JP2006029156A

JP2006029156A - Ｐｍ燃焼量推定装置

Info

Publication number: JP2006029156A
Application number: JP2004207058A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Ueno; 昌一郎上野; Makoto Otake; 真大竹; Masahiko Nakano; 雅彦中野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】再生時のＰＭ燃焼量を精度良く検出する。
【解決手段】排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ１と、ＤＰＦ１に担持された又はＤＰＦ１の上流に設けられた排気浄化用の触媒と、ＤＰＦ１の上流側の温度を検出する上流側温度検出手段４と、ＤＰＦ１の下流側の温度を検出する下流側温度検出手段５と、上流側温度検出手段４および下流側温度検出手段５の検出値に基づいてＤＰＦ１のベッド温度を推定するベッド温度推定手段３と、触媒の酸化反応により上昇するＤＰＦ１のベッド温度を推定する酸化反応温度推定手段３と、酸化反応温度とベッド温度とに基づいてＰＭの燃焼により上昇するＤＰＦ１のベッド温度を推定するＰＭ燃焼温度推定手段３と、ＰＭ燃焼温度に基づいてＰＭ燃焼量を推定するＰＭ燃焼量推定手段３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＰＦの再生制御に関し、特に、再生時の微粒子（ＰＭ）の燃焼量の推定に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）を捕集するために、排気通路にフィルタ（ＤＰＦ：ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）を介装する方法が知られている。

捕集したＰＭはＤＰＦ内に堆積するが、その捕集能力には限界があるので所定の堆積量に達したときに堆積したＰＭを燃焼させて捕集能力を再生する必要がある。

再生時にはＤＰＦを加熱するために燃料噴射量を増量したり燃料噴射時期を遅角化したりするので燃費が悪化する。

そこで、再生実行による燃費の悪化を低減するためは、酸化触媒を担持することで排気ガスの未燃成分の酸化反応を利用したり、再生を適切な時期に終了させる必要がありこのためには再生により燃焼したＰＭの量を正確に把握しなければならない。

特許文献１には、酸化反応触媒を担持したＤＰＦにおいてＤＰＦより上流側で排気ガス中に燃料噴射することによって再生を行い、燃料噴射後のＤＰＦ温度を検出し、この検出した温度に基づき温度帯ごとに設定されている単位時間当たりの燃焼再生量を時間積分し、積分値が目標値以上になったときに再生終了と判定する技術手段が開示されている。
特開２００３−２１４１４５号

ところが、特許文献１では、ＨＣ、ＣＯの酸化反応温度を考慮できないので、ＤＰＦのベッド温度を正確に推定することができず、ベッド温度が過剰に上昇してＤＰＦの溶損を招くおそれがある。

また、単位時間当たりのＰＭ燃焼量の積算値としきい値とに基づいて再生完了を判定するので、未燃焼のＰＭが残っていても再生が完了したと判定さてしまうことや、逆にＰＭが燃え尽きているにもかかわらず、積算値がしきい値に達しなければ再生状態を継続することがあり、運転時間が長くなるに連れて実際のＰＭ堆積量と推定値との差が大きくなり、無駄な再生を行って燃費の悪化を招くおそれがある。

そこで、本発明では酸化反応温度を考慮してＰＭの燃焼量を正確に推定することを目的とする。

本発明のＰＭ燃焼量推定装置は、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦと、前記ＤＰＦに担持された又は前記ＤＰＦの上流に設けられた排気浄化用の触媒と、前記ＤＰＦの上流側の温度を検出する上流側温度検出手段と、前記ＤＰＦの下流側の温度を検出する下流側温度検出手段と、前記上流側温度検出手段および下流側温度検出手段の検出値に基づいてＤＰＦのベッド温度を推定するベッド温度推定手段と、前記触媒の酸化反応により上昇するＤＰＦのベッド温度を推定する酸化反応温度推定手段と、前記酸化反応温度と前記ベッド温度とに基づいてＰＭの燃焼により上昇するＤＰＦのベッド温度を推定するＰＭ燃焼温度推定手段と、前記ＰＭ燃焼温度に基づいてＰＭ燃焼量を推定するＰＭ燃焼量推定手段と、を備える。

本発明によれば再生時に上昇するベッド温度のうち、触媒での酸化反応による温度上昇分と、ＰＭの燃焼による温度上昇分とを分離して推定し、ＰＭの燃焼による温度上昇の変化に基づいて再生時のＰＭ燃焼量を推定するので、ＰＭの燃焼量を正確に推定することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態のシステム構成の概略図である。

１は図示しないディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子（以下、ＰＭという）を捕集するＰＭ捕集用フィルタ（以下、ＤＰＦという）、２はＤＰＦ１の上流側と下流側の圧力差（以下、前後差圧という）を検出する差圧センサであり、配管６によりＤＰＦ１の上流側および下流側と接続されている。４はＤＰＦ１上流側の排気通路７内の温度を検出する上流側温度検出手段としての上流側温度センサ、５はＤＰＦ１下流側の排気通路８内の温度を検出する下流側温度検出手段としての下流側温度センサである。なお、ＤＰＦ１はＮＯｘ等を浄化する排気浄化用酸化触媒を担持している。

３は差圧センサ２、上流側温度センサ４、下流側温度センサ５の検出値が読込まれるコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）である。ＥＣＵ３には、前記の他にエンジン回転数、燃料噴射量、吸気温度、吸気圧力が読込まれる。

ＤＰＦ１の内部には捕集したＰＭが堆積し、ＰＭ堆積量の増加とともにＤＰＦ１内部の流路断面積が小さくなり排気抵抗が増大するので、ＰＭ堆積量が所定量（再生開始堆積量）に達したら、ＤＰＦ１の温度を上昇させることにより内部に堆積したＰＭを燃焼させて捕集能力を再生する、いわゆる再生処理を行う。

ＤＰＦ１を温度上昇させる方法としては、爆発工程後にも燃料噴射を行ういわゆるアフター噴射や、噴射時期を遅角させる方法等を用いることができる。

再生終了時期の判定は、後述する制御によって単位時間当たりのＰＭ燃焼量を推定し、この推定値がゼロになったときに再生終了と判定する。

次にＰＭ燃焼量の算出方法について、本実施形態のＰＭ燃焼量推定システムの構成を表す図２およびＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度、ベッド温度のタイムチャートである図３を参照して説明する。

本実施形態のシステムは、ベッド温度推定手段としてのベッド温度推定部１１、酸化反応温度検出手段としての酸化反応熱算出部１２、ＰＭ燃焼温度検出手段としてのＰＭ未堆積時ベッド温度推定部１３およびＰＭ燃焼分温度算出部１４、燃焼速度算出部１５、単位時間当たりＰＭ燃焼量算出部１６、ＰＭ燃焼量検出手段としてのＰＭ燃焼量算出部１７で構成される。

ベッド温度推定部１１は、上流側温度センサ４で検出したＤＰＦ上流側温度Ｔ_{DPF IN Mea}を一次遅れ処理することによって仮ベッド温度Ｔ_{bed cal}を算出し、この仮ベッド温度Ｔ_{bed cal}をさらに一次遅れ処理したものにＤＰＦ放熱係数を乗算して算出したＤＰＦ出口温度と下流側温度センサ５によって検出したＤＰＦ下流側温度との差を先に求めた仮ベッド温度Ｔ_{bed cal}に加算することでベッド温度を修正して、図３の実線Ｄで示した推定ベッド温度Ｔ_{Bed Cor}を算出する。なお、図３に実線Ｂで示したＤＰＦ入口温度および実線Ｃで示したＤＰＦ出口温度はそれぞれ上流側温度センサ４、下流側温度センサ５の検出値から求まる。

酸化反応熱算出部１２は、図示しないクランク角センサ等により検出するエンジン回転数および図示しないインジェクタに入力されるパルス信号等から求まる燃料噴射量に基づいて仮のＨＣ、ＣＯの酸化触媒反応熱を算出し、これを吸気温度および吸気圧力で補正することによってＨＣ、ＣＯの酸化触媒反応熱ΔＴ_HC&COを算出する。

ＰＭ未堆積時ベッド温度推定部１３は、上記のＨＣ、ＣＯの酸化触媒反応熱ΔＴ_HC&COとＤＰＦ上流側温度Ｔ_{DPF IN Mea}からＰＭが堆積していない場合のベッド温度（図３の一点鎖線Ａ）を算出する。

ＰＭ燃焼分温度算出部１４は、推定ベッド温度推定ベッド温度Ｔ_{Bed Cor}とＰＭが堆積していない場合のベッド温度Ｔ_{Bed Sim}との差を算出することによりＰＭ燃焼による温度上昇分ΔＴ_PM（図３の斜線部分）を求める。

燃焼速度算出部１５は、上流側温度センサ４の検出値でマップ検索を行い、燃焼速度を算出する。

単位時間当たりＰＭ燃焼量算出部１６は、燃焼速度とＰＭ燃焼による温度上昇分ΔＴ_PMから単位時間当たりのＰＭ燃焼量ΔＭ_PMを算出する。

ＰＭ燃焼量算出部１７は、単位時間当たりのＰＭ燃焼量ΔＭ_PMを再生時間で積分することによってＰＭの燃焼量を算出する。

具体的な演算について、本実施形態の制御ルーチンを示す図４のステップに従って説明する。

ステップＳ１で、上流側温度センサ４の検出値Ｔ_{DPF IN Mea}を読込む。

ステップＳ２では、ステップＳ１で読込んだ上流側温度Ｔ_{DPF IN Mea}でマップ検索することによりベッド温度を算出し、これを仮ベッド温度Ｔ_{bed cal}とする。

ステップＳ３では、仮ベッド温度Ｔ_{bed cal}でマップ検索し、これによって得られた値にＤＰＦ放熱係数を乗算することによりＤＰＦ１の出口温度Ｔ_{DPF OUT Cal}を算出する。ここで用いるＤＰＦ放熱係数は使用するＤＰＦに固有の値であり、予め実験等により求めておく。

上記のステップＳ１〜Ｓ３と並行して実行するステップＳ４では、下流側温度センサ５の検出値Ｔ_{DPF OUT Mea}を読込む。

ステップＳ５では、ステップＳ４で読込んだ下流側温度Ｔ_{DPF OUT Mea}とステップＳ３で算出したＤＰＦ出口温度Ｔ_{DPF OUT Cal}とから、下式（１）により触媒反応およびＰＭ燃焼による温度上昇分ΔＴ_BUMを算出する。

ΔＴ_BUM＝Ｔ_{DPF OUT Mea}−Ｔ_{DPF OUT Cal} ・・・（１）
ステップＳ６では、ステップＳ２で算出した仮ベッド温度Ｔ_{bed cal}と触媒反応およびＰＭ燃焼による温度上昇分ΔＴ_BUMを用いて下式（２）によりベッド温度の修正を行い、これを推定ベッド温度Ｔ_{Bed Cor}とする。

Ｔ_{Bed Cor}＝Ｔ_{bed cal}＋ΔＴ_BUM ・・・（２）
上記のステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ４と並行して実行するステップＳ７では、ＨＣ、ＣＯの酸化触媒反応による温度上昇分ΔＴ_HC&COを、前述したようにエンジン回転数と燃料噴射量でマップ検索して算出した温度上昇分を、吸気温度に応じて定まる吸気温度補正係数、吸気圧力に応じて定まる吸気圧力補正係数とを用いて補正することによって算出する。

ステップＳ８ではステップＳ７で算出したＨＣ、ＣＯの酸化触媒反応による温度上昇分ΔＴ_HC&COとステップＳ１で読込んだＤＰＦ入口温度Ｔ_{DPF IN Mea}からＰＭ未堆積時のベッド温度Ｔ_{Bed Sim}を下式（３）により算出する。

Ｔ_{Bed Sim}＝Ｔ_{DPF IN Mea}＋ΔＴ_HC&CO ・・・（３）
ステップＳ６で修正ベッド温度Ｔ_{Bed Cor}、ステップＳ８でＰＭ未堆積時のベッド温度Ｔ_{Bed Sim}を算出したらステップＳ９でＰＭ燃焼による温度上昇分ΔＴ_PMを下式（４）により算出する。

ΔＴ_PM＝Ｔ_{Bed Cor}−Ｔ_{Bed Sim} ・・・（４）
ステップＳ１０では、上流側温度Ｔ_{DPF IN Mea}でマップ検索することによって得た燃焼速度と、ステップＳ９で算出したＰＭ燃焼による温度上昇分ΔＴ_PMでマップ検索することによって単位時間あたりのＰＭ燃焼処理量ΔＭ_PMを算出する。

ステップＳ１１では単位時間当たりのＰＭ燃焼処理量ΔＭ_PMを再生時間で積分することによってＰＭ燃焼処理量Ｍ_PMを算出する。このＰＭ燃焼処理量Ｍ_PMと運転開始時のＰＭ堆積量とから、現在のＰＭ堆積量を推定することが可能である。

また、ステップＳ１１と並行して実行するステップＳ１２では、単位時間当たりのＰＭ燃焼処理量ΔＭ_PMがゼロであるか否かの判定を行い、ゼロの場合は再生完了と判定してステップＳ１３で再生処理を終了し、ゼロでない場合には再生を継続する。

上記のように、ＨＣ、ＣＯの酸化触媒反応による温度上昇分ΔＴ_HC&COと、ＰＭ燃焼による温度上昇分ΔＴ_PMとを分離することによって、単位時間当たりのＰＭ燃焼量ΔＭ_PMおよびこれを再生時間で積分することによって再生処理中に燃焼したＰＭ燃焼量Ｍ_PMを精度良く算出することが可能となる。

以上により本実施形態では、排気中に含まれるＰＭを捕集しかつ排気浄化用触媒を担持するＤＰＦ１と、前記触媒の酸化反応により上昇する温度を推定する酸化反応熱算出部１２と、ＤＰＦ１の上流側の温度を検出する上流側温度センサ４と、ＤＰＦ１の下流側の温度を検出する下流側温度センサ５と、上流側温度センサ４および下流側温度センサ５の検出値に基づいてＤＰＦ１のベッド温度を推定するベッド温度推定部１１と、酸化反応温度とベッド温度とに基づいてＰＭの燃焼により上昇する温度を推定するＰＭ未堆積時ベッド温度推定部１３およびＰＭ燃焼分温度算出部１４と、ＰＭ燃焼温度に基づいて再生中のＰＭ燃焼量を推定するＰＭ燃焼量算出部１６と、を備えるので、再生時に上昇するベッド温度のうち、触媒での酸化反応による温度上昇分とＰＭの燃焼による温度上昇分とを分離して推定し、このＰＭの燃焼による温度上昇の変化に基づいて再生時のＰＭ燃焼量を推定することが可能となり、運転状態や環境の変化によりＨＣ、ＣＯの酸化反応温度が変動した場合にもＰＭの燃焼量を精度良く推定することができる。これにより、再生の完了を適切に判定し、燃費の悪化を防止することができる。

また、上記のように精度良くＰＭ燃焼量を推定することができるので、ＰＭ堆積量を実際の堆積量よりも大幅に少なく推定して燃焼時に温度が過剰に上昇してＤＰＦ１が劣化したり溶損したりすることを防止できる。

酸化反応熱推定部１２は、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて算出した触媒での酸化反応による温度上昇代を、少なくとも吸気温度又は吸気圧力に基づいて補正するので、運転状態やＤＰＦ１の状態によらず、ＨＣ、ＣＯの触媒反応による温度上昇を精度良く推定することができる。

ＰＭ未堆積時ベッド温度推定部１３は、酸化反応熱算出部１２の推定値と上流側温度センサの検出値に基づいてＰＭ未堆積時のベッド温度を推定し、このＰＭ未堆積時ベッド温度の推定値とベッド温度推定部１１により推定したベッド温度の差分を算出することによりＰＭ燃焼温度を推定するので、ＰＭの燃焼による温度上昇を簡単にかつ精度良く推定することができる。

ＰＭ燃焼量算出部１７は、上流側温度センサ４の検出値に基づいて算出した燃焼速度と、ＰＭ燃焼分温度算出部１４により推定したＰＭ燃焼温度とに基づいて単位時間あたりのＰＭ燃焼量を推定し、これを再生時間で積分することによってＰＭ燃焼量を推定する。

ベッド温度推定部１１は、上流側温度センサ４の検出値に基づいて推定したベッド温度を下流側温度センサ５の検出値により補正することによってベッド温度を推定するので、ベッド温度を高い精度で推定することが可能となる。

なお、本実施形態では排気浄化用触媒を担持するＤＰＦ１を用いたが、排気浄化用触媒を別体でＤＰＦ１の上流側に設けても構わない。ただし、この場合には上流側温度センサ４は履き浄化用触媒とＤＰＦ１の間の温度を検出するものとする。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、ＤＰＦの再生処理制御に適用可能である。

本実施形態のシステムの構成を表す図である。本実施形態の演算システムの構成を表す図である。ＤＰＦ各部の温度のタイムチャートである。本実施形態の制御ルーチンを表す図である。

符号の説明

１ＰＭ捕集用フィルタ（ＤＰＦ）
２差圧センサ
３コントロールユニット（ＥＣＵ）
４上流側温度センサ
５下流側温度センサ
７上流側排気通路
８下流側排気通路

Claims

排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦと、
前記ＤＰＦに担持された又は前記ＤＰＦの上流に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記ＤＰＦの上流側の温度を検出する上流側温度検出手段と、
前記ＤＰＦの下流側の温度を検出する下流側温度検出手段と、
前記上流側温度検出手段および下流側温度検出手段の検出値に基づいてＤＰＦのベッド温度を推定するベッド温度推定手段と、
前記触媒の酸化反応により上昇するＤＰＦのベッド温度を推定する酸化反応温度推定手段と、
前記酸化反応温度と前記ベッド温度とに基づいてＰＭの燃焼により上昇するＤＰＦのベッド温度を推定するＰＭ燃焼温度推定手段と、
前記ＰＭ燃焼温度に基づいてＰＭ燃焼量を推定するＰＭ燃焼量推定手段と、を備えることを特徴とするＰＭ燃焼量推定装置。
前記酸化反応温度推定手段は、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて算出した温度上昇代を、少なくとも吸気温度又は吸気圧力に基づいて補正して酸化反応により上昇するＤＰＦのベッド温度を検出する請求項１に記載のＰＭ燃焼量推定装置。
前記ＰＭ燃焼温度推定手段は、
前記酸化反応温度推定手段の推定値と前記上流側温度検出手段の検出値に基づいてＰＭ未堆積時のベッド温度を推定し、
このＰＭ未堆積時ベッド温度の推定値とベッド温度推定手段により推定したベッド温度の差分を算出することによりＰＭ燃焼温度を推定する請求項１または２に記載のＰＭ燃焼量推定装置。
前記ＰＭ燃焼量推定手段は、
前記上流側温度検出手段の検出値に基づいて算出した燃焼速度と、前記ＰＭ燃焼温度推定手段により推定したＰＭ燃焼温度とに基づいて単位時間あたりのＰＭ燃焼量を推定し、これを再生時間で積分することによってＰＭ燃焼量を推定する請求項１〜３のいずれか一つに記載のＰＭ燃焼量推定装置。
前記ベッド温度推定手段は、前記上流側温度検出手段の検出値に基づいて推定したベッド温度を前記下流側温度検出手段の検出値により補正することによってベッド温度を推定する請求項１〜４のいずれか一つに記載のＰＭ燃焼量推定装置。