JP2007023792A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、排気浄化装置に係り、特に、エンジンから排出されるパティキュレートを処理する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 that processes particulates discharged from an engine.
特許文献1には、ディーゼルエンジンから排出されたパティキュレート(主な成分はカーボン粒子)を処理するDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)装置が開示されている。このDPF装置を車両の排気系に設けることにより、排気ガス中のパティキュレートはDPF装置に捕捉される。また、排気ガス中には、エンジンオイルが燃焼したときに発生するオイルアッシュが、微量であるが含まれており、パティキュレートと共にDPF装置に捕捉される。DPF装置にパティキュレート及びオイルアッシュが捕捉されるとDPF装置の前後の差圧が上昇するため、ディーゼルエンジンの運転中にこの差圧を監視し、差圧が所定値以上になったらDPF装置の再生を行う。
特許文献1においてDPF装置の再生は、燃料の噴射時期を遅らせる、あるいは、通常の燃料噴射後に更に燃料を1回噴射することで、排気ガス温度を上昇させて、パティキュレートを燃焼除去することにより行われる。しかし、エンジン部品の無機成分等に由来するオイルアッシュについては、パティキュレートのように燃焼除去することができず、再生後もDPF装置へ捕捉されたままとなる。このため、再生によってパティキュレートを完全に除去したとしても、DPF装置の前後の差圧は、捕捉されているオイルアッシュの分だけ高い値を示すようになる。DPF装置の再生回数が多くなり、DPF装置に捕捉されているオイルアッシュの量が多くなると、DPF装置の前後の差圧が所定値以上であるものの、実際に捕捉されているパティキュレートの量があまり多くない状態になる。すると、DPF装置の再生において、再生時間が必要以上に長くなってしまい、燃費低下を招いてしまう。
DPF装置の前後の差圧だけでは、DPF装置に捕捉されているパティキュレート及びオイルアッシュの割合が検出できない。そこで、特許文献1では、車両の走行距離やエンジンの運転履歴等に基づいて推定されたオイルアッシュの堆積量に基づき、再生開始の判定時にDPF装置の前後の差圧と比較する所定値を補正することにより、DPF装置に実際に捕捉されているパティキュレートの量が常に一定となった時に、再生処理が行なわれるようにした。これにより、適正なタイミングで再生が開始され、燃費の悪化を防止することができる。
なお、DPF装置に捕捉されたパティキュレートを焼却し、DPF装置の再生を行う手段として、特許文献1に記載されたように、エンジンから排出される排気ガスの温度自体を上昇させる他にも、特許文献2に記載されたように、DPF装置に電気ヒータを設け、ヒータを通電することでDPF装置を直接加熱し、再生を行なうものが知られている。また、特許文献3及び4に記載されたように、排気系のDPF装置の上流側に酸化触媒を配置すると共に、燃焼室内でのポスト噴射や、排気系に配置された燃料添加弁による燃料噴射にて、排気ガス中に燃料を添加し、酸化触媒上にて燃料成分を反応させて、高温のガスを下流のDPF装置に供給する技術が知られている。
In
The ratio of particulates and oil ash trapped in the DPF device cannot be detected only by the differential pressure before and after the DPF device. Therefore, in
In addition to increasing the temperature of the exhaust gas discharged from the engine itself as described in
しかしながら、ディーゼルエンジンの運転状況によっては、再生が完全には行えなかったり、再生の途中でディーゼルエンジンの運転を停止してしまったりすることによって、パティキュレートが燃え残る場合がある。DPF装置の再生時、パティキュレートは一様に燃焼するわけではない。例えば、特許文献1の様な形式のDPF装置では、フィルタの前端或いは中心部より燃え始めるため、燃え残りもDPF装置内部に偏って発生し、パティキュレートの堆積むらとなる。DPF装置の前後の差圧は、DPF装置の内部に一様にパティキュレートが捕捉されている状態と、DPF装置の内部に堆積むらがある状態とでは異なる値になるため、一旦燃え残りが発生すると、特許文献1の方法でも、捕捉しているパティキュレートの量を正確に反映することができなくなるといった問題点があった。
However, depending on the operating condition of the diesel engine, the particulate matter may remain unburned due to the fact that the regeneration cannot be performed completely or the operation of the diesel engine is stopped during the regeneration. During regeneration of the DPF device, the particulates do not burn uniformly. For example, in the DPF device of the type as disclosed in
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、パティキュレートの燃え残りが発生しても、適切にDPF装置の再生を実施できる排気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 such problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device that can appropriately regenerate a DPF device even if particulate burnout remains. .
この発明に係る排気浄化装置は、排気ガス中のパティキュレートを処理する排気浄化装置において、排気浄化装置は、パティキュレートを捕捉するDPF装置と、DPF装置の前後の差圧を検出する差圧検出手段と、排気ガスの流量を検出する排気ガス流量検出手段と、堆積物の無い状態のDPF装置における、差圧及び流量の関係である基準DPF特性が記憶された制御手段とを備え、制御手段は、排気ガス流量検出手段により検出された流量に対する差圧検出手段により検出された差圧の実測変化率と、基準DPF特性より得られる基準変化率とを比較し、実測変化率と基準変化率との差が所定値より小さい場合に、DPF装置にパティキュレートの燃え残りがない、と判定することを特徴とする。
実測変化率は、排気ガスの任意の異なる2つの流量の差に対する、差圧検出手段により検出された2つの流量における差圧の差の比であり、基準変化率は、2つの流量の差に対する、基準DPF特性より得られた2つの流量における差圧の差の比であり、制御手段は、2つの比の差が所定値よりも小さい場合に、DPF装置にパティキュレートの燃え残りがない、と判定するようにしてもよい。
排気浄化装置は、DPF装置に流入する排気ガスの温度を検出する、温度検出手段をさらに備え、制御手段は、排気ガス流量検出手段による検出値を、排気ガスの温度によって補正するようにしてもよい。
排気浄化装置は、DPF装置の上流に設けられた触媒と、触媒の上流に設けられた燃料添加手段とを備え、制御手段は、DPF装置におけるパティキュレートの燃え残りの有無に基づいて、次回のDPF装置の再生における、燃料添加手段から噴射される燃料添加量を調整するようにしてもよい。
排気浄化装置は、DPF装置を加熱する電熱手段を備え、制御手段は、DPF装置におけるパティキュレートの燃え残りの有無に基づいて、次回のDPF装置の再生における、電熱手段の加熱条件を調整するようにしてもよい。
The exhaust purification apparatus according to the present invention is an exhaust purification apparatus that processes particulates in exhaust gas. The exhaust purification apparatus detects a differential pressure before and after the DPF apparatus that captures the particulates and the DPF apparatus. Means for detecting the flow rate of the exhaust gas, and control means for storing reference DPF characteristics that are the relationship between the differential pressure and the flow rate in the DPF device without deposits. Compares the measured change rate of the differential pressure detected by the differential pressure detecting means with respect to the flow rate detected by the exhaust gas flow rate detecting means and the reference change rate obtained from the reference DPF characteristics, and compares the measured change rate and the reference change rate. Is less than a predetermined value, it is determined that there is no particulate burnout in the DPF device.
The actual change rate is the ratio of the differential pressure difference between the two flow rates detected by the differential pressure detection means to the difference between any two different flow rates of the exhaust gas, and the reference change rate is the difference between the two flow rates. , The ratio of the differential pressure difference between the two flow rates obtained from the reference DPF characteristics, the control means, when the difference between the two ratios is smaller than a predetermined value, there is no particulate burnout in the DPF device, May be determined.
The exhaust emission control device further includes a temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF device, and the control means corrects the detection value by the exhaust gas flow rate detection means based on the temperature of the exhaust gas. Good.
The exhaust purification device includes a catalyst provided upstream of the DPF device, and fuel addition means provided upstream of the catalyst, and the control means determines whether or not the next time the particulates remain unburned in the DPF device. You may make it adjust the fuel addition amount injected from a fuel addition means in reproduction | regeneration of a DPF apparatus.
The exhaust emission control device includes an electric heating means for heating the DPF device, and the control means adjusts the heating condition of the electric heating means in the next regeneration of the DPF device based on the presence or absence of unburned particulates in the DPF device. It may be.
この発明によれば、制御手段は、実測変化率と、基準変化率とを比較し、実測変化率と基準変化率との差が所定値より小さい場合に、DPF装置にパティキュレートの燃え残りがない、と判定することにより、パティキュレートの燃え残りが発生しても、次回以降の再生において、新たに捕捉されたパティキュレートだけでなく燃え残ったパティキュレートも含めて燃焼除去できる条件を設定することができるので、適切にDPF装置の再生を実施することができる。 According to the present invention, the control means compares the actual change rate with the reference change rate, and if the difference between the actual change rate and the reference change rate is smaller than the predetermined value, the particulate unburned residue remains in the DPF device. By determining that there is no burnout, even if particulate burnout occurs, conditions are set so that not only newly captured particulates but also unburned particulates can be burned and removed during the next regeneration. Therefore, the regeneration of the DPF device can be performed appropriately.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
この実施の形態1に係る排気浄化装置の構成を図1に示す。4気筒エンジンのシリンダヘッド1には、吸気マニフォルド3及び排気マニフォルド4が接続されている。4つの気筒2のそれぞれには、気筒2内に燃料を噴射するインジェクションノズル9が設けられている。インジェクションノズル9は、高圧の燃料を微細な噴霧状態にして気筒2内に噴射する電磁弁である。それぞれのインジェクションノズル9は、共通のコモンレール8に接続されている。コモンレール8には、燃料通路5の一端が接続されている。燃料通路5の他端は、燃料供給ポンプ6に接続されている。コモンレール8は、燃料供給ポンプ6から高圧の燃料の供給を受けると共に、一部の燃料をリリーフ弁25により排出し、排出通路26を介して図示しない燃料タンク等の燃料供給系に戻すことで、常に内部に所定の圧力の高圧燃料が維持されるようになっている。燃料供給ポンプ6には、燃料通路7の一端が接続されている。燃料通路7の他端は、燃料タンクに接続されている。コモンレール8内の高圧燃料の圧力を利用し、インジェクションノズル9の開閉時間を制御することで、所望の量の燃料が気筒2内に噴射されるようになっている。
吸気マニフォルド3には、吸気通路14が接続されている。吸気通路14の入口14aには、吸入空気中に含まれる塵芥を除去するエアクリーナ15が配置されている。エアクリーナ15の下流には、順次、吸入空気量を調整するスロットル弁16(絞り弁)、及び吸気負圧を検出する負圧センサ21が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows the configuration of the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment. An
An
排気マニフォルド4には、排気ガスが流通する排気通路11が接続されている。また、排気マニフォルド4には、排気マニフォルド4の内部に燃料を供給する燃料添加ノズル10が設けられている。燃料添加ノズル10は、燃料通路27を介して燃料供給ポンプ6と連通しており、コモンレール8内よりも低圧の燃料が供給されるようになっている。排気通路11には、上流から下流に向って、酸化触媒12及びDPF装置13が設けられている。酸化触媒12及びDPF装置13間には、DPF装置13に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ23が設けられている。また、DPF装置13の前後の差圧を検出するための差圧センサ24が設けられている。ここで、温度センサ23は温度検出手段を構成し、差圧センサ24は差圧検出手段を構成する。
An
また、制御手段としてECU20が設けられ、ECU20には、燃料供給ポンプ6、インジェクションノズル9、燃料添加ノズル10、負圧センサ21、エンジン回転数センサ17、アクセルセンサ18、温度センサ23、及び差圧センサ24が電気的に接続されている。エンジン回転数センサ17は、エンジンのクランクシャフト端部付近に配置され、エンジン回転数を検出するセンサである。また、アクセルセンサ18は、運転者により操作されるアクセルペダル19の踏み角を検出するセンサである。ECU20は、運転者により操作されるアクセルペダル19の踏み角と、エンジンの運転状態とに基づき、インジェクションノズル9を制御することによって燃料供給量を調整する。
また、ECU20は、排気ガス流量とDPF装置13の前後の差圧との関係(以下、DPF特性と称する)を表すマップ、後述するフローチャートにより算出される添加燃料の燃料添加量(初期値=Q0)、同添加燃料の増量又は減量演算の有無に関するN回分の情報、及びオイルアッシュ量又はオイルアッシュ量に相当する差圧(初期値=0)を記憶したメモリ20aを備えている。マップには、図2のグラフに簡略化して示されるような、パティキュレート及びオイルアッシュを捕捉する前のDPF特性F0が設定されている。これにより、例えば、2つの任意の排気ガス流量M1,M2(M1<M2)におけるDPF装置13の前後の差圧はそれぞれ、ΔP01及びΔP02となる。このマップより、(M1,ΔP01)及び(M2,ΔP02)間における流量の差(M2−M1)に対する差圧の差(ΔP12−ΔP11)の比S0が算出できる。ここで、DPF特性F0は、基準DPF特性を構成する。排気ガス流量は、空気が気筒2内に吸入される際の吸気負圧と、エンジン回転数と、ECU20の制御による気筒2内へ噴射される燃料の噴射量とから算出される。ここで、負圧センサ21、エンジン回転数センサ17及びECU20は、排気ガス流量検出手段を構成する。なお、DPF特性F0に基づいて、排気ガス流量から差圧を決定するためには、排気ガス流量を排気ガス温度に対して補正する必要がある。この補正方法については後述する。また、図2は、このような温度補正を反映させることによって厳密に示そうとすると、排気ガス温度に基づく1軸を追加した3次元のマップとなり、このマップにおいてDPF特性F0は湾曲面形状をなす。しかし、実施の形態1では、2点の運転状態の比較までしか行なわないため、図2に示した2次元のマップにて特に問題は無い。
Further, an
The
次に、この実施の形態1に係る排気浄化装置の動作を説明する。
図1に示されるように、エンジンが始動すると、燃料供給ポンプ6は、燃料通路7,5を介して、図示しない燃料タンクから燃料をコモンレール8に供給し、コモンレール8内に所定の高圧燃料を維持する。
また、エンジンが始動すると、吸入空気が、吸気通路14及び吸気マニフォルド3を介して各気筒2内に吸入される。この際、負圧センサ21によって、各気筒2内に吸入される空気の負圧が検出される。各気筒2内では、図示しないピストンにより空気が圧縮されると共に、各インジェクションノズル9から燃料が噴射される。なお、燃料の供給量は、ECU20により制御され、インジェクションノズル9の開閉時間を変更することにより調整される。これにより、各気筒2内で燃焼が起こる。各気筒2内における燃焼により生じた排気ガスは、各気筒2から排出されて排気マニフォルド4に集められ、排気通路11を流通する。排気通路11を流通する排気ガスは、酸化触媒12を通過後、DPF装置13に流入し、DPF装置13によって、排気ガス中に含まれるパティキュレート及びオイルアッシュといった固定微粒子が捕捉された後、車外に排出される。
Next, the operation of the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, when the engine is started, the
When the engine is started, intake air is drawn into each
エンジンが、前回のDPF装置13の再生終了から所定時間稼動した後、ECU20は、例えば排気ガス温度が所定温度以上であるといった条件のように、エンジンの運転状態がDPF装置13の再生に適した条件を備えていれば、燃料添加ノズル10を作動させる。これにより、排気マニフォルド4内に燃料の供給が開始され、DPF装置13の再生が開始される。添加される燃料は、噴射1回当たりの所定の設定量が噴射され、複数回の噴射によって予め決められた燃料添加量の供給を完了する。燃料添加量の総量は、噴射回数の増減にて調整される。排気マニフォルド4内に供給された燃料は、排気ガスに同伴されて、酸化触媒12に流入する。燃料は酸化触媒12によって酸化し、この酸化反応の反応熱により、下流に流れる排気ガスの温度が上昇する。排気ガス温度が上昇して所定温度以上になると、DPF装置13に捕捉されているパティキュレートは燃焼除去される。一方、DPF装置13に捕捉されているオイルアッシュは燃焼除去されず、DPF装置13に捕捉されたままとなり、再生を繰り返す毎に、次第に堆積する。予め決められた量だけ、排気マニフォルド4内に燃料を供給した後、ECU20は、燃料添加ノズル10の燃料噴射を停止することにより、DPF装置13の再生を終了する。DPF装置13の再生終了後、再生終了後のDPF特性と基準DPF特性とを比較することにより、次回の再生において供給される燃料の供給量を決定する。
After the engine has been operating for a predetermined time since the end of regeneration of the
次に、図3のフローチャートを用いて、DPF装置13の再生において供給される添加燃料の供給量を決定する手順を説明する。
DPF装置13の再生が終了した直後、次回の再生時における燃料添加量の演算が開始される。まず、ステップS1において、ECU20は、任意の運転状態にて、差圧センサ24及び温度センサ23による検出値から、排気ガス流量M1におけるDPF装置13の前後の差圧ΔP11、及び排気ガス温度を検知する。それとともに、メモリ20aに記憶されたオイルアッシュ量とDPF特性F0とに基づき、排気ガス流量M1における差圧ΔPMを推定する。ΔPMを推定する過程で、DPF特性F0から排気ガス流量M1における差圧ΔP01を求める必要があるが、この際、排気ガス流量M1を温度センサ23によって検出された排気ガス温度に対して補正をする必要がある。この補正に用いるマップを図4に示す。横軸は、負圧センサ21、エンジン回転数センサ17及びECU20により検出された排気ガス流量を、縦軸は、温度センサ23により検出された排気ガス温度を示している。横軸及び縦軸のそれぞれを任意の間隔で区分することによって、グラフ上に格子状の複数の区画が画定されている。各区画には、排気ガス温度によって補正された排気ガス流量に対するDPF装置13の前後の差圧に相当する値が割り当てられている。尚、図4では、複数の区画は全て正方形の形状となっているが、横軸及び縦軸のそれぞれを区分する間隔は任意であり、この区画は必ずしも正方形である必要はない。図4において、排気ガス流量M1及び排気ガス温度T1からは、斜線で示された区画が決定され、この区画に割り当てられた差圧ΔP01が、DPF特性F0から求められた差圧となる。この差圧ΔP01とメモリ20aに記憶されたオイルアッシュ量とから、排気ガス流量M1における差圧ΔPMが推定される。
Next, a procedure for determining the supply amount of the added fuel supplied in the regeneration of the
Immediately after the regeneration of the
次に、ECU20は、(ΔP11−ΔPM)が所定値a以上か否かを判定する(ステップS2)。ステップS2において、(ΔP11−ΔPM)が所定値a以上であると判定された場合には、ステップS3に進むが、その前準備として、新たに、排気流量がM2(M1≠M2、この例ではM1<M2)の時における差圧ΔP12及び排気ガス温度を検出する。図5に示されるように、ECU20は、メモリ20aに記憶されたマップ上に(M1,ΔP11)及び(M2,ΔP12)をプロットし、この2点間における流量の差(M2−M1)に対する差圧の差(ΔP12−ΔP11)の比であるS1を算出する。その後、ECU20は、(S1−S0)が所定値b以上か否かを判定する(ステップS3)。ここで、S0及びS1はそれぞれ、基準変化率及び実測変化率を構成する。
エンジン稼動中におけるDPF特性は、捕捉されたパティキュレート及びオイルアッシュといった固体微粒子の堆積状態の影響を受ける。DPF装置13に捕捉された固体微粒子の堆積状態は、エンジン稼動中に変化し続けるので、排気ガス流量検出手段及び差圧検出手段による検出値を利用して、メモリ20aに記憶されたマップ上にエンジン稼動中のDPF特性を厳密に表すことは難しい。そこで、任意の時点におけるエンジン稼動中の仮想的なDPF特性をF1とする。ここで、DPF特性F1は、2点(M1,ΔP11)及び(M2,ΔP12)を含むものとする。固体微粒子がDPF装置13内に一様に堆積している場合は、図5に示されるように、DPF特性F1は、DPF特性F0と比較して、線形状は変化せず、線が上側にスライドする。一方、固体微粒子がDPF装置13内に偏った堆積むらのある状態で堆積している場合は、図6に示されるように、DPF特性F1は、排気ガス流量の多い側で、DPF特性F0と比較し、DPF装置13の前後の差圧が大きくなる傾向を示すように線形状が変化する。DPF装置13の再生の影響を受けないオイルアッシュは、DPF装置13内にて一様に堆積するため、DPF特性の線形状が変化する場合は、パティキュレートの燃え残りが原因となっていることがわかる。
もし、再生によりパティキュレートが完全に焼却されて、オイルアッシュの堆積のみが差圧に影響している場合は、S1とS0とはほぼ等しくなるため、(S1−S0)は所定値bよりも小さくなる。一方8、パティキュレートが燃え残っている場合には、DPF装置13内に堆積むらのある状態でパティキュレートが堆積しているので、(S1−S0)は所定値b以上となる。
Next, the
The DPF characteristics during engine operation are affected by the accumulated state of solid particulates such as trapped particulates and oil ash. Since the accumulation state of the solid fine particles captured by the
If particulates are completely incinerated by regeneration and only oil ash accumulation affects the differential pressure, S 1 and S 0 are almost equal, and (S 1 -S 0 ) is predetermined. It becomes smaller than the value b. On the other hand, when the particulates remain unburned, the particulates are accumulated in the
ステップS3において、(S1−S0)の値が所定値bよりも小さいと判定された場合には、ECU20は、DPF装置13にはパティキュレートの燃え残りがなく、オイルアッシュのみが堆積していると判断する。この場合、(ΔP11−ΔPM)からオイルアッシュ量を算出することができ、その算出値をメモリ20aに上書きして記憶する。(ステップS4)。その後、ステップS1に移り、メモリ20aに記憶されたオイルアッシュ量に基づいて、同様の操作を繰り返す。なお、オイルアッシュ量は、差圧の算出にのみ用いられるため、差圧をオイルアッシュ量に換算せず、対応する差圧の値そのものを記憶しても良い。
一方、ステップS3において、(S1−S0)の値が所定値b以上であると判定された場合、ECU20は、DPF装置13にパティキュレートの燃え残りがあると判断する。この場合、次回以降の再生時において、この燃え残ったパティキュレートも含めて燃焼除去する必要があるため、ECU20は、排気マニフォルド4内に添加する燃料添加量を所定量だけ増加する演算を行い(ステップS5)、メモリ20aに増加後の燃料添加量を上書きして記憶する(ステップS6)。尚、ここで燃料添加量の増加分を所定量としている理由は、後述する。
When it is determined in step S3 that the value of (S 1 −S 0 ) is smaller than the predetermined value b, the
On the other hand, when it is determined in step S3 that the value of (S 1 −S 0 ) is equal to or greater than the predetermined value b, the
また、ステップS2において、(ΔP11−ΔPM)が所定値aよりも小さいと判定された場合には、ステップS7に移り、過去N回のDPF装置13の再生後において、燃料添加量の増量または減量を行ったかどうかを判定する。Nとは、予め決められた任意の回数であり、任意の値が設定可能である。ここで、燃料の増量または減量はなし、と判断した場合は、ステップS8に移る。尚、N回の役割については後述する。ステップS8では、ECU20が、燃料添加量を所定量だけ減量する演算を行い、続くステップS6にて、メモリ20aに減量後の燃料添加量を上書きして記憶する。また、ステップS7にて、燃料の増量または減量はあり、と判断した場合は、ステップS8を省略して、ステップS6に処理が移る。この場合は、燃料添加量を変更する計算を行なっていないので、前回の燃料添加量がそのままメモリ20aに維持される。
If it is determined in step S2 that (ΔP 11 −ΔP M ) is smaller than the predetermined value a, the process proceeds to step S7, and the fuel addition amount is increased after the regeneration of the
その後、DPF装置13の再生終了後から所定時間だけエンジンが稼動したら、メモリ20aに記憶された燃料添加量で燃料の供給を開始することにより、再びDPF装置13の再生が行われる。この再度のDPF装置13の再生が終了したら、上述した手順で、次回の再生において供給される燃料の供給量を決定する。
ステップS5にて燃料噴射量の増量分を所定量としている。これは、パティキュレートの燃え残りの量の誤検出が生じた場合に、燃料噴射量の不要な増量が行なわれ、燃費の悪化や過熱による触媒の劣化が生じることを防止するため、1回当たりの燃料噴射量の増量分を制限することを目的とする。パティキュレートの燃え残りの形態は必ずしも一様ではないため、ステップS3においてパティキュレートの燃え残りが有ることを認識しても、その燃え残りの量を正確に算出することは難しい。さらに、エンジン運転状態の過渡状態等に起因し、各センサが誤検出を生じることもある。そこで、燃え残りの量に対応した分だけ燃料噴射量を増量し、次回のDPF装置13の再生時に一度で燃え残りを焼却するのではなく、この実施の形態1では、次回を含めた複数回の再生にて、燃え残りを解消する処理方法を取っている。
具体的に、パティキュレートの燃え残りがあったと判定された場合(ステップS3において「NO」に相当)について、次回の燃料添加量の演算時のステップS2、ステップS3、ステップS7等の処理を例示する。DPF装置13の再生終了後、次回の再生における燃料添加量の演算が開始される。燃料添加量が増量されているため、次回のDPF装置13の再生時には、新たに捕捉されたパティキュレートに加え、前回の燃え残りの一部も焼却される。前回の燃え残りが少量の場合、差圧ΔP11は小さな値となり、ステップS2は「NO」となる。ステップS7では、前回燃料添加量の増量を行なっているので「YES」となり、ステップS8は省略され、1回分の所定量が増量された燃料添加量が維持される。これは、燃え残りを完全に焼却するための配慮で、例えば、N=3と設定した場合、1回分の所定量が増量された燃料添加量でDPF装置13の再生を3回行なった後、燃料添加量は減量される。
一方、前回の燃え残りが多量の場合、ステップS2及びステップ3を経て、ステップS5に至り、更に所定量だけ燃料添加量が増量される。
Thereafter, when the engine is operated for a predetermined time after the regeneration of the
In step S5, the increment of the fuel injection amount is set to a predetermined amount. This is to prevent the fuel injection amount from being increased unnecessarily when erroneous detection of the amount of unburned particulates occurs, and to prevent deterioration of fuel consumption and catalyst deterioration due to overheating. The purpose is to limit the increase in the fuel injection amount. Since the form of unburned particulates is not necessarily uniform, it is difficult to accurately calculate the amount of unburned residue even if it is recognized in step S3 that there is unburned particulates. Further, each sensor may cause a false detection due to a transient state of the engine operating state. Therefore, the fuel injection amount is increased by an amount corresponding to the amount of unburned fuel, and the unburned residue is not incinerated at a time when the
Specifically, when it is determined that there has been no unburned particulates (corresponding to “NO” in step S3), the processing of step S2, step S3, step S7, etc. at the next calculation of the fuel addition amount is exemplified. To do. After completion of regeneration of the
On the other hand, if the previous unburned residue is large, the process goes to step S5 through step S2 and
このように、ECU20は、DPF装置13の再生終了後、排気ガスの異なる2つの流量M1,M2において、流量の差(M2−M1)に対する、差圧センサ24により検出された流量M1,M2における差圧の差(ΔP12−ΔP11)の比S1と、流量の差(M2−M1)に対する、DPF特性F0より得られた流量M1,M2における差圧の差(ΔP02−ΔP01)の比S0との差(S1−S0)に基づいて、パティキュレートの燃え残りの有無を判定するようにしたので、パティキュレートの燃え残りがあった場合に、次回以降の再生において、新たに捕捉されたパティキュレートだけでなく燃え残ったパティキュレートも含めて燃焼除去することができる。
また、空気が気筒2内に吸入される際の吸気負圧とエンジン回転数と気筒2内へ噴射される燃料の噴射量とから算出された排気ガス流量に基づき、かつ、温度センサ23によって検出された排気ガス温度に従い補正することにより、排気ガスの圧損の変化を考慮したDPF装置13の前後の差圧が得られるので、パティキュレートの燃え残りの有無を精度よく判定することができる。
また、ECU20は、DPF装置13にパティキュレートの燃え残りがないと判定した場合、DPF装置13の再生において供給される燃料の供給量を減量し、燃え残りがあると判定した場合、燃料の供給量を増量するようにしたので、DPF装置13の再生において消費される燃料の供給量を最適化することができ、燃費を向上することができる。
In this way, after the regeneration of the
Further, based on the exhaust gas flow rate calculated from the intake negative pressure when the air is sucked into the
When the
実施の形態1では、排気ガス流量を、吸気負圧とエンジン回転数と燃料の噴射量とより算出しているが、これに限定するものではない。吸気通路11にエアフローメータを有するエンジンでは、エアフローメータにより検出される吸気流量と、燃料の噴射量とにより、排気ガス流量を算出することができる。この場合には、エアフローメータとECU20とが、排気ガス流量検出手段となる。
In the first embodiment, the exhaust gas flow rate is calculated from the intake negative pressure, the engine speed, and the fuel injection amount. However, the present invention is not limited to this. In an engine having an air flow meter in the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る排気浄化装置を説明する。尚、以下の実施の形態において、図1の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態2に係る排気浄化装置は、実施の形態1に対して、燃料添加ノズル10及び触媒12のかわりに、電熱手段によってDPF装置13を加熱することによりDPF装置13を再生するようにしたものである。図7に示されるように、DPF装置13の上流に、電熱手段である電熱ヒータ30が設けられ、電熱ヒータ30は、ECU20に電気的に接続されている。その他の構成については、実施の形態1と同じである。
Next, an exhaust purification system according to
The exhaust purification device according to
次に、この実施の形態2に係る排気浄化装置の動作を、図7に基づいて説明する。エンジンが所定時間稼動した後、ECU20は、DPF装置13が予め設定された温度になるように、電熱ヒータ30を作動させてDPF装置13を加熱する。これにより、DPF装置13に捕捉されたパティキュレートは燃焼除去されて、DPF装置13が再生される。また、実施の形態1と同様に、DPF装置13に捕捉されたオイルアッシュは燃焼除去されずに、DPF装置13に捕捉されたままとなる。DPF装置13の再生が終了した後、ECU20は、実施の形態1と同様にしてパティキュレートの燃え残りの有無を判定する。さらに、パティキュレートの燃え残りの有無に基づいて、次回のDPF装置13の再生において、電熱ヒータ30がDPF装置13を加熱する条件、例えば、加熱温度の調整を行う。
Next, the operation of the exhaust gas purification apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. After the engine has operated for a predetermined time, the
次に、この加熱条件の調整を行う手順について、図8のフローチャートを用いて説明する。
ステップS10〜S13については、実施の形態1における図3のフロートチャート中のステップS1〜S4と同じである。ステップS12において、(S1−S0)が所定値b以上であると判定された場合には、ECU20は、次回の再生時において、燃え残ったパティキュレートも含めて燃焼除去する必要があるため、電熱ヒータ30の設定温度を一定温度だけ低下する演算を行い(ステップS14)、メモリ20aに低下後の設定温度を記憶する(ステップS15)。ここで、パティキュレートの燃え残りがある場合に電熱ヒータ30の設定温度を低下するのは、燃え残った分だけパティキュレートの量が多いためである。すなわち、電熱ヒータ30の設定温度を比較的低目となるように加熱条件を調整すると、一部のパティキュレートのみが燃焼する。一部のパティキュレートが燃焼し始めると、その燃焼が順次残りのパティキュレートに伝わって、緩やかにパティキュレートが燃焼される。これにより、多量のパティキュレートが一気に燃焼して高熱を発し、DPF装置13が損傷してしまうことを防ぐことができる。
また、ステップS11において、(ΔP11−ΔPM)が所定値aよりも小さいと判定された場合には、ステップS16に移り、過去N回のDPF装置13の再生後において、電熱ヒータ30の設定温度の上昇または低下を行ったかどうかを判定する。設定温度の上昇・低下を行っていない場合には、ECU20は、電熱ヒータ30の設定温度を一定温度だけ上昇する演算を行い(ステップS17)、メモリ20aに上昇後の設定温度を記憶する(ステップS15)。ここで、パティキュレートの燃え残りがない場合に電熱ヒータ30の設定温度を上昇するのは、オイルアッシュの分だけパティキュレートの量が少ないためである。すなわち、パティキュレートが少ないときは、一部のパティキュレートを燃焼させても、その燃焼が残りのパティキュレートに伝わりにくい。このため、捕捉されているパティキュレートを一気に燃焼できるように、ECU20は電熱ヒータ30の温度が比較的高めとなるように加熱条件を調整する。パティキュレートが少なければ、一気に燃焼させても高熱が発生せず、DPF装置13の損傷には至ることはない。尚、ステップS16の役目は、図3のフローチャートにおけるステップS7と同じであるため、その説明は省略する。
その他の動作については、実施の形態1と同じである。
Next, the procedure for adjusting the heating conditions will be described with reference to the flowchart of FIG.
Steps S10 to S13 are the same as steps S1 to S4 in the float chart of FIG. 3 in the first embodiment. If it is determined in step S12 that (S 1 -S 0 ) is equal to or greater than the predetermined value b, the
If it is determined in step S11 that (ΔP 11 −ΔP M ) is smaller than the predetermined value a, the process proceeds to step S16, and after the past N regenerations of the
Other operations are the same as those in the first embodiment.
このように、ECU20は、DPF装置13にパティキュレートの燃え残りがないと判定した場合、次回のDPF装置13の再生における電熱ヒータ30の設定温度を上昇し、燃え残りがあると判定した場合、電熱ヒータ30の設定温度を低下するようにしたので、DPF装置13の再生における電熱ヒータ30の加熱条件を最適化することができるので、不適切な加熱条件によってDPF装置13を損傷してしまうことを防ぐことができる。
As described above, when the
尚、実施の形態2では、電熱ヒータ30の加熱条件を加熱温度として説明したが、これに限定するものではない。加熱条件を、電熱ヒータ30の作動時間としてもよい。この場合、パティキュレートの燃え残りがある場合には、一部のパティキュレートを燃焼させるために、作動時間を短縮する。一方、パティキュレートの燃え残りがない場合には、一部のパティキュレートが燃焼してもその燃焼が残りのパティキュレートに伝わりにくいため、電熱ヒータ30による加熱によってパティキュレートの全てを燃焼できるように、作動時間を延長する。
In the second embodiment, the heating condition of the
実施の形態3.
次に、実施の形態3に係る排気浄化装置を説明する。この実施の形態3に係る排気浄化装置は、実施の形態1に対して、DPF装置13にパティキュレート及びオイルアッシュが捕捉されている状態で、燃料噴射量を調整するようにしたものである。実施の形態3に係る排気浄化装置の構成は、実施の形態1と同じである。したがって、以下に、燃料噴射量の調整を行う手順について、図9のフローチャートを用いて説明する。
この手順が開始されると、ECU20は、走行距離が所定値を超えたか否かを判定する(ステップS20)。これにより、再生開始のタイミングが決定される。走行距離が所定値を超えた場合、すなわちDPF装置13を再生するタイミングになった場合、ECU20は、温度センサ23による検出値が所定値を超えているか否かを判定する(ステップS21)。これは、エンジン負荷が低い場合には、排気ガス温度が低いため、排気ガスに燃料を供給しても触媒が活性化せず、DPF装置13に捕捉されているパティキュレートが燃焼しないことがあるからである。したがって、ステップS21は、エンジンの運転状態がDPF装置13を再生できる状態であるかどうかを判断してから再生を行うようにするためのステップである。
温度センサ23による検出値が所定値を超えており、DPF装置13の再生が行える状態の場合には、ステップS22に移り、ECU20は、任意の運転状態にて、差圧センサ24及び温度センサ23による検出値から、排気ガス流量M1におけるDPF装置13の前後の差圧ΔP11、及び排気ガス温度を検知する。それとともに、実施の形態1で説明した方法と同様にして排気ガス流量M1における差圧ΔPMを推定する。
Next, an exhaust emission control apparatus according to
When this procedure is started, the
If the detected value by the
続くステップS23〜S26及びS29〜S30は、実施の形態1における図3のステップS2〜S5及びS7〜S8と同じである。ステップS26またはS30において、前回のDPF装置13における燃料添加量が増量または減量されると、その燃料添加量で排気マニフォルド4内に燃料が添加されることにより、DPF装置13の再生が開始される(ステップS27)。続くステップS28で、その燃料添加量がメモリ20aに記憶され、走行距離のデータがリセットされ、一連の手順が終了する。
燃料添加が開始されてから所定時間が経過したら、ECU20は、燃料添加を停止することにより、DPF装置13の再生を終了する。この後、上記手順を繰り返して、次回の再生における燃料噴射量の調整が行われる。
この実施の形態3に係る排気浄化装置においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
Subsequent steps S23 to S26 and S29 to S30 are the same as steps S2 to S5 and S7 to S8 of FIG. 3 in the first embodiment. In step S26 or S30, when the amount of fuel added in the
When a predetermined time has elapsed since the start of fuel addition, the
Also in the exhaust gas purification apparatus according to the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
実施の形態4.
次に、実施の形態4に係る排気浄化装置を説明する。この実施の形態4に係る排気浄化装置は、実施の形態2に対して、DPF装置13にパティキュレート及びオイルアッシュが捕捉されている状態で、燃料噴射量を調整するようにしたものである。実施の形態4に係る排気浄化装置の構成は、実施の形態2と同じである。したがって、以下に、燃料噴射量の調整を行う手順について、図10のフローチャートを用いて説明する。
この手順が開始されると、ECU20は、走行距離が所定値を超えたか否かを判定する(ステップS40)。これにより、再生開始のタイミングが決定される。その後のステップS41〜ステップS44は、実施の形態3における図9のステップS22〜S25と同じである。また、ステップS45〜S49については、図9のステップS26〜S30に対して、燃料添加量の減量を電熱ヒータ30の設定温度の上昇に変え、燃料添加量の増量を電熱ヒータ30の設定温度の低下に変えたものである。
この実施の形態4に係る排気浄化装置においても、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
Next, an exhaust emission control apparatus according to
When this procedure is started, the
Also in the exhaust gas purification apparatus according to the fourth embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
実施の形態1〜4では、基準変化率と実測変化率との差からパティキュレートの燃え残りを判定するに当たり、異なる2つの排気ガス流量M1,M2間における、2つの傾きS0とS1との差から判定を行ったが、これに限定するものではない。3つ以上の排気ガス流量におけるDPF装置13の前後の差圧の変化率の差から、判定を行ってもよい。
In the first to fourth embodiments, when determining the unburned particulate matter from the difference between the reference change rate and the actually measured change rate, two slopes S 0 and S 2 between two different exhaust gas flow rates M 1 and M 2 are used. Although the determination is made based on the difference from 1 , the present invention is not limited to this. The determination may be made from the difference in the change rate of the differential pressure before and after the
実施の形態1〜4では、排気ガス流量検出手段として、燃料供給ポンプ6及び負圧センサ21を用いたが、これらに限定するものではない。排気ガス流量は、吸気負圧及び燃料噴射量だけではなく、エンジンの回転数やエンジン冷却水温度等を利用して算出することもできる。したがって、燃料供給ポンプ6及び負圧センサ21の他に、エンジン回転数を検出するための回転数センサやエンジン冷却水温度を測定するための温度センサ等を含んだ各種機器の群から、適当に機器を選択してもよい。
In the first to fourth embodiments, the
実施の形態1〜4では、基準DPF特性がマップの形式でメモリ20aに記憶されているが、これに限定するものではない。基準DPF特性を数式の形でメモリ20aに記憶させてもよい。この場合、マップは必要なくなる。 In the first to fourth embodiments, the reference DPF characteristics are stored in the memory 20a in the form of a map, but the present invention is not limited to this. The reference DPF characteristic may be stored in the memory 20a in the form of an equation. In this case, no map is needed.
6 燃料供給ポンプ(排気ガス流量検出手段)、10 燃料添加ノズル(燃料添加手段)、12 酸化触媒、13 DPF装置、17 エンジン回転数センサ(排気ガス流量検出手段)、20 ECU(制御手段、排気ガス流量検出手段)、21 負圧センサ(排気ガス流量検出手段)、23 温度センサ(温度検出手段)、24 差圧センサ(差圧検出手段)、30 電熱ヒータ(電熱手段)。 6 Fuel supply pump (exhaust gas flow detection means), 10 Fuel addition nozzle (fuel addition means), 12 Oxidation catalyst, 13 DPF device, 17 Engine speed sensor (exhaust gas flow detection means), 20 ECU (control means, exhaust) Gas flow detection means), 21 negative pressure sensor (exhaust gas flow detection means), 23 temperature sensor (temperature detection means), 24 differential pressure sensor (differential pressure detection means), 30 electric heater (electric heating means).
Claims (5)
前記排気浄化装置は、
前記パティキュレートを捕捉するDPF装置と、
前記DPF装置の前後の差圧を検出する差圧検出手段と、
前記排気ガスの流量を検出する排気ガス流量検出手段と、
堆積物の無い状態の前記DPF装置における、前記差圧及び前記流量の関係である基準DPF特性が記憶された制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記排気ガス流量検出手段により検出された流量に対する前記差圧検出手段により検出された差圧の実測変化率と、基準DPF特性より得られる基準変化率とを比較し、前記実測変化率と前記基準変化率との差が所定値より小さい場合に、前記DPF装置に前記パティキュレートの燃え残りがない、と判定することを特徴とする排気浄化装置。 In an exhaust purification device that processes particulates in exhaust gas,
The exhaust purification device includes:
A DPF device for capturing the particulates;
Differential pressure detecting means for detecting a differential pressure before and after the DPF device;
Exhaust gas flow rate detecting means for detecting the flow rate of the exhaust gas;
Control means in which a reference DPF characteristic, which is a relationship between the differential pressure and the flow rate, is stored in the DPF device without deposits;
The control means compares the actual change rate of the differential pressure detected by the differential pressure detection means with respect to the flow rate detected by the exhaust gas flow rate detection means, and a reference change rate obtained from a reference DPF characteristic, and An exhaust emission control device, wherein when the difference between a change rate and the reference change rate is smaller than a predetermined value, it is determined that there is no unburned particulate matter in the DPF device.
前記基準変化率は、前記2つの流量の差に対する、前記基準DPF特性より得られた前記2つの流量における前記差圧の差の比であり、
前記制御手段は、2つの前記比の差が所定値よりも小さい場合に、前記DPF装置に前記パティキュレートの燃え残りがない、と判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。 The actual change rate is a ratio of the difference between the two pressures detected by the differential pressure detection means to the difference between two different flow rates of the exhaust gas.
The reference change rate is a ratio of a difference between the differential pressures at the two flow rates obtained from the reference DPF characteristics to a difference between the two flow rates.
2. The exhaust emission control device according to claim 1, wherein when the difference between the two ratios is smaller than a predetermined value, the control unit determines that there is no unburned particulate matter in the DPF device. .
前記制御手段は、前記排気ガス流量検出手段による検出値を、前記排気ガスの温度によって補正することを特徴とする請求項1または2に記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device further includes a temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF device,
3. The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the control unit corrects a detection value by the exhaust gas flow rate detection unit according to a temperature of the exhaust gas.
前記DPF装置の上流に設けられた触媒と、
前記触媒の上流に設けられた燃料添加手段と
を備え、
前記制御手段は、前記DPF装置における前記パティキュレートの燃え残りの有無に基づいて、次回の前記DPF装置の再生における、前記燃料添加手段から噴射される燃料添加量を調整することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device includes:
A catalyst provided upstream of the DPF device;
Fuel addition means provided upstream of the catalyst,
The said control means adjusts the fuel addition amount injected from the said fuel addition means in the reproduction | regeneration of the said DPF apparatus next time based on the presence or absence of the unburnt of the said particulate matter in the said DPF apparatus. The exhaust emission control device according to any one of Items 1 to 3.
前記制御手段は、前記DPF装置における前記パティキュレートの燃え残りの有無に基づいて、次回の前記DPF装置の再生における、前記電熱手段の加熱条件を調整することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device includes an electric heating means for heating the DPF device,
The said control means adjusts the heating conditions of the said electric heating means in the reproduction | regeneration of the said DPF apparatus next time based on the presence or absence of the unburned residue of the said particulate matter in the said DPF apparatus. The exhaust emission control device according to any one of the above.
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