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JP3632587B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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JP3632587B2
JP3632587B2 JP2000333458A JP2000333458A JP3632587B2 JP 3632587 B2 JP3632587 B2 JP 3632587B2 JP 2000333458 A JP2000333458 A JP 2000333458A JP 2000333458 A JP2000333458 A JP 2000333458A JP 3632587 B2 JP3632587 B2 JP 3632587B2
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする有害なパティキュレートが含まれており、大気中へのパティキュレート排出量を低減することが望まれている。そのためにディーゼルエンジンの排気系には、パティキュレートを捕集するフィルタとして、パティキュレートフィルタを配置することが提案されている。このようなパティキュレートフィルタは、パティキュレート捕集量の増加に伴い大きな排気抵抗となるために、捕集したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートフィルタ自身を再生する必要がある。
【0003】
機関高負荷高速運転のように排気ガスが約600℃以上の高温となれば、パティキュレートは自然発火して燃焼するために、パティキュレートフィルタを再生することができる。しかしながら、このような機関高負荷高速運転が頻繁に行われる保証はなく、一般的には、ヒータ又は酸化触媒等をパティキュレートフィルタに配置して、再生時期において、ヒータを作動させたり、又は、酸化触媒へ未燃燃料等を供給する等の再生処理が実施されることとなる。
【0004】
従って、パティキュレートフィルタの再生時期を判断することが必要とされるが、判断された再生時期が早過ぎると不必要に再生処理が行われることとなり、バッテリの大型化又は多量の燃料消費等の問題が発生する。また、判断された再生時期が遅過ぎると機関排気系の排気抵抗が非常に大きくなり、機関出力を低下させる。
【0005】
こうして、パティキュレートフィルタの再生時期を正確に判断することが望まれている。例えば、車両走行距離が多いほどパティキュレート捕集量が増大することに基づき、再生時期を判断することが提案されているが、所定走行距離の間の運転状態によってパティキュレート捕集量に顕著な違いが発生するために、この方法では、正確な再生時期を判断することはできない。
【0006】
また、パティキュレートフィルタの上流側と下流側とに圧力センサを配置して、パティキュレート捕集量が増加するほど、これら二つの圧力センサにより検出される差圧が増大することに基づき再生時期を判断することも提案されているが、圧力センサが高価であると共に圧力センサ自身が比較的大きな測定誤差を有するために、この方法もあまり好ましくはない。
【0007】
安価で比較的正確にパティキュレートフィルタの再生時期を判断するために、特開平3−41112号公報には、パティキュレート捕集量が増加するほど吸入新気量が減少することに基づき、測定された吸入新気量と機関運転状態毎の基準値とを比較してパティキュレートフィルタの再生時期を判断することが提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような吸入新気量に基づくパティキュレートフィルタの再生時期の判断では、吸入新気量が安定していることが重要であり、定常運転時又は機関減速時のような特定運転状態の時にしか再生時期を判断することができない。それにより、判断間隔が長期化して、パティキュレートフィルタに多量のパティキュレートが捕集されているにも係らずに、再生時期と判断されないことがある。
【0009】
従って、本発明の目的は、吸入新気量に基づき機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタの再生時期を判断してパティキュレートフィルタの再生処理を実施する内燃機関の排気浄化装置において、吸入新気量に基づく再生時期の判断間隔が長期化してもパティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが捕集されないようにすることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、気筒内から排出された排出パティキュレート量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する第一判断手段と、機関吸気系へ取り入れられる新気量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する第二判断手段と、前記パティキュレートフィルタを再生させるための再生手段とを具備し、前記第一判断手段及び前記第二判断手段の少なくとも一方によって前記パティキュレートフィルタが再生時期であると判断された時には、前記再生手段によって前記パティキュレートフィルタを再生し、前記内燃機関は、機関排気系の前記パティキュレートフィルタ上流側と機関吸気系とを連通する排気ガス再循環通路と、前記排気ガス再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適値に制御するための制御弁とを具備し、前記第二判断手段は、フューエルカット時に前記制御弁を設定開度へ開弁させた後の前記新気量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断することを特徴とする。
【0012】
また、請求項に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第一判断手段及び前記第二判断手段は、前記パティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定した後に再生時期を判断するものであり、前記第一判断手段により推定された前記パティキュレート捕集量が前記第二判断手段により同時期に推定された前記パティキュレート捕集量より設定値以上下回る時には、前記内燃機関及び前記再生手段の少なくとも一方が異常であると判断することを特徴とする。
【0013】
また、請求項に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第一判断手段は、前記パティキュレートフィルタ上で酸化除去されるパティキュレート量を考慮して前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。同図において、1は機関本体、2は機関吸気系、3は機関排気系である。機関吸気系2において、各気筒へ接続されたインテークマニホルド2aの上流側にはスロットル弁4が配置され、スロットル弁4の上流側には機関吸気系2へ取り入れられた新気量を検出するためのエアフローメータ5が配置されている。エアフローメータ5の上流側はエアクリーナを介して大気へ通じている。本実施形態において、スロットル弁4は、アクセルペダルに連動して機械的に駆動されるものではなく、ステップモータ等によって自由に開度設定が可能なものである。
【0015】
一方、機関排気系3においては、各気筒へ接続されたエキゾーストマニホルド3aの下流側にパティキュレートフィルタ6が配置されている。パティキュレートフィルタ6の下流側は、触媒コンバータ及び消音器等を介して大気へ通じている。
【0016】
機関吸気系におけるインテークマニホルド2aとスロットル弁4との間と、機関排気系におけるエキゾーストマニホルド3aとパティキュレートフィルタ6との間とは、排気ガス再循環通路7によって連通され、排気ガス再循環通路7には再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適量に制御するための制御弁7aが配置されている。
【0017】
また、排気ガス再循環通路7には、多量の排気ガスを再循環させることを可能とするために再循環排気ガスを冷却する排気冷却器7bが設けられている。また、機関排気系3における排気ガス再循環通路7の接続部とパティキュレートフィルタ6との間には、ターボチャージャのタービン8aが設けられ、機関吸気系2におけるスロットル弁4とエアフローメータとの間には、ターボチャージャのコンプレッサ8bが設けられている。また、機関吸気系2には、多量の新気を気筒内へ導入することを可能とするために新気を冷却する吸気冷却器2bが設けられている。
【0018】
パティキュレートフィルタ6は、例えば、セラミック等の多孔性物質からなる多孔性物質パティキュレートフィルタである。このパティキュレートフィルタは、複数の長手方向に延在する隔壁によって細分化された複数の軸線方向空間を有し、隣接する二つの軸線方向空間において、一方が排気上流側を、他方が排気下流側をセラミック等の閉塞材によって閉塞されている。こうして、隣接する二つの軸線方向空間は、排気上流側から流入した排気ガスが隔壁を介して排気下流側に流出するトラップ通路となり、多孔質物質からなる隔壁は、トラップ壁として、排気ガス通過の際にパティキュレートを捕集するようになっている。
【0019】
また、パティキュレートフィルタ6は、例えば、耐熱性金属繊維の不織布と耐熱性金属の波板から構成された金属繊維パティキュレートフィルタとしても良い。このパティキュレートフィルタは、二枚の不織布と二枚の波板とが互いに違いに厚さ方向に積層されて螺旋状に巻かれ、不織布と波板とによって複数の軸線方向空間が形成されているものである。不織布を構成する耐熱性金属繊維及び波板を構成する耐熱金属として、例えば、Fe−Cr−Al合金又はNi−Cr−Al合金等が利用可能である。二枚の不織布は、排気上流側端部において一方の面同士を互いに密着させて螺旋状に連続して溶接され、また、排気下流側端部において他方の面同士を互いに密着させて螺旋状に連続して溶接される。こうして、半径方向に隣接する二つの軸線方向空間は、排気上流側から流入した排気ガスがいずれかの不織布を介して排気下流側に流出するトラップ通路となり、不織布は、トラップ壁として、排気ガス通過の際にパティキュレートを捕集するようになっている。
【0020】
このようなパティキュレートフィルタ6に捕集されるパティキュレートが多量となると、排気抵抗を大きくして機関出力を大幅に低下させるために、適当量のパティキュレートが捕集された時点でパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートフィルタ自身を再生する必要がある。
【0021】
このための手段として、本実施形態では、パティキュレートフィルタにヒータが配置されており、このヒータを作動させるための再生時期の判断が必要である。また、パティキュレートフィルタの再生手段として、酸化触媒等をパティキュレートフィルタに配置して、再生時期に酸化触媒へ未燃燃料等を供給するようにしても良い。
【0022】
再生時期の判断は、早過ぎても遅過ぎても好ましくなく、適当量のパティキュレートが捕集されたことを正確に判断することが必要である。本実施形態では、制御装置20によって、図2及び3に示すフローチャートに従って再生時期を判断して再生手段を作動するようになっている。
【0023】
先ず、ステップ101において、単位時間(本フローチャートの実行間隔)当たりに気筒から排出される排出パティキュレート量pmを算出する。この排出パティキュレート量は、機関型式によって異なるが、機関型式が定まれば、現在の要求トルクTQと機関回転数Nとの関数となる。図4(A)は、図1に示された内燃機関の排出パティキュレート量pmを示しており、各曲線pm1,pm2,pm3,pm4,pm5は、等排出パティキュレート量(pm1<pm2<pm3<pm4<pm5)を示している。図4(A)に示される例では、要求トルクTQが高くなるほど排出パティキュレート量pmが増大する。なお、図4(A)に示される排出パティキュレート量pmは、要求トルクTQ及び機関回転数Nの関数として図4(B)に示すようにマップ化しておいても良い。
【0024】
次いで、ステップ102では、排出パティキュレートのほぼ全てがパティキュレートフィルタ6に捕集されたとして、排出パティキュレート量pmを積算し、パティキュレート捕集量PM1を算出する。一般的に、パティキュレートフィルタの目の大きさはパティキュレートの大きさに比較して大きく、実際的には、排出パティキュレートの一部は、パティキュレートフィルタへ捕集されることなく、大気中へ放出されてしまう。従って、ステップ101において算出された排出パティキュレート量pmから捕集されない分を除くために所定係数を乗算し、これをステップ102において積算するようにしても良い。また、パティキュレートフィルタ上では、フィルタ温度が低い時であっても、僅かながらパティキュレートが酸化減量されている。このために、排出パティキュレートpmからパティキュレートフィルタ上で酸化減量される分を除くために所定係数を乗算し、これをステップ102において積算するようにしても良い。特に、パティキュレートフィルタ上に活性酸素放出剤を担持させた場合には、パティキュレートの酸化減量する分が極めて大きいために、詳しくは後述するように、酸化除去される量を考慮してパティキュレート捕集量を判断する必要がある。
【0025】
ステップ103においては、こうして積算されたパティキュレート捕集量PM1が設定捕集量A以上となったか否かが判断される。この判断が肯定される時には、パティキュレートフィルタ6は再生時期であるとして、ステップ104に進み、再生手段を作動させてパティキュレートフィルタ6の再生処理を実施する。ステップ105では、再生処理開始からの経過時間tが所定時間t1以上となったか否かが判断され、この判断が否定される時には再生処理を継続する。一方、再生処理が所定時間t1だけ実施されれば、再生は完了したとして、ステップ106に進んでパティキュレート捕集量PM1は0とされる。
【0026】
次いで、ステップ107では、アクセルペダルの踏み込み量Lが0であるか否か、すなわち、アクセルペダルが開放されているか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ108において、燃料噴射量Qが0であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ109においてスロットル弁4を全開又は全開に近い設定開度とし、ステップ110において制御弁7aを全開又は全開に近い設定開度とする。
【0027】
次いでステップ111において、現在の機関回転数に基づき各気筒へ吸入されるはずの吸気量基準値Gn’が算出されると共に、この吸気量基準値Gn’とエアフローメータ5により検出される実際の新気量Gnとの差ΔGnが算出される。吸気量基準値Gn’の算出では、機関回転数毎の基準値Gn’をマップ化しておいても良い。
【0028】
パティキュレートフィルタ6へのパティキュレート捕集量が増加するほど排気抵抗が増加して吸入新気量が減少することとなり、ステップ111において算出された差ΔGnは現在のパティキュレート捕集量を表している。ステップ112では、この差ΔGnをパティキュレート捕集量PM2に換算する。
【0029】
このような吸入空気量に基づくパティキュレート捕集量の推定では、吸入空気量が安定していることが必要であり、定常運転時でもこの推定は可能である。しかしながら、本実施形態のように、排気ガス再循環通路7を備える内燃機関では、吸気量基準値の算出に際して、制御弁7aを閉弁して排気ガス再循環を停止するか、又は、少なくとも制御弁7aを所定開度に固定する必要があり、再循環排気ガス量が現在の運転に適さなくなることがあり、排気エミッション又は燃焼が悪化してしまう。
【0030】
本フローチャートでは、定常運転を含めて機関運転中には、ステップ107又はステップ108の判断が否定されて、パティキュレート捕集量の推定を実施しないようになっており、ステップ107及びステップ108の判断が肯定される時、すなわち、機関減速を意図したフューエルカット時にだけ、パティキュレート捕集量の推定を実施するようになっている。フューエルカット時は、吸入空気量が安定していることに加えて、当然のことながら、燃焼が行われていないために、制御弁7aを閉弁しても開弁しても特に問題はない。
【0031】
しかしながら、機関減速時には、基準値自身が小さくなるために、パティキュレートの捕集に伴って実際の吸入新気量が基準値の80%となっても、僅かな差であり、正確にパティキュレート捕集量を推定するためには、吸入空気量を非常に正確に測定することが必要である。
【0032】
本実施形態では、本発明を限定するものではないが、機関減速時にスロットル弁4を全開近傍へ開弁増加させて、吸入新気量を増大させると共に基準値を増大させている。フューエルカットされていれば、吸入新気量を増大させても特に問題はなく、こうして、吸入空気量の測定に多少の誤差が含まれていても、比較的正確なパティキュレート捕集量の推定が可能となる。
【0033】
また、本発明を限定するものではないが、本実施形態では、さらに、機関減速時において排気ガス再循環通路7の制御弁を全開している。もし、パティキュレートフィルタ6にパティキュレートが捕集されていないならば、機関吸気系2のスロットル弁4の下流側と、機関排気系6のパティキュレートフィルタ6の上流側とは、ほぼ等しい圧力となるために、排気ガス再循環通路7を通過する気体は存在してもわずかであり、それにより、基準値Gn’と実際の吸入新気量Gnとはほぼ等しくなり、ステップ111において算出された差ΔGnはほぼゼロであり、ステップ112で算出されるパティキュレート捕集量PM2はゼロとなる。
【0034】
しかしながら、パティキュレートフィルタ6へパティキュレートが捕集されて排気抵抗が増加すると、機関排気系6におけるパティキュレートフィルタ6の上流側の圧力は高まり、排気ガス再循環通路7を通過して機関吸気系へ気体が再循環し始め、その量は、パティキュレート捕集量が増加するほど多くなる。それにより、実際の吸入新気量は、パティキュレートフィルタ6の排気抵抗の増加に伴って減少すると共に、この再循環気体量に伴って減少することとなる。
【0035】
こうして、パティキュレートフィルタ6へ適当量のパティキュレートが捕集された時点では、基準値Gn’と実際の吸入新気量Gnとの間にはさらに顕著な差が発生することとなる。それにより、ステップ111において算出される差ΔGnは比較的大きくなり、多少の測定誤差があっても正確にパティキュレート捕集量を推定することができる。
【0036】
本実施形態では、基準値Gn’と実際の吸入新気量Gnとの差ΔGnに基づきパティキュレート捕集量を推定するようにしたが、もちろん、実際の吸入新気量Gnと基準値Gn’との比Gn/Gn’もパティキュレート捕集量を表す値であり、この値に基づきパティキュレート捕集量を推定するようにしても良い。この値は、捕集量が0の時には1となり、捕集量の増加と共に減少するものである。
【0037】
ステップ113では、ステップ112において吸入新気量に基づき推定されたパティキュレート捕集量PM2と、ステップ102において排出パティキュレート量pmの積算により算出されたパティキュレート捕集量PM1との差が所定値B以上であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、吸入新気量に基づき推定されたパティキュレート捕集量PM2と排出パティキュレート量に基づき推定されたパティキュレート捕集量PM1との間には大きな差はなく、ステップ118へ進み、実際の吸入空気量により推定されるために信頼性の高いパティキュレート捕集量PM2がステップ103で使用した設定捕集量A以上であるか否かを判断する。この判断が否定される時には、ステップ119において、排出パティキュレート量pmに基づくパティキュレート捕集量PM1を正確なパティキュレート捕集量PM2に置き換えて終了する。
【0038】
一方、ステップ113における判断が肯定される時、すなわち、吸入新気量に基づき推定された正確なパティキュレート捕集量PM2と排出パティキュレート量に基づき推定されたパティキュレート捕集量PM1との差が大きい時には、パティキュレート捕集量PM1が不正確であると考えられる。
【0039】
ステップ114では、パティキュレート捕集量PM1が現在0であるか否かが判断され、すなわち、ステップ106において再生処理が終了した状態であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、再生処理が終了しているはずであるにもかかわらずに、パティキュレートフィルタ6にはパティキュレートが残留していることとなり、パティキュレートフィルタ6に設けたヒータが正常に動作していなかったか、又は、パティキュレートフィルタ6に担持させた酸化触媒が劣化して未燃燃料等の十分に燃焼させることができなかった等が考えられ、ステップ115においてパティキュレートフィルタの再生不良であると判断する。これを運転者に知らせることにより、パティキュレートフィルタ6の再生手段を早期に修理することが可能となる。
【0040】
次いで、ステップ116では、再生手段の修理までの間の暫定処置として、ステップ105及び後述するステップ121における再生処理の継続時間を所定時間t1からそれより長い時間t2へ変更して、ステップ118以降の処理を実施する。
【0041】
また、ステップ114における判断が否定される時には、機関運転状態により推定された排出パティキュレート量pmが実際より少ないこととなり、例えば、意図する以上に燃料が噴射されている燃料噴射系の異常であるか、又は、意図する以上に排気ガスが再循環されている排気ガス再循環系の異常である等が考えられ、ステップ117において機関異常であると判断する。これを運転者に知らせることにより、エンジンを早期に修理することが可能となる。次いで、ステップ118以降の処理を実施する。
【0042】
ステップ118において、正確に推定されたパティキュレート捕集量PM2が設定捕集量A以上であると判断されれば、ステップ120に進み、再生手段を作動させる。次いで、ステップ121において、この再生処理開始からの経過時間tが所定時間t1に達したか否かが判断され、この判断が肯定されるまで再生処理が継続される。次いで、ステップ122において、ステップ102で使用するパティキュレート捕集量PM1を0にして終了する。もし、ステップ115において、再生手段が不良であると判断された場合には、所定時間は、長い時間t2に変更されており、ヒータの発熱不足を通電時間延長によって補い、また、酸化触媒の劣化を未燃燃料の供給時間延長によって補うことにより、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートをほぼ完全に焼失させることができる。
【0043】
しかしながら、再生処理の時間延長は、あくまで暫定処置であり、ヒータの通電時間延長及び未燃燃料の供給時間延長は共に好ましくはなく、さらに、ヒータの断線等のように再生時間延長では対処できない再生異常もあり、いずれにしても、ステップ115において再生異常と判断された場合には、早期に再生手段を修理することが必要である。
【0044】
実際の吸入新気量に基づくパティキュレート捕集量の推定は、正確なものであるが、吸入新気量が安定していなければならず、定常運転時又は機関減速時のような特定運転状態の時にしかパティキュレート捕集量を推定することができない。それにより、このパティキュレート捕集量の推定だけでは推定間隔が長期化して、パティキュレートフィルタに多量のパティキュレートが捕集されているにも係らずに、再生時期と判断されないことがある。
【0045】
本フローチャートでは、気筒内から排出された排出パティキュレート量に基づきパティキュレート捕集量を推定してパティキュレートフィルタの再生時期を判断する第一判断手段と、機関吸気系へ取り入れられる新気量に基づきパティキュレート捕集量を推定してパティキュレートフィルタの再生時期を判断する第二判断手段とを有し、第一判断手段及び第二判断手段の少なくとも一方によってパティキュレートフィルタが再生時期であると判断された時には、再生手段によってパティキュレートフィルタを再生するようになっている。
【0046】
それにより、単位時間当たりの排出パティキュレート量自身が、機関運転状態に基づく推定値であるために、その積算値を使用するパティキュレート捕集量の推定値は、それほど正確なものとはならないが、この第一判断手段によるパティキュレートフィルタの再生時期の判断が、第二判断手段によるパティキュレートフィルタの再生時期の判断に加えて、機関運転状態に係らずに常に実施されるために、第二判断手段による再生時期の判断間隔が長期化しても、第一判断手段によって再生時期と判断されれば、パティキュレートフィルタの再生が実施され、パティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが捕集されることはない。
【0047】
図5は、前述したパティキュレートフィルタとは異なるパティキュレートフィルタ6’の周囲構造を示す平面図であり、図6は、その側面図である。この周囲構造には、エキゾーストマニホルド3aの下流側に排気管3bを介して接続された切換部9と、パティキュレートフィルタ6’と、パティキュレートフィルタ6’の一方側と切換部9とを接続する第一接続部3dと、パティキュレートフィルタ6’の他方側と切換部9とを接続する第二接続部3eと、切換部9の下流側の排気通路3cとが設けられている。切換部9は、切換部9内で排気流れを遮断することを可能とする弁体9aを具備している。弁体9aの一方の遮断位置において、切換部9内の上流側が第一接続部3dと連通されると共に切換部9内の下流側が第二接続部3eと連通され、排気ガスは、図5に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ6’の一方側から他方側へ流れる。
【0048】
また、図7は、弁体9aの他方の遮断位置を示している。この遮断位置において、切換部9内の上流側が第二接続部3eと連通されると共に切換部9内の下流側が第一接続部3dと連通され、排気ガスは、図7に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ6’の他方側から一方側へ流れる。こうして、弁体9aを切り換えることによって、パティキュレートフィルタ6’へ流入する排気ガスの方向を逆転することができ、すなわち、パティキュレートフィルタ6’の排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。
【0049】
このようにして、本パティキュレートフィルタの周囲構造は、非常に簡単な構成によってパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。また、パティキュレートフィルタにおいては、排気ガスの流入を容易にするために、大きな開口面積が必要とされるが、本パティキュレートフィルタ周囲構造は、車両搭載性を悪化させることなく、図5及び6に示すように、大きな開口面積を有するパティキュレートフィルタを使用可能となる。
【0050】
図8にパティキュレートフィルタ6’の構造を示す。なお、図8において、(A)はパティキュレートフィルタ6’の正面図であり、(B)は側面断面図である。これらの図に示すように、本パティキュレートフィルタ6’は、長円正面形状を有し、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に延在する隔壁54によって細分された多数の軸線方向空間を有している。隣接する二つの軸線方向空間において、栓52,53によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路50となり、他方は流出通路51となり、排気ガスは、図8(B)に矢印で示すように、必ず隔壁54を通過する。排気ガス中のパティキュレートは、隔壁54の細孔の大きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁54の排気上流側表面上及び隔壁54内の細孔表面上に衝突して捕集される。こうして、各隔壁54は、パティキュレートを捕集する捕集壁として機能する。本パティキュレートフィルタ6’において、捕集されたパティキュレートを酸化除去するために、隔壁54の両側表面上、及び、好ましくは隔壁54内の細孔表面上にアルミナ等を使用して以下に説明する活性酸素放出剤と貴金属触媒とが担持されている。
【0051】
活性酸素放出剤とは、活性酸素を放出することによってパティキュレートの酸化を促進するものであり、好ましくは、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出するものである。
【0052】
この貴金属触媒としては、通常、白金Ptが用いられており、活性酸素放出剤としてカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウムRbのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCa、ストロンチウムSrのようなアルカリ土類金属、ランタンLa、イットリウムYのような希土類、及び遷移金属から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【0053】
なお、この場合、活性酸素放出剤としては、カルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムK、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウムRb、バリウムBa、ストロンチウムSrを用いることが好ましい。
【0054】
次に、このような活性酸素放出剤を担持するパティキュレートフィルタによって、捕集されたパティキュレートがどのように酸化除去されるかについて、白金Pt及びカリウムKの場合を例にとって説明する。他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様なパティキュレート除去作用が行われる。
【0055】
ディーゼルエンジンでは通常空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。即ち、機関吸気系及び燃焼室内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、この空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室内ではNOが発生するので排気ガス中にはNOが含まれている。また、燃料中にはイオウSが含まれており、このイオウSは燃焼室内で酸素と反応してSO となる。従って排気ガス中にはSO が含まれている。従って過剰酸素、NO及びSO を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ6’の排気上流側へ流入することになる。
【0056】
図9(A)及び(B)はパティキュレートフィルタ6’における排気ガス接触面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図9(A)及び(B)において60は白金Ptの粒子を示しており、61はカリウムKを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
【0057】
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタの排ガス接触面内に接触すると、図9(A)に示されるようにこれら酸素O がO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、NO となる(2NO+O →2NO )。次いで生成されたNO の一部は白金Pt上で酸化されつつ活性酸素放出剤61内に吸収され、カリウムKと結合しながら図7(A)に示されるように硝酸イオンNO の形で活性酸素放出剤61内に拡散し、硝酸カリウムKNO を生成する。このようにして、排気ガスに含まれる有害なNO をパティキュレートフィルタ6’に吸収し、大気中への放出量を大幅に減少させることができる。
【0058】
一方、上述したように排気ガス中にはSO も含まれており、このSO もNOと同様なメカニズムによって活性酸素放出剤61内に吸収される。即ち、上述したように酸素O がO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着しており、排気ガス中のSO は白金Ptの表面でO 又はO2−と反応してSO となる。次いで生成されたSO の一部は白金Pt上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤61内に吸収され、カリウムKと結合しながら硫酸イオンSO 2− の形で活性酸素放出剤61内に拡散し、硫酸カリウムKSOを生成する。このようにして活性酸素放出触媒61内には硝酸カリウムKNO 及び硫酸カリウムKSOが生成される。
【0059】
排気ガス中のパティキュレートは、図9(B)において62で示されるように、パティキュレートフィルタに担持された活性酸素放出剤61の表面上に付着する。この時、パティキュレート62と活性酸素放出剤61との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤61内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤61内の酸素がパティキュレート62と活性酸素放出剤61との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤61内に形成されている硝酸カリウムKNO がカリウムKと酸素OとNOとに分解され、酸素Oがパティキュレート62と活性酸素放出剤61との接触面に向かい、NOが活性酸素放出剤61から外部に放出される。外部に放出されたNOは下流側の白金Pt上において酸化され、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。
【0060】
一方、このとき活性酸素放出剤61内に形成されている硫酸カリウムKSOもカリウムKと酸素OとSO とに分解され、酸素Oがパティキュレート62と活性酸素放出剤61との接触面に向かい、SO が活性酸素放出剤61から外部に放出される。外部に放出されたSO は下流側の白金Pt上において酸化され、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。但し、硫酸カリウムKSOは、安定化しているために、硝酸カリウムKNO に比べて活性酸素を放出し難い。
【0061】
一方、パティキュレート62と活性酸素放出剤61との接触面に向かう酸素Oは硝酸カリウムKNO や硫酸カリウムKSOのような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Oは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従ってパティキュレート62と活性酸素放出剤61との接触面に向かう酸素は活性酸素Oとなっている。これら活性酸素Oがパティキュレート62に接触するとパティキュレート62は輝炎を発することなく酸化せしめられる。
【0062】
ところで白金Pt及び活性酸素放出剤61はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤61が放出される活性酸素Oの量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。従ってパティキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなくパティキュレートを酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。
【0063】
図10の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Gを示している。なお、図10において横軸はパティキュレートフィルタの温度TFを示している。単位時間当りに燃焼室から排出される排出パティキュレートpmが酸化除去可能微粒子量Gよりも少ないとき、即ち図10の領域Iでは燃焼室から排出された全てのパティキュレートがパティキュレートフィルタに捕集されるや否や短時間のうちにパティキュレートフィルタにおいて輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【0064】
これに対し、排出パティキュレート量pmが酸化除去可能微粒子量Gよりも多いとき、即ち図10の領域IIでは全てのパティキュレートを酸化するには活性酸素量が不足している。図11(A)〜(C)はこのような場合のパティキュレートの酸化の様子を示している。
【0065】
即ち、全てのパティキュレートを酸化するには活性酸素量が不足している場合には図11(A)に示すようにパティキュレート62が活性酸素放出剤61上に付着するとパティキュレート62の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかったパティキュレート部分がパティキュレートフィルタの排気上流側面上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかったパティキュレート部分が排気上流面上に残留し、その結果図11(B)に示されるようにパティキュレートフィルタの排気上流面が残留パティキュレート部分63によって覆われるようになる。
【0066】
このような残留パティキュレート部分63は、次第に酸化され難いカーボン質に変質し、また、排気上流面が残留パティキュレート部分63によって覆われると白金PtによるNO,SO の酸化作用及び活性酸素放出剤61による活性酸素の放出作用が抑制される。それにより、時間を掛ければ徐々に残留パティキュレート部分63を酸化させることができるが、図11(C)に示されるように残留パティキュレート部分63の上に別のパティキュレート64が次から次へと堆積して、即ち、パティキュレートが積層状に堆積すると、これらパティキュレートは、白金Ptや活性酸素放出剤から距離を隔てているために、例え酸化され易いパティキュレートであっても活性酸素によって酸化されることはない。従ってこのパティキュレート64上に更に別のパティキュレートが次から次へと堆積する。即ち、排出パティキュレート量pmが酸化除去可能微粒子量Gよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ上にはパティキュレートが積層状に堆積してしまう。
【0067】
このように図10の領域Iではパティキュレートはパティキュレートフィルタ上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図10の領域IIではパティキュレートがパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する。従って、排出パティキュレート量pmと酸化除去可能微粒子量Gとの関係を領域Iにすれば、パティキュレートフィルタ上へのパティキュレートの堆積を防止することができる。しかしながら、これが常に実現されるとは限らず、パティキュレートフィルタにはパティキュレートが堆積することがある。
【0068】
このようなパティキュレートフィルタ6’が使用される場合には、前述した図2及び3に示すフローチャートにおいて、ステップ102では、排出パティキュレートpmと現在のパティキュレートフィルタ温度TFに基づく酸化除去可能微粒子量Gとの差を積算することとなる。もちろん、酸化除去可能微粒子量Gの方が大きくて、この差がマイナス値である時には、ゼロを加算することとなるが、この時点でパティキュレート捕集量PM1が値を有していれば、すなわち、これまでに排出パティキュレート量pmが酸化除去可能微粒子量Gを上回ってパティキュレートフィルタ上にパティキュレートが残留していれば、酸化除去可能微粒子量Gの余裕によって残留パティキュレートが酸化除去されるために、マイナス値を加算するようにしても良い。
【0069】
こうして算出されるパティキュレート捕集量PM1又は吸入新気量に基づき推定されるパティキュレート捕集量PM2が設定捕集量A以上となる時に実施される再生処理は、例えば、排気ガスの空燃比をリッチにすることである。こうして排気ガス中の酸素濃度を低下させると活性酸素放出剤61から外部に活性酸素Oが一気に放出され、これら一気に放出された活性酸素Oによって堆積したパティキュレートが輝炎を発することなく一気に燃焼除去させることができる。
【0070】
排気ガスの空燃比をリッチにするためには、排気行程での気筒内への燃料噴射や機関排気系のパティキュレートフィルタ6’の上流側への燃料噴射等を利用することができる。特に、パティキュレートフィルタ6’へ未燃燃料等の還元剤が供給されると、この還元剤は、パティキュレートフィルタ6’に担持された白金Pt等の酸化触媒によって排気ガス中の酸素を使用して燃焼する。こうして、排気ガス中の酸素濃度が低下すると共に、還元剤の燃焼熱によってパティキュレートフィルタの温度TFが上昇して酸化除去可能微粒子量Gが増大することとなり、残留パティキュレートを酸化除去するのに有利である。
【0071】
パティキュレートフィルタ6’の再生手段として、パティキュレートフィルタ6’にヒータを配置し、パティキュレートフィルタ6’の温度を単に上昇させて酸化除去可能微粒子量を増大させるようにしても良い。また、点火時期の遅角又は燃料噴射時期の遅角によって排気ガス温度を高めてパティキュレートフィルタ6’を昇温するようにしても良い。
【0072】
本実施形態では、前述したように、パティキュレートフィルタ6’の排気上流側と排気下流側とを容易に逆転可能となっており、再生手段として、これを実施しても良い。パティキュレート捕集量が車両走行に悪影響を与えるようになる以前に、例えば、図12(A)に示す程度にパティキュレートが堆積した時点で、前述のフローチャートにより第一判断手段又は第二判断手段によって再生時期であると判断されれば、再生処理として、弁体9aを他方の遮断位置へ切り換える。ウォールフロー型パティキュレートフィルタでは、パティキュレートは、排気ガスが主に衝突する隔壁54の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面、すなわち、隔壁54の一方の捕集面に衝突捕集され、この一方の捕集面からの活性酸素の放出が捕集パティキュレートに対して不十分であると、全て酸化除去されずに残留する。
【0073】
弁体9aの切り換えによって、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とが逆転されれば、隔壁の一方の捕集面に堆積するパティキュレート上には、さらにパティキュレートが堆積することはなく、一方の捕集面から放出される活性酸素によって残留及び堆積パティキュレートは徐々に酸化除去される。また、特に隔壁の細孔内に残留及び堆積するパティキュレートは、逆方向の排気ガス流によって、図12(B)に示すように、容易に破壊されて細分化され、細孔内を主に下流側へ移動する。
【0074】
それにより、細分化された多くのパティキュレートは、隔壁の細孔内に分散し、隔壁の細孔内表面に担持させた活性酸素放出剤と直接的に接触して酸化除去される機会が多くなる。こうして、隔壁の細孔内にも活性酸素放出剤を担持させることで、残留パティキュレートを格段に酸化除去させ易くなる。さらに、この酸化除去に加えて、排気ガスの逆流によって上流側となった隔壁54の他方の捕集面、すなわち、現在において排気ガスが主に衝突する隔壁54の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面(一方の捕集面とは反対側の関係となる)では、排気ガス中の新たなパティキュレートが付着して活性酸素放出剤から放出された活性酸素によって酸化除去される。これらの酸化除去の際に活性酸素放出剤から放出された活性酸素の一部は、排気ガスと共に下流側へ移動し、排気ガスの逆流によっても依然として残留するパティキュレートを酸化除去する。
【0075】
すなわち、隔壁における一方の捕集面の残留パティキュレートには、この捕集面から放出される活性酸素だけでなく、排気ガスの逆流によって隔壁の他方の捕集面でのパティキュレートの酸化除去に使用された残りの活性酸素が排気ガスと共に到来する。それにより、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転させてパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面と他方の捕集面とをパティキュレートの捕集に交互に使用することにより、逆転時にパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面にある程度パティキュレートが残留捕集されていたとしても、排気ガスの逆流によって、この残留捕集パティキュレートへも活性酸素が到来することに加えて、さらにパティキュレートが捕集されることはないために、残留パティキュレートは徐々に酸化除去される。こうして、現在パティキュレートを捕集する他方の捕集面にパティキュレートが残留捕集されることにより再生時期となって再び弁体9aが切り換えられるまでには、一方の捕集面に残留するパティキュレートを十分に酸化除去可能である。
【0076】
もちろん、このパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側との逆転時に、又は、その直後に、排気ガスの空燃比をリッチにすれば、パティキュレートフィルタ隔壁のパティキュレートが残留していない他方の捕集面では、一方の捕集面に比較して活性酸素を放出し易いために、さらに多量に放出される活性酸素によって、残留パティキュレートを、さらに確実に酸化除去することが可能となる。
【0077】
ところで、排気ガス中のカルシウムCaはSO が存在すると、硫酸カルシウムCaSO を生成する。この硫酸カルシウムCaSO はアッシュと称され、酸化除去することが困難である。それにより、このアッシュによるパティキュレートフィルタの目詰まりを防止するためには、活性酸素放出剤61としてカルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムKを用いると活性酸素放出剤61内に拡散するSO はカリウムKと結合して硫酸カリウムKSOを形成し、カルシウムCaはSO と結合することなく触媒コンバータの隔壁を通過する。従ってパティキュレートフィルタがアッシュによって目詰まりすることがなくなる。こうして、前述したように活性酸素放出剤61としてはカルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムK、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウムRb、バリウムBa、ストロンチウムSrを用いることが好ましいことになる。
【0078】
また、パティキュレートフィルタに白金Ptのような貴金属のみを担持させても、白金Ptの表面上に保持されるNO 又はSO から活性酸素を放出させることができる。ただし、この場合には酸化除去可能微粒子量Gを示す実線は図10に示す実線に比べて若干右側に移動する。
【0079】
また、活性酸素放出剤として排気ガス中のNO 浄化に使用されるNO 吸蔵還元触媒を用いることも可能である。この場合においては、吸蔵したNO 及びSO を放出させるために排気ガスの空燃比を少なくとも一時的にリッチにする必要があり、このリッチ化制御をパティキュレートフィルタの再生手段として利用しても良い。
【0080】
ところで、図10においては酸化除去可能微粒子量Gがパティキュレートフィルタ6’の温度TFのみの関数として示されているがこの酸化除去可能微粒子量Gは実際には排気ガス中の酸素濃度、排気ガス中のNO 濃度、排気ガス中の未燃HC濃度、微粒子の酸化のしやすさの程度、パティキュレートフィルタ6’内における排気ガス流の空間速度、排気ガス圧等の関数でもある。従って酸化除去可能微粒子量Gはパティキュレートフィルタ6’の温度TFを含む上述の全ての因子の影響を考慮に入れて算出することが好ましい。
【0081】
しかしながら、これら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Gに最も大きな影響を与えるのはパティキュレートフィルタ6’の温度TFであり、比較的大きな影響を与えるのは排気ガス中の酸素濃度とNO 濃度である。図13(A)はパティキュレートフィルタ6’の温度TF及び排気ガス中の酸素が変化したときの酸化除去可能微粒子量Gの変化を示しており、図13(B)はパティキュレートフィルタ6’の温度TF及び排気ガス中のNO 濃度が変化したときの酸化除去可能微粒子量Gの変化を示している。なお、図13(A),(B)において破線は排気ガス中の酸素濃度及びNO 濃度が基準値であるときを示しており、図13(A)において〔O は基準値よりも排気ガス中の酸素濃度が高いとき、〔O は〔O よりも更に酸化濃度が高いときを夫々示しており、図13(B)において〔NO〕 は基準値よりも排気ガス中のNO 濃度が高いとき、〔NO〕 は〔NO〕 よりも更にNO 濃度が高いときを夫々示している。
【0082】
排気ガス中の酸素濃度が高くなるとそれだけでも酸化除去可能微粒子量Gが増大するが更に活性酸素放出剤61内に取込まれる酸素量が増大するので活性酸素放出剤61から放出される活性酸素も増大する。従って図13(A)に示されるように排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Gは増大する。
【0083】
一方、排気ガス中のNOは前述したように白金Ptの表面上において酸化されてNO となる。このようにして生成されたNO の一部は活性酸素放出剤61内に吸収され、残りのNO は白金Ptの表面から外部に離脱する。このときパティキュレートはNO と接触すると酸化反応が促進され、従って図13(B)に示されるように排気ガス中のNO 濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Gは増大する。ただし、このNO によるパティキュレートの酸化促進作用は排気ガス温がほぼ250℃からほぼ450℃の間でしか生じないので図13(B)に示されるように排気ガス中のNO 濃度が高くなるとパティキュレートフィルタ22の温度TFがほぼ250℃から450℃の間のときに酸化除去可能微粒子量Gが増大する。
【0084】
前述したように酸化除去可能微粒子量Gは酸化除去可能微粒子量Gに影響を与える全ての因子を考慮に入れて算出することが好ましいが、酸化除去可能微粒子量Gに最も大きな影響を与えるパティキュレートフィルタ6’の温度TFに加えて、比較的大きな影響を与える排気ガス中の酸素濃度及びNO 濃度に基づいて酸化除去可能微粒子量Gを算出するようにすれば、前述のフローチャートにおけるステップ102で使用する積算値pmをさらに正確に算出することができる。
【0085】
具体的には、図14の(A)から(F)に示されるようにパティキュレートフィルタ6’の各温度TF(200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃)における酸化除去可能微粒子量Gが夫々排気ガス中の酸素濃度〔O 〕と排気ガス中のNO 濃度〔NO〕の関数としてマップ化して有し、各パティキュレートフィルタ6’の温度TF、酸化濃度〔O 〕及びNO 濃度〔NO〕に応じた酸化除去可能微粒子量Gを図14の(A)から(F)に示されるマップから比例配分により算出することができる。
【0086】
なお、排気ガス中の酸素濃度〔O 〕及びNO 濃度〔NO〕は酸素濃度センサ及びNO 濃度センサを用いて検出することができる。しかしながら、排気ガス中の酸素濃度〔O 〕が要求トルクTQ及び機関回転数Nの関数として図15(A)に示すようにマップ化して有し、排気ガス中のNO 濃度〔NO〕も要求トルクTQ及び機関回転数Nの関数として図15(B)に示すようにマップ化して有し、これらのマップから排気ガス中の酸素濃度〔O 〕及びNO 濃度〔NO〕を算出するようにしても良い。
【0087】
パティキュレートフィルタに活性酸素放出剤を担持させた時の再生処理として、未燃燃料等の還元剤の供給及びヒータ通電等によってパティキュレートフィルタを昇温する場合において、前述のフローチャートでは、ステップ105又はステップ121において、このような再生処理を所定時間t1又はt2だけ実施することにより再生完了としている。しかしながら、昇温されたパティキュレートフィルタの温度に基づく酸化除去可能微粒子量Gが、算出又は推定されたパティキュレート捕集量PM1又はPM2を上回るようになれば、再生は完了しているはずであり、還元剤の供給及びヒータ通電等の再生処理を中止するようにしても良い。
【0088】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、気筒内から排出された排出パティキュレート量に基づきパティキュレートフィルタの再生時期を判断する第一判断手段と、機関吸気系へ取り入れられる新気量に基づきパティキュレートフィルタの再生時期を判断する第二判断手段と、パティキュレートフィルタを再生させるための再生手段とを具備し、第一判断手段及び第二判断手段の少なくとも一方によってパティキュレートフィルタが再生時期であると判断された時には、再生手段によってパティキュレートフィルタを再生するようになっている。
【0089】
内燃機関は、機関排気系のパティキュレートフィルタ上流側と機関吸気系とを連通する排気ガス再循環通路と、排気ガス再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適値に制御するための制御弁とを具備し、第二判断手段は、フューエルカット時に制御弁を設定開度へ開弁させた後の新気量に基づきパティキュレートフィルタの再生時期を判断するために正確な判断が可能であるが、第二判断手段だけでは判断間隔が長期化してパティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが捕集されてしまう可能性がある。しかしながら、本発明による内燃機関の排気浄化装置では、この第二判断手段に加えて、第一判断手段が、排出パティキュレート量に基づき特定機関運転状態に係らずにパティキュレートフィルタの再生時期を判断してパティキュレートフィルタを再生するために、この判断が多少不正確なものであっても、パティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが捕集されるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。
【図2】再生時期の判断のためのフローチャートの一部である。
【図3】図2のフローチャートの残り部である。
【図4】排出パティキュレート量を示す図である。
【図5】もう一つのパティキュレートフィルタの周囲構造を示す平面図である。
【図6】図5の側面図である。
【図7】切換部内の弁体の図5とは異なるもう一つの遮断位置を示す図である。
【図8】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図9】パティキュレートの酸化作用を説明するための図である。
【図10】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図11】パティキュレートの堆積作用を説明するための図である。
【図12】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面図である。
【図13】酸化除去可能微粒子量を示す図である。
【図14】酸化除去可能微粒子量のマップを示す図である。
【図15】排気ガス中の酸素濃度及びNO 濃度のマップを示す図である。
【符号の説明】
1…機関本体
2…機関吸気系
3…機関排気系
4…スロットル弁
5…エアフローメータ
6…パティキュレートフィルタ
7…排気ガス再循環通路
7a…制御弁
20…制御装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
The exhaust gas of an internal combustion engine, particularly a diesel engine, contains harmful particulates mainly composed of carbon, and it is desired to reduce particulate emissions into the atmosphere. Therefore, it has been proposed to arrange a particulate filter as a filter for collecting particulates in the exhaust system of a diesel engine. Since such a particulate filter has a large exhaust resistance as the amount of particulate collection increases, it is necessary to regenerate the particulate filter itself by burning the collected particulate.
[0003]
When the exhaust gas becomes a high temperature of about 600 ° C. or higher as in the engine high load high speed operation, the particulates spontaneously ignite and burn, so that the particulate filter can be regenerated. However, there is no guarantee that such engine high-load high-speed operation is frequently performed. Generally, a heater or an oxidation catalyst is arranged in the particulate filter, and the heater is operated at the regeneration time, or A regeneration process such as supplying unburned fuel to the oxidation catalyst is performed.
[0004]
Therefore, it is necessary to determine the regeneration time of the particulate filter, but if the determined regeneration time is too early, regeneration processing will be performed unnecessarily, such as an increase in battery size or a large amount of fuel consumption. A problem occurs. Also, if the determined regeneration time is too late, the exhaust resistance of the engine exhaust system becomes very large and the engine output is reduced.
[0005]
Thus, it is desired to accurately determine the regeneration timing of the particulate filter. For example, it has been proposed to determine the regeneration timing based on the fact that the particulate collection amount increases as the vehicle travel distance increases. However, the particulate collection amount depends on the driving state during a predetermined travel distance. Due to differences, this method cannot determine the exact playback time.
[0006]
In addition, pressure sensors are arranged upstream and downstream of the particulate filter, and the regeneration time is determined based on the fact that the differential pressure detected by these two pressure sensors increases as the particulate collection amount increases. It has also been proposed to judge, but this method is also less preferred because the pressure sensor is expensive and the pressure sensor itself has a relatively large measurement error.
[0007]
In order to determine the regeneration timing of the particulate filter relatively inexpensively, JP-A-3-41112 discloses a measurement based on the fact that the amount of fresh intake air decreases as the amount of particulate collection increases. It has been proposed to determine the regeneration timing of the particulate filter by comparing the amount of fresh intake air with a reference value for each engine operating state.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In determining the regeneration timing of the particulate filter based on the intake fresh air amount, it is important that the intake fresh air amount is stable, and only when the engine is in a specific operating state such as during steady operation or engine deceleration. The playback time cannot be determined. As a result, the determination interval becomes longer, and the regeneration time may not be determined even though a large amount of the particulates are collected in the particulate filter.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a new intake system for an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs regeneration processing of the particulate filter by judging the regeneration timing of the particulate filter disposed in the engine exhaust system based on the amount of fresh intake air. This is to prevent a large amount of particulates from being collected by the particulate filter even if the judgment interval of the regeneration timing based on the volume is extended.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention determines the regeneration timing of the particulate filter based on the particulate filter disposed in the engine exhaust system and the amount of exhaust particulate discharged from the cylinder. First determining means, second judging means for judging the regeneration timing of the particulate filter based on the amount of fresh air taken into the engine intake system, and regeneration means for regenerating the particulate filter, When it is determined by at least one of the first determination means and the second determination means that the particulate filter is at the regeneration timing, the regeneration filter reproduces the particulate filter.The internal combustion engine is in an engine operating state with an exhaust gas recirculation passage communicating the upstream side of the particulate filter of the engine exhaust system and the engine intake system, and an exhaust gas amount recirculated through the exhaust gas recirculation passage. A control valve for controlling to an optimum value in accordance with the fuel flow rate, and the second determining means is configured to control the particulate based on the fresh air amount after the control valve is opened to a set opening degree at the time of fuel cut. Determine when to play a filterIt is characterized by that.
[0012]
Claims2The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the first determination means and the second determination means are for capturing particulates in the particulate filter. The regeneration time is determined after estimating the collection amount, and the particulate collection amount estimated by the first determination means is greater than the particulate collection amount estimated at the same time by the second determination means. When it falls below a set value, it is determined that at least one of the internal combustion engine and the regeneration means is abnormal.
[0013]
Claims3The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the first determination means considers the amount of particulate removed by oxidation on the particulate filter. Then, the regeneration time of the particulate filter is determined.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the figure, 1 is an engine body, 2 is an engine intake system, and 3 is an engine exhaust system. In the engine intake system 2, a throttle valve 4 is arranged upstream of the intake manifold 2 a connected to each cylinder, and in order to detect the amount of fresh air taken into the engine intake system 2 upstream of the throttle valve 4. The air flow meter 5 is arranged. The upstream side of the air flow meter 5 communicates with the atmosphere via an air cleaner. In the present embodiment, the throttle valve 4 is not mechanically driven in conjunction with the accelerator pedal, but can be freely set by a step motor or the like.
[0015]
On the other hand, in the engine exhaust system 3, a particulate filter 6 is disposed downstream of the exhaust manifold 3a connected to each cylinder. The downstream side of the particulate filter 6 communicates with the atmosphere via a catalytic converter and a silencer.
[0016]
Between the intake manifold 2a and the throttle valve 4 in the engine intake system and between the exhaust manifold 3a and the particulate filter 6 in the engine exhaust system are communicated by an exhaust gas recirculation passage 7, and the exhaust gas recirculation passage 7 Is provided with a control valve 7a for controlling the amount of exhaust gas to be recirculated to an optimum amount according to the engine operating state.
[0017]
The exhaust gas recirculation passage 7 is provided with an exhaust cooler 7b for cooling the recirculated exhaust gas in order to allow a large amount of exhaust gas to be recirculated. Further, a turbocharger turbine 8 a is provided between the connection portion of the exhaust gas recirculation passage 7 in the engine exhaust system 3 and the particulate filter 6, and between the throttle valve 4 and the air flow meter in the engine intake system 2. Is provided with a turbocharger compressor 8b. Further, the engine intake system 2 is provided with an intake air cooler 2b that cools fresh air so that a large amount of fresh air can be introduced into the cylinder.
[0018]
The particulate filter 6 is a porous material particulate filter made of a porous material such as ceramic. This particulate filter has a plurality of axial spaces subdivided by a plurality of partition walls extending in the longitudinal direction. In two adjacent axial spaces, one is on the exhaust upstream side, and the other is on the exhaust downstream side. Is closed by a closing material such as ceramic. Thus, two adjacent axial spaces serve as trap passages for exhaust gas flowing from the exhaust upstream side to flow to the exhaust downstream side through the partition walls, and the partition walls made of the porous material serve as trap walls for exhaust gas passage. When it comes to collecting particulates.
[0019]
The particulate filter 6 may be, for example, a metal fiber particulate filter composed of a heat-resistant metal fiber nonwoven fabric and a heat-resistant metal corrugated sheet. In this particulate filter, two non-woven fabrics and two corrugated plates are stacked in the thickness direction and wound spirally, and a plurality of axial spaces are formed by the non-woven fabric and the corrugated plates. Is. As a heat-resistant metal fiber constituting the nonwoven fabric and a heat-resistant metal constituting the corrugated sheet, for example, Fe-Cr-Al alloy or Ni-Cr-Al alloy can be used. The two non-woven fabrics are welded continuously in a spiral form with one surface in close contact with each other at the exhaust upstream side end, and in a spiral form with the other surface in close contact with each other at the exhaust downstream side end. Welded continuously. Thus, the two axially adjacent spaces in the radial direction serve as trap passages for exhaust gas flowing from the exhaust upstream side to flow to the exhaust downstream side through any nonwoven fabric, and the nonwoven fabric serves as a trap wall and passes exhaust gas. Particulates are collected at the time.
[0020]
When a large amount of particulates are collected by such a particulate filter 6, in order to increase the exhaust resistance and greatly reduce the engine output, the particulates are reduced when an appropriate amount of particulates is collected. It is necessary to burn and regenerate the particulate filter itself.
[0021]
As a means for this purpose, in this embodiment, a heater is arranged in the particulate filter, and it is necessary to determine the regeneration time for operating the heater. Further, as a regeneration means for the particulate filter, an oxidation catalyst or the like may be disposed in the particulate filter, and unburned fuel or the like may be supplied to the oxidation catalyst at the regeneration timing.
[0022]
The determination of the regeneration time is not preferable whether it is too early or too late, and it is necessary to accurately determine that an appropriate amount of particulates has been collected. In the present embodiment, the control device 20 determines the regeneration time according to the flowcharts shown in FIGS. 2 and 3, and operates the regeneration means.
[0023]
First, in step 101, an exhaust particulate amount pm discharged from the cylinder per unit time (execution interval of this flowchart) is calculated. The amount of discharged particulate varies depending on the engine type, but if the engine type is determined, it becomes a function of the current required torque TQ and the engine speed N. FIG. 4A shows the exhaust particulate amount pm of the internal combustion engine shown in FIG. 1, and each curve pm1, pm2, pm3, pm4, pm5 shows the equal exhaust particulate amount (pm1 <pm2 <pm3). <Pm4 <pm5). In the example shown in FIG. 4A, the exhaust particulate amount pm increases as the required torque TQ increases. The exhaust particulate quantity pm shown in FIG. 4A may be mapped as shown in FIG. 4B as a function of the required torque TQ and the engine speed N.
[0024]
Next, in step 102, assuming that almost all of the discharged particulates are collected by the particulate filter 6, the discharged particulate amount pm is integrated to calculate the particulate collected amount PM1. In general, the size of the particulate filter is larger than the size of the particulate. In practice, a part of the exhausted particulate is not collected in the particulate filter and is not collected in the atmosphere. Will be released. Therefore, a predetermined coefficient may be multiplied in order to exclude the amount not collected from the discharged particulate quantity pm calculated in step 101, and this may be integrated in step 102. On the particulate filter, even when the filter temperature is low, the particulate is slightly reduced in oxidation. For this purpose, a predetermined coefficient may be multiplied from the exhausted particulate pm to remove the amount of oxidation reduction on the particulate filter, and this may be integrated in step 102. In particular, when an active oxygen release agent is supported on a particulate filter, the amount of particulate reduction due to oxidation is extremely large. It is necessary to judge the amount collected.
[0025]
In step 103, it is determined whether or not the particulate collection amount PM1 accumulated in this way is equal to or greater than the set collection amount A. When this determination is affirmed, it is determined that the particulate filter 6 is at the regeneration timing, and the routine proceeds to step 104 where the regeneration means is operated to perform the regeneration processing of the particulate filter 6. In step 105, it is determined whether or not the elapsed time t from the start of the playback process is equal to or greater than the predetermined time t1, and when this determination is negative, the playback process is continued. On the other hand, if the regeneration process is performed only for the predetermined time t1, the regeneration is completed and the routine proceeds to step 106, where the particulate collection amount PM1 is set to zero.
[0026]
Next, in step 107, it is determined whether or not the accelerator pedal depression amount L is 0, that is, whether or not the accelerator pedal is released. When this determination is affirmative, it is determined in step 108 whether or not the fuel injection amount Q is zero. When this determination is affirmative, in step 109, the throttle valve 4 is set to a fully open or nearly open position, and in step 110, the control valve 7a is set to a fully open or nearly fully open position.
[0027]
Next, at step 111, an intake air amount reference value Gn ′ that should be taken into each cylinder is calculated based on the current engine speed, and the intake air amount reference value Gn ′ and the actual new amount detected by the air flow meter 5 are calculated. A difference ΔGn from the volume Gn is calculated. In calculating the intake air amount reference value Gn ′, the reference value Gn ′ for each engine speed may be mapped.
[0028]
As the particulate collection amount to the particulate filter 6 increases, the exhaust resistance increases and the intake fresh air amount decreases, and the difference ΔGn calculated in step 111 represents the current particulate collection amount. Yes. In step 112, the difference ΔGn is converted into the particulate collection amount PM2.
[0029]
In the estimation of the particulate collection amount based on the intake air amount as described above, it is necessary that the intake air amount is stable, and this estimation is possible even during steady operation. However, in the internal combustion engine having the exhaust gas recirculation passage 7 as in this embodiment, when calculating the intake air amount reference value, the control valve 7a is closed to stop the exhaust gas recirculation, or at least the control is performed. It is necessary to fix the valve 7a at a predetermined opening, and the amount of recirculated exhaust gas may not be suitable for the current operation, and exhaust emission or combustion will deteriorate.
[0030]
In this flowchart, during the engine operation including the steady operation, the judgment of step 107 or step 108 is denied, and the estimation of the particulate collection amount is not performed, and the judgment of step 107 and step 108 is performed. When the result is affirmative, that is, the particulate collection amount is estimated only when the fuel cut is intended to decelerate the engine. At the time of fuel cut, in addition to the intake air amount being stable, as a matter of course, since combustion is not performed, there is no particular problem whether the control valve 7a is closed or opened. .
[0031]
However, since the reference value itself becomes smaller when the engine decelerates, even if the actual intake fresh air amount becomes 80% of the reference value due to the collection of particulates, there is a slight difference, and the particulates are accurately In order to estimate the amount collected, it is necessary to measure the amount of intake air very accurately.
[0032]
In the present embodiment, the present invention is not limited, but the throttle valve 4 is increased to the fully open vicinity during engine deceleration to increase the intake fresh air amount and the reference value. As long as the fuel is cut, there is no particular problem even if the amount of fresh intake air is increased. Thus, even if there are some errors in the measurement of the amount of intake air, a relatively accurate estimation of the amount of particulate collection is possible. Is possible.
[0033]
Moreover, although this invention is not limited, in this embodiment, the control valve of the exhaust gas recirculation passage 7 is further fully opened at the time of engine deceleration. If particulates are not collected in the particulate filter 6, the downstream side of the throttle valve 4 of the engine intake system 2 and the upstream side of the particulate filter 6 of the engine exhaust system 6 have substantially the same pressure. Therefore, even if a small amount of gas passes through the exhaust gas recirculation passage 7, the reference value Gn ′ is substantially equal to the actual intake fresh air amount Gn and is calculated in step 111. The difference ΔGn is almost zero, and the particulate collection amount PM2 calculated in step 112 is zero.
[0034]
However, when the particulate matter is collected in the particulate filter 6 and the exhaust resistance increases, the pressure on the upstream side of the particulate filter 6 in the engine exhaust system 6 increases, and passes through the exhaust gas recirculation passage 7 and passes through the engine intake system. The gas begins to recirculate and the amount increases as the particulate collection increases. As a result, the actual intake fresh air amount decreases with an increase in the exhaust resistance of the particulate filter 6 and also decreases with this recirculated gas amount.
[0035]
In this way, when an appropriate amount of particulates is collected in the particulate filter 6, a more significant difference occurs between the reference value Gn ′ and the actual intake fresh air amount Gn. Thereby, the difference ΔGn calculated in step 111 becomes relatively large, and the particulate collection amount can be accurately estimated even if there is some measurement error.
[0036]
In the present embodiment, the particulate collection amount is estimated based on the difference ΔGn between the reference value Gn ′ and the actual intake fresh air amount Gn. Of course, the actual intake fresh air amount Gn and the reference value Gn ′ are estimated. The ratio Gn / Gn ′ is also a value representing the particulate collection amount, and the particulate collection amount may be estimated based on this value. This value is 1 when the collected amount is 0, and decreases as the collected amount increases.
[0037]
In step 113, the difference between the particulate collection amount PM2 estimated based on the intake fresh air amount in step 112 and the particulate collection amount PM1 calculated by integrating the exhaust particulate amount pm in step 102 is a predetermined value. It is determined whether or not it is greater than or equal to B. When this determination is negative, there is no significant difference between the particulate collection amount PM2 estimated based on the intake fresh air amount and the particulate collection amount PM1 estimated based on the exhaust particulate amount, and the step Proceeding to step 118, it is determined whether or not the particulate collection amount PM2 with high reliability, which is estimated by the actual intake air amount, is equal to or larger than the set collection amount A used in step 103. When this determination is negative, in step 119, the particulate collection amount PM1 based on the discharged particulate amount pm is replaced with an accurate particulate collection amount PM2, and the process ends.
[0038]
On the other hand, when the determination in step 113 is affirmative, that is, the difference between the accurate particulate collection amount PM2 estimated based on the intake fresh air amount and the particulate collection amount PM1 estimated based on the exhaust particulate amount. When is large, it is considered that the particulate collection amount PM1 is inaccurate.
[0039]
In step 114, it is determined whether the particulate collection amount PM1 is currently 0, that is, it is determined in step 106 whether the regeneration process has been completed. When this determination is affirmative, although the regeneration process should be finished, the particulate filter 6 remains, and the heater provided in the particulate filter 6 is normal. Or the oxidation catalyst carried on the particulate filter 6 has deteriorated and the unburned fuel or the like could not be burned sufficiently. In step 115, the particulate filter is regenerated. Judged to be defective. By notifying the driver of this, the regeneration means of the particulate filter 6 can be repaired at an early stage.
[0040]
Next, in step 116, as a temporary measure until the regeneration means is repaired, the duration of the regeneration process in step 105 and step 121 described later is changed from a predetermined time t1 to a time t2 longer than that, and after step 118. Perform the process.
[0041]
Further, when the determination in step 114 is negative, the exhaust particulate quantity pm estimated by the engine operating state is smaller than the actual, for example, an abnormality in the fuel injection system in which fuel is injected more than intended. Or, it may be an abnormality of the exhaust gas recirculation system in which the exhaust gas is recirculated more than intended, and it is determined in step 117 that the engine is abnormal. By notifying the driver of this, the engine can be repaired at an early stage. Next, the processing after step 118 is performed.
[0042]
If it is determined in step 118 that the accurately estimated particulate collection amount PM2 is greater than or equal to the set collection amount A, the process proceeds to step 120 and the regeneration means is operated. Next, at step 121, it is determined whether or not the elapsed time t from the start of the playback process has reached a predetermined time t1, and the playback process is continued until this determination is affirmed. Next, in step 122, the particulate collection amount PM1 used in step 102 is set to 0, and the process is ended. If it is determined in step 115 that the regeneration means is defective, the predetermined time is changed to a long time t2, and the lack of heat generation of the heater is compensated by extending the energization time, and the oxidation catalyst is deteriorated. Is compensated by extending the supply time of the unburned fuel, so that the particulates collected by the particulate filter can be almost completely burned out.
[0043]
However, the extension of the regeneration process time is only a provisional measure, and both the heater energization time extension and the unburned fuel supply time extension are not preferable. Further, the regeneration cannot be dealt with by extension of the regeneration time such as disconnection of the heater. In any case, if it is determined in step 115 that the reproduction is abnormal, it is necessary to repair the reproducing means at an early stage.
[0044]
Estimating the amount of particulate collection based on the actual intake fresh air volume is accurate, but the intake fresh air volume must be stable, and it must be in a specific operating state such as during steady state operation or engine deceleration. It is possible to estimate the amount of particulate collection only at this time. As a result, the estimation interval may be prolonged only by estimating the particulate collection amount, and the regeneration time may not be determined even though a large amount of particulates is collected in the particulate filter.
[0045]
In this flowchart, the first judgment means for estimating the particulate collection amount based on the exhausted particulate quantity exhausted from the cylinder and judging the regeneration timing of the particulate filter, and the new air amount taken into the engine intake system And determining the regeneration time of the particulate filter by estimating the particulate collection amount based on the particulate filter, and the particulate filter is at the regeneration time by at least one of the first determination means and the second determination means. When the judgment is made, the particulate filter is reproduced by the reproducing means.
[0046]
As a result, the exhausted particulate amount per unit time itself is an estimated value based on the engine operating state, and therefore the estimated particulate collection amount using the integrated value is not so accurate. Since the determination of the regeneration time of the particulate filter by the first determination means is always performed irrespective of the engine operating state in addition to the determination of the regeneration time of the particulate filter by the second determination means, Even if the judgment interval of the regeneration time by the judging means is extended, if the regeneration time is judged by the first judging means, the particulate filter is regenerated and a large amount of particulates is collected in the particulate filter. There is no.
[0047]
FIG. 5 is a plan view showing a surrounding structure of a particulate filter 6 'different from the particulate filter described above, and FIG. 6 is a side view thereof. In this surrounding structure, the switching unit 9 connected to the downstream side of the exhaust manifold 3a via the exhaust pipe 3b, the particulate filter 6 ′, one side of the particulate filter 6 ′ and the switching unit 9 are connected. A first connection portion 3 d, a second connection portion 3 e that connects the other side of the particulate filter 6 ′ and the switching portion 9, and an exhaust passage 3 c on the downstream side of the switching portion 9 are provided. The switching unit 9 includes a valve body 9 a that can block the exhaust flow in the switching unit 9. At one blocking position of the valve body 9a, the upstream side in the switching unit 9 is communicated with the first connection part 3d and the downstream side in the switching unit 9 is communicated with the second connection part 3e. As indicated by the arrows, the flow proceeds from one side of the particulate filter 6 'to the other side.
[0048]
FIG. 7 shows the other blocking position of the valve body 9a. In this blocking position, the upstream side in the switching unit 9 is communicated with the second connection portion 3e and the downstream side in the switching unit 9 is communicated with the first connection portion 3d, and the exhaust gas is as shown by arrows in FIG. , Flows from the other side of the particulate filter 6 ′ to one side. Thus, by switching the valve body 9a, the direction of the exhaust gas flowing into the particulate filter 6 ′ can be reversed, that is, the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter 6 ′ can be reversed. It becomes possible.
[0049]
In this way, the surrounding structure of the particulate filter can reverse the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter with a very simple configuration. Further, in the particulate filter, a large opening area is required in order to facilitate the inflow of exhaust gas. However, the structure around the particulate filter does not deteriorate the vehicle mountability, and FIGS. As shown in FIG. 2, a particulate filter having a large opening area can be used.
[0050]
FIG. 8 shows the structure of the particulate filter 6 '. In FIG. 8, (A) is a front view of the particulate filter 6 ', and (B) is a side sectional view. As shown in these drawings, the particulate filter 6 ′ has an oblong front shape, and is, for example, a wall flow type having a honeycomb structure formed of a porous material such as cordierite. It has a number of axial spaces subdivided by partition walls 54 extending in the axial direction. In two adjacent axial spaces, one is closed on the exhaust downstream side by the plugs 52 and 53, and the other is closed on the exhaust upstream side. In this way, one of the two adjacent axial spaces becomes the exhaust gas inflow passage 50 and the other becomes the outflow passage 51, and the exhaust gas always passes through the partition wall 54 as shown by an arrow in FIG. 8B. The particulates in the exhaust gas are very small compared to the size of the pores of the partition wall 54, but collide with the exhaust upstream surface of the partition wall 54 and the pore surface in the partition wall 54. Be collected. Thus, each partition wall 54 functions as a collecting wall for collecting particulates. In this particulate filter 6 ′, in order to oxidize and remove the collected particulates, alumina or the like is used on both side surfaces of the partition wall 54, and preferably on the pore surface in the partition wall 54, as described below. An active oxygen release agent and a noble metal catalyst are supported.
[0051]
The active oxygen release agent is an agent that promotes oxidation of particulates by releasing active oxygen. Preferably, oxygen is taken in and retained when excess oxygen is present in the surroundings, and the oxygen concentration in the surroundings is increased. When lowered, the retained oxygen is released in the form of active oxygen.
[0052]
As this noble metal catalyst, platinum Pt is usually used, and as active oxygen release agents, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, and rubidium Rb, barium Ba, calcium Ca, and strontium Sr are used. At least one selected from such alkaline earth metals, lanthanum La, rare earths such as yttrium Y, and transition metals is used.
[0053]
In this case, as the active oxygen release agent, alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, and strontium Sr are used. preferable.
[0054]
Next, how the collected particulates are oxidized and removed by such a particulate filter carrying an active oxygen release agent will be described by taking platinum Pt and potassium K as an example. The same particulate removal action can be performed using other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, and transition metals.
[0055]
In a diesel engine, combustion is usually performed under excess air, and therefore the exhaust gas contains a large amount of excess air. That is, when the ratio of air and fuel supplied to the engine intake system and the combustion chamber is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the air-fuel ratio is lean. Further, since NO is generated in the combustion chamber, the exhaust gas contains NO. The fuel also contains sulfur S, which reacts with oxygen in the combustion chamber to react with SO.2  It becomes. Therefore, in the exhaust gas, SO2  It is included. Therefore excess oxygen, NO and SO2  The exhaust gas containing the gas flows into the exhaust upstream side of the particulate filter 6 '.
[0056]
FIGS. 9A and 9B schematically show enlarged views of the exhaust gas contact surface of the particulate filter 6 ′. 9A and 9B, reference numeral 60 indicates platinum Pt particles, and reference numeral 61 indicates an active oxygen release agent containing potassium K.
[0057]
As described above, since a large amount of excess oxygen is contained in the exhaust gas, when the exhaust gas comes into contact with the exhaust gas contact surface of the particulate filter, as shown in FIG.2  Is O2 Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with NO2  (2NO + O2  → 2NO2  ). Then the generated NO2  A part of N is oxidized on platinum Pt and absorbed in the active oxygen release agent 61, and combined with potassium K, nitrate ion NO as shown in FIG.3 Diffused into the active oxygen release agent 61 in the form of potassium nitrate KNO3  Is generated. In this way, harmful NO contained in the exhaust gasX  Can be absorbed by the particulate filter 6 ', and the amount released to the atmosphere can be greatly reduced.
[0058]
On the other hand, as described above, the exhaust gas contains SO.2  Is also included, this SO2  Is absorbed into the active oxygen release agent 61 by the same mechanism as NO. That is, as described above, oxygen O2  Is O2 Or O2-Is attached to the surface of platinum Pt in the form of SO2  Is O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with SO3  It becomes. The generated SO3  Is partly oxidized on platinum Pt while being absorbed in the active oxygen release agent 61 and combined with potassium K, sulfate ions SO.4 2-  Diffused into the active oxygen release agent 61 in the form of potassium sulfate K2SO4Is generated. In this way, potassium nitrate KNO is contained in the active oxygen release catalyst 61.3  And potassium sulfate K2SO4Is generated.
[0059]
Particulates in the exhaust gas adhere to the surface of the active oxygen release agent 61 carried by the particulate filter, as indicated by 62 in FIG. 9B. At this time, the oxygen concentration at the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61 decreases. When the oxygen concentration is lowered, a difference in concentration occurs between the active oxygen release agent 61 having a high oxygen concentration, and therefore oxygen in the active oxygen release agent 61 is brought into contact with the particulate 62 and the active oxygen release agent 61. Try to move towards. As a result, potassium nitrate KNO formed in the active oxygen release agent 613  Is decomposed into potassium K, oxygen O, and NO, oxygen O goes to the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61, and NO is released from the active oxygen release agent 61 to the outside. NO released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side, and is again absorbed in the active oxygen release agent 61.
[0060]
On the other hand, potassium sulfate K formed in the active oxygen release agent 61 at this time2SO4Also potassium K, oxygen O and SO2  The oxygen O is directed to the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61, and SO2  Is released from the active oxygen release agent 61 to the outside. SO released to the outside2  Is oxidized on the platinum Pt on the downstream side and is absorbed again into the active oxygen release agent 61. However, potassium sulfate K2SO4Is stabilized, potassium nitrate KNO3  It is difficult to release active oxygen compared to.
[0061]
On the other hand, the oxygen O toward the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61 is potassium nitrate KNO.3  And potassium sulfate K2SO4It is oxygen decomposed from a compound such as Oxygen O decomposed from the compound has high energy and has extremely high activity. Therefore, the oxygen directed toward the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61 is active oxygen O. When these active oxygen O comes into contact with the particulate 62, the particulate 62 is oxidized without emitting a luminous flame.
[0062]
By the way, since platinum Pt and the active oxygen release agent 61 are activated as the temperature of the particulate filter increases, the amount of active oxygen O released from the active oxygen release agent 61 per unit time increases as the temperature of the particulate filter increases. To do. Therefore, the amount of fine particles that can be removed by oxidation without emitting a luminous flame per unit time on the particulate filter increases as the temperature of the particulate filter increases.
[0063]
The solid line in FIG. 10 indicates the amount G of fine particles that can be removed by oxidation without emitting a bright flame per unit time. In FIG. 10, the horizontal axis represents the temperature TF of the particulate filter. When the discharged particulate pm discharged from the combustion chamber per unit time is smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, that is, in the region I in FIG. 10, all the particulate discharged from the combustion chamber is collected by the particulate filter. As soon as it is done, the particulate filter can be oxidized and removed without emitting a bright flame in a short time.
[0064]
On the other hand, when the discharged particulate amount pm is larger than the fine particle amount G that can be removed by oxidation, that is, in the region II in FIG. 10, the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the particulates. 11A to 11C show the state of particulate oxidation in such a case.
[0065]
That is, when the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the particulates, if the particulates 62 adhere on the active oxygen release agent 61 as shown in FIG. Particulates that are only oxidized and not fully oxidized remain on the exhaust upstream side of the particulate filter. Next, when the state where the amount of active oxygen is insufficient continues, the particulate portion that has not been oxidized from one to the next remains on the exhaust upstream surface, and as a result, as shown in FIG. The exhaust upstream surface is covered with the residual particulate portion 63.
[0066]
Such residual particulate portion 63 gradually changes to a carbonaceous material that is difficult to oxidize, and when the exhaust upstream surface is covered with the residual particulate portion 63, NO and SO by platinum Pt.2  The active oxygen release action by the active oxygen release agent 61 is suppressed. Accordingly, the residual particulate portion 63 can be gradually oxidized over time, but another particulate 64 is placed on the residual particulate portion 63 from the next to the next as shown in FIG. In other words, when the particulates are deposited in a laminated form, these particulates are separated from the platinum Pt and the active oxygen release agent. It is not oxidized. Therefore, further particulates are deposited on the particulate 64 one after another. That is, when the state in which the discharged particulate amount pm is larger than the oxidizable and removable fine particle amount G continues, the particulates are deposited in a laminated manner on the particulate filter.
[0067]
In this way, in the region I in FIG. 10, the particulates are oxidized on the particulate filter within a short time without emitting a bright flame, and in the region II in FIG. 10, the particulates are deposited on the particulate filter in a stacked manner. To do. Therefore, if the relationship between the discharged particulate amount pm and the oxidizable and removable fine particle amount G is in the region I, it is possible to prevent the accumulation of particulates on the particulate filter. However, this is not always realized, and particulates may accumulate on the particulate filter.
[0068]
When such a particulate filter 6 ′ is used, in the flowchart shown in FIGS. 2 and 3 described above, in step 102, the amount of fine particles that can be removed by oxidation based on the discharged particulate pm and the current particulate filter temperature TF. The difference from G is integrated. Of course, when the amount G of fine particles that can be removed by oxidation is larger and the difference is a negative value, zero is added, but if the particulate collection amount PM1 has a value at this point, That is, if the discharged particulate amount pm has exceeded the oxidizable and removable fine particle amount G so far and the particulates remain on the particulate filter, the residual particulates are oxidized and removed by the margin of the oxidizable and removable fine particle amount G. Therefore, a negative value may be added.
[0069]
The regeneration processing that is performed when the particulate collection amount PM1 calculated in this way or the particulate collection amount PM2 estimated based on the intake fresh air amount is equal to or greater than the set collection amount A is, for example, the air-fuel ratio of the exhaust gas. Is to make it rich. When the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered in this way, the active oxygen O is released from the active oxygen release agent 61 to the outside at once, and the particulates deposited by the active oxygen O released at once are burned and removed at once without generating a bright flame. Can be made.
[0070]
In order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich, fuel injection into the cylinder in the exhaust stroke, fuel injection upstream of the particulate filter 6 'in the engine exhaust system, or the like can be used. In particular, when a reducing agent such as unburned fuel is supplied to the particulate filter 6 ′, this reducing agent uses oxygen in the exhaust gas by an oxidation catalyst such as platinum Pt carried on the particulate filter 6 ′. And burn. In this way, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, and the particulate filter temperature TF rises due to the combustion heat of the reducing agent, and the amount G of the fine particles that can be removed by oxidation increases, and the residual particulates are removed by oxidation. It is advantageous.
[0071]
As a regeneration means for the particulate filter 6 ′, a heater may be disposed in the particulate filter 6 ′, and the temperature of the particulate filter 6 ′ may be simply increased to increase the amount of particulates that can be removed by oxidation. Further, the particulate filter 6 'may be heated by raising the exhaust gas temperature by retarding the ignition timing or retarding the fuel injection timing.
[0072]
In this embodiment, as described above, the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter 6 'can be easily reversed, and this may be implemented as a regeneration means. Before the particulate collection amount adversely affects the vehicle running, for example, when the particulates are accumulated to the extent shown in FIG. If it is determined that the regeneration time is reached, the valve body 9a is switched to the other blocking position as a regeneration process. In the wall flow type particulate filter, the particulates collide with the exhaust upstream surface of the partition wall 54 where the exhaust gas mainly collides and the exhaust gas flow facing surface in the pores, that is, one of the collection surfaces of the partition wall 54. If the active oxygen released from one of the collecting surfaces is insufficient with respect to the collected particulates, all remains without being oxidized and removed.
[0073]
If the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter are reversed by switching the valve body 9a, there is no further particulate accumulation on the particulates that accumulate on one of the collecting surfaces of the partition wall. The residual and deposited particulates are gradually oxidized and removed by the active oxygen released from one of the collecting surfaces. In particular, the particulates remaining and depositing in the pores of the partition walls are easily broken and fragmented by the exhaust gas flow in the reverse direction, as shown in FIG. Move downstream.
[0074]
As a result, many of the finely divided particulates are dispersed in the pores of the partition walls, and are often oxidized and removed by direct contact with the active oxygen release agent supported on the inner surface of the pores of the partition walls. Become. In this way, by supporting the active oxygen release agent in the pores of the partition walls, the residual particulates can be remarkably easily oxidized and removed. Further, in addition to this oxidation removal, the other collection surface of the partition wall 54 that has become upstream due to the backflow of the exhaust gas, that is, the exhaust upstream surface of the partition wall 54 where the exhaust gas mainly collides and the inside of the pores On the exhaust gas flow facing surface (which is on the side opposite to the one collecting surface), new particulates in the exhaust gas adhere and are oxidized and removed by the active oxygen released from the active oxygen release agent. . A part of the active oxygen released from the active oxygen release agent during the oxidation removal moves to the downstream side together with the exhaust gas, and the remaining particulates are oxidized and removed by the backflow of the exhaust gas.
[0075]
That is, the residual particulates on one collecting surface in the partition wall are not only for the active oxygen released from this collecting surface, but also for the oxidation removal of the particulates on the other collecting surface of the partition wall by the backflow of exhaust gas. The remaining active oxygen used comes with the exhaust gas. Thereby, by reversing the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter and alternately using one collection surface and the other collection surface of the particulate filter partition for collecting particulates, Even if particulates are collected to some extent on one collection surface of the particulate filter partition during reverse rotation, in addition to the arrival of active oxygen to the residual collection particulates due to the backflow of exhaust gas, Furthermore, since the particulates are not collected, the residual particulates are gradually oxidized and removed. In this way, the remaining particulates on the other collecting surface that currently collects the particulates, the remaining particulates on one collecting surface until the valve body 9a is switched again due to the regeneration timing due to the remaining collected particulates. The curate can be sufficiently oxidized and removed.
[0076]
Of course, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich at the time of reversal between the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of this particulate filter, or immediately after that, the other particulates of the particulate filter partition walls do not remain. Since the active oxygen is easily released on the collecting surface as compared with one of the collecting surfaces, the residual particulates can be more reliably oxidized and removed by the active oxygen released in a larger amount.
[0077]
By the way, calcium Ca in the exhaust gas is SO.3  In the presence of calcium sulfate CaSO4  Is generated. This calcium sulfate CaSO4  Is called ash and is difficult to oxidize and remove. Accordingly, in order to prevent clogging of the particulate filter due to the ash, when an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca is used as the active oxygen release agent 61, for example, potassium K, the release of active oxygen is performed. SO diffused in the agent 613  Binds potassium K and potassium sulfate K2SO4Calcium Ca is SO3  It passes through the partition wall of the catalytic converter without being coupled with the. Therefore, the particulate filter is not clogged by ash. Thus, as described above, as the active oxygen release agent 61, an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, strontium Sr is used. Is preferred.
[0078]
Further, even if the particulate filter carries only a noble metal such as platinum Pt, NO retained on the surface of platinum Pt.2  Or SO3  Active oxygen can be released from However, in this case, the solid line indicating the amount G of fine particles that can be removed by oxidation moves slightly to the right as compared with the solid line shown in FIG.
[0079]
Moreover, NO in exhaust gas as an active oxygen release agentX  NO used for purificationX  It is also possible to use an occlusion reduction catalyst. In this case, the stored NOX  And SOX  In order to release the exhaust gas, it is necessary to at least temporarily enrich the air-fuel ratio of the exhaust gas, and this enrichment control may be used as a regeneration means for the particulate filter.
[0080]
Incidentally, in FIG. 10, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation is shown as a function of only the temperature TF of the particulate filter 6 ′, but this amount of fine particles G that can be removed by oxidation is actually the oxygen concentration in the exhaust gas, the exhaust gas. NO insidex  It is also a function of the concentration, the unburned HC concentration in the exhaust gas, the degree of oxidization of fine particles, the space velocity of the exhaust gas flow in the particulate filter 6 ', the exhaust gas pressure, and the like. Therefore, it is preferable to calculate the amount G of fine particles that can be removed by oxidation in consideration of the influence of all the above-mentioned factors including the temperature TF of the particulate filter 6 '.
[0081]
However, among these factors, the temperature TF of the particulate filter 6 'has the largest influence on the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, and the relatively large influences are the oxygen concentration in the exhaust gas and NO.X  Concentration. FIG. 13A shows a change in the particulate amount G that can be removed by oxidation when the temperature TF of the particulate filter 6 ′ and the oxygen in the exhaust gas change, and FIG. 13B shows the change in the particulate filter 6 ′. Temperature TF and NO in exhaust gasx  A change in the amount G of fine particles that can be removed by oxidation when the concentration changes is shown. In FIGS. 13A and 13B, the broken lines indicate the oxygen concentration and NO in the exhaust gas.X  This shows the case where the concentration is a reference value. In FIG.2  ]1  When the oxygen concentration in the exhaust gas is higher than the reference value, [O2  ]2  [O2  ]1  FIG. 13B shows a case where the oxidation concentration is higher than that in FIG. 13B.1  Is NO in the exhaust gas than the reference valueX  [NO] when the concentration is high2  [NO]1  More than NOX  Each shows a high concentration.
[0082]
As the concentration of oxygen in the exhaust gas increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation alone increases, but the amount of oxygen taken into the active oxygen release agent 61 further increases, so that the active oxygen released from the active oxygen release agent 61 also increases. Increase. Accordingly, as shown in FIG. 13A, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases as the oxygen concentration in the exhaust gas increases.
[0083]
On the other hand, NO in the exhaust gas is oxidized on the surface of platinum Pt as described above, and NO.2  It becomes. NO generated in this way2  Is absorbed in the active oxygen release agent 61 and the remaining NO2  Detaches from the surface of platinum Pt to the outside. At this time, the particulate is NO2  Contact with the catalyst promotes the oxidation reaction. Therefore, as shown in FIG. 13B, NO in the exhaust gasX  As the concentration increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases. However, this NO2  Particulate oxidation promotion effect due to NO occurs only when the exhaust gas temperature is between about 250 ° C. and about 450 ° C. Therefore, as shown in FIG. 13B, NO in the exhaust gasX  As the concentration increases, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation increases when the temperature TF of the particulate filter 22 is between about 250 ° C. and 450 ° C.
[0084]
As described above, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation is preferably calculated in consideration of all the factors that affect the amount of fine particles G that can be removed by oxidation. In addition to the temperature TF of the filter 6 ', the oxygen concentration and NO in the exhaust gas that have a relatively large effectX  If the amount G of fine particles that can be removed by oxidation is calculated based on the concentration, the integrated value pm used in step 102 in the above-described flowchart can be calculated more accurately.
[0085]
Specifically, as shown in FIGS. 14A to 14F, oxidation at each temperature TF (200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C., 400 ° C., 450 ° C.) of the particulate filter 6 ′. The amount G of the fine particles that can be removed is the oxygen concentration [O2  ] And NO in exhaust gasx  It is mapped as a function of concentration [NO], and the temperature TF, oxidation concentration [O] of each particulate filter 6 '2  ] And NOx  The amount G of fine particles that can be removed by oxidation according to the concentration [NO] can be calculated from the maps shown in FIGS. 14A to 14F by proportional distribution.
[0086]
The oxygen concentration in the exhaust gas [O2  ] And NOx  Concentration [NO] is measured by oxygen concentration sensor and NOX  It can be detected using a density sensor. However, the oxygen concentration in the exhaust gas [O2  ] As a function of the required torque TQ and the engine speed N as shown in FIG.X  The concentration [NO] is also mapped as a function of the required torque TQ and the engine speed N as shown in FIG. 15B. From these maps, the oxygen concentration [O2  ] And NOX  The concentration [NO] may be calculated.
[0087]
As a regeneration process when the active oxygen releasing agent is carried on the particulate filter, when the temperature of the particulate filter is increased by supplying a reducing agent such as unburned fuel and energizing the heater, In step 121, such reproduction processing is performed for a predetermined time t1 or t2, thereby completing the reproduction. However, regeneration should be completed when the amount G of particulates that can be removed by oxidation based on the temperature of the heated particulate filter exceeds the calculated or estimated particulate collection amount PM1 or PM2. The regeneration process such as the supply of the reducing agent and the energization of the heater may be stopped.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes the first determination means for determining the regeneration timing of the particulate filter based on the amount of exhaust particulate discharged from the cylinder, and the fresh air introduced into the engine intake system. A second judging means for judging the regeneration timing of the particulate filter based on the amount; and a reproducing means for regenerating the particulate filter, wherein the particulate filter is operated by at least one of the first judging means and the second judging means. When it is determined that it is the reproduction time, the particulate filter is reproduced by the reproducing means.
[0089]
The internal combustion engine has an exhaust gas recirculation passage that connects the upstream side of the particulate filter of the engine exhaust system and the engine intake system, and the amount of exhaust gas that is recirculated through the exhaust gas recirculation passage according to the engine operating state. A control valve for controlling to a value,The second judgment means isBased on the amount of fresh air after opening the control valve to the set opening at the time of fuel cutAlthough accurate judgment is possible to judge the regeneration time of the particulate filterThe secondIf only two determination means are used, the determination interval may be prolonged and a large amount of particulates may be collected in the particulate filter. However, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, in addition to the second determination means, the first determination means determines the regeneration timing of the particulate filter regardless of the specific engine operating state based on the exhaust particulate amount. In order to regenerate the particulate filter, even if this judgment is somewhat inaccurate, a large amount of particulates will not be collected in the particulate filter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a part of a flowchart for determining a reproduction time.
FIG. 3 is the remaining part of the flowchart of FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing an amount of discharged particulates.
FIG. 5 is a plan view showing a surrounding structure of another particulate filter.
6 is a side view of FIG. 5. FIG.
7 is a view showing another blocking position of the valve body in the switching portion different from FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a structure of a particulate filter.
FIG. 9 is a diagram for explaining the oxidizing action of particulates.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the temperature of the particulate filter.
FIG. 11 is a diagram for explaining a particulate deposition action.
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a partition wall of a particulate filter.
FIG. 13 is a diagram showing the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
FIG. 14 is a diagram showing a map of the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
FIG. 15 shows oxygen concentration and NO in exhaust gas.X  It is a figure which shows the map of a density | concentration.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
2 ... Engine intake system
3 ... Engine exhaust system
4 ... Throttle valve
5 ... Air flow meter
6 ... Particulate filter
7 ... Exhaust gas recirculation passage
7a ... Control valve
20 ... Control device

Claims (3)

機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、気筒内から排出された排出パティキュレート量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する第一判断手段と、機関吸気系へ取り入れられる新気量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する第二判断手段と、前記パティキュレートフィルタを再生させるための再生手段とを具備し、前記第一判断手段及び前記第二判断手段の少なくとも一方によって前記パティキュレートフィルタが再生時期であると判断された時には、前記再生手段によって前記パティキュレートフィルタを再生し、前記内燃機関は、機関排気系の前記パティキュレートフィルタ上流側と機関吸気系とを連通する排気ガス再循環通路と、前記排気ガス再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適値に制御するための制御弁とを具備し、前記第二判断手段は、フューエルカット時に前記制御弁を設定開度へ開弁させた後の前記新気量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する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 engine exhaust system, first determination means for determining the regeneration timing of the particulate filter based on the amount of exhaust particulate discharged from the cylinder, and the amount of fresh air taken into the engine intake system Based on the second judgment means for judging the regeneration timing of the particulate filter and the regeneration means for regenerating the particulate filter, and the particulate judgment is performed by at least one of the first judgment means and the second judgment means. When it is determined that the curative filter is in the regeneration period, the particulate filter is regenerated by the regeneration means, and the internal combustion engine exhausts the exhaust gas communicating with the upstream side of the particulate filter of the engine exhaust system and the engine intake system. Recirculation through recirculation passage and exhaust gas recirculation passage A control valve for controlling the amount of gas to an optimum value according to the engine operating state, and the second judging means opens the new valve after opening the control valve to a set opening at the time of fuel cut. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the regeneration time of the particulate filter is determined based on an air volume . 前記第一判断手段及び前記第二判断手段は、前記パティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定した後に再生時期を判断するものであり、前記第一判断手段により推定された前記パティキュレート捕集量が前記第二判断手段により同時期に推定された前記パティキュレート捕集量より設定値以上下回る時には、前記内燃機関及び前記再生手段の少なくとも一方が異常であると判断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 first determination means and the second determination means determine the regeneration time after estimating the amount of particulate collection in the particulate filter, and the particulate collection estimated by the first determination means. It is determined that at least one of the internal combustion engine and the regeneration means is abnormal when the collected amount is lower than a set value or more than the particulate collection amount estimated at the same time by the second judging means. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記第一判断手段は、前記パティキュレートフィルタ上で酸化除去されるパティキュレート量を考慮して前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断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。 2. The exhaust gas purification of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the first determination unit determines a regeneration timing of the particulate filter in consideration of an amount of particulate removed by oxidation on the particulate filter. apparatus.
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