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JP2015052291A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust emission control device for internal combustion engine Download PDF

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JP2015052291A JP2013185360A JP2013185360A JP2015052291A JP 2015052291 A JP2015052291 A JP 2015052291A JP 2013185360 A JP2013185360 A JP 2013185360A JP 2013185360 A JP2013185360 A JP 2013185360A JP 2015052291 A JP2015052291 A JP 2015052291A
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Noriyasu Kobashi
紀靖 小橋
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Taku Kadooka
卓 角岡
大塚 孝之
Takayuki Otsuka
孝之 大塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine, including a filter provided in an exhaust passage for trapping PMs, for effectively reducing the pressure loss of the filter resulting from the accumulation of ashes while suppressing an increase of fuel consumption.SOLUTION: The exhaust emission control device for the internal combustion engine includes the filter for trapping the PMs, a first accumulation amount acquiring part for acquiring the accumulation amount of the PMs, a second accumulation amount acquiring part for acquiring the accumulation amount of the ashes, and a control part for executing regeneration processing to oxidize the accumulated PMs. When the accumulation amount of the ashes acquired by the second accumulation amount acquiring part is not smaller than a threshold amount, the control part executes the regeneration processing in the state that the accumulation amount of the acquired PMs reaches a predetermined amount allowing oxidation heat due to the regeneration processing to raise the temperature of the filter up to a predetermined temperature where the accumulated ashes are contracted.

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

従来、内燃機関の排気に含まれる煤等の粒子状物質(以下、「PM」と言う。)が大気へ放出されることを抑制するために、PMを捕集するフィルタが排気通路に設けられている。捕集されたPMが過度に堆積すると、圧力損失の増大等のフィルタの機能低下が生じる虞があるため、堆積したPMを酸化によって除去する再生処理が実行される。   Conventionally, a filter for collecting PM is provided in the exhaust passage in order to prevent particulate matter such as soot contained in the exhaust gas of the internal combustion engine (hereinafter referred to as “PM”) from being released to the atmosphere. ing. If the collected PM is excessively accumulated, there is a risk that the function of the filter will be reduced, such as an increase in pressure loss. Therefore, a regeneration process for removing the accumulated PM by oxidation is performed.

ところで、排気には内燃機関の潤滑オイル等に含まれる成分に由来する不燃性の物質(以下、「アッシュ」と言う。)が含まれることがある。アッシュもフィルタによって捕集されるため、過度に堆積した場合にはフィルタの機能が低下する虞がある。ここで、アッシュ自身は不燃性であるために、PMのように酸化によって除去することは難しいが、アッシュが堆積していくことで、再生処理時におけるPMの酸化速度が低下する問題が知られている。この問題を解決するために、フィルタに堆積したアッシュの量や状態に応じて、再生処理時におけるフィルタの目標温度を補正する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。当該技術においては、アッシュの堆積量が多いほど目標温度を高く補正し、実際のフィルタの温度がこの目標温度に達するように、燃料噴射量や噴射時期が制御される。これにより、フィルタ温度がより高く設定された目標温度まで上昇されるため、PMの酸化反応がより促進される。その結果、アッシュの堆積によって低下したPMの酸化速度が回復される。   By the way, the exhaust gas may contain incombustible substances (hereinafter referred to as “ash”) derived from components contained in the lubricating oil of the internal combustion engine. Since the ash is also collected by the filter, there is a possibility that the function of the filter is deteriorated when it is excessively accumulated. Here, since ash itself is nonflammable, it is difficult to remove it by oxidation like PM, but there is a problem that the oxidization rate of PM during regeneration treatment decreases due to ash accumulation. ing. In order to solve this problem, a technique has been proposed in which the target temperature of the filter during the regeneration process is corrected according to the amount and state of ash accumulated on the filter (see, for example, Patent Document 1). In this technique, the target temperature is corrected to be higher as the amount of accumulated ash increases, and the fuel injection amount and the injection timing are controlled so that the actual filter temperature reaches this target temperature. As a result, the filter temperature is raised to the target temperature set higher, so that the oxidation reaction of PM is further promoted. As a result, the PM oxidation rate lowered by the ash deposition is recovered.

特開2011−69374号公報JP 2011-69374 A

ところで、堆積したアッシュによって誘発されるフィルタの機能低下としては、アッシュ自身の堆積によって生じるフィルタの濾過面積の減少による、圧力損失の増大がある。上述の従来技術は、PMの酸化反応を促進させるためにフィルタの温度をより上昇させる技術であるため、アッシュの堆積によるフィルタの圧力損失を積極的に解決する技術ではない。また、上述の従来技術においては、フィルタ温度をより高く補正された目標温度まで上昇させるために、燃料噴射量や噴射時期の制御によって排気に含まれる未燃燃料の量が調整される。ゆえに、当該技術では、燃料消費の増大が懸念される。   By the way, as the function degradation of the filter induced by the accumulated ash, there is an increase in pressure loss due to a decrease in the filtration area of the filter caused by the ash deposition. The above-described conventional technique is a technique for further increasing the temperature of the filter in order to promote the oxidation reaction of PM, and thus is not a technique for actively solving the pressure loss of the filter due to ash deposition. Further, in the above-described conventional technology, the amount of unburned fuel contained in the exhaust gas is adjusted by controlling the fuel injection amount and the injection timing in order to raise the filter temperature to a higher corrected target temperature. Therefore, in this technique, there is a concern about an increase in fuel consumption.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、排気通路にPMを捕集するフィルタが設けられた内燃機関の排気浄化装置において、燃料消費の増大を抑制しながら、アッシュの堆積に起因するフィルタの圧力損失を効果的に低減させることを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a filter for collecting PM in an exhaust passage, ash accumulation is achieved while suppressing an increase in fuel consumption. An object of the present invention is to effectively reduce the pressure loss of the filter caused by the above.

上記した課題を解決するために、本発明に係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、排気内の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を取得する第1堆積量取得部と、
前記フィルタに堆積した不燃物質の堆積量を取得する第2堆積量取得部と、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化させる再生処理を実行する制御部であって、前記第2堆積量取得部によって取得された前記不燃物質の堆積量が閾量以上である場合は
、前記第1堆積量取得部によって取得された前記粒子状物質の堆積量が、前記再生処理による酸化熱で前記フィルタの温度を、該堆積した不燃物質が収縮する所定温度に上昇させる所定量に到達した状態で、前記再生処理を実行する制御部と、
を備える、ようにした。
In order to solve the above-described problem, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes:
A filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulate matter in the exhaust;
A first deposition amount acquisition unit for acquiring a deposition amount of particulate matter deposited on the filter;
A second accumulation amount acquisition unit for acquiring an accumulation amount of the non-combustible material accumulated on the filter;
A control unit that executes a regeneration process for oxidizing the particulate matter deposited on the filter, and when the accumulation amount of the incombustible substance acquired by the second accumulation amount acquisition unit is equal to or greater than a threshold amount, 1 The amount of particulate matter deposited acquired by the deposit amount acquisition unit has reached a predetermined amount that raises the temperature of the filter to a predetermined temperature at which the deposited incombustible material contracts by oxidation heat generated by the regeneration process. And a control unit for executing the reproduction process;
It was made to prepare.

上述の粒子状物質(以下、「PM」とも言う。)は、内燃機関において燃料が燃焼した際に生成される煤等の可燃性の固体物質である。フィルタに捕集されたPMが堆積すると、フィルタの濾過面積が減少することによってフィルタの圧力損失が大きくなる。そこで、上述の第1堆積量取得部は、フィルタに堆積したPMの堆積量を、例えば、フィルタの前後差圧や内燃機関の運転履歴等に基づいて取得する。なお、フィルタに堆積したPMは、フィルタの温度が十分に高く(例えば約400℃以上)、且つ、フィルタ内に十分な酸素が存在するときに酸化される。そこで、本発明に係る排気浄化装置の制御部は、フィルタに堆積したPMを除去するために、当該PMを酸化させる再生処理を実行する。ここで、制御部は、例えば、PMの堆積を十分に抑制するために、PMの堆積量が比較的に少ない段階で再生処理を実行する。なお、この再生処理においては、フィルタの加熱や、フィルタへの酸素供給等の処理が行われる。   The particulate matter (hereinafter also referred to as “PM”) is a combustible solid material such as soot that is generated when fuel is burned in an internal combustion engine. When PM trapped in the filter is deposited, the pressure loss of the filter increases due to a decrease in the filtration area of the filter. Therefore, the first accumulation amount acquisition unit described above acquires the accumulation amount of PM accumulated on the filter based on, for example, the differential pressure across the filter, the operation history of the internal combustion engine, and the like. The PM deposited on the filter is oxidized when the temperature of the filter is sufficiently high (for example, about 400 ° C. or more) and sufficient oxygen is present in the filter. Therefore, the control unit of the exhaust gas purification apparatus according to the present invention executes a regeneration process for oxidizing the PM in order to remove the PM accumulated on the filter. Here, for example, in order to sufficiently suppress PM accumulation, the control unit executes the regeneration process at a stage where the amount of PM accumulation is relatively small. In this regeneration process, processes such as heating the filter and supplying oxygen to the filter are performed.

一方、上述の不燃物質(以下、「アッシュ」とも言う。)は、内燃機関の潤滑オイルに含まれる添加剤や燃料に含まれる硫黄等の成分に由来する不燃性の固体物質である。アッシュは、PMと同様にフィルタに捕集されて堆積するため、アッシュの堆積量が増大するとフィルタの圧力損失が大きくなる。そこで、上述の第2堆積量取得部は、フィルタに堆積したアッシュの堆積量を、フィルタの前後差圧(特に、実質的にアッシュのみが堆積していると考えられる、再生処理の終了直後のフィルタの前後差圧)や内燃機関の運転履歴等に基づいて取得する。アッシュは、不燃性であるため、PMのように酸化によって除去することは困難であるが、所定温度(例えば、約750℃)まで加熱されると収縮する(体積が減少して密度が高くなる)ことが知られている。特に、約1050℃以上まで加熱されると、密度が約50%増大する程度まで収縮することが知られている。そこで、フィルタに堆積した未収縮のアッシュが収縮する所定温度までフィルタ温度を上昇させれば、フィルタの濾過面積を増大させることによってフィルタの圧力損失を低減させることが可能になる。しかしながら、当該所定温度は、内燃機関の運転時や再生処理時にフィルタの温度が通常到達する温度よりも高い。ゆえに、フィルタ温度を当該所定温度まで上昇させてアッシュを収縮させるためには、フィルタを追加的に加熱する必要がある。ここで、例えば、フィルタに流入する排気を昇温させればフィルタを追加的に加熱することができるが、この方法では燃料消費が増大するために好ましくない。   On the other hand, the above-mentioned incombustible substances (hereinafter also referred to as “ash”) are incombustible solid substances derived from components such as additives contained in lubricating oil of internal combustion engines and sulfur contained in fuel. Since ash is collected and deposited in the filter in the same manner as PM, the pressure loss of the filter increases as the amount of ash deposited increases. Therefore, the second accumulation amount acquisition unit described above calculates the accumulation amount of ash accumulated on the filter by using the differential pressure across the filter (particularly immediately after the end of the regeneration process, where it is considered that only ash is substantially accumulated. It is acquired based on the differential pressure across the filter) and the operation history of the internal combustion engine. Since ash is nonflammable, it is difficult to remove by oxidation like PM, but shrinks when heated to a predetermined temperature (for example, about 750 ° C.) (the volume decreases and the density increases). )It is known. In particular, it is known that when heated to about 1050 ° C. or higher, the density shrinks to an extent that increases by about 50%. Therefore, if the filter temperature is increased to a predetermined temperature at which the unshrinked ash deposited on the filter contracts, the pressure loss of the filter can be reduced by increasing the filtration area of the filter. However, the predetermined temperature is higher than the temperature at which the filter temperature normally reaches during operation of the internal combustion engine or regeneration processing. Therefore, in order to raise the filter temperature to the predetermined temperature and contract the ash, it is necessary to additionally heat the filter. Here, for example, if the temperature of the exhaust gas flowing into the filter is raised, the filter can be additionally heated. However, this method is not preferable because fuel consumption increases.

そこで、本発明に係る排気浄化装置の制御部は、第2堆積量取得部によって取得されたアッシュの堆積量が閾量以上である場合は、第1堆積量取得部によって取得されたPMの堆積量が、再生処理による酸化熱でフィルタの温度を、該堆積したアッシュが収縮する所定温度に上昇させる所定量に到達した状態で、再生処理を実行する。ここで、当該所定量は、例えば、第2堆積量取得部によって取得されたアッシュの堆積量と、当該所定温度とフィルタの実際の温度との差分と、に基づいて取得することができる。また、当該所定温度は、堆積したアッシュが十分に収縮し、且つ、フィルタが過昇温に至らない温度とすればよく、アッシュの収縮特性(例えば、アッシュの温度に対するアッシュの密度変化率)や、フィルタの耐熱特性等に基づいて設定することができる。なお、アッシュの堆積量に係る上記閾量は、アッシュを収縮させる必要性を判断するために設定されるアッシュの堆積量であり、例えば、アッシュを収縮させることによってフィルタの圧力損失の低減が期待できるときのアッシュの堆積量とすればよく、実験等によって予め設定しておけばよい。   Therefore, the control unit of the exhaust emission control apparatus according to the present invention, when the ash accumulation amount acquired by the second accumulation amount acquisition unit is equal to or greater than the threshold amount, the PM accumulation acquired by the first accumulation amount acquisition unit. The regeneration process is executed in a state where the amount reaches a predetermined amount that raises the temperature of the filter to a predetermined temperature at which the deposited ash contracts by oxidation heat generated by the regeneration process. Here, the predetermined amount can be acquired based on, for example, the ash accumulation amount acquired by the second accumulation amount acquisition unit and the difference between the predetermined temperature and the actual temperature of the filter. The predetermined temperature may be a temperature at which the deposited ash sufficiently contracts and the filter does not reach an excessive temperature rise. For example, the ash contraction characteristics (for example, the ash density change rate with respect to the ash temperature) It can be set based on the heat resistance characteristics of the filter. Note that the above threshold amount related to the ash accumulation amount is an ash accumulation amount set to determine the necessity of ash shrinkage. For example, by reducing the ash shrinkage of the filter pressure loss is expected. What is necessary is just to set it as the accumulation amount of ash when possible, and should just set beforehand by experiment etc.

以上より、本発明によれば、制御部は、PMを酸化除去するための再生処理を実行する
が、アッシュの堆積量が上記閾量以上である場合は、PMの堆積量が上記所定量に到達する前は、再生処理を実行しない。再生処理が実行されない状態で、内燃機関の運転が継続すれば、PMの堆積量がいずれは上記所定量に到達する。つまり、制御部は、アッシュの堆積量が上記閾量以上である場合は、PMの堆積量が上記所定量に到達するまでは、再生処理の実行を制限し、PMの堆積量が当該所定量に到達した後に、再生処理を実行する。これにより、本発明によれば、フィルタ温度を上記所定温度まで上昇させるために必要な酸化熱が生成される所定量のPMが堆積した状態で、再生処理を実行することができるため、燃料を追加的に消費することなく、アッシュを収縮させることができる。その結果、燃料消費の増大を抑制しながら、フィルタの圧力損失を効果的に低減させることが可能になる。
As described above, according to the present invention, the control unit executes a regeneration process for oxidizing and removing PM. When the ash accumulation amount is equal to or greater than the threshold amount, the PM accumulation amount is set to the predetermined amount. The reproduction process is not executed before the arrival. If the operation of the internal combustion engine is continued in a state where the regeneration process is not executed, the PM accumulation amount eventually reaches the predetermined amount. That is, when the ash accumulation amount is equal to or larger than the threshold amount, the control unit limits the execution of the regeneration process until the PM accumulation amount reaches the predetermined amount, and the PM accumulation amount is the predetermined amount. After reaching, playback processing is executed. As a result, according to the present invention, the regeneration process can be executed in a state where a predetermined amount of PM that generates oxidation heat necessary to raise the filter temperature to the predetermined temperature is accumulated. The ash can be shrunk without additional consumption. As a result, it is possible to effectively reduce the pressure loss of the filter while suppressing an increase in fuel consumption.

また、本発明によれば、前記第2堆積量取得部は、前記制御部によって前記再生処理が実行された直後における前記フィルタの前後差圧に基づいて、前記フィルタに堆積した不燃物質の堆積量を取得する、ようにしてもよい。再生処理が実行された直後におけるフィルタの前後差圧は、フィルタから堆積したPMが除去された直後の前後差圧であるため、堆積したPMによる影響が排除された前後差圧である。ゆえに、当該前後差圧を用いることにより、アッシュの堆積量を精度良く取得することが可能になる。   Further, according to the present invention, the second accumulation amount acquisition unit accumulates an incombustible material accumulated on the filter based on a differential pressure across the filter immediately after the regeneration process is performed by the control unit. May be obtained. The differential pressure before and after the filter immediately after the regeneration process is executed is the differential pressure before and after the PM accumulated from the filter is removed, and thus the differential pressure before and after the influence of the accumulated PM is eliminated. Therefore, by using the differential pressure before and after, it is possible to acquire the ash accumulation amount with high accuracy.

また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記第2堆積量取得部によって取得された前記不燃物質の堆積量と、前記所定温度と前記不燃物質の実際の温度との差分と、に基づいて、前記所定量を取得する所定量取得部を更に備えるようにしてもよい。ここで、アッシュの堆積量が多いほど、また、上記所定温度とPMの実際の温度との差分が大きいほど、アッシュを加熱するための酸化熱量が多く必要になるため、より多くのPMが必要になる。そこで、上記所定量取得部は、これらの関係に基づいて、上記所定量を取得する。これにより、フィルタの温度を、堆積したアッシュが収縮する温度まで上昇させるために必要なPMの量を精度よく取得することができる。   In addition, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a deposit amount of the incombustible substance acquired by the second deposit amount acquisition unit, and a difference between the predetermined temperature and the actual temperature of the incombustible substance. A predetermined amount acquisition unit that acquires the predetermined amount may be further included. Here, the greater the amount of ash deposited, and the greater the difference between the predetermined temperature and the actual temperature of PM, the more oxidation heat is required to heat the ash, so more PM is required. become. Therefore, the predetermined amount acquisition unit acquires the predetermined amount based on these relationships. Thereby, the amount of PM necessary for raising the temperature of the filter to a temperature at which the deposited ash contracts can be obtained with high accuracy.

なお、本発明によれば、前記内燃機関は、理論空燃比での燃焼が可能な火花点火式の内燃機関であって、前記制御部は、前記内燃機関の減速運転時に該内燃機関の燃料供給停止を実行することで、前記再生処理を実行する、ようにしてもよい。ここで、当該内燃機関では、燃料供給停止が行われると、フィルタに高濃度の酸素が供給されるため、フィルタに堆積したPMが好適に酸化される。なお、内燃機関の減速運転時は、通常は燃料供給が要求されない。そこで、制御部は、内燃機関の減速運転時に燃料供給停止を行うことで、再生処理を実行する。なお、制御部は、上述のように、アッシュの堆積量が上記閾量以上である場合は、PMの堆積量が上記所定量に到達するまでは再生処理を実行しない。そのため、この場合には、制御部は、内燃機関の減速運転時でも燃料供給停止を実行しない。そして、PMの堆積量が当該所定量に到達した後に燃料供給停止を実行する。これにより、本発明によれば、アッシュの堆積量が上記閾量以上である場合は、上記所定量のPMが堆積した状態で、再生処理を実行することができる。その結果、燃料消費の増大を抑制しながら、フィルタの圧力損失を効果的に低減させることが可能になる。   According to the present invention, the internal combustion engine is a spark ignition type internal combustion engine capable of combustion at a stoichiometric air-fuel ratio, and the control unit supplies fuel to the internal combustion engine during decelerating operation. You may make it perform the said reproduction | regeneration process by performing a stop. Here, in the internal combustion engine, when fuel supply is stopped, high-concentration oxygen is supplied to the filter, so that PM deposited on the filter is suitably oxidized. Note that fuel supply is not normally required during deceleration operation of the internal combustion engine. Therefore, the control unit executes the regeneration process by stopping the fuel supply during the deceleration operation of the internal combustion engine. Note that, as described above, when the ash accumulation amount is equal to or greater than the threshold amount, the control unit does not perform the regeneration process until the PM accumulation amount reaches the predetermined amount. Therefore, in this case, the control unit does not stop the fuel supply even during the deceleration operation of the internal combustion engine. Then, the fuel supply is stopped after the PM accumulation amount reaches the predetermined amount. Thereby, according to this invention, when the accumulation amount of ash is more than the said threshold amount, a reproduction | regeneration process can be performed in the state which accumulated said predetermined amount PM. As a result, it is possible to effectively reduce the pressure loss of the filter while suppressing an increase in fuel consumption.

また、本発明によれば、前記制御部は、前記不燃物質の堆積量が前記閾量以上である場合は、前記粒子状物質の堆積量が前記所定量未満であっても、前記フィルタの温度が前記再生処理による酸化反応が生じない第2所定温度未満であるときには、前記内燃機関の減速運転時に該内燃機関の燃料供給停止を実行する、ようにしてもよい。ここで、フィルタ温度が当該第2所定温度未満であるときは、燃料供給停止が実行されてフィルタに酸素が供給されても、堆積したPMは酸化されないため、燃料供給停止を制限する必要はない。そこで、制御部は、アッシュの堆積量が上記閾量以上である場合は、PMの堆積量が上記所定量に到達する前であっても、フィルタ温度が上記第2所定温度未満であるときは、燃料供給停止を実行する。これにより、燃料供給停止の実行頻度が増加するため、内燃機関
の燃料消費を更に低減させることが可能になる。
Further, according to the present invention, the control unit, when the accumulation amount of the incombustible substance is not less than the threshold amount, even if the accumulation amount of the particulate matter is less than the predetermined amount, the temperature of the filter When the temperature is lower than a second predetermined temperature at which the oxidation reaction due to the regeneration process does not occur, the fuel supply stop of the internal combustion engine may be executed during the deceleration operation of the internal combustion engine. Here, when the filter temperature is lower than the second predetermined temperature, even if the fuel supply is stopped and oxygen is supplied to the filter, the accumulated PM is not oxidized, so there is no need to limit the fuel supply stop. . Therefore, when the accumulation amount of ash is equal to or greater than the threshold amount, the control unit determines that the filter temperature is less than the second predetermined temperature even before the PM accumulation amount reaches the predetermined amount. , Stop fuel supply. As a result, the frequency of stopping the fuel supply increases, so that the fuel consumption of the internal combustion engine can be further reduced.

また、本発明によれば、前記内燃機関は、前記排気通路における前記フィルタよりも上流側に設けられた酸化触媒と、該酸化触媒に流入する排気に燃料を添加する燃料添加部と、を有する圧縮着火式の内燃機関であって、前記制御部は、前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の堆積量が、前記所定量よりも少ない第2所定量以上であるときに前記燃料添加部により燃料を添加することで、前記再生処理を実行するものであって、前記制御部は、前記不燃物質の堆積量が前記閾量以上である場合は、前記粒子状物質の堆積量が、前記第2所定量に替えて前記所定量以上であるときに前記燃料添加部により燃料を添加することで、前記再生処理を実行する、ようにしてもよい。ここで、燃料添加部から燃料が添加されると、該燃料が酸化触媒によって酸化されることによって排気温度が上昇するため、酸化触媒よりも下流側に配置されたフィルタの温度を上昇させることができる。当該内燃機関では、排気の酸素濃度が比較的高いため、燃料添加部から燃料を添加してフィルタ温度をPMが酸化される温度まで上昇させることによって、フィルタに堆積したPMを酸化させることができる。また、上記第2所定量は、例えば、PMの堆積やフィルタの過昇温を十分に抑制するために行われる再生処理の必要性を判定するために設定されたPMの堆積量であって、再生処理時のフィルタ温度が、アッシュが収縮する上記所定温度を超えないように、上記所定量よりも少なく設定された量である。   According to the present invention, the internal combustion engine includes an oxidation catalyst provided upstream of the filter in the exhaust passage, and a fuel addition unit that adds fuel to the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst. In the compression ignition type internal combustion engine, the control unit causes the fuel addition unit to generate fuel when the accumulation amount of the particulate matter deposited on the filter is equal to or greater than a second predetermined amount that is smaller than the predetermined amount. The control unit executes the regeneration process, and when the accumulation amount of the incombustible substance is equal to or greater than the threshold amount, the accumulation amount of the particulate matter is set to the second amount. The regeneration process may be executed by adding fuel by the fuel addition unit when the amount is equal to or greater than the predetermined amount instead of the predetermined amount. Here, when the fuel is added from the fuel addition section, the exhaust temperature rises due to the fuel being oxidized by the oxidation catalyst. Therefore, the temperature of the filter disposed downstream of the oxidation catalyst may be raised. it can. In the internal combustion engine, since the oxygen concentration in the exhaust gas is relatively high, PM accumulated in the filter can be oxidized by adding fuel from the fuel addition unit and raising the filter temperature to a temperature at which PM is oxidized. . The second predetermined amount is, for example, a PM accumulation amount set to determine the necessity of regeneration processing performed to sufficiently suppress PM accumulation and excessive temperature rise of the filter, The filter temperature during the regeneration process is an amount set to be smaller than the predetermined amount so as not to exceed the predetermined temperature at which the ash contracts.

以上より、本発明によれば、制御部は、PMの堆積量が上記第2所定量以上であるときに燃料添加部により燃料を添加させるが、アッシュの堆積量が上記閾量以上である場合は、PMの堆積量が上記所定量以上であるときに、燃料添加部により燃料を添加させる。つまり、制御部は、アッシュの堆積量が上記閾量以上である場合は、PMの堆積量が上記第2所定量を超えても、上記所定量に到達するまでは、燃料添加を実行しない。これにより、本発明によれば、アッシュの堆積量が上記閾量以上である場合は、上記所定量のPMが堆積した状態で、再生処理を実行することができる。その結果、燃料消費の増大を抑制しながら、フィルタの圧力損失を効果的に低減させることが可能になる。   As described above, according to the present invention, the control unit causes the fuel addition unit to add fuel when the PM accumulation amount is equal to or greater than the second predetermined amount, but the ash accumulation amount is equal to or greater than the threshold amount. The fuel is added by the fuel addition unit when the PM accumulation amount is equal to or greater than the predetermined amount. In other words, when the ash accumulation amount is equal to or greater than the threshold amount, the control unit does not add fuel until the PM accumulation amount reaches the predetermined amount even if the PM accumulation amount exceeds the second predetermined amount. Thereby, according to this invention, when the accumulation amount of ash is more than the said threshold amount, a reproduction | regeneration process can be performed in the state which accumulated said predetermined amount PM. As a result, it is possible to effectively reduce the pressure loss of the filter while suppressing an increase in fuel consumption.

本発明によれば、排気通路にPMを捕集するフィルタが設けられた内燃機関の排気浄化装置において、燃料消費の増大を抑制しながら、アッシュの堆積に起因するフィルタの圧力損失を効果的に低減させることが可能になる。   According to the present invention, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a filter for collecting PM in an exhaust passage, the pressure loss of the filter due to ash accumulation is effectively reduced while suppressing an increase in fuel consumption. It becomes possible to reduce.

実施例1に係る内燃機関と排気浄化装置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 and an exhaust purification device according to Embodiment 1. FIG. フィルタに堆積したアッシュの収縮特性を示すグラフである。It is a graph which shows the shrinkage | contraction characteristic of the ash deposited on the filter. 実施例1に係る燃料カットの実行手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a fuel cut execution procedure according to the first embodiment. 実施例1に係る燃料カット禁止フラグの設定処理の手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a procedure of a fuel cut prohibition flag setting process according to the first embodiment. 車両の走行距離に対するアッシュ堆積量とフィルタの圧力損失の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ash deposition amount with respect to the travel distance of a vehicle, and the pressure loss of a filter. 目標圧力損失とアッシュ収縮率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a target pressure loss and an ash shrinkage rate. アッシュ収縮率と目標温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an ash shrinkage rate and target temperature. 目標温度とフィルタの現在温度との差分である温度上昇幅と、目標PM堆積量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature rise range which is the difference of target temperature and the present temperature of a filter, and target PM deposition amount. PM堆積量と過昇温想定温度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between PM deposition amount and overheating temperature assumption temperature. 実施例2に係る内燃機関と排気浄化装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the internal combustion engine and exhaust gas purification apparatus which concern on Example 2. FIG. 実施例2に係る通常の再生処理を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating normal reproduction processing according to the second embodiment. 実施例2に係るアッシュ収縮処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an ash contraction process according to the second embodiment.

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.

[実施例1]
図1は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。車両に搭載される火花点火式内燃機関である内燃機関10は、複数の気筒11を有する車両用のガソリンエンジンであって、気筒11内に燃料が直接噴射される、いわゆる直噴ガソリンエンジンである。気筒11には、気筒11の上部に設けられた燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁12と、気筒11内の混合気に点火する点火プラグ13が設けられている。点火プラグ13は、先端に設けられた電極間で火花を発生させることによって混合気を点火する。
[Example 1]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment. An internal combustion engine 10 that is a spark ignition type internal combustion engine mounted on a vehicle is a gasoline engine for a vehicle having a plurality of cylinders 11, and is a so-called direct injection gasoline engine in which fuel is directly injected into the cylinders 11. . The cylinder 11 is provided with a fuel injection valve 12 for injecting fuel into a combustion chamber provided in the upper part of the cylinder 11 and an ignition plug 13 for igniting an air-fuel mixture in the cylinder 11. The spark plug 13 ignites the air-fuel mixture by generating a spark between the electrodes provided at the tip.

気筒11の燃焼室に吸気ポートを介して接続された吸気通路20には、気筒11内に吸入される吸気の流量を調節するスロットル弁21と、この流量を検出するエアフローメータ22が設けられている。また、気筒11の燃焼室に排気ポートを介して接続された排気通路30には、酸化機能を有する触媒31と、排気中の粒子状物質(PM)を捕集するフィルタ32が設けられている。触媒31は、排気中の未燃燃料や一酸化炭素を酸化することによって浄化する触媒である。触媒31は、例えば、三元触媒、酸化触媒、吸蔵還元型NOx触媒、選択還元型NOx触媒であってもよい。また、フィルタ32は、例えば、コージェライト製の多孔質の基材により形成されるウォールフロー型のフィルタである。   An intake passage 20 connected to the combustion chamber of the cylinder 11 via an intake port is provided with a throttle valve 21 for adjusting the flow rate of intake air taken into the cylinder 11 and an air flow meter 22 for detecting the flow rate. Yes. An exhaust passage 30 connected to the combustion chamber of the cylinder 11 via an exhaust port is provided with a catalyst 31 having an oxidation function and a filter 32 for collecting particulate matter (PM) in the exhaust. . The catalyst 31 is a catalyst that purifies the exhaust gas by oxidizing unburned fuel and carbon monoxide. The catalyst 31 may be, for example, a three-way catalyst, an oxidation catalyst, an occlusion reduction type NOx catalyst, or a selective reduction type NOx catalyst. The filter 32 is, for example, a wall flow type filter formed of a cordierite porous base material.

触媒31よりも上流側の排気通路30には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ33が設けられている。なお、この空燃比センサ33は、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサであってもよい。また、触媒31よりも下流側であって、フィルタ32よりも上流側の排気通路30には、排気の温度を検出する第1温度センサ34が設けられている。この第1温度センサ34の検出値に基づいて、触媒31の温度を検出することができる。また、フィルタ32よりも下流側の排気通路30には、排気の温度を検出する第2温度センサ35が設けられている。この第2温度センサ35の検出値に基づいて、フィルタ32の温度を検出することができる。そして、排気通路30には、フィルタ32の前後差圧(フィルタ32よりも上流側の排気圧と下流側の排気圧との差)を検出する差圧センサ36が設けられている。   An air-fuel ratio sensor 33 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided in the exhaust passage 30 upstream of the catalyst 31. The air-fuel ratio sensor 33 may be an oxygen concentration sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas. A first temperature sensor 34 that detects the temperature of the exhaust gas is provided in the exhaust passage 30 downstream of the catalyst 31 and upstream of the filter 32. Based on the detection value of the first temperature sensor 34, the temperature of the catalyst 31 can be detected. A second temperature sensor 35 that detects the temperature of the exhaust is provided in the exhaust passage 30 downstream of the filter 32. Based on the detection value of the second temperature sensor 35, the temperature of the filter 32 can be detected. The exhaust passage 30 is provided with a differential pressure sensor 36 that detects a differential pressure across the filter 32 (a difference between an exhaust pressure upstream of the filter 32 and an exhaust pressure downstream).

そして、内燃機関10には、内燃機関10を制御するための電子制御ユニットであるECU40が併設されている。このECU40には、燃料噴射弁12、点火プラグ13、スロットル弁21が電気的に接続されており、ECU40によってこれらが制御される。また、ECU40には、上述したエアフローメータ22、空燃比センサ33、第1温度センサ34、第2温度センサ35及び差圧センサ36が電気的に接続されており、これらからの出力信号がECU40に入力される。また、ECU40には、車両が備えるアクセルペダル(不図示)の開度を検出するアクセル開度センサ41と、内燃機関10のクランクシャフト14の回転位置を検出するクランクポジションセンサ42が電気配線を介して接続されており、これらからの出力信号がECU40に入力される。   The internal combustion engine 10 is provided with an ECU 40 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 10. The ECU 40 is electrically connected to the fuel injection valve 12, the spark plug 13, and the throttle valve 21, and these are controlled by the ECU 40. The ECU 40 is electrically connected to the air flow meter 22, the air-fuel ratio sensor 33, the first temperature sensor 34, the second temperature sensor 35, and the differential pressure sensor 36 described above, and an output signal from these is sent to the ECU 40. Entered. Further, the ECU 40 includes an accelerator opening sensor 41 that detects the opening of an accelerator pedal (not shown) provided in the vehicle, and a crank position sensor 42 that detects the rotational position of the crankshaft 14 of the internal combustion engine 10 via electric wiring. The output signals from these are input to the ECU 40.

ここで、ECU40は、内燃機関10の通常の運転時においては、エアフローメータ22や空燃比センサ33等からの検出値に基づいて、気筒11内の混合気の空燃比が理論空燃比またはその近傍となるように燃料噴射弁12からの燃料噴射量等を制御する。   Here, during normal operation of the internal combustion engine 10, the ECU 40 determines that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder 11 is the stoichiometric air-fuel ratio or the vicinity thereof based on the detected values from the air flow meter 22, the air-fuel ratio sensor 33, and the like. The amount of fuel injection from the fuel injection valve 12 is controlled so that

なお、ECU40は、内燃機関10への燃料供給を停止させる燃料カットを実行することで、フィルタ32に堆積したPMを酸化させる再生処理を実行する。詳細には、燃料カ
ットが実行されると、気筒11に吸入された空気がそのまま排出されるため、高濃度の酸素がフィルタ32に供給される。ゆえに、フィルタ32の温度が、PMが酸化される所定の温度範囲にあれば、供給された酸素によってフィルタ32に堆積したPMが酸化されて除去される。本実施例においては、このようにして再生処理を実行するECU40が、本発明における制御部に相当する。ここで、本実施例における再生処理は、通常は、フィルタ32が過昇温に至らないように、フィルタ32が許容し得る最高温度(例えば、約1400℃)よりも十分に低い所定温度範囲内(例えば、約500℃から約650℃)でフィルタ温度が推移するように実行される。以下、このような再生処理を「通常の再生処理」と称する。
The ECU 40 executes a regeneration process for oxidizing the PM accumulated on the filter 32 by executing a fuel cut for stopping the fuel supply to the internal combustion engine 10. Specifically, when the fuel cut is executed, the air taken into the cylinder 11 is discharged as it is, so that high concentration oxygen is supplied to the filter 32. Therefore, if the temperature of the filter 32 is within a predetermined temperature range where PM is oxidized, the PM deposited on the filter 32 is oxidized and removed by the supplied oxygen. In the present embodiment, the ECU 40 that executes the regeneration process in this way corresponds to the control unit in the present invention. Here, the regeneration processing in the present embodiment is normally performed within a predetermined temperature range sufficiently lower than the maximum temperature (for example, about 1400 ° C.) that the filter 32 can allow so that the filter 32 does not reach an excessive temperature rise. (For example, about 500 ° C. to about 650 ° C.) The filter temperature is changed. Hereinafter, such reproduction processing is referred to as “normal reproduction processing”.

ところで、内燃機関10から排出される排気には、潤滑オイルに含まれる添加剤の成分等に由来する不燃性の固体物質であるアッシュが含まれることがある。排気内のアッシュも、PMと同様にフィルタ32によって捕集されて堆積する。アッシュの堆積が進行すると、フィルタ32の濾過面積の減少による圧力損失の増大が誘発される虞があるが、堆積したアッシュを、PMのように酸化によって除去することは困難である。そのため、従来においては、アッシュの影響によって増大した圧力損失を減少させることは困難であった。   By the way, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 may contain ash which is a nonflammable solid substance derived from the components of the additive contained in the lubricating oil. The ash in the exhaust gas is also collected and deposited by the filter 32 in the same manner as PM. As the ash deposition proceeds, an increase in pressure loss due to a decrease in the filtration area of the filter 32 may be induced, but it is difficult to remove the deposited ash by oxidation like PM. Therefore, in the past, it was difficult to reduce the pressure loss increased due to the influence of ash.

ここで、近年の研究によって、アッシュは、通常の再生処理時の温度範囲よりも高い温度まで加熱されると、その体積が減少して高密度化する(収縮する)特性を有することが解明された。以下、フィルタに堆積したアッシュの収縮特性について、図2に基づいて具体的に説明する。   Here, recent studies have revealed that ash has the property of reducing its volume and increasing its density (shrinking) when heated to a temperature higher than the temperature range during normal regeneration processing. It was. Hereinafter, the shrinkage characteristics of the ash deposited on the filter will be described in detail with reference to FIG.

図2は、フィルタ32に堆積したアッシュが加熱されたときにおける、アッシュの温度と密度変化率との関係を示す図である。なお、図2では、横軸がアッシュ温度を示し、縦軸がアッシュの密度変化率を示している。図2に示されるように、アッシュの温度が、上述の所定温度範囲に相当する範囲内にあるときは、アッシュの密度変化率は概ね0%である。つまり、フィルタ32に堆積したアッシュは、通常の再生処理の実行時にはほとんど収縮しない。ところが、アッシュの密度変化率は、アッシュ温度が温度T1(約750℃)を超えると上昇を始め、温度T2(約1050℃)まで上昇すると約50%に到達する。つまり、フィルタ温度を少なくとも温度T1まで上昇させれば、アッシュを収縮させることが可能であり、温度T2まで上昇させれば、体積が約3分の2になるまでアッシュを収縮させることができる。ただし、フィルタ温度が過度に上昇すると熔損等の不具合が生じる虞がある。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the ash temperature and the density change rate when the ash deposited on the filter 32 is heated. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the ash temperature, and the vertical axis indicates the ash density change rate. As shown in FIG. 2, when the ash temperature is in a range corresponding to the above-described predetermined temperature range, the ash density change rate is approximately 0%. That is, the ash deposited on the filter 32 hardly shrinks during the normal regeneration process. However, the density change rate of the ash starts to rise when the ash temperature exceeds the temperature T1 (about 750 ° C.), and reaches about 50% when the ash temperature rises to the temperature T2 (about 1050 ° C.). In other words, the ash can be shrunk if the filter temperature is raised to at least the temperature T1, and if the temperature is raised to the temperature T2, the ash can be shrunk until the volume becomes about two thirds. However, if the filter temperature rises excessively, problems such as melting may occur.

以上を踏まえて、本実施例では、通常の再生処理とは異なる再生処理によってフィルタ温度をより上昇させて、フィルタ32に堆積したアッシュの収縮を図ることにした。具体的には、堆積したアッシュを収縮させる場合には、フィルタ温度を、フィルタ32が過昇温に至らない温度を上限として、アッシュが十分に収縮する温度である所定の収縮温度(例えば、上述の温度T2)まで上昇させる再生処理を実行させるようにした。以下、このような再生処理を「アッシュ収縮処理」と称する。   Based on the above, in this embodiment, the filter temperature is further raised by a regeneration process different from the normal regeneration process, and the ash deposited on the filter 32 is contracted. Specifically, in the case where the accumulated ash is contracted, the filter temperature is set to a predetermined contraction temperature (for example, the above-described temperature at which the ash sufficiently contracts, with the upper limit being a temperature at which the filter 32 does not reach an excessive temperature rise). The regeneration process for raising the temperature to T2) is executed. Hereinafter, such reproduction processing is referred to as “ash shrinkage processing”.

ここで、既に述べたように、通常の再生処理は、フィルタ32の温度が温度T1より低い温度範囲で推移するように実行されるため、通常の再生処理によってアッシュを収縮させることは困難である。そこで、フィルタ温度を少なくとも温度T1以上、好ましくは温度T2の低温側の近傍まで上昇させるためには、内燃機関10から排出される排気の温度を上昇させることが考えられる。しかしながら、本実施例に係る内燃機関10の排気浄化装置においては、フィルタ32よりも上流側に触媒31が配置されるが、触媒31が許容できる排気の上限温度は温度T2より低いため、排気によってフィルタ32を温度T2の低温側の近傍まで加熱することは困難である。また、排気温度の昇温には燃料を追加的に
消費する必要があるため、燃料消費の増大による燃費の悪化が懸念される。
Here, as already described, since the normal regeneration process is executed so that the temperature of the filter 32 changes in a temperature range lower than the temperature T1, it is difficult to shrink the ash by the normal regeneration process. . Therefore, in order to raise the filter temperature to at least the temperature T1 or more, preferably near the low temperature side of the temperature T2, it is conceivable to raise the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10. However, in the exhaust emission control device for the internal combustion engine 10 according to the present embodiment, the catalyst 31 is disposed upstream of the filter 32. However, since the upper limit temperature of the exhaust gas that can be allowed by the catalyst 31 is lower than the temperature T2, It is difficult to heat the filter 32 to the vicinity of the low temperature side of the temperature T2. Moreover, since it is necessary to consume additional fuel to raise the exhaust gas temperature, there is a concern that fuel consumption will deteriorate due to increased fuel consumption.

そこで、本実施例に係る排気浄化装置においては、アッシュを収縮する必要がある場合は、フィルタ32に堆積したPMから発生する酸化熱を利用して、フィルタ温度をアッシュが収縮する所定温度まで上昇させるようにした。具体的には、フィルタ温度を所定温度まで上昇させるために必要な所定量のPMが堆積するまでは、再生処理の実行を制限し、当該所定量が堆積した状態で、再生処理(即ち、アッシュ収縮処理)を実行するようにした。   Therefore, in the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment, when the ash needs to be contracted, the filter temperature is raised to a predetermined temperature at which the ash contracts using the oxidation heat generated from the PM deposited on the filter 32. I tried to make it. Specifically, the regeneration process is restricted until a predetermined amount of PM necessary for raising the filter temperature to the predetermined temperature is accumulated, and the regeneration process (that is, ashing is performed with the predetermined amount accumulated). (Shrinkage process) is executed.

次に、本実施例に係る再生処理について、図面を用いて具体的に説明する。まず、図3を用いて、燃料カットの実行手順について説明する。図3に示されるフローは、所定時間毎に、ECU40に格納された制御プログラムが実行されることによって実行される。   Next, the reproduction processing according to the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings. First, the execution procedure of fuel cut will be described with reference to FIG. The flow shown in FIG. 3 is executed by executing a control program stored in the ECU 40 every predetermined time.

ステップS101において、ECU40は、内燃機関10が減速運転中であるか否かを判定する。ECU40は、例えば、アクセル開度センサ41の検出値や内燃機関10の運転状態に基づいて当該判定を行う。本ステップにおいて否定判定が下された場合は、本フローは終了される。一方、本フローにおいて肯定判定が下された場合は、ECU40は、ステップS102に進む。   In step S101, the ECU 40 determines whether or not the internal combustion engine 10 is in a decelerating operation. The ECU 40 makes the determination based on, for example, the detection value of the accelerator opening sensor 41 and the operating state of the internal combustion engine 10. If a negative determination is made in this step, this flow ends. On the other hand, if an affirmative determination is made in this flow, the ECU 40 proceeds to step S102.

ステップS102おいて、ECU40は、燃料カット禁止フラグがONであるか否かを判定する。ここで、燃料カット禁止フラグは、後述する図4に示されるフローによって設定されるフラグである。本実施例では、ステップS102において、図4に示されるフローによって予め設定された燃料カット禁止フラグが参照される。本ステップにおいて肯定判定が下された場合は、ECU40は、ステップS103へ進んで燃料カットの実行を禁止した後に本フローを終了する。一方、本ステップにおいて否定判定が下された場合は、ECU40は、ステップS104へ進み、燃料噴射弁12による燃料噴射を停止させることによって燃料カットを実行し、その後本フローを終了する。   In step S102, the ECU 40 determines whether or not a fuel cut prohibition flag is ON. Here, the fuel cut prohibition flag is a flag set by a flow shown in FIG. 4 described later. In this embodiment, in step S102, a fuel cut prohibition flag set in advance by the flow shown in FIG. 4 is referred to. If an affirmative determination is made in this step, the ECU 40 proceeds to step S103, prohibits execution of fuel cut, and ends this flow. On the other hand, if a negative determination is made in this step, the ECU 40 proceeds to step S104, performs fuel cut by stopping fuel injection by the fuel injection valve 12, and then ends this flow.

次に、燃料カット禁止フラグの設定処理について、図4を用いて説明する。図4は、燃料カット禁止フラグの設定処理の手順を示したフローチャートである。本フローは、所定時間毎に、ECU40に格納された制御プログラムが実行されることによって実行される。   Next, the fuel cut prohibition flag setting process will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for setting a fuel cut prohibition flag. This flow is executed by executing a control program stored in the ECU 40 every predetermined time.

ステップS201において、ECU40は、本フローの実行時におけるPM堆積量であるMpmとアッシュ堆積量であるMashを取得する。ECU40は、差圧センサ36からの検出値や内燃機関10の運転履歴等に基づいてPM堆積量Mpmを取得する。また、ECU40は、差圧センサ36からの検出値や内燃機関10の運転履歴等に加えて、過去に実行された通常の再生処理の直後に差圧センサ36によって検出された検出値に基づいてアッシュ堆積量Mashを取得する。ここで、当該検出値は、PMが除去された直後に検出された値であるため、堆積したPMによる影響が排除された値である。そのため、当該検出値を用いることにより(例えば、当該検出値と、当該検出値の検出時以降の検出値や運転履歴等を用いることにより)、アッシュ堆積量Mashを精度良く取得することが可能になる。   In step S201, the ECU 40 acquires Mpm, which is the PM accumulation amount when executing this flow, and Mash, which is the ash accumulation amount. The ECU 40 acquires the PM accumulation amount Mpm based on the detection value from the differential pressure sensor 36, the operation history of the internal combustion engine 10, and the like. In addition to the detection value from the differential pressure sensor 36, the operation history of the internal combustion engine 10 and the like, the ECU 40 is based on the detection value detected by the differential pressure sensor 36 immediately after the normal regeneration process executed in the past. The ash accumulation amount Mash is acquired. Here, since the detected value is a value detected immediately after the PM is removed, it is a value from which the influence of the accumulated PM is eliminated. Therefore, by using the detected value (for example, by using the detected value and the detected value or the operation history after the detection of the detected value), the ash deposition amount Mash can be obtained with high accuracy. Become.

ステップS202において、ECU40は、アッシュを収縮させる必要性を判定するために、前ステップにおいて取得されたアッシュ堆積量Mashが、所定の閾量Ma以上であるか否かを判定する。ここで、車両の走行距離に対するアッシュ堆積量Mashとフィルタ32の圧力損失ΔPの関係を示す図5を参照すると、グラフL1に示されるように、アッシュ堆積量Mashは車両の走行距離の増大に伴って増大する。そのため、グラフL2に示されるように、フィルタ32の圧力損失ΔPも車両の走行距離の増大に伴って増大
する。そこで、ECU40は、アッシュ堆積量Mashが閾量Maを超えた場合に、アッシュ収縮処理を実行して圧力損失ΔPを目標圧力損失Ptまで低下させる。この閾量Maは、アッシュを収縮させることによってフィルタ32の圧力損失の低減が期待できるときのアッシュの堆積量とすればよく、実験等によって予め求めておけばよい。本ステップにおいて、肯定判定が下された場合は、ECU40はステップS203へ進む。一方、本ステップにおいて否定判定が下された場合は、アッシュ収縮処理が必要な程度までアッシュが堆積していないことを意味する。この場合には、再生処理の実行を制限する必要がないため、内燃機関10の減速時には燃料カットを実行することができる。ゆえに、ECU40は、燃料カットを許可すべく、ステップS213に進んで、燃料カット禁止フラグをOFFに設定した後に本フローを終了する。これにより、本フローの終了後に上述の図3に示されるフローが実行されると、内燃機関10の減速時であれば、ステップS104において燃料カットが実行される。そして、フィルタ32にPMが堆積しており、且つ、フィルタ温度が十分に高ければ、堆積したPMが酸化されて除去される通常の再生処理が実行される。
In step S202, the ECU 40 determines whether or not the ash accumulation amount Mash acquired in the previous step is equal to or larger than a predetermined threshold amount Ma in order to determine the necessity of contracting the ash. Here, referring to FIG. 5 showing the relationship between the ash accumulation amount Mash and the pressure loss ΔP of the filter 32 with respect to the travel distance of the vehicle, as shown in the graph L1, the ash accumulation amount Mash increases as the travel distance of the vehicle increases. Increase. Therefore, as shown in the graph L2, the pressure loss ΔP of the filter 32 also increases as the travel distance of the vehicle increases. Therefore, when the ash accumulation amount Mash exceeds the threshold amount Ma, the ECU 40 executes ash contraction processing to reduce the pressure loss ΔP to the target pressure loss Pt. The threshold amount Ma may be an ash accumulation amount when the pressure loss of the filter 32 can be expected to be reduced by contracting the ash, and may be obtained in advance by an experiment or the like. If an affirmative determination is made in this step, the ECU 40 proceeds to step S203. On the other hand, if a negative determination is made in this step, it means that the ash has not accumulated to the extent that ash shrinkage processing is necessary. In this case, since it is not necessary to limit the execution of the regeneration process, the fuel cut can be executed when the internal combustion engine 10 is decelerated. Therefore, the ECU 40 proceeds to step S213 to allow fuel cut, and ends this flow after setting the fuel cut prohibition flag to OFF. Thus, when the flow shown in FIG. 3 is executed after the end of this flow, the fuel cut is executed in step S104 if the internal combustion engine 10 is decelerating. If PM is deposited on the filter 32 and the filter temperature is sufficiently high, a normal regeneration process is performed in which the deposited PM is oxidized and removed.

ステップS203において、ECU40は、圧力損失の目標値である目標圧力損失Ptを算出する。ECU40は、アッシュ堆積量Mash、内燃機関10の運転履歴、車両の走行距離(あるいは、前回のアッシュ収縮処理が実行されてからの走行距離)や目標燃費等に基づいて目標圧力損失Ptを算出する。例えば、アッシュ堆積量Mashが多い場合や、目標燃費に対する実燃費の乖離が大きい場合は、そうでない場合に比べて、目標圧力損失Ptが小さく算出される。   In step S203, the ECU 40 calculates a target pressure loss Pt that is a target value of the pressure loss. The ECU 40 calculates the target pressure loss Pt based on the ash accumulation amount Mash, the operation history of the internal combustion engine 10, the travel distance of the vehicle (or the travel distance since the previous ash contraction process was executed), the target fuel consumption, and the like. . For example, the target pressure loss Pt is calculated to be smaller when the ash accumulation amount Mash is large or when the deviation of the actual fuel consumption from the target fuel consumption is large.

ステップS204において、ECU40は、前ステップにおいて算出された目標圧力損失Ptまで圧力損失ΔPを低下させることのできるアッシュの収縮率αを算出する。なお、収縮率は、「(収縮前の体積−収縮後の体積)/収縮前の体積」で表わされる数値であって、収縮率が大きいほど収縮後の体積がより小さくなる。ここで、フィルタ32の目標圧力損失Ptとアッシュの収縮率αとは、アッシュ堆積量Mashが一定の場合には、図6に示されるような関係にある。即ち、算出された目標圧力損失Ptが小さいほど、収縮率αを大きくする(即ち、アッシュをより収縮させる)必要がある。また、図示されていないが、目標圧力損失Ptが一定の場合には、アッシュ堆積量Mashが多いほど、収縮率αを大きくする必要がある。ECU40は、これらの関係に基づいて、本フローにおいて目標とする収縮率αを算出する。   In step S204, the ECU 40 calculates an ash contraction rate α that can reduce the pressure loss ΔP to the target pressure loss Pt calculated in the previous step. The shrinkage rate is a numerical value represented by “(volume before shrinkage−volume after shrinkage) / volume before shrinkage”, and the larger the shrinkage rate, the smaller the volume after shrinkage. Here, the target pressure loss Pt of the filter 32 and the ash shrinkage rate α have a relationship as shown in FIG. 6 when the ash accumulation amount Mash is constant. That is, as the calculated target pressure loss Pt is smaller, it is necessary to increase the contraction rate α (that is, to further contract the ash). Although not shown, when the target pressure loss Pt is constant, it is necessary to increase the shrinkage rate α as the ash deposition amount Mash increases. The ECU 40 calculates a target contraction rate α in this flow based on these relationships.

ステップS205において、ECU40は、前ステップにおいて算出された収縮率αまでアッシュが収縮するフィルタ32の目標温度Ttを算出する。ここで、目標温度Ttと収縮率αとは、図7に示されるような関係にある。即ち、目標とする収縮率αが大きいほど(即ち、アッシュをより収縮させる必要があるほど)、目標温度Ttを高くする必要がある。ECU40は、この関係に基づいて、本フローにおける目標温度Ttを算出する。なお、この目標温度Ttは、上述の温度T2を上限として設定される。なお、ECU40は、図2に示されるアッシュの収縮特性から目標温度Ttを取得してもよい。   In step S205, the ECU 40 calculates the target temperature Tt of the filter 32 at which the ash contracts to the contraction rate α calculated in the previous step. Here, the target temperature Tt and the shrinkage rate α have a relationship as shown in FIG. That is, the target temperature Tt needs to be increased as the target contraction rate α is larger (that is, the ash needs to be contracted more). The ECU 40 calculates the target temperature Tt in this flow based on this relationship. The target temperature Tt is set with the above-mentioned temperature T2 as an upper limit. Note that the ECU 40 may acquire the target temperature Tt from the shrinkage characteristics of the ash shown in FIG.

ステップS206において、ECU40は、堆積したPMの酸化熱によって、フィルタ32の温度を目標温度Ttまで上昇させるために必要なPM堆積量である目標PM堆積量Mpmtを算出する。ここで、目標温度Ttと現在温度Tc(本フロー実行時におけるフィルタ温度)との差分である温度上昇幅Tt−Tcと、目標PM堆積量Mpmtとは、図8に示されるような関係にある。ここで、現在温度Tcは、本フロー実行時におけるアッシュの温度に相当するとみなすことができる。つまり、温度上昇幅Tt−Tcが大きいほど、アッシュを加熱するための酸化熱量が多く必要になるため、目標PM堆積量Mpmtを多くする必要がある。また、アッシュ堆積量Mashが多いほど、同じく加熱するための酸化熱量が多く必要になるため、目標PM堆積量Mpmtを多くする必要がある。EC
U40は、これらの関係とフィルタ32の熱容量等に基づいて、本フローにおける目標PM堆積量Mpmtを算出する。なお、現在温度Tcは、第2温度センサ35からの検出値が用いればよい。
In step S206, the ECU 40 calculates a target PM accumulation amount Mpmt, which is a PM accumulation amount necessary for raising the temperature of the filter 32 to the target temperature Tt by the oxidation heat of the accumulated PM. Here, the temperature rise width Tt−Tc, which is the difference between the target temperature Tt and the current temperature Tc (filter temperature at the time of execution of this flow), and the target PM accumulation amount Mpmt have a relationship as shown in FIG. . Here, the current temperature Tc can be regarded as corresponding to the ash temperature at the time of execution of this flow. In other words, the larger the temperature rise width Tt−Tc, the greater the amount of heat of oxidation required to heat the ash. Therefore, the target PM deposition amount Mpmt needs to be increased. Further, the larger the ash deposition amount Mash, the more the amount of heat of oxidation required for heating. EC
U40 calculates the target PM deposition amount Mpmt in this flow based on these relationships, the heat capacity of the filter 32, and the like. Note that the detected value from the second temperature sensor 35 may be used as the current temperature Tc.

ステップS207において、ECU40は、所定のフィルタ温度範囲の下限温度である過昇温想定温度Totを算出する。ここで、当該所定のフィルタ温度範囲は、仮に本フローの実行時にフィルタ32に堆積したPMが酸化された場合に、フィルタ32が過昇温に至ると想定されるときのフィルタ温度範囲である。ここで、PM堆積量Mpmと過昇温想定温度Totとは、図9に示されるような関係にある。即ち、PM堆積量Mpmが多いほど、生成される酸化熱の熱量が多くなるために、過昇温想定温度Totは低くなる。ECU40は、この関係に基づいて、本フローにおける過昇温想定温度Totを算出する。   In step S207, the ECU 40 calculates an excessive temperature rise assumed temperature Tot that is a lower limit temperature of a predetermined filter temperature range. Here, the predetermined filter temperature range is a filter temperature range when the filter 32 is assumed to reach an excessive temperature rise if the PM deposited on the filter 32 is oxidized during the execution of this flow. Here, the PM deposition amount Mpm and the excessive temperature rise assumed temperature Tot have a relationship as shown in FIG. That is, as the PM deposition amount Mpm increases, the amount of heat of oxidation heat generated increases, and thus the overheated estimated temperature Tot decreases. Based on this relationship, the ECU 40 calculates the overheated estimated temperature Tot in this flow.

ステップS208において、ECU40は、フィルタ32の現在温度Tcが前ステップで算出された過昇温想定温度Totより低いか否かを判定する。否定判定が下された場合は、仮にフィルタ32に堆積したPMが酸化されると、フィルタ32が過昇温に至る虞があることを意味する。そこで、ECU40は、燃料カットを禁止すべく、ステップS209に進んで燃料カット禁止フラグをONに設定し、本フローを終了する。   In step S208, the ECU 40 determines whether or not the current temperature Tc of the filter 32 is lower than the overheated estimated temperature Tot calculated in the previous step. If a negative determination is made, it means that if the PM deposited on the filter 32 is oxidized, the filter 32 may be overheated. Therefore, the ECU 40 proceeds to step S209 to prohibit the fuel cut, sets the fuel cut prohibition flag to ON, and ends this flow.

これに対し、ステップS208において肯定判定が下された場合は、ECU40は、ステップS210へ進み、PM堆積量Mpmが目標PM堆積量Mpmt以上であるか否かを判定する。本ステップにおいて否定判定が下された場合は、本フローの実行時において、フィルタ32の温度を目標温度Ttまで上昇させるために必要な量のPMがフィルタ32に堆積していないことを意味する。そこで、ECU40は、ステップS211に進み、フィルタ32の現在温度Tcが、PMの酸化反応が生じるときのフィルタ温度の最低温度である再生可能温度Tlo未満であるか否かを判定する。否定判定が下された場合は、仮に燃料カットが実行されてフィルタ32に酸素が供給されると、堆積したPMが酸化されることを意味する。ここで、PM堆積量Mpmは目標PM堆積量Mpmtより小さいため、仮にこの場合にPMの酸化が開始されるとフィルタ32の温度が目標温度Ttまで上昇しない。そのため、ECU40は、ステップS209に進んで燃料カット禁止フラグをONに設定して、本フローを終了する。これにより、本フローの終了後に上述の図3に示されるフローが実行されると、内燃機関10の減速時であっても、ステップS103において燃料カットが禁止される。つまり、フィルタ32の温度を目標温度Ttまで上昇させるために必要な量のPMがフィルタ32に堆積していないときは、再生処理の実行が制限される。その結果、フィルタ温度を目標温度Ttまで上昇させることができない状態でPMが酸化されることが回避される。なお、上述の再生可能温度Tloが、本発明における第2所定温度に相当する。   In contrast, if an affirmative determination is made in step S208, the ECU 40 proceeds to step S210 and determines whether or not the PM accumulation amount Mpm is equal to or greater than the target PM accumulation amount Mpmt. If a negative determination is made in this step, it means that the amount of PM necessary to raise the temperature of the filter 32 to the target temperature Tt is not accumulated in the filter 32 when this flow is executed. Therefore, the ECU 40 proceeds to step S211, and determines whether or not the current temperature Tc of the filter 32 is lower than the reproducible temperature Tlo, which is the lowest temperature of the filter when the oxidation reaction of PM occurs. If a negative determination is made, it means that if fuel cut is executed and oxygen is supplied to the filter 32, the accumulated PM is oxidized. Here, since the PM deposition amount Mpm is smaller than the target PM deposition amount Mpmt, if the oxidation of PM is started in this case, the temperature of the filter 32 does not rise to the target temperature Tt. Therefore, the ECU 40 proceeds to step S209, sets the fuel cut prohibition flag to ON, and ends this flow. Thus, when the flow shown in FIG. 3 is executed after the end of this flow, fuel cut is prohibited in step S103 even when the internal combustion engine 10 is decelerating. That is, when the amount of PM necessary for raising the temperature of the filter 32 to the target temperature Tt is not accumulated on the filter 32, the execution of the regeneration process is limited. As a result, it is avoided that PM is oxidized in a state where the filter temperature cannot be raised to the target temperature Tt. The reproducible temperature Tlo described above corresponds to the second predetermined temperature in the present invention.

一方、ステップS211において肯定判定が下された場合は、仮に燃料カットが実行されてフィルタ32に酸素が供給されたとしても、フィルタ温度が再生可能温度Tloよりも低いために堆積したPMが酸化されないことを意味する。ゆえに、この場合には、燃料カットが実行されてもPMが酸化によって消費されないため、燃費の向上等を目的に燃料カットが実行されてもよい。そこで、ECU40は、ステップS213へ進んで燃料カット禁止フラグをOFFに設定して、本フローを終了する。   On the other hand, if an affirmative determination is made in step S211, even if fuel cut is performed and oxygen is supplied to the filter 32, the accumulated PM is not oxidized because the filter temperature is lower than the reproducible temperature Tlo. Means that. Therefore, in this case, since PM is not consumed by oxidation even if the fuel cut is executed, the fuel cut may be executed for the purpose of improving the fuel consumption. Therefore, the ECU 40 proceeds to step S213, sets the fuel cut prohibition flag to OFF, and ends this flow.

なお、ステップS210において肯定判定が下された場合は、ECU40は、ステップS212に進み、現在温度Tcが、再生可能温度Tlo以上であるか否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定が下された場合は、ステップS213に進んで燃料カット禁止フラグをOFFに設定して、本フローを終了する。これにより、本フローの終了後に図3に示されるフローが実行されると、内燃機関10の減速時であれば、ステップS104において燃料カットが実行されてフィルタ32に堆積したPMが酸化される。すると、酸化
されたPMから発生する酸化熱によってフィルタ温度が目標温度Ttまで上昇するため、フィルタに堆積したアッシュを収縮率αまで収縮させることができる。つまり、このようにしてアッシュ収縮処理が実行される。その結果、フィルタ32の圧力損失を目標圧力損失Ptまで低下させることができる。
If an affirmative determination is made in step S210, the ECU 40 proceeds to step S212, and determines whether or not the current temperature Tc is equal to or higher than the reproducible temperature Tlo. If an affirmative determination is made in this step, the process proceeds to step S213, the fuel cut prohibition flag is set to OFF, and this flow ends. Accordingly, when the flow shown in FIG. 3 is executed after the end of this flow, if the internal combustion engine 10 is decelerating, the fuel cut is executed in step S104 and the PM deposited on the filter 32 is oxidized. Then, since the filter temperature rises to the target temperature Tt due to the oxidation heat generated from the oxidized PM, the ash deposited on the filter can be contracted to the contraction rate α. That is, the ash shrinkage process is executed in this way. As a result, the pressure loss of the filter 32 can be reduced to the target pressure loss Pt.

なお、ステップS212において否定判定が下された場合は、燃料カットが実行されても、堆積したPMが酸化されないことを意味する。そのため、ECU40は、ステップS209に進んで燃料カット禁止フラグをONに設定して、本フローを終了する。これにより、本フローの終了後に図3に示されるフローが実行されると、内燃機関10が減速しても、燃料カットが実行されないため、排気温度が上昇してフィルタ32が加熱される。その結果、より早期にフィルタ32の温度を再生可能温度Tlo以上まで上昇させることができる。なお、ステップS212において否定判定が下された場合は、燃料カットが実行されてもPMが酸化によって消費されないため、燃費の向上等を目的に燃料カットが実行されてもよい。つまり、この場合には、ECU40は、ステップS209へ進む替わりに、ステップS213に進んで燃料カット禁止フラグをOFFに設定してもよい。   If a negative determination is made in step S212, it means that the deposited PM is not oxidized even if the fuel cut is executed. Therefore, the ECU 40 proceeds to step S209, sets the fuel cut prohibition flag to ON, and ends this flow. Thus, when the flow shown in FIG. 3 is executed after the end of this flow, even if the internal combustion engine 10 decelerates, the fuel cut is not executed, so the exhaust temperature rises and the filter 32 is heated. As a result, the temperature of the filter 32 can be raised to the reproducible temperature Tlo or higher earlier. Note that if a negative determination is made in step S212, PM is not consumed by oxidation even if the fuel cut is executed, so the fuel cut may be executed for the purpose of improving fuel consumption or the like. That is, in this case, instead of proceeding to step S209, the ECU 40 may proceed to step S213 and set the fuel cut prohibition flag to OFF.

以上より、本実施例によれば、フィルタ32に堆積したアッシュを収縮させる必要がある場合であっても、目標PM堆積量MpmtのPMが堆積していないときには、燃料カット禁止フラグがONに設定される。これにより、PM堆積量が目標PM堆積量Mpmtに到達するまでは燃料カットが禁止されるため、内燃機関10が減速しても燃料カットが実行されない。その後、PMが更に堆積し、目標PM堆積量Mpmtまで堆積した後には、燃料カット禁止フラグがOFFに設定されることによって燃料カットが許可される。これにより、内燃機関10の減速時には、燃料カットが実行されて堆積したPMが酸化されるため、その酸化熱によってフィルタ32に堆積したアッシュが収縮される。つまり、本実施例によれば、アッシュを収縮させる必要がある場合は、目標PM堆積量MpmtのPMが堆積するまでは、燃料カットが制限されて、目標PM堆積量MpmtのPMが堆積した状態で、燃料カットが行われて再生処理が実行される。その結果、燃料消費の増大を抑制しながら、フィルタ32の圧力損失を効果的に低減させることが可能になる。   As described above, according to the present embodiment, even when the ash accumulated on the filter 32 needs to be contracted, the fuel cut prohibition flag is set to ON when the target PM accumulation amount Mpmt is not accumulated. Is done. Thus, the fuel cut is prohibited until the PM accumulation amount reaches the target PM accumulation amount Mpmt. Therefore, even if the internal combustion engine 10 decelerates, the fuel cut is not executed. Thereafter, after PM has further accumulated and accumulated to the target PM accumulation amount Mpmt, the fuel cut is permitted by setting the fuel cut prohibition flag to OFF. Thereby, when the internal combustion engine 10 is decelerated, the fuel cut is executed and the accumulated PM is oxidized, so that the ash accumulated on the filter 32 is contracted by the oxidation heat. That is, according to the present embodiment, when it is necessary to shrink the ash, the fuel cut is limited until the PM of the target PM deposition amount Mpmt is deposited, and the PM of the target PM deposition amount Mpmt is deposited. Thus, the fuel cut is performed and the regeneration process is executed. As a result, it is possible to effectively reduce the pressure loss of the filter 32 while suppressing an increase in fuel consumption.

また、本実施例によれば、アッシュを収縮させる必要がある場合は、目標PM堆積量MpmtのPMが堆積する前であっても、フィルタ温度が再生可能温度Tlo未満であるときは、燃料カットが実行される。これにより、燃料カットの実行頻度が増加するため、内燃機関10の燃料消費を更に低減させることが可能になる。   Further, according to this embodiment, when the ash needs to be contracted, the fuel cut is performed when the filter temperature is lower than the reproducible temperature Tlo even before PM of the target PM deposition amount Mpmt is deposited. Is executed. Thereby, since the frequency of fuel cut execution increases, it becomes possible to further reduce the fuel consumption of the internal combustion engine 10.

なお、上述のように、本実施例では、図3に示されるフローと図4に示されるフローとは互いに独立に実行されており、図4に示されるフローによって予め設定された燃料カット禁止フラグが、図3に示されるフローのステップS102において参照される。ただし、両フローの実行態様はこれに限られず、例えば、図4に示されるフローは、図3に示されるフローのステップS102において実行されてもよい。つまり、ECU40は、内燃機関10の減速時(ステップS101:Yes)に、ステップS102において図4に示されるフローを実行することで燃料カットの実行と禁止を判定してもよい。   As described above, in this embodiment, the flow shown in FIG. 3 and the flow shown in FIG. 4 are executed independently of each other, and the fuel cut prohibition flag set in advance by the flow shown in FIG. Is referred to in step S102 of the flow shown in FIG. However, the execution mode of both flows is not limited to this. For example, the flow shown in FIG. 4 may be executed in step S102 of the flow shown in FIG. That is, when the internal combustion engine 10 is decelerated (step S101: Yes), the ECU 40 may determine whether or not to execute fuel cut by executing the flow shown in FIG. 4 in step S102.

[実施例2]
上記の実施例1は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が、火花点火式内燃機関である内燃機関10に適用されたときの例であるが、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、フィルタに流入する排気に燃料を添加する燃料添加部を備える内燃機関(火花点火式内燃機関以外の内燃機関も含む)にも適用することができる。以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が、燃料添加部を備えた圧縮着火式の内燃機関に適用されたときの例である実施例2について説明する。なお、上記の実施例1の構成と同様の構成については、同じ符号を付すると共に説明を省略する。
[Example 2]
The first embodiment described above is an example when the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to the internal combustion engine 10 which is a spark ignition type internal combustion engine, but the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. Can also be applied to an internal combustion engine (including an internal combustion engine other than a spark ignition type internal combustion engine) that includes a fuel addition unit that adds fuel to the exhaust gas flowing into the filter. Hereinafter, Embodiment 2 which is an example when the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine having a fuel addition portion will be described. In addition, about the structure similar to the structure of said Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図10は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。車両に搭載される圧縮着火式内燃機関である内燃機関110は、複数の気筒111を有する車両用のディーゼルエンジンである。気筒111には、気筒111の上部に設けられた燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁112が設けられている。また、気筒111の燃焼室に接続された吸気通路120及び排気通路130には、実施例1の内燃機関10が備えるセンサや装置と同様の機能を有するものが配置されている。そして、排気通路130には、排気中のPMを捕集するフィルタ132と、フィルタ132よりも上流側に設けられた酸化機能を有する触媒131が設けられている。触媒131は、排気中の未燃燃料や一酸化炭素を酸化することによって浄化する触媒である。また、フィルタ132は、例えば、炭化ケイ素(SiC)製の多孔質の基材により形成されるウォールフロー型のフィルタである。   FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment. An internal combustion engine 110 that is a compression ignition internal combustion engine mounted on a vehicle is a vehicle diesel engine having a plurality of cylinders 111. The cylinder 111 is provided with a fuel injection valve 112 that injects fuel into a combustion chamber provided in the upper part of the cylinder 111. Further, in the intake passage 120 and the exhaust passage 130 connected to the combustion chamber of the cylinder 111, those having the same functions as those of the sensor and device provided in the internal combustion engine 10 of the first embodiment are arranged. The exhaust passage 130 is provided with a filter 132 that collects PM in the exhaust, and a catalyst 131 having an oxidation function provided upstream of the filter 132. The catalyst 131 is a catalyst that purifies the exhaust gas by oxidizing unburned fuel and carbon monoxide. The filter 132 is a wall flow type filter formed of, for example, a porous substrate made of silicon carbide (SiC).

また、触媒131よりも上流側の排気通路130には、触媒131に流入する排気に燃料を添加する燃料添加弁37が設けられている。そして、内燃機関110には、内燃機関110を制御するためのECU140が併設されている。ECU140によって、電気的に接続された各装置が制御される。また、ECU140には、上述したセンサ類等が電気的に接続されており、これらからの出力信号がECU140に入力される。   A fuel addition valve 37 that adds fuel to the exhaust gas flowing into the catalyst 131 is provided in the exhaust passage 130 upstream of the catalyst 131. The internal combustion engine 110 is also provided with an ECU 140 for controlling the internal combustion engine 110. The ECU 140 controls each electrically connected device. Further, the above-described sensors and the like are electrically connected to ECU 140, and output signals from these are input to ECU 140.

本実施例においても、内燃機関110から排出される排気に含まれるPMがフィルタ132に堆積する。一般に、ディーゼルエンジンから排出される排気温度は、ガソリンエンジンから排出される排気温度よりも低い。そのため、本実施例では、フィルタ132に堆積したPMを酸化させる際には、フィルタ132の温度を強制的にPMが酸化される温度まで上昇させる再生処理(強制再生処理)が実行される。この強制再生処理では、ECU140は、触媒131に流入する排気に燃料添加弁37により燃料を添加する。添加された燃料は、触媒131において酸化されて発熱するため、触媒131から流出する排気の温度が上昇する。これにより、昇温された排気がフィルタ132に流入するため、フィルタ132の温度を、PMが酸化される所定温度範囲(例えば、約400℃から約500℃)まで昇温させることができる。本実施例においては、再生処理を実行するECU140が、本発明における制御部に相当する。また、以下においては、当該所定温度範囲までフィルタ温度を上昇させる再生処理を「通常の再生処理」と称する。   Also in the present embodiment, PM contained in the exhaust discharged from the internal combustion engine 110 accumulates on the filter 132. Generally, the exhaust temperature discharged from a diesel engine is lower than the exhaust temperature discharged from a gasoline engine. Therefore, in this embodiment, when the PM deposited on the filter 132 is oxidized, a regeneration process (forced regeneration process) is performed to forcibly raise the temperature of the filter 132 to a temperature at which PM is oxidized. In this forced regeneration process, the ECU 140 adds fuel to the exhaust gas flowing into the catalyst 131 through the fuel addition valve 37. The added fuel is oxidized in the catalyst 131 and generates heat, so that the temperature of the exhaust gas flowing out from the catalyst 131 rises. As a result, since the heated exhaust gas flows into the filter 132, the temperature of the filter 132 can be raised to a predetermined temperature range (for example, about 400 ° C. to about 500 ° C.) in which PM is oxidized. In the present embodiment, the ECU 140 that executes the regeneration process corresponds to the control unit in the present invention. Hereinafter, the regeneration process for raising the filter temperature to the predetermined temperature range is referred to as “normal regeneration process”.

ここで、内燃機関110から排出される排気には、潤滑オイルに含まれる添加剤の成分や、燃料に含まれる硫黄等に由来するアッシュが含まれることがあるため、フィルタ132にはアッシュが堆積する。なお、内燃機関110から排出されるアッシュの収縮特性は、上述の図2に示される収縮特性と同様である。そこで、本実施例においても、アッシュを収縮させる必要がある場合には、通常の再生処理とは異なる再生処理である「アッシュ収縮処理」を実行するようにした。具体的には、フィルタ温度をアッシュが収縮する所定温度まで上昇させるために必要な所定量のPMが堆積するまでは、排気への燃料添加を実行せず、当該所定量のPMが堆積した状態で、燃料添加を実行するようにした。   Here, the exhaust discharged from the internal combustion engine 110 may contain ash derived from components of additives contained in the lubricating oil, sulfur contained in the fuel, and the like, and thus ash accumulates on the filter 132. To do. Note that the contraction characteristic of ash discharged from the internal combustion engine 110 is the same as the contraction characteristic shown in FIG. Therefore, also in this embodiment, when it is necessary to shrink the ash, the “ash shrinking process” which is a reproduction process different from the normal reproduction process is executed. Specifically, the fuel is not added to the exhaust gas until the predetermined amount of PM necessary for raising the filter temperature to the predetermined temperature at which the ash contracts is accumulated, and the predetermined amount of PM is accumulated. Then, fuel addition was executed.

次に、本実施例に係る再生処理について、図面を用いて具体的に説明する。まず、図11を用いて、通常の再生処理のフローについて説明する。図11に示されるフローは、所定時間毎に、ECU140に格納された制御プログラムが実行されることによって実行される。   Next, the reproduction processing according to the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings. First, the flow of normal reproduction processing will be described with reference to FIG. The flow shown in FIG. 11 is executed by executing a control program stored in the ECU 140 every predetermined time.

ステップS301において、ECU140は、本フローの実行時におけるPM堆積量であるMpmが、通常の再生処理の実行の可否を判定するために設定されたPMの堆積量である閾堆積量Mth以上であるか否かを判定する。この閾堆積量Mthは、PMの過度の堆積や再生処理時の過昇温を抑制するために十分に低く設定された所定量であって、フィ
ルタ132の温度をアッシュが収縮する目標温度Ttまで上昇させるために必要なPM堆積量である目標PM堆積量Mpmtよりも少ない量である。本実施例では、この閾堆積量Mthが、本発明における第2所定量に相当する。本ステップにおいて否定判定が下された場合は、フィルタ132に再生処理による除去が必要な程度のPMが堆積していないことを意味するため、本フローは終了される。一方、本フローにおいて肯定判定が下された場合は、ECU140は、ステップS302に進んで燃料添加弁37からの燃料添加を実行する。これにより、フィルタ132の温度が上述の所定温度範囲まで上昇するため、フィルタ132に堆積したPMが酸化によって除去される。なお、ECU140は、フィルタ温度が当該所定温度範囲で推移するように、燃料添加弁37からの添加量を制御する。また、燃料添加弁37に替えて、燃料噴射弁112によるポスト噴射によって、触媒131に燃料を供給してもよい。
In step S301, the ECU 140 determines that the PM accumulation amount PM during execution of this flow is equal to or greater than the threshold accumulation amount Mth that is the PM accumulation amount set to determine whether or not the normal regeneration process can be performed. It is determined whether or not. This threshold deposition amount Mth is a predetermined amount set sufficiently low to suppress excessive deposition of PM and excessive temperature rise during the regeneration process, and the temperature of the filter 132 reaches the target temperature Tt at which the ash contracts. This is an amount smaller than the target PM deposition amount Mpmt, which is the PM deposition amount necessary for the increase. In this embodiment, this threshold deposition amount Mth corresponds to the second predetermined amount in the present invention. If a negative determination is made in this step, it means that PM is not deposited on the filter 132 to the extent that it needs to be removed by the regeneration process, and thus this flow ends. On the other hand, when an affirmative determination is made in this flow, the ECU 140 proceeds to step S302 and executes fuel addition from the fuel addition valve 37. As a result, the temperature of the filter 132 rises to the predetermined temperature range described above, so that PM deposited on the filter 132 is removed by oxidation. The ECU 140 controls the amount of addition from the fuel addition valve 37 so that the filter temperature changes in the predetermined temperature range. Further, fuel may be supplied to the catalyst 131 by post injection by the fuel injection valve 112 instead of the fuel addition valve 37.

次に、図12を用いて、アッシュ収縮処理のフローについて説明する。図12に示されるフローは、所定時間毎に、ECU140に格納された制御プログラムが実行されることによって実行される。なお、本フローにおいては、上述の図4に示されるフローにおけるステップS201からS206までの処理と同様の処理が行われる。ゆえに、これらのステップについては、同一のステップ番号を付すると共に説明は適宜省略する。   Next, the flow of the ash contraction process will be described with reference to FIG. The flow shown in FIG. 12 is executed by executing a control program stored in ECU 140 every predetermined time. In this flow, processing similar to the processing from step S201 to S206 in the flow shown in FIG. 4 is performed. Therefore, these steps are denoted by the same step numbers and description thereof is omitted as appropriate.

ステップS202において肯定判定が下されると、ECU140は、アッシュ収縮処理が必要と判定して、ステップS203からS206までのステップを実行して目標PM堆積量Mpmtを算出する。ステップS206が終了すると、ECU140は、ステップS401に進み、本フローの実行時におけるPM堆積量Mpmが、算出された目標PM堆積量Mpmt以上であるか否かを判定する。本実施例では、この目標PM堆積量Mpmtが、本発明における所定量に相当する。本ステップにおいて否定判定が下された場合は、フィルタ132に、フィルタ温度をアッシュが収縮する所定温度まで上昇させるために必要な量のPMが堆積していないことを意味するため、本フローは終了される。一方、本フローにおいて肯定判定が下された場合は、ECU140は、ステップS402に進んで燃料添加弁37からの燃料添加を実行する。つまり、本実施例においては、PM堆積量Mpmが、閾堆積量Mthに替えて目標PM堆積量Mpmt以上であるときに、燃料添加弁37からの燃料添加が実行される。これにより、酸化されたPMから発生する酸化熱によってフィルタ温度が目標温度Ttまで上昇するため、フィルタに堆積したアッシュを収縮率αまで収縮させることができる。その結果、フィルタ132の圧力損失を目標圧力損失Ptまで低下させることができる。なお、ステップS202において肯定判定が下された場合は、アッシュ収縮処理を実行する必要がないため、ステップS403に進んで上述の通常の再生処理が実行される。   If an affirmative determination is made in step S202, ECU 140 determines that ash contraction processing is necessary, and executes steps S203 to S206 to calculate target PM accumulation amount Mpmt. When step S206 ends, the ECU 140 proceeds to step S401, and determines whether or not the PM accumulation amount Mpm at the time of execution of this flow is equal to or greater than the calculated target PM accumulation amount Mpmt. In the present embodiment, this target PM deposition amount Mpmt corresponds to a predetermined amount in the present invention. If a negative determination is made in this step, it means that the amount of PM necessary to raise the filter temperature to a predetermined temperature at which the ash contracts is not accumulated on the filter 132, and thus this flow is ended. Is done. On the other hand, if an affirmative determination is made in this flow, the ECU 140 proceeds to step S402 and executes fuel addition from the fuel addition valve 37. That is, in this embodiment, fuel addition from the fuel addition valve 37 is executed when the PM accumulation amount Mpm is equal to or more than the target PM accumulation amount Mpmt instead of the threshold accumulation amount Mth. As a result, the filter temperature rises to the target temperature Tt by the oxidation heat generated from the oxidized PM, so that the ash deposited on the filter can be contracted to the contraction rate α. As a result, the pressure loss of the filter 132 can be reduced to the target pressure loss Pt. If an affirmative determination is made in step S202, it is not necessary to execute the ash contraction process, so the process proceeds to step S403 and the above-described normal reproduction process is executed.

以上より、本実施例によれば、フィルタ132に堆積したアッシュを収縮させる必要がある場合は、PM堆積量Mpmが閾堆積量Mthを超えても、目標PM堆積量Mpmtに到達するまでは、触媒131への燃料添加が制限される。その結果、燃料消費の増大を抑制しながら、堆積したアッシュを収縮させることによって、フィルタ132の圧力損失を効果的に低減させることが可能になる。   As described above, according to the present embodiment, when the ash deposited on the filter 132 needs to be contracted, the PM deposition amount Mpm exceeds the threshold deposition amount Mth until the target PM deposition amount Mpmt is reached. Fuel addition to the catalyst 131 is limited. As a result, it is possible to effectively reduce the pressure loss of the filter 132 by contracting the accumulated ash while suppressing an increase in fuel consumption.

10、110 内燃機関
31、131 触媒
32、132 フィルタ
40、140 ECU
10, 110 Internal combustion engine 31, 131 Catalyst 32, 132 Filter 40, 140 ECU

Claims (6)

内燃機関の排気通路に設けられた、排気内の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を取得する第1堆積量取得部と、
前記フィルタに堆積した不燃物質の堆積量を取得する第2堆積量取得部と、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化させる再生処理を実行する制御部であって、前記第2堆積量取得部によって取得された前記不燃物質の堆積量が閾量以上である場合は、前記第1堆積量取得部によって取得された前記粒子状物質の堆積量が、前記再生処理による酸化熱で前記フィルタの温度を、該堆積した不燃物質が収縮する所定温度に上昇させる所定量に到達した状態で、前記再生処理を実行する制御部と、
を備える、内燃機関の排気浄化装置。
A filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulate matter in the exhaust;
A first deposition amount acquisition unit for acquiring a deposition amount of particulate matter deposited on the filter;
A second accumulation amount acquisition unit for acquiring an accumulation amount of the non-combustible material accumulated on the filter;
A control unit that executes a regeneration process for oxidizing the particulate matter deposited on the filter, and when the accumulation amount of the incombustible substance acquired by the second accumulation amount acquisition unit is equal to or greater than a threshold amount, 1 The amount of particulate matter deposited acquired by the deposit amount acquisition unit has reached a predetermined amount that raises the temperature of the filter to a predetermined temperature at which the deposited incombustible material contracts by oxidation heat generated by the regeneration process. And a control unit for executing the reproduction process;
An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising:
前記第2堆積量取得部は、前記制御部によって前記再生処理が実行された直後における前記フィルタの前後差圧に基づいて、前記フィルタに堆積した不燃物質の堆積量を取得する、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The said 2nd accumulation amount acquisition part acquires the accumulation amount of the nonflammable substance accumulated on the said filter based on the differential pressure before and after the said filter immediately after the said regeneration process was performed by the said control part. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described. 前記第2堆積量取得部によって取得された前記不燃物質の堆積量と、前記所定温度と前記不燃物質の実際の温度との差分と、に基づいて、前記所定量を取得する所定量取得部を更に備える、請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   A predetermined amount acquisition unit for acquiring the predetermined amount based on the accumulation amount of the non-combustible substance acquired by the second accumulation amount acquisition unit and a difference between the predetermined temperature and the actual temperature of the non-combustible substance; The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising: 前記内燃機関は、理論空燃比での燃焼が可能な火花点火式の内燃機関であって
前記制御部は、前記内燃機関の減速運転時に該内燃機関の燃料供給停止を実行することで、前記再生処理を実行する、
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 is a spark ignition type internal combustion engine capable of combustion at a stoichiometric air-fuel ratio, and the control unit executes the fuel supply stop of the internal combustion engine during deceleration operation of the internal combustion engine, thereby regenerating the regeneration Execute the process,
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
前記制御部は、前記不燃物質の堆積量が前記閾量以上である場合は、前記粒子状物質の堆積量が前記所定量未満であっても、前記フィルタの温度が前記再生処理による酸化反応が生じない第2所定温度未満であるときには、前記内燃機関の減速運転時に該内燃機関の燃料供給停止を実行する、
請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。
When the accumulation amount of the incombustible substance is equal to or greater than the threshold amount, the control unit may cause an oxidation reaction due to the regeneration process even if the accumulation amount of the particulate matter is less than the predetermined amount. When the temperature is lower than the second predetermined temperature that does not occur, the fuel supply stop of the internal combustion engine is executed during the deceleration operation of the internal combustion engine.
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4.
前記内燃機関は、前記排気通路における前記フィルタよりも上流側に設けられた酸化触媒と、該酸化触媒に流入する排気に燃料を添加する燃料添加部と、を有する圧縮着火式の内燃機関であって、
前記制御部は、前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の堆積量が、前記所定量よりも少ない第2所定量以上であるときに前記燃料添加部により燃料を添加することで、前記再生処理を実行するものであって、
前記制御部は、前記不燃物質の堆積量が前記閾量以上である場合は、前記粒子状物質の堆積量が、前記第2所定量に替えて前記所定量以上であるときに前記燃料添加部により燃料を添加することで、前記再生処理を実行する、
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 is a compression ignition type internal combustion engine having an oxidation catalyst provided upstream of the filter in the exhaust passage, and a fuel addition portion for adding fuel to the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst. And
The control unit performs the regeneration process by adding fuel by the fuel addition unit when the amount of the particulate matter deposited on the filter is equal to or greater than a second predetermined amount that is less than the predetermined amount. To execute,
When the accumulation amount of the non-combustible substance is equal to or greater than the threshold amount, the control unit may change the fuel addition unit when the accumulation amount of the particulate matter is equal to or greater than the predetermined amount instead of the second predetermined amount. Performing the regeneration process by adding fuel by
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
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