JP2009203962A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に内燃機関の排気中のPM(パティキュレートマター(Particulate Matter))を捕集するDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter))を備えるものに関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine, and more particularly, to an apparatus equipped with a DPF (diesel particulate filter) that collects PM (Particulate Matter) in exhaust gas of an internal combustion engine.
内燃機関の排気系にPMを捕集するDPFを設け、PMの排出量を低減する技術は広く用いられている。このDPFが捕集できるPMの量には限界があるため、DPFに堆積したPMを燃焼させるDPF再生処理が適宜実行される。この再生処理は、例えば、排気工程中での燃料噴射(以下、「ポスト噴射」という)を実行することによりDPFをPMの自着火温度まで昇温した後に、PMを燃焼させる(特許文献1参照)ことで実行される。
A technique for reducing the amount of PM emission by providing a DPF for collecting PM in an exhaust system of an internal combustion engine is widely used. Since there is a limit to the amount of PM that can be collected by the DPF, a DPF regeneration process for burning the PM deposited on the DPF is appropriately executed. In this regeneration process, for example, fuel injection in the exhaust process (hereinafter referred to as “post injection”) is performed to raise the DPF to the self-ignition temperature of PM, and then PM is combusted (see
しかしながら、このようなDPF再生処理を実行した際に、DPFにPMが燃え残ってしまうと、再生処理の頻度が増加し燃費が悪化する。また、これに加えて、DPFにおける圧損の増加に起因して燃費がさらに悪化したり、排気のエミッションが悪化したりするおそれもある。このため、PMが燃え残らないようにDPF再生処理を実行することが好ましい。 However, when such DPF regeneration processing is executed, if PM remains unburned in the DPF, the frequency of regeneration processing increases and fuel consumption deteriorates. In addition to this, there is a possibility that the fuel efficiency is further deteriorated due to an increase in pressure loss in the DPF, and the exhaust emission is also deteriorated. For this reason, it is preferable to execute the DPF regeneration process so that PM does not remain unburned.
そこで、例えば特許文献2には、DPF再生処理の実行時に酸素濃度を制御することで、DPFの過昇温を防止しつつPMを完全に燃焼させる排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置では、DPF再生処理を前期、中期、後期の3つの期間に分けるとともに、前期においてDPFを急速に昇温した後、中期及び後期において酸素濃度を制御しながらPMを燃焼する。より具体的には、中期では酸素濃度を低くすることでPMの燃焼速度を下げてDPFの過昇温を防止し、後期では酸素濃度を高くすることでPMが燃え残らないようにする。
ところで、DPFの材料としては、例えば、シリコンカーバイド(SiC)、チタン酸アルミニウム、及びコージェライト等が用いられる。チタン酸アルミニウムやコージェライトは、シリコンカーバイドと比較して安価であるものの、熱伝導率が小さい。 By the way, as a material of DPF, for example, silicon carbide (SiC), aluminum titanate, cordierite, and the like are used. Aluminum titanate and cordierite are less expensive than silicon carbide, but have a low thermal conductivity.
図10は、DPF再生の時間とDPFの温度との関係を示す図である。この図10において、破線は、DPFの材料としてシリコンカーバイドを用いた場合を示し、実線は、チタン酸アルミニウムを用いた場合を示す。図10において、破線10a及び実線10bは、DPFの中央部の温度変化を示し、破線10c及び実線10dは、DPFの外周部の温度変化を示す。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the DPF regeneration time and the DPF temperature. In FIG. 10, the broken line indicates the case where silicon carbide is used as the material of the DPF, and the solid line indicates the case where aluminum titanate is used. In FIG. 10, a broken line 10a and a solid line 10b indicate a temperature change in the central portion of the DPF, and a broken line 10c and a solid line 10d indicate a temperature change in the outer peripheral portion of the DPF.
図10に示すように、DPFの外周部は、中央部と比較して昇温しにくい傾向がある。これは、以下のような理由による。
つまり、筒状の排気通路に配設されたDPFにおいて、排気はDPFの中央部に溜まりやすいため、DPFの中央部と外周部との間に温度差が生じる。したがって、DPF再生処理を行うと、DPFの中央部に堆積したPMから燃焼し始める。また、DPFにおいて、PMが堆積した部分は堆積していない部分と比較して圧損が大きい。このため、排気はDPFの中央部にさらに集中して流れてしまい、DPFの中央部と外周部との温度差がさらに大きくなる。
熱伝導率が小さい材料を用いた場合には、DPFの中央部の熱が外周部に伝わりにくくなるため、このようなDPFの中央部と外周部の温度差は、さらに大きくなる。
As shown in FIG. 10, the outer peripheral portion of the DPF tends to be harder to heat than the central portion. This is due to the following reasons.
That is, in the DPF disposed in the cylindrical exhaust passage, the exhaust gas tends to accumulate in the central portion of the DPF, so that a temperature difference occurs between the central portion of the DPF and the outer peripheral portion. Therefore, when the DPF regeneration process is performed, combustion starts from PM accumulated in the center of the DPF. Further, in the DPF, the portion where PM is deposited has a larger pressure loss than the portion where PM is not deposited. For this reason, the exhaust gas flows more concentrated on the central portion of the DPF, and the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion of the DPF is further increased.
When a material having a low thermal conductivity is used, the heat at the central portion of the DPF is not easily transmitted to the outer peripheral portion, so that the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion of the DPF is further increased.
その結果、例えばチタン酸アルミニウムのような熱伝導率の小さい材料を用いると、図10に示すように、DPFの中央部の温度はPMの燃焼可能温度に達しても、外周部の温度はPMの燃焼可能温度に達しない場合がある。 As a result, when a material with low thermal conductivity such as aluminum titanate is used, as shown in FIG. 10, even if the temperature of the central portion of the DPF reaches the combustible temperature of PM, the temperature of the outer peripheral portion is PM. The combustible temperature may not be reached.
図11は、DPF再生の時間とDPFの再生効率との関係を示す図である。この図11において、破線は、DPFの材料としてシリコンカーバイドを用いた場合を示し、実線は、チタン酸アルミニウムを用いた場合を示す。また、再生効率とは、DPF再生開始時におけるPMの堆積重量に対する、所定時間経過後のPMの堆積重量の割合を示す。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the DPF regeneration time and the DPF regeneration efficiency. In FIG. 11, the broken line indicates the case where silicon carbide is used as the material of the DPF, and the solid line indicates the case where aluminum titanate is used. The regeneration efficiency indicates the ratio of the PM deposition weight after a predetermined time to the PM deposition weight at the start of DPF regeneration.
上述のように、シリコンカーバイドを用いた場合、再生効率は、DPF再生の時間に比例して上昇する。しかしながら、チタン酸アルミニウムを用いた場合、上述のようにDPFの外周部はPMの燃焼可能温度に達していないため、再生効率の上昇は、DPF再生を開始してから所定の時間が経過した後に鈍化してしまい、PMの燃え残りが生じてしまう。 As described above, when silicon carbide is used, the regeneration efficiency increases in proportion to the DPF regeneration time. However, when aluminum titanate is used, since the outer peripheral portion of the DPF has not reached the PM combustible temperature as described above, the increase in regeneration efficiency occurs after a predetermined time has elapsed since the start of DPF regeneration. It will slow down and PM will remain unburned.
特許文献2の排気浄化装置は、このようなPMの燃え残りが生じないように、PMの燃焼時に酸素濃度を制御するものである。しかしながら、DPFに上述のような熱伝導率の小さい材料を用いた場合には、PMの燃焼を開始する際に、DPFの外周部の温度がPMの燃焼可能温度に達していない場合がある。このような場合、酸素濃度を制御したとしても、結局PMの燃え残りが生じてしまうおそれがある。
The exhaust emission control device of
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、DPFに熱伝導率の低い材料を用いた場合であっても、PMの燃え残りが生じないように効率的に燃焼できる内燃機関の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 in consideration of the above-mentioned points. An internal combustion engine that can efficiently burn so that no PM remains unburned even when a material having low thermal conductivity is used for the DPF. An object is to provide an exhaust emission control device.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)の排気通路(4)に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(32)と、当該パティキュレートフィルタを再生するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタ再生処理実行時に、排気の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段をさらに備え、前記フィルタ再生処理は、前記パティキュレートフィルタを昇温するフィルタ昇温処理と、前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを燃焼する再生燃焼処理と、を含み、前記酸素濃度制御手段は、前記フィルタ昇温処理実行時には、排気の酸素濃度をパティキュレートの燃焼を抑制する濃度に制御し、前記再生燃焼処理実行時には、排気の酸素濃度をパティキュレートの燃焼を促進する濃度に制御することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a particulate filter (32) provided in an exhaust passage (4) of an internal combustion engine (1) for collecting particulates in the exhaust, and the particulates. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a filter regeneration unit that performs a filter regeneration process that regenerates a filter; and further comprising an oxygen concentration control unit that controls an oxygen concentration of exhaust gas when the filter regeneration process is performed, The process includes a filter temperature increasing process for increasing the temperature of the particulate filter, and a regeneration combustion process for burning the particulates deposited on the particulate filter, and the oxygen concentration control means executes the filter temperature increasing process. Sometimes, the oxygen concentration in the exhaust is controlled to a concentration that suppresses the combustion of particulates, and the regeneration combustion During physical execution, and controlling the oxygen concentration of the exhaust gas to a concentration that promotes burning of particulates.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタ昇温処理時における排気の目標酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定手段をさらに備え、当該目標酸素濃度設定手段は、前記パティキュレートフィルタの温度及び当該パティキュレートフィルタにおける排気の空間速度に基づいて、パティキュレートの燃焼を抑制する濃度に目標酸素濃度を設定することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタ昇温処理時における排気の目標酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定手段をさらに備え、当該目標酸素濃度設定手段は、排気の温度又はパティキュレートフィルタの温度の上昇に応じて目標酸素濃度を低減することを特徴とする。
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect further comprises target oxygen concentration setting means for setting a target oxygen concentration of the exhaust gas during the filter temperature raising process, The concentration setting means is characterized in that the target oxygen concentration is reduced according to an increase in the temperature of the exhaust gas or the temperature of the particulate filter.
請求項4に記載の発明は、内燃機関(1)の排気通路(4)に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(32)と、当該パティキュレートフィルタを再生するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタ再生処理実行時に、排気の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段をさらに備え、前記フィルタ再生処理は、前記パティキュレートフィルタを昇温するフィルタ昇温処理と、前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを燃焼する再生燃焼処理とを含み、前記酸素濃度制御手段は、前記フィルタ昇温処理実行時には、排気の酸素濃度を、パティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度以下となるような濃度に制御し、前記再生燃焼処理実行時には、排気の酸素濃度を、パティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度より大きくなるような濃度に制御することを特徴とする。 The invention according to claim 4 is provided in the exhaust passage (4) of the internal combustion engine (1), the particulate filter (32) for collecting the particulates in the exhaust, and the filter regeneration for regenerating the particulate filter. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a filter regeneration unit that executes a process, further comprising an oxygen concentration control unit that controls an oxygen concentration of exhaust gas when the filter regeneration process is performed, wherein the filter regeneration process includes the particulate regeneration unit. A filter temperature raising process for raising the temperature of the filter, and a regeneration combustion process for burning the particulates deposited on the particulate filter, wherein the oxygen concentration control means sets the oxygen concentration of the exhaust during the filter temperature raising process. , Control the concentration so that the burning speed of the particulates is lower than the predetermined burning speed, and the regeneration During tempering process execution, the oxygen concentration of the exhaust, the combustion rate of particulate matter and controlling the concentration such that greater than a predetermined burn rate.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの上流側の排気の温度(TE)を検出する排気温度検出手段(22)と、前記フィルタ昇温処理時における排気の目標酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定手段と、をさらに備え、当該目標酸素濃度設定手段は、前記排気温度検出手段により検出された排気の温度に基づいて、パティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度以下となるような酸素濃度を算出し、当該算出した酸素濃度を目標酸素濃度として設定することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the fourth aspect, the exhaust gas temperature detecting means (22) for detecting the temperature (TE) of the exhaust gas upstream of the particulate filter, Target oxygen concentration setting means for setting a target oxygen concentration of exhaust at the time of the filter temperature raising process, and the target oxygen concentration setting means is based on the temperature of the exhaust detected by the exhaust temperature detecting means. The oxygen concentration is calculated such that the combustion rate of the curate is equal to or lower than a predetermined combustion rate, and the calculated oxygen concentration is set as a target oxygen concentration.
請求項6に記載の発明は、請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの上流側の排気の温度(TE)を検出する排気温度検出手段(22)をさらに備え、前記フィルタ再生手段は、前記フィルタ昇温処理を実行し、前記排気温度検出手段により検出された排気の温度が所定の判定温度(TTHA)以上となった場合に、前記再生燃焼処理を実行することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects, an exhaust gas temperature detecting means for detecting a temperature (TE) of the exhaust gas upstream of the particulate filter. 22), wherein the filter regeneration means executes the filter temperature raising process, and the regeneration is performed when the temperature of the exhaust detected by the exhaust temperature detection means becomes equal to or higher than a predetermined judgment temperature (TTHA). A combustion process is performed.
請求項7に記載の発明は、請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの上流側の排気の温度(TE)を検出する排気温度検出手段(22)をさらに備え、前記フィルタ再生手段は、前記フィルタ昇温処理を実行し、前記排気温度検出手段により検出された排気の温度が所定の判定温度(TTHB)以上となってから所定の時間が経過した後に、前記再生燃焼処理を実行することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects, wherein an exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature (TE) of the exhaust gas upstream of the particulate filter. 22), wherein the filter regeneration means executes the filter temperature raising process, and a predetermined time has elapsed after the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detection means becomes equal to or higher than a predetermined judgment temperature (TTHB). After the elapse of time, the regeneration combustion process is performed.
請求項8に記載の発明は、請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタのうち外周部の温度(TDPF)を推定する外周部温度推定手段をさらに備え、前記フィルタ再生手段は、前記フィルタ昇温処理を実行し、前記外周部温度推定手段により推定された温度が所定の判定温度(TTHC)以上となった場合に、前記再生燃焼処理を実行することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects, an outer peripheral temperature estimating means for estimating an outer peripheral temperature (TDPF) of the particulate filter. The filter regeneration means executes the filter temperature increasing process, and executes the regeneration combustion process when the temperature estimated by the outer peripheral temperature estimating means becomes equal to or higher than a predetermined determination temperature (TTHC). It is characterized by doing.
請求項1に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタを再生するフィルタ再生処理は、フィルタを昇温するフィルタ昇温処理と、堆積したパティキュレートを燃焼する再生燃焼処理とを含む。ここで、フィルタ昇温処理実行時には、排気の酸素濃度をパティキュレートの燃焼を抑制する濃度に制御し、再生燃焼処理実行時には、排気の酸素濃度をパティキュレートの燃焼を促進する濃度に制御する。
上述のように、フィルタの外周部は中央部と比較して昇温しにくい。このため、フィルタを昇温しながらパティキュレートを燃焼させると、フィルタの中央部から再生されてしまい、中央部と外周部との間で圧損差が生じ、結果として燃え残りが生じてしまう。この発明によれば、先ず、フィルタ昇温処理を実行することで、堆積したパティキュレートの燃焼を抑制しながらフィルタ全体を昇温することができる。次に、再生燃焼処理を実行することで、堆積したパティキュレートを燃焼させることができる。この際、フィルタは全領域にわたり昇温されているので、フィルタの中央部及び外周部ともに満遍なく再生することができる。したがって、熱伝導率が小さい材料をフィルタに用いた場合であっても、パティキュレートが燃え残ることがない。
また、このようにしてフィルタを完全再生することにより、再生に必要な時間を短縮するとともに、再生の頻度をも低減し、燃費を向上することができる。また、排気のエミッションを向上することもできる。
また、フィルタの中央部及び外周部ともに満遍なく再生することにより、フィルタの温度差を減らすことができる。これにより、フィルタ基材の熱衝撃による破損も防ぐことができる。
According to the first aspect of the present invention, the filter regeneration process for regenerating the particulate filter includes a filter temperature increase process for increasing the temperature of the filter and a regeneration combustion process for burning the accumulated particulates. Here, when the filter temperature raising process is executed, the oxygen concentration of the exhaust is controlled to a concentration that suppresses particulate combustion, and when the regeneration combustion process is executed, the oxygen concentration of the exhaust is controlled to a concentration that promotes particulate combustion.
As described above, the temperature of the outer peripheral portion of the filter is less likely to increase than that of the central portion. For this reason, when the particulates are burned while the temperature of the filter is raised, the particulates are regenerated from the central portion of the filter, and a pressure loss difference is generated between the central portion and the outer peripheral portion, resulting in unburned residue. According to this invention, first, the temperature of the entire filter can be raised while suppressing the combustion of the accumulated particulates by executing the filter temperature raising process. Next, the accumulated particulates can be burned by executing the regeneration combustion process. At this time, since the temperature of the filter is raised over the entire region, both the central portion and the outer peripheral portion of the filter can be regenerated uniformly. Therefore, even when a material having a low thermal conductivity is used for the filter, the particulates do not remain burned.
In addition, by completely regenerating the filter in this way, it is possible to shorten the time required for regeneration, reduce the frequency of regeneration, and improve fuel efficiency. In addition, exhaust emission can be improved.
Moreover, the temperature difference of a filter can be reduced by reproducing | regenerating uniformly in the center part and outer peripheral part of a filter. Thereby, the damage by the thermal shock of a filter base material can also be prevented.
請求項2に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの温度、及び、このフィルタにおける排気の空間速度に基づいて、パティキュレートの燃焼を抑制する濃度に目標酸素濃度を設定する。これにより、より確実に酸素濃度をパティキュレートの燃焼を抑制する濃度に設定しながら、昇温にかかる時間を短縮することができる。結果として、再生に必要な時間を短縮し、燃費を向上することができる。 According to the second aspect of the invention, the target oxygen concentration is set to a concentration at which particulate combustion is suppressed based on the temperature of the particulate filter and the space velocity of the exhaust gas in the filter. As a result, it is possible to reduce the time required for the temperature rise while more reliably setting the oxygen concentration to a concentration that suppresses particulate combustion. As a result, the time required for reproduction can be shortened and fuel consumption can be improved.
請求項3に記載の発明によれば、排気の温度又はパティキュレートフィルタの温度の上昇に応じて目標酸素濃度を低減する。これにより、より確実に酸素濃度をパティキュレートの燃焼を抑制する濃度に設定しながら、昇温にかかる時間を短縮することができる。結果として、再生に必要な時間を短縮し、燃費を向上することができる。 According to the third aspect of the present invention, the target oxygen concentration is reduced in accordance with an increase in the temperature of the exhaust gas or the temperature of the particulate filter. As a result, it is possible to reduce the time required for the temperature rise while more reliably setting the oxygen concentration to a concentration that suppresses particulate combustion. As a result, the time required for reproduction can be shortened and fuel consumption can be improved.
請求項4に記載の発明によれば、フィルタ昇温処理実行時には、排気の酸素濃度を、パティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度以下となるような濃度に制御し、再生燃焼処理実行時には、排気の酸素濃度を、パティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度より大きくなるように制御する。
これにより、フィルタ昇温処理を実行することで、堆積したパティキュレートの燃焼を抑制しながらフィルタ全体を昇温することができる。次に、再生燃焼処理を実行することで、堆積したパティキュレートを燃焼させることができる。この際、フィルタは全領域にわたり昇温されているので、フィルタの中央部及び外周部ともに満遍なく再生することができる。したがって、パティキュレートが燃え残ることもない。
また、このようにしてフィルタを完全再生することにより、再生に必要な時間を短縮するとともに、再生の頻度をも低減し、燃費を向上することができる。また、排気のエミッションを向上することもできる。
また、フィルタの中央部及び外周部ともに満遍なく再生することにより、フィルタの温度差を減らすことができる。これにより、フィルタ基材の熱衝撃による破損も防ぐことができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the exhaust gas oxygen concentration is controlled to a concentration such that the particulate combustion rate is equal to or lower than a predetermined combustion rate when the filter temperature raising process is executed, and when the regeneration combustion process is executed, The oxygen concentration in the exhaust gas is controlled so that the burning rate of the particulates is greater than a predetermined burning rate.
Thus, by executing the filter temperature increasing process, it is possible to raise the temperature of the entire filter while suppressing the combustion of accumulated particulates. Next, the accumulated particulates can be burned by executing the regeneration combustion process. At this time, since the temperature of the filter is raised over the entire region, both the central portion and the outer peripheral portion of the filter can be regenerated uniformly. Therefore, the particulates will not remain unburned.
In addition, by completely regenerating the filter in this way, it is possible to shorten the time required for regeneration, reduce the frequency of regeneration, and improve fuel efficiency. In addition, exhaust emission can be improved.
Moreover, the temperature difference of a filter can be reduced by reproducing | regenerating uniformly in the center part and outer peripheral part of a filter. Thereby, the damage by the thermal shock of a filter base material can also be prevented.
請求項5に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの上流側の排気の温度を検出し、この温度に基づいてパティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度以下となるような酸素濃度を算出し、この酸素濃度を目標酸素濃度として設定する。これにより、より確実に酸素濃度をパティキュレートの燃焼を抑制する濃度に設定しながら、昇温にかかる時間を短縮することができる。結果として、再生に必要な時間を短縮し、燃費を向上することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter is detected, and the oxygen concentration is calculated based on this temperature so that the particulate combustion rate is equal to or lower than the predetermined combustion rate. This oxygen concentration is set as the target oxygen concentration. As a result, it is possible to reduce the time required for the temperature rise while more reliably setting the oxygen concentration to a concentration that suppresses particulate combustion. As a result, the time required for reproduction can be shortened and fuel consumption can be improved.
請求項6に記載の発明によれば、フィルタ昇温処理を実行し、パティキュレートフィルタの上流側の排気の温度が所定の判定温度以上となった場合に、再生燃焼処理を実行する。これにより、より確実にフィルタを全領域にわたり昇温することができる。したがって、再生燃焼処理において、パティキュレートを満遍なく燃焼することができる。また、フィルタ昇温処理にかかる時間を最小限にすることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the filter temperature increasing process is executed, and the regeneration combustion process is executed when the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter becomes equal to or higher than a predetermined judgment temperature. Thereby, it is possible to raise the temperature of the filter more reliably over the entire region. Accordingly, the particulates can be burned evenly in the regeneration combustion process. Further, the time required for the filter temperature raising process can be minimized.
請求項7に記載の発明によれば、フィルタ昇温処理を実行し、パティキュレートフィルタの上流側の排気の温度が所定の判定温度以上となってから所定の時間が経過した後に、再生燃焼処理を実行する。これにより、より確実にフィルタを全領域にわたり昇温することができる。したがって、再生燃焼処理において、パティキュレートを満遍なく燃焼することができる。また、フィルタ昇温処理にかかる時間を最小限にすることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the filter temperature increasing process is executed, and after a predetermined time has elapsed since the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter has become equal to or higher than the predetermined determination temperature, the regeneration combustion process is performed. Execute. Thereby, it is possible to raise the temperature of the filter more reliably over the entire region. Accordingly, the particulates can be burned evenly in the regeneration combustion process. Further, the time required for the filter temperature raising process can be minimized.
請求項8に記載の発明によれば、フィルタ昇温処理を実行し、パティキュレートフィルタの外周部の温度が所定の判定温度以上となった場合に、再生燃焼処理を実行する。これにより、フィルタのうち最も昇温しにくい外周部を確実に昇温した後に、再生燃焼処理を実行することができる。したがって、パティキュレートを満遍なく燃焼することができる。また、フィルタ昇温処理にかかる時間を最小限にすることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the filter temperature increasing process is executed, and the regeneration combustion process is executed when the temperature of the outer peripheral portion of the particulate filter becomes equal to or higher than a predetermined determination temperature. As a result, the regeneration combustion process can be executed after reliably raising the temperature of the outer peripheral portion of the filter that is most difficult to rise. Therefore, the particulates can be burned evenly. Further, the time required for the filter temperature raising process can be minimized.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関(以下「エンジン」という)1は、各気筒7の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒7には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)40により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU40により制御される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and an exhaust purification device thereof according to a first embodiment of the present invention. An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into the combustion chamber of each
エンジン1には、吸気が流通する吸気管2と、排気が流通する排気管4と、排気管4内の排気の一部を吸気管2に還流する排気還流通路6と、吸気管2に吸気を圧送する過給機8とが設けられている。
The
吸気管2は、吸気マニホールド3の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の吸気ポートに接続されている。排気管4は、排気マニホールド5の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の排気ポートに接続されている。排気還流通路6は、排気マニホールド5から分岐し吸気マニホールド3に至る。
The
過給機8は、排気管4に設けられた図示しないタービンと、吸気管2に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気管4を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気管2内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数(回転速度)を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ECU40により電磁的に制御される。
The supercharger 8 includes a turbine (not shown) provided in the exhaust pipe 4 and a compressor (not shown) provided in the
吸気管2のうち過給機8の上流側には、エンジン1の吸入空気量GAを制御するスロットル弁9が設けられている。このスロットル弁9は、アクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により電磁的に制御される。また、吸気管2のうち過給機8の下流側には、過給機8により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ11が設けられている。
A throttle valve 9 for controlling the intake air amount GA of the
排気還流通路6は、排気マニホールド5と吸気マニホールド3とを接続し、エンジン1から排出された排気の一部を還流する。排気還流通路6には、還流される排気を冷却するEGRクーラ12と、還流する排気の流量を制御するEGR弁13と、が設けられている。EGR弁13は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その弁開度はECU40により電磁的に制御される。
The exhaust gas recirculation passage 6 connects the
排気管4のうち過給機8の下流側には、触媒コンバータ31と、パティキュレートフィルタとしてのDPF32とが、上流側からこの順で設けられている。
A
触媒コンバータ31は、例えば、酸化触媒を内蔵し、この触媒と排気との反応により排気を浄化するとともに、排気と触媒の反応により発生する熱で排気を昇温する。
The
DPF32は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするPMを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、チタン酸アルミニウムやコージェライト等を材料とした多孔質体が使用される。
DPF32の捕集能力の限界、すなわち堆積限界までPMを捕集すると、圧損が大きくなるので、捕集したPMを燃焼し、DPF32を再生するDPF再生処理を適宜実行する必要がある。このDPF再生処理は、例えば、主噴射とは別のトルクに寄与しない燃料噴射(以下、「ポスト噴射」という)を実行し、DPF32に流入する排気の温度を、DPF32に捕集されたPMの燃焼温度まで上昇させ、PMを燃焼させることで行われる。このDPF再生処理の手順については、後に図2を参照して詳述する。
When the exhaust gas passes through fine holes in the filter wall, the
When PM is collected to the limit of the collection capability of the
ECU40には、排気管4のうちDPF32の上流側の排気の温度TEを検出する排気温度センサ22が接続されており、このセンサの検出信号は、ECU40に供給される。
The
ECU40は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU40は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、スロットル弁9、EGR弁13、過給機8、及びエンジン1の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを備える。
The
図2は、ECUによるDPF再生処理の手順を示すフローチャートである。
図2に示すように、本実施形態のDPF再生処理は、DPFに堆積したPMを燃焼する通常の再生燃焼処理(ステップS5)と、この通常の再生燃焼処理を実行する前に、DPFを昇温しつつ排気の目標酸素濃度を通常の再生燃焼処理における酸素濃度よりも低くしてPMの燃焼を抑制するDPF昇温処理(ステップS3)と、を含む。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of DPF regeneration processing by the ECU.
As shown in FIG. 2, the DPF regeneration process of the present embodiment includes a normal regeneration combustion process (step S5) in which PM accumulated in the DPF is combusted, and the DPF is increased before executing this ordinary regeneration combustion process. And a DPF temperature raising process (step S3) that suppresses PM combustion by lowering the target oxygen concentration of the exhaust gas while lowering the oxygen concentration in the normal regeneration combustion process.
ステップS1では、DPF再生要求フラグFDPFRRが「1」であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS3に移り、NOの場合にはステップS2に移り、運転者の要求に応じて予定されていた燃焼を行う。ここで、このDPF再生要求フラグFDPFRRは、DPF再生処理の実行を要求するフラグであり、燃料の消費量が所定値に達したとき、車両の走行距離が所定値に達したとき、あるいは、PMの堆積量が所定の堆積量に達したとき等に「1」に設定される。また、このDPF再生要求フラグFDPFRRは、一旦「1」に設定されると、所定の再生時間が経過した後に図示しない処理により「0」に戻される。 In step S1, it is determined whether or not a DPF regeneration request flag FDPFRR is “1”. If this determination is YES, the process proceeds to step S3, and if NO, the process proceeds to step S2, and the combustion that was scheduled according to the driver's request is performed. Here, the DPF regeneration request flag FDPFRR is a flag for requesting execution of the DPF regeneration process, and when the fuel consumption reaches a predetermined value, when the travel distance of the vehicle reaches a predetermined value, or PM Is set to “1”, for example, when the amount of the accumulated amount reaches a predetermined amount. Further, once this DPF regeneration request flag FDPFRR is set to “1”, it is returned to “0” by a process (not shown) after a predetermined regeneration time has elapsed.
ステップS3では、DPF昇温処理を実行し、ステップS4に移る。このDPF昇温処理では、例えば、ポスト噴射を実行し、DPFに流入する排気の温度を上昇させることによりDPFを昇温する。 In step S3, a DPF temperature raising process is executed, and the process proceeds to step S4. In this DPF temperature raising process, for example, post injection is executed to raise the temperature of the DPF by raising the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF.
DPF昇温処理を実行する際には、DPFを昇温しつつ、このDPFに流入する排気の酸素濃度を、後述の通常再生燃焼処理を実行する際における酸素濃度よりも低くなるように制御する。より具体的には、DPFに堆積したPMの燃焼を抑制する酸素濃度(例えば、1%以下)に目標酸素濃度を設定するとともに、この目標酸素濃度と一致するように排気の酸素濃度を制御する。ここで、酸素濃度を低減するためには、例えば、通常再生燃焼処理と比較して、ポスト噴射における燃料噴射量を増量したり、又は、主噴射を通常燃焼よりも遅角しつつスロットル弁を閉じて吸気量を減量したりする。 When executing the DPF temperature raising process, the temperature of the DPF is raised, and the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the DPF is controlled to be lower than the oxygen concentration when the normal regeneration combustion process described later is executed. . More specifically, the target oxygen concentration is set to an oxygen concentration (for example, 1% or less) that suppresses combustion of PM accumulated in the DPF, and the oxygen concentration of the exhaust gas is controlled so as to coincide with the target oxygen concentration. . Here, in order to reduce the oxygen concentration, for example, compared with the normal regeneration combustion processing, the fuel injection amount in the post injection is increased or the throttle valve is retarded while retarding the main injection from the normal combustion. Close to reduce intake.
ステップS4では、所定の燃焼開始条件が成立しているか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS5に移り、NOの場合にはこの処理を直ちに終了する。 In step S4, it is determined whether or not a predetermined combustion start condition is satisfied. If this determination is YES, the process proceeds to step S5, and if this determination is NO, this process is immediately terminated.
燃焼開始条件とは、DPF昇温処理を終了して、通常再生燃焼処理を開始するための条件である。本実施形態では、例えば、排気温度センサにより検出された排気の温度TEが所定の判定温度TTHA以上となること、を燃焼開始条件とする。
この他、例えば、DPF昇温処理を実行してから、排気温度センサにより検出された排気の温度TEが所定の判定温度TTHB以上となってから、所定の時間が経過すること、を燃焼開始条件としてもよい。
また、例えば、排気温度センサにより検出された排気の温度TEに基づいてDPFの外周部の温度TDPFを推定し、このDPFの温度TDPFが所定の判定温度TTHC以上となること、を燃焼開始条件としてもよい。
The combustion start condition is a condition for ending the DPF temperature raising process and starting the normal regeneration combustion process. In the present embodiment, for example, the combustion start condition is that the exhaust gas temperature TE detected by the exhaust gas temperature sensor is equal to or higher than a predetermined determination temperature TTHA.
In addition, for example, the combustion start condition is that a predetermined time elapses after the exhaust gas temperature TE detected by the exhaust temperature sensor becomes equal to or higher than a predetermined determination temperature TTHB after the DPF temperature raising process is executed. It is good.
Further, for example, the temperature TDPF of the outer periphery of the DPF is estimated based on the exhaust temperature TE detected by the exhaust temperature sensor, and the combustion start condition is that the temperature TDPF of the DPF becomes equal to or higher than a predetermined determination temperature TTHC. Also good.
ステップS5では、通常再生燃焼処理を実行し、この処理を終了する。この通常再生燃焼処理では、例えば、ポスト噴射を実行することで、DPFに堆積したPMを燃焼する。また、この通常再生燃焼処理では、DPFに堆積したPMの燃焼を促進する酸素濃度(例えば、1%以上)に目標酸素濃度に設定するとともに、この目標酸素濃度と一致するように排気の酸素濃度を制御する。 In step S5, a normal regeneration combustion process is executed, and this process ends. In this normal regeneration combustion process, for example, PM accumulated in the DPF is burned by executing post injection. In the normal regeneration combustion process, the target oxygen concentration is set to an oxygen concentration (for example, 1% or more) that promotes the combustion of PM accumulated in the DPF, and the oxygen concentration of the exhaust gas is set to coincide with the target oxygen concentration. To control.
以上のような本実施形態におけるDPF再生処理と、比較例におけるDPF再生処理とを比較する。ここで、比較例のDPF再生処理とは、本実施形態における通常再生燃焼処理(図2中ステップS5)のみを実行した場合を示す。つまり、DPF再生処理を開始してから終了するまで、DPFに流入する排気の酸素濃度を、PMの燃焼を促進する濃度に保った場合を示す。 The DPF regeneration process in the present embodiment as described above is compared with the DPF regeneration process in the comparative example. Here, the DPF regeneration process of the comparative example indicates a case where only the normal regeneration combustion process (step S5 in FIG. 2) in the present embodiment is executed. That is, it shows a case where the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the DPF is kept at a concentration that promotes PM combustion from the start to the end of the DPF regeneration process.
図3は、DPF再生の時間と、DPFの上流側のガスの温度及びDPFの温度との関係を示す図である。図3において、左方は比較例による結果を示し、右方は本実施形態による結果を示す。また、一点鎖線はDPF上流側の排気の中央部の温度を示し、二点鎖線はDPFの上流側の排気の外周部の温度を示し、破線はDPF下端の中央部の温度を示し、実線はDPF下端の外周部の温度を示す。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the DPF regeneration time, the temperature of the gas upstream of the DPF, and the temperature of the DPF. In FIG. 3, the left side shows the results of the comparative example, and the right side shows the results of the present embodiment. In addition, the alternate long and short dash line indicates the temperature at the center of the exhaust on the upstream side of the DPF, the alternate long and two short dashes line indicates the temperature at the outer periphery of the exhaust on the upstream side of the DPF, the broken line indicates the temperature at the center of the lower end of the DPF, and the solid line indicates The temperature of the outer peripheral part of the lower end of DPF is shown.
図4から図6は、DPF再生処理時におけるDPFを模式的に示す図である。より具体的には、図4は比較例のDPF再生処理時のDPFを示し、図5はDPF昇温処理時のDPFを示し、図6は通常再生燃焼処理時のDPFを示す。 4 to 6 are diagrams schematically illustrating the DPF during the DPF regeneration process. More specifically, FIG. 4 shows the DPF during the DPF regeneration process of the comparative example, FIG. 5 shows the DPF during the DPF temperature raising process, and FIG. 6 shows the DPF during the normal regeneration combustion process.
図3に示すように、比較例のDPF再生処理において、DPF上流の排気の温度は、再生開始直後に急激にPMの燃焼温度付近まで上昇した後、略一定となる。この排気のうち、DPFの外周部に流入する排気は、外部への放熱量が多く、DPFの中央部に流入する排気よりも温度が低い。これに加えて、DPFの中央部には排気が溜まりやすいため、DPFの中央部と外周部との間に温度差が生じる。 As shown in FIG. 3, in the DPF regeneration process of the comparative example, the temperature of the exhaust gas upstream of the DPF suddenly rises to near the combustion temperature of PM immediately after the regeneration starts, and becomes substantially constant. Among the exhaust gases, the exhaust gas flowing into the outer peripheral portion of the DPF has a large amount of heat radiation to the outside, and the temperature is lower than that of the exhaust gas flowing into the central portion of the DPF. In addition to this, exhaust gas tends to accumulate in the central portion of the DPF, so that a temperature difference occurs between the central portion and the outer peripheral portion of the DPF.
また、比較例のDPF再生処理では、DPFを昇温しながらPMを燃焼させる。このため、DPF再生処理を行うと、DPFの中央部に堆積したPMから燃焼し始める。また、DPFにおいて、PMが堆積した部分は堆積していない部分と比較して圧損が大きい。このため、排気はDPFの中央部にさらに集中して流れてしまい(図4参照)、DPFの中央部と外周部との温度差がさらに大きくなってしまう。この結果、DPFの外周部はPMの燃焼温度に達することなく、外周部にはPMが燃え残ってしまう場合がある(図4参照)。 In the DPF regeneration process of the comparative example, PM is burned while the DPF is heated. For this reason, when the DPF regeneration process is performed, combustion starts from PM accumulated in the center of the DPF. Further, in the DPF, the portion where PM is deposited has a larger pressure loss than the portion where PM is not deposited. For this reason, the exhaust gas flows more concentrated in the central portion of the DPF (see FIG. 4), and the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion of the DPF becomes even larger. As a result, the outer periphery of the DPF does not reach the combustion temperature of PM, and PM may remain unburned on the outer periphery (see FIG. 4).
一方、図3に示すように、本実施形態のDPF再生処理は、DPF昇温処理を実行した後に、通常再生燃焼処理を実行する。
DPF昇温処理期間では、酸素濃度を制御してDPFに堆積したPMの燃焼を抑制しつつ、DPFの中央部及び外周部を所定の時間をかけて昇温する。ここで、上述の比較例と異なり、PMの燃焼を抑制しているため、DPFの中央部と外周部との間の圧損差は小さく、DPFの中央部及び外周部ともに、PMの燃焼温度まで昇温することができる(図5参照)。
On the other hand, as shown in FIG. 3, in the DPF regeneration process of the present embodiment, the normal regeneration combustion process is performed after the DPF temperature increase process is performed.
In the DPF temperature increase processing period, the temperature of the central portion and the outer periphery of the DPF is increased over a predetermined time while controlling the oxygen concentration and suppressing the combustion of PM deposited on the DPF. Here, unlike the above-described comparative example, since PM combustion is suppressed, the pressure loss difference between the central portion and the outer peripheral portion of the DPF is small, and both the central portion and the outer peripheral portion of the DPF reach the combustion temperature of the PM. The temperature can be raised (see FIG. 5).
通常再生燃焼処理では、排気の酸素濃度をPMの燃焼を促進する濃度に制御することで、PMを燃焼する。特にこの時、DPFの中央部及び外周部の温度は、ともにPMが燃焼可能な温度に達しているので、図6に示すように、PMはDPFの上端側から順に満遍なく燃焼する。 In normal regeneration combustion processing, PM is burned by controlling the oxygen concentration of the exhaust to a concentration that promotes combustion of PM. In particular, at this time, the temperature of the central portion and the outer peripheral portion of the DPF has reached a temperature at which PM can be combusted. Therefore, as shown in FIG. 6, PM burns evenly in order from the upper end side of the DPF.
図7は、DPF再生の時間と再生効率との関係を示す図である。図7において、実線は、本実施形態のDPF再生処理による再生効率の時間変化を示し、破線は、比較例のDPF再生処理による再生効率の時間変化を示す。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the DPF regeneration time and the regeneration efficiency. In FIG. 7, the solid line indicates the time change of the regeneration efficiency due to the DPF regeneration process of the present embodiment, and the broken line indicates the time change of the regeneration efficiency due to the DPF regeneration process of the comparative example.
図7に示すように、比較例では、再生効率の上昇は、再生時間の経過とともに鈍化してしまい、DPF再生処理を開始してから約20秒経過した後は、再生効率は約64%に収束する。これは、上述のようにDPFの外周部がPMの燃焼可能な温度に達せず、PMが燃え残るためである。
一方、本実施形態では、シリコンカーバイドのような熱伝導性の高い材料を用いた場合と同様に(上述の図11参照)、DPFの再生効率は、再生時間に比例して上昇する。これは、上述のように、低酸素濃度でDPFを昇温した後にPMを燃焼させるためであり、これにより、DPFを完全に再生することが可能となる。
As shown in FIG. 7, in the comparative example, the increase in the regeneration efficiency slows down with the lapse of the regeneration time, and after about 20 seconds from the start of the DPF regeneration process, the regeneration efficiency reaches about 64%. Converge. This is because, as described above, the outer periphery of the DPF does not reach the temperature at which PM can be combusted, and PM remains unburned.
On the other hand, in this embodiment, as in the case of using a material having high thermal conductivity such as silicon carbide (see FIG. 11 described above), the regeneration efficiency of the DPF increases in proportion to the regeneration time. As described above, this is because PM is burned after the DPF is heated at a low oxygen concentration, and thus it is possible to completely regenerate the DPF.
本実施形態では、エンジン1の燃料噴射弁、スロットル弁9、触媒コンバータ31、及びECU40によりフィルタ再生手段が構成され、エンジン1の燃料噴射弁、スロットル弁9、及びECU40により酸素濃度制御手段が構成され、ECU40により目標酸素濃度設定手段が構成され、排気温度センサ22、及びECU40により外周部温度推定手段が構成される。具体的には、図2に示すDPF再生処理の実行に係る手段がフィルタ再生手段の一部に相当し、図2のステップS3、S5の実行に係る手段が酸素濃度制御手段、及び目標酸素濃度設定手段の一部に相当し、図2のステップS4の実行に係る手段が外周部温度推定手段の一部に相当する。
In this embodiment, the fuel regeneration valve of the
以上詳述したように、本実施形態によれば、先ず、DPF昇温処理を実行することで、堆積したPMの燃焼を抑制しながらDPF32全体を昇温することができる。次に、通常再生燃焼処理を実行することで、堆積したPMを燃焼させることができる。この際、DPF32は全領域にわたり昇温されているので、DPF32の中央部及び外周部ともに満遍なく再生することができる。したがって、熱伝導率が小さい材料をDPF32に用いた場合であっても、PMが燃え残ることがない。
また、このようにしてDPF32を完全再生することにより、再生に必要な時間を短縮するとともに、再生の頻度をも低減し、燃費を向上することができる。また、排気のエミッションを向上することもできる。
また、DPF32の中央部及び外周部ともに満遍なく再生することにより、DPF32の温度差を減らすことができる。これにより、DPF基材の熱衝撃による破損も防ぐことができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, first, the DPF temperature raising process is executed, whereby the temperature of the
In addition, by completely regenerating the
Further, the temperature difference of the
また、本実施形態によれば、DPF昇温処理を実行し、DPFの上流側の排気の温度TEが所定の判定温度以上となった場合に、通常再生燃焼処理を実行する。これにより、より確実にDPF32を全領域にわたり昇温することができる。したがって、通常再生燃焼処理において、PMを満遍なく燃焼することができる。また、DPF昇温処理にかかる時間を最小限にすることができる。
Further, according to the present embodiment, the DPF temperature raising process is executed, and the normal regeneration combustion process is executed when the temperature TE of the exhaust gas upstream of the DPF becomes equal to or higher than a predetermined determination temperature. Thereby, it is possible to raise the temperature of the
[第2の実施形態]
図8及び図9を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。
本実施形態は、第1の実施形態に係るDPF再生処理の(図2のステップS2、及びステップS5参照)における目標酸素濃度の設定の仕方が異なる。本実施形態では、目標酸素濃度を、PMの燃焼速度に基づいて設定する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is different in how to set the target oxygen concentration in the DPF regeneration process according to the first embodiment (see step S2 and step S5 in FIG. 2). In the present embodiment, the target oxygen concentration is set based on the PM combustion rate.
図8は、DPFの上流側の排気の温度とPMの燃焼速度との関係を示す図であり、排気の酸素濃度が10%、5%、3%、及び1%の場合をそれぞれ示す。
図8に示すように、排気の温度が高くなるに従いPMの燃焼速度は速くなり、PMの燃焼は促進され、排気の温度が低くなるに従いPMの燃焼速度は遅くなり、PMの燃焼は抑制される。特に、同じ排気温度の下では、酸素濃度が高くなるに従いPMの燃焼速度は速くなり、酸素濃度が低くなるに従いPMの燃焼速度は遅くなる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the temperature of the exhaust on the upstream side of the DPF and the combustion rate of PM, and shows the cases where the oxygen concentration of the exhaust is 10%, 5%, 3%, and 1%, respectively.
As shown in FIG. 8, the combustion speed of PM increases as the temperature of the exhaust gas increases, the combustion of PM is accelerated, the combustion speed of the PM decreases as the temperature of the exhaust gas decreases, and the combustion of PM is suppressed. The In particular, under the same exhaust temperature, the PM combustion rate increases as the oxygen concentration increases, and the PM combustion rate decreases as the oxygen concentration decreases.
図9は、PMの燃焼速度が所定の設定燃焼速度となるようにした場合における、DPFの上流側の排気の温度と酸素濃度との関係を示す図である。
図9に示すように、排気の温度が高くなるに従いPMの燃焼速度を一定に保つために必要な排気の酸素濃度は低くなる。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the exhaust gas temperature upstream of the DPF and the oxygen concentration when the PM combustion rate is set to a predetermined set combustion rate.
As shown in FIG. 9, as the exhaust gas temperature increases, the oxygen concentration in the exhaust gas required to keep the PM combustion rate constant decreases.
本実施形態では、以上のようなPMの燃焼速度、排気の酸素濃度、及び排気の温度の関係に基づいて、目標酸素濃度を設定する。
より具体的には、DPF昇温処理時(図2のステップS2参照)には、排気温度センサにより検出された排気の温度TEに基づいて、PMの燃焼速度が所定の設定燃焼速度以下となるような酸素濃度を算出し、この酸素濃度を目標酸素濃度とする。さらに、この目標酸素濃度に一致するように排気の酸素濃度を制御することで、PMの燃焼を抑制する。
また、通常再生燃焼処理時(図2のステップS5参照)には、排気温度センサにより検出された排気の温度TEに基づいて、PMの燃焼速度が所定の設定燃焼速度以下となるような酸素濃度を算出し、この酸素濃度を目標酸素濃度とする。さらに、この目標酸素濃度に一致するように排気の酸素濃度を制御することで、PMの燃焼を促進する。
In the present embodiment, the target oxygen concentration is set based on the relationship between the PM combustion rate, the exhaust oxygen concentration, and the exhaust gas temperature.
More specifically, at the time of the DPF temperature raising process (see step S2 in FIG. 2), the PM combustion speed becomes equal to or lower than a predetermined set combustion speed based on the exhaust gas temperature TE detected by the exhaust gas temperature sensor. Such an oxygen concentration is calculated, and this oxygen concentration is set as a target oxygen concentration. Furthermore, PM combustion is suppressed by controlling the oxygen concentration of the exhaust gas so as to coincide with the target oxygen concentration.
Further, during the normal regeneration combustion process (see step S5 in FIG. 2), the oxygen concentration is such that the PM combustion rate is equal to or lower than a predetermined set combustion rate based on the exhaust gas temperature TE detected by the exhaust gas temperature sensor. And this oxygen concentration is set as the target oxygen concentration. Furthermore, PM combustion is promoted by controlling the oxygen concentration of the exhaust gas so as to coincide with the target oxygen concentration.
以上詳述したように、本実施形態によれば、上記第1の実施形態の効果に加えて、以下の効果がある。
本実施形態によれば、DPF32の上流側の排気の温度TEを検出し、この温度TEに基づいてPMの燃焼速度が所定の燃焼速度以下となるような酸素濃度を算出し、この酸素濃度を目標酸素濃度として設定する。これにより、より確実に酸素濃度をPMの燃焼を抑制する濃度に設定しながら、昇温にかかる時間を短縮することができる。結果として、再生に必要な時間を短縮し、燃費を向上することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained.
According to the present embodiment, the temperature TE of the exhaust gas upstream of the
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made.
上述した第1の実施形態では、一定の目標酸素濃度の下でDPF昇温処理を実行したが、これに限らない。例えば、DPFの温度及びDPFにおける排気の空間速度に基づいて、目標酸素濃度を、PMの燃焼を抑制する濃度に設定してもよい。また、例えば、排気の温度、又は、DPFの温度の変化に応じて目標酸素濃度を変更してもよい。より具体的には、排気の温度、又は、DPFの温度が上昇に応じて、目標酸素濃度を低減してもよい。
これにより、より確実に酸素濃度をPMの燃焼を抑制する濃度に設定しながら、昇温にかかる時間を短縮することができる。結果として、再生に必要な時間を短縮し、燃費を向上することができる。
In the first embodiment described above, the DPF temperature raising process is executed under a constant target oxygen concentration, but the present invention is not limited to this. For example, the target oxygen concentration may be set to a concentration that suppresses combustion of PM based on the temperature of the DPF and the space velocity of the exhaust gas in the DPF. Further, for example, the target oxygen concentration may be changed in accordance with a change in the exhaust gas temperature or the DPF temperature. More specifically, the target oxygen concentration may be reduced as the exhaust gas temperature or the DPF temperature increases.
As a result, it is possible to shorten the time required for temperature increase while more reliably setting the oxygen concentration to a concentration that suppresses the combustion of PM. As a result, the time required for reproduction can be shortened and fuel consumption can be improved.
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進用エンジンなどの排気浄化装置にも適用が可能である。 The present invention can also be applied to an exhaust emission control device such as a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
1…内燃機関
9…スロットル弁(フィルタ再生手段、酸素濃度制御手段)
22…排気温度センサ(排気温度検出手段、外周部温度推定手段)
31…触媒コンバータ(フィルタ再生手段)
32…DPF(パティキュレートフィルタ)
40…電子制御ユニット(フィルタ再生手段、酸素濃度制御手段、目標酸素濃度設定手段、外周部温度推定手段)
DESCRIPTION OF
22 ... Exhaust temperature sensor (exhaust temperature detection means, outer periphery temperature estimation means)
31 ... Catalytic converter (filter regeneration means)
32 ... DPF (Particulate Filter)
40. Electronic control unit (filter regeneration means, oxygen concentration control means, target oxygen concentration setting means, outer peripheral temperature estimation means)
Claims (8)
前記フィルタ再生処理実行時に、排気の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段をさらに備え、
前記フィルタ再生処理は、前記パティキュレートフィルタを昇温するフィルタ昇温処理と、前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを燃焼する再生燃焼処理と、を含み、
前記酸素濃度制御手段は、前記フィルタ昇温処理実行時には、排気の酸素濃度をパティキュレートの燃焼を抑制する濃度に制御し、前記再生燃焼処理実行時には、排気の酸素濃度をパティキュレートの燃焼を促進する濃度に制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a particulate filter that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulates in exhaust gas; and a filter regeneration unit that performs filter regeneration processing for regenerating the particulate filter. ,
Further comprising oxygen concentration control means for controlling the oxygen concentration of the exhaust when performing the filter regeneration processing;
The filter regeneration process includes a filter temperature raising process for raising the temperature of the particulate filter, and a regeneration combustion process for burning the particulate deposited on the particulate filter,
The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration of the exhaust to a concentration that suppresses particulate combustion when the filter temperature raising process is executed, and promotes the combustion of the particulates when the regeneration combustion process is executed. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, characterized in that the concentration is controlled.
当該目標酸素濃度設定手段は、前記パティキュレートフィルタの温度及び当該パティキュレートフィルタにおける排気の空間速度に基づいて、パティキュレートの燃焼を抑制する濃度に目標酸素濃度を設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Further comprising target oxygen concentration setting means for setting a target oxygen concentration of exhaust during the filter temperature raising process,
The target oxygen concentration setting means sets the target oxygen concentration to a concentration that suppresses particulate combustion based on the temperature of the particulate filter and the space velocity of exhaust gas in the particulate filter. 2. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to 1.
当該目標酸素濃度設定手段は、排気の温度又はパティキュレートフィルタの温度の上昇に応じて目標酸素濃度を低減することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Further comprising target oxygen concentration setting means for setting a target oxygen concentration of exhaust during the filter temperature raising process,
2. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the target oxygen concentration setting means reduces the target oxygen concentration in accordance with an increase in the temperature of the exhaust gas or the temperature of the particulate filter.
前記フィルタ再生処理実行時に、排気の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段をさらに備え、
前記フィルタ再生処理は、前記パティキュレートフィルタを昇温するフィルタ昇温処理と、前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを燃焼する再生燃焼処理とを含み、
前記酸素濃度制御手段は、前記フィルタ昇温処理実行時には、排気の酸素濃度を、パティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度以下となるような濃度に制御し、前記再生燃焼処理実行時には、排気の酸素濃度を、パティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度より大きくなるような濃度に制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a particulate filter that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulates in exhaust gas; and a filter regeneration unit that performs filter regeneration processing for regenerating the particulate filter. ,
Further comprising oxygen concentration control means for controlling the oxygen concentration of the exhaust when performing the filter regeneration processing;
The filter regeneration process includes a filter temperature raising process for raising the temperature of the particulate filter, and a regeneration combustion process for burning the particulates deposited on the particulate filter,
The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration of the exhaust when the filter temperature raising process is executed so that the combustion speed of the particulates is equal to or lower than a predetermined combustion speed, and when the regeneration combustion process is executed, An exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein the oxygen concentration is controlled to a concentration such that the combustion rate of particulates is greater than a predetermined combustion rate.
前記フィルタ昇温処理時における排気の目標酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定手段と、をさらに備え、
当該目標酸素濃度設定手段は、前記排気温度検出手段により検出された排気の温度に基づいて、パティキュレートの燃焼速度が所定の燃焼速度以下となるような酸素濃度を算出し、当該算出した酸素濃度を目標酸素濃度として設定することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Exhaust temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter;
A target oxygen concentration setting means for setting a target oxygen concentration of exhaust during the filter temperature raising process,
The target oxygen concentration setting means calculates an oxygen concentration such that the particulate combustion speed is equal to or lower than a predetermined combustion speed based on the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detection means, and the calculated oxygen concentration The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the target oxygen concentration is set as the target oxygen concentration.
前記フィルタ再生手段は、前記フィルタ昇温処理を実行し、前記排気温度検出手段により検出された排気の温度が所定の判定温度以上となった場合に、前記再生燃焼処理を実行することを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 Exhaust temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter,
The filter regeneration means executes the filter temperature increasing process, and executes the regeneration combustion process when the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detection means becomes equal to or higher than a predetermined determination temperature. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
前記フィルタ再生手段は、前記フィルタ昇温処理を実行し、前記排気温度検出手段により検出された排気の温度が所定の判定温度以上となってから所定の時間が経過した後に、前記再生燃焼処理を実行することを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 Exhaust temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter,
The filter regeneration means executes the filter temperature raising process, and after a predetermined time has elapsed since the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust temperature detection means has exceeded a predetermined determination temperature, the regeneration combustion process is performed. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas purification device is executed.
前記フィルタ再生手段は、前記フィルタ昇温処理を実行し、前記外周部温度推定手段により推定された温度が所定の判定温度以上となった場合に、前記再生燃焼処理を実行することを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 An outer peripheral temperature estimating means for estimating an outer peripheral temperature of the particulate filter;
The filter regeneration means executes the filter temperature increasing process, and executes the regeneration combustion process when the temperature estimated by the outer peripheral temperature estimation means becomes equal to or higher than a predetermined determination temperature. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
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