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JP4306338B2 - Method for regenerating particulate filter of internal combustion engine - Google Patents

Method for regenerating particulate filter of internal combustion engine Download PDF

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JP4306338B2
JP4306338B2 JP2003182569A JP2003182569A JP4306338B2 JP 4306338 B2 JP4306338 B2 JP 4306338B2 JP 2003182569 A JP2003182569 A JP 2003182569A JP 2003182569 A JP2003182569 A JP 2003182569A JP 4306338 B2 JP4306338 B2 JP 4306338B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出されるパティキュレート用のフィルタの再生方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
酸化触媒を担持した内燃機関用のパティキュレートフィルタの再生方法として、内燃機関の膨張行程の終期に燃焼室へ燃料を噴射(ポスト噴射)して排気通路内に燃焼を生じさせ、その燃焼熱でパティキュレート(粒子状物質)を自己着火させる方法が知られている(特許文献1参照)。その他に本発明に関連する先行技術文献として、特許文献2〜4がある。
【0003】
【特許文献1】
特開平04−47115号公報
【特許文献2】
特開平11−262631号公報
【特許文献3】
特開平11−262632号公報
【特許文献4】
特開2001−336414号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の技術では、再生の開始から終了までポスト噴射によってパティキュレートフィルタを昇温しているので、再生時の燃料の消費量が多い。
【0005】
そこで、本発明は、パティキュレートフィルタの再生時における燃料の消費量を減少させることができるフィルタの再生方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1のパティキュレートフィルタの再生方法は、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタ内又はその近傍に所定の吸収温度域でCOを吸収するCO吸収材を配置し、前記パティキュレートフィルタに捕集したパティキュレートを除去する必要が生じた場合に、前記CO吸収材の温度を前記吸収温度域まで昇温し、該吸収温度域における前記CO吸収材のCOの吸収に伴って生じる熱を前記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の酸化に利用することにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
【0007】
この発明によれば、パティキュレートの酸化で発生するCOをCO吸収材が吸収することによりCO吸収材が発熱し、その熱によりパティキュレートの酸化が促進されてCOが発生し、これがCO吸収材に吸収されるというサイクルが実現される。これにより、パティキュレートの酸化に必要な熱量の少なくとも一部をCO吸収材の熱でまかなうことができ、パティキュレートフィルタ再生時の燃料の消費量を減少させることができる。
【0008】
なお、CO吸収材の位置は、COの吸収により生じた熱をパティキュレートの酸化に利用できる限り、特に制限はない。例えば、パティキュレートフィルタに担持させてもよいし、パティキュレートフィルタの上流側又は下流側に配置してもよい。
【0009】
本発明の第1のパティキュレートフィルタの再生方法において、前記CO吸収材として、前記吸収温度域でCOを吸収するとともに、その吸収したCOを所定の放出温度域で放出するCO吸収放出材を配置し、前記COの吸収に伴って生じる熱を前記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の酸化に利用した後、前記CO吸収放出材の温度を前記放出温度域に調整してもよい(請求項2)。この場合、CO吸収材を放出温度域に保持することにより、パティキュレートフィルタの再生中に蓄えたCOを放出させ、次回の再生時におけるCOの吸収に備えることができる。
【0010】
本発明の第2のパティキュレートフィルタの再生方法は、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタ内又はその近傍に所定の吸収温度域でCOを吸収するCO吸収材を配置し、前記パティキュレートフィルタに捕集したパティキュレートを除去する必要が生じた場合に、前記CO吸収材の温度を前記吸収温度域まで昇温するとともに、前記CO吸収材に流入する排気ガスのCOの濃度を上げ、その後、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスのCOの濃度を下げることにより、上述した課題を解決する(請求項3)。
【0011】
この発明によれば、本発明の第1の再生方法と同様に、パティキュレートの酸化で発生するCOをCO吸収材が吸収することによりCO吸収材が発熱し、その熱によりパティキュレートの酸化が促進されてCOが発生し、これがCO吸収材に吸収されるというサイクルが実現されるから、パティキュレートフィルタ再生時の燃料の消費量を減少させることができる。しかも、昇温時にはCOの濃度を上げてCOの吸収によりCO吸収材が発熱しやすい雰囲気とするから、上述したサイクルが早期に開始されやすい。また、昇温後はパテイュキュレートフィルタに流入する排気ガスのCOの濃度を下げることによりパティキュレートの酸化が促進され、その酸化に伴ってCOが発生するから、上述したサイクルが効率的に繰り返される。
【0012】
本発明の第2のパティキュレートフィルタの再生方法において、前記パティキュレートフィルタ及び前記CO吸収材の上流側の前記排気通路で燃料を燃焼させることにより、前記CO吸収材の温度を前記吸収温度域まで昇温するとともに、前記CO吸収材に流入する排気ガスのCOの濃度を上げてもよい(請求項4)。この場合、内燃機関の膨張行程の終期に燃焼室に燃料を噴射(いわゆるポスト噴射)する操作や、排気通路に還元剤を添加する操作等のCO吸収材の上流側の排気通路で燃料を燃焼させる操作だけで、CO吸収材の昇温と排気ガスのCO濃度の上昇とを実現できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図1は、本発明を内燃機関としてのディーゼルエンジン1に適用した一実施形態を示している。エンジン1のシリンダ2には吸気通路3及び排気通路4が接続され、吸気通路3には吸気濾過用のエアフィルタ5、排気エネルギを利用して吸気圧を高める過給機6のコンプレッサ6a、吸気量調節用の絞り弁7が、排気通路4には過給機6のタービン6bがそれぞれ設けられている。エンジン1の排気浄化装置19には、排気通路4のタービン6bよりも下流側に配置され、パティキュレートフィルタ8を内蔵したケーシング9、フィルタ8の温度を検出する温度センサ10がそれぞれ設けられている。また、各シリンダ2には、シリンダ2内に燃料を噴射するインジェクタ11がそれぞれに設けられ、各インジェクタ11は加圧された燃料を蓄えるコモンレール12に接続されている。
【0014】
エンジン1の運転状態はエンジンコントロールユニット(ECU)13により制御される。ECU13はマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するROM、RAM等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成される。ECU13は、各種センサからの出力信号を参照して、インジェクタ11からの燃料噴射量等を調整することにより、エンジン1の運転状態を制御する。なお、この他エンジン1には、EGRクーラ14やEGRバルブ15が設けられている。
【0015】
図2(a)及び図2(b)に示すように、フィルタ8は、多数のセル(貫通孔)21…21を有するハニカム状に形成されている。セル21…21はそれぞれ、両端のうち一方においてプラグ22で栓詰めがされている。プラグ22は、入口端21aにおいて栓詰めされているセル21と、出口端21bにおいて栓詰されているセル21が交互に配列されるように設けられている。互いに隣り合うセル21、21間の隔壁23には、排気ガスは通過できるがパティキュレート(PM)は通過できない程度の微細な孔(不図示)が多数形成されている。また、隔壁23には酸化触媒として白金(Pt)が担持されている。
【0016】
なお、フィルタ8の外壁20及び隔壁23には適宜な材料を利用することができる。例えば、セラミックを利用してよい。その他、アルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、コーディエライト、層状酸化物を利用してもよい。
【0017】
フィルタ8は更に、吸収温度域ではCOを吸収し、吸収温度域より高温の放出温度域ではCOを放出するCO吸収放出材を隔壁23に担持している。CO吸収放出材として、リチウムの複合酸化物、例えばリチウムシリケート(LiSiO)を利用してよい。リチウムシリケートの吸収温度域は450〜550°Cであり、この温度域にはフィルタ8に捕集されたPMが酸化する温度が含まれている。
【0018】
CO吸収放出材は、図3(a)に示すように、COの吸収反応に伴って発熱反応をおこす。図3(b)、図3(c)に示すように、CO吸収放出材のCOの吸収速度及び熱放出速度は、CO吸収放出材の温度がa°C〜b°C〜c°Cと変化するに従って変化し、温度a°C〜b°Cにおいて最も吸収速度及び熱放出速度が大きくなる。温度a、bはCO吸収放出材の材質により異なるが、例えばリチウムシリケートでは、a=500°C、b=550°Cである。
【0019】
以上の構成を有するエンジン1の動作について説明する。図4は、ECU13が実行する再生制御ルーチンの手順を示すフローチャートである。この処理は、エンジン1の運転開始後、所定の周期で繰り返し実行される。
【0020】
まず、ECU13は、フィルタ8を再生する必要が生じたか否かを判定する(ステップS1)。この判定は、公知の種々の判定方法を用いてよい。例えば、燃料の噴射量の積算値からPMの堆積量を推定し、その推定した堆積量が所定のレベルに達したか否かにより判定する。本実施形態では、後述する時間ΔTに基づく劣化判定(ステップS7)を正確に行なうために、フィルタ8の再生開始時点におけるフィルタ8のPMの堆積量が常に一定値になるように再生開始の条件を設定する。また、同様にΔTに基づく劣化判定を正確に行なうために再生開始時にはCO吸収放出材のCO吸収量は常に一定値とされる(ステップS11参照)。ECU13は、ステップS1でフィルタ8を再生する必要がないと判定した場合は、ルーチンを終える。
【0021】
フィルタ8を再生する必要があると判定した場合は、フィルタ8を昇温する操作を実行する(ステップS2)。フィルタ8の昇温には種々の方法を利用してよいが、例えば、エンジン1の膨張行程の終期においてインジェクター11から燃料を噴射(ポスト噴射)するように、インジェクター11からの燃料噴射量の制御を実行する。ポスト噴射により、未燃燃料が排気通路4にて燃焼し、図5(b)のphase1において実線L3で示すように、フィルタ8の温度は上昇する。フィルタ8の温度がCO吸収放出材の吸収温度域に到達すると、COの吸収に伴って生じる熱によりフィルタ8の温度は更に上昇する。また、未燃燃料が燃焼することにより、フィルタ8に流入する排気ガスは、ポスト噴射を行なわない場合に比較してCO濃度が高くなるとともに、O濃度が低くなる。
【0022】
ステップS3では、フィルタを再生できる状態までフィルタ8の昇温が完了したか否かを判定する。例えば、図5(b)に示す目標温度d°Cまでフィルタ8の温度が上昇したか否かを判定する。目標温度d°Cはフィルタ8に担持されたCO吸収放出材の吸収温度域内で、かつ、フィルタ8に捕集されたPMを酸化できる温度域内で適宜に設定してよい。例えば、COの吸収反応(発熱反応)が最も激しくなるa°C〜b°C(図3(b)、図3(c)参照)内で設定してよい。また、フィルタ8の温度は、本実施形態のように温度センサ10により直接検出してもよいし、ポスト噴射を実行した頻度等のフィルタ8の温度に相関するパラメータから推定してもよい。フィルタ8の温度が目標温度d°Cに達していないと判定した場合は、ステップS2に戻り昇温操作を継続する。
【0023】
目標温度d°Cに到達したと判定した場合は、昇温操作を停止して以降のステップに進む。この時点は、図5(a)及び図5(b)のphase1が終了し、phase2が開始される時刻t1に相当する。図5(a)に示すように、phase2では、ポスト噴射が停止されることにより、フィルタ8に流入する排気ガスのCO濃度が低下してPMの酸化反応が活性化され、その酸化により発生したCOは発生する傍からCO吸収放出材に吸収されるため、酸化雰囲気が維持されてPMの酸化が連続して生じる。また、図5(b)に示すように、PMの酸化による発熱及びCO吸収放出材のCOの吸収による発熱により、昇温操作を停止したphase2においてもフィルタ8の温度はPMが酸化される温度に維持され、PMの酸化が進行する。なお、phase2においてPMの酸化が進行し、PMの残存量が微量になる、CO吸収放出材のCOの吸収量が限界値付近に達する等の理由により、PMの酸化が終了すると、フィルタ8の温度は低下する。
【0024】
ECU13は、ステップS4にて時刻t1からの経過時間ΔTの測定を開始する。ステップS5では、ΔTの測定終了条件が満たされたか否かを判定し、満たされたと判定した場合は、ΔTの測定を終了する(ステップS6)。ΔTの測定終了条件は適宜に設定してよいが、本実施形態ではフィルタ8の温度が図5(b)に示すクライテリア床温まで低下したか否かにより判定する。クライテリア床温は、例えばPMを酸化できる温度の下限値を設定してよい。
【0025】
CO吸収放出材が劣化すると、図5(b)に点線L4で示すように、劣化していない場合(実線L3)に比較してΔTは短くなる。ECU13は、ΔTが所定の閾値よりも小さいか否か判定し(ステップS7)、小さいと判定した場合はフィルタ8が劣化したことを示す劣化フラグをたてる(ステップS8)。ΔTが所定の閾値よりも小さくないと判定した場合は、ステップS8をスキップする。
【0026】
その後、ECU13は、CO吸収放出材の吸収したCOの放出を開始する条件が満たされたか否かを判定し(ステップS9)、満たされたと判定するまで待機する。この条件は適宜に設定してよく、例えばステップS6から一定時間が経過したことを条件としてもよい。放出開始条件が満たされたと判定した場合は、フィルタ8の温度を放出温度域まで上昇、維持する操作(ステップS10)を、ステップS11にてCO吸収放出材のCOの放出完了条件が満たされたと判定されるまで繰り返し実行し、ルーチンを終える。放出完了条件として、例えば放出開始から所定の時間が経過したか否かを設定してよい。なお、フィルタ8の再生開始時におけるCO吸収放出材のCOの吸収量を常に一定とし、ΔTに基づく劣化判定を正確に行なえるように、ステップS11では、COが十分に放出されるように条件設定することが望ましい。
【0027】
ECU13は、再度再生制御ルーチンを実行する際や、フィルタ8が劣化したことをユーザに警告するルーチン等の各種のルーチンを実行する際に、ステップS8でたてた劣化フラグを適宜参照して利用する。例えば、再生制御ルーチンのステップS1において、劣化フラグが立っている場合には、フィルタ8の再生を繰り返す時間間隔が短くなるように再生開始条件を変更してもよい。ステップS3において、劣化フラグが立っている場合には、目標温度を高く設定したり、フィルタ8の温度が目標温度に達してから所定時間が経過した後に昇温操作を停止するようにして、ポスト噴射により与える熱量を増加させてもよい。また、ΔTの長さから劣化度を特定し、その劣化度に応じて再生を繰り返す時間間隔や目標温度を変化させるようにしてもよい。なお、本実施形態において、温度センサ10に代えて、フィルタ8の下流側の排気ガス温度を検出する温度センサを設けてもよい。
【0028】
(第2の実施形態)
図6(a)に本発明の第2の実施形態を示す。但し、本実施形態において、第1の実施形態との共通部分には同一の参照符号を使用し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態においても図1と同様にエンジン1の排気通路4にフィルタ8が設けられている。本実施形態ではフィルタ8の下流側に排気ガスのCO濃度を検出するCOセンサ30が設けられる一方で、温度センサ10は省略されている。
【0029】
本実施形態においても図4の再生制御ルーチンと同様のルーチンがECU13により実行されるが、本実施形態では、COセンサ30の検出するCO濃度に基づいてフィルタ8の劣化を判定する。図6(b)に実線L10で示すように、phase1からphase2に移る時刻t1付近では、CO吸収放出材によるCOの吸収及びポスト噴射の停止により、フィルタ8の下流側のCO濃度は一旦低くなる。その後、PMの酸化によりCO濃度は高くなり、PMの酸化が進行している間CO濃度は高く維持される。その後、PMの酸化が終了するとCO濃度は低くなる。CO吸収放出材が劣化すると、CO吸収放出材のCOの吸収反応、発熱反応が弱まり、点線L11で示すようにCO濃度が高く維持される時間は短くなる。
【0030】
ECU13は、phase2においてCO濃度がクライテリア濃度よりも低い値からクライテリア濃度よりも高くなる時刻t3から、再度クライテリア濃度よりも低くなる時間t4までの期間をΔTとして測定し、ΔTが所定の閾値よりも短い場合に、フィルタ8が劣化したと判定する。このような劣化判定を実現するためには、ECU13は、図4の再生制御ルーチンのステップS3とステップS4との間において、COセンサ30の検出したCO濃度がクライテリア濃度よりも一旦低くなってから再度クライテリア濃度よりも高くなったか否かを判定し、判定が肯定された場合にステップS4に進むステップを実行すればよい。また、ステップS5においてCOセンサ30の検出したCO濃度がクライテリア濃度よりも低くなったときに、ΔTの測定終了条件が満たされたと判定すればよい。なお、本実施形態において、第1の実施形態と同様に、時刻t1からΔTの測定を開始してもよい。
【0031】
(第3の実施形態)
図7(a)に本発明の第3の実施形態を示す。但し、本実施形態において、第1の実施形態との共通部分には同一の参照符号を使用し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態においても図1と同様にエンジン1の排気通路4にフィルタ8が設けられている。本実施形態ではフィルタ8の上流側と下流側との差圧を検出する圧力検出センサ35が設けられる一方で、温度センサ10は省略されている。
【0032】
本実施形態においても図4の再生制御ルーチンと同様のルーチンがECU13により実行されるが、本実施形態では、圧力検出センサ35の検出する差圧に基づいてフィルタ8の劣化を判定する。図7(b)は、劣化していない場合の差圧の変化を実線L15で、劣化した場合の差圧の変化を実線L16で示している。図7(b)に示すように、時刻t1でポスト噴射を停止し、PMの酸化が始まると、PMの酸化に伴ってフィルタ8の上流側と下流側との差圧は減少する。フィルタ8が劣化すると、CO吸収放出材のCOの吸収反応、発熱反応が弱まり、差圧がクライテリア差圧になるまでの時間は、劣化してない場合に比較して長くなる。
【0033】
本実施形態では、時刻t1から圧力検出センサ35の検出した差圧がクライテリア差圧になるまでの時間をΔTとして測定し、ΔTが所定の閾値よりも長い場合にフィルタ8が劣化したと判定する。このような劣化判定を実現するためには、ECU13は、図4の再生制御ルーチンのステップS5において、圧力検出センサ35の検出した差圧がクライテリア差圧になったか否かにより、再生が所定の状態まで進行したか否かを判定し、ステップS6においては、ΔTが閾値よりも大きいか否かを判定すればよい。
【0034】
(第4の実施形態)
図8に本発明の第4の実施形態を示す。但し、本実施形態において、第1の実施形態との共通部分には同一の参照符号を使用し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態においても図1と同様にエンジン1の排気通路4にフィルタ8が設けられている。図8に示すように、本実施形態ではフィルタ8の下流側の排気ガス中の特定の物質の濃度を検出するガス濃度センサ40が設けられるとともに、フィルタ8の上流側と下流側との差圧を検出する圧力検出センサ35が設けられている。ガス濃度センサ40は、種々の物質の濃度を検出するものでよいが、例えば空燃比センサである。
【0035】
本実施形態においても、ECU13により図4の再生制御ルーチンが実行される。但し、本実施形態では、フィルタ8の劣化判定のために実行されるステップS4〜S8までのステップは省略される。また、ECU13は、図9に示す劣化判定ルーチンを実行する。このルーチンは、エンジン1の運転開始後、再生制御ルーチンと並行して、所定の周期で繰り返し実行される。
【0036】
ステップS20では、ECU13は、CO吸収放出材によりCOの吸収又は放出が行なわれる運転領域にエンジン1があるか否かを判定する。この判定は、例えば温度センサ10の検出する温度が吸収温度域又は放出温度域にあるか否かにより判定してよい。ステップS21では、圧力検出センサ35の検出した差圧に基づいて、フィルタ8のPMの堆積量を推定し、前回推定量との差からPMの燃焼量を推定する。ステップS22では、その推定したPMの燃焼量に基づいて、PMの燃焼によって生じた熱の熱量Q1を計算する。ステップS23では、温度センサ10の検出した温度の前回からの変化量に基づいて、フィルタ8の受熱量Q2を計算する。ステップS24では、CO吸収放出材のCOの吸収に伴って発生する熱の熱量Q4を下記の式により計算する。
【数1】
Q4=Q2−Q1+Q3
【0037】
上式において、Q3はフィルタ8から排気ガスやケーシング9の外部に放出される放熱量であり、排気ガス温度に相関するパラメータや温度センサ10の検出した温度等の種々のパラメータに基づいて適宜に推定してよい。なお、上式において、熱量Q4は、CO吸収放出材がCOを吸収して発熱している場合には正に、COを放出して吸熱している場合には負になる。
【0038】
ステップS25では、劣化判定ルーチンの1周期においてCO吸収放出材が発生すべき熱量として設定された閾値よりもCO熱量Q4が小さいか否かを判定する。閾値よりも小さいと判定した場合は劣化フラグをたてる(ステップS26)。小さくないと判定した場合は、ステップS26をスキップする。
【0039】
ステップS27では、熱量Q4に基づいて、CO吸収放出材のCOの吸収量又は放出量を推定する。ステップS28では、ステップS21にて推定したPMの燃焼量から算出されるPMの燃焼に伴うCOの発生量と、ステップS27で推定したCOの吸収量又は放出量とに基づいて、フィルタ8の上流側から下流側にかけての排気ガスのCO濃度の変化量を推定する。ステップS29では、推定したCO濃度の変化量に基づいて、ガス濃度検出センサ40の検出した特定の物質の濃度をフィルタ8の影響を除去するように補正する。
【0040】
なお、温度センサ10に代えてフィルタ8の下流側の排気ガス温度を検出する温度センサを設けてもよい。この場合、排気ガスの温度上昇から排気ガスが受けた熱量を推定し、その熱量からPMの燃焼により排気ガスが受けた熱量を差し引いて、CO吸収放出材の発熱により排気ガスが受けた熱量を計算し、CO吸収放出材の発熱量、CO吸収量を推定すればよい。また、排気ガスの温度からフィルタ8の温度を推定して上述のようにCO吸収放出材の発熱量、CO吸収量を推定してもよい。
【0041】
発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において、種々の形態で実施してよい。例えば、エンジン1はディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジンであってもよい。フィルタ8は、NOxを吸蔵還元する触媒を担持させたものであってもよい。
【0042】
昇温手段は、CO吸収材を昇温できるものであればその形態は問わない。例えば、フィルタ8の上流側の排気通路4に還元剤(燃料)を添加する添加装置を設け、添加した還元剤の燃焼熱を利用してフィルタ8を昇温してもよい。電熱ヒータ等の発熱装置をフィルタ8に隣接して設け、フィルタ8を昇温してもよい。
【0043】
フィルタ8の劣化は、PMの酸化反応の状態と相関性を有する種々のパラメータに基づいて、種々の方法により判定してよい。例えば、図10に示すように、フィルタ8の上流側及び下流側に排気ガスの温度を検出する温度センサ40、40をそれぞれ設けてもよい。この場合、PMの酸化反応が激しいほど下流側の温度は上流側の温度よりも高くなるから、例えば、フィルタ8の再生を開始してから所定時間経過したときの上流側と下流側との温度差の大小によりフィルタ8の劣化を判定してもよいし、フィルタ8の再生を開始してから上流側と下流側との温度差が所定値以下になるまでの時間に基づいてフィルタ8の劣化を判定してもよい。
【0044】
また、図11に示すように、所定の期間T2においてフィルタ8の再生が行なわれた頻度に基づいて、フィルタ8の劣化を判定してもよい。
【0045】
各種センサの検出する温度、CO濃度、差圧が所定の基準値になるまでの時間によりフィルタ8の劣化を判別する例を示したが、検出される物理量と経過時間との関係に基づいて種々の方法により劣化を判別してよい。例えば、第2の実施形態において、時刻t1からの所定期間内におけるCO濃度の最大値が所定の基準値以下であるときにフィルタ8が劣化したと判定してもよいし、第3の実施形態において、phase2の圧力差の低下の変化率が所定の基準値以下であるときにフィルタ8が劣化したと判定してもよい。
【0046】
フィルタ8の劣化判定(ステップS4〜S8)やCO吸収放出材のCOの放出(ステップS9〜S11)は、複数回のフィルタの再生に1回の割合で実行してもよい。この場合、COの放出を行なう必要があるか否かは、例えば吸収済みのCO量(CO吸収総量)を推定することにより判定してよい。CO吸収総量の推定は、図12に示す変形例のように行なってよい。
【0047】
図12の変形例では、図1と同様にエンジン1の排気通路4にフィルタ8が設けられている。図12に示すように、本変形例ではフィルタ8の上流側のCO濃度を検出するCOセンサ30が設けられるとともに、フィルタ8の上流側及び下流側の圧力をそれぞれ検出する圧力検出センサ45が設けられている。
【0048】
図13はECU13が実行するCO吸収総量推定ルーチンの手順を示すフローチャートである。このルーチンはエンジン1の運転開始後、所定の周期で繰り返し実行される。
【0049】
まず、ECU13は、CO吸収放出材によりCOの吸収又は放出が行なわれる運転領域にエンジン1があるか否かを判定する(ステップS40)。この判定は、例えば温度センサ10の検出する温度が吸収温度域又は放出温度域にあるか否かにより判定してよい。ステップS41では、温度センサ10の出力信号に基づいてCO吸収放出材の温度を特定する。ステップS42では、圧力検出センサ35の検出した圧力と、COセンサ30の検出したCO濃度とに基づいて、CO吸収放出材の雰囲気のCOの分圧を計算する。なお、分圧の計算においてPMの酸化によるCO濃度の上昇の影響やフィルタ8の上流側の圧力と下流側の圧力との圧力差の影響を適宜に考慮してよい。ステップS43では、前回のCO吸収総量推定ルーチンの実行により得られたCO吸収総量をECU13の記憶領域から読み込んで取得する。
【0050】
ステップS44では、ステップS41〜S43にて取得したCO吸収放出材の温度、雰囲気のCOの分圧、前回のCO吸収総量に基づいて、CO吸収放出材のCOの吸収速度又は放出速度を特定する。例えば、温度、分圧、吸収済みのCO量をパラメータとしてCOの吸収速度又は放出速度を求めるマップや推定式に従って、COの吸収速度又は放出速度を特定する。ステップS45では、前回のCO吸収総量と、特定した吸収速度又は放出速度とに基づいて、現在のCO吸収総量を推定する。
【0051】
図14(a)〜図14(c)に示すように、COの吸収速度は、CO吸収放出材の温度、雰囲気のCOの分圧、吸収済みのCO量に応じて変化する。放出速度についても同様である。従って、ステップS44において、CO吸収放出材の温度、雰囲気のCOの分圧、吸収済みのCO量に基づいてCOの吸収速度又は放出速度を特定することにより、CO吸収総量が精度よく推定される。
【0052】
なお、CO吸収放出材は、排気浄化装置の過熱防止等の温度調整に利用することもできる。例えば、排気浄化触媒の上流側にCO吸収放出材を設け、排気浄化触媒の温度が高くなった場合にCOを放出すれば、COにより触媒内の燃焼反応が抑えられ、温度上昇が抑制される。この場合、上述の推定方法によりCO吸収総量が把握されれば、過熱防止に必要十分なCOが吸収されているか否かを判定することができる。これにより、例えば、CO吸収放出材にCOを吸収させるための昇温操作が必要以上に行なわれる事態が防止され、燃費の向上が図られる。
【0053】
CO吸収放出材の温度、CO濃度、雰囲気の圧力は、各種のセンサにより検出して取得するものに限られず、これらに相関するパラメータから推定してもよい。例えば、エンジン1の運転状態に相関するパラメータから推定してもよい。
【0054】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、パティキュレートの酸化で発生するCOをCO吸収材が吸収することによりCO吸収材が発熱し、その熱によりパティキュレートの酸化が促進されてCOが発生し、これがCO吸収材に吸収されるというサイクルが実現される。これにより、パティキュレートの酸化に必要な熱量の少なくとも一部をCO吸収材の熱でまかなうことができ、パティキュレートフィルタ再生時の燃料の消費量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態におけるエンジンの構成を示す図。
【図2】図1のエンジンの排気通路に設けられるフィルタを示す図。
【図3】図2のフィルタに担持されるCO吸収放出材のCOの吸収反応を示す図。
【図4】図1のエンジンのECUが実行する再生制御ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図5】図4の再生制御ルーチンが実行されている間のフィルタの状態を示す図。
【図6】本発明の第2の実施形態を示す図。
【図7】本発明の第3の実施形態を示す図。
【図8】本発明の第4の実施形態を示す図。
【図9】第4の実施形態においてECUが実行する劣化判定ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図10】本発明の変形例を示す図。
【図11】本発明の変形例を示す図。
【図12】本発明の変形例を示す図。
【図13】図12の変形例においてECUが実行するCO吸収総量推定ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図14】CO吸収放出材のCO吸収速度の変化を示す図。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)
4 排気通路
8 フィルタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for regenerating a particulate filter discharged from an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
As a method for regenerating a particulate filter for an internal combustion engine carrying an oxidation catalyst, fuel is injected into the combustion chamber (post-injection) at the end of the expansion stroke of the internal combustion engine to cause combustion in the exhaust passage. A method of self-igniting particulates (particulate matter) is known (see Patent Document 1). Other prior art documents related to the present invention include Patent Documents 2 to 4.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 04-47115
[Patent Document 2]
JP-A-11-262631
[Patent Document 3]
JP 11-262632 A
[Patent Document 4]
JP 2001-336414 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described technique, the temperature of the particulate filter is increased by post injection from the start to the end of regeneration, so that the amount of fuel consumed during regeneration is large.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a filter regeneration method that can reduce the amount of fuel consumed during regeneration of a particulate filter.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the first particulate filter regeneration method of the present invention, CO in a predetermined absorption temperature region in or near the particulate filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine. 2 CO that absorbs 2 When it is necessary to remove the particulates collected in the particulate filter by placing an absorbent material, the CO 2 The temperature of the absorbent is raised to the absorption temperature range, and the CO in the absorption temperature range is 2 Absorbent CO 2 The above-mentioned problem is solved by utilizing the heat generated with the absorption of the water for the oxidation of the particulates collected by the particulate filter (claim 1).
[0007]
According to the present invention, CO generated by oxidation of particulates. 2 CO 2 The absorbent absorbs CO 2 The absorbent material generates heat, and the heat promotes oxidation of the particulates, resulting in CO 2 Occurs and this is CO 2 A cycle of absorption by the absorbent material is realized. As a result, at least part of the amount of heat required for particulate oxidation is reduced to CO. 2 It can be covered by the heat of the absorbent material, and the amount of fuel consumed during regeneration of the particulate filter can be reduced.
[0008]
CO 2 The position of the absorbent is CO 2 There is no particular limitation as long as the heat generated by the absorption of can be utilized for oxidation of the particulates. For example, it may be carried on a particulate filter, or may be arranged on the upstream side or downstream side of the particulate filter.
[0009]
In the first particulate filter regeneration method of the present invention, the CO 2 As an absorbent, CO is absorbed in the absorption temperature range. 2 And absorbs the absorbed CO 2 That releases CO in a given release temperature range 2 An absorption / release material is disposed, and the CO 2 After utilizing the heat generated by the absorption of the particulates to oxidize the particulates collected in the particulate filter, the CO 2 The temperature of the absorption / release material may be adjusted to the emission temperature range (claim 2). In this case, CO 2 By holding the absorbent in the discharge temperature range, the CO stored during regeneration of the particulate filter 2 In the next regeneration 2 Can be prepared for absorption.
[0010]
In the second particulate filter regeneration method of the present invention, CO in a predetermined absorption temperature range is provided in or near the particulate filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine. 2 CO that absorbs 2 When it is necessary to remove the particulates collected in the particulate filter by placing an absorbent material, the CO 2 While raising the temperature of the absorbent to the absorption temperature range, the CO 2 CO of exhaust gas flowing into the absorber 2 Of the exhaust gas flowing into the particulate filter, and 2 The above-mentioned problem is solved by lowering the concentration of (Claim 3).
[0011]
According to the present invention, as in the first regeneration method of the present invention, CO generated by the oxidation of the particulates. 2 CO 2 The absorbent absorbs CO 2 The absorbent material generates heat, and the heat promotes oxidation of the particulates, resulting in CO 2 Occurs and this is CO 2 Since a cycle of absorption by the absorbent material is realized, it is possible to reduce fuel consumption during regeneration of the particulate filter. Moreover, when the temperature rises, CO 2 Increase the concentration of CO 2 Absorption of CO 2 Since the absorbent material has an atmosphere that easily generates heat, the above-described cycle is easily started early. In addition, after the temperature rises, the exhaust gas CO flowing into the particulate filter 2 The oxidation of the particulates is promoted by lowering the concentration of CO. 2 Therefore, the above-described cycle is efficiently repeated.
[0012]
In the second particulate filter regeneration method of the present invention, the particulate filter and the CO 2 By burning fuel in the exhaust passage upstream of the absorbent, the CO 2 While raising the temperature of the absorbent to the absorption temperature range, the CO 2 CO of exhaust gas flowing into the absorber 2 May be increased (Claim 4). In this case, CO such as an operation of injecting fuel into the combustion chamber at the end of the expansion stroke of the internal combustion engine (so-called post-injection) or an operation of adding a reducing agent to the exhaust passage. 2 Just by burning the fuel in the exhaust passage upstream of the absorbent, 2 Absorbent temperature rise and exhaust gas CO 2 Increase in concentration can be realized.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a diesel engine 1 as an internal combustion engine. An intake passage 3 and an exhaust passage 4 are connected to the cylinder 2 of the engine 1. The intake passage 3 is connected to an air filter 5 for filtering the intake air, a compressor 6 a of a supercharger 6 that uses the exhaust energy to increase the intake pressure, A throttle valve 7 for adjusting the amount is provided, and a turbine 6 b of the supercharger 6 is provided in the exhaust passage 4. The exhaust purification device 19 of the engine 1 is provided with a casing 9 having a particulate filter 8 built therein and a temperature sensor 10 for detecting the temperature of the filter 8 disposed downstream of the turbine 6 b in the exhaust passage 4. . Each cylinder 2 is provided with an injector 11 for injecting fuel into the cylinder 2, and each injector 11 is connected to a common rail 12 for storing pressurized fuel.
[0014]
The operating state of the engine 1 is controlled by an engine control unit (ECU) 13. The ECU 13 is configured as a computer that combines a microprocessor and peripheral devices such as ROM and RAM that function as a main storage device. The ECU 13 controls the operating state of the engine 1 by adjusting the fuel injection amount from the injector 11 with reference to output signals from various sensors. The other engine 1 is provided with an EGR cooler 14 and an EGR valve 15.
[0015]
As shown in FIG. 2A and FIG. 2B, the filter 8 is formed in a honeycomb shape having a large number of cells (through holes) 21. Each of the cells 21 ... 21 is plugged with a plug 22 at one of the ends. The plug 22 is provided so that the cells 21 plugged at the inlet end 21a and the cells 21 plugged at the outlet end 21b are alternately arranged. In the partition wall 23 between the cells 21 adjacent to each other, many fine holes (not shown) are formed so that the exhaust gas can pass but the particulates (PM) cannot pass. The partition wall 23 carries platinum (Pt) as an oxidation catalyst.
[0016]
An appropriate material can be used for the outer wall 20 and the partition wall 23 of the filter 8. For example, ceramic may be used. In addition, alumina, silica-alumina, zeolite, cordierite, or layered oxide may be used.
[0017]
The filter 8 is further CO in the absorption temperature range. 2 In the release temperature range higher than the absorption temperature range. 2 CO that emits 2 The absorbing / releasing material is carried on the partition wall 23. CO 2 As an absorption / release material, a lithium composite oxide such as lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) May be used. The absorption temperature range of lithium silicate is 450 to 550 ° C., and this temperature range includes the temperature at which PM collected by the filter 8 is oxidized.
[0018]
CO 2 As shown in FIG. 2 An exothermic reaction occurs with the absorption reaction. As shown in FIGS. 3B and 3C, CO 2 Absorption and release material CO 2 The absorption rate and heat release rate of CO 2 The absorption and release material changes as the temperature changes from a ° C. to b ° C. to c ° C., and the absorption rate and heat release rate become the highest at the temperature a ° C. to b ° C. Temperatures a and b are CO 2 For example, in lithium silicate, a = 500 ° C. and b = 550 ° C., depending on the material of the absorption / release material.
[0019]
The operation of the engine 1 having the above configuration will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of a regeneration control routine executed by the ECU 13. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle after the operation of the engine 1 is started.
[0020]
First, the ECU 13 determines whether or not it is necessary to regenerate the filter 8 (step S1). For this determination, various known determination methods may be used. For example, the PM accumulation amount is estimated from the integrated value of the fuel injection amount, and the determination is made based on whether or not the estimated accumulation amount has reached a predetermined level. In the present embodiment, in order to accurately perform deterioration determination (step S7) based on time ΔT, which will be described later, the regeneration start condition is such that the PM accumulation amount of the filter 8 at the start of regeneration of the filter 8 is always a constant value. Set. Similarly, in order to accurately determine the deterioration based on ΔT, CO 2 Absorption and release material CO 2 The amount of absorption is always a constant value (see step S11). If the ECU 13 determines that it is not necessary to regenerate the filter 8 in step S1, the ECU 13 ends the routine.
[0021]
If it is determined that the filter 8 needs to be regenerated, an operation of raising the temperature of the filter 8 is executed (step S2). Various methods may be used for raising the temperature of the filter 8. For example, the fuel injection amount from the injector 11 is controlled so that fuel is injected (post-injection) from the injector 11 at the end of the expansion stroke of the engine 1. Execute. The unburned fuel is combusted in the exhaust passage 4 by the post injection, and the temperature of the filter 8 rises as indicated by the solid line L3 in the phase 1 in FIG. The temperature of the filter 8 is CO 2 When reaching the absorption temperature range of the absorbing and releasing material, CO 2 The temperature of the filter 8 further rises due to the heat generated as a result of absorption. Further, as the unburned fuel burns, the exhaust gas flowing into the filter 8 is more CO 2 than when no post-injection is performed. 2 As the concentration increases, O 2 The concentration is lowered.
[0022]
In step S3, it is determined whether or not the temperature of the filter 8 has been raised until the filter can be regenerated. For example, it is determined whether or not the temperature of the filter 8 has increased to the target temperature d ° C shown in FIG. The target temperature d ° C is the CO supported on the filter 8. 2 You may set suitably in the temperature range which can oxidize PM collected by the filter 8 within the absorption temperature range of the absorption / release material. For example, CO 2 May be set within a ° C. to b ° C. (see FIG. 3B and FIG. 3C) in which the absorption reaction (exothermic reaction) becomes the most intense. Further, the temperature of the filter 8 may be directly detected by the temperature sensor 10 as in the present embodiment, or may be estimated from a parameter correlated with the temperature of the filter 8 such as the frequency of execution of post injection. If it is determined that the temperature of the filter 8 has not reached the target temperature d ° C, the process returns to step S2 and the temperature raising operation is continued.
[0023]
If it is determined that the target temperature d ° C has been reached, the temperature raising operation is stopped and the process proceeds to the subsequent steps. This time corresponds to the time t1 when the phase 1 in FIGS. 5A and 5B ends and the phase 2 starts. As shown in FIG. 5A, in phase 2, the post-injection is stopped, so that the exhaust gas CO flowing into the filter 8 is stopped. 2 As the concentration decreases, the oxidation reaction of PM is activated, and CO generated by the oxidation 2 CO 2 Since it is absorbed by the absorption / release material, the oxidizing atmosphere is maintained and PM is continuously oxidized. Further, as shown in FIG. 5 (b), heat generation due to oxidation of PM and CO 2 Absorption and release material CO 2 Due to the heat generated by the absorption, the temperature of the filter 8 is maintained at the temperature at which PM is oxidized even in phase 2 where the temperature raising operation is stopped, and the oxidation of PM proceeds. In phase 2, the oxidation of PM proceeds, and the residual amount of PM becomes very small. 2 Absorption and release material CO 2 When the oxidation of PM is terminated, for example, because the amount of absorption reaches the limit value, the temperature of the filter 8 decreases.
[0024]
The ECU 13 starts measuring the elapsed time ΔT from time t1 in step S4. In step S5, it is determined whether or not the measurement end condition for ΔT is satisfied. If it is determined that the measurement end condition is satisfied, the measurement of ΔT is ended (step S6). The measurement end condition of ΔT may be set as appropriate, but in the present embodiment, the determination is made based on whether or not the temperature of the filter 8 has decreased to the criteria bed temperature shown in FIG. For example, the lower limit of the temperature at which PM can be oxidized may be set as the criteria floor temperature.
[0025]
CO 2 When the absorbing / releasing material deteriorates, ΔT becomes shorter as compared with the case where it does not deteriorate (solid line L3), as indicated by a dotted line L4 in FIG. The ECU 13 determines whether or not ΔT is smaller than a predetermined threshold (step S7). If it is determined that ΔT is smaller, the ECU 13 sets a deterioration flag indicating that the filter 8 has deteriorated (step S8). If it is determined that ΔT is not smaller than the predetermined threshold, step S8 is skipped.
[0026]
After that, the ECU 13 2 Absorbed and released material absorbs CO 2 It is determined whether or not the condition for starting the release of the above is satisfied (step S9) and waits until it is determined that the condition is satisfied. This condition may be set as appropriate. For example, the condition may be that a certain time has passed since step S6. When it is determined that the release start condition is satisfied, an operation (step S10) for raising and maintaining the temperature of the filter 8 to the release temperature range is performed in step S11. 2 Absorption and release material CO 2 The process is repeated until it is determined that the release completion condition is satisfied, and the routine ends. As the discharge completion condition, for example, it may be set whether or not a predetermined time has elapsed since the start of discharge. The CO at the start of regeneration of the filter 8 2 Absorption and release material CO 2 In step S11, in order to make the deterioration determination based on ΔT accurate, the amount of absorption of CO is always constant. 2 It is desirable to set conditions so that is sufficiently released.
[0027]
When the ECU 13 executes the regeneration control routine again or executes various routines such as a routine for warning the user that the filter 8 has deteriorated, the ECU 13 uses the deterioration flag set in step S8 as appropriate. To do. For example, when the deterioration flag is set in step S1 of the regeneration control routine, the regeneration start condition may be changed so that the time interval for repeating the regeneration of the filter 8 is shortened. If the deterioration flag is set in step S3, the target temperature is set high, or the temperature raising operation is stopped after a predetermined time has elapsed after the temperature of the filter 8 reaches the target temperature. The amount of heat applied by the injection may be increased. Further, the degree of deterioration may be specified from the length of ΔT, and the time interval at which regeneration is repeated or the target temperature may be changed according to the degree of deterioration. In the present embodiment, a temperature sensor that detects the exhaust gas temperature downstream of the filter 8 may be provided in place of the temperature sensor 10.
[0028]
(Second Embodiment)
FIG. 6A shows a second embodiment of the present invention. However, in this embodiment, the same reference numerals are used for common parts with the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. Also in this embodiment, a filter 8 is provided in the exhaust passage 4 of the engine 1 as in FIG. In this embodiment, the exhaust gas CO is disposed downstream of the filter 8. 2 CO to detect concentration 2 While the sensor 30 is provided, the temperature sensor 10 is omitted.
[0029]
In the present embodiment, the ECU 13 executes a routine similar to the regeneration control routine of FIG. 2 CO detected by the sensor 30 2 The deterioration of the filter 8 is determined based on the density. As shown by the solid line L10 in FIG. 6B, in the vicinity of time t1 when the phase 1 is shifted to the phase 2, the CO 2 CO by absorbing and releasing material 2 Absorption and post-injection stop, so that CO on the downstream side of the filter 8 2 The concentration once decreases. After that, CO is oxidized by PM oxidation. 2 Concentration increases and CO is oxidized while PM oxidation proceeds 2 The concentration is kept high. After that, when the oxidation of PM ends, CO 2 The concentration is lowered. CO 2 When absorption and release material deteriorates, CO 2 Absorption and release material CO 2 As shown by the dotted line L11, the absorption reaction and exothermic reaction of 2 The time during which the concentration is kept high is shortened.
[0030]
The ECU 13 performs CO in phase 2 2 A period from time t3 when the concentration is lower than the criterion concentration to time t4 when the concentration is lower than the criterion concentration is again measured as ΔT, and when ΔT is shorter than a predetermined threshold, the filter 8 Is determined to have deteriorated. In order to realize such deterioration determination, the ECU 13 determines the CO between steps S3 and S4 of the regeneration control routine of FIG. 2 CO detected by the sensor 30 2 What is necessary is just to perform the step which progresses to step S4, when it determines whether the density | concentration once became lower than the criterion density | concentration, and became higher than the criterion density | concentration again, and determination is affirmed. In step S5, CO 2 CO detected by the sensor 30 2 When the concentration becomes lower than the criterion concentration, it may be determined that the ΔT measurement end condition is satisfied. In the present embodiment, the measurement of ΔT may be started from time t1 as in the first embodiment.
[0031]
(Third embodiment)
FIG. 7A shows a third embodiment of the present invention. However, in this embodiment, the same reference numerals are used for common parts with the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. Also in this embodiment, a filter 8 is provided in the exhaust passage 4 of the engine 1 as in FIG. In the present embodiment, a pressure detection sensor 35 that detects a differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter 8 is provided, while the temperature sensor 10 is omitted.
[0032]
In this embodiment, the ECU 13 executes a routine similar to the regeneration control routine of FIG. 4, but in this embodiment, the deterioration of the filter 8 is determined based on the differential pressure detected by the pressure detection sensor 35. FIG. 7B shows a change in the differential pressure when not deteriorated by a solid line L15 and a change in the differential pressure when deteriorated by a solid line L16. As shown in FIG. 7B, when post-injection is stopped at time t1 and PM oxidation starts, the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter 8 decreases with PM oxidation. When the filter 8 deteriorates, CO 2 Absorption and release material CO 2 The time taken for the absorption reaction and exothermic reaction to weaken and the differential pressure to become the criteria differential pressure becomes longer than when it has not deteriorated.
[0033]
In this embodiment, the time from the time t1 until the differential pressure detected by the pressure detection sensor 35 becomes the criteria differential pressure is measured as ΔT, and it is determined that the filter 8 has deteriorated when ΔT is longer than a predetermined threshold. . In order to realize such deterioration determination, the ECU 13 determines whether or not regeneration is performed in a predetermined manner depending on whether or not the differential pressure detected by the pressure detection sensor 35 has become the criteria differential pressure in step S5 of the regeneration control routine of FIG. Whether or not it has progressed to the state is determined, and in step S6, it may be determined whether or not ΔT is larger than a threshold value.
[0034]
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention. However, in this embodiment, the same reference numerals are used for common parts with the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. Also in this embodiment, a filter 8 is provided in the exhaust passage 4 of the engine 1 as in FIG. As shown in FIG. 8, in this embodiment, a gas concentration sensor 40 for detecting the concentration of a specific substance in the exhaust gas downstream of the filter 8 is provided, and the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter 8. There is provided a pressure detection sensor 35 for detecting. The gas concentration sensor 40 may be one that detects the concentration of various substances, but is an air-fuel ratio sensor, for example.
[0035]
Also in the present embodiment, the regeneration control routine of FIG. However, in the present embodiment, steps S4 to S8 executed for determining the deterioration of the filter 8 are omitted. Further, the ECU 13 executes a deterioration determination routine shown in FIG. This routine is repeatedly executed at a predetermined cycle in parallel with the regeneration control routine after the operation of the engine 1 is started.
[0036]
In step S20, the ECU 13 performs the CO 2 CO by absorption and release material 2 It is determined whether or not the engine 1 is in the operating region where the absorption or release of the gas is performed. This determination may be made based on, for example, whether the temperature detected by the temperature sensor 10 is in the absorption temperature range or the discharge temperature range. In step S21, the PM accumulation amount of the filter 8 is estimated based on the differential pressure detected by the pressure detection sensor 35, and the PM combustion amount is estimated from the difference from the previous estimation amount. In step S22, a heat quantity Q1 of heat generated by the PM combustion is calculated based on the estimated PM combustion quantity. In step S23, the amount of heat received Q2 of the filter 8 is calculated based on the amount of change detected by the temperature sensor 10 from the previous time. In step S24, the CO 2 Absorption and release material CO 2 The amount of heat Q4 generated with the absorption of is calculated by the following equation.
[Expression 1]
Q4 = Q2-Q1 + Q3
[0037]
In the above equation, Q3 is the amount of heat released from the filter 8 to the exhaust gas or the outside of the casing 9, and is appropriately determined based on various parameters such as a parameter correlated with the exhaust gas temperature and a temperature detected by the temperature sensor 10. May be estimated. In the above equation, the amount of heat Q4 is expressed as CO 2 Absorbing and releasing material is CO 2 If it generates heat by absorbing 2 It becomes negative when it absorbs heat.
[0038]
In step S25, the CO in one cycle of the deterioration determination routine. 2 It is determined whether or not the CO heat amount Q4 is smaller than a threshold value set as the heat amount to be generated by the absorption / release material. If it is determined that the value is smaller than the threshold value, a deterioration flag is set (step S26). If it is determined that it is not small, step S26 is skipped.
[0039]
In step S27, based on the heat quantity Q4, the CO 2 Absorption and release material CO 2 The amount of absorbed or released is estimated. In step S28, the CO accompanying the combustion of PM calculated from the PM combustion amount estimated in step S21. 2 Generation amount and CO estimated in step S27 2 Of the exhaust gas from the upstream side to the downstream side of the filter 8 based on the amount of absorption or release of 2 Estimate the amount of concentration change. In step S29, the estimated CO 2 Based on the amount of change in concentration, the concentration of the specific substance detected by the gas concentration detection sensor 40 is corrected so as to remove the influence of the filter 8.
[0040]
A temperature sensor that detects the exhaust gas temperature downstream of the filter 8 may be provided instead of the temperature sensor 10. In this case, the amount of heat received by the exhaust gas is estimated from the temperature rise of the exhaust gas, and the amount of heat received by the exhaust gas due to the combustion of PM is subtracted from the amount of heat. 2 Calculate the amount of heat received by the exhaust gas due to the heat generated by the absorbing and releasing material, 2 Calorific value of absorbed and released material, CO 2 What is necessary is just to estimate the amount of absorption. Further, the temperature of the filter 8 is estimated from the temperature of the exhaust gas, and as described above, the CO 2 Calorific value of absorbed and released material, CO 2 The amount of absorption may be estimated.
[0041]
The present invention is not limited to the above embodiments, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the engine 1 is not limited to a diesel engine, and may be a gasoline engine. The filter 8 may carry a catalyst for storing and reducing NOx.
[0042]
The temperature raising means is CO 2 Any form is possible as long as the temperature of the absorbent can be raised. For example, an addition device for adding a reducing agent (fuel) may be provided in the exhaust passage 4 on the upstream side of the filter 8, and the temperature of the filter 8 may be raised using the combustion heat of the added reducing agent. A heating device such as an electric heater may be provided adjacent to the filter 8 to raise the temperature of the filter 8.
[0043]
The deterioration of the filter 8 may be determined by various methods based on various parameters having a correlation with the state of PM oxidation reaction. For example, as shown in FIG. 10, temperature sensors 40 and 40 that detect the temperature of the exhaust gas may be provided on the upstream side and the downstream side of the filter 8, respectively. In this case, the more the PM oxidation reaction, the higher the downstream temperature becomes higher than the upstream temperature. For example, the upstream and downstream temperatures when a predetermined time elapses after the regeneration of the filter 8 is started. The deterioration of the filter 8 may be determined based on the magnitude of the difference, or the deterioration of the filter 8 based on the time from when the regeneration of the filter 8 is started until the temperature difference between the upstream side and the downstream side becomes a predetermined value or less. May be determined.
[0044]
Further, as shown in FIG. 11, the deterioration of the filter 8 may be determined based on the frequency with which the filter 8 is regenerated in a predetermined period T2.
[0045]
Temperature detected by various sensors, CO 2 Although the example in which the deterioration of the filter 8 is determined based on the time until the concentration and the differential pressure reach the predetermined reference value has been shown, the deterioration is determined by various methods based on the relationship between the detected physical quantity and the elapsed time. Good. For example, in the second embodiment, the CO within a predetermined period from time t1. 2 It may be determined that the filter 8 has deteriorated when the maximum concentration value is equal to or less than a predetermined reference value. In the third embodiment, the change rate of the decrease in the pressure difference of phase 2 is equal to or less than the predetermined reference value. It may be determined that the filter 8 has deteriorated at a certain time.
[0046]
Determination of deterioration of the filter 8 (steps S4 to S8) and CO 2 Absorption and release material CO 2 (Steps S9 to S11) may be executed at a rate of once for a plurality of filter regenerations. In this case, CO 2 For example, whether or not it is necessary to release 2 Amount (CO 2 Determination may be made by estimating the total absorption). CO 2 The total absorption amount may be estimated as in the modification shown in FIG.
[0047]
In the modification of FIG. 12, a filter 8 is provided in the exhaust passage 4 of the engine 1 as in FIG. As shown in FIG. 12, in this modification, the CO upstream of the filter 8 is 2 CO to detect concentration 2 A sensor 30 is provided, and a pressure detection sensor 45 that detects upstream and downstream pressures of the filter 8 is provided.
[0048]
FIG. 13 shows the CO executed by the ECU 13. 2 It is a flowchart which shows the procedure of an absorption total amount estimation routine. This routine is repeatedly executed at a predetermined cycle after the operation of the engine 1 is started.
[0049]
First, the ECU 13 2 CO by absorption and release material 2 It is determined whether or not the engine 1 is in the operating region where the absorption or release of the gas is performed (step S40). This determination may be made based on, for example, whether the temperature detected by the temperature sensor 10 is in the absorption temperature range or the discharge temperature range. In step S41, based on the output signal of the temperature sensor 10, the CO 2 Specify the temperature of the absorbent material. In step S42, the pressure detected by the pressure detection sensor 35 and the CO 2 CO detected by the sensor 30 2 Based on concentration and CO 2 CO in the atmosphere of absorption / release material 2 Calculate the partial pressure of. In the calculation of partial pressure, CO by oxidation of PM 2 You may consider suitably the influence of the raise of a density | concentration, and the influence of the pressure difference of the pressure of the upstream of the filter 8, and the pressure of a downstream. In step S43, the previous CO 2 CO obtained by execution of total absorption amount estimation routine 2 The total absorption amount is read from the storage area of the ECU 13 and acquired.
[0050]
In step S44, the CO acquired in steps S41 to S43. 2 Absorption material temperature, atmosphere CO 2 Partial pressure of the previous CO 2 Based on the total absorption, CO 2 Absorption and release material CO 2 Identify the rate of absorption or release of For example, temperature, partial pressure, absorbed CO 2 CO with quantity as parameter 2 In accordance with maps and estimation formulas for determining the absorption rate or release rate of CO 2 Identify the rate of absorption or release of In step S45, the previous CO 2 Based on the total absorption and the specified absorption or release rate, the current CO 2 Estimate the total absorption.
[0051]
As shown in FIGS. 14 (a) to 14 (c), CO 2 The absorption rate of CO is 2 Absorption material temperature, atmosphere CO 2 Partial pressure of absorbed CO 2 Varies with quantity. The same applies to the release rate. Therefore, in step S44, the CO 2 Absorption material temperature, atmosphere CO 2 Partial pressure of absorbed CO 2 CO based on quantity 2 By specifying the rate of absorption or release of CO 2 The total absorption is estimated accurately.
[0052]
CO 2 The absorption / release material can also be used for temperature adjustment such as prevention of overheating of the exhaust emission control device. For example, CO upstream of the exhaust purification catalyst 2 When absorption / release material is provided and the temperature of the exhaust purification catalyst becomes high, CO 2 If CO is released, CO 2 Thus, the combustion reaction in the catalyst is suppressed, and the temperature rise is suppressed. In this case, CO is estimated by the above estimation method. 2 Once the total amount of absorption is known, CO necessary and sufficient to prevent overheating 2 It can be determined whether or not is absorbed. Thus, for example, CO 2 CO for absorbing and releasing materials 2 The situation where the temperature raising operation for absorbing the fuel is performed more than necessary is prevented, and the fuel efficiency is improved.
[0053]
CO 2 Absorption material temperature, CO 2 The concentration and the pressure of the atmosphere are not limited to those obtained by detection by various sensors, and may be estimated from parameters correlated with these. For example, you may estimate from the parameter correlated with the driving | running state of the engine 1. FIG.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, CO generated by the oxidation of particulates. 2 CO 2 The absorbent absorbs CO 2 The absorbent material generates heat, and the heat promotes oxidation of the particulates, resulting in CO 2 Occurs and this is CO 2 A cycle of absorption by the absorbent material is realized. As a result, at least part of the amount of heat required for particulate oxidation is reduced to CO. 2 It can be covered by the heat of the absorbent material, and the amount of fuel consumed during regeneration of the particulate filter can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a filter provided in an exhaust passage of the engine of FIG.
3 shows CO carried on the filter of FIG. 2 Absorption and release material CO 2 FIG.
4 is a flowchart showing a procedure of a regeneration control routine executed by an ECU of the engine shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a state of a filter while the regeneration control routine of FIG. 4 is being executed.
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of a deterioration determination routine executed by the ECU in the fourth embodiment.
FIG. 10 is a view showing a modification of the present invention.
FIG. 11 is a view showing a modification of the present invention.
FIG. 12 is a view showing a modification of the present invention.
13 shows CO executed by the ECU in the modification of FIG. 2 The flowchart which shows the procedure of absorption total amount estimation routine.
FIG. 14 CO 2 Absorption and release material CO 2 The figure which shows the change of an absorption speed.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
4 Exhaust passage
8 Filter

Claims (4)

内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタ内又はその近傍に所定の吸収温度域でCOを吸収するCO吸収材を配置し、前記パティキュレートフィルタに捕集したパティキュレートを除去する必要が生じた場合に、前記CO吸収材の温度を前記吸収温度域まで昇温し、該吸収温度域における前記CO吸収材のCOの吸収に伴って生じる熱を前記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の酸化に利用することを特徴とするパティキュレートフィルタの再生方法。A CO 2 absorbent that absorbs CO 2 in a predetermined absorption temperature range is disposed in or near the particulate filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and it is necessary to remove the particulate collected by the particulate filter. When this occurs, the temperature of the CO 2 absorbent is raised to the absorption temperature range, and the heat generated by the absorption of CO 2 by the CO 2 absorbent in the absorption temperature range is captured by the particulate filter. A method for regenerating a particulate filter, which is used for oxidizing collected particulates. 前記CO吸収材として、前記吸収温度域でCOを吸収するとともに、その吸収したCOを所定の放出温度域で放出するCO吸収放出材を配置し、前記COの吸収に伴って生じる熱を前記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の酸化に利用した後、前記CO吸収放出材の温度を前記放出温度域に調整することを特徴とする請求項1に記載のパティキュレートフィルタの再生方法。As the CO 2 absorbent material, as well as absorbed CO 2 in the absorption temperature range, place the CO 2 absorption and release material to release the absorbed CO 2 at a predetermined release temperature range, with the absorption of the CO 2 2. The particulate according to claim 1, wherein the generated heat is used for oxidizing the particulate matter collected by the particulate filter, and then the temperature of the CO 2 absorbing and releasing material is adjusted to the emission temperature range. How to play the filter. 内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタ内又はその近傍に所定の吸収温度域でCOを吸収するCO吸収材を配置し、前記パティキュレートフィルタに捕集したパティキュレートを除去する必要が生じた場合に、前記CO吸収材の温度を前記吸収温度域まで昇温するとともに、前記CO吸収材に流入する排気ガスのCOの濃度を上げ、その後、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスのCOの濃度を下げることを特徴とするパティキュレートフィルタの再生方法。A CO 2 absorbent that absorbs CO 2 in a predetermined absorption temperature range is disposed in or near the particulate filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and it is necessary to remove the particulate collected by the particulate filter. When the temperature of the CO 2 absorbent is increased, the temperature of the CO 2 absorbent is increased to the absorption temperature range, the concentration of CO 2 in the exhaust gas flowing into the CO 2 absorbent is increased, and then flows into the particulate filter. A method for regenerating a particulate filter, characterized in that the concentration of CO 2 in the exhaust gas is reduced. 前記パティキュレートフィルタ及び前記CO吸収材の上流側の前記排気通路で燃料を燃焼させることにより、前記CO吸収材の温度を前記吸収温度域まで昇温するとともに、前記CO吸収材に流入する排気ガスのCOの濃度を上げることを特徴とする請求項3に記載のパティキュレートフィルタの再生方法。By burning fuel in the exhaust passage on the upstream side of the particulate filter and the CO 2 absorbent, the temperature of the CO 2 absorbent is raised to the absorption temperature range and flows into the CO 2 absorbent. The method for regenerating a particulate filter according to claim 3, wherein the concentration of CO 2 in the exhaust gas is increased.
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