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JP2006177305A - Exhaust purification device for internal combustion engine and exhaust purification method for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust purification device for internal combustion engine and exhaust purification method for internal combustion engine Download PDF

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JP2006177305A
JP2006177305A JP2004373503A JP2004373503A JP2006177305A JP 2006177305 A JP2006177305 A JP 2006177305A JP 2004373503 A JP2004373503 A JP 2004373503A JP 2004373503 A JP2004373503 A JP 2004373503A JP 2006177305 A JP2006177305 A JP 2006177305A
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JP
Japan
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exhaust gas
exhaust
particulate filter
valve
shut
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2004373503A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Hayashi
篤史 林
Kotaro Hayashi
孝太郎 林
Shinichi Takeshima
伸一 竹島
Kohei Yoshida
耕平 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】複数のパティキュレートフィルタを備えることなく、パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を除去することができる技術を提供する。
【解決手段】パティキュレートフィルタ3と、フィルタ3よりも上流側の排気通路2に設けられた第1遮断弁4と、第1遮断弁4からフィルタ3までの間に接続されこの間の排気を導入し且つ一時保持する排気保持手段7と、を備え、第1遮断弁4を閉じ且つ排気保持手段7へ排気を導入してこの排気を保持することにより、フィルタ3から第1遮断弁4側へ排気を逆流させる。
【選択図】図1
Provided is a technique capable of removing particulate matter deposited on a particulate filter without providing a plurality of particulate filters.
A particulate filter, a first shut-off valve provided in an exhaust passage on the upstream side of the filter, and a first shut-off valve connected between the first shut-off valve and the filter are introduced. And holding the exhaust gas to the exhaust gas holding means 7 by closing the first shut-off valve 4 and holding the exhaust gas to the first shut-off valve 4 side. Make exhaust flow backward.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置および内燃機関の排気浄化方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine and an exhaust gas purification method for the internal combustion engine.

内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタ(以下、フィルタという。)を備えることにより、該フィルタで排気中の粒子状物質(以下、PMという。)を捕集することができる。このフィルタに触媒を担持させておくと、該触媒の働きによりPMを酸化除去することができる。   By providing a particulate filter (hereinafter referred to as a filter) in the exhaust passage of the internal combustion engine, particulate matter (hereinafter referred to as PM) in the exhaust can be collected by the filter. When a catalyst is supported on this filter, PM can be oxidized and removed by the action of the catalyst.

しかし、フィルタに触媒を担持させておいても、PMが酸化除去されずにフィルタに堆積することがある。このようなPMは、触媒から離れたところに堆積するため、触媒の効果を得難く、更なるPMの堆積を誘発する。   However, even if the catalyst is supported on the filter, PM may be deposited on the filter without being oxidized and removed. Since such PM is deposited away from the catalyst, it is difficult to obtain the effect of the catalyst and induces further PM deposition.

これに対し、フィルタ内の排気の流通方向を逆転させて、フィルタ端面に堆積しているPMを逆流する排気の力で剥離させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この従来技術によれば、フィルタからPMが剥離されるので、フィルタの目詰まりを抑制することが可能となる。
特開2002−357115号公報 特開平8−232639号公報 特開2000−8840号公報 特開2002−147217号公報
On the other hand, a technique is known in which the flow direction of the exhaust gas in the filter is reversed, and the PM accumulated on the filter end face is separated by the force of the exhaust gas flowing backward (see, for example, Patent Document 1). According to this prior art, since PM is peeled from the filter, it is possible to suppress clogging of the filter.
JP 2002-357115 A Japanese Patent Laid-Open No. 8-232639 JP 2000-8840 A JP 2002-147217 A

しかし、従来の排気の流通方向を逆転させるフィルタでは、順流であっても、逆流であっても、フィルタから剥離した排気はそのまま下流へと流されていた。そのため、順流と逆流とを切り換えるときにフィルタの端面から剥離したPMは、再度このフィルタに捕集されることはなかった。そして、フィルタから剥離したPMは、排気と共にフィルタの下流へと流されるので、大気中へのPMの放出を抑制するためには、下流に別のフィルタを備える必要があった。また、従来における排気の流通方向をフィルタ内で逆転するものは、構造が複雑となり、例えば排気の流れを逆転させるためのバルブから排気が漏れるおそれもあった。   However, in the conventional filter that reverses the flow direction of the exhaust, the exhaust separated from the filter is allowed to flow downstream as it is regardless of whether the flow is forward or reverse. Therefore, PM peeled off from the end face of the filter when switching between the forward flow and the reverse flow is not collected again by this filter. And since PM which peeled from the filter is flowed to the downstream of a filter with exhaust_gas | exhaustion, in order to suppress discharge | release of PM to air | atmosphere, it was necessary to provide another filter downstream. Further, the conventional structure that reverses the flow direction of the exhaust gas in the filter has a complicated structure, and the exhaust gas may leak from a valve for reversing the flow of the exhaust gas, for example.

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、複数のパティキュレートフィルタを備えることなく、パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を除去することができる技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a technique capable of removing particulate matter deposited on a particulate filter without providing a plurality of particulate filters. Objective.

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
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と、
前記パティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路に設けられ該排気通路内の排気の流通を遮断する第1遮断弁と、
前記第1遮断弁から前記パティキュレートフィルタまでの間に接続されこの間の排気を導入し且つ一時保持する排気保持手段と、
を備え、
前記第1遮断弁を閉じ且つ前記排気保持手段へ排気を導入してこの排気を保持することにより、前記パティキュレートフィルタから前記第1遮断弁側へ排気を逆流させることを
特徴とする。
In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention comprises:
A particulate filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A first shut-off valve that is provided in an exhaust passage upstream of the particulate filter and blocks the flow of exhaust gas in the exhaust passage;
Exhaust holding means connected between the first shut-off valve and the particulate filter, for introducing and temporarily holding the exhaust during this period;
With
By closing the first shut-off valve and introducing exhaust gas into the exhaust gas holding means to hold the exhaust gas, the exhaust gas flows back from the particulate filter to the first shut-off valve side.

本発明の最大の特徴は、排気が排気保持手段に導入されるときにパティキュレートフィルタ内で排気が逆流することにより、該パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を該パティキュレートフィルタから剥離させ若しくは細粒化させて、その後にパティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を容易に酸化させることにある。   The most significant feature of the present invention is that when the exhaust gas is introduced into the exhaust gas holding means, the exhaust gas flows back in the particulate filter, so that the particulate matter deposited on the particulate filter is separated from the particulate filter. Or finely pulverizing the particles and then easily oxidizing the particulate matter flowing into the particulate filter.

なお、本発明においては、排気が第1遮断弁からパティキュレートフィルタの方向へ流れるときを順流とし、パティキュレートフィルタから第1遮断弁の方向へ流れるときを逆流としている。   In the present invention, when the exhaust gas flows from the first cutoff valve in the direction of the particulate filter, the forward flow is used, and when the exhaust gas flows from the particulate filter in the direction of the first cutoff valve, the reverse flow is used.

ここで、第1遮断弁を閉じると、内燃機関からパティキュレートフィルタへの排気の流入が止まる。このときに、第1遮断弁からパティキュレートフィルタまでの間の排気を排気保持手段へ導入すると、第1遮断弁からパティキュレートフィルタまでの間の排気通路内の圧力が減少する。そのため、パティキュレートフィルタ内の排気、およびパティキュレートフィルタよりも下流側の排気が、第1遮断弁からパティキュレートフィルタまでの間、および排気保持手段に流れ込む。そのときに、排気はパティキュレートフィルタ内を逆流する。そのため、パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質には、順流の排気の流れのときとは異なる方向に力が加わり、パティキュレートフィルタから粒子状物質が剥離する。また、逆流する排気により細粒化される。そして、パティキュレートフィルタから剥離した粒子状物質は排気と共に排気保持手段に保持されるか、パティキュレートフィルタよりも上流の排気通路に残留する。   Here, when the first shut-off valve is closed, the inflow of exhaust gas from the internal combustion engine to the particulate filter stops. At this time, if the exhaust gas from the first cutoff valve to the particulate filter is introduced into the exhaust gas holding means, the pressure in the exhaust passage between the first cutoff valve and the particulate filter decreases. Therefore, the exhaust gas in the particulate filter and the exhaust gas downstream of the particulate filter flow into the exhaust gas holding means between the first shutoff valve and the particulate filter. At that time, the exhaust gas flows backward in the particulate filter. Therefore, a force is applied to the particulate matter deposited on the particulate filter in a direction different from that in the forward exhaust flow, and the particulate matter is separated from the particulate filter. Moreover, it is made fine by the exhaust which flows backward. The particulate matter separated from the particulate filter is held in the exhaust holding means together with the exhaust, or remains in the exhaust passage upstream of the particulate filter.

このようにして、パティキュレートフィルタで堆積していた粒子状物質を該パティキュレートフィルタから剥離させることができるため、次にパティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を細孔内に取り入れやすくすることができる。また、パティキュレートフィルタに触媒を担持させている場合には、粒子状物質と触媒とが接触する機会を増加させることができるので、粒子状物質の酸化除去を容易に行うことができる。そして、パティキュレートフィルタから剥離した粒子状物質は、排気保持手段に保持されるので、該粒子状物質が大気中へ放出されることを抑制できる。   In this way, since the particulate matter deposited on the particulate filter can be peeled off from the particulate filter, the particulate matter that flows into the particulate filter next can be easily taken into the pores. it can. In addition, when the catalyst is supported on the particulate filter, the chance of contact between the particulate matter and the catalyst can be increased, so that the particulate matter can be easily oxidized and removed. And since the particulate matter peeled from the particulate filter is held in the exhaust gas holding means, it can be suppressed that the particulate matter is released into the atmosphere.

本発明においては、前記パティキュレートフィルタよりも下流側の排気通路に設けられ該排気通路内の排気の流通を遮断する第2遮断弁をさらに備え、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させるときには、前記第2遮断弁を閉じることができる。   The present invention further includes a second shutoff valve provided in the exhaust passage downstream of the particulate filter and shutting off the flow of exhaust gas in the exhaust passage, and exhausted from the particulate filter to the first shutoff valve side. The second shut-off valve can be closed when reversing the flow.

第1遮断弁および第2遮断弁を閉じると、パティキュレートフィルタを含んだ排気通路で閉塞した空間(以下、閉塞空間という。)ができる。排気保持手段は、この閉塞空間に接続されている。ここで、第2遮断弁を先に閉じ、その後に第1遮断弁を閉じると、内燃機関からの排気により第2遮断弁よりも上流側の圧力が上昇した後に排気保持手段へ排気が導入されるので、排気保持手段への排気の導入を容易に行うことが可能となる。   When the first shut-off valve and the second shut-off valve are closed, a space closed by an exhaust passage including a particulate filter (hereinafter referred to as a closed space) is formed. The exhaust gas holding means is connected to this closed space. Here, when the second shut-off valve is closed first and then the first shut-off valve is closed, the exhaust gas is introduced into the exhaust holding means after the pressure upstream of the second shut-off valve rises due to the exhaust from the internal combustion engine. Therefore, it becomes possible to easily introduce the exhaust into the exhaust holding means.

本発明においては、前記排気保持手段は、
前記パティキュレートフィルタよりも前記第1遮断弁側で排気を一時保持する保持部と、
前記第1遮断弁から前記パティキュレートフィルタまでの間の排気通路と前記保持部とを接続する連通路と、
前記連通路内の排気の流通を遮断する第3遮断弁と、
前記保持部内を減圧する減圧手段と、
からなり、
前記保持部の圧力を負圧とし、前記第1遮断弁を閉じ、前記第3遮断弁を開くことにより、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させることができる。
In the present invention, the exhaust holding means includes
A holding part for temporarily holding exhaust gas on the first shut-off valve side of the particulate filter;
A communication passage connecting the exhaust passage between the first shut-off valve and the particulate filter and the holding portion;
A third shut-off valve that shuts off the flow of exhaust gas in the communication path;
Decompression means for decompressing the inside of the holding unit;
Consists of
Exhaust gas can be made to flow backward from the particulate filter to the first cutoff valve side by setting the pressure of the holding portion to a negative pressure, closing the first cutoff valve, and opening the third cutoff valve.

この減圧手段により保持部内の圧力が負圧になれば、前記閉塞空間内と保持部内との圧力に差が生じ、さらにこの圧力の差を大きくすることができる。そのため、パティキュレートフィルタ内を逆流する排気の流速を速くすることができ、粒子状物質に加わる力をより大きくすることができる。これにより、パティキュレートフィルタからの粒子状物質の剥離および細粒化をより促進させることができる。また、前記閉塞空間内の圧力を高める必要がない。   If the pressure in the holding part becomes negative by the pressure reducing means, a difference occurs in the pressure between the closed space and the holding part, and this pressure difference can be further increased. As a result, the flow rate of the exhaust gas flowing backward in the particulate filter can be increased, and the force applied to the particulate matter can be further increased. Thereby, exfoliation and atomization of the particulate matter from the particulate filter can be further promoted. Moreover, there is no need to increase the pressure in the enclosed space.

本発明においては、前記排気保持手段に保持された排気を前記パティキュレートフィルタと前記内燃機関との間の排気通路に戻す排気戻し手段をさらに備えることができる。   In the present invention, exhaust return means for returning the exhaust gas held by the exhaust gas holding means to the exhaust passage between the particulate filter and the internal combustion engine can be further provided.

排気保持手段には、パティキュレートフィルタから剥離した粒子状物質が排気と共に保持されるが、この粒子状物質をパティキュレートフィルタの上流へと戻すことにより、排気保持手段内に保持されていた粒子状物質が再びパティキュレートフィルタに捕集される。このときには、パティキュレートフィルタの上流側端面に粒子状物質がほとんど堆積していないので、粒子状物質の多くはパティキュレートフィルタの細孔内に取り込まれる。そして、細孔内では、触媒の活性が高いので粒子状物質が容易に酸化除去される。すなわち、パティキュレートフィルタで酸化除去されずに堆積していた粒子状物質を、逆流させた排気により該パティキュレートフィルタから剥離させ、さらに排気の流れが順流となったときに粒子状物質をパティキュレートフィルタの上流側へ戻すことにより、元はパティキュレートフィルタに堆積していた粒子状物質を触媒の活性が高い箇所で捕集することができ、粒子状物質を容易に酸化除去することが可能となる。   The particulate matter separated from the particulate filter is held together with the exhaust gas in the exhaust gas holding means. By returning the particulate matter to the upstream side of the particulate filter, the particulate matter held in the exhaust gas holding means is retained. The material is again collected on the particulate filter. At this time, since the particulate matter is hardly deposited on the upstream end face of the particulate filter, most of the particulate matter is taken into the pores of the particulate filter. In the pores, the catalytic activity is high, and the particulate matter is easily oxidized and removed. That is, the particulate matter deposited without being oxidized and removed by the particulate filter is separated from the particulate filter by the exhaust gas flowing backward, and the particulate matter is particulated when the exhaust flow becomes a forward flow. By returning to the upstream side of the filter, it is possible to collect the particulate matter originally deposited on the particulate filter at a place where the activity of the catalyst is high, and the particulate matter can be easily oxidized and removed. Become.

本発明においては、車両の減速時に、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させることができる。   In the present invention, the exhaust gas can be made to flow backward from the particulate filter to the first cutoff valve side when the vehicle is decelerated.

ここで、第1遮断弁若しくは第2遮断弁を閉じると、内燃機関からの排気の流れが遮断され、内燃機関の運転状態に影響を及ぼす。しかし、車両の減速時であれば、燃料カットにより内燃機関の運転が中止されているので、該内燃機関の運転状態に及ぼす影響を小さくすることができる。また、第1遮断弁および第2遮断弁を閉じることにより、内燃機関の回転力を低下させることができるので、車両の減速力を増加させることができる。   Here, when the first shut-off valve or the second shut-off valve is closed, the flow of exhaust gas from the internal combustion engine is shut off, which affects the operating state of the internal combustion engine. However, when the vehicle is decelerating, the operation of the internal combustion engine is stopped by the fuel cut, so that the influence on the operation state of the internal combustion engine can be reduced. Moreover, since the rotational force of the internal combustion engine can be reduced by closing the first cutoff valve and the second cutoff valve, the deceleration force of the vehicle can be increased.

本発明においては、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の量を推定する粒子状物質量推定手段をさらに備え、前記粒子状物質量推定手段により推定されるパティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の量が所定量以上となったときに、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させることができる。   In the present invention, the apparatus further comprises particulate matter amount estimating means for estimating the amount of particulate matter collected by the particulate filter, and collected by the particulate filter estimated by the particulate matter amount estimating means. When the amount of the particulate matter exceeds a predetermined amount, the exhaust gas can be made to flow backward from the particulate filter to the first shutoff valve side.

前記したように、第1遮断弁および第2遮断弁を閉じると、内燃機関の運転状態に影響を及ぼすので、パティキュレートフィルタからの粒子状物質の除去が必要なときにだけ第1遮断弁および第2遮断弁を閉じるようにすることにより、内燃機関の運転状態に及ぼす回数を少なくすることができる。すなわち、前記所定量は、パティキュレートフィルタからの粒子状物質の除去が必要となる量であり、例えば、内燃機関の運転状態に影響を及ぼすおそれのある堆積量、パティキュレートフィルタを破損させるおそれのある堆積量とすることができる。また、これらのおそれがなくても、定期的に粒子状物質を除去するために前記所定量を決定してもよい。   As described above, when the first shut-off valve and the second shut-off valve are closed, the operating state of the internal combustion engine is affected. Therefore, the first shut-off valve and the first shut-off valve only when the particulate matter needs to be removed from the particulate filter. By closing the second shut-off valve, it is possible to reduce the number of times it affects the operating state of the internal combustion engine. That is, the predetermined amount is an amount that requires the removal of particulate matter from the particulate filter. For example, the predetermined amount may cause damage to the particulate filter or the accumulation amount that may affect the operating state of the internal combustion engine. A certain amount of deposition can be obtained. Even if there is no such fear, the predetermined amount may be determined in order to periodically remove the particulate matter.

本発明においては、前記パティキュレートフィルタの温度を上昇させて該パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去させる粒子状物質強制除去手段をさらに
備え、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させた後に、前記粒子状物質強制除去手段により粒子状物質を酸化除去させることができる。
In the present invention, there is further provided a particulate matter forced removal means for raising the temperature of the particulate filter to oxidize and remove the particulate matter collected by the particulate filter, from the particulate filter to the first cutoff valve. After the exhaust gas is made to flow backward to the side, the particulate matter can be oxidized and removed by the particulate matter forced removal means.

ここで、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質は、該パティキュレートフィルタの温度を上昇させることによっても酸化除去することができる。しかし、パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質は、高温下においても酸化し難い。その点、パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を排気の逆流により該パティキュレートフィルタから剥離させ、さらにパティキュレートフィルタに戻すことにより、粒子状物質が細粒化されて、高温下で酸化させやすくすることができる。これにより、パティキュレートフィルタの温度を上昇させるためのエネルギ量を減少させることが可能となる。   Here, the particulate matter collected by the particulate filter can be oxidized and removed by raising the temperature of the particulate filter. However, the particulate matter deposited on the particulate filter is difficult to oxidize even at high temperatures. In that respect, the particulate matter deposited on the particulate filter is separated from the particulate filter by the backflow of exhaust gas, and then returned to the particulate filter, so that the particulate matter is finely divided and oxidized at high temperature. It can be made easy. As a result, the amount of energy for raising the temperature of the particulate filter can be reduced.

上記課題を達成するために、本発明による内燃機関の排気浄化方法は、パティキュレートフィルタの下流側の圧力を上流側の圧力よりも相対的に高めて該パティキュレートフィルタ内で排気を逆流させることにより該パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を該パティキュレートフィルタよりも内燃機関側に排出させる第1の工程と、その後に前記パティキュレートフィルタの上流側の圧力を下流側の圧力よりも相対的に高めて前記排出させた粒子状物質を該パティキュレートフィルタで捕集する第2の工程と、からなっていてもよい。   In order to achieve the above object, an exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention is configured to cause the pressure on the downstream side of the particulate filter to be relatively higher than the pressure on the upstream side to cause the exhaust gas to flow backward in the particulate filter. The first step of discharging the particulate matter collected by the particulate filter to the internal combustion engine side from the particulate filter, and then the pressure on the upstream side of the particulate filter is set to be higher than the pressure on the downstream side. And a second step of collecting the particulate matter which has been relatively raised and discharged by the particulate filter.

パティキュレートフィルタの下流側の圧力を上流側の圧力よりも相対的に高めれば、パティキュレートフィルタ内のガスは逆流し、内燃機関側へ流れる。これにより、パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質には、順流のときとは異なる方向に力がかかり、パティキュレートフィルタから剥離する。また、パティキュレートフィルタの下流側と上流側との圧力差が大きければ、パティキュレートフィルタ内を勢いよくガスが流れ、パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を吹き飛ばすこともできる。その後、パティキュレートフィルタの上流側の圧力を下流側の圧力よりも相対的に高めれば、パティキュレートフィルタ上流に流された粒子状物質が再度パティキュレートフィルタに流れ込む。このときには、パティキュレートフィルタの上流側端面での粒子状物質の付着量は減少しており、粒子状物質がパティキュレートフィルタの細孔内に取り込まれやすくなっている。また、粒子状物質は、パティキュレートフィルタから剥離されることにより細粒化されるので、容易に酸化させることが可能となる。   If the pressure on the downstream side of the particulate filter is relatively higher than the pressure on the upstream side, the gas in the particulate filter flows backward and flows to the internal combustion engine side. Thereby, a force is applied to the particulate matter deposited on the particulate filter in a direction different from that in the forward flow, and the particulate matter is separated from the particulate filter. Further, if the pressure difference between the downstream side and the upstream side of the particulate filter is large, the gas can flow vigorously in the particulate filter, and the particulate matter deposited on the particulate filter can be blown away. After that, if the pressure on the upstream side of the particulate filter is relatively higher than the pressure on the downstream side, the particulate matter that has flowed upstream of the particulate filter flows again into the particulate filter. At this time, the adhering amount of the particulate matter on the upstream end face of the particulate filter is reduced, and the particulate matter is easily taken into the pores of the particulate filter. Further, since the particulate matter is finely divided by being peeled off from the particulate filter, it can be easily oxidized.

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および内燃機関の排気浄化方法では、パティキュレートフィルタ内で排気を逆流させ、該パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を剥離させつつ該パティキュレートフィルタよりも上流側にて粒子状物質を一時保持することにより、複数のパティキュレートフィルタを備えることなく、パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を除去することができる。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine and the exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust gas is caused to flow backward in the particulate filter, and the particulate matter deposited on the particulate filter is peeled off from the particulate filter. Further, by temporarily holding the particulate matter on the upstream side, the particulate matter deposited on the particulate filter can be removed without providing a plurality of particulate filters.

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および内燃機関の排気浄化方法の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, specific embodiments of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine and an exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention will be described based on the drawings.

図1は、本実施例に係る内燃機関1の概略構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine 1 according to the present embodiment.

図1に示す内燃機関1は、4サイクル・ディーゼルエンジンである。   The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a four-cycle diesel engine.

内燃機関1には排気通路2が接続されており、該内燃機関1からの排気が排気通路2を流れる。この排気通路2は、下流にて大気へと通じている。   An exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1, and exhaust gas from the internal combustion engine 1 flows through the exhaust passage 2. This exhaust passage 2 communicates with the atmosphere downstream.

前記排気通路2の途中には、吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒という。)を担持したパティキュレートフィルタ3(以下、フィルタ3という。)が備えられている。   A particulate filter 3 (hereinafter referred to as filter 3) carrying an NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as NOx catalyst) is provided in the middle of the exhaust passage 2.

また、内燃機関1よりも下流で且つフィルタ3よりも上流の排気通路2には、排気の流通を遮断する第1遮断弁4が設けられている。一方、フィルタ3よりも下流の排気通路2には、排気の流通を遮断する第2遮断弁5が設けられている。   A first shutoff valve 4 that shuts off the flow of exhaust gas is provided in the exhaust passage 2 downstream of the internal combustion engine 1 and upstream of the filter 3. On the other hand, the exhaust passage 2 downstream of the filter 3 is provided with a second shutoff valve 5 that shuts off the flow of exhaust.

そして、第1遮断弁4よりも下流で且つフィルタ3よりも上流の排気通路2には、連通路6の一端が接続され、該連通路6の他端は排気保持タンク7に接続されている。この排気保持タンク7は、排気およびPMを一時保持可能なタンクである。また、連通路6の途中には、排気の流通を遮断する第3遮断弁8が設けられている。   One end of the communication path 6 is connected to the exhaust passage 2 downstream of the first cutoff valve 4 and upstream of the filter 3, and the other end of the communication path 6 is connected to the exhaust holding tank 7. . The exhaust holding tank 7 is a tank capable of temporarily holding exhaust and PM. A third shut-off valve 8 that shuts off the flow of exhaust gas is provided in the middle of the communication path 6.

排気保持タンク7には、排気吸引通路9を介してポンプ10が接続されている。このポンプ10は、排気保持タンク7内の排気およびPMを吸引する。そして、ポンプ10の出口は戻し通路11の一端が接続され、該戻し通路11の他端は排気通路2の途中であって連通路6の接続部よりも下流で且つフィルタ3よりも上流に接続されている。   A pump 10 is connected to the exhaust holding tank 7 through an exhaust suction passage 9. The pump 10 sucks exhaust gas and PM in the exhaust gas holding tank 7. The outlet of the pump 10 is connected to one end of the return passage 11, and the other end of the return passage 11 is connected in the middle of the exhaust passage 2, downstream of the connection portion of the communication passage 6 and upstream of the filter 3. Has been.

また、フィルタ3の上流側には、該フィルタ3の上流側の圧力に応じた信号を出力する圧力センサ12が取り付けられている。   A pressure sensor 12 that outputs a signal corresponding to the pressure on the upstream side of the filter 3 is attached to the upstream side of the filter 3.

そして、内燃機関1には該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU13が併設されている。このECU13は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。   The internal combustion engine 1 is also provided with an ECU 13 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 13 is a unit that controls the operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine 1 and the request of the driver.

ECU13には第1遮断弁4、第2遮断弁5、第3遮断弁8が電気配線を介して接続され、ECU10がこれらを制御する。   The ECU 13 is connected to the first cutoff valve 4, the second cutoff valve 5, and the third cutoff valve 8 through electrical wiring, and the ECU 10 controls them.

また、ECU13には、圧力センサ12が電気的に接続されており、該圧力センサ12の出力信号に基づいて、ECU13は、フィルタ3の上流側の圧力を算出する。   The pressure sensor 12 is electrically connected to the ECU 13, and the ECU 13 calculates the pressure on the upstream side of the filter 3 based on the output signal of the pressure sensor 12.

そして、本実施例においては、フィルタ3に捕集されたPMの酸化を促進させるために、該フィルタ3において排気を逆流させる。ここで、第1遮断弁4から第2遮断弁5の方向へ排気が流れるときを順流とし、第2遮断弁5から第1遮断弁4の方向へ排気が流れるときを逆流とする。   In this embodiment, the exhaust gas is caused to flow backward in the filter 3 in order to promote the oxidation of the PM collected by the filter 3. Here, when the exhaust gas flows from the first shut-off valve 4 toward the second shut-off valve 5, the forward flow is assumed, and when the exhaust gas flows from the second shut-off valve 5 toward the first shut-off valve 4, the reverse flow is assumed.

図2は、本実施例によるPM酸化促進制御を行ったときのフィルタへのPMの付着状態を概略的に示した図である。図2(A)は、排気を逆流させる前の状態を示し、図2(B)は、排気を逆流させたときの状態を示し、図2(C)は、排気を逆流させた後に順流としたときの状態を示している。また、図2中の矢印は、排気の流れる方向を示している。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the state of PM adhesion to the filter when the PM oxidation promotion control according to the present embodiment is performed. 2A shows a state before the exhaust is made to flow backward, FIG. 2B shows a state when the exhaust is made to flow backward, and FIG. 2C shows a forward flow after the exhaust is made to flow backward. It shows the state when Moreover, the arrow in FIG. 2 has shown the direction through which exhaust_gas | exhaustion flows.

図2(A)の状態では、フィルタ3の上流側端面31にて該フィルタ3の細孔32をPMが覆っている。ここで、細孔32内では、触媒の活性が高くPMを酸化させやすいが、PMが細孔32を一旦覆ってしまうと、該細孔32内にPMが入れなくなり、上流側端面31にPMが堆積する。そして、上流側端面31に堆積したPMでは、触媒の効果も得難いため酸化除去され難い。そして、このPMにさらにPMが付着して、さらなるPMの堆積を誘引する。このようにして、PMは、触媒の効果を得難い所で堆積して固まり、ブリッジを形成する。   In the state of FIG. 2A, PM covers the pores 32 of the filter 3 at the upstream end face 31 of the filter 3. Here, in the pore 32, the activity of the catalyst is high and it is easy to oxidize PM. However, once the PM covers the pore 32, the PM cannot enter the pore 32 and the upstream end surface 31 has PM. Accumulates. The PM deposited on the upstream end face 31 is difficult to be oxidized and removed because it is difficult to obtain a catalyst effect. Then, PM further adheres to this PM and induces further PM deposition. In this way, PM accumulates and hardens where it is difficult to obtain the effect of the catalyst, and forms a bridge.

このような、状態で排気を逆流させると、図2(B)に示したように、堆積していたP
Mは、細粒化しつつ上流側端面31から剥離される。すなわち、排気を逆流させることにより、堆積していたPMに今までと違う方向から力を加えることができ、上流側端面31からPMを剥離させることができる。また、勢いよく排気を逆流させることにより、PMをより細粒化させることができる。このようにして、フィルタ3から剥離し細粒化したPMは、フィルタ3の上流側へ流される。
When the exhaust gas is made to flow backward in such a state, as shown in FIG.
M is peeled from the upstream end face 31 while being finely divided. That is, by causing the exhaust gas to flow backward, a force can be applied to the accumulated PM from a different direction so far, and the PM can be separated from the upstream end face 31. Moreover, PM can be made finer by reversing exhaust gas vigorously. In this way, the PM that has been peeled off from the filter 3 and made finer flows to the upstream side of the filter 3.

そして、再び排気の流れを順流とすることにより、細粒化したPMが上流側端面31に到達する。このときには、細孔32を覆っていたPMは除去されているので、排気と共にPMが細孔32に流れ込む。そして、細孔32内でPMが捕集される。しかも細孔32内では活性が高いのでPMは酸化除去される。また、PMが例え細孔32内に流れ込まなくても、上流側端面31上の触媒の効果を得やすい箇所に付着すれば、該PMは容易に酸化除去される。   Then, by making the exhaust flow forward again, the refined PM reaches the upstream end face 31. At this time, since the PM covering the pores 32 is removed, the PM flows into the pores 32 together with the exhaust gas. Then, PM is collected in the pores 32. Moreover, since the activity is high in the pores 32, PM is oxidized and removed. Even if the PM does not flow into the pores 32, the PM is easily oxidized and removed if it adheres to a location on the upstream end face 31 where the effect of the catalyst is easily obtained.

このように、フィルタ3において、排気の流れを順流、逆流、順流と順に変化させることにより、フィルタ3に堆積しているPMをフィルタ3の上流側へ向けて細粒化させつつ剥離させ、さらにフィルタ3の上流側からPMを捕集することにより、PMの酸化除去を促進させることができる。そして、フィルタ3から剥離したPMは、再度フィルタ3に流れ込むので、該フィルタ3から剥離したPMが大気中へ放出されることが抑制される。   Thus, in the filter 3, by changing the exhaust flow in the order of forward flow, reverse flow, and forward flow, the PM accumulated in the filter 3 is peeled off while being finely divided toward the upstream side of the filter 3, By collecting PM from the upstream side of the filter 3, oxidation removal of PM can be promoted. And since PM which peeled from the filter 3 flows into the filter 3 again, it is suppressed that PM peeled from this filter 3 is discharge | released in air | atmosphere.

ここで、従来の排気の流通方向を逆流させるフィルタでは、順流であっても、逆流であっても、フィルタを通過した排気は同じフィルタに再度戻されることはなく、そのまま下流へと流されていた。そのため、PMを大気中に放出させないためには、さらに下流にフィルタを備える必要があった。   Here, in a conventional filter that reverses the flow direction of exhaust gas, exhaust gas that has passed through the filter is not returned again to the same filter, regardless of whether it is forward flow or reverse flow, and flows directly downstream. It was. Therefore, in order not to release PM into the atmosphere, it is necessary to provide a filter further downstream.

一方、本実施例では、フィルタ3の上流側端面31および細孔32に堆積したPMを、排気を逆流させることにより細粒化し、その後順流として再びフィルタ3にPMを捕集させるので、下流側にさらにフィルタを設ける必要がない。   On the other hand, in this embodiment, the PM deposited on the upstream end face 31 and the pores 32 of the filter 3 is made fine by reversing the exhaust gas, and then the PM is again collected by the filter 3 as a forward flow. There is no need to further provide a filter.

次に、本実施例の具体的な制御について説明する。   Next, specific control of this embodiment will be described.

図3は、本実施例によるPM酸化促進制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンが実行される前、若しくは第3遮断弁8が開かれる前までにポンプ10を作動させて排気保持タンク7内を負圧にしておく。また、このPM酸化促進制御が実行される前は、第1遮断弁および第2遮断弁は開かれ、第3遮断弁は閉じられている。   FIG. 3 is a flowchart showing a flow of PM oxidation promotion control according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed every predetermined time. In addition, before this routine is executed or before the third shut-off valve 8 is opened, the pump 10 is operated to keep the inside of the exhaust holding tank 7 at a negative pressure. Further, before the PM oxidation promotion control is executed, the first cutoff valve and the second cutoff valve are opened, and the third cutoff valve is closed.

ステップS101では、ECU13は、排気ブレーキを使用する状態となっているか否か判定する。ここで、排気ブレーキは、排気通路の通路面積を排気絞り弁により狭めることで、内燃機関の抵抗を増大させて車両の減速力を高めるものである。そして、本実施例においては、第1遮断弁4および第2遮断弁5が排気絞り弁となり、第1遮断弁4若しくは第2遮断弁5を閉じることにより排気ブレーキとして作用する。また、排気ブレーキは車両の減速時に実施されるので、内燃機関1では、燃料カットが行われており、例え第1遮断弁4若しくは第2遮断弁を閉じたとしても、内燃機関の運転状態に及ぼす影響が小さい。したがって、本実施例においては、フィルタ3における排気の逆流を車両減速時に行っている。   In step S101, the ECU 13 determines whether or not the exhaust brake is in use. Here, the exhaust brake increases the resistance of the internal combustion engine and increases the deceleration force of the vehicle by narrowing the passage area of the exhaust passage with the exhaust throttle valve. In this embodiment, the first shut-off valve 4 and the second shut-off valve 5 serve as exhaust throttle valves, and act as an exhaust brake by closing the first shut-off valve 4 or the second shut-off valve 5. Further, since the exhaust brake is performed when the vehicle is decelerated, the fuel cut is performed in the internal combustion engine 1, and even if the first shut-off valve 4 or the second shut-off valve is closed, the operation state of the internal combustion engine is maintained. The effect is small. Therefore, in the present embodiment, the exhaust gas reversely flows through the filter 3 during vehicle deceleration.

ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。   If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is temporarily terminated.

ステップS102では、ECU13は、第1遮断弁4を開き、第2遮断弁5を閉じ、第
3遮断弁8を閉じる。第2遮断弁5を閉じることにより、内燃機関1からの排気が該内燃機関1から第2遮断弁5までの間の排気通路2に溜まり、この間の排気通路2内の圧力を増加させる。これにより、第2遮断弁5よりも上流の排気通路2内と排気保持タンク7内との圧力差が大きくなる。また、内燃機関の負荷が高まり、車両の減速力が大きくなる。
In step S102, the ECU 13 opens the first cutoff valve 4, closes the second cutoff valve 5, and closes the third cutoff valve 8. By closing the second shut-off valve 5, the exhaust from the internal combustion engine 1 accumulates in the exhaust passage 2 between the internal combustion engine 1 and the second shut-off valve 5, and the pressure in the exhaust passage 2 during this time increases. Thereby, the pressure difference between the exhaust passage 2 upstream of the second shutoff valve 5 and the exhaust holding tank 7 is increased. In addition, the load on the internal combustion engine increases and the deceleration force of the vehicle increases.

ステップS103では、ECU13は、第2遮断弁5を閉じてから第1所定時間が経過したか否か判定する。この第1所定時間は、第2遮断弁5よりも上流の排気通路2内と排気保持タンク7内との圧力差が、PMを剥離させ得るほど大きくなるために必要となる時間である。すなわち、フィルタ3からPMを剥離させるために必要となる排気の流量を得るための圧力差を生じさせるために設けられた時間である。排気保持タンク7内の負圧が十分大きければ、若しくは、排気通路2内の圧力が十分高ければ、この第1所定時間を0としてもよい。   In step S103, the ECU 13 determines whether or not a first predetermined time has elapsed since the second cutoff valve 5 was closed. This first predetermined time is a time required for the pressure difference between the exhaust passage 2 upstream of the second shut-off valve 5 and the exhaust holding tank 7 to become so large that the PM can be separated. That is, it is the time provided for generating a pressure difference for obtaining the flow rate of exhaust gas necessary for separating the PM from the filter 3. If the negative pressure in the exhaust holding tank 7 is sufficiently large, or if the pressure in the exhaust passage 2 is sufficiently high, the first predetermined time may be set to zero.

ステップS103で肯定判定がなされた場合にはステップS104へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS102へ戻る。   If an affirmative determination is made in step S103, the process proceeds to step S104. On the other hand, if a negative determination is made, the process returns to step S102.

ステップS104では、ECU13は、第1遮断弁4を閉じ、第2遮断弁5を閉じ、第3遮断弁8を開く。第1遮断弁4を閉じることにより、第3遮断弁8を開いたときに、第1遮断弁4よりも上流側の排気が排気保持タンク7に流入することを抑制でき、フィルタ3内を逆流する排気の量が減少することを抑制できる。また、第2遮断弁4を引き続き閉じることにより、せっかく上昇させた該第2遮断弁5よりも上流側の圧力が該第2遮断弁5よりも下流側へ抜けることを抑制できる。そして、第3遮断弁8を開くと、排気通路2内の圧力のほうが排気保持タンク7内の圧力よりも高いため、該排気通路2内の排気が排気保持タンク7内に流入する。このときに、フィルタ3内の排気およびフィルタ3から第2遮断弁5までの間の排気通路2内の排気は、フィルタ3内を逆流する。このときの排気の勢いにより、フィルタ3内のPM、特にフィルタ3の上流端面に堆積しているPMをフィルタ3の上流側へ向かって剥離させ、若しくは吹き飛ばすことができる。また、第1遮断弁4が閉じられていることから、車両の減速力は大きい。   In step S104, the ECU 13 closes the first cutoff valve 4, closes the second cutoff valve 5, and opens the third cutoff valve 8. By closing the first shutoff valve 4, when the third shutoff valve 8 is opened, it is possible to suppress the exhaust upstream of the first shutoff valve 4 from flowing into the exhaust holding tank 7, and back flow in the filter 3. It can suppress that the quantity of exhaust to perform decreases. Further, by continuously closing the second shut-off valve 4, it is possible to suppress the pressure on the upstream side of the second shut-off valve 5 that has been raised at a high level from escaping downstream from the second shut-off valve 5. When the third shut-off valve 8 is opened, the pressure in the exhaust passage 2 is higher than the pressure in the exhaust holding tank 7, so that the exhaust in the exhaust passage 2 flows into the exhaust holding tank 7. At this time, the exhaust in the filter 3 and the exhaust in the exhaust passage 2 between the filter 3 and the second shut-off valve 5 flow back through the filter 3. Due to the momentum of the exhaust at this time, the PM in the filter 3, particularly the PM deposited on the upstream end face of the filter 3 can be peeled or blown away toward the upstream side of the filter 3. Moreover, since the 1st cutoff valve 4 is closed, the deceleration force of a vehicle is large.

ステップS105では、ECU13は、排気ブレーキを使用する状態ではないか否か判定する。すなわち、ドライバビリティを考慮して排気ブレーキを使用するときに排気保持タンク7内に排気を流入させるので、排気ブレーキを使用しない状態となった場合には、ドライバビリティ悪化を抑制するためにすぐに第1遮断弁4および第2遮断弁5を開弁させる。   In step S105, the ECU 13 determines whether or not the exhaust brake is in use. That is, exhaust gas is caused to flow into the exhaust holding tank 7 when the exhaust brake is used in consideration of drivability. Therefore, when the exhaust brake is not used, it is immediately necessary to suppress deterioration of drivability. The first cutoff valve 4 and the second cutoff valve 5 are opened.

また、排気通路2内と排気保持タンク7内との圧力差がなくなると、フィルタ3内の排気の逆流が止まるので、このときには、第1遮断弁4を閉じたままとして排気ブレーキは継続させつつ、第2遮断弁5を開き、さらに第3遮断弁8を閉じてもよい。さらに、次の排気ブレーキ使用時に排気の逆流を行えるように、排気保持タンク7内を再度負圧としてもよい。   Further, when the pressure difference between the exhaust passage 2 and the exhaust holding tank 7 disappears, the backflow of the exhaust gas in the filter 3 stops. At this time, the exhaust brake is continued with the first shut-off valve 4 kept closed. The second cutoff valve 5 may be opened, and the third cutoff valve 8 may be closed. Further, the inside of the exhaust holding tank 7 may be set to a negative pressure again so that the exhaust gas can be reversely flowed when the next exhaust brake is used.

ステップS105で肯定判定がなされた場合にはステップS106へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS104へ戻る。   If an affirmative determination is made in step S105, the process proceeds to step S106. On the other hand, if a negative determination is made, the process returns to step S104.

ステップS106では、ECU13は、第1遮断弁4を開き、第2遮断弁5を開き、第3遮断弁8を閉じる。これにより、内燃機関1からの排気は排気通路2を流れ、フィルタ3内を順流にて通過する。そして、フィルタ3の上流側に吹き飛ばされたPMが再びフィルタ3に捕集される。この際には、より活性の高い細孔32に多くのPMが取り込まれるのでPMの酸化除去が促進される。   In step S106, the ECU 13 opens the first cutoff valve 4, opens the second cutoff valve 5, and closes the third cutoff valve 8. As a result, the exhaust from the internal combustion engine 1 flows through the exhaust passage 2 and passes through the filter 3 in a forward flow. Then, the PM blown to the upstream side of the filter 3 is collected by the filter 3 again. At this time, a large amount of PM is taken into the more active pores 32, so that the PM is removed by oxidation.

そして、ポンプ10を作動させて排気保持タンク7内を負圧に維持する。ここで、排気保持タンク7内には、フィルタ3から剥離したPMも保持されているので、該排気保持タンク7内の排気を大気中へそのまま放出すると、PMが除去されないまま大気中へ放出されることになる。そのため、本実施例においては、ポンプ10から排出された排気およびPMを、戻し通路11を介してフィルタ3よりも上流側の排気通路2に戻している。これにより、排気保持タンク7内に保持されたPMが再度フィルタ3に捕集され、細孔32に取り込まれるので、PMを容易に酸化除去することができる。   And the pump 10 is operated and the inside of the exhaust holding tank 7 is maintained at a negative pressure. Here, since the PM separated from the filter 3 is also held in the exhaust holding tank 7, if the exhaust in the exhaust holding tank 7 is released into the atmosphere as it is, the PM is released into the atmosphere without being removed. It will be. Therefore, in this embodiment, the exhaust gas and PM discharged from the pump 10 are returned to the exhaust passage 2 upstream of the filter 3 via the return passage 11. As a result, PM held in the exhaust holding tank 7 is collected again by the filter 3 and taken into the pores 32, so that PM can be easily oxidized and removed.

このようにして、車両減速時であって、排気ブレーキを使用するときにフィルタ3に堆積したPMをフィルタ3の上流側へ向けて剥離させ、若しくは吹き飛ばしつつ細粒化させ、このPMをその後順流となった際に再度フィルタ3で捕集することにより、フィルタ3に堆積していたPMを容易に酸化除去することができる。   In this way, when the vehicle is decelerating and the exhaust brake is used, the PM accumulated on the filter 3 is peeled away toward the upstream side of the filter 3 or is blown off, and the PM is then forward-flowed. Then, by collecting again with the filter 3, the PM deposited on the filter 3 can be easily oxidized and removed.

また、排気ブレーキを使用する度にPMの酸化が促進され、フィルタ3のPM除去能力を常に高く保つことができる。これにより、フィルタ3の温度を上昇させて行うPMの酸化除去(以下、強制再生という)の回数を減少させることができるので、フィルタ3の温度を上昇させるための燃料の消費量を減少させることができ、燃費を向上させることができる。   In addition, the oxidation of PM is promoted every time the exhaust brake is used, and the PM removal capability of the filter 3 can be constantly kept high. As a result, the number of PM oxidation removals (hereinafter referred to as forced regeneration) performed by raising the temperature of the filter 3 can be reduced, so that the amount of fuel consumed for raising the temperature of the filter 3 can be reduced. Can improve fuel efficiency.

なお、本実施例においては、ステップS102において第2遮断弁5を閉じた後に、ステップS104において第1遮断弁4を閉じているが、第2遮断弁5よりも上流の排気通路2内の圧力よりも排気保持タンク7内の圧力を低くすることができれば、第1遮断弁4と第2遮断弁5とを同時に閉じてもよいし、第1遮断弁4を第2遮断弁5よりも先に閉じてもよい。また、排気保持タンク7内の圧力は必ずしも負圧でなくてもよい。   In this embodiment, the first shut-off valve 4 is closed in step S104 after the second shut-off valve 5 is closed in step S102. However, the pressure in the exhaust passage 2 upstream of the second shut-off valve 5 is not limited. If the pressure in the exhaust holding tank 7 can be made lower than that, the first shut-off valve 4 and the second shut-off valve 5 may be closed at the same time, or the first shut-off valve 4 may be closed before the second shut-off valve 5. You may close it. Further, the pressure in the exhaust holding tank 7 is not necessarily negative.

また、本実施例においては、排気ブレーキを使用する度にフィルタ3内で排気を逆流させていたが、これに代えて、フィルタ3の強制再生を行う直前にフィルタ3内で排気を逆流させるようにしてもよい。反対に、フィルタ3内で排気を逆流させた直後にフィルタ3の強制再生を行うようにしてもよい。   In this embodiment, the exhaust gas is made to flow backward in the filter 3 every time the exhaust brake is used. Instead, the exhaust gas is made to flow backward in the filter 3 immediately before the filter 3 is forcibly regenerated. It may be. On the contrary, the filter 3 may be forcibly regenerated immediately after the exhaust gas is made to flow backward in the filter 3.

このフィルタ3の強制再生は、フィルタ3に堆積しているPM量が予め定められた量となったときに行われる。ここで、フィルタ3に堆積しているPMの量は、圧力センサ12の検出値に応じたPM量を予め実験等により求めておき、これと比較することにより得ることができる。また、フィルタ3よりも上流および下流の差圧を検出する差圧センサを排気通路2に取り付けて、該差圧センサの検出値に応じたPM量を予め実験等により求めておき、これと比較することにより得るようにしてもよい。さらに、内燃機関1の運転状態(排気温度、燃料噴射量、機関回転数)に応じたPM捕集量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより得られるPM捕集量を積算してPMの堆積量とすることもできる。また、車両走行距離若しくは走行時間に応じてPMの堆積量を推定しても良い。   This forced regeneration of the filter 3 is performed when the amount of PM deposited on the filter 3 reaches a predetermined amount. Here, the amount of PM deposited on the filter 3 can be obtained by previously obtaining the amount of PM corresponding to the detection value of the pressure sensor 12 through experiments or the like and comparing it. In addition, a differential pressure sensor for detecting a differential pressure upstream and downstream of the filter 3 is attached to the exhaust passage 2, and the amount of PM corresponding to the detected value of the differential pressure sensor is obtained in advance through experiments or the like and compared with this. You may make it obtain by doing. Further, the PM collection amount corresponding to the operation state (exhaust temperature, fuel injection amount, engine speed) of the internal combustion engine 1 is obtained in advance by experiments and mapped, and the PM collection amount obtained from this map is integrated. Thus, the amount of accumulated PM can also be obtained. Further, the PM accumulation amount may be estimated according to the vehicle travel distance or travel time.

このようにして、フィルタ3の強制再生が行われる直前に該フィルタ3内で排気を逆流させると、PMが細粒化されるので強制再生時に速やかにPMが酸化除去される。これにより、強制再生に要する時間を短縮することができ、燃費を向上させることができる。また、フィルタ3に堆積していたPMが強制再生時に一度に酸化して、該フィルタ3を過熱させることを抑制できる。   Thus, if exhaust gas is made to flow backward in the filter 3 immediately before the forced regeneration of the filter 3 is performed, the PM is finely granulated, so that the PM is quickly oxidized and removed during the forced regeneration. Thereby, the time required for forced regeneration can be shortened, and fuel consumption can be improved. Further, it is possible to suppress the PM deposited on the filter 3 from being oxidized at the time of forced regeneration and overheating the filter 3.

また、フィルタ3に堆積しているPM量が予め定められた量となったときにフィルタ3内で排気を逆流させてもよい。このようにすると、フィルタ3内で排気を逆流させる回数を減少させることができ、ドライバビリティに与える影響を少なくすることができる。   Further, the exhaust gas may be made to flow backward in the filter 3 when the amount of PM deposited on the filter 3 reaches a predetermined amount. In this way, the number of times the exhaust gas flows back in the filter 3 can be reduced, and the influence on drivability can be reduced.

なお、本実施例においては、第2遮断弁5を備えているが、排気保持タンク7内の圧力を負圧にできる場合には、必ずしも必要ではない。すなわち、第1遮断弁4を閉じ排気保持タンク7内を負圧として第3遮断弁8を開けば、排気がフィルタ3内を逆流して排気保持タンク7に保持されるので、フィルタ3からPMを剥離させることが可能となる。また、その後に第1遮断弁4を開き、第3遮断弁8を閉じてポンプ10を作動させることにより、PMをフィルタ3に再度捕集させることができる。   In the present embodiment, the second shutoff valve 5 is provided, but this is not always necessary when the pressure in the exhaust holding tank 7 can be made negative. That is, if the first shut-off valve 4 is closed and the third shut-off valve 8 is opened with a negative pressure in the exhaust holding tank 7 and the third shut-off valve 8 is opened, the exhaust flows backward in the filter 3 and is held in the exhaust holding tank 7. Can be peeled off. Further, the PM can be collected again by the filter 3 by opening the first cutoff valve 4 and then closing the third cutoff valve 8 and operating the pump 10.

以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ3内で排気を逆流させることにより、フィルタ3で堆積し、さらに固化していたPMを細粒化させることができる。そして、その後に排気の流れを順流とすることにより、PMをフィルタ3の上流側端面31に付着させることができ、若しくはPMを細孔32内に取り入れることができる。そのため、フィルタ3に担持されたNOx触媒によりPMを容易に除去することができる。これにより、強制再生の実施回数を減少させ、若しくは強制再生にかかる時間を短縮させることができるので、燃料の使用量を減少させることができ、燃費を向上させることができる。また、大量のPMが堆積することを抑制できるので、大量のPMが酸化したときに発生する熱によりフィルタ3が過熱することを抑制できる。さらに、フィルタ3の他に別途フィルタを設ける必要もない。   As described above, according to the present embodiment, the PM accumulated in the filter 3 and further solidified can be refined by causing the exhaust gas to flow backward in the filter 3. Then, by making the exhaust flow forward, the PM can be attached to the upstream end face 31 of the filter 3 or the PM can be taken into the pores 32. Therefore, PM can be easily removed by the NOx catalyst supported on the filter 3. As a result, the number of times of forced regeneration can be reduced or the time required for forced regeneration can be shortened, so that the amount of fuel used can be reduced and fuel efficiency can be improved. Moreover, since it can suppress that a lot of PM accumulates, it can suppress that the filter 3 overheats with the heat | fever which generate | occur | produces when a lot of PM oxidizes. Further, it is not necessary to provide a separate filter in addition to the filter 3.

実施例1に係る内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine according to a first embodiment. 本実施例1によるPM酸化促進制御を行ったときのフィルタへのPMの付着状態を概略的に示した図である。図2(A)は、排気を逆流させる前の状態を示し、図2(B)は、排気を逆流させたときの状態を示し、図2(C)は、排気を逆流させた後に順流としたときの状態を示している。It is the figure which showed schematically the adhesion state of PM to a filter when PM oxidation promotion control by the present Example 1 is performed. 2A shows a state before the exhaust is made to flow backward, FIG. 2B shows a state when the exhaust is made to flow backward, and FIG. 2C shows a forward flow after the exhaust is made to flow backward. It shows the state when 実施例1によるPM酸化促進制御のフローを示したフローチャートである。3 is a flowchart showing a flow of PM oxidation promotion control according to the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
2 排気通路
3 パティキュレートフィルタ
4 第1遮断弁
5 第2遮断弁
6 連通路
7 排気保持タンク
8 第3遮断弁
9 排気吸引通路
10 ポンプ
11 戻し通路
12 圧力センサ
31 上流側端面
32 細孔
1 Internal combustion engine 2 Exhaust passage 3 Particulate filter 4 First shut-off valve 5 Second shut-off valve 6 Communication passage 7 Exhaust holding tank 8 Third shut-off valve 9 Exhaust suction passage 10 Pump 11 Return passage 12 Pressure sensor 31 Upstream end face 32 Narrow Hole

Claims (8)

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と、
前記パティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路に設けられ該排気通路内の排気の流通を遮断する第1遮断弁と、
前記第1遮断弁から前記パティキュレートフィルタまでの間に接続されこの間の排気を導入し且つ一時保持する排気保持手段と、
を備え、
前記第1遮断弁を閉じ且つ前記排気保持手段へ排気を導入してこの排気を保持することにより、前記パティキュレートフィルタから前記第1遮断弁側へ排気を逆流させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A particulate filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A first shut-off valve that is provided in an exhaust passage upstream of the particulate filter and blocks the flow of exhaust gas in the exhaust passage;
Exhaust holding means connected between the first shut-off valve and the particulate filter, for introducing and temporarily holding the exhaust during this period;
With
An internal combustion engine comprising: an internal combustion engine that closes the first shut-off valve, introduces exhaust gas into the exhaust gas holding unit, and holds the exhaust gas, thereby causing the exhaust gas to flow backward from the particulate filter to the first shut-off valve side. Exhaust purification device.
前記パティキュレートフィルタよりも下流側の排気通路に設けられ該排気通路内の排気の流通を遮断する第2遮断弁をさらに備え、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させるときには、前記第2遮断弁を閉じることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。   A second shut-off valve that is provided in the exhaust passage downstream of the particulate filter and shuts off the flow of exhaust gas in the exhaust passage, and when the exhaust gas flows back from the particulate filter to the first shut-off valve side, The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second shut-off valve is closed. 前記排気保持手段は、
前記パティキュレートフィルタよりも前記第1遮断弁側で排気を一時保持する保持部と、
前記第1遮断弁から前記パティキュレートフィルタまでの間の排気通路と前記保持部とを接続する連通路と、
前記連通路内の排気の流通を遮断する第3遮断弁と、
前記保持部内を減圧する減圧手段と、
からなり、
前記保持部の圧力を負圧とし、前記第1遮断弁を閉じ、前記第3遮断弁を開くことにより、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust holding means is
A holding part for temporarily holding exhaust gas on the first shut-off valve side of the particulate filter;
A communication passage connecting the exhaust passage between the first shut-off valve and the particulate filter and the holding portion;
A third shut-off valve that shuts off the flow of exhaust gas in the communication path;
Decompression means for decompressing the inside of the holding unit;
Consists of
The exhaust gas is made to flow backward from the particulate filter to the first shut-off valve side by setting the pressure of the holding portion to a negative pressure, closing the first shut-off valve, and opening the third shut-off valve. 3. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to 1 or 2.
前記排気保持手段に保持された排気を前記パティキュレートフィルタと前記内燃機関との間の排気通路に戻す排気戻し手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising exhaust return means for returning the exhaust gas held by the exhaust gas holding means to an exhaust passage between the particulate filter and the internal combustion engine. Exhaust purification equipment. 車両の減速時に、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   5. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas is caused to flow backward from the particulate filter to the first shut-off valve side when the vehicle is decelerated. 前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の量を推定する粒子状物質量推定手段をさらに備え、前記粒子状物質量推定手段により推定されるパティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の量が所定量以上となったときに、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   The apparatus further comprises particulate matter amount estimating means for estimating the amount of particulate matter collected by the particulate filter, and the particulate matter collected by the particulate filter estimated by the particulate matter amount estimating means. 6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein when the amount becomes a predetermined amount or more, the exhaust gas is caused to flow backward from the particulate filter to the first cutoff valve side. 前記パティキュレートフィルタの温度を上昇させて該パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去させる粒子状物質強制除去手段をさらに備え、前記パティキュレートフィルタから第1遮断弁側へ排気を逆流させた後に、前記粒子状物質強制除去手段により粒子状物質を酸化除去させることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   It further comprises a particulate matter forced removal means for raising the temperature of the particulate filter to oxidize and remove particulate matter collected by the particulate filter, and exhaust gas flows backward from the particulate filter to the first shutoff valve side. 6. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the particulate matter is forcibly removed by oxidation by the particulate matter forced removal means. パティキュレートフィルタの下流側の圧力を上流側の圧力よりも相対的に高めて該パティキュレートフィルタ内で排気を逆流させることにより該パティキュレートフィルタに捕
集された粒子状物質を該パティキュレートフィルタよりも内燃機関側に排出させる第1の工程と、その後に前記パティキュレートフィルタの上流側の圧力を下流側の圧力よりも相対的に高めて前記排出させた粒子状物質を該パティキュレートフィルタで捕集する第2の工程と、からなる内燃機関の排気浄化方法。
The particulate matter collected by the particulate filter is caused to flow from the particulate filter by making the pressure on the downstream side of the particulate filter relatively higher than the pressure on the upstream side and causing the exhaust gas to flow backward in the particulate filter. The first step of discharging the internal combustion engine to the internal combustion engine side, and then raising the pressure on the upstream side of the particulate filter relatively higher than the pressure on the downstream side to trap the discharged particulate matter with the particulate filter. And a second step of collecting the exhaust gas purification method for an internal combustion engine.
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