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JP2006274978A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents

Exhaust emission control device of internal combustion engine Download PDF

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JP2006274978A
JP2006274978A JP2005098002A JP2005098002A JP2006274978A JP 2006274978 A JP2006274978 A JP 2006274978A JP 2005098002 A JP2005098002 A JP 2005098002A JP 2005098002 A JP2005098002 A JP 2005098002A JP 2006274978 A JP2006274978 A JP 2006274978A
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JP2005098002A
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Japanese (ja)
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Satoshi Hiranuma
智 平沼
Hisao Haga
久夫 羽賀
Kazuo Hara
一生 原
Kenji Kodama
健司 児玉
Reiko Domeki
礼子 百目木
Toshimitsu Umikawa
敏光 海川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Original Assignee
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device of an internal combustion engine capable of preventing the excessive regeneration and defective regeneration of a filter by accurately estimating the accumulated amount of particulates collected by the filter in consideration of the accumulated state of ash different from the accumulated state of particulates. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device of the internal combustion engine comprises a correction factor calculation means 60 for providing a correction factor S corresponding to the effective collection surface area of the particulate filter 2 which is reduced when ash contained in the exhaust gases is accumulated on the particulate filter 2, an accumulated amount estimating means 56 estimating the accumulated amount of particulates in the particulate filter 2 based on an exhaust gas pressure difference across the particulate filter 2 and correcting the estimation of the accumulated amount by the correction factor S, and a forced regenerating means forcibly regenerating the particulate filter 2 based on the estimated accumulated amount of particulates. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳しくは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内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a particulate filter that collects particulates in the exhaust gas.

従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)を設け、内燃機関から排出される排気中に含まれるパティキュレートをフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
このようなフィルタでは、捕集したパティキュレートがフィルタ内に堆積することにより、排気抵抗が増大するため、適宜堆積したパティキュレートを何らかの方法で強制的に焼却してフィルタを再生する、即ちフィルタを強制再生する必要がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a particulate filter (hereinafter referred to as a filter) is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine such as a diesel engine, and particulates contained in exhaust discharged from the internal combustion engine are collected by the filter. Techniques for preventing release are known.
In such a filter, the collected particulate matter accumulates in the filter, and the exhaust resistance increases. Therefore, the deposited particulate matter is forcibly burned in some way to regenerate the filter, that is, the filter is removed. It is necessary to force regeneration.

フィルタの強制再生の方法としては、排気通路に設けた燃料添加弁から排気中にHCを供給したり、内燃機関の膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射することにより排気通路にHCを供給して排気温度を上昇させることが知られている。
このような強制再生は、フィルタに堆積したパティキュレートの推定量が所定量を超えたときに実施するようにしており、パティキュレート堆積量の推定はフィルタ前後の排気圧力差やフィルタへの排気流量などに基づき行われる。このとき、パティキュレート堆積量の推定が精度よく行われないと、必要以上にフィルタの強制再生が実施されることにより燃料が消費されて燃費の悪化を招いたり、強制再生が十分に行われずにフィルタのパティキュレート捕集能力が低下したままの状態が継続したりするという問題が生じる可能性がある。
As a method of forced regeneration of the filter, HC is supplied into the exhaust from a fuel addition valve provided in the exhaust passage, or fuel is injected into the cylinder during an expansion stroke or an exhaust stroke of the internal combustion engine, so that the HC is discharged into the exhaust passage. It is known to supply and raise the exhaust temperature.
Such forced regeneration is performed when the estimated amount of particulates accumulated on the filter exceeds a predetermined amount, and the estimated particulate accumulation amount is the difference between the exhaust pressure before and after the filter and the exhaust flow rate to the filter. Etc. At this time, if the amount of particulate accumulation is not accurately estimated, the forced regeneration of the filter is performed more than necessary, resulting in consumption of fuel, resulting in deterioration of fuel consumption, or insufficient regeneration. There may be a problem that the state in which the particulate collection ability of the filter continues to be lowered continues.

一方、排気中にはパティキュレートのほかに、エンジンオイルや内燃機関内で発生した摩耗粉などに起因したアッシュと呼ばれる物質が含まれている。このアッシュもパティキュレートと共にフィルタに堆積していくが、パティキュレートとは異なり、フィルタの強制再生では焼却されず、フィルタ内に残留する。フィルタ内に残留したアッシュの量が増大してくると、フィルタに堆積するパティキュレートの量を正確に推定することが困難となり、フィルタの強制再生を適正な時期に実施することができなくなるといった問題が生じる。   On the other hand, in addition to the particulates, the exhaust contains a substance called ash caused by engine oil or wear powder generated in the internal combustion engine. This ash also accumulates on the filter together with the particulate, but unlike the particulate, it is not incinerated by forced regeneration of the filter and remains in the filter. If the amount of ash remaining in the filter increases, it becomes difficult to accurately estimate the amount of particulates that accumulate in the filter, making it impossible to perform forced regeneration of the filter at an appropriate time. Occurs.

そこで、フィルタの強制再生完了直後にはフィルタにパティキュレートがほとんど堆積していないことから、このときのフィルタ前後の排気圧力差とフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量をアッシュの堆積量と見なし、このアッシュ推定堆積量で補正したパティキュレートの推定堆積量に基づき強制再生の実施時期を判定することにより、このような問題の発生を防止するようにした排気浄化装置が提案されている(例えば特許文献1或いは特許文献2等)。   Therefore, since almost no particulates have accumulated on the filter immediately after the forced regeneration of the filter, the amount of ash deposited is estimated based on the exhaust pressure difference before and after the filter and the exhaust flow rate to the filter. Therefore, an exhaust emission control device has been proposed in which the occurrence of such a problem is prevented by determining the timing of forced regeneration based on the estimated accumulation amount of particulates corrected with this estimated accumulation amount of ash. (For example, Patent Document 1 or Patent Document 2).

より具体的には、フィルタ前後の排気圧力差とフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量から、フィルタの強制再生時に推定したアッシュの堆積量を減算してパティキュレートの堆積量を推定し、このようにして推定されたパティキュレート堆積量が所定の判定値を上回ると強制再生を実施するようにしている。
特開2003−83036号公報 特開2004−211650号公報
More specifically, the accumulated amount of particulates is estimated by subtracting the accumulated amount of ash estimated during forced regeneration of the filter from the accumulated amount estimated based on the difference in exhaust pressure before and after the filter and the exhaust flow rate to the filter. The forced regeneration is performed when the particulate deposition amount estimated in this way exceeds a predetermined determination value.
JP 2003-83036 A JP 2004-21650 A

特許文献1或いは特許文献2の排気浄化装置では、アッシュをパティキュレートと同等のものとして考え、強制再生完了直後にパティキュレートの堆積量と全く同じ方法によってアッシュの堆積量を推定し、フィルタ前後の排気圧力差とフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量から、アッシュの推定堆積量を減算してパティキュレートの堆積量を推定している。   In the exhaust gas purification apparatus of Patent Document 1 or Patent Document 2, the ash is considered to be equivalent to the particulate, and immediately after the forced regeneration is completed, the amount of ash deposited is estimated by the same method as the amount of particulate deposited. The accumulated amount of particulates is estimated by subtracting the estimated accumulated amount of ash from the accumulated amount estimated based on the exhaust pressure difference and the exhaust gas flow rate to the filter.

即ち、このようなアッシュ堆積量の推定は、アッシュがパティキュレートと同様の形態でフィルタ内に堆積するものであるとの前提に基づいてなされている。
しかしながら、実際にはフィルタにおけるアッシュの堆積形態はパティキュレートの堆積形態と全く異なるものである。ここで、フィルタにおけるパティキュレートの堆積形態とアッシュの堆積形態との違いについて、図4及び図5を用いて以下に説明する。
That is, the estimation of the ash accumulation amount is made based on the premise that the ash is accumulated in the filter in the same form as the particulates.
However, in practice, the ash deposition pattern in the filter is completely different from the particulate deposition pattern. Here, the difference between the particulate deposition form and the ash deposition form in the filter will be described below with reference to FIGS.

図4はフィルタ2にアッシュが堆積していない状態でのパティキュレートの堆積状態を示す概念図である。フィルタ2はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路2aが多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。このため、上流側に開口を有する通路2aからフィルタ2内に流入した排気は、矢印で示すように、各通路2aを形成している多孔質の壁2bを通過し、下流側に開口を有する通路2aからフィルタ2の下流側に流出するようになっている。   FIG. 4 is a conceptual diagram showing a particulate deposition state in a state where no ash is deposited on the filter 2. The filter 2 is made of a honeycomb type ceramic carrier, and a large number of passages 2a communicating the upstream side and the downstream side are arranged side by side, and the upstream side opening and the downstream side opening of the passage are alternately closed. Therefore, the exhaust gas flowing into the filter 2 from the passage 2a having an opening on the upstream side passes through the porous wall 2b forming each passage 2a and has an opening on the downstream side, as indicated by arrows. It flows out out of the filter 2 from the passage 2a.

そして、フィルタ2の多孔質の壁2bには何も堆積していない状態からフィルタ2への排気の流入を開始したとすると、排気がこの壁2bを通過する際に、排気中に含まれるパティキュレート4が多孔質の壁2bによって捕捉され、図4に示すように多孔質の壁2bの上流側端部から下流側端部にかけてほぼ均一に堆積する。
一方、図5はフィルタ2にアッシュ6が堆積した状態でのパティキュレート4の堆積状態を示す概念図である。図5において、フィルタ2は図4で説明したフィルタと同じものであり、図4と共通する部分については図4と同じ符号を用いて説明する。
Then, assuming that the flow of exhaust gas into the filter 2 starts from a state in which nothing is deposited on the porous wall 2b of the filter 2, when the exhaust gas passes through the wall 2b, the particulates contained in the exhaust gas are included. The curate 4 is captured by the porous wall 2b and is deposited almost uniformly from the upstream end to the downstream end of the porous wall 2b as shown in FIG.
On the other hand, FIG. 5 is a conceptual diagram showing the deposition state of the particulates 4 in a state where the ash 6 is deposited on the filter 2. 5, the filter 2 is the same as the filter described in FIG. 4, and portions common to FIG. 4 will be described using the same reference numerals as in FIG. 4.

アッシュ6は、パティキュレート4と共に排気中に含まれた状態で内燃機関から排出され、一旦はパティキュレート4と同様に、排気が多孔質の壁2bを通過する際に多孔質の壁2bによって捕捉され、壁2bの上流側端部から下流側端部にかけてほぼ均一に堆積する。その後、パティキュレート4が所定量堆積してフィルタ2の強制再生が行われると、パティキュレート4が燃焼する一方でアッシュ6は燃焼せず、パティキュレート4の燃焼に伴い通路2a内にアッシュ6が浮遊する。そして、その後の排気の流入に伴い、通路2a内に浮遊するアッシュ6は、上流側に開口する通路2aの最下流側から堆積していく。   The ash 6 is discharged from the internal combustion engine while being included in the exhaust together with the particulates 4, and once trapped by the porous wall 2b when the exhaust passes through the porous wall 2b, like the particulate 4. And deposited almost uniformly from the upstream end to the downstream end of the wall 2b. Thereafter, when a predetermined amount of the particulates 4 is deposited and the filter 2 is forcibly regenerated, the particulates 4 are combusted, but the ash 6 is not combusted. As the particulates 4 are combusted, the ash 6 is formed in the passage 2a. Float. Then, with the subsequent inflow of exhaust gas, the ash 6 floating in the passage 2a is accumulated from the most downstream side of the passage 2a opening upstream.

この結果、アッシュ6が堆積した分だけフィルタ2の有効捕集表面積が減少し、図5に示すようにアッシュ6が堆積していない部分のみでパティキュレート4の捕集が行われるようになる。従って、パティキュレート4が所定の厚さまで堆積したときにフィルタ2の強制再生を行う必要があるものとして、図5においてアッシュ6が通路2aのほぼ半分を占めるとすれば、図4の場合に比べてほぼ半分の量のパティキュレート4が堆積したときにフィルタ2の強制再生を行う必要があることになる。   As a result, the effective collection surface area of the filter 2 is reduced by the amount of ash 6 deposited, and the particulates 4 are collected only in the portion where the ash 6 is not deposited as shown in FIG. Therefore, assuming that the filter 2 needs to be forcibly regenerated when the particulates 4 are deposited to a predetermined thickness, and the ash 6 occupies almost half of the passage 2a in FIG. Therefore, when almost half of the particulates 4 are deposited, it is necessary to perform forced regeneration of the filter 2.

このように、フィルタにおけるパティキュレートの堆積状態とアッシュの堆積状態とは全く異なるものであることから、特許文献1或いは特許文献2の排気浄化装置のように、アッシュがパティキュレートと同様の形態でフィルタ内に堆積するものであるとの前提に基づいて、パティキュレートの堆積量を推定した場合には、推定量に大きな誤差が生じてしまうことになる。   Thus, since the particulate accumulation state and the ash accumulation state in the filter are completely different, the ash is in the same form as the particulates as in the exhaust purification device of Patent Document 1 or Patent Document 2. If the amount of particulate deposition is estimated based on the premise that it is deposited in the filter, a large error will occur in the estimated amount.

このため、特許文献1或いは特許文献2の排気浄化装置では、必要以上の頻度でフィルタの強制再生が行われることによって燃費が悪化したり、十分なフィルタの再生が行われずにフィルタの捕集能力が低下したままとなるといった問題が生じる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートの堆積形態とは異なるアッシュの堆積形態を考慮することにより、フィルタによって捕集したパティキュレートの堆積量を精度よく推定し、フィルタの過剰な再生や再生不良を防止できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
For this reason, in the exhaust gas purification apparatus of Patent Document 1 or Patent Document 2, the filter regeneration capability is deteriorated more frequently than necessary, so that the fuel consumption is deteriorated or the filter collecting ability is not achieved without sufficient filter regeneration. The problem arises that is still reduced.
The present invention has been made in view of such a problem, and the object of the present invention is to take into account the ash accumulation form different from the particulate accumulation form, so that the particulates collected by the filter can be obtained. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can accurately estimate the amount of accumulation and prevent excessive regeneration and poor regeneration of a filter.

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置され、排気中のパティキュレートを捕集して堆積させるパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの前後の排気圧力差を検出する差圧検出手段と、不燃成分のアッシュが前記パティキュレートフィルタに堆積することにより減少する前記パティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応した補正係数を求める補正係数算出手段と、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差に基づき前記パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積量を推定すると共に前記補正係数算出手段によって求められた補正係数により前記堆積量の推定に補正を行う堆積量推定手段と、前記堆積量推定手段によって推定されたパティキュレートの堆積量に基づき、前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させて前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う強制再生手段とを備えたことを特徴とする(請求項1)。   In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a particulate filter disposed in an exhaust passage for collecting and depositing particulates in exhaust gas, and an exhaust pressure before and after the particulate filter. A differential pressure detecting means for detecting a difference; a correction coefficient calculating means for obtaining a correction coefficient corresponding to an effective collection surface area of the particulate filter that is reduced by accumulation of ash of incombustible components on the particulate filter; A deposition amount for estimating the accumulation amount of the particulates in the particulate filter based on the exhaust pressure difference detected by the pressure detecting means and correcting the estimation of the accumulation amount by a correction coefficient obtained by the correction coefficient calculating means. Estimating means, and particulates estimated by the accumulation amount estimating means Based on the amount of deposition bets, characterized in that said by burning particulate matter accumulated in the particulate filter and a forced regeneration means for performing the forced regeneration of the particulate filter (claim 1).

このように構成した内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの前後の排気圧力差に基づきパティキュレートの堆積量を推定する際に、アッシュがパティキュレートフィルタに堆積することにより減少するパティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応した補正係数による補正が行われ、補正後のパティキュレート堆積量に基づきパティキュレートフィルタの強制再生が行われる。   According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, when the accumulation amount of the particulates is estimated based on the exhaust pressure difference before and after the particulate filter, the ash is reduced due to the accumulation of ash on the particulate filter. Correction using a correction coefficient corresponding to the effective collection surface area of the curate filter is performed, and the particulate filter is forcibly regenerated based on the corrected particulate accumulation amount.

より具体的には、前記パティキュレートフィルタに流入する排気の流量を検出する排気流量検出手段を更に備え、前記堆積量推定手段は、前記パティキュレートフィルタの前後の排気圧力差と前記パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積量と前記パティキュレートフィルタへの排気流量との関係を、前記補正係数算出手段によって求められた補正係数を用いて補正し、補正後の前記関係に基づき、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差と前記排気流量検出手段によって検出された前記排気流量とを用いて前記パティキュレートの堆積量を推定することを特徴とする(請求項2)。   More specifically, an exhaust flow rate detecting means for detecting the flow rate of the exhaust gas flowing into the particulate filter is further provided, and the accumulation amount estimating means is configured to detect an exhaust pressure difference before and after the particulate filter and to the particulate filter. The particulate pressure accumulation amount and the exhaust flow rate to the particulate filter are corrected using the correction coefficient obtained by the correction coefficient calculating means, and the differential pressure detecting means is based on the corrected relation. The particulate deposition amount is estimated using the exhaust pressure difference detected by the exhaust gas flow rate and the exhaust gas flow rate detected by the exhaust gas flow rate detecting means (claim 2).

更に、前記堆積量推定手段は、前記排気圧力差をΔP、前記パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積量をPM、前記パティキュレートフィルタへの排気流量をQe、前記補正係数をS、AとBとCとDを予め実験により求められる定数とするとき、式
ΔP=A・(PM/SD+B)・(Qe/SD)C
により表される関係に基づき前記パティキュレートの堆積量を推定することを特徴とする(請求項3)。
Further, the accumulation amount estimating means is configured such that the exhaust pressure difference is ΔP, the accumulation amount of particulates on the particulate filter is PM, the exhaust flow rate to the particulate filter is Qe, the correction coefficients are S, A and B And C and D are constants obtained in advance by experiment, the equation ΔP = A · (PM / S D + B) · (Qe / S D ) C
The particulate deposition amount is estimated based on the relationship expressed by (Claim 3).

また、前記補正係数算出手段は、前記強制再生手段による前記パティキュレートフィルタの強制再生が完了したとき、前記式におけるパティキュレート量PM=0として、前記式から補正係数Sを求めることを特徴とする(請求項4)。   The correction coefficient calculating means obtains the correction coefficient S from the equation with the particulate quantity PM = 0 in the equation when the forced regeneration of the particulate filter by the forced regeneration device is completed. (Claim 4).

請求項1乃至4の内燃機関の排気浄化装置によれば、アッシュがパティキュレートフィルタに堆積することにより減少するパティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応した補正係数によって補正されたパティキュレート堆積量は、パティキュレートの堆積形態とは異なるアッシュの堆積形態に対応して補正されたものとなり、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレート量を精度よく推定することができる。また、パティキュレートフィルタの強制再生が必要となる時期を精度よく判定して、パティキュレートフィルタの過剰な再生や再生不良を防止することができる。   According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, the particulate accumulation amount corrected by the correction coefficient corresponding to the effective collection surface area of the particulate filter, which is reduced by the accumulation of ash on the particulate filter, Thus, the correction is made in accordance with the ash accumulation form different from the particulate accumulation form, and the amount of particulates accumulated on the particulate filter can be accurately estimated. In addition, it is possible to accurately determine the time when forced regeneration of the particulate filter is required, and to prevent excessive regeneration and regeneration failure of the particulate filter.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の1実施形態に係る排気浄化装置が適用される4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)のシステム構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン10は各気筒に共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)12を備えており、コモンレール12に蓄えられた高圧の軽油を各気筒に設けられたインジェクタ14に供給し、各インジェクタ14からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention is applied. The exhaust emission control device according to the present invention is based on FIG. The structure of will be described.
The engine 10 includes a high-pressure accumulator chamber (hereinafter referred to as a common rail) 12 common to each cylinder, and supplies high-pressure light oil stored in the common rail 12 to an injector 14 provided in each cylinder. Light oil is injected into the cylinder.

吸気通路16にはターボチャージャ18が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路16からターボチャージャ18のコンプレッサ18aへと流入し、コンプレッサ18aで過給された吸気はインタークーラ20及び吸気制御弁64を介して吸気マニホールド22に導入される。また、吸気通路16のコンプレッサ18aより上流側には、エンジン10への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ24が設けられている。   The intake passage 16 is equipped with a turbocharger 18. The intake air drawn from an air cleaner (not shown) flows into the compressor 18a of the turbocharger 18 from the intake passage 16, and the intake air supercharged by the compressor 18a is intercooler. 20 and the intake control valve 64 are introduced into the intake manifold 22. An intake flow rate sensor 24 for detecting the intake air flow rate to the engine 10 is provided upstream of the compressor 18 a in the intake passage 16.

一方、エンジン10の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド26を介して排気管(排気通路)28に接続されている。なお、排気マニホールド26と吸気マニホールド22との間には、EGR弁30を介して排気マニホールド26と吸気マニホールド22とを連通するEGR通路32が設けられている。
排気管28はターボチャージャ18のタービン18bを経た後、排気絞り弁66を介して排気後処理装置34に接続されている。タービン18bはコンプレッサ18aと連結されており、排気管28内を流動する排気を受けてコンプレッサ18aを駆動する。
On the other hand, an exhaust port (not shown) through which exhaust is discharged from each cylinder of the engine 10 is connected to an exhaust pipe (exhaust passage) 28 via an exhaust manifold 26. Note that an EGR passage 32 that communicates the exhaust manifold 26 and the intake manifold 22 via the EGR valve 30 is provided between the exhaust manifold 26 and the intake manifold 22.
The exhaust pipe 28 passes through the turbine 18 b of the turbocharger 18 and is connected to the exhaust aftertreatment device 34 via the exhaust throttle valve 66. The turbine 18b is connected to the compressor 18a, receives the exhaust flowing in the exhaust pipe 28, and drives the compressor 18a.

また、排気後処理装置34は、ケーシング内の上流側に酸化触媒36が収容されると共に、この酸化触媒36の下流側には、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)2が収容されている。
酸化触媒36は、排気中のNOを酸化させてNO2を生成し、このNO2を酸化剤としてフィルタ2に供給するものである。また、フィルタ2は前述したものと同じものであって、ハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。
In addition, the exhaust aftertreatment device 34 accommodates an oxidation catalyst 36 on the upstream side in the casing, and a particulate filter (hereinafter referred to as a filter) that captures particulates in the exhaust on the downstream side of the oxidation catalyst 36. 2 is housed.
The oxidation catalyst 36 is NO in the exhaust is oxidized to generate NO 2, and supplies to the filter 2 of the NO 2 as oxidizing agent. The filter 2 is the same as that described above, and is made of a honeycomb-type ceramic carrier. A plurality of passages communicating the upstream side and the downstream side are arranged side by side, and the upstream side opening and the downstream side opening of the passage are provided. And are closed alternately.

フィルタ2に堆積しているパティキュレートは、酸化触媒36から供給されたNO2と反応して燃焼し、フィルタ2の連続再生が行われるようになっている。
酸化触媒36とフィルタ2との間には、酸化触媒36の出口側の排気温度を酸化触媒36の温度として検出する触媒温度センサ40と、フィルタ2上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ42とが設けられている。また、フィルタ2の下流側には、フィルタ2下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ44と、フィルタ2の出口側の排気温度をフィルタ2の温度として検出するフィルタ温度センサ46とが設けられている。
The particulates accumulated in the filter 2 react with NO 2 supplied from the oxidation catalyst 36 and burn, and the filter 2 is continuously regenerated.
Between the oxidation catalyst 36 and the filter 2, a catalyst temperature sensor 40 that detects the exhaust temperature on the outlet side of the oxidation catalyst 36 as the temperature of the oxidation catalyst 36, and an upstream pressure sensor 42 that detects the exhaust pressure on the upstream side of the filter 2. And are provided. A downstream pressure sensor 44 that detects the exhaust pressure downstream of the filter 2 and a filter temperature sensor 46 that detects the exhaust temperature on the outlet side of the filter 2 as the temperature of the filter 2 are provided on the downstream side of the filter 2. ing.

ECU48は、エンジン10を含め、本発明に係る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り、CPU、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ECU48の入力側には、各種制御を行うのに必要な情報を収集するため、吸気流量センサ24、触媒温度センサ40、上流圧力センサ42、下流圧力センサ44、及びフィルタ温度センサ46などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ14、EGR弁30、吸気制御弁64及び排気絞り弁66などの各種デバイス類が接続されている。
The ECU 48 is a control device for performing comprehensive control of the exhaust emission control device according to the present invention, including the engine 10, and includes a CPU, a memory, a timer counter, and the like, and calculates various control amounts. Various devices are controlled based on the control amount.
Various sensors such as an intake flow sensor 24, a catalyst temperature sensor 40, an upstream pressure sensor 42, a downstream pressure sensor 44, and a filter temperature sensor 46 are collected on the input side of the ECU 48 in order to collect information necessary for performing various controls. Various devices such as the injector 14, the EGR valve 30, the intake control valve 64, and the exhaust throttle valve 66 of each cylinder that are controlled based on the calculated control amount are connected to the output side. .

エンジン10の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ14からの燃料供給制御もECU48によって行われる。エンジン10の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)は、回転数センサ50によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ52によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ14の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ14が開弁駆動される。   The ECU 48 also performs calculation of the fuel supply amount to each cylinder of the engine 10 and control of fuel supply from the injector 14 based on the calculated fuel supply amount. The fuel supply amount (main injection amount) necessary for the operation of the engine 10 is stored in advance based on the engine speed detected by the speed sensor 50 and the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 52. Read from the map and decide. The amount of fuel supplied to each cylinder is adjusted by the valve opening time of the injector 14, and each injector 14 is driven to open in a driving time corresponding to the determined fuel amount.

このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒36を用いた連続再生により、フィルタ2に堆積したパティキュレートの焼却除去が行われるが、エンジン10の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒36の活性化温度まで上昇せず、排気中のNOが酸化されずに連続再生が行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ2内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ2が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ2におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the particulates accumulated on the filter 2 are incinerated and removed by continuous regeneration using the oxidation catalyst 36. In low speed, low load operation, etc., the exhaust temperature does not rise to the activation temperature of the oxidation catalyst 36, and NO in the exhaust may not be oxidized and continuous regeneration may not be performed. If such a state continues, particulates excessively accumulate in the filter 2 and the filter 2 may be clogged. Therefore, forced regeneration is appropriately performed according to the particulate accumulation state in the filter 2. .

この強制再生の制御は、図2に示すように、ECU48内の各制御ブロックによって行われる。
差圧検出部(差圧検出手段)54は、上流圧力センサ42によって検出されたフィルタ2上流側の排気圧力と、下流圧力センサ44によって検出されたフィルタ2下流側の排気圧力とから、フィルタ2前後の排気圧力差を求め、これを堆積量推定部(堆積量推定手段)56に送出する。
The forced regeneration control is performed by each control block in the ECU 48 as shown in FIG.
The differential pressure detection unit (differential pressure detection means) 54 determines the filter 2 from the exhaust pressure upstream of the filter 2 detected by the upstream pressure sensor 42 and the exhaust pressure downstream of the filter 2 detected by the downstream pressure sensor 44. The difference between the front and rear exhaust pressures is obtained and sent to the accumulation amount estimation unit (deposition amount estimation means) 56.

一方、排気流量検出部(排気流量検出手段)58は、吸気流量センサ24によって検出された吸入空気流量とECU48によって決定されたエンジン10への燃料供給量に基づき、このときの触媒温度センサ40と上流圧力センサ42の検出値を用いた計算によって排気流量を求めることにより、フィルタ2に流入する排気の流量を検出し、これを堆積量推定部56に送出する。   On the other hand, the exhaust flow rate detection unit (exhaust flow rate detection means) 58 is based on the intake air flow rate detected by the intake flow rate sensor 24 and the fuel supply amount to the engine 10 determined by the ECU 48, and the catalyst temperature sensor 40 at this time. By obtaining the exhaust gas flow rate by calculation using the detection value of the upstream pressure sensor 42, the flow rate of the exhaust gas flowing into the filter 2 is detected and sent to the accumulation amount estimation unit 56.

堆積量推定部56は、差圧検出部54によって検出されたフィルタ2前後の排気圧力差と、排気流量検出部58によって検出されたフィルタ2への排気流量を用いてフィルタ2に堆積しているパティキュレートの堆積量を推定する。
この堆積量推定部56によるパティキュレート堆積量の推定方法について、以下に具体的に説明する。
The accumulation amount estimation unit 56 accumulates on the filter 2 using the exhaust pressure difference before and after the filter 2 detected by the differential pressure detection unit 54 and the exhaust flow rate to the filter 2 detected by the exhaust flow rate detection unit 58. Estimate the amount of particulate deposition.
A method of estimating the particulate deposition amount by the deposition amount estimation unit 56 will be specifically described below.

堆積量推定部56は、フィルタ2前後の排気圧力差、フィルタ2へのパティキュレート堆積量及びフィルタ2への排気流量との関係を表す下式(1)に基づきパティキュレート堆積量の推定を行う。
ΔP=A・(PM/SD+B)・(Qe/SD)C … (1)
なお、上記式(1)において、ΔPはフィルタ2前後の排気圧力差、PMはフィルタ2へのパティキュレート堆積量、Qeはフィルタ2への排気流量を示し、Sはアッシュの堆積により減少するフィルタ2の有効捕集表面積に対応して減少する補正係数、A、B、C及びDはそれぞれ実験によって得られる定数である。
The accumulation amount estimation unit 56 estimates the particulate accumulation amount based on the following expression (1) representing the relationship between the exhaust pressure difference before and after the filter 2, the particulate accumulation amount on the filter 2, and the exhaust flow rate to the filter 2. .
ΔP = A · (PM / S D + B) · (Qe / S D ) C (1)
In the above formula (1), ΔP represents the exhaust pressure difference before and after the filter 2, PM represents the particulate accumulation amount on the filter 2, Qe represents the exhaust flow rate to the filter 2, and S represents a filter that decreases due to ash accumulation. The correction factors A, B, C, and D that decrease in accordance with the effective collection surface area of 2 are constants obtained by experiments.

上記式(1)のうちPM/SDの部分は、パティキュレートの堆積によるフィルタ2前後の排気圧力差が、パティキュレートの堆積量が同一の場合にはフィルタ2の有効捕集表面積の減少、即ちSの減少に伴って増大することに対応したものである。
また、Qe/SDの部分は、フィルタ2前後の排気圧力差が、排気流量が同一の場合にはフィルタ2の有効捕集表面積の減少、即ちSの減少に伴って増大することに対応したものである。
The PM / SD part of the above formula (1) indicates that the exhaust pressure difference before and after the filter 2 due to particulate deposition is reduced, and the effective collection surface area of the filter 2 is reduced when the particulate deposition amount is the same. That is, it corresponds to the increase with the decrease of S.
The Qe / SD part corresponds to the fact that the exhaust pressure difference before and after the filter 2 increases as the effective collection surface area of the filter 2 decreases, that is, the S decreases when the exhaust flow rate is the same. Is.

堆積量推定部56は、このような式(1)を変形することにより得られる下式(2)を予め記憶しており、この式(2)に検出されたフィルタ2前後の排気圧力差及びフィルタ2への排気流量を代入してパティキュレートの堆積量を算出する。
PM=[(ΔP/A)/(Qe/SD)C−B]・SD … (2)
ここで補正係数Sは、補正係数算出部(補正係数算出手段)60によって求められる。補正係数算出部60は、後述する強制再生部(強制再生手段)62によるフィルタ2の強制再生が完了したことを受け、補正係数Sの算出を行う。フィルタ2の強制再生が完了した状態では、フィルタ2にパティキュレートがほとんど堆積していないものとして、上記式(2)にPM=0を代入すると共に、このとき検出されたフィルタ2前後の排気圧力差及びフィルタ2への排気流量を式(2)に代入して補正係数Sを逆算し、堆積量推定部56へ送出する。
The accumulation amount estimation unit 56 stores in advance the following equation (2) obtained by modifying such equation (1), and the exhaust pressure difference before and after the filter 2 detected in this equation (2) and By substituting the exhaust flow rate to the filter 2, the amount of particulates accumulated is calculated.
PM = [(ΔP / A) / (Qe / S D ) C −B] · S D (2)
Here, the correction coefficient S is obtained by a correction coefficient calculation unit (correction coefficient calculation means) 60. The correction coefficient calculation unit 60 calculates the correction coefficient S in response to completion of forced regeneration of the filter 2 by a forced regeneration unit (forced regeneration unit) 62 described later. In the state where the forced regeneration of the filter 2 has been completed, it is assumed that almost no particulates have accumulated on the filter 2, and PM = 0 is substituted into the above equation (2), and the exhaust pressure before and after the filter 2 detected at this time is detected. Substituting the difference and the exhaust gas flow rate to the filter 2 into the equation (2), the correction coefficient S is calculated backward and sent to the accumulation amount estimation unit 56.

堆積量推定部56で式(2)により求められたパティキュレートの推定堆積量は強制再生部62に送られ、強制再生部62ではパティキュレートの推定堆積量が予め設定された強制再生開始判定値以上になると、フィルタ2の強制再生が必要であると判断して、燃料噴射弁14から各気筒への燃料供給を制御することにより、フィルタ2の強制再生を実施する。強制再生の実施により、パティキュレートの推定堆積量が予め設定された強制再生終了判定値以下になると、フィルタの強制再生が完了したと判定して強制再生を終了すると共に、補正係数算出部60に強制再生が完了した旨の通知を行う。   The estimated accumulation amount of the particulates obtained by the accumulation amount estimation unit 56 according to the expression (2) is sent to the forced regeneration unit 62, and the forced regeneration unit 62 determines the forced regeneration start determination value in which the estimated particulate accumulation amount is set in advance. If it becomes above, it will judge that the forced regeneration of the filter 2 is required, and the forced regeneration of the filter 2 is implemented by controlling the fuel supply from the fuel injection valve 14 to each cylinder. When the estimated accumulation amount of the particulates is equal to or less than a preset forced regeneration end determination value due to the forced regeneration, it is determined that the forced regeneration of the filter has been completed, the forced regeneration is terminated, and the correction coefficient calculation unit 60 Notification that forced regeneration is complete.

以上のようなフィルタ2の強制再生制御は、図3に示すフローチャートに従い、所定の制御周期で実行される。
まず、図3のステップS2において、フィルタ2へのパティキュレート堆積量PMを、前述した式(2)により推定する。次に、ステップS4において、強制再生フラグF1の値が1であるか否かを判定する。強制再生フラグF1は強制再生を実行中であるか否かを示すものであり、値が1であると強制再生を実行中であり、値が0であると強制再生を実行していないことを示す。強制再生フラグF1の初期設定値は0となっており、最初の制御周期ではステップS4からステップS6へと進む。
The forced regeneration control of the filter 2 as described above is executed at a predetermined control cycle according to the flowchart shown in FIG.
First, in step S2 in FIG. 3, the particulate deposition amount PM on the filter 2 is estimated by the above-described equation (2). Next, in step S4, it is determined whether or not the value of the forced regeneration flag F1 is 1. The forced regeneration flag F1 indicates whether or not forced regeneration is being performed. If the value is 1, forced regeneration is being performed, and if the value is 0, forced regeneration is not being performed. Show. The initial set value of the forced regeneration flag F1 is 0, and the process proceeds from step S4 to step S6 in the first control cycle.

ステップS6では、ステップS2で推定したパティキュレート堆積量PMを、予め設定された強制再生開始判定値PM1と比較することにより、フィルタ2の強制再生が必要であるか否かの判断がなされる。即ち、パティキュレートの推定堆積量PMが強制再生開始判定値PM1以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。この場合にはステップS8に進み、強制再生フラグF1の値を1とし、強制再生フラグF1が強制再生実行中であることを示すように変更する。一方、パティキュレートの推定堆積量PMが強制再生開始判定値PM1未満である場合は、現時点での強制再生が不要であると判定し、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップS2から処理を行う。 In step S6, the particulate accumulation amount PM that is estimated in step S2, by comparing pre-set forced regeneration start determination value PM 1, determines whether or not it is necessary to forced regeneration of the filter 2 is made . That is, it is determined that when the estimated accumulation amount PM of the particulate is forced regeneration start determination value PM 1 or more, are needed forced regeneration. In this case, the process proceeds to step S8, where the value of the forced regeneration flag F1 is set to 1, and the forced regeneration flag F1 is changed to indicate that the forced regeneration is being executed. On the other hand, when the estimated accumulation amount PM of the particulate is forced regeneration start determination value PM less than 1, the forced regeneration at the present time is judged to be unnecessary, and ends this control cycle, again in the next control cycle steps Processing is performed from S2.

ステップS6で強制再生が必要であると判断してステップS8に進み、強制再生フラグF1の値を1とした後、ステップS10に進むと、触媒温度センサ40の検出値に基づき、酸化触媒36の温度Tcが250℃以上となって、酸化触媒36が活性化したか否かを判定する。
触媒温度Tcが250℃未満である場合には、ステップS12に進み、酸化触媒36の昇温制御が行われる。
In step S6, it is determined that forced regeneration is necessary, and the process proceeds to step S8. The value of the forced regeneration flag F1 is set to 1, and then the process proceeds to step S10. Based on the detected value of the catalyst temperature sensor 40, It is determined whether the temperature Tc is 250 ° C. or higher and the oxidation catalyst 36 is activated.
When the catalyst temperature Tc is less than 250 ° C., the process proceeds to step S12, and the temperature increase control of the oxidation catalyst 36 is performed.

この昇温制御は、酸化触媒36に高温の排気を供給することにより、酸化触媒36の温度を活性化温度(例えば250℃)まで昇温するものであり、吸気制御弁64及び排気絞り弁66を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程において第1の追加燃料噴射を行う。第1の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド26内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒36に供給されることにより、酸化触媒36の温度が上昇する。   In this temperature raising control, the temperature of the oxidation catalyst 36 is raised to an activation temperature (for example, 250 ° C.) by supplying high-temperature exhaust gas to the oxidation catalyst 36, and the intake control valve 64 and the exhaust throttle valve 66 are raised. Is controlled in the closing direction, and the first additional fuel injection is performed in the expansion stroke of each cylinder. The injection timing of the first additional fuel is relatively earlier than the end of the expansion stroke. By injecting the additional fuel into the cylinder at such timing, the additional fuel and the high-temperature combustion gas in the cylinder are generated. As a result of mixing, additional fuel is combusted in the exhaust port and the exhaust manifold 26, and high temperature exhaust gas is supplied to the oxidation catalyst 36, whereby the temperature of the oxidation catalyst 36 rises.

次にステップS20に進むと、今回の制御周期においてステップS2で推定されたパティキュレートの堆積量PMが、強制再生終了判定値PM2以下であるか否かを判定する。上述のように酸化触媒36は十分活性化していない状況であるため、パティキュレートの焼却は行われておらず、推定堆積量PMは強制再生終了判定値PM2より大であると判定されて今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップS2から制御を行う。 Then In step S20, the accumulation amount PM of the current control cycle particulates estimated in step S2 in it is determined whether a forced regeneration termination determination value PM 2 below. Because the oxidation catalyst 36 as described above is a situation that is not sufficiently activated, incineration of particulates is not performed, the estimated accumulation amount PM This time is determined to be larger than the forced regeneration termination determination value PM 2 The control cycle is finished, and control is performed again from step S2 in the next control cycle.

この場合、既に強制再生フラグF1の値は1となっているので、ステップS2でパティキュレート堆積量の推定を行った後、ステップS4からステップS10へと進み、酸化触媒36の温度Tcが250℃未満である場合には、再びステップS12で第1追加燃料の噴射による触媒昇温制御が行われる。従って、酸化触媒36の温度Tcが250℃未満である間は、ステップS12による第1追加燃料の噴射が行われることになる。   In this case, since the value of the forced regeneration flag F1 has already been 1, after estimating the particulate deposition amount in step S2, the process proceeds from step S4 to step S10, and the temperature Tc of the oxidation catalyst 36 is 250 ° C. If it is less than the value, the catalyst temperature increase control by the injection of the first additional fuel is performed again in step S12. Therefore, while the temperature Tc of the oxidation catalyst 36 is lower than 250 ° C., the first additional fuel is injected in step S12.

このようにして第1追加燃料の噴射が繰り返され、酸化触媒36の温度Tcが250℃以上になると、ステップS10からステップS14へ進む。ステップS14では、触媒温度センサ40の検出値に基づき、酸化触媒36の温度Tcが所定温度以上であるか否かが判定される。この所定温度は、フィルタ2でパティキュレートが最も効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では600℃を所定温度としている。   When the injection of the first additional fuel is repeated in this way and the temperature Tc of the oxidation catalyst 36 becomes 250 ° C. or higher, the process proceeds from step S10 to step S14. In step S14, based on the detected value of the catalyst temperature sensor 40, it is determined whether or not the temperature Tc of the oxidation catalyst 36 is equal to or higher than a predetermined temperature. This predetermined temperature is a temperature at which the particulates burn most efficiently in the filter 2, and in this embodiment, the predetermined temperature is 600 ° C.

ステップS14で触媒温度Tcが600℃以上であると判定するとステップS16に進み、触媒温度Tcが600℃未満であると判定するとステップS18に進む。
ステップS16及びS18は、フィルタ2に供給される排気の温度を600℃に維持するように、第2の追加燃料を各気筒に噴射するものであって、第2の追加燃料は排気行程で噴射されるようになっている。このような噴射タイミングで第2の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第2の追加燃料は気筒内や排気マニホールド26内で燃焼することなく酸化触媒36に達し、活性化温度にある酸化触媒36及びフィルタ2で燃焼する。この燃焼により排気温度が600℃まで上昇し、フィルタ2に堆積したパティキュレートが焼却される。
If it is determined in step S14 that the catalyst temperature Tc is 600 ° C. or higher, the process proceeds to step S16, and if it is determined that the catalyst temperature Tc is less than 600 ° C., the process proceeds to step S18.
In steps S16 and S18, the second additional fuel is injected into each cylinder so that the temperature of the exhaust gas supplied to the filter 2 is maintained at 600 ° C., and the second additional fuel is injected in the exhaust stroke. It has come to be. By injecting the second additional fuel into each cylinder at such injection timing, the second additional fuel reaches the oxidation catalyst 36 without being burned in the cylinder or the exhaust manifold 26, and is at the activation temperature. Combustion occurs in the oxidation catalyst 36 and the filter 2. By this combustion, the exhaust temperature rises to 600 ° C., and the particulates deposited on the filter 2 are incinerated.

第2の追加燃料は回転数センサ50によって検出されたエンジン回転数とECU48で決定される主噴射量(負荷)とをパラメータとするマップに記憶されており、このマップは第2の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、比較的少なめに設定された減量マップの2種類が用意されている。そして、ステップS16では触媒温度Tcが600℃以上あるため、減量マップを用いて比較的少なめの第2の追加燃料を噴射し、ステップS18では触媒温度Tcが600℃未満であるため、増量マップを用いて比較的多めの第2の追加燃料を噴射する。これによって酸化触媒36から排出されてフィルタ2に供給される排気の温度が600℃に維持される。   The second additional fuel is stored in a map in which the engine speed detected by the speed sensor 50 and the main injection amount (load) determined by the ECU 48 are parameters. This map is the second additional fuel injection. There are two types of maps, an increase map with a relatively large amount and a decrease map with a relatively small amount. In step S16, since the catalyst temperature Tc is 600 ° C. or higher, a relatively small amount of second additional fuel is injected using the reduction map. In step S18, the catalyst temperature Tc is less than 600 ° C. Used to inject a relatively large amount of the second additional fuel. As a result, the temperature of the exhaust gas discharged from the oxidation catalyst 36 and supplied to the filter 2 is maintained at 600 ° C.

ステップS16又はS18で第2の追加燃料を噴射すると、ステップS20に進み、今回の制御周期においてステップS2で推定されたパティキュレートの堆積量PMが、強制再生終了判定値PM2以下であるか否かの判定を行う。パティキュレートの推定堆積量PMが強制再生終了判定値PM2より大である場合には、依然としてフィルタ2の強制再生が必要であると判断し、この制御周期を終えて、次の制御周期で再びステップS2から制御を行う。従って、ステップS20で強制再生終了判定値PM2と比較されるパティキュレートの推定堆積量PMは、制御周期毎に更新されることになる。 When injecting a second additional fuel in step S16 or S18, the process proceeds to step S20, or deposited amount PM of the current control cycle particulates estimated in step S2 in is the forced regeneration termination determination value PM 2 below not Judgment is made. When the estimated accumulation amount PM of the particulate is larger than the forced regeneration termination determination value PM 2 it is still determined that the forced regeneration of the filter 2 is required, finishing this control cycle, again in the next control cycle Control is performed from step S2. Accordingly, the estimated accumulation amount PM of particulate matter compared with forced regeneration termination determination value PM 2 in step S20 will be updated every control period.

ステップS20で、パティキュレートの堆積量PMが強制再生終了判定値PM2以下となり、フィルタ2の強制再生が完了したと判断されると、ステップS22に進み、強制再生フラグF1の値を0としてステップS24に進む。このようにして強制再生フラグF1の値が0になると、次の制御周期ではステップS4からステップS6へと進むので、再びフィルタ2の強制再生が必要となるまでは、ステップS2からステップS6の処理が繰り返され、制御周期毎に更新されるパティキュレートの推定堆積量に基づき、強制再生の要否が判断される。 In step S20, it is deposited amount PM of particulates and forced regeneration termination determination value PM 2 below steps when forced regeneration of the filter 2 is determined to be completed, the process proceeds to step S22, the value of the forced regeneration flag F1 0 Proceed to S24. When the value of the forced regeneration flag F1 becomes 0 in this way, the process proceeds from step S4 to step S6 in the next control cycle. Therefore, the process from step S2 to step S6 is performed until the forced regeneration of the filter 2 is required again. Is repeated, and whether or not forced regeneration is necessary is determined based on the estimated accumulation amount of the particulates updated every control cycle.

ステップS24では、強制再生が完了したことを受け、フィルタ2にパティキュレートがほとんど堆積していないものとして、前述の式(2)にPM=0を代入すると共に、このとき検出されたフィルタ2前後の排気圧力差及びフィルタ2への排気流量を式(2)に代入して補正係数Sを逆算する。こうして算出された補正係数Sは、次回以降の制御周期におけるステップS2でのパティキュレート堆積量の推定に使用される。   In step S24, PM = 0 is substituted into the above-described equation (2) on the assumption that almost no particulates have accumulated in the filter 2 in response to the completion of the forced regeneration, and before and after the detected filter 2 The correction coefficient S is calculated by substituting the exhaust gas pressure difference and the exhaust gas flow rate to the filter 2 into the equation (2). The correction coefficient S calculated in this way is used for estimating the particulate deposition amount in step S2 in the next and subsequent control cycles.

以上のように、フィルタ2前後の排気圧力差とフィルタ2への排気流量とを用いてフィルタ2へのパティキュレート堆積量を推定する際に、アッシュの堆積により減少するフィルタ2の有効捕集表面積に対応して減少する補正係数Sを用いて補正を行うことにより、パティキュレートの体制形態とは異なるアッシュの堆積形態に対応した、精度の高いパティキュレート堆積量の推定が可能となる。   As described above, when estimating the particulate accumulation amount on the filter 2 using the exhaust pressure difference before and after the filter 2 and the exhaust gas flow rate to the filter 2, the effective collection surface area of the filter 2 that decreases due to the accumulation of ash. By performing the correction using the correction coefficient S that decreases corresponding to the above, it is possible to estimate the particulate deposition amount with high accuracy corresponding to the ash deposition form different from the particulate system form.

そして、精度の高いパティキュレートの推定堆積量に基づきフィルタ2の強制再生実施時期を判定することにより、適正な強制再生が実施され、過剰な強制再生の実施による燃費の悪化や、不十分な強制再生によるフィルタ2の捕集能力低下を防止することが可能となる。
以上で本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
Then, by determining the forced regeneration execution timing of the filter 2 based on the estimated accumulation amount of the particulate with high accuracy, proper forced regeneration is performed, and fuel consumption is deteriorated due to excessive forced regeneration or insufficient forced regeneration. It is possible to prevent a reduction in the collection ability of the filter 2 due to regeneration.
Although the description of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to one embodiment of the present invention has been completed above, the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記の実施形態では式(2)に基づく補正係数Sの逆算を、フィルタ2の強制再生完了後は必ず実施するようにしたが、数回の強制再生実施毎に1回行うようにしてもよい。また、補正係数Sの逆算は強制再生完了直後の1回のみ行うようにしたが、フィルタ2の強制再生を完了した後、数回の制御サイクルにわたって補正係数Sを逆算し、それらを平均化して最終的な補正係数Sの値を決定するようにしてもよい。   For example, in the above embodiment, the back calculation of the correction coefficient S based on the formula (2) is always performed after the completion of the forced regeneration of the filter 2, but it is performed once every several forced regenerations. Also good. Further, the back calculation of the correction coefficient S is performed only once immediately after the completion of the forced regeneration. However, after the forced regeneration of the filter 2 is completed, the correction coefficient S is back calculated over several control cycles and averaged. The final value of the correction coefficient S may be determined.

また、フィルタ2前後の排気圧力差は、上流圧力センサ42によって検出されたフィルタ2上流側の排気圧力と、下流圧力センサ44によって検出されたフィルタ2下流側の排気圧力とに基づき検出するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えばフィルタ2前後の差圧を直接検出するようにしてもよい。
更に、排気流量については、吸気流量センサ24によって検出された吸気流量と、各気筒へ供給された燃料量に基づき検出するようにしたが、これに限られるものではなく、例えば排気管28或いは排気後処理装置34内に排気流量センサを設けて、直接排気流量を検出するようにしてもよい。
Further, the exhaust pressure difference before and after the filter 2 is detected based on the exhaust pressure upstream of the filter 2 detected by the upstream pressure sensor 42 and the exhaust pressure downstream of the filter 2 detected by the downstream pressure sensor 44. However, the present invention is not limited to this, and for example, the differential pressure across the filter 2 may be directly detected.
Further, the exhaust flow rate is detected based on the intake flow rate detected by the intake flow rate sensor 24 and the amount of fuel supplied to each cylinder. However, the present invention is not limited to this. An exhaust flow rate sensor may be provided in the aftertreatment device 34 to directly detect the exhaust flow rate.

また、フィルタ2の強制再生については、第1の追加燃料噴射により酸化触媒36を活性化した後、第2の追加燃料噴射によって排気温度を上昇させてフィルタ2のパティキュレートを焼却するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば排気管28或いは排気後処理装置34に燃料添加装置を設け、排気中に直接燃料を噴射するようにしてもよいし、排気管28或いは排気後処理装置34に設けた電気ヒータによって排気を昇温するようにしてもよい。   For forced regeneration of the filter 2, the oxidation catalyst 36 is activated by the first additional fuel injection, and then the exhaust temperature is raised by the second additional fuel injection to incinerate the particulates of the filter 2. However, the present invention is not limited to this. For example, a fuel addition device may be provided in the exhaust pipe 28 or the exhaust post-treatment device 34 so that fuel is directly injected into the exhaust, or the exhaust pipe 28 or the exhaust post-treatment may be used. The temperature of the exhaust gas may be raised by an electric heater provided in the device 34.

最後に、上記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジン形式はこれに限定されるものではなく、フィルタを用いてパティキュレートの除去を行い、パティキュレートの焼却によりフィルタの再生を行うエンジンであればどのようなものでも適用可能である。   Finally, in the above-described embodiment, the present invention is applied to an exhaust emission control device for a diesel engine. However, the engine type is not limited to this, and particulates are removed using a filter. Any engine that regenerates the filter by incineration can be applied.

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図1の排気浄化装置で行われる強制再生制御の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of forced regeneration control performed by the exhaust emission control device of FIG. 1. 図1の排気浄化装置で行われる強制再生制御のフローチャートである。It is a flowchart of the forced regeneration control performed with the exhaust gas purification device of FIG. フィルタに捕捉されたパティキュレートの堆積状況を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the accumulation condition of the particulate matter trapped by the filter. フィルタに捕捉されたパティキュレートとアッシュの堆積状況を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the deposition condition of the particulates and ash trapped by the filter.

符号の説明Explanation of symbols

2 フィルタ
10 エンジン
28 排気管(排気通路)
54 差圧検出部(差圧検出手段)
56 堆積量推定部(堆積量推定手段)
58 排気流量検出部(排気流量検出手段)
60 補正係数算出部(補正係数算出手段)
62 強制再生部(強制再生手段)
2 Filter 10 Engine 28 Exhaust pipe (exhaust passage)
54 Differential pressure detection part (Differential pressure detection means)
56 Accumulation amount estimation unit (accumulation amount estimation means)
58 Exhaust flow rate detector (exhaust flow rate detection means)
60 Correction coefficient calculation unit (correction coefficient calculation means)
62 Forced regeneration section (forced regeneration means)

Claims (4)

排気通路に配置され、排気中のパティキュレートを捕集して堆積させるパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの前後の排気圧力差を検出する差圧検出手段と、
不燃成分のアッシュが前記パティキュレートフィルタに堆積することにより減少する前記パティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応した補正係数を求める補正係数算出手段と、
前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差に基づき前記パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積量を推定すると共に前記補正係数算出手段によって求められた補正係数により前記堆積量の推定に補正を行う堆積量推定手段と、
前記堆積量推定手段によって推定されたパティキュレートの堆積量に基づき、前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させて前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う強制再生手段と
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 disposed in the exhaust passage for collecting and depositing particulates in the exhaust;
Differential pressure detecting means for detecting an exhaust pressure difference before and after the particulate filter;
Correction coefficient calculation means for obtaining a correction coefficient corresponding to an effective collection surface area of the particulate filter, which is reduced by ash of incombustible components being deposited on the particulate filter;
Based on the exhaust pressure difference detected by the differential pressure detecting means, the particulate accumulation amount in the particulate filter is estimated, and the accumulation amount is corrected by the correction coefficient obtained by the correction coefficient calculating means. Deposit amount estimation means;
Forcibly regenerating means for forcibly regenerating the particulate filter by burning the particulate accumulated on the particulate filter based on the accumulated amount of the particulate estimated by the accumulated amount estimating means. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記パティキュレートフィルタに流入する排気の流量を検出する排気流量検出手段を更に備え、
前記堆積量推定手段は、前記パティキュレートフィルタの前後の排気圧力差と前記パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積量と前記パティキュレートフィルタへの排気流量との関係を、前記補正係数算出手段によって求められた補正係数を用いて補正し、補正後の前記関係に基づき、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差と前記排気流量検出手段によって検出された前記排気流量とを用いて前記パティキュレートの堆積量を推定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust flow rate detecting means for detecting the flow rate of the exhaust gas flowing into the particulate filter,
The accumulation amount estimation means obtains a relationship between an exhaust pressure difference before and after the particulate filter, a particulate accumulation amount on the particulate filter, and an exhaust flow rate to the particulate filter by the correction coefficient calculation means. Using the corrected correction coefficient, and based on the corrected relationship, using the exhaust pressure difference detected by the differential pressure detection means and the exhaust flow rate detected by the exhaust flow rate detection means. 2. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the amount of curate accumulation is estimated.
前記堆積量推定手段は、前記排気圧力差をΔP、前記パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積量をPM、前記パティキュレートフィルタへの排気流量をQe、前記補正係数をS、AとBとCとDを予め実験により求められる定数とするとき、式
ΔP=A・(PM/SD+B)・(Qe/SD)C
により表される関係に基づき前記パティキュレートの堆積量を推定することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The accumulation amount estimating means is configured such that the exhaust pressure difference is ΔP, the accumulation amount of particulates on the particulate filter is PM, the exhaust flow rate to the particulate filter is Qe, the correction coefficients are S, A, B, and C And D are constants obtained in advance by experiment, the equation ΔP = A · (PM / S D + B) · (Qe / S D ) C
The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the amount of accumulated particulates is estimated on the basis of a relationship expressed by:
前記補正係数算出手段は、前記強制再生手段による前記パティキュレートフィルタの強制再生が完了したとき、前記式におけるパティキュレート量PM=0として、前記式から補正係数Sを求めることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The correction coefficient calculating means obtains the correction coefficient S from the expression when the forced regeneration of the particulate filter by the forced regeneration means is completed, with the particulate quantity PM = 0 in the expression. 3. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to 3.
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