowchart showing an excessive temperature rise suppression routine executed by an ECU according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine, exhaust energy increasing means, reactant supply means)
4 Turbocharger
4a Compressor
4b turbine
8 DPF (filter)
10 Actuator (Supercharging pressure adjustment means)
13 Switching valve
14 Burner (exhaust energy increasing means, combustion gas supply means)
21 ECU (Particulate combustion determination means, operation state determination means, control means, accumulation amount estimation means)
31 Oxidation catalyst (exhaust energy increasing means, catalyst device)

Claims (7)

内燃機関の排気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
上記排気系の上記フィルタ上流側に設けられたタービン、及び上記内燃機関の吸気系に設けられ、上記タービンに駆動されて内燃機関に導入される吸気を過給するコンプレッサから構成されるターボ過給機と、
上記排気系のタービン上流側に設けられ、排ガスのエネルギを増大する排気エネルギ増大手段と、
上記フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上か否かを判定するパティキュレート燃焼判定手段と、
上記内燃機関が排気流量低下を生じる所定運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、
上記パティキュレート燃焼判定手段により上記フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転状態と判定されたとき、上記排気エネルギ増大手段を作動させる制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A filter provided in the exhaust system of the internal combustion engine for collecting particulates in the exhaust gas;
A turbocharger comprising a turbine provided upstream of the filter in the exhaust system and a compressor provided in an intake system of the internal combustion engine and supercharged intake air that is driven by the turbine and introduced into the internal combustion engine. Machine,
Exhaust energy increasing means provided on the turbine upstream side of the exhaust system for increasing the energy of exhaust gas;
Particulate combustion determination means for determining whether the oxidation / burning rate of the particulates on the filter is equal to or higher than a predetermined value;
Operating state determining means for determining whether or not the internal combustion engine is in a predetermined operating state that causes a decrease in exhaust gas flow rate;
When the particulate combustion determining means determines that the particulate oxidation / burning rate on the filter is equal to or higher than a predetermined value and the operating state determining means determines that the predetermined operating state is present, the exhaust energy increasing means is An exhaust emission control device for an internal combustion engine, characterized by comprising control means for operating. 上記フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、
上記制御手段は、上記パティキュレート燃焼判定手段により上記フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転状態と判定され、且つ上記堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、上記排気エネルギ増大手段を作動させ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。A deposition amount estimating means for estimating a deposition amount of the particulates collected by the filter;
The control means determines that the particulate oxidation / burning rate on the filter is equal to or higher than a predetermined value by the particulate combustion determination means, and determines the predetermined operation state by the operation state determination means, and the accumulation 2. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust energy increasing means is operated when the accumulated amount of particulates estimated by the quantity estimating means exceeds a predetermined value. 上記制御手段は、上記パティキュレート燃焼判定手段により上記フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転状態が所定時間以上継続していると判定されたとき、上記排気エネルギ増大手段を作動させ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。The control means determines that the particulate oxidation / combustion speed on the filter is equal to or higher than a predetermined value by the particulate combustion determination means, and the predetermined operation state continues for a predetermined time or longer by the operation state determination means. 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust energy increasing means is operated when it is determined that the exhaust gas is present. 上記ターボ過給機は過給圧を調整する過給圧調整手段を含み、
上記制御手段は、上記排気エネルギ増大手段の作動時に上記過給圧調整手段を過給圧上昇方向に制御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。The turbocharger includes a supercharging pressure adjusting means for adjusting a supercharging pressure,
2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means controls the supercharging pressure adjusting means in a boost pressure increasing direction when the exhaust energy increasing means is operated. 上記ターボ過給機は過給圧を調整する過給圧調整手段を含み、
上記排気エネルギ増大手段が、上記排気系のタービン上流側に設けられて燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段により構成され、上記燃焼ガス供給手段の空気取入れ口を上記吸気系のコンプレッサ下流側に連通させ、且つ該空気取入れ口と上記吸気系との間に上記燃焼ガス供給手段への吸入空気量を制御する切換弁を備え、更に、上記フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、
上記制御手段は、上記堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、上記切換弁を開弁すると共に上記燃焼ガス供給手段を作動させ、且つ上記過給圧調整手段を過給圧低下方向に制御し、一方、上記パティキュレート燃焼判定手段により上記フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転状態と判定され、且つ上記堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、上記切換弁を開弁すると共に上記燃焼ガス供給手段を作動させ、且つ上記過給圧調整手段を過給圧上昇方向に制御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。The turbocharger includes a supercharging pressure adjusting means for adjusting a supercharging pressure,
The exhaust energy increasing means is constituted by combustion gas supply means provided on the upstream side of the turbine of the exhaust system and supplying combustion gas, and the air intake port of the combustion gas supply means communicates with the downstream side of the compressor of the intake system. And a switching valve for controlling the amount of intake air to the combustion gas supply means between the air intake and the intake system, and further, the amount of accumulated particulates collected in the filter is estimated. Equipped with a deposit amount estimation means,
The control means opens the switching valve, activates the combustion gas supply means, and adjusts the supercharging pressure when the accumulation amount of the particulates estimated by the accumulation amount estimation means exceeds a predetermined value. The particulate matter combustion determining means determines that the particulate oxidation / burning rate on the filter is equal to or higher than a predetermined value, and the operating state determining means determines the predetermined operation. When the particulate accumulation amount estimated by the accumulation amount estimation means exceeds a predetermined value, the switching valve is opened and the combustion gas supply means is operated, and the supercharging pressure is determined. 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the adjusting means is controlled in the boost pressure increasing direction. 上記ターボ過給機は過給圧を調整する過給圧調整手段を含み、
上記排気エネルギ増大手段が、上記排気系のタービン上流側に設けられて少なくとも酸化機能を有する触媒装置と、該触媒装置にＨＣ又はＣＯを供給する反応物供給手段とにより構成され、更に、上記フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、
上記制御手段は、上記堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、上記反応物供給手段を作動させ、且つ上記過給圧調整手段を過給圧低下方向に制御し、一方、上記パティキュレート燃焼判定手段により上記フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転状態と判定され、且つ上記堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、上記反応物供給手段を作動させ、且つ上記過給圧調整手段を過給圧上昇方向に制御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。The turbocharger includes a supercharging pressure adjusting means for adjusting a supercharging pressure,
The exhaust energy increasing means is constituted by a catalyst device provided at the turbine upstream side of the exhaust system and having at least an oxidation function, and a reactant supply means for supplying HC or CO to the catalyst device, and further, the filter A deposition amount estimation means for estimating the amount of particulates collected in
The control means activates the reactant supply means when the particulate accumulation amount estimated by the accumulation amount estimation means exceeds a predetermined value, and moves the supercharging pressure adjusting means in a supercharging pressure decreasing direction. On the other hand, the particulate combustion determining means determines that the oxidation / burning speed of the particulates on the filter is equal to or higher than a predetermined value, and the operating state determining means determines the predetermined operating state, and the accumulation When the accumulated amount of particulates estimated by the amount estimating means exceeds a predetermined value, the reactant supply means is operated, and the supercharging pressure adjusting means is controlled in the boost pressure increasing direction. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1. 内燃機関の排気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
上記排気系のフィルタ上流側に設けられ、排ガスのエネルギを増大する排気エネルギ増大手段と、
上記フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上か否かを判定するパティキュレート燃焼判定手段と、
上記内燃機関が燃料停止を含む酸素濃度の高い高空燃比となる特定運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、
上記パティキュレート燃焼判定手段により上記フィルタ上でのパティキュレートの酸化・燃焼速度が所定値以上と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記特定運転状態と判定されたとき、上記排気エネルギ増大手段を作動させる制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A filter provided in the exhaust system of the internal combustion engine for collecting particulates in the exhaust gas;
Exhaust energy increasing means provided on the upstream side of the exhaust system filter for increasing the energy of exhaust gas;
Particulate combustion determination means for determining whether the oxidation / burning rate of the particulates on the filter is equal to or higher than a predetermined value;
An operation state determination means for determining whether or not the internal combustion engine is in a specific operation state in which a high air-fuel ratio with a high oxygen concentration including fuel stop is obtained;
When the particulate combustion determining means determines that the oxidation / burning rate of the particulates on the filter is equal to or higher than a predetermined value and the operating state determining means determines that the specific operating state is present, the exhaust energy increasing means is An exhaust emission control device for an internal combustion engine, characterized by comprising control means for operating.

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