JP2005090249A - Temperature control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気系内に設けられた排気浄化装置に関し、特に排気浄化装置に導入される排出ガスの温度制御を行なう温度制御装置の構成に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device provided in an exhaust system of an internal combustion engine, and more particularly to a configuration of a temperature control device that controls the temperature of exhaust gas introduced into the exhaust purification device.
ディーゼルエンジンや希薄燃焼を行なうガソリンエンジンでは、高い空燃比(リーン雰囲気)の混合気を燃焼に供して機関運転を行なう運転領域が、全運転領域の大部分を占める。この種のエンジン(内燃機関)では一般に、酸素の存在下で窒素酸化物(NOx)を吸収するNOx吸収剤(触媒)がその排気系に備えられる。 In a diesel engine or a gasoline engine that performs lean combustion, an operation region in which an air-fuel mixture with a high air-fuel ratio (lean atmosphere) is used for combustion and the engine is operated occupies most of the entire operation region. In this type of engine (internal combustion engine), generally, an NOx absorbent (catalyst) that absorbs nitrogen oxides (NOx) in the presence of oxygen is provided in the exhaust system.
また、ディーゼルエンジンから排出されるカーボン等の微粒子は、PM(Particulate Matter)と呼ばれ、その除去に関して、多くの技術が開発されている。たとえば、フィルタ状の触媒付き排気トラップを排気通路に介装した排気微粒子処理装置がある。この触媒付きトラップは、その触媒作用により堆積した排気微粒子を自己燃焼させるものである。以下に示す公報にこれらに関する技術が開示されている。 Further, fine particles such as carbon discharged from a diesel engine are called PM (Particulate Matter), and many techniques have been developed for the removal thereof. For example, there is an exhaust particle processing apparatus in which an exhaust trap with a filter-like catalyst is interposed in an exhaust passage. This trap with catalyst self-combusts exhaust particulates deposited by the catalytic action. Techniques related to these are disclosed in the following publications.
特開2002−285831号公報(特許文献1)は、ディーゼル排ガスの浄化のために使用した触媒の触媒活性を少なくとも部分的に再生することができる方法を開示する。このディーゼルエンジンの排ガスライン中の触媒の触媒活性の再生法は、ディーゼルエンジンの排ガスライン中に設けられる、フィルタ機能を有さないハニカム構造体上に少なくとも酸化機能を有する触媒活性塗膜を有する触媒を用いる。そして、その触媒活性が煤粒子および炭化水素の沈着により低下していると、触媒活性が再生される。すなわち、触媒上に沈着している煤粒子および炭化水素の燃焼を触媒の上流の排ガス温度を時間的に限定し450℃を上回る温度に上昇させることにより開始し、触媒の触媒活性を少なくとも部分的に再生する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-285831 (Patent Document 1) discloses a method capable of at least partially regenerating the catalytic activity of a catalyst used for purification of diesel exhaust gas. This method for regenerating the catalytic activity of a catalyst in an exhaust gas line of a diesel engine is a catalyst having a catalytically active coating film having at least an oxidizing function on a honeycomb structure having no filter function provided in the exhaust gas line of a diesel engine. Is used. If the catalytic activity is reduced due to deposition of soot particles and hydrocarbons, the catalytic activity is regenerated. That is, combustion of soot particles and hydrocarbons deposited on the catalyst is initiated by limiting the exhaust gas temperature upstream of the catalyst to a temperature above 450 ° C. in time, and at least partially increasing the catalytic activity of the catalyst. To play.
このディーゼルエンジンの排ガスライン中の触媒の触媒活性の再生法によると、触媒活性の規則的な再生は可燃性の成分の強すぎる沈着を回避し、発熱反応を触媒が損傷しない値に制限する。このことは熱による損傷に対して触媒を保護するために著しく寄与する。そのため、触媒の寿命を高めることができる。 According to this method of regenerating the catalytic activity of the catalyst in the exhaust gas line of a diesel engine, regular regeneration of the catalytic activity avoids excessive deposition of combustible components and limits the exothermic reaction to a value that does not damage the catalyst. This contributes significantly to protect the catalyst against thermal damage. Therefore, the life of the catalyst can be increased.
特開2001−355433号公報(特許文献2)は、脱離スモーク量から微粒子のフィルタへの堆積量を推定し、微粒子がフィルタ上に堆積状に堆積してしまう前に排気ガス温を上昇させて微粒子を燃焼し、フィルタの再生が不能になるような事態を回避できる内燃機関の排気浄化装置を開示する。この排気浄化装置は、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内に配置したフィルタにより排気ガス中の微粒子をいったん捕集し、この捕集した微粒子を酸化除去してフィルタの再生を図る。フィルタは、内燃機関が排出する単位時間当たりの機関排出微粒子量がフィルタによる単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量よりも少ないときは捕集した微粒子を輝炎が生じない状態で酸化除去するフィルタである。機関排気通路のうちフィルタの下流側に設置し、設置個所における排気ガスに含まれる微粒子の濃度を検出する微粒子濃度センサとを有し、この微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えたときにフィルタ上の微粒子の酸化除去を促進する。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-355433 (Patent Document 2) estimates the amount of particulates deposited on the filter from the amount of desorbed smoke, and raises the exhaust gas temperature before the particulates accumulate in a deposited state on the filter. An exhaust purification device for an internal combustion engine that can avoid a situation in which fine particles are burned and the filter cannot be regenerated is disclosed. This exhaust purification device once collects particulates in the exhaust gas by a filter disposed in the engine exhaust passage in order to remove particulates contained in the exhaust gas, and oxidizes and removes the collected particulates. Try to regenerate. The filter is a filter that oxidizes and removes collected particulate matter in a state where no luminous flame occurs when the amount of particulate matter discharged by the internal combustion engine per unit time is smaller than the amount of particulate matter that can be removed by oxidation. is there. It is installed on the downstream side of the filter in the engine exhaust passage and has a particulate concentration sensor that detects the concentration of particulates contained in the exhaust gas at the installation location, and the output value of this particulate concentration sensor exceeds a specific set value Sometimes promotes oxidation removal of particulates on the filter.
この内燃機関の排気浄化装置によると、脱離スモーク量から微粒子のフィルタへの堆積量を推定し、微粒子がフィルタ上に積層状に堆積してしまう前に排気ガス温を上昇させて微粒子を燃焼し、フィルタの再生が不能になるような事態を回避することができる。
特許文献1に開示された触媒活性の再生法は、燃料の後噴射を実施して遅い燃焼位置いわゆる後燃え現象を発生させて、触媒の温度を活性温度まで昇温させる。あるいは触媒の上流に設置したバーナーで触媒の温度を活性温度まで昇温させる。 In the method for regenerating the catalyst activity disclosed in Patent Document 1, the fuel is post-injected to generate a slow combustion position, the so-called post-burn phenomenon, and the temperature of the catalyst is raised to the activation temperature. Alternatively, the temperature of the catalyst is raised to the activation temperature with a burner installed upstream of the catalyst.
しかしながら、燃料の後噴射はオイル希釈も同時に進行させる問題がある。また、バーナーでは、急激な温度上昇による排気系のケースの耐久性や装置も複雑になり、バーナー燃料の問題もある。 However, there is a problem that the post-injection of fuel causes oil dilution to proceed simultaneously. In addition, in the burner, the durability and equipment of the exhaust system case due to a rapid temperature rise become complicated, and there is a problem of the burner fuel.
また、特許文献2に開示された内燃機関の排気浄化装置においては、排気ガス中のPMの濃度に基づいてPMのフィルタへの堆積量を推定する。そして、PMがフィルタに積層状に堆積する前に排気ガス温を上昇させて酸化除去を促進し、PMを酸化することによりフィルタの再生不能事態を回避する効果を発現する。しかしながら、この排気浄化装置においては、酸化除去を促進するために新たに電気ヒータを設けることが必須である。そのため、装置が複雑となり、重量の増加およびコストの上昇という問題がある。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 2, the amount of PM deposited on the filter is estimated based on the concentration of PM in the exhaust gas. And before PM accumulates on a filter in laminated form, exhaust gas temperature is raised, oxidation removal is accelerated | stimulated, and the effect which avoids the filter unrecoverable situation is expressed by oxidizing PM. However, in this exhaust gas purification apparatus, it is essential to newly provide an electric heater in order to promote oxidation removal. Therefore, the apparatus becomes complicated, and there is a problem that the weight increases and the cost increases.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、内燃機関の排気浄化装置において導入される排出ガスを、簡単な構造で、新たなコストアップを招くことなく、適切な温度に制御するための温度制御装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the exhaust gas introduced in the exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine with a simple structure without increasing new costs. It is to provide a temperature control device for controlling to an appropriate temperature.
第1の発明に係る温度制御装置は、内燃機関の排気浄化機構における温度制御装置である。温度制御装置は、排気浄化機構に導入される内燃機関からの排出ガスの温度上昇の要否を判断するための判断手段と、判断手段により温度上昇が必要であると判断されると、電力を用いて排出ガスの温度を上昇させるように、内燃機関または内燃機関の補機を制御するための制御手段とを含む。 A temperature control device according to a first invention is a temperature control device in an exhaust purification mechanism of an internal combustion engine. The temperature control device is configured to determine whether or not the temperature increase of the exhaust gas from the internal combustion engine introduced into the exhaust gas purification mechanism is necessary. And a control means for controlling the internal combustion engine or an auxiliary machine of the internal combustion engine so as to increase the temperature of the exhaust gas.
第1の発明によると、ディーゼルエンジンの排出ガスを浄化するため、特に排出ガス中に含まれるカーボン等の微粒子であるPMなどを除去するための触媒(たとえば、DPNR(Diesel Particulate NOx Reduction)触媒)が排気系内に設けられることがある。そして、この触媒において捕集されたPMが堆積することにより触媒に含まれるフィルタが目詰まりを起こすおそれがある。そのため、排出ガスの温度を触媒の活性温度に上昇させて、PMを酸化させて除去する、いわゆる触媒再生制御が行なわれる。この触媒再生制御時に、触媒の前端詰まりを防止するために、触媒に導入される排出ガスの温度を所定の温度(触媒の活性温度)以上にする必要がある。そこで、触媒再生制御時に内燃機関(たとえば、ディーゼルエンジンに設けられるグロープラグ)または内燃機関の補機(たとえば、オルタネータ)を制御することにより、排出ガスの温度が上昇するように制御する。そのため、たとえば、触媒再生制御時にグロープラグに電力を通電することにより、グロープラグ自身の発熱により排気温度を上昇させることができる。そして、グロープラグの電気負荷によりオルタネータの発電量を増加するように制御されるため、エンジンへの負荷が高まる。その結果、燃料の供給量が増加されエンジンの出力が高められる。そのため、排出ガスの温度を上昇させることができる。したがって、バーナー、あるいは、電気ヒータが不要となり、簡単な構造で新たなコストアップを招くことなく排気温度を上昇させることができる。 According to the first invention, in order to purify exhaust gas from a diesel engine, a catalyst for removing PM, which is particulates such as carbon, contained in the exhaust gas (for example, DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction) catalyst) May be provided in the exhaust system. Then, PM collected in the catalyst may accumulate, and the filter included in the catalyst may be clogged. For this reason, so-called catalyst regeneration control is performed in which the temperature of the exhaust gas is raised to the activation temperature of the catalyst to oxidize and remove PM. During the catalyst regeneration control, the temperature of the exhaust gas introduced into the catalyst needs to be equal to or higher than a predetermined temperature (catalyst activation temperature) in order to prevent clogging of the front end of the catalyst. Therefore, by controlling an internal combustion engine (for example, a glow plug provided in a diesel engine) or an auxiliary machine (for example, an alternator) of the internal combustion engine at the time of catalyst regeneration control, the exhaust gas temperature is controlled to increase. Therefore, for example, by supplying power to the glow plug during catalyst regeneration control, the exhaust temperature can be raised by the heat generated by the glow plug itself. And since it controls to increase the electric power generation amount of an alternator with the electrical load of a glow plug, the load to an engine increases. As a result, the fuel supply amount is increased and the engine output is increased. Therefore, the temperature of the exhaust gas can be raised. Therefore, a burner or an electric heater is not required, and the exhaust temperature can be raised without incurring new costs with a simple structure.
第2の発明に係る温度制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、内燃機関はディーゼルエンジンである。そして、制御手段は、ディーゼルエンジンに設けられたグロープラグに電力を通電させるように制御するための手段を含む。 In the temperature control device according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the internal combustion engine is a diesel engine. The control means includes means for controlling power to be supplied to a glow plug provided in the diesel engine.
第2の発明によると、ディーゼルエンジンにおいて、触媒再生制御時にグロープラグに通電することにより、グロープラグ自身の発熱により排気温度を上昇させることができる。さらに、グロープラグに電力を通電することにより、オルタネータからの電力の供給も増えて、エンジン負荷が上昇し、排気温度が上昇する相乗効果を有する。 According to the second invention, in the diesel engine, the exhaust temperature can be raised by the heat generated by the glow plug itself by energizing the glow plug during the catalyst regeneration control. Furthermore, by supplying electric power to the glow plug, the supply of electric power from the alternator is also increased, and there is a synergistic effect that the engine load increases and the exhaust temperature increases.
第3の発明に係る温度制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、制御手段は内燃機関の出力を上昇させるように制御するための手段を含む。 In the temperature control device according to the third invention, in addition to the configuration of the first invention, the control means includes means for controlling the output of the internal combustion engine to increase.
第3の発明によると、触媒再生制御時に、内燃機関(たとえば、ディーゼルエンジン)の出力を上昇させることにより、排気温度を上昇させることができる。 According to the third invention, the exhaust gas temperature can be raised by raising the output of the internal combustion engine (for example, diesel engine) during the catalyst regeneration control.
第4の発明に係る温度制御装置においては、第3の発明の構成に加えて、内燃機関はディーゼルエンジンである。そして、制御手段は、内燃機関の補機であって、オルタネータにより発電された電力が供給されるライト、電動ファンおよびグロープラグのうちの少なくとも一つに電力を通電させるように制御するための手段をさらに含む。 In the temperature control device according to the fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of the third aspect of the invention, the internal combustion engine is a diesel engine. The control means is an auxiliary machine for the internal combustion engine, and is means for controlling power to be supplied to at least one of a light, an electric fan, and a glow plug supplied with electric power generated by the alternator. Further included.
第4の発明によると、ディーゼルエンジンにおいて、触媒再生制御時に、補機であって、オルタネータにより発電された電力が供給されるライト、電動ファンおよびグロープラグのうちの少なくとも一つに電力を通電させることにより、電気負荷が高められる。そのため、オルタネータの発電量を増加するように制御されるため、エンジンへの負荷が高まる。その結果、燃料の供給量が増加され、エンジンの出力が高められる。そのため、排出ガスの温度を上昇させることができる。 According to the fourth invention, in the diesel engine, at the time of catalyst regeneration control, power is supplied to at least one of a light, an electric fan, and a glow plug, which is an auxiliary device and is supplied with power generated by the alternator. As a result, the electrical load is increased. Therefore, the load on the engine is increased because the power generation amount of the alternator is controlled to increase. As a result, the amount of fuel supplied is increased and the engine output is increased. Therefore, the temperature of the exhaust gas can be raised.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における温度制御装置を、ディーゼルエンジンシステムに適用した実施の形態について説明する。まず、この温度制御装置が適用されるディーゼルエンジンシステムについて説明する。なお、このディーゼルエンジンシステムは、ディーゼルエンジンのクリーン排気を実現するために、高圧コモンレール式燃料噴射装置、大容量電子制御EGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラ、DPNR触媒を組合せ、PMおよびNOxを連続かつ同時に低減するシステムである。 An embodiment in which a temperature control device in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied to a diesel engine system will be described. First, a diesel engine system to which this temperature control device is applied will be described. This diesel engine system combines a high-pressure common rail fuel injection device, a large-capacity electronically controlled EGR (Exhaust Gas Recirculation) cooler, and a DPNR catalyst in order to realize clean exhaust of the diesel engine, and PM and NOx are continuously and simultaneously. It is a system to reduce.
図1において、内燃機関(以下、エンジンという)1000は、燃料供給系100、燃焼室200、吸気系300および排気系400等を主要部として構成される直列4気筒のディーゼルエンジンシステムである。
In FIG. 1, an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1000 is an in-line four-cylinder diesel engine system including a
燃料供給系100は、サプライポンプ110、コモンレール120、燃料噴射弁130、遮断弁140、調量弁160、燃料添加ノズル170、機関燃料通路800および添加燃料通路810、グロープラグ1400等を備えて構成される。
The
サプライポンプ110は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした上で、機関燃料通路800を介してコモンレール120に供給する。コモンレール120は、サプライポンプ110から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁130に分配する。燃料噴射弁130は、その内部に電磁ソレノイドを備え、図示しない渦流室を介して適宜開弁して燃焼室200内に燃料を噴射供給する。
The
渦流室には、グロープラグ1400が設置されており、グロープラグ1400の先端の発熱部により、渦流室内に噴射される燃料を予熱することができる。すなわち、エンジンの始動時において、燃焼室が冷えて着火しにくい状態において、グロープラグ1400の発熱による燃焼室の予熱を行なうことにより、始動性を高めている。
A
サプライポンプ110は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路810を介して燃料添加ノズル(還元剤噴射ノズル)170に供給する。添加燃料通路810には、サプライポンプ110から燃料添加ノズル170に向かって遮断弁140および調量弁160が順次配設されている。遮断弁140は、緊急時において添加燃料通路810を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁160は、燃料添加ノズル170に供給する燃料の圧力(燃圧)を制御する。燃料添加ノズル170は所定圧以上の燃圧(たとえば0.2MPa)が付与されると開弁し、排気系400(排気ポート410)内に燃料を噴射供給する機械式の開閉弁である。すなわち、調量弁160により燃料添加ノズル170上流の燃圧が制御されることにより、所望の燃料が適宜のタイミングで燃料添加ノズル170より噴射供給(添加)される。
The
吸気系300は、各燃焼室200内に供給される吸入空気の通路(吸気通路)を形成する。排気系400は、上流から下流にかけ、排気ポート410、排気マニホールド420、触媒上流側通路430、触媒下流側通路440という各種通路部材が順次接続されて構成され、各燃焼室200から排出される排気ガスの通路(排気通路)を形成する。
The
さらに、このエンジン1000には、周知の過給機(ターボチャージャ)500が設けられている。ターボチャージャ500は、シャフト510を介して連結された2つのタービンホイール520およびタービンホイール530を備える。一方のタービンホイール(吸気側タービンホイール)530は、吸気系300内の吸気に晒され、他方のタービンホイール(排気側タービンホイール)520は排気系400内の排気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ500は、排気側タービンホイール520が受ける排気流(排気圧)を利用して吸気側タービンホイール530を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行なう。
Further, the
吸気系300において、ターボチャージャ500に設けられたインタークーラ310は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ310よりもさらに下流に設けられたスロットル弁320は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有する。
In the
また、エンジン1000には、燃焼室200の上流(吸気系300)および下流(排気系400)をバイパスする排気還流通路(EGR通路)600が形成されている。このEGR通路600は、排気の一部を適宜吸気系300に戻す機能を有する。EGR通路600には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGR弁610と、EGR通路600を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ620とが設けられている。
Further, the
排気系400において、排気側タービンホイール530の下流(触媒上流側通路430と触媒下流側通路440との間)には、DPNR触媒460が備えられている。
In the
DPNR触媒460は、多孔質セラミック構造体に、NOx吸蔵還元触媒を組合わせて構成される。エンジン100からの排出ガスがセラミックスの隙間を通る間に触媒で酸化や還元することで、無害なガスへと化学変化させて排出する。
The
NOx吸蔵還元触媒は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸収し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(たとえば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2もしくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。ちなみにHCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。 The NOx storage reduction catalyst absorbs NOx in a state where a large amount of oxygen is present in the exhaust gas, has a low oxygen concentration in the exhaust gas, and has a large amount of reducing component (for example, unburned component (HC) of fuel). In the existing state, NOx is reduced to NO 2 or NO and released. NO NOx released as NO 2 or NO, the N 2 is further reduced due to quickly reacting with HC or CO in the exhaust. Incidentally, HC and CO are oxidized to H 2 O and CO 2 by reducing NO 2 and NO.
また、DPNR触媒460において、リーン燃焼時(酸素の多い希薄燃焼時)に多孔質構造の触媒により、一時的にPMが捕集されると同時に、NOxを吸蔵する際に生成される活性酸素と排出ガス中の酸素により酸化浄化される。すなわち、NOxは、リーン燃焼時に触媒にいったん吸蔵され、その後、瞬間的なリッチ燃焼(酸素の少ない濃空燃比燃焼)により還元浄化される。さらに、PMは、リッチ燃焼時に吸蔵NOxが還元される際に生成する活性酸素により酸化浄化される。このとき、この触媒において捕集されたPMが堆積することにより触媒に含まれるフィルタが目詰まりを起こすおそれがある。そのため、排出ガスを所定の温度(触媒の活性温度)以上に上昇させて、堆積したPMを酸化させて除去する、いわゆる触媒再生制御が行なわれる。
Further, in the
エンジン1000の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1000の運転状態に関する信号を出力する。
Various sensors are attached to each part of the
たとえば、レール圧センサ700は、コモンレール120内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ710は、添加燃料通路810内を流通する燃料のうち、調量弁160へ導入される燃料の圧力(燃圧)Pgに応じた検出信号を出力する。エアフロメータ720は、吸気系300内のスロットル弁320下流において吸入空気の流量(吸気量)Gaに応じた検出信号を出力する。空燃比(A/F)センサ730は、排気系400の触媒ケーシングの下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ740は、同じく排気系400の触媒ケーシング下流において排気の温度(排気温度)Texに応じた検出信号を出力する。
For example, the
また、アクセル開度センサ750はエンジン1000のアクセルペダルに取り付けられ、同ペダルへの踏み込み量Accに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ760は、エンジン1000の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力する。これら各センサ700〜760は、電子制御装置(ECU)1100と電気的に接続されている。
The
ECU(Electronic Control Unit)1100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)およびバックアップRAM、タイマーやカウンタ等を備え、これらと、A/D(Analog/Digital)変換器を含む外部入力回路および外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される。 The ECU (Electronic Control Unit) 1100 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a backup RAM, a timer, a counter, and the like, and these are also provided with A / D (Analog / Digital). ) An external input circuit including a converter and an external output circuit are connected by a bidirectional bus.
このように構成されたECU1100は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいてエンジン1000の燃料噴射等についての基本制御を行なう他、還元剤(還元剤として機能する燃料)添加にかかる添加タイミングや供給量の決定等に関する還元剤(燃料)添加制御等、エンジン1000の運転状態に関する各種制御を実行する。
The
オルタネータ900は、クランクシャフトとベルトを介して接続される。そして、オルタネータ900は、クランクシャフトの回転を駆動力として、発電を行なう。このとき、発電された電力は、電気的に接続された車両の各種補機(電気負荷)に供給されたり、その一部は、図示しないバッテリを充電することに用いられる。ECU1100において電気負荷が高まることが検知されたときは、ECU1100は、オルタネータ900における発電量を増加させるように制御する。すなわち、ECU1100は、エンジンの出力を高めるように燃料の供給量を増加させるように制御する。
また、ECU1100は、少なくとも渦流室に設けられるグロープラグ1400、車両前方に設置されたライト1200およびラジエタに設置された冷却電動ファン1300に対して、エンジンの始動時、運転者からの操作およびラジエタ内の温度等の定められた条件に基づいて、オルタネータ900やバッテリからの電力供給(通電)のオンやオフを制御する。
Further,
次に、ECU1100の実行する燃料添加の基本原理についてその概略を説明する。
Next, an outline of the basic principle of fuel addition executed by the
一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室内で燃焼に供される燃料および空気の混合気の酸素濃度が、ほとんどの運転領域で高濃度状態にある。 In general, in a diesel engine, the oxygen concentration of a mixture of fuel and air used for combustion in a combustion chamber is in a high concentration state in most operating regions.
燃焼に供される混合気の酸素濃度は、燃焼に供された酸素を差し引いてそのまま排気中の酸素濃度に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度(空燃比)が高ければ、排気中の酸素濃度(空燃比)も基本的には同様に高くなる。一方、上述したように、吸蔵還元型NOx触媒は排気中の酸素濃度が高ければNOxを吸収し、低ければNOxをNO2もしくはNOに還元して放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状態にある限りNOxを吸収することとなる。ただし、当該触媒のNOx吸収量に限界量が存在し、同触媒が限界量のNOxを吸収した状態では、排気中のNOxが同触媒に吸収されず触媒ケーシングを素通りすることとなる。 The oxygen concentration of the air-fuel mixture used for combustion is usually reflected directly in the oxygen concentration in the exhaust gas after subtracting the oxygen supplied for combustion. If the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the air-fuel mixture is high The oxygen concentration (air-fuel ratio) in the exhaust gas basically increases similarly. On the other hand, as described above, the NOx storage reduction catalyst absorbs NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and has a characteristic of reducing NOx to NO 2 or NO and releasing it when the oxygen concentration is low. As long as the concentration is high, NOx is absorbed. However, when there is a limit amount in the NOx absorption amount of the catalyst and the catalyst absorbs the limit amount of NOx, NOx in the exhaust gas is not absorbed by the catalyst and passes through the catalyst casing.
そこで、エンジン1000のように燃料添加ノズル170を備えた内燃機関では、適宜の時期に燃料添加ノズル170を通じ排気系400の触媒450上流に燃料を添加(以下、排気添加という)することで、一時的に排気中の酸素濃度を低減し、かつ還元成分量(HC等)を増大させる。すると触媒450は、これまでに吸収したNOxをNO2もしくはNOに還元して放出し、自身のNOx吸収能力を回復(再生)するようになる。放出されたNO2やNOが、HCやCOと反応して速やかにN2に還元されることは上述した通りである。そして、PMは吸蔵NOxが還元される際に生成する活性酸素により酸化浄化される。
Therefore, in an internal combustion engine such as the
このとき、自身の吸収したNOxを上記態様で放出しつつ還元浄化する触媒450にとって、触媒ケーシング内に流入する排気中の還元成分量(燃料の濃度)と、酸素濃度(空燃比)とにより還元浄化の効率が決定づけられることとなる。
At this time, for the
そこで、エンジン1000では、排気中の適切な還元成分量および空燃比を安定して得ることができるように、排気系400への燃料添加(燃料添加制御)を実施する。
Therefore, the
なお、ECU1100においては、PMがDPNR触媒460に捕集されている状態を触媒450の前後の差圧を検出することにより検知している。
In
触媒450において、図2に示すように、DPNR触媒460にターボチャージャ500からの排出ガスは、触媒450に導入される。ここで、DPNR触媒460に含まれる多孔質セラミック構造体に堆積したPMによりが触媒前端が詰まるおそれがある場合に触媒450に導入される排出ガスを所定の温度(触媒の活性温度)以上に上昇させる触媒再生制御が行なわれる。
In the
本発明は、触媒の再生制御時において、ECU1100は、グロープラグ1400に電力を通電させるように制御することにより触媒の入口ガスの温度を上昇させることを特徴とする。すなわち、グロープラグ1400に電力を通電させることにより、グロープラグ1400自身が発熱することにより、排出ガスの温度を上昇させることができる。また、グロープラグ1400への電気負荷を増加させることにより、ECU1100は、オルタネータ900の発電量を増加するように制御する。すなわち、ECU1100は、燃料の供給量を増加させて、エンジン出力を高めるように制御する。その結果、排出ガスの温度を上昇させることができる。
The present invention is characterized in that, during catalyst regeneration control, the
図3にディーゼルエンジンの燃料室内に配置されるグロープラグ1400を示す。グロープラグ1400は、ピストン1410の上方のコンパッションチャンバ1420内の渦流室1440に設けられる。グロープラグ1400は、エンジンの始動直前に電流を通じて先端を赤熱させ、これに噴射ノズル1430から燃料噴霧の一部を吹きつけて、燃料室の予熱を行ない、着火・燃焼を促進させる始動補助装置である。
FIG. 3 shows a
図4を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるECU1100で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
With reference to FIG. 4, a control structure of a program executed by
ステップ(以下、ステップをSと略して記載する)100にて、ECU1100は、触媒再生制御が開始されたか否かを判断する。すなわち、たとえば、触媒460の前後の差圧に基づいて、フィルタの目詰まりがあるおそれがあるか否かが判断される。触媒再生制御が開始されると判断されると(S100にてYES)、処理はS200に移される。もしそうでないと(S100にてNO)、触媒再生制御が開始されるまで待機する。
In step (hereinafter abbreviated as S) 100,
S200にて、ECU1100は、グロープラグ1400に電力を通電する。S300にて、ECU1100は、触媒再生制御が終了したか否かを判断する。触媒再生制御が終了すると(S300にてYES)、処理はS800に移される。もしそうでないと(S300にてNO)、処理はS400に移される。
In S200,
S400にて、ECU1100は、グロープラグ1400の通電時間が連続通電可能時間内であるかの判断を行なう。ここで、「連続通電可能時間」とは、グロープラグ1400の仕様(たとえば、グロープラグ1400の寿命、耐久性等)に基づいて決定される時間である。ECU100は、通電時間が連続通電可能通電時間内であると判断すると(S400にてYES)、処理はS200に移される。もしそうでないと(S400にてNO)、処理はS500に移される。
In S400,
S500にて、ECU1100は、グロープラグ1400への電力の通電をオフにする。S600にて、ECU1100は、グロープラグ1400への電力の通電をオフにしてから所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過したと判断されると(S600にてYES)、処理はS200に移される。もしそうでないと(S600にてNO)、処理はS700に移される。
In S500,
S700にて、ECU1100は、触媒再生制御が終了したか否かの判断を行なう。触媒再生制御が終了すると(S700にてYES)、この処理は終了する。もしそうでないと(S700にてNO)、処理はS600に移される。
In S700,
S800にて、ECU1100は、グロープラグへの電力の通電をオフにする。
In S800,
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるECU1100の動作について説明する。
An operation of
ディーゼルエンジンの運転中にフィルタの目詰まりのおそれがあると判断され、触媒再生制御が開始されると(S100にてYES)、ECU1100は、グロープラグ1400に電力を通電する(S200)。このとき、グロープラグ1400自身の発熱により排気温度が上昇する。さらに、グロープラグへの電力の通電により電気負荷が高められて、オルタネータの負荷が増加され、エンジン1000の負荷が上昇することにより、ECU1100は、燃料の供給量を増加するように制御し、その結果、排気温度が上昇する。
When it is determined that the filter may be clogged during operation of the diesel engine and catalyst regeneration control is started (YES in S100),
触媒再生制御が終了するまでに(S300にてNO)、グロープラグの耐久性等に基づいて設定された連続通電時間を超えると(S400にてNO)、ECU1100は、グロープラグ1400の電力の通電をオフにする(S500)。そして、所定の時間が経過すると(S600にてYES)、ECU1100は、グロープラグ1400に電力を通電する(S200)。そして、ECU1100は、触媒再生制御が終了したと判断すると(S300にてYES)、グロープラグ1400への電力の通電をオフにする(S800)。
If the continuous energization time set based on the durability of the glow plug or the like is exceeded by the end of catalyst regeneration control (NO in S300) (NO in S400), the
以上のようにして、本実施の形態に係る温度制御装置によると、触媒再生制御時に、グロープラグに電力を断続的に通電させるように制御することにより、グロープラグの寿命を短くすることなく、グロープラグ自身の発熱により排出ガスの温度を上昇させることができる。さらに、グロープラグの発熱により電気負荷が高められ、オルタネータにおける発電量が増加するように制御される。すなわち、燃料の供給量が増加され、エンジンの出力が高めるように制御されることにより、排出ガスの温度を上昇させることができる。そのため、新たなコストアップとなるバーナや電気ヒータを必要としないで、触媒再生制御時に、触媒前端の詰まりを防止することができる。 As described above, according to the temperature control device according to the present embodiment, during catalyst regeneration control, the glow plug is controlled to be energized intermittently without shortening the life of the glow plug, The temperature of the exhaust gas can be raised by the heat generated by the glow plug itself. Furthermore, the electric load is increased by the heat generated by the glow plug, and the power generation amount in the alternator is controlled to increase. That is, the temperature of the exhaust gas can be raised by controlling the fuel supply amount to be increased and the engine output to be increased. Therefore, clogging of the front end of the catalyst can be prevented at the time of catalyst regeneration control without requiring a burner and an electric heater that increase the cost.
なお、上述した実施の形態においては、グロープラグ1400に通電させる場合について説明したが、本発明に係る温度制御装置において、電気負荷を高めるためにディーゼルエンジンに設けられるグロープラグを用いることに限定されない。たとえば、触媒再生制御時に、ライト1200または冷却電動ファン1300等の電気負荷を高める各種補機を動作させるように制御することにより、オルタネータにおける発電量を増加するように制御してもよい。すなわち、燃料の供給量が増加され、エンジンの出力が高められることにより、排出ガスの温度を上昇させることができる。あるいは、グロープラグ1400、ライト1200および冷却電動ファン1300のうちの少なくとも一つを動作させるように制御してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 燃料供給系、110 サプライポンプ、120 コモンレール、130 燃料噴射弁、140 遮断弁、160 調量弁、170 燃料添加ノズル、200 燃焼室、300 吸気系、310 インタークーラ、320 スロットル弁、400 排気系、410 排気ポート、420 排気マニホールド、430 触媒上流側通路、440 触媒下流側通路、450 触媒、460 DPNR触媒、500 ターボチャージャ、510 シャフト、520 排気側タービンホイール、530 吸気側タービンホイール、600 EGR通路、610 EGR弁、620 EGRクーラ、700 レール圧センサ、710 燃圧センサ、720 エアフロメータ、730 空燃比センサ、740 排気温センサ、750 アクセル開度センサ、760 クランク角センサ、800 機関燃料通路、810 添加燃料通路、900 オルタネータ、1000 エンジン、1100 ECU、1200 ライト、1300 冷却電動ファン、1400 グロープラグ、1410 ピストン、1420 コンパッションチャンバ、1430 噴射ノズル、1440渦流室。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記排気浄化機構に導入される前記内燃機関からの排出ガスの温度上昇の要否を判断するための判断手段と、
前記判断手段により前記温度上昇が必要であると判断されると、電力を用いて前記排出ガスの温度を上昇させるように、前記内燃機関または前記内燃機関の補機を制御するための制御手段とを含む、温度制御装置。 A temperature control device in an exhaust gas purification mechanism of an internal combustion engine,
Determining means for determining whether or not the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine introduced into the exhaust purification mechanism is necessary;
Control means for controlling the internal combustion engine or an accessory of the internal combustion engine to increase the temperature of the exhaust gas using electric power when the determination means determines that the temperature increase is necessary; Including a temperature control device.
前記制御手段は、前記ディーゼルエンジンに設けられたグロープラグに電力を通電させるように制御するための手段を含む、請求項1記載の温度制御装置。 The internal combustion engine is a diesel engine,
The temperature control apparatus according to claim 1, wherein the control means includes means for controlling power to be supplied to a glow plug provided in the diesel engine.
前記制御手段は、前記内燃機関の補機であって、オルタネータにより発電された電力が供給されるライト、電動ファンおよびグロープラグのうちの少なくとも一つに電力を通電させるように制御するための手段をさらに含む、請求項3記載の温度制御装置。
The internal combustion engine is a diesel engine,
The control means is an auxiliary machine for the internal combustion engine, and is means for controlling power to be supplied to at least one of a light, an electric fan, and a glow plug supplied with power generated by an alternator. The temperature control device according to claim 3, further comprising:
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JP2007285233A (en) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Toyota Motor Corp | Control device for engine exhaust system temperature |
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-
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