JP2005048663A - Engine exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路に排ガス中の微粒子を捕集するフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an engine provided with a filter for collecting particulates in exhaust gas in an exhaust passage.
ディーゼルエンジンの排気通路に上記フィルタを設けた場合、その微粒子堆積量が所定値以上になったときに、この微粒子を燃焼除去することにより、当該フィルタの再生を行なう必要がある。このフィルタの再生に関し、その微粒子堆積量が所定値以上になったときに、該フィルタ近傍の排ガス温度がフィルタ再生に適した目標温度となるように、吸気絞り量又は圧縮行程上死点付近での燃料噴射時期の遅角量をフィードバック制御することが知られている(特許文献1参照)。つまり、吸気絞り又は噴射時期の遅角により、エンジンの気筒から排出される排ガス温度を上昇させ、それによってフィルタ温度を上昇させてその再生を図るものであり、その吸気絞り又は噴射時期の遅角にフィードバック制御を採用する、というものである。 When the filter is provided in the exhaust passage of the diesel engine, it is necessary to regenerate the filter by burning and removing the fine particles when the accumulated amount of fine particles exceeds a predetermined value. Regarding the regeneration of this filter, when the particulate accumulation amount exceeds a predetermined value, the intake throttle amount or the compression stroke is near the top dead center so that the exhaust gas temperature near the filter becomes a target temperature suitable for filter regeneration. It is known to perform feedback control on the amount of retardation of the fuel injection timing (see Patent Document 1). That is, the exhaust gas temperature exhausted from the cylinder of the engine is raised by the retarded intake throttle or injection timing, thereby raising the filter temperature and regenerating the intake throttle or the retarded injection timing. The feedback control is adopted.
また、同文献1には、上記フィードバック制御中にエンジンの運転条件の変化により気筒から排出される排ガス温度が上昇する状況にあるときに、フィードバック制御の条件を変更する、又は吸気絞り量若しくは噴射時期をフィードフォワード制御することが記載されている。これにより、排ガス温度の過度上昇を防止するというものである。
しかし、フィルタの微粒子堆積量が所定値以上になったときに、上記フィードバック制御を実行しても、そのフィルタ近傍の排ガス温度が低いときにはオーバシュートが大きくなる。そのため、フィルタが過度に加熱されて溶損ないしは破壊されるという問題がある。 However, even if the feedback control is performed when the amount of particulates deposited on the filter exceeds a predetermined value, the overshoot increases when the exhaust gas temperature near the filter is low. Therefore, there is a problem that the filter is excessively heated and is damaged or destroyed.
仮にそのような問題を生じない場合でも、フィルタ温度の目標温度への収束性が悪くなって、フィルタを短時間に再生することができなくなる。すなわち、自動車では、その走行状態の変化に応じてエンジン出力を刻々と変化させる必要があるところ、吸気絞りの場合は制御時間が長くなって、エンジン出力を適切に変化させることができず、燃料噴射時期の遅角の場合もエンジン出力の適切な制御が難しくなるとともに、燃料消費率の悪化を招くという問題がある。 Even if such a problem does not occur, the convergence of the filter temperature to the target temperature is deteriorated, and the filter cannot be regenerated in a short time. That is, in an automobile, it is necessary to change the engine output every moment according to the change in the running state. However, in the case of the intake throttle, the control time becomes long, and the engine output cannot be changed appropriately, and the fuel Even when the injection timing is retarded, it is difficult to appropriately control the engine output, and the fuel consumption rate is deteriorated.
また、上記フィルタ温度のフィードバック制御中にエンジンの運転条件の変化に応じてフィードバック制御の条件を変更したり、フィードフォワード制御に移行することも難しい。すなわち、フィルタの熱容量が大きく、しかもこれに捕集している微粒子が着火燃焼を始めた後はその燃焼熱がフィルタ近傍の排ガス温度に大きく影響するから、そもそもフィルタ近傍温度をフィードバックによって応答性良く制御することは難しい。その場合に、フィードバック制御条件の変更やフィードフォワード制御への移行を行なうと、フィルタ近傍温度を適正な温度に制御することがますます難しくなり、フィルタ再生制御の長期化を招く結果となる。 In addition, it is difficult to change the feedback control condition according to a change in the engine operating condition during the filter temperature feedback control or to shift to the feedforward control. That is, the heat capacity of the filter is large, and after the particulates collected in the filter start ignition and combustion, the combustion heat greatly affects the exhaust gas temperature near the filter. It is difficult to control. In that case, if the feedback control condition is changed or the shift to the feedforward control is performed, it becomes more difficult to control the temperature in the vicinity of the filter to an appropriate temperature, resulting in prolonged filter regeneration control.
そこで、本発明は、フィルタの温度をその再生に適する温度に速やかに上昇させ、フィルタに悪影響を与えることなく、その再生を効率良く行なうことを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to quickly raise the temperature of a filter to a temperature suitable for the regeneration and to efficiently perform the regeneration without adversely affecting the filter.
本発明は、このような課題に対して、フィルタよりも上流側の排気通路に酸化触媒を配置し、この酸化触媒へ未燃燃料を供給することにより、触媒反応熱を利用してフィルタ温度の上昇を図るようにし、当該未燃燃料の供給を当初オープン制御としてフィルタ温度の上昇を図った後にフィードバック制御に移行するようにした。 The present invention addresses such a problem by disposing an oxidation catalyst in the exhaust passage upstream of the filter and supplying unburned fuel to the oxidation catalyst, thereby making it possible to control the filter temperature using the heat of catalytic reaction. In order to increase the temperature of the filter, the supply of unburned fuel is initially set to open control, and then the filter temperature is increased, and then the control is shifted to feedback control.
すなわち、本発明は、エンジンの排気通路に設けられ該エンジンの排ガス中の微粒子を捕集するフィルタと、
上記フィルタに捕集された微粒子の堆積量に関連するパラメータ値を検出する微粒子量関連値検出手段と、
上記フィルタよりも上流の上記排気通路に設けられた酸化触媒と、
上記微粒子量関連値検出手段によって検出された上記パラメータ値に基づいて、上記微粒子の堆積量が所定値以上であると判定したときに、上記エンジンの気筒内燃焼室に、圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後の膨張行程又は排気行程において、上記エンジンの運転状態に応じた噴射量で燃料を噴射する副噴射制御を実行することにより、上記酸化触媒に未燃燃料を供給しその触媒反応熱によって上記フィルタに流入する排ガス温度を上昇させて該フィルタに捕集されている上記微粒子を燃焼させることで該フィルタの再生を行なう再生手段とを備えているエンジンの排気浄化装置において、
上記フィルタの温度に関連するパラメータ値を検出する温度関連値検出手段と、
上記温度関連値検出手段によって検出されるパラメータ値が上記フィルタ再生のための目標値となるように上記副噴射量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
上記再生手段による副噴射制御から上記フィードバック制御手段による副噴射制御へ移行するための予め定めた条件が成立しているか否かを判定し、該移行条件が成立しているときに当該移行を実行させる制御態様変更手段とを備えていることを特徴とする。
That is, the present invention provides a filter that is provided in an exhaust passage of an engine and collects particulates in exhaust gas of the engine;
Fine particle amount related value detection means for detecting a parameter value related to the amount of accumulated fine particles collected by the filter;
An oxidation catalyst provided in the exhaust passage upstream of the filter;
Based on the parameter value detected by the particulate matter related value detection means, when it is determined that the amount of particulates deposited is greater than or equal to a predetermined value, the combustion chamber in the cylinder has a compression stroke near top dead center. In the expansion stroke or the exhaust stroke after the main injection in which the fuel is injected, the sub-injection control for injecting the fuel with the injection amount corresponding to the operating state of the engine is performed, thereby supplying the unburned fuel to the oxidation catalyst. In an exhaust emission control device for an engine, comprising regeneration means for regenerating the filter by raising the temperature of exhaust gas flowing into the filter by the catalytic reaction heat and burning the particulates collected in the filter ,
Temperature-related value detection means for detecting a parameter value related to the temperature of the filter;
Feedback control means for feedback-controlling the sub-injection amount so that the parameter value detected by the temperature-related value detection means becomes a target value for the filter regeneration;
It is determined whether or not a predetermined condition for shifting from the sub-injection control by the regeneration unit to the sub-injection control by the feedback control unit is satisfied, and the transition is executed when the transition condition is satisfied And a control mode changing means.
従って、フィルタの微粒子堆積量が所定値以上になると、まず、再生手段により、エンジン運転状態に応じた副噴射制御が実行され、これにより、酸化触媒に未燃燃料が供給され、触媒反応熱によってフィルタに流入する排ガスの温度が高くなり、フィルタ温度が速やかに上昇する。その後、フィードバック制御への移行条件が成立すると、上記再生手段による副噴射制御から当該フィードバック制御に移行する。このときは、先の再生手段による副噴射制御によってフィルタ温度が上昇しているから、当該フィードバック制御によるフィルタ温度関連パラメータ値の目標値への収束が速やかなものになり、フィルタの再生効率が良くなる。よって、大きなオーバシュートが防止され、フィルタの溶損や燃料消費率の悪化を招くことなく、フィルタを短時間に再生することができる。 Accordingly, when the particulate accumulation amount of the filter becomes a predetermined value or more, first, sub-injection control according to the engine operating state is executed by the regeneration means, whereby unburned fuel is supplied to the oxidation catalyst, and the catalyst reaction heat causes The temperature of the exhaust gas flowing into the filter increases, and the filter temperature rises quickly. Thereafter, when the condition for shifting to the feedback control is satisfied, the sub-injection control by the regeneration means is shifted to the feedback control. At this time, since the filter temperature has been raised by the sub-injection control by the previous regeneration means, the filter temperature-related parameter value is quickly converged to the target value by the feedback control, and the filter regeneration efficiency is improved. Become. Therefore, a large overshoot can be prevented, and the filter can be regenerated in a short time without causing the filter to melt or deteriorate the fuel consumption rate.
上記移行条件としては、上記再生手段による上記副噴射制御の開始から所定時間を経過したこととすることができる。これにより、移行条件の成立を簡便に判定することができるとともに、上記再生手段による副噴射制御によってフィルタ温度がある程度安定した状態になるまで待って上記フィードバック制御に移行することができ、目標値への収束性を高める上で有利になる。 The transition condition may be that a predetermined time has elapsed from the start of the sub-injection control by the regeneration means. As a result, it is possible to easily determine whether the transition condition is satisfied, and it is possible to shift to the feedback control after waiting until the filter temperature is stabilized to some extent by the sub-injection control by the regeneration means. This is advantageous in improving the convergence of the.
また、上記移行条件としては、上記温度検出手段によって検出されるパラメータ値の温度上昇方向の変化率が所定値以下に低下したこととすることができる。すなわち、上記再生手段による副噴射制御を開始した当初は、上記酸化触媒での反応熱の発生によりフィルタの温度が比較的急に上昇するが、その後はフィルタ温度の上昇率が低下してくる。そこで、上記パラメータ値の変化率が所定値以下に低下したことを上記移行条件とすると、フィルタ温度がある程度安定した状態で上記フィードバック制御に移行することができ、目標値への収束性を高める上で有利になる。 The transition condition may be that the rate of change in the temperature increase direction of the parameter value detected by the temperature detection means has decreased to a predetermined value or less. That is, at the beginning of the sub-injection control by the regeneration means, the filter temperature rises relatively abruptly due to the generation of reaction heat in the oxidation catalyst, but thereafter the rate of increase in the filter temperature decreases. Therefore, if the transition condition is that the rate of change of the parameter value is reduced to a predetermined value or less, it is possible to shift to the feedback control while the filter temperature is stabilized to some extent, and to improve the convergence to the target value. Will be advantageous.
好ましいのは、さらに、上記フィードバック制御手段による副噴射制御に移行した後、上記温度検出手段によって検出されるパラメータ値が目標値に到達しない状態又はフィードバック制御量が所定値以上である状態が所定時間以上継続したときに、上記酸化触媒が劣化していると判定する劣化判定手段を備えていることである。 More preferably, after the shift to the sub-injection control by the feedback control means, the state where the parameter value detected by the temperature detection means does not reach the target value or the state where the feedback control amount is not less than the predetermined value is the predetermined time. It is provided with a deterioration determination means for determining that the oxidation catalyst has deteriorated when the above is continued.
また、好ましいのは、上記酸化触媒の劣化が判定されたときに、警報を発すること、さらにはフィルタの再生制御及びフィードバック制御を禁止することである。 Further, it is preferable to issue an alarm when it is determined that the oxidation catalyst is deteriorated, and to prohibit the regeneration control and feedback control of the filter.
これにより、当該フィードバック制御の入力値や制御量を利用して酸化触媒の劣化判定を行なうことができ、コスト低減に有利になるとともに、フィルタの再生をすることができないにも拘わらず、フィルタの再生制御が継続されて燃料消費率や排気エミッションが悪化したり、エンジンの背圧が高いままになる等の不具合を未然に防ぐことが可能になる。 As a result, the deterioration value of the oxidation catalyst can be determined using the input value and the control amount of the feedback control, which is advantageous for cost reduction and the filter cannot be regenerated although it cannot be regenerated. It is possible to prevent problems such as deterioration in fuel consumption rate and exhaust emission due to continued regeneration control, and engine back pressure remaining high.
以上のように、本発明によれば、フィルタの微粒子堆積量が所定値以上になったときに、エンジンの運転状態に応じた副噴射制御によって酸化触媒に未燃燃料を供給しその触媒反応熱を利用してフィルタの再生を行なう再生手段と、フィルタ温度関連パラメータ値がフィルタ再生のための目標値となるように副噴射量をフィードバック制御するフィードバック制御手段とを備え、上記再生手段による副噴射制御が開始された後、所定の移行条件が成立しているときに上記フィードバック制御に移行するようにしたから、上記再生手段によってフィルタ温度を速やかに上昇させることができるとともに、フィードバック制御による上記パラメータ値の目標値への収束が速やかなものになって、フィルタの再生効率が良くなり、フィルタの溶損防止、燃料消費率の悪化防止にも有利になる。 As described above, according to the present invention, when the particulate accumulation amount of the filter becomes a predetermined value or more, the unburnt fuel is supplied to the oxidation catalyst by the sub-injection control according to the operating state of the engine, and the catalytic reaction heat And a feedback control means for feedback-controlling the sub-injection amount so that the filter temperature-related parameter value becomes a target value for filter regeneration, and the sub-injection by the regeneration means is provided. After the control is started, when the predetermined transition condition is satisfied, the control shifts to the feedback control. Therefore, the filter temperature can be quickly raised by the regeneration means, and the parameter by the feedback control can be increased. The value converges to the target value quickly, improving the regeneration efficiency of the filter and preventing the filter from being damaged. , Also it is advantageous in preventing deterioration of the fuel consumption rate.
上記移行条件を、上記再生手段による副噴射制御の開始から所定時間を経過したこと、或いは上記パラメータ値の温度上昇方向の変化率が所定値以下に低下したこととすれば、フィルタ温度がある程度安定した状態で上記フィードバック制御に移行することができ、フィルタ再生効率を高める上で有利になる。 If the transition condition is that a predetermined time has elapsed from the start of the sub-injection control by the regeneration means, or that the rate of change in the temperature increase direction of the parameter value has decreased below a predetermined value, the filter temperature is stabilized to some extent. In this state, it is possible to shift to the feedback control, which is advantageous in increasing the filter regeneration efficiency.
また、上記フィードバック制御手段による副噴射制御に移行した後、上記パラメータ値が目標値に到達しない状態又はフィードバック制御量が所定値以上である状態が所定時間以上継続したときに、上記酸化触媒が劣化していると判定する劣化判定手段を設けることにより、上記酸化触媒の劣化判定を簡便に行なうことができ、コスト低減に有利になるとともに、フィルタの再生をすることができないにも拘わらず、フィードバック制御が継続されて燃料消費率や排気エミッションが悪化する等の不具合を回避することができる。 Further, after the shift to the sub-injection control by the feedback control means, the oxidation catalyst deteriorates when the parameter value does not reach the target value or the state where the feedback control amount is not less than a predetermined value continues for a predetermined time or longer. By providing the deterioration determining means for determining that the catalyst is in the process, it is possible to easily determine the deterioration of the oxidation catalyst, which is advantageous for cost reduction, and the filter cannot be regenerated even though it cannot be regenerated. Problems such as deterioration of fuel consumption rate and exhaust emission due to continued control can be avoided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すエンジン制御装置において、1は自動車の多気筒のディーゼルエンジン(図1には1気筒のみを示している。)、2はその吸気通路、3はその排気通路である。エンジン1のピストン4の頂面には深皿形燃焼室5が形成されている。エンジン1のシリンダヘッドには、気筒内燃焼室5に燃料を直接噴射供給することができるように燃料噴射弁7が設けられているとともに、エンジン冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ8が設けられている。
In the engine control apparatus shown in FIG. 1, 1 is a multi-cylinder diesel engine of an automobile (only one cylinder is shown in FIG. 1), 2 is its intake passage, and 3 is its exhaust passage. A deep
吸気通路2には、その上流側から下流側に向かって順に、エアクリーナー9、エアフローセンサ10、ターボ過給機11のブロア11a、インタークーラ12、吸気絞り弁13、吸気温度センサ14及び吸気圧力センサ15が配設されている。排気通路3には、その上流側から下流側に向かって順に、ターボ過給機11のタービン11b、酸化触媒16及び排ガス中の微粒子を捕集するDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)17が配設されている。
In the
DPF17の上流側と下流側とには、このDPF17に捕集された微粒子量に関連するパラメータ値を検出する微粒子量関連値検出手段としての排気圧力センサ18、19が配設されている。この両排気圧力センサ18,19は微粒子堆積量検出手段を構成している。すなわち、この両センサ18,19で検出される排気圧力の差圧に基づいてDPF17に堆積している微粒子量を検出するようになっており、差圧が大きいほど当該堆積量が大と判定することができる。
また、排気通路3の上記タービン11bよりも上流側の部位と吸気通路2の上記吸気圧力センサ15よりも下流側の部位とが、排ガスの一部を吸気系に戻すための排ガス還流通路21によって接続されている。この排ガス還流通路21の途中には負圧アクチュエータ式の排ガス還流量調節弁22と、排ガスをエンジンの冷却水によって冷却するためのクーラ23とが配設されている。
Further, a portion of the
燃料噴射弁7には、燃料噴射ポンプ(図示省略)から蓄圧手段としてのコモンレール(図示省略)を介して燃料供給管25により燃料が供給され、燃料戻し管24で燃料タンク(図示省略)に戻される。26はエンジン水温を検出する水温センサ、27はエンジン回転数を検出するクランク角センサ、28は酸化触媒16に流入する排ガス温度を検出する第1排ガス温度センサ、29はDPF17に流入する排ガス温度を検出する第2排ガス温度センサ、30はDPF17から流出する排ガス温度を検出する第3排ガス温度センサである。第2排ガス温度センサ29は、DPF17の温度に関連するパラメータ値を検出する温度関連値検出手段である。
Fuel is supplied to the
そうして、上記燃料噴射弁7、ターボ過給機11及びEGR弁22は、図2に示すマイクロコンピュータを利用したECU(エンジンコントロールユニット)35によって制御される。
Thus, the
上記ECU35による燃料噴射弁7を用いた燃料噴射制御には、エンジン出力発生のために圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射制御と、DPF17の再生のための副噴射制御とがある。
The fuel injection control using the
主噴射制御は、基本的にはエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて行なわれ、さらにエンジン水温や吸気温度等に基づいて補正される。エンジン負荷については、アクセル開度(アクセルペダルの踏み込み量)を検出するアクセル開度センサ32からECU35に検出信号が与えられるようになっている。
The main injection control is basically performed based on the engine speed and the engine load, and further corrected based on the engine water temperature, the intake air temperature, and the like. Regarding the engine load, a detection signal is given to the ECU 35 from an
副噴射制御、すなわち、DPF再生制御は、上記排気圧力センサ18,19、クランク角センサ27、排ガス温度センサ28〜29、アクセル開度センサ32等に基づいて行なわれる。このDPF再生制御のために、上記ECU35には再生手段36、フィードバック制御手段37及び制御態様変更手段38が設けられている。
Sub-injection control, that is, DPF regeneration control is performed based on the
再生手段36は、上記DPF17の微粒子堆積量が第1所定値α以上になったときに、燃料噴射弁7を作動させて、酸化触媒16に未燃燃料が供給されるように燃料を噴射する副噴射制御を実行する。この副噴射は、エンジンの運転状態に応じて副噴射量及び噴射時期を設定して行なう。
The regenerating means 36 operates the
フィードバック制御手段37は、排ガス温度センサ29によって検出されるDPF17入口排ガス温度Tに基づいて、この排ガス温度Tが該DPF17の再生のための目標温度tとなるように上記副噴射量をフィードバック制御する。
Based on the
制御態様変更手段38は、DPF再生のための制御態様の変更を司るものであり、予め定めた移行条件が成立しているか否かを判定し、該移行条件が成立しているときに再生手段36による副噴射制御からフィードバック制御手段37による副噴射制御への移行を実行させる。上記移行条件は、本実施形態では再生手段36による上記副噴射制御の開始から所定時間を経過したこと、としている。
The control
さらに、ECU35には、フィードバック制御手段37による制御中に酸化触媒16が劣化しているか否かを判定する劣化判定手段39が設けられている。
Further, the ECU 35 is provided with a deterioration determination means 39 for determining whether or not the
<DPF再生制御>
以下、DPF17の再生制御について具体的に説明する。
<DPF regeneration control>
Hereinafter, the regeneration control of the
図3はDPF再生制御のフローを示す。スタート後のステップS1〜S3において、クランク角センサ27からのエンジン回転数Nの読込み(S1)、アクセル開度センサ321からのエンジン負荷Qの読込み(S2)、排ガス温度センサ29からのDPF入口排ガス温度Tの読込み(S3)を行ない、続くステップS4において、DPF17の前後の排気圧力センサ18,19で検出される圧力に基づいて差圧ΔPを読込み、ステップS5で差圧ΔPに基づいて微粒子堆積量Mを算出する。
FIG. 3 shows a flow of DPF regeneration control. In steps S1 to S3 after the start, the engine speed N is read from the crank angle sensor 27 (S1), the engine load Q is read from the accelerator opening sensor 321 (S2), and the DPF inlet exhaust gas from the exhaust
続くステップS6において微粒子堆積量Mが第2所定値β(例えばDPF1L当たり1g)以下であるか否かを判定する。微粒子堆積量Mが第2所定値β以下でないときはステップS7に進んで、微粒子堆積量Mが第1所定値α(例えばDPF1L当たり10g)以上であるか否かを判定する。微粒子堆積量Mが第1所定値α以上になっているときは、ステップS8に進んでDPF17の再生制御の実行中であることを示す再生フラグをセットし(F=1)、さらにステップS9でDPF入口の排ガスの目標温度tを設定する。この目標温度tは、例えば600℃以上660℃以下の温度範囲において適宜設定すればよく、好ましいのは目標温度tを640℃前後の温度に設定することである。
In a succeeding step S6, it is determined whether or not the fine particle accumulation amount M is equal to or less than a second predetermined value β (for example, 1 g per 1 DPF). When the particle deposition amount M is not equal to or less than the second predetermined value β, the process proceeds to step S7, and it is determined whether or not the particle deposition amount M is equal to or greater than the first predetermined value α (for example, 10 g per DPF 1L). When the particulate deposition amount M is equal to or greater than the first predetermined value α, the process proceeds to step S8 to set a regeneration flag indicating that regeneration control of the
すなわち、図4はエンジン回転数1750rpm、エンジントルク30Nmにおいて、副噴射量を調節してDPF入口の排気ガス温度Tを585℃付近に制御したとき(A)、625℃付近に制御したとき(B)、650℃付近に制御したとき(C)の各々におけるDPF前後差圧ΔPの経時変化を示す。図5は当該A、B及びCにおいて、DPF17に堆積している微粒子量の87.5%が燃焼除去されるまでに要した再生時間を示す。
That is, FIG. 4 shows that when the engine speed is 1750 rpm and the engine torque is 30 Nm, the sub-injection amount is adjusted to control the exhaust gas temperature T at the DPF inlet to around 585 ° C. (A), and when controlled to around 625 ° C. (B ), The time-dependent change of the differential pressure ΔP before and after the DPF in each of (C) when controlled at around 650 ° C. is shown. FIG. 5 shows the regeneration time required until 87.5% of the amount of fine particles deposited on the
同図から、上記目標温度tを600℃以上にすれば、DPF17を短時間で再生できることがわかる。但し、排ガス温度Tが高くなるに従って該温度の上昇に伴う再生時間の短縮率が低下する傾向にあり、また、高温になるとDPF17の熱破壊の問題が懸念されることから、目標温度tの上限としては660℃程度が好ましい。
From the figure, it can be seen that the
また、DPF17の再生制御の開始は、上述の微粒子堆積量Mが第1所定値α以上になっているという条件の他、排気ガス温度センサ28の出力に基づいて酸化触媒16に流入する排気ガス温度が所定値(酸化触媒16が所定の活性を呈する温度)以上になっていることをも条件とすることが好ましい。
Further, the regeneration control of the
ステップS9に続いてステップS10では、エンジン回転数N及びエンジン負荷Qに基づいてDPF再生のための副噴射量Qp及び副噴射時期Ipを設定する。この設定はマップを参照して行なう。図6は副噴射量マップの一例を示す。同図の各領域に付した数値は1気筒1ストローク(1膨張行程)当たりの燃料噴射量を表す。このマップでは、基本的にはエンジン負荷が低くなるほど、また、エンジン回転数が低くなるほど副噴射量が多くなるように設定されている。これは、エンジン負荷が低くなるほど、また、エンジン回転数が低くなるほど主噴射による排気ガス温度が低くなり、また、排気ガス量が少なくなるからである。 In step S10 following step S9, the sub injection amount Qp and the sub injection timing Ip for DPF regeneration are set based on the engine speed N and the engine load Q. This setting is made with reference to the map. FIG. 6 shows an example of the auxiliary injection amount map. The numerical value given to each area in the figure represents the fuel injection amount per one cylinder (one expansion stroke). In this map, basically, the sub-injection amount is set to increase as the engine load decreases and as the engine speed decreases. This is because the lower the engine load and the lower the engine speed, the lower the exhaust gas temperature due to main injection and the smaller the amount of exhaust gas.
図7は副噴射時期マップの一例を示す。同図の各領域に付した値はATDC(圧縮行程上死点後)のクランク角を表している。この副噴射時期については、当該噴射燃料を酸化触媒17で燃焼しやすいように若干熱分解させて排出すべく、ATDC50゜CA〜120゜CAの範囲において、エンジン負荷が高くなるほど、また、エンジン回転数が高くなるほど、遅くなるように設定している。
FIG. 7 shows an example of the auxiliary injection timing map. The value given to each region in the figure represents the crank angle of ATDC (after the top dead center of the compression stroke). With respect to this sub-injection timing, the engine load increases in the range of ATDC 50 ° CA to 120 ° CA so that the injected fuel is slightly pyrolyzed and discharged so as to be easily burned by the
続くステップS11では予め定められたF/B条件、すなわち、再生手段36による副噴射制御からフィードバック制御手段37による副噴射制御への移行条件が成立しているか否かを判定する。F/B条件が成立していないときはステップS12に進んでステップS10で設定されたIp及びQpに基づいて副噴射制御、すなわち、再生手段36による副噴射制御が実行される。F/B条件が成立しているときはステップS13に進んでDPF入口排ガス温度Tが目標温度tとなるように副噴射量Qpが補正され、さらにステップS12に進んで、この補正されたQpとステップS10で設定されたIpとに基づく副噴射制御、すなわち、フィードバック制御手段37による副噴射制御が実行される。 In the subsequent step S11, it is determined whether or not a predetermined F / B condition, that is, a condition for shifting from the sub-injection control by the regeneration unit 36 to the sub-injection control by the feedback control unit 37 is established. When the F / B condition is not satisfied, the process proceeds to step S12, and the sub-injection control, that is, the sub-injection control by the regeneration means 36 is executed based on Ip and Qp set in step S10. When the F / B condition is satisfied, the routine proceeds to step S13, where the sub-injection amount Qp is corrected so that the DPF inlet exhaust gas temperature T becomes the target temperature t, and further proceeds to step S12, where the corrected Qp and Sub-injection control based on Ip set in step S10, that is, sub-injection control by the feedback control means 37 is executed.
本実施形態では、上記F/B条件(移行条件)を、再生手段36による副噴射制御が開始されてから所定時間が経過していることとしている。この所定時間としては例えば1分〜1分半程度の範囲で適宜設定すればよい。すなわち、図4に副噴射量が互いに異なる3つのケースA〜CでのDPF入口排ガス温度Tの経時変化を示すように、副噴射開始から1分を経過する少し手前から該温度Tの上昇率が低下し始め、1分を経過する頃には当該温度Tがある程度安定した温度になり、2分を経過する頃にはその上昇率が略零になっている。 In the present embodiment, the F / B condition (transition condition) is that a predetermined time has elapsed since the sub-injection control by the regeneration unit 36 is started. What is necessary is just to set suitably as this predetermined time in the range of about 1 minute-1 minute and a half, for example. That is, as shown in FIG. 4 with time, the DPF inlet exhaust gas temperature T in three cases A to C having different sub-injection amounts, the rate of increase of the temperature T from just before 1 minute has elapsed since the start of sub-injection. Starts to decrease, the temperature T becomes stable to some extent when 1 minute elapses, and the rate of increase becomes substantially zero when 2 minutes elapses.
従って、上記所定時間を1分〜1分半程度とすると、DPF入口排ガス温度Tが安定しだした頃に、再生手段36による副噴射制御からフィードバック制御手段37による副噴射制御へ移行することになる。このため、フィードバック制御量が過剰になってオーバシュートすることが避けられ、DPF入口排ガス温度Tの目標温度tへの収束性が良くなる。 Therefore, when the predetermined time is about 1 minute to 1 and a half minutes, when the DPF inlet exhaust gas temperature T starts to stabilize, the sub-injection control by the regeneration means 36 shifts to the sub-injection control by the feedback control means 37. Become. For this reason, it is avoided that the feedback control amount becomes excessive and an overshoot is avoided, and the convergence property of the DPF inlet exhaust gas temperature T to the target temperature t is improved.
また、ステップS6において、微粒子堆積量Mが第2所定値β以下であると判定されると、ステップS14に進んで再生フラグがF=0とされる(再生制御の終了)。また、微粒子堆積量Mが第2所定値β以下になっていない場合、ステップS7で微粒子堆積量Mが第1所定値αより少なくなっていないと判定されると、ステップS15に進んで再生フラグがF=1であるか否か判定される。F=1であるときはDPF17の再生中であるとしてステップS9以降の再生制御に進み、F=1でないときは非再生中であるとしてリターンする。
If it is determined in step S6 that the particulate deposition amount M is equal to or smaller than the second predetermined value β, the process proceeds to step S14 where the regeneration flag is set to F = 0 (end of regeneration control). On the other hand, if it is determined in step S7 that the particulate deposit amount M is not less than the first predetermined value α when the particulate deposit amount M is not less than or equal to the second predetermined value β, the process proceeds to step S15 and the regeneration flag is set. It is determined whether or not F = 1. When F = 1, it is determined that the
以上のように、本実施形態によれば、DPF17の微粒子堆積量Mが第1所定値α以上になると、まず再生手段36による副噴射制御によって燃料がATDC50゜CA〜120゜CAの範囲で気筒内燃焼室に噴射される。従って、その副噴射燃料は、充分に燃焼することなく気筒から排出されて、酸化触媒16に未燃燃料として供給される。この酸化触媒16で未燃燃料の酸化反応を生ずることにより、この酸化触媒16から排出されてDPF17に供給される排ガス温度が上昇し、その結果、DPF17の温度が上昇する。
As described above, according to the present embodiment, when the particulate accumulation amount M of the
再生手段36による副噴射制御は、エンジンの運転状態に基づいて噴射量を設定するオープン制御であるから、酸化触媒16には再生制御を開始した当初から比較的多量の未燃燃料が供給されることになる。よって、DPF17の再生を当初からフィードバック制御によって行なう場合に比べて、DPF17の温度が速やかに上昇する。
Since the sub-injection control by the regeneration means 36 is an open control that sets the injection amount based on the operating state of the engine, a relatively large amount of unburned fuel is supplied to the
再生手段36による副噴射制御の開始から所定時間(1分〜1分半)を経過してF/B条件が成立すると、フィードバック制御手段37による副噴射制御に移行する。このときは、先の再生手段36による副噴射制御によってDPF入口排ガス温度Tが目標温度tの近くまで上昇しているから、副噴射量のフィードバック補正量が過大になることはなく、しかも、上記排ガス温度Tの上昇が緩やかになってある程度安定した状態になっているから、該排ガス温度Tはオーバシュートすることなく目標温度tに速やかに収束していくことになる。 When the F / B condition is satisfied after a lapse of a predetermined time (1 minute to 1 and a half minutes) from the start of the sub injection control by the regenerating unit 36, the control shifts to the sub injection control by the feedback control unit 37. At this time, the DPF inlet exhaust gas temperature T has risen to near the target temperature t by the sub-injection control by the regeneration means 36, so the feedback correction amount of the sub-injection amount does not become excessive, and the above Since the rise in the exhaust gas temperature T becomes moderate and is in a stable state to some extent, the exhaust gas temperature T quickly converges to the target temperature t without overshooting.
よって、DPF17は短時間で再生効率が高い温度状態になり、その再生時間が短くなるとともに、DPF17の溶損や、燃料消費率の悪化も防止される。また、本実施形態は副噴射量を制御するから、主噴射時期の遅角量をフィードバック制御するのとは違って、エンジン出力に悪影響を及ぼすことがなく、しかも、酸化触媒16に未燃燃料を確実に供給することができ、DPF17の温度を速やかに上昇させることができる。
Accordingly, the
図8は、再生手段36による副噴射制御によって上昇するDPF入口排ガス温度Tの変化率が所定値以下に低下したことをF/B条件として、フィードバック制御手段37による副噴射制御に移行する場合の説明図である。 FIG. 8 shows a case where the change rate of the DPF inlet exhaust gas temperature T, which rises due to the sub-injection control by the regenerating unit 36, has decreased to a predetermined value or less, and shifts to the sub-injection control by the feedback control unit 37 on the F / B condition. It is explanatory drawing.
すなわち、同図に示すように、再生手段36による副噴射制御を開始した当初は当該排ガス温度Tの上昇変化率が小さい。このため、当該制御開始直後からその上昇変化率が所定値以下であるか否かの判定を行なうと、当該制御開始直後にフィードバック制御手段37による副噴射制御に移行してしまい、上述の溶損や燃費率の悪化を招くことなく短時間に再生という効果が得られない。 That is, as shown in the figure, at the beginning of the sub-injection control by the regeneration means 36, the rate of change in the exhaust gas temperature T is small. For this reason, if it is determined immediately after the start of the control whether the rate of change in the increase is equal to or less than a predetermined value, the sub-injection control by the feedback control means 37 is started immediately after the start of the control, and the above-described melting damage In addition, the effect of regeneration cannot be obtained in a short time without causing deterioration of the fuel consumption rate.
従って、この場合は排ガス温度Tが所定温度To以上になった後に、又は再生手段36による副噴射制御の開始から所定時間(誤判定期間であり、例えば数十秒)を経過した後に、上記排ガス温度Tの上昇変化率に基づいて上記移行の可否を判定することが好ましい。 Therefore, in this case, after the exhaust gas temperature T becomes equal to or higher than the predetermined temperature To or after a predetermined time (an erroneous determination period, for example, several tens of seconds) has elapsed since the start of the sub-injection control by the regeneration means 36, the exhaust gas It is preferable to determine whether or not the transition is possible based on the rate of increase in temperature T.
<劣化判定手段>
劣化判定手段39は、再生手段36による副噴射制御からフィードバック制御手段37による副噴射制御に移行した後の、DPF入口排ガス温度Tに基づいて酸化触媒16の劣化判定を行ない、劣化時には自動車の乗員に当該劣化を知らせるべく警報手段40を作動させるものである。
<Degradation judging means>
The deterioration determination means 39 determines the deterioration of the
具体的には、フィードバック制御手段37による副噴射制御に移行した後、上記排ガス温度Tが図8に示す予め定められた酸化触媒劣化判定基準温度以下である状態が所定時間以上継続したときに、酸化触媒16が劣化していると判定する。この判定基準温度は目標温度tとして設定する温度範囲よりも低い値に設定されている。
Specifically, after shifting to the sub-injection control by the feedback control means 37, when the exhaust gas temperature T is below the predetermined oxidation catalyst deterioration determination reference temperature shown in FIG. It is determined that the
なお、フィードバック制御手段37による副噴射制御に移行した後の上記排ガス温度Tと目標温度tとの差が所定値(例えば50℃)以上である状態が所定時間以上継続したときに、酸化触媒16が劣化していると判定するようにしてもよい。
When the difference between the exhaust gas temperature T and the target temperature t after the shift to the sub-injection control by the feedback control means 37 is a predetermined value (for example, 50 ° C.) or more continues for a predetermined time or longer, the
また、フィードバック制御量(ステップS13の補正量)が所定値以上である状態が所定時間以上継続したときに、酸化触媒16が劣化していると判定するようにしてもよい。
Alternatively, it may be determined that the
1 エンジン
2 吸気通路
3 排気通路
5 気筒内燃焼室
7 燃料噴射弁
16 酸化触媒
17 DPF(フィルタ)
18,19 排気圧力センサ
35 ECU
36 再生手段
37 フィードバック制御手段
38 制御態様変更手段
39 劣化判定手段
DESCRIPTION OF
18, 19 Exhaust pressure sensor 35 ECU
36 playback means 37 feedback control means 38 control mode change means 39 deterioration determination means
Claims (3)
上記フィルタに捕集された微粒子の堆積量に関連するパラメータ値を検出する微粒子量関連値検出手段と、
上記フィルタよりも上流の上記排気通路に設けられた酸化触媒と、
上記微粒子量関連値検出手段によって検出された上記パラメータ値に基づいて、上記微粒子の堆積量が所定値以上であると判定したときに、上記エンジンの気筒内燃焼室に、圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後の膨張行程又は排気行程において、上記エンジンの運転状態に応じた噴射量で燃料を噴射する副噴射制御を実行することにより、上記酸化触媒に未燃燃料を供給しその触媒反応熱によって上記フィルタに流入する排ガス温度を上昇させて該フィルタに捕集されている上記微粒子を燃焼させることで該フィルタの再生を行なう再生手段とを備えているエンジンの排気浄化装置において、
上記フィルタの温度に関連するパラメータ値を検出する温度関連値検出手段と、
上記温度関連値検出手段によって検出されるパラメータ値が上記フィルタ再生のための目標値となるように上記副噴射量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
上記再生手段による副噴射制御から上記フィードバック制御手段による副噴射制御へ移行するための予め定めた条件が成立しているか否かを判定し、該移行条件が成立しているときに当該移行を実行させる制御態様変更手段とを備えていることを特徴とするエンジン排気浄化装置。 A filter provided in an exhaust passage of the engine for collecting particulates in the exhaust gas of the engine;
Fine particle amount related value detection means for detecting a parameter value related to the amount of accumulated fine particles collected by the filter;
An oxidation catalyst provided in the exhaust passage upstream of the filter;
Based on the parameter value detected by the particulate matter related value detection means, when it is determined that the amount of particulates deposited is greater than or equal to a predetermined value, the combustion chamber in the cylinder has a compression stroke near top dead center. In the expansion stroke or the exhaust stroke after the main injection in which the fuel is injected, the sub-injection control for injecting the fuel with the injection amount corresponding to the operating state of the engine is performed, thereby supplying the unburned fuel to the oxidation catalyst. In an exhaust emission control device for an engine, comprising regeneration means for regenerating the filter by raising the temperature of exhaust gas flowing into the filter by the catalytic reaction heat and burning the particulates collected in the filter ,
Temperature-related value detection means for detecting a parameter value related to the temperature of the filter;
Feedback control means for feedback-controlling the sub-injection amount so that the parameter value detected by the temperature-related value detection means becomes a target value for the filter regeneration;
It is determined whether or not a predetermined condition for shifting from the sub-injection control by the regeneration unit to the sub-injection control by the feedback control unit is satisfied, and the transition is executed when the transition condition is satisfied An engine exhaust purification apparatus comprising: a control mode changing means for causing the engine to exhaust.
上記移行条件は、上記再生手段による上記副噴射制御の開始から所定時間を経過したこと、又は上記温度検出手段によって検出されるパラメータ値の温度上昇方向の変化率が所定値以下に低下したことであるエンジンの排気浄化装置。 In claim 1,
The transition condition is that a predetermined time has elapsed from the start of the sub-injection control by the regeneration unit, or that the rate of change in the temperature increase direction of the parameter value detected by the temperature detection unit has decreased to a predetermined value or less. An engine exhaust purification system.
さらに、上記フィードバック制御手段による副噴射制御に移行した後、上記温度検出手段によって検出されるパラメータ値が目標値に到達しない状態又はフィードバック制御量が所定値以上である状態が所定時間以上継続したときに、上記酸化触媒が劣化していると判定する劣化判定手段を備えていることを特徴とするエンジン排気浄化装置。 In claim 1 or claim 2,
Furthermore, after shifting to the sub-injection control by the feedback control means, the state where the parameter value detected by the temperature detection means does not reach the target value or the state where the feedback control amount is greater than or equal to a predetermined value continues for a predetermined time or longer. Further, the engine exhaust gas purification apparatus further comprises a deterioration determining means for determining that the oxidation catalyst has deteriorated.
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