WO1997016632A1 - Appareil de regulation des emissions de l'echappement pour un moteur a combustion interne - Google Patents

Appareil de regulation des emissions de l'echappement pour un moteur a combustion interne Download PDF

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Yukio Kinugasa
Kouhei Igarasi
Takaaki Itou
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a purifying apparatus for an internal combustion engine, and particularly to a purifying apparatus for an internal combustion engine which collects and stores toxic components in exhaust gas and periodically performs a regeneration operation.
  • exhaust gas purification devices are used to purify exhaust gas discharged from internal combustion engines, depending on the properties of the exhaust gas. In many cases, a regenerating operation is required at every time interval.
  • the exhaust gas purification device absorbed nitrogen oxides contained in exhaust gas into the absorbent contained in the exhaust gas purification device during lean combustion, which occupies most of the operation period, and said that the absorption capacity decreased.
  • the fuel is increased and the air-fuel ratio of the exhaust gas is used to perform the regeneration operation to release nitrogen oxides from the absorbent.
  • the nitrogen oxides released by the regeneration operation are reduced by unburned hydrocarbons and carbon monoxide in the exhaust gas with a rich air-fuel ratio, and are converted to nitrogen gas, carbon dioxide gas and water. Therefore, it is not released directly to the atmosphere.
  • the surplus absorption capacity of the absorbent is evaluated based on the cumulative value of the product of the intake air amount and the mechanical load proportional to the amount of nitrogen dioxide in the exhaust gas, or more simply, based on the cumulative value of the engine speed.
  • the surplus absorption capacity has dropped below the predetermined value, if the amount of fuel is increased and the regeneration operation of the exhaust purification device is performed, nitrogen oxides may be released into the atmosphere depending on the temperature of the exhaust gas. Leaks cannot be avoided.
  • the amount of nitrogen oxides emitted when the air-fuel ratio is switched from rich to lean greatly depends on the temperature of the absorbent at the time of switching, and if the temperature of the absorbent is 200 ° C or lower, the nitrogen oxide It is known that the amount of emissions is almost zero.
  • the present applicant has already proposed that when the temperature of the absorbent (or the temperature of the exhaust gas) rises above the regenerable temperature, the regeneration operation is stopped as long as the absorbent has the excess absorption capacity. I have.
  • the exhaust gas temperature during regeneration of the exhaust gas purification device is reduced.
  • the nitrogen oxides may leak into the atmosphere when the exhaust gas temperature changes suddenly.
  • the exhaust gas temperature reaches a reproducible temperature range during the absorption of nitrogen oxides the air-fuel ratio is reduced. There is a risk that fuel consumption will increase unnecessarily due to the switch.
  • exhaust gas purification equipment for diesel engines
  • An exhaust gas purification device has been proposed that periodically regenerates the particulate filter that collects the contained particulates (carbon particles) (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 11-318715). ).
  • a particulate filter is installed in the exhaust system to remove the particulates in the exhaust gas before the exhaust gas is released into the atmosphere, but the particulate filter is installed in the exhaust system. Has a limited collection capacity and removes particulates at an appropriate time.
  • the conversion of nitric oxide to nitrogen dioxide by an oxidation catalyst requires that the exhaust gas temperature be within a predetermined temperature range, so that when the exhaust gas temperature is outside the predetermined temperature range, the particulates are burned. It cannot be removed.
  • an object of the present invention is to execute an optimal regeneration operation without deteriorating the fuel consumption rate by predicting the state of exhaust gas after the present time based on information obtained from a car navigation system or the like.
  • a collection means for collecting harmful components in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and a collecting means for collecting harmful components.
  • Removing means for removing the harmful components collected by the collecting means from the collecting means; exhaust gas state quantity estimating means for estimating the state quantity of exhaust gas discharged from the internal combustion engine after the present time;
  • a regeneration timing determination means for determining a regeneration timing of the collecting means by the removal means based on the state quantity of the exhaust gas predicted by the state quantity prediction means, and the regeneration timing determined by the regeneration timing determination means is reached.
  • Exhaust gas purifying apparatus comprising a reproducing means for executing reproduction of collecting means.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment for a gasoline engine of an exhaust gas purification device according to the present invention.
  • Figure 2 is a flow chart of a single-ring schedule for a gasoline engine exhaust gas purification system.
  • FIG. 3 is a flowchart of the regeneration operation timing determination routine.
  • FIG. 4 is a flowchart of the reproduction operation routine.
  • FIG. 5 is a flowchart of the reproduction execution routine.
  • FIG. 6 is a flowchart of the fuel injection routine.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the effect of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an embodiment of a diesel engine of the exhaust gas purification device according to the present invention.
  • Fig. 9 is an operation area diagram for removing particulates.
  • FIG. 10 is a flowchart of a scheduling routine of the exhaust gas purifying apparatus of the diesel engine.
  • FIG. 11 is a flowchart of a second reproduction operation schedule routine.
  • FIG. 12 is a flowchart of a second reproduction execution routine.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the effect when the exhaust gas purifying device is a patilla filter. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a configuration diagram when the present invention is applied to a gasoline engine.
  • the gasoline engine 10 includes an air cleaner 111, an intake pipe 112, and a
  • a throttle valve 1 16 is provided in the intake pipe 1 12 to control the amount of intake air supplied to the gasoline engine 10.
  • a fuel injection valve 1 17 is installed in the technical pipe 1 14 to inject fuel during intake.
  • the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 101 is compressed by the rise of the piston 102, is ignited by the spark plug 103 near the top dead center, and is burned. To generate a driving force.
  • Exhaust gas after combustion is guided to an exhaust purification device 124 through an exhaust valve 122, an exhaust manifold 122, and an exhaust pipe 123 to be purified.
  • a nitrogen oxide absorbent 1 2 5 is stored in the exhaust gas purification device 1 2 4. If the amount of residual oxygen in the exhaust gas is small, it absorbs nitrogen oxides, and if the amount of residual oxygen is large in the exhaust gas, it releases the absorbed nitrogen oxides.
  • the exhaust gas purifying device 124 is controlled by a control unit 13 which is a micro computer system.
  • the control unit 13 is controlled by a CPU 13 2, a memory 13 3, and a bus 13 1. It consists of an input interface 13 4 and an output interface 13 5.
  • Throttle opening sensor 1 36 to detect, intake pressure sensor 1 to detect surge tank 1 13 pressure 37, Crank angle sensor 13 to detect the number of revolutions of gasoline engine 19, and absorbent temperature sensor to detect the temperature of absorbent 1 25 built into exhaust purification device 124 1 3 9
  • At least one of the power navigation system 14 1 and the road-to-vehicle communication receiver 14 2 is connected to the input interface 13 4, and the car navigation system 14 1 and The operating state information obtained from the road-vehicle communication receiver 142 is taken into the controller 13.
  • An ignition plug 103 and a fuel injection valve 117 are connected to the output interface 135, and are controlled by an ignition command and a fuel injection valve opening command output from the control unit 13.
  • FIG. 2 is a flowchart of a scheduling routine executed by the control unit 13 before the vehicle travels, which relates to a future traveling route searched by the force navigation system 144 in step 21.
  • the information is read, ie, the distance from the vehicle, the type of the road (expressway or general road, etc.), and the altitude of the road.
  • step 22 traffic congestion prediction information, traffic regulation information, and the like received by the road-to-vehicle communication receiver 142 are read.
  • Step 2 3 based on the information and the traffic jam prediction information concerning roadway, after dividing the travel path to a destination in the travel route i max, the running section i (1 ⁇ i ⁇ i m , x) For each, the distance D (i).
  • the traveling speed S (i), the gasoline engine load L (i), the generated nitrogen oxide amount C (i), the absorbent temperature T (i), etc. are predicted.
  • step 24 the initial value of the running section index i, is set to "1" in order to determine the regeneration operation timing of the exhaust gas purification device for all running sections.
  • FIG. 3 is a flow chart of the regeneration operation timing determination routine executed in step 25, in which the amount of nitrogen oxides Q absorbed by the exhaust gas purification device by the end of traveling in the preceding traveling section corresponds to the traveling section "i, "by adding the amount of nitrogen oxides C that is expected to occur (i «), the traveling section "Request i s" nitrogen oxide amount Q that is absorbed into the exhaust gas purification device after travel.
  • Step 2 5 running section "i s" lower limit absorption of nitrogen oxide amount Q is later traveling Q rai n (e.g., 1 0%) determined by whether or higher.
  • Step 2 5 2 when a negative determination is made, i.e. when the nitrogen oxides are determined not to be absorbed in the exhaust gas purification apparatus, as you do not perform reproduction in Step 2 5 3 proceeds running section "i s" travel section "i s" reproduction execution flag of the R a (i t) is set to "0".
  • step 252 If an affirmative determination is made in step 252, that is, if it is determined that nitrogen oxides have been absorbed in the exhaust gas purification device, the process proceeds to step 254, where the absorbent temperature T ( i s) it is determined whether or not is less than or equal to playback the allowable temperature T al l w.
  • the reason for making this determination is based on the premise that the absorbent is at or above the activation temperature in order to perform the regeneration operation of the absorbent, but as described above, the regeneration allowable temperature T el l . If the temperature becomes higher than w , nitrogen This is because oxides may be released to the atmosphere.
  • the absorbent temperature T (i s ) of the traveling section “i,” is the regeneration allowable temperature ⁇ 11 .
  • Step 2 5 5 proceeds running section "i s" upper absorption of nitrogen oxides amount Q after traveling (e.g., 7 0%) is determined.
  • step 255 If a negative determination is made in step 255, that is, there is a margin in the absorption capacity, then go to step 25 with ⁇ for ⁇ RT “i” and ⁇ r operation ⁇ i.
  • Step 2 5 5 when an affirmative determination is made, i.e. running section "i," the upper limit absorption of nitrogen oxide amount Q is later run line Q m, when exceeding x, and when a positive determination is made at the scan Tetsupu 2 5 4, that is, when the reproduction operation is permitted in running section "i s" is step 2 5 6 proceeds traveling section "i,” nitrogen oxide amount Q and sets the regeneration flag R (i,) to "1" Reset.
  • Step 2 5 3 and Step 2 5 After the processing at 6, Step 2 5 7 traveling section I Nde' box i, but the maximum value i ra, determines whether it has reached the x, when a negative determination is step 2 5 8 in the travel section i Nde' box i s and Lee ink re e n t returns to the step 2 5 1. If an affirmative determination is made in step 257, this routine ends directly.
  • FIG. 4 is a flowchart of a regenerating operation routine executed after the vehicle starts running, which is executed as an interrupt process at predetermined time intervals.
  • the travel distance Dr at that time is read, and it is determined in step 42 whether the travel distance is equal to or greater than the predicted travel distance D, up to the travel section i ,.
  • the travel section i and the predicted travel distance D are set to “0” in an initialization routine (not shown).
  • Step 4 2 when an affirmative determination is made, i.e. traveling section i, when it has finished traveling updates the estimated travel distance D s by the following equation in Step 4 3, i ink re email the running section i Nde' box it And go to step 44.
  • step 42 If a negative determination is made in step 42, the process goes directly to step 44.
  • Step 4 regeneration flag for the travel route i t in R (i,) or a force "1" is determined. If a negative determination is made in step 44, that is, if the vehicle is traveling in a traveling section in which the regeneration operation is not performed, the air-fuel ratio correction coefficient ⁇ is set to “0” in step 45 to execute lean combustion. A value KL (for example, "0.7") less than "" is set, and in step 46, the combustion state flag XF is set to "0" indicating that lean combustion is being performed, and the flow advances to step 48.
  • KL for example, "0.7
  • step 44 If an affirmative determination is made in step 44, that is, if the vehicle is traveling in a running section in which the reproduction operation is to be performed, the flow proceeds to step 48 after performing the reproduction operation in step 45.
  • step 48 it is determined whether the vehicle is operating according to the calculated schedule.
  • This determination can be made based on whether the measured value and the predicted value of the speed, the gasoline engine load (for example, the intake pipe pressure), and the absorbent temperature match within a predetermined range. is there.
  • FIG. 5 is a flowchart of a regeneration execution routine executed in step 47 of the regeneration operation routine. In step 471, it is determined whether the combustion state flag XF force is "0".
  • step 471 If an affirmative determination is made in step 471, that is, if lean combustion has been performed, the process proceeds to step 472, and the air-fuel ratio correction coefficient K is set to "1.
  • step 471 If a negative determination is made in step 471, that is, if the playback operation has already been started, it is determined in step 474 whether the time required for playback has elapsed after the start of the playback operation, and a negative determination is made. If so, the process proceeds to step 472, and if the judgment is affirmative, the process proceeds to step 475.
  • Step 4 7 5 Sutame return to lean combustion air-fuel ratio correction coefficient ⁇ to K L, lean combustion state flag XF in stearyl-up 4 7 6 Set to "0", indicating that combustion is in progress, and end this routine.
  • FIG. 6 is a flowchart of a fuel injection routine for determining the amount of fuel to be injected from the fuel injection valve 117 of the gasoline engine, that is, the opening time of the fuel injection valve 117. Then, the rotation speed Ne of the gasoline machine ⁇ ⁇ ⁇ and the intake pipe pressure PM are read.
  • step 62 the basic fuel injection time TP is determined as a function of the speed Ne of the gasoline engine and the intake pipe pressure PM.
  • the basic fuel injection time TP is determined as the valve opening time of the fuel injection valve for supplying the fuel required to burn the gasoline engine at the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the fuel injection time AU is calculated by multiplying the basic fuel injection time TP by the air-fuel ratio correction coefficient K.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the effect when the present invention is applied to a gasoline engine, and the horizontal axis represents time.
  • (a) shows the information on the traveling route and the traffic congestion information obtained from the car navigation system 144 and the road-to-vehicle communication receiver 142, and the vehicle speed predicted based on the information.
  • (b) shows the gasoline engine load, the absorbent temperature, and the nitrogen oxide concentration predicted by the control unit 13.
  • (c) shows the amount of nitrogen oxides absorbed by the absorbent and the amount of nitrogen oxides discharged from the absorbent predicted by the control unit 13.
  • the temperature of the absorbent decreases when the amount of nitrogen oxides is released. If there is a temperature range where there is a risk, the regeneration operation will be postponed until the absorbent temperature is within a temperature range where there is no risk of nitrogen oxide release as long as the absorption capacity is sufficient.
  • (d) shows the regeneration operation by the conventional exhaust gas purification device of a gasoline engine.
  • the regeneration operation is performed regardless of the temperature of the absorbent, so that when the temperature of the absorbent is high, Cannot avoid the release of nitrogen oxides into the atmosphere.
  • the exhaust purification apparatus for a gasoline engine according to the present invention not only the number of regeneration operations is reduced, but also the emission of nitrogen oxides to the outside of the vehicle is suppressed. Is done.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a diesel engine.
  • 81 is a diesel engine main body
  • 82 is an intake manifold
  • 83 is an intake manifold.
  • 84 is a throttle valve disposed in the intake duct 83
  • 85 is an actuator for driving the throttle valve 84
  • 86 Is an exhaust manifold
  • 87 is an exhaust pipe
  • 88 is a light oil supply device
  • 89 is a heater casing with a built-in electric heater 81
  • 811 is a catalytic converter with a built-in oxidation catalyst 8 12
  • 8 13 is a particulate structure filter with a honeycomb structure.
  • 8 1 14 is a filter casing with a built-in
  • 8 15 is an exhaust pipe
  • light oil supply unit 8 8 is driven by a diesel engine It is connected to the light oil supply pump 8 16 and the secondary air supply pump 8 17 Gas oil and the secondary air is fed subjected to the exhaust pipe 8 in 7 in accordance with.
  • the electric heater 810 can be installed in the oxidation catalyst 812.
  • the control section 830 is a micro computer system, and comprises a memory 833, a CPU 833, an input port 833 and an output port 835 interconnected by a bus 833. I do.
  • the particulate filter 81 4 is provided with a differential pressure sensor 8 18 that generates a signal proportional to the pressure difference between the upstream and downstream sides.
  • the differential pressure sensor 8 18 is an input port 8 3 Connected to 4.
  • a pair of temperature sensors 819, 820 for detecting the exhaust gas temperature on the upstream side and the downstream side are installed, and these temperature sensors 819, 820 also have the input port 834. Connected to o
  • a load sensor 822 that generates a signal proportional to the amount of depression is installed on the accelerator pedal 821, and is connected to the input interface 834.
  • the input port 8 3 4 has the internal combustion engine A speed sensor 8 2 3 that outputs a pulse representing the number Ne is also connected.
  • the output port 835 is connected to the factory 85, the light oil supply unit 88, the electric heater 810 and the secondary air supply pump 817, and reads the operating state information of the vehicle.
  • a car navigation system 841 and a roadside-vehicle communication receiver 842 are connected to the input port 8334.
  • the oxidation catalyst 8 12 carries an absorbent, but when the exhaust gas contains a large amount of nitric oxide such as the exhaust gas of a diesel engine, when the exhaust gas is at a low temperature, the nitric oxide in the exhaust gas is used. When the exhaust gas is at a relatively high temperature, it releases the nitrogen dioxide absorbed by the nitrogen oxide absorbent.
  • Fig. 9 is an explanatory diagram of the operating area for particulate removal.
  • the vertical axis represents the engine load, and the horizontal axis represents the engine speed.
  • the conversion rate of nitric oxide to nitrogen dioxide in the oxidation catalyst 812 is such that when the exhaust gas temperature Tg is between 230 ° C and 450 ° C, the operating region immediately becomes “3”. When the exhaust gas temperature rises, the particulates will react with nitric oxide without being forced to raise the exhaust gas temperature by the gas oil burner 88, etc., and the particulates will be burnt and removed.
  • the conversion rate of nitric oxide to nitrogen dioxide is low, and the exhaust gas temperature is not so high that the particulates burn naturally.
  • the particulate matter is heated by heating the exhaust gas with the electric heater 810, or by raising the exhaust gas temperature by slightly closing the throttle valve 84. It is possible to burn off the rate.
  • the electric heater 810 and the gas oil supply unit 88 combust gas oil to raise the exhaust gas temperature, so that it is possible to combust and remove the particulate oil. It becomes possible.
  • FIG. 10 shows a second schedule executed by the control unit 13 before the vehicle travels.
  • the flowchart of the ring routine which is information on the future travel route searched by the car navigation system 841 in step 101, that is, the travel distance and the type of travel route (expressway or freeway). Reads the altitude of the traveling road, etc.)
  • step 102 traffic congestion prediction information, traffic regulation information, and the like received by the road-vehicle communication receiver 842 are read.
  • Step 1 0 3 based on the travel path on Information and congestion forecast information or the like, after dividing the travel path to a destination in the travel route i m ", the distance for each running section i D (i), The running speed S (i), the diesel engine load L (i), the generated paticular amount C (i), the exhaust gas temperature Tg (i), and the like are predicted.
  • step 105 the reproduction operation scheduling routine for the particulate file is executed, and the routine ends.
  • Fig. 11 is a flowchart of the recurring operation scheduling routine of the particulate file executed in step 105.
  • the particulate flow is performed. in collecting particulate rate amount S that has been collected in the I-le evening 8 1 4, by adding the particulate rate amount C (is) that occur during traveling on the upcoming run line section "i s" Then, the amount S of collected particulate collected at the time of completion of traveling of the traveling section "i,” is obtained, and the operation area of the traveling section "i,” is determined in step 105b.
  • Step 1 0 advances to 5 c, capturing current particulates rate amount S maximum when the Step 1 0 5 b at operating region running section "i s" is "1" was also determined to properly is "2" Collection amount S tough, x (for example, 120%) Is determined.
  • Step 1 0 5 If a negative determination is made in c, namely when there is room in the trapping capacity of the particulate rate filter 8 1 4, Step 1 0 5 reproduction execution flag of the running section "i s" in d R (is) is set to "0", which indicates that regeneration operations such as combustion of gas oil, heating by an electric heater, and closing of the throttle valve are not performed for regeneration.
  • step 105c determines whether there is no room for the trapping capacity of the particulate filter 81. If an affirmative determination is made in step 105c, that is, if there is no room for the trapping capacity of the particulate filter 81, in step 105e, the operating area of the traveling section "i," is Judge whether it is "1" or "2". If the operation region is "1”, the regeneration execution flag R (i,) is set to "3" in step 105f, which indicates that the combustion of light oil and the heating by electric heating are performed simultaneously. If the operation area is “2”, the regeneration execution flag R (i s
  • Step 1 0 5 operating region of the running section "i s" at at b proceeds to Step 1 0 5 i when it is determined that the "4", collecting particulate rate amount S intermediate trapped amount S Determine if it is greater than mid (for example, 100%).
  • step 105 i If a negative determination is made in step 105 i, that is, if the trapping amount S is smaller than or equal to the intermediate collection amount S mid , the trapping capacity of the pasty filter 814 is still high. the assumption that there is a margin is set to "0" indicating that you do not play operate the regeneration flag R (iS) of the running section "i s" in step 1 0 5 k.
  • step 105 f After the processing of step 105 f, 105 g, 105 1 and 105 ′ '' ', it is assumed that the particulate filter 8 14 has been reproduced, and step 105 Then, reset the collection particulate amount S and proceed to step 105 m.
  • step 105 is performed directly without resetting the collection particle volume S.
  • Step 1 the prediction for all the traveling section or not completed, i.e. running section "i s" is judged whether it has reached the maximum value i m, to x.
  • step 105m If a negative determination is made in step 105m, the travel section "i," is incremented in step 105n and the process returns to step 105a. If an affirmative determination is made in step 105 m, this routine is directly terminated.
  • FIG. 12 is a flowchart of a second regeneration operation routine that is executed after the vehicle starts running, and is executed as an interruption process at predetermined time intervals.
  • Step 1 2 for example from Application Benefits Ppume Isseki at 0 reads an actual travel distance D r after start of running, or running section i t in Step 1 2 1 It is determined whether it is more than the predicted travel distance D in. It is assumed that the travel section i and the predicted travel distance D are respectively set to “0” in an initialization routine (not shown).
  • Step 1 2 1 when an affirmative determination is made, i.e. traveling section i, when it has finished traveling updates the estimated travel ⁇ D s by the following equation in Step 1 2 2, travel section Lee Nde' box i, the Increment and go to step 123.
  • step 121 If a negative determination is made in step 121, the process directly proceeds to step 123.
  • step 123 it is determined whether or not the reproduction execution flag R (i,) is "0". If the determination is affirmative, the process proceeds to step 128 without performing any processing.
  • step 123 If a negative determination is made in step 123, the flow advances to step 124 to determine the value of the reproduction execution flag R (i,).
  • step 124 If it is determined in step 124 that the regeneration execution flag R (i,) is "1", the flow proceeds to step 125, the throttle valve 84 is slightly closed, and the flow proceeds to step 128. move on.
  • step 124 If it is determined in step 124 that the regeneration execution flag R (i,) is "2", the process proceeds to step 126, where the throttle valve 84 is slightly closed and the electric heater 81 is closed. Apply power to 0 and proceed to step 1 2 8.
  • step 1 24 If it is determined in step 1 24 that the regeneration execution flag R (i,) power is “3”, the process proceeds to step 1 27, where electricity is supplied to the electric heater 810 and exhaust gas is supplied from the gas oil supply device 888. Supply gas oil to pipe 87 and go to step 128.
  • step 128, it is determined whether the vehicle is operating according to the schedule calculated in the regenerating operation schedule of 1,000 ringers. This determination is based on whether the measured speed, diesel engine load (eg, accelerator pedal depression) or exhaust gas temperature matches the predicted speed, diesel engine load, or exhaust gas temperature within a predetermined range. It is possible to determine.
  • step 128 If an affirmative determination is made in step 128, that is, if it is determined that the vehicle is being driven according to a schedule, the routine is directly terminated. ⁇ Conversely, if a negative determination is made in step 128, that is, the schedule If it is determined that the vehicle is not operating as described above, the playback operation is rescheduled in step S129, and the routine ends.
  • the scheduling of the playback operation can be performed by re-executing the scheduling routine shown in FIG. 11.
  • Fig. 13 is an explanatory diagram of the effect when the present invention is applied to the particulate file of a diesel engine.
  • the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents predicted engine load and predicted exhaust load in order from the top.
  • the graph shows the gas temperature (solid line) and the predicted amount of generated particulates, the amount of collected particulates, and the degree of deterioration of the fuel consumption rate.
  • the solid line indicates the case according to the present invention and the broken line indicates the conventional case in the degree of deterioration of the particulate collection amount and the fuel consumption rate.
  • the predicted engine load fluctuates in the order of “2 ⁇ 1 ⁇ 4 ⁇ 5”
  • the predicted exhaust gas temperature and the predicted generated particulate amount also fluctuate.
  • the figures shown in the predicted engine load indicate the operating range in Fig. 9.

Description

明 細 書 内燃機関の排気浄化装置 技術分野
本発明は内燃機関の浄化装置に係わり、 特に排気ガス中の有毒成 分を捕集 · 貯蔵し、 定期的に再生操作を行う内燃機関の浄化装置に 閏する
背景技術
内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置 としては、 排気ガスの性状に応じて各種の形式が使用されているが, 排気ガス中の有毒成分を捕集し対象物後適切な時間間隔毎に再生操 作が必要となるものが多い。
例えばガソ リ ン機関、 特に加速時等を除く大部分の運転期間にお いてリー ン燃焼を行うガソ リ ン機関用として、 リー ン燃焼中に窒素 酸化物を吸収し、 短時間のリ ッチ燃焼により捕集された窒素酸化物 を放出する排気浄化装置がすでに提案されている （国際公開公報 W 0 9 3 / 0 7 3 6 3号参照） 。
上記提案に係る排気浄化装置は、 大部分の運転期間を占める リ一 ン燃焼中に排気ガスに含まれる窒素酸化物を排気浄化装置に内蔵さ れる吸収剤に吸収し、 吸収能力が低下したと判断されるときに燃料 を増量して排気ガスの空燃比をリ ツチとして吸収剤から窒素酸化物 を放出する再生操作を行う。 なお、 再生操作により放出されて窒素 酸化物は、 空燃比がリ ツチである排気ガス中では未燃炭化水素およ び一酸化炭素によって還元され、 窒素ガス、 炭酸ガスおよび水に転 換されるため、 直接大気に放出されることはない。 しかし、 排気ガス中の二酸化窒素量に比例する吸入空気量と機閟 負荷の積の累積値、 あるいはより単純化して機関の回転数の累積値 に基づいて吸収剤の余剰吸収能力を評価し、 余剰吸収能力が所定値 以下に低下したと判断される時点で燃料量を増加して排気浄化装置 の再生操作を行った場合には、 排気ガスの温度によつては窒素酸化 物が大気中に漏洩することを避けることができない。
即ち、 空燃比をリーンからリ ツチに切り換えた場合でも、 吸収剤 Cfa -は Η Η· I I — ヽ I I =(- I - /7 ½ オスナ- I ) ッチとなる前は窒素酸化物は完全に還元されず、 窒素酸化物が排出 されるおそれがある。
しかしこの空燃比のリ ツチからリーンへの切り換え時の窒素酸化 物の排出量は切り換え時の吸収剤の温度に大き く依存し、 吸収剤の 温度が 2 0 0 °C以下であれば窒素酸化物の排出量をほぼゼロとなる ことが知られている。
そこで本出願人は、 吸収剤の温度 （あるいは排気ガスの温度） が 再生可能な温度以上に上昇したときには吸収剤が余剰吸収能力を有 している限り再生操作を中止することも既に提案している。
しかしながら、 現在の吸収剤の温度に基づく排気浄化装置の再生 操作は必ずしも最適なものとはならない。
即ち、 排気浄化装置の再生時期をガソリ ン機関の回転数の累積値 に加えて現在の排気ガスの温度を考慮して制御した場合であっても- 排気浄化装置の再生中に排気ガス温度が急上昇したときには排気ガ ス温度が急変したときには窒素酸化物の大気中への漏洩が発生する おそれがあり、 窒素酸化物吸収中に排気ガス温度が再生可能な温度 範囲となったときには空燃比をリ ッチとするために不必要に消費燃 料量が増加するおそれもある。
一方、 ディーゼル機関用の排気浄化装置としては、 排気ガス中に 含まれるパティ キュ レー ト （炭素粒） を捕集するパティ キュ レー ト フィ ル夕を定期的に再生する排気浄化装置が提案されている （特開 平 1 一 3 1 8 7 1 5号公報参照） 。
即ち、 ディ ーゼル機関においては、 排気ガスの大気放出前に排気 ガス中のパティキュ レー トを除去するために排気系にパティ キユ レ 一 トフィ ル夕が設置されるが、 パティ キュ レー トフ ィ ル夕の捕集能 力には限りがあり、 適当なタイ ミ ングでパティ キュ レー トを除去す
： Z し ' 、 レ ·
o
そこで、 上記提案に係る排気浄化装置では、 排気ガス温度が高温 となったときのパティキユ レ一 トの自然燃焼による除去をパティキ ュ レー トフ ィ ルタ中に触媒を担持するこ とにより促進するだけでな く 、 排気ガス温度がさほど高温でないときにパティ キュ レー トフィ ルタ上流に酸化触媒を設置し排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素 に転換した後二酸化窒素とパティ キュ レー ト とを反応させてパティ キュ レー トを燃焼除去するこ とも提案されている。
しかし、 酸化触媒による一酸化窒素から二酸化窒素への転換は、 排気ガス温度が所定温度範囲内にあるこ とが必要となるため、 排気 ガス温度が所定温度範囲外にあるときにはパティ キュ レー トを燃焼 除去するこ とができない。
そこで、 ディ ーゼル機関の回転数および負荷から排気ガス温度が 所定温度範囲外にあると判断される場合には、 軽油パーナも しく は 電気ヒー夕による加熱、 吸気絞り、 またはこれらの組み合わせによ つて排気ガス温度を所定温度範囲内に高め、 パティ キュ レー トの燃 焼除去を促進するこ ともすでに提案されている。
しかしながら、 現在の排気ガスが所定温度範囲外であるために軽 油パーナ等による加熱が必要と判断された後に排気ガスが所定温度 範囲内に移行し軽油パーナ等による加熱なしでパティ キュ レー トの 燃焼除去が可能となつた場合には、 不要な加熱のために燃料消費率 が悪化するこ とは避けることができない。 発明の開示
そこで本発明の目的は、 カーナビゲーショ ンシステム等から得ら れる情報に基づき現時点以後の排気ガスの状態を予測するこ とによ り、 燃料消費率が悪化することのない最適な再生操作を実行するこ τ チ Γ Ι*Ϊ楸饑 w 排 フ ^ ¾翳 根祖ォス - ス 本発明によれば、 内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分 を捕集する捕集手段と、 この捕集手段で捕集された有害成分を該捕 集手段から除去する除去手段と、 現時点以後に内燃機関から排出さ れる排気ガスの状態量を予測する排気ガス状態量予測手段と、 この 排気ガス状態量予測手段で予測された排気ガスの状態量に基づいて 除去手段による捕集手段の再生時期を決定する再生時期決定決定手 段と、 この再生時期決定決定手段で決定された再生時期に到達した ときに除去手段による捕集手段の再生を実行する再生実行手段と、 を具備する排気ガス浄化装置が提供される。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明に係る排気ガス浄化装置のガソ リ ン機関に対する 実施例の構成図である。
図 2は、 ガソ リ ン機関の排気ガス浄化装置のスケジユーリ ングル 一チンのフローチヤ一 トである。
図 3は、 再生操作時期決定ルーチンのフローチャー トである。 図 4は、 再生操作ルーチンのフローチャー トである。
図 5は、 再生実行ルーチンのフローチャー トである。
図 6は、 燃料噴射ルーチンのフローチャー トである。 図 7 は、 本発明の効果の説明図である。
図 8 は、 本発明に係る排気ガス浄化装置のディ ーゼル機関に対す る実施例の構成図である。
図 9 は、 パティ キュ レー ト除去のための運転領域図である。
図 1 0 は、 ディ ーゼル機関の排気ガス浄化装置のスケジユー リ ン グルーチンのフローチヤ一トである。
図 1 1 は、 第 2の再生操作スケジュールルーチンのフローチヤ一 図 1 2 は、 第 2の再生実行ルーチンのフローチャー トである。 図 1 3 は、 排気ガス浄化装置がパティキユ レ一 トフィ ル夕である 場合の効果の説明図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1 は、 本発明をガソ リ ン機関に適用した場合の構成図である。 ガソ リ ン機関 1 0 には、 エアク リ ーナ 1 1 1 、 吸気管 1 1 2、 サ
—ジタ ンク 1 1 3、 枝管 1 1 4 および吸気弁 1 0 1 を介して吸気が 供給される。
吸気管 1 1 2の中にはスロ ッ トル弁 1 1 6が設置されており、 ガ ソ リ ン機関 1 0 に供給される吸気量を制御する。 また、 技管 1 1 4 には燃料噴射弁 1 1 7が設置されており、 吸気中に燃料を噴射する。 燃焼室 1 0 1 に供給された混合気は、 ピス ト ン 1 0 2の上昇によ つて圧縮され上死点近傍において点火栓 1 0 3 により点火されて燃 焼し、 ピス ト ン 1 0 2を押し下げて駆動力を発生する。
燃焼後の排気ガスは、 排気弁 1 2 1 、 排気マ二ホール ド 1 2 2、 および排気管 1 2 3を介して排気浄化装置 1 2 4 に導かれ、 浄化さ れる。
排気浄化装置 1 2 4 中には窒素酸化物吸収剤 1 2 5が格納されて おり、 排気ガス中に残留酸素量が少ない場合には窒素酸化物を吸収 し、 排気ガス中に残留酸素量が多い場合には吸収した窒素酸化物を 放出する。
この排気浄化装置 1 2 4 はマイ クロコンピュータシステムである 制御部 1 3 によって制御されるが、 制御部 1 3 はバス 1 3 1 を中心 と して、 C P U 1 3 2、 メモ リ 1 3 3、 入力イ ンタ一フェイス 1 3 4 および出力イ ンターフェイス 1 3 5から構成される。
l "h ノ 、 —フ ― ノ マ 1 フ ri ", "，せ 1 1 R Ti fi^ 検出するスロ ッ トル開度センサ 1 3 6、 サージタ ンク 1 1 3の圧力 を検出する吸気圧力センサ 1 3 7、 ガソ リ ン機関 1 9の回転数を検 出するクラ ン ク角センサ 1 3 8、 および排気浄化装置 1 2 4 に内蔵 される吸収剤 1 2 5の温度を検出する吸収剤温度センサ 1 3 9が接
¾Eされな ο
さ らに、 入力イ ン夕一フェイス 1 3 4 には力一ナビゲーシヨ ンシ ステム 1 4 1 および路車間通信受信器 1 4 2の少なく とも一方も接 続され、 カーナビゲーシヨ ンシステム 1 4 1 および路車間通信受信 器 1 4 2から得られる運転状態情報が制御部 1 3 に取り込まれる。
出力イ ンターフ ェイス 1 3 5 には点火栓 1 0 3および燃料噴射弁 1 1 7が接続され、 制御部 1 3から出力される点火指令および燃料 噴射弁開弁指令により制御される。
図 2は車両の走行前に制御部 1 3で実行されるスケジュー リ ング ルーチンのフローチャー トであって、 ステップ 2 1 において力一ナ ビゲーシヨ ンシステム 1 4 1 で探索された今後の走行路に関する情 報、 即ち走行钜離、 走行路の種類 （高速道路か一般道路か等） 、 走 行路の高度等を読み込む。
ステップ 2 2においては、 路車間通信受信器 1 4 2で受信される 渋滞予想情報、 交通規制情報等を読み込む。 ステップ 2 3において、 走行路に関する情報および渋滞予想情報 等に基づいて、 目的地までの走行路を i max の走行区間に区分けし た後、 各走行区間 i ( 1 ≤ i ≤ i m,x ) 毎に距離 D ( i ) . 走行速 度 S ( i ) 、 ガソ リ ン機関負荷 L ( i ) 、 発生窒素酸化物量 C ( i ) 、 吸収剤温度 T ( i ) 等を予測する。
ステップ 2 4において全走行区間について排気浄化装置の再生操 作時期を定めるために走行区間インデッ クス i , の初期値を " 1 "
'一 ' ... O Γ ,ー +一、 ' 、 «1：与 ί&ル # » BE" *& /Ar マ '、
(
—リ ングル一チンを実行して、 このルーチンを終了する。
図 3は、 ステップ 2 5で実行される再生操作時期決定ルーチンの フローチャー トであって、 前走行区間の走行終了時までに排気浄化 装置に吸収された窒素酸化物量 Qに走行区間 "i , " で発生すると 予測される窒素酸化物量 C ( i « ) を加算して、 走行区間 "i s " 走行後に排気浄化装置に吸収される窒素酸化物量 Qを求める。
ステップ 2 5 2で走行区間 " i s " 走行後の窒素酸化物量 Qが下 限吸収量 Qrai n (例えば、 1 0 %) 以上であるかを判定する。
ステップ 2 5 2で否定判定されたとき、 即ち排気浄化装置に窒素 酸化物が吸収されていないと判断されるときは、 ステップ 2 5 3に 進み走行区間 "i s " で再生を実行しないものとして走行区間 "i s " の再生実行フラグ R ( i t ) を "0 " に設定する。
ステップ 2 5 2で肯定判定されたとき、 即ち排気浄化装置に窒素 酸化物が吸収されていると判断されるときは、 ステップ 2 5 4に進 み走行区間 "i , " の吸収剤温度 T ( i s ) が再生許容温度 Tal l w 以下であるかを判定する。
この判断を行う理由は、 吸収剤の再生操作を行うためには吸収剤 が活性温度以上であることが前提であるが、 前述のように、 再生許 容温度 Tel l。w 以上の高温となった場合には再生操作によって窒素 酸化物が大気に放出されるおそれがあるからである。
走行区間 " i , " の吸収剤温度 T ( i s ) が再生許容温度 Τβ11。 w 以上となることが予測されておりステップ 2 5 4で否定判定され たときは、 ステップ 2 5 5に進み走行区間 " i s " 走行後の窒素酸 化物量 Qが上限吸収量 (例えば、 7 0 %) 以上であるかを判 定する。
ステップ 2 5 5で否定判定されたとき、 即ち吸収能力に余裕があ ス ： ^ に 击 RT " i " で茧 r坶作 ゎナ Γい i、 の にて フ テツプ 2 5 3に進む。
ステップ 2 5 5で肯定判定されたとき、 即ち走行区間 " i , " 走 行後に窒素酸化物量 Qが上限吸収量 Qm,x を越えるとき、 およびス テツプ 2 5 4で肯定判定されたとき、 即ち走行区間 " i s " で再生 操作が許容されるときは、 ステップ 2 5 6に進み走行区間 "i , " の再生実行フラグ R ( i , ) を " 1 " に設定するとともに窒素酸化 物量 Qをリセッ トする。
ステップ 2 5 3およびステップ 2 5 6での処理終了後、 ステップ 2 5 7で走行区間ィ ンデッ クス i , が最大値 i ra,x に到達したかを 判定し、 否定判定されたときはステップ 2 5 8で走行区間ィ ンデッ クス i s をイ ンク リ メ ン ト してステップ 2 5 1 に戻る。 なおステツ プ 2 5 7で肯定判定されたときは直接このルーチンを終了する。
図 4は、 車両の走行開始後に実行される再生操作ルーチンのフ口 —チャー トであって、 所定時間毎に割り込み処理として実行される < ステップ 4 1 において例えばト リ ップメータから走行開始後の実 際の走行距離 Dr を読み取り、 ステップ 4 2で走行区間 i , までの 予測走行距離 D , 以上であるかを判定する。 なお走行区間 i , およ び予測走行距離 D, は図示しない初期化ルーチンにおいて、 それぞ れ "0 " に設定されるものとする。 ステップ 4 2で肯定判定されたとき、 即ち走行区間 i , を走行し 終えたときは、 ステップ 4 3で次式により予測走行距離 D s を更新 し、 走行区間イ ンデッ クス i t をイ ンク リ メ ン ト してステップ 4 4 に進む。
D s D , + D ( i , )
i , — i , + 1
なお、 ステップ 4 2で否定判定されたときは直接ステッブ 4 4 に ^わ
ステップ 4 4 において走行区間 i t における再生実行フラグ R ( i , ) 力 " 1 " であるかが判定される。 そして、 ステップ 4 4で 否定判定されたとき、 即ち再生操作を実行しない走行区間を走行し ているときは、 リ ーン燃焼を実行するためにステップ 4 5で空燃比 補正係数 Κを "し 0 " 未満の値 K L (例えば " 0 . 7 " ) に設定 し、 ステップ 4 6で燃焼状態フラグ X Fをリ ー ン燃焼中であるこ と を表す " 0 " に設定してステップ 4 8 に進む。
ステップ 4 4 で肯定判定されたとき、 即ち再生操作を実行する走 行区間を走行しているときは、 ステップ 4 5で再生操作を実行した 後にステップ 4 8 に進む。
ステップ 4 8では、 計算されたスケジュール通りに車両が運行さ れているかを判定する。
この判定は、 速度、 ガソ リ ン機関負荷 （例えば吸気管圧力） 、 吸 収剤温度それぞれの実測値と予測値とが所定範囲内で一致している かによつて判定するこ とが可能である。
ステップ 4 8で否定判定されたとき、 即ちスケジュール通りに運 行されていないときは、 ステップ 4 9でリ スケジュー リ ングのため に図 3のスケジユ ー リ ン グル一チンを再実行してこのルーチンを終 了する。 なお、 ステップ 4 8で肯定判定されたとき、 即ちスケジュ ール通りに運行されているときは直接このルーチンを終了する。 図 5は再生操作ルーチンのステップ 4 7で実行される再生実行ル 一チンのフローチャー トであって、 ステップ 4 7 1 で燃焼状態フラ グ X F力 "0 " であるかを判定する。
ステップ 4 7 1 で肯定判定されたとき、 即ち今までリーン燃焼で あったときにはステップ 4 7 2に進み、 空燃比補正係数 Kを " 1 .
0 " 以上の値 KR (例えば " 1 . 3 " ) に設定し、 ステップ 4 7 3 で燃 状^つ ゲ y T?を II キ袱埤由で'あ ' ^卖す " 1 " £ ^ 定してこのルーチンを終了する。
ステップ 4 7 1 で否定判定されたとき、 即ちすでに再生操作を開 始しているときは、 ステップ 4 7 4で再生操作開始後再生に必要な 時間が経過したかを判定し、 否定判定されたときはステップ 4 7 2 に進み、 肯定判定されたときはステップ 4 7 5に進む。
即ち再生操作が終了したと見做されるときには、 リーン燃焼に戻 すためにステップ 4 7 5で空燃比補正係数 Κを K L に設定し、 ステ ップ 4 7 6で燃焼状態フラグ X Fをリーン燃焼中であることを表す "0 " に設定してこのルーチンを終了する。
図 6はガソ リ ン機関の燃料噴射弁 1 1 7から噴射する燃料量、 即 ち燃料噴射弁 1 1 7の開弁時間を決定する燃料噴射ルーチンのフロ 一チャー トであって、 ステップ 6 1 においてガソ リ ン機閬の回転数 N eおよび吸気管圧力 P Mを読み込む。
ステップ 6 2において、 ガソ リ ン機関の回転数 N eおよび吸気管 圧力 PMの関数として基本燃料噴射時間 T Pを求める。
T P ― T P (N e , P M)
こ こで基本燃料噴射時間 T Pは、 ガソ リ ン機関を理論空燃比で燃 焼させるために必要な燃料を供給するための燃料噴射弁の開弁時間 として決定される。 ステップ 6 3 において基本燃料噴射時間 T Pに空燃比補正係数 K を乗算して燃料噴射時間丁 A Uを算出する。
T A U ― K · T P
従って、 空燃比補正係数 Kが に設定されている間はガソ リ ン 機閼はリ ー ン燃焼となり、 K R に設定されている間はガソ リ ン機関 はリ ッチ燃焼となる。
図 7はガソ リ ン機関に本発明を適用した場合の効果の説明図であ つて、 横軸は時間を表す。
( a ) は、 カーナビゲ一シヨ ンシステム 1 4 1 および路車間通信 受信器 1 4 2から得られる走行路に関する情報および渋滞情報、 さ らにそれらに基づき予測された車速を示している。
( b ) は、 制御部 1 3で予測されたガソ リ ン機関の負荷、 吸収剤 温度、 および窒素酸化物濃度を示す。
( c ) は、 制御部 1 3で予測された吸収剤に吸収される窒素酸化 物量および吸収剤から排出される窒素酸化物量を示している。
即ち、 本発明に係るガソ リ ン機関の排気浄化装置によれば、 吸収 剤に吸収された窒素酸化物量が上限に到達していると判断される と きに吸収剤温度が窒素酸化物放出のおそれのある温度範囲にある場 合には、 吸収能力に余裕がある限り吸収剤温度が窒素酸化物放出の おそれのない温度範囲内となるまで再生操作が延期される。
( d ) は、 従来のガソ リ ン機関の排気浄化装置による再生操作を 示している。 即ち、 従来は吸収剤に吸収された窒素酸化物量が上限 に到達していると判断されるときは、 吸収剤温度に係わらず再生操 作が実行されるため、 吸収剤が高温である場合には窒素酸化物が大 気の放出されるこ とを避けるこ とはできない。
即ち、 本発明に係るガソ リ ン機関の排気浄化装置によれば、 再生 操作回数が減少するだけでなく、 車外への窒素酸化物の排出も抑制 される。
図 8 は本発明をディ ーゼル機関に適用した場合の実施例の構成図 であって、 8 1 はディ ーゼル機関本体、 8 2は吸気マ二ホール ド、 8 3 は吸気マ二ホール ド 8 2の集合部に連結された吸気ダク ト、 8 4 は吸気ダク ト 8 3内に配置されたスロ ッ トル弁、 8 5 はスロ ッ ト ル弁 8 4 を駆動するためのァクチユエ一夕、 8 6 は排気マ二ホール ド、 8 7は排気管、 8 8 は軽油供給装置、 8 9 は電気ヒータ 8 1 0 を内蔵したヒータケ一シング、 8 1 1 は酸化触媒 8 1 2を内蔵した 触媒コ ンバ一夕、 8 1 3 はハニカム構造のパティ キュ レー ト フィ ル 夕 8 1 4 を内蔵したフィ ルターケ一シング、 8 1 5 は排気管を示す, 軽油供給装置 8 8 はディ ーゼル機関によって駆動される軽油供給ポ ンブ 8 1 6 と 2次空気供給用ポンプ 8 1 7に連結され、 軽油供給装 置 8 8からは必要に応じて軽油および 2次空気が排気管 8 7内に供 給される。 なお、 電気ヒー夕 8 1 0 は酸化触媒 8 1 2内に設置する こ とも可能である。
制御部 8 3 0 はマイ クロコ ンピュータシステムであり、 バス 8 3 1 によって相互に接続されたメモ リ 8 3 2、 C P U 8 3 3、 入力ボ ー ト 8 3 4 および出力ポー ト 8 3 5 を具備する。 パティ キュ レー ト フィ ルタ 8 1 4 には、 その上流側と下流側の圧力差に比例した信号 を発生する差圧センサ 8 1 8が設けられる力 差圧センサ 8 1 8 は 入力ボー ト 8 3 4 に接続される。 さ らに上流側と下流側の排気ガス 温度を検出する一対の温度センサ 8 1 9 , 8 2 0が設置されるが、 これらの温度センサ 8 1 9、 8 2 0 も入力ボー ト 8 3 4 に接続され る o
また、 アクセルペダル 8 2 1 にはその踏み込み量に比例した信号 を発生する負荷センサ 8 2 2が設置され、 入力イ ンターフェイス 8 3 4 に接続される。 さ らに入力ポー ト 8 3 4 には、 内燃機関の回転 数 N eを表すパルスを出力する回転数センサ 8 2 3 も接続される。 一方出力ポー ト 8 3 5 はァクチユエ一夕 8 5、 軽油供給装置 8 8 電気ヒータ 8 1 0および 2次空気供給用ポンプ 8 1 7が接続される, さ らに、 車両の運転状態情報を読み込むために、 入力ポー ト 8 3 4 にはカーナビゲーシ ヨ ン システム 8 4 1 および路車間通信受信器 8 4 2が接続される。
酸化触媒 8 1 2には吸収剤が担持されているが、 ディ ーゼル機関 の排気ガスのように多量の一酸化窒素を含む場合には、 排気ガスが 低温であるときには排気ガス中の一酸化窒素を吸収し、 排気ガスが 比較的高温であるときには窒素酸化物吸収剤に吸収された二酸化窒 素を放出する。
従って、 排気ガスがパティキュ レー 卜が自然燃焼するほど高温で なく ても、 比較的高温であるときは酸化触媒から放出された二酸化 窒素により、 下流のパティ キュ レー トフィ ル夕 8 1 4 に捕集された パティ キュ レー トを燃焼除去するこ とができる。
以下に図 9 に示される排気浄化装置の動作について説明するが、 通常の運転状態においてはスロ ッ トル弁 8 4 は全開、 軽油供給装置 8 8および電気ヒータ 8 1 0 は停止している。
図 9 はパティキュ レー ト除去のための運転領域説明図であって、 縦軸は機関負荷を、 横軸は機関回転数を表す。
酸化触媒 8 1 2における一酸化窒素から二酸化窒素への変換率は、 排気ガス温度 T gが 2 3 0 °Cから 4 5 0 °C程度の間にあるとき、 即 ち運転領域が " 3 " であるときに高く なり、 軽油パーナ 8 8等によ り排気ガス温度を強制的に高めなく ともパティ キュ レー トはニ酸化 窒素と反応し、 パティ キュ レー トは燃焼除去される。
また、 運転状態が運転領域 " 5 " にあるときは排気ガス温度は高 く なり、 パティキュ レー トは二酸化窒素と反応しなく ても自然燃焼 する。
これに対し運転領域 " 1 " および " 2 " は、 一酸化窒素から二酸 化窒素への変換率および排気ガス温度はともに低く 、 パティ キユ レ 一トを燃焼除去するこ とはできない。
さ らに運転領域 " 4 " は、 一酸化窒素から二酸化窒素への変換率 は低く、 排気ガス温度もパティ キュ レー トが自然燃焼するほど高温 ではない。
そこで運転領域 " 4 " では、 スロ ッ トル弁 8 4 を若干閉じるこ と により排気ガス温度を高めるこ とにより、 パティ キュ レー トを燃焼 除去するこ とが可能となる。
なお、 運転領域 " 2 " では、 電気ヒータ 8 1 0 により排気ガスを 加熱するこ とにより、 あるいはスロ ッ トル弁 8 4 の若干の閉弁によ り排気ガス温度を高めるこ とにより、 パティ キュ レー トを燃焼除去 するこ とが可能となる。
さ らに運転領域 " 1 " では、 電気ヒータ 8 1 0および軽油供給装 置 8 8で軽油を燃焼せしめて排気ガス温度を高めるこ とにより、 パ ティ キユ レ一 トを燃焼除去するこ とが可能となる。
即ち、 運転領域 " 3 " あるいは " 5 " においては燃料消費率を悪 化させずにパティ キュ レー トフ ィ ル夕 8 1 4 の再生操作を実行する こ とが可能であるものの、 それ以外の運転領域においてパティ キュ レー トフ ィ ルタ 8 1 4の再生操作を実行したときには電気ヒータ 8 1 0 あるいは軽油供給装置 8 8、 またはスロ ッ トル弁 8 4の絞りに より燃料消費率が悪化する。
従って、 運転領域 " 3 " あるいは " 5 " でパティ キュ レー トフ ィ ル夕 8 1 4 の再生が行われるようにスケジュールを立てるこ とが必 要となる。
図 1 0 は車両の走行前に制御部 1 3で実行される第 2のスケジュ — リ ングルーチンのフローチャー トであって、 ステップ 1 0 1 にお いてカーナビゲーシヨ ンシステム 8 4 1 で探索された今後の走行路 に関する情報、 即ち走行距離、 走行路の種類 （高速道路か一般道路 か等） 、 走行路の高度等を読み込む。
ステップ 1 0 2において、 路車間通信受信器 8 4 2で受信される 渋滞予想情報、 交通規制情報等を読み込む。
ステップ 1 0 3 において、 走行路に関する情報および渋滞予想情 報等に基づいて、 目的地までの走行路を i m " の走行区間に区分け した後、 各走行区間 i 毎に距離 D ( i ) 、 走行 速度 S ( i ) 、 ディ ーゼル機関負荷 L ( i ) 、 発生パティ キユ レ一 ト量 C ( i ) 、 排気ガス温度 T g ( i ) 等を予測する。
ステップ 1 0 4 において全走行区間について排気浄化装置の再生 操作時期を定めるために走行区間イ ンデッ クス i s の初期値を " 1
" に設定し、 ステップ 1 0 5 においてパティ キュ レー トフィ ル夕の 再生操作スケジユー リ ングルーチンを実行して、 このルーチンを終 了する。
図 1 1 はステップ 1 0 5で実行されるパティキュ レー トフィ ル夕 の再生操作スケジユー リ ングルーチンのフローチヤ一卜であって、 ステップ 1 0 5 aで前走行区間の走行完了時にパティ キュ レー ト フ ィ ル夕 8 1 4 に捕集された捕集パティ キュ レー ト量 Sに、 今度の走 行区間 " i s " を走行するあいだに発生するパティ キュ レー ト量 C ( i s ) を加算して、 走行区間 " i , " の走行完了時に捕集される 捕集パティ キュ レー ト量 Sを求め、 ステップ 1 0 5 bで走行区間 " i , " の運転領域を判断する。
ステップ 1 0 5 bで走行区間 " i s " の運転領域が " 1 " も しく は " 2 " であると判断されたときにはステップ 1 0 5 c に進み、 捕 集パティ キュ レー ト量 Sが最大捕集量 S„, x (例えば 1 2 0 % ) よ り大であるかを判定する。
ステップ 1 0 5 cで否定判定されたとき、 即ちパティ キュ レー ト フィ ルタ 8 1 4の捕集能力に余裕があるときは、 ステップ 1 0 5 d で走行区間 " i s " の再生実行フラグ R ( i s ) を再生のために軽 油の燃焼、 電気ヒータによる加熱、 スロ ッ トル弁の閉弁等の再生操 作をしないこ とを表す "0 " に設定する。
ステップ 1 0 5 cで肯定判定されたとき、 即ちパティ キュ レー ト フ ィ ルタ 8 1 4の捕集能力に余裕がないときは、 ステップ 1 0 5 e で走行区間 " i , " の運転領域が "1 " あるいは "2 " のいずれか であるかを判断する。 そして運転領域が "1 " であればステップ 1 0 5 f で再生実行フラグ R ( i , ) を軽油の燃焼および電気ヒー夕 による加熱を同時に行う こ とを表す "3 " に設定する。 また、 運転 領域が "2 " であればステップ 1 0 5 gで再生実行フラグ R ( i s
) を電気ヒー夕による加熱およびスロ ッ トル弁の閉弁を同時に行 う こ とを表す "2 " に設定する。
ステップ 1 0 5 bでおいて走行区間 " i s " の運転領域が " 3 " も しく は "5 " であると判断されたときには、 再生操作をしなく て もパティ キュ レー トは除去可能であるため、 ステップ 1 0 5 hに進 み走行区間 " i , " の再生実行フラグ R ( i s ) を "0 " に設定す る o
ステップ 1 0 5 bでおいて走行区間 " i s " の運転領域が "4 " である と判断されたときにはステップ 1 0 5 i に進み、 捕集パティ キュ レー ト量 Sが中間捕集量 Smi d (例えば 1 0 0 %) より大であ るかを判定する。
ステップ 1 0 5 iで肯定判定されたとき、 即ち捕集パティ キユ レ ー ト量 Sが中間捕集量 Smi d 以上であるときは、 運転領域 "4 " に おいては余り燃料消費率を増加させずにパティ キュ レー トフィ ルタ 8 1 4の再生が可能であるため早めに再生操作を実行するべく、 ス テツプ 1 0 5 jで再生実行フラグ R ( i s ) をスロ ッ トル弁を若干 閉弁するこ とを示す " 1 " に設定する。
ステップ 1 0 5 i で否定判定されたとき、 即ち捕集パティ キユ レ ー ト量 Sが中間捕集量 S m i d 以下であるときは、 まだパティ キユ レ ー ト フィ ルタ 8 1 4の捕集能力に余裕があるものとして、 ステップ 1 0 5 kで走行区間 " i s " の再生実行フラグ R ( i s ) を再生操 作をしないこ とを表す "0 " に設定する。
ステップ 1 0 5 f 、 1 0 5 g、 1 0 5 1 ぉょび 1 0 5 』' の処理後 はパティ キュ レー トフィ ルタ 8 1 4の再生がなされたものと して、 ステップ 1 0 5 1 で捕集パティ キュ レー ト量 Sをリ セッ 卜 してステ ップ 1 0 5 mに進む。
ステップ 1 0 5 dおよび 1 0 5 kの処理後はパティ キュ レー トフ ィ ルタ 8 1 4の再生は行われないため、 捕集パティ キユ レ一 ト量 S をリセッ トせず直接ステップ 1 0 5 mに進む。
ステップ 1 0 5 mにおいて、 すべての走行区間について予測が完 了したか、 即ち走行区間 " i s " が最大値 i m,x に到達したかを判 断する。
ステップ 1 0 5 mで否定判定されたときは、 ステップ 1 0 5 nで 走行区間 " i , " をイ ンク リ メ ン ト してステップ 1 0 5 aに戻る。 なお、 ステップ 1 0 5 mで肯定判定されたときはこのルーチンを直 接終了する。
図 1 2は、 車両の走行開始後に実行される第 2の再生操作ルーチ ンのフローチャー トであって、 所定時間毎に割り込み処理と して実 行される。
ステップ 1 2 0において例えばト リ ップメ一夕から走行開始後の 実際の走行距離 D r を読み取り、 ステップ 1 2 1 で走行区間 i t ま での予測走行距離 D : 以上であるかを判定する。 なお走行区間 i , および予測走行距離 D , は図示しない初期化ルーチンにおいて、 そ れぞれ " 0 " に設定される ものとする。
ステップ 1 2 1 で肯定判定されたとき、 即ち走行区間 i , を走行 し終えたときは、 ステップ 1 2 2で次式により予測走行钜離 D s を 更新し、 走行区間イ ンデッ クス i , をイ ンク リ メ ン ト してステップ 1 2 3 に進む。
D , — D s + D ( i t )
i , — i , + 1
なお、 ステップ 1 2 1 で否定判定されたときは直接ステップ 1 2 3 に進む。
ステップ 1 2 3で再生実行フラグ R ( i , ) が " 0 " であるかを 判定し、 肯定判定されたときは特に処理を行わずステップ 1 2 8 に 進む。
ステップ 1 2 3で否定判定されたときはステップ 1 2 4 に進み、 再生実行フラグ R ( i , ) の値を判定する。
ステップ 1 2 4 で再生実行フラグ R ( i , ) が " 1 " であると判 定されたときはステップ 1 2 5 に進み、 スロ ッ トル弁 8 4 を少し閉 弁してステップ 1 2 8 に進む。
ステップ 1 2 4で再生実行フラグ R ( i , ) が " 2 " であると判 定されたときはステップ 1 2 6 に進み、 スロ ッ トル弁 8 4 を少し閉 弁するとともに、 電気ヒータ 8 1 0へ通電してステップ 1 2 8 に進 む。
ステップ 1 2 4で再生実行フラグ R ( i , ) 力 " 3 " であると判 定されたときはステップ 1 2 7 に進み、 電気ヒータ 8 1 0へ通電す るとともに軽油供給装置 8 8から排気管 8 7 に軽油を供給してステ ップ 1 2 8 に進む。 ステップ 1 2 8では、 再生操作スケジュ一 リ ン ゲル一千ンで算出 されたスケジュール通りに車両が運行されているかを判定する。 この判定は、 実測された速度、 ディ ーゼル機関負荷 （例えばァク セルペダル踏み込み量） あるいは排気ガス温度が予測された速度、 ディ ーゼル機閼負荷あるいは排気ガス温度と所定範囲内で一致して いるかにより判定するこ とが可能である。
ステップ 1 2 8で肯定判定されたとき、 即ちスケジユ ール通りに 運転されているとみなされるときは、 直接このルーチンを終了する < 逆に、 ステップ 1 2 8で否定判定されたとき、 即ちスケジュール 通りに運転されていないとみなされるときは、 ステップ 1 2 9で再 生操作のリ スケジュー リ ングを行い、 このルーチンを終了する。
なお、 再生操作のリ スケジュ一 リ ングは図 1 1 に示すスケジュ一 リ ングルーチンを再実行するこ とにより、 リ スケジユー リ ングを行 う こ とが可能である。
図 1 3 は、 ディ ーゼル機関のパティ キュ レー ト フィ ル夕に本発明 を適用した場合の効果の説明図であって、 横軸は時間を、 縦軸は上 から順に予測機関負荷、 予測排気ガス温度 （実線） および予測発生 パティ キュ レー ト量、 パティキュ レー ト捕集量、 燃料消費率の悪化 度合を表す。
また、 パティ キュ レー ト捕集量、 および燃料消費率の悪化度合に おいて実線は本発明による場合を、 破線は従来の場合を示す。
即ち、 予測機関負荷が " 2→ 1 → 4 → 5 " と変動するに応じて、 予測排気ガス温度および予測発生パティキュ レー ト量も変動する。 なお、 予測機関負荷内に示されている数字は図 9 の運転領域を表わ している。
従来のように再生操作のスケジユ ー リ ングを行わない場合は、 予 測機閱負荷が " 4 " であるときにパティ キュ レー トフ ィ ルタの捕集 量は 1 0 0 %に到達するため、 スロ ッ トル弁 9 4 の閉弁操作により 排気ガス温度を上昇させてパティ キュ レー トを燃焼除去する必要が ある。 この際、 スロ ッ トル弁 9 4 の閉弁操作により燃料消費率は悪 化する。
これに対して、 本願発明を適用した場合には、 予測機関負荷が " 4 " であるときにパティ キュ レー トフ ィ ル夕の捕集量は 1 0 0 % に到達するものの、 最大捕集量 1 2 0 %に対してはまだ余裕がある ので再生操作は実行されない。
そして次の走行区間で運転領域が " 5 " となり、 排気ガスは高温 となりパティ キュ レー トは自然焼却される。 そして、 この場合はス ロ ッ トル弁 9 4 の閉弁操作は行われないため燃料消費率が悪化する こ とははない。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 内燃機関から排出される排気ガス中の有毒成分を捕集する捕 集手段と、
前記捕集手段で捕集された有毒成分を除去して前記捕集手段の再 生を行う除去手段と、
現時点以降の車両の走行状態を予測する走行状態予測手段と、 前記走行状態予測手段で予測された車両の走行状態に基づいて内 燃機関から排出される排気ガスの状態量を予測する排気ガス状態量 予測手段と、
前記排気ガス状態量予測手段によって予測された排気ガス状態量 に応じて前記除去手段による前記捕集手段の再生を行うべき時期を 決定する再生時期決定手段と、
前記再生時期決定手段で決定された時期に到達したときに、 前記 除去手段による前記捕集手段の再生を実行する再生実行手段と、 を 具備する内燃機関の排気浄化装置。
2 . 内燃機関がガソ リ ン機関であって、
前記ガソ リ ン機関から排出される排気ガスがリ ー ンであるときに 排気ガス中の窒素酸化物を捕集する触媒と、
前記触媒に捕集された窒素酸化物を放出して前記触媒を再生する ために排気ガスをリ ツチとする リ ッチ化手段と、
現時点以降の車両の走行状態を予測する走行状態予測手段と、 前記走行状態予測手段で予測された車両の走行状態に基づいて内 燃機関から排出される排気ガス温度を予測する排気ガス温度予測手 段と、
前記排気ガス温度予測手段で予測された排気ガス温度に基づいて 前記リ ッチ化手段による前記触媒の再生時期を決定する リ ッチ化時 期決定手段と、
前記リ ツチ化時期決定手段により決定されたリ ツチ化時期に到達 したときに前記リ ツチ化手段による排気ガスのリ ッチ化による前記 触媒の再生を実行する再生実行手段と、 を具備するガソ リ ン機関の 排気浄化装置。
3 . 前記リ ッチ化時期決定手段が、 前記排気ガス温度予測手段で 予測された排気ガス温度が予め定められた再生許容温度以下である 前 ΪΡ.触媒の再牛時期として决定する、 請求項 2に記載のガソ リ ン機関の排気浄化装置。
4 . 前記走行状態予測手段で予測された走行状態と実際の走行状 態、 および前記排気ガス温度予測手段で予測された排気ガス温度と 実際の排気ガス温度とがー致しているかを判定する一致判定手段と- 前記一致判定手段で一致していないと判定されたときに、 前記走 行伏態予測手段で現時点以降の車両の走行状態を再予測するととも に、 再予測された車両の走行状態に基づいてガソ リ ン機関から排出 される排気ガス温度を再予測する再予測手段と、 をさらに具備する 請求項 2 に記載のガソ リ ン機関の排気浄化装置。
5 . 内燃機関がディーゼル機閱であって、
前記ディ ーゼル機関から排出されるパティキュ レー トを捕集する ハ *ティキュ レー トフィ ルタと、
前記パティ キュ レー トフィ ルタに捕集されたパティキュ レー トを 燃焼して前記パティキュ レー トフィルタを再生するために排気ガス 温度を上昇せしめる排気ガス温度上昇手段と、
現時点以降の車両の走行状態を予測する走行状態予測手段と、 前記走行状態予測手段で予測された車両の走行状態に基づいて内 燃機関から排出される排気ガス温度を予測する排気ガス温度予測手 段と、 前記排気ガス温度予測手段で予測された排気ガス温度に基づいて 前記排気ガス温度上昇手段による前記パティ キュ レー ト フィ ル夕の 再生時期を決定する排気ガス温度上昇時期決定手段と、
前記排気ガス温度上昇時期決定手段で決定された排気ガス温度上 昇時期に到達したときに前記排気ガス温度上昇手段により排気ガス 温度を上昇せしめて前記パティキュ レー トフィ ル夕の再生を実行す る再生実行手段と、 を具備するディ 一ゼル機関の排気浄化装置。
p ^ΐτ ¾排 ^ガス《i ¾= a壬 が フ π、'， ル 4t 芒千 #すろ スロ ッ トル弁閉弁手段、 電熱により排気ガスを加熱する電気ヒータ, または排気ガス中で燃料を燃焼させて排気ガスを加熱する燃料供給 手段の少な く とも 1 つである請求項 5 に記載のディ ーゼル機関の排 気浄化装置。
7 . 前記パティキュ レー トフィ ルタが、 パティ キュ レー トの自然 燃焼を促進する触媒を担持したものであり、
前記再生実行手段が、 排気ガス温度が略 6 0 0 °C以上であるとき には前記排気ガス温度上昇手段を作動させず自然燃焼により前記パ ティ キュ レー トフィ ルタの再生を実行する ものである、 請求項 5 に 記載のディ ーゼル機関の排気浄化装置。
8 . 前記パティキュ レー トフ ィ ル夕の上流に、 排気ガスが略 2 5 0 °C以下であるときに排気ガス中の一酸化窒素を吸収し、 排気ガス が略 2 5 0 °C以上 4 0 0 °C以下であるときに一酸化窒素を二酸化窒 素に変換して放出する酸化触媒をさ らに具備し、
前記再生実行手段が、 排気ガスが略 2 5 0て以上 4 0 0 °C以下で ある ときには前記排気ガス温度上昇手段を作動させず二酸化窒素に よるパティ キユ レ一 卜の酸化により前記パティ キュ レー トフ ィ ルタ の再生を実行するものである、 請求項 5 に記載のディ ーゼル機関の 排気浄化装置。
9. 前記走行状態予測手段で予測された走行状態と実際の走行状 態、 および前記排気ガス温度予測手段で予測された排気ガス温度と 実際の排気ガス温度とがー致しているかを判定する一致判定手段と 前記一致判定手段で一致していないと判定されたときに、 前記走 行状態予測手段で現時点以降の車両の走行状態を再予測するととも に、 再予測された車両の走行状態に基づいてディ ーゼル機関から排 出される排気ガス温度を再予測する再予測手段と、 をさらに具備す
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