JP2011137381A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フィルタに捕集された微粒子が所定量以上となったときに、エンジンの燃焼室に燃焼に寄与しない時期に燃料を噴射することで、フィルタの強制再生を実施する制御手段を有し、前記制御手段は、前記フィルタの強制再生時にエンジンオイルに混入する燃料混入量を算出する燃料混入量算出手段と、前記エンジンオイルからの燃料蒸発量を算出する燃料蒸発量算出手段を備え、前記燃料混入量とエンジンオイルからの燃料蒸発量からエンジンオイル中の燃料の混入率を計算し、該混入率が規定の管理値以下となるように、前記所定時間又はエンジンの運転形態を調整する。
【選択図】図2
Description
このような未燃成分の供給方法は例えば特許文献1に開示されている。
ここで、初期想定時間は、エンジンやDPFの能力、過去の強制再生時間の実績などを元に想定して設定する。
これにより、前記エンジンオイルに混入する燃料混入量を算出することができる。なお、前記パラメータとして、例えばエンジンの燃焼室に噴射する高圧燃料を貯留するコモンレール内の燃料圧力、LatePost噴射量、酸化触媒入口の排気温度などを使用することができる。
これにより、前記エンジンオイルの蒸発量を簡単に算出することができる。なお、前記パラメータとして、例えばエンジンオイルを貯留するオイルパンの温度、強制再生時間、周囲温度、オイルパンの液面面積/容積比などを使用することができる。
エンジン2には、エンジンの回転数Nを検知する回転数計(不図示)が設けられ、該回転数Nは後述する制御ECU40に取り込まれるようになっている。
給気通路4には、ターボチャージャ10のコンプレッサ10aが設けられている。コンプレッサ10aは後述するタービン10bに同軸駆動されるものである。給気通路4のコンプレッサ10aよりも上流側には、給気通路4を流れる給気流量Qaを検知するエアフローメータ8が設けられており、エアフローメータ8で検知される給気流量Qaは制御ECU40に取り込まれる。給気通路4のコンプレッサ10aよりも下流側には、給気通路4を流れる吸入空気と大気で熱交換を行うインタークーラー7が設けられている。また、給気通路4のインタークーラー7よりも下流側には、給気通路4内を流通する吸入空気の流量を調節するスロットバルブ6が設けられている。
排気通路18のタービン10bよりも下流側には、酸化触媒の作用により排ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)を無害化するとともに排ガス中のNOをNO2に酸化して、DPFで捕集されたススを燃焼除去する機能や、DPFに捕集されたススを強制再生する場合に排気ガス中の未燃成分の酸化反応熱により排気ガス温度を上昇させる機能を有するDOC20、及び排気ガス中のススを捕集するDPF22が設けられている。
さらに、排気通路18には、DPFの入口圧力P_DPFinを検知する圧力センサ24、DPFの前後差圧ΔPを検知する差圧センサ32、排気通路18内の温度を検知する温度センサ26、28及び30が設けられている。温度センサ26はDOC入口温度T_DOCin、温度センサ28はDPF入口温度T_DPFin、温度センサ30はDPF出口温度T_DPFoutを検知するものである。圧力センサ24、差圧センサ32、温度センサ26、28及び30における検知値は、制御ECU40に取り込まれる。
図2は、DPF22強制再生時における制御のフローチャートである。
ステップS1では、制御ECU40内で計算される前回のDPF強制再生時から現在までの経過時間t_int、吸気流量Qaを元に制御ECU40内で計算される前回のDPF強制再生時から現在までの積算供給量Qtotal、エンジン2に設けられた回転数計によって検知されるエンジンの回転数N、インジェクタ16からの燃料噴射量Qf、エアフローメータ8で検知される給気流量Qa、圧力センサ24で検知されるDPFの入口圧力P_DPFin、差圧センサ32で検知されるDPFの前後差圧ΔP、温度センサ26で検知されるDOC入口温度T_DOCin、温度センサ28で検知されるDPF入口温度T_DPFin、温度センサ30で検知されるDPF出口温度T_DPFout、排気ガス流量Gex、排気ガス成分yiが制御ECU40に読み込まれる。
ここで、前回のDPF強制再生時から現在までの経過時間t_intの判断を行うための規定値は、前回のDPF強制再生時から現在までの経過時間t_intの経過により強制的にDPF22の強制再生をスタートする時間間隔のことであり、以下において強制再生インターバルと称する。該強制再生インターバルは、エンジン2やDPF22の能力等によって決定する。
ここでsootとはススを意味し、soot堆積量推定値とは、DPF22に堆積しているススの量の推定値を意味する。soot堆積量推定値は、DPF22に流入してくるsoot量と通常運転時の燃焼によって除去されるsoot量の差によって求めることができ、DPF22に流入してくるsoot量はDPF入口温度T_DOCinとエンジンの運転状態(回転数N及びトルク)、排気ガス成分などから計算する。
また限界堆積量とは、DPF22で捕集できるsootの限界量を意味する。
ステップS10でNO、即ちsoot堆積量推定値が限界堆積量未満であればステップS2に戻る。
ステップS4では、soot堆積量が規定値以下になるまでDPF22の強制再生を継続し、soot堆積量が規定値以下になるとステップS5に進みDPF22の強制再生を終了する。
ここで、強制再生時間とは、ステップS3における強制再生スタート時から、ステップS5における強制再生終了時までに実際に要した時間をいう。
また、初期想定時間とは、強制再生スタートから終了までに要すると事前に想定した時間のことをいい、エンジン2やDPF22の能力、過去の強制再生時間の実績などを元に設定されたものである。
ステップS7では、所定時間経過後のオイルダイリューション量の予想値を算出する。
ここでオイルダイリューション量とは、エンジンの下部にあってエンジンオイルを貯めておくオイルパン中のエンジンオイルへの燃料の混入率を意味する。
オイルダイリューション量は、DPF22の強制再生によるエンジンオイル中への燃料混入量と、通常運転時の燃料蒸発量から算出する。
DPF22の強制再生によるエンジンオイル中への燃料混入量は、制御ECU40内に存在する燃料混入量算出手段(不図示)によって算出する。該燃料混入量算出手段は、コモンレール14内の燃料圧力、LatePost量、DOC入口温度T_DPCinなどの強制再生時におけるパラメータより推定できる実験式を予め作成しておいて求める。該実験式には、燃料の噴射ノズルの孔径、噴孔数、スワール比等の構造上の変数を加えてもよい。
また、通常運転時の燃料蒸発量は、制御ECU40内に存在するエンジンオイル蒸発量算出手段(不図示)によって算出する。該エンジンオイル蒸発量算出手段は、前記燃料混入量算出手段と同様に予め作成した実験式を用いて通常運転時の燃料蒸発量を求める。この際、オイルパン温度、強制再生時間、周囲温度、オイルパンの液面面積/容積比などをパラメータとして用いることができる。
図3は、図2のフローチャートにおいてステップS2でYESと判断された場合におけるDPF22強制再生前におけるsoot堆積量の特性を示したグラフである。図3において縦軸はsoot堆積量、横軸は時間を表している。
ステップS9に進む場合は、ステップS2及びステップS10の結果から、図3に示したようにDPF22強制再生前にsoot堆積量はsoot限界堆積量まで達していない。即ち、DPF22の強制再生は、強制再生インターバルごとに行われている。
強制再生インターバルを伸ばす量は、次回のDPF22の強制再生後においてもオイルダイリューション量が管理値を超えないように設定する。
ステップS11ではDPF22の強制再生をスタートする。該強制再生は、ステップS3において説明したように、LatePost噴射によってDOC20に未燃成分を供給し、DOC20で発生する酸化熱を利用することによりDPF22に流入する排気ガス温度を上昇させて行う。
ステップS12では、soot堆積量が規定値以下になるまでDPF22の強制再生を継続し、soot堆積量が規定値以下になるとステップS13に進みDPF22の強制再生を終了する。
ステップS14でNo、即ち強制再生時間が初期想定時間以下であればステップS16に進み、運転条件を変更せずに処理を終了する。
ステップS15では、所定時間経過後のオイルダイリューション量の予測値を算出する。オイルダイリューション量の予測値は、ステップS7と同様にして、DPF22の強制再生によりエンジンオイル中への燃料混入量と、通常運転時(非再生時)の燃料蒸発量から算出する。
図8は、soot堆積量と空気過剰率の関係を示したグラフである。図8に示すように空気過剰率を増加するとsoot堆積量は減少する。
図6は、図2のフローチャートにおいてステップS10でYESと判断された場合におけるDPF22強制再生前におけるsoot堆積量の特性を示したグラフである。図3において縦軸はsoot堆積量、横軸は時間を表している。
ステップS17に進む場合は、ステップS10の結果から、図6に示したようにDPF22強制再生前にsoot堆積量はsoot限界堆積量に達する。即ち、DPF22の強制再生は、soot堆積量推定値が限界堆積量に達した時点で行われることになる。
図7に示したグラフにおいて横軸は時間、上側に示したグラフの縦軸はsoot堆積量、下側に示したグラフの縦軸はオイルダイリューション量を表している。
18 排気通路
20 DOC(酸化触媒)
22 DPF(フィルタ)
40 制御ECU
Claims (6)
- エンジンの排気通路に設けられ、排気ガス中の微粒子を捕集し、捕集した微粒子を加熱により燃料除去する強制再生が実施されるフィルタと、該フィルタの上流側に配設されフィルタの温度を上昇させるための酸化触媒と、を有するエンジンの排気浄化装置において、
前記フィルタに捕集された微粒子が所定量以上となったとき、又は前記フィルタに捕集された微粒子が所定量未満であって前記フィルタの前回再生からの経過時間、あるいは燃料供給量が所定時間、あるいは所定量に達したときに、エンジンの燃焼室での燃焼に寄与しない時期に燃料を噴射することで、前記酸化触媒での燃焼を行わせて前記フィルタの強制再生を実施する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記フィルタの強制再生時にエンジンオイルに混入する燃料混入量を算出する燃料混入量算出手段と、前記エンジンオイルからの燃料蒸発量を算出する燃料蒸発量算出手段を備え、
前記燃料混入量とエンジンオイルからの燃料蒸発量からエンジンオイル中の燃料の混入率を計算し、該混入率が規定の管理値以下となるように、前記所定時間又はエンジンの運転形態を調整することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 前記制御手段は、
強制再生開始から終了までに要する時間を想定した初期想定時間が設定されており、
実際に強制再生に要した時間と、前記初期想定時間とを比較し、
前記強制再生に要した時間が、前記初期想定時間よりも長いときに前記所定時間又はエンジンの運転形態の調整を実施することを特徴とする請求項1記載のエンジンの排気浄化装置。 - 前記制御手段は、
前記フィルタに捕集された微粒子が所定量以上となってフィルタの強制再生を実施した場合には、前記エンジンにおける空気過剰率を増加する調整を行うことによって、前記燃料の混入率が規定の管理値以下となるように調整することを特徴とする請求項2記載のエンジンの排気浄化装置。 - 前記制御手段は、
前記フィルタに捕集された微粒子が所定量未満であって前記フィルタの前回再生からの経過時間、あるいは燃料供給量が所定時間、あるいは所定量に達してフィルタの強制再生を実施する場合には、前記所定時間を延ばすことによって、前記燃料の混入率が規定の管理値以下となるように調整することを特徴とする請求項2又は3記載のエンジンの排気浄化装置。 - 前記燃料混入量算出手段は、前記エンジンに供給する燃料を蓄圧するコモンレールの圧力を含む前記フィルタの強制再生時における運転状態を表すパラメータによって燃料混入量を算出する予め作成された実験式を用いて、燃料混入量を算出することを特徴とする請求項1〜4何れかに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記燃料蒸発量算出手段は、前記強制再生に要した時間、強制再生を行わないエンジンの通常運転の時間、周囲温度を含む前記フィルタの強制再生時における運転状態を表すパラメータによってエンジンオイルの蒸発量を算出する予め作成された実験式を用いて、エンジンオイルからの燃料蒸発量を算出することを特徴とする請求項1〜5何れかに記載のエンジンの排気浄化装置。
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