JP2007170193A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンの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 engine 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(以下フィルタという)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(以下PMという)をフィルタで捕集し、PMが大気中に放出されないようにした排気浄化装置が知られている。
図12は、このような排気浄化装置に使用されるPM捕集用のフィルタの例としてその一部を示した模式図であり、図13は図12のフィルタの一部を拡大した図である。図12に示すようにフィルタ102は、上流側と下流側とを連通する通路102aが多数並設されると共に通路102aの上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されたセラミック担体102bからなり、図13に示すようにセラミック担体102bには内部に多数の細孔102cが形成されている。
Conventionally, a particulate filter (hereinafter referred to as a filter) has been provided in the exhaust passage of an engine such as a diesel engine, and particulates (hereinafter referred to as PM) contained in the exhaust discharged from the engine are collected by the filter. 2. Description of the Related Art An exhaust gas purification device that is prevented from being discharged into the inside is known.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a part of an example of a filter for collecting PM used in such an exhaust purification device, and FIG. 13 is an enlarged view of a part of the filter of FIG. . As shown in FIG. 12, the
このようなフィルタ102の上流側からエンジンの排気104が通路102a内に供給され、セラミック担体102b内の細孔102c内を流通して下流側に排出されることにより、排気中のPMがフィルタ102に堆積していく(図12中の符号106)。
フィルタにより排気中のPMの捕集を継続して行うことによって、捕集したPMがフィルタ内に次第に堆積していくと、これに伴って徐々に排気抵抗が増大する。フィルタへのPM堆積量が相当量に達すると、フィルタが目詰まりを起こしてフィルタの圧損によるエンジンの出力低下を無視することができなくなり、更にこれを放置すると最終的には排気流路が閉塞されてしまうことになるため、堆積したPMを何らかの方法で適宜焼却除去してフィルタの再生を行う必要があるが、フィルタの再生方法には連続再生と強制再生とがある。
The
By continuously collecting PM in the exhaust gas by the filter, when the collected PM gradually accumulates in the filter, the exhaust resistance gradually increases accordingly. When the amount of PM accumulated on the filter reaches a considerable amount, the filter becomes clogged, and the engine output drop due to the pressure loss of the filter cannot be ignored. Therefore, it is necessary to incinerate and remove the accumulated PM as needed to regenerate the filter, and filter regeneration methods include continuous regeneration and forced regeneration.
フィルタの連続再生は、フィルタの上流側に配設した酸化触媒によって排気中のNO(一酸化窒素)を酸化させることによりNO2(二酸化窒素)を生成し、このNO2や排気中に含まれるO2(酸素)を酸化剤として用いることにより、フィルタに堆積したPMを酸化させて連続的に除去するものである。
また、上述のような連続再生はエンジンの運転状態によって影響を受けるため、連続再生だけではフィルタに堆積したPMを十分に除去することができない。そこで、フィルタに堆積したPMを強制的に焼却して除去するために強制再生が行われる。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追加燃料を噴射することにより排気通路にHCを供給したりして、PMが燃焼可能な温度まで排気温度を上昇させることが知られている。
The continuous regeneration of the filter generates NO 2 (nitrogen dioxide) by oxidizing NO (nitrogen monoxide) in the exhaust gas by an oxidation catalyst disposed on the upstream side of the filter, and is contained in the NO 2 and the exhaust gas. By using O 2 (oxygen) as an oxidizing agent, PM deposited on the filter is oxidized and continuously removed.
Further, since the continuous regeneration as described above is affected by the operating state of the engine, the PM accumulated on the filter cannot be sufficiently removed only by the continuous regeneration. Therefore, forced regeneration is performed to forcibly incinerate and remove the PM accumulated on the filter. As a method of forced regeneration, HC is supplied into the exhaust from a fuel addition valve provided in the exhaust passage, or HC is supplied to the exhaust passage by injecting additional fuel into the cylinder during the expansion stroke or exhaust stroke of the engine. For example, it is known that the exhaust temperature is raised to a temperature at which PM can be combusted.
このような強制再生は、フィルタへのPM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いるが、PM堆積量の推定が精度よく行われないと、必要以上に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いたり、不十分な強制再生によりフィルタが目詰まりを起こしたりするといった問題が生じる可能性がある。 Such forced regeneration is performed when it is estimated that the amount of accumulated PM on the filter exceeds a predetermined amount. However, if the amount of accumulated PM is not accurately estimated, the filter is more than necessary. When the forced regeneration is performed, there is a possibility that the fuel is excessively consumed and the fuel consumption is deteriorated, or that the filter is clogged due to insufficient forced regeneration.
フィルタへのPM堆積量の推定は、フィルタ前後の排気の差圧に基づいて行うのが一般的であるが、より正確なPM堆積量の推定を行うため、エンジンによるPM生成量とフィルタにおけるPM燃焼速度とに基づき、フィルタに堆積しているPM量を推定するようにした排気浄化装置が特許文献1により提案されている。
特許文献1の排気浄化装置によれば、フィルタにおけるPM燃焼速度はフィルタ温度やフィルタに流入する排気中のNOx濃度やO2濃度によって変化するため、これらフィルタ温度、NOx濃度及びO2濃度によって補正した燃焼速度を用いてPM堆積量の推定が行われる。
According to the exhaust purification device of
フィルタにおけるPMの堆積は、フィルタに形成されている細孔内への堆積とフィルタ表面への堆積とがあり、細孔内への堆積が先に行われ、細孔内へのPM堆積が飽和した後にフィルタ表面への堆積が行われる。また、PMの燃焼は細孔内のPMから先に行われ、細孔内のPMが完全に燃焼してからフィルタ表面のPMが燃焼し、フィルタ表面のPMが完全に燃焼した後でなければ細孔内へのPM堆積が再び行われない。 The PM deposition in the filter includes the deposition in the pores formed in the filter and the deposition on the filter surface. The deposition in the pores is performed first, and the PM deposition in the pores is saturated. After that, the filter surface is deposited. Also, the PM is burned first after the PM in the pores, and after the PM in the pores is completely burned, the PM on the filter surface is burned and the PM on the filter surface is not burned completely. PM deposition in the pores is not performed again.
このように、フィルタにおけるPMの堆積及び燃焼の形態は、細孔内とフィルタ表面とで相違しており、上記特許文献1の排気浄化装置のように、単にフィルタ温度、NOx濃度及びO2濃度によって補正したPMの燃焼速度を用いるだけでは、細孔内のPM燃焼量を推定できずPM堆積量を正確に推定することが困難である。
また、従来の一般的な手法であるフィルタ前後の差圧に基づくPM堆積量の推定においても、このようなフィルタにおけるPMの堆積及び燃焼の形態の相違があるため、単に差圧を用いた一義的なPM堆積量の推定を行うだけでは正確なPM堆積量を得ることができない。
Thus, the form of PM deposition and combustion in the filter is different between the inside of the pores and the surface of the filter, and the filter temperature, NOx concentration, and O 2 concentration are simply as in the exhaust gas purification device of
In addition, in the estimation of the amount of PM deposition based on the differential pressure before and after the filter, which is a conventional general technique, there is a difference in the form of PM deposition and combustion in such a filter. It is not possible to obtain an accurate PM deposition amount by simply estimating the PM deposition amount.
具体的に図5を用いて説明する。図5はフィルタ前後の差圧とフィルタの全PM推定量との関係を示す。実線は細孔内にPMが飽和した状態で、一点鎖線は細孔内にPMが堆積していない状態のものである。例えば差圧がPdであった場合、細孔内にPMが飽和した状態ではPM堆積量はi点に対応したPM3となるが、細孔内のPMが完全に燃焼した状態ではPM堆積量はh点に対応したPM2となり、同じ差圧でも細孔内のPM堆積量に応じてPMの推定堆積量に極めて大きな誤差が生じてしまうことになる。 This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 5 shows the relationship between the differential pressure before and after the filter and the total PM estimation amount of the filter. The solid line indicates that PM is saturated in the pores, and the alternate long and short dash line indicates that PM is not deposited in the pores. For example, when the differential pressure is Pd, the PM deposition amount becomes PM3 corresponding to the point i when PM is saturated in the pores, but in the state where PM in the pores is completely burned, the PM deposition amount is PM2 corresponds to the point h, and even with the same differential pressure, an extremely large error occurs in the estimated amount of PM deposited according to the amount of PM deposited in the pores.
このように、細孔内及びフィルタ表面の両方にPMが堆積している状態では、細孔内のPM堆積量を正確に把握しないと、フィルタの全PM堆積量を正確に求めることができないという問題がある。
また、細孔内のPM堆積量を求める上で必要となる細孔内でのPM燃焼量は細孔内のPM燃焼速度によって変化するが、PM燃焼速度はPMの燃焼に寄与する排気中の成分、即ちフィルタに供給されるNOxやO2の量によって変動するため、予め定めた特定のPM燃焼速度を用いて細孔内のPM堆積量を推定したのでは、依然としてフィルタへの全PM堆積量を正確に求めることができないという問題がある。
Thus, in a state where PM is deposited in both the pores and the filter surface, the total PM deposition amount of the filter cannot be obtained accurately unless the PM deposition amount in the pores is accurately grasped. There's a problem.
Further, the amount of PM combustion in the pores necessary for obtaining the amount of PM deposited in the pores varies depending on the PM combustion rate in the pores, but the PM combustion rate is in the exhaust gas contributing to PM combustion. Since it varies depending on the components, that is, the amount of NOx and O 2 supplied to the filter, if the PM deposition amount in the pores is estimated using a predetermined specific PM combustion rate, the total PM deposition on the filter is still There is a problem that the amount cannot be determined accurately.
なお、フィルタ表面にPMが堆積した状態で細孔内に再びPMが堆積することはないため、細孔内のPMが完全に燃焼した後は、フィルタ表面のPMの堆積及び燃焼によるPM堆積量の変化に伴い、図5中のa点とf点とを結ぶ一点鎖線上で差圧が変化することになる。従って、この状態ではフィルタ前後の差圧に基づきPM堆積量を正確に推定することが可能となる。 Since PM does not accumulate again in the pores when PM is deposited on the filter surface, PM deposition on the filter surface and the amount of PM deposited by combustion after PM in the pores are completely burned With this change, the differential pressure changes on the alternate long and short dash line connecting points a and f in FIG. Therefore, in this state, the PM accumulation amount can be accurately estimated based on the differential pressure before and after the filter.
以上のように、一般的な差圧に基づくPM堆積量の推定においても、フィルタの表面と細孔におけるPMの堆積及び燃焼の形態の相違により、必ずしも正確にPM堆積量を推定することができない。
このため、必要以上に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いたり、不十分な強制再生によりフィルタが目詰まりを起こしたりするといった問題が依然として生じる可能性がある。
As described above, even in the estimation of the PM deposition amount based on the general differential pressure, the PM deposition amount cannot always be accurately estimated due to the difference in the PM deposition and combustion modes on the filter surface and the pores. .
For this reason, there is still a possibility that problems such as excessive fuel consumption caused by excessive filter regeneration causing deterioration of fuel consumption or clogging of the filter due to insufficient forced regeneration may occur. There is sex.
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、フィルタへのPM堆積量を正確に推定して、フィルタの再生を効率良く的確に行うことができ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 an object of the present invention is to perform exhaust gas purification capable of accurately estimating the amount of PM deposited on the filter and efficiently regenerating the filter. To provide an apparatus.
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、排気を細孔内に流通させることにより細孔内及び表面に排気中のパティキュレートを捕集して堆積させるフィルタと、上記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、上記フィルタに供給される排気中の成分のうち、上記フィルタに捕集されたパティキュレートの燃焼に寄与する特定成分の量を求める排気成分量演算手段と、上記フィルタ温度検出手段によって検出された上記フィルタの温度に基づく上記細孔内におけるパティキュレートの基本燃焼量を、上記排気成分量演算手段に検出された上記特定成分の量に基づき補正して上記細孔内のパティキュレート燃焼量を求める燃焼量演算手段と、上記燃焼量演算手段によって求められた上記パティキュレート燃焼量に基づき、上記フィルタへのパティキュレート堆積量を推定する堆積量推定手段とを備えたことを特徴とする(請求項1)。 In order to achieve the above object, an exhaust emission control device according to the present invention is disposed in an exhaust passage of an engine and collects particulates in the exhaust in and on the surface of the exhaust by circulating the exhaust into the pore. A filter to be deposited, a filter temperature detecting means for detecting the temperature of the filter, and an amount of a specific component contributing to combustion of particulates collected by the filter among components in exhaust gas supplied to the filter. The basic combustion amount of the particulates in the pores based on the temperature of the filter detected by the exhaust gas component amount calculating means and the filter temperature detecting means is calculated as the specific component detected by the exhaust gas component amount calculating means. A combustion amount calculating means for correcting the amount of particulate combustion in the pores based on the amount, and the putty calculated by the combustion amount calculating means. Based on curated combustion amount, characterized in that a deposition amount estimating means for estimating a particulate matter deposit amount to the filter (claim 1).
このように構成された本発明の排気浄化装置によれば、フィルタの温度に基づくフィルタの細孔内におけるパティキュレートの基本燃焼量を、フィルタに捕集されたパティキュレートの燃焼に寄与する排気中の特定成分の量に基づき補正して細孔内のパティキュレート燃焼量を求める。そして、このようにして求められた細孔内のパティキュレート燃焼量に基づき、フィルタへのパティキュレート堆積量を推定する。 According to the exhaust emission control device of the present invention configured as described above, the basic combustion amount of the particulates in the pores of the filter based on the temperature of the filter is increased in the exhaust gas that contributes to the combustion of the particulates collected by the filter. Based on the amount of the specific component, the particulate combustion amount in the pores is obtained. Based on the particulate combustion amount in the pores thus obtained, the particulate deposition amount on the filter is estimated.
また、上記排気浄化装置において、上記フィルタの前後の差圧を検出する差圧検出手段を更に備え、上記堆積量推定手段は、予め設定された上記差圧と上記フィルタへのパティキュレート堆積量との関係と、上記差圧検出手段によって検出された上記差圧とに基づき、上記フィルタへのパティキュレート堆積量を推定するものであって、上記燃焼量演算手段によって求められた上記細孔内での上記パティキュレート燃焼量に応じて上記差圧と上記フィルタへのパティキュレート堆積量との関係を補正することを特徴とする(請求項2)。 The exhaust gas purification apparatus further includes a differential pressure detection unit that detects a differential pressure before and after the filter, and the accumulation amount estimation unit includes a preset differential pressure and a particulate accumulation amount on the filter. And the amount of particulate accumulation on the filter is estimated based on the differential pressure detected by the differential pressure detection means, and within the pores determined by the combustion amount calculation means The relationship between the differential pressure and the particulate accumulation amount on the filter is corrected in accordance with the particulate combustion amount.
このように構成された排気浄化装置によれば、予め設定されたフィルタ前後の差圧とフィルタへのパティキュレート堆積量との関係を、細孔内でのパティキュレート燃焼量に応じて補正し、補正後の上記関係とフィルタ前後の差圧とに基づきフィルタへのパティキュレート堆積量を推定する。
また、上記排気浄化装置において、上記堆積量推定手段は、上記フィルタの表面と上記細孔内の両方にパティキュレートが堆積しているときにのみ上記細孔内での上記パティキュレート燃焼量に基づく上記差圧と上記フィルタへのパティキュレート堆積量との関係の補正を行うことを特徴とする(請求項3)。
According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the relationship between the preset differential pressure before and after the filter and the amount of particulate accumulation on the filter is corrected according to the amount of particulate combustion in the pores, Based on the above relationship after correction and the differential pressure before and after the filter, the amount of particulate accumulation on the filter is estimated.
In the exhaust purification apparatus, the accumulation amount estimation means is based on the particulate combustion amount in the pores only when the particulates are accumulated on both the surface of the filter and the pores. The relationship between the differential pressure and the amount of particulate accumulation on the filter is corrected (Claim 3).
このように構成された排気浄化装置によれば、フィルタの細孔内におけるパティキュレートの燃焼量に基づく差圧とフィルタへのパティキュレート堆積量との関係の補正は、フィルタの表面と細孔内の両方にパティキュレートが堆積しているときにのみ行われる。
上記排気浄化装置において、上記排気成分量演算手段は、上記排気通路に配設され、上記排気中のNOxの濃度を検出するNOxセンサと、上記NOxセンサによって検出された排気中のNOx濃度に基づき、上記フィルタに供給されるNOxの量を演算するNOx供給量演算手段とを備えることを特徴とする(請求項4)。
According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the correction of the relationship between the differential pressure based on the particulate combustion amount in the pores of the filter and the particulate deposition amount on the filter is performed by adjusting the surface of the filter and the pores. Only when particulates are deposited on both.
In the exhaust purification apparatus, the exhaust component amount calculating means is disposed in the exhaust passage and detects a NOx concentration in the exhaust, and based on a NOx concentration in the exhaust detected by the NOx sensor. And a NOx supply amount calculating means for calculating the amount of NOx supplied to the filter (claim 4).
或いは、上記排気成分量演算手段は、上記エンジンの運転状態に基づき予め設定されたNOx排出量マップから、実際のエンジン運転状態に応じたNOx排出量を読み出すことにより上記フィルタに供給されるNOxの量を求めることを特徴とする(請求項5)。
更に具体的には、上記フィルタにHCを供給することにより、上記フィルタを強制再生する強制再生手段を更に備え、上記排気成分量演算手段は、上記強制再生手段による強制再生が行われているときと、強制再生が行われていないときとで、異なるNOx排出量マップを用いることを特徴とする(請求項6)。
Alternatively, the exhaust component amount calculating means reads the NOx emission amount corresponding to the actual engine operating state from a NOx emission amount map set in advance based on the operating state of the engine, thereby determining the NOx supplied to the filter. The quantity is obtained (claim 5).
More specifically, it further comprises forced regeneration means for forcibly regenerating the filter by supplying HC to the filter, and the exhaust component amount calculating means is when forced regeneration by the forced regeneration means is performed. And a different NOx emission amount map when the forced regeneration is not performed (Claim 6).
これらの排気浄化装置においては、フィルタに供給されるNOxの量に基づいて補正された細孔内のパティキュレートの燃焼量に基づき、フィルタへのパティキュレート堆積量を推定する。
また、別の具体的な排気浄化装置として、上記排気成分量演算手段は、上記排気通路に配設され、上記排気中の酸素濃度を検出する酸素センサと、上記酸素センサによって検出された排気中の酸素濃度に基づき、上記フィルタに供給される酸素の量を演算する酸素供給量演算手段とを備えることを特徴とする(請求項7)。
In these exhaust purification apparatuses, the amount of particulate accumulation on the filter is estimated on the basis of the amount of particulate combustion in the pores corrected based on the amount of NOx supplied to the filter.
Further, as another specific exhaust purification device, the exhaust component amount calculating means is disposed in the exhaust passage and detects an oxygen concentration in the exhaust, and in the exhaust detected by the oxygen sensor. And oxygen supply amount calculation means for calculating the amount of oxygen supplied to the filter based on the oxygen concentration of the filter (claim 7).
或いは、上記排気成分量演算手段は、上記エンジンに供給される新気量と、上記エンジンへの燃料供給量とに基づき、上記フィルタに供給される酸素の量を求めることを特徴とする(請求項8)。
これらの排気浄化装置においては、フィルタに供給される酸素の量に基づいて補正された細孔内のパティキュレートの燃焼量に基づき、フィルタへのパティキュレート堆積量を推定する。
Alternatively, the exhaust component amount calculating means obtains the amount of oxygen supplied to the filter based on the amount of fresh air supplied to the engine and the amount of fuel supplied to the engine. Item 8).
In these exhaust purification apparatuses, the amount of particulate deposition on the filter is estimated based on the amount of particulate combustion in the pores corrected based on the amount of oxygen supplied to the filter.
本発明の排気浄化装置によれば、フィルタの温度に基づくフィルタの細孔内におけるパティキュレートの基本燃焼量を、フィルタに捕集されたパティキュレートの燃焼に寄与する排気中の特定成分の量に基づき補正することにより細孔内でのパティキュレート燃焼量を求めるようにしたので、細孔内におけるパティキュレートの燃焼量を正確に推定することができ、その結果として細孔内に堆積したパティキュレートの量を正確に推定することが可能となる。 According to the exhaust emission control device of the present invention, the basic combustion amount of the particulates in the pores of the filter based on the temperature of the filter is changed to the amount of the specific component in the exhaust gas that contributes to the combustion of the particulates collected by the filter. The amount of particulate combustion in the pores can be calculated by correcting based on this, so that the amount of particulate combustion in the pores can be accurately estimated, and as a result, the particulates accumulated in the pores. It is possible to accurately estimate the amount of.
また、フィルタ前後の差圧に基づきフィルタへのパティキュレート堆積量を推定する場合、パティキュレートの推定量に大きな影響を及ぼす細孔内のパティキュレート堆積量が正確に得られているため、フィルタへの全パティキュレート堆積量も正確に推定することが可能となる。
また、このようにフィルタへの全パティキュレート堆積量を正確に推定することによって、フィルタの強制再生を適切な時期に行うことが可能となり、必要以上に強制再生を行って燃費が悪化したり、不十分な強制再生の実施によりフィルタに目詰まりが発生したりするといった不具合も防止することが可能となる。
In addition, when estimating the particulate deposition amount on the filter based on the differential pressure before and after the filter, the particulate deposition amount in the pores that has a large effect on the estimated particulate amount has been accurately obtained. It is possible to accurately estimate the total amount of particulate deposits.
In addition, by accurately estimating the total amount of accumulated particulates on the filter in this way, it becomes possible to perform forced regeneration of the filter at an appropriate time, and fuel consumption deteriorates by performing forced regeneration more than necessary, It is also possible to prevent problems such as clogging in the filter due to insufficient forced regeneration.
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、本発明の第1実施形態に係る排気浄化装置が適用された4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)の全体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1は各気筒に共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)2を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール2に蓄えられた高圧の燃料である軽油を各気筒に設けられたインジェクタ4に供給し、各インジェクタ4からそれぞれの気筒の燃焼室6内に燃料が噴射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust emission control device according to a first embodiment of the present invention is applied. Based on FIG. The configuration of the apparatus will be described.
The
エアクリーナ8から吸入された吸気は、吸気通路10に装備されたターボチャージャ12のコンプレッサ12aへと流入し、コンプレッサ12aで過給された吸気はインタークーラ14及び吸気制御弁16を介して吸気マニホールド18に導入される。インタークーラ14はエンジン1の吸気効率を向上させるために吸気を冷却するものである。また、吸気制御弁16はエンジン1への吸入空気量を制御するためのものであり、エンジン1の排気温度を上昇させる必要があるときなどに閉弁方向に制御され、通常は全開位置に制御される。
The intake air sucked from the
吸気マニホールド18に導入された吸気は、図示しないカムによって開閉駆動される吸気弁20の開弁時に燃焼室6内に導入される。なお、エアクリーナ8とコンプレッサ12aとの間の吸気通路10には、エンジン1への吸入空気量を検出するためのエアフローセンサ22が設けられている。
インジェクタ4から噴射された燃料は燃焼室6内に導入された吸気と混合し、上昇するピストン24によって圧縮されることにより圧縮着火し、そのときの爆発力によってピストン24を押し下げクランク軸26を回転させる。
The intake air introduced into the
The fuel injected from the
燃焼室6内での燃料の燃焼によって生じた排気は、図示しないカムによって開閉駆動される排気弁28の開弁時に燃焼室6から排気マニホールド30へと排出され、ターボチャージャ12のタービン12bを経て排気管32に流入する。タービン12bの回転軸はコンプレッサ12aの回転軸と連結されており、タービン12bが排気マニホールド30から流入する排気を受けてコンプレッサ12aを駆動する。なお、排気マニホールド30と吸気マニホールド18との間には、EGR弁34を介して排気マニホールド30と吸気マニホールド18とを連通するEGR通路36が設けられている。
Exhaust gas generated by the combustion of fuel in the
排気管32は排気後処理装置38に接続されており、エンジン1から排出された排気が排気後処理装置38に流入し、排気後処理装置38によって浄化された排気が図示しない消音装置を経た後に大気中に排出されるようになっている。
排気後処理装置38は、上流側ケーシング40と、上流側ケーシング40の下流側に連通路42で連通された下流側ケーシング44とで構成される。上流側ケーシング40内には酸化触媒46が収容され、下流側ケーシング44内には、排気中のパティキュレート(以下PMという)を捕集するパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)48が収容されている。
The
The exhaust aftertreatment device 38 includes an
酸化触媒46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48に供給するものである。また、フィルタ48は、内部に細孔が多数形成されている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。
このように酸化触媒46とフィルタ48とを配置することにより、フィルタ48に捕集され堆積しているPMは、酸化触媒46から供給されたNO2や排気中のO2と反応して酸化し、フィルタ48の連続再生が行われるようになっている。
The
By arranging the
排気管32には、排気後処理装置38に流入する排気中のNOx濃度を検出するNOxセンサ50が設けられており、排気後処理装置38の入口近傍には排気後処理装置38に流入する排気、即ち酸化触媒46に流入する排気の温度を検出する入口側排気温度センサ52が設けられている。
また、排気後処理装置38の出口側には排気後処理装置38から流出する排気、即ちフィルタ48から流出する排気の温度を検出する出口側排気温度センサ(フィルタ温度検出手段)54が設けられている。
The
Further, an outlet side exhaust temperature sensor (filter temperature detecting means) 54 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the exhaust gas after-treatment device 38, that is, the exhaust gas flowing out from the
更に、フィルタ48の上流側となる連通路42で分岐した上流側分岐通路56と、フィルタ48の下流側で分岐した下流側分岐通路58とが差圧センサ(差圧検出手段)60に接続されており、差圧センサ60によりフィルタ48前後の差圧が検出される。
ECU62は、エンジン1の運転制御をはじめとして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。
Further, an
The
ECU62の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するために、上述したエアフローセンサ22、NOxセンサ50、入口側排気温度センサ52、出口側排気温度センサ54、及び差圧センサ60のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ64、及びアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ66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4、吸気制御弁16及びEGR弁34などの各種デバイス類が接続されている。
In addition to the above-described
エンジン1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4からの燃料供給制御もECU62によって行われる。エンジン1の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)、即ちエンジン1によるトルクの発生に必要な燃料供給量は、回転数センサ64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66によって検出されたアクセルペダル踏込量とに基づき、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4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4が開弁駆動され、各気筒の燃焼室6内に主噴射が行われることにより、エンジン1の運転に必要な燃料量が供給される。
The
このように構成されたエンジン1の排気浄化装置では、酸化触媒46から供給されるNO2や排気中のO2を酸化剤として用いた連続再生により、フィルタ48に堆積したPMの除去が行われるが、エンジン1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46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48内にPMが過剰に堆積し、フィルタ48が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ48におけるPMの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。
In the exhaust purification device of the
フィルタ48を強制再生するための強制再生制御は、図2のフローチャートに従い、ECU62によって所定の制御周期で行われる。
まず、図2のステップS2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は強制再生が必要であるか否かを示すものであり、値が1であると強制再生が必要であり、値が0であると強制再生が不要であることを示す。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S2からステップS4へと進む。
Forced regeneration control for forcibly regenerating the
First, in step S2 of FIG. 2, 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. A value of 1 indicates that forced regeneration is necessary, and a value of 0 indicates that forced regeneration is not necessary. The initial set value of the forced regeneration flag F1 is 0, and the process proceeds from step S2 to step S4 in the first control cycle.
ステップS4ではフィルタ48の強制再生が必要であるか否かの判定を行う。具体的には、後述する堆積量推定制御によって推定したフィルタ48の全PM堆積量が、予め設定された強制再生開始判定値以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。
PMの推定堆積量が強制再生開始判定値未満である場合は、現時点での強制再生が不要であると判定し、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップS2から処理を行う。
In step S4, it is determined whether or not forced regeneration of the
If the estimated accumulation amount of PM is less than the forced regeneration start determination value, it is determined that the forced regeneration at the present time is not necessary, this control cycle is terminated, and the processing is performed again from step S2 in the next control cycle.
一方、強制再生が必要と判断した場合にはステップS6に進み、強制再生フラグF1の値を1とすることにより強制再生が必要であることを示すように変更し、次のステップS8に進む。
ステップS8では、入口側排気温度センサ52によって検出された酸化触媒46に流入する排気の温度Tinが250℃以上であるか否かを判定することにより、酸化触媒46が活性化しているか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined that forced regeneration is necessary, the process proceeds to step S6, the forced regeneration flag F1 is set to 1 to indicate that forced regeneration is necessary, and the process proceeds to next step S8.
In step S8, it is determined whether or not the
酸化触媒46に流入する排気の温度Tinが250℃未満である場合には、酸化触媒46が活性化していないものとしてステップS10に進み、酸化触媒46の昇温制御が行われる。この昇温制御は、酸化触媒46に高温の排気を供給することにより、酸化触媒46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16を閉方向に制御して排気温度を上昇させると共に、必要に応じ各気筒の膨張行程においてインジェクタ4から燃焼室6内に第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燃焼室6内に噴射することにより、追加燃料は燃焼室6内の高温の燃焼ガスと混合して、排気ポートや排気マニホールド30内で燃焼し、高温の排気が酸化触媒46に供給されることにより、酸化触媒46の温度が上昇する。
If the temperature Tin of the exhaust gas flowing into the
次にステップS18に進むと、ステップS4の時と同様に、後述の堆積量推定制御によって推定したフィルタ48の全PM堆積量が、予め設定された強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。
上述のように酸化触媒46はまだ十分活性化していない状況であるためPMの焼却は行われておらず、PMの推定堆積量は強制再生終了判定値より大であると判定されて今回の制御周期を終えるので、次の制御周期で再びステップS2から強制再生制御が行われる。
Next, in step S18, as in step S4, it is determined whether or not the total PM accumulation amount of the
As described above, since the
この場合、既に強制再生フラグF1の値は1となっているので、ECU62による処理はステップS2からステップS8へ進むことになる。
ステップS8で、酸化触媒46に流入する排気の温度Tinが250℃未満で酸化触媒46が依然として活性化していないと判定した場合には、再びステップS10で吸気制御弁16の閉方向への制御と第1追加燃料の噴射による触媒昇温制御が行われる。従って、酸化触媒46に流入する排気の温度Tinが250℃未満で、酸化触媒46が活性化していない間は、制御周期ごとにステップS10による触媒昇温制御が繰り返し行われる。
In this case, since the value of the forced regeneration flag F1 is already 1, the process by the
If it is determined in step S8 that the temperature Tin of the exhaust gas flowing into the
このようにして触媒昇温制御が繰り返され、酸化触媒46に流入する排気の温度Tinが250℃以上になって酸化触媒46が活性化したと判定すると、ECU62による処理はステップS8からステップS12へ進むようになる。
ステップS12では、出口側排気温度センサ54によって検出されたフィルタ48出口側の排気温度Toutに基づき、フィルタ48の温度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48でPM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、出口側排気温度センサ54によって検出されたフィルタ48出口側の排気温度Toutをフィルタ48の温度と見なしている。
When the catalyst temperature increase control is repeated in this way and the temperature Tin of the exhaust gas flowing into the
In step S12, based on the exhaust temperature Tout on the outlet side of the
ステップS12でフィルタ48出口側の排気温度Toutが600℃以上であると判定するとステップS14に進み、排気温度Toutが600℃未満であると判定するとステップS16に進む。
ステップS14及びS16は、フィルタ48の温度を600℃に維持するように、インジェクタ4から第2の追加燃料を各気筒の燃焼室6内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の追加燃料が燃焼室6内に噴射されることにより、第2の追加燃料は燃焼室6内や排気マニホールド30内で燃焼することなく酸化触媒46に達し、活性化温度にある酸化触媒46で燃料のHCが酸化される。このHCの酸化による排気温度の上昇によってフィルタ48の温度が600℃まで上昇し、フィルタ48に堆積したPMが焼却される。従って、本実施形態ではインジェクタ4が強制再生手段に相当する。
If it is determined in step S12 that the exhaust temperature Tout on the outlet side of the
In steps S14 and S16, the second additional fuel is injected from the
第2の追加燃料の噴射量は、回転数センサ64によって検出されたエンジン回転数とECU62で決定される主噴射量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S14ではフィルタ48出口側の排気温度Tout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S16ではフィルタ48出口側の排気温度Tout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ようにしている。これによってフィルタ48の温度が600℃前後に維持され、フィルタ48に堆積したPMが良好に焼却除去される。
The injection amount of the second additional fuel is stored in a map having the engine speed detected by the
ステップS14又はS16で第2の追加燃料を噴射するとステップS18に進み、前述したように、PMの推定堆積量が強制再生終了判定値以下であるか否かを判定する。PMの推定堆積量が強制再生終了判定値より大である場合には、依然としてフィルタ48の強制再生が必要であると判断し、この制御周期を終えて、次の制御周期で再びステップS2から制御を行う。従って、PMの推定堆積量が強制再生終了判定値より大である限り、ステップS14又はS16によるフィルタ48の昇温により、フィルタ48に堆積しているPMの焼却除去が行われることになる。
When the second additional fuel is injected in step S14 or S16, the process proceeds to step S18, and as described above, it is determined whether the estimated accumulation amount of PM is equal to or less than the forced regeneration end determination value. When the estimated accumulation amount of PM is larger than the forced regeneration end determination value, it is determined that forced regeneration of the
一方、フィルタ48に堆積していたPMが焼却除去され、PMの全推定堆積量が強制再生終了判定値以下となり、ステップS18でフィルタ48の強制再生が完了したと判断されると、ステップS20に進み強制再生フラグF1の値を0として、今回の制御周期を終了する。
ステップS20により強制再生フラグF1の値が0になると、次の制御周期ではステップS2からステップS4へと処理が進むので、再びフィルタ48の強制再生が必要となるまでは、ステップS2からステップS4の処理が繰り返され、制御周期毎に強制再生の要否が判断される。
On the other hand, if the PM accumulated on the
When the value of the forced regeneration flag F1 becomes 0 in step S20, the process proceeds from step S2 to step S4 in the next control cycle. Therefore, until the forced regeneration of the
次に、上述した強制再生制御のステップS4における強制再生の要否判定やステップS18における強制再生の完了判定で使用するフィルタ48の全PM堆積量を推定するための堆積量推定制御について以下に説明する。
堆積量推定制御は、図3のフローチャートに従い、ECU62によって所定の制御周期で行われる。なお、ここではフィルタ48にPMが全く堆積していない状態から制御が開始されたものとする。
Next, the accumulation amount estimation control for estimating the total PM accumulation amount of the
The accumulation amount estimation control is performed at a predetermined control cycle by the
まず、ステップS102では表面堆積フラグF2の値が1であるか否かを判定する。フィルタ48へのPMの堆積は、図13に基づき前述したようにフィルタ48表面への堆積(図13中の符号106aの部分に相当)と、フィルタ48の細孔内への堆積(図13中の符号106bの部分に相当)とがあり、表面堆積フラグF2はその値が1であることによって、フィルタ48の表面にPMが堆積していることを示すものである。表面堆積フラグF2の初期値は0となっており、処理はステップS102からステップS104へと進む。
First, in step S102, it is determined whether or not the value of the surface deposition flag F2 is 1. As described above with reference to FIG. 13, PM is deposited on the
ステップS104では、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧に基づき、フィルタ48の表面へのPM堆積があるか否かを判定する。
前述したように、フィルタ48へのPMの堆積はまず細孔内で行われ、細孔内へのPM堆積が飽和するとフィルタ48表面への堆積が始まる。このときのフィルタ48への全PM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係は図5に示すとおりであって、フィルタ48にPMが堆積していない状態から徐々にPMの堆積が行われると、細孔内へのPMの堆積に伴い、図5のa点から実線に沿って差圧が上昇していく。そして、b点で細孔内へのPMの堆積が飽和すると、その後はフィルタ48表面へのPMの堆積に伴い、それまでよりも緩やかにc点に向け実線に沿って差圧が上昇していく。従って、b点に対応する差圧を予め実験等で把握して記憶しておけば、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧がb点に対応した差圧に達したか否かでフィルタ48の表面へのPM堆積が開始されたか否かを判定することができる。
In step S <b> 104, it is determined based on the differential pressure before and after the
As described above, deposition of PM on the
フィルタ48にPMが堆積していない状態から制御が開始されたことを前提としているので、当初はフィルタ48前後の差圧も図5のb点に相当する値まで上昇しておらず、ステップS104ではフィルタ48表面へのPM堆積がないものと判断してステップS106に進むことになる。
ステップS106では、予め記憶した図5の実線で示されるフィルタ48内の全PM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係から、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧に基づき、フィルタ48への全PM堆積量の推定を行う。フィルタ48では、エンジンから排出された排気がフィルタ48を通過することにより細孔内にPMが堆積していくが、それと並行して酸化触媒46から供給されるNO2や排気中のO2による連続再生によりPMの除去も行われる。この時はまだ細孔内のみでPMの堆積及び除去が行われているので、PMの堆積及び除去に伴って生じるPM堆積量の変化に対し、差圧は図5のa点とb点との間の実線上を変化することになる。従って、ここでは図5に実線で示されるPM堆積量と差圧との関係を補正することなくそのまま使用することで、そのときに差圧センサ60で検出された差圧からフィルタ48への全PM堆積量を正確に推定することができる。
Since it is assumed that the control is started from the state where PM is not accumulated on the
In step S106, based on the previously stored differential pressure before and after the
こうしてステップS106でPM堆積量を推定してその制御周期を終了すると、次の制御で再びステップS102から処理が開始されるが、表面堆積フラグF2の値は0のままであるため、再びステップS104に進んでフィルタ48表面へのPMの堆積があるか否かを判定する。従って、細孔内へのPM堆積が飽和して差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧が図5のb点に対応した値に達するまでは、ステップS106において図5の実線で示されるPM堆積量と差圧との関係に基づき、フィルタ48への全PM堆積量の推定が行われる。
Thus, when the PM deposition amount is estimated in step S106 and the control cycle is completed, the processing is started again from step S102 in the next control, but the value of the surface deposition flag F2 remains 0, so step S104 again. Then, it is determined whether there is PM accumulation on the surface of the
PMの堆積が進み、細孔内へのPM堆積が飽和すると、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧が図5のb点に対応した値を超えることにより、ステップS104でフィルタ48表面へのPM堆積があると判定される。この場合、処理はステップS104からステップS108に進み、表面堆積フラグF2の値を1として、フィルタ48表面へのPM堆積があることを示すようにする。
When PM deposition progresses and PM deposition in the pores is saturated, the differential pressure before and after the
次にステップS110に進むと、フィルタ48の細孔内にPMが堆積しているか否かを判定する。細孔内にPM堆積がないことは、後述するステップS112の処理において推定される細孔内のPM堆積量が実質的になくなることによって判定される。ステップS112の処理が1度も行われずにステップS110に進んだ場合には、細孔内へのPM堆積が飽和して最初の制御周期であることから、細孔内へのPM堆積があるものとしてステップS112に進む。
Next, in step S110, it is determined whether PM has accumulated in the pores of the
ステップS112では、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧に基づき、フィルタ48の全PM堆積量の推定を行う。但し、ここではステップS106におけるPM堆積量の推定とは異なり、図5に実線で示されるPM堆積量と差圧との関係を補正した上でPM堆積量の推定を行う。
即ち、細孔内へのPM堆積が飽和してフィルタ48の表面にPMが堆積している場合、細孔内のPM堆積が飽和したままであれば、フィルタ48表面へのPM堆積に伴いフィルタ48前後の差圧は図5のb点とc点との間の実線上で変化する。しかしながら、実際にはフィルタ48の連続再生や強制再生によって細孔内のPMが燃焼するため、この細孔内でのPMの燃焼に伴い、PM堆積量と差圧との関係は、図5のb点とc点との間の実線部分が、同じ傾きのままb点の部分をa点とb点との間の実線に沿ってa点側に向けて移動するように変化し、例えばa点からd点を経てe点へと至るような関係となる。そして細孔内のPMが完全に燃焼すると、図5のa点とf点とを結ぶ一点鎖線に示すような関係となる。
In step S112, the total PM deposition amount of the
That is, when PM deposition in the pores is saturated and PM is deposited on the surface of the
このため、フィルタ48の表面にPMが堆積した状態では、図5のb点とc点との間の実線部分がどれだけa点とf点とを結ぶ一点鎖線に向けて平行移動したか、即ちd点がa点とb点との間のどの位置にあるかを正確に把握しなければ、全PM堆積量と差圧との関係を正確に補正して求めることができない。このd点のb点からのずれ量は細孔内のPM燃焼量に相当し、a点からのずれ量はそのときの細孔内のPM堆積量に対応したものである。
For this reason, in the state where PM is deposited on the surface of the
そこで、ステップS112ではこのような考えに基づき細孔内のPM堆積量に応じて図5に実線で示されるPM堆積量と差圧との関係を補正しながらフィルタ48の全PM堆積量を推定するのである。ステップS112における全PM堆積量の推定は、具体的には図4に示すフローチャートに従って行われる。
最初のステップS202では、出口側排気温度センサ54によって検出されたフィルタ48の出口側の排気温度をフィルタ48の温度として読み込みステップS204に進む。なお、本実施形態のように出口側排気温度センサ54の検出値をそのままフィルタ48の温度として用いずに、出口側排気温度センサ54の検出値に1次遅れフィルタなどを適用してフィルタ48の温度を推定するようにしてもよい。
Therefore, in step S112, the total PM deposition amount of the
In the first step S202, the exhaust temperature on the outlet side of the
ステップS204では、前回の制御周期で推定された細孔内のPM堆積量を読み込む。なお、初めてステップS204に進んだ場合には、細孔内のPM堆積が飽和してから最初の制御周期であるため、予め実験等によって把握されECU62内に記憶している細孔内の飽和PM堆積量を前回の細孔内推定堆積量として使用する。
次にステップS206に進むと、エアフローセンサ22によって検出された吸入空気量に基づき、1回の制御周期の間にエンジン1に吸入された新気の量を演算してステップS208に進む。
In step S204, the PM deposition amount in the pore estimated in the previous control cycle is read. Note that when the process proceeds to step S204 for the first time, since the PM accumulation in the pores is saturated, it is the first control cycle, and therefore, the saturated PM in the pores that has been grasped by experiments and stored in the
Next, in step S206, based on the intake air amount detected by the
ステップS208では、1回の制御周期の間にエンジン1の各気筒に供給された燃料の総噴射量とステップS206で求めた新気量とに基づき、1回の制御周期の間にエンジン1から排出された排気流量を演算する。
次にステップS210に進むと、NOxセンサ50によって検出された排気中のNOx濃度を読み込んでステップS212に進む。
In step S208, from the
Next, when proceeding to Step S210, the NOx concentration in the exhaust gas detected by the
ステップ212では、ステップS208で算出された排気流量とステップS210で読み込んだ排気中のNOx濃度とに基づき、1回の制御周期の間にフィルタ48に流入したNOxの量Qxを演算し(NOx供給量演算手段)、次のステップS214では、このNOx供給量Qxと予め設定された基準NOx供給量Qxrとの偏差ΔQxを算出する。従って、この第1実施形態ではECU62が本発明の排気成分量演算手段に相当する。
In step 212, based on the exhaust gas flow rate calculated in step S208 and the NOx concentration in the exhaust gas read in step S210, the amount Qx of NOx flowing into the
次にステップS216に進むと、ステップS202で読み込んだフィルタ48の温度に基づき細孔内におけるPMの基本燃焼量を演算する。具体的には、フィルタ48の仕様などに応じて予め設定されて記憶しているフィルタ48の温度と細孔内におけるPMの基本燃焼速度との関係から、ステップS202で読み込んだフィルタ48の温度に対応するPMの基本燃焼速度を読み出す。次に、この基本燃焼速度に1回の制御周期に相当する時間を乗算することにより、1回の制御周期の間の細孔内におけるPMの基本燃焼量が求められる。
Next, in step S216, the basic combustion amount of PM in the pores is calculated based on the temperature of the
ステップS216で用いられるフィルタ温度とPMの基本燃焼速度との関係は図6に示すようになっており、フィルタ温度の上昇と共に細孔内におけるPMの燃焼速度も増大する。フィルタ48に堆積したPMの燃焼は、前述したようにフィルタ48に供給される排気中のNO2が酸化剤として作用することが一因であって、フィルタ48に流入するNOxの量によってフィルタ温度と燃焼速度との関係が変化する。図6に示す関係は、ある特定のNOx供給量に対応したものであり、このときのNOx供給量がステップS214で用いた基準NOx供給量Qxrに対応している。
The relationship between the filter temperature used in step S216 and the basic combustion rate of PM is as shown in FIG. 6, and the combustion rate of PM in the pores increases as the filter temperature increases. The combustion of PM deposited on the
そこで、次のステップS218では、ステップS214で求めた基準NOx供給量Qxrからの偏差ΔQxに所定の補正ゲインを乗算したものを、ステップS216で求めた細孔内におけるPM基本燃焼量に加えることによりPM基本燃焼量を補正し、1回の制御周期の間の細孔内における実際のPM燃焼量を求める(燃焼量演算手段)。この所定補正ゲインは、図6におけるフィルタ温度とPM基本燃焼速度との関係の前提となっている基準NOx供給量QxrからのNOx供給量のずれに対し、実際のPM燃焼速度がどの程度異なるかを予め実験等により確認して求められたものである。 Therefore, in the next step S218, a value obtained by multiplying the deviation ΔQx from the reference NOx supply amount Qxr obtained in step S214 by a predetermined correction gain is added to the PM basic combustion amount in the pores obtained in step S216. The PM basic combustion amount is corrected, and the actual PM combustion amount in the pores during one control cycle is obtained (combustion amount calculating means). This predetermined correction gain indicates how much the actual PM combustion rate differs from the deviation of the NOx supply amount from the reference NOx supply amount Qxr, which is the premise of the relationship between the filter temperature and the PM basic combustion rate in FIG. Is obtained in advance by experiments or the like.
次にステップS220に進むと、ステップS204で読み込んだ前回の細孔内PM推定堆積量から、ステップS218で求めた今回の細孔内におけるPM燃焼量を減じることにより、今回の細孔内PM推定堆積量を求め、次回の制御周期におけるステップS204で使用するためにこれを記憶した後、次のステップS222に進む。
ステップS220の処理により、図5におけるa点からのd点のずれ量である細孔内PM推定堆積量が判ったので、ステップS222では、ステップS220で求められた細孔内PM推定堆積量に対応するd点の位置まで図5のb点とc点との間の実線部分を平行移動して補正したフィルタ48内のPM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係(例えば図5のa点〜d点〜e点)を用い、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧に対応するフィルタ48内のPM堆積量を読み出し、これをフィルタ48における全PM堆積量として(堆積量推定手段)、今回の制御周期でのPM堆積量の推定を終了する。
Next, when proceeding to step S220, the PM estimation amount in the current pore is subtracted from the previous PM estimated deposition amount in the pore read in step S204 by subtracting the PM combustion amount in the current pore obtained in step S218. After the accumulation amount is obtained and stored for use in step S204 in the next control cycle, the process proceeds to next step S222.
By the processing in step S220, the estimated PM deposition amount in the pores, which is the amount of deviation from the point a in FIG. 5, is determined. In step S222, the estimated PM deposition amount in the pores obtained in step S220 is set. The relationship between the PM accumulation amount in the
こうして図3のステップS112によるフィルタ48の全PM堆積量の推定を行って、図3に示す堆積量推定制御でその制御周期を終了すると、次の制御周期で再びステップS102から処理を開始する。
このとき表面堆積フラグF2の値は既に1となっているため、処理はステップS102からステップS110に進むことになる。
Thus, when the total PM accumulation amount of the
At this time, since the value of the surface deposition flag F2 is already 1, the process proceeds from step S102 to step S110.
ステップS110では、前回の制御周期においてステップS112で求めた細孔内のPM堆積量に基づき、細孔内へのPM堆積があるか否かを判定する。そして、細孔内へのPM堆積が依然としてあると判定した場合には、再びステップS112に進んで、前述したようにフィルタ48へのNOx供給量に応じて図5に示すフィルタ48内のPM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係を補正しながらフィルタ48の全PM堆積量を推定し、その制御周期を終了する。従って、ステップS112で推定された細孔内のPM堆積量に基づき、細孔内のPM堆積が実質的になくなったとステップS110で判定するまでは、制御周期ごとに繰り返しステップS112によるフィルタ48の全PM堆積量の推定が行われることになる。
In step S110, it is determined whether there is PM deposition in the pores based on the PM deposition amount in the pores obtained in step S112 in the previous control cycle. If it is determined that there is still PM deposition in the pores, the process proceeds to step S112 again, and PM deposition in the
フィルタ48表面にPMが堆積している状態では細孔内に更にPMが堆積することはなく、フィルタ48の連続再生や強制再生によって細孔内のPMが燃焼除去され、ステップS112で推定した細孔内のPM堆積量に基づき、ステップS110で細孔内に実質的にPMが堆積していないと判定した場合には、ステップS114に進んでフィルタ48表面へのPM堆積があるか否かを判定する。
In the state where PM is accumulated on the surface of the
ステップS114におけるこの判定は、ステップS104で行った表面堆積の有無の判定とは判定方法が異なり、以下のような考えに基づいて行われる。
ステップS114に進んだときには細孔内のPMが全て燃焼した状態にあることから、フィルタ48内の全PM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係は、図5のa点とf点との間を結ぶ一点鎖線で示されることになる。また、フィルタ48の表面にPMが堆積している状態では細孔内へのPM堆積は生じないため、フィルタ48表面に堆積しているPMが全て燃焼しない限り、フィルタ48内のPM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係は一点鎖線で表されることになる。
This determination in step S114 is different from the determination of the presence or absence of surface deposition performed in step S104, and is performed based on the following idea.
Since the PM in the pores is all burned when the process proceeds to step S114, the relationship between the total amount of accumulated PM in the
即ち、フィルタ48表面に堆積したPMは細孔内のPMが全て燃焼した後で燃焼を開始し、フィルタ48表面のPM燃焼に伴い、フィルタ48前後の差圧は図5の一点鎖線上をa点に向けて移動する一方、エンジン1から排出された排気中に含まれるPMがフィルタ48表面に堆積するのに伴い、フィルタ48前後の差圧は図5の一点鎖線上をf点に向けて移動する。
That is, the PM deposited on the surface of the
フィルタ48の連続再生や強制再生によりフィルタ48表面のPMが燃焼し、実質的にフィルタ48表面のPM堆積がなくなるとフィルタ48前後の差圧は図5のa点に対応する値となる。
従って、ステップS114では差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧が図5のa点に対応した値に達したことをもって、フィルタ48表面にPM堆積がなくなったと判定する。a点に対応するフィルタ48前後の差圧はフィルタ48固有のものであって、フィルタ48の仕様によって定まるものであるため、ECU62は予め実験等によって求められたa点に対応する差圧を記憶している。
When PM on the surface of the
Therefore, in step S114, it is determined that PM accumulation has been eliminated on the surface of the
ステップS114でフィルタ48表面にPM堆積が依然としてあると判定した場合にはステップS116に進む。
上述したようにフィルタ48内のPM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係は図5の一点鎖線で表され、この一点鎖線の傾きはb点とc点とを結ぶ実線の傾きと同じであることから、図5の実線で表される関係に基づき、一点鎖線で表される関係についても予め求めることができる。ECU62はこの一点鎖線で表されるPM堆積量と差圧との関係についても予め記憶しており、ステップS116ではこの関係に基づき、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧に対応するPM堆積量を読み出し、これをフィルタ48の全PM堆積量としてその制御周期を終了する。
If it is determined in step S114 that PM is still deposited on the surface of the
As described above, the relationship between the amount of accumulated PM in the
また、ステップS114でフィルタ48表面にはPMが堆積していないと判定した場合にはステップS118に進む。ステップS118では、表面堆積フラグF2の値を0としてフィルタ48表面へのPM堆積がないことを表すようにし、その制御周期を終了する。
こうしてフィルタ48の強制再生や連続再生によってフィルタ48表面及び細孔内へのPM堆積が全くなくなった状態になると表面堆積フラグF2の値も0となるので、次の制御周期で再びステップS102から処理が開始されると、これまでに述べたものと同様にしてフィルタ48への全PM堆積量の推定が行われることになる。
If it is determined in step S114 that PM is not deposited on the surface of the
Thus, when the
以上のように本発明の第1実施形態に係る排気浄化装置においては、フィルタ48の温度に基づき求められたフィルタ48の細孔内におけるPM基本燃焼量を、PMの燃焼速度に寄与する排気中のNOxの量に基づき補正することにより、細孔内でのPM燃焼量を求めるようにしたので、この細孔内のPM燃焼量から細孔内のPM堆積量を正確に推定することが可能となる。そして、このようにして求めた細孔内のPM堆積量を用いて補正したフィルタ48内PM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係に基づき、フィルタ48の全PM堆積量を推定するようにしたので、フィルタ48の全PM堆積量を正確に推定することが可能となる。
As described above, in the exhaust emission control device according to the first embodiment of the present invention, the PM basic combustion amount in the pores of the
従って、図2のフローチャートによるフィルタ48の強制再生制御を行う場合に、フィルタ48の全PM堆積量に基づく強制再生の要否及び終了判定を正確に行うことができ、必要以上に強制再生を行って燃費が悪化したり、十分に強制再生が行われずにフィルタ48が目詰まりを起こしたりするようなことがなくなる。
また、NOxセンサ50によって検出された排気中のNOx濃度に基づき、フィルタ48に供給されるNOxの量を求めるようにしたので、フィルタ48へのNOx流入量を正確に把握してPM堆積量を推定することができると共に、NOx濃度の変動に対して迅速且つ的確に追従してPM堆積量の推定を行うことが可能となる。
Therefore, when the forced regeneration control of the
Further, since the amount of NOx supplied to the
上記第1実施形態では、上述のようにフィルタ48に供給されるNOxの量を求めるためにNOxセンサ50を用いたが、NOx供給量を求める方法はこれに限られるものではない。そこで、NOxセンサ50を用いずにフィルタ48へのNOx供給量を求め、フィルタ48の全PM堆積量を推定するようにした排気浄化装置を上記第1実施形態の変形例として以下に説明する。
In the first embodiment, the
なお、この変形例はフィルタ48へのNOx供給量の求め方が相違するのみで、その他の部分は上記第1実施形態と全く同一である。即ち、全体構成はNOxセンサ50が用いられない点を除いて上記第1実施形態と同じく図1に示すとおりであり、フィルタ48の強制再生制御は図2のフローチャートに示すとおりである。従って、上記第1実施形態と共通の部分については同じ符号を用いるとともに説明を省略し、相違する部分を重点的に説明する。
In this modification, only the method for obtaining the amount of NOx supplied to the
本変形例におけるフィルタ48の全PM堆積量推定のための堆積量推定制御も図3のフローチャートに従って上記第1実施形態と同様に行われるが、ステップS112におけるPM堆積量の推定方法のみが上記第1実施形態と相違しているので、ステップS112以外の処理内容については説明を省略する。本変形例におけるステップS112のPM堆積量の推定は、具体的には図7に示すフローチャートに従って行われる。
The accumulation amount estimation control for estimating the total PM accumulation amount of the
最初のステップS302では、出口側排気温度センサ54によって検出されたフィルタ48の出口側の排気温度をフィルタ48の温度として読み込みステップS304に進む。なお、上記第1実施形態の説明で述べたように、出口側排気温度センサ54の検出値をそのままフィルタ48の温度として用いずに、出口側排気温度センサ54の検出値に1次遅れフィルタなどを適用してフィルタ48の温度を推定するようにしてもよい。
In the first step S302, the exhaust temperature on the outlet side of the
ステップS304では、前回の制御周期で推定された細孔内のPM堆積量を読み込む。なお、初めてステップS304に進んだ場合には、細孔内のPM堆積が飽和してから最初の制御周期であるため、予め実験等によって把握されECU62内に記憶している細孔内の飽和PM堆積量を前回の細孔内推定堆積量とする。
次にステップS306に進むと、フィルタ48の強制再生のため、インジェクタ4から第1の追加燃料噴射や第2の追加燃料噴射を行って排気中にHCを添加しているか否かを判定する。そして、ステップS306で排気中へのHC添加を行っていると判定した場合にはステップS308に進み、HC添加を行っていないと判定した場合にはステップS310に進む。
In step S304, the PM deposition amount in the pore estimated in the previous control cycle is read. Note that when the process proceeds to step S304 for the first time, it is the first control cycle after the PM deposition in the pores is saturated, and therefore, the saturated PM in the pores that is grasped in advance by experiments and stored in the
Next, in step S306, in order to forcibly regenerate the
ステップS308及びS310では、エンジン回転数とアクセルペダル踏込量(エンジン負荷)とに基づきエンジン1からのNOx排出量を推定するためのNOxマップの選択を行う。
排気中にHC転化を行う場合と行わない場合とではエンジン1の運転条件が相違し、それに伴ってエンジン1からのNOx排出量も異なるため、ECU62はそれぞれの場合に対応して、エンジン回転数とアクセルペダル踏込量とをパラメータとしてNOx排出量を定めた2種類のNOxマップを予め記憶している。そして、ステップS308に進んだ場合には、排気中へのHC添加が行われている場合に対応したHC添加時用NOxマップを選択し、ステップS310に進んだ場合には、排気中へのHC添加が行われていない場合に対応した通常運転時用NOxマップを選択する。
In steps S308 and S310, a NOx map is selected for estimating the NOx emission amount from the
Since the operating conditions of the
次のステップS312では、ステップS308又はS310で選択されたNOxマップを用い、エンジン回転数センサ64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66によって検出されたアクセルペダル踏込量とに対応したNOx排出量を読み出し、これをフィルタ48へのNOx供給量とする(排気成分量演算手段)。
次のステップS314乃至S322までの処理は、上記第1実施形態のPM堆積量推定制御における図4のフローチャートのステップS214乃至S222による処理と全く同様である。
In the next step S312, the NOx map selected in step S308 or S310 is used to correspond to the engine speed detected by the
The processing from the next steps S314 to S322 is exactly the same as the processing from steps S214 to S222 in the flowchart of FIG. 4 in the PM accumulation amount estimation control of the first embodiment.
即ち、ステップS314では、ステップS312で読み出したNOx供給量Qxと予め設定された基準NOx供給量Qxrとの偏差ΔQxを算出し、ステップS316ではステップS302で読み込んだフィルタ48の温度に基づき細孔内におけるPMの基本燃焼量を演算する。
次のステップS318では、ステップS314で求めた基準NOx供給量Qxrからの偏差ΔQxに所定の補正ゲインを乗算したものを、ステップS316で求めた細孔内におけるPM基本燃焼量に加えることによりPM基本燃焼量を補正し、1回の制御周期の間の細孔内における実際のPM燃焼量を求める(燃焼量演算手段)。
That is, in step S314, a deviation ΔQx between the NOx supply amount Qx read in step S312 and a preset reference NOx supply amount Qxr is calculated, and in step S316, based on the temperature of the
In the next step S318, the PM basic combustion amount obtained by multiplying the deviation ΔQx from the reference NOx supply amount Qxr obtained in step S314 by a predetermined correction gain is added to the PM basic combustion amount in the pores obtained in step S316. The amount of combustion is corrected, and the actual amount of PM combustion in the pores during one control cycle is obtained (combustion amount calculation means).
更に次のステップS320では、ステップS304で読み込んだ前回の細孔内PM推定堆積量から、ステップS318で求めた今回の細孔内におけるPM燃焼量を減じることにより、今回の細孔内PM推定堆積量を求め、次回の制御周期におけるステップS304で使用するためにこれを記憶した後、次のステップS322に進む。
ステップS322では、図5に示すフィルタ48内の全PM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係に基づき、ステップS320で求められた細孔内PM推定堆積量に対応するd点の位置まで図5のb点とc点との間の実線部分を平行移動して補正したフィルタ48内のPM堆積量とフィルタ前後の差圧との関係(図5のa点〜d点〜e点)を用い、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧に対応するフィルタ48内のPM堆積量を読み出し、これをフィルタ48における全PM堆積量として(堆積量推定手段)、今回の制御周期におけるPM堆積量の推定を終了する。
Further, in the next step S320, the PM estimated deposition amount in the pores this time is subtracted from the previous PM estimated deposition amount in the pores read in step S304, thereby subtracting the PM combustion amount in the current pores obtained in step S318. After determining the quantity and storing it for use in step S304 in the next control cycle, proceed to the next step S322.
In step S322, based on the relationship between the total PM deposition amount in the
以上のように、NOxセンサ50を用いずに、エンジン回転数とアクセルペダル踏込量とに基づき、予め記憶したNOxマップからフィルタ48へのNOx供給量を推定するようにした場合でも、上記第1実施形態と同様にフィルタ48の細孔内のPM堆積量を正確に把握し、その結果フィルタ48の全PM定積量を正確に推定することが可能となる。
従って、本変形例においても、図2のフローチャートによるフィルタ48の強制再生制御を行う場合に、フィルタ48の全PM堆積量に基づく強制再生の要否及び終了判定を正確に行うことができ、必要以上に強制再生を行って燃費が悪化したり、十分に強制再生が行われずにフィルタ48が目詰まりを起こしたりするようなことがなくなる。
As described above, even when the NOx supply amount to the
Therefore, also in this modification, when the forced regeneration control of the
また、本変形例ではNOxセンサ50を用いずに、元来別の目的で装備されているエンジン回転数センサ64及びアクセル開度センサ66を用いてフィルタ48へのNOx供給量を推定するようにしたので、コストを削減することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る排気浄化装置について説明する。
上記第1実施形態では、フィルタ48の細孔内におけるPM燃焼速度に影響を及ぼす因子として、フィルタ48へのNOx供給量に着目したが、フィルタ48に供給される排気中のO2の量もこのような因子の1つと考えられる。そこで、第2実施形態ではフィルタ48の細孔内におけるPM燃焼量をフィルタ48へのO2供給量に応じて補正するようにしている。
Further, in this modified example, the NOx supply amount to the
Next, an exhaust emission control device according to a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, attention is paid to the amount of NOx supplied to the
図8は、本発明の第2実施形態に係る排気浄化装置が適用された4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)の全体構成図を示しており、前に述べた第1実施形態と共通する部分については同じ符号を用いている。図8に示す全体構成において第1実施形態と相違するのは、NOxセンサ50に代えて排気中のO2濃度を連続的に検出するλセンサ(酸素センサ)68が設けられている点のみである。そして、このλセンサ68は排気後処理装置38の連通路42に設けられている。これは、エンジン1から排出された排気中に含まれるO2の一部が酸化触媒46上で酸化剤として消費されるため、フィルタ48へのO2供給量は酸化触媒46の下流側で検出する必要があるためである。
FIG. 8 shows an overall configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which the exhaust emission control device according to the second embodiment of the present invention is applied, and is common to the first embodiment described above. The same reference numerals are used for the parts to be performed. 8 differs from the first embodiment only in that a λ sensor (oxygen sensor) 68 for continuously detecting the O 2 concentration in the exhaust gas is provided instead of the
上述のようにNOxセンサ50及びλセンサ68以外は第1実施形態と第2実施形態の構成は同一であるため、重複する構成についての説明は省略する。
第2実施形態におけるフィルタ48へのPM堆積量推定のための堆積量推定制御も図3のフローチャートに従って上記第1実施形態と同様に行われるが、ステップS112におけるPM堆積量の推定方法のみが上記第1実施形態と相違しているので、ステップS112以外の処理内容についても説明を省略する。
Since the configurations of the first embodiment and the second embodiment are the same except for the
The accumulation amount estimation control for estimating the PM accumulation amount on the
第2実施形態におけるステップS112のPM堆積量の推定は、具体的には図9に示すフローチャートに従って行われる。
最初のステップS402では、出口側排気温度センサ54によって検出されたフィルタ48の出口側の排気温度をフィルタ48の温度として読み込みステップS404に進む。なお、第1実施形態の説明で述べたように、出口側排気温度センサ54の検出値をそのままフィルタ48の温度として用いずに、出口側排気温度センサ54の検出値に1次遅れフィルタなどを適用してフィルタ48の温度を推定するようにしてもよい。
The estimation of the PM accumulation amount in step S112 in the second embodiment is specifically performed according to the flowchart shown in FIG.
In the first step S402, the exhaust temperature on the outlet side of the
ステップS404では、前回の制御周期で推定された細孔内のPM堆積量を読み込む。なお、初めてステップS404に進んだ場合には、細孔内のPM堆積が飽和してから最初の制御周期であるため、予め実験等によって把握されECU62内に記憶している細孔内の飽和PM堆積量を前回の細孔内推定堆積量とする。
次にステップS406に進むと、エアフローセンサ22によって検出された吸入空気量に基づき、1回の制御周期の間にエンジン1に吸入された新気の量を演算してステップS408に進む。
In step S404, the PM deposition amount in the pore estimated in the previous control cycle is read. Note that when the process proceeds to step S404 for the first time, it is the first control cycle after the PM deposition in the pores is saturated, and therefore, the saturated PM in the pores that is grasped in advance by experiments or the like and stored in the
Next, when proceeding to step S406, based on the intake air amount detected by the
ステップS408では、1回の制御周期の間にエンジン1の各気筒に供給された燃料の総噴射量とステップS206で求めた新気量とに基づき、1回の制御周期の間にエンジン1から排出された排気流量を演算する。
次にステップS410に進むと、λセンサ68によって検出された排気中のO2濃度を読み込んでステップS412に進む。
In step S408, based on the total injection amount of fuel supplied to each cylinder of the
Next, when proceeding to step S410, the O 2 concentration in the exhaust gas detected by the
ステップ412では、ステップS408で算出された排気流量とステップS410で読み込んだ排気中のO2濃度とに基づき、1回の制御周期の間にフィルタ48に供給されたO2の量Qoを演算し(酸素供給量演算手段)、次のステップS414では、このO2供給量Qoと予め設定された基準O2供給量Qorとの偏差ΔQoを演算する。従って、第2実施形態においてもECU62が本発明の排気成分量演算手段に相当する。
In step 412, based on the exhaust gas flow rate calculated in step S408 and the O 2 concentration in the exhaust gas read in step S410, the amount Qo of O 2 supplied to the
次にステップS416に進むと、ステップS402で読み込んだフィルタ48の温度に基づき細孔内におけるPMの基本燃焼量を演算する。具体的には、予め設定されて記憶しているフィルタ48の温度と細孔内におけるPMの基本燃焼速度との関係から、ステップS402で読み込んだフィルタ48の温度に対応するPMの基本燃焼速度を読み出す。次に、この基本燃焼速度に1回の制御周期に相当する時間を乗算することにより、1回の制御周期の間の細孔内におけるPMの基本燃焼量が求められる。
Next, in step S416, the basic combustion amount of PM in the pores is calculated based on the temperature of the
ステップS416で用いられるフィルタ温度とPMの基本燃焼速度との関係は図10に示すようになっており、フィルタ温度の上昇と共に細孔内におけるPMの燃焼速度も増大する。フィルタ48に堆積したPMの燃焼は、前述したようにフィルタ48に供給される排気中のO2が酸化剤として作用することが一因であって、フィルタ48に流入するO2の量によってフィルタ温度と燃焼速度との関係が変化する。図10に示す関係は、ある特定のO2供給量に対応したものであり、このときのO2供給量がステップS414で用いた基準O2供給量Qorに対応している。
The relationship between the filter temperature used in step S416 and the basic combustion rate of PM is as shown in FIG. 10, and the combustion rate of PM in the pores increases as the filter temperature increases. Combustion of PM deposited on the
そこで、次のステップS418では、ステップS414で求めた基準O2供給量Qorからの偏差ΔQoに所定の補正ゲインを乗算したものを、ステップS416で求めた細孔内におけるPM基本燃焼量に加えることによりPM基本燃焼量を補正し、1回の制御周期の間の細孔内における実際のPM燃焼量を求める(燃焼量演算手段)。この所定補正ゲインは、図10におけるフィルタ温度とPM基本燃焼速度との関係の前提となっている基準O2供給量QorからのO2供給量のずれに対し、実際のPM燃焼速度がどの程度異なるかを予め実験等により確認して求められたものである。 Therefore, in the next step S418, a value obtained by multiplying the deviation ΔQo from the reference O 2 supply amount Qor obtained in step S414 by a predetermined correction gain is added to the PM basic combustion amount in the pores obtained in step S416. The PM basic combustion amount is corrected by the above, and the actual PM combustion amount in the pores during one control cycle is obtained (combustion amount calculating means). The predetermined correction gain indicates how much the actual PM combustion rate is relative to the deviation of the O 2 supply amount from the reference O 2 supply amount Qor, which is the premise of the relationship between the filter temperature and the PM basic combustion rate in FIG. It is obtained by confirming beforehand whether or not they are different by experiments or the like.
次にステップS420に進むと、ステップS404で読み込んだ前回の細孔内PM推定堆積量から、ステップS418で求めた今回の細孔内におけるPM燃焼量を減じることにより、今回の細孔内PM推定堆積量を求め、次回の制御周期におけるステップS404で使用するためにこれを記憶した後、次のステップS422に進む。
ステップS422では、図4に示す第1実施形態の堆積量推定制御におけるステップS222の処理と同様に、図5に示すフィルタ48内の全PM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係に基づき、ステップS420で求められた細孔内PM推定堆積量に対応するd点の位置までb点とc点との間の実線部分を平行移動して補正したフィルタ48内のPM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係(図5のa点〜d点〜e点)を用い、差圧センサ60によって検出されたフィルタ48前後の差圧に対応するフィルタ48内のPM堆積量を読み出し、これをフィルタ48における全PM堆積量として(堆積量推定手段)、今回の制御周期におけるPM堆積量の推定を終了する。
Next, when proceeding to step S420, the current PM estimation in the pore is subtracted from the previous PM estimated deposition amount read in step S404 by subtracting the PM combustion amount in the current pore obtained in step S418. After the accumulation amount is obtained and stored for use in step S404 in the next control cycle, the process proceeds to the next step S422.
In step S422, similar to the processing in step S222 in the accumulation amount estimation control of the first embodiment shown in FIG. 4, based on the relationship between the total PM accumulation amount in the
以上のように本発明の第2実施形態に係る排気浄化装置においては、フィルタ48の温度に基づき求められたフィルタ48の細孔内におけるPM基本燃焼量を、PMの燃焼に寄与する排気中のO2の量に基づき補正することにより、細孔内でのPM燃焼量を求めるようにしたので、この細孔内のPM燃焼量から細孔内のPM堆積量を正確に推定することが可能となる。そして、このようにして求めた細孔内のPM堆積量を用いて補正したフィルタ48内PM堆積量とフィルタ48前後の差圧との関係に基づき、フィルタ48の全PM堆積量を推定するようにしたので、フィルタ48の全PM堆積量を正確に推定することが可能となる。
As described above, in the exhaust emission control device according to the second embodiment of the present invention, the PM basic combustion amount in the pores of the
従って、図2のフローチャートによるフィルタ48の強制再生制御を行う場合に、フィルタ48の全PM堆積量に基づく強制再生の要否及び終了判定を正確に行うことができ、必要以上に強制再生を行って燃費が悪化したり、十分に強制再生が行われずにフィルタ48が目詰まりを起こしたりするようなことがなくなる。
また、λセンサ68によって検出された排気中のO2濃度に基づき、フィルタ48に供給されるO2の量を求めるようにしたので、フィルタ48へのO2流入量を正確に把握してPM堆積量を推定することができると共に、O2濃度の変動に対して的確に追従してPM堆積量の推定を行うことが可能となる。
Therefore, when the forced regeneration control of the
Further, since the amount of O 2 supplied to the
上記第2実施形態では、上述のようにフィルタ48に供給されるO2の量を求めるためにλセンサ68を用いたが、O2供給量を求める方法はこれに限られるものではない。そこで、λセンサ68を用いずにフィルタ48へのO2供給量を求め、フィルタ48のPM堆積量を推定するようにした排気浄化装置を上記第2実施形態の変形例として以下に説明する。
In the second embodiment, the
なお、この変形例はフィルタ48へのO2供給量の求め方が相違するのみで、その他の部分は上記第2実施形態と全く同一である。即ち、全体構成はλセンサ68が用いられない点を除いて上記第2実施形態と同じく図8に示すとおりであり、フィルタ48の強制再生制御は図2のフローチャートに示すとおりである。従って、上記第2実施形態と共通の部分については同じ符号を用いるとともに説明を省略し、相違する部分を説明する。
In this modification, only the method for obtaining the O 2 supply amount to the
本変形例における堆積量推定制御も第1実施形態や第2実施形態と同じく図3のフローチャートに従って行われるが、ステップS112におけるPM堆積量の推定方法のみが上記第1実施形態や第2実施形態と相違しているので、ステップS112以外の処理内容についても説明を省略する。
更に、本変形例におけるステップS112のPM堆積量推定処理は、図9に示す第2実施形態のPM堆積量推定処理の具体的なフローチャートに対し、フィルタ48へのO2供給量Qoを求めるためのステップS410及びS412のみが、図11に示すようにステップS410’及びS412’に置き換えられており、それ以外のステップS402乃至S408並びにステップS414乃至S422の処理内容については、第2実施形態と全く同一である。従って、ここでは図11に従い、ステップS410’及びS412’によるO2供給量の演算処理のみを説明する。
The accumulation amount estimation control in this modification is also performed according to the flowchart of FIG. 3 as in the first and second embodiments, but only the method for estimating the PM accumulation amount in step S112 is the first embodiment or the second embodiment. Therefore, description of processing contents other than step S112 is also omitted.
Furthermore, the PM accumulation amount estimation process of step S112 in this modification is for obtaining the O 2 supply amount Qo to the
ステップS410’では、1回の制御周期の間にインジェクタ4から各気筒の燃焼室6内に噴射された燃料のうち、主噴射の燃料噴射量を演算する。なお、主噴射に先立ちインジェクタ4からパイロット噴射を行っている場合には、パイロット噴射による燃料噴射量も加えた燃料噴射量とする。
次にステップS412’に進むと、まずステップS410’で求めた燃料噴射量に基づき、その噴射量の燃料が燃焼する際に消費されたO2の量を演算する。そして、大気中のO2濃度は把握されているため、ステップS408で演算して求めた排気流量に対応するO2量を、大気のO2濃度を用いて演算し、更にそこから燃料が燃焼する際に消費されたO2の量を減じることにより、排気中に実際に含まれるO2の量、即ちフィルタ48へのO2供給量Qoを演算する(排気成分量演算手段)。
In step S410 ′, the fuel injection amount of the main injection is calculated from the fuel injected from the
Next, when proceeding to step S412 ′, first, based on the fuel injection amount obtained in step S410 ′, the amount of O 2 consumed when the fuel of the injection amount burns is calculated. Since the atmospheric O 2 concentration is known, the O 2 amount corresponding to the exhaust flow rate calculated by calculating in step S408 is calculated using the atmospheric O 2 concentration, and the fuel burns from there. by reducing the amount of O 2 consumed when the amount of O 2 which is actually contained in the exhaust, that is, calculating the O 2 supply amount Qo of the filter 48 (exhaust gas component amount calculating means).
こうしてステップS412’で求められたO2供給量Qoを用い、第2実施形態と同様にしてステップS414乃至S422によりフィルタ48の全PM堆積量を推定する。
以上のように、λセンサ68を用いずに、演算によりフィルタ48へのO2供給量を推定するようにした場合でも、上記第2実施形態と同様にフィルタ48の細孔内のPM堆積量を正確に把握し、その結果フィルタ48の全PM堆積量を正確に推定することが可能となる。
In this way, using the O 2 supply amount Qo obtained in step S412 ′, the total PM deposition amount of the
As described above, even when the O 2 supply amount to the
従って、本変形例においても、図2のフローチャートによるフィルタ48の強制再生制御を行う場合に、フィルタ48のPM堆積量に基づく強制再生の要否及び終了判定を正確に行うことができ、必要以上に強制再生を行って燃費が悪化したり、十分に強制再生が行われずにフィルタ48が目詰まりを起こしたりするようなことがなくなる。
また、本変形例ではλセンサ68を用いずに、フィルタ48へのO2供給量を推定するようにしたので、コストを削減することができる。
Therefore, also in this modification, when the forced regeneration control of the
Further, in this modification, the O 2 supply amount to the
以上で本発明の第1及び第2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、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記第1及び第2実施形態は、それぞれ別個に実施するようにしたが、両方を同時に実施するようにしてもよい。この場合、例えば図4のステップS218、図7のステップS318、或いは図9のステップS418において、NOx供給量偏差ΔQxに所定の補正ゲインを乗じたものと、O2供給量偏差ΔQoに所定の補正ゲインを乗じたものとを細孔内PM基本燃焼量に加算して細孔内PM堆積量を演算すればよい。
Although the description of the exhaust gas purification apparatus according to the first and second embodiments of the present invention is finished above, the present invention is not limited to these embodiments.
For example, the first and second embodiments are implemented separately, but both may be implemented simultaneously. In this case, for example, in step S218 in FIG. 4, step S318 in FIG. 7, or step S418 in FIG. 9, NOx supply amount deviation ΔQx is multiplied by a predetermined correction gain, and O 2 supply amount deviation ΔQo is predetermined correction. What is multiplied by the gain is added to the PM basic combustion amount in the pores to calculate the PM accumulation amount in the pores.
また、上記第1及び第2実施形態では、HCを供給してフィルタ48を強制再生するための強制再生手段としてインジェクタ4を用い、第1追加燃料噴射や第2追加燃料噴射を行うようにしたが、これに代えてフィルタ48よりも上流側の排気中に燃料を噴射してフィルタ48にHCを供給する燃料添加弁を強制再生手段として設けるようにしてもよい。
更に、上記第1及び第2実施形態では、エンジンとして4気筒ディーゼルエンジンを用いたが、エンジンの気筒数及び種類はこれに限られるものではなく、排気中のPMを捕集するためのフィルタを必要とするものであればよい。
In the first and second embodiments, the
Furthermore, in the first and second embodiments, a four-cylinder diesel engine is used as the engine. However, the number and type of cylinders of the engine are not limited to this, and a filter for collecting PM in the exhaust is used. Whatever you need.
1 エンジン
4 インジェクタ(強制再生供給手段)
48 フィルタ
50 NOxセンサ
54 出口側排気温度センサ(フィルタ温度検出手段)
60 差圧センサ(差圧検出手段)
62 ECU
68 λセンサ(酸素センサ)
1
48
60 Differential pressure sensor (Differential pressure detection means)
62 ECU
68 λ sensor (oxygen sensor)
Claims (8)
上記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
上記フィルタに供給される排気中の成分のうち、上記フィルタに捕集されたパティキュレートの燃焼に寄与する特定成分の量を求める排気成分量演算手段と、
上記フィルタ温度検出手段によって検出された上記フィルタの温度に基づく上記細孔内におけるパティキュレートの基本燃焼量を、上記排気成分量演算手段に検出された上記特定成分の量に基づき補正して上記細孔内のパティキュレート燃焼量を求める燃焼量演算手段と、
上記燃焼量演算手段によって求められた上記パティキュレート燃焼量に基づき、上記フィルタへのパティキュレート堆積量を推定する堆積量推定手段
とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。 A filter that is disposed in the exhaust passage of the engine and collects and deposits particulates in the exhaust in and on the surface of the exhaust by circulating the exhaust in the pore;
Filter temperature detection means for detecting the temperature of the filter;
Among the components in the exhaust gas supplied to the filter, an exhaust component amount calculating means for determining the amount of a specific component contributing to the combustion of the particulates collected by the filter;
The basic combustion amount of the particulates in the pores based on the temperature of the filter detected by the filter temperature detecting means is corrected based on the amount of the specific component detected by the exhaust component amount calculating means. A combustion amount calculating means for obtaining a particulate combustion amount in the hole;
An exhaust emission control device comprising: a deposit amount estimating means for estimating a particulate deposit amount on the filter based on the particulate combustion amount obtained by the combustion amount calculating means.
上記堆積量推定手段は、予め設定された上記差圧と上記フィルタへのパティキュレート堆積量との関係と、上記差圧検出手段によって検出された上記差圧とに基づき、上記フィルタへのパティキュレート堆積量を推定するものであって、上記燃焼量演算手段によって求められた上記細孔内での上記パティキュレート燃焼量に応じて上記差圧と上記フィルタへのパティキュレート堆積量との関係を補正することを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 A differential pressure detecting means for detecting a differential pressure before and after the filter;
The accumulation amount estimating means is based on the preset relationship between the differential pressure and the particulate accumulation amount on the filter and the differential pressure detected by the differential pressure detection means. The amount of accumulation is estimated, and the relationship between the differential pressure and the amount of particulate accumulation on the filter is corrected according to the amount of particulate combustion in the pores determined by the combustion amount calculation means. The exhaust emission control device according to claim 1.
上記排気通路に配設され、上記排気中のNOxの濃度を検出するNOxセンサと、
上記NOxセンサによって検出された排気中のNOx濃度に基づき、上記フィルタに供給されるNOxの量を演算するNOx供給量演算手段と
を備え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。 The exhaust component amount calculating means includes:
A NOx sensor disposed in the exhaust passage for detecting the concentration of NOx in the exhaust;
The NOx supply amount calculating means for calculating the amount of NOx supplied to the filter based on the NOx concentration in the exhaust gas detected by the NOx sensor. Exhaust purification equipment.
上記排気成分量演算手段は、上記強制再生手段による強制再生が行われているときと、強制再生が行われていないときとで、異なるNOx排出量マップを用いることを特徴とする請求項5に記載の排気浄化装置。 A forced regeneration means for forcibly regenerating the filter by supplying HC to the filter;
6. The exhaust gas component amount calculation means uses different NOx emission amount maps when forced regeneration by the forced regeneration means is performed and when forced regeneration is not performed. The exhaust emission control device described.
上記排気通路に配設され、上記排気中の酸素濃度を検出する酸素センサと、
上記酸素センサによって検出された排気中の酸素濃度に基づき、上記フィルタに供給される酸素の量を演算する酸素供給量演算手段と
を備え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。 The exhaust component amount calculating means includes:
An oxygen sensor disposed in the exhaust passage for detecting an oxygen concentration in the exhaust;
The oxygen supply amount calculating means for calculating the amount of oxygen supplied to the filter based on the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the oxygen sensor. Exhaust purification equipment.
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