JP2005023884A - Dpf clogging detection method and exhaust emission control system - Google Patents

Dpf clogging detection method and exhaust emission control system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diesel particulate filter (DPF) clogging detection method using relatively less sensors and computation for precisely detecting the clogged condition of the DPF to determine a regeneration starting time for the DPF, and to provide an exhaust emission control system. <P>SOLUTION: The exhaust emission control system 1 has the DPF 40. A pressure loss coefficient ζc of the DPF and a Reynolds number Re of exhaust gas passing through the DPF 40 are calculated from a measured differential pressure ΔPm between the front and rear of the DPF, an exhaust temperature Tim in the DPF, exhaust pressure Pi at the inlet of the DPF and an exhaust flow rate Mexh detected by an exhaust flow rate detecting means. By comparing the calculated pressure loss coefficient ζc of the DPF with determined values ζsc, ζec calculated from data of pressure loss coefficients ζs, ζe for determination value previously created on the basis of the exhaust temperature Ti in the DPF and the Reynolds number Re, the clogged condition of the DPF 40 is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2005,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から排出される粒子状物質を捕集するDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)の目詰まり状態を検出するDPFの目詰まり検知方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質(PM:パティキュレート・マター:以下PMとする)の排出量は、NOx,COそしてHC等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは、対応できなくなってきている。そこで、エンジンから排出されるPMをディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter :以下DPFとする)と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるPMの量を低減する技術が開発されている。
【0003】
直接、このPMを捕集するDPFにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのDPFを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化している。
【0004】
DPFはフィルタがPMを捕集すると捕集量に比例して排圧が上昇するので、捕集されたPMを燃焼させるなどして除去し、DPFを再生する必要がある。この再生方法には色々な方法が提案されており、電気ヒーター加熱タイプ、バーナー加熱タイプ、逆洗タイプ等がある。
【0005】
しかしながら、これらの再生方法をとる場合には、外部からエネルギーの供給を受けてPMの燃焼を行うので、燃費の悪化を招き、また、再生時の制御が難しく、PM捕集、PM燃焼(DPF再生)を交互に行うような二系統のDPFシステムが必要になる等、システムが大きく複雑になるという問題がある。
【0006】
この問題を解決するために、酸化触媒を利用しPMの酸化温度を下げ、外部からエネルギーを受けることなく、エンジンからの排気熱でPMを酸化してDPFを再生する技術が提案されている。この場合には、DPF再生が基本的には連続的になるため連続再生型DPFシステムと呼ばれているが、これらのシステムは、より簡素化された一系統のDPFシステムとなり、再生制御も簡素化されるという利点がある。
【0007】
この連続再生型DPFシステムの一つであるNO再生型DPFシステムは、NO(二酸化窒素)によりPMを酸化して、DPFを再生するシステムであり、通常のウオールフローフィルタの上流に酸化触媒コンバータを配置し、排気ガス中のNO(一酸化窒素)を酸化する。従って、酸化触媒コンバータの後流の排気ガス中のNOxは殆どがNOになる。このNOで、下流側のフィルタ3Abに捕集されたPMを酸化してCO(二酸化炭素)とし、PMを除去している。このNOは、Oよりエネルギー障壁が小さいため、PM酸化温度(DPF再生温度)を低下させるので、外部からエネルギーの供給なしに排気ガス中の熱エネルギーで連続的にPM燃焼が生じる。
【0008】
このNO再生型DPFシステムの改良システムでは、酸化触媒の多孔質触媒コート層をウオールフローフィルタの多孔質壁面に塗布し、NOの酸化とこれにより発生したNOによるPMの酸化を、ウオールフローフィルタの壁表面上で行うように構成し、酸化触媒コンバータを省いてシステムを簡素化している。
【0009】
また、ウオールフローフィルタの多孔質壁面に、酸化触媒と酸化物等のPM酸化触媒との多孔質触媒コート層を塗布し、フィルタに蓄積したPMを低温で燃焼し、連続再生するシステムもある。
【0010】
これらの触媒付きDPFシステムは、いずれも触媒及びNOによるPMの酸化反応によって通常のフィルタよりもPM酸化開始温度を下げてPMの連続再生を実現するシステムである。
【0011】
しかし、PM酸化開始温度を下げても、まだ、350℃程度の排気温度は必要であるため、低負荷運転やアイドル運転等では、排気温度が低いため、PMの酸化及びDPFの自己再生が生じない。従って、このようなアイドルや低負荷等の排気温度が低いエンジン運転状態が継続するとPMが蓄積してもPM酸化状態にならないため、排圧が上昇し、燃費の悪化を招き、また、エンジン停止等のトラブルが生じるおそれがある。
【0012】
そこで、これらの連続再生型DPFシステムでは、DPFの目詰まり状態を監視して、目詰まり状態が所定の判定基準を超えた時に、排気温度を強制的に上昇させて、蓄積したPMを強制的に燃焼させて除去するDPF再生制御を行っている。
【0013】
そして、この目詰まり状態の検知方法の一つとしては、吸気流量センサと排気温度センサと排気圧センサとから排気流量とフィルタ圧損(DPF前後差圧)を求め、排気流量をベースとしてフィルタ圧損を再生開始圧損(判定値用圧損値)と比較して、計測されたフィルタ圧損がこの再生開始圧損より大きい場合に再生を開始する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0014】
また、DPFの入口圧力を計測する圧力センサと大気圧センサからフィルタ圧損を算出し、エンジンの回転数をベースとして、あるいはエンジンの回転数とブースト圧をベースとして、このフィルタ圧損を圧損しきい値と比較して、計測されたフィルタ圧損がこの圧損しきい値より大きければ再生を開始する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0015】
更に、DPFの上流側の圧力と大気圧と、DPFの上流側に設けた排気流量測定部の圧損からフィルタ圧損に関係する係数を算出したり、DPFの上流側の圧力とエンジンの吸気圧とエンジン回転数からフィルタ圧損に関係する係数を算出したりして、このフィルタ圧損に関係する係数をしきい値と比較して、係数がこのしきい値より大きければ再生を開始する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0016】
【特許文献1】
特開平9−13951号公報
【0017】
【特許文献2】
特開2002−364342号公報
【0018】
【特許文献3】
特開2002−371829号公報
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、DPFの再生開始を判断するために、様々なパラメータでDPFの目詰まり状態を検知しようとしているが、DPFの圧損はエンジンの実際の運転状況、つまり、エンジン負荷、エンジン回転数、排気ガスの流速、圧力、流量、温度等の影響を受けるため、排気流量をベースとしたフィルタ圧損、エンジン回転数をベースとしたフィルタ圧損、あるいは、フィルタ圧損に関係する係数等と、これらに対応したそれぞれのしきい値との比較だけでは、DPFの再生時期の判断における目詰まり検知の精度が不充分となるという問題と、センサの数が多くなったり、制御が複雑となる等の問題がある。
【0020】
一方、流路内の流れでは、ニクラゼの実験等によって、円管内の圧力損失ΔPは、流体の密度をρ、平均流速をU、管軸長さをL、管径をd、管摩擦係数をλとした時に、ΔP=λ*(ρ*U/2)*(L/d)の式で表すことができ、特に粗い円管の流れにおける管摩擦係数λは、乱流の場合には、流体の動粘性係数をμとすると、レイノルズ数Re=U*d/(μ/ρ)と壁面の相対粗度(標準粗さ/管径=ε/d)の関数λ=Fλ(Re,ε/d)になることが知られている。
【0021】
そして、圧損係数ζをζ=ΔP/(ρU/2)とした時に、ζ=λ*(L/d)となり、この圧損係数ζは、管摩擦係数λと同じく、レイノルズ数Reと壁面の相対粗度(ε/d)との関数ζ=Fζ(Re,ε/d)となり、実用管の管摩擦係数を近似的に与えるコールブルックの式やこの式を線図にまとめたムーディ線図等から分かるように、レイノルズ数Reを固定した場合には、レイノルズ数Reと相対粗度(ε/d)が比較的大きい乱流域では、圧損係数ζは相対粗度(ε/d)に関して単調増加関数となる。
【0022】
そして、DPFのPMの捕集過程においては、PMがDPFの排気ガス通路の壁面に付着し、この付着したPMの増加は壁面の相対粗度(ε/d)を増加させることになるので、DPF内の流れは管内流れと類似しており、レイノルズ数Reをベースにすることにより、圧損係数ζからPMの蓄積状態、即ち,DPFの目詰まり状態を検知できると考えられる。
【0023】
本発明は、これらの知見を得て、上述の問題を解決するべくなされたものであり、その目的は、DPFの再生開始時期や再生終了時期を判定するためのDPFの目詰まり検知において、DPF圧損係数が排気温度とレイノルズ数を一定とした場合に壁面の粗度の単調関数となることを利用して、比較的少ないセンサと演算により、DPFの目詰まり状態を精度良く検知することができるDPFの目詰まり検知方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのDPFの目詰まり検知方法は、内燃機関の排気通路に粒子状物質を捕集するDPFと、該DPFの前後差圧を検出する差圧センサと、前記DPFの内部の排気温度を検出する排気温度センサと、前記DPFの入口の排気圧力を検出する入口排気圧力センサと、排気流量を検出する排気流量検出手段とを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記差圧センサで計測されたDPF前後差圧と、前記排気温度センサで計測されたDPF内部排気温度と、前記入口排気圧力センサで計測されたDPF入口排気圧力と、前記排気流量検出手段で検出された排気流量とから、DPFの圧損係数と前記DPFを通過する排気ガスのレイノルズ数を算出し、算出されたDPFの圧損係数を、DPF内部排気温度とレイノルズ数をベースに予め作成された判定値用圧損係数のデータから算出された判定値と比較することにより、DPFの目詰まり状態を検知することを特徴とする。
【0025】
また、上記のDPFの目詰まり検知方法において、前記判定値用圧損係数のデータが、DPFの再生制御を開始するか否かの再生開始判定用のデータ、又は、DPFの再生制御を終了するか否かの再生終了判定用のデータの少なくとも一方であることを特徴とする。
【0026】
ここで、圧損係数ζは、DPF前後差圧をΔP、排気ガスの密度をρ、DPFを通過する平均流速をUとした時に、ζ=ΔP/(ρU/2)で表される値である。
【0027】
本発明のDPFの目詰まり検知方法によれば、排気ガス中のPMの捕集に連れて進捗するDPFの目詰まり状態を、粗い管内流れにおける圧力損失に模して、排気ガスの温度とレイノルズ数をベースにした圧損係数を判定基準に採用したので、精度良く目詰まり状態を推定できる。
【0028】
なお、DPFにおけるPMの蓄積を壁面の相対粗度(ε/d)の増加と考え、DPFの流れを粗い管内の流れに模して考えると、DPFの圧損係数ζは、粗い管内の流れの管摩擦係数λと同じく、レイノルズ数Reと壁面の相対粗度(ε/d)との関数ζ=Fζ(Re,ε/d)となり、排気温度Tはレイノルズ数Reに影響を及ぼすだけの効果としてしか表れないが、実際には、排気温度が排気ガスの粘性に影響することにより、排気通路内壁面近辺層流の状態に介しε/dに影響する。また、DPF自体の熱膨張による排気通路(セル等)の寸法の変化等もあるから、レイノルズ数Reが同じでも排気温度Tが異なるとDPFの圧損係数ζも異なることが実験的にも分かっている。そのため、圧損係数ζからPMの蓄積状態、即ち,DPFの目詰まり状態を検知する場合に、単にレイノルズ数Reのみならず、排気温度Tも考慮する必要があり、そのため、本発明ではレイノルズ数Reと共に排気温度Tをベースに採用している。
【0029】
そして、上記のDPFの目詰まり検知方法を実現するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に粒子状物質を捕集するDPFを備えると共に、該DPFを再生するための再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記DPFの前後差圧を検出する差圧センサと、前記DPFの内部の排気温度を検出する排気温度センサと、前記DPFの入口の排気圧力を検出する入口排気圧力センサと、排気流量を検出する排気流量検出手段とを備えると共に、前記再生制御手段が、前記差圧センサで計測されたDPF前後差圧と、前記排気温度センサで計測されたDPF内部排気温度と、前記入口排気圧力センサで計測されたDPF入口排気圧力と、前記排気流量検出手段で検出された排気流量とから、DPFの圧損係数と前記DPFを通過する排気ガスのレイノルズ数を算出し、算出されたDPFの圧損係数を、DPF内部排気温度とレイノルズ数をベースに予め作成された判定値用圧損係数のデータから算出された判定値と比較することにより、DPFの目詰まり状態を検知することを特徴として構成される。
【0030】
また、上記の排気ガス浄化システムは、前記圧損係数の代りに計測されたDPF前後差圧を用いて、前記判定値用圧損係数のデータから算出されたDPF前後差圧用の判定値と比較することにより、DPFの目詰まり状態を検知するように構成される。
【0031】
つまり、比較する時に、計測されたDPF前後差圧から圧損係数を計算せずに、前記判定値用圧損係数のデータから得られた判定値用圧損係数を基に密度や平均流速を使用してDPF前後差圧用の判定値を算出して、これらを比較することによりDPFの目詰まり状態を検知する。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態のDPFの目詰まり検知方法及び排気ガス浄化システムについて、酸化触媒コンバータと触媒付きフィルタからなる連続再生型DPFを例にして、図面を参照しながら説明する。
【0033】
図1に、この実施の形態の排気ガス浄化システム1の構成を示す。この排気ガス浄化システム1では、ディーゼルエンジン10の排気管30に排気ガス中のPM(粒子状物質)を捕集及び燃焼除去する連続再生型DPF(以下DPFとする)40が配設される。このDPF40は、上流側に酸化触媒コンバータ40aを、下流側に触媒付きフィルタ40bを有して構成される。
【0034】
この酸化触媒コンバータ40aは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金(Pt)等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ40bは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタで形成される。このフィルタの部分に白金等の酸化触媒や酸化セリウム等のPM酸化触媒を担持する。この触媒付きフィルタ40bでは、排気ガスG中のPMは多孔質のセラミックの壁で捕集(トラップ)される。
【0035】
そして、エンジン10の吸気管20に吸気質量流量Mmを検出するマスエアフロー(MAF)センサ11が、DPF40の前後に接続された導通管にDPF40の前後差圧ΔPmを検出する差圧センサ41が、また、DPF40に内部の排気温度Timを検出する排気温度センサ42とDPF入口の排気圧力Pimを検出する入口排気圧力センサ43が、それぞれ設けられる。これらのセンサの出力値は、エンジン10の運転の全般的な制御を行うと共に、DPF40の再生制御も行う制御装置(電子制御ボックス:ECU:エンジンコントロールユニット)50に入力される。
【0036】
この制御装置では、各センサ11,41,42,43からの測定値と、予め入力された諸データとから、DPF40の目詰まり状態を検知し、この目詰まり状態が所定の再生開始基準を超えた時には、DPF40の再生のために再生制御を行い、DPF40の目詰まり状態が所定の再生終了基準になった時は再生制御を終了する制御を行う。なお、この所定の再生開始基準は、再生制御の必要に応じて設定するものであり、必ずしも目一杯の目詰まり状態だけではなく、半分程度の目詰まり状態で再生を開始するように設定してもよい。
【0037】
また、再生制御は、DPF40の種類によって異なるが、例えば、制御装置50から出力される制御信号により、エンジン10の燃料噴射弁、排気絞り弁、吸気通吸気弁等を制御して、DPF40に流入する排気ガスGの温度を上昇させて、DPF40に捕集されたPMの燃焼開始温度以上にして、捕集されたPMを燃焼除去してDPF40を再生する。
【0038】
この排気ガス浄化システム1の再生制御において、DPF40の目詰まり状態の検知、及び,再生制御の開始の判定と再生制御の終了に判定が行われ、この判定は、図2及び図3に例示するような目詰まり状態判定制御フローに従って行われる。この図2及び図3に例示する制御フローは、メインの制御フローから繰り返し呼ばれて実行される制御フローとして示してある。
【0039】
つまり、エンジンのスタートと共にエンジン全体を制御するメイン制御プログラムがスタートすると、このメイン制御フローやメイン制御フローのサブフローであるDPF再生制御フロー等から必要に応じて繰り返し呼ばれて、図2の目詰まり状態判定制御フローがスタートし、この制御フローを実行してメイン制御フロー等にリターンする。そして、メイン制御フローが終了するまで、この図2の制御フローが繰り返し実行される。
【0040】
そして、この図2の目詰まり状態判定制御フローがスタートすると、ステップS11で、計算用データと判定値用データマップを入力する。
【0041】
この計算用データには、排気ガスの平均流速Uを求めるための排気ガスGの通過断面積A、レイノルズ数用寸法d、排気ガスの粘性算出用データである排気温度Tと粘性μとの関係を示すデータ(μ=fμ(T))、基準状態(基準圧力P0,基準温度T0)の排気ガスの密度ρ0等がある。なお、この通過断面積AはDPFにおける流路断面積やセルの断面積の総計等の値であり、また、レイノルズ数用寸法dはレイノルズ数Reを算出するための値であり、排気ガスGが流通する部分の寸法を代表する固定された値であり、例えば、DPFの管径やDPFのセルの内径等の寸法である。
【0042】
また、判定値用データマップには、DPF40の再生制御を開始するか否かを判定するための再生開始用判定値ζs=Fζs(Re,T)、DPF40の再生制御を終了するか否かを判定するための再生終了用判定値ζe=Fζe(Re,T)がある。この判定値用データマップは、排気温度Tを一定とした時に、レイノルズ数Reをベースにして、決められた再生開始用判定値ζsや再生終了用判定値ζeの値をマップ状のデータにしたものである。排気温度Tを一定とし、横軸をレイノルズ数Reのベースにして縦軸にこの判定値マップの再生開始用判定値ζsをプロットすると図4に示すようになる。
【0043】
次のステップS12で、吸気流量(吸気質量流量)Mm、燃料噴射量Qf、DPF内部排気温度Tim、DPF前後差圧ΔPm、DPF入口圧力Pimの計測値の入力を行う。この吸気流量Mmはマスエアフローセンサ11で、DPF内部排気温度Timは排気温度センサ42で、DPF前後差圧ΔPmは差圧センサ41で、DPF入口圧力Pimは入口排気圧力センサ43で、それぞれ検出された値であり、燃料噴射量Qfはエンジン制御で指示される値である。
【0044】
そして、次のステップS13で、排気ガスの粘性μc=fμ(Tim)、密度ρc=ρ0*(Pim/P0)*(T0/Tim)、平均流速Uc=Mexh/(ρc*A)を算出する。このMexhはマスエアフローセンサ11で計測した吸気流量Mmと燃料噴射量Qfとから計算で求められる排気流量(排気質量流量)であり、このマスエアフローセンサ11と燃料噴射量Qfの入力を伴う排気流量Mexhの計算を行う演算手段等により、排気流量検出手段が構成される。
【0045】
そして、ステップS14でレイノルズ数Rec=Uc*d/(μc/ρc)を算出し、ステップS15で圧損係数ζc=ΔPm/(ρc*Uc/2)を算出する。また、ステップS16で再生開始用判定値ζs=Fζs(Re,T)の判定値データから、排気温度TがTimでレイノルズ数ReがRecとなる再生開始用判定値ζsc=Fζs(Rec,Tim)を算出する。この算出は関数Fζsから計算で求めたり、レイノルズ数Reと排気温度Tをベースとする再生開始用判定値ζsのデータマップを参照して求めたりする。
【0046】
そして、ステップS17で、ステップS15で算出した圧損係数ζcとステップS16で算出した再生開始用判定値ζscとを比較して、DPFの目詰まり状態を判定する。
【0047】
この圧損係数ζcが、この圧損係数ζcが、再生開始用判定値ζscよりも小さい場合には、再生制御が必要な目詰まり状態にないと判定し、ステップS12に戻る。そして、この圧損係数ζcが、再生開始用判定値ζsc以上の場合には、再生制御が必要な目詰まり状態であると判定し、ステップS18でDPF目詰まり信号IsをON(Is=1)にし、ステップS19の再生開始に行き、別のフローの再生制御を開始させる。この再生開始を終えるとこの図2のフローはリターンし、再度、呼ばれて、スタートし、ステップS11〜ステップS19を繰り返す。
【0048】
なお、再生終了判断の場合には、図3に示すように、ステップS16〜ステップS19がステップS16A〜ステップS19Aのように変化する。
【0049】
ステップS16Aで、再生開始用判定値ζscの代りに、再生終了用判定値ζe=Fζe(Re,T)の判定値データから、排気温度TがTimでレイノルズ数ReがRecである再生終了用判定値ζec=Fζe(Rec,Tim)を算出する。この算出は関数Fζeから計算で求めたり、レイノルズ数Reと排気温度Tをベースとする再生終了用判定値ζeのデータマップを参照して求めたりする。
【0050】
そして、ステップS17Aでは、ステップS15で算出した圧損係数ζcとステップS16Aで算出した再生終了用判定値ζseとを比較して、DPFの目詰まり状態を判定する。この圧損係数ζcが、再生終了用判定値ζseよりも大きい場合には、再生制御が必要な目詰まり状態にあると判定し、ステップS12に戻る。そして、この圧損係数ζcが、再生終了用判定値ζse以下の場合には、再生制御を終了してもよい目詰まり状態であると判定し、ステップS18AでDPF目詰まり信号IsをOFF(Is=0)にし、ステップS19Aの再生終了に行き、別のフローの再生制御を開始させる。
【0051】
また、前記圧損係数の代りに計測されたDPF前後差圧ΔPmを用いて、前記判定値用圧損係数のデータから算出されたDPF前後差圧用の判定値ΔPms,ΔPmeと比較することにより、DPFの目詰まり状態を検知するように構成してもよい。
【0052】
この構成では、計測されたDPF前後差圧ΔPmから圧損係数ζcを計算せずに、前記判定値用圧損係数のデータから得られた判定値用圧損係数ζs,ζeを基に密度ρcや平均流速Ucを使用してDPF前後差圧用の判定値ΔPs(=ζs*ρc*Uc*Uc/2),ΔPe(=ζe*ρc*Uc*Uc/2)を算出して、計測されたDPF前後差圧ΔPmと、DPF前後差圧用の判定値ΔPs(又はΔPe)とを比較することによりDPFの目詰まり状態がを検知する。
【0053】
つまり、この計測されたDPF前後差圧ΔPmが、再生開始用判定値であるDPF前後差圧用の判定値ΔPs以上の場合には、再生制御が必要な目詰まり状態であると判定し、再生終了用判定値であるDPF前後差圧用の判定値ΔPe以下の場合には、再生制御を終了してもよい目詰まり状態であると判定する。
【0054】
これらの目詰まり状態判定制御により、精度良く、DPF40の目詰まり状態を推定できる。
【0055】
次に、判定値用データの作成について説明する。
この判定値用データは、DPFを再生開始の目詰まり状態にして、この状態で、エンジンの運転状態を変化させて、排気温度Timやレイノルズ数Recを変化させてDPF圧損係数ζscを算出し、この状態における排気温度Timとレイノルズ数Recと、DPF圧損係数ζscの関係を求めて、排気温度Tとレイノルズ数ReをベースにしてDPF圧損係数ζsを整理し、DPFの再生開始用判定値ζs=Fζs(Re,T)の関数やデータマップを作成する。
【0056】
また、DPFを再生終了の目詰まり状態にして、この状態で、エンジンの運転状態を変化させて、排気温度Timやレイノルズ数Recを変化させてDPF圧損係数ζecを算出し、この状態における排気温度Timとレイノルズ数Recと、DPF圧損係数ζecの関係を求めて、排気温度Tとレイノルズ数ReをベースにしてDPF圧損係数ζeを整理し、DPFの再生終了用判定値ζe=Fζe(Re,T)の関数やデータマップを作成する。
【0057】
そして、これらの再生開始用判定値ζs=Fζs(Re,T)と再生終了用判定値ζe=Fζe(Re,T)のデータは関数の形やデータマップの形等で予め制御装置に入力される。
【0058】
なお、上記では、上流側の酸化触媒コンバータと下流側の触媒付きフィルタで構成される連続再生型DPFを例にして説明したが、本発明は、酸化触媒コンバータと触媒を担持しないフィルタで構成される連続再生型DPF、酸化触媒コンバータ無しで触媒付きフィルタに酸化触媒とPM酸化触媒を担持させた連続再生型DPF、及び、触媒を担持しないフィルタで構成されるDPF(連続再生型に属さないDPF)等に対しても適用可能である。
【0059】
【発明の効果】
以上に説明をしたように、本発明のDPFの目詰まり検知方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガス中のPMの捕集と共に進捗するDPFの目詰まり状態を、粗い管内流れに模して、DPFを流れる排気ガスの温度とレイノルズ数をベースにした圧損係数を判定基準に採用して、DPFの目詰まり状態を検知するようにしたので、精度良く目詰まり状態を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る排気ガス浄化システムの構成図である。
【図2】本発明に係る実施の形態の再生制御開始用の目詰まり判定用制御フローの例を示す図である。
【図3】本発明に係る実施の形態の再生制御終了用の目詰まり判定用制御フローの例を示す図である。
【図4】本発明に係る再生開始用判定値のデータマップを模式的に示す図である。
【符号の説明】
1 排気ガス浄化システム
11 マスエアフローセンサ
20 排気通路
40 連続再生型DPF(DPF)
41 差圧センサ
42 排気温度センサ
43 入口排気圧力センサ
A 排気ガスの通過断面積
d レイノルズ数用寸法
Is DPF目詰まり信号
Mm 吸気質量流量
Mexh 排気質量流量
P0 基準圧力
Pim DPF入口圧力
ΔPm DPF前後差圧
Qf 燃料噴射量
Re,Rec レイノルズ数
T0 基準温度
T,Ti,Tim DPF内部排気温度
U,Uc 排気ガスの平均流速
μ,μc 排気ガスの粘性
ρ0 排気ガスの基準状態の密度
ρc 排気ガスの密度
ζ,ζc 圧損係数
ζs,ζsc 再生開始用判定値
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DPF clogging detection method and an exhaust gas purification system for detecting a clogged state of a DPF (diesel particulate filter) that collects particulate matter discharged from a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
Emissions of particulate matter (PM: particulate matter: hereinafter referred to as PM) emitted from diesel engines have been strengthened year by year along with NOx, CO and HC. Improvement alone has made it impossible to respond. Therefore, a technology has been developed that collects PM discharged from the engine with a filter called a diesel particulate filter (DPF) and reduces the amount of PM discharged to the outside. Yes.
[0003]
The DPF that directly collects PM includes ceramic monolith honeycomb wall flow type filters and fiber type filters made of ceramic or metal fibers. Exhaust gas purification using these DPFs Similar to other exhaust gas purification systems, the system is installed in the middle of the exhaust passage of the engine and purifies exhaust gas generated by the engine.
[0004]
When the filter collects PM, the exhaust pressure rises in proportion to the amount collected, so it is necessary to regenerate the DPF by removing the collected PM by burning or the like. Various methods have been proposed for this regeneration method, including an electric heater heating type, a burner heating type, and a backwash type.
[0005]
However, when these regeneration methods are used, PM is burned by receiving energy supply from the outside, which leads to deterioration of fuel consumption, and control during regeneration is difficult, and PM collection, PM combustion (DPF) There is a problem that the system becomes large and complicated, such as requiring a two-system DPF system that alternately performs (regeneration).
[0006]
In order to solve this problem, a technique has been proposed in which the oxidation temperature of PM is lowered using an oxidation catalyst, and PM is oxidized by exhaust heat from the engine to regenerate DPF without receiving energy from the outside. In this case, since DPF regeneration is basically continuous, it is called a continuous regeneration type DPF system. However, these systems become a simpler one-system DPF system, and regeneration control is also simplified. There is an advantage that
[0007]
The NO 2 regeneration type DPF system, which is one of the continuous regeneration type DPF systems, is a system for regenerating DPF by oxidizing PM with NO 2 (nitrogen dioxide), and an oxidation catalyst upstream of a normal wall flow filter. A converter is arranged to oxidize NO (nitrogen monoxide) in the exhaust gas. Therefore, NOx in the exhaust gas of stream after the oxidation catalytic converter is mostly becomes NO 2. With this NO 2 , the PM collected by the downstream filter 3Ab is oxidized to CO 2 (carbon dioxide), and the PM is removed. Since NO 2 has a smaller energy barrier than O 2, it lowers the PM oxidation temperature (DPF regeneration temperature), and therefore PM combustion occurs continuously with thermal energy in the exhaust gas without supplying energy from the outside.
[0008]
In this improved NO 2 regeneration type DPF system, a porous catalyst coat layer of an oxidation catalyst is applied to the porous wall surface of the wall flow filter, and oxidation of NO and oxidation of PM by NO 2 generated thereby are performed in the wall flow. It is configured to be performed on the wall surface of the filter, and the system is simplified by omitting the oxidation catalytic converter.
[0009]
There is also a system in which a porous catalyst coat layer of an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst such as an oxide is applied to the porous wall surface of the wall flow filter, PM accumulated in the filter is burned at a low temperature, and continuously regenerated.
[0010]
Each of these DPF systems with a catalyst is a system that realizes continuous regeneration of PM by lowering the PM oxidation start temperature than a normal filter by an oxidation reaction of PM with a catalyst and NO 2 .
[0011]
However, even if the PM oxidation start temperature is lowered, an exhaust temperature of about 350 ° C. is still necessary, so in low load operation and idle operation, the exhaust temperature is low, so PM oxidation and DPF self-regeneration occur. Absent. Therefore, if the engine operation state where the exhaust temperature is low, such as idling or low load, continues, PM will not be oxidized even if PM accumulates, resulting in increased exhaust pressure, worsening fuel consumption, and engine stop Troubles such as this may occur.
[0012]
Therefore, in these continuous regeneration type DPF systems, the clogged state of the DPF is monitored, and when the clogged state exceeds a predetermined criterion, the exhaust temperature is forcibly increased to forcibly accumulate the PM. DPF regeneration control is performed to burn and remove.
[0013]
One method of detecting this clogging state is to obtain an exhaust flow rate and a filter pressure loss (differential pressure before and after DPF) from an intake flow rate sensor, an exhaust temperature sensor, and an exhaust pressure sensor. A method has been proposed in which regeneration is started when the measured filter pressure loss is larger than the regeneration start pressure loss compared to the regeneration start pressure loss (determination value pressure loss value) (see, for example, Patent Document 1).
[0014]
Also, the filter pressure loss is calculated from the pressure sensor that measures the DPF inlet pressure and the atmospheric pressure sensor, and the filter pressure loss is calculated based on the engine speed or the engine speed and boost pressure. Compared to the above, there has been proposed a method of starting regeneration when the measured filter pressure loss is larger than this pressure loss threshold (see, for example, Patent Document 2).
[0015]
Furthermore, the coefficient related to the filter pressure loss is calculated from the pressure loss and the atmospheric pressure upstream of the DPF, and the pressure loss of the exhaust flow rate measuring unit provided upstream of the DPF, and the pressure upstream of the DPF and the engine intake pressure A method has also been proposed in which a coefficient related to the filter pressure loss is calculated from the engine speed, the coefficient related to the filter pressure loss is compared with a threshold value, and regeneration is started if the coefficient is larger than the threshold value. (For example, refer to Patent Document 3).
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-9-13951 [0017]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-364342
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-371829
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to determine the start of regeneration of the DPF, an attempt is made to detect the clogged state of the DPF with various parameters. The pressure loss of the DPF is the actual operating state of the engine, that is, the engine load, the engine speed. Because of the influence of exhaust gas flow velocity, pressure, flow rate, temperature, etc., filter pressure loss based on exhaust flow rate, filter pressure loss based on engine speed, or factors related to filter pressure loss, etc. Comparing with the corresponding threshold values alone, problems such as insufficient clogging detection accuracy in determining the DPF regeneration timing, and problems such as an increase in the number of sensors and complicated control. There is.
[0020]
On the other hand, in the flow in the flow path, the pressure loss ΔP in the circular pipe is determined by the Nikraze experiment or the like, the fluid density is ρ, the average flow velocity is U, the pipe shaft length is L, the pipe diameter is d, and the pipe friction coefficient is when the λ, ΔP = λ * (ρ * U 2/2) * can be represented by the formula (L / d), the pipe friction coefficient lambda, especially in rough the circular pipe flow, in the case of turbulent flow When the fluid kinematic viscosity coefficient is μ, a function λ = Fλ (Re, Reynolds number Re = U * d / (μ / ρ) and relative roughness of the wall surface (standard roughness / tube diameter = ε / d) It is known that ε / d).
[0021]
Then, when the pressure loss coefficient ζ ζ = ΔP / (ρU 2 /2), ζ = λ * (L / d) , and the the pressure loss coefficient zeta, as with the pipe friction factor lambda, the Reynolds number Re and the wall of the Colebrook's equation that gives a function of relative friction (ε / d) ζ = Fζ (Re, ε / d) and gives a pipe friction coefficient of a practical pipe approximately, and a Moody diagram that summarizes this equation in a diagram As can be seen from the above, when the Reynolds number Re is fixed, the pressure loss coefficient ζ is monotonous with respect to the relative roughness (ε / d) in a turbulent region where the Reynolds number Re and the relative roughness (ε / d) are relatively large. Increase function.
[0022]
In the PM collection process of the DPF, the PM adheres to the wall surface of the exhaust gas passage of the DPF, and the increase in the adhered PM increases the relative roughness (ε / d) of the wall surface. The flow in the DPF is similar to the flow in the pipe. Based on the Reynolds number Re, it is considered that the accumulated state of PM, that is, the clogged state of the DPF can be detected from the pressure loss coefficient ζ.
[0023]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems by obtaining these findings. The purpose of the present invention is to detect DPF clogging in order to determine the DPF regeneration start time and regeneration end time. Using the fact that the pressure loss coefficient becomes a monotone function of the wall roughness when the exhaust temperature and the Reynolds number are constant, it is possible to accurately detect the clogged state of the DPF with relatively few sensors and calculations. An object of the present invention is to provide a DPF clogging detection method and an exhaust gas purification system.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
A method for detecting clogging of a DPF for achieving the above object includes a DPF that collects particulate matter in an exhaust passage of an internal combustion engine, a differential pressure sensor that detects a differential pressure across the DPF, and the DPF In the exhaust gas purification system comprising an exhaust temperature sensor for detecting the exhaust temperature inside the exhaust gas, an inlet exhaust pressure sensor for detecting the exhaust pressure at the inlet of the DPF, and an exhaust flow rate detecting means for detecting the exhaust flow rate, DPF differential pressure measured by the pressure sensor, DPF internal exhaust temperature measured by the exhaust temperature sensor, DPF inlet exhaust pressure measured by the inlet exhaust pressure sensor, and detected by the exhaust flow rate detecting means From the exhaust flow rate, the pressure loss coefficient of the DPF and the Reynolds number of the exhaust gas passing through the DPF are calculated, and the calculated pressure loss coefficient of the DPF is calculated using the DPF internal exhaust temperature and the Reynolds number. By comparing the determined value calculated from the data of the previously prepared determined values for pressure loss coefficient number based, and detecting the clogging of the DPF.
[0025]
In the DPF clogging detection method described above, whether the pressure loss coefficient data for the determination value is data for determining whether to start the regeneration control of the DPF, or whether the regeneration control of the DPF is to be terminated. It is characterized in that it is at least one of data for judging whether or not reproduction is complete.
[0026]
Here, the pressure loss coefficient zeta, [Delta] P the DPF differential pressure, the density of the exhaust gas [rho, the average flow rate through the DPF when a U, the value represented by ζ = ΔP / (ρU 2/ 2) is there.
[0027]
According to the DPF clogging detection method of the present invention, the clogged state of the DPF that progresses as PM is collected in the exhaust gas is simulated by the pressure loss in the rough pipe flow, and the exhaust gas temperature and Reynolds. Since the pressure loss coefficient based on the number is adopted as the criterion, the clogging state can be estimated with high accuracy.
[0028]
When PM accumulation in the DPF is considered as an increase in the relative roughness (ε / d) of the wall surface, and the flow of the DPF is considered to be a flow in a rough pipe, the pressure loss coefficient ζ of the DPF is the flow of the flow in the rough pipe. As with the pipe friction coefficient λ, the function ζ = Fζ (Re, ε / d) of the Reynolds number Re and the relative roughness (ε / d) of the wall surface, and the exhaust temperature T only has an effect on the Reynolds number Re. In practice, however, the exhaust temperature affects the viscosity of the exhaust gas, and thus affects ε / d through the state of the laminar flow near the inner wall surface of the exhaust passage. Further, since there is a change in the size of the exhaust passage (cell, etc.) due to the thermal expansion of the DPF itself, it has been experimentally found that the pressure loss coefficient ζ of the DPF also differs if the exhaust temperature T is different even if the Reynolds number Re is the same. Yes. Therefore, when the PM accumulation state, that is, the clogged state of the DPF is detected from the pressure loss coefficient ζ, it is necessary to consider not only the Reynolds number Re but also the exhaust temperature T. Therefore, in the present invention, the Reynolds number Re At the same time, the exhaust temperature T is used as a base.
[0029]
An exhaust gas purification system for realizing the DPF clogging detection method includes a DPF that collects particulate matter in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a regeneration control means for regenerating the DPF. In the exhaust gas purification system provided, a differential pressure sensor that detects a differential pressure across the DPF, an exhaust temperature sensor that detects an exhaust temperature inside the DPF, and an inlet exhaust pressure that detects an exhaust pressure at the inlet of the DPF A sensor and an exhaust flow rate detecting means for detecting an exhaust flow rate, wherein the regeneration control means includes a differential pressure across the DPF measured by the differential pressure sensor, and an internal exhaust temperature of the DPF measured by the exhaust temperature sensor. From the DPF inlet exhaust pressure measured by the inlet exhaust pressure sensor and the exhaust flow rate detected by the exhaust flow rate detecting means, the DPF pressure loss coefficient and the D The Reynolds number of the exhaust gas passing through F is calculated, and the calculated pressure loss coefficient of the DPF is a judgment value calculated from the pressure loss coefficient data for the judgment value prepared in advance based on the DPF internal exhaust temperature and the Reynolds number. By comparing, it is characterized by detecting the clogged state of the DPF.
[0030]
Further, the exhaust gas purification system uses the DPF front-rear differential pressure measured instead of the pressure loss coefficient, and compares it with the determination value for the DPF front-rear differential pressure calculated from the data of the determination value pressure-loss coefficient. Thus, the clogged state of the DPF is detected.
[0031]
That is, when comparing, without calculating the pressure loss coefficient from the measured differential pressure across the DPF, the density and average flow velocity are used based on the pressure loss coefficient for the judgment value obtained from the data of the pressure loss coefficient for the judgment value. A determination value for differential pressure across the DPF is calculated and compared to detect a clogged state of the DPF.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a DPF clogging detection method and an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a continuous regeneration DPF including an oxidation catalytic converter and a filter with a catalyst.
[0033]
FIG. 1 shows a configuration of an exhaust gas purification system 1 according to this embodiment. In the exhaust gas purification system 1, a continuous regeneration type DPF (hereinafter referred to as DPF) 40 that collects PM (particulate matter) in exhaust gas and removes it by combustion is disposed in an exhaust pipe 30 of the diesel engine 10. The DPF 40 includes an oxidation catalytic converter 40a on the upstream side and a filter 40b with a catalyst on the downstream side.
[0034]
The oxidation catalyst converter 40a is formed by supporting an oxidation catalyst such as platinum (Pt) on a support such as a porous ceramic honeycomb structure, and the catalyst-equipped filter 40b is formed of a porous ceramic honeycomb channel. It is formed by a monolith honeycomb wall flow type filter in which the inlet and the outlet are alternately sealed. An oxidation catalyst such as platinum or a PM oxidation catalyst such as cerium oxide is supported on the filter portion. In the filter with catalyst 40b, PM in the exhaust gas G is collected (trapped) by a porous ceramic wall.
[0035]
A mass airflow (MAF) sensor 11 that detects an intake mass flow rate Mm in the intake pipe 20 of the engine 10 is a differential pressure sensor 41 that detects a differential pressure ΔPm across the DPF 40 in a conduction pipe connected to the front and rear of the DPF 40. Further, the DPF 40 is provided with an exhaust temperature sensor 42 for detecting the exhaust temperature Tim inside, and an inlet exhaust pressure sensor 43 for detecting the exhaust pressure Pim at the DPF inlet. The output values of these sensors are input to a control device (electronic control box: ECU: engine control unit) 50 that performs overall control of the operation of the engine 10 and also controls regeneration of the DPF 40.
[0036]
In this control device, the clogged state of the DPF 40 is detected from the measured values from the sensors 11, 41, 42, and 43 and various data inputted in advance, and the clogged state exceeds a predetermined regeneration start reference. The regeneration control is performed for regeneration of the DPF 40, and when the clogged state of the DPF 40 becomes a predetermined regeneration termination reference, the regeneration control is terminated. Note that this predetermined reproduction start reference is set according to the necessity of the reproduction control, and is not necessarily set so that the reproduction is started not only in a full clogged state but also in a half clogged state. Also good.
[0037]
The regeneration control differs depending on the type of the DPF 40. For example, the fuel injection valve, the exhaust throttle valve, the intake air intake valve, and the like of the engine 10 are controlled by the control signal output from the control device 50 to flow into the DPF 40. The temperature of the exhaust gas G to be raised is raised to a temperature equal to or higher than the combustion start temperature of the PM collected by the DPF 40, and the collected PM is burned and removed to regenerate the DPF 40.
[0038]
In the regeneration control of the exhaust gas purification system 1, the detection of the clogged state of the DPF 40 and the determination of the start of the regeneration control and the end of the regeneration control are performed. This determination is illustrated in FIGS. 2 and 3. Such a clogging state determination control flow is performed. The control flow illustrated in FIG. 2 and FIG. 3 is shown as a control flow that is repeatedly called from the main control flow and executed.
[0039]
That is, when the main control program for controlling the entire engine starts with the start of the engine, it is repeatedly called as necessary from the main control flow or the DPF regeneration control flow that is a sub-flow of the main control flow, and the clogging in FIG. The state determination control flow starts, executes this control flow, and returns to the main control flow or the like. Then, the control flow of FIG. 2 is repeatedly executed until the main control flow ends.
[0040]
When the clogging state determination control flow of FIG. 2 starts, calculation data and a determination value data map are input in step S11.
[0041]
The calculation data includes the cross-sectional area A of the exhaust gas G for obtaining the average exhaust gas flow velocity U, the Reynolds number dimension d, and the relationship between the exhaust gas temperature T and the viscosity μ, which is exhaust gas viscosity calculation data. Data (μ = fμ (T)), the density ρ0 of the exhaust gas in the reference state (reference pressure P0, reference temperature T0), and the like. The passage cross-sectional area A is a value such as the sum of the cross-sectional area of the flow path and the cell in the DPF, and the dimension d for the Reynolds number is a value for calculating the Reynolds number Re. Is a fixed value representative of the dimension of the portion through which, for example, the pipe diameter of the DPF, the inner diameter of the cell of the DPF, and the like.
[0042]
Further, the determination value data map includes a regeneration start determination value ζs = Fζs (Re, T) for determining whether or not to start the regeneration control of the DPF 40, and whether or not to terminate the regeneration control of the DPF 40. There is a reproduction end determination value ζe = Fζe (Re, T) for determination. In this determination value data map, when the exhaust gas temperature T is constant, based on the Reynolds number Re, the determined regeneration start determination value ζs and regeneration end determination value ζe are converted into map-like data. Is. When the exhaust temperature T is constant, the horizontal axis is the base of the Reynolds number Re, and the regeneration start determination value ζs is plotted on the vertical axis, the result is as shown in FIG.
[0043]
In the next step S12, measured values of the intake flow rate (intake mass flow rate) Mm, the fuel injection amount Qf, the DPF internal exhaust temperature Tim, the DPF front-rear differential pressure ΔPm, and the DPF inlet pressure Pim are input. The intake air flow rate Mm is detected by the mass airflow sensor 11, the DPF internal exhaust temperature Tim is detected by the exhaust temperature sensor 42, the DPF differential pressure ΔPm is detected by the differential pressure sensor 41, and the DPF inlet pressure Pim is detected by the inlet exhaust pressure sensor 43. The fuel injection amount Qf is a value instructed by engine control.
[0044]
In the next step S13, the exhaust gas viscosity μc = fμ (Tim), density ρc = ρ0 * (Pim / P0) * (T0 / Tim), and average flow velocity Uc = Mexh / (ρc * A) are calculated. . Mexh is an exhaust flow rate (exhaust mass flow rate) calculated from the intake air flow rate Mm measured by the mass air flow sensor 11 and the fuel injection amount Qf, and the exhaust flow rate accompanied by the input of the mass air flow sensor 11 and the fuel injection amount Qf. Exhaust flow rate detection means is configured by calculation means for calculating Mexh.
[0045]
Then, to calculate the Reynolds number Rec = Uc * d / (μc / ρc) in step S14, to calculate the pressure loss coefficient ζc = ΔPm / (ρc * Uc 2/2) in step S15. Further, in step S16, the regeneration start determination value ζsc = Fζs (Rec, Tim) from the determination value data of the regeneration start determination value ζs = Fζs (Re, T) where the exhaust temperature T is Tim and the Reynolds number Re is Rec. Is calculated. This calculation is obtained by calculation from the function Fζs or by referring to a data map of the regeneration start determination value ζs based on the Reynolds number Re and the exhaust temperature T.
[0046]
In step S17, the pressure loss coefficient ζc calculated in step S15 is compared with the regeneration start determination value ζsc calculated in step S16 to determine the clogged state of the DPF.
[0047]
If the pressure loss coefficient ζc is smaller than the regeneration start determination value ζsc, it is determined that there is no clogging that requires regeneration control, and the process returns to step S12. If the pressure loss coefficient ζc is equal to or greater than the regeneration start determination value ζsc, it is determined that the clogged state requires regeneration control, and the DPF clogging signal Is is turned ON (Is = 1) in step S18. Then, the reproduction starts in step S19, and the reproduction control of another flow is started. When the reproduction start is finished, the flow of FIG. 2 returns, is called again, starts, and steps S11 to S19 are repeated.
[0048]
Note that, in the case of the reproduction end determination, as shown in FIG. 3, step S16 to step S19 are changed to step S16A to step S19A.
[0049]
In step S16A, instead of the regeneration start determination value ζsc, from the determination value data of regeneration end determination value ζe = Fζe (Re, T), the regeneration end determination in which the exhaust temperature T is Tim and the Reynolds number Re is Rec. The value ζec = Fζe (Rec, Tim) is calculated. This calculation is obtained by calculation from the function Fζe or by referring to a data map of the regeneration end determination value ζe based on the Reynolds number Re and the exhaust temperature T.
[0050]
In step S17A, the pressure loss coefficient ζc calculated in step S15 is compared with the regeneration end determination value ζse calculated in step S16A to determine the clogged state of the DPF. When the pressure loss coefficient ζc is larger than the regeneration end determination value ζse, it is determined that the clogging is necessary for the regeneration control, and the process returns to step S12. If the pressure loss coefficient ζc is equal to or less than the regeneration end determination value ζse, it is determined that the regeneration control may be terminated, and the DPF clogging signal Is is turned off (Is = Is = S18A). 0), the reproduction ends in step S19A, and reproduction control of another flow is started.
[0051]
Further, by using the DPF front-rear differential pressure ΔPm measured instead of the pressure loss coefficient, and comparing it with the DPF front-rear differential pressure determination values ΔPms, ΔPme calculated from the determination value pressure-loss coefficient data, You may comprise so that a clogged state may be detected.
[0052]
In this configuration, the pressure loss coefficient ζc is not calculated from the measured differential pressure before and after the DPF ΔPm, and the density ρc and the average flow velocity are calculated based on the determination value pressure loss coefficients ζs and ζe obtained from the determination value pressure loss coefficient data. The determination values ΔPs (= ζs * ρc * Uc * Uc / 2) and ΔPe (= ζe * ρc * Uc * Uc / 2) for the differential pressure across the DPF are calculated using Uc, and the measured differential across the DPF is calculated. The clogged state of the DPF is detected by comparing the pressure ΔPm with the determination value ΔPs (or ΔPe) for the differential pressure across the DPF.
[0053]
In other words, when the measured DPF front-rear differential pressure ΔPm is equal to or larger than the DPF front-rear differential pressure determination value ΔPs, which is the regeneration start determination value, it is determined that the clogged state requires regeneration control, and the regeneration ends. If it is equal to or less than the DPF front-rear differential pressure determination value ΔPe, it is determined that the regeneration control may be terminated.
[0054]
By these clogging state determination control, the clogging state of the DPF 40 can be estimated with high accuracy.
[0055]
Next, creation of determination value data will be described.
The determination value data is obtained by making the DPF clogged at the start of regeneration. In this state, the engine operating state is changed, the exhaust temperature Tim and the Reynolds number Rec are changed, and the DPF pressure loss coefficient ζsc is calculated. In this state, the relationship between the exhaust temperature Tim, the Reynolds number Rec, and the DPF pressure loss coefficient ζsc is obtained, the DPF pressure loss coefficient ζs is arranged based on the exhaust temperature T and the Reynolds number Re, and the DPF regeneration start determination value ζs = A function and a data map of Fζs (Re, T) are created.
[0056]
Further, the DPF is made clogged at the end of regeneration, and in this state, the engine operating state is changed, the exhaust temperature Tim and the Reynolds number Rec are changed, and the DPF pressure loss coefficient ζec is calculated. The exhaust temperature in this state The relationship between Tim, the Reynolds number Rec, and the DPF pressure loss coefficient ζec is obtained, the DPF pressure loss coefficient ζe is arranged based on the exhaust temperature T and the Reynolds number Re, and the DPF regeneration end determination value ζe = Fζe (Re, T ) Functions and data maps.
[0057]
The reproduction start determination value ζs = Fζs (Re, T) and the reproduction end determination value ζe = Fζe (Re, T) are input to the control device in advance in the form of a function, a data map, or the like. The
[0058]
In the above description, the continuous regeneration type DPF including the upstream oxidation catalyst converter and the downstream filter with catalyst has been described as an example. However, the present invention includes an oxidation catalyst converter and a filter that does not carry a catalyst. Continuous regeneration type DPF, continuous regeneration type DPF in which an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst are supported on a filter with a catalyst without an oxidation catalyst converter, and a DPF composed of a filter that does not carry a catalyst (a DPF that does not belong to the continuous regeneration type) ) And the like.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the DPF clogging detection method and the exhaust gas purification system of the present invention, the clogged state of the DPF that progresses with the collection of PM in the exhaust gas is imitated by a rough flow in the pipe. Thus, the pressure loss coefficient based on the temperature of the exhaust gas flowing through the DPF and the Reynolds number is adopted as a criterion for detecting the clogged state of the DPF, so that the clogged state can be estimated with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purification system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a control flow for clogging determination for starting regeneration control according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a control flow for clogging determination at the end of regeneration control according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a data map of reproduction start determination values according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust Gas Purification System 11 Mass Air Flow Sensor 20 Exhaust Passage 40 Continuous Regeneration DPF (DPF)
41 Differential pressure sensor 42 Exhaust temperature sensor 43 Inlet exhaust pressure sensor A Exhaust gas passage cross section d Reynolds number dimension Is DPF clogging signal Mm Intake mass flow rate Mexh Exhaust mass flow rate P0 Reference pressure Pim DPF inlet pressure ΔPm Differential pressure across DPF Qf Fuel injection amount Re, Rec Reynolds number T0 Reference temperature T, Ti, Tim DPF internal exhaust temperature U, Uc Average exhaust gas flow velocity μ, μc Exhaust gas viscosity ρ0 Exhaust gas reference density ρc Exhaust gas density ζ , Ζc Pressure loss coefficient ζs, ζsc Reproduction start judgment value

Claims (4)

内燃機関の排気通路に粒子状物質を捕集するDPFと、該DPFの前後差圧を検出する差圧センサと、前記DPFの内部の排気温度を検出する排気温度センサと、前記DPFの入口の排気圧力を検出する入口排気圧力センサと、排気流量を検出する排気流量検出手段とを備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記差圧センサで計測されたDPF前後差圧と、前記排気温度センサで計測されたDPF内部排気温度と、前記入口排気圧力センサで計測されたDPF入口排気圧力と、前記排気流量検出手段で検出された排気流量とから、DPFの圧損係数と前記DPFを通過する排気ガスのレイノルズ数を算出し、
算出されたDPFの圧損係数を、DPF内部排気温度とレイノルズ数をベースに予め作成された判定値用圧損係数のデータから算出された判定値と比較することにより、DPFの目詰まり状態を検知することを特徴とするDPFの目詰まり検知方法。
A DPF that collects particulate matter in an exhaust passage of the internal combustion engine; a differential pressure sensor that detects a differential pressure across the DPF; an exhaust temperature sensor that detects an exhaust temperature inside the DPF; and an inlet of the DPF In an exhaust gas purification system comprising an inlet exhaust pressure sensor for detecting an exhaust pressure and an exhaust flow rate detecting means for detecting an exhaust flow rate,
Detected by the exhaust flow rate detecting means, the DPF differential pressure measured by the differential pressure sensor, the DPF internal exhaust temperature measured by the exhaust temperature sensor, the DPF inlet exhaust pressure measured by the inlet exhaust pressure sensor, and the exhaust flow rate detecting means. From the exhaust flow rate calculated, the pressure loss coefficient of the DPF and the Reynolds number of the exhaust gas passing through the DPF are calculated,
The clogged state of the DPF is detected by comparing the calculated pressure loss coefficient of the DPF with a determination value calculated from the pressure loss coefficient data for the determination value prepared in advance based on the DPF internal exhaust temperature and the Reynolds number. A method for detecting clogging of a DPF, characterized in that
前記判定値用圧損係数のデータが、DPFの再生制御を開始するか否かの再生開始判定用のデータ、又は、DPFの再生制御を終了するか否かの再生終了判定用のデータの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1記載のDPFの目詰まり検知方法。The determination value pressure loss coefficient data is at least one of data for determining whether or not to start regeneration control of the DPF and data for determining whether or not to end regeneration control of the DPF. The DPF clogging detection method according to claim 1, wherein: 内燃機関の排気通路に粒子状物質を捕集するDPFを備えると共に、該DPFを再生するための再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記DPFの前後差圧を検出する差圧センサと、前記DPFの内部の排気温度を検出する排気温度センサと、前記DPFの入口の排気圧力を検出する入口排気圧力センサと、排気流量を検出する排気流量検出手段とを備えると共に、
前記再生制御手段が、前記差圧センサで計測されたDPF前後差圧と、前記排気温度センサで計測されたDPF内部排気温度と、前記入口排気圧力センサで計測されたDPF入口排気圧力と、前記排気流量検出手段で検出された排気流量とから、DPFの圧損係数と前記DPFを通過する排気ガスのレイノルズ数を算出し、算出されたDPFの圧損係数を、DPF内部排気温度とレイノルズ数をベースに予め作成された判定値用圧損係数のデータから算出された判定値と比較することにより、DPFの目詰まり状態を検知することを特徴とする排気ガス浄化システム。
In an exhaust gas purification system provided with a DPF for collecting particulate matter in an exhaust passage of an internal combustion engine, and provided with a regeneration control means for regenerating the DPF,
A differential pressure sensor that detects a differential pressure across the DPF, an exhaust temperature sensor that detects an exhaust temperature inside the DPF, an inlet exhaust pressure sensor that detects an exhaust pressure at the inlet of the DPF, and an exhaust flow rate An exhaust flow rate detecting means,
The regeneration control means includes a differential pressure across the DPF measured by the differential pressure sensor, a DPF internal exhaust temperature measured by the exhaust temperature sensor, a DPF inlet exhaust pressure measured by the inlet exhaust pressure sensor, The DPF pressure loss coefficient and the Reynolds number of the exhaust gas passing through the DPF are calculated from the exhaust flow rate detected by the exhaust flow rate detecting means, and the calculated DPF pressure loss coefficient is based on the DPF internal exhaust temperature and the Reynolds number. An exhaust gas purification system that detects a clogged state of the DPF by comparing with a judgment value calculated from data of a judgment value pressure loss coefficient prepared in advance.
前記圧損係数の代りに計測されたDPF前後差圧を用いて、前記判定値用圧損係数のデータから算出されたDPF前後差圧用の判定値と比較することにより、DPFの目詰まり状態を検知することを特徴とする請求項3記載の排気ガス浄化システム。The clogged state of the DPF is detected by using the differential pressure before and after the DPF measured instead of the pressure loss coefficient and comparing it with the determination value for the differential pressure before and after the DPF calculated from the pressure loss coefficient data for the determination value. The exhaust gas purification system according to claim 3.
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