JP4070687B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
この発明は、ディーゼルエンジンの排気中に含まれる粒子状物質(PM)を除去処理するための排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device for removing particulate matter (PM) contained in exhaust gas of a diesel engine.
近年、ディーゼルエンジン車の排気中に含まれるPMの有望な低減手段のひとつとして、排気浄化装置の開発が注目される(特許文献1参照)。排気浄化装置は、エンジンの排気中に含まれるPMをフィルタに捕集しつつ、その捕集PMを触媒作用により連続的に燃焼除去して、連続再生するものである。このようなフィルタ装置においても、触媒には活性温度領域があり、これを下回るような排気温度での運転状態が長く継続すると、フィルタの連続再生が十分に行われず、PM堆積量が過剰になり、エンジン性能に悪影響を及ぼしかねない。また、触媒の活性温度領域に入るような排気温度での運転状態へ移行すると、フィルタの過剰に堆積するPMが急激に燃焼する可能性があり、フィルタの溶損や亀裂を生じやすくなる。 In recent years, development of an exhaust purification device has attracted attention as one of the promising means for reducing PM contained in the exhaust of a diesel engine vehicle (see Patent Document 1). The exhaust purification device collects PM contained in the exhaust of the engine on a filter, continuously removes the collected PM by catalytic action, and continuously regenerates it. Even in such a filter device, the catalyst has an active temperature region, and if the operation state at an exhaust temperature lower than this is continued for a long time, the filter is not sufficiently continuously regenerated and the amount of accumulated PM becomes excessive. May adversely affect engine performance. In addition, when shifting to an operation state at an exhaust temperature that falls within the active temperature range of the catalyst, PM that accumulates excessively in the filter may burn rapidly, and the filter is liable to be melted or cracked.
このように、排気浄化装置の連続再生不良は重大な不具合の要因となるため、排気浄化装置に堆積しているPM堆積量を管理し、必要な時期に強制的な堆積PMの燃焼除去(以下、強制再生)を行わなければならない。強制再生の手法として排気浄化装置より上流側で未然の燃料を排気に添加し、酸化触媒の作用により未燃燃料が燃焼することで堆積PMの燃焼に充分な温度(550℃以上)まで排気を昇温する手法が広く検討されている。また、そのような酸化触媒による効果が利用できない条件下(排気温度が230℃以下)においては、EGRや、吸排気系のスロットル、ターボバイパス、可変ノズル機構付ターボ(以下VNT)、噴射時期の遅角化、アフタ噴射の追加など様々な手法を用いて、触媒作用が利用可能な温度まで排気を昇温しなければならない。これらすべての排気昇温手法は、熱量を排気に放出しており燃費を大幅に悪化させる要因である。
従来技術においては、強制再生中にドライバーの意思等によりエンジンを停止する場合について考慮されておらず、例えば再びエンジンが始動した際にもう一度PMの燃焼に充分な温度まで排気を昇温(強制再生リトライ)しなければならず、燃費悪化代の増加につながることになる。また堆積PMの減少に伴いPMの燃焼効率は低下するため(図17参照)、強制再生期間終盤の強制再生リトライは燃費悪化率に対するPMの燃焼効率が低くなり不経済である(図18参照)。 In the prior art, the case of stopping the engine due to the driver's intention during forced regeneration is not taken into account. For example, when the engine is started again, the exhaust temperature is raised to a temperature sufficient for PM combustion once again (forced regeneration). This will lead to an increase in fuel cost. Further, since the PM combustion efficiency decreases as the accumulated PM decreases (see FIG. 17), the forced regeneration retry at the end of the forced regeneration period is uneconomical because the PM combustion efficiency with respect to the fuel consumption deterioration rate becomes low (see FIG. 18). .
この発明は、強制再生途中にエンジンが停止した場合でも燃費の悪化を抑制する強制再生リトライの制御を備えた排気浄化装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device having a forced regeneration retry control that suppresses deterioration of fuel consumption even when the engine stops during forced regeneration.
第1の発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタが捕集した粒子状物質を燃焼又は触媒による化学反応により除去して前記フィルタを強制再生する強制再生制御手段とからなる排気浄化装置において、
前記ディーゼルエンジンの停止を判定するエンジン停止判定手段と、
前記フィルタの強制再生開始から前記ディーゼルエンジンが停止して前記フィルタの強制再生が中断するまでの強制再生経過時間を計測する経過時間計測手段と、
前記強制再生制御手段によって設定された粒子状物質を完全に除去する強制再生時間と計測した強制再生経過時間との差を算出する時間差計測手段とを備え、
前記強制再生制御手段は、前記算出した強制再生時間と強制再生経過時間との差に基づいて、次回ディーゼルエンジン始動時に前記フィルタの強制再生を実施し、
前記フィルタの強制再生が完了したと判断する、前記強制再生時間より短い強制再生完了許可時間を設定し、前記強制再生経過時間が前記強制再生完了許可時間より長い場合には、次回ディーゼルエンジン始動時に前記フィルタの強制再生を実施しないことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a filter for collecting particulate matter in exhaust gas from a diesel engine, and forcibly regenerating the filter by removing the particulate matter collected by the filter by a chemical reaction using combustion or a catalyst. In the exhaust emission control device comprising the regeneration control means,
Engine stop determination means for determining stop of the diesel engine;
An elapsed time measuring means for measuring a forced regeneration elapsed time from the start of forced regeneration of the filter until the diesel engine is stopped and forced regeneration of the filter is interrupted;
A time difference measuring means for calculating a difference between a forced regeneration time for completely removing the particulate matter set by the forced regeneration control means and a measured forced regeneration elapsed time;
The forced regeneration control means performs the forced regeneration of the filter at the next diesel engine start based on the difference between the calculated forced regeneration time and the forced regeneration elapsed time ,
When it is determined that the forced regeneration of the filter has been completed, a forced regeneration completion permission time shorter than the forced regeneration time is set, and when the forced regeneration elapsed time is longer than the forced regeneration completion permission time, the next time the diesel engine is started The forced regeneration of the filter is not performed .
第2の発明は、第1の発明において、前記強制再生完了許可時間は、前記フィルタのPM再生率に応じて設定される時間であることを特徴とする。 In a second aspect based on the first aspect, the forced regeneration completion permission time is a time set in accordance with a PM regeneration rate of the filter.
第1の発明においては、排気浄化装置のフィルタの強制再生途中でエンジンの停止により強制再生が中止された場合に、次回ディーゼルエンジン始動時にフィルタの強制再生を引き続き実施するため、フィルタのPMを確実に除去することができる。 In the first aspect of the invention, when forced regeneration is stopped by stopping the engine during forced regeneration of the filter of the exhaust gas purification apparatus, forced regeneration of the filter is continued at the next diesel engine start, so that the filter PM is reliably Can be removed.
また、強制再生経過時間が強制再生完了許可時間より長い場合には、次回ディーゼルエンジン始動時に前記フィルタの強制再生を実施しないため、次回エンジン始動時の強制再生を中止することにより、強制再生時の燃費の悪化を抑制し、車両としての燃費を向上することができる。 In addition , if the forced regeneration elapsed time is longer than the forced regeneration completion permission time, the forced regeneration of the filter is not performed at the next diesel engine start, so by canceling the forced regeneration at the next engine start, Deterioration of fuel consumption can be suppressed, and fuel consumption as a vehicle can be improved.
第2の発明は、強制再生完了許可時間をフィルタのPM再生率に応じて設定される時間としたので、フィルタの再生効率の低い領域を避けることができる。 In the second aspect of the invention , the forced regeneration completion permission time is set as the time set according to the PM regeneration rate of the filter, so that a region where the regeneration efficiency of the filter is low can be avoided.
図1において、10はディーゼルエンジンであり、コモンレール式燃料噴射装置(図示せず)を備える。エンジン10の吸気通路11にターボ過給機12のコンプレッサ12a、インタクーラ13、吸気絞り弁14が介装される。エンジン10の排気通路15にターボ過給機12のタービン12b、排気絞り弁16、排気浄化装置17、が介装される。コモンレール式燃料噴射装置は、コモンレールに燃料を蓄圧する高圧ポンプと、コモンレールに各気筒の噴射ノズルを接続する燃料供給管と、を備える。燃料噴射装置および後述の予熱手段を制御するのがコントロールユニット20であり、通常の制御マップのほか、強制再生用の昇温制御マップが格納される。21はEGR(排気還流)装置のEGRバルブ、22はターボ過給機12のタービン12bを迂回するターボバイパスの開閉バルブである。
In FIG. 1,
排気浄化装置17は、DPF25と酸化触媒(DOC)26とから構成される。DPF25は、ハニカム構造体に形成され、その格子状に区画される流路(セル)の入口と出口が交互に目封じされる。つまり、入口の目封じされる流路と出口の目封じされる流路とが交互に隣接され、これらを区画する多孔質の隔壁が排気の通過を許容するようになっている。この例においては、隔壁に捕集されるPMの燃焼可能な着火温度を低めに設定するため、触媒(アルミナ等)付きフィルタ(CSF)が採用される。DOC26は、触媒を担持するハニカム構造体に形成され、ハニカム構造体の格子状に区画される流路を通過する排気に含まれる主にHC(炭化水素)を酸化処理するものであり、その反応熱により触媒温度が上昇して堆積PMの燃焼を促進するのである。
The exhaust purification device 17 includes a
コントロールユニット20の制御に必要な検出手段として、エンジン回転数Neを検出する回転センサ(クランク角センサを兼ねる)およびエンジン負荷に対応する燃料噴射量qを検出する負荷センサを備える。また、排気浄化装置17の入口圧力と出口圧力との差圧を検出する差圧センサ30、DPF25の入口温度を検出する温度センサ31aとDPF25の出口温度を検出する温度センサ31b、吸気流量を検出するエアフローセンサ32、等が設けられる。
As a detection means required for control of the
図2は、PM堆積量(またはDPF前後の差圧)と排気温度との関係を表す例示するものであり、PM排出量=PM燃焼量となる基準温度を上回る排気温度の運転状態のときは、PM燃焼量>PM排出量となり、PM堆積量(またはDPF前後の差圧)が減少する一方、基準温度を下回る排気温度の運転状態のときは、PM燃焼量<PM排出量となり、PM堆積量が増加する。そのため、基準温度を下回る排気温度の運転状態が継続すると、PM堆積量が所定値を超えると、エンジン性能の低下を回避するため、強制再生が必要となるのである。 FIG. 2 exemplifies the relationship between the PM accumulation amount (or the differential pressure before and after the DPF) and the exhaust temperature. When the exhaust gas temperature is higher than the reference temperature at which the PM combustion amount is equal to the PM combustion amount, , PM combustion amount> PM emission amount, and PM accumulation amount (or differential pressure before and after DPF) decreases, but when the exhaust gas temperature is lower than the reference temperature, PM combustion amount <PM emission amount and PM accumulation The amount increases. For this reason, if the operation state of the exhaust temperature lower than the reference temperature continues, if the PM accumulation amount exceeds a predetermined value, forced regeneration is necessary to avoid a decrease in engine performance.
コントロールユニット20は、エンジン回転数Neとエンジン負荷qとから通常の制御マップに基づいて噴射ノズルへの燃料噴射信号(噴射量の指令および噴射時期の指令)を決定する。DPF25の強制再生が必要な時期を判定すると、通常の制御マップから強制再生用の昇温マップに切り替わり、排気浄化装置17の雰囲気温度が所定値(例えば、230℃)を下回るときは、触媒の予熱手段を駆動するほか、必要があれば昇温マップ1に基づいて燃料のメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うような燃料噴射信号を決定する一方、排気浄化装置の雰囲気温度が所定値以上のときは、昇温マップ2に基づいてメイン噴射から大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行うような燃料噴射信号を決定するのである。
The
触媒の予熱手段については、EGRバルブ21、吸気絞り弁14または排気絞り弁16、ターボバイパスの開閉バルブ22、がエンジン10の排気温度を積極的に高める制御に利用される。ターボ過給機12が可変ノズル式の場合、ターボバイパスの開閉バルブ22の代わりに可変ノズルを触媒の予熱手段として制御することも考えられる。
As for the catalyst preheating means, the EGR valve 21, the
DPF25の強制再生が必要な時期の判定については、DPF25のPM堆積量(推定量)が所定値以上のときに強制再生時期を判定する手段(図3のS2)と、DPF25の前後差圧(または排気浄化装置17の入口圧力)が所定値以上のときに強制再生時期を判定する手段(図3のS5)と、PM堆積量に基づく強制再生の完了から計測される運転時間(または運転距離)が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間に強制再生の履歴がないときに強制再生時期を判定する手段(図3のS7)と、運転時間(または運転距離または強制再生の回数)がPM堆積量を定期的に初期化する0リセット強制再生用のインターバルに達すると強制再生を判定する手段(図3のS9)と、が設定される。
Regarding the determination of the time when forced regeneration of the
図5において、Tは強制再生用のインターバル、T0intは0リセット再生用のインターバルであり、☆はT0int毎の0リセット強制再生、○はPM堆積量に基づく強制再生、◇は強制再生用のインターバルTに基づく強制再生、の実行を例示する。T1<T、T3<T、T2=T、T4=T、T5<Tである。 In FIG. 5, T is an interval for forced regeneration, T0int is an interval for 0 reset regeneration, ☆ is 0 reset forced regeneration for each T0int, ○ is forced regeneration based on the PM accumulation amount, and ◇ is an interval for forced regeneration. The execution of forced regeneration based on T is illustrated. T1 <T, T3 <T, T2 = T, T4 = T, T5 <T.
DPF25の強制再生時期は、このような複数の異なる方法に基づいて判定され、これら何れかの判定を受けると、そのときの判定方法に対応する強制再生モードとしてPM堆積量に応じた強制再生温度および強制再生時間を設定する手段(図3のS10)が設定される。DPF25の前後差圧(または排気浄化装置17の入口圧力)から強制再生時期を判定する手段においては、強制再生時期の判定基準となる所定値としてレベル1とこれより高いレベル2が設定され、これらレベル1、レベル2に基づく強制再生時期の判定毎に異なる強制再生モードとしてPM堆積量に応じた強制再生温度および強制再生温度が設定されるのである。
The forced regeneration timing of the
強制再生モードは、PM堆積量の超過に基づく強制再生時期の判定、差圧レベル1の超過に基づく強制再生時期の判定、差圧レベル2の超過に基づく強制再生時期の判定、強制再生用のインターバルに基づく強制再生時期の判定、0リセット強制再生用のインターバルに基づく強制再生時期の判定、から選定される(図6を参照)。これらモードに対応する強制再生温度Treg1〜Treg5は、マップ2に基づく昇温制御の目標温度であり、PM堆積量に応じて設定される(図7を参照)。強制再生時間T1〜T5については、PM堆積および強制再生温度Treg1〜Treg5に応じて設定される(図8を参照)。そして、温度センサ31a、31bの検出温度および温度センサ31a、31bの検出温度の平均値が強制再生温度Treg1〜Treg5以上の継続状態が強制再生時間T1〜T5に達すると、昇温マップ2に基づく燃料噴射制御を解除する手段(図3のS12およびS13、参照)が設定される。
The forced regeneration mode is a forced regeneration timing determination based on an excess of the PM accumulation amount, a forced regeneration timing determination based on an excess of the
PM堆積量の算出(図3のS1)については、吸気流量(エアフローセンサ32の検出信号)と燃料流量(エンジン負荷qの検出信号)とから空気過剰率を求め、空気過剰率からスモーク濃度を求め、スモーク濃度と吸気流量と燃料流量とから単位時間あたりのPM排出量を求める。その一方、DPFのPM燃焼特性マップに基づいて、触媒の酸化作用により堆積PMの燃焼が開始される排気条件において、単位時間あたりのPM燃焼量を求める。具体的には、触媒による酸化反応の効率に影響を与える空間速度を求め、DPF25の触媒温度(DPF25の入口温度、DPF25の出口温度またはDPF25の入口温度と出口温度との平均値)と空間速度とからPM燃焼速度を求め、単位時間あたりのPM燃焼量に変換する。そして、PM排出量からPM燃焼量を引く減算値を順次に積算することにより、DPFのPM堆積量を求めるのである。減算値は、負になる可能性があるので、負の減算値=0に修正する処理が設定される。
Regarding the calculation of the PM accumulation amount (S1 in FIG. 3), the excess air ratio is obtained from the intake flow rate (detection signal of the air flow sensor 32) and the fuel flow rate (detection signal of the engine load q), and the smoke concentration is calculated from the excess air ratio. The PM emission amount per unit time is obtained from the smoke concentration, the intake flow rate, and the fuel flow rate. On the other hand, based on the PM combustion characteristic map of the DPF, the PM combustion amount per unit time is obtained under the exhaust condition where the combustion of the deposited PM is started by the oxidizing action of the catalyst. Specifically, the space velocity that affects the efficiency of the oxidation reaction by the catalyst is obtained, the catalyst temperature of the DPF 25 (the inlet temperature of the
図3、4は、コントロールユニット20の制御内容、具体的には強制再生制御と、本発明の特徴的な制御である強制再生途中でエンジンが停止した後、次のエンジン始動時に行う強制再生制御(強制再生リトライ制御)を説明するフローチャートである。
3 and 4 show the control contents of the
S1においては、DPF25のPM堆積量を算出する。PM堆積量の算出については図11を用いて詳しく後述する。S2においては、PM堆積量の算出値(推定量)が所定値(しきい値)以上かどうかを判定する。続くS4では排気浄化装置17前後の差圧の判定条件が成立しているかどうかを判定し、判定がyesならS5に進み、noならばS7に進む。
In S1, the PM accumulation amount of the
S4においては、排気浄化装置17前後の差圧を読み込む。前後差圧の算出は図12を用いて説明する。S5においては、差圧がレベル1またはレベル2を超過するかどうかを判定する。S6においては、運転時間(または運転距離)のカウント値を読み込む。カウント値の読み込みについては図14を用いて後述する。S7においては、運転時間(または運転距離)のカウント値が強制再生用のインターバルに達したかどうかを判定する。S8においては、運転時間(または運転距離または強制再生回数)のカウント値を読み込む。カウント値の読み込みについては図15を用いて後述する。S9においては、運転時間(または運転距離または強制再生回数)のカウント値が0リセット強制再生用のインターバルに達したかどうかを判定する。
In S4, the differential pressure across the exhaust purification device 17 is read. The calculation of the front-rear differential pressure will be described with reference to FIG. In S5, it is determined whether or not the differential pressure exceeds
S2の判定がnoかつS5の判定がnoかつS7の判定がnoかつS9の判定がnoのときは、S1へ戻る。S2の判定がyesまたはS5の判定がyesまたはS7の判定がyesまたはS9の判定がyesのときは、S10へ進む。S10においては、強制再生時期の判定(yes)がS2の判定〜S9の判定の何れかに拠るのかに応じて強制再生モードを選定する。S2の判定に拠る場合、PM堆積量の超過に対応する強制再生モードにより、強制再生温度Treg1および強制再生時間T1をPM堆積量に応じて設定する。S5の判定に拠る場合、差圧レベル1の超過に対応する強制再生モードまたは差圧レベル2の超過に対応する強制再生モードにより、強制再生温度Treg2またはTreg3および強制再生時間T2またはT3をPM堆積量に応じて設定する。S7の判定に拠る場合、強制再生用のインターバルに対応する強制再生モードにより、強制再生温度Treg4および強制再生時間T4をPM堆積量に応じて設定する。S9の判定に拠る場合、0リセット強制再生用のインターバルに対応する強制再生モードにより、強制再生温度Treg5および強制再生時間T5をPM堆積量に応じて設定する。
If the determination of S2 is no, the determination of S5 is no, the determination of S7 is no, and the determination of S9 is no, the process returns to S1. If the determination of S2 is yes or S5 is yes or S7 is yes or the determination of S9 is yes, the process proceeds to S10. In S10, the forced regeneration mode is selected depending on whether the forced regeneration timing determination (yes) depends on any of the determinations in S2 to S9. When based on the determination of S2, the forced regeneration temperature Treg1 and the forced regeneration time T1 are set according to the PM deposition amount in the forced regeneration mode corresponding to the excess of the PM deposition amount. In the case of the determination in S5, the forced regeneration temperature Treg2 or Treg3 and the forced regeneration time T2 or T3 are accumulated in the PM by the forced regeneration mode corresponding to exceeding the
S11においては、選定の強制再生モードに基づいて強制再生を実行する。強制再生の制御については図16を用いて後述する。触媒の酸化反応に十分な排気温度の運転状態のときは、温度センサ31a、31bの検出温度および温度センサ31a、31bの検出温度の平均値を監視しながら、昇温マップ2に基づいてメイン噴射から大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行うように燃料噴射装置を制御する(昇温制御2)。触媒の酸化反応に必要な排気温度を下回る運転状態のときは、排気浄化装置17の雰囲気温度を監視しながら、触媒の予熱手段を制御するほか、必要があれば昇温マップ1に基づいてメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うように燃料噴射装置を制御する(昇温制御1)。アフタ噴射においては、燃料の発熱量のうちの動力に使用されない熱量が増えて排気温度が上昇するため、DPF25の触媒も堆積PMの酸化処理に必要な温度へ高められるのである。触媒温度が酸化処理に必要な温度に至ると昇温マップ1から昇温マップ2へ切り替わり、ポスト噴射により、排気中に添加される未燃燃料が触媒上で酸化反応され、その反応熱により触媒温度を上昇させるため、堆積PMの燃焼処理が促進される(図9を参照)。
In S11, forced regeneration is executed based on the selected forced regeneration mode. The forced regeneration control will be described later with reference to FIG. When the exhaust gas temperature is sufficient for the oxidation reaction of the catalyst, the main injection is performed on the basis of the
S12においては、DPFの出口温度が強制再生温度(しきい値)に達するかどうか、を判定する。S12の判定がyesになると、S13へ進む一方、S12の判定がnoのときは、yesになるまで判定を繰り返す。S13においては、DPFの出口温度が強制再生温度以上の継続時間が強制再生時間(しきい値)に達したかどうかを判定する。S13の判定がyesになると、S14へ進む一方、S13の判定がnoのときは、yesになるまで判定を繰り返す。S14においては、強制再生モードをリセットする。S15においては、強制再生の昇温制御を解除すると共に通常の燃料噴射へ復帰する。 In S12, it is determined whether or not the outlet temperature of the DPF reaches the forced regeneration temperature (threshold value). If the determination in S12 is yes, the process proceeds to S13. If the determination in S12 is no, the determination is repeated until yes. In S13, it is determined whether or not the duration of the DPF outlet temperature equal to or greater than the forced regeneration temperature has reached the forced regeneration time (threshold value). If the determination in S13 is yes, the process proceeds to S14. If the determination in S13 is no, the determination is repeated until yes. In S14, the forced regeneration mode is reset. In S15, the temperature increase control for forced regeneration is canceled and the routine returns to normal fuel injection.
S15に続くS16以降が強制再生中にエンジン10が停止した場合の次回エンジン始動時に実施される強制再生制御について説明するフローである。
S16 and subsequent steps subsequent to S15 are flowcharts for explaining forced regeneration control that is performed at the next engine start when the
まずS16でエンジン10を停止するメインスイッチがオフされたかどうかを判定し、yesの場合にはS17に進み、noの場合にはエンジン10は運転中であり、S1に戻り、通常の強制再生制御を繰り返す。
First, in S16, it is determined whether or not the main switch for stopping the
S17では強制再生中であるかどうかの判定を行う。強制再生中であれば、S18に進み、強制再生中でなければ制御を終了する。続くS18では、強制再生が行われた強制再生経過時間が強制再生完了許可時間を越えているかどうかを判定する。ここで強制再生完了許可時間は、図10に示すようなフィルタ再生率と強制再生経過時間との関係から設定される。 In S17, it is determined whether or not forced regeneration is being performed. If the forced regeneration is being performed, the process proceeds to S18, and if the forced regeneration is not being performed, the control is terminated. In subsequent S18, it is determined whether or not the forced regeneration elapsed time in which forced regeneration has been performed exceeds the forced regeneration completion permission time. Here, the forced regeneration completion permission time is set from the relationship between the filter regeneration rate and the forced regeneration elapsed time as shown in FIG.
フィルタの再生効率は、図10に示すように強制再生開始直後と強制再生完了前に効率が低下する。したがって、強制再生完了許可時間を再生効率の低下する再生率に設定することでフィルタ内のPMを実質的になくすとともに強制再生経過時間が長くなることを防止する。 As shown in FIG. 10, the filter regeneration efficiency decreases immediately after the forced regeneration is started and before the forced regeneration is completed. Therefore, by setting the forced regeneration completion permission time to a regeneration rate at which the regeneration efficiency decreases, the PM in the filter is substantially eliminated and the forced regeneration elapsed time is prevented from becoming longer.
S18での判定がyesであればS19に進み、強制再生が完了したと判定して続くS20で、次回エンジン10始動時に強制再生は不要と判断し、強制再生経過時間をリセットして制御を終える。
If the determination in S18 is yes, the process proceeds to S19, where it is determined that forced regeneration has been completed, and in S20 that follows, it is determined that forced regeneration is unnecessary at the
一方、S18の判定がnoであればS21に進み、次回エンジン10の始動時に強制再生を継続して実施する強制再生リトライ制御が必要と判定して続くS22で強制再生の残り時間を算出する。ここで強制再生残り時間は、強制再生モードから設定される強制再生時間から強制再生経過時間を減じて算出される。S23では、強制再生残り時間をメモリに保存する。このようにして、次回エンジン10始動時に強制再生残り時間に応じた強制再生リトライ制御を実施する。
On the other hand, if the determination in S18 is no, the process proceeds to S21, and it is determined that the forced regeneration retry control for continuing the forced regeneration at the next start of the
このように、フィルタの強制再生途中にエンジンの停止によって強制再生が中止された場合に、次回エンジン10始動時に引き続き強制再生を実施するため、フィルタのPMを確実に除去することができる。
As described above, when forced regeneration is stopped by stopping the engine during forced regeneration of the filter, forced regeneration is continuously performed when the
また、強制再生中にエンジン停止要求があった場合、エンジン停止までの強制再生経過時間に応じて、次回エンジン始動時に強制再生リトライを行うかどうかの判定を行うため、強制再生経過時間が所定時間(強制再生完了許可時間)を超えていれば、次回エンジン始動時に強制再生リトライを実施しないため、強制再生リトライによる燃費の悪化を抑制し、車両としての燃費を改善することができる。 In addition, if there is an engine stop request during forced regeneration, the forced regeneration elapsed time is set to a predetermined time to determine whether to perform forced regeneration retry at the next engine start according to the forced regeneration elapsed time until engine stop. If it exceeds (the forced regeneration completion permission time), the forced regeneration retry is not performed at the next engine start, so that deterioration of the fuel efficiency due to the forced regeneration retry can be suppressed, and the fuel efficiency of the vehicle can be improved.
図11は、S1(図3を参照)の処理を説明するフローチャートであり、S1.1においては、吸気流量と燃料流量とから空気過剰率を算出する。S1.2においては、空気過剰率からマップに基づいてスモーク濃度を求める。S1.3においては、スモーク濃度と吸気流量と燃料流量とからPM排出量を算出する。スモーク濃度−空気過剰率との関係は、エンジン回転数Neも影響するため、空気過剰率とエンジン回転数Neとから、3次元マップに基づいて、スモーク濃度を求めると良い。 FIG. 11 is a flowchart for explaining the processing of S1 (see FIG. 3). In S1.1, the excess air ratio is calculated from the intake air flow rate and the fuel flow rate. In S1.2, the smoke concentration is obtained based on the map from the excess air ratio. In S1.3, the PM discharge amount is calculated from the smoke concentration, the intake flow rate, and the fuel flow rate. Since the relationship between the smoke concentration and the excess air ratio is also influenced by the engine speed Ne, it is preferable to obtain the smoke density from the excess air ratio and the engine speed Ne based on a three-dimensional map.
S1.4においては、吸気流量と排気の密度とから排気流量=吸気流量/排気の密度を算出する。排気の密度は、空気の密度と同等であるとの仮定に基づいて、排気温度(温度センサ31a、31bの検出温度および温度センサ31a、31bの検出温度の平均値)と排気浄化装置17前後の差圧とから求める。S1.5においては、排気流量とDPF25のフィルタ容量とから空間速度=排気流量/フィルタ容量を算出する。S1.6においては、空間速度とDPF25の雰囲気温度(温度センサ31a、31bの検出温度および温度センサ31a、31bの検出温度の平均値)とからマップに基づいてPM燃焼速度を求め、単位時間あたりのPM燃焼量に変換する。
In S1.4, exhaust flow rate = intake flow rate / exhaust density is calculated from the intake flow rate and the exhaust density. Based on the assumption that the density of the exhaust is equal to the density of the air, the exhaust temperature (the average value of the detected temperatures of the
S1.7においては、PM排出量からPM燃焼量を引く減算値を順次に積算することにより、DPF25のPM堆積量を算出する。減算値=PM排出量−PM燃焼量が負となる可能性があり、このようなの場合、減算値=0に修正するのである。
In S1.7, the PM accumulation amount of the
図12は、S4(図3を参照)の処理を説明するフローチャートであり、S4.1においては、差圧センサ30の検出信号および温度センサ31a、31bの検出信号を読み込む。S4.2においては、DPF25の入口温度および出口温度に基づいて、強制再生時期の判定基準値と対比される、排気浄化装置17前後の差圧を補正する。
FIG. 12 is a flowchart for explaining the process of S4 (see FIG. 3). In S4.1, the detection signal of the
排気浄化装置17前後の差圧は、DPF25のPM堆積量が同一の場合においても、運転条件に応じて大きく変化するので、差圧の検出を特定の運転条件に制限することが考えられる。図13は、その具体的な処理を説明するフローチャートであり、S4.01においては、エンジンの運転状態が差圧検出の許可条件を満たすかどうかを判定する。S4.01の判定がyesのときは、S4.02およびS4.03へ進み、図12のS4.1およびS4.2と同様の処理を行う一方、S4.01の判定がnoのときは、差圧検出の許可条件が成立するかどうかの判定を繰り返すのである。これにより、強制再生時期の判定に用いられる検出値(排気圧力または差圧)も安定するため、強制再生時期の判定が正確に行えるようになる。
Since the differential pressure before and after the exhaust gas purification device 17 varies greatly depending on the operating conditions even when the PM accumulation amount of the
図14は、S6(図3を参照)の処理を説明するフローチャートであり、S6.1においては、強制再生の完了かどうかを判定する。S6.1の判定がyesのときは、S6.2において、運転時間(または運転距離)のカウントを0から開始する。S6.3においては、運転時間(または運転距離)のカウント(計測)を処理する。S6.4においては、強制再生の開始かどうかを判定する。S6.4の判定がyesのときは、S6.5において、運転時間(または運転距離)のカウント値を0にリセットする。S6.1の判定がnoのときは、強制再生の完了かどうかの判定を繰り返す。S6.4の判定がnoのときは、S6.3へ戻り、運転時間(または運転距離)のカウント処理を継続する。 FIG. 14 is a flowchart for explaining the processing of S6 (see FIG. 3). In S6.1, it is determined whether or not forced regeneration is completed. When the determination in S6.1 is yes, the operation time (or operation distance) is counted from 0 in S6.2. In S6.3, the counting (measurement) of the driving time (or driving distance) is processed. In S6.4, it is determined whether or not forced regeneration is started. When the determination in S6.4 is yes, the count value of the driving time (or driving distance) is reset to 0 in S6.5. If the determination in S6.1 is no, the determination of whether or not forced regeneration is complete is repeated. When the determination in S6.4 is no, the process returns to S6.3 and the operation time (or operation distance) counting process is continued.
図15は、S8(図3を参照)の処理を説明するフローチャートであり、S8.1においては、0リセット強制再生の完了かどうかを判定する。S8.1の判定がyesのときは、S8.2において、運転時間(または運転距離または強制再生回数)のカウントを0から開始する。S8.3においては、運転時間(または運転距離または強制再生回数)のカウント(計測)を処理する。S8.4においては、0リセット強制再生の開始かどうかを判定する。S8.4の判定がyesのときは、S8.5において、運転時間(または運転距離または強制再生回数)のカウント値を0にリセットする。S8.1の判定がnoのときは、0リセット強制再生の完了かどうかの判定を繰り返す。S8.4の判定がnoのときは、S8.3へ戻り、運転時間(または運転距離または強制再生回数)のカウント処理を継続する。 FIG. 15 is a flowchart for explaining the process of S8 (see FIG. 3). In S8.1, it is determined whether or not the zero reset forced regeneration is completed. When the determination in S8.1 is yes, in S8.2, the counting of the driving time (or the driving distance or the number of forced regenerations) is started from 0. In S8.3, a count (measurement) of driving time (or driving distance or forced regeneration count) is processed. In S8.4, it is determined whether or not zero reset forced regeneration is started. If the determination in S8.4 is yes, the count value of the driving time (or driving distance or forced regeneration count) is reset to 0 in S8.5. If the determination in S8.1 is no, the determination of whether or not the zero reset forced regeneration is complete is repeated. If the determination in S8.4 is no, the process returns to S8.3, and the operation time (or operation distance or forced regeneration count) counting process is continued.
図16は、S11(図3を参照)の処理を説明するフローチャートであり、S11.1においては、昇温制御1が有効な下限値を下回る排気温度の運転状態かどうか判定する。S11.1の判定がyesのときは、S11.2へ進む一方、S11.1の判定がnoのときは、S11.5において、通常の制御マップに基づく燃料噴射を継続しつつ、昇温制御1への移行に待機する。
FIG. 16 is a flowchart for explaining the processing of S11 (see FIG. 3). In S11.1, it is determined whether or not the
S11.2においては、触媒の酸化反応に十分な排気温度の運転状態かどうかを判定する。S11.2の判定がyesのときは、S11.3において、通常の制御マップを昇温マップ2へ切り替えることにより、メイン噴射から大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行うように燃料噴射装置を制御する(昇温制御2)。その一方、S11.2の判定がnoのときは、触媒の予熱手段を制御するほか、必要があればメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うように燃料噴射装置を制御する(昇温制御1)。
In S11.2, it is determined whether or not the exhaust gas temperature is sufficient for the catalyst oxidation reaction. When the determination in S11.2 is yes, in S11.3, the fuel injection device is controlled to perform post-injection at a timing significantly delayed from main injection by switching the normal control map to the
DPF25の強制再生時期の判定については、PM堆積量の推定に基づく判定方法と、差圧レベルに基づく判定方法と、強制再生用のインターバルに基づく判定方法と、0リセット強制再生用のインターバルに基づく判定方法と、が併用されるのであり、これらのチェックが働くため、PM堆積量が過剰に至るのを未然に回避しえる確率が高められる。これら判定方法に対応する強制再生モードが選定され、PM堆積量に応じた強制再生温度および強制再生時間に基づく解除条件が成立するまでの間、排気浄化装置の昇温制御が行われるのである。このため、強制再生時期の判定方法によりPM堆積量の判定レベルが異なっても、強制再生をそのときのPM堆積量に適合する燃焼形態(燃焼時間や燃焼温度)をもって効率よく適正に処理しえるようになり、過剰な強制再生による燃費の悪化や堆積PMの異常燃焼によるフィルタおよび触媒の劣化を防止できる。
The determination of the forced regeneration timing of the
具体的には、想定されるPM堆積量が大きくなる程、昇温制御2の目標温度(強制再生温度)が低くかつ強制再生時間が長く設定されるので、堆積PMの異常燃焼が防止され、強制再生を効率よく適正に制御できるのである。また、強制再生用のインターバルに基づく再生処理および0リセット強制再生用のインターバルに基づく再生処理により、PM堆積量の実際値と推定値とのズレが補正されるので、PM堆積量の推定精度も高度に維持しえるのである。
Specifically, as the assumed PM deposition amount increases, the target temperature (forced regeneration temperature) of the
堆積PMの異常燃焼を回避する手段として、DPF25の出口温度に応じて排気中の酸素濃度を制御することにより、DPF25の雰囲気温度を許容範囲の上限値以下に抑えることも考えられる。その場合、コントロールユニットにおいて、EGR弁、吸気絞り弁または排気絞り弁、ターボバイパスの開閉弁または可変ノズル式ターボ過給機の可変ノズル等を対象に排気中の酸素濃度をDPF25の昇温に応じて減少させるような制御機能が設定されることになる。
As a means for avoiding abnormal combustion of the deposited PM, it is conceivable to control the oxygen concentration in the exhaust gas according to the outlet temperature of the
昇温制御2の対象は、燃料のポスト噴射に限定されるものでなく、排気浄化装置上流の排気通路への燃料添加装置を設定することもできる。昇温制御2の対象は、既述の予熱手段のほか、エンジンの負荷を高める制動装置(駆動系のリターダブレーキ等)の利用も考えられる。
The target of the
排気浄化装置の強制再生途中でのエンジン停止時でも効率よく強制再生リトライを実施できるため、低公害ディーゼル車両に有用である。 Since the forced regeneration retry can be performed efficiently even when the engine is stopped during the forced regeneration of the exhaust purification device, it is useful for a low-pollution diesel vehicle.
10 ディーゼルエンジン
11 吸気通路
12 ターボ過給機
14 吸気絞り弁
15 排気通路
16 排気絞り弁
17 排気浄化装置
20 コントロールユニット
21 EGRバルブ
22 ターボバイパスの開閉バルブ
25 DPF
26 酸化触媒
30 差圧センサ
31a、31b 温度センサ
32 エアフローセンサ
DESCRIPTION OF
26
Claims (2)
前記ディーゼルエンジンの停止を判定するエンジン停止判定手段と、
前記フィルタの強制再生開始から前記ディーゼルエンジンが停止して前記フィルタの強制再生が中断するまでの強制再生経過時間を計測する経過時間計測手段と、
前記強制再生制御手段によって設定された粒子状物質を完全に除去する強制再生時間と計測した強制再生経過時間との差を算出する時間差計測手段とを備え、
前記強制再生制御手段は、前記算出した強制再生時間と強制再生経過時間との差に基づいて、次回ディーゼルエンジン始動時に前記フィルタの強制再生を実施し、
前記フィルタの強制再生が完了したと判断する、前記強制再生時間より短い強制再生完了許可時間を設定し、前記強制再生経過時間が前記強制再生完了許可時間より長い場合には、次回ディーゼルエンジン始動時に前記フィルタの強制再生を実施しないことを特徴とする排気浄化装置。 Exhaust gas comprising a filter for collecting particulate matter in exhaust gas from a diesel engine, and forced regeneration control means for forcibly regenerating the filter by burning and removing the particulate matter collected by the filter by a chemical reaction using a catalyst. In the purification device,
Engine stop determination means for determining stop of the diesel engine;
An elapsed time measuring means for measuring a forced regeneration elapsed time from the start of forced regeneration of the filter until the diesel engine is stopped and forced regeneration of the filter is interrupted;
A time difference measuring means for calculating a difference between a forced regeneration time for completely removing the particulate matter set by the forced regeneration control means and a measured forced regeneration elapsed time;
The forced regeneration control means performs the forced regeneration of the filter at the next diesel engine start based on the difference between the calculated forced regeneration time and the forced regeneration elapsed time ,
When it is determined that the forced regeneration of the filter has been completed, a forced regeneration completion permission time shorter than the forced regeneration time is set, and when the forced regeneration elapsed time is longer than the forced regeneration completion permission time, the next time the diesel engine is started exhaust gas purification apparatus characterized by not carrying out the forced regeneration of the filter.
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