JP2006316732A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関から排出された排ガス中のパティキュレートを捕集することによって排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas by collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
一般に、この種の排ガス浄化装置を用いたディーゼルエンジン(以下「エンジン」という)では、フィルタへのパティキュレート(以下「PM」という)の堆積量が多くなると、排圧の上昇によってエンジンの出力の低下や燃費の悪化を招く。このような不具合を回避するためにフィルタを再生する排ガス浄化装置が、従来から知られており、例えば特許文献1に開示されている。
In general, in a diesel engine (hereinafter referred to as “engine”) using this type of exhaust gas purification device, if the amount of particulate (hereinafter referred to as “PM”) accumulated on the filter increases, This will lead to a decrease in fuel consumption. An exhaust gas purification device that regenerates a filter in order to avoid such a problem has been conventionally known. For example,
この排ガス浄化装置では、エンジンの燃焼に必要な燃料に加え、排気行程中に燃料を燃焼室に噴射するポスト噴射によって未燃燃料を排ガス中に含ませ、この未燃燃料を排気管内のフィルタよりも上流側で燃焼させ、排気温度を強制的に高めることによって、フィルタに堆積したPMを燃焼させ、フィルタを再生する。また、フィルタには、温度センサが直接、取り付けられており、上記ポスト噴射によって噴射される燃料量(以下「ポスト噴射量」という)は、温度センサで検出されたフィルタの温度が所定の目標温度になるように設定される。この目標温度は、フィルタを再生可能で、かつフィルタが溶損しないような温度に設定されている。 In this exhaust gas purification device, in addition to the fuel required for engine combustion, unburned fuel is included in the exhaust gas by post injection that injects fuel into the combustion chamber during the exhaust stroke, and this unburned fuel is filtered from the filter in the exhaust pipe. Also, the PM is accumulated on the filter by burning it upstream and forcibly raising the exhaust gas temperature to regenerate the filter. Further, a temperature sensor is directly attached to the filter, and the amount of fuel injected by the post injection (hereinafter referred to as “post injection amount”) is determined by the temperature of the filter detected by the temperature sensor being a predetermined target temperature. Is set to be This target temperature is set to a temperature at which the filter can be regenerated and the filter does not melt.
上記のように、従来の排ガス浄化装置では、フィルタの温度を検出する温度センサがフィルタに直接、取り付けられている。このため、例えば、温度センサの素子をフィルタのケーシングに配置した場合には、外気の影響などによって、温度センサの検出温度が、フィルタの実際の温度よりも低温側にずれやすくなる。また、この排ガス浄化装置では、この検出温度が所定の目標温度になるようにポスト噴射量を設定するので、検出温度が低温側にずれると、それに応じてポスト噴射量が過大に設定され、燃費が悪化してしまう。また、フィルタの実際の温度が目標温度を超えて、フィルタが過熱状態になることによって、フィルタが溶損するおそれがある。 As described above, in the conventional exhaust gas purification apparatus, the temperature sensor that detects the temperature of the filter is directly attached to the filter. For this reason, for example, when the element of the temperature sensor is arranged in the casing of the filter, the temperature detected by the temperature sensor tends to shift to a lower temperature side than the actual temperature of the filter due to the influence of outside air or the like. Further, in this exhaust gas purifying apparatus, the post injection amount is set so that the detected temperature becomes a predetermined target temperature. Therefore, if the detected temperature shifts to a low temperature side, the post injection amount is excessively set accordingly, and the fuel consumption is reduced. Will get worse. In addition, the filter may melt due to the actual temperature of the filter exceeding the target temperature and the filter becoming overheated.
あるいは、フィルタの温度を適正に検出するために、温度センサの素子をフィルタの内部に配置した場合には、フィルタに穴をあけることが必要になる。その場合には、堆積可能なPMの量が減少するとともに、排ガスの流れが不均一になり、PMの堆積状態がばらつくため、フィルタの所期の性能が得られなくなる。 Or in order to detect the temperature of a filter appropriately, when the element of a temperature sensor is arrange | positioned inside the filter, it is necessary to make a hole in the filter. In that case, the amount of PM that can be deposited decreases, the flow of exhaust gas becomes non-uniform, and the accumulated state of PM varies, so that the desired performance of the filter cannot be obtained.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、フィルタの実際の温度に応じて、フィルタの再生動作を適切に行うことができ、それにより、燃費を向上させるとともに、フィルタの溶損を防止することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and according to the actual temperature of the filter, it is possible to appropriately perform the regeneration operation of the filter, thereby improving fuel consumption, An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can prevent the filter from being melted.
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、内燃機関3から排出された排ガス中のパティキュレートを捕集することによって排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置1であって、排気系(実施形態における(以下、本項において同じ)排気管5)に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ8と、排気系のフィルタ8よりも上流側に設けられ、排ガスを酸化する触媒(酸化触媒7)と、触媒よりも上流側において排ガス中に未燃燃料を供給することによって、フィルタを再生する再生手段(インジェクタ6、ECU2)と、再生手段の再生動作中に未燃燃料がフィルタ8において燃焼することによって上昇したフィルタの上昇温度TUDPFを算出するフィルタ上昇温度算出手段(ECU2、ステップ6)と、排気系の触媒とフィルタ8との間に設けられ、排ガスの温度をフィルタ前ガス温度TDPFGとして検出するフィルタ前ガス温度検出手段(第2排ガス温度センサ14)と、検出されたフィルタ前ガス温度TDPFGおよび算出されたフィルタの上昇温度TUDPFに応じて、再生手段の再生動作を制御する再生制御手段(ECU2、ステップ7〜9A、13〜16)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排気系には、上流側から順に、排ガスを酸化する触媒と、排ガス中のパティキュレート(以下「PM」という)を捕集するフィルタが設けられており、再生手段によって、触媒よりも上流側において排ガス中に未燃燃料が供給される。これにより、この未燃燃料が触媒で燃焼することで昇温された排ガスがフィルタに流入することなどによって、フィルタの温度が上昇する結果、フィルタに堆積したPMが燃焼し、フィルタが再生される。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the exhaust system is provided with a catalyst for oxidizing exhaust gas and a filter for collecting particulates (hereinafter referred to as “PM”) in the exhaust gas in order from the upstream side. The unburned fuel is supplied into the exhaust gas upstream of the catalyst by the regeneration means. As a result, the temperature of the filter rises due to, for example, the exhaust gas heated by the unburned fuel burning in the catalyst and flows into the filter. As a result, the PM deposited on the filter burns and the filter is regenerated. .
また、再生手段の再生動作中に未燃燃料がフィルタ内で燃焼することによって上昇したフィルタの上昇温度が、フィルタ上昇温度算出手段によって算出されるとともに、排気系の触媒とフィルタとの間に設けられたフィルタ前ガス温度検出手段によって、フィルタの上流側の排ガスの温度がフィルタ前ガス温度として検出される。そして、これらのフィルタ前ガス温度およびフィルタの上昇温度に応じて、再生制御手段が再生手段の再生動作を制御する。このように再生動作を制御するのは、上述したように未燃燃料は基本的には触媒で燃焼するものの、その一部が触媒で燃焼せずに、フィルタに流入し、燃焼することによって、フィルタの温度が上昇する場合があるのを考慮したものである。その場合には、フィルタの実際の温度は、フィルタ上流側で検出された排ガス温度とは一致せず、これにフィルタの温度上昇分を加えた値になる。したがって、上記のように、フィルタ前ガス温度だけでなく、フィルタの上昇温度に応じて、再生動作を制御することにより、フィルタの実際の温度に応じて、未燃燃料を過不足なく供給しながら、再生動作を適切に行うことができ、それにより、燃費を向上させるとともに、フィルタの溶損を防止することができる。 In addition, the rising temperature of the filter, which has risen due to the combustion of unburned fuel in the filter during the regeneration operation of the regeneration means, is calculated by the filter rise temperature calculation means and provided between the exhaust system catalyst and the filter. The pre-filter gas temperature detection means detects the temperature of the exhaust gas upstream of the filter as the pre-filter gas temperature. The regeneration control means controls the regeneration operation of the regeneration means in accordance with the pre-filter gas temperature and the rising temperature of the filter. In this way, the regeneration operation is controlled by the fact that the unburned fuel is basically burned by the catalyst as described above, but a part of it is not burned by the catalyst but flows into the filter and burns. This is because the temperature of the filter may increase. In that case, the actual temperature of the filter does not coincide with the exhaust gas temperature detected on the upstream side of the filter, and becomes a value obtained by adding the temperature rise of the filter to this. Therefore, as described above, by controlling the regeneration operation according to not only the pre-filter gas temperature but also the rising temperature of the filter, while supplying unburned fuel without excess or deficiency according to the actual temperature of the filter. Thus, the regeneration operation can be performed appropriately, thereby improving the fuel consumption and preventing the filter from being melted.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関の排ガス浄化装置1において、排ガスの流量QEGを検出する排ガス流量検出手段(エアフローセンサ12、ECU2、ステップ4)と、排気系の触媒よりも上流側に設けられ、排ガスの温度を触媒前ガス温度TCATGとして検出する触媒前ガス温度検出手段(第1排ガス温度センサ13)と、をさらに備え、フィルタ上昇温度算出手段は、検出された排ガス流量QEGおよび触媒前ガス温度TCATGの少なくとも一方に応じて、フィルタの上昇温度TUDPFを算出する(ステップ4A〜6)ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an exhaust
この構成によれば、フィルタの上昇温度が、検出された排ガスの流量および/または触媒前ガス温度すなわち触媒に流入する排ガスの温度に応じて算出される。触媒での未燃燃料の燃焼のしにくさは、排ガスの流量や触媒に流入する排ガスの温度に応じて変化する。例えば、排ガスの流量が大きいほど、また、触媒に流入する排ガスの温度が低いほど、未燃燃料は、触媒で燃焼しにくく、触媒をすり抜けてフィルタに流入しやすくなるため、フィルタでの未燃燃料の燃焼によるフィルタの上昇温度がより大きくなる。したがって、フィルタの上昇温度を上記のように算出することによって、その算出を排ガスの流量や触媒に流入する排ガスの温度に応じて適切に行うことができ、それにより、フィルタの再生動作をより適切に行うことができる。 According to this configuration, the rising temperature of the filter is calculated according to the detected flow rate of exhaust gas and / or the pre-catalyst gas temperature, that is, the temperature of exhaust gas flowing into the catalyst. The difficulty of burning unburned fuel in the catalyst varies depending on the flow rate of exhaust gas and the temperature of exhaust gas flowing into the catalyst. For example, the higher the exhaust gas flow rate and the lower the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst, the more difficult it is for the unburned fuel to burn in the catalyst, and it becomes easier for the catalyst to pass through the catalyst and flow into the filter. The temperature rise of the filter due to the combustion of fuel becomes larger. Therefore, by calculating the rising temperature of the filter as described above, the calculation can be appropriately performed according to the flow rate of the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst, thereby more appropriately performing the regeneration operation of the filter. Can be done.
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の排ガス浄化装置1において、再生手段の再生動作中におけるフィルタの所定の目標温度TDPFREFおよびフィルタの上昇温度TUDPFに応じて、フィルタ前ガス温度TDPFGの目標温度TDPFCMDを設定する目標温度設定手段(ECU2、ステップ14)をさらに備え、再生制御手段は、フィルタ前ガス温度TDPFGが設定された目標温度TDPFCMDになるように再生手段の再生動作を制御する(ステップ15)ことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying
この構成によれば、フィルタ前ガス温度の目標温度が、再生動作中のフィルタの所定の目標温度およびフィルタの上昇温度に応じて、目標温度設定手段により設定される。そして、再生動作によって、フィルタ前ガス温度、すなわちフィルタの上流側の排ガス温度が設定した目標温度になるように制御される。このため、例えば、フィルタの目標温度からフィルタの上昇温度を差し引くことによりフィルタ前ガス温度の目標温度を設定することによって、再生動作中、フィルタの実際の温度をその本来の所定の目標温度に良好に維持でき、したがって、再生動作を適切に行うことができる。 According to this configuration, the target temperature of the pre-filter gas temperature is set by the target temperature setting means according to the predetermined target temperature of the filter during the regeneration operation and the rising temperature of the filter. Then, by the regeneration operation, the pre-filter gas temperature, that is, the exhaust gas temperature upstream of the filter is controlled to the set target temperature. For this reason, for example, by setting the target temperature of the pre-filter gas temperature by subtracting the rising temperature of the filter from the target temperature of the filter, the actual temperature of the filter is improved to its original predetermined target temperature during the regeneration operation. Therefore, the reproduction operation can be appropriately performed.
請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置1において、フィルタ前ガス温度TDPFGおよびフィルタの上昇温度TUDPFに基づいて、フィルタの温度を推定するフィルタ温度推定手段(ECU2、ステップ7)をさらに備え、再生制御手段は、再生手段の再生動作の終了タイミングを、推定されたフィルタの温度(フィルタ温度TDPF)に基づいて決定する(ステップ8〜9A、13、16)ことを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、フィルタ温度推定手段により、検出されたフィルタ前ガス温度およびフィルタの上昇温度に基づいて、再生動作中におけるフィルタの実際の温度を精度良く推定することができる。また、推定されたフィルタの温度に基づいて、再生動作の終了タイミングが決定される。フィルタにおけるPMの燃焼速度は、フィルタの温度に応じて変化し、フィルタの温度が高いほど、より大きく、それに応じて、再生が完了するタイミングもより早くなる。したがって、上記のように推定されたフィルタの温度に基づき、再生動作の終了タイミングを最適に決定でき、それにより、再生を確実に完了させることができるとともに、再生完了後の未燃燃料の無駄な供給を防止することによって、燃費をより向上させることができる。 According to this configuration, the filter temperature estimation means can accurately estimate the actual temperature of the filter during the regeneration operation based on the detected pre-filter gas temperature and the raised temperature of the filter. Further, the end timing of the regeneration operation is determined based on the estimated filter temperature. The combustion speed of PM in the filter changes according to the temperature of the filter, and the higher the temperature of the filter, the larger the speed, and accordingly, the timing for completing the regeneration becomes earlier. Therefore, it is possible to optimally determine the end timing of the regeneration operation based on the estimated filter temperature as described above, thereby making it possible to reliably complete the regeneration and useless unburned fuel after the regeneration is completed. By preventing the supply, fuel consumption can be further improved.
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本発明による排ガス浄化装置1、およびこれを適用した内燃機関3を示している。この内燃機関(以下「エンジン」という)3は、車両(図示せず)に搭載された、例えば4気筒タイプのディーゼルエンジンである。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exhaust
エンジン3のピストン3aとシリンダヘッド3bの間には、燃焼室3cが形成されている。シリンダヘッド3bには、吸気管4および排気管5(排気系)がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)6(再生手段)が、燃焼室3cに臨むように取り付けられている。
A
インジェクタ6は、燃焼室3cの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク(いずれも図示せず)に順に接続されている。燃料タンクの燃料は、高圧ポンプによって、高圧に昇圧された後、コモンレールを介してインジェクタ6に送られ、インジェクタ6から燃焼室3cに噴射される。また、インジェクタ6の燃料噴射量QINJおよび噴射時期はECU2によって設定され、インジェクタ6の開弁時間および開弁タイミングは、ECU2からの駆動信号によって、設定した燃料噴射量QINJおよび噴射時期が得られるように制御される。
The
エンジン3のクランクシャフト3dには、マグネットロータ11aが取り付けられており、このマグネットロータ11aとMREピックアップ11bによって、クランク角センサ11が構成されている。クランク角センサ11は、クランクシャフト3dの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。
A
CRK信号は、所定のクランク角(例えば30゜)ごとに出力される。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを求める。TDC信号は、各気筒のピストン3aが吸気行程開始時のTDC(上死点)付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、4気筒タイプの本例では、クランク角180゜ごとに出力される。また、吸気管4には、エアフローセンサ12(排ガス流量検出手段)が設けられており、エアフローセンサ12は吸入空気量QAを検出し、その検出信号はECU2に出力される。
The CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 30 °). The
排気管5には、上流側から順に、酸化触媒7(触媒)およびフィルタ8が設けられている。酸化触媒7は、排ガス中のHCおよびCOを酸化し、排ガスを浄化する。フィルタ8は、排ガス中の煤などのパティキュレート(以下「PM」という)を捕集することによって、大気中に排出されるPMを低減する。また、フィルタ8の表面には、酸化触媒7と同様の触媒(図示せず)が担持されている。
The
さらに、排気管5には、酸化触媒7のすぐ上流側およびフィルタ8のすぐ上流側に、第1排ガス温度センサ13(触媒前ガス温度検出手段)および第2排ガス温度センサ14(フィルタ前ガス温度検出手段)が、それぞれ設けられている。第1排ガス温度センサ13は、酸化触媒7のすぐ上流側の排ガスの温度(以下「触媒前ガス温度」という)TCATGを検出し、その検出信号をECU2に出力する。第2排ガス温度センサ14は、フィルタ8のすぐ上流側の排ガスの温度(以下「フィルタ前ガス温度」という)TDPFGを検出し、その検出信号をECU2に出力する。
Further, the
ECU2にはさらに、アクセル開度センサ15から、アクセルペダル(図示せず)の操作量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が出力される。
Further, a detection signal representing an operation amount (hereinafter referred to as “accelerator opening”) AP of an accelerator pedal (not shown) is output from the
ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ11〜15からの検出信号はそれぞれ、I/OインターフェースでA/D変換や整形がなされた後、CPUに入力される。
The
CPUは、これらの入力信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン3の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、フィルタ8を再生するための再生制御処理を実行する。また、本実施形態では、ECU2によって、再生手段、フィルタ上昇温度算出手段、再生制御手段、排ガス流量検出手段、目標温度設定手段およびフィルタ温度推定手段が構成されている。
In accordance with these input signals, the CPU determines the operating state of the
次に、図2および3を参照しながら、上記の再生制御処理について説明する。本処理は、TDC信号の入力に同期して実行される。また、本処理におけるフィルタ8の再生動作は、膨張行程中または排気行程中に燃焼室3cに燃料を噴射するポスト噴射によって行われ、それにより、排ガス中に未燃燃料を供給し、フィルタ8を高温状態に制御し、フィルタ8に堆積したPMを燃焼させることによって、フィルタ8が再生される。
Next, the reproduction control process will be described with reference to FIGS. This process is executed in synchronization with the input of the TDC signal. Further, the regeneration operation of the
まず、図2のステップ1(「S1」と図示。以下同じ)では、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QINJに応じ、PM排出量マップ(図示せず)を検索することによって、PMの排出量(以下、単に「PM排出量」という)PMEを算出する。このPM排出量PMEは、エンジン3から排出された、1TDC当たり、すなわち1燃焼ごとのPMの排出量を表す。
First, in
PM排出量マップは、エンジン3から排出されるPMの排出量を実験によって求め、その結果をエンジン回転数NEおよび燃料噴射量QINJに応じてマップ化したものである。燃料噴射量QINJは、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出される。
The PM emission amount map is obtained by experimentally determining the amount of PM discharged from the
次いで、再生中フラグF_POSTONが「1」であるか否かを判別する(ステップ2)。この答がNOのとき、すなわち、再生動作の実行中でないときには、フィルタ8の内部の温度(以下、単に「フィルタ温度」という)TDPFをフィルタ前ガス温度TDPFGに設定する(ステップ3)。 Next, it is determined whether or not the reproducing flag F_POSTON is “1” (step 2). When the answer is NO, that is, when the regeneration operation is not being executed, the temperature inside the filter 8 (hereinafter simply referred to as “filter temperature”) TDPF is set to the pre-filter gas temperature TDPFG (step 3).
一方、上記ステップ2の答がYESで、再生動作の実行中のときには、排ガス流量QEGを、吸入空気量QAおよび燃料噴射量QINJに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出する(ステップ4)。このマップは、排ガスの流量を実験によって求め、その結果を吸入空気量QAおよび燃料噴射量QINJに応じてマップ化したものである。 On the other hand, if the answer to step 2 is YES and the regeneration operation is being executed, the exhaust gas flow rate QEG is calculated by searching a map (not shown) according to the intake air amount QA and the fuel injection amount QINJ ( Step 4). This map is obtained by experimentally determining the flow rate of exhaust gas and mapping the result according to the intake air amount QA and the fuel injection amount QINJ.
次いで、算出した排ガス流量QEGおよび触媒前ガス温度TCATGに応じ、図4に示すPCSRマップを検索することによって、すり抜け率PCSRを算出する(ステップ4A)。このすり抜け率PCSRは、ポスト噴射により排ガス中に供給された未燃燃料量のうち、酸化触媒7で燃焼せずにすり抜けた未燃燃料量の割合を表す。このPCSRマップでは、排ガス流量QEGおよび触媒前ガス温度TCATGに応じた7つの領域に区分されている。これらの領域に対して、所定のすり抜け率PCSRがそれぞれ割り当てられており、各領域に付した数字は、その値が小さいほど、すり抜け率PCSRが大きいことを表す。すなわち、すり抜け率PCSRは、排ガス流量QEGが大きいほど、酸化触媒7で燃焼しきれずにすり抜ける未燃燃料の割合が高くなるため、より大きな値に設定され、また、触媒前ガス温度TCATGが低いほど、すなわち酸化触媒7に流入する排ガスの温度が低いほど、未燃燃料が酸化触媒7で燃焼しにくく、酸化触媒7をすり抜けやすいため、より大きな値に設定されている。
Next, the slip-through rate PCSR is calculated by searching the PCSR map shown in FIG. 4 according to the calculated exhaust gas flow rate QEG and the pre-catalyst gas temperature TCATG (step 4A). This slip-through rate PCSR represents the ratio of the amount of unburned fuel that has passed through without being burned by the
次に、算出したすり抜け率PCSRをそのときに設定されているポスト噴射による噴射量(以下「ポスト噴射量」という)QPOSTに乗算することによって、すり抜け量QPDPFを算出する(ステップ5)。この算出手法から明らかなように、すり抜け量QPDPFは、酸化触媒7をすり抜けてフィルタ8に流入する未燃燃料の量である。
Next, the slip-through amount QPDPF is calculated by multiplying the calculated slip-through rate PCSR by the post-injection amount (hereinafter referred to as “post-injection amount”) QPOST set at that time (step 5). As is apparent from this calculation method, the slip-through amount QPDPF is the amount of unburned fuel that passes through the
次いで、算出したすり抜け量QPDPFおよび排ガス流量QEGを用い、次式(1)によってフィルタ上昇温度TUDPFを算出する(ステップ6)。
TUDPF←QPDPF/(C・QEG) ……(1)
ここで、Cは、定数であり、すり抜け量QPDPFをその分の未燃燃料が燃焼したときに発生する熱量とみなした場合の排ガスの比熱に相当するものである。したがって、フィルタ上昇温度TUDPFは、酸化触媒7をすり抜けた未燃燃料がフィルタ8で燃焼することによって生じるフィルタ8内部の温度の上昇分に相当する。
Next, using the calculated slip-through amount QPDPF and exhaust gas flow rate QEG, the filter rising temperature TUDPF is calculated by the following equation (1) (step 6).
TUDPF ← QPDPF / (C ・ QEG) (1)
Here, C is a constant and corresponds to the specific heat of the exhaust gas when the slip-through amount QPDPF is regarded as the amount of heat generated when the unburned fuel is combusted. Therefore, the filter rising temperature TUDPF corresponds to an increase in the temperature inside the
次に、算出したフィルタ上昇温度TUDPFをフィルタ前ガス温度TDPFGに加算することによって、フィルタ温度TDPFを算出する(ステップ7)。 Next, the filter temperature TDPF is calculated by adding the calculated filter rising temperature TUDPF to the pre-filter gas temperature TDPFG (step 7).
前記ステップ3または7に続くステップ8では、PM燃焼量PMBを、フィルタ温度TDPFに基づき、テーブル(図示せず)を検索することによって算出する。このPM燃焼量PMBは、フィルタ8で燃焼するPMの燃焼量であり、同テーブルでは、フィルタ温度TDPFが高いほど、より大きな値に設定されている。次いで、前記ステップ1で算出したPM排出量PMEからPM燃焼量PMBを減算することによって、1TDC当たりのPM堆積量QPMDPFを算出する(ステップ9)。
In
次に、そのときまでに得られているPM堆積量積算値SQPMDPFに、ステップ9で算出したPM堆積量QPMDPFを加算することによって、今回のPM堆積量積算値SQPMDPFを算出する(ステップ9A)。このPM堆積量積算値SQPMDPFは、後述するようにフィルタ8の再生が終了したときに値0にリセットされるものであり、したがって、その時点においてフィルタ8に堆積しているPMの堆積量を表す。
Next, the current PM deposition amount integrated value SQPMDPF is calculated by adding the PM deposition amount QPMDPF calculated in
次いで、図3のステップ10において、再生中フラグF_POSTONが「1」であるか否かを判別する。この答がNOで、再生動作の実行中でないときには、上記ステップ9Aで算出したPM堆積量積算値SQPMDPFが、所定のしきい値PMREF(例えば9g)よりも大きいか否かを判別する(ステップ11)。この答がNOのときには、フィルタ8におけるPMの堆積量がまだ少ないため、再生動作を実行しないものとして、本処理を終了する。
Next, at
一方、ステップ11の答がYESで、PM堆積量積算値SQPMDPFがしきい値PMREFよりも大きくなったときには、再生動作を開始するものとして、再生中フラグF_POSTONを「1」にセットし(ステップ12)、ステップ13に進む。一方、上記ステップ10の答がYESで、すでに再生動作の実行中であるときには、ステップ11および12をスキップし、ステップ13に進む。 On the other hand, when the answer to step 11 is YES and the PM accumulation amount integrated value SQPMDPF is larger than the threshold value PMREF, the regeneration flag F_POSTON is set to “1” to start the regeneration operation (step 12). ), Go to step 13. On the other hand, if the answer to step 10 is YES and the playback operation is already being executed, steps 11 and 12 are skipped and the process proceeds to step 13.
このステップ13では、PM堆積量積算値SQPMDPFが判定値REFINよりも小さいか否かを判別する。この判定値REFINは、値0に近い小さな所定値に設定されている。この答がNOのときには、フィルタ8の所定の目標温度TDPFREFから前記ステップ6で算出したフィルタ上昇温度TUDPFを減算した値を、フィルタ前ガス温度TDPFGの目標温度TDPFCMDとして設定する(ステップ14)。このフィルタ8の目標温度TDPFREFは、堆積したPMの燃焼によって、フィルタ8を確実に再生できるとともに、フィルタ8の溶損を防止できるような温度、例えば600℃に設定されている。
In
次いで、フィルタ前ガス温度TDPFGが上記ステップ14で設定した目標温度TDPFCMDになるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、ポスト噴射量QPOSTを算出し(ステップ15)、本処理を終了する。これにより、算出したポスト噴射量QPOSTによるポスト噴射がインジェクタ6により行われることによって、フィルタ前ガス温度TDPFGが目標温度TDPFCMDになるように制御される。
Next, the post-injection amount QPOST is calculated by a predetermined feedback control algorithm so that the pre-filter gas temperature TDPFG becomes the target temperature TDPFCMD set in step 14 (step 15), and this process is terminated. Thus, the post-injection with the calculated post-injection amount QPOST is performed by the
一方、上記ステップ13の答がYESで、PM堆積量積算値SQPMDPFが判定値REFINよりも小さくなったときには、上記ステップ14および15による再生動作の実行によって、フィルタ8に堆積したPMが十分に燃焼し、PM堆積量積算値SQPMDPFが十分に小さくなり、再生が完了したとして、再生動作を終了し、再生中フラグF_POSTONを「0」にリセットする(ステップ16)。次いで、PM堆積量積算値SQPMDPFを値0にリセットし(ステップ17)、本処理を終了する。
On the other hand, when the answer to step 13 is YES and the PM accumulated amount integrated value SQPMDPF becomes smaller than the determination value REFIN, the PM accumulated on the
以上のように、本実施形態によれば、フィルタ前ガス温度TDPFGの目標温度TDPFCMDを、フィルタ8の所定の目標温度TDPFREFからフィルタ上昇温度TUDPFを差し引いた値に設定する(ステップ14)とともに、フィルタ前ガス温度TDPFGが目標温度TDPFCMDになるようにポスト噴射量を制御する(ステップ15)。したがって、再生動作中に、フィルタ8の実際の温度をその本来の目標温度TDPFREFに良好に維持できる。このように、フィルタ8の実際の温度に応じ、未燃燃料を過不足なく供給しながら、ポスト噴射を適切に行うことができるので、燃費を向上させるとともに、フィルタ8の溶損を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, the target temperature TDPFCMD of the pre-filter gas temperature TDPFG is set to a value obtained by subtracting the filter rising temperature TUDPF from the predetermined target temperature TDPFREF of the filter 8 (step 14). The post injection amount is controlled so that the pre-gas temperature TDPFG becomes the target temperature TDPFCMD (step 15). Therefore, during the regenerating operation, the actual temperature of the
また、フィルタ上昇温度TUDPFを、排ガス流量QEGおよび触媒前ガス温度TCATGに応じて求めたすり抜け率PCSRに基づいて算出する(ステップ4A〜6)ので、このフィルタ上昇温度TUDPFの算出を適切に行うことができ、したがって、ポスト噴射をより適切に行うことができる。 Further, since the filter rising temperature TUDPF is calculated based on the slip-through rate PCSR obtained according to the exhaust gas flow rate QEG and the pre-catalyst gas temperature TCATG (steps 4A to 6), the filter rising temperature TUDPF is appropriately calculated. Therefore, post injection can be performed more appropriately.
さらに、フィルタ前ガス温度TDPFGにフィルタ上昇温度TUDPFを加算することによってフィルタ温度TDPFを算出する(ステップ7)ので、再生動作中におけるフィルタ8の実際の温度を精度良く推定することができる。また、フィルタ温度TDPFに応じてPM堆積量QPMDPFを求め(ステップ8、9)、これをさらに積算したPM堆積量積算値SQPMDPF(ステップ9A)が判定値REFINよりも小さくなったときに(ステップ13:YES)、再生動作を終了する(ステップ16)。したがって、再生を確実に完了させることができるとともに、再生完了後の無駄なポスト噴射を防止することによって、燃費をより向上させることができる。
Furthermore, since the filter temperature TDPF is calculated by adding the filter rising temperature TUDPF to the pre-filter gas temperature TDPFG (step 7), the actual temperature of the
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、排ガス中への未燃燃料の供給を、インジェクタ6を用いた燃焼室3cへのポスト噴射によって行っているが、排気管5の酸化触媒7よりも上流側にインジェクタを別個に設け、これにより燃料を排気管5内に直接、噴射するようにしてもよい。また、実施形態では、フィルタ上昇温度TUDPFを、排ガス流量QEGおよび触媒前ガス温度TCATGの双方に応じて算出したが、これらの一方に応じて算出してもよい。
In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, the unburned fuel is supplied into the exhaust gas by post-injection to the
また、実施形態では、ポスト噴射量QPOSTの算出を、フィルタ前ガス温度TDPFGが目標温度TDPFCMDになるように行っているが、目標温度TDPFCMDを用いることなく、算出したフィルタ温度TDPFのみに応じて行ってもよい。さらに、実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外の各種のエンジン、例えば、ガソリンエンジンやクランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 In the embodiment, the post-injection amount QPOST is calculated so that the pre-filter gas temperature TDPFG becomes the target temperature TDPFCMD. However, without using the target temperature TDPFCMD, only the calculated filter temperature TDPF is used. May be. Furthermore, although embodiment is an example which applied this invention to the diesel engine, this invention is not limited to this, Various engines other than a diesel engine, for example, the ship which arrange | positioned the gasoline engine and the crankshaft in the perpendicular direction It can be applied to an engine for a marine propulsion device such as an external unit. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the gist of the present invention.
1 排ガス浄化装置
2 ECU(再生手段、フィルタ上昇温度算出手段、再生制御手段、排ガス流
量検出手段、目標温度設定手段、フィルタ温度推定手段)
3 エンジン
5 排気管(排気系)
6 インジェクタ(再生手段)
7 酸化触媒(触媒)
8 フィルタ
12 エアフローセンサ(排ガス流量検出手段)
13 第1排ガス温度センサ(触媒前ガス温度検出手段)
14 第2排ガス温度センサ(フィルタ前ガス温度検出手段)
TUDPF フィルタ上昇温度
TDPFG フィルタ前ガス温度
QEG 排ガス流量
TCATG 触媒前ガス温度
TDPFREF フィルタ8の所定の目標温度
TDPFCMD フィルタ前ガス温度TDPFGの目標温度
TDPF フィルタ温度(推定されたフィルタの温度)
DESCRIPTION OF
Quantity detection means, target temperature setting means, filter temperature estimation means)
3
6 Injector (reproducing means)
7 Oxidation catalyst (catalyst)
8 Filter 12 Air flow sensor (Exhaust gas flow rate detection means)
13 First exhaust gas temperature sensor (pre-catalyst gas temperature detection means)
14 Second exhaust gas temperature sensor (gas temperature detection means before filter)
TUDPF filter rising temperature TDPFG pre-filter gas temperature QEG exhaust gas flow rate TCATG pre-catalyst gas temperature TDPFREF predetermined target temperature for filter TDPFCMD pre-filter gas temperature TDPFG target temperature TDPF filter temperature (estimated filter temperature)
Claims (4)
排気系に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
前記排気系の前記フィルタよりも上流側に設けられ、排ガスを酸化する触媒と、
当該触媒よりも上流側において排ガス中に未燃燃料を供給することによって、前記フィルタを再生する再生手段と、
当該再生手段の再生動作中に未燃燃料が前記フィルタにおいて燃焼することによって上昇した前記フィルタの上昇温度を算出するフィルタ上昇温度算出手段と、
前記排気系の前記触媒と前記フィルタとの間に設けられ、排ガスの温度をフィルタ前ガス温度として検出するフィルタ前ガス温度検出手段と、
当該検出されたフィルタ前ガス温度および前記算出されたフィルタの上昇温度に応じて、前記再生手段の再生動作を制御する再生制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device for an internal combustion engine that purifies exhaust gas by collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine,
A filter provided in the exhaust system for collecting particulates in the exhaust gas;
A catalyst provided upstream of the filter of the exhaust system and oxidizing exhaust gas;
Regenerating means for regenerating the filter by supplying unburned fuel into the exhaust gas upstream of the catalyst;
A filter rise temperature calculation means for calculating an increase temperature of the filter that has been increased by burning unburned fuel in the filter during the regeneration operation of the regeneration means;
A pre-filter gas temperature detecting means that is provided between the catalyst of the exhaust system and the filter and detects the temperature of the exhaust gas as the pre-filter gas temperature;
A regeneration control means for controlling the regeneration operation of the regeneration means in accordance with the detected pre-filter gas temperature and the calculated temperature rise of the filter;
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising:
前記排気系の前記触媒よりも上流側に設けられ、排ガスの温度を触媒前ガス温度として検出する触媒前ガス温度検出手段と、をさらに備え、
前記フィルタ上昇温度算出手段は、前記検出された排ガス流量および触媒前ガス温度の少なくとも一方に応じて、前記フィルタの上昇温度を算出することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 Exhaust gas flow rate detecting means for detecting the flow rate of exhaust gas;
A pre-catalyst gas temperature detecting means provided upstream of the catalyst in the exhaust system and detecting the temperature of the exhaust gas as the pre-catalyst gas temperature;
2. The exhaust gas of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the filter rising temperature calculating means calculates the rising temperature of the filter according to at least one of the detected exhaust gas flow rate and pre-catalyst gas temperature. Purification equipment.
前記再生制御手段は、前記フィルタ前ガス温度が前記設定された目標温度になるように前記再生手段の再生動作を制御することを特徴とする、請求項1または2に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 A target temperature setting means for setting a target temperature of the pre-filter gas temperature according to a predetermined target temperature of the filter and a rising temperature of the filter during the regeneration operation of the regeneration means;
The exhaust gas purification of an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the regeneration control means controls the regeneration operation of the regeneration means so that the pre-filter gas temperature becomes the set target temperature. apparatus.
前記再生制御手段は、前記再生手段の再生動作の終了タイミングを、前記推定されたフィルタの温度に基づいて決定することを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 Filter temperature estimating means for estimating the temperature of the filter based on the pre-filter gas temperature and the rising temperature of the filter;
The exhaust gas of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the regeneration control means determines the end timing of the regeneration operation of the regeneration means based on the estimated filter temperature. Purification equipment.
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