JP2004183525A - Exhaust emission control device - Google Patents

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  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfy three requirements of regeneration treatment by using regeneration treatment of three stages. <P>SOLUTION: In this exhaust emission control device, a filter 41 for collecting particulates is provided to an exhaust passage 2, and the regeneration treatment of the filter 41 is performed at a regeneration time. The device has regeneration treatment means 31, 10, and 42 for performing two post injections and two oxygen concentration controls per one cycle of an engine so as to obtain a constant target regeneration speed during the regeneration treatment of the filter 41. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジンの排気パティキュレートを処理する排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排気パティキュレートを処理するために、排気系にパティキュレートを捕集するフィルタを配置し、フィルタに所定量のパティキュレートが堆積したとき、フィルタ温度を上昇させてフィルタに堆積しているパテキュレートを燃焼処理する、いわゆるフィルタの再生処理を行うものが各種提案されている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−259533号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィルタの再生処理には概ね次の3つの要求を共に満たさなければならない。
【0005】
(1)再生処理の開始に際しては、フィルタのベッド温度を、フィルタに堆積しているパティキュレートの自着火温度まで速やかに上昇させる必要がある。フィルタのベッドを昇温させるため例えばポスト噴射や燃料噴射時期の遅角が行われるが、速やかな昇温が要求されるのは、フィルタのベッド昇温期間が長引けばそれだけ燃費が悪化するからである。
【0006】
(2)フィルタのベッド温度がパティキュレートの自着火温度に達してパティキュレートが燃焼する段階になると、フィルタのベッド温度が許容最高温度を超えないようにパティキュレートの燃焼速度を抑制する必要がある。これは、パティキュレートの燃焼速度(フィルタの再生速度)が速いとフィルタに堆積している大量のパティキュレートが急激に燃焼してフィルタのベッド温度が許容最高温度を超え、これによってフィルタに熱劣化が生じて耐久性が低下しかねないからである。
【0007】
(3)再生処理の終了間近に際しては、フィルタにパティキュレートの燃え残りが生じないようにする必要がある。これはフィルタに燃え残りが生じると、次のような問題点が生じるからである。
【0008】
▲1▼フィルタの圧力損失が完全になくならないので、燃費が悪化する。
【0009】
▲2▼燃え残り部分にパティキュレートが堆積すると堆積分布のアンバランスが生じ、次の再生処理時にその部分の急激燃焼によりフィルタの耐久性が低下す
る。
【0010】
そこで本発明はフィルタの再生処理中に一定の目標再生速度が得られるように1サイクル当り2回のポスト噴射と酸素濃度制御とを行うことにより、再生処理の上記3つの要求を共に満たす装置を提供することを目的とする。
【0011】
一方、上記の従来装置においては、触媒活性前に1サイクル当たり1回のポスト噴射を行い、触媒活性後には1サイクル当たり2回のポスト噴射を行っている。
【0012】
しかしながら、従来装置は上記(1)の要求、つまりフィルタのベッド温度を上昇させようとするものでしかないので、上記(2)の要求に応じることができない。すなわち、フィルタのベッド温度がパティキュレートの自着火温度に達するとパティキュレートが盛んに燃焼してフィルタの再生速度が急上昇する。この段階でも、従来装置のように1サイクル当たり2回のポスト噴射を行ったのでは、再生速度が目標を超えて大きくなりすぎ、フィルタのベッド温度が限界温度を超えて上昇しかねない。これに対して、本願発明では、フィルタのベッド温度がパティキュレートの自着火温度に達した後は、1サイクル当り2回のポスト噴射を止めて1サイクル当り1回のポスト噴射にすると共に、排気中の目標酸素濃度を低濃度に設定した第1酸素濃度制御を行うことによって、再生速度が目標再生速度を超えて大きくならないようにするのであり、このように触媒反応によりフィルタのベッド温度を上昇させようとする従来装置と、フィルタの再生速度に着目する本願発明とでは技術的思想が異なっている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備え、フィルタの再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置において、フィルタの再生処理中に一定の目標再生速度が得られるようにエンジンの1サイクル当り2回のポスト噴射と排気の酸素濃度制御とを行う再生処理手段を備えている。具体的にはフィルタの再生処理期間を前期、中期、後期から構成し、前期に再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第1目標ベッド温度へと制御する昇温制御を行い、中期に再生速度が目標再生速度へと小さくなるように第1目標ベッド温度を維持させる第1目標ベッド温度維持制御及び排気中の目標酸素濃度を低濃度に設定した第1酸素濃度制御を行い、後期に再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第1目標ベッド温度より高い第2目標ベッド温度を維持させる第2目標ベッド温度維持制御及び排気中の目標酸素濃度を高濃度に設定した第2酸素濃度制御を行う。
【0014】
【発明の効果】
本発明による再生処理手段によれば、次の効果が得られる。
【0015】
(1)前期にはフィルタのベッド温度をパティキュレートが自着火する温度である第1目標ベッド温度にまで急速に上昇させることができる。
【0016】
(2)中期にはフィルタのベッド温度がパティキュレートが自着火する温度である第1目標ベッド温度に維持した状態で第1酸素濃度制御が行われるが、この第1酸素濃度制御によればフィルタに堆積している大量のパティキュレートが急激に燃えることがないように排気中の目標酸素濃度を低濃度の酸素濃度に設定してあるので、フィルタのベッド温度が許容最高温度を上回ることがなく、これによりフィルタの耐久性が損なわれることがない。
【0017】
なお、排気温度を低下させることによりパティキュレートの燃焼速度を抑制する方法もあるが、この排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法だと、排気やフィルタの熱慣性の影響を受けて制御の応答性が悪く、パティキュレートが急激に燃えることが困難で、制御性が劣る。これに対して本発明では、こうした排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法でないため、排気やフィルタの熱慣性の影響を排除でき、制御応答性がよく制御の信頼性が高い。
【0018】
(3)後期には第1目標ベッド温度よりも高い第2目標ベッド温度に維持した状態で目標酸素濃度を第1酸素濃度制御時より大きくして十分な酸素を供給することで、再生処理の終了間近にフィルタに残存するパティキュレートを迅速にかつ確実に燃え切らせることができる。
【0019】
このように、本発明では、再生処理の前期、中期、後期に要求されるところを総て満たすことから、再生処理期間を短縮できると共に、ほぼ完全なフィルタ再生を図ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
図1は本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【0022】
図1において、1はディーゼルエンジンで、排気通路2と吸気通路3のコレクタ部3aとを結ぶEGR通路4に、圧力制御弁(図示しない)からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のEGR弁6を備えている。圧力制御弁は、エンジンコントローラ31からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のEGR率を得るようにしている。
【0023】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置10を備える。この燃料噴射装置10は、主に燃料タンク(図示しない)、サプライポンプ14、コモンレール(蓄圧室)16、気筒毎に設けられるノズル17からなり、サプライポンプ14により加圧された燃料は蓄圧室16にいったん蓄えられ、蓄圧室16の高圧燃料が気筒数分のノズル17へと分配される。
【0024】
ノズル17(燃料噴射弁)は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に三方弁(図示しない)が介装されている。三方弁(電磁弁)のOFF時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がON状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり三方弁のOFFからONへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またON時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室16の圧力が同じであればON時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【0025】
EGR通路4の開口部下流の排気通路2に、排気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン22と吸気を圧縮するコンプレッサ23とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機21を備える。タービン22のスクロール入口に、アクチュエータ25により駆動される可変ノズル24が設けられ、エンジンコントローラ31により、可変ノズル24は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側ではタービン22に導入される排気の流速を高めるノズル開度(傾動状態)に、高回転速度側では排気を抵抗なくタービン22に導入させノズル開度(全開状態)に制御する。
【0026】
上記のアクチュエータ25は、制御圧力に応動して可変ノズル26を駆動するダイヤフラムアクチュエータ26と、このダイヤフラムアクチュエータ26への制御圧力を調整する圧力制御弁27とからなり、可変ノズル24の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁27に出力される。
【0027】
アクセルセンサ32、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ33、水温センサ34、エアフローメータ35からの信号が入力されるエンジンコントローラ31では、これらの信号に基づいて目標EGR率と目標過給圧とが得られるようにEGR制御と過給圧制御を協調して行う。
【0028】
排気通路2には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ41が設置される。このフィルタ41には酸化触媒が担持されており、フィルタ41のパティキュレートの堆積量が所定値に達すると、排気温度を上昇させてフィルタ41に堆積しているパティキュレートを燃焼除去する。
【0029】
フィルタ41の圧力損失(フィルタ41の上流と下流の圧力差)を検出するために、フィルタ41をバイパスする差圧検出通路に差圧センサ36が設けられる。
【0030】
この差圧センサ36により検出されるフィルタ41の圧力損失ΔPは、温度センサ37からのフィルタ入口温度T1、温度センサ38からのフィルタ出口温度T2と共にエンジンコントローラ31に送られ、主にマイクロプロセッサで構成されるエンジンコントローラ31では、これらに基づいてフィルタ41の再生処理を行う。すなわち、フィルタ41の再生処理の期間を時系列的に図2に示したように前期(t1の時間)、中期(t2の時間)、後期(t3の時間)の3つの期間に分割するものの、再生処理の全区間を通して一定の目標再生速度が得られるように1サイクル当り機能の異なる2回のポスト噴射と酸素濃度制御とを行う。
【0031】
これをさらに図3、図4を参照しながら説明する。図3において第4段目に本実施形態によるポスト噴射の特性を、また最下段に本実施形態による排気中の目標酸素濃度の特性を示す。
【0032】
ここでは機能の異なるポスト噴射を導入している(図4上段参照)。すなわち、ポスト噴射1は、シリンダ内で燃焼させて直接的に排気温度の上昇を図ることを目的として、メイン噴射に近い噴射時期(TDC〜ATDC60deg)に設定する。これに対して ポスト噴射2は、フィルタ41に担持している酸化触媒にHCを供給し、その触媒反応でHCを燃焼させてフィルタ41のベッド温度を上昇させることを目的として、シリンダ内でほとんど燃焼しない時期(ATDC60deg以降)に設定する。
【0033】
〈1〉前期:
フィルタ41のベッド温度が触媒活性温度(およそ240℃)以下にある前段では、早期に触媒を活性化させるためにポスト噴射1を実行する(図4下段の左参照)。このとき、触媒ではHCの反応が行われないのでポスト噴射2は行わない。
【0034】
フィルタ41のベッド温度が触媒活性温度を超える後段になると、ポスト噴射1に加えてポスト噴射2を実行し、ベッド温度をさらに上昇させる。フィルタ41のベッド温度が上昇して第1目標ベッド温度(600℃程度)tTbed1に到達すると、前期を終了して次の段階の中期に移行する。
【0035】
ここで、前段より後段への移行は、フィルタ41の実ベッド温度rTbedが触媒活性温度に達したか否かにより行う。フィルタ41の実ベッド温度はフィルタ41前後に設けている温度センサ37、38からの信号に基づいて推定する。
【0036】
ただし、前期の時間内では排気中の目標酸素濃度は定めず、従って酸素濃度制御は行わない。
【0037】
〈2〉中期:
フィルタ41に堆積しているパティキュレートの燃焼速度(フィルタの再生速度)を抑制するため、排気中の目標酸素濃度を図3最下段に示したように低濃度に設定し、この低濃度の目標酸素濃度が得られるように酸素濃度制御(第1酸素濃度制御)を行う。
【0038】
また、フィルタ41の実ベッド温度が第1目標ベッド温度tTbed1と一致するようにポスト噴射1のポスト噴射量をフィードバック制御する(図4下段の中参照)。フィルタ41内のパティキュレートが活発に燃焼して、第1目標ベッド温度が維持される場合にはポスト噴射1を行わない。
【0039】
低濃度に設定した目標酸素濃度が得られるように排気中の酸素濃度制御を行うと共に第1目標ベッド温度を維持する温度制御を行うことで、フィルタ41に堆積したパティキュレートが急激に燃焼することなく燃焼が進行する。
【0040】
〈3〉後期:
再生処理の終了間近にフィルタ41に残存するパティキュレートをもれなく燃やし切るため、排気中の目標酸素濃度を図3最下段のように中期の場合より高濃度に設定し、この高濃度の目標酸素濃度が得られるように酸素濃度制御(第2酸素濃度制御)を行う。
【0041】
また、後期にはポスト噴射1に加えてポスト噴射2を行い、フィルタ41の実ベッド温度が、第1目標ベッド温度tTbed1よりも高い第2目標ベッド温度tTbed2(650℃程度)と一致するようにポスト噴射2のポスト噴射量をフィードバック制御する(図4下段の右参照)。
【0042】
このように高濃度に設定した目標酸素濃度が得られるように排気中の酸素濃度制御を行うと共に中期よりも高い第2目標ベッド温度を維持する制御を行うことで、再生効率が高まり、完全再生である100%へと近づいていく。
【0043】
こうした考え方の元になったものは、次の通りである。すなわち、排気温度を一定に保ったとき、フィルタに堆積されているパティキュレートは再生処理の開始により徐々に燃焼し始め、やがて塊となって活発に燃え、その後に下火になり、燃焼が終了する。この燃焼状態を表すのが再生速度である。このため再生速度は、図3最上段に実線で示したように、再生処理の開始より徐々に大きくなってピークを採り、その後に小さくなっている。こうした再生速度の変化に合わせるかのように、フィルタのベッド温度が変化している(図3第2段目の破線参照)。
【0044】
ここで、図3最上段は、フィルタをひとかたまりとしてみたときの再生速度の時間的変化であるが、実際にはフィルタ内でのパティキュレートの堆積分布やガス流れ分布は一様でなく、空間的にも再生速度のムラが生じている。
【0045】
このように時間的あるいは空間的に再生速度に変化(ムラ)があると困るのはフィルタ41内にパティキュレートの燃え残りが生じることで、この燃え残りがあると、次回の再生処理時にこの燃え残った分のパティキュレートも燃焼し、その分だけフィルタのベッド温度が余計に上昇してしまう。従って、燃え残りが生じることがなく、かといって燃焼が激しすぎないような再生速度(フィルタの材質、容量によって変わるが、例えば2〜3g/min)を目標値(目標再生速度)として選択し、再生処理の全区間にわたってこの目標再生速度となるように制御することが望ましい。となると、再生処理の前期後段には再生速度が高くなるように、再生処理の中期には再生速度が低下するように、再生処理の後期には再生速度が高くなるようにしなければならない(図3最上段参照)。本発明では、こうした一定の目標再生速度を得るためにポスト噴射と酸素濃度制御とを組み合わせて用いているのである。
【0046】
次に、エンジンコントローラ31により行われるこれら制御の内容を詳述する。
【0047】
図5のフローチャートは再生処理を行うためのメインルーチンで、このフローは一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。
【0048】
ステップ1では再生処理フラグをみる。この再生処理フラグの設定については、図6のフローにより説明する。
【0049】
図6のフローは図5とは別に一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。図6においてステップ11ではフィルタ41の圧力損失ΔPを差圧センサ36の出力から読み込む。
【0050】
ステップ12では再生処理フラグをみる。再生処理フラグは後述する再生処理条件が成立したとき1となるフラグである。エンジン始動時にはゼロに初期設定されているので、再生処理条件の成立する前にはステップ13、14に進み、再生処理条件をみる。再生処理条件の成立は、フィルタ41の圧力損失ΔPが再生開始判定値ΔPHmaxを超えかつ再生実施条件にあることである。
【0051】
ここで、再生実施条件は例えばエンジンの回転速度と燃料噴射量(エンジン負荷相当)により定まる運転条件がアイドル時やアイドルに近い低負荷域を除いた所定の領域にある場合に成立する。
【0052】
アイドル時やアイドルに近い低負荷域である領域で再生実施条件が非成立であるとするのは、アイドル時はもともと排気温度が低く、ポスト噴射及び吸気絞りを行ってもフィルタ41のベッド温度を第1目標ベッド温度tTbed1へと上昇させることができないからである。
【0053】
このため圧力損失ΔPが再生開始判定値ΔPHmax以下のときやエンジンの運転条件が再生実施条件にないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【0054】
フィルタ41の圧力損失ΔPが再生開始判定値ΔPHmaxを超えかつエンジンの回転速度と燃料噴射量により定まる運転条件が再生実施条件にあるときには再生処理を行うことができると判断しステップ15に進んで再生処理フラグ=1とする。
【0055】
この再生処理フラグ=1により次回からはステップ12よりステップ13へと進むことができないため、そのまま処理を終了する。
【0056】
図5に戻り、ステップ1で再生処理フラグ=1であるときには再生処理を行うためステップ2以降に進む。ステップ2では再生フェーズを設定する。この再生フェーズの設定については図7のフローにより説明する。
【0057】
図7のフロー(図5ステップ2のサブルーチン)は再生処理の開始からの経過時間Tと設定時間t1、t2、t3とを比較して、再生フェーズの前期、中期、後期を設定するためのものである。
【0058】
ステップ21では再生終了フラグをみる。再生終了フラグはゼロに初期設定されているので、ステップ22に進み、再生処理フラグをみる。再生処理フラグ=0のときはそのまま今回の処理を終了する。
【0059】
再生処理フラグ=1であるときにはステップ23に進み、タイマ値T(ゼロに初期設定)を、
T=Tz+ΔT…(1)
ただし、ΔT:演算周期(=10ms)、
Tz:タイマ値の前回値、
の式によりインクリメントする。このタイマは再生処理開始からの経過時間(つまり再生処理時間)計測するためのものである。
【0060】
ステップ24、25ではこのタイマ値Tと設定時間t1、t2、t3(図2参照)とに基づいて、次のように再生フェーズの各期間を設定する。
【0061】
(1)T<t1であるとき:
ステップ24よりステップ26進み再生フェーズを前期に設定する。
【0062】
(2)t1≦T<t1+t2であるとき:
ステップ24よりステップ27に進み再生フェーズを中期に設定する。
【0063】
(3)t1+t2≦T<t1+t2+t3であるとき:
ステップ24、25よりステップ28に進み再生フェーズを後期に設定する。
【0064】
(4)t1+t2+t3≦Tであるとき:
このときには再生処理の終了であると判断し、ステップ24、25よりステップ29に進み再生終了フラグ=1とする。また、次回の再生処理に備えるためステップ30、31で再生処理フラグ=0かつタイマ値T=0とする。
【0065】
ステップ24で用いる上記の設定時間t1、t2、t3は一定値でもかまわないが、ここでは、t1とt2については次のように可変値で設定している。
【0066】
図8は再生処理開始時の実際のベッド温度に対するt1の設定例である。フィルタ41を再生するにはフィルタ41に堆積しているパティキュレートが自着火して燃焼し得る温度である第1目標ベッド温度tTbed1にまで上昇させなければならないが、t1は再生処理の開始より第1目標ベッド温度tTbed1に上昇させるまでの時間である。この時間t1は図8のように再生処理開始時のベッド温度が高くなるほど小さくなる。これは再生処理開始時のベッド温度が高ければフィルタ41のベッド温度を第1目標ベッド温度tTbed1まで上昇させるに要する時間も短くて済むからである。
【0067】
また、tTbed1以上の温度域ではt1=0である。これはtTbed1以上の温度域では昇温制御を行わなくともフィルタ41に堆積しているパティキュレートが自着火して燃焼するので、このときにはt1をゼロとして次の段階の中期へと即座に移行させるためである。
【0068】
また、再生処理開始時のベッド温度が所定値Taより低い温度域では一定値としている。これは、Taより低い温度域ではフィルタ41を昇温させようとしても目標ベッド温度tTbed1にまで昇温できないので、一定値としたものである。
【0069】
なお、図8において横軸の再生処理開始時の実際のベッド温度は、再生処理開始時にフィルタ41の前後に設けた温度センサ37、38により検出される2つの温度T1、T2から、
rTbed=b1・T1+b2・T2…(2)
ただし、Tbed:再生処理開始時のベッド温度、
b1、b2:定数、
の式により推定(算出)すればよい。(2)式のb1、b2は実験により決まる値である。
【0070】
図9は再生処理開始時のパティキュレート堆積量(図ではPM堆積量で略記)に対するt2の設定例である。フィルタ41のベッド温度を第1目標ベッド温度tTbed1にまで上昇させた後は、フィルタ41に堆積しているパティキュレートが自着火して燃焼する。この場合に、排気中の酸素濃度が十分に大きい状態(空燃比でいうと理論空燃比よりリーン側の所定値A)ではフィルタ41に堆積している大量のパティキュレートが急激に燃焼し、これによってフィルタ41のベッド温度が許容最高温度Tmaxを超えて上昇し、フィルタ41に熱劣化が生じて耐久性が低下しかねない。このため、フィルタ41に堆積している大量のパティキュレートが急激には燃えない程度の低い酸素濃度(空燃比でいうと理論空燃比よりはリーン側で上記のAよりはリッチ側の所定値B)に維持する時間(期間)がt2である。この時間t2は再生開始時のパティキュレート堆積量が大きくなるほど長くなる。
【0071】
また、再生処理開始時のパティキュレート堆積量が最大パティキュレート堆積量pmax以上ではt2を一定としている。
【0072】
また、再生処理開始時のパティキュレート堆積量が所定値p以下の堆積量のときt2=0としている。これは、p以下のパティキュレート堆積量の場合には、中期を省略して後期に移行し、その総てを一気に燃焼させてもフィルタ41のベッド温度の上昇が少なく、フィルタ41のベッド温度が許容最高温度Tmaxに達することはないので、中期の段階を省略して即座に後期へと移行させるためである。すなわち、所定値pは、中期を介さずとも後期においてフィルタ41のベッド温度が許容最高温度を超えないパティキュレート堆積量の最大量付近に設定している。
【0073】
なお、図9において、横軸の再生処理開始時のパティキュレート堆積量は、再生処理開始時のフィルタの圧力損失から図10を内容とするテーブルを検索することにより演算すればよい。
【0074】
このようにして図7の再生フェーズの各段階の設定を総て終了したら図5に戻り、ステップ3では現在の処理タイミングが再生フェーズのいずれの段階にあるのかをみて、次のように各制御を行う。すなわち、前期であればステップ4に進み再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第1目標ベッド温度tTbed1へと制御する昇温制御を行う。
【0075】
中期であるときにはステップ5、7に進み再生速度が目標再生速度へと小さくなるように第1目標ベッド温度tTbed1を維持させる第1目標ベッド維持制御及び排気中の目標酸素濃度を低濃度に設定した第1酸素濃度制御を行う。後期になるとステップ6、7に進み再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第1目標ベッド温度tTbed1より高い第2目標ベッド温度tTbed2を維持させる第2目標ベッド維持制御及び排気中の目標酸素濃度を高濃度に設定した第2酸素濃度制御を行う。
【0076】
ここで、図5のステップ4〜8での制御をポスト噴射と酸素濃度制御に分けてさらに説明する。
【0077】
〔1〕ポスト噴射:
〔1〕−1.昇温制御:
図11のフロー(図5ステップ4のサブルーチン)は昇温制御を行うためのものである。
【0078】
ステップ31ではクランク角センサ33により検出されるエンジン回転速度Ne、メイン燃料噴射量Qf、温度センサ37により検出されるフィルタ入口温度T1、温度センサ38により検出されるフィルタ出口温度T2を読み込む。
【0079】
ステップ32ではフィルタ入口温度T1、フィルタ出口温度T2から前述の(2)式を用いてフィルタ41の実ベッド温度rTbedを算出する。
【0080】
ステップ33では後段フラグ(ゼロに初期設定)をみる。ここでは後段フラグ=0であったとして説明すると、このとき前段の処理であるステップ34、35に進んでエンジン回転速度Neとメイン燃料噴射量Qfとから図12、図13を内容とするマップを検索することにより前段ポスト噴射量1、前段ポスト噴射時期1を演算する。
【0081】
前段ポスト噴射1の機能は排気温度を触媒温度へと上昇させることが目的であるから、前段ポスト噴射量1は、基本的にメイン燃料噴射量のみによる排気温度(ベースの排気温度)と触媒活性温度の差に比例する値を与えればよい。つまり、触媒活性温度からの差が大きいほど大きな値の前段ポスト噴射量1を与える。ここで、ベースの排気温度は低負荷低回転速度側のほうが低いので、これに対応して低負荷低回転速度側になるほど前段ポスト噴射量1を大きくしている(図12参照)。
【0082】
ステップ36ではフィルタ41の実ベッド温度rTbedと触媒活性温度(240℃程度)を比較する。実ベッド温度rTbedが240℃未満であるときにはそのまま今回の処理を終了する。
【0083】
運転条件(Ne、Qf)に応じて前段ポスト噴射量1を与え続けるとやがて実ベッド温度rTbedが240℃以上になるので、このときにはステップ37に進んで後段フラグ=1とする。
【0084】
この後段フラグ=1により次回よりはステップ33よりステップ38以降の後段での処理に進む。
【0085】
ステップ38、39、40、41ではエンジン回転速度Neとメイン燃料噴射量Qfとから図14、図15、図16、図17を内容とするマップを検索することにより後段ポスト噴射量1、後段ポスト噴射時期1、基本後段ポスト噴射量2、後段ポスト噴射時期2を演算する。
【0086】
後段ポスト噴射量1は前段ポスト噴射量1と同様であり、ベースの排気温度と触媒活性温度の差に比例する値を与える。
【0087】
これに対して、ポスト噴射2の機能は触媒にHCを供給して燃焼させベッド温度を第1目標ベッド温度へと上昇させることが目的であるから、基本後段ポスト噴射量2としてはフィルタ入口温度T1と第1目標ベッド温度tTbed1の差に比例する値を与える。つまり、第1目標ベッド温度tTbed1からの差が大きいほど大きな値の基本後段ポスト噴射量2を与える。ここで、フィルタ入口温度T1は低負荷低回転速度側のほうが低いので、これに対応して低負荷低回転速度側になるほど基本後段ポスト噴射量2を大きくしている(図16参照)。
【0088】
ステップ42〜45は実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度tTbed1と一致するように後段ポスト噴射量2のフィードバック量FB21を演算する部分である。すなわち、ステップ42で実ベッド温度rTbedと第1目標ベッド温度tTbed1に許容値ε(正の値)を加算した値である第1目標ベッド温度上限値(tTbed1+ε)とを、またステップ43で実ベッド温度rTbedと第1目標ベッド温度tTbed1より許容値εを減算した値である第1目標ベッド温度下限値(tTbed1−ε)とをそれぞれ比較する。実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度上限値(tTbed1+ε)を超えているときにはステップ44に進んでフィードバック量(初期値はゼロ)FB21を所定値Δ21(正の値)だけ減量し、これに対して実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度下限値(tTbed1−ε)を下回っているときにはステップ45に進んでフィードバック量FB21を所定値Δ21だけ増量する。一方、実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度上限値と第1目標ベッド温度下限値との間に収まっているときにはステップ46に進んでフィードバック量FBをそのまま維持する。
【0089】
上記の所定値Δ21は一定値でもよいし、実ベッド温度rTbedと第1目標ベッド温度tTbed1の差に比例させて与えてもかまわない。
【0090】
ステップ47ではこのようにして求めたフィードバック量FB21を基本後段ポスト噴射量2に加算した値を後段ポスト噴射量2として算出する。
【0091】
図示しない燃料噴射制御フローでは、このように得られる前段ポスト噴射量1、前段ポスト噴射時期1を用いて前段でのポスト噴射(1サイクル当たり1回のポスト噴射)が行われ、またこのように得られる後段ポスト噴射量1、後段ポスト噴射時期1、後段ポスト噴射量2、後段ポスト噴射時期2を用いて後段でのポスト噴射(1サイクル当たり2回のポスト噴射)が行われる。
【0092】
〔1〕−2.第1目標ベッド温度への維持制御:
図18のフロー(図5ステップ6のサブルーチン)は第1目標ベッド温度tTbed1への維持制御を行うためのものである。
【0093】
ステップ51、52は図11のステップ31、32と同じであり、実ベッド温度rTbedを算出する。ステップ53、54ではエンジン回転速度Neとメイン燃料噴射量Qfとから図19、図20を内容とするマップを検索することにより基本ポスト噴射量1、ポスト噴射時期1を演算する。
【0094】
基本ポスト噴射量1(中期でのポスト噴射量)は、前期におけるポスト噴射量1(前段ポスト噴射量1、後段ポスト噴射量2)よりも少ない値である(図3参照)。これは、中期でのポスト噴射量を前期でのポスト噴射量1より減少させると、フィルタ入口温度が下がりフィルタ41を冷却することになるので、フィルタ41の再生速度を低下させるためである。
【0095】
ステップ55〜58はフィルタ41の実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度tTbed1と一致するようにポスト噴射量1のフィードバック量FB1を演算する部分である。すなわち、ステップ55ではフィルタ41の実ベッド温度rTbedと第1目標ベッド温度上限値(tTbed1+ε)とを、またステップ56ではフィルタ41の実ベッド温度rTbedと第1目標ベッド温度下限値(tTbed1−ε)とを比較する。実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度上限値(tTbed1+ε)を超えているときにはステップ57に進んでフィードバック量(初期値はゼロ)FB1を所定値Δ1だけ減量し、これに対して実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度下限値(tTbed1−ε)を下回っているときにはステップ58に進んでフィードバック量FB1を所定値Δ1だけ増量する。一方、実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度上限値と第1目標ベッド温度下限値との間に収まっているときにはステップ59に進んでフィードバック量FB1をそのまま維持する。
【0096】
上記の所定値Δ1は一定値でもよいし、実ベッド温度rTbedと第1目標ベッド温度tTbed1の差に比例させて与えてもかまわない。
【0097】
ステップ60ではこのようにして求めたフィードバック量FB1を基本ポスト噴射量1に加算した値をポスト噴射量1として算出する。
【0098】
図示しない燃料噴射制御フローでは、このように得られるポスト噴射量1、ポスト噴射時期1を用いて中期でのポスト噴射(1サイクル当たり1回のポスト噴射)が行われる。ここで、フィードバック量FB1は負の値を採りうるので、ポスト噴射量1はゼロになり得る(ステップ57、60)。このときには、フィルタ41内のパティキュレートが活発に燃焼して、ポスト噴射1により排気温度上昇制御を行う必要がないことを意味している。
【0099】
〔1〕−3.第2目標ベッド温度への維持制御:
図21のフロー(図5ステップ8のサブルーチン)は第2目標ベッド温度tTbed2への維持制御を行うためのものである。
【0100】
ステップ71、72は図11のステップ31、32と同じであり、実ベッド温度rTbedを算出する。ステップ73、74、75、76ではエンジン回転速度Neとメイン燃料噴射量Qfとから図22、図23、図24、図25を内容とするマップを検索することによりポスト噴射量1、ポスト噴射時期1、基本ポスト噴射量2、ポスト噴射時期2を演算する。
【0101】
ポスト噴射量1は前期でのポスト噴射量(前段ポスト噴射量1、後段ポスト噴射量1)と同様であり、ベースの排気温度と触媒活性温度の差に比例する値を与える。中期でのポスト噴射量1との関係では、後期でのポスト噴射量1のほうが多くなり(図3最下段参照)、これによって排気温度が上昇しフィルタの再生速度が上昇する。
【0102】
基本ポスト噴射量2は、後段ポスト噴射量2と同様であり、フィルタ入口温度T1と第2目標ベッド温度tTbed2の差に比例する値を与える。つまり、第2目標ベッド温度tTbed2からの差が大きいほど大きな値の基本ポスト噴射量2を与える。ここで、フィルタ入口温度T1は低負荷低回転速度側のほうが低いので、これに対応して低負荷低回転速度側になるほど基本後段ト噴射量2を大きくしている(図24参照)。
【0103】
ステップ77〜81はフィルタ41の実ベッド温度rTbedが第2目標ベッド温度tTbed2と一致するようにポスト噴射量2のフィードバック量FB22を演算する部分である。すなわち、ステップ77ではフィルタ41の実ベッド温度rTbedと第2目標ベッド温度上限値(tTbed2+ε)とを、またステップ78ではフィルタ41の実ベッド温度rTbedと第2目標ベッド温度下限値(tTbed2−ε)とを比較する。
【0104】
ここで、後期で用いる第2目標ベッド温度tTbed2は、前期、中期で用いる第1目標ベッド温度tTbed1より高くしている。これは、再生処理の後期にはパティキュレートが燃焼しにくく(壁温で冷却されるため)、フィルタ41の再生速度を中期と同じに維持するためには目標ベッド温度を上げる必要があるためである。
【0105】
実ベッド温度rTbedが第2目標ベッド温度上限値(tTbed2+ε)を超えているときにはステップ79に進んでフィードバック量(初期値はゼロ)FB22を所定値Δ22だけ減量し、これに対して実ベッド温度rTbedが第2目標ベッド温度下限値(tTbed2−ε)を下回っているときにはステップ80に進んでフィードバック量FB22を所定値Δ22だけ増量する。一方、実ベッド温度rTbedが第2目標ベッド温度上限値と第2目標ベッド温度下限値との間に収まっているときにはステップ81に進んでフィードバック量FB22をそのまま維持する。
【0106】
上記の所定値Δ22は一定値でもよいし、実ベッド温度rTbedと第2目標ベッド温度tTbed2の差に比例させて与えてもかまわない。
【0107】
ステップ82ではこのようにして求めたフィードバック量FB22を基本ポスト噴射量2に加算した値をポスト噴射量2として算出する。
【0108】
図示しない燃料噴射制御フローでは、このように得られるポスト噴射量1、後段ト噴射時期1、ポスト噴射量2、ポスト噴射時期2を用いてポスト噴射(1サイクル当たり2回のポスト噴射)が行われる。
【0109】
〔2〕酸素濃度制御:
〔2〕−1.中期の酸素濃度制御(第1酸素濃度制御):
図26にパティキュレート堆積量(PM堆積量)が多い状態(つまり中期)で再生処理を行ったときのフィルタ入口温度、排気中酸素濃度とフィルタ41のベッド温度の最高温度との関係を示すと、パテキュレート堆積量が多いため曲線と曲線の間の間隔が短く、これは温度勾配が急であることを表している。
【0110】
このようにパティキュレート堆積量が多い状態では、低酸素濃度側に目標酸素濃度の制御範囲を設けることで、フィルタ41のベッド温度の許容最高温度内でフィルタ41の再生処理を行うことができる。
【0111】
ここで、排気中の目標酸素濃度は空燃比に換算すると理論空燃比よりリーン側(例えば空気過剰率で1.5程度)である。パティキュレート堆積量が多い状態で高濃度の酸素があると、パティキュレートの燃焼速度が大きいためにフィルタ41に堆積しているパティキュレートが急激に燃えるので、これを抑えるため排気中の目標酸素濃度を低酸素濃度に設定している。
【0112】
また、目標酸素濃度の制御範囲に幅を設けているのは、バラツキと過渡時の制御遅れとを考慮したものである。
【0113】
〔2〕−2.後期の酸素濃度制御(第2酸素濃度制御):
図27には今度は、パティキュレート堆積量が少ない状態(つまり後期)で再生処理を行ったときのフィルタ入口温度、排気中酸素濃度とフィルタ41のベッド温度の最高温度との関係を示し、パティキュレート堆積量が少ない状態では曲線と曲線の間隔が広がり(温度勾配が緩やかとなり)、かつベッド温度の許容最高温度の位置も図26の場合より右方向に移動している。
【0114】
このため、パティキュレート堆積量が少ない状態では、排気中の酸素濃度を中期に比べ大きくしても、フィルタ41の再生処理中のベッド温度の最高温度を許容最高温度以下に保つことができるので、後期には図中1)のように中期よりも目標酸素濃度を大きくする。これによって十分な酸素を供給してパティキュレートの燃焼速度を大きくし、フィルタ41に燃え残っているパティキュレートの総てを短期間で完全に燃え切らせることが可能となる。さらに、図中2)のようにフィルタ入口温度の目標値tT1をも上昇させることで、さらに再生処理時間の短縮とパティキュレートの再生効率の向上を図ることができる。
【0115】
〔2〕−3.酸素濃度制御の制御結果:
図28に本実施形態による排気中酸素濃度の制御目標(目標酸素濃度)とその制御結果としての実際の排気中酸素濃度の変化を示す。図示のように中期に低酸素濃度に制御されていたものが、後期になると、それより高い酸素濃度へと切換えられている。なお、中期、後期を除く他の期間(前期を含む)では排気中酸素濃度が激しく変化している。これは、他の期間ではもともと排気中の酸素濃度制御を行っていないこと、また加速や減速が繰り返される過渡時のものであるからである。
【0116】
図28は排気中の目標酸素濃度を低濃度から高濃度へと単純に2段階に切換えるものであるが、図29のように、中期の後半部分で徐々に目標酸素濃度を大きくして後期の目標酸素濃度に滑らかにつなぐことにより、図28の場合より再生処理期間の短縮を図ることも可能である。
【0117】
〔2〕−4.酸素濃度制御手段:
排気中の目標酸素濃度をtRO2[%]、この目標酸素濃度tRO2が得られるときの空気過剰率を目標空気過剰率tλとすると、次式が成立する。
【0118】
tλ=21/(21−tRO2)…(3)
ただし、21:新気中の酸素濃度[%]、
なお、(3)式は燃焼による作動ガスのモル増加を考慮していないが、制御精度をさらに向上させるためにこの効果を(3)式に入れることもできる。
【0119】
(3)式の目標空気過剰率tλを得るための制御には吸入新気量の制御と、燃料噴射の制御とがある。
【0120】
〔2〕−4−1.吸入新気量の制御:
(3)式の目標空気過剰率tλを得るための吸入新気量をtQaとすれば、燃料噴射量Qfとの間に次式が成立する。
【0121】
tQa=Qf×理論空燃比×tλ…(4)
(3)式を(4)式に代入すると次式が得られる。
【0122】
tQa=Qa×理論空燃比×21/(21−tRO2)…(5)
従って、(5)式の目標吸入新気量tQaが得られるように吸入新気量を制御する。
【0123】
この場合、吸入新気量制御手段により、カバーできる運転領域が図30に示したように異なるので、吸入新気量制御手段に応じて次のように酸素濃度制御を行う。
【0124】
▲1▼吸入新気量制御手段が可変容量ターボ過給機21のとき:
R6、R7、R8の領域では可変容量ターボ過給機21により吸入新気量を制御する。例えば、可変ノズル24の開度を小さくするとタービン22の回転速度が高くなり、吸入新気量を増やす(酸素濃度を大きくする)ことができる。この逆に可変ノズル24の開度を大きくするとタービン22の回転速度が低くなり、吸入新気量を減らすことができる。
【0125】
▲2▼吸入新気量制御手段がEGR装置のとき:
R7、R8の領域ではEGR弁6(EGR装置)により吸入新気量を制御する。例えば、EGR率やEGR量を増加すれば吸入新気量を減らすことが、この逆にEGR率やEGR量を小さくすれば吸入新気量を増やすことができる。
【0126】
▲3▼吸入新気量制御手段が吸気絞り弁42(吸気絞り装置)のとき:
R8の領域では吸気絞り弁42により吸入新気量を制御する。例えば、吸気絞り弁42を閉じれば吸入新気量を減らすことが、この逆に吸気絞り弁42を戻せば吸入新気量を増やすことができる。
【0127】
〔2〕−4−2.燃料噴射の制御:
上記(5)式の目標空気過剰率tλを得るための目標燃料噴射量をtQfとすれば、吸入新気量Qaとの間に次式が成立する。
【0128】
Qa=tQf×理論空燃比×tλ…(6)
(3)式、(6)式を目標燃料噴射量tQfについて解くと次式が得られる。
【0129】
tQf=Qa×(1/理論空燃比)×(21−tRO2)/21…(7)
従って、(7)式の目標燃料噴射量tQfが得られるように燃料噴射を制御する。
【0130】
この場合、燃料噴射制御手段によりカバーできる運転領域が図31に示したように異なるので、燃料噴射制御手段に応じて次のように酸素濃度制御を行う。
【0131】
領域R9:メイン噴射時期を遅角しつつ(7)式の目標燃料噴射量tQfが得られるように燃料噴射を制御する。
【0132】
領域R10:メイン噴射時期の遅角とポスト噴射を行いつつ(7)式の目標燃料噴射量tQfが得られるように燃料噴射を制御する。ポスト噴射量を増加すれば燃料噴射量を増加する(酸素濃度を小さくする)ことができる。ポスト噴射はエンジンの膨張行程で行うため、トルク増加をあまり伴わずに噴射量の増加を行うことができる。そしてトルク増加分はメイン噴射量を減少してコントロールする。
【0133】
領域R11:ポスト噴射と吸気絞りとメイン噴射時期とにより燃料噴射量を制御する。例えば吸気絞りを行うとポンピングロスが増加するため、これを補う分だけポスト噴射量を増加できる。また、このときのメイン噴射時期は噴射量を制御しない場合よりも進角側に制御する。
【0134】
〔2〕−4−3.排気中酸素濃度のフィードバック制御:
上記の〔2〕−4−1、〔2〕−4−2での制御はオープンループ制御であるが、フィードバック制御を行わせることもできる。例えばエアフローメータ35出力より検出される実際の吸入新気量が上記(5)式の目標吸入新気量tQaと一致するように、あるいは実際の燃料噴射量が上記(7)式の目標燃料噴射量tQfと一致するようにフィードバック制御する。
【0135】
また、排気通路2に排気中の実際の酸素濃度を検出するセンサ(例えば広域空燃比センサ)を設けておき、このセンサにより検出される排気中の実際の酸素濃度が目標酸素濃度と一致するようにフィードバック制御を行わせることもできる。
【0136】
ここで、本実施形態の作用を図3を参照しながら説明すると、同図は上から再生速度、フィルタのベッド温度、パティキュレート堆積量、ポスト噴射の期間及び時期、排気中の目標酸素濃度の動きをモデル的に示している。なお、第2段目においては本実施形態の場合を実線で、これに対して従来装置の場合を破線で示している。
【0137】
(1)再生処理の前期:
前期には実ベッド温度rTbedが触媒活性温度に達する前の前段で排気温度上昇を目的とするポスト噴射1のみを行い、実ベッド温度rTbedが触媒活性温度に達した後の後段になると、HCの供給することを目的とするポスト噴射2を追加して、HCを活性状態にある触媒へと供給するので、触媒では酸化触媒反応による発熱が生じ、これによりベッド温度が第1目標ベッド温度へと急速に上昇している。
【0138】
(2)再生処理の中期:
▲1▼フィルタのベッド温度がパティキュレートが自着火する温度である第1目標ベッド温度に維持した状態で、最下段のように排気中の目標酸素濃度を低濃度側に設定して、フィルタ41に堆積しているパティキュレートの燃焼速度を抑制するので、フィルタのベッド温度の最高温度が許容最高温度を上回ることがなく、これによりフィルタ41の耐久性が損なわれることがない。
【0139】
▲2▼排気温度を低下させることによりパティキュレートの燃焼速度を抑制する方法もあるが、この排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法だと、排気やフィルタ41の熱慣性の影響を受けて制御の応答性が悪くなる。これに対して本実施形態では、こうした排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法でないため排気やフィルタ41の熱慣性の影響を排除でき、制御応答性がよく制御の信頼性が高い。
【0140】
▲3▼排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法だと、パティキュレートの燃焼速度を抑えようと排気温度を低下させたとき、これに伴ってフィルタ41のベッド温度が目標ベッド温度以下に低下するようだと再生不良が生じ得る。これに対して本実施形態では、第1目標ベッド温度を保ちつつ、パテキュレートの燃焼速度の抑制は酸素濃度制御で行うので、パテキュレートの燃焼中においても、フィルタ41のベッド温度が第1目標ベッド温度を下回ることがない。すなわち、本実施形態は、排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法でないため、フィルタ41のベッド温度を第1目標ベッド温度より低下させる必要がなく、これによってフィルタ周辺の温度低下による再生不良を防止できる。
【0141】
(3)再生処理の後期:
第1目標ベッド温度よりも高い第2目標ベッド温度に維持した状態で最下段のように排気中の目標酸素濃度を中期の段階より大きくすることで、再生処理の終了間近にフィルタ41に残存するパティキュレートの総てを迅速にかつ確実に燃え切らせることができ、これにより再生処理時間の短縮、ならびにほぼ完全なフィルタ再生を図ることができる。
【0142】
その結果、本実施形態では次の効果が得られる。
【0143】
(1)再生処理時間の短縮:
再生処理に要する燃料消費の増加を最小限とし、燃費悪化を抑制できる。再生処理中の高温維持時間が減少し、フィルタの熱劣化を抑制でき、排気性能の向上、寿命の延長が図れる。
【0144】
(2)完全再生の実現:
燃え残りのパティキュレートによる圧損上昇がなくなるので燃費悪化を防止できる。また、燃え残りパティキュレートの上に新たなパティキュレートが堆積して生じる不均一パティキュレート堆積は、局所的な急激なパティキュレート燃焼を引き起こし、その部分で耐久性が低下する可能性があるが、これを防止できる。
【0145】
実施形態では、再生処理の前期、中期、後期を時間で切り分ける場合で説明したが、これに限られるものでなく、中期、後期への移行判定には次のような方法がある。
【0146】
(a)前期において中期への移行を判定する他の方法:実ベッド温度rTbedと第1目標ベッド温度tTbed1を比較し、実ベッド温度rTbedが第1目標ベッド温度tTbed1に到達すれば中期に移行する。
【0147】
(b)中期において後期への移行を判定する他の方法:パティキュレートの燃焼がかなり進行して燃え尽きてくると、フィルタ入口温度T1よりフィルタ出口温度T2のほうが低くなる。従って、フィルタ出口温度T2が、フィルタ入口温度T1より所定値(例えば数十℃)を差し引いた値(つまりしきい値)を下回ったとき、後期に移行する。
【0148】
さて、図3第4段目からも分かるように後段ポスト噴射量2は多い。このため、図32下段に破線で示したように実ベッド温度rTbedが触媒活性温度(240℃)に達したタイミングでこの多い量の後段ポスト噴射量2をステップ的に与えると、パティキュレートの再燃焼中のベッド温度が異常に温度上昇する(図32上段の破線参照)。これは、実ベッド温度が触媒活性温度に達した時点でステップ的に変化する目標値(マップ値)を与えて後段ポスト噴射2を行うと、その噴射燃料が触媒上で気化潜熱を奪うために実ベッド温度の低下を招き、蒸発できない燃料が触媒上に残留する。そして、実ベッド温度が再び触媒活性温度まで上昇したときに、触媒上に残留するパティキュレートが急激に燃焼するためである。
【0149】
これに対処するには、図32下段の実線で示したように目標値に対して応答遅れ処理を施した値で与えることが好ましい。このように、実ベッド温度が触媒活性温度付近にあるときには目標値に対して応答遅れ処理を施した後段ポスト噴射量2を与えることで(請求項8に記載の発明)、後段ポスト噴射量2の蒸発によるベッド温度の低下を抑えることができ、触媒反応が開始するタイミングでのベッド温度の上昇を早めることができる。
【0150】
請求項2に記載の発明において、前期に昇温制御を行う手段は図5のステップ4及び図11、中期に第1目標ベッド温度維持制御を行う手段は図5のステップ6及び図18、中期に第1酸素濃度制御を行う手段は図5のステップ5、後期に第2目標ベッド温度維持制御を行う手段は図5のステップ8及び図21、後期に第2酸素濃度制御を行う手段は図5のステップ7によりそれぞれ果たされている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す概略構成図。
【図2】再生処理期間の3つの段階を示す特性図。
【図3】本実施形態の作用効果を説明するための波形図。
【図4】機能の異なるポスト噴射の使い分けを説明するための図。
【図5】再生処理の全体を説明するためのフローチャート。
【図6】再生処理フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図7】再生フェーズの設定を説明するためのフローチャート。
【図8】設定時間t1の特性図。
【図9】設定時間t2の特性図。
【図10】パティキュレート堆積量に対するフィルタ圧力損失の特性図。
【図11】昇温制御を説明するためのフローチャート。
【図12】前段ポスト噴射量1の特性図。
【図13】前段ポスト噴射時期1の特性図。
【図14】後段ポスト噴射量1の特性図。
【図15】後段ポスト噴射時期1の特性図。
【図16】基本後段ポスト噴射量2の特性図。
【図17】後段ポスト噴射時期2の特性図。
【図18】第1目標ベッド温度維持制御を説明するためのフローチャート。
【図19】ポスト噴射量1の特性図。
【図20】ポスト噴射時期1の特性図。
【図21】第2目標ベッド温度維持制御を説明するためのフローチャート。
【図22】ポスト噴射量1の特性図。
【図23】ポスト噴射時期1の特性図。
【図24】基本ポスト噴射量2の特性図。
【図25】ポスト噴射時期2の特性図。
【図26】パティキュレート堆積量が多い場合の再生処理時のベッド温度の最高温度の特性図。
【図27】パティキュレート堆積量が少ない場合の再生処理時のベッド温度の最高温度の特性図。
【図28】排気中の目標酸素濃度の設定方法を説明するための波形図。
【図29】他の実施形態の排気中の目標酸素濃度の設定方法を説明するための波形図。
【図30】吸入新気量制御手段を説明するための領域図。
【図31】燃料噴射制御手段を説明するための領域図。
【図32】後段ポスト噴射量2の変化波形図。
【符号の説明】
1 エンジン
2 排気通路
3 吸気通路
6 EGR弁
10 コモンレール式燃料噴射装置
17 ノズル(燃料噴射弁)
21 可変容量ターボ過給機
31 エンジンコントローラ
33 クランク角センサ
36 差圧センサ
37、38 温度センサ
41 フィルタ
42 吸気絞り弁
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for treating exhaust particulates of a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
To treat the exhaust particulates discharged from the diesel engine, a filter is installed in the exhaust system to collect the particulates.When a predetermined amount of particulates accumulates on the filter, the filter temperature is raised and accumulated on the filter. There are various proposals for performing a so-called filter regeneration process in which burning of the particulates is performed (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-259533
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the following three requirements generally have to be satisfied for the filter regeneration processing.
[0005]
(1) At the start of the regeneration process, it is necessary to quickly raise the bed temperature of the filter to the self-ignition temperature of the particulates deposited on the filter. For example, post injection or fuel injection timing is retarded in order to raise the temperature of the filter bed.However, rapid temperature rise is required because the longer the filter bed temperature rise period, the worse the fuel economy. is there.
[0006]
(2) When the bed temperature of the filter reaches the particulate auto-ignition temperature and the particulates burn, it is necessary to suppress the burning speed of the particulates so that the bed temperature of the filter does not exceed the allowable maximum temperature. . This is because if the burning speed of the particulates (regeneration speed of the filter) is high, a large amount of particulates deposited on the filter will burn rapidly, and the bed temperature of the filter will exceed the maximum allowable temperature, thereby causing the filter to deteriorate due to heat. This may cause durability to decrease.
[0007]
(3) It is necessary to prevent unburned particulates from remaining in the filter near the end of the regeneration process. This is because the following problem arises when unburned residue occurs in the filter.
[0008]
{Circle around (1)} Since the pressure loss of the filter does not completely disappear, the fuel efficiency deteriorates.
[0009]
{Circle around (2)} When particulates accumulate in the unburned portion, an imbalance in the accumulation distribution occurs, and the durability of the filter is reduced due to rapid combustion in that portion during the next regeneration treatment.
You.
[0010]
Therefore, the present invention provides an apparatus that satisfies the above three requirements for regeneration processing by performing two post-injections per cycle and oxygen concentration control so as to obtain a constant target regeneration speed during filter regeneration processing. The purpose is to provide.
[0011]
On the other hand, in the above-described conventional apparatus, one post-injection is performed per cycle before the catalyst is activated, and two post-injections are performed per cycle after the catalyst is activated.
[0012]
However, the conventional apparatus cannot merely meet the requirement (1) above, that is, only raise the bed temperature of the filter, and therefore cannot meet the requirement (2). That is, when the bed temperature of the filter reaches the self-ignition temperature of the particulate, the particulate burns vigorously and the regeneration speed of the filter rapidly increases. Even at this stage, if the post-injection is performed twice per cycle as in the conventional apparatus, the regeneration speed may be too high beyond the target, and the bed temperature of the filter may rise above the limit temperature. On the other hand, in the present invention, after the filter bed temperature reaches the auto-ignition temperature of the particulates, two post-injections per cycle are stopped to perform one post-injection per cycle, and exhaust gas is exhausted. By performing the first oxygen concentration control in which the target oxygen concentration in the medium is set to a low concentration, the regeneration speed is prevented from exceeding the target regeneration speed, and thus the bed temperature of the filter is increased by the catalytic reaction. The technical idea is different between the conventional device that attempts to make it work and the present invention that focuses on the regeneration speed of the filter.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in an exhaust gas purifying apparatus for an engine that includes a filter for collecting particulates in an exhaust passage, and performs a filter regeneration process when the filter regeneration time comes, a constant target regeneration speed can be obtained during the filter regeneration process. Thus, the regeneration processing means for performing the post injection twice per one cycle of the engine and controlling the oxygen concentration of the exhaust gas is provided. Specifically, the filter regeneration processing period is composed of the first half, the middle half, and the second half, and in the first half, the temperature rise control is performed to control the first target bed temperature so that the regeneration speed increases to the target regeneration speed. The first target bed temperature maintenance control for maintaining the first target bed temperature so that the regeneration speed becomes smaller than the target regeneration speed and the first oxygen concentration control for setting the target oxygen concentration in the exhaust gas to a low concentration are performed. Second target bed temperature maintenance control for maintaining a second target bed temperature higher than the first target bed temperature so that the regeneration speed increases to the target regeneration speed, and second oxygen in which the target oxygen concentration in the exhaust gas is set to a high concentration Perform density control.
[0014]
【The invention's effect】
According to the reproduction processing means of the present invention, the following effects can be obtained.
[0015]
(1) In the first period, the bed temperature of the filter can be rapidly raised to the first target bed temperature, which is the temperature at which the particulates self-ignite.
[0016]
(2) In the middle period, the first oxygen concentration control is performed in a state where the bed temperature of the filter is maintained at the first target bed temperature at which the particulates self-ignite. The target oxygen concentration in the exhaust is set to a low oxygen concentration so that a large amount of particulates deposited on the filter does not burn rapidly, so that the filter bed temperature does not exceed the maximum allowable temperature. This does not impair the durability of the filter.
[0017]
There is also a method of suppressing the burning rate of particulates by lowering the exhaust gas temperature. However, with this method of controlling the burning rate of particulates based on the exhaust gas temperature, the response of the control is affected by the thermal inertia of the exhaust gas and the filter. Poor, it is difficult for the particulates to burn rapidly, and controllability is poor. On the other hand, in the present invention, since the particulate combustion speed control method is not based on the exhaust gas temperature, the influence of the thermal inertia of the exhaust gas and the filter can be eliminated, and the control response is good and the control reliability is high.
[0018]
(3) In the latter period, the target oxygen concentration is made higher than that at the time of the first oxygen concentration control and sufficient oxygen is supplied while maintaining the second target bed temperature higher than the first target bed temperature, so that the regeneration process is performed. The particulates remaining in the filter near the end can be quickly and reliably burned out.
[0019]
As described above, the present invention satisfies all of the requirements in the first, middle, and late stages of the regeneration process, so that the regeneration process period can be shortened and almost complete filter regeneration can be achieved.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
[0022]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a diesel engine, and a diaphragm type EGR valve 6 responsive to a control pressure from a pressure control valve (not shown) is provided in an EGR passage 4 connecting an exhaust passage 2 and a collector portion 3a of an intake passage 3. Have. The pressure control valve is driven by a duty control signal from the engine controller 31 so as to obtain a predetermined EGR rate according to the operating conditions.
[0023]
The engine includes a common rail type fuel injection device 10. The fuel injection device 10 mainly includes a fuel tank (not shown), a supply pump 14, a common rail (pressure accumulating chamber) 16, and a nozzle 17 provided for each cylinder. And the high-pressure fuel in the accumulator 16 is distributed to the nozzles 17 for the number of cylinders.
[0024]
The nozzle 17 (fuel injection valve) includes a needle valve, a nozzle chamber, a fuel supply passage to the nozzle chamber, a retainer, a hydraulic piston, a return spring, and the like. A three-way valve (not shown) is provided in the fuel supply passage to the hydraulic piston. Is equipped. When the three-way valve (electromagnetic valve) is OFF, the needle valve is in a seated state, but when the three-way valve is ON, the needle valve rises and fuel is injected from the injection hole at the tip of the nozzle. That is, the fuel injection start timing is adjusted by the switching timing of the three-way valve from OFF to ON, and the fuel injection amount is adjusted by the ON time. If the pressure in the accumulator 16 is the same, the longer the ON time, the larger the fuel injection amount. Become.
[0025]
The exhaust passage 2 downstream of the opening of the EGR passage 4 is provided with a variable-capacity turbocharger 21 in which a turbine 22 that converts heat energy of exhaust gas into rotational energy and a compressor 23 that compresses intake air are connected coaxially. A variable nozzle 24 driven by an actuator 25 is provided at a scroll inlet of the turbine 22. The variable nozzle 24 is controlled by the engine controller 31 so that a predetermined supercharging pressure is obtained from a low rotation speed range. The nozzle opening (inclined state) for increasing the flow rate of the exhaust gas introduced into the turbine 22 is controlled to the nozzle opening degree (fully opened state) by introducing the exhaust gas to the turbine 22 without resistance on the high rotational speed side.
[0026]
The actuator 25 includes a diaphragm actuator 26 that drives a variable nozzle 26 in response to a control pressure, and a pressure control valve 27 that adjusts a control pressure applied to the diaphragm actuator 26. A duty control signal is generated so as to achieve the target nozzle opening, and the duty control signal is output to the pressure control valve 27.
[0027]
The engine controller 31 to which signals from the accelerator sensor 32, the sensor 33 for detecting the engine rotational speed and the crank angle, the water temperature sensor 34, and the air flow meter 35 are input, the target EGR rate, the target supercharging pressure, EGR control and supercharging pressure control are performed in a coordinated manner so that
[0028]
A filter 41 for collecting particulates in the exhaust gas is installed in the exhaust passage 2. The filter 41 carries an oxidation catalyst. When the amount of particulates accumulated in the filter 41 reaches a predetermined value, the exhaust gas temperature is raised to burn and remove the particulates accumulated in the filter 41.
[0029]
In order to detect the pressure loss of the filter 41 (the pressure difference between the upstream and downstream of the filter 41), a differential pressure sensor 36 is provided in a differential pressure detection passage that bypasses the filter 41.
[0030]
The pressure loss ΔP of the filter 41 detected by the differential pressure sensor 36 is sent to the engine controller 31 together with the filter inlet temperature T1 from the temperature sensor 37 and the filter outlet temperature T2 from the temperature sensor 38, and mainly includes a microprocessor. The engine controller 31 performs the regeneration processing of the filter 41 based on these. That is, although the period of the reproduction process of the filter 41 is divided in time series into three periods of the first period (time of t1), the middle period (time of t2), and the second period (time of t3) as shown in FIG. Two post-injections with different functions per cycle and oxygen concentration control are performed per cycle so that a constant target regeneration speed can be obtained throughout the entire regeneration process.
[0031]
This will be further described with reference to FIGS. In FIG. 3, the fourth stage shows the characteristics of the post-injection according to this embodiment, and the bottom stage shows the characteristics of the target oxygen concentration in the exhaust gas according to this embodiment.
[0032]
Here, a post injection having a different function is introduced (see the upper part of FIG. 4). That is, the post-injection 1 is set at an injection timing (TDC to ATDC 60 deg) close to the main injection for the purpose of directly increasing the exhaust gas temperature by burning in the cylinder. On the other hand, the post-injection 2 supplies HC to the oxidation catalyst carried on the filter 41, burns HC by the catalytic reaction, and raises the bed temperature of the filter 41. It is set at the time when no combustion occurs (ATDC 60 deg or later).
[0033]
<1> First half:
In the former stage where the bed temperature of the filter 41 is lower than the catalyst activation temperature (approximately 240 ° C.), post-injection 1 is executed in order to activate the catalyst earlier (see the lower left of FIG. 4). At this time, the post injection 2 is not performed because the reaction of HC is not performed by the catalyst.
[0034]
When the bed temperature of the filter 41 becomes later than the catalyst activation temperature, the post-injection 2 is executed in addition to the post-injection 1 to further raise the bed temperature. When the bed temperature of the filter 41 rises and reaches the first target bed temperature (about 600 ° C.) tTbed1, the first period is ended and the next stage is shifted to the middle period.
[0035]
Here, the transition from the former stage to the latter stage is performed based on whether or not the actual bed temperature rTbed of the filter 41 has reached the catalyst activation temperature. The actual bed temperature of the filter 41 is estimated based on signals from temperature sensors 37 and 38 provided before and after the filter 41.
[0036]
However, the target oxygen concentration in the exhaust gas is not determined during the period of the first half, and therefore, the oxygen concentration control is not performed.
[0037]
<2> Medium term:
In order to suppress the burning speed of particulates deposited on the filter 41 (regeneration speed of the filter), the target oxygen concentration in the exhaust gas is set to a low concentration as shown in the lowermost part of FIG. The oxygen concentration control (first oxygen concentration control) is performed so as to obtain the oxygen concentration.
[0038]
In addition, the post-injection amount of the post-injection 1 is feedback-controlled so that the actual bed temperature of the filter 41 matches the first target bed temperature tTbed1 (see the lower part of FIG. 4). When the particulates in the filter 41 are actively burning and the first target bed temperature is maintained, the post-injection 1 is not performed.
[0039]
By controlling the oxygen concentration in the exhaust gas so as to obtain the target oxygen concentration set at a low concentration and controlling the temperature to maintain the first target bed temperature, the particulates deposited on the filter 41 burn rapidly. Burning proceeds without.
[0040]
<3> Second term:
In order to completely burn out the particulates remaining in the filter 41 near the end of the regeneration process, the target oxygen concentration in the exhaust gas is set higher than that in the middle stage as shown in the lowermost part of FIG. Control (second oxygen concentration control) is performed so that is obtained.
[0041]
In the latter period, post-injection 2 is performed in addition to post-injection 1, so that the actual bed temperature of the filter 41 matches the second target bed temperature tTbed2 (about 650 ° C.) higher than the first target bed temperature tTbed1. The post-injection amount of post-injection 2 is feedback-controlled (see the lower right in FIG. 4).
[0042]
By controlling the oxygen concentration in the exhaust gas so as to obtain the target oxygen concentration set at a high concentration as described above and performing control to maintain the second target bed temperature higher than in the middle period, the regeneration efficiency is increased, and the complete regeneration is achieved. Approaching 100%.
[0043]
The following is the basis of this idea. That is, when the exhaust gas temperature is kept constant, the particulates deposited on the filter gradually start to burn at the start of the regeneration process, and eventually burn as a lump, and then fall down and the combustion ends. I do. The regeneration speed represents this combustion state. Therefore, as shown by the solid line at the top of FIG. 3, the reproduction speed gradually increases from the start of the reproduction process to a peak, and thereafter decreases. The bed temperature of the filter changes as if to match such a change in the regeneration speed (see the broken line in the second row in FIG. 3).
[0044]
Here, the uppermost part of FIG. 3 shows a temporal change in the regeneration speed when the filter is viewed as a lump, but in actuality, the particulate distribution and gas flow distribution in the filter are not uniform, and the spatial distribution is not uniform. Also, the reproduction speed is uneven.
[0045]
What is troublesome when there is a change (unevenness) in the reproduction speed over time or space is that unburned particulates occur in the filter 41. If there is unburned particulates, the unburned particulates will be generated during the next regeneration process. The remaining particulates also burn, and the bed temperature of the filter rises by that much. Therefore, a regeneration speed (depending on the material and capacity of the filter, but, for example, 2 to 3 g / min) is selected as a target value (target regeneration speed) such that no unburned portion is generated and combustion is not excessively intense. Then, it is desirable to control the target reproduction speed to the target reproduction speed over the entire section of the reproduction process. Then, the playback speed must be increased in the latter half of the playback process, the playback speed decreases in the middle stage of the playback process, and the playback speed increases in the later stage of the playback process (see FIG. 3 See the top row). In the present invention, post-injection and oxygen concentration control are used in combination to obtain such a constant target regeneration speed.
[0046]
Next, the details of these controls performed by the engine controller 31 will be described in detail.
[0047]
The flowchart in FIG. 5 is a main routine for performing the reproduction process, and this flow is executed at regular intervals (for example, every 10 ms).
[0048]
In step 1, the reproduction processing flag is checked. The setting of the reproduction processing flag will be described with reference to the flow of FIG.
[0049]
The flow of FIG. 6 is executed every predetermined time (for example, every 10 ms) separately from FIG. In FIG. 6, in step 11, the pressure loss ΔP of the filter 41 is read from the output of the differential pressure sensor 36.
[0050]
In step 12, the reproduction processing flag is checked. The reproduction processing flag is a flag that becomes 1 when a reproduction processing condition described later is satisfied. Since the initial value is set to zero when the engine is started, the process proceeds to steps 13 and 14 before the regeneration processing conditions are satisfied, and the regeneration processing conditions are checked. The satisfaction of the regeneration processing condition is that the pressure loss ΔP of the filter 41 exceeds the regeneration start determination value ΔPHmax and is in the regeneration execution condition.
[0051]
Here, the regeneration execution condition is satisfied, for example, when the operating condition determined by the engine speed and the fuel injection amount (corresponding to the engine load) is in a predetermined region excluding a low load region near idling or idle.
[0052]
The reason that the regeneration execution condition is not satisfied in the region that is a low load region near idling or idling is that the exhaust temperature is originally low during idling, and the bed temperature of the filter 41 is reduced even after performing post injection and intake throttle. This is because the temperature cannot be increased to the first target bed temperature tTbed1.
[0053]
Therefore, when the pressure loss ΔP is equal to or less than the regeneration start determination value ΔPHmax or when the operating condition of the engine is not the regeneration execution condition, the current process is terminated as it is.
[0054]
When the pressure loss ΔP of the filter 41 exceeds the regeneration start determination value ΔPHmax and the operating condition determined by the engine speed and the fuel injection amount is the regeneration execution condition, it is determined that the regeneration process can be performed, and the process proceeds to step 15 to perform regeneration. It is assumed that the processing flag = 1.
[0055]
Because the reproduction process flag = 1, it is not possible to proceed from step 12 to step 13 from the next time, so the process is terminated.
[0056]
Returning to FIG. 5, when the reproduction processing flag is 1 in step 1, the processing proceeds to step 2 and subsequent steps to perform the reproduction processing. In step 2, a reproduction phase is set. The setting of the reproduction phase will be described with reference to the flow of FIG.
[0057]
The flow of FIG. 7 (the subroutine of step 2 in FIG. 5) is for comparing the elapsed time T from the start of the reproduction process with the set times t1, t2, and t3 to set the first, middle, and late stages of the reproduction phase. It is.
[0058]
In step 21, the reproduction end flag is checked. Since the reproduction end flag is initially set to zero, the process proceeds to step 22 to check the reproduction processing flag. When the reproduction processing flag is 0, the current processing is terminated.
[0059]
When the reproduction processing flag is 1, the routine proceeds to step 23, where the timer value T (initial setting to zero) is
T = Tz + ΔT (1)
Where ΔT: calculation cycle (= 10 ms),
Tz: previous value of the timer value,
Is incremented by the following equation. This timer is for measuring the elapsed time from the start of the reproduction processing (that is, the reproduction processing time).
[0060]
In steps 24 and 25, each period of the regeneration phase is set as follows based on the timer value T and the set times t1, t2 and t3 (see FIG. 2).
[0061]
(1) When T <t1:
The process proceeds from step 24 to step 26 to set the regeneration phase to the first half.
[0062]
(2) When t1 ≦ T <t1 + t2:
The process proceeds from step 24 to step 27, where the regeneration phase is set to the middle stage.
[0063]
(3) When t1 + t2 ≦ T <t1 + t2 + t3:
The process proceeds from Steps 24 and 25 to Step 28 to set the reproduction phase to the latter period.
[0064]
(4) When t1 + t2 + t3 ≦ T:
At this time, it is determined that the reproduction process has been completed, and the process proceeds from Steps 24 and 25 to Step 29 to set the reproduction end flag = 1. Further, in order to prepare for the next reproduction process, the reproduction process flag = 0 and the timer value T = 0 in steps 30 and 31.
[0065]
The set times t1, t2, and t3 used in step 24 may be constant values, but here, t1 and t2 are set as variable values as follows.
[0066]
FIG. 8 is an example of setting t1 with respect to the actual bed temperature at the start of the regeneration process. In order to regenerate the filter 41, it is necessary to increase the temperature to a first target bed temperature tTbed1, which is a temperature at which the particulates accumulated on the filter 41 can self-ignite and burn. This is the time required to raise the temperature to one target bed temperature tTbed1. This time t1 becomes smaller as the bed temperature at the start of the reproduction process becomes higher as shown in FIG. This is because if the bed temperature at the start of the regeneration process is high, the time required to raise the bed temperature of the filter 41 to the first target bed temperature tTbed1 may be short.
[0067]
In a temperature range equal to or higher than tTbed1, t1 = 0. This is because the particulates deposited on the filter 41 self-ignite and burn in the temperature range of tTbed1 or higher without performing the temperature increase control. At this time, t1 is set to zero and the process immediately shifts to the middle stage of the next stage. That's why.
[0068]
Further, the bed temperature at the start of the regeneration process is a constant value in a temperature range lower than the predetermined value Ta. This is a constant value because the temperature of the filter 41 cannot be raised to the target bed temperature tTbed1 in the temperature range lower than Ta even if the filter 41 is heated.
[0069]
In FIG. 8, the actual bed temperature at the start of the regeneration process on the horizontal axis is based on two temperatures T1 and T2 detected by temperature sensors 37 and 38 provided before and after the filter 41 at the start of the regeneration process.
rTbed = b1 · T1 + b2 · T2 (2)
Here, Tbed: bed temperature at the start of the regeneration process,
b1, b2: constants,
It may be estimated (calculated) by the following equation. B1 and b2 in the equation (2) are values determined by experiments.
[0070]
FIG. 9 is an example of setting t2 with respect to the particulate accumulation amount (abbreviated as PM accumulation amount in the figure) at the start of the regeneration process. After raising the bed temperature of the filter 41 to the first target bed temperature tTbed1, the particulates accumulated on the filter 41 self-ignite and burn. In this case, when the oxygen concentration in the exhaust gas is sufficiently large (in terms of the air-fuel ratio, the predetermined value A leaner than the stoichiometric air-fuel ratio), a large amount of particulates deposited on the filter 41 burns rapidly. As a result, the bed temperature of the filter 41 rises above the allowable maximum temperature Tmax, and the filter 41 may be thermally degraded and the durability may be reduced. Therefore, the oxygen concentration is low enough that a large amount of particulates deposited on the filter 41 does not rapidly burn (the predetermined value B on the lean side of the stoichiometric air-fuel ratio on the lean side of the stoichiometric air-fuel ratio and on the rich side of the above A). ) Is t2. This time t2 becomes longer as the amount of particulates accumulated at the start of regeneration increases.
[0071]
When the particulate accumulation amount at the start of the regeneration process is equal to or larger than the maximum particulate accumulation amount pmax, t2 is fixed.
[0072]
Further, when the particulate accumulation amount at the start of the regeneration process is equal to or less than the predetermined value p, t2 = 0. This is because, in the case of a particulate accumulation amount equal to or less than p, the middle stage is omitted and the process shifts to the latter stage, and even if all of them are burned at once, the rise in the bed temperature of the filter 41 is small, and the bed temperature of the filter 41 is low. Since the maximum allowable temperature Tmax is not reached, the middle stage is omitted and the process immediately shifts to the second stage. That is, the predetermined value p is set near the maximum amount of the particulate deposition amount in which the bed temperature of the filter 41 does not exceed the allowable maximum temperature in the latter period without passing through the middle period.
[0073]
In FIG. 9, the particulate accumulation amount at the start of the regeneration process on the horizontal axis may be calculated by searching a table having the contents shown in FIG. 10 from the pressure loss of the filter at the start of the regeneration process.
[0074]
When the setting of each stage of the reproduction phase of FIG. 7 has been completed in this way, the process returns to FIG. 5. In step 3, it is determined which stage of the reproduction phase the current processing timing is, and each control is performed as follows. I do. That is, in the first half, the process proceeds to step 4 to perform a temperature increase control for controlling the first target bed temperature tTbed1 so that the regeneration speed increases to the target regeneration speed.
[0075]
In the middle period, the process proceeds to steps 5 and 7, and the first target bed maintenance control for maintaining the first target bed temperature tTbed1 so that the regeneration speed decreases to the target regeneration speed, and the target oxygen concentration in the exhaust gas is set to a low concentration. First oxygen concentration control is performed. In the latter period, the process proceeds to steps 6 and 7, the second target bed maintenance control for maintaining the second target bed temperature tTbed2 higher than the first target bed temperature tTbed1 such that the regeneration speed increases to the target regeneration speed, and the target oxygen in the exhaust gas. The second oxygen concentration control in which the concentration is set to a high concentration is performed.
[0076]
Here, the control in steps 4 to 8 in FIG. 5 will be further described separately for post-injection and oxygen concentration control.
[0077]
[1] Post injection:
[1] -1. Temperature control:
The flow of FIG. 11 (subroutine of step 4 in FIG. 5) is for performing the temperature rise control.
[0078]
In step 31, the engine speed Ne detected by the crank angle sensor 33, the main fuel injection amount Qf, the filter inlet temperature T1 detected by the temperature sensor 37, and the filter outlet temperature T2 detected by the temperature sensor 38 are read.
[0079]
In step 32, the actual bed temperature rTbed of the filter 41 is calculated from the filter inlet temperature T1 and the filter outlet temperature T2 using the above-described equation (2).
[0080]
In step 33, the post-stage flag (initial setting to zero) is checked. Here, a description will be given assuming that the post-stage flag = 0. At this time, the process proceeds to steps 34 and 35 of the pre-stage, and a map having contents shown in FIGS. 12 and 13 is obtained from the engine speed Ne and the main fuel injection amount Qf. The first post-injection amount 1 and the first post-injection timing 1 are calculated by searching.
[0081]
Since the function of the first post-injection 1 is to increase the exhaust gas temperature to the catalyst temperature, the first post-injection amount 1 basically includes the exhaust gas temperature (base exhaust gas temperature) and the catalyst activity based on only the main fuel injection amount. What is necessary is just to give a value proportional to the temperature difference. That is, the larger the difference from the catalyst activation temperature is, the larger the preceding post-injection amount 1 is given. Here, since the exhaust temperature of the base is lower on the low-load low-rotational-speed side, the front-stage post-injection amount 1 is correspondingly increased toward the low-load low-rotational-speed side (see FIG. 12).
[0082]
In step 36, the actual bed temperature rTbed of the filter 41 is compared with the catalyst activation temperature (about 240 ° C.). When the actual bed temperature rTbed is lower than 240 ° C., the current process is terminated.
[0083]
If the pre-stage post-injection amount 1 continues to be given according to the operating conditions (Ne, Qf), the actual bed temperature rTbed eventually becomes 240 ° C. or higher. At this time, the process proceeds to step 37 and the post-stage flag = 1.
[0084]
With the latter flag = 1, the process proceeds from the next step to the subsequent steps from step 33 to step 38 and thereafter.
[0085]
In steps 38, 39, 40, and 41, a post-stage post-injection amount 1, a post-stage post-injection amount are searched for from the engine rotational speed Ne and the main fuel injection amount Qf by searching a map having the contents shown in FIGS. 14, 15, 16, and 17. An injection timing 1, a basic post-stage post-injection amount 2, and a post-stage post-injection timing 2 are calculated.
[0086]
The post-stage post-injection amount 1 is the same as the post-stage post-injection amount 1, and gives a value proportional to the difference between the base exhaust temperature and the catalyst activation temperature.
[0087]
On the other hand, the function of the post-injection 2 is to supply HC to the catalyst and burn it to raise the bed temperature to the first target bed temperature. A value proportional to the difference between T1 and the first target bed temperature tTbed1 is given. That is, the larger the difference from the first target bed temperature tTbed1 is, the larger the value of the basic post-stage injection amount 2 is given. Here, since the filter inlet temperature T1 is lower on the low-load low-rotational-speed side, the basic post-stage injection amount 2 is correspondingly increased toward the low-load low-rotational-speed side (see FIG. 16).
[0088]
Steps 42 to 45 calculate the feedback amount FB21 of the post-stage post-injection amount 2 such that the actual bed temperature rTbed matches the first target bed temperature tTbed1. That is, the actual bed temperature rTbed in step 42 and the first target bed temperature upper limit (tTbed1 + ε), which is the value obtained by adding the allowable value ε (positive value) to the first target bed temperature tTbed1, and the actual bed temperature in step 43. The temperature rTbed is compared with a first target bed temperature lower limit (tTbed1-ε), which is a value obtained by subtracting the allowable value ε from the first target bed temperature tTbed1. When the actual bed temperature rTbed exceeds the first target bed temperature upper limit (tTbed1 + ε), the routine proceeds to step 44, where the feedback amount (initial value is zero) FB21 is reduced by a predetermined value Δ21 (positive value). When the actual bed temperature rTbed is lower than the first target bed temperature lower limit value (tTbed1-ε), the routine proceeds to step 45, where the feedback amount FB21 is increased by a predetermined value Δ21. On the other hand, when the actual bed temperature rTbed falls between the first target bed temperature upper limit value and the first target bed temperature lower limit value, the routine proceeds to step 46, where the feedback amount FB is maintained as it is.
[0089]
The predetermined value Δ21 may be a constant value, or may be given in proportion to the difference between the actual bed temperature rTbed and the first target bed temperature tTbed1.
[0090]
In step 47, a value obtained by adding the feedback amount FB21 thus obtained to the basic post-stage post-injection amount 2 is calculated as the post-stage post-injection amount 2.
[0091]
In the fuel injection control flow (not shown), the pre-stage post-injection (one post-injection per cycle) is performed using the pre-stage post-injection amount 1 and the pre-stage post-injection timing 1 obtained as described above. The post-injection in the post-stage (two post-injections per cycle) is performed using the obtained post-post-injection amount 1, post-post-injection timing 1, post-post-injection amount 2 and post-post-injection timing 2 obtained.
[0092]
[1] -2. Maintenance control to the first target bed temperature:
The flow in FIG. 18 (the subroutine of step 6 in FIG. 5) is for performing control to maintain the first target bed temperature tTbed1.
[0093]
Steps 51 and 52 are the same as steps 31 and 32 in FIG. 11, and calculate the actual bed temperature rTbed. In steps 53 and 54, a basic post-injection amount 1 and a post-injection timing 1 are calculated by searching a map having contents shown in FIGS. 19 and 20 from the engine rotation speed Ne and the main fuel injection amount Qf.
[0094]
The basic post-injection amount 1 (post-injection amount in the middle period) is a value smaller than the post-injection amount 1 in the first half (pre-post injection amount 1, post-post injection amount 2) (see FIG. 3). This is because if the post-injection amount in the middle period is reduced from the post-injection amount 1 in the previous period, the filter inlet temperature decreases and the filter 41 is cooled, so that the regeneration speed of the filter 41 is reduced.
[0095]
Steps 55 to 58 are for calculating the feedback amount FB1 of the post-injection amount 1 so that the actual bed temperature rTbed of the filter 41 matches the first target bed temperature tTbed1. That is, in step 55, the actual bed temperature rTbed of the filter 41 and the first target bed temperature upper limit value (tTbed1 + ε), and in step 56, the actual bed temperature rTbed of the filter 41 and the first target bed temperature lower limit value (tTbed1-ε). Compare with When the actual bed temperature rTbed exceeds the first target bed temperature upper limit (tTbed1 + ε), the routine proceeds to step 57, where the feedback amount (the initial value is zero) FB1 is reduced by a predetermined value Δ1, and the actual bed temperature rTbed Is lower than the first target bed temperature lower limit value (tTbed1-ε), the routine proceeds to step 58, where the feedback amount FB1 is increased by a predetermined value Δ1. On the other hand, when the actual bed temperature rTbed falls between the first target bed temperature upper limit value and the first target bed temperature lower limit value, the routine proceeds to step 59, where the feedback amount FB1 is maintained as it is.
[0096]
The predetermined value Δ1 may be a constant value, or may be given in proportion to the difference between the actual bed temperature rTbed and the first target bed temperature tTbed1.
[0097]
In step 60, a value obtained by adding the feedback amount FB1 thus obtained to the basic post injection amount 1 is calculated as the post injection amount 1.
[0098]
In a fuel injection control flow (not shown), the post injection in the middle term (one post injection per cycle) is performed using the post injection amount 1 and the post injection timing 1 obtained as described above. Here, since the feedback amount FB1 can take a negative value, the post-injection amount 1 can be zero (steps 57 and 60). At this time, it means that the particulates in the filter 41 are actively combusted, and it is not necessary to perform the exhaust temperature increase control by the post injection 1.
[0099]
[1] -3. Maintenance control to the second target bed temperature:
The flow of FIG. 21 (the subroutine of step 8 in FIG. 5) is for performing control to maintain the second target bed temperature tTbed2.
[0100]
Steps 71 and 72 are the same as steps 31 and 32 in FIG. 11, and calculate the actual bed temperature rTbed. In steps 73, 74, 75, and 76, the post injection amount 1, the post injection timing are obtained by searching maps containing the contents of FIGS. 22, 23, 24, and 25 from the engine speed Ne and the main fuel injection amount Qf. 1. A basic post injection amount 2 and a post injection timing 2 are calculated.
[0101]
The post-injection amount 1 is the same as the post-injection amount in the first half (first post-injection amount 1, second post-injection amount 1), and gives a value proportional to the difference between the base exhaust temperature and the catalyst activation temperature. In relation to the post-injection amount 1 in the middle period, the post-injection amount 1 in the latter period is larger (see the lower part in FIG. 3), whereby the exhaust gas temperature is increased and the regeneration speed of the filter is increased.
[0102]
The basic post injection amount 2 is the same as the post-stage injection amount 2, and gives a value proportional to the difference between the filter inlet temperature T1 and the second target bed temperature tTbed2. That is, the larger the difference from the second target bed temperature tTbed2 is, the larger the value of the basic post injection amount 2 is given. Here, since the filter inlet temperature T1 is lower on the low-load low-rotational-speed side, the basic rear injection amount 2 is correspondingly increased toward the low-load low-rotational-speed side (see FIG. 24).
[0103]
Steps 77 to 81 are for calculating the feedback amount FB22 of the post-injection amount 2 so that the actual bed temperature rTbed of the filter 41 matches the second target bed temperature tTbed2. That is, in step 77, the actual bed temperature rTbed of the filter 41 and the second target bed temperature upper limit (tTbed2 + ε), and in step 78, the actual bed temperature rTbed of the filter 41 and the second target bed temperature lower limit (tTbed2-ε). Compare with
[0104]
Here, the second target bed temperature tTbed2 used in the second half is higher than the first target bed temperature tTbed1 used in the first half and the middle half. This is because the particulates hardly burn in the later stage of the regeneration process (because they are cooled by the wall temperature), and it is necessary to raise the target bed temperature in order to maintain the regeneration speed of the filter 41 at the same level as in the middle stage. is there.
[0105]
When the actual bed temperature rTbed exceeds the second target bed temperature upper limit value (tTbed2 + ε), the routine proceeds to step 79, where the feedback amount (initial value is zero) FB22 is reduced by a predetermined value Δ22. Is lower than the second target bed temperature lower limit value (tTbed2-ε), the routine proceeds to step 80, where the feedback amount FB22 is increased by a predetermined value Δ22. On the other hand, when the actual bed temperature rTbed falls between the second target bed temperature upper limit value and the second target bed temperature lower limit value, the routine proceeds to step 81, where the feedback amount FB22 is maintained as it is.
[0106]
The predetermined value Δ22 may be a constant value, or may be given in proportion to the difference between the actual bed temperature rTbed and the second target bed temperature tTbed2.
[0107]
In step 82, a value obtained by adding the feedback amount FB22 thus obtained to the basic post injection amount 2 is calculated as the post injection amount 2.
[0108]
In a fuel injection control flow (not shown), post-injection (two post-injections per cycle) is performed using the post-injection amount 1, the post-injection timing 1, the post-injection amount 2, and the post-injection timing 2 obtained in this manner. Is
[0109]
[2] Oxygen concentration control:
[2] -1. Mid-term oxygen concentration control (first oxygen concentration control):
FIG. 26 shows the relationship between the filter inlet temperature, the oxygen concentration in the exhaust gas, and the maximum temperature of the bed temperature of the filter 41 when the regeneration process is performed in a state where the particulate accumulation amount (PM accumulation amount) is large (that is, in the middle stage). Since the amount of particulates deposited is large, the interval between the curves is short, which indicates that the temperature gradient is steep.
[0110]
In the state where the amount of accumulated particulates is large as described above, by providing the control range of the target oxygen concentration on the low oxygen concentration side, the regeneration process of the filter 41 can be performed within the allowable maximum temperature of the bed temperature of the filter 41.
[0111]
Here, when the target oxygen concentration in the exhaust gas is converted into an air-fuel ratio, the target oxygen concentration is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, about 1.5 in excess air ratio). If there is a high concentration of oxygen in a state where the amount of accumulated particulates is large, the particulates deposited on the filter 41 burn rapidly due to the high burning speed of the particulates. Is set to a low oxygen concentration.
[0112]
Further, the reason why the width of the control range of the target oxygen concentration is set is to take into account the variation and the control delay in the transient state.
[0113]
[2] -2. Late oxygen concentration control (second oxygen concentration control):
FIG. 27 shows the relationship between the filter inlet temperature, the oxygen concentration in the exhaust gas, and the maximum temperature of the bed temperature of the filter 41 when the regenerating process is performed in a state where the amount of accumulated particulates is small (that is, the latter stage). In the state where the amount of curated deposition is small, the interval between the curves is widened (the temperature gradient becomes gentle), and the position of the maximum allowable bed temperature is also moving to the right as compared with the case of FIG.
[0114]
For this reason, in the state where the amount of accumulated particulates is small, even if the oxygen concentration in the exhaust gas is increased compared to the medium period, the maximum bed temperature during the regeneration treatment of the filter 41 can be kept at or below the allowable maximum temperature. In the latter period, the target oxygen concentration is made larger than in the middle period as shown in 1) in the figure. This makes it possible to supply sufficient oxygen to increase the burning speed of the particulates, and to completely burn out all the particulates remaining in the filter 41 in a short period of time. Further, by increasing the target value tT1 of the filter inlet temperature as shown in 2) in the figure, it is possible to further shorten the regeneration processing time and improve the particulate regeneration efficiency.
[0115]
[2] -3. Control result of oxygen concentration control:
FIG. 28 shows a control target (target oxygen concentration) of the oxygen concentration in the exhaust gas according to the present embodiment and a change in the actual oxygen concentration in the exhaust gas as a result of the control. As shown in the figure, the oxygen concentration is controlled to a low oxygen concentration in the middle stage, but is switched to a higher oxygen concentration in the later stage. Note that the oxygen concentration in the exhaust gas changes drastically in other periods (including the former period) except the middle period and the latter period. This is because the control of the oxygen concentration in the exhaust gas is not originally performed in other periods, and also because of the transient state in which acceleration and deceleration are repeated.
[0116]
FIG. 28 simply switches the target oxygen concentration in the exhaust gas from a low concentration to a high concentration in two stages. As shown in FIG. 29, the target oxygen concentration is gradually increased in the latter half of the middle period, and By smoothly connecting to the target oxygen concentration, it is possible to shorten the regeneration processing period as compared with the case of FIG.
[0117]
[2] -4. Oxygen concentration control means:
Assuming that a target oxygen concentration in the exhaust gas is tRO2 [%] and an excess air ratio at which the target oxygen concentration tRO2 is obtained is a target excess air ratio tλ, the following equation is established.
[0118]
tλ = 21 / (21−tRO2) (3)
However, 21: oxygen concentration in fresh air [%],
Although equation (3) does not take into account the increase in the working gas mole due to combustion, this effect can be included in equation (3) in order to further improve the control accuracy.
[0119]
The control for obtaining the target excess air ratio tλ in the equation (3) includes control of the intake fresh air amount and control of the fuel injection.
[0120]
[2] -4-1. Control of intake fresh air volume:
Assuming that the intake fresh air amount for obtaining the target excess air ratio tλ in the expression (3) is tQa, the following expression is established between the intake air amount and the fuel injection amount Qf.
[0121]
tQa = Qf × theoretical air-fuel ratio × tλ (4)
By substituting equation (3) into equation (4), the following equation is obtained.
[0122]
tQa = Qa × theoretical air-fuel ratio × 21 / (21−tRO2) (5)
Therefore, the intake fresh air amount is controlled so that the target intake fresh air amount tQa of the equation (5) is obtained.
[0123]
In this case, the operating range that can be covered by the intake fresh air amount control means is different as shown in FIG. 30, so the oxygen concentration control is performed as follows according to the intake fresh air amount control means.
[0124]
{Circle around (1)} When the intake fresh air control means is the variable capacity turbocharger 21:
In the regions R6, R7, and R8, the intake fresh air amount is controlled by the variable capacity turbocharger 21. For example, when the opening of the variable nozzle 24 is reduced, the rotation speed of the turbine 22 increases, and the intake fresh air amount can be increased (oxygen concentration can be increased). Conversely, when the opening degree of the variable nozzle 24 is increased, the rotation speed of the turbine 22 decreases, and the intake fresh air amount can be reduced.
[0125]
(2) When the intake fresh air amount control means is an EGR device:
In the regions R7 and R8, the intake fresh air amount is controlled by the EGR valve 6 (EGR device). For example, if the EGR rate or the EGR amount is increased, the intake fresh air amount can be reduced. Conversely, if the EGR rate or the EGR amount is reduced, the intake fresh air amount can be increased.
[0126]
(3) When the intake fresh air amount control means is the intake throttle valve 42 (intake throttle device):
In the region R8, the intake throttle valve 42 controls the intake fresh air amount. For example, by closing the intake throttle valve 42, the intake fresh air amount can be reduced, and conversely, by returning the intake throttle valve 42, the intake fresh air amount can be increased.
[0127]
[2] -4-2. Control of fuel injection:
Assuming that the target fuel injection amount for obtaining the target excess air ratio tλ in the above expression (5) is tQf, the following expression is established between the target fuel injection amount and the intake fresh air amount Qa.
[0128]
Qa = tQf × theoretical air-fuel ratio × tλ (6)
By solving the equations (3) and (6) for the target fuel injection amount tQf, the following equation is obtained.
[0129]
tQf = Qa × (1 / theoretical air-fuel ratio) × (21−tRO2) / 21 (7)
Therefore, the fuel injection is controlled such that the target fuel injection amount tQf of the equation (7) is obtained.
[0130]
In this case, since the operating range that can be covered by the fuel injection control means differs as shown in FIG. 31, the oxygen concentration control is performed as follows according to the fuel injection control means.
[0131]
Region R9: The fuel injection is controlled such that the target fuel injection amount tQf of Expression (7) is obtained while retarding the main injection timing.
[0132]
Region R10: The fuel injection is controlled such that the target fuel injection amount tQf of Expression (7) is obtained while performing the main injection timing retard and post injection. Increasing the post-injection amount can increase the fuel injection amount (decrease the oxygen concentration). Since the post-injection is performed in the expansion stroke of the engine, the injection amount can be increased without much increase in the torque. The increase in torque is controlled by decreasing the main injection amount.
[0133]
Region R11: The fuel injection amount is controlled by the post injection, the intake throttle, and the main injection timing. For example, when the intake throttle is performed, the pumping loss increases. Therefore, the post-injection amount can be increased by an amount corresponding to the pumping loss. At this time, the main injection timing is controlled to be more advanced than when the injection amount is not controlled.
[0134]
[2] -4-3. Feedback control of oxygen concentration in exhaust gas:
The control in [2] -4-1 and [2] -4-2 is open loop control, but feedback control may be performed. For example, the actual intake new air amount detected from the output of the air flow meter 35 is equal to the target intake new air amount tQa in the above equation (5), or the actual fuel injection amount is the target fuel injection in the above equation (7). Feedback control is performed so as to coincide with the amount tQf.
[0135]
Further, a sensor (for example, a wide-range air-fuel ratio sensor) for detecting the actual oxygen concentration in the exhaust gas is provided in the exhaust passage 2 so that the actual oxygen concentration in the exhaust gas detected by this sensor matches the target oxygen concentration. Can also perform feedback control.
[0136]
Here, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 shows, from the top, the regeneration speed, the filter bed temperature, the particulate accumulation amount, the period and timing of the post-injection, and the target oxygen concentration in the exhaust gas. The movement is modeled. In the second stage, the case of the present embodiment is indicated by a solid line, while the case of the conventional device is indicated by a broken line.
[0137]
(1) The first half of the regeneration process:
In the first half, only post-injection 1 for the purpose of increasing the exhaust gas temperature is performed in the former stage before the actual bed temperature rTbed reaches the catalyst activation temperature, and in the latter stage after the actual bed temperature rTbed reaches the catalyst activation temperature, HC is reduced. The post-injection 2 for the purpose of supply is added to supply HC to the catalyst in an active state, so that the catalyst generates heat due to an oxidation catalyst reaction, thereby causing the bed temperature to reach the first target bed temperature. It is rising rapidly.
[0138]
(2) Medium-term reproduction process:
(1) While the bed temperature of the filter is maintained at the first target bed temperature, which is the temperature at which the particulates self-ignite, the target oxygen concentration in the exhaust gas is set to the low concentration side as shown in the lowermost row, and the filter 41 Since the burning rate of the particulates deposited on the filter is suppressed, the maximum temperature of the filter bed does not exceed the maximum allowable temperature, and the durability of the filter 41 is not impaired.
[0139]
{Circle around (2)} There is a method of suppressing the burning speed of particulates by lowering the exhaust gas temperature. However, with this method of controlling the burning speed of the particulates based on the exhaust gas temperature, control of the control is affected by the thermal inertia of the exhaust gas and the filter 41. Responsiveness deteriorates. On the other hand, in the present embodiment, since the particulate combustion speed control method is not based on the exhaust gas temperature, the influence of the thermal inertia of the exhaust gas and the filter 41 can be eliminated, and the control response is good and the control reliability is high.
[0140]
(3) According to the particulate combustion speed control method based on the exhaust gas temperature, when the exhaust gas temperature is reduced in order to suppress the particulate combustion speed, the bed temperature of the filter 41 is reduced below the target bed temperature. If so, reproduction failure may occur. On the other hand, in the present embodiment, the suppression of the burning rate of particulates is performed by oxygen concentration control while maintaining the first target bed temperature. Therefore, even during the burning of particulates, the bed temperature of the filter 41 is maintained at the first target bed temperature. Never drop below bed temperature. That is, since the present embodiment is not a method for controlling the particulate combustion speed based on the exhaust gas temperature, it is not necessary to lower the bed temperature of the filter 41 below the first target bed temperature, thereby preventing regeneration failure due to a temperature drop around the filter. .
[0141]
(3) Late stage of the regeneration process:
By keeping the target oxygen concentration in the exhaust gas higher than that in the middle stage as in the lowermost stage while maintaining the second target bed temperature higher than the first target bed temperature, it remains in the filter 41 near the end of the regeneration process. All of the particulates can be quickly and reliably burned out, whereby the regeneration processing time can be reduced and almost complete filter regeneration can be achieved.
[0142]
As a result, the following effects are obtained in the present embodiment.
[0143]
(1) Reduction of reproduction processing time:
An increase in fuel consumption required for the regeneration process can be minimized, and deterioration in fuel efficiency can be suppressed. The high-temperature maintenance time during the regenerating process is reduced, the thermal deterioration of the filter can be suppressed, the exhaust performance can be improved, and the life can be extended.
[0144]
(2) Realization of complete reproduction:
Since there is no longer any increase in pressure loss due to unburned particulates, deterioration of fuel efficiency can be prevented. In addition, non-uniform particulate deposition resulting from the deposition of new particulates on unburned particulates may cause local, rapid particulate combustion, which may reduce durability. This can be prevented.
[0145]
In the embodiment, the case where the first half, the middle half, and the second half of the reproduction process are separated by time has been described. However, the present invention is not limited to this, and the following method is used for determining the shift to the middle half and the second half.
[0146]
(A) Another method for determining the transition to the middle term in the previous term: comparing the actual bed temperature rTbed with the first target bed temperature tTbed1, and transitioning to the middle term when the actual bed temperature rTbed reaches the first target bed temperature tTbed1. .
[0147]
(B) Another method for determining the transition to the latter period in the middle period: When the burning of particulates progresses considerably and burns out, the filter outlet temperature T2 becomes lower than the filter inlet temperature T1. Therefore, when the filter outlet temperature T2 falls below a value obtained by subtracting a predetermined value (for example, several tens of degrees Celsius) from the filter inlet temperature T1 (that is, a threshold value), the process shifts to the latter period.
[0148]
Now, as can be seen from the fourth stage in FIG. 3, the post-stage injection amount 2 is large. For this reason, as shown by the broken line in the lower part of FIG. 32, when the large post-stage post-injection amount 2 is given in a stepwise manner at the timing when the actual bed temperature rTbed reaches the catalyst activation temperature (240 ° C.), the particulates are regenerated. The bed temperature during combustion rises abnormally (see the upper broken line in FIG. 32). This is because when the post-stage injection 2 is performed by giving a target value (map value) that changes stepwise when the actual bed temperature reaches the catalyst activation temperature, the injected fuel deprives the catalyst of latent heat of vaporization on the catalyst. The actual bed temperature is reduced, and the fuel that cannot be evaporated remains on the catalyst. Then, when the actual bed temperature rises again to the catalyst activation temperature, the particulates remaining on the catalyst burn rapidly.
[0149]
In order to cope with this, it is preferable to provide a value obtained by performing a response delay process on the target value as shown by the solid line in the lower part of FIG. As described above, when the actual bed temperature is near the catalyst activation temperature, the post-stage post-injection amount 2 is given by subjecting the target value to the response delay processing (the invention according to claim 8). The bed temperature can be prevented from lowering due to evaporation of the catalyst, and the bed temperature can be increased at the timing when the catalytic reaction starts.
[0150]
In the invention according to claim 2, the means for performing the temperature rise control in the first half is steps 4 and 11 in FIG. 5, and the means for performing the first target bed temperature maintenance control in the middle is the steps 6 and 18 in FIG. The means for performing the first oxygen concentration control is shown in step 5 of FIG. 5, the means for performing the second target bed temperature maintenance control in the latter stage is shown in steps 8 and 21 of FIG. Each of the steps 7 and 5 has been performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing three stages of a reproduction processing period.
FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation and effect of the embodiment.
FIG. 4 is a view for explaining the use of post-injection having different functions.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the entire reproduction process.
FIG. 6 is a flowchart for explaining setting of a reproduction processing flag.
FIG. 7 is a flowchart for explaining setting of a reproduction phase.
FIG. 8 is a characteristic diagram of a set time t1.
FIG. 9 is a characteristic diagram of a set time t2.
FIG. 10 is a characteristic diagram of a filter pressure loss with respect to a particulate deposition amount.
FIG. 11 is a flowchart for explaining temperature rise control.
FIG. 12 is a characteristic diagram of a pre-stage post injection amount 1;
FIG. 13 is a characteristic diagram of pre-stage post injection timing 1.
FIG. 14 is a characteristic diagram of the post-stage post-injection amount 1;
FIG. 15 is a characteristic diagram of post-stage post injection timing 1.
FIG. 16 is a characteristic diagram of a basic post-stage post-injection amount 2;
FIG. 17 is a characteristic diagram of post-stage post-injection timing 2;
FIG. 18 is a flowchart illustrating first target bed temperature maintenance control.
FIG. 19 is a characteristic diagram of the post injection amount 1.
FIG. 20 is a characteristic diagram of post injection timing 1.
FIG. 21 is a flowchart illustrating a second target bed temperature maintaining control.
FIG. 22 is a characteristic diagram of the post injection amount 1.
FIG. 23 is a characteristic diagram of post injection timing 1.
FIG. 24 is a characteristic diagram of a basic post injection amount 2.
FIG. 25 is a characteristic diagram of post injection timing 2.
FIG. 26 is a characteristic diagram of the maximum bed temperature during the regeneration process when the amount of accumulated particulates is large.
FIG. 27 is a characteristic diagram of the maximum bed temperature during regeneration processing when the amount of accumulated particulates is small.
FIG. 28 is a waveform chart for explaining a method of setting a target oxygen concentration in exhaust gas.
FIG. 29 is a waveform chart for explaining a method of setting a target oxygen concentration in exhaust gas according to another embodiment.
FIG. 30 is a region diagram for describing intake fresh air amount control means.
FIG. 31 is a region diagram for explaining fuel injection control means.
FIG. 32 is a change waveform diagram of a post-stage post-injection amount 2;
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Exhaust passage
3 Intake passage
6 EGR valve
10 Common rail fuel injection system
17 nozzle (fuel injection valve)
21 Variable capacity turbocharger
31 Engine Controller
33 Crank angle sensor
36 Differential pressure sensor
37, 38 Temperature sensor
41 Filter
42 Intake throttle valve

Claims (8)

排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備え、
フィルタの再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置において、
フィルタの再生処理中に一定の目標再生速度が得られるようにエンジンの1サイクル当り2回のポスト噴射と排気の酸素濃度制御とを行う再生処理手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
Equipped with a filter to collect particulates in the exhaust passage,
In the exhaust gas purification device of the engine that performs the filter regeneration process when the filter regeneration time comes,
An exhaust gas purification apparatus comprising a regeneration processing means for performing two post-injections per cycle of an engine and controlling oxygen concentration of exhaust gas so that a constant target regeneration speed is obtained during regeneration processing of a filter.
前記フィルタの再生処理期間を前期、中期、後期から構成し、
前期に再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第1目標ベッド温度へと制御する昇温制御を行い、
中期に再生速度が目標再生速度へと小さくなるように第1目標ベッド温度を維持させる第1目標ベッド温度維持制御及び排気中の目標酸素濃度を低濃度に設定した第1酸素濃度制御を行い、
後期に再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第1目標ベッド温度より高い第2目標ベッド温度を維持させる第2目標ベッド温度維持制御及び排気中の目標酸素濃度を高濃度に設定した第2酸素濃度制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
The filter regeneration processing period consists of the first half, the middle half, and the second half,
In the first half period, a temperature increase control is performed to control the temperature to the first target bed temperature so that the regeneration speed increases to the target regeneration speed,
Performing a first target bed temperature maintenance control for maintaining the first target bed temperature such that the regeneration speed decreases to the target regeneration speed in the middle period, and a first oxygen concentration control for setting the target oxygen concentration in the exhaust gas to a low concentration;
The second target bed temperature maintenance control for maintaining the second target bed temperature higher than the first target bed temperature so that the regeneration speed increases to the target regeneration speed in the later period, and the second process in which the target oxygen concentration in the exhaust gas is set to a high concentration 2. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the oxygen concentration control is performed.
前記中期における第1目標ベッド温度を維持させる第1目標ベッド維持制御を、1サイクル当り排気温度上昇用の1回のポスト噴射で行うことを特徴とする請求項2に記載の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus according to claim 2, wherein the first target bed maintenance control for maintaining the first target bed temperature in the middle period is performed by one post-injection for raising the exhaust gas temperature per cycle. 前記後期における第2目標ベッド温度を維持させる第2目標ベッド維持制御を、1サイクル当り排気温度上昇用とHC供給用の2回のポスト噴射で行うことを特徴とする請求項2に記載の排気浄化装置。3. The exhaust system according to claim 2, wherein the second target bed maintenance control for maintaining the second target bed temperature in the latter period is performed by two post-injections for raising the exhaust temperature and supplying the HC per cycle. Purification device. 前記フィルタに触媒を担持している場合に、前期は、触媒活性温度へと制御する昇温制御を行う前段と、第1目標ベッド温度へと制御する昇温制御を行う後段とからなることを特徴とする請求項2に記載の排気浄化装置。When a catalyst is carried on the filter, the former period includes a former stage for performing a temperature rise control for controlling to a catalyst activation temperature and a latter stage for performing a temperature rise control for controlling to a first target bed temperature. The exhaust gas purification device according to claim 2, wherein 前記前段における触媒活性温度へと制御する昇温制御を、1サイクル当り排気温度上昇用の1回のポスト噴射で行うことを特徴とする請求項5に記載の排気浄化装置。6. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 5, wherein the temperature raising control for controlling to the catalyst activation temperature in the preceding stage is performed by one post-injection for raising the exhaust gas temperature per cycle. 前記後段における第1目標ベッド温度へと制御する昇温制御を、1サイクル当り排気温度上昇用とHC供給用の2回のポスト噴射で行うことを特徴とする請求項5に記載の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 5, wherein the temperature raising control for controlling to the first target bed temperature in the subsequent stage is performed by two post-injections for raising the exhaust gas temperature and supplying HC per cycle. . 前記HC供給用のポスト噴射を実行する際に目標値に対して応答遅れ処理を施した値とすることを特徴とする請求項7に記載の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 7, wherein a response delay process is performed on a target value when the post-injection for supplying HC is performed.
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