JP5332575B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関の排気通路に設けるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)の再生に関する。 The present invention relates to regeneration of a diesel particulate filter (DPF) provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.
リーン空燃比環境で燃焼を行なうディーゼルエンジンの排気には、パティキュレートと呼ばれる炭素(C)を主成分とする粒子状物質が含まれる。ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)は、パティキュレートが大気に放出されないように、内燃機関の排気通路においてパティキュレートをトラップするフィルタである。トラップされたパティキュレートはDPFに堆積する。堆積したパティキュレートは排気の温度上昇により燃焼し、DPFから除去される。この処理をDPFの再生という。 Exhaust gas from a diesel engine that burns in a lean air-fuel ratio environment contains particulate matter containing carbon (C) as a main component called particulates. A diesel particulate filter (DPF) is a filter that traps particulates in an exhaust passage of an internal combustion engine so that the particulates are not released into the atmosphere. The trapped particulate is deposited on the DPF. The accumulated particulates are combusted by the temperature rise of the exhaust and are removed from the DPF. This process is called DPF regeneration.
DPF再生には排気温度を上昇させる必要があるが、排気温度を上昇させると窒素酸化物(NOx)の排出が増加するという問題が生じる。特許文献1はDPF再生時の昇温性の向上と、NOxの排出抑制のための提案を行なっている。 Although it is necessary to raise the exhaust gas temperature for DPF regeneration, raising the exhaust gas temperature raises the problem of increased nitrogen oxide (NOx) emissions. Patent Document 1 makes a proposal for improving temperature rise during DPF regeneration and suppressing NOx emission.
特許文献1の従来技術はディーゼルエンジンの排気の一部を吸気に還流する排気還流(EGR)通路と、EGR通路の還流排気を冷却するEGRクーラと、EGRクーラをバイパスするバイパス通路と、EGRクーラとバイパス通路を切り換えるバイパス弁とを備えている。この従来技術はバイパス弁の操作により、還流排気の冷却と非冷却、あるいは冷却度合いを選択することで、ディーゼルエンジンの排気温度をNOx発生を抑制しつつDPF再生に適した温度へと制御する。
パティキュレートを燃焼させるためには、450℃以上の温度が必要である。しかしながら、特許文献1が開示する昇温方法は、ディーゼルエンジンの運転条件によっては、適用し難い場合がある。例えば、ディーゼルエンジンの低負荷低回転領域でポスト噴射や燃料噴射タイミングの遅角などの燃料噴射制御によって強制的に排気温度を上昇させると、ディーゼルエンジン内部のオイル希釈を招いたり、ディーゼルエンジンの燃料消費を悪化させる可能性が高い。 In order to burn the particulates, a temperature of 450 ° C. or higher is necessary. However, the temperature raising method disclosed in Patent Document 1 may be difficult to apply depending on the operating conditions of the diesel engine. For example, if the exhaust temperature is forcibly increased by fuel injection control such as post-injection or retarded fuel injection timing in the low-load / low-rotation region of a diesel engine, it may cause oil dilution inside the diesel engine, It is likely to worsen consumption.
一方、ディーゼルエンジンの運転が低温条件で継続的に行なわれると、DPFにパティキュレートが過剰に堆積し、DPFがパティキュレートをトラップできなくなる可能性がある。 On the other hand, if the diesel engine is continuously operated under low temperature conditions, particulates may accumulate excessively on the DPF and the DPF may not be able to trap the particulates.
この発明は、DPFの再生に関わる上記の課題を解決すべく、低排気温度でのDPF再生を実現することを目的とする。 An object of the present invention is to realize DPF regeneration at a low exhaust temperature in order to solve the above-mentioned problems related to regeneration of DPF.
以上の目的を達成するために、この発明は内燃機関の排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、排気に含まれるパティキュレートをトラップするディーゼルパティキュレートフィルタと、排気温度を上昇させる排気温度上昇手段と、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に設けられ、二酸化窒素が排気に含まれるように二酸化窒素を生成する二酸化窒素生成手段と、ディーゼル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が所定量に達したかどうかを判定する堆積量判定手段と、パティキュレートの堆積量が所定量に達した場合に、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にあるかどうかを判定する運転領域判定手段と、パティキュレートのトラップ量が所定量に達しており、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にある場合に、排気温度上昇手段を作動させる手段と、パティキュレートのトラップ量が所定量に達しており、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にない場合に、二酸化窒素生成手段を作動させる手段と、内燃機関を潤滑するエンジンオイルの燃料による希釈度を判定する希釈度判定手段と、を備えている。運転領域判定手段は、内燃機関の負荷が所定負荷以下かつ内燃機関の回転速度が所定回転速度以下の低負荷低回転領域、及びエンジンオイルの希釈度が所定レベル以上の場合には、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にないと判定するように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention provides an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas from an internal combustion engine, a diesel particulate filter that traps particulates contained in the exhaust gas, and an exhaust gas temperature increase that raises the exhaust gas temperature. Means, upstream of the diesel particulate filter and generating nitrogen dioxide so that nitrogen dioxide is included in the exhaust, and the amount of particulates deposited on the diesel particulate filter reaches a predetermined amount A means for determining whether or not the accumulated amount of particulates has reached a predetermined amount, and whether or not the operating state of the internal combustion engine is in an operating region suitable for regeneration of a diesel particulate filter by combustion Operating region judgment means to perform and the trapped amount of particulates When the operating state of the internal combustion engine is in an operating region suitable for regeneration of the diesel particulate filter due to combustion, the means for operating the exhaust temperature raising means and the trapped amount of the particulate have reached a predetermined amount. When the operating state of the internal combustion engine is not in an operating range suitable for regeneration of a diesel particulate filter due to combustion, the means for operating the nitrogen dioxide generating means and the dilution of the engine oil for lubricating the internal combustion engine with fuel Dilution degree determination means for determining. The operating region determination means is a low-load low-rotation region where the load of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined load and the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed, and It is configured to determine that the operating state is not in an operating region suitable for regeneration of a diesel particulate filter due to combustion.
パティキュレートのトラップ量が所定量に達しており、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にない場合には、二酸化窒素生成手段により二酸化窒素を生成することで、生成された二酸化窒素がディーゼルパティキュレートフィルタにトラップされたパティキュレートに含まれる炭素と反応し、パティキュレートの主成分である炭素を酸化してディーゼルパティキュレートフィルタから除去する。排気温度がパティキュレートの燃焼温度に達しない内燃機関の運転状態においても、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生が可能となるので、ディーゼルパティキュレートフィルタを再生可能な内燃機関の運転領域が拡大し、ディーゼルパティキュレートフィルタへのパティキュレートの過剰堆積を排気組成や燃費を悪化させずに防止できる。 When the trapped amount of particulates reaches a predetermined amount and the operating state of the internal combustion engine is not in the operating range suitable for regeneration of the diesel particulate filter by combustion, nitrogen dioxide is generated by the nitrogen dioxide generating means. The generated nitrogen dioxide reacts with the carbon contained in the particulate trapped in the diesel particulate filter, and oxidizes the carbon that is the main component of the particulate to remove it from the diesel particulate filter. Even in the operating state of the internal combustion engine where the exhaust temperature does not reach the particulate combustion temperature, the regeneration of the diesel particulate filter becomes possible, so the operating range of the internal combustion engine that can regenerate the diesel particulate filter is expanded, and the diesel particulate filter is expanded. It is possible to prevent excessive accumulation of particulates on the curate filter without deteriorating exhaust composition and fuel consumption.
以下に図面を参照してこの発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、この発明の第1の実施形態による排気還流装置を備えた内燃機関の概略構成図である。図2はこの発明の第1の実施形態による排気還流装置のDPF再生コンセプトを説明するダイアグラムである。図3はこの発明の第1の実施形態によるコントローラが実行するDPF再生ルーチンを説明するフローチャートである。図4はこの発明の第1の実施形態によるコントローラが実行するNO2によるDPF再生サブルーチンを説明するフローチャートである。図5は還流排気温度と空気過剰率λに対する、EGR率、スモーク発生量、及びNOx発生量との関係を示すダイアグラムである。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining the DPF regeneration concept of the exhaust gas recirculation apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart for explaining a DPF regeneration routine executed by the controller according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart for explaining a DPF regeneration subroutine by NO 2 executed by the controller according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the EGR rate, the amount of smoke generated, and the amount of NOx generated with respect to the reflux exhaust temperature and the excess air ratio λ.
図1を参照すると、車両用の4気筒圧縮着火式の内燃機関1は、吸気通路10から吸気弁4を介して各気筒の燃焼室6に吸入した空気に、燃料噴射弁40が燃料を噴射することで気筒内に混合気を生成する。混合気は気筒内に収装されたピストン2の往復運動によって圧縮され、圧縮に伴う温度上昇により燃焼室6内で着火して燃焼する。燃焼により燃焼室6内に発生する燃焼ガスは排気弁5から排気通路20を通って排出される。内燃機関1は各気筒において吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を順番に繰り返す、4ーストロークサイクルエンジンで構成される。
Referring to FIG. 1, in a four-cylinder compression ignition type internal combustion engine 1 for a vehicle, a
吸気通路10には吸気を過給するターボ過給器50のコンプレッサと、吸気流量を調整する吸気スロットル32が設けられる。吸気通路10は吸気コレクタ11を介して各気筒に接続される。
The intake passage 10 is provided with a compressor of a
排気通路20にはターボ過給器50の排気タービンと、酸化触媒22と、排気中のパティキュレートをトラップするディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)21とが設けられる。
The
ターボ過給器50の排気タービンは可変ノズル24を備える。可変ノズル24は内燃機関1の低速回転時における排気タービンへ流入する排気の流速を高めて吸気の過給効果を高める一方、高速回転時には全開して排気の排気タービンへの流入抵抗を小さくする役割をもつ。また、排気タービンの上流から、排気の一部を吸気コレクタ11に還流する排気還流(EGR)通路30が排気通路20に接続される。
The exhaust turbine of the
EGR通路30には還流排気を冷却する水冷クーラ34と、排気還流(EGR)流量を調整する排気還流(EGR)弁31が設けられる。さらに水冷クーラ34をバイパスするバイパス通路37と、バイパス通路37と水冷クーラ34の間の排気の流量比率を開度に応じて変化させるバイパス弁38とが設けられる。
The EGR
燃料噴射弁40へ燃料を供給するために、内燃機関1のクランク軸により駆動される高圧燃料ポンプ43と、高圧燃料ポンプ43が吐出した高圧燃料を一時的に貯留するコモンレール41が設けられる。高圧燃料ポンプ43とコモンレール41は燃料配管42で接続される。燃料噴射弁40はコモンレール41に接続され、コントローラ70から入力されるパルス幅変調信号に応じてコモンレール41に貯留された燃料を燃焼室6に噴射する。
In order to supply fuel to the
燃料噴射弁40の燃料噴射、吸気スロットル32の開度、ターボ過給器50の可変ノズル24の開度、EGR弁31の開度、及びバイパス弁38の開度、はそれぞれコントローラ70により制御される。コントローラ70はこれらの制御を通じて、DPF21の再生を行なう。
The fuel injection of the
コントローラ70は中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたプログラム可能なマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
The
燃料噴射制御のために、コントローラ70には車両が備えるアクセルペダルの踏み込み量Accを検出するアクセルペダル踏み込み量センサ61、内燃機関1の回転速度とクランク角を検出するクランク角センサ60、排気温度を検出する温度センサ62、DPF21の上下流の差圧を検出する差圧センサ63、DPF21のベッド温度を検出する温度センサ64、酸化触媒22のベッド温度を検出する温度センサ65、排気通路20に設けた空燃比センサ66、内燃機関1の吸入新気量を検出するエアフローメータ67、EGR通路30の還流排気量を検出する流量センサ68、及び燃焼質6から排出される排気中のNOx濃度を検出するNOx濃度センサ69からそれぞれ検出データが信号入力される。
For fuel injection control, the
図2を参照して、コントローラ70が実行するDPF21の再生制御のコンセプトを説明する。
The concept of the regeneration control of the
内燃機関1の負荷が高い高負荷領域では、排気温度が高い。この場合には、吸気スロットル32を開いて吸入空気量を増やすのみで、DPF21に堆積したパティキュレートを燃焼させるのに必要な排気温度を達成可能である。
In a high load region where the load of the internal combustion engine 1 is high, the exhaust temperature is high. In this case, it is possible to achieve the exhaust temperature required to burn the particulates accumulated in the
内燃機関1の負荷が低く、回転速度が高い、低負荷高回転領域では、DPF21に堆積したパティキュレートを燃焼させるのに必要な排気温度は、燃料噴射弁40によるポスト噴射の実行と、メイン噴射タイミングの遅角操作によって得られる。
In the low load and high rotation range where the load of the internal combustion engine 1 is low and the rotation speed is high, the exhaust temperature necessary for burning the particulates accumulated in the
一方,内燃機関1の負荷と回転速度がともに低い低負荷低回転領域で、低負荷高回転領域と同様の排気温度の上昇操作を行なうと、ディーゼルエンジン内部のオイル希釈や、ディーゼルエンジンの燃料消費の悪化を招く可能性が高い。 On the other hand, if the exhaust temperature is raised in the same way as in the low load and high rotation range in the low load and low rotation range where both the load and the rotation speed of the internal combustion engine 1 are low, oil dilution inside the diesel engine and fuel consumption of the diesel engine will occur. There is a high possibility of incurring deterioration.
そこで、この低負荷低回転領域では、コントローラ70はパティキュレートの燃焼によるDPF21の再生を行なう代わりに、NO2をDPF21に供給し、パティキュレートの主成分である炭素(C)に次式(1)の化学反応を生起することで、パティキュレートをDPF21から除去する。
Therefore, in this low load low rotation region, the
2NO2+C→2NO+CO2 (1) 2NO 2 + C → 2NO + CO 2 (1)
前述のように、パティキュレートを燃焼させるは450℃の高温が必要であるが、上記の反応は200℃程度で開始される。 As described above, high temperature of 450 ° C. is necessary for burning particulates, but the above reaction is started at about 200 ° C.
DPF21に供給するNO2は、上流の酸化触媒22において次式(2)の触媒反応により排気中のNOをNO2にすることで得られる。
The NO 2 supplied to the
2NO+O2→2NO2 (2) 2NO + O 2 → 2NO 2 (2)
コントローラ70は酸化触媒22における式(2)の化学反応を促進するために、酸化触媒22のベッド温度を上昇させて、酸化触媒22を活性化する。そのために、コントローラ70は、可変ノズル24、EGR弁31、及びバイパス弁38の開度制御を通じて、燃焼室6に供給される混合気の空気過剰率λと、排気還流(EGR)率と、還流排気の温度(EGR温度)とを制御する。
The
酸化触媒22はベッド温度が200℃程度に達すれば活性化し、空気過剰率λの上昇により強化された空気過剰雰囲気のもとでNOからNO2を生成する。
The
図3を参照して、以上の制御を実現するために、コントローラ70が実行するDPF再生ルーチンを次に説明する。コントローラ70はこのルーチンを内燃機関1の運転中に一定の時間間隔、すなわち例えば10ミリ秒ごとに実行する。
With reference to FIG. 3, the DPF regeneration routine executed by the
ステップS1でコントローラ70は、DPF21の再生要求が存在するかどうかを判定する。DPF21の再生要求は、DPF21のパティキュレート堆積量か所定量を上回ることで発せられる。DPF21のパティキュレート堆積量は、差圧センサ63が検出するDPF21の上下流の差圧から推定する。
In step S1, the
DPF21の再生要求が存在しない場合には、コントローラ70は何もせずにルーチンを終了する。
If there is no request for regeneration of the
DPF21の再生要求が存在する場合には、コントローラ70はステップS2で、DPF21のベッド温度、内燃機関1の負荷と回転速度、及び酸化触媒22のベッド温度を読み込む。
If there is a regeneration request for the
ここで、DPF21のベッド温度は温度センサ64により検出される。酸化触媒22のベッド温度は温度センサ65により検出される。内燃機関1の負荷はアクセルペダル踏み込み量センサ61が検出するアクセルペダルの踏み込み量Accとして表される。内燃機関1の回転速度はクランク角センサ60により検出される。
Here, the bed temperature of the
ステップS3で、コントローラ70は内燃機関1の運転状態がパティキュレートの燃焼によるDPF21の再生に適しているかどうかを判定する。具体的には、コントローラ70は、内燃機関の負荷と回転速度に基づき、図2に示す特性の予めROMに格納された運転領域マップを検索して、内燃機関1の運転状態が、前述の高負荷領域、低負荷高回転領域、低負荷低回転領域のいずれにあるかを判定する。
In step S3, the
判定の結果、内燃機関1の運転状態が低負荷低回転領域にある場合には、内燃機関1の運転状態がパティキュレート燃焼によるDPF21の再生に適さない領域である。一方、内燃機関1の運転状態が他の領域にある場合には、内燃機関1の運転状態がパティキュレート燃焼によるDPF21の再生に適した領域である。
As a result of the determination, when the operating state of the internal combustion engine 1 is in the low load and low rotation region, the operating state of the internal combustion engine 1 is a region that is not suitable for regeneration of the
コントローラ70はステップS3の判定結果に基づき、内燃機関1の運転状態がパティキュレートの燃焼によるDPF21の再生に適している場合には、ステップS6でDPF21の通常の強制昇温操作を行なう。すなわち、燃料噴射弁40にポスト噴射を実行させるとともに、燃料噴射弁40のメイン噴射タイミングを遅角操作する。また、必要に応じて吸気スロットル32を開いて吸入空気量を増やす。これらの操作は公知のDPF再生操作である。ステップS6の処理の後、コントローラ70はルーチンを終了する。
If the operating state of the internal combustion engine 1 is suitable for regeneration of the
一方、内燃機関1の運転状態がパティキュレートの燃焼によるDPF21の再生に適していない場合には、ステップS4の処理を行なう。
On the other hand, if the operating state of the internal combustion engine 1 is not suitable for regeneration of the
ステッS4でコントローラ70は燃料噴射弁40の燃料噴射制御及び吸気スロットル32の開度制御による強制的なDPF21の昇温操作を禁止する。そして、次のステップS5で、コントローラ70は図4に示すNO2によるDPF再生サブルーチンを実行することで、NO2を用いたDPF21の再生を行なう。
In step S <b> 4, the
図4を参照すると、ステップS21でコントローラ70は、ステップS1で読み込んだ酸化触媒22のベッド温度、DPF21のベッド温度、及び内燃機関1の負荷と回転速度に加えて、空気過剰率λ、EGR率、排気温度をそれぞれ読み込む。空気過剰率λは排気通路20に設けた空燃比センサ66により検出される。EGR率は還流排気量と吸入新気量との比であり、吸入新気量はエアフローメータ67で、還流排気量は流量センサ68でそれぞれ検出される。排気温度は温度センサ62により検出される。
Referring to FIG. 4, in step S21, the
ステップS22でコントローラ70は空気過剰率λが所定値以上かどうかを判定する。
In step S22, the
空気過剰率λが所定値以上の場合にはコントローラ70はステップS24の処理を行なう。空気過剰率λが所定値以上でない場合は、コントローラ70はステップS23で空気過剰率λの増加処理を行なう、すなわち、EGR弁38を閉じ、可変ノズル24の開度を減じる。この操作により、EGRが停止し、可変ノズル24によって加速された排気流に駆動されるターボ過給器50の排気タービンにより、コンプレッサが吸気通路10の吸気を過給する。
If the excess air ratio λ is equal to or greater than the predetermined value, the
その結果、コンプレッサに過給された空気のみが内燃機関1の燃焼室6に吸入される。この操作により、空気過剰率λが増加し、燃焼室6における混合気燃焼によるパティキュレートの生成が抑制されるとともに、混合気の燃焼によりNOxが発生しやすい環境となる。
As a result, only the air supercharged by the compressor is sucked into the
発明者らの研究によれば、還流排気温度と空気過剰率λに対して、EGR率、スモーク発生量、及びNOx発生量は図5に示すように変化する。すなわち、ステップS23の処理の結果、空気過剰率λが増加すると、NOxの生成量が増加する。 According to the studies by the inventors, the EGR rate, the amount of smoke generated, and the amount of NOx generated change as shown in FIG. 5 with respect to the reflux exhaust temperature and the excess air ratio λ. That is, as a result of the processing in step S23, when the excess air ratio λ increases, the amount of NOx generated increases.
ステップS23の処理の後、コントローラ70はステップS24の処理を行なう。
After the process of step S23, the
ステップS24で、コントローラ70はNOx濃度センサ69が検出するNOx濃度が所定濃度以上かどうかを判定する。なお、DPF21の再生に用いるNO2はNOxの一部であってすべてではないが、NOx濃度が高いことはNO2の濃度も高いことを意味する。
In step S24, the
NOx濃度が所定濃度以上の場合には、コントローラ70はステップS26の処理を行なう。NOx濃度が所定濃度以上でない場合には、コントローラ70はステップS25で、NOx排出制御を次のように行なう。すなわち、バイパス弁38を開くとともに、EGR弁31を小開度とする。これにより、EGR率が低下する。また、還流排気温度が上昇する。
If the NOx concentration is equal to or higher than the predetermined concentration, the
図5を参照すると、EGR率の低は空気過剰率λの上昇をもたらし、空気過剰率λの上昇と還流排気温度の上昇が内燃機関1によるNOxの生成量を増加させる。 Referring to FIG. 5, a low EGR rate causes an increase in the excess air ratio λ, and an increase in the excess air ratio λ and an increase in the recirculation exhaust temperature increase the amount of NOx produced by the internal combustion engine 1.
ステップS25の処理の後、コントローラ70はステップS26の処理を行なう。
After the process of step S25, the
ステップS26でコントローラ70は、DPF21のベッド温度と、酸化触媒22のベッド温度がそれぞれ所定温度以上かどうかを判定する。酸化触媒22のベッド温度が所定温度以上の場合には、酸化触媒22は活性化し、NOの酸化を促進して排気中のNO2を増やす。また、DPF21のベッド温度が所定温度以上になると、DPF21に堆積したパティキュレートは酸化触媒22において生成されたNO2により前述の式(1)と(2)の酸化反応を起し、DPF21から除去される。コントローラ70はしたがって、ステップS26の条件が成立する場合には、ルーチンを終了する。
In step S26, the
ステップS26の判定が否定的な場合、すなわちDPF21のベッド温度と、酸化触媒22のベッド温度のいずれかまたは両方が所定温度以上でない場合には、コントローラ70は排気温度制御を次のように行なう。
すなわち、ステップS25の処理と同様にバイパス弁38を開く一方、EGR弁31も開く。その結果、EGR量が増え高温の還流排気により燃焼室1から排出される排気の温度が上昇する。ステップS26の処理の後、コントローラ70はサブルーチンを終了する。
If the determination in step S26 is negative, that is, if either or both of the bed temperature of the
In other words, the
再び図3を参照すると、ステップS3で内燃機関1の運転状態がパティキュレートの燃焼によるDPF21の再生に適していないと判断された場合、すなわち、内燃機関1の負荷と回転速度が図1の低負荷低回転領域にあると判断された場合には、常にステップS4とS5の処理、すなわちパティキュレートを燃焼させるための昇温制御を禁止する一方で、NO2を用いたDPF21の再生制御が行なわれる。
Referring to FIG. 3 again, if it is determined in step S3 that the operating state of the internal combustion engine 1 is not suitable for regeneration of the
したがって、内燃機関1の低負荷かつ低回転領域、すなわち排気温度がパティキュレートの燃焼によるDPF21の再生に適していない低温時、においても、NO2を用いてDPF21を確実に再生することができる。また、この条件では、DPF21を無理に昇温させないので、エンジンオイルの希釈や、燃費の悪化を防ぐことができる。
Therefore, even when the internal combustion engine 1 is in a low load and low rotation region, that is, at a low temperature when the exhaust temperature is not suitable for regeneration of the
このようにして低温時におけるDPF21の再生が可能となるので、DPF21を再生可能な内燃機関1の運転領域を拡大することができる。その結果、内燃機関1が低負荷低回転領域での運転を継続する場合でも、DPF21へのパティキュレートの過剰な堆積を確実に防止することでできる。
Since the
また、低負荷低回転領域においては、図4のサブルーチンのもとで、空気過剰率λと、NO2濃度と、排気温度とを制御するので、燃焼室6における混合気の燃焼によるパティキュレートの発生を抑制しつつ、DPF21の再生に必要なNO2の酸化触媒22における生成と、NO2によるDPF21の再生に必要なDPF21のベッド温度の昇温操作とを、単一のサブルーチンの中で一度に実行可能である。
Further, in the low load and low rotation region, the excess air ratio λ, the NO 2 concentration, and the exhaust temperature are controlled under the subroutine of FIG. 4, so that the particulates due to the combustion of the air-fuel mixture in the
次に図6を参照してこの発明の第2の実施形態を説明する。この実施形態によるコントローラ70は、図3のDPF再生ルーチンに代えて図6に示すDPF再生ルーチンを実行する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
図6を参照すると、コントローラ70はステップS31で、ステップS1の処理と同様に、DPF21の再生要求が存在するかどうかを判定する。
Referring to FIG. 6, in step S31, the
DPF21の再生要求が存在しない場合には、コントローラ70は何もせずにルーチンを終了する。
If there is no request for regeneration of the
DPF21の再生要求が存在する場合には、コントローラ70はステップS32で、DPF21のベッド温度、及び内燃機関1の負荷と回転速度を読み込む。
If there is a regeneration request for the
ステップS33でコントローラ70は、DPF21のベッド温度が所定温度以下であり、かつ内燃機関1の負荷が所定負荷以下であり、かつ内燃機関1の回転速度が所定速度以下であるかどうかを判定する。ここで、所定負荷と所定速度は図2の低負荷低回転領域を判定するための値である。
In step S33, the
ステップS33の判定が否定的な場合には、コントローラ70は、ステップS40でステップS6と同様のDPF21の強制昇温操作を行なった後、ルーチンを終了する。
If the determination in step S33 is negative, the
ステップS33の判定が肯定的な場合には、コントローラ70はステップS34において、現在の運転条件におけるDPF21へのパティキュレート堆積速度を推定する。具体的には、空気過剰率λと内燃機関1の負荷及び回転速度をパラメータとする予めROMに格納されたマップを参照して、内燃機関1の単位時間当たりのパティキュレート排出量を計算する。このようにして計算した、単位時間当たりのパティキュレート排出量を、NO2を用いたDPF21の再生制御を行なわない場合の、DPF21へのパティキュレート堆積速度と見なす。
If the determination in step S33 is affirmative, in step S34, the
ステップS35で、コントローラ70はNO2を用いたDPF21の再生制御を行なった場合のDPF21へのパティキュレート流入速度を推定する。具体的には、NO2を用いたDPF21の再生制御のもとでの空気過剰率λと内燃機関1の負荷及び回転速度に基づき、ステップS34で参照したマップを検索し、内燃機関1の単位時間当たりのパティキュレート排出量を計算する。その上で、単位時間当たりのパティキュレート排出量をDPF21へのパティキュレート流入速度と見なす。DPF21の再生制御の手法については第1の実施例で説明した通りであり、DPF21の再生制御のもとでの空気過剰率λの変化は既知である。
In step S35, the
ステップS36で、コントローラ70はDPF21のベッド温度に基づき、NO2を用いたDPF21の再生制御を行なった場合のDPF21の再生速度を推定する。ここで再生速度とは単位時間当たりのパティキュレートの減少量を意味する。
In step S36, the
ステップS37で、コントローラ70はステップS34で推定したDPF21へのパティキュレート流入速度からステップS35で推定したDPF21の再生速度を差し引くことで、NO2を用いたDPF21の再生制御のもとでのDPF21へのパティキュレート堆積速度を計算する。
In step S37, the
ステップS38で、コントローラ70はステップS34で推定したDPF21の再生制御を行わない場合のDPF21へのパティキュレート堆積速度と、ステップS37で計算したDPF21の再生制御のもとでのDPF21へのパティキュレート堆積速度とを比較する。
In step S38, the
前者が後者より大きい場合には、NO2を用いたDPF21の再生制御が効果的であることを意味する。この場合には、コントローラ70はステップS39で、図3のステップS5と同様に、図4に示すNO2によるDPF再生サブルーチンを実行することで、NO2を用いたDPF21の再生を行なう。
When the former is larger than the latter, it means that regeneration control of the
一方、前者が後者より大きくない場合には、NO2を用いたDPF21の再生制御が効果的でないことを意味する。この場合には、コントローラ70は、NO2を用いたDPF21の再生を行なわずにルーチンを終了する。
On the other hand, when the former is not larger than the latter, it means that the regeneration control of the
この実施形態によれば、図2に示される内燃機関1の低負荷低回転領域において、NO2を用いたDPF21の再生に先立ち、NO2を用いたDPF21の再生が効果的かどうかをあらかじめ判定するので、DPF21の再生をより確実に行なうことができる。
According to this embodiment, prior to the regeneration of the
図7を参照してこの発明の第3の実施形態を説明する。この実施形態によるコントローラ70は図3のDPF再生ルーチンに代えて図7に示すDPF再生ルーチンを実行する。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
図7を参照すると、ステップS41でコントローラ70は、図3のステップS1の処理と同様に、DPF21の再生要求が存在するかどうかを判定する。
Referring to FIG. 7, in step S41, the
DPF21の再生要求が存在しない場合には、コントローラ70は何もせずにルーチンを終了する。
If there is no request for regeneration of the
DPF21の再生要求が存在する場合には、コントローラ70はステップS42で、図6のステップS32と同様に、DPF21のベッド温度、及び内燃機関1の負荷と回転速度を読み込み、ステップS43で、図6のステップS33と同様に、DPF21のベッド温度が所定温度以下であり、かつ内燃機関1の負荷が所定負荷以下であり、かつ内燃機関1の回転速度が所定速度以下であるかどうかを判定する。
If there is a regeneration request for the
ステップS43の判定が肯定的な場合には、コントローラ70は図6のステップS34−S38と同様に、ステップS47−S51の処理を行なう。ステップS51においてDPF21の再生制御を行わない場合のDPF21へのパティキュレート堆積速度が、DPF21の再生制御のもとでのDPF21へのパティキュレート堆積速度を上回る場合には、ステップS52で図6のステップS39と同様に、図4に示すNO2によるDPF再生サブルーチンを実行することで、NO2を用いたDPF21の再生を行なう。ステップS52の処理の後、コントローラ70はルーチンを終了する。
If the determination in step S43 is affirmative, the
ステップS51においてDPF21の再生制御を行わない場合のDPF21へのパティキュレート堆積速度が、DPF21の再生制御のもとでのDPF21へのパティキュレート堆積速度を上回らない場合には、コントローラ70はDPF21の再生を行なわずにルーチンを終了する。
If the particulate deposition rate on the
一方、ステップS43の判定が否定的な場合には、コントローラ70はステップS44においてエンジンオイルの希釈度を検出する。エンジンオイルの希釈度はコントローラ70が次の方法で検出する。すなわち、燃料噴射弁40が実行するポスト噴射量とポストン噴射を実行する期間とに基づき、あらかじめROMに格納された希釈度マップを参照して希釈度を求める。希釈度マップは、ポストン噴射量が大きく、ポスト噴射の実行期間が長いほど希釈度が大きくなるように設定される。ポスト噴射量とポスト噴射の実行期間はいずれも燃料噴射弁40の燃料噴射制御のためにコントローラ70が決定するので、コントローラ70にとっては既知の値である。
On the other hand, if the determination in step S43 is negative, the
ステップS45で、コントローラ70はエンジンオイルの希釈度が所定の希釈度以上かどうかを判定する。エンジンオイルの希釈度が所定の希釈度以上でない場合には、パティキュレートの燃焼によるDPF21の再生の支障にならないと見なされる。この場合には、コントローラ70は、図3のステップS6と同様のDPF21の強制昇温操作を行なった後、ルーチンを終了する。
In step S45, the
一方、エンジンオイルの希釈度が所定の希釈度以上の場合は、ステップS43の判定が否定的であっても、DPF21の強制昇温操作を行なわずに、ステップS47以降の処理を行なう。エンジンオイルの希釈度が高い場合に、ポスト噴射やメイン噴射の遅角化を含むDPF21の強制昇温操作を行なうと、エンジンオイルを一層希釈することになり、エンジンオイルの潤滑効果が失われる可能性があるからである。
On the other hand, if the dilution of the engine oil is equal to or greater than the predetermined dilution, the process after step S47 is performed without performing the forced temperature increase operation of the
この実施形態では、そのような場合には、DPF21の強制昇温操作を行なわず、必要に応じてNO2を用いたDPF21の再生制御を行なうことで、エンジンオイルの希釈を防ぎつつ、DPF21の再生を行なうことができる。
In this embodiment, in such a case, the
以上の各実施例において、吸気スロットル32と燃料噴射弁40が排気温度上昇手段を構成し、コントローラ70のステップS6,S40,及びS46が排気温度上昇手段を作動させる手段を構成する。酸化触媒22が二酸化窒素生成手段を構成し、吸気スロットル32と可変ノズル24が空気過剰率制御手段を構成し、排気還流弁31とバイパス弁38が排気還流制御手段を構成し、コントローラ70のステップS5,S39,及びS50が二酸化窒素生成手段を作動させる手段を構成する。差圧センサ63とコントローラ70のステップS1,S31,及びS41が堆積量判定手段を構成する。アクセルペダル踏み込み量センサ61とクランク角センサ60とコントローラ70のステップS3,S33,及びS43が運転領域判定手段を構成する。コントローラ70のステップS43がエンジンオイルの希釈度判定手段を構成する。コントローラ70のステップS34とS47が第1の計算手段を構成する。コントローラ70のステップS35−S37とステップS48−S50が第2の計算手段を構成する。
In each of the above embodiments, the
以上、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。 As mentioned above, although this invention has been demonstrated through some specific embodiment, this invention is not limited to each said embodiment. Those skilled in the art can make various modifications or changes to these embodiments within the scope of the claims.
1 内燃機関
10 吸気通路
20 排気通路
21 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
22 酸化触媒
24 可変ノズル
31 EGR弁
32 吸気スロットル
34 EGRクーラ
37 バイパス通路
38 バイパス弁
40 燃料噴射弁
50 ターボ過給器
60 クランク角センサ
61 アクセルペダル踏み込み量センサ
62 温度センサ
63 差圧センサ
64 温度センサ
65 温度センサ
66 空燃比センサ
67 エアフローメータ
68 流量センサ
69 NOx濃度センサ
70 コントローラ
1 Internal combustion engine 10
22
Claims (5)
排気に含まれるパティキュレートをトラップするディーゼルパティキュレートフィルタと、
排気温度を上昇させる排気温度上昇手段と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に設けられ、二酸化窒素が排気に含まれるように二酸化窒素を生成する二酸化窒素生成手段と、
ディーゼル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が所定量に達したかどうかを判定する堆積量判定手段と、
パティキュレートの堆積量が所定量に達した場合に、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にあるかどうかを判定する運転領域判定手段と、
パティキュレートのトラップ量が所定量に達しており、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にある場合に、排気温度上昇手段を作動させる手段と、
パティキュレートのトラップ量が所定量に達しており、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にない場合に、二酸化窒素生成手段を作動させる手段と、
内燃機関を潤滑するエンジンオイルの燃料による希釈度を判定する希釈度判定手段と、
を備え、
前記運転領域判定手段は、内燃機関の負荷が所定負荷以下かつ内燃機関の回転速度が所定回転速度以下の低負荷低回転領域、及びエンジンオイルの希釈度が所定レベル以上の場合には、内燃機関の運転状態が燃焼によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生に適した運転領域にないと判定するように構成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine for purifying exhaust gas from the internal combustion engine,
A diesel particulate filter that traps particulates contained in the exhaust;
Exhaust temperature raising means for raising the exhaust temperature;
Nitrogen dioxide generating means provided upstream of the diesel particulate filter and generating nitrogen dioxide so that nitrogen dioxide is contained in the exhaust,
A deposition amount judging means for judging whether or not a particulate deposition amount on the diesel particulate filter has reached a predetermined amount;
An operation region determination means for determining whether or not the operation state of the internal combustion engine is in an operation region suitable for regeneration of the diesel particulate filter by combustion when the amount of accumulated particulates reaches a predetermined amount;
Means for operating the exhaust gas temperature raising means when the particulate trap amount reaches a predetermined amount and the operating state of the internal combustion engine is in an operating region suitable for regeneration of the diesel particulate filter by combustion;
Means for operating the nitrogen dioxide generating means when the trapped amount of the particulate has reached a predetermined amount and the operating state of the internal combustion engine is not in an operating region suitable for regeneration of the diesel particulate filter by combustion;
Dilution determination means for determining dilution of engine oil for lubricating an internal combustion engine;
With
The operating region determining means is a low load low rotation region where the load of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined load and the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed, and An exhaust purification device for an internal combustion engine, characterized in that it is determined that the operating state of the engine is not in an operating region suitable for regeneration of a diesel particulate filter by combustion.
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