JP4291627B2

JP4291627B2 - Method for removing particulate matter

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Publication number: JP4291627B2
Application number: JP2003165109A
Authority: JP
Inventors: 重樹大道; 久大木
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: JP2005002830A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置における粒子状物質除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関本体から排出される排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集することができるパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）の前後差圧を検出し、検出された前後差圧に基づいてフィルタへの粒子状物質の総堆積量を推定する堆積量推定方法が知られている。また、このようにして推定した粒子状物質の総堆積量が排気ガスの流れを悪化させてしまうような量になる前に、堆積している粒子状物質を燃焼・除去させる粒子状物質除去方法も同様に知られている。
【０００３】
このような粒子状物質除去方法としては、例えば、特許文献１に記載されたような方法が知られている。特許文献１に記載の方法では、センサによってフィルタの前後差圧を検出すると同時に、別のセンサによってフィルタの排気後流に設けられたマフラーの前後差圧を検出している。そして、マフラーの前後差圧からフィルタへの流入排気ガスの流量を算出し、この流入排気ガスの流量と上記フィルタの前後差圧とからフィルタへの粒子状物質の総堆積量を推定している。そして、推定された総堆積量が所定量以上となった場合には、フィルタを昇温して粒子状物質を除去し、フィルタによる排気ガスへの流抵抗が大きくなってしまうのを防止している。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６２−１９０８４１号公報
【特許文献２】
特開平０７−１８９６５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、粒子状物質には、煤等の有機溶剤に不溶な成分（以下、「煤」と称す）とＳＯＦ等の有機溶剤に可溶な成分（以下、「ＳＯＦ」と称す）とが含まれており、煤が燃焼し始める煤燃焼温度はＳＯＦが燃焼し始めるＳＯＦ燃焼温度よりも高い。上記特許文献１に記載の方法では、これら煤とＳＯＦとの区別なくフィルタの温度を高めて粒子状物質の除去を行っている。よって、フィルタに粒子状物質が多く堆積していると判定されると、燃焼温度の低いＳＯＦがフィルタ上に多く堆積していてフィルタの温度をあまり高くしなくても十分にフィルタに堆積している粒子状物質を除去することができる場合等においても、常にフィルタを煤燃焼温度よりも高い温度に一定時間維持することになり、無駄に燃料やエネルギを消費してしまっていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、フィルタに堆積している粒子状物質を効率的に除去する粒子状物質除去方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、排気ガス中の粒子状物質を捕集可能なフィルタであって該フィルタへの粒子状物質の総堆積量が限界堆積量以上になるとフィルタによる排気ガスに対する流抵抗が一定値以上に大きくなるようなフィルタに堆積した粒子状物質を除去する方法において、上記フィルタの温度を煤燃焼温度以下であってＳＯＦ燃焼温度以上に上昇させるＳＯＦ除去制御を前回実行してからフィルタに新たに堆積した粒子状物質の量が上記限界堆積量よりも少ない予め定められた所定堆積量以上となったことが推定されたときにＳＯＦ除去制御を実行し、その直後に、フィルタへの粒子状物質の総堆積量を推定し、推定された総堆積量が上記限界堆積量以上である場合には、フィルタの温度を煤燃焼温度以上に上昇させる。
第１の発明によれば、ＳＯＦ除去制御によりフィルタに堆積しているＳＯＦを除去してから、フィルタへの粒子状物質の総堆積量が推定されるため、推定された総堆積量は煤の総堆積量を示している。そして、この煤の総堆積量が限界堆積量以上となった場合にのみ、フィルタを煤燃焼温度以上に昇温することによって煤の除去が行われる。したがって、フィルタを煤燃焼温度にまで昇温する回数は最小限に抑制される。フィルタを煤燃焼温度以上に昇温する場合には、多量の燃料やエネルギが消費されるので、フィルタの煤燃焼温度への昇温回数を少なくすることにより燃料やエネルギの消費量を少なく抑えることができる。
なお、「総堆積量」とは、実際にフィルタに堆積している粒子状物質の総量を示しており、「ＳＯＦ除去制御を前回実行してからフィルタに新たに堆積した粒子状物質の量」とは、連続した二回のＳＯＦ除去制御を実行する間にフィルタに堆積する粒子状物質の量である。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において、上記フィルタに新たに堆積した粒子状物質の量の推定は内燃機関の運転時間に基づいて行われる。
第２の発明によれば、粒子状物質を強制的に除去しない場合にフィルタへの粒子状物質の総堆積量がほぼ零から限界堆積量に到達するまでにかかる内燃機関の運転時間よりも短い運転時間が経過する毎に、すなわち比較的短い運転時間間隔毎にＳＯＦの除去が行われる。したがって、フィルタへの粒子状物質の総堆積量を、常にフィルタへの煤の総堆積量に近い量に維持することができ、フィルタによる排気ガスへの流抵抗を比較的小さく抑えることができる。
【０００９】
第３の発明では、第１または第２の発明において、上記フィルタへの粒子状物質の総堆積量の推定は、機関燃焼室に流入する空気の質量流量と単位時間当たりに機関燃焼室に供給される燃料量とからフィルタへの流入排気ガスの質量流量を算出し、該流入排気ガスの質量流量とフィルタへの流入排気ガスの温度とからフィルタへの流入排気ガスの体積流量を算出し、該算出された流入排気ガスの体積流量と実際のフィルタの前後差圧とから粒子状物質の総堆積量を算出することによって行われる。
第３の発明によれば、機関燃焼室に流入する空気の質量流量と、単位時間当たりに機関燃焼室に供給される燃料量と、フィルタへの流入排気ガスの温度とに基づいてフィルタへの流入排気ガスの体積流量が算出される。ここで、計算の対象となる燃料量は、機関燃焼室に取付けられた燃料噴射弁から直接的に、または機関燃焼室の吸気上流に取付けられた燃料噴射弁から間接的に機関燃焼室に供給された燃料量を含むが、これら燃料は内燃機関の圧縮・膨張行程においてほぼ完全に燃焼または気化されるものと考えられるため、その排気ガスは完全に気体状態となっている。気体状態の排気ガスにおいては、その全質量と温度とに基づいてその体積が定まる。したがって、機関燃焼室に流入する空気の質量流量と機関燃焼室に供給される燃料量とから流入排気ガスの質量流量が求められ、求められた流入排気ガスの質量流量と流入排気ガスの温度とからフィルタへの流入排気ガスの体積流量を算出することで、フィルタへの流入排気ガスの体積流量を正確に算出することができる。
このようにフィルタへの流入排気ガスの体積流量を正確に算出できれば、圧力センサ等によって検出されたフィルタの前後差圧における流入排気ガスの流量の影響を排除することができ、フィルタへの粒子状物質の総堆積量を正確に推定することができるようになる。
【００１０】
第４の発明では、第３の発明において、上記粒子状物質の総堆積量の算出は、上記流入排気ガスの体積流量毎にフィルタに粒子状物質が堆積していない状態におけるフィルタの前後差圧を検出し、流入排気ガスの体積流量が上記算出された流入排気ガスの体積流量となっている場合の粒子状物質が堆積していない状態におけるフィルタの前後差圧と上記実際のフィルタの前後差圧とを比較することによって行われる。
第４の発明によれば、粒子状物質が堆積していない状態におけるフィルタの前後差圧を基準とすることにより、フィルタ毎の製造誤差等によって生じる総堆積量の推定誤差を低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の粒子状物質除去方法を説明する。図１は本発明の粒子状物質除去方法が用いられるディーゼル型の圧縮自着火式内燃機関を示す。なお本発明は火花点火式内燃機関にも適用可能である。
【００１２】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００１３】
吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２２を介してパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）２３を内蔵したケーシング２４に連結される。
【００１４】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」と称す）通路２５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２５内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２６が配置される。またＥＧＲ通路２５周りにはＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置２７が配置される。図１に示した内燃機関ではＥＧＲ冷却装置２７内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００１５】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２８に連結される。このコモンレール２８内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９から燃料が供給され、コモンレール２８内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２８にはコモンレール２８内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３０が取り付けられ、燃料圧センサ３０の出力信号に基づいてコモンレール２８内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２９の吐出量が制御される。
【００１６】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。
【００１７】
アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに、入力ポート４５には、クランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５１が接続される。また、フィルタ２３の排気上流側と排気下流側とにはフィルタ２３の排気上流と排気下流との間の差圧（以下、「前後差圧」と称す）を検出するための差圧センサ５２が設けられ、また、フィルタ２３の排気上流にはフィルタ２３への流入排気ガスの温度を検出するための温度センサ５３が設けられる。さらに、吸気通路上には燃焼室５へ流入する空気の質量流量を検出するためのエアフロメータ５４が設けられる。これら差圧センサ５２、温度センサ５３およびエアフロメータ５４は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に接続される。出力ポート４６は、対応する駆動回路４８を介して、燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２６、および、燃料ポンプ２９に接続される。
【００１８】
ところで、上述したような内燃機関では、その排気ガス中に有害な粒子状物質（particulate matter）が含まれており、これら粒子状物質はそのまま大気中に放出されてしまうことのないようにフィルタ２３で捕集される。しかしながら、フィルタ２３は、粒子状物質を無限に捕集することができるわけではなく、フィルタ２３に捕集されている粒子状物質が増大すると、フィルタ２３が詰まり、フィルタ２３による排気ガスに対する流抵抗が大きくなってしまい、フィルタ２３に起因する排気ガスの圧力損失が大きくなってしまう。
【００１９】
このため、多くの内燃機関では、フィルタ２３に堆積している粒子状物質の総量（以下、「フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量」と称す）が、フィルタ２３を通過する排気ガスがフィルタ２３によって受ける流抵抗が一定値（例えば、機関運転状態に悪影響を与える程度）以上に大きくなるような総堆積量（以下、「限界堆積量」と称す）に達したときに、ほとんど全ての粒子状物質が燃焼して除去されるような温度にまでフィルタ２３を昇温し、所定時間に亘ってその温度に維持する制御（以下、「フィルタ再生制御」と称す）を行っている。このような制御を実行することで、フィルタ２３は、再び、粒子状物質がほとんど堆積していない状態へと戻される。したがって、多くの内燃機関では、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量が上記限界堆積量以下に維持される。
【００２０】
フィルタ再生制御を行うためには、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量を正確に推定する必要がある。例えば、推定された粒子状物質の総堆積量が実際の粒子状物質の総堆積量よりも少ない場合、実際にはフィルタ２３には限界堆積量以上の粒子状物質が堆積してしまうことがある。このときのフィルタ２３の流抵抗は非常に大きくなってしまうと共に、その後実行されるフィルタ再生制御においてフィルタ２３に多量に堆積している粒子状物質の燃焼熱で、フィルタ２３の温度がフィルタの耐久温度を超えてしまい、フィルタ２３が劣化してしまうことがある。一方、推定された粒子状物質の総堆積量が実際の粒子状物質の総堆積量よりも多い場合、実際にはフィルタ２３の限界堆積量よりも少ない粒子状物質が堆積した段階でフィルタ再生制御が実行される。通常、フィルタ再生制御を実行するとフィルタを昇温するためのエネルギや燃料の消費量が増大したりするので、フィルタ再生制御の実行回数は少ない方が好ましい。このように上記粒子状物質の総堆積量が上記限界堆積量よりも少ない状態でフィルタ再生制御を実行することになると、無駄にエネルギや燃料の消費量を多くしてしまう。したがって、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量をできるだけ正確に推定する必要がある。
【００２１】
フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量の推定は、多くの場合、フィルタ２３の前後差圧に基づいて行われる。すなわち、フィルタ２３の前後差圧が大きくなった場合には粒子状物質の総堆積量が多くなっており、フィルタ２３の前後差圧が小さくなった場合には、粒子状物質の総堆積量が少なくなっている。
【００２２】
ただし、フィルタ２３の前後差圧は、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量だけでなく、フィルタ２３に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）の体積流量に応じて変化する。すなわち、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量が同一であっても、流入排気ガスの体積流量が増大した場合にはフィルタ２３の前後差圧が大きくなり、流入排気ガスの体積流量が減少した場合にはフィルタ２３の前後差圧が小さくなる。
【００２３】
したがって、フィルタ２３の前後差圧と、フィルタ２３への流入排気ガスの体積流量と、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量との関係は図２（ａ）に示したようになる。なお、図２（ａ）は流入排気ガスの体積流量とフィルタ２３の前後差圧との関係を示したものであり、実線ａ，ｂ，ｃはフィルタ２３への粒子状物質の総堆積量が零である場合、少ない場合、多い場合をそれぞれ示している。
【００２４】
そこで、本発明の堆積量推定方法では、流入排気ガスの体積流量およびフィルタ２３の前後差圧と粒子状物質の総堆積量との関係を予め実験的に求め、図２（ｂ）に示したようにマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。そして、内燃機関を実際に使用するときには、差圧センサ５２によって検出されたフィルタ２３の前後差圧および後述する方法で算出された体積流量と、ＲＯＭ４２に保存されたマップとに基づいて、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量を推定するようにしている。
【００２５】
次に、流入排気ガスの体積流量の算出方法について説明する。まず、エアフロメータ５４によって燃焼室５へ流入する空気（新気）の質量流量（以下、「空気の質量流量」と称す）を検出し、また、ＥＣＵ４０から燃料噴射弁６への噴射指令に基づいて全ての燃料噴射弁６から燃焼室５内に単位時間当たりに噴射される燃料の質量（以下、「燃料の質量流量」と称す）を算出する。基本的に、燃焼室５には外部から上述した空気および燃料のみしか供給されないので、単位時間当たりに燃焼室５に供給される物質の全質量は上記空気の質量流量と上記燃料の質量流量とを合計したものである。質量保存則により、燃焼室５に供給された物質の質量は燃料の燃焼の前後で変わらないので、燃焼室５から排出される排気ガスの質量流量も、上記空気の質量流量と燃料の質量流量とを合計したものである。
【００２６】
そして、上述したように求められた排気ガスの質量流量を、排気ガスの密度で除算することによって、排気ガスの体積流量を算出することができる。ここで、燃焼室５内に供給された燃料のほとんど全てが内燃機関の燃焼行程で燃焼したかまたは気化しているので、燃焼室５から排出された排気ガスはほとんど全て気体状態にある。このため、排気ガスの密度は、排気ガスの温度の関数である。
【００２７】
ここで、本発明において用いられる内燃機関では、フィルタ２３への流入排気ガスの温度が温度センサ５３によって検出される。よって、このように検出された流入排気ガスの温度から、排気ガスの密度を算出することができる。したがって、本発明では、こうして算出された排気ガスの密度と、上記排気ガスの質量流量とに基づいて、排気ガスの体積流量が算出される。
【００２８】
このようにして排気ガスの体積流量を算出した場合、例えばマフラーの前後差圧に基づいて排気ガスの体積流量を算出する場合に比べて、算出される体積流量の精度が高い。すなわち、マフラーの前後差圧に基づいて体積流量を算出する場合にはマフラーに粒子状物質が堆積したりマフラーが変形したりすると正確に体積流量を算出することができなくなるのに対し、本発明の上記方法で排気ガスの体積流量を算出する場合には、このような問題が起こらない。
【００２９】
また、従来では排気ガスの体積流量を算出するのに、例えばマフラーの前後差圧を検出するための差圧センサ等を設けなければならない。これに対して、一般に、本発明の堆積量推定方法を実行しない内燃機関であってもほとんどの内燃機関の吸気通路上に、燃料噴射量等、内燃機関の運転に関するパラメータを決定するためにエアフロメータが設けられる。したがって、本発明の堆積量推定方法を実行する内燃機関では、本発明の堆積量推定方法を実行することのみのために追加の装置を内燃機関に設けられることを必要とせず、よって製造コストを低減することができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、流入排気ガスの温度のみに基づいてフィルタ２３への流入排気ガスの密度を算出しているが、流入排気ガスの温度に加えて、流入排気ガスの空燃比（燃焼室５に供給された空気と燃料との質量比率）または流入排気ガスの圧力、あるいはこれら流入排気ガスの空燃比および圧力の両方に基づいて流入排気ガスの密度を算出してもよい。このように流入排気ガスの密度を算出することにより、より正確に流入排気ガスの密度を算出することができ、よってフィルタ２３への粒子状物質の総堆積量をより正確に求めることができる。なお、排気ガスの空燃比は上記空気の質量流量と燃料の質量流量とから算出される。
【００３１】
また、上記実施形態に示した流入排気ガスの体積流量の算出方法は、燃焼室５に流入させる吸気ガス中にＥＧＲガスが含まれる場合にも同様に用いることができる。これは、ＥＧＲガスを再循環させている場合、すなわちＥＧＲ制御の実行中には、燃焼室５に流入したＥＧＲガスの質量流量とほぼ同一の質量流量の排気ガスがＥＧＲガスとして再び吸気通路に戻されるため、ＥＧＲ制御の実行中であっても、燃焼室５に流入した空気および燃料の質量流量とほぼ同一の質量流量の排気ガスがフィルタ２３へと流れることによる。
【００３２】
さらに、上記実施形態では、体積流量と前後差圧とに基づいて粒子状物質の総堆積量を推定している。これに対し、フィルタに粒子状物質が堆積していない状態におけるフィルタ２３の前後差圧と、実際に検出されるフィルタ２３の前後差圧との圧力差（以下、「差圧差」と称す）を算出し、この差圧差と体積流量とに基づいて粒子状物質の総堆積量を推定してもよい。すなわち、上述した体積流量と前後差圧とのマップに替えて、差圧差と体積流量とのマップを予め用意する。そして、例えばフィルタ２３を製造後初めて使用する際のフィルタ２３の前後差圧を検出し、ＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。使用時には、検出されたフィルタ２３の前後差圧と、ＲＯＭ４２に保存されているフィルタ２３の前後差圧であって検出された体積流量に対応する前後差圧とから差圧差を算出し、算出した差圧差と検出された体積流量とに基づいてフィルタ２３への粒子状物質の総堆積量を推定する。
【００３３】
このように粒子状物質が堆積していない状態におけるフィルタ２３の前後差圧を基準とすることにより、粒子状物質が堆積していない状態におけるフィルタ２３の前後差圧に関する各フィルタ２３間の製造誤差を補償することができる。
【００３４】
次に、図３のフローチャートを参照して、本発明の堆積量推定方法の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１００において、エアフロメータ５４により燃焼室５に流入する空気の質量流量Ｑｍａが検出され、燃料噴射弁６への噴射指令に基づいて燃料の質量流量Ｑｍｆが算出され、温度センサ５３によりフィルタ２３への流入排気ガスの温度Ｔｅが検出され、さらに、差圧センサ５２によりフィルタ２３の前後差圧Ｐｄが検出される。次いで、ステップ１０１において、ステップ１００で検出された空気の質量流量Ｑｍａおよび燃料の質量流量Ｑｍｆから排気ガスの質量流量Ｑｍｅが算出される。次いで、ステップ１０２において、ステップ１０１で算出された排気ガスの質量流量Ｑｍｅと流入排気ガスの温度Ｔｅとから、排気ガスの体積流量Ｑｖｅが算出され、ステップ１０３へと進む。ステップ１０３では、ステップ１０２で算出された排気ガスの体積流量Ｑｖｅとフィルタ２３の前後差圧Ｐｄと図２（ｂ）に示したマップとから、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量Ｍｐが算出され、制御ルーチンが終了する。
【００３５】
ところで、粒子状物質は、大別すると、煤（ｓｏｏｔ）等の有機溶剤に不溶な成分（以下、「煤」と称す）と、可溶性有機物質（ＳＯＦ）等の有機溶剤に可溶な成分（以下、「ＳＯＦ」と称す）とに分けられる。これら成分の性質として、ＳＯＦが燃焼し始めるＳＯＦ燃焼温度は、煤が燃焼し始める煤燃焼温度よりも低い。例えば、ＳＯＦ燃焼温度は２５０℃〜３００℃以上であり、煤燃焼温度は５００℃〜６００℃以上である。したがって、フィルタ２３に堆積しているＳＯＦを除去する場合には、フィルタ２３に堆積している煤を除去する場合に比べてフィルタ２３の温度は低温でよく、よってこの場合のフィルタ２３の昇温に用いられる燃料やエネルギの消費量は非常に少ない。
【００３６】
また、従来では、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量として煤およびＳＯＦの両方の堆積量を合計したものを推定し、推定した粒子状物質の総堆積量に基づいて煤燃焼温度にまでフィルタ２３の温度を上昇させ、その温度に維持して、フィルタ２３に堆積した粒子状物質を除去していた。この場合、ＳＯＦが多く堆積していてフィルタ２３をＳＯＦ燃焼温度にまで昇温すればＳＯＦが燃焼してフィルタ２３の粒子状物質の捕集能力が回復するときであっても、同様な操作が行われる。
【００３７】
しかしながら、上述したようにＳＯＦ燃焼温度は煤燃焼温度よりもかなり低温であるため、フィルタ２３の昇温に用いられる燃料やエネルギの消費量を考慮すると、フィルタ２３にＳＯＦが多く堆積しているときにはフィルタ２３をＳＯＦ燃焼温度にまで昇温してＳＯＦを燃焼させてフィルタ２３の粒子状物質の捕集能力を回復させるのが好ましい。すなわち、フィルタ２３を煤燃焼温度まで昇温する回数は少ない方が好ましい。そこで、本発明では以下のような方法で、フィルタ２３に堆積した粒子状物質を除去する。
【００３８】
本発明の粒子状物質除去方法では、昇温処理によってフィルタ２３をＳＯＦ燃焼温度にまで昇温する制御（以下、「ＳＯＦ除去制御」と称す）を行うことで粒子状物質のうちＳＯＦを除去した後に、上述した堆積量推定方法によりフィルタ２３への粒子状物質の総堆積量を推定する。この場合、推定される粒子状物質の総堆積量は、煤の総堆積量を指している。そして、この煤の総堆積量が上述した限界堆積量以上となった場合に、昇温処理によってフィルタ２３を煤燃焼温度にまで昇温させる制御（以下、「煤除去制御」と称す）を行い、フィルタ２３に堆積している粒子状物質を除去する。
【００３９】
また、ＳＯＦ除去制御は、比較的短い所定運転時間間隔毎に行われる。ここで、所定運転時間間隔とは、少なくとも粒子状物質を強制的に除去しない場合にフィルタ２３への粒子状物質の総堆積量がほぼ零から限界堆積量に到達するまでにかかる運転時間よりも短い時間間隔である。
【００４０】
図４（ａ）に、運転時間とフィルタ２３への粒子状物質の総堆積量との関係を示した。ここで、実線は、フィルタ２３に堆積している煤とＳＯＦとを含む粒子状物質の総量を示しており、一点鎖線は、フィルタ２３に堆積している粒子状物質のうち煤の量を示している。
【００４１】
図４（ａ）では、所定運転時間間隔Δｔ毎にＳＯＦ除去制御が行われ、よって所定運転時間間隔毎にＳＯＦが除去される。すなわち、フィルタ２３に粒子状物質がほとんど堆積していない状態にある時刻ｔ₀から所定運転時間間隔Δｔが経過した時刻ｔ₁に、昇温処理によってフィルタ２３をＳＯＦ燃焼温度に昇温し、フィルタ２３に堆積しているＳＯＦが除去されるような時間だけその温度に維持するＳＯＦ除去制御が実行される。そして、フィルタ２３に堆積しているＳＯＦが除去された時刻（あるいは、ＳＯＦ除去制御が終了せしめられた時刻）ｔ₂にフィルタ２３への粒子状物質（すなわち、煤）の総堆積量が推定される。
【００４２】
図４（ａ）から分かるように、時刻ｔ₂においては、煤の総堆積量は限界堆積量にまで到達していないため、フィルタ２３を煤燃焼温度にまで昇温することなくフィルタ２３の昇温処理が終了せしめられる。所定運転時間間隔Δｔが経過した時刻ｔ₃に再び昇温処理によりフィルタ２３がＳＯＦ燃焼温度に昇温される。このような制御を時刻ｔ₃〜ｔ₇において繰り返すうちにフィルタ２３には煤が堆積し、時刻ｔ₇にＳＯＦ除去制御を実行してフィルタ２３に堆積したＳＯＦを除去した後の時刻ｔ₈にフィルタ２３への粒子状物質（すなわち、煤）の総堆積量を推定すると、煤の総堆積量が限界堆積量以上となっている。このため、時刻ｔ₈において煤除去制御が実行され、すなわち更なる昇温処理によってフィルタ２３が煤燃焼温度にまで昇温され、フィルタ２３に堆積している煤が燃焼・除去される。
【００４３】
このようにフィルタ２３に堆積した粒子状物質を除去することにより、フィルタ２３を煤燃焼温度にまで昇温するのをフィルタ２３に堆積している煤の量が限界堆積量に達した場合のみとすることができる。したがって、フィルタ２３を煤燃焼温度まで昇温する回数を低減することができ、よって燃料やエネルギの消費量を低減することができる。なお、フィルタ２３をＳＯＦ燃焼温度にまで昇温する場合の燃料やエネルギの消費量は非常に少ないため、上述したようにフィルタ２３のＳＯＦ燃焼温度までの昇温を数回行っても、全体的には燃料やエネルギの消費量を低減することができる。
【００４４】
次に、図５のフローチャートを参照して、本発明の粒子状物質除去方法の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１２０において、カウンタの値ＣＯＵＮＴが元のカウンタＣＯＵＮＴの値に１を加えたものとされる。ここで、カウンタは、経過時間を表すものであり、このカウンタの値ＣＯＵＮＴが所定値ａ以上となったときに所定運転時間が経過したことを示すものである。次いで、ステップ１２１において、カウンタの値ＣＯＵＮＴが所定値ａ以上であるか否か、すなわち所定運転時間が経過したか否かが判定され、カウンタの値ＣＯＵＮＴが所定値ａよりも小さいと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４５】
一方、ステップ１２１において、カウンタの値ＣＯＵＮＴが所定値ａ以上であると判定された場合には、ステップ１２２へと進む。ステップ１２２では、ＳＯＦ除去制御が実行せしめられる。次いで、ステップ１２３において、上述した堆積量推定方法により、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量Ｍｐが推定される。ステップ１２４では、ステップ１２３で推定された総堆積量Ｍｐが予め定められた限界堆積量Ｍｐａ以上であるか否かが判定され、総堆積量Ｍｐが限界堆積量Ｍｐａよりも少ないと判定された場合にはステップ１２５へと進み、カウンタの値ＣＯＵＮＴが零にリセットされて、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４６】
一方、ステップ１２４において、総堆積量Ｍｐが限界堆積量Ｍｐａ以上であると判定された場合には、ステップ１２６へと進む。ステップ１２６では、煤除去制御実行条件が成立しているか否かが判定される。ここで、煤除去制御実行条件が成立している場合とは、フィルタ２３を煤燃焼温度にまで昇温しやすい場合、例えば、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合等が挙げられる。煤除去制御実行条件が成立していないと判定された場合には、再びステップ１２６へと戻される。一方、ステップ１２６において、煤除去制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１２７へと進んで、煤除去制御が実行せしめられる。次いで、ステップ１２８でカウンタの値ＣＯＵＮＴが零にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４７】
なお、本発明の粒子状物質除去方法では、上述したように所定運転時間間隔Δｔ毎にＳＯＦ除去制御を実行しているが、この利点について、図４を参照して説明する。図４（ｂ）は、ＳＯＦ除去制御を実行するタイミングをフィルタ２３への粒子状物質の総堆積量に基づいて決定している場合における、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量のタイムチャートであり、図４（ａ）と同様に、実線が煤とＳＯＦとを含む粒子状物質の総堆積量、一点鎖線が煤の総堆積量を示している。
【００４８】
図４（ｂ）では、フィルタ２３への粒子状物質の総堆積量がほぼ零の状態から基準堆積量に達するまではＳＯＦ除去制御は実行されない。ここで、基準堆積量とは、限界堆積量よりも多い量であり、ＳＯＦ除去制御を実行する基準となる堆積量である。粒子状物質の総堆積量が基準堆積量に達すると、ＳＯＦ除去制御が実行され、フィルタ２３がＳＯＦ燃焼温度まで昇温され、フィルタ２３に体積しているＳＯＦが除去される。ＳＯＦを除去した直後の粒子状物質の総堆積量、すなわち煤の総堆積量が限界堆積量よりも少ない場合には、煤除去制御は実行されない。そして、このような制御が繰り返されて、ＳＯＦ除去制御を実行した直後の粒子状物質の総堆積量が限界堆積量以上となった場合には煤除去制御が実行され、フィルタ２３に堆積している煤が除去される。
【００４９】
図４（ａ）および図４（ｂ）を比較して分かるように、図４（ｂ）の場合には、煤の総堆積量が少ないうちはＳＯＦ除去制御がほとんど実行されず、逆に煤の総堆積量が多くなってからＳＯＦ除去制御が短い運転時間間隔で実行されているのに対して、図４（ａ）の場合には、煤の総堆積量に関係無くコンスタントにＳＯＦ除去制御が実行されている。したがって、所定運転時間毎にＳＯＦ除去制御を実行している場合は、総堆積量に基づいてＳＯＦ除去制御の実行タイミングを決定している場合よりも、平均的に総堆積量が少なく維持されている。すなわち、本発明の粒子状物質除去方法を実行した場合にはフィルタ２３に起因する圧損を低く維持することができることが分かる。なお、ＳＯＦ除去制御の実行回数は、図４（ａ）の場合と図４（ｂ）の場合とではほとんど変わらない。すなわち、燃料やエネルギの消費量は、運転時間間隔に基づいてＳＯＦ除去制御の実行タイミングを決定する場合における上記運転時間間隔を適切に設定すれば、運転時間および堆積量のいずれに基づいてＳＯＦ除去制御の実行タイミングを決定してもほとんど変わらないことが分かる。
【００５０】
なお、上記実施形態においては、運転時間間隔に基づいてＳＯＦ除去制御の実行タイミングを決定しているが、運転時間間隔でなく、内燃機関を搭載した車両の走行距離、積算回転数や上述した堆積量推定方法等、粒子状物質の堆積量を推定することができるパラメータであれば如何なるパラメータに基づいてＳＯＦ除去制御の実行タイミングを決定してもよい。そして、ＳＯＦ除去制御を実行してから新たに所定堆積量の粒子状物質が堆積したことが推定される毎にＳＯＦ除去制御を実行するようにするのが好ましい。ここで、所定堆積量とは、上記限界堆積量よりも少ない堆積量である。例えば、このようなパラメータとして走行距離を用いた場合、所定走行距離毎にＳＯＦ除去制御が実行される。この場合、所定走行距離とは、粒子状物質を強制的に除去しない場合にフィルタ２３への粒子状物質の総堆積量がほぼ零から限界堆積量に到達するまでにかかる走行距離よりも短い走行距離である。
【００５１】
ただし、ＳＯＦ除去制御の実行タイミングの決定は、上述した堆積量推定方法によってではなく、運転時間間隔、走行距離または積算回転数（以下、「運転時間間隔等」と称す）に基づいて行う方が好ましい。この理由について簡単に説明する。上述した堆積量推定方法でフィルタ２３への堆積量を推定する場合、ＥＣＵ４０での計算量が多くなってしまい、ＣＰＵ４４の計算負荷が大きくなってしまうため、上述した堆積量推定方法による総堆積量の推定回数は少ない方が好ましい。一方、運転時間間隔、走行距離または積算回転数に基づいて堆積量を推定する場合には、ＣＰＵ４４にはほとんど計算負荷がかからない。したがって、ＳＯＦ除去制御の実行タイミングの決定を運転時間間隔等に基づいて行う場合、上述した堆積量推定方法による総堆積量の推定はＳＯＦ除去制御の終了直後のみとなり、ＣＰＵ４４への計算負荷を低減することができる。
【００５２】
次に、昇温処理の方法について簡単に説明する。本発明では昇温処理は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射して燃焼させたり、フィルタ２３上流に電気ヒータやグロープラグを設け、これら電気ヒータまたはグロープラグを作動させたりすることによって、排気ガスの温度を上昇させることによって行われる。また、燃焼室内に燃料を点火するための点火栓が設けられている場合には、この点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせることによって、排気ガスの温度を上昇させることによっても昇温処理を行うことができる。
【００５３】
あるいは、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射し、その燃料を燃焼させずにそのまま燃焼室５から排出させたり、フィルタ２３上流において排気ガスに燃料を添加するための装置を設け、この装置から排気ガスに燃料を添加したりして、燃料をフィルタ２３に供給し、これら燃料をフィルタ２３内にて燃焼させることによっても昇温処理を行うことができる。
【００５４】
また、本発明において用いられるフィルタ２３は、上述したＳＯＦ燃焼温度や煤燃焼温度にまでフィルタ２３を昇温せずに粒子状物質を除去する能力を有するフィルタであってもよい。以下、フィルタの粒子状物質除去作用について説明する。
【００５５】
図６においては、貴金属触媒として白金（Ｐｔ）を利用し、活性酸素生成剤としてカリウム（Ｋ）を利用した場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な粒子状物質除去作用が行われる。
【００５６】
図６（ａ）および（ｂ）はフィルタ２３の隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図６（ａ）および（ｂ）において６０は白金の粒子を示しており、６１はカリウム等の活性酸素生成剤を含む担体層を示している。
【００５７】
まず、吸気通路および燃焼室内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、フィルタ２３に流入する排気ガスの空燃比はリーンである場合、燃焼室では、ＮＯ_X、特にＮＯおよびＮＯ₂が発生するので、排気ガス中にはＮＯ_xが含まれている。このように、フィルタ２２には過剰酸素、および、ＮＯ_Xを含んだ排気ガスが流入する。
【００５８】
排気ガスがフィルタ２３に流入すると、図６に示したように排気ガス中の酸素はＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金の表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金の表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。次いで生成されたＮＯ₂および排気ガス中のＮＯ₂の一部は白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤６１に吸収され、Ｋと結合しながら図６に示したように硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）の形で活性酸素生成剤６１内に拡散し、硝酸塩（ＫＮＯ₃）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸イオンの形で活性酸素生成剤に保持される。
【００５９】
ところで、燃焼室内では主にカーボン（Ｃ）からなる粒子状物質が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら粒子状物質が含まれる。排気ガス中の粒子状物質は、排気ガスがフィルタ２３内を流れているときに、図６（ｂ）に示したように、活性酸素生成剤６１の表面上に接触し、付着する。
【００６０】
活性酸素生成剤６１上に粒子状物質６２が付着すると、活性酸素生成剤６１の表面とその内部との間に濃度差が生じる。活性酸素生成剤６１内には硝酸イオンの形で酸素が保持されており、この保持されている酸素が粒子状物質６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤６２内に形成されている硝酸塩（ＫＮＯ₃）がＫとＯとＮＯとに分解され、Ｏが活性酸素生成剤６１の表面に向かい、その一方でＮＯが活性酸素生成剤６１から外部に離脱せしめられる。このように外部に離脱せしめられたＮＯは上述したメカニズムで下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤６１内に硝酸イオンの形で保持される。
【００６１】
ところで粒子状物質６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向かうＯは硝酸塩（ＫＮＯ₃）のような化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。これら活性酸素が粒子状物質６２に接触すると粒子状物質６２は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、粒子状物質６２は完全に消滅する。したがって、このようにして粒子状物質６２が酸化・除去され、粒子状物質６２はフィルタ２３上に堆積しにくくなる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の粒子状物質除去方法によれば、フィルタの煤燃焼温度への昇温回数を少なくすることで燃料やエネルギの消費量を抑制することができ、その結果、フィルタに堆積している粒子状物質を効率的に除去することができる。
【００６３】
第３および第４の発明によれば、流入排気ガスの流量を正確に推定して、粒子状物質の総堆積量を正確に推定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粒子状物質除去方法を実行する内燃機関全体を示す図である。
【図２】流入排気ガスの体積流量と、フィルタの前後差圧と、粒子状物質の総堆積量との関係を示す図である。
【図３】本発明の堆積量推定方法のフローチャートである。
【図４】フィルタへの粒子状物質の総堆積量のタイムチャートである。
【図５】本発明の粒子状物質除去方法のフローチャートである。
【図６】本発明において使用されるフィルタの粒子状物質除去作用を説明するための図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２３…パティキュレートフィルタ（フィルタ）
２４…ケーシング
４０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５２…差圧センサ
５３…温度センサ
５４…エアフロメータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for removing particulate matter in an exhaust purification device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the differential pressure before and after a particulate filter (hereinafter referred to as “filter”) that can collect particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the engine body is detected. A deposition amount estimation method for estimating a total deposition amount of particulate matter on a filter based on pressure is known. Further, the particulate matter removal method for burning and removing the particulate matter before the total amount of the particulate matter estimated as described above becomes an amount that deteriorates the flow of the exhaust gas. Is known as well.
[0003]
As such a particulate matter removing method, for example, a method described in Patent Document 1 is known. In the method described in Patent Literature 1, the differential pressure across the muffler provided in the exhaust wake of the filter is detected simultaneously with another sensor while detecting the differential pressure across the filter with a sensor. Then, the flow rate of the exhaust gas flowing into the filter is calculated from the differential pressure across the muffler, and the total amount of particulate matter deposited on the filter is estimated from the flow rate of the exhaust gas and the differential pressure across the filter. . When the estimated total accumulation amount exceeds a predetermined amount, the filter is heated to remove particulate matter, and the flow resistance to the exhaust gas by the filter is prevented from increasing. Yes.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 62-190841
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-189656
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the particulate matter includes a component insoluble in an organic solvent such as soot (hereinafter referred to as “soot”) and a component soluble in an organic solvent such as SOF (hereinafter referred to as “SOF”). The soot combustion temperature at which soot begins to burn is higher than the SOF combustion temperature at which SOF begins to combust. In the method described in Patent Document 1, particulate matter is removed by increasing the temperature of the filter without distinguishing between soot and SOF. Therefore, if it is determined that a large amount of particulate matter is deposited on the filter, a large amount of SOF having a low combustion temperature is deposited on the filter, and the filter is sufficiently deposited on the filter even if the temperature of the filter is not so high. Even when the particulate matter can be removed, the filter is always maintained at a temperature higher than the soot combustion temperature for a certain period of time, and fuel and energy are consumed wastefully.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a particulate matter removing method for efficiently removing particulate matter deposited on a filter.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in the first invention, a filter capable of collecting particulate matter in exhaust gas, and when the total amount of particulate matter deposited on the filter exceeds a limit amount, the filter is used. In a method for removing particulate matter deposited on a filter such that the flow resistance against exhaust gas becomes greater than a certain value, SOF removal control is performed to raise the temperature of the filter below the soot combustion temperature and above the SOF combustion temperature. SOF removal control is executed when it is estimated that the amount of particulate matter newly deposited on the filter since the previous execution is equal to or greater than a predetermined deposition amount that is smaller than the limit deposition amount, Immediately after that, the total amount of particulate matter deposited on the filter is estimated, and if the estimated total amount of deposit is greater than or equal to the above limit deposit amount, the filter temperature is raised above the soot combustion temperature. That.
According to the first aspect of the invention, since the SOF accumulated on the filter is removed by the SOF removal control, and the total amount of particulate matter deposited on the filter is estimated, the estimated total deposition amount is The total deposition amount is shown. Then, only when the total amount of soot accumulation exceeds the limit accumulation amount, soot is removed by raising the temperature of the filter above the soot combustion temperature. Therefore, the number of times of raising the temperature of the filter to the soot combustion temperature is minimized. When the temperature of the filter is raised above the soot combustion temperature, a large amount of fuel and energy is consumed. Therefore, by reducing the number of times the filter is heated up to the soot combustion temperature, the amount of fuel and energy consumed can be reduced. Can do.
The “total deposition amount” indicates the total amount of particulate matter actually deposited on the filter, and “the amount of particulate matter newly deposited on the filter since the previous execution of the SOF removal control”. Is the amount of particulate matter that accumulates on the filter during two successive SOF removal controls.
[0008]
In a second aspect, in the first aspect, the amount of particulate matter newly deposited on the filter is estimated based on the operating time of the internal combustion engine.
According to the second invention, when the particulate matter is not forcibly removed, the total accumulation amount of the particulate matter on the filter is shorter than the operation time of the internal combustion engine required to reach the limit accumulation amount from almost zero. Every time the operation time elapses, that is, at a relatively short operation time interval, the SOF is removed. Therefore, the total amount of particulate matter deposited on the filter can always be maintained close to the total amount of soot accumulated on the filter, and the flow resistance to the exhaust gas by the filter can be kept relatively small.
[0009]
In the third invention, in the first or second invention, the total amount of the particulate matter deposited on the filter is estimated by supplying the mass flow rate of air flowing into the engine combustion chamber and the engine combustion chamber per unit time. Calculating the mass flow rate of the inflowing exhaust gas to the filter from the amount of fuel to be calculated, and calculating the volumetric flow rate of the inflowing exhaust gas to the filter from the mass flow rate of the inflowing exhaust gas and the temperature of the inflowing exhaust gas to the filter, This is done by calculating the total amount of particulate matter deposited from the calculated volume flow of the inflowing exhaust gas and the actual differential pressure across the filter.
According to the third invention, the mass flow rate of the air flowing into the engine combustion chamber, the amount of fuel supplied to the engine combustion chamber per unit time, and the temperature of the exhaust gas flowing into the filter are supplied to the filter. The volume flow rate of the inflowing exhaust gas is calculated. Here, the amount of fuel to be calculated is supplied to the engine combustion chamber directly from the fuel injection valve attached to the engine combustion chamber or indirectly from the fuel injection valve attached upstream of the engine combustion chamber. However, since the fuel is considered to be almost completely combusted or vaporized in the compression / expansion stroke of the internal combustion engine, the exhaust gas is completely in a gaseous state. The volume of exhaust gas in a gaseous state is determined based on its total mass and temperature. Therefore, the mass flow rate of the inflowing exhaust gas is obtained from the mass flow rate of the air flowing into the engine combustion chamber and the fuel amount supplied to the engine combustion chamber, and the obtained mass flow rate of the inflowing exhaust gas and the temperature of the inflowing exhaust gas By calculating the volume flow rate of the exhaust gas flowing into the filter from the filter, the volume flow rate of the exhaust gas flowing into the filter can be accurately calculated.
If the volumetric flow rate of the inflowing exhaust gas to the filter can be accurately calculated in this way, the influence of the flow rate of the inflowing exhaust gas on the differential pressure across the filter detected by a pressure sensor or the like can be eliminated. It becomes possible to accurately estimate the total amount of accumulated material.
[0010]
According to a fourth aspect, in the third aspect, the total accumulation amount of the particulate matter is calculated by calculating the differential pressure across the filter in a state where the particulate matter is not deposited on the filter for each volume flow rate of the inflowing exhaust gas. When the volumetric flow rate of the inflowing exhaust gas is equal to the calculated volumetric flow rate of the inflowing exhaust gas, the differential pressure before and after the filter in the state where the particulate matter is not accumulated and the differential between the front and back of the actual filter This is done by comparing the pressure.
According to the fourth invention, the estimation error of the total deposition amount caused by the manufacturing error or the like for each filter can be reduced by using the differential pressure before and after the filter in the state where the particulate matter is not deposited as a reference. .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the particulate matter removing method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a diesel-type compression self-ignition internal combustion engine in which the particulate matter removing method of the present invention is used. The present invention is also applicable to a spark ignition type internal combustion engine.
[0012]
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13.
[0013]
A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is arranged in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing in the intake duct 13 is arranged around the intake duct 13. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, engine cooling water is guided into the cooling device 18 and the intake air is cooled by the engine cooling water. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of an exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the exhaust turbine 21 is connected to a particulate filter (hereinafter referred to as “filter”) via an exhaust pipe 22. It is connected to a casing 24 having a built-in 23.
[0014]
The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as “EGR”) passage 25, and an electrically controlled EGR control valve 26 is disposed in the EGR passage 25. Around the EGR passage 25, an EGR cooling device 27 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 25 is disposed. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, engine cooling water is guided into the EGR cooling device 27, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
[0015]
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 28, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 28 from an electrically controlled fuel pump 29 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 28 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 30 for detecting the fuel pressure in the common rail 28 is attached to the common rail 28, and a fuel pump 29 is used so that the fuel pressure in the common rail 28 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 30. The discharge amount is controlled.
[0016]
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises.
[0017]
A load sensor 50 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 49 is connected to the accelerator pedal 49, and the output voltage of the load sensor 50 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Further, the input port 45 is connected to a crank angle sensor 51 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. A differential pressure sensor 52 for detecting a differential pressure between the exhaust upstream and the exhaust downstream of the filter 23 (hereinafter referred to as “front-rear differential pressure”) is provided between the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the filter 23. Further, a temperature sensor 53 for detecting the temperature of exhaust gas flowing into the filter 23 is provided upstream of the exhaust of the filter 23. Further, an air flow meter 54 for detecting the mass flow rate of air flowing into the combustion chamber 5 is provided on the intake passage. The differential pressure sensor 52, the temperature sensor 53, and the air flow meter 54 are connected to the input port 45 via a corresponding AD converter 47. The output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 26, and the fuel pump 29 via a corresponding drive circuit 48.
[0018]
By the way, in the internal combustion engine as described above, harmful particulate matter (particulate matter) is included in the exhaust gas, and the filter 23 prevents the particulate matter from being released into the atmosphere as it is. It is collected at. However, the filter 23 cannot collect particulate matter infinitely. If the particulate matter collected by the filter 23 increases, the filter 23 is clogged and the flow resistance against the exhaust gas by the filter 23 is increased. Becomes larger, and the pressure loss of the exhaust gas caused by the filter 23 becomes larger.
[0019]
For this reason, in many internal combustion engines, the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 (hereinafter referred to as “total amount of particulate matter deposited on the filter 23”) is the amount of exhaust gas passing through the filter 23. When the flow resistance received by the filter 23 reaches a total accumulation amount (hereinafter referred to as a “limit accumulation amount”) that is greater than a certain value (for example, an extent that adversely affects the engine operating state), almost all Control is performed to raise the temperature of the filter 23 to a temperature at which the particulate matter is burned and removed, and to maintain the temperature for a predetermined time (hereinafter referred to as “filter regeneration control”). By executing such control, the filter 23 is returned again to a state where the particulate matter is hardly deposited. Therefore, in many internal combustion engines, the total accumulation amount of the particulate matter on the filter 23 is maintained below the above limit accumulation amount.
[0020]
In order to perform filter regeneration control, it is necessary to accurately estimate the total amount of particulate matter deposited on the filter 23. For example, when the estimated total deposition amount of particulate matter is smaller than the actual total deposition amount of particulate matter, the filter 23 may actually deposit more particulate matter than the limit deposition amount. . At this time, the flow resistance of the filter 23 becomes very large, and the temperature of the filter 23 becomes the durability of the filter due to the combustion heat of particulate matter accumulated in a large amount on the filter 23 in the filter regeneration control to be executed thereafter. The temperature may be exceeded, and the filter 23 may deteriorate. On the other hand, when the estimated total deposition amount of the particulate matter is larger than the actual total deposition amount of the particulate matter, the filter regeneration control is actually performed when the particulate matter that is less than the limit deposition amount of the filter 23 is deposited. Is executed. Usually, when the filter regeneration control is executed, energy consumption for increasing the temperature of the filter and the amount of fuel consumed increase, so it is preferable that the number of times of executing the filter regeneration control is small. As described above, if the filter regeneration control is executed in a state where the total accumulation amount of the particulate matter is smaller than the limit accumulation amount, the consumption amount of energy and fuel is unnecessarily increased. Therefore, it is necessary to estimate the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 as accurately as possible.
[0021]
In many cases, the estimation of the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 is performed based on the differential pressure across the filter 23. That is, when the differential pressure across the filter 23 increases, the total amount of particulate matter deposited increases, and when the differential pressure across the filter 23 decreases, the total amount of particulate matter deposited increases. It is running low.
[0022]
However, the differential pressure across the filter 23 varies not only according to the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 but also according to the volume flow rate of exhaust gas flowing into the filter 23 (hereinafter referred to as “inflow exhaust gas”). To do. That is, even if the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 is the same, if the volumetric flow rate of the inflowing exhaust gas increases, the differential pressure across the filter 23 increases and the volumetric flow rate of the inflowing exhaust gas decreases. In this case, the differential pressure across the filter 23 decreases.
[0023]
Therefore, the relationship among the differential pressure across the filter 23, the volume flow rate of the exhaust gas flowing into the filter 23, and the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 is as shown in FIG. FIG. 2 (a) shows the relationship between the volume flow rate of the inflowing exhaust gas and the differential pressure across the filter 23. The solid lines a, b and c indicate the total amount of particulate matter deposited on the filter 23. The case of zero, the case of few, and the case of many are shown, respectively.
[0024]
Therefore, in the deposition amount estimation method of the present invention, the relationship between the volume flow rate of the inflowing exhaust gas, the differential pressure across the filter 23, and the total deposition amount of the particulate matter is experimentally obtained in advance and shown in FIG. Thus, it is stored in the ROM 42 of the ECU 40 as a map. When the internal combustion engine is actually used, the filter 23 is based on the differential pressure across the filter 23 detected by the differential pressure sensor 52, the volume flow rate calculated by a method described later, and a map stored in the ROM 42. The total amount of particulate matter deposited on the surface is estimated.
[0025]
Next, a method for calculating the volume flow rate of the inflowing exhaust gas will be described. First, the air flow meter 54 detects the mass flow rate of air (fresh air) flowing into the combustion chamber 5 (hereinafter referred to as “air mass flow rate”), and based on an injection command from the ECU 40 to the fuel injection valve 6. Then, the mass of fuel injected from all the fuel injection valves 6 into the combustion chamber 5 per unit time (hereinafter referred to as “fuel mass flow rate”) is calculated. Basically, only the above-described air and fuel are supplied to the combustion chamber 5 from the outside, so that the total mass of the substance supplied to the combustion chamber 5 per unit time is the mass flow rate of the air, the mass flow rate of the fuel, and so on. Is the total. According to the law of conservation of mass, the mass of the substance supplied to the combustion chamber 5 does not change before and after the combustion of the fuel. Therefore, the mass flow rate of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is the same as the mass flow rate of the air and the mass flow rate of the fuel. And the total.
[0026]
The exhaust gas volume flow rate can be calculated by dividing the exhaust gas mass flow rate obtained as described above by the exhaust gas density. Here, since almost all of the fuel supplied into the combustion chamber 5 is burned or vaporized in the combustion stroke of the internal combustion engine, almost all the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is in a gaseous state. For this reason, the density of the exhaust gas is a function of the temperature of the exhaust gas.
[0027]
Here, in the internal combustion engine used in the present invention, the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 23 is detected by the temperature sensor 53. Therefore, the density of the exhaust gas can be calculated from the detected temperature of the inflowing exhaust gas. Therefore, in the present invention, the exhaust gas volume flow rate is calculated based on the exhaust gas density thus calculated and the exhaust gas mass flow rate.
[0028]
When the volume flow rate of the exhaust gas is calculated in this way, the accuracy of the volume flow rate calculated is higher than when the volume flow rate of the exhaust gas is calculated based on, for example, the differential pressure across the muffler. That is, when the volume flow rate is calculated based on the differential pressure across the muffler, the volume flow rate cannot be calculated accurately if particulate matter is deposited on the muffler or the muffler is deformed. Such a problem does not occur when the volume flow rate of the exhaust gas is calculated by the above method.
[0029]
Conventionally, for example, a differential pressure sensor for detecting a differential pressure across the muffler must be provided in order to calculate the volume flow rate of the exhaust gas. On the other hand, in general, even in an internal combustion engine that does not execute the accumulation amount estimation method of the present invention, an air flow is determined in order to determine parameters relating to the operation of the internal combustion engine, such as a fuel injection amount, on the intake passage of most internal combustion engines. A meter is provided. Therefore, in the internal combustion engine that executes the accumulation amount estimation method of the present invention, it is not necessary to provide an additional device in the internal combustion engine only for executing the accumulation amount estimation method of the present invention. Can be reduced.
[0030]
In the above embodiment, the density of the inflowing exhaust gas to the filter 23 is calculated based only on the temperature of the inflowing exhaust gas. In addition to the temperature of the inflowing exhaust gas, the air-fuel ratio (combustion chamber) of the inflowing exhaust gas is calculated. The mass of the inflowing exhaust gas may be calculated based on the mass ratio of the air and the fuel supplied to 5) or the pressure of the inflowing exhaust gas, or both the air-fuel ratio and the pressure of the inflowing exhaust gas. By calculating the density of the inflowing exhaust gas in this way, the density of the inflowing exhaust gas can be calculated more accurately, and thus the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 can be determined more accurately. The air-fuel ratio of the exhaust gas is calculated from the air mass flow rate and the fuel mass flow rate.
[0031]
Further, the method for calculating the volume flow rate of the inflowing exhaust gas shown in the above embodiment can be used similarly when the EGR gas is included in the intake gas flowing into the combustion chamber 5. This is because when the EGR gas is recirculated, that is, during the execution of the EGR control, the exhaust gas having a mass flow rate substantially the same as the mass flow rate of the EGR gas flowing into the combustion chamber 5 is re-entered into the intake passage as EGR gas. Therefore, even when the EGR control is being executed, the exhaust gas having a mass flow rate substantially the same as the mass flow rate of the air and fuel flowing into the combustion chamber 5 flows to the filter 23.
[0032]
Furthermore, in the said embodiment, the total deposition amount of a particulate matter is estimated based on the volume flow rate and the differential pressure before and after. On the other hand, the pressure difference (hereinafter referred to as “differential pressure difference”) between the differential pressure across the filter 23 and the differential pressure across the filter 23 actually detected in a state where particulate matter is not deposited on the filter. The total amount of particulate matter deposited may be estimated based on the differential pressure difference and the volume flow rate. That is, a map of the differential pressure difference and the volume flow rate is prepared in advance instead of the map of the volume flow rate and the differential pressure before and after. For example, the differential pressure across the filter 23 when the filter 23 is used for the first time after manufacture is detected and stored in the ROM 42 of the ECU 40. At the time of use, the differential pressure difference was calculated from the detected differential pressure across the filter 23 and the differential pressure before and after the filter 23 stored in the ROM 42 and corresponding to the detected volume flow rate. Based on the differential pressure difference and the detected volume flow rate, the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 is estimated.
[0033]
By using the differential pressure across the filter 23 in a state where particulate matter is not deposited in this manner as a reference, a manufacturing error between the filters 23 relating to the differential pressure across the filter 23 when no particulate matter is deposited. Can be compensated.
[0034]
Next, a control routine of the accumulation amount estimation method of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step 100, the mass flow rate Qma of the air flowing into the combustion chamber 5 is detected by the air flow meter 54, the fuel mass flow rate Qmf is calculated based on the injection command to the fuel injection valve 6, and the temperature sensor 53 performs filtering. The temperature Te of the exhaust gas flowing into the engine 23 is detected, and the differential pressure sensor 52 detects the differential pressure Pd across the filter 23. Next, at step 101, the exhaust gas mass flow rate Qme is calculated from the air mass flow rate Qma and the fuel mass flow rate Qmf detected at step 100. Next, in step 102, the exhaust gas volume flow rate Qve is calculated from the exhaust gas mass flow rate Qme calculated in step 101 and the inflowing exhaust gas temperature Te, and the process proceeds to step 103. In step 103, the total deposition amount Mp of the particulate matter on the filter 23 is obtained from the volume flow rate Qve of the exhaust gas calculated in step 102, the differential pressure Pd across the filter 23, and the map shown in FIG. And the control routine ends.
[0035]
By the way, the particulate matter is roughly classified into a component insoluble in an organic solvent such as soot (hereinafter referred to as “煤”) and a component soluble in an organic solvent such as a soluble organic material (SOF) ( Hereinafter, it is referred to as “SOF”. As a property of these components, the SOF combustion temperature at which SOF begins to burn is lower than the soot combustion temperature at which soot begins to burn. For example, the SOF combustion temperature is 250 ° C. to 300 ° C. or higher, and the soot combustion temperature is 500 ° C. to 600 ° C. or higher. Therefore, when removing the SOF accumulated on the filter 23, the temperature of the filter 23 may be lower than that when removing the soot accumulated on the filter 23. Therefore, in this case, the temperature of the filter 23 is increased. The consumption of fuel and energy used for the is very small.
[0036]
Conventionally, the total accumulation amount of the particulate matter on the filter 23 is estimated by summing the accumulation amounts of both soot and SOF, and the soot combustion temperature is reached based on the estimated total accumulation amount of the particulate matter. The temperature of the filter 23 was raised and maintained at that temperature to remove particulate matter deposited on the filter 23. In this case, even if a large amount of SOF is accumulated and the filter 23 is heated to the SOF combustion temperature, the same operation can be performed even when the SOF is burned and the particulate matter collecting ability of the filter 23 is recovered. Done.
[0037]
However, as described above, since the SOF combustion temperature is considerably lower than the soot combustion temperature, when the amount of fuel and energy used for raising the temperature of the filter 23 is taken into consideration, when a large amount of SOF is accumulated on the filter 23. It is preferable to raise the filter 23 to the SOF combustion temperature and burn the SOF to recover the particulate matter collecting ability of the filter 23. That is, it is preferable that the number of times of raising the temperature of the filter 23 to the soot combustion temperature is small. Therefore, in the present invention, the particulate matter deposited on the filter 23 is removed by the following method.
[0038]
In the particulate matter removal method of the present invention, the SOF is removed from the particulate matter by performing control to raise the temperature of the filter 23 to the SOF combustion temperature (hereinafter referred to as “SOF removal control”) by the temperature raising process. Later, the total deposition amount of the particulate matter on the filter 23 is estimated by the above-described deposition amount estimation method. In this case, the estimated total deposition amount of particulate matter indicates the total deposition amount of soot. Then, when the total accumulation amount of soot becomes equal to or greater than the above limit accumulation amount, control is performed to raise the temperature of the filter 23 to the soot combustion temperature (hereinafter referred to as “soot removal control”) by the temperature raising process. Then, the particulate matter deposited on the filter 23 is removed.
[0039]
Further, the SOF removal control is performed at relatively short predetermined operation time intervals. Here, the predetermined operation time interval is longer than the operation time required for the total accumulation amount of the particulate matter on the filter 23 to reach the limit accumulation amount from at least when the particulate matter is not forcibly removed. A short time interval.
[0040]
FIG. 4A shows the relationship between the operation time and the total amount of particulate matter deposited on the filter 23. Here, the solid line indicates the total amount of particulate matter including soot and SOF deposited on the filter 23, and the alternate long and short dash line indicates the amount of soot among the particulate matter deposited on the filter 23. ing.
[0041]
In FIG. 4A, the SOF removal control is performed every predetermined operation time interval Δt, and thus the SOF is removed every predetermined operation time interval. That is, the time t when the particulate matter is hardly deposited on the filter 23.₀T when a predetermined operation time interval Δt has elapsed since₁In addition, the SOF removal control is performed in which the temperature of the filter 23 is raised to the SOF combustion temperature by the temperature raising process and the temperature is maintained for such a time that the SOF accumulated on the filter 23 is removed. The time when the SOF accumulated on the filter 23 is removed (or the time when the SOF removal control is finished) t.₂Then, the total amount of particulate matter (ie, soot) deposited on the filter 23 is estimated.
[0042]
As can be seen from FIG.₂Since the total accumulation amount of soot has not reached the limit accumulation amount, the temperature raising process of the filter 23 is completed without raising the temperature of the filter 23 to the soot combustion temperature. Time t when the predetermined operation time interval Δt has elapsed_ThreeAgain, the temperature of the filter 23 is raised to the SOF combustion temperature by the temperature raising process. Such control is performed at time t._Three~ T₇The soot accumulates on the filter 23 as it is repeated at time t.₇Time t after the SOF removal control is executed and the SOF deposited on the filter 23 is removed.₈Further, if the total amount of particulate matter (that is, soot) deposited on the filter 23 is estimated, the total amount of soot accumulated is equal to or greater than the limit deposition amount. Therefore, time t₈, Soot removal control is executed, that is, the filter 23 is heated to the soot combustion temperature by further temperature raising processing, and soot accumulated on the filter 23 is combusted and removed.
[0043]
By removing the particulate matter deposited on the filter 23 in this way, the temperature of the filter 23 is raised to the soot combustion temperature only when the amount of soot accumulated on the filter 23 reaches the limit deposition amount. can do. Therefore, the number of times of raising the temperature of the filter 23 to the soot combustion temperature can be reduced, so that the consumption of fuel and energy can be reduced. In addition, since the consumption amount of fuel and energy when raising the temperature of the filter 23 to the SOF combustion temperature is very small, even if the temperature of the filter 23 is raised to the SOF combustion temperature several times as described above, The consumption of fuel and energy can be reduced.
[0044]
Next, the control routine of the particulate matter removal method of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step 120, the counter value COUNT is obtained by adding 1 to the original counter COUNT value. Here, the counter represents the elapsed time, and indicates that the predetermined operation time has elapsed when the value COUNT of the counter becomes equal to or greater than the predetermined value a. Next, at step 121, it is determined whether or not the counter value COUNT is equal to or greater than the predetermined value a, that is, whether or not the predetermined operation time has elapsed, and it is determined that the counter value COUNT is smaller than the predetermined value a. If so, the control routine is terminated.
[0045]
On the other hand, if it is determined in step 121 that the counter value COUNT is greater than or equal to the predetermined value a, the process proceeds to step 122. In step 122, SOF removal control is executed. Next, in step 123, the total deposition amount Mp of the particulate matter on the filter 23 is estimated by the deposition amount estimation method described above. In step 124, it is determined whether or not the total deposition amount Mp estimated in step 123 is greater than or equal to a predetermined limit deposition amount Mpa, and it is determined that the total deposition amount Mp is less than the limit deposition amount Mpa. In step 125, the counter value COUNT is reset to zero, and the control routine is terminated.
[0046]
On the other hand, if it is determined in step 124 that the total deposition amount Mp is greater than or equal to the limit deposition amount Mpa, the process proceeds to step 126. In step 126, it is determined whether or not the soot removal control execution condition is satisfied. Here, the case where the soot removal control execution condition is satisfied includes the case where the filter 23 is likely to be raised to the soot combustion temperature, for example, the case where the internal combustion engine is operated at a high load and high rotation, and the like. It is done. If it is determined that the soot removal control execution condition is not satisfied, the process returns to step 126 again. On the other hand, if it is determined in step 126 that the soot removal control execution condition is satisfied, the routine proceeds to step 127, where soot removal control is executed. Next, at step 128, the counter value COUNT is reset to zero, and the control routine is terminated.
[0047]
In the particulate matter removal method of the present invention, as described above, the SOF removal control is executed at every predetermined operation time interval Δt. This advantage will be described with reference to FIG. FIG. 4B is a time chart of the total amount of particulate matter deposited on the filter 23 when the timing for executing the SOF removal control is determined based on the total amount of particulate matter deposited on the filter 23. As in FIG. 4A, the solid line indicates the total deposition amount of particulate matter containing soot and SOF, and the alternate long and short dash line indicates the total deposition amount of soot.
[0048]
In FIG. 4B, the SOF removal control is not executed until the total deposition amount of the particulate matter on the filter 23 reaches the reference deposition amount from a substantially zero state. Here, the reference deposition amount is an amount larger than the limit deposition amount and is a reference deposition amount for executing the SOF removal control. When the total accumulation amount of the particulate matter reaches the reference accumulation amount, SOF removal control is executed, the temperature of the filter 23 is raised to the SOF combustion temperature, and the volume of SOF in the filter 23 is removed. When the total deposition amount of the particulate matter immediately after removing the SOF, that is, the total deposition amount of soot is less than the limit deposition amount, soot removal control is not executed. When such control is repeated and the total deposition amount of the particulate matter immediately after the execution of the SOF removal control becomes equal to or greater than the limit deposition amount, the soot removal control is performed and the particulate matter is deposited on the filter 23. The traps that are present are removed.
[0049]
As can be seen by comparing FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b), in the case of FIG. 4 (b), the SOF removal control is hardly executed while the total amount of accumulated soot is small. While the SOF removal control is executed at short operation time intervals after the total deposition amount increases, in the case of FIG. 4A, the SOF removal control is constantly performed regardless of the total deposition amount of soot. Is running. Therefore, when the SOF removal control is executed every predetermined operation time, the total deposition amount is maintained to be smaller on average than when the execution timing of the SOF removal control is determined based on the total deposition amount. Yes. That is, it can be seen that the pressure loss due to the filter 23 can be kept low when the particulate matter removal method of the present invention is executed. Note that the number of executions of the SOF removal control is almost the same between the case of FIG. 4A and the case of FIG. 4B. That is, the amount of fuel and energy consumed can be determined based on either the operating time or the amount of deposit if the operating time interval is appropriately set when determining the execution timing of the SOF removal control based on the operating time interval. It can be seen that there is almost no change even if the execution timing of the control is determined.
[0050]
In the above-described embodiment, the execution timing of the SOF removal control is determined based on the operation time interval. However, not the operation time interval but the travel distance of the vehicle on which the internal combustion engine is mounted, the accumulated rotation speed, and the above-described accumulation. The execution timing of the SOF removal control may be determined based on any parameter as long as it is a parameter that can estimate the amount of particulate matter deposited, such as an amount estimation method. It is preferable to execute the SOF removal control every time it is estimated that a predetermined amount of particulate matter has been newly deposited after the SOF removal control is executed. Here, the predetermined accumulation amount is an accumulation amount smaller than the above limit accumulation amount. For example, when travel distance is used as such a parameter, SOF removal control is executed for each predetermined travel distance. In this case, the predetermined travel distance is a travel shorter than the travel distance required until the total accumulation amount of the particulate matter on the filter 23 reaches the limit accumulation amount when the particulate matter is not forcibly removed. Distance.
[0051]
However, the determination of the execution timing of the SOF removal control is not based on the accumulation amount estimation method described above, but based on the operation time interval, travel distance, or integrated rotation speed (hereinafter referred to as “operation time interval, etc.”). preferable. The reason for this will be briefly described. When the accumulation amount on the filter 23 is estimated by the above-described accumulation amount estimation method, the calculation amount in the ECU 40 increases, and the calculation load on the CPU 44 increases. Therefore, the total accumulation amount by the above-described accumulation amount estimation method. It is preferable that the estimated number of times is small. On the other hand, when the accumulation amount is estimated based on the operation time interval, the travel distance, or the accumulated rotational speed, the CPU 44 is hardly subjected to a calculation load. Therefore, when determining the execution timing of the SOF removal control based on the operation time interval or the like, the estimation of the total deposition amount by the above-described deposition amount estimation method is only immediately after the end of the SOF removal control, and the calculation load on the CPU 44 is reduced. can do.
[0052]
Next, a method for the temperature raising process will be briefly described. In the present invention, the temperature raising process delays the timing of injecting the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine, or injects a small amount of fuel after injecting the fuel for driving the engine into the combustion chamber 5 of the internal combustion engine, An electric heater or a glow plug is provided upstream of the filter 23, and the electric heater or the glow plug is operated to raise the temperature of the exhaust gas. Further, when an ignition plug for igniting fuel is provided in the combustion chamber, the temperature raising process is also performed by increasing the temperature of the exhaust gas by delaying the ignition timing of the fuel by the ignition plug. be able to.
[0053]
Alternatively, after a fuel for driving the engine is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, a small amount of fuel is injected, and the fuel is discharged as it is without being burned, or fuel is added to the exhaust gas upstream of the filter 23 The temperature raising process can also be performed by providing a device for performing the above operation, adding fuel to the exhaust gas from this device, supplying the fuel to the filter 23, and combusting the fuel in the filter 23. .
[0054]
In addition, the filter 23 used in the present invention may be a filter having the ability to remove particulate matter without raising the temperature of the filter 23 to the above-described SOF combustion temperature or soot combustion temperature. Hereinafter, the particulate matter removing action of the filter will be described.
[0055]
In FIG. 6, a case where platinum (Pt) is used as a noble metal catalyst and potassium (K) is used as an active oxygen generator will be described as an example. However, other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, Even if a transition metal is used, the same particulate matter removing action is performed.
[0056]
6A and 6B schematically show enlarged views of the surface of the carrier layer formed on the surface of the partition wall of the filter 23 and on the pore surface of the partition wall. 6A and 6B, reference numeral 60 denotes platinum particles, and reference numeral 61 denotes a carrier layer containing an active oxygen generator such as potassium.
[0057]
First, when the ratio of air and fuel supplied to the intake passage and the combustion chamber is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 23 is lean,_X, Especially NO and NO₂NO is generated in the exhaust gas._xIt is included. Thus, the filter 22 has excess oxygen and NO._XExhaust gas containing
[0058]
When the exhaust gas flows into the filter 23, the oxygen in the exhaust gas becomes O as shown in FIG.₂ ^-Or O^2-It adheres to the surface of platinum in the form of On the other hand, NO in the exhaust gas is O on the surface of platinum.₂ ^-Or O^2-Reacts with NO₂(2NO + O₂→ 2NO₂). Then the generated NO₂And NO in exhaust gas₂Is oxidized on platinum and absorbed by the active oxygen generator 61, and nitrate ions (NO) as shown in FIG._Three ^-) In the form of active oxygen generator 61 and nitrate (KNO)_Three) Is generated. That is, oxygen in the exhaust gas is held in the active oxygen generator in the form of nitrate ions.
[0059]
By the way, in the combustion chamber, particulate matter mainly composed of carbon (C) is generated. Therefore, these particulate matters are contained in the exhaust gas. Particulate matter in the exhaust gas contacts and adheres to the surface of the active oxygen generator 61 as shown in FIG. 6B when the exhaust gas flows through the filter 23.
[0060]
When the particulate matter 62 adheres on the active oxygen generating agent 61, a concentration difference is generated between the surface of the active oxygen generating agent 61 and the inside thereof. Oxygen is held in the form of nitrate ions in the active oxygen generator 61, and the held oxygen tends to move toward the contact surface between the particulate matter 62 and the active oxygen generator 61. As a result, nitrate (KNO) formed in the active oxygen generator 62_Three) Is decomposed into K, O, and NO, and O goes to the surface of the active oxygen generator 61 while NO is released from the active oxygen generator 61 to the outside. The NO released to the outside in this way is oxidized on the downstream platinum by the mechanism described above, and is again held in the form of nitrate ions in the active oxygen generator 61.
[0061]
By the way, O toward the contact surface between the particulate matter 62 and the active oxygen generator 61 is nitrate (KNO)._ThreeSince the oxygen is decomposed from a compound such as), it is an active oxygen having unpaired electrons and extremely high reactivity. When these active oxygens come into contact with the particulate matter 62, the particulate matter 62 is oxidized without emitting a luminous flame within a short time (several seconds to several tens of minutes), and the particulate matter 62 disappears completely. Accordingly, the particulate matter 62 is oxidized and removed in this manner, and the particulate matter 62 is difficult to deposit on the filter 23.
[0062]
【The invention's effect】
According to the particulate matter removal method of the present invention, the consumption of fuel and energy can be suppressed by reducing the number of times the filter is heated to the soot combustion temperature, and as a result, the particles deposited on the filter The particulate matter can be efficiently removed.
[0063]
According to the third and fourth inventions, it is possible to accurately estimate the flow rate of the inflowing exhaust gas and accurately estimate the total deposition amount of the particulate matter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an entire internal combustion engine that executes a particulate matter removal method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship among the volume flow rate of inflowing exhaust gas, the differential pressure across the filter, and the total amount of particulate matter deposited.
FIG. 3 is a flowchart of a deposition amount estimation method according to the present invention.
FIG. 4 is a time chart of the total amount of particulate matter deposited on the filter.
FIG. 5 is a flowchart of the particulate matter removal method of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining the particulate matter removing action of the filter used in the present invention.
[Explanation of symbols]
5 ... Combustion chamber
6 ... Fuel injection valve
23 ... Particulate filter (filter)
24 ... casing
40. Electronic control unit (ECU)
52. Differential pressure sensor
53 ... Temperature sensor
54 ... Air flow meter

Claims

A particulate filter capable of collecting particulate matter in exhaust gas, and when the total amount of particulate matter deposited on the particulate filter exceeds the limit deposition amount, the flow resistance against the exhaust gas by the particulate filter is a constant value. In a method for removing particulate matter deposited on a particulate filter that is larger than the above,
The amount of particulate matter newly deposited on the particulate filter since the previous execution of soluble organic matter removal control that raises the temperature of the particulate filter below the soot combustion temperature and above the soluble organic matter combustion temperature is the above limit. Soluble organic substance removal control is executed when it is estimated that the amount exceeds a predetermined amount less than the predetermined amount, and immediately after that, the total amount of particulate matter deposited on the particulate filter is estimated. And the particulate matter removal method which raises the temperature of a particulate filter to the soot combustion temperature or more when the estimated total accumulation amount is more than the said limit accumulation amount.

The method for removing particulate matter according to claim 1, wherein the amount of particulate matter newly deposited on the particulate filter is estimated based on an operation time of the internal combustion engine.

The estimation of the total amount of particulate matter deposited on the particulate filter is based on the mass flow rate of air flowing into the engine combustion chamber and the amount of fuel supplied to the engine combustion chamber per unit time. The mass flow rate of the gas is calculated, the volume flow rate of the inflow exhaust gas to the particulate filter is calculated from the mass flow rate of the inflow exhaust gas and the temperature of the inflow exhaust gas to the particulate filter, and the calculated inflow exhaust gas The particulate matter removal method according to claim 1 or 2, wherein the particulate matter removal method is performed by calculating a total deposition amount of the particulate matter from a volume flow rate of the particulate matter and an actual differential pressure across the particulate filter.

The calculation of the total accumulation amount of the particulate matter is performed by detecting the differential pressure before and after the particulate filter in a state where the particulate matter is not deposited on the particulate filter for each volume flow rate of the inflowing exhaust gas. When the volumetric flow rate is the calculated volumetric flow rate of the inflowing exhaust gas, the differential pressure before and after the particulate filter when no particulate matter is deposited is compared with the differential pressure before and after the actual particulate filter. The particulate matter removing method according to claim 3, wherein the particulate matter removing method is performed.