JP2011231645A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】触媒床温及び排気ガス流量から、排気中に白煙を発生させないための白煙限界A/F値を求める。この白煙限界A/F値から、筒内噴射量及び燃料添加弁からの添加燃料量の和である総燃料量を求め、この総燃料量から筒内噴射量を減算することによりA/F制限添加量を求める。エンジン回転数及び筒内噴射量から求められた必要添加量と上記A/F制限添加量とを比較し、そのうち少ない方の量を所定時間毎に積算していき、その積算値が所定の基準添加量に達した時点で燃料添加弁12からの燃料添加を許可する。
【選択図】図8
Description
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、触媒床温及び排気ガス流量に基づいて、白煙を発生させないための排気限界空燃比を求め、これに基づいて、排気系に供給する排気成分除去動作用の燃料(PMの酸化処理やNOxの還元処理のための燃料)として、未燃燃料の排出を抑制可能となる燃料量を求め、この燃料量を上限として排気系に排気成分除去動作用の燃料を供給するようにしている。
具体的に、本発明は、排気系に設けられ、排気成分の吸蔵または捕集により排気の浄化を行なう排気浄化ユニットと、この排気浄化ユニットに吸蔵または捕集された排気成分の除去動作の開始条件が成立した際、排気系に昇温用燃料を供給する燃料供給手段とが備えられ、この燃料供給手段からの昇温用燃料の供給により排気浄化ユニットを昇温して上記吸蔵または捕集された排気成分を排気浄化ユニットから除去する排気成分除去動作が実行可能とされた内燃機関の排気浄化装置を前提とする。この内燃機関の排気浄化装置に対し、温度認識手段、流量認識手段、及び、制限供給量算出手段を備えさせている。上記温度認識手段は、上記排気成分除去動作期間中において上記排気浄化ユニットの温度を検知または推定する。また、上記流量認識手段は、上記排気成分除去動作期間中において上記排気浄化ユニットに導入されるガス流量を検知または推定する。そして、上記制限供給量算出手段は、上記温度認識手段によって検知または推定された排気浄化ユニットの温度と、上記流量認識手段によって検知または推定された排気浄化ユニットでのガス流量とに基づいて排気限界空燃比を求め、この排気限界空燃比に基づいて燃焼室内及び上記排気系へ導入可能な単位時間当たりの許容燃料量を求め、この許容燃料量と、燃焼室内での燃焼に寄与する燃料量とから、上記燃料供給手段から供給される昇温用燃料の単位時間当たりの供給量の上限値として制限供給量を求める。
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジンの概略構成を、図1を参照して説明する。
ECU100は、図2に示すように、CPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104などを備えている。
ディーゼルエンジン1においては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となっているため、通常の運転状態では、CCO21の周囲雰囲気は高酸素濃度状態となっている。このため、排気ガス中のNOxは、CCO21に吸蔵されるが、周囲雰囲気が低酸素濃度となる状況は非常に少ないため、吸蔵されたNOxが還元されにくく、CCO21のNOx吸蔵能力が飽和しやすい。このため、CCO21のNOx吸蔵能力が低下した場合にはNOxを還元させてCCO21を回復させる必要がある。
<PM堆積量推定>
ECU100は、エンジン1の運転状態に基づいてDPF22におけるPM(排気成分)堆積量を推定する。このPM堆積量の推定動作としては、エンジン運転状態に基づく推定動作と、DPF22の前後差圧に基づく推定動作とが挙げられる。以下、それぞれについて説明する。
この推定動作では、PM発生量pme及びPM燃焼量pmcを用いて推定PM堆積量PMsを算出する。
DPF22においては、PMの堆積が進行するにしたがって、その堆積PMが排気ガスの流れの妨げとなり、排気ガスの流動抵抗が増加する。これに伴ってDPF22の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔPが大きくなる。このDPF22前後の差圧ΔPは、DPF22に堆積したPMの燃焼除去が進行して、DPF22に堆積しているPM堆積量が減少するにしたがって小さくなる。このようにDPF22前後の差圧ΔPとDPF22に堆積しているPM堆積量との間には相関関係があるので、差圧ΔPからDPF22のPM堆積量を推定することができる。
上述したPM堆積量の推定動作によってPM堆積量が所定量(再生開始判定量)に達した場合(排気成分除去動作の開始条件が成立した場合)、ECU100は、フィルタ再生動作(排気成分除去動作)の開始時期であると判断する。
次に、本実施形態の特徴とする動作である燃料添加の具体的な動作についての複数の実施形態を説明する。以下の実施形態では、上記燃料添加弁12からの燃料添加によってフィルタ再生動作を行う場合について説明する。また、ここでいう燃料添加動作は、上記PM堆積量推定動作によってPM堆積量が所定量(再生開始判定量)に達し、DPF22の再生動作が開始された場合におけるその再生期間中での添加燃料供給制御である。
先ず、第1実施形態について説明する。本実施形態における燃料添加動作の概略について説明すると、先ず、推定されたCCO21の温度(以下、「触媒床温」という)と排気ガス流量から、排気ガス中に白煙を生じさせないための総燃料供給量(未燃燃料が大気中に排出されないための総燃料供給量)を求め、この総燃料供給量から燃焼室1a内に噴射されている燃料量を減算することで、燃料添加弁12から供給可能な添加燃料量(A/F制限添加量)を求める。この動作を一定期間毎に繰り返す。そして、フィルタ再生動作中における燃料添加弁12からの燃料添加タイミングを上記供給可能な添加燃料量に応じて設定する。具体的には、供給可能な添加燃料量が少ない状況では、燃料添加のインターバルを長く設定し、単位期間当たりの添加燃料量を少なく設定するようにしている。
この式(1)の右辺における第1項(空気量/白煙限界A/F値)は、排気ガスに白煙が発生しない範囲における、筒内噴射量と燃料添加弁12からの燃料添加量との和の最大値である(本発明でいう単位時間当たりの許容燃料量)。従って、この値から筒内噴射量(本発明でいう燃焼に寄与する燃料量)を減算することにより求められる上記A/F制限添加量は、排気ガスに白煙が発生しない範囲において、燃料添加弁12から供給可能な燃料添加量の最大値(本発明でいう単位時間当たりの供給量の上限値として制限供給量)となっている。つまり、燃料添加弁12からの燃料添加量を、このA/F制限添加量以下に設定することで、排気ガスに白煙を発生させないようにすることができる(制限供給量算出手段による制限供給量の算出動作)。
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態は、燃料添加弁12からの燃料添加動作が上記第1実施形態のものと異なっている。その他、エンジン1の構成及びその制御については第1実施形態のものと同様である。従って、ここでは、第1実施形態との相違点について説明する。
以上説明した各実施形態は自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外に搭載されるディーゼルエンジンにも適用可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。
1a 燃焼室
2 インジェクタ(燃料供給手段)
4 排気通路
12 燃料添加弁(燃料供給手段)
21 CCO(排気浄化ユニット)
22 DPF(排気浄化ユニット)
33 エアフローメータ(流量認識手段)
37 第1排気温センサ
38 第2排気温センサ(温度認識手段)
Claims (6)
- 排気系に設けられ、排気成分の吸蔵または捕集により排気の浄化を行なう排気浄化ユニットと、この排気浄化ユニットに吸蔵または捕集された排気成分の除去動作の開始条件が成立した際、排気系に昇温用燃料を供給する燃料供給手段とが備えられ、この燃料供給手段からの昇温用燃料の供給により排気浄化ユニットを昇温して上記吸蔵または捕集された排気成分を排気浄化ユニットから除去する排気成分除去動作が実行可能とされた内燃機関の排気浄化装置において、
上記排気成分除去動作期間中において上記排気浄化ユニットの温度を検知または推定する温度認識手段と、
上記排気成分除去動作期間中において上記排気浄化ユニットに導入されるガス流量を検知または推定する流量認識手段と、
上記温度認識手段によって検知または推定された排気浄化ユニットの温度と、上記流量認識手段によって検知または推定された排気浄化ユニットでのガス流量とに基づいて排気限界空燃比を求め、この排気限界空燃比に基づいて燃焼室内及び上記排気系へ導入可能な単位時間当たりの許容燃料量を求め、この許容燃料量と、燃焼室内での燃焼に寄与する燃料量とから、上記燃料供給手段から供給される昇温用燃料の単位時間当たりの供給量の上限値として制限供給量を求める制限供給量算出手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置において、
上記制限供給量算出手段は、上記温度認識手段によって検知または推定された排気浄化ユニットの温度が低いほど、また、上記流量認識手段によって検知または推定された排気浄化ユニットでのガス流量が多いほど、上記排気限界空燃比をリーン側の値として求め、上記燃焼室内及び上記排気系へ導入可能な単位時間当たりの許容燃料量を少ない値として求めて、上記燃料供給手段から供給される昇温用燃料の単位時間当たりの供給量の上限値である制限供給量を少ない量として求めるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化装置において、
上記排気成分除去動作期間中において上記昇温用燃料の制限供給量を単位時間毎に算出し、この制限供給量をこの単位時間毎に積算していくことで実行待機燃料供給量を求め、この実行待機燃料供給量が所定の基準供給量に達した場合に、上記燃料供給手段から基準供給量の昇温用燃料の供給を許可する燃料供給許可手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化装置において、
上記排気成分除去動作期間中における上記排気浄化ユニットの目標温度に対する実際の排気浄化ユニットの温度の偏差に基づいて求められた単位時間当たりの必要燃料供給量、及び、上記昇温用燃料の制限供給量を単位時間毎に算出し、これら必要燃料供給量及び制限供給量のうち少ない方の量を単位時間毎に積算していくことで実行待機燃料供給量を求め、この実行待機燃料供給量が所定の基準供給量に達した場合に、上記燃料供給手段から基準供給量の昇温用燃料の供給を許可する燃料供給許可手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項3または4記載の内燃機関の排気浄化装置において、
上記燃料供給許可手段によって燃料供給手段からの昇温用燃料の供給が許可された後、所定の昇温用燃料の供給タイミングに達した時点で、上記基準供給量の昇温用燃料を上記燃料供給手段から供給する燃料供給実行手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化装置において、
上記排気成分除去動作期間中における上記排気浄化ユニットの目標温度に対する実際の排気浄化ユニットの温度の偏差に基づいて求められた単位時間当たりの必要燃料供給量、及び、上記昇温用燃料の制限供給量を単位時間毎に算出し、これら必要燃料供給量及び制限供給量のうち少ない方の量を単位時間毎に積算していくことで実行待機燃料供給量を求め、所定の昇温用燃料の供給タイミングにおいて、その時点での実行待機燃料供給量の昇温用燃料を上記燃料供給手段から供給する燃料供給実行手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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