JP2006266220A - Rising temperature controller of aftertreatment device - Google Patents
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本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタと排気浄化触媒とを有する後処理装置の昇温制御装置に関し、特に、HC供給による触媒昇温の初期における触媒の過昇温を抑制するようにした昇温制御装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a temperature increase control device for an aftertreatment device having a diesel particulate filter and an exhaust purification catalyst, and more particularly, a temperature increase control that suppresses excessive temperature increase of the catalyst at the initial stage of catalyst temperature increase due to HC supply. Relates to the device.
ディーゼルエンジンの排気中に含まれているパティキュレート(以下、PMという)を大気中に放出すると大気汚染を招くことから、エンジン排気系にディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、DPFという)を設けてPMを捕集するようにしているが、捕集されたPMの増加に伴う排圧上昇によりエンジン性能が低下するおそれがあるため、PMを燃焼除去してDPFを再生するようにしている。また、エンジン低負荷時には排気温度が低いので、DPF再生時にHCなどの未燃焼料をDPFの上流側の排気中に供給し、DPFに担持された酸化触媒により未燃焼料が酸化される際に生じる酸化熱を利用してPMを燃焼させることがある。但し、DPF再生に好適な燃料供給量は吸入空気量や排気流量によっても変化し、このため、DPF再生中にエンジン回転数が減少すると排気中の燃料濃度が過大になってDPF温度が過度に上昇するおそれがあり、また、排気流量が増加すると排気中の燃料濃度が過小になってDPF温度が充分に上昇せず、PMが燃焼しない可能性がある。 If particulates (hereinafter referred to as PM) contained in the exhaust of a diesel engine are released into the atmosphere, air pollution will be caused. Therefore, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) is provided in the engine exhaust system to provide PM. Although the trapping is performed, the engine performance may be reduced due to an increase in exhaust pressure accompanying the increase in the trapped PM. Therefore, PM is burned and removed to regenerate the DPF. Further, since the exhaust temperature is low when the engine is under a low load, unburned charge such as HC is supplied into the exhaust upstream of the DPF during DPF regeneration, and the unburned charge is oxidized by the oxidation catalyst carried on the DPF. There is a case where PM is burned by using the generated oxidation heat. However, the fuel supply amount suitable for DPF regeneration also changes depending on the intake air amount and the exhaust flow rate. For this reason, if the engine speed decreases during DPF regeneration, the fuel concentration in the exhaust gas becomes excessive and the DPF temperature becomes excessive. There is a possibility of an increase, and when the exhaust gas flow rate increases, the fuel concentration in the exhaust gas becomes too low, the DPF temperature does not rise sufficiently, and PM may not burn.
そこで、特許文献1に記載の排気処理装置は、DPFの上流側および下流側に温度センサを設け、DPFへの燃料供給量を上流側温度センサにより検出された排気温度が上昇するにつれて減量する一方、吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量の増加に伴って増量するように算出し、この様に算出した燃料供給量を下流側温度センサにより検出されたDPF温度に応じて補正して、DPF再生時のエンジン運転状態に適した燃料供給を行うようにしている。
特許文献1記載の排気浄化装置は、既述のように、上流側温度センサにより検出されたDPF上流側の排気温度に基づいて算出したDPFへの燃料供給量を下流側温度センサにより検出されたDPF温度(実際はDPF下流側の排気温度)に応じて補正するが、DPFの上流側や下流側の排気温度はDPF再生時のDPF温度を必ずしも良好に反映するものではなく、DPF再生時の燃料供給量を良好に制御することは実際には困難である。 As described above, the exhaust gas purification device described in Patent Document 1 has a downstream temperature sensor that detects the amount of fuel supplied to the DPF calculated based on the exhaust gas temperature upstream of the DPF detected by the upstream temperature sensor. Although it is corrected according to the DPF temperature (actually, the exhaust temperature downstream of the DPF), the exhaust temperature upstream or downstream of the DPF does not necessarily reflect the DPF temperature during the DPF regeneration, and the fuel during the DPF regeneration. It is actually difficult to control the supply amount well.
また、排気浄化装置(後処理装置)の構成は種々であり、DPFと排気浄化触媒とを有する後処理装置の場合、排気浄化触媒にHCなどの未燃燃料を供給して触媒昇温を行うことがある。そして、この様な触媒昇温に際して、触媒の上流側や下流側の排気温度に基づくHC供給制御を行うとすれば、触媒の上流側および下流側の排気温度が共に触媒温度を良好に代表するものではなく、特に、触媒各部の温度が均一化されるに至らない昇温過渡時(昇温過渡状態)にあっては排気温度と触媒温度との乖離が大きいので、触媒温度を良好に制御することは困難である(図3を参照)。 Further, the exhaust purification device (post-treatment device) has various configurations. In the case of an after-treatment device having a DPF and an exhaust purification catalyst, unburnt fuel such as HC is supplied to the exhaust purification catalyst to raise the temperature of the catalyst. Sometimes. If such HC supply control is performed based on the exhaust temperature on the upstream side or downstream side of the catalyst, the exhaust temperature on the upstream side and downstream side of the catalyst both represent the catalyst temperature well. Not particularly, especially during temperature rise transients where the temperature of each part of the catalyst does not become uniform (temperature rise transient state), the difference between the exhaust temperature and the catalyst temperature is large, so the catalyst temperature is well controlled It is difficult to do (see FIG. 3).
特に、昇温初期では触媒がその上流側端部から温度上昇し始めるので、触媒温度分布は触媒の上流側端部で触媒温度が高く且つ下流側端部で低いものとなる。このため、触媒の上流側端部の温度は、触媒の上流側や下流側の排気温度よりも相当高くなり、その様な排気温度に基づいて設定した目標HC供給量になるようにHC供給を行うと、触媒とくにその上流側端部が過昇温し易くなり(図3を参照)、触媒がその分劣化するという不具合が生じる。 In particular, since the temperature of the catalyst starts to rise from its upstream end at the early stage of temperature rise, the catalyst temperature distribution is high at the upstream end of the catalyst and low at the downstream end. For this reason, the temperature at the upstream end of the catalyst is considerably higher than the exhaust temperature at the upstream or downstream side of the catalyst, and the HC supply is performed so that the target HC supply amount set based on such exhaust temperature is reached. If it does, it will become easy to overheat a catalyst especially the upstream edge part (refer FIG. 3), and the malfunction that a catalyst deteriorates that much arises.
本発明の目的は、後処理装置の排気浄化触媒に対するHC供給による触媒昇温の初期における触媒の過昇温を抑制するようにした後処理装置の昇温制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a temperature increase control device for an aftertreatment device that suppresses excessive temperature rise of the catalyst at the initial stage of catalyst temperature rise due to HC supply to the exhaust purification catalyst of the aftertreatment device.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、エンジンの排気管内に配されディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)と排気浄化触媒とを有する後処理装置の昇温制御装置において、触媒内上流温度センサにより検出された排気浄化触媒の上流側端部の温度に基づいてHC供給量設定手段により昇温初期の目標HC供給量を設定し、この目標HC供給量に基づきHC供給手段により排気浄化触媒の上流側で排ガス中にHCを供給することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to a temperature increase control device for an aftertreatment device that is disposed in an exhaust pipe of an engine and includes a diesel particulate filter (DPF) and an exhaust purification catalyst. Based on the temperature of the upstream end portion of the exhaust purification catalyst detected by the HC, the HC supply amount setting means sets the target HC supply amount at the initial stage of temperature rise, and the HC supply means sets the target HC supply amount based on the target HC supply amount. It is characterized in that HC is supplied into the exhaust gas on the upstream side.
請求項2の発明は、請求項1のものにおいて、HC供給量設定手段が、触媒内中心温度センサにより検出された排気浄化触媒の中心部の温度に基づいて昇温維持時の目標HC供給量を設定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the HC supply amount setting means has a target HC supply amount at the time of maintaining the temperature rise based on the temperature of the central portion of the exhaust purification catalyst detected by the central temperature sensor in the catalyst. Is set.
請求項1の発明では、触媒内上流温度に基づいて昇温初期の目標HC供給量を設定するので、後処理装置の排気浄化触媒の上流側での排ガス中へのHC供給量を触媒の上流側端部における実際触媒温度に応じて精密に制御することができ、昇温初期に生じ易い触媒上流側端部の過昇温を確実に防止することができる。
すなわち、HC供給による昇温時、排気浄化触媒はその上流側端部から温度上昇し、次いで触媒の中心部ないし下流側端部の温度が上昇するため、昇温初期(昇温過渡状態の初期)には触媒上流側端部の温度上昇が顕著であり、HC供給量が過大であると触媒上流側端部が過昇温され易い。この点、触媒内上流温度センサは触媒内部において触媒の上流側端部に設けられ、同センサの出力は触媒の上流側端部における温度を良好に反映するものとなっており、昇温初期の目標HC供給量をこのセンサ出力(触媒内上流温度)に基づいて設定することにより昇温初期の触媒上流側端部の過昇温を防止することができる(図2を参照)。
In the first aspect of the invention, since the target HC supply amount at the initial stage of temperature rise is set based on the upstream temperature in the catalyst, the HC supply amount into the exhaust gas on the upstream side of the exhaust purification catalyst of the aftertreatment device is set to It can be precisely controlled according to the actual catalyst temperature at the side end, and it is possible to reliably prevent the excessive temperature rise at the upstream end of the catalyst that is likely to occur at the beginning of the temperature rise.
That is, when the temperature rises due to the supply of HC, the temperature of the exhaust purification catalyst rises from its upstream end, and then the temperature of the center or downstream end of the catalyst rises. ), The temperature rise at the upstream end of the catalyst is remarkable, and if the HC supply amount is excessive, the temperature at the upstream end of the catalyst is easily overheated. In this respect, the upstream temperature sensor in the catalyst is provided at the upstream end of the catalyst inside the catalyst, and the output of the sensor reflects the temperature at the upstream end of the catalyst satisfactorily. By setting the target HC supply amount based on this sensor output (intra-catalyst upstream temperature), it is possible to prevent excessive temperature rise at the upstream end of the catalyst at the initial stage of temperature rise (see FIG. 2).
請求項2の発明では、請求項1のものにおいて、触媒内中心温度に基づいて昇温維持時の目標HC供給量を設定するので、昇温維持時の触媒温度を目標温度に良好に維持することができる。
すなわち、請求項1の発明による昇温初期の制御により触媒上流側端部に過昇温を来すことなく触媒昇温が行われた後、請求項2の発明による昇温維持時の制御が開始される。この昇温維持時(昇温過渡状態の中期ないし後期)においても触媒の上流側や下流側の排気温度は双方共に触媒温度を必ずしも良好に代表するものではなく、排気温度と触媒温度とが大きく乖離するため、排気温度に基づいてHC供給制御(触媒温度制御)を実施したときの制御応答性は良好とはいえず、触媒温度を目標温度に安定に維持することは困難である(触媒下流側の排気温度に基づく昇温制御の場合に触媒温度(触媒内中心温度)が大きく変動することを図3に示す)。この点、触媒内中心温度センサは触媒内部において触媒の中心部に設けられ、同センサの出力は触媒中心部における温度すなわち触媒温度を良好に反映し、従って、昇温維持時の目標HC供給量をこのセンサ出力(触媒内中心温度)に基づいて設定することにより、昇温維持時の制御応答性を向上させて触媒温度を目標温度に安定に維持することができる(図2を参照)。
According to the second aspect of the present invention, the target HC supply amount at the time of maintaining the temperature rise is set based on the center temperature in the catalyst according to the first aspect, so that the catalyst temperature at the time of maintaining the temperature rise is well maintained at the target temperature. be able to.
That is, after the temperature rise of the catalyst is performed without overheating the upstream end of the catalyst by the initial temperature rise control according to the invention of claim 1, the control at the time of maintaining the temperature rise according to the invention of claim 2 is performed. Be started. Even when this temperature rise is maintained (middle to late period of temperature rise transient), the exhaust temperature on the upstream side or downstream side of the catalyst does not necessarily represent the catalyst temperature well, and the exhaust temperature and the catalyst temperature are large. Due to the difference, the control responsiveness when HC supply control (catalyst temperature control) is performed based on the exhaust temperature is not good, and it is difficult to stably maintain the catalyst temperature at the target temperature (catalyst downstream). FIG. 3 shows that the catalyst temperature (in-catalyst center temperature) fluctuates greatly in the case of temperature increase control based on the exhaust temperature on the exhaust side. In this respect, the center temperature sensor in the catalyst is provided in the center of the catalyst inside the catalyst, and the output of the sensor reflects the temperature in the center of the catalyst, that is, the catalyst temperature, and therefore the target HC supply amount when maintaining the temperature rise. Is set on the basis of the sensor output (center temperature in the catalyst), the control responsiveness when maintaining the temperature rise can be improved and the catalyst temperature can be stably maintained at the target temperature (see FIG. 2).
なお、昇温維持時には、触媒の上流側端部が排気流入により冷却されるので、触媒内上流温度センサにより検出される温度は実際の触媒温度(触媒内中心温度)よりも低めになるため、触媒内上流温度センサ出力よりも触媒内中心温度センサ出力の方が実際触媒温度を良好に反映し、従って、昇温維持時の目標HC供給量を触媒内中心温度センサ出力に基づいて設定することによってより良好な触媒温度制御を行うことができる。 When the temperature rise is maintained, the upstream end of the catalyst is cooled by the inflow of exhaust gas, so the temperature detected by the upstream temperature sensor in the catalyst is lower than the actual catalyst temperature (center temperature in the catalyst). The catalyst center temperature sensor output reflects the actual catalyst temperature better than the catalyst upstream temperature sensor output. Therefore, the target HC supply amount for maintaining the temperature rise should be set based on the catalyst center temperature sensor output. Therefore, better catalyst temperature control can be performed.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による後処理装置の昇温制御装置を説明する。
図1において、参照符号1は、エンジンたとえばコモンレール式ディーゼルエンジンを示し、参照符号10は、エンジン制御装置および昇温制御装置の主要部をなす電子制御ユニット(以下、ECUという)を示す。
Hereinafter, with reference to the drawings, a temperature increase control device for a post-processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
In FIG. 1, reference numeral 1 indicates an engine, for example, a common rail type diesel engine, and
詳細な図示を省略するが、コモンレール式ディーゼルエンジン1は、ニードル弁ならびにこのニードル弁の先端側および基端側に設けられた燃料室および制御室を有した燃料インジェクタを気筒毎に備え、燃料室および制御室は燃料通路を介して蓄圧室に接続され、制御室は燃料戻し通路を介して燃料タンクに接続されている。そして、ECU10の制御下で、燃料インジェクタに設けられた電磁弁が開くと、蓄圧室内から供給された高圧燃料が燃料インジェクタを通じてエンジン1の燃焼室に噴射され、電磁弁が閉じると燃料噴射が終了するものとなっており、このように電磁弁の開閉弁時期を制御することで燃料噴射開始・終了時期(燃料噴射量)が調節される。
Although not shown in detail, the common rail diesel engine 1 is provided with a fuel injector having a needle valve and a fuel chamber and a control chamber provided on the distal end side and the proximal end side of the needle valve for each cylinder. The control chamber is connected to the pressure accumulation chamber via a fuel passage, and the control chamber is connected to the fuel tank via a fuel return passage. Under the control of the
エンジン1は、吸気マニホールド11に接続された吸気管12と、排気マニホールド13に接続された排気管14とを有している。吸気管12の途中には、過給機20のコンプレッサ21とインタークーラ31と吸気スロットル弁32が配されている。吸気スロットル弁32の開度は、吸気スロットル弁駆動部33を介してECU10により可変調整される。吸気スロットル弁32の開度を絞ることにより排気温度を上昇させることができる。一方、排気管14の途中には、過給機20のタービン22、排気ブレーキ15、軽油添加インジェクタ50、後処理装置40および図示しないマフラが設けられている。
The engine 1 has an intake pipe 12 connected to an
過給機20のコンプレッサ21とタービン22は同期回転可能に連結され、エンジン1から排出される排気ガスの流れにより発生したタービン22の回転力によりコンプレッサ21を回転させ、コンプレッサ21により加圧された吸気をエンジン1に供給するようになっている。この際、加圧されて高温になった空気はインタークーラ31で冷却され、これにより吸入空気の密度を高めて充填効率を向上させてエンジン出力を増大するようにしている。
The
過給機20にはタービン22をバイパスする排気バイパス通路(図示略)が設けられ、このバイパス通路の途中に設けられた過給機20のウエイストゲート23をウエイストゲート駆動部24を介してECU10により開閉制御して、タービン回転(コンプレッサ回転)を増減させて吸気管12に供給される吸気の圧力を増減するようになっている。過給機ウエイストゲート23を開くことにより排気温度を上昇させることができる。同様に、排気ブレーキ駆動部16を介してECU10により排気ブレーキ15を開閉可能になっており、排気ブレーキ15を閉じることにより排気昇温可能である。
The
図1中、参照符号36は、排気マニホールド13から吸気管12に延びるEGR通路を示し、このEGR通路36を介して排ガスの一部を再還流ガスとしてエンジン1に供給するようになっている。EGR通路36の途中には、再還流ガスを冷却してエンジン1へのガス充填密度を高めるEGRクーラ37と、再還流ガスのエンジン1への供給および供給遮断のためのEGR弁38が設けられている。EGR弁38は、EGR弁駆動部39を介してECU10により開閉制御または開度調整される。
In FIG. 1,
後処理装置40は、これに流入した排ガスに含まれるNOxおよびPMを低減するものである。本実施形態の後処理装置40は、PMを捕集して燃焼除去するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)41と、DPF41の前段に配され軽油添加インジェクタ50から供給された軽油(HC)を還元剤として用いて排ガス中のNOxを浄化するNOx吸蔵触媒(排気浄化触媒)42と、DPF41の後段に配され例えば余剰のHCを酸化する後段触媒43とを有している。 The aftertreatment device 40 reduces NOx and PM contained in the exhaust gas flowing into the aftertreatment device 40. The post-processing device 40 of the present embodiment is a diesel particulate filter (DPF) 41 that collects PM and burns and removes it, and light oil (HC) that is disposed in front of the DPF 41 and supplied from the light oil addition injector 50 as a reducing agent. And a NOx storage catalyst (exhaust gas purification catalyst) 42 for purifying NOx in the exhaust gas, and a post-stage catalyst 43 that is disposed downstream of the DPF 41 and oxidizes excess HC, for example.
軽油添加インジェクタ50は、NOx吸蔵触媒42に軽油(HC)を噴射するものであり、軽油添加インジェクタ駆動部51を介してECU10により開閉制御されるものになっており、この際、軽油添加インジェクタ50からの軽油の噴射量は、例えばエンジン回転数、燃料噴射量、および目標触媒温度と実際触媒温度との偏差に基づいて決定される。
図1中、参照符号61は、NOx吸蔵触媒42の内部において排ガス流れ方向にみて触媒42の上流側端部(前部)に設けられた触媒内上流排気温度センサ(触媒内上流温度センサ)であり、NOx吸蔵触媒42の上流側端部に形成された図示しない孔を挿通する温度検出端を有し、NOx吸蔵触媒42の上流側端部における排気温度(触媒温度)を検出するようになっている。また、参照符号62は、NOx吸蔵触媒42の内部において触媒42の中心部に設けられた触媒内中心排気温度センサ(触媒内中心温度センサ)であり、NOx吸蔵触媒42の中心部に形成された図示しない孔を挿通する温度検出端を有し、NOx吸蔵触媒42の中心部における排気温度(触媒温度)を検出するものとなっている。温度センサ61、62により検出された触媒温度データ(実際触媒温度)は触媒温度制御に供される。
The light oil addition injector 50 injects light oil (HC) to the NOx storage catalyst 42 and is controlled to be opened and closed by the
In FIG. 1, reference numeral 61 denotes an in-catalyst upstream exhaust temperature sensor (intra-catalyst upstream temperature sensor) provided at the upstream end (front) of the catalyst 42 in the exhaust gas flow direction inside the NOx storage catalyst 42. There is a temperature detection end that passes through a hole (not shown) formed in the upstream end portion of the NOx storage catalyst 42 and detects the exhaust temperature (catalyst temperature) at the upstream end portion of the NOx storage catalyst 42. ing. Reference numeral 62 is an in-catalyst center exhaust temperature sensor (in-catalyst center temperature sensor) provided at the center of the catalyst 42 inside the NOx storage catalyst 42, and is formed at the center of the NOx storage catalyst 42. It has a temperature detection end through which a hole (not shown) is inserted, and detects the exhaust temperature (catalyst temperature) at the center of the NOx storage catalyst 42. The catalyst temperature data (actual catalyst temperature) detected by the temperature sensors 61 and 62 is used for catalyst temperature control.
更に、ECU10には負荷センサ71、クランク角センサ72などの各種センサが接続されている。負荷センサ71は、図示しないアクセルペダルの踏込量すなわちアクセル開度をエンジン負荷として検出し、クランク角センサ72は、エンジン1のクランクシャフト(図示略)の回転をエンジン回転数として検出するものである。
ECU10は、負荷センサ71により検出されたエンジン負荷とクランク角センサ72により検出されたエンジン回転数とに基づいてエンジン1の運転領域を判別し、エンジン運転域に応じてエンジン1の各インジェクタ(図示略)の電磁弁をオンオフして燃料噴射時期および燃料噴射量を制御するものになっている。
Further, various sensors such as a
The
上記構成のディーゼルエンジン1は、公知のようにリーン空燃比で運転され、このリーン空燃比運転中、エンジン1から排出される排ガス中に含まれるNOx(窒素酸化物)がNOx吸蔵触媒42に吸蔵される。そして、NOx吸蔵量が一定以上まで増大すると、エンジン1のリッチスパイク運転が行われ、NOx吸蔵触媒42に吸蔵されていたNOxが放出され、還元除去される。また、燃料中に含まれる硫黄分によりNOx吸蔵触媒42がS被毒されるとNOx吸蔵触媒42の排ガス浄化作用が低下するので、NOx吸蔵触媒42に吸着されたS成分を還元除去するSパージを行うべく、燃料噴射時期を遅角したり膨張行程後半で追加燃料を噴射し更には排気ブレーキ15や過給機ウエイストゲート23等の吸排気アクチュエータをオン動作させるなどの、排気温度(触媒温度)を上昇させるための昇温制御が実施される。 The diesel engine 1 configured as described above is operated at a lean air-fuel ratio as is well known, and during this lean air-fuel ratio operation, NOx (nitrogen oxide) contained in the exhaust gas discharged from the engine 1 is stored in the NOx storage catalyst 42. Is done. When the NOx occlusion amount increases to a certain level or more, the rich spike operation of the engine 1 is performed, and the NOx occluded in the NOx occlusion catalyst 42 is released and reduced and removed. Further, if the NOx storage catalyst 42 is poisoned by sulfur due to sulfur contained in the fuel, the exhaust gas purification action of the NOx storage catalyst 42 is reduced, so the S purge that reduces and removes the S component adsorbed on the NOx storage catalyst 42. The exhaust temperature (catalyst temperature) such as retarding the fuel injection timing or injecting additional fuel in the latter half of the expansion stroke and further turning on the intake / exhaust actuators such as the exhaust brake 15 and the turbocharger wastegate 23 ) To increase the temperature).
また、排ガス中に含まれるPMの大気中への排出量を低減するため、PMがDPF41により捕集されるが、PM捕集量が一定以上まで増大するとDPF41の目詰まりによる排圧上昇によってエンジン運転性能が低下するおそれがあるので、捕集されたPMを燃焼除去してDPF41を再生するため、昇温制御が実施される。
本実施形態では、NOx吸蔵触媒42のSパージ時やDPF41の再生時の昇温制御にあたり、ECU10の制御下で軽油添加インジェクタ50を例えば所定のデューティ比で周期的に開作動させて排ガス中に軽油(HC)を噴射し、これによりHC供給を行って排気温度(触媒温度)を上昇させるものとなっている。なお、排気昇温を更に促進するため、例えば排気ブレーキ15を閉じると共に過給機ウエイストゲート23を開くなど、排気ブレーキ15、ウエイストゲート23、吸気スロットル弁32、EGR弁38等の吸排気アクチュエータを排気流量減少方向に制御するようにしてもよい。
In addition, in order to reduce the amount of PM contained in the exhaust gas into the atmosphere, PM is collected by the DPF 41. When the amount of PM collected increases to a certain level or more, the engine increases due to the exhaust pressure increase due to clogging of the DPF 41. Since there is a possibility that the operation performance is lowered, the temperature rise control is performed in order to regenerate the DPF 41 by burning and removing the collected PM.
In the present embodiment, when controlling the temperature rise during the S purge of the NOx storage catalyst 42 or during the regeneration of the DPF 41, the diesel fuel addition injector 50 is periodically opened, for example, at a predetermined duty ratio under the control of the
上記の昇温制御自体は基本的には従来の昇温制御と変わるところはないが、本発明は、HC供給による昇温の初期(昇温過渡状態の初期)の目標HC供給量を触媒内上流温度センサ61の出力(触媒内上流温度)に基づいて設定し、昇温維持時(昇温過渡状態の中期ないし終期)の目標HC供給量を触媒内中心温度センサ62の出力(触媒内中心温度)に基づいて設定する点に特徴がある。 Although the above temperature rise control itself is basically the same as conventional temperature rise control, the present invention sets the target HC supply amount in the initial stage of temperature rise by HC supply (initial stage of temperature rise transient state) in the catalyst. It is set based on the output of the upstream temperature sensor 61 (upstream temperature in the catalyst), and the target HC supply amount at the time of maintaining the temperature rise (middle or final temperature rise state) is output from the center temperature sensor 62 in the catalyst (center in the catalyst). It is characterized in that it is set based on (temperature).
上記の昇温制御に関連して、図1に示すように、ECU10は、触媒内上流温度センサ61及び触媒内中心温度センサ62に接続された温度センサ選択部101を備えている。この温度センサ選択部101は、図2に例示するように、温度センサ61により検出された触媒内上流温度が温度センサ62により検出された触媒内中心温度よりも所定温度小さくなるまでは、昇温が初期段階にあると判定して触媒内上流温度センサ61を目標HC供給量設定部102に接続し或いは温度センサ61からの触媒内上流温度データを同設定部102に供給する一方、温度センサ61により検出された触媒内上流温度が温度センサ62により検出された触媒内中心温度よりも所定温度小さくなったときに、昇温初期が終了したと判定して触媒内中心温度センサ62を目標HC供給量設定部102に接続し或いは温度センサ62からの触媒内中心温度データを同設定部102に供給するものになっている。
In relation to the above temperature increase control, as shown in FIG. 1, the
図2において、破線および実線は、触媒内上流排気温度センサ61および触媒内中心排気温度センサ62により検出される触媒内上流温度および触媒内中心温度(ここではNOx吸蔵触媒42の内部における触媒の上流側端部および中心部での排ガス温度)を示し、一点鎖線および二点鎖線は触媒出口ガス温度および触媒入口ガス温度を示す。なお、図2中、触媒内上流温度を示す破線の一部を太くすることにより触媒内上流温度に基づいて昇温初期における昇温制御を実施することを表し、また、触媒内中心温度を示す実線の一部を太くすることにより触媒内中心温度に基づいて昇温維持時の昇温制御を実施することを表した。 In FIG. 2, a broken line and a solid line indicate the upstream temperature in the catalyst and the central temperature in the catalyst detected by the upstream exhaust temperature sensor 61 in the catalyst and the central exhaust temperature sensor 62 in the catalyst (here, the upstream of the catalyst in the NOx storage catalyst 42). The exhaust gas temperature at the side end and the center), and the alternate long and short dashed lines indicate the catalyst outlet gas temperature and the catalyst inlet gas temperature. In FIG. 2, a part of the broken line indicating the upstream temperature in the catalyst is thickened to indicate that the temperature increase control in the initial temperature increase is performed based on the upstream temperature in the catalyst, and the center temperature in the catalyst is indicated. The thickening of a part of the solid line indicates that the temperature rise control during the temperature rise maintenance is performed based on the center temperature in the catalyst.
本実施形態のHC供給量設定部102は、例えば、エンジン回転数、燃料噴射量、および、目標触媒温度と温度センサ61または62により検出された実際触媒温度との偏差に基づいて、目標HC供給量(ここでは軽油添加インジェクタ50からの軽油の目標噴射量)を設定するものになっている。例えば、エンジン回転数および燃料噴射量に応じて設定した基本HC供給量を、目標触媒温度と実際触媒温度との偏差に応じて設定した補正量にて補正して目標HC供給量を求めるようにしている。そして、目標軽油噴射量(目標HC供給量)に従って軽油添加インジェクタ駆動部51が動作し、これにより、軽油添加インジェクタ50(HC供給手段)から目標量の軽油(HC)が噴射されることになる。
The HC supply
さて、HC供給による昇温時、NOx吸蔵触媒42はその上流側端部から温度上昇し、次いで、触媒42の中心部ないし下流側端部の温度が上昇するため、昇温初期にはNOx吸蔵触媒42の上流側端部の温度上昇が顕著になる。従って、一般には、HC供給量が過大になって触媒上流側端部が過昇温され易い。
例えば、図3に示すように触媒出口ガス温度に基づいてHC供給制御を行う場合、HC供給による昇温の初期のHC供給量が過大になって触媒の上流側端部が過昇温されてしまう。
When the temperature rises due to the supply of HC, the temperature of the NOx storage catalyst 42 rises from its upstream end, and then the temperature of the center or downstream end of the catalyst 42 rises. The temperature rise at the upstream end of the catalyst 42 becomes significant. Accordingly, in general, the amount of HC supplied becomes excessive, and the temperature at the upstream end of the catalyst tends to be excessively high.
For example, as shown in FIG. 3, when HC supply control is performed based on the catalyst outlet gas temperature, the initial HC supply amount of the temperature increase due to HC supply becomes excessive, and the upstream end of the catalyst is excessively heated. End up.
図3において、一点鎖線および二点鎖線は触媒の下流側および上流側の温度センサ(共に図示略)によりそれぞれ検出される触媒出口ガス温度および触媒入口ガス温度を示し、また、実線および破線は触媒内中心温度および触媒内上流温度(例えば触媒内部における触媒の中心部および上流側端部での排ガス温度)を示す。なお、図3中、触媒出口ガス温度を示す一点鎖線を太くすることにより、触媒出口ガス温度に基づいて昇温制御を実施することを表した。 In FIG. 3, the one-dot chain line and the two-dot chain line indicate the catalyst outlet gas temperature and the catalyst inlet gas temperature detected by the temperature sensors (both not shown) of the catalyst, respectively, and the solid line and the broken line indicate the catalyst. The inner center temperature and the catalyst upstream temperature (for example, the exhaust gas temperature at the center and upstream end of the catalyst inside the catalyst) are shown. In FIG. 3, the temperature increase control is performed based on the catalyst outlet gas temperature by thickening the one-dot chain line indicating the catalyst outlet gas temperature.
HC供給による昇温の初期には、NOx吸蔵触媒42はその上流側端部から温度上昇し、次いで、触媒42の中心部ないし下流側端部の温度が上昇するため、触媒出口ガス温度は、触媒温度とくに触媒上流側端部の温度(触媒内上流温度)の上昇に対して相当の遅れをもって上昇することになり、従って、触媒出口温度は実際の触媒温度を代表しない。それにも関わらず、図3の場合のように触媒出口ガス温度に基づいてHC供給制御を行うと、触媒に対するHC供給量が過大になり、触媒内上流温度が図3に示すように増大する。すなわち、触媒上流側端部が過昇温されてしまい、触媒が劣化することになる。特にNOx吸蔵触媒の場合、触媒がその一部でも過昇温による劣化をきたすと、触媒のNOx浄化性能の低下が問題になる。 In the initial stage of the temperature rise due to the supply of HC, the NOx storage catalyst 42 rises in temperature from its upstream end, and then the temperature at the center or downstream end of the catalyst 42 rises. The catalyst temperature, particularly the temperature at the upstream end of the catalyst (upstream temperature in the catalyst) increases with a considerable delay, and therefore the catalyst outlet temperature does not represent the actual catalyst temperature. Nevertheless, if HC supply control is performed based on the catalyst outlet gas temperature as in FIG. 3, the amount of HC supplied to the catalyst becomes excessive, and the upstream temperature in the catalyst increases as shown in FIG. That is, the temperature at the upstream end of the catalyst is overheated and the catalyst is deteriorated. In particular, in the case of a NOx storage catalyst, if even a part of the catalyst is deteriorated due to excessive temperature rise, a reduction in the NOx purification performance of the catalyst becomes a problem.
この点、本発明の昇温制御装置は、触媒内上流温度センサ61の出力(触媒内上流温度)に基づいて昇温初期の目標HC供給量を設定して、NOx吸蔵触媒42の上流側端部の過昇温を防止するようにしている。温度センサ61は、NOx吸蔵触媒42の内部において触媒上流側端部に設けられ、そのセンサ出力は触媒上流側端部の実際温度を良好に反映するものとなっている。従って、温度センサ61の出力に基づくHC供給制御によれば、NOx吸蔵触媒42の上流側での排ガス中へのHC供給量を精密に制御することができ、同触媒42の上流側端部の過昇温を確実に防止することができる。 In this respect, the temperature increase control device of the present invention sets the target HC supply amount at the initial temperature increase based on the output of the in-catalyst upstream temperature sensor 61 (intra-catalyst upstream temperature), and the upstream end of the NOx storage catalyst 42. This prevents overheating of the part. The temperature sensor 61 is provided at the upstream end of the catalyst inside the NOx storage catalyst 42, and the sensor output reflects the actual temperature at the upstream end of the catalyst satisfactorily. Therefore, according to the HC supply control based on the output of the temperature sensor 61, the amount of HC supplied into the exhaust gas on the upstream side of the NOx storage catalyst 42 can be precisely controlled, and the upstream end portion of the catalyst 42 can be controlled. It is possible to reliably prevent overheating.
本発明では触媒昇温の初期段階の終了後に昇温維持時の制御を開始するが、既述のように、この昇温維持時の制御では、触媒内中心温度センサ62の出力に基づいて昇温維持時の目標HC供給量を設定して昇温維持時の触媒温度を目標温度に良好に維持するようにしている。
従来、図3に示すように触媒下流側の排気温度に基づく昇温制御を行うことがあるが、この場合、触媒温度を目標温度に安定に維持することは困難である。すなわち、昇温初期に限らず、昇温維持時(昇温過渡状態の中期ないし後期)においても、触媒の上流側や下流側の排気温度は双方共に触媒温度を必ずしも良好に代表するものではなく、排気温度と触媒温度とが大きく乖離するため、排気温度に基づいてHC供給制御(触媒温度制御)を実施したときの制御応答性は良好とはいえず、触媒温度を目標温度に安定に維持することが困難になるからである。
In the present invention, the control at the time of maintaining the temperature rise is started after the initial stage of the temperature rise of the catalyst is completed. As described above, the control at the time of maintaining the temperature rise is based on the output of the center temperature sensor 62 in the catalyst. The target HC supply amount at the time of maintaining the temperature is set so that the catalyst temperature at the time of maintaining the temperature rise is well maintained at the target temperature.
Conventionally, as shown in FIG. 3, temperature increase control based on the exhaust temperature on the downstream side of the catalyst is sometimes performed, but in this case, it is difficult to stably maintain the catalyst temperature at the target temperature. That is, not only in the early stage of temperature rise, but also in the temperature rise maintenance (middle to late stage of temperature rise transient), the exhaust temperatures on the upstream side and downstream side of the catalyst are not necessarily representative of the catalyst temperature. Because the exhaust temperature and the catalyst temperature are significantly different from each other, the control responsiveness when HC supply control (catalyst temperature control) is performed based on the exhaust temperature is not good, and the catalyst temperature is stably maintained at the target temperature. Because it becomes difficult to do.
この点、本発明において、触媒内中心温度センサ62はNOx吸蔵触媒42の内部において触媒42の中心部に設けられ、同センサ62の出力は触媒中心部における温度すなわち触媒温度を良好に反映し、従って、昇温維持時の目標HC供給量をこのセンサ出力に基づいて設定することにより、図2に示すように、昇温維持時の制御応答性を向上させて触媒温度を目標温度に安定に維持することができる。 In this regard, in the present invention, the in-catalyst center temperature sensor 62 is provided in the center of the catalyst 42 inside the NOx storage catalyst 42, and the output of the sensor 62 favorably reflects the temperature in the center of the catalyst, that is, the catalyst temperature. Therefore, by setting the target HC supply amount when maintaining the temperature rise based on this sensor output, as shown in FIG. 2, the control responsiveness when maintaining the temperature rise is improved and the catalyst temperature is stabilized at the target temperature. Can be maintained.
なお、昇温維持時には、NOx吸蔵触媒42の上流側端部が排気流入により冷却されるので、触媒内上流温度センサ61により検出される温度は実際の触媒温度(触媒内中心温度)よりも低めになるため、触媒内上流温度センサ61の出力よりも触媒内中心温度センサ62の出力の方が実際触媒温度を良好に反映し、従って、昇温維持時の目標HC供給量を触媒内中心温度センサ出力に基づいて設定することによってより良好な触媒温度制御を行うことができるのである。 When the temperature rise is maintained, the upstream end of the NOx storage catalyst 42 is cooled by the inflow of exhaust gas, so that the temperature detected by the catalyst upstream temperature sensor 61 is lower than the actual catalyst temperature (catalyst center temperature). Therefore, the output of the in-catalyst center temperature sensor 62 better reflects the actual catalyst temperature than the output of the in-catalyst upstream temperature sensor 61. Therefore, the target HC supply amount at the time of maintaining the temperature rise is determined as the in-catalyst center temperature. By setting based on the sensor output, better catalyst temperature control can be performed.
上述のように、本発明のHC供給による昇温制御では、HC供給量をきめ細かく制御するものとなっており、昇温のために要する合計HC供給量を抑制することができるので燃費が向上する。また、触媒温度をきめ細かく制御するので、触媒温度を目標温度に安定に維持することができ、従って、本発明は、触媒温度要件が厳格なNOx吸蔵触媒42のSパージを行うのに特に好適する。 As described above, in the temperature increase control by HC supply according to the present invention, the HC supply amount is finely controlled, and the total HC supply amount required for temperature increase can be suppressed, so that the fuel consumption is improved. . Further, since the catalyst temperature is finely controlled, the catalyst temperature can be stably maintained at the target temperature. Therefore, the present invention is particularly suitable for performing the S purge of the NOx storage catalyst 42 having strict catalyst temperature requirements. .
以上で本発明の好適実施形態による昇温制御装置についての説明を終了するが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々に変形可能である。
例えば、上記実施形態では、HC供給手段として軽油添加インジェクタを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、メイン噴射に続く膨張行程で追加燃料を噴射するポスト噴射を行うことにより排気管内にHCを供給するようにしても良い。また、上記実施形態ではDPFの前段に配される排気浄化触媒としてNOx吸蔵触媒を用いたが、酸化触媒などのその他の触媒を前段触媒として用いても良い。また、後段触媒を設けることは必須ではない。また、上記実施形態では、触媒内上流温度が触媒内中心温度よりも所定温度小さくなったときに昇温初期の終了を判定するようにしたが、これに限定されず、例えば触媒内上流温度が触媒内中心温度に等しくなったときに昇温初期が終了したと判定するようにしても良く、また、昇温開始から所定時間が経過したときに昇温初期の終了を判定するようにしても良い。その他、本発明はその発明の範囲内において種々に変形可能である。
Although the description of the temperature increase control device according to the preferred embodiment of the present invention is finished as above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified.
For example, in the above embodiment, the light oil addition injector is used as the HC supply means. However, the present invention is not limited to this. For example, the post-injection in which the additional fuel is injected in the expansion stroke following the main injection is performed in the exhaust pipe. You may make it supply HC. In the above embodiment, the NOx occlusion catalyst is used as the exhaust purification catalyst disposed upstream of the DPF. However, other catalysts such as an oxidation catalyst may be used as the upstream catalyst. Further, it is not essential to provide a post-stage catalyst. In the above embodiment, the end of the initial temperature rise is determined when the upstream temperature in the catalyst becomes a predetermined temperature lower than the central temperature in the catalyst. However, the present invention is not limited to this. For example, the upstream temperature in the catalyst is It may be determined that the initial temperature increase has ended when the temperature becomes equal to the center temperature in the catalyst, or the end of the initial temperature increase may be determined when a predetermined time has elapsed from the start of the temperature increase. good. In addition, the present invention can be variously modified within the scope of the invention.
1 エンジン
10 ECU
40 後処理装置
41 DPF
42 NOx吸蔵触媒
50 軽油添加インジェクタ(HC供給手段)
61 触媒内上流温度センサ
62 触媒内中心温度センサ
101 温度センサ選択部
102 目標HC供給量設定部(HC供給量設定手段)
1
40 Post-processing equipment 41 DPF
42 NOx storage catalyst 50 Light oil addition injector (HC supply means)
61 In-catalyst upstream temperature sensor 62 In-catalyst
Claims (2)
上記排気浄化触媒の上流側端部の温度を検出する触媒内上流温度センサと、上記触媒内上流温度センサにより検出された温度に基づいて昇温初期の目標HC供給量を設定するHC供給量設定手段と、上記目標HC供給量に基づき上記排気浄化触媒の上流側で排ガス中にHCを供給するHC供給手段とを備えることを特徴とする後処理装置の昇温制御装置。 In a temperature increase control device for an aftertreatment device that is disposed in an exhaust pipe of an engine and has a diesel particulate filter and an exhaust purification catalyst,
An in-catalyst upstream temperature sensor that detects the temperature of the upstream end of the exhaust purification catalyst, and an HC supply amount setting that sets a target HC supply amount at the initial stage of temperature rise based on the temperature detected by the in-catalyst upstream temperature sensor And a HC supply means for supplying HC into the exhaust gas on the upstream side of the exhaust purification catalyst based on the target HC supply amount.
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