JP2006274906A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は排気浄化装置に関し、より詳しくはエンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device, and more particularly to an exhaust purification device including a particulate filter for collecting particulates contained in engine exhaust.
従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
このようなパティキュレートフィルタでは、捕集したパティキュレートがパティキュレートフィルタ内に堆積することにより排気抵抗が増大するため、適宜堆積したパティキュレートを何らかの方法で強制的に焼却してパティキュレートフィルタを再生する、即ちフィルタを強制再生する必要がある。
Conventionally, a particulate filter is provided in the exhaust passage of an engine such as a diesel engine, and particulates contained in the exhaust discharged from the engine are collected by the particulate filter so that the particulates are not released into the atmosphere. Technology is known.
In such a particulate filter, the collected particulates accumulate in the particulate filter and the exhaust resistance increases. Therefore, the particulate filter is forcibly burned in some way to regenerate the particulate filter. That is, it is necessary to forcibly regenerate the filter.
パティキュレートフィルタの強制再生の方法としては、排気通路に設けた燃料添加弁から排気中にHCを供給したり、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射することにより排気通路にHCを供給して排気温度を上昇させることが知られている。
このような強制再生は、パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積量が所定量を超えたと推定されるときに実施するようにしており、パティキュレート堆積量の推定は、エンジンの運転時間やパティキュレートフィルタ前後の排気圧力差などに基づき行われる。このとき、パティキュレート堆積量の推定が精度よく行われないと、必要以上にパティキュレートフィルタの強制再生が実施されることにより燃料が過剰に消費されて燃費の悪化を招くなどの問題が生じる可能性がある。
As a method for forcibly regenerating the particulate filter, HC is supplied into the exhaust gas from a fuel addition valve provided in the exhaust passage, or fuel is injected into the cylinder in the expansion stroke or exhaust stroke of the engine. Is known to increase the exhaust temperature.
Such forced regeneration is performed when it is estimated that the amount of accumulated particulate matter on the particulate filter exceeds a predetermined amount, and the estimated amount of particulate accumulation is estimated based on the operating time of the engine and the particulate matter. This is based on the exhaust pressure difference before and after the filter. At this time, if the particulate accumulation amount is not estimated accurately, the forced regeneration of the particulate filter is performed more than necessary, which may cause problems such as excessive consumption of fuel and deterioration of fuel consumption. There is sex.
一方、排気中にはパティキュレートのほかに、エンジンオイルやエンジン内で発生した摩耗粉、或いは強制再生によって残留したパティキュレートの灰分などに起因したアッシュと呼ばれる物質が含まれている。このアッシュもパティキュレートと共にパティキュレートフィルタに堆積していくが、パティキュレートとは異なり、パティキュレートフィルタの強制再生では焼却されず、パティキュレートフィルタ内に残留する。パティキュレートフィルタ内に残留したアッシュの量が増大してくると、パティキュレートフィルタに堆積するパティキュレートの量を正確に推定することが困難となり、パティキュレートフィルタの強制再生を適正な時期に実施することができなくなるといった問題が生じる。 On the other hand, in addition to particulates, exhaust contains a substance called ash caused by engine oil, wear powder generated in the engine, or particulate ash remaining by forced regeneration. This ash also accumulates on the particulate filter together with the particulate, but unlike the particulate, it is not incinerated by forced regeneration of the particulate filter and remains in the particulate filter. If the amount of ash remaining in the particulate filter increases, it becomes difficult to accurately estimate the amount of particulate accumulated in the particulate filter, and forced regeneration of the particulate filter is performed at an appropriate time. The problem of being unable to do so occurs.
そこで、パティキュレートフィルタの強制再生完了直後にはパティキュレートフィルタにパティキュレートがほとんど堆積していないことから、このときのパティキュレートフィルタ前後の排気圧力差とパティキュレートフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量をアッシュの堆積量と見なし、このアッシュ推定堆積量で補正したパティキュレートの推定堆積量に基づき強制再生の実施時期を判定することにより、このような問題の発生を防止するようにした排気浄化装置が提案されている(例えば特許文献1)。 Therefore, almost no particulate is accumulated in the particulate filter immediately after the forced regeneration of the particulate filter is completed, so it is estimated based on the exhaust pressure difference before and after the particulate filter and the exhaust flow rate to the particulate filter. The amount of accumulated deposit was regarded as the amount of accumulated ash, and the timing of forced regeneration was determined based on the estimated amount of accumulated particulates corrected by this estimated amount of accumulated ash, so that the occurrence of such problems was prevented. An exhaust purification device has been proposed (for example, Patent Document 1).
より具体的には、パティキュレートフィルタ前後の排気圧力差とパティキュレートフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量から、パティキュレートフィルタの強制再生時に推定したアッシュの堆積量を減算してパティキュレートの堆積量を推定し、このようにして推定されたパティキュレート堆積量が所定の判定値を上回ると強制再生を実施するようにしている。
特許文献1の排気浄化装置では、アッシュをパティキュレートと同等のものと考え、パティキュレートフィルタ前後の排気圧力差とパティキュレートフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量から、単にアッシュの推定堆積量を減算してパティキュレートの堆積量を推定し、その推定堆積量に基づきパティキュレートフィルタの強制再生を行っている。
In the exhaust emission control device of
即ち、特許文献1の排気浄化装置では、アッシュがパティキュレートと同様の形態でパティキュレートフィルタ内に堆積するものであるとの前提に基づいて、強制再生の要否判断がなされている。
しかしながら、実際にはパティキュレートフィルタにおけるアッシュの堆積形態はパティキュレートの堆積形態と全く異なるものである。ここで、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積形態とアッシュの堆積形態との違いについて、図7及び図8を用いて以下に説明する。
That is, in the exhaust emission control device of
In practice, however, the ash deposition pattern in the particulate filter is completely different from the particulate deposition pattern. Here, the difference between the particulate deposition form and the ash deposition form in the particulate filter will be described below with reference to FIGS.
図7はパティキュレートフィルタ2にアッシュが堆積していない状態でのパティキュレートの堆積状態を示す概念図である。パティキュレートフィルタ2はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路2aが多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。このため、上流側に開口を有する通路2aからパティキュレートフィルタ2内に流入した排気は、矢印で示すように、各通路2aを形成している多孔質の壁2bを通過し、下流側に開口を有する通路2aからパティキュレートフィルタ2の下流側に流出するようになっている。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a particulate deposition state in a state where ash is not deposited on the
そして、パティキュレートフィルタ2の多孔質の壁2bには何も堆積していない状態からパティキュレートフィルタ2への排気の流入を開始したとすると、排気が多孔質の壁2bを通過する際に、排気中に含まれるパティキュレート4が多孔質の壁2bによって捕捉され、図7に示すように多孔質の壁2bの上流側端部から下流側端部にかけてほぼ均一に堆積する。
Then, assuming that the flow of exhaust gas into the
一方、図8はパティキュレートフィルタ2にアッシュ6が堆積した状態でのパティキュレート4の堆積状態を示す概念図である。図8において、パティキュレートフィルタ2は図7で説明したパティキュレートフィルタと同じものであり、図7と共通する部分については図7と同じ符号を用いて説明する。
アッシュ6は、パティキュレート4と共に排気中に含まれた状態でエンジンから排出され、一旦はパティキュレート4と同様に、排気が多孔質の壁2bを通過する際に多孔質の壁2bによって捕捉され、壁2bの上流側端部から下流側端部にかけてほぼ均一に堆積する。その後、パティキュレート4が所定量堆積してパティキュレートフィルタ2の強制再生が行われると、パティキュレート4が燃焼する一方でアッシュ6は燃焼せず、パティキュレート4の燃焼に伴い通路2a内にアッシュ6が浮遊する。そして、その後の排気の流入に伴い、通路2a内に浮遊するアッシュ6は、上流側に開口する通路2aの最下流側から堆積していく。
On the other hand, FIG. 8 is a conceptual diagram showing a deposition state of the particulate 4 in a state where the
The
この結果、アッシュ6が堆積した分だけパティキュレートフィルタ2の有効捕集表面積が減少し、図8に示すようにアッシュ6が堆積していない部分のみでパティキュレート4の捕集が行われるようになる。従って、パティキュレート4が所定の厚さまで堆積したときにパティキュレートフィルタ2の強制再生を行う必要があるものとして、図8においてアッシュ6が通路2aのほぼ半分を占めるとすれば、図7の場合に比べてほぼ半分の量のパティキュレート4が堆積したときにパティキュレートフィルタ2の強制再生を行う必要があることになる。
As a result, the effective collection surface area of the
このように、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積状態とアッシュの堆積状態とは全く異なるものであることから、特許文献1の排気浄化装置のように、推定堆積量からアッシュの推定堆積量を減算してパティキュレートの堆積量を求め、単にこのパティキュレート堆積量が所定量を上回ったら強制再生を開始するようにすると、強制再生を開始するときのパティキュレートの厚さは必ずしも同一ではなくなる。
As described above, since the particulate accumulation state and the ash accumulation state in the particulate filter are completely different from each other, the estimated ash accumulation amount is subtracted from the estimated accumulation amount as in the exhaust gas purification apparatus of
この結果、堆積したパティキュレートの厚みが増大するほど、パティキュレートの自己着火によって温度が急激に上昇するので、パティキュレートフィルタの過昇温が生じる可能性が高くなる。パティキュレートフィルタが過昇温してしまうと、亀裂の発生または溶損を招き、黒煙のリークにつながるおそれがある。
また逆に、堆積したパティキュレートの厚みが薄いうちにパティキュレートフィルタの強制再生を開始してしまうと、パティキュレートフィルタの捕集能力にまだ余裕がある状態で強制再生が行われるので、強制再生の頻度が増し、燃費の悪化やドライバビリティの低下などの問題が生じることになる。
As a result, as the thickness of the accumulated particulate increases, the temperature rises abruptly due to the self-ignition of the particulates, so that the possibility of overheating of the particulate filter increases. If the temperature of the particulate filter is excessively high, cracking or melting may occur, which may lead to black smoke leakage.
Conversely, if forced regeneration of the particulate filter is started while the accumulated particulates are thin, forced regeneration is performed with the particulate filter still having sufficient capacity to collect. This will increase the frequency of fuel consumption and cause problems such as deterioration in fuel consumption and drivability.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートの堆積形態とは異なるアッシュの堆積形態を考慮して強制再生を実施することにより、耐久性を向上すると共に効率のよい強制再生が可能となる排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to achieve durability by performing forced regeneration in consideration of the ash accumulation form different from the particulate accumulation form. It is another object of the present invention to provide an exhaust emission control device that improves the efficiency and enables efficient forced regeneration.
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、所定の再生時期に前記パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを焼却して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う再生制御手段とを備えた排気浄化装置において、前記排気中に含まれるアッシュが前記パティキュレートフィルタに堆積することにより減少する前記パティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応し、前記強制再生の開始時に前記パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ一定となるように前記再生時期を補正するための補正値を設定する補正値設定手段と、予め定められた条件が成立した時を前記再生時期として設定し、前記補正値設定手段によって設定された補正値に基づき、前記再生時期を補正する再生時期補正手段とを備え、前記再生制御手段は、前記再生時期補正手段によって補正された再生時期に前記パティキュレートフィルタの強制再生を行うことを特徴とする(請求項1)。 In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a particulate filter that is disposed in an exhaust passage of an engine and collects particulates in the exhaust, and the particulate filter at a predetermined regeneration time. In an exhaust emission control device comprising a regeneration control means for incinerating accumulated particulates and forcibly regenerating the particulate filter, the ash contained in the exhaust gas is reduced by depositing on the particulate filter. Corresponding to the effective collection surface area of the particulate filter, a correction value for correcting the regeneration time so that the thickness of the particulate deposited on the particulate filter at the start of the forced regeneration is substantially constant The correction value setting means for setting the value and the time when a predetermined condition is satisfied A reproduction time correction unit that sets the reproduction time and corrects the reproduction time based on the correction value set by the correction value setting unit, and the reproduction control unit reproduces the reproduction corrected by the reproduction time correction unit. The particulate filter is forcibly regenerated at a certain time (Claim 1).
具体的には、前記パティキュレートフィルタに堆積した前記アッシュの量を検出するアッシュ堆積量検出手段を更に備え、前記補正値設定手段は、前記アッシュ堆積量検出手段によって検出されたアッシュ堆積量に予め設定された補正係数を乗じて前記補正値を算出することを特徴とする(請求項2)。
また、前記アッシュ堆積量検出手段は、前記強制再生を終了したときに前記パティキュレートフィルタに堆積している前記アッシュの量を検出することを特徴とする(請求項3)。
Specifically, an ash accumulation amount detection unit that detects the amount of the ash accumulated on the particulate filter is further provided, and the correction value setting unit preliminarily determines the ash accumulation amount detected by the ash accumulation amount detection unit. The correction value is calculated by multiplying a set correction coefficient (claim 2).
Further, the ash accumulation amount detection means detects the amount of the ash accumulated on the particulate filter when the forced regeneration is finished (Claim 3).
より具体的には、前記パティキュレートフィルタ前後の排気圧力差を検出する差圧検出手段を更に備え、前記再生時期補正手段は、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする(請求項4)。 More specifically, it further comprises a differential pressure detection means for detecting an exhaust pressure difference before and after the particulate filter, and the regeneration timing correction means is configured so that the exhaust pressure difference detected by the differential pressure detection means is a predetermined regeneration. A time when the start determination value is exceeded is set as the regeneration timing, and either the exhaust pressure difference detected by the differential pressure detection means or the regeneration start determination value is corrected with the correction value. (Claim 4).
または、前記再生時期補正手段は、前記エンジンを運転するために供給される燃料量の積算値が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記燃料量の積算値及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする(請求項5)。
或いは、前記再生時期補正手段は、前記エンジンの運転時間の積算値が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記運転時間の積算値及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする(請求項6)。
Alternatively, the regeneration time correction means sets, as the regeneration time, a time when the integrated value of the fuel amount supplied to operate the engine becomes a predetermined regeneration start determination value or more, and the integrated value of the fuel amount One of the reproduction start determination values is corrected with the correction value (Claim 5).
Alternatively, the regeneration time correction means sets the regeneration time when the integrated value of the operating time of the engine is equal to or greater than a predetermined regeneration start determination value, and sets the integrated value of the operation time and the regeneration start determination value. Either one is corrected by the correction value (claim 6).
請求項1乃至6の排気浄化装置によれば、排気中に含まれるアッシュがパティキュレートフィルタに堆積することにより減少する前記パティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応し、強制再生の開始時にパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ一定となるように再生時期を補正するための補正値を設定し、この補正値に基づき補正した再生時期にパティキュレートフィルタの強制再生を行うようにしたので、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ同一の時に強制再生が行われるようになる。
According to the exhaust emission control device of
この結果、強制再生開始時のパティキュレートの厚さが厚すぎることにより過昇温を招いてパティキュレートフィルタに亀裂が発生したり、溶損などにより黒煙のリークが発生したり、またパティキュレートの厚さが薄いうちから強制再生が実行され、強制再生の頻度が増して燃費やドライバビリティが悪化したりするといった問題の発生を防止することができる。 As a result, the particulates at the start of forced regeneration are too thick, leading to overheating, causing cracks in the particulate filter, leakage of black smoke due to melting, etc. The forced regeneration is executed while the thickness of the battery is thin, and it is possible to prevent the occurrence of the problem that the frequency of forced regeneration increases and the fuel consumption and drivability deteriorate.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の1実施形態に係る排気浄化装置が適用される4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)のシステム構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン10は各気筒に共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)12を備えており、コモンレール12に蓄えられた高圧の軽油を各気筒に設けられたインジェクタ14に供給し、各インジェクタ14からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention is applied. The exhaust emission control device according to the present invention is based on FIG. The structure of will be described.
The
吸気通路16にはターボチャージャ18が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路16からターボチャージャ18のコンプレッサ18aへと流入し、コンプレッサ18aで過給された吸気はインタークーラ20及び吸気制御弁60を介して吸気マニホールド22に導入される。また、吸気通路16のコンプレッサ18aより上流側には、エンジン10への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ24が設けられている。
The
一方、エンジン10の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド26を介して排気管(排気通路)28に接続されている。なお、排気マニホールド26と吸気マニホールド22との間には、EGR弁30を介して排気マニホールド26と吸気マニホールド22とを連通するEGR通路32が設けられている。
排気管28はターボチャージャ18のタービン18bを経た後、排気絞り弁62を介して排気後処理装置34に接続されている。タービン18bはコンプレッサ18aと連結されており、排気管28内を流動する排気を受けてコンプレッサ18aを駆動する。
On the other hand, an exhaust port (not shown) through which exhaust is discharged from each cylinder of the
The
排気後処理装置34は、ケーシング内の上流側に酸化触媒36が収容されると共に、この酸化触媒36の下流側には、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)2が収容されている。
酸化触媒36は、排気中のNOを酸化させてNO2を生成し、このNO2を酸化剤としてフィルタ2に供給するものである。また、フィルタ2は、前述の図7及び図8で説明したものと同様のものであり、ハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。
In the
The
フィルタ2に捕集され堆積しているパティキュレートは、酸化触媒36から供給されたNO2と反応して燃焼し、フィルタ2の連続再生が行われるようになっている。
酸化触媒36とフィルタ2との間には、フィルタ2の入口側の排気温度を検出する入口温度センサ38と、フィルタ2入口側の排気圧力を検出する入口圧力センサ40とが設けられている。また、フィルタ2の下流側には、フィルタ2出口側の排気圧力を検出する出口圧力センサ42と、フィルタ2の出口側の排気温度を検出する出口温度センサ44とが設けられている。
Particulates collected and deposited in the
Between the
ECU46は、エンジン10を含め、本発明に係る排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ECU46の入力側には、各種制御を行うのに必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ24、入口温度センサ38、入口圧力センサ40、出口圧力センサ42、及び出口温度センサ44のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ48、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50などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ14、EGR弁30、吸気制御弁60、及び排気絞り弁62などの各種デバイス類が接続されている。
The
In addition to the above-described intake
エンジン10の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ14からの燃料供給制御もECU46によって行われる。エンジン10の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)は、回転数センサ48によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ50によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ14の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ14が開弁駆動される。
The
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒36を用いた連続再生により、フィルタ2に堆積したパティキュレートの焼却除去が行われるが、エンジン10の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒36の活性化温度まで上昇せず、排気中のNOが酸化されずに連続再生が行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ2内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ2が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ2におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the particulates accumulated on the
図2は、ECU46内において強制再生の制御を行う制御ブロックを示し、再生制御部(再生制御手段)52が回転数センサ48及び入口温度センサ38からの検出値に基づき、所定の再生時期に燃料噴射弁14を制御してフィルタ2の強制再生を行う。
また、アッシュ堆積量検出部(アッシュ堆積量検出手段)54は、再生制御部52による強制再生が終了したときにアッシュ堆積量を検出するものであり、補正値設定部(補正値設定手段)56は、アッシュ堆積量検出部54によって検出されたアッシュ堆積量に、予め設定された補正係数αを乗じて再生時期の補正値を設定するものである。そして、再生時期補正部(再生時期補正手段)58は、補正値設定部56によって設定された補正値で、再生制御部52が強制再生を行う時期を補正するものである。
FIG. 2 shows a control block for performing forced regeneration control in the
The ash accumulation amount detection unit (ash accumulation amount detection means) 54 detects an ash accumulation amount when the forced regeneration by the
ここで、アッシュの堆積に伴う再生時期の補正の考え方について、以下に説明する。
図8で説明したとおり、アッシュ6はフィルタ2において上流側に開口する通路2aの下流側から堆積していくことにより、パティキュレート4を捕集可能なフィルタ2の有効表面積が徐々に減少する。仮に、1つの通路全体に堆積可能なアッシュの量をMとし、現在堆積しているアッシュの量をmとすると、1つの通路においてパティキュレートを捕集可能な有効表面積は、アッシュが堆積していない場合を1とすると、1−m/Mになる。
Here, the concept of correcting the regeneration time accompanying the accumulation of ash will be described below.
As described in FIG. 8, the
パティキュレートはアッシュが堆積していない表面にほぼ均一に堆積することから、パティキュレートが所定の厚さに堆積するまでの時間は、アッシュが堆積していない時を1とすると、アッシュの堆積に伴って1−m/Mになることになる。
即ち、アッシュが堆積していないときには運転時間T0が経過したときに強制再生を行うものとすると、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さが同じ時に強制再生が開始されるようにするには、下式(1)で表される時間T1が経過した時を再生時期とすればよいことになる。
Since the particulates are deposited almost uniformly on the surface where no ash is deposited, the time until the particulates are deposited to a predetermined thickness is 1 when the ash is not deposited. Accordingly, it will be 1-m / M.
That is, if the ash is not deposited and the forced regeneration is performed when the operation time T0 has elapsed, the forced regeneration is started when the accumulated particulates have the same thickness regardless of the ash accumulation amount. In order to achieve this, the time when the time T1 represented by the following formula (1) has elapsed may be set as the regeneration time.
T1=T0・(1−m/M) … (1)
ここで、上記式(1)を変形して整理すると下式(2)となる。
T1=T0−α・m … (2)
ただし、α=T0/Mである。
従って、係数(補正係数)αを予め実験等で求めておけば、アッシュの堆積量と係数αとを乗算した補正値で再生開始時期を補正することにより、パティキュレートがほぼ同じ厚さまで堆積したときに強制再生を開始することができるようになる。
T1 = T0 · (1-m / M) (1)
Here, when the above formula (1) is modified and arranged, the following formula (2) is obtained.
T1 = T0−α · m (2)
However, α = T0 / M.
Therefore, if the coefficient (correction coefficient) α is obtained in advance by experiments or the like, the particulates are deposited to almost the same thickness by correcting the regeneration start time with a correction value obtained by multiplying the accumulation amount of ash by the coefficient α. Sometimes forced regeneration can be started.
このような考えに基づき、再生時期補正部58は強制再生の開始時期を補正し、補正された再生時期になると再生制御部52がフィルタ2の強制再生を実行する。
図3は、このような考えに基づいて行われる強制再生開始及び終了の判定制御の内容を示すフローチャートであり、図3の制御フローが所定の制御周期で繰り返されることにより、強制再生が行われていない状態での強制再生制御の開始の判定と、強制再生を実施中における強制再生制御の終了の判定が行われる。
Based on this idea, the regeneration
FIG. 3 is a flowchart showing the contents of the forced regeneration start and end determination control performed based on this idea. The forced regeneration is performed by repeating the control flow of FIG. 3 at a predetermined control cycle. Determination of the start of forced regeneration control in a state where the forced regeneration is not performed and determination of termination of forced regeneration control during execution of forced regeneration are performed.
まず、図3のステップS102において、強制再生フラグF1の値が1であるか否かを判定する。強制再生フラグF1は強制再生実行の要否を示すものであり、値が1であると強制再生が必要であり、値が0であると強制再生を必要ではないことを示す。強制再生フラグF1の初期設定値は0となっており、最初の制御周期ではステップS102からステップS104へと進む。 First, in step S102 of FIG. 3, it is determined whether or not the value of the forced regeneration flag F1 is 1. The forced regeneration flag F1 indicates whether or not forced regeneration is necessary. When the value is 1, forced regeneration is necessary, and when the value is 0, forced regeneration is not necessary. The initial set value of the forced regeneration flag F1 is 0, and the process proceeds from step S102 to step S104 in the first control cycle.
ステップS104では、前回強制再生を行ってからのエンジン10の運転時間を積算しているタイマカウンタ(図示せず)の値Tが、再生開始判定値T1より大であるか否かの判定を行う。この再生開始判定値T1は、フィルタ2に堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始されるよう、前回の強制再生終了時に補正されたものであって、その補正方法については後述する。なお、最初の強制再生の実施前には初期値T0がT1に対して設定されている。この初期値T0は、フィルタ2にアッシュが堆積していない状態で、パティキュレートが所定の厚さになるまで堆積するのに要する時間である。
In step S104, it is determined whether or not the value T of a timer counter (not shown) that has accumulated the operating time of the
ステップS104でタイマカウンタによって積算されたエンジン10の運転時間Tが再生開始判定値T1に達していないと判断した場合は、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップS102から処理を行う。従って、エンジン10の運転時間Tが再生開始判定値T1に達しない間は、強制再生フラグF1の値が0に維持され、強制再生が不要とされる。
If it is determined in step S104 that the operation time T of the
前回強制再生を行ってからタイマカウンタによって積算されたエンジン10の運転時間Tが再生開始判定値T1に達すると、ステップS104からステップS106に進み、強制再生フラグF1の値が1に変更され、ステップS108に進む。
ステップS108では、前回の強制再生終了後からエンジン10の運転時間を積算していたタイマカウンタの積算値Tを0にリセットし、タイマカウンタの積算を再スタートさせて今回の制御周期を終える。ステップS106で強制再生フラグF1の値が1となることにより、後述する強制再生制御が開始されるので、ステップS108でリセットされたタイマカウンタは、今度は強制再生制御の実施時間を積算することになる。
When the operating time T of the
In step S108, the accumulated value T of the timer counter that has accumulated the operating time of the
次の制御周期では、強制再生フラグF1の値が1となっているので、ステップS102からステップS110に進み、強制再生フラグF1の値が1となってから積算を再スタートしたタイマカウンタの積算値T、即ち強制再生の実施時間Tが、再生終了判定値T2より大であるか否かの判定を行う。
強制再生の実施時間Tが再生終了判定値T2に満たない場合は、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップS102からステップS110へと進む。
In the next control cycle, the value of the forced regeneration flag F1 is 1. Therefore, the process proceeds from step S102 to step S110, and the accumulated value of the timer counter that restarts the accumulation after the value of the forced regeneration flag F1 becomes 1. It is determined whether T, that is, the forced regeneration execution time T is longer than the regeneration end determination value T2.
When the forced regeneration execution time T is less than the regeneration end determination value T2, the current control cycle is terminated, and the process proceeds again from step S102 to step S110 in the next control cycle.
そして、強制再生の実施時間Tが再生終了判定値T2に達すると、ステップS110からステップS112へと処理が進み、強制再生フラグF1の値が、強制再生不要を示す0に変更される。従って、強制再生の実施時間がT2に達するとフィルタ2の強制再生が終了することになる。
更にステップS112からステップS114に進むと、強制再生を開始してからの経過時間を積算していたタイマカウンタの積算値Tを0にリセットし、タイマカウンタの積算を再スタートさせる。ステップS112で強制再生フラグF1の値が0となることで、後述するように強制再生制御が終了するので、ステップS114でリセットされたタイマカウンタは、今度は強制再生終了後のエンジン10の運転時間を積算することになる。
When the forced regeneration execution time T reaches the regeneration end determination value T2, the process proceeds from step S110 to step S112, and the value of the forced regeneration flag F1 is changed to 0 indicating that the forced regeneration is not required. Therefore, when the forced regeneration time reaches T2, forced regeneration of the
When the process further proceeds from step S112 to step S114, the integrated value T of the timer counter that has accumulated the elapsed time since the start of forced regeneration is reset to 0, and the integration of the timer counter is restarted. When the forced regeneration flag F1 becomes 0 in step S112, the forced regeneration control ends as described later. Therefore, the timer counter reset in step S114 is now the operating time of the
次のステップS116では、アッシュ堆積量Aと予め記憶された補正係数αとを乗算して求めた補正量を時間T0から減じることにより、再生開始判定値T1を補正して設定する。なお、補正係数αは、前述したように、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始されるように再生開始時期を補正するための係数であり、時間T0は、フィルタ2にアッシュが堆積していない状態で、パティキュレートが所定の厚さになるまで堆積するのに要する時間である。
In the next step S116, the regeneration start determination value T1 is corrected and set by subtracting the correction amount obtained by multiplying the ash accumulation amount A by the correction coefficient α stored in advance from the time T0. As described above, the correction coefficient α is a coefficient for correcting the regeneration start time so that the forced regeneration is started when the accumulated particulate thickness is almost the same regardless of the amount of accumulated ash. The time T0 is the time required to deposit the particulates until the particulates reach a predetermined thickness in a state where the ash is not deposited on the
こうして設定された再生開始判定値T1を用いて、前述のようにステップS104で強制再生開始時期を判定することにより、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始される。
なお、このとき用いるアッシュの堆積量Aは、強制再生の実施回数に応じて増大するものと考え、図5に示す関係をもって、強制再生の実施回数に対応してアッシュの堆積量Aが予め記憶されたマップから読み出すことにより検出している。
Using the regeneration start determination value T1 set in this way, the forced regeneration start time is determined in step S104 as described above, so that it is compulsory when the accumulated particulate thickness is almost the same regardless of the ash accumulation amount. Playback starts.
The ash accumulation amount A used at this time is considered to increase according to the number of times of forced regeneration, and the ash accumulation amount A is stored in advance corresponding to the number of times of forced regeneration according to the relationship shown in FIG. It is detected by reading from the map.
このようにして、アッシュ堆積量Aと補正係数αとによって強制再生実施時期を補正することにより、強制再生実施時期は図6に示すように傾き−αで徐々に早まっていく。
以上のような強制再生開始及び終了の判定制御が行われることにより、強制再生フラグF1の値が1または0に切り換わり、この強制再生フラグF1の値に基づき、強制再生制御が行われる。
In this way, by correcting the forced regeneration execution time by the ash accumulation amount A and the correction coefficient α, the forced regeneration execution time is gradually advanced with a slope −α as shown in FIG.
By performing the forced regeneration start and end determination control as described above, the value of the forced regeneration flag F1 is switched to 1 or 0, and the forced regeneration control is performed based on the value of the forced regeneration flag F1.
強制再生制御は、図4のフローチャートに従い、所定の制御周期で行われる。
まず、ステップS202で強制再生フラグF1の値が1であるか否かを判定する。強制再生フラグF1の値が0である場合は、フィルタ2の強制再生が不要であるので今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再び強制再生フラグF1の値を判定する。
一方、強制再生フラグF1の値が1となっている場合には、ステップS204に進み、入口温度センサ38の検出値に基づき、酸化触媒36の温度Tcが250℃以上となって、酸化触媒36が活性化したか否かを判定する。
The forced regeneration control is performed at a predetermined control cycle according to the flowchart of FIG.
First, in step S202, it is determined whether or not the value of the forced regeneration flag F1 is 1. When the value of the forced regeneration flag F1 is 0, the forced regeneration of the
On the other hand, when the value of the forced regeneration flag F1 is 1, the process proceeds to step S204, and based on the detected value of the
触媒温度Tcが250℃未満である場合にはステップS206に進み、酸化触媒36の昇温制御が行われる。
この昇温制御は、酸化触媒36に高温の排気を供給することにより、酸化触媒36の温度を活性化温度(例えば250℃)まで昇温するものであり、吸気制御弁60及び排気絞り弁62を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程において第1の追加燃料噴射を行う。第1の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド26内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒36に供給されることにより、酸化触媒36の温度が上昇する。
When the catalyst temperature Tc is less than 250 ° C., the process proceeds to step S206, and the temperature increase control of the
In this temperature increase control, the temperature of the
ステップS206で酸化触媒36の昇温制御を行って制御周期を終え、次の制御周期で再びステップS202から制御を行う。このとき強制再生フラグF1の値は1であるためステップS204に進むことになり、触媒温度Tcが250度未満であると判定される間は、第1追加燃料の噴射による触媒昇温制御が繰り返される。
このようにして第1追加燃料の噴射による昇温制御が繰り返され、酸化触媒36の温度Tcが250℃以上になると、ステップS204からステップS208へ進む。ステップS208では、入口温度センサ38の検出値に基づき、酸化触媒36の温度Tcが所定温度以上であるか否かが判定される。この所定温度は、フィルタ2でパティキュレートが最も効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では600℃を所定温度としている。
In step S206, the temperature raising control of the
In this way, the temperature increase control by the injection of the first additional fuel is repeated, and when the temperature Tc of the
ステップS208で触媒温度Tcが600℃以上であると判定するとステップS210に進み、触媒温度Tcが600℃未満であると判定するとステップS212に進む。
ステップS210及びS212は、フィルタ2に供給される排気の温度を600℃に維持するように、第2の追加燃料を各気筒に噴射するものであって、第2の追加燃料は排気行程で噴射されるようになっている。このような噴射タイミングで第2の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第2の追加燃料は気筒内や排気マニホールド26内で燃焼することなく酸化触媒36に達し、活性化温度にある酸化触媒36及びフィルタ2で燃焼する。この燃焼により排気温度が600℃まで上昇し、フィルタ2に堆積したパティキュレートが焼却される。
If it is determined in step S208 that the catalyst temperature Tc is 600 ° C. or higher, the process proceeds to step S210. If it is determined that the catalyst temperature Tc is less than 600 ° C., the process proceeds to step S212.
In steps S210 and S212, the second additional fuel is injected into each cylinder so that the temperature of the exhaust gas supplied to the
第2の追加燃料は回転数センサ48によって検出されたエンジン回転数とECU46で決定される主噴射量(負荷)とをパラメータとするマップに記憶されており、このマップは第2の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、比較的少なめに設定された減量マップの2種類が用意されている。そして、ステップS210では触媒温度Tcが600℃以上であるため、減量マップを用いて比較的少なめの第2の追加燃料を噴射し、ステップS212では触媒温度Tcが600℃未満であるため、増量マップを用いて比較的多めの第2の追加燃料を噴射する。これによって酸化触媒36から排出されてフィルタ2に供給される排気の温度が600℃前後に維持される。
The second additional fuel is stored in a map that uses the engine speed detected by the
ステップS210又はS212で第2の追加燃料を噴射すると、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップS202から処理を行う。従って、前述したように図3のフローチャートによる強制再生終了判定制御で、強制再生フラグF1の値が0とされるまで、酸化触媒36から排出されてフィルタ2に供給される排気の温度が600℃前後に維持されて、フィルタ2の強制再生が行われる。そして、強制再生の終了が判定されて強制再生フラグF1の値が0とされると、次の制御周期ではステップS202からステップS204へは進まずに制御が終了するので、フィルタ2の強制再生が終了する。
When the second additional fuel is injected in step S210 or S212, the current control cycle is terminated, and the process is repeated from step S202 in the next control cycle. Therefore, as described above, the temperature of the exhaust gas discharged from the
以上説明したように、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始されるように再生開始時期を補正するための補正係数αとアッシュ堆積量Aとを乗算して求めた補正値で再生開始判定値T1を補正し、補正後の再生開始判定値T1を用いて、強制再生開始時期を判定するようにしたので、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始される。 As described above, regardless of the ash accumulation amount, the correction coefficient α for correcting the regeneration start time and the ash accumulation amount A so that the forced regeneration is started when the accumulated particulates have substantially the same thickness. Since the regeneration start determination value T1 is corrected with the correction value obtained by multiplying by and the forced regeneration start time is determined using the corrected regeneration start determination value T1, regardless of the amount of ash accumulated, Forced regeneration is started when the deposited particulates have substantially the same thickness.
この結果、強制再生開始時のパティキュレートの厚さが厚すぎることにより過昇温を招いてパティキュレートフィルタが破損または溶損したり、パティキュレートの厚さが薄いうちから強制再生が実行され、強制再生の頻度が増して燃費やドライバビリティが悪化するといった問題の発生を防止することができる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
As a result, the particulate filter is too thick at the start of forced regeneration, resulting in excessive temperature rise and damage or melting of the particulate filter, or forced regeneration is performed while the particulate is thin, It is possible to prevent the occurrence of problems such as increase in the frequency of reproduction and deterioration in fuel consumption and drivability.
Although the description of the exhaust emission control device according to one embodiment of the present invention is finished above, the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記実施形態では、補正係数αとアッシュ堆積量Aとを乗算して求めた補正値で再生開始判定値T1を補正するようにしたが、再生開始判定値T1は固定値とし、タイマカウンタによって積算されるエンジン10の運転時間の方を、上記補正値の加算により補正するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン10の運転時間によって強制再生の時期を判定するようにしたが、強制再生時期の判定方法はこれに限られるものではない。
For example, in the above embodiment, the regeneration start determination value T1 is corrected with a correction value obtained by multiplying the correction coefficient α and the ash accumulation amount A. However, the regeneration start determination value T1 is a fixed value, and the timer counter The operating time of the
In the above embodiment, the forced regeneration timing is determined based on the operation time of the
例えば、入口圧力センサ40と出口圧力センサ42とを差圧検出手段とし、これらセンサの検出値に基づき、フィルタ2前後の排気圧力差を求め、この排気圧力差が再生開始判定値以上になるときを再生時期としてもよい。この場合も、上記実施形態と同様に、補正係数αとアッシュ堆積量Aとを乗算して求めた補正値で再生開始判定値を補正することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、再生開始判定値は固定値とし、検出されたフィルタ2前後の排気圧力差の方を、上記補正値の加算により補正するようにしてもよい。
For example, when the
または、ECU46によって演算されたエンジン10への燃料供給量に基づき、前回の強制再生終了後にエンジン10に供給された燃料の積算値を求め、この燃料供給量の積算値が再生開始判定値以上になるときを再生時期としてもよい。この場合も、上記実施形態と同様に、補正係数αとアッシュ堆積量Aとを乗算して求めた補正値で再生開始判定値を補正することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、再生開始判定値は固定値とし、燃料供給量積算値の方を、上記補正値の加算により補正するようにしてもよい。
Alternatively, based on the fuel supply amount to the
このように、強制再生の実施時期を判定する方法は種々あるが、どのような方法であっても、上記実施形態と同様に、補正係数αとアッシュ堆積量Aとを乗算して求めた補正値で補正を行うことにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、アッシュの堆積量が強制再生の実施回数に応じて増大するものと見なし、図5に示す関係から、強制再生の実施回数に対応して予め記憶したマップから読み出すことにより、アッシュ堆積量を検出するようにしたが、強制再生終了時にはフィルタ2にパティキュレートがほとんど堆積していないことから、強制再生終了時のフィルタ2前後の排気圧力差に基づきアッシュ堆積量を推定して検出するようにしてもよい。また、強制再生の実施回数に代えて、車両の積算走行距離に基づきアッシュ堆積量を推定して検出するようにしてもよいし、消費した燃料量とオイル消費率並びにアッシュ含有量などから推定するようにしても良い。
As described above, there are various methods for determining the execution time of the forced regeneration, but any correction method is obtained by multiplying the correction coefficient α and the ash deposition amount A as in the above embodiment. By performing correction with values, the same effects as in the above embodiment can be obtained.
In the above embodiment, it is assumed that the amount of accumulated ash increases according to the number of times of forced regeneration, and the relationship shown in FIG. 5 is read out from a map stored in advance corresponding to the number of times of forced regeneration. The ash accumulation amount is detected, but since almost no particulates are accumulated on the
上記実施形態では、エンジン10の膨張行程や排気行程における追加燃料の噴射によりフィルタ2の強制再生を行うようにしたが、フィルタ2の強制再生の方法はこれに限られるものではなく、電気ヒータを用いてフィルタ2を過熱するものや、排気管28に燃料添加弁を設け、排気中に直接燃料を添加するようにしたものなど、フィルタ2の温度を上昇させてパティキュレートを焼却するようにしたものであれば、どのようなものでも適用可能である。
In the above embodiment, the
最後に、上記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジン形式はこれに限定されるものではなく、フィルタを用いてパティキュレートの除去を行い、パティキュレートの焼却によりフィルタの再生を行うエンジンであればどのようなものでも適用可能である。 Finally, in the above-described embodiment, the present invention is applied to an exhaust emission control device for a diesel engine. However, the engine type is not limited to this, and particulates are removed using a filter. Any engine that regenerates the filter by incineration can be applied.
2 フィルタ(パティキュレートフィルタ)
10 エンジン
28 排気管(排気通路)
40 入口圧力センサ(差圧検出手段)
42 出口圧力センサ(差圧検出手段)
52 再生制御部(再生制御手段)
54 アッシュ堆積量検出部(アッシュ堆積量検出手段)
56 補正値設定部(補正値設定手段)
58 再生時期補正部(再生時期補正手段)
2 Filter (Particulate filter)
10
40 Inlet pressure sensor (Differential pressure detection means)
42 Outlet pressure sensor (Differential pressure detection means)
52 Reproduction control unit (reproduction control means)
54 Ash accumulation amount detection unit (ash accumulation amount detection means)
56 Correction value setting unit (correction value setting means)
58 Regeneration time correction unit (Regeneration time correction means)
Claims (6)
前記排気中に含まれるアッシュが前記パティキュレートフィルタに堆積することにより減少する前記パティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応し、前記強制再生の開始時に前記パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ一定となるように前記再生時期を補正するための補正値を設定する補正値設定手段と、
予め定められた条件が成立した時を前記再生時期として設定し、前記補正値設定手段によって設定された補正値に基づき、前記再生時期を補正する再生時期補正手段とを備え、
前記再生制御手段は、前記再生時期補正手段によって補正された再生時期に前記パティキュレートフィルタの強制再生を行うことを特徴とする排気浄化装置。 A particulate filter that is disposed in the exhaust passage of the engine and collects particulates in the exhaust, and the particulate filter that is deposited on the particulate filter at a predetermined regeneration time is incinerated to forcibly regenerate the particulate filter. In an exhaust emission control device comprising a regeneration control means for performing,
Corresponding to the effective collection surface area of the particulate filter that decreases as ash contained in the exhaust accumulates on the particulate filter, the particulates accumulated on the particulate filter at the start of the forced regeneration Correction value setting means for setting a correction value for correcting the reproduction time so that the thickness is substantially constant;
A time when a predetermined condition is satisfied is set as the playback time, and a playback time correction unit that corrects the playback time based on a correction value set by the correction value setting unit,
The exhaust emission control device, wherein the regeneration control means forcibly regenerates the particulate filter at the regeneration time corrected by the regeneration time correction means.
前記補正値設定手段は、前記アッシュ堆積量検出手段によって検出されたアッシュ堆積量に予め設定された補正係数を乗じて前記補正値を設定することを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 An ash accumulation amount detecting means for detecting the amount of the ash accumulated on the particulate filter;
2. The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the correction value setting means sets the correction value by multiplying an ash accumulation amount detected by the ash accumulation amount detection means by a preset correction coefficient. .
前記再生時期補正手段は、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の排気浄化装置。 Further comprising a differential pressure detecting means for detecting an exhaust pressure difference before and after the particulate filter;
The regeneration time correction means sets the regeneration time when the exhaust pressure difference detected by the differential pressure detection means is equal to or greater than a predetermined regeneration start determination value, and the detection time detected by the differential pressure detection means The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3, wherein any one of an exhaust pressure difference and the regeneration start determination value is corrected by the correction value.
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