JP2016223336A - Exhaust emission control device, control device and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置、制御装置及び、制御方法に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device, a control device, and a control method.
従来、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物(以下、NOx)を還元浄化する触媒として、NOx吸蔵還元型触媒が知られている。NOx吸蔵還元型触媒は、排気がリーン雰囲気のときに排気中に含まれるNOxを吸蔵すると共に、排気がリッチ雰囲気のときに排気中に含まれる炭化水素で吸蔵していたNOxを還元浄化により無害化して放出する。このため、触媒のNOx吸蔵量が所定量に達した場合は、NOx吸蔵能力を回復させるべく、ポスト噴射や排気管噴射によって排気をリッチ状態にする所謂NOxパージを定期的に行う必要がある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, NOx occlusion reduction type catalysts are known as catalysts for reducing and purifying nitrogen compounds (hereinafter referred to as NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine. The NOx occlusion reduction catalyst occludes NOx contained in the exhaust when the exhaust is in a lean atmosphere, and harmless NOx occluded by hydrocarbons contained in the exhaust when the exhaust is in a rich atmosphere. And release. For this reason, when the NOx occlusion amount of the catalyst reaches a predetermined amount, so-called NOx purge that makes the exhaust rich by post injection or exhaust pipe injection needs to be performed periodically to restore the NOx occlusion capacity ( For example, see Patent Document 1).
また、排気浄化装置においては、排気中の粒子状物質(以下、PM)を捕集するパティキュレイト・フィルタ(以下、単にフィルタ)を備えるものも知られている。フィルタのPM捕集能力には限界があるため、PM堆積量が所定値に達すると排気温度をPM燃焼温度まで上昇させた堆積したPMを燃焼除去する所謂フィルタ強制再生を定期的に行う必要がある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, an exhaust purification device is also known that includes a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) that collects particulate matter (hereinafter PM) in the exhaust. Since the PM trapping capacity of the filter is limited, it is necessary to periodically perform so-called forced filter regeneration that burns and removes the accumulated PM whose exhaust temperature has been raised to the PM combustion temperature when the PM accumulation amount reaches a predetermined value. Yes (see, for example, Patent Document 2).
一般的に、NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力は、触媒温度が活性領域よりも上昇すると低下する傾向がある。このため、例えば、NOx吸蔵還元型触媒にNOxが多く吸蔵されている状態で、排気温度をPM燃焼温度まで上昇させるフィルタ強制再生を実施すると、NOx吸蔵還元型触媒からNOxが急激に放出されて、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。 Generally, the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction type catalyst tends to decrease as the catalyst temperature rises above the active region. For this reason, for example, if the forced filter regeneration is performed to raise the exhaust gas temperature to the PM combustion temperature in a state where a large amount of NOx is stored in the NOx storage reduction catalyst, NOx is rapidly released from the NOx storage reduction catalyst. Exhaust emissions may be worsened.
開示の装置は、フィルタ強制再生によるNOx吸蔵還元型触媒からのNOx放出を効果的に防止することを目的とする。 It is an object of the disclosed apparatus to effectively prevent NOx release from the NOx occlusion reduction type catalyst due to forced filter regeneration.
開示の排気浄化装置は、内燃機関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フィルタと、前記排気通路に設けられて排気中のNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元型触媒と、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理及び、排気をリッチ状態にして前記NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOxを還元浄化する触媒再生処理を実施する再生制御手段と、を備え、前記再生制御手段は、前記フィルタ再生処理を実施する場合に、前記触媒再生処理を実施してから前記フィルタ再生処理を開始する。 The disclosed exhaust purification device includes a filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust, a NOx occlusion reduction type catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in exhaust, and A filter regeneration process for increasing the exhaust gas temperature to a predetermined temperature to burn and remove particulate matter deposited on the filter; and a catalyst regeneration for reducing and purifying NOx occluded in the NOx occlusion reduction type catalyst by making the exhaust gas rich. Regeneration control means for performing processing, and when performing the filter regeneration processing, the regeneration control means starts the filter regeneration processing after performing the catalyst regeneration processing.
開示の制御装置は、内燃機関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フィルタと、前記排気通路に設けられて排気中のNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元型触媒と、を備える排気浄化装置の制御装置であって、
前記制御装置は、排気をリッチ状態にして前記NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOxを還元浄化する触媒再生処理を実施してから、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を開始する。
The disclosed control device includes a filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust, a NOx occlusion reduction type catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in exhaust, A control device for an exhaust gas purification device comprising:
The control device performs a catalyst regeneration process for reducing and purifying NOx stored in the NOx occlusion reduction type catalyst in a rich state, and then increasing the exhaust temperature to a predetermined temperature and depositing it on the filter. A filter regeneration process for burning and removing particulate matter is started.
開示の制御方法は、内燃機関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フィルタと、前記排気通路に設けられて排気中のNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元型触媒と、を備える排気浄化装置の制御方法であって、
排気をリッチ状態にして前記NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOxを還元浄化する触媒再生処理を実施してから、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を開始する。
The disclosed control method includes a filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust, a NOx occlusion reduction type catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in exhaust, A method for controlling an exhaust emission control device comprising:
A catalyst regeneration process for reducing and purifying NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst is performed in a rich state, and the exhaust temperature is raised to a predetermined temperature to burn particulate matter deposited on the filter. The filter regeneration process to be removed is started.
開示の装置によれば、フィルタ強制再生によるNOx吸蔵還元型触媒からのNOx放出を効果的に防止することができる。 According to the disclosed apparatus, it is possible to effectively prevent NOx release from the NOx occlusion reduction type catalyst due to forced regeneration of the filter.
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装置、当該排気浄化装置の制御装置及び、制御方法を説明する。 Hereinafter, an exhaust emission control device, a control device for the exhaust emission control device, and a control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
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の各気筒には、図示しないコモンレールに畜圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射する筒内インジェクタ11がそれぞれ設けられている。これら各筒内インジェクタ11の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット(以下、ECUという)50から入力される指示信号に応じてコントロールされる。
As shown in FIG. 1, each cylinder of a diesel engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 10 is provided with an in-
エンジン10の吸気マニホールド10Aには新気を導入する吸気通路12が接続され、排気マニホールド10Bには排気を外部に導出する排気通路13が接続されている。吸気通路12には、吸気上流側から順にエアクリーナ14、吸入空気量センサ(以下、MAFセンサという)40、吸気温度センサ48、可変容量型過給機20のコンプレッサ20A、インタークーラ15、吸気スロットルバルブ16等が設けられている。排気通路13には、排気上流側から順に可変容量型過給機20のタービン20B、排気ブレーキ装置の一部を構成する排気ブレーキバルブ17、排気後処理装置30等が設けられている。なお、図1中において、符号41はエンジン回転数センサ、符号42はアクセル開度センサ、符号46はブースト圧センサ、符号47は外気温度センサをそれぞれ示している。
An
EGR装置21は、排気マニホールド10Bと吸気マニホールド10Aとを接続するEGR通路22と、EGRガスを冷却するEGRクーラ23と、EGR量を調整するEGRバルブ24とを備えている。
The EGR
排気後処理装置30は、ケース30A内に排気上流側から順に酸化触媒31、NOx吸蔵還元型触媒32、パティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという)33を配置して構成されている。また、酸化触媒31よりも上流側の排気通路13には、ECU50から入力される指示信号に応じて、排気通路13内に未燃燃料(主にHC)を噴射する排気インジェクタ34が設けられている。
The
酸化触媒31は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒31は、排気インジェクタ34又は筒内インジェクタ11のポスト噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
The
NOx吸蔵還元型触媒32は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にアルカリ金属等を担持して形成されている。このNOx吸蔵還元型触媒32は、排気空燃比がリーン状態のときに排気中のNOxを吸蔵すると共に、排気空燃比がリッチ状態のときに排気中に含まれる還元剤(HC等)で吸蔵したNOxを還元浄化する。
The NOx
フィルタ33は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、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。フィルタ33は、排気中のPMを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、PM堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆるフィルタ強制再生が実行される。フィルタ強制再生は、排気管噴射又はポスト噴射によって上流側の酸化触媒31に未燃燃料を供給し、フィルタ33に流入する排気温度をPM燃焼温度まで昇温することで行われる。
The
第1排気温度センサ43は、酸化触媒31よりも上流側に設けられており、酸化触媒31に流入する排気温度を検出する。第2排気温度センサ44は、酸化触媒31とNOx吸蔵還元型触媒32との間に設けられており、NOx吸蔵還元型触媒32に流入する排気温度を検出する。NOx/ラムダセンサ45は、フィルタ33よりも下流側に設けられており、NOx吸蔵還元型触媒32を通過した排気のNOx値及びラムダ値(以下、空気過剰率ともいう)を検出する。
The first
ECU50は、エンジン10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。これら各種制御を行うため、ECU50にはセンサ類40〜47のセンサ値が入力される。また、ECU50は、フィルタ再生制御部51と、NOx吸蔵量推定部60と、NOxパージ制御部70と、MAF追従制御部80と、噴射量学習補正部90と、MAF補正係数演算部95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。
The ECU 50 performs various controls of the
[フィルタ再生制御]
フィルタ再生制御部51は、本発明の再生制御手段の一例であって、排気温度をPM燃焼温度まで上昇させてフィルタ33に堆積したPMを燃焼除去するフィルタ強制再生制御を実施する。より詳しくは、フィルタ再生制御部51は、車両の走行距離、あるいは図示しない差圧センサで検出されるフィルタ前後差圧からフィルタ33のPM堆積量を推定すると共に、このPM堆積推定量が所定の上限閾値を超えるとフィルタ強制再生フラグFDPFをオンにする。フィルタ強制再生フラグFDPFがオンにされると、排気インジェクタ34に排気管噴射を実行させる指示信号が送信されるか、あるいは、各筒内インジェクタ11にポスト噴射を実行させる指示信号が送信されて、排気温度をPM燃焼温度(例えば、約550℃)まで昇温させる。このフィルタ強制再生フラグFDPFは、PM堆積推定量が燃焼除去を示す所定の下限閾値(判定閾値)まで低下するとオフにされる。
[Filter regeneration control]
The filter
なお、本実施形態では、フィルタ強制再生制御の開始前に、詳細を後述するNOxパージ制御がNOx吸蔵還元型触媒32のNOx吸蔵量に応じて実施されるようになっている。
In the present embodiment, the NOx purge control, which will be described in detail later, is performed according to the NOx occlusion amount of the NOx occlusion
[NOx吸蔵量推定]
図2は、NOx吸蔵量推定部60によるNOx吸蔵量推定値str_estの推定処理を説明するブロック図である。
[NOx storage amount estimation]
FIG. 2 is a block diagram illustrating the NOx occlusion amount estimation value str_est estimation processing by the NOx occlusion
エンジン排出NOx量演算部61は、エンジン10から排出されてNOx吸蔵還元型触媒32に流入するNOx量(以下、触媒入口NOx量In_NOxという)を演算する。触媒入口NOx量In_NOxは、例えば、エンジン回転数Neやアクセル開度Qに基づいて参照されるマップやモデル式等から演算すればよい。
The engine exhaust NOx amount calculation unit 61 calculates the NOx amount discharged from the
触媒推定温度演算部62は、NOx吸蔵還元型触媒32の触媒推定温度Temp_LNTを演算する。触媒推定温度Temp_LNTは、例えば、第1排気温度センサ43で検出される酸化触媒31の入口温度、酸化触媒31及びNOx吸蔵還元型触媒32の内部でのHC・CO発熱量、外気への放熱量等に基づいて演算すればよい。
The estimated
触媒吸蔵容量演算部63は、触媒入口NOx量In_NOxや触媒推定温度Temp_LNTに応じて変化するNOx吸蔵還元型触媒32のNOx吸蔵容量str_volを演算する。NOx吸蔵容量str_volは、例えば、触媒入口NOx量In_NOxや触媒推定温度Temp_LNTを入力値として含むモデル式やマップ等に基づいて演算すればよい。
The catalyst storage
NOx吸蔵レベル演算部64は、NOx吸蔵容量str_volに対する現在のNOx吸蔵レベルstr_lvlを演算する。NOx吸蔵レベルstr_lvlは、NOx吸蔵容量str_volから後述するNOx吸蔵量推定値演算部68によって演算されるNOx吸蔵量推定値str_estを減算した値をNOx吸蔵容量str_volで除算することで求められる(str_lvl=(str_vol−str_est)/str_vol )。
NOx storage
暫定NOx吸蔵量演算部65は、詳細を後述するNOx還元量rel_NP_utやリーン時NOx放出量rel_lean_utを考慮に入れない、エンジン10から排出されてNOx吸蔵還元型触媒32に吸蔵され得る総NOx量(以下、暫定NOx吸蔵量abs_utという)を演算する。暫定NOx吸蔵量abs_utは、触媒入口NOx量In_NOx、触媒推定温度Temp_LNT、NOx吸蔵レベルstr_lvl、MAFセンサ40で検出される吸入空気量等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて演算される。
The provisional NOx occlusion
NOx還元量演算部66は、詳細を後述するNOxパージ制御の実施によって還元されるNOx還元量rel_NP_utを演算する。NOx還元量rel_NP_utは、触媒推定温度Temp_LNT、NOx吸蔵レベルstr_lvl、MAFセンサ40で検出される吸入空気量、NOx/ラムダセンサ45で検出される排気ラムダ値等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて演算される。
The NOx reduction
リーン時NOx放出量演算部67は、後述するNOxパージ制御が実施されていないリーン運転時にNOx吸蔵還元型触媒32から離脱して放出されるリーン時NOx放出量rel_lean_utを演算する。リーン時NOx放出量rel_lean_utは、触媒推定温度Temp_LNT及びNOx吸蔵レベルstr_lvlに基づいて参照される放出効率マップのマップ値rel_mapに、NOx吸蔵量推定値str_estを乗算し、さらに、NOx放出速度に応じて設定される所定の定数Cを乗じることで演算される(rel_lean_ut=rel_map×str_est×C)。
The lean NOx release
NOx吸蔵量推定値演算部68は、NOx吸蔵還元型触媒32に吸蔵されているNOx吸蔵量推定値str_estを演算する。NOx吸蔵量推定値str_estは、暫定NOx吸蔵量abs_utから、NOx還元量rel_ut及び、リーン時NOx放出量rel_lean_utを減算した単位時間当たり値を総和する以下の数式(1)に基づいて演算される。
The NOx occlusion amount estimated
str_est=Σ(abs_ut−rel_NP_ut−rel_lean_ut)・・・(1)
本実施形態では、このように、リーン運転時にNOx吸蔵還元型触媒32から離脱して放出されるリーン時NOx放出量rel_lean_utを考慮に入れて、NOx吸蔵量推定値str_estを推定演算することで、その推定精度を効果的に向上することができる。
str _est = Σ (abs _ut -rel _NP_ut -rel _lean_ut) ··· (1)
In the present embodiment, the NOx occlusion amount estimated value str_est is estimated and calculated in consideration of the lean NOx release amount rel_lean_ut that is released from the NOx occlusion
[NOxパージ制御]
NOxパージ制御部70は、本発明の再生制御手段の一例であって、排気をリッチ状態にしてNOx吸蔵還元型触媒32に吸蔵されているNOxを還元浄化により無害化して放出することで、NOx吸蔵還元型触媒32のNOx吸蔵能力を回復させる触媒再生処理(以下、この制御をNOxパージ制御という)を実行する。
[NOx purge control]
The NOx
NOxパージ制御は、(1)NOx吸蔵量推定部60によって推定されるNOx吸蔵量推定値str_estが飽和状態に近づく所定の第1上限閾値th1を超えた場合、(2)エンジン排出NOx量演算部61によって推定される触媒入口NOx量In_NOxと、NOx/ラムダセンサ45で検出される触媒出口NOx量とから演算されるNOx吸蔵還元型触媒32のNOx浄化率が所定の判定閾値よりも低下した場合、あるいは、(3)フィルタ強制再生制御の開始前にNOx吸蔵量推定部60によって推定されるNOx吸蔵量推定値str_estが、排気温度上昇によってNOx吸蔵還元型触媒32から急激なNOx放出を生じさせる所定の第2上限閾値th2に達している場合に、NOxパージフラグFNPをオンにすることで開始される(図3の時刻t1参照)。第2上限閾値th2は、第1上限閾値th1と同等、あるいは、第1上限閾値th1よりも低い値で設定される(th1≦th2)。
When the NOx occlusion amount estimation value str_est estimated by the NOx occlusion
以下、開始条件(3)の詳細を図4に示すフロー図に基づいて説明する。 Details of the start condition (3) will be described below based on the flowchart shown in FIG.
ステップS10では、フィルタ強制再生制御の開始要求条件が成立するか否かが判定される。開始要求条件は、例えば、フィルタ33のPM堆積推定量が所定の上限閾値を超えた場合や、前回のフィルタ強制再生制御終了からのインターバル(時間、走行距離等)が所定の閾値に達した場合に成立する。条件成立の場合(Yes)は、ステップS11に進む。
In step S10, it is determined whether a request condition for starting forced filter regeneration control is satisfied. The start request condition is, for example, when the estimated PM accumulation amount of the
ステップS11では、現在のNOx吸蔵量推定値str_estが、排気温度上昇によってNOx吸蔵還元型触媒32から急激なNOx放出を生じさせる第2上限閾値th2に達しているか否かが判定される。NOx吸蔵量推定値str_estが第2上限閾値th2に達している場合(Yes)は、NOxパージ制御を実施すべくステップS12に進む。NOx吸蔵量推定値str_estが第2上限閾値th2に達していない場合(Yes)は、無駄な燃料消費を防止すべく、NOxパージ制御を実施することなくステップS15に進む。
In step S11, it is determined whether or not the current NOx occlusion amount estimated value str_est has reached the second upper limit threshold th2 that causes rapid NOx occlusion from the NOx occlusion
ステップS12では、触媒推定温度演算部62によって演算される触媒推定温度Temp_LNTが所定の触媒活性温度未満か否かが判定される。触媒推定温度Temp_LNTが触媒活性温度未満であれば(Yes)、昇温制御を実施すべくステップS13に進む。触媒推定温度Temp_LNTが触媒活性温度以上であれば(No)、昇温制御を省略してステップS14に進む。
In step S12, it is determined whether the estimated catalyst temperature Temp_LNT calculated by the estimated catalyst
ステップS13では、排気温度を上昇させてNOx吸蔵還元型触媒32の触媒温度を活性温度まで上昇させるべく、筒内インジェクタ11が、アフタ噴射又は、アフタ噴射後に実施するポスト噴射の少なくとも一方を含むマルチ噴射パターンで制御される。
In step S13, the in-
ステップS14では、NOxパージフラグFNPをオンにして、NOxパージ制御が実施される。さらに、ステップS15では、フィルタ強制再生フラグFDPFをオンにして、フィルタ強制再生制御が実施される。 In step S14, it turns on the NOx purge flag F NP, NOx purge control is performed. Further, in step S15, the filter forced regeneration flag F DPF is turned on, and filter forced regeneration control is performed.
本実施形態では、このように、フィルタ強制再生制御の開始前にNOx吸蔵還元型触媒32のNOx吸蔵量が排気温度上昇によりNOx放出を引き起こす第2上限閾値th2に達していれば、NOxパージ制御を実施してNOx吸蔵量を減少させることで、フィルタ強制再生制御の実施による過大なNOx放出を確実に防止することができる。
In this embodiment, as described above, if the NOx occlusion amount of the NOx occlusion
[NOxパージ制御の空気系制御/噴射系制御]
本実施形態において、NOxパージ制御による排気のリッチ化は、空気系制御によって空気過剰率を定常運転時(例えば、約1.5)から理論空燃比相当値(約1.0)よりもリーン側の第1目標空気過剰率(例えば、約1.3)まで低下させるNOxパージリーン制御と、噴射系制御によって空気過剰率を第1目標空気過剰率からリッチ側の第2目標空気過剰率(例えば、約0.9)まで低下させるNOxパージリッチ制御とを併用することで実現される。以下、これらNOxパージリーン制御及び、NOxパージリッチ制御の詳細について説明する。
[Air system control / injection system control of NOx purge control]
In the present embodiment, the exhaust gas enrichment by the NOx purge control is performed on the lean side from the theoretical air-fuel ratio equivalent value (about 1.0) from the time of steady operation (for example, about 1.5) by the air system control. NOx purge lean control to lower the first target excess air ratio (e.g., about 1.3) and the injection system control to reduce the excess air ratio from the first target excess air ratio to the rich second target excess air ratio (e.g., This is realized by using together with the NOx purge rich control for reducing to about 0.9). The details of the NOx purge lean control and the NOx purge rich control will be described below.
[NOxパージリーン制御]
図5は、NOxパージリーン制御部70AによるMAF目標値MAFNPL_Trgtの設定処理を示すブロック図である。第1目標空気過剰率設定マップ71は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Neとアクセル開度Qとに対応したNOxパージリーン制御時の空気過剰率目標値λNPL_Trgt(第1目標空気過剰率)が予め実験等に基づいて設定されている。
[NOx purge lean control]
FIG. 5 is a block diagram showing the setting process of the MAF target value MAF NPL_Trgt by the NOx purge
まず、第1目標空気過剰率設定マップ71から、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号としてNOxパージリーン制御時の空気過剰率目標値λNPL_Trgtが読み取られて、MAF目標値演算部72に入力される。さらに、MAF目標値演算部72では、以下の数式(2)に基づいてNOxパージリーン制御時のMAF目標値MAFNPL_Trgtが演算される。
First, the excess air ratio target value λ NPL_Trgt at the time of NOx purge lean control is read from the first target excess air
MAFNPL_Trgt=λNPL_Trgt×Qfnl_corrd×RoFuel×AFRsto/Maf_corr・・・(2)
数式(2)において、Qfnl_corrdは後述する学習補正された筒内インジェクタ11の燃料噴射量(ポスト噴射を除く)、RoFuelは燃料比重、AFRstoは理論空燃比、Maf_corrは後述するMAF補正係数をそれぞれ示している。
MAF NPL_Trgt = λ NPL_Trgt × Q fnl_corrd × Ro Fuel × AFR sto / Maf_corr (2)
In Formula (2), Q fnl_cord is a fuel injection amount (excluding post-injection) of the in-
MAF目標値演算部72によって演算されたMAF目標値MAFNPL_Trgtは、NOxパージフラグFNPがオン(図3の時刻t1参照)になるとランプ処理部73に入力される。ランプ処理部73は、各ランプ係数マップ73A,Bからエンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したMAF目標ランプ値MAFNPL_Trgt_Rampをバルブ制御部74に入力する。
The MAF target value MAF NPL_Trgt calculated by the MAF target
バルブ制御部74は、MAFセンサ40から入力される実MAF値MAFActがMAF目標ランプ値MAFNPL_Trgt_Rampとなるように、吸気スロットルバルブ16を閉側に絞ると共に、EGRバルブ24を開側に開くフィードバック制御を実行する。
The
このように、本実施形態では、第1目標空気過剰率設定マップ71から読み取られる空気過剰率目標値λNPL_Trgtと、各筒内インジェクタ11の燃料噴射量とに基づいてMAF目標値MAFNPL_Trgtを設定し、このMAF目標値MAFNPL_Trgtに基づいて空気系動作をフィードバック制御するようになっている。これにより、NOx吸蔵還元型触媒32の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、NOx吸蔵還元型触媒32の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をNOxパージリーン制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。
Thus, in this embodiment, the MAF target value MAF NPL_Trgt is set based on the excess air ratio target value λ NPL_Trgt read from the first target excess air
また、各筒内インジェクタ11の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Qfnl_corrdを用いることで、MAF目標値MAFNPL_Trgtをフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各筒内インジェクタ11の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。
Further, by using the fuel injection amount Q fnl_corrd after learning correction as the fuel injection amount of each in-
また、MAF目標値MAFNPL_Trgtにエンジン10の運転状態に応じて設定されるランプ係数を付加することで、吸入空気量の急激な変化によるエンジン10の失火やトルク変動によるドライバビリティーの悪化等を効果的に防止することができる。
Further, by adding a ramp coefficient that is set according to the operating state of the
[NOxパージリッチ制御]
図6は、NOxパージリッチ制御部70Bによる排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量QNPR_Trgt(単位時間当たりの噴射量)の設定処理を示すブロック図である。第2目標空気過剰率設定マップ75は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Neとアクセル開度Qとに対応したNOxパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λNPR_Trgt(第2目標空気過剰率)が予め実験等に基づいて設定されている。
[NOx purge rich control]
FIG. 6 is a block diagram showing processing for setting the target injection amount Q NPR_Trgt (injection amount per unit time) of exhaust pipe injection or post injection by the NOx purge
まず、第2目標空気過剰率設定マップ75から、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号としてNOxパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λNPR_Trgtが読み取られて噴射量目標値演算部76に入力される。さらに、噴射量目標値演算部76では、以下の数式(3)に基づいてNOxパージリッチ制御時の目標噴射量QNPR_Trgtが演算される。
First, from the second target excess air
QNPR_Trgt=MAFNPL_Trgt×Maf_corr/(λNPR_Trgt×RoFuel×AFRsto)−Qfnl_corrd・・・(3)
数式(3)において、MAFNPL_TrgtはNOxパージリーンMAF目標値であって、前述のMAF目標値演算部72から入力される。また、Qfnl_corrdは後述する学習補正されたMAF追従制御適用前の筒内インジェクタ11の燃料噴射量(ポスト噴射を除く)、RoFuelは燃料比重、AFRstoは理論空燃比、Maf_corrは後述するMAF補正係数をそれぞれ示している。
Q NPR_Trgt = MAF NPL_Trgt × Maf_corr / (λ NPR_Trgt × Ro Fuel × AFR sto ) −Q fnl_corrd (3)
In Expression (3), MAF NPL_Trgt is a NOx purge lean MAF target value, and is input from the above-described MAF target
噴射量目標値演算部76によって演算される目標噴射量QNPR_Trgtは、NOxパージフラグFNPがオンになると、排気インジェクタ34又は各筒内インジェクタ11に噴射指示信号として送信される(図3の時刻t1)。この噴射指示信号の送信は、後述するNOxパージ制御の終了判定によってNOxパージフラグFNPがオフ(図3の時刻t2)にされるまで継続される。
The target injection amount Q NPR_Trgt calculated by the injection amount target
このように、本実施形態では、第2目標空気過剰率設定マップ75から読み取られる空気過剰率目標値λNPR_Trgtと、各筒内インジェクタ11の燃料噴射量とに基づいて目標噴射量QNPR_Trgtを設定するようになっている。これにより、NOx吸蔵還元型触媒32の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、NOx吸蔵還元型触媒32の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をNOxパージリッチ制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。
Thus, in the present embodiment, the target injection amount Q NPR_Trgt is set based on the excess air ratio target value λ NPR_Trgt read from the second target excess air
また、各筒内インジェクタ11の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Qfnl_corrdを用いることで、目標噴射量QNPR_Trgtをフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各筒内インジェクタ11の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。
Further, by using the fuel injection amount Q fnl_corrd after learning correction as the fuel injection amount of each in-
[NOxパージ制御の終了判定]
NOxパージ制御は、(1)NOxパージフラグFNPのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、(2)NOxパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、(3)NOx吸蔵量推定部60によって推定されるNOx吸蔵量推定値str_estがNOx除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、NOxパージフラグFNPをオフにして終了される。
[Determining completion of NOx purge control]
In the NOx purge control, (1) when the NOx purge flag F NP is turned on, the amount of exhaust pipe injection or post injection is accumulated, and when this cumulative injection amount reaches a predetermined upper limit threshold amount, (2) NOx purge control When the elapsed time counted from the start reaches a predetermined upper threshold time, (3) When the NOx occlusion amount estimated value str_est estimated by the NOx occlusion
[MAF追従制御]
MAF追従制御部80は、(1)通常運転のリーン状態からNOxパージ制御によるリッチ状態への切り替え期間及び、(2)NOxパージ制御によるリッチ状態から通常運転のリーン状態への切り替え期間に、各筒内インジェクタ11の燃料噴射タイミング及び燃料噴射量をMAF変化に応じて補正する制御(MAF追従制御という)を実行する。
[MAF tracking control]
The MAF follow-up
[噴射量学習補正]
図7に示すように、噴射量学習補正部80は、学習補正係数演算部81と、噴射量補正部82とを有する。
[Injection amount learning correction]
As shown in FIG. 7, the injection amount learning
学習補正係数演算部81は、エンジン10のリーン運転時にNOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActと、推定ラムダ値λEstとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数FCorrを演算する。排気がリーン状態のときは、排気中のHC濃度が非常に低いので、酸化触媒31でHCの酸化反応による排気ラムダ値の変化は無視できるほど小さい。このため、酸化触媒31を通過して下流側のNOx/ラムダセンサ45で検出される排気中の実ラムダ値λActと、エンジン10から排出された排気中の推定ラムダ値λEstとは一致すると考えられる。このため、これら実ラムダ値λActと推定ラムダ値λEstとに誤差Δλが生じた場合は、各筒内インジェクタ11に対する指示噴射量と実噴射量との差によるものと仮定することができる。以下、この誤差Δλを用いた学習補正係数演算部81による学習補正係数の演算処理を図8のフローに基づいて説明する。
A learning correction coefficient calculation unit 81 is configured to calculate a fuel injection amount learning correction coefficient F based on an error Δλ between the actual lambda value λ Act detected by the NOx /
ステップS300では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて、エンジン10がリーン運転状態にあるか否かが判定される。リーン運転状態にあれば、学習補正係数の演算を開始すべく、ステップS310に進む。
In step S300, based on the engine speed Ne and the accelerator opening Q, it is determined whether or not the
ステップS310では、推定ラムダ値λEstからNOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActを減算した誤差Δλに、学習値ゲインK1及び補正感度係数K2を乗じることで、学習値FCorrAdptが演算される(FCorrAdpt=(λEst−λAct)×K1×K2)。推定ラムダ値λEstは、エンジン回転数Neやアクセル開度Qに応じたエンジン10の運転状態から推定演算される。また、補正感度係数K2は、図7に示す補正感度係数マップ81AからNOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActを入力信号として読み取られる。
In step S310, an error Δλ obtained by subtracting the actual lambda value λ Act detected by the NOx /
ステップS320では、学習値FCorrAdptの絶対値|FCorrAdpt|が所定の補正限界値Aの範囲内にあるか否かが判定される。絶対値|FCorrAdpt|が補正限界値Aを超えている場合、本制御はリターンされて今回の学習を中止する。 In step S320, it is determined whether or not the absolute value | F CorrAdpt | of the learning value F CorrAdpt is within the range of the predetermined correction limit value A. If the absolute value | F CorrAdpt | exceeds the correction limit value A, the present control is returned to stop the current learning.
ステップS330では、学習禁止フラグFProがオフか否かが判定される。学習禁止フラグFProとしては、例えば、エンジン10の過渡運転時、NOxパージ制御時(FNP=1)等が該当する。これらの条件が成立する状態では、実ラムダ値λActの変化によって誤差Δλが大きくなり、正確な学習を行えないためである。エンジン10が過渡運転状態にあるか否かは、例えば、NOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActの時間変化量に基づいて、当該時間変化量が所定の閾値よりも大きい場合に過渡運転状態と判定すればよい。
In step S330, it is determined whether the learning prohibition flag FPro is off. The learning prohibition flag F Pro corresponds to, for example, a transient operation of the
ステップS340では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて参照される学習値マップ81B(図7参照)が、ステップS310で演算された学習値FCorrAdptに更新される。より詳しくは、この学習値マップ91B上には、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに応じて区画された複数の学習領域が設定されている。これら学習領域は、好ましくは、使用頻度が多い領域ほどその範囲が狭く設定され、使用頻度が少ない領域ほどその範囲が広く設定されている。これにより、使用頻度が多い領域では学習精度が向上され、使用頻度が少ない領域では未学習を効果的に防止することが可能になる。
In step S340, the learning value map 81B (see FIG. 7) referred to based on the engine speed Ne and the accelerator opening Q is updated to the learning value F CorrAdpt calculated in step S310. More specifically, on the learning
ステップS350では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号として学習値マップ81Bから読み取った学習値に「1」を加算することで、学習補正係数FCorrが演算される(FCorr=1+FCorrAdpt)。この学習補正係数FCorrは、図7に示す噴射量補正部82に入力される。 In step S350, the learning correction coefficient F Corr is calculated by adding “1” to the learning value read from the learning value map 81B using the engine speed Ne and the accelerator opening Q as input signals (F Corr = 1 + F). CorrAdpt ). The learning correction coefficient F Corr is input to the injection amount correction unit 82 shown in FIG.
噴射量補正部82は、パイロット噴射QPilot、プレ噴射QPre、メイン噴射QMain、アフタ噴射QAfter、ポスト噴射QPostの各基本噴射量に学習補正係数FCorrを乗算することで、これら燃料噴射量の補正を実行する。 The injection amount correction unit 82 multiplies each basic injection amount of pilot injection Q Pilot , pre-injection Q Pre , main injection Q Main , after-injection Q After , and post-injection Q Post by a learning correction coefficient F Corr. The injection amount is corrected.
このように、推定ラムダ値λEstと実ラムダ値λActとの誤差Δλに応じた学習値で各筒内インジェクタ11に燃料噴射量を補正することで、各筒内インジェクタ11の経年劣化や特性変化、個体差等のバラツキを効果的に排除することが可能になる。
In this way, by correcting the fuel injection amount to each in-
[MAF補正係数]
MAF補正係数演算部95は、NOxパージ制御時のMAF目標値MAFNPL_Trgtや目標噴射量QNPR_Trgtの設定に用いられるMAF補正係数Maf_corrを演算する。
[MAF correction coefficient]
MAF correction
本実施形態において、各筒内インジェクタ11の燃料噴射量は、NOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActと推定ラムダ値λEstとの誤差Δλに基づいて補正される。しかしながら、ラムダは空気と燃料の比であるため、誤差Δλの要因が必ずしも各筒内インジェクタ11に対する指示噴射量と実噴射量との差の影響のみとは限らない。すなわち、ラムダの誤差Δλには、各筒内インジェクタ11のみならずMAFセンサ40の誤差も影響している可能性がある。
In the present embodiment, the fuel injection amount of each in-
図9は、MAF補正係数演算部95によるMAF補正係数Maf_corrの設定処理を示すブロック図である。補正係数設定マップ96は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Neとアクセル開度Qとに対応したMAFセンサ40のセンサ特性を示すMAF補正係数Maf_corrが予め実験等に基づいて設定されている。
FIG. 9 is a block diagram showing the setting process of the MAF correction coefficient Maf_corr by the MAF correction
MAF補正係数演算部95は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号として補正係数設定マップ96からMAF補正係数Maf_corrを読み取ると共に、このMAF補正係数Maf_corrをMAF目標値演算部72及び噴射量目標値演算部76に送信する。これにより、NOxパージ制御時のMAF目標値MAFNPL_Trgtや目標噴射量QNPR_Trgtの設定に、MAFセンサ40のセンサ特性を効果的に反映することが可能になる。
The MAF correction
[その他]
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。
[Others]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.
10 エンジン
11 筒内インジェクタ
12 吸気通路
13 排気通路
16 吸気スロットルバルブ
24 EGRバルブ
31 酸化触媒
32 NOx吸蔵還元型触媒
33 フィルタ
34 排気インジェクタ
40 MAFセンサ
45 NOx/ラムダセンサ
50 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記排気通路に設けられて排気中のNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元型触媒と、
排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理及び、排気をリッチ状態にして前記NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOxを還元浄化する触媒再生処理を実施する再生制御手段と、を備え、
前記再生制御手段は、前記フィルタ再生処理を実施する場合に、前記触媒再生処理を実施してから前記フィルタ再生処理を開始する
排気浄化装置。 A filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulate matter in the exhaust;
A NOx occlusion reduction catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in the exhaust;
A filter regeneration process that burns and removes particulate matter deposited on the filter by raising the exhaust temperature to a predetermined temperature, and a catalyst regeneration process that reduces and purifies NOx stored in the NOx occlusion reduction type catalyst by making the exhaust rich. Reproduction control means for carrying out
The regeneration control unit starts the filter regeneration process after performing the catalyst regeneration process when the filter regeneration process is performed.
前記再生制御手段は、前記フィルタ再生処理を実施する場合に、前記触媒温度取得手段によって取得される触媒温度が所定の触媒活性温度未満であれば、触媒温度を活性温度まで上昇させる昇温制御を実施した後に前記触媒再生処理を実施する
請求項1に記載の排気浄化装置。 A catalyst temperature obtaining means for obtaining a catalyst temperature of the NOx storage reduction catalyst;
When performing the filter regeneration process, the regeneration control means performs temperature increase control for raising the catalyst temperature to the activation temperature if the catalyst temperature acquired by the catalyst temperature acquisition means is less than a predetermined catalyst activation temperature. The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the catalyst regeneration process is performed after the exhaust gas purification process.
前記再生制御手段は、前記フィルタ再生処理を実施する場合に、前記吸蔵量推定手段によって推定されるNOx吸蔵量が所定の閾値未満であれば、前記触媒再生処理を実施することなく前記フィルタ再生処理を開始する
請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 A storage amount estimating means for estimating a NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst;
If the NOx occlusion amount estimated by the occlusion amount estimating unit is less than a predetermined threshold when the filter regeneration process is performed, the regeneration control unit performs the filter regeneration process without performing the catalyst regeneration process. The exhaust emission control device according to claim 1 or 2.
前記制御装置は、排気をリッチ状態にして前記NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOxを還元浄化する触媒再生処理を実施してから、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を開始する
排気浄化装置の制御装置。 An exhaust purification device comprising: a filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust gas; and a NOx occlusion reduction type catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in exhaust gas. A control device,
The control device performs a catalyst regeneration process for reducing and purifying NOx stored in the NOx occlusion reduction type catalyst in a rich state, and then increasing the exhaust temperature to a predetermined temperature and depositing it on the filter. A control device for an exhaust gas purification device that starts a filter regeneration process that burns and removes particulate matter.
排気をリッチ状態にして前記NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOxを還元浄化する触媒再生処理を実施してから、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を開始する
排気浄化装置の制御方法。 An exhaust purification device comprising: a filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust gas; and a NOx occlusion reduction type catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in exhaust gas. A control method,
A catalyst regeneration process for reducing and purifying NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst is performed in a rich state, and the exhaust temperature is raised to a predetermined temperature to burn particulate matter deposited on the filter. A control method for an exhaust gas purification device that starts filter regeneration processing to be removed.
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A521 | Request for written amendment filed |
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A02 | Decision of refusal |
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