JP2015075006A - 排気浄化システム - Google Patents

排気浄化システム Download PDF

Info

Publication number
JP2015075006A
JP2015075006A JP2013210699A JP2013210699A JP2015075006A JP 2015075006 A JP2015075006 A JP 2015075006A JP 2013210699 A JP2013210699 A JP 2013210699A JP 2013210699 A JP2013210699 A JP 2013210699A JP 2015075006 A JP2015075006 A JP 2015075006A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
filter
dpf
capacitance
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013210699A
Other languages
English (en)
Inventor
正 内山
Tadashi Uchiyama
正 内山
英和 藤江
Hidekazu Fujie
英和 藤江
直人 村澤
Naoto Murasawa
直人 村澤
哲史 塙
Tetsushi Hanawa
哲史 塙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP2013210699A priority Critical patent/JP2015075006A/ja
Priority to EP14851549.7A priority patent/EP3056699B1/en
Priority to US15/026,494 priority patent/US10072551B2/en
Priority to PCT/JP2014/076961 priority patent/WO2015053322A1/ja
Priority to CN201480055554.XA priority patent/CN105612319B/zh
Publication of JP2015075006A publication Critical patent/JP2015075006A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0093—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are of the same type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/011—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more purifying devices arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F01N3/0253—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust adding fuel to exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
    • F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1466—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being a soot concentration or content
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/12—Other sensor principles, e.g. using electro conductivity of substrate or radio frequency
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/0601—Parameters used for exhaust control or diagnosing being estimated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1602—Temperature of exhaust gas apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1606—Particle filter loading or soot amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0802—Temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • F02D2200/0804—Estimation of the temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0812—Particle filter loading
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/405—Multiple injections with post injections
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

【課題】排気浄化システムに関し、ＤＰＦのＰＭ堆積量を高精度に検出する。
【解決手段】エンジン１０の排気通路１２に設けられたＤＯＣ２１と、ＤＯＣ２１よりも下流側の排気通路１２に設けられて排気中のＰＭを捕集する前段ＤＰＦ２２及び後段ＤＰＦ２３と、前段ＤＰＦ２２の静電容量を検出する電極２７と、電極２７から入力される静電容量に基づいて、少なくとも後段ＤＰＦ２３のＰＭ堆積量を推定するＰＭ堆積量推定部５１と、ＰＭ堆積量推定部５１から入力されるＰＭ堆積量が所定量を超えると、ＤＯＣ２１に燃料を噴射して、少なくとも後段ＤＰＦ２３に堆積したＰＭを燃焼除去する強制再生を実行する強制再生制御部５３とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化システムに関し、特に、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備える排気浄化システムに関する。
ディーゼルエンジンから排出される排気中の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭ）を捕集するフィルタとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦ）が知られている。
ＤＰＦは、ＰＭ捕集量に限度があるため、堆積したＰＭを定期的に燃焼除去するいわゆる強制再生を行う必要がある。強制再生は、排気管内噴射やポスト噴射によって、排気上流側の酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣ）に未燃焼の炭化水素（ＨＣ）を供給して酸化させ、排気温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させることで行われる。
ＤＰＦに捕集されたＰＭ堆積量を検出する技術としては、例えば、ＤＰＦの前後差圧に基づいて推定する手法や、ＤＰＦ内に設けた電極間の静電容量から推定する手法等が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２０１１−２４７１４５号公報 特開２００９−９７４１０号公報
ところで、ＤＰＦの前後差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する手法では、特に排気流量が低下する運転領域で感度が落ちるため、ＰＭ堆積量を正確に推定できない課題がある。一方、電極間の静電容量から推定する手法では、運転状態等の影響を受けることなくＰＭ堆積量を推定することが可能である。しかしながら、電極の寸法や配置等をＤＰＦのセル形状やピッチ等に応じて個別に設定する必要があるため、ＤＰＦの仕様等に柔軟に対応できない課題がある。
本発明の目的は、ＤＰＦのＰＭ堆積量を高精度に検出すると共に、ＤＰＦの仕様等に柔軟に対応することができる排気浄化システムを提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒よりも下流側の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集する一対の第１及び第２のフィルタと、前記第１のフィルタの静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、少なくとも前記第２のフィルタの粒子状物質堆積量を推定する堆積量推定手段と、前記堆積量推定手段から入力される粒子状物質堆積量が所定量を超えると、前記酸化触媒に燃料を噴射して、少なくとも前記第２のフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去する強制再生を実行するフィルタ再生手段とを備えることを特徴とする。
また、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタを前記排気通路内に排気流れ方向に沿って直列に配置してもよい。
また、前記酸化触媒よりも下流側の排気通路から分岐して、前記第２のフィルタを迂回するバイパス通路をさらに備え、前記第１のフィルタを当該バイパス通路に配置してもよい。
また、前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記第１のフィルタの内部温度を推定する内部温度推定手段と、強制再生時のフィルタ目標温度と、前記内部温度推定手段から入力される内部温度との温度差に基づいて、前記フィルタ再生手段の燃料噴射量を補正する噴射量補正手段とをさらに備えてもよい。
また、前記静電容量検出手段が、前記第１のフィルタ内に一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対以上の電極で構成されてもよい。
本発明の排気浄化システムによれば、ＤＰＦのＰＭ堆積量を高精度に検出すると共に、ＤＰＦの仕様等に柔軟に対応することができる。
本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。 本実施形態のＥＣＵを示す機能ブロック図である。 （ａ）は本実施形態の前段堆積量マップの一例、（ｂ）は本実施形態の前段−後段堆積量相関マップの一例を示す図である。 本実施形態の温度特性マップの一例を示す図である。 本実施形態の噴射量補正マップの一例を示す図である。 本実施形態の制御内容を示すフローチャートである。 電極間の静電容量と排気温度センサのセンサ値とを比較したグラフを示す図である。 他の実施形態に係る内燃機関の排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気を大気に放出する排気通路１２が接続されている。
吸気通路１１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１３、ＭＡＦセンサ１４、過給機１５のコンプレッサ１５ａ、インタークーラ１６等が設けられている。排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機１５のタービン１５ｂ、排気後処理装置２０等が設けられている。
排気後処理装置２０は、触媒ケース２０ａ内に排気上流側から順に、ＤＯＣ２１と、測定用の前段ＤＰＦ２２と、後段ＤＰＦ２３とを配置して構成されている。また、ＤＯＣ２１の排気上流側には排気管内噴射装置２５が設けられている。
排気管内噴射装置２５は、本発明のフィルタ再生手段の一部であって、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）５０から入力される指示信号（パルス電流）に応じて、排気通路１２内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置２５を省略してもよい。
ＤＯＣ２１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されており、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気流れ方向に沿って配置して構成されている。ＤＯＣ２１は、排気管内噴射装置２５又はポスト噴射によってＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
測定用の前段ＤＰＦ２２は、本発明の第１のフィルタの一例であって、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気流れ方向に沿って配置して形成されており、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集するように構成されている。この前段ＤＰＦ２２の排気流れ方向（軸方向）の長さは、後段ＤＰＦ２３よりも短く形成されている。
また、本実施形態の前段ＤＰＦ２２には、少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する複数本の電極２７が設けられている。電極２７の外周面は、耐腐食性の絶縁層（不図示）で被覆されている。これら複数本の電極２７は、図示しない静電容量検出回路を介してＥＣＵ５０に電気的に接続されている。複数本の電極２７及び静電容量検出回路（不図示）は、本発明の静電容量検出手段の一例として好ましい。
後段ＤＰＦ２３は、本発明の第２のフィルタの一例であって、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気流れ方向に沿って配置すると共に、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。後段ＤＰＦ２３は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置２５又はポスト噴射によってＤＯＣ２１に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、前段ＤＰＦ２２及び後段ＤＰＦ２３に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５００〜６００℃）まで昇温することで行われる。
ＥＣＵ５０は、エンジン１０や排気管内噴射装置２５等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。
また、ＥＣＵ５０は、図２に示すように、ＰＭ堆積量推定部５１と、ＤＰＦ内部温度推定部５２と、強制再生制御部５３と、噴射量補正部５４とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
ＰＭ堆積量推定部５１は、本発明の堆積量推定手段の一例であって、前段ＤＰＦ２２に設けられた電極２７間の静電容量Ｃに基づいて、後段ＤＰＦ２３に捕集されたＰＭ堆積量（以下、後段堆積量ＰＭDW_DEP）を推定する。一般的に、電極２７間の静電容量Ｃは、電極２７間の媒体の誘電率ε、電極２７の面積Ｓ、電極２７間の距離ｄとする以下の数式１で表される。
Figure 2015075006
数式１において、電極２７の面積Ｓ及び距離ｄは一定であり、電極２７間にＰＭの堆積が進むと、誘電率ε及び距離ｄが変化することで静電容量Ｃも変化する。すなわち、電極２７間の静電容量Ｃを検出すれば、前段ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭ堆積量（以下、前段堆積量ＰＭUP_DEP）を演算することができる。
ＥＣＵ５０には、予め実験等により求めた電極２７間の静電容量Ｃと前段堆積量ＰＭUP_DEPとの関係を示す前段堆積量マップ（例えば、図３（ａ）参照）及び、前段堆積量ＰＭUP_DEPと後段堆積量ＰＭDW_DEPとの関係を示す前段−後段堆積量相関マップ（例えば、図３（ｂ）参照）がそれぞれ記憶されている。ＰＭ堆積量推定部５１は、前段堆積量マップから電極２７間の静電容量Ｃに対応する値を読み取ることで前段堆積量ＰＭUP_DEPを推定すると共に、前段−後段堆積量相関マップから前段堆積量ＰＭUP_DEPに対応する値を読み取ることで、後段堆積量ＰＭDW_DEPを推定するように構成されている。なお、これら前段堆積量ＰＭFR_DEP及び、後段堆積量ＰＭRE_DEPの推定はマップに限定されず、予め実験等により作成した近似式等から求めてもよい。
ＤＰＦ内部温度推定部５２は、本発明の内部温度推定手段の一例であって、電極２７間の静電容量Ｃに基づいて、前段ＤＰＦ２２の内部温度（以下、前段ＤＰＦ内部温度ＴUP_DPF）を演算する。上述の数式１において、誘電率εが排気温度の影響を受けて変化すると、これに伴い静電容量Ｃも変化する。すなわち、電極２７間の静電容量Ｃを検出すれば、前段ＤＰＦ内部温度ＴUP_DPFを演算することができる。
ＥＣＵ５０には、予め実験等により求めた静電容量Ｃと前段ＤＰＦ内部温度ＴUP_DPFとの関係を示す温度特性マップ（例えば、図４参照）が記憶されている。ＤＰＦ内部温度推定部５２は、この温度特性マップから電極２７間の静電容量Ｃに対応する値を読み取ることで前段ＤＰＦ内部温度ＴUP_DPFを推定するように構成されている。なお、前段ＤＰＦ内部温度ＴUP_DPFの推定はマップに限定されず、予め実験等により作成した近似式等から求めてもよい。
強制再生制御部５３は、本発明のフィルタ再生手段の一例であって、ＰＭ堆積量演算部５１から入力される後段堆積量ＰＭRE_DEPに基づいて強制再生を制御する。より詳しくは、強制再生制御部５３は、後段堆積量ＰＭRE_DEPが後段ＤＰＦ２３に捕集可能なＰＭの上限堆積量ＰＭMAXを超えると（ＰＭRE_DEP＞ＰＭMAX）、排気管内噴射装置２３に所定量の排気管内噴射を実行させて強制再生を開始する。この強制再生時の排気管内噴射量は、後述する噴射量補正部５４によって必要に応じて補正される。
噴射量補正部５４は、ＤＰＦ内部温度推定部５２から入力される前段ＤＰＦ内部温度ＴFR_DPFと、後段ＤＰＦ２３内のＰＭを略完全に燃焼除去させる目標温度ＴTARGTとの温度差ΔＴに基づいて、強制再生時の燃料噴射量を補正する。より詳しくは、ＥＣＵ５０には、予め実験等により求めた温度差ΔＴと、この温度差ΔＴを補うのに必要な噴射補正量ΔＩＮＪとの関係を示す噴射量補正マップ（例えば、図５参照）が記憶されている。強制再生時の排気管内噴射量ＩＮＪQ_exhは、噴射量補正マップから温度差ΔＴに応じた噴射補正量ΔＩＮＪを読み取ると共に、読み取った噴射補正量ΔＩＮＪを基本噴射量ＩＮＪQ_stdに加算もしくは減算することで設定される（ＩＮＪQ_exh＝ＩＮＪQ_std＋／−ΔＩＮＪ）。補正後の燃料噴射は、排気管内噴射装置２５のインジェクタに印加される各噴射の通電パルス幅を増減させるか、あるいは噴射回数を増減することで実行される。
次に、図６に基づいて、本実施形態の排気浄化システムによる制御フローを説明する。なお、本制御はイグニッションキーのＯＮ操作と同時にスタートする。
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、前段堆積量マップ（図３（ａ）参照）から、電極２７間の静電容量Ｃに対応する前段ＤＰＦ２２の前段堆積量ＰＭUP_DEPが読み取られる。さらに、Ｓ１１０では、前段−後段堆積量相関マップ（図３（ｂ）参照）から、Ｓ１００の前段堆積量ＰＭUP_DEPに対応する後段ＤＰＦ２３の後段堆積量ＰＭDW_DEPが読み取られる。
Ｓ１２０では、後段堆積量ＰＭDW_DEPが上限堆積量ＰＭMAXを超えたか否かが判定される。後段堆積量ＰＭDW_DEPが上限堆積量ＰＭMAXを超えた場合（Ｙｅｓ）は、強制再生を開始すべくＳ１３０に進む。
Ｓ１３０では、温度特性マップ（図４参照）から、電極２７間の静電容量Ｃに対応する前段ＤＰＦ内部温度ＴUP_DPFが読み取られ、Ｓ１４０では、前段ＤＰＦ内部温度ＴUP_DPFと目標温度ＴTARGTとが比較される。目標温度ＴTARGTと前段ＤＰＦ内部温度ＴUP_DPFとの温度差ΔＴ（絶対値）がゼロよりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１５０に進む。一方、温度差ΔＴがゼロの場合（Ｎｏ）は、排気管内噴射を基本噴射量ＩＮＪQ_stdで実行しても、前段ＤＰＦ内部温度ＴFR_DPFを目標温度ＴTARGTまで上昇させられる。この場合は、Ｓ１７０に進んで、基本噴射量ＩＮＪQ_stdで排気管内噴射が実行される。
Ｓ１５０では、温度差ΔＴに応じて噴射量補正マップから読み取った噴射補正量ΔＩＮＪを基本噴射量ＩＮＪQ_stdに加算又は減算する噴射量補正（ＩＮＪQ_exh＝ＩＮＪQ_std＋／−ΔＩＮＪ）が実行され、Ｓ１６０では、補正後の排気管内噴射量ＩＮＪQ_exhに基づいて排気管内噴射が実行される。
Ｓ１８０では、後段堆積量ＰＭDW_DEPが後段ＤＰＦ２３の再生終了を示す下限閾値ＰＭMINまで低下したか否かが判定される。後段堆積量ＰＭDW_DEPが下限閾値ＰＭMINまで低下している場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１９０で排気管内噴射を停止して本制御はリターンされる。その後、Ｓ１００〜１９０の各制御ステップは、イグニッションキーのＯＦＦ操作まで繰り返し実行される。
次に、本実施形態に係る排気浄化システムによる作用効果を説明する。
従来、差圧センサを用いてＰＭ堆積量を推定する手法では、特に排気流量の低下する低負荷運転領域や強制再生の終盤に感度が低下する課題がある。これに対し、本実施形態の排気浄化システムは、測定用の前段ＤＰＦ２２内に設けた電極２７間の静電容量Ｃに基づいて、後段ＤＰＦ２３に堆積した後段堆積量ＰＭRE_DEPを推定している。すなわち、低負荷運転領域や強制再生の終盤においても感度が良好な電極２７間の静電容量Ｃに基づいて、後段ＤＰＦ２３のＰＭ堆積量を高精度に推定するように構成されている。
したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、運転状態の影響等を受けることなくＰＭ堆積量を高精度に推定することができる。さらに、電極２７を測定用の前段ＤＰＦ２２に設けたことで、電極２７の寸法や配置等を後段ＤＰＦ２３のセル形状やピッチ等に応じて個別に設定する必要がなくなり、後段ＤＰＦ２３の仕様等に柔軟に対応することが可能になる。
また、一般的に電極２７間の静電容量Ｃは、図７に示すように、排気温度の変化に対して排気温度センサのセンサ値よりも速い応答性を示す特性がある。すなわち、測定用ＤＰＦ２２内に配置した電極２７間の静電容量Ｃを用いれば、ＤＰＦ２２，２３の前後に設けた排気温度センサのセンサ値よりも、内部温度を正確に検出することが可能になる。
本実施形態の排気浄化システムでは、電極２７間の静電容量Ｃから演算した前段ＤＰＦ内部温度ＴFR_DPFと目標温度ＴTARGTとの温度差ΔＴに基づいて、強制再生時の排気管内噴射量（又は、ポスト噴射量）が補正される。すなわち、排気温度センサのセンサ値を用いて補正する従来手法に比べ、前段ＤＰＦ内部温度ＴFR_DPFを正確に検出することで、強制再生時における排気管内噴射量の最適化が図られるように構成されている。
したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、強制再生時の燃料噴射量を正確に制御することが可能となり、後段ＤＰＦ２３の再生効率を効果的に向上することができる。また、前段ＤＰＦ２２や後段ＤＰＦ２３の前後に排気温度センサを設ける必要がなくなり、装置全体のコストやサイズを効果的に低減することも可能になる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、電極２７の本数は少なくとも一対以上であればよく、図示例に限定されるものではない。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。
また、図８に示すように、排気通路１２にＤＰＦ２３を迂回させるバイパス通路２６を接続し、このバイパス通路２６に測定用のＤＰＦ２２を配置して構成してもよい。この場合は、測定用のＤＰＦ２２よりも上流側のバイパス通路２６に、排気流量を調整するオリフィス２６ａ（絞り）を設けることが好ましい。また、測定用のＤＰＦ２２の強制再生を実行する場合は、電極２７に電圧を印加してヒータとして機能させてもよい。
１０ エンジン
１２ 排気通路
２０ 排気後処理装置
２１ ＤＯＣ
２２ 前段ＤＰＦ
２３ 後段ＤＰＦ
２５ 排気管内噴射装置
２７ 電極
５０ ＥＣＵ
５１ ＰＭ堆積量推定部
５２ ＤＰＦ内部温度推定部
５３ 強制再生制御部
５４ 噴射量補正部

Claims (5)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
    前記酸化触媒よりも下流側の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集する一対の第１及び第２のフィルタと、
    前記第１のフィルタの静電容量を検出する静電容量検出手段と、
    前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、少なくとも前記第２のフィルタの粒子状物質堆積量を推定する堆積量推定手段と、
    前記堆積量推定手段から入力される粒子状物質堆積量が所定量を超えると、前記酸化触媒に燃料を噴射して、少なくとも前記第２のフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去する強制再生を実行するフィルタ再生手段と、を備える
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  2. 前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタを前記排気通路内に排気流れ方向に沿って直列に配置した
    請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 前記酸化触媒よりも下流側の排気通路から分岐して、前記第２のフィルタを迂回するバイパス通路をさらに備え、
    前記第１のフィルタを当該バイパス通路に配置した
    請求項１に記載の排気浄化システム。
  4. 前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記第１のフィルタの内部温度を推定する内部温度推定手段と、
    強制再生時のフィルタ目標温度と、前記内部温度推定手段から入力される内部温度との温度差に基づいて、前記フィルタ再生手段の燃料噴射量を補正する噴射量補正手段と、をさらに備える
    請求項１から３の何れか一項に記載の排気浄化システム。
  5. 前記静電容量検出手段が、前記第１のフィルタ内に一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対以上の電極で構成される
    請求項１から４の何れか一項に記載の排気浄化システム。
JP2013210699A 2013-10-08 2013-10-08 排気浄化システム Pending JP2015075006A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013210699A JP2015075006A (ja) 2013-10-08 2013-10-08 排気浄化システム
EP14851549.7A EP3056699B1 (en) 2013-10-08 2014-10-08 Exhaust purification system
US15/026,494 US10072551B2 (en) 2013-10-08 2014-10-08 Exhaust purification system
PCT/JP2014/076961 WO2015053322A1 (ja) 2013-10-08 2014-10-08 排気浄化システム
CN201480055554.XA CN105612319B (zh) 2013-10-08 2014-10-08 排气净化系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013210699A JP2015075006A (ja) 2013-10-08 2013-10-08 排気浄化システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015075006A true JP2015075006A (ja) 2015-04-20

Family

ID=52813137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013210699A Pending JP2015075006A (ja) 2013-10-08 2013-10-08 排気浄化システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10072551B2 (ja)
EP (1) EP3056699B1 (ja)
JP (1) JP2015075006A (ja)
CN (1) CN105612319B (ja)
WO (1) WO2015053322A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020051342A (ja) * 2018-09-27 2020-04-02 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 排気ガス浄化装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020255537A1 (ja) * 2019-06-18 2020-12-24 株式会社クボタ ディーゼルエンジン
US11661872B2 (en) 2021-01-08 2023-05-30 Saudi Arabian Oil Company Reduction of internal combustion engine emissions with improvement of soot filtration efficiency

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008008151A (ja) * 2006-06-27 2008-01-17 Ngk Insulators Ltd 微粒子センサ用ハニカム構造体
JP2009097410A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Toyota Motor Corp パティキュレートフィルタにおけるｐｍ捕集量推定装置およびフィルタ再生システム
JP2010144630A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Ud Trucks Corp パティキュレート捕集装置
JP2011179491A (ja) * 2009-09-25 2011-09-15 Ibiden Co Ltd 微粒子センサ及び排ガス浄化装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008014192A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Ngk Insulators Ltd 微粒子センサ用セラミックフォーム体
JP2008063985A (ja) * 2006-09-06 2008-03-21 Ngk Insulators Ltd 微粒子センサ用ハニカム構造体
JP2008064621A (ja) * 2006-09-07 2008-03-21 Ngk Insulators Ltd 微粒子センサ
DE102006048045A1 (de) * 2006-10-11 2008-04-17 Daimler Ag Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine
DE602006005936D1 (de) * 2006-10-17 2009-05-07 Ibiden Co Ltd Abgasreinigungsvorrichtung und entsprechendes Verfahren sowie ein Verfahren zur Messung der Partikel
WO2008096852A1 (ja) * 2007-02-09 2008-08-14 Ngk Insulators, Ltd. 微粒子センサ用ハニカム構造体
JP2008223495A (ja) * 2007-03-08 2008-09-25 Ngk Insulators Ltd 温度測定ハニカム構造体
FR2944054B1 (fr) * 2009-04-02 2011-05-06 Faurecia Sys Echappement Procede de fabrication d'un organe de purification des gaz d'echappement d'un vehicule automobile
WO2011114444A1 (ja) * 2010-03-16 2011-09-22 イビデン株式会社 排気浄化用センサ
US9334774B2 (en) * 2010-05-04 2016-05-10 GM Global Technology Operations LLC Control system and method for preventing hydrocarbon slip during particulate matter filter regeneration
JP5721346B2 (ja) 2010-05-25 2015-05-20 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム
DE102012216885B4 (de) * 2011-10-24 2014-05-08 Ford Global Technologies, Llc Abgasnachbehandlungssystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008008151A (ja) * 2006-06-27 2008-01-17 Ngk Insulators Ltd 微粒子センサ用ハニカム構造体
JP2009097410A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Toyota Motor Corp パティキュレートフィルタにおけるｐｍ捕集量推定装置およびフィルタ再生システム
JP2010144630A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Ud Trucks Corp パティキュレート捕集装置
JP2011179491A (ja) * 2009-09-25 2011-09-15 Ibiden Co Ltd 微粒子センサ及び排ガス浄化装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020051342A (ja) * 2018-09-27 2020-04-02 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 排気ガス浄化装置
JP7193965B2 (ja) 2018-09-27 2022-12-21 株式会社Subaru 排気ガス浄化装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20160237872A1 (en) 2016-08-18
EP3056699A4 (en) 2017-06-07
CN105612319A (zh) 2016-05-25
US10072551B2 (en) 2018-09-11
EP3056699A1 (en) 2016-08-17
WO2015053322A1 (ja) 2015-04-16
EP3056699B1 (en) 2018-08-01
CN105612319B (zh) 2018-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6197377B2 (ja) 排気浄化装置
JP6201577B2 (ja) 診断装置
US20110314796A1 (en) Particulate matter detection sensor and control device of controlling the same
JP6136298B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2009138704A (ja) 排気後処理装置
WO2015053323A1 (ja) 排気浄化システム
WO2015053322A1 (ja) 排気浄化システム
JP2015059476A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
WO2016140215A1 (ja) センサ
JP6505578B2 (ja) フィルタの故障検出装置、粒子状物質検出装置
JP6206065B2 (ja) 排気浄化システム
JP2015059477A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
WO2015046446A1 (ja) 診断装置
WO2014115621A1 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2016223336A (ja) 排気浄化装置、制御装置及び、制御方法
JP6123343B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2015059478A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP4645851B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2020026732A (ja) 検出装置、検出方法及び、検出装置を備えた排気浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160907

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170516

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170718

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170919

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180313