JP2021095879A - 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する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
例えば、内燃機関の排出ガスには粒子状物質(以下、「PM」という)が含まれており、PMを捕集するために、排気通路内にフィルタが用いられている。一般に、ガソリンの場合にはGPF(ガソリンパティキュレートフィルタ)、ディーゼルの場合にはDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)が用いられている。 For example, the exhaust gas of an internal combustion engine contains particulate matter (hereinafter referred to as "PM"), and a filter is used in the exhaust passage to collect PM. Generally, a GPF (gasoline particulate filter) is used in the case of gasoline, and a DPF (diesel particulate filter) is used in the case of diesel.
フィルタにおけるPMの捕集量が許容値を超えると、目詰まりが生じることで排気ガスの圧力が増大し、内燃機関の燃費が悪化する場合があるため、PMをフィルタから除去する必要がある。そこで、マイクロ波をフィルタに捕集されたPMに出力することでPMを加熱し、燃焼除去することが可能な排気浄化装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 If the amount of PM collected by the filter exceeds the permissible value, the pressure of the exhaust gas may increase due to clogging, which may deteriorate the fuel consumption of the internal combustion engine. Therefore, it is necessary to remove the PM from the filter. Therefore, there is known an exhaust gas purification device capable of heating PM and removing it by combustion by outputting microwaves to PM collected by a filter (see, for example, Patent Document 1).
フィルタに捕集されるPMには様々な成分が含まれており、例えば、すすがある。さらに、すすの中でも石炭や活性炭など組成によっていくつか種類が存在し、種類によって比誘電率が異なってくる。比誘電率が異なると、同じマイクロ波の出力を当てたとしてもマイクロ波吸収効率が異なる。 The PM collected by the filter contains various components, for example, soot. Furthermore, there are several types of soot, such as coal and activated carbon, depending on the composition, and the relative permittivity differs depending on the type. If the relative permittivity is different, the microwave absorption efficiency will be different even if the same microwave output is applied.
例えば、マイクロ波吸収効率が高い(比誘電率が大きい)場合には、マイクロ波吸収効率が低い(比誘電率が小さい)場合よりも多くのエネルギーを吸収することで早く加熱される。このため、フィルタの温度が急激に上昇してフィルタが溶損してしまう可能性がある。逆にマイクロ波吸収効率が低い場合には、PMの加熱が遅くなる。このため、PMを燃焼除去するためにマイクロ波の出力時間が長期化してしまい、電費が悪化する可能性がある。 For example, when the microwave absorption efficiency is high (the relative permittivity is large), it is heated faster by absorbing more energy than when the microwave absorption efficiency is low (the relative permittivity is small). Therefore, the temperature of the filter may rise sharply and the filter may be melted. On the contrary, when the microwave absorption efficiency is low, the heating of PM becomes slow. For this reason, the microwave output time is lengthened in order to burn and remove PM, which may worsen the electricity cost.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、PMにおけるマイクロ波吸収効率を考慮して適切にマイクロ波を出力することが可能な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 view of the above, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine capable of appropriately outputting microwaves in consideration of microwave absorption efficiency in PM. ..
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、所定の条件を満たした際に、前記粒子状物質を昇温可能な電磁波を出力する電磁波出力装置と、前記粒子状物質における前記電磁波の吸収効率を検出可能な吸収効率検出装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記電磁波出力装置は、前記吸収効率検出装置で検出された前記電磁波の吸収効率が高いときは低いときと比べて、前記電磁波の出力が小さくなるように制御されることを特徴とする。 The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention has a filter that collects particulate matter contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and can raise the temperature of the particulate matter when a predetermined condition is satisfied. In an exhaust gas purification device of an internal combustion engine including an electromagnetic wave output device that outputs an electromagnetic wave and an absorption efficiency detection device that can detect the absorption efficiency of the electromagnetic wave in the particulate matter, the electromagnetic wave output device detects the absorption efficiency. When the absorption efficiency of the electromagnetic wave detected by the apparatus is high, the output of the electromagnetic wave is controlled to be smaller than when the absorption efficiency of the electromagnetic wave is low.
また、前記電磁波出力装置は、前記電磁波の吸収効率が第1所定値以上のとき、前記電磁波の出力が小さくなるように制御されても良い。 Further, the electromagnetic wave output device may be controlled so that the output of the electromagnetic wave becomes small when the absorption efficiency of the electromagnetic wave is equal to or higher than the first predetermined value.
また、前記電磁波出力装置は、前記電磁波の吸収効率が前記第1所定値以上でかつ、PMの電磁波吸収量が所定値よりも大きいとき、前記電磁波の出力が小さくなるように制御されても良い。 Further, the electromagnetic wave output device may be controlled so that the output of the electromagnetic wave becomes small when the absorption efficiency of the electromagnetic wave is equal to or higher than the first predetermined value and the amount of electromagnetic wave absorption of PM is larger than the predetermined value. ..
また、前記電磁波出力装置は、前記電磁波の吸収効率が前記第1所定値よりも小さい第2所定値以下のとき、前記電磁波の出力が大きくなるようにしても制御されても良い。 Further, the electromagnetic wave output device may be controlled so that the output of the electromagnetic wave is increased when the absorption efficiency of the electromagnetic wave is equal to or less than the second predetermined value smaller than the first predetermined value.
本発明によれば、PMのマイクロ波吸収効率を考慮して適切にマイクロ波を出力することができる。例えば、マイクロ波吸収効率が高い場合には、マイクロ波吸収効率が低い場合よりもマイクロ波の出力が小さくなるように制御される。これによって、PMが吸収するマイクロ波のエネルギーが少なくなり、PMの加熱が遅くなるのでフィルタの温度が急激に上昇してフィルタが溶損することが抑制される。一方で、マイクロ波吸収効率が低い場合には、マイクロ波吸収効率が高い場合よりもマイクロ波の出力が大きくなるように制御される。これによって、PMの加熱が早くなることで、PMを燃焼除去するためのマイクロ波の出力時間が長期化による電力消費が悪化することを抑制することが出来る。 According to the present invention, microwaves can be appropriately output in consideration of the microwave absorption efficiency of PM. For example, when the microwave absorption efficiency is high, the microwave output is controlled to be smaller than when the microwave absorption efficiency is low. As a result, the energy of the microwave absorbed by the PM is reduced, and the heating of the PM is slowed down, so that the temperature of the filter rises sharply and the filter is prevented from being melted. On the other hand, when the microwave absorption efficiency is low, the microwave output is controlled to be larger than when the microwave absorption efficiency is high. As a result, it is possible to prevent the power consumption from deteriorating due to the lengthening of the microwave output time for burning and removing the PM by accelerating the heating of the PM.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示すブロック図である。本システムは、内燃機関としてガソリンエンジンやディーゼルエンジンにおいても好適に使用することができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the first embodiment. This system can also be suitably used as an internal combustion engine in a gasoline engine or a diesel engine.
内燃機関10には、排気通路11が備えられており、排気通路11には上流から順にパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」という)12、排気浄化触媒13、マフラー14が備えられている。
The
フィルタ12は、PMを捕集することが可能なフィルタであり、フィルタ12には、フィルタ12内の温度を検出可能な温度センサ121が備えられている。フィルタ12は、内燃機関10としてガソリンエンジンを有する場合はGPF(ガソリンパティキュレートフィルタ)、ディーゼルエンジンを有する場合はDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を使用することができる。
The
図2及び図3は、実施形態1におけるフィルタの構成図である。図2は実施形態1におけるフィルタの正面図であり、図3は実施形態1におけるフィルタの側面断面図である。 2 and 3 are block diagrams of the filter according to the first embodiment. FIG. 2 is a front view of the filter according to the first embodiment, and FIG. 3 is a side sectional view of the filter according to the first embodiment.
図2及び図3に示すように、フィルタ12はハニカム構造をしており、互いに平行に延びる複数個の排気流通路122,123と、排気流通路122,123を互いに隔てる隔壁124と、を備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
排気流通路122,123は、上流端が開放されかつ下流端が下流栓126により閉塞された排気流入通路122と、上流栓125により閉塞されかつ下流端が開放された排気流出通路123と、により構成される。なお、図2においては、ハッチングを付した部分が上流栓125を示す。したがって、排気流入通路122及び排気流出通路123は薄肉の隔壁124を介して交互に配置される。言い換えると排気流入通路122及び排気流出通路123は、各排気流入通路122が4つの排気流出通路123によって包囲され、各排気流出通路123が4つの排気流入通路122によって包囲されるように配置される。 The exhaust flow passages 122 and 123 are provided by an exhaust inflow passage 122 whose upstream end is open and whose downstream end is closed by a downstream plug 126, and an exhaust outflow passage 123 which is closed by an upstream plug 125 and whose downstream end is open. It is composed. In FIG. 2, the hatched portion indicates the upstream plug 125. Therefore, the exhaust inflow passage 122 and the exhaust outflow passage 123 are alternately arranged via the thin partition wall 124. In other words, the exhaust inflow passage 122 and the exhaust outflow passage 123 are arranged so that each exhaust inflow passage 122 is surrounded by four exhaust inflow passages 123 and each exhaust outflow passage 123 is surrounded by four exhaust inflow passages 122. ..
隔壁124は多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。したがって、図3に矢印で示すように、排気はまず排気流入通路122内に流入し、次いで周囲の隔壁124の内部の細孔を通って隣接する排気流出通路123内に流出する。このように隔壁124は排気流入通路122の内周面を構成する。 The partition 124 is formed from a porous material such as ceramics such as cordierite, silicon carbide, silicon nitride, zirconia, titania, alumina, silica, mullite, lithium aluminum silicate, zirconium phosphate. Therefore, as shown by the arrows in FIG. 3, the exhaust first flows into the exhaust inflow passage 122, and then flows out into the adjacent exhaust outflow passage 123 through the pores inside the surrounding partition wall 124. In this way, the partition wall 124 constitutes the inner peripheral surface of the exhaust inflow passage 122.
図1に戻り、フィルタ12の下流側には、内燃機関10から排出された排気物質を浄化する排気浄化触媒13が備えられている。排気浄化触媒13は、例えば酸化触媒、三元触媒、NOx触媒等を採用することができる。
Returning to FIG. 1, an exhaust purification catalyst 13 for purifying the exhaust gas discharged from the
排気浄化装置20は、記憶部200、電磁波出力装置201、吸収効率検出装置202および制御部203と、を備える。
The exhaust
記憶部200は、処理プログラムを記憶するROM(図示しない)と、データを一時的に記憶するRAM(図示しない)と、を備えており、記憶部200は、制御部203と電気配線を介して接続されている。記憶部200は、内燃機関の回転数Neと燃料噴射量Qに基づいて、予め実験等で求められたPMの捕集量を特定するマップ(図4)を記憶している。また、記憶部200には、PMの過堆積により圧力損失が生じるPM堆積量の閾値としてα1、PMを燃焼除去する制御を終了するためのPM堆積量の閾値としてα2。さらに、フィルタ12が溶損する可能性が高くなるフィルタ温度の閾値としてT0が記憶されている。
The storage unit 200 includes a ROM (not shown) for storing a processing program and a RAM (not shown) for temporarily storing data, and the storage unit 200 includes a control unit 203 and electrical wiring. It is connected. The storage unit 200 stores a map (FIG. 4) for specifying the PM collection amount previously obtained in an experiment or the like based on the rotation speed Ne of the internal combustion engine and the fuel injection amount Q. Further, in the storage unit 200, α1 is set as a threshold value of the PM accumulation amount that causes a pressure loss due to excessive PM accumulation, and α2 is set as the threshold value of the PM accumulation amount for terminating the control of burning and removing PM. Further, T0 is stored as a threshold value of the filter temperature at which the
図4は、実施形態1における内燃機関から排出されたPM堆積量を示した図である。内燃機関10の回転数Neが大きいほど、もしくは燃料噴射量Qが多いほど、内燃機関10から排出されるPMが多くなるため、PM堆積量Mpmが多くなっている。本マップは、記憶部200に予め記憶されている。
FIG. 4 is a diagram showing the amount of PM deposited from the internal combustion engine according to the first embodiment. The larger the rotation speed Ne of the
図1に戻り、電磁波出力装置201は、制御部203と電気配線を介して接続されており、フィルタ12に堆積したPMに対して電磁波(以下、一例として「マイクロ波」という)を出力する。電磁波出力装置201が、マイクロ波を出力することでPMが加熱され、排気ガス中の酸素と結びつき、燃焼除去される。なお、電磁波出力装置201から出力される電磁波は、PMを加熱し、燃焼除去することが可能であれば、マイクロ波に限らず、他の波長の電磁波でも良い。
Returning to FIG. 1, the electromagnetic wave output device 201 is connected to the control unit 203 via electrical wiring, and outputs an electromagnetic wave (hereinafter, referred to as “microwave” as an example) to PM deposited on the
吸収効率検出装置202は、制御部203と電気配線を介して接続されており、例えばパワーモニタである。吸収効率検出装置202は、電磁波出力装置201からPMへ出力される入射マイクロ波強度と、PMに吸収されずに反射し戻ってくる反射マイクロ波強度と、を検出する。吸収効率検出装置202によって検出された入射マイクロ波強度と反射マイクロ波強度との差分を算出し、差分の値からマイクロ波吸収効率ηを算出する。算出したマイクロ波吸収効率ηを制御部203へ送信する。 The absorption efficiency detection device 202 is connected to the control unit 203 via electrical wiring, and is, for example, a power monitor. The absorption efficiency detection device 202 detects the incident microwave intensity output from the electromagnetic wave output device 201 to the PM and the reflected microwave intensity that is reflected and returned without being absorbed by the PM. The difference between the incident microwave intensity and the reflected microwave intensity detected by the absorption efficiency detection device 202 is calculated, and the microwave absorption efficiency η is calculated from the difference value. The calculated microwave absorption efficiency η is transmitted to the control unit 203.
制御部203は、記憶部200、電磁波出力装置201、吸収効率検出装置202および内燃機関制御部30と電気配線を介して接続されている。制御部203は、内燃機関制御部30から内燃機関10の回転数Neや燃料噴射量Qを取得し、記憶部200に記憶されているPM堆積量Mpmのマップを参照することでPM堆積量Mpmを取得する。また、取得したPM堆積量Mpmに基づいて電磁波出力装置201にマイクロ波の出力の開始と終了や出力の変更を制御している。なお、出力Pは、フィルタ12の過昇温によって溶損しない出力以上にならないように制御する。また、マイクロ波の出力の具体的な制御方法は、後述する。
The control unit 203 is connected to the storage unit 200, the electromagnetic wave output device 201, the absorption efficiency detection device 202, and the internal combustion engine control unit 30 via electrical wiring. The control unit 203 acquires the rotation speed Ne and the fuel injection amount Q of the
内燃機関制御部30は、CPU(図示しない)を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に処理プログラムを記憶するROM(図示しない)と、データを一時的に記憶するRAM(図示しない)と、を備える。内燃機関制御部30は、内燃機関10、温度センサ121および制御部203と電気配線を介して接続されており、温度センサ121からフィルタ温度を取得する。また、内燃機関制御部30は、内燃機関10の状態を検出する種々のセンサからの信号、例えば、クランクポジションセンサ(図示しない)からのクランクポジションやエンジン10の冷却水の水温センサ(図示しない)からの冷却水温などに基づいて、内燃機関10の運転制御をする。
The internal combustion engine control unit 30 is configured as a microprocessor centered on a CPU (not shown), and has a ROM (not shown) that stores a processing program in addition to the CPU and a RAM (not shown) that temporarily stores data. Not) and. The internal combustion engine control unit 30 is connected to the
図5は、PMに含まれるすすの種類と比誘電率を表す図である。PMにはいくつかの成分が含まれる。例えば、すすには、構造などによってCoal(石炭)やActivated Carbon(活性炭)などの種類が存在し、それら種類によって比誘電率εrが異なっている。すすのような誘電体が吸収するマイクロ波のエネルギーは、比誘電率εrに比例する、つまり、比誘電率εrが小さいと、すすが吸収するエネルギーが少なく、比誘電率εrが大きいと、吸収するエネルギーが多くなる。 FIG. 5 is a diagram showing the types of soot contained in PM and the relative permittivity. PM contains several components. For example, there are types of soot such as Coal (coal) and Activated Carbon (activated carbon) depending on the structure and the like, and the relative permittivity εr differs depending on these types. The energy of the microwave absorbed by a dielectric such as soot is proportional to the relative permittivity εr, that is, when the relative permittivity εr is small, the energy absorbed by soot is small, and when the relative permittivity εr is large, it is absorbed. More energy to do.
図6は、異なる比誘電率のPMにおけるPM堆積量とPM酸化量の関係を表した図である。図6における横軸はPM堆積量Mpmを、縦軸はPM酸化量(PMが燃焼したことによって減った量)を示している。実線ならびに破線は、異なる比誘電率εrのPMをそれぞれ同じ出力Pでマイクロ波を所定時間出力したときの結果である。実線が、比誘電率εrが大きいPM(例えば、図5におけるCarbon nanotube
を多く含むPM)にマイクロ波を出力した場合を示し、破線が、比誘電率εrが小さいPM(例えば、図5におけるCoalを多く含むPM)にマイクロ波を出力した場合を示している。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of PM deposited and the amount of PM oxidation in PMs having different relative permittivity. In FIG. 6, the horizontal axis shows the amount of PM deposited Mpm, and the vertical axis shows the amount of PM oxidation (the amount reduced by burning PM). The solid line and the broken line are the results when PMs having different relative permittivity εr are output as microwaves at the same output P for a predetermined time. The solid line shows the PM having a large relative permittivity εr (for example, Carbon nanotube in FIG. 5).
The case where the microwave is output to PM containing a large amount of Coal is shown, and the broken line shows the case where the microwave is output to PM having a small relative permittivity εr (for example, PM containing a large amount of Coal in FIG. 5).
図6によれば、比誘電率εrの大きいPMは、比誘電率εrの小さいPMよりもPM酸化量が多くなっている。これは、比誘電率εrが大きい方が吸収するマイクロ波のエネルギーが多いことを示す。つまり、比誘電率εrが大きいと、マイクロ波吸収効率ηが高いことを示している。また、PM堆積量Mpmが多いほど、PM酸化量が多いことを示している。 According to FIG. 6, PM having a large relative permittivity εr has a larger amount of PM oxidation than PM having a small relative permittivity εr. This indicates that the larger the relative permittivity εr, the more microwave energy is absorbed. That is, when the relative permittivity εr is large, the microwave absorption efficiency η is high. Further, it is shown that the larger the PM deposition amount Mpm, the larger the PM oxidation amount.
図7は、実施形態1におけるマイクロ波吸収効率とPM酸化量の関係を表した図である。図の縦軸がPM酸化速度を示し、横軸がマイクロ波吸収効率ηを示している。図7は、マイクロ波吸収効率ηの値毎にマイクロ波を基準出力Pbase(一点鎖線)と基準出力よりも小さい出力Plow(実線)で、それぞれ所定時間出力した時のPM酸化量を表している。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the microwave absorption efficiency and the amount of PM oxidation in the first embodiment. The vertical axis of the figure shows the PM oxidation rate, and the horizontal axis shows the microwave absorption efficiency η. FIG. 7 shows the amount of PM oxidation when the microwave is output for a predetermined time with the reference output Pbase (dashed line) and the output Plow (solid line) smaller than the reference output for each value of the microwave absorption efficiency η. ..
基準出力Pbaseとは、フィルタ12に堆積したPMが基準吸収効率ηbaseであるときに、マイクロ波を所定時間出力したときの電力消費に対するPM酸化量を考慮して設定される出力Pである。また、基準吸収効率ηbaseとは、フィルタ12に堆積したPMの内、マイクロ波吸収効率ηが高いPMと低いPMが、所定の比率となるときの吸収効率ηである。
The reference output Pbase is an output P set in consideration of the amount of PM oxidation with respect to the power consumption when the microwave is output for a predetermined time when the PM deposited on the
図7によれば、マイクロ波吸収効率ηが高いほど、PM酸化速度が多くなっている。また、実線で示されるようにマイクロ波の出力が小さいとPMのマイクロ波吸収量が少ないため、PMが燃焼しにくくなり、基準出力PbaseよりもPM酸化速度が遅いことを示している。 According to FIG. 7, the higher the microwave absorption efficiency η, the higher the PM oxidation rate. Further, as shown by the solid line, when the microwave output is small, the amount of microwave absorption of PM is small, so that PM is hard to burn, and the PM oxidation rate is slower than the reference output Pbase.
しかし、一点鎖線で示されるように同じマイクロ波吸収効率ηでも基準出力Pbaseで出力した場合は、出力Plowで出力した場合よりもPM酸化速度が速くなる。PM酸化速度が速くなるとフィルタ12の温度も上昇し易くなる。フィルタ12の温度が上昇し過ぎる場合は、フィルタ12が溶損してしまう可能性が高くなってしまう。
However, as shown by the alternate long and short dash line, when the same microwave absorption efficiency η is output at the reference output Pbase, the PM oxidation rate is faster than when it is output at the output Plow. As the PM oxidation rate increases, the temperature of the
そこで、マイクロ波を基準出力Pbaseで所定時間出力した時にフィルタ12が溶損する可能性が高まるPM酸化速度の閾値としてβを設定する。PM酸化速度がβ以上となるときには、マイクロ波を出力Plowで出力することでPM酸化速度が緩慢となる。また、図7におけるη1は、PM酸化量がβとなるときのマイクロ波吸収効率ηとして予め設定された閾値(第1所定値)であり、基準マイクロ波吸収効率ηbaseよりも高い値である。η1は、記憶部200に予め記憶されている。
Therefore, β is set as a threshold value of the PM oxidation rate at which the possibility that the
図8は、実施形態1に係る内燃機関の排気浄化装置が実行する制御内容のフローチャート図である。 FIG. 8 is a flowchart of the control contents executed by the exhaust gas purification device of the internal combustion engine according to the first embodiment.
まず、ステップS101において、制御部203は、内燃機関制御部30から内燃機関10の回転数Neと燃料噴射量Qを取得し、記憶部200のマップを用いてPM堆積量Mpmを取得し、さらに内燃機関制御部30を介してフィルタ12の温度Tを取得してステップS102へ移行する。
First, in step S101, the control unit 203 acquires the rotation speed Ne and the fuel injection amount Q of the
ステップS102において、制御部203は、取得したPM堆積量Mpmが、α1よりも多いか否かを判断する。制御部203が「PM堆積量Mpmがα1以下」と判断した場合(ステップS102:No)、PMを燃焼除去する必要が無いと判断し、制御部203は制御フローを終了する。制御部203が「PM堆積量Mpmがα1よりも多い」と判断した場合(ステップS102:Yes)、ステップS103へ移行する。 In step S102, the control unit 203 determines whether or not the acquired PM deposit amount Mpm is larger than α1. When the control unit 203 determines that "PM deposition amount Mpm is α1 or less" (step S102: No), it is determined that it is not necessary to burn and remove PM, and the control unit 203 ends the control flow. When the control unit 203 determines that "the PM deposition amount Mpm is larger than α1" (step S102: Yes), the process proceeds to step S103.
ステップS103において、制御部203は、取得したフィルタ12の温度Tが、T0よりも低いか否かを判断する。制御部203が「フィルタ12の温度TがT0以上」と判断した場合(ステップ103:No)、フィルタ12が溶損する可能性が高いと判断され、制御部203は制御フローを終了する。制御部203が「フィルタ12の温度TがT0よりも低い」と判断した場合(ステップ103:Yes)、制御部203はステップS104へ移行する。
In step S103, the control unit 203 determines whether or not the acquired temperature T of the
ステップS104において、制御部203は、吸収効率検出装置202から吸収効率ηを取得した後、制御部203は、吸収効率ηが第1所定値(η1)以上か否かを判断する(ステップS105)。 In step S104, after the control unit 203 acquires the absorption efficiency η from the absorption efficiency detection device 202, the control unit 203 determines whether or not the absorption efficiency η is equal to or higher than the first predetermined value (η1) (step S105). ..
ステップ105において、制御部203が「吸収効率ηが第1所定値(η1)未満」と判断した場合(ステップ105:No)、制御部203は電磁波出力装置201からマイクロ波を基準出力Pbaseで出力させ(ステップS107)、制御部203はステップS108へ移行する。制御部203が「吸収効率ηが第1所定値(η1)以上」と判断した場合(ステップ105:Yes)、制御部203はステップS106へ移行する。 In step 105, when the control unit 203 determines that the absorption efficiency η is less than the first predetermined value (η1) (step 105: No), the control unit 203 outputs microwaves from the electromagnetic wave output device 201 at the reference output Pbase. (Step S107), the control unit 203 shifts to step S108. When the control unit 203 determines that “the absorption efficiency η is equal to or higher than the first predetermined value (η1)” (step 105: Yes), the control unit 203 proceeds to step S106.
ステップS106において、制御部203は電磁波出力装置201からマイクロ波を基準出力Pbaseより小さい出力Plowで出力させ、制御部203はステップS108へ移行する。 In step S106, the control unit 203 outputs microwaves from the electromagnetic wave output device 201 with an output plow smaller than the reference output Pbase, and the control unit 203 shifts to step S108.
ステップS108において、制御部203が、フィルタ12の流入側および流出側の排気ガスの圧力差に基づいてPM酸化量(PM堆積量Mpmが減少した量)を算出する。算出されたPM酸化量を上述したステップS101で取得したPM堆積量Mpmから減算することでステップS108時のPM堆積量Mpmを算出し、制御部203はステップS109へ移行する。
In step S108, the control unit 203 calculates the PM oxidation amount (the amount by which the PM accumulation amount Mpm is reduced) based on the pressure difference between the exhaust gas on the inflow side and the outflow side of the
ステップS109において、制御部203は算出したPM堆積量Mpmがα2よりも少ないか否かを判断する。制御部203が「PM堆積量Mpmがα2以上」と判断した場合(ステップ109:No)、制御部203はステップS106へ戻る。制御部203が「PM堆積量Mpmがα2よりも少ない」と判断した場合(ステップ109:Yes)、制御部203は、マイクロ波の出力制御を終了し(ステップS110)、制御部203は制御フローを終了する。 In step S109, the control unit 203 determines whether or not the calculated PM accumulation amount Mpm is smaller than α2. When the control unit 203 determines that "PM deposition amount Mpm is α2 or more" (step 109: No), the control unit 203 returns to step S106. When the control unit 203 determines that "PM deposition amount Mpm is less than α2" (step 109: Yes), the control unit 203 ends the microwave output control (step S110), and the control unit 203 controls the control flow. To finish.
以上のように、実施形態1によれば、PMにおけるマイクロ波吸収効率ηが第1所定値(η1)よりも高い場合、マイクロ波の出力Pを小さくすることでPM酸化速度が緩慢になるため、PMの燃焼による急激な温度上昇によるフィルタ12の溶損を抑制することが出来る。
As described above, according to the first embodiment, when the microwave absorption efficiency η in PM is higher than the first predetermined value (η1), the PM oxidation rate becomes slow by reducing the microwave output P. , It is possible to suppress the melting damage of the
(実施形態2)
図9は、実施形態2におけるマイクロ波吸収量とPM酸化速度の関係を表した図である。マイクロ波吸収量Sとは、吸収効率ηを考慮して算出された単位時間当たりのマイクロ波吸収量Sを積算した値である。図8は、基準吸収効率ηbaseのPMに対して基準出力Pbase(一点鎖線)と基準出力Pbaseよりも小さい出力Plow(実線)でそれぞれ所定時間出力した場合を示している。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amount of microwave absorption and the PM oxidation rate in the second embodiment. The microwave absorption amount S is a value obtained by integrating the microwave absorption amount S per unit time calculated in consideration of the absorption efficiency η. FIG. 8 shows a case where the reference output Pbase (dashed line) and the output Plow (solid line) smaller than the reference output Pbase are output for a predetermined time with respect to the PM of the reference absorption efficiency ηbase.
図9によれば、マイクロ波吸収量Sが多くなるほど、PM酸化速度が速くなっている。また、マイクロ波の出力Pが小さいとPMのマイクロ波吸収量Sが少ないため、基準出力PbaseよりもPM酸化速度が遅くなっている。また、PM酸化速度の閾値βとなるときのマイクロ波吸収量Sの閾値としてS1(所定値)が予め設定されている。 According to FIG. 9, the PM oxidation rate increases as the microwave absorption amount S increases. Further, when the microwave output P is small, the microwave absorption amount S of PM is small, so that the PM oxidation rate is slower than that of the reference output Pbase. Further, S1 (predetermined value) is preset as a threshold value of the microwave absorption amount S when the threshold value β of the PM oxidation rate is reached.
図10は、実施形態2に係る内燃機関の排気浄化装置が実行する制御内容のフローチャート図である。ステップS201からステップS205は、図8のステップS101からステップS105と同様なため説明は省略する。 FIG. 10 is a flowchart of the control contents executed by the exhaust gas purification device of the internal combustion engine according to the second embodiment. Since steps S201 to S205 are the same as steps S101 to S105 in FIG. 8, description thereof will be omitted.
ステップ205において、制御部203は、吸収効率ηが第1所定値(η1)以上か否かを判断する。制御部203が「吸収効率ηが第1所定値(η1)未満」と判断した場合(ステップ205:No)、制御部203は電磁波出力装置201からマイクロ波を基準出力Pbaseで出力させ(ステップS209)、制御部203はステップS210へ移行する。制御部203が「吸収効率ηが第1所定値(η1)以上」と判断した場合(ステップ205:Yes)、制御部203はステップS206へ移行する。 In step 205, the control unit 203 determines whether or not the absorption efficiency η is equal to or higher than the first predetermined value (η1). When the control unit 203 determines that the absorption efficiency η is less than the first predetermined value (η1) (step 205: No), the control unit 203 outputs the microwave from the electromagnetic wave output device 201 at the reference output Pbase (step S209). ), The control unit 203 shifts to step S210. When the control unit 203 determines that the absorption efficiency η is equal to or higher than the first predetermined value (η1) (step 205: Yes), the control unit 203 proceeds to step S206.
ステップS206において、制御部203は取得したPM堆積量Mpm、吸収効率η、マイクロ波の出力PからPMが吸収したマイクロ波吸収量Sを算出した後、制御部203は、算出したマイクロ波吸収量Sが所定値(S1)以上か否かを判断する(ステップS207)。 In step S206, the control unit 203 calculates the microwave absorption amount S absorbed by the PM from the acquired PM accumulation amount Mpm, the absorption efficiency η, and the microwave output P, and then the control unit 203 calculates the calculated microwave absorption amount. It is determined whether or not S is equal to or greater than the predetermined value (S1) (step S207).
ステップS207において、制御部203が「Sが所定値(S1)未満」と判断した場合(ステップ207:No)、制御部203は電磁波出力装置201からマイクロ波を基準出力Pbaseで出力させ(ステップS209)、制御部203はステップS210へ移行する。制御部203が「Sが所定値(S1)以上」と判断した場合(ステップ207:Yes)、制御部203はステップS208へ移行する。 When the control unit 203 determines in step S207 that "S is less than a predetermined value (S1)" (step 207: No), the control unit 203 outputs microwaves from the electromagnetic wave output device 201 at the reference output Pbase (step S209). ), The control unit 203 shifts to step S210. When the control unit 203 determines that "S is equal to or greater than a predetermined value (S1)" (step 207: Yes), the control unit 203 shifts to step S208.
ステップS208において、制御部203は電磁波出力装置201からマイクロ波を基準出力Pbaseより小さい出力Plowで出力させ、制御部203はステップS210へ移行する。 In step S208, the control unit 203 outputs microwaves from the electromagnetic wave output device 201 with an output plow smaller than the reference output Pbase, and the control unit 203 shifts to step S210.
ステップS210において、制御部203が、フィルタ12の流入側および流出側の排気ガスの圧力差に基づいてPM酸化量(PM堆積量Mpmが減少した量)を算出する。算出されたPM酸化量を上述したステップS201で取得したPM堆積量Mpmから減算することでステップS210時のPM堆積量Mpmを算出し、制御部203はステップS211へ移行する。
In step S210, the control unit 203 calculates the PM oxidation amount (the amount by which the PM accumulation amount Mpm is reduced) based on the pressure difference between the exhaust gas on the inflow side and the outflow side of the
ステップS211において、制御部203は算出したPM堆積量Mpmがα2よりも少ないか否かを判断する。制御部203が「PM堆積量Mpmがα2以上」と判断した場合(ステップ211:No)、制御部203はステップS206へ戻る。制御部203が「PM堆積量Mpmがα2よりも少ない」と判断した場合(ステップ211:Yes)、制御部203は、マイクロ波の出力制御を終了し(ステップS212)、制御部203は制御フローを終了する。 In step S211 the control unit 203 determines whether or not the calculated PM accumulation amount Mpm is smaller than α2. When the control unit 203 determines that "PM deposition amount Mpm is α2 or more" (step 211: No), the control unit 203 returns to step S206. When the control unit 203 determines that "PM deposition amount Mpm is less than α2" (step 211: Yes), the control unit 203 ends the microwave output control (step S212), and the control unit 203 controls the control flow. To finish.
図11は、実施形態2に係る内燃機関の排気浄化装置が実行する制御のタイミングチャート図である。図10は、堆積したPMにおけるマイクロ波吸収効率ηが、基準吸収効率ηbase以上である場合を示している。マイクロ波吸収効率η、マイクロ波の出力P、PM堆積量MpmおよびPMのマイクロ波吸収量Sが時間の経過によってどのように変化するかを示すタイミングチャートを示している。 FIG. 11 is a timing chart of the control executed by the exhaust gas purification device of the internal combustion engine according to the second embodiment. FIG. 10 shows a case where the microwave absorption efficiency η in the deposited PM is equal to or higher than the reference absorption efficiency ηbase. A timing chart showing how the microwave absorption efficiency η, the microwave output P, the PM deposition amount Mpm, and the microwave absorption amount S of PM change with the passage of time is shown.
まず、時刻T0において、PM堆積量Mpmが、α1よりも多くなったため、マイクロ波が基準出力Pbaseで出力される。そして、マイクロ波が出力され始めたのに伴い、時刻T0からPMのマイクロ波吸収量Sが増大し始め、また、PM堆積量は減少し始める。 First, at time T0, the PM deposition amount Mpm became larger than α1, so the microwave was output at the reference output Pbase. Then, as the microwave starts to be output, the microwave absorption amount S of PM starts to increase from the time T0, and the PM accumulation amount starts to decrease.
そして、時刻T1において、PMのマイクロ波吸収量SがS1以上となるため、マイクロ波の出力Pが基準出力Pbaseよりも小さい出力Plowに変更される。出力Plowに変更されたため、PMのマイクロ波吸収量Sの増加が抑制され、基準出力Pbaseで出力したとき(時刻T0から時刻T1の期間)よりも傾きが小さくなっている。 Then, at time T1, since the microwave absorption amount S of PM becomes S1 or more, the microwave output P is changed to an output Plow smaller than the reference output Pbase. Since the output is changed to Plow, the increase in the microwave absorption amount S of PM is suppressed, and the slope is smaller than that when the output is performed at the reference output Pbase (the period from time T0 to time T1).
そして、時刻T2において、PM堆積量Mpmがα2よりも少なくなったため、マイクロ波の出力制御が終了している。 Then, at time T2, the PM deposition amount Mpm became smaller than α2, so that the microwave output control was completed.
以上のように、実施形態2によれば、PMにおけるマイクロ波吸収効率ηがη1よりも高く、マイクロ波吸収量SがS1以上となる場合、マイクロ波の出力Pを小さくした。これによって、PMの燃焼による急激な温度上昇を実施形態1のときよりも正確に捉えて、出力を変更することが出来るため、フィルタ12が溶損することを抑制することが出来る。さらには、マイクロ波吸収量SがS1以上となるまで基準出力Pbaseで出力するため、出力を小さくすることによる出力時間の長期化に伴う電費の悪化を抑制することも出来る。
As described above, according to the second embodiment, when the microwave absorption efficiency η in PM is higher than η1 and the microwave absorption amount S is S1 or more, the microwave output P is reduced. As a result, the rapid temperature rise due to the combustion of PM can be captured more accurately than in the first embodiment, and the output can be changed, so that the
(実施形態3)
図12は、実施形態3におけるマイクロ波吸収率とPM酸化速度の関係を表した図である。図の縦軸がPM酸化速度を示し、横軸がマイクロ波吸収効率ηを示している。マイクロ波吸収効率ηの値毎にマイクロ波を基準出力Pbase(一点鎖線)と基準出力Pbaseよりも大きい出力Phigh(実線)でそれぞれ所定時間出力した場合を示している。
(Embodiment 3)
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the microwave absorption rate and the PM oxidation rate in the third embodiment. The vertical axis of the figure shows the PM oxidation rate, and the horizontal axis shows the microwave absorption efficiency η. A case where microwaves are output for a predetermined time with a reference output Pbase (dashed line) and an output High (solid line) larger than the reference output Pbase for each value of the microwave absorption efficiency η is shown.
図12は、マイクロ波吸収効率ηが低いほど、PM酸化速度が遅いことを示している。また、マイクロ波の出力が大きいとPMのマイクロ波吸収量Sが増えるため、PM酸化速度が速いことを示している。 FIG. 12 shows that the lower the microwave absorption efficiency η, the slower the PM oxidation rate. Further, when the microwave output is large, the microwave absorption amount S of PM increases, which indicates that the PM oxidation rate is high.
しかし、図12にあるように同じマイクロ波吸収効率ηでも基準出力Pbaseで出力した場合は、出力Phighで出力した場合よりもPM酸化速度が遅い。特に低吸収効率であるほど、PM酸化速度遅い。PM酸化速度が遅いとPMを減らすためにマイクロ波を出力する時間が長引くことで電力消費が悪化してしまう。 However, as shown in FIG. 12, when the same microwave absorption efficiency η is output at the reference output Pbase, the PM oxidation rate is slower than when it is output at the output High. In particular, the lower the absorption efficiency, the slower the PM oxidation rate. If the PM oxidation rate is slow, the time to output microwaves is prolonged in order to reduce PM, and the power consumption is deteriorated.
そこで、マイクロ波を出力することによる電力消費が悪化し始めるPM酸化速度の閾値としてγを設定する。PM酸化速度がγ以上となるときには、出力Phighで出力することでPM酸化速度が上昇する。また、図12におけるη2は、PM酸化速度がγとなるときのマイクロ波吸収効率ηとして予め設定された閾値(第2所定値)であり、基準吸収効率ηbaseよりも低い値である。η2は、記憶部200に予め記憶されている。 Therefore, γ is set as the threshold value of the PM oxidation rate at which the power consumption due to the output of microwaves begins to deteriorate. When the PM oxidation rate becomes γ or more, the PM oxidation rate increases by outputting at the output High. Further, η2 in FIG. 12 is a threshold value (second predetermined value) preset as the microwave absorption efficiency η when the PM oxidation rate becomes γ, and is a value lower than the reference absorption efficiency ηbase. η2 is stored in the storage unit 200 in advance.
図13は、実施形態3に係る内燃機関の排気浄化装置が実行する制御内容のフローチャート図である。ステップS301からステップS305までは、図8に記載のステップS101からステップS105と同様のフローのため、説明は省略する。 FIG. 13 is a flowchart of the control contents executed by the exhaust gas purification device of the internal combustion engine according to the third embodiment. Since steps S301 to S305 have the same flow as steps S101 to S105 described in FIG. 8, description thereof will be omitted.
ステップ305において、制御部203は、吸収効率ηが第2所定値(η2)以下か否かを判断する。制御部203が「吸収効率ηが第2所定値(η2)よりも高い」と判断した場合(ステップ305:No)、制御部203は電磁波出力装置201からマイクロ波を基準出力Pbaseで出力させ(ステップS307)、制御部203はステップS308へ移行する。制御部203が「吸収効率ηが第2所定値(η2)以下」と判断した場合(ステップ305:Yes)、制御部203はステップS306へ移行する。 In step 305, the control unit 203 determines whether or not the absorption efficiency η is equal to or less than the second predetermined value (η2). When the control unit 203 determines that "the absorption efficiency η is higher than the second predetermined value (η2)" (step 305: No), the control unit 203 outputs the microwave from the electromagnetic wave output device 201 with the reference output Pbase (step 305: No). Step S307), the control unit 203 shifts to step S308. When the control unit 203 determines that “the absorption efficiency η is equal to or less than the second predetermined value (η2)” (step 305: Yes), the control unit 203 proceeds to step S306.
ステップS306において、制御部203は電磁波出力装置201からマイクロ波を基準出力Pbaseより大きい出力Phighで出力させ、制御部203はステップS308へ移行する。 In step S306, the control unit 203 outputs microwaves from the electromagnetic wave output device 201 with an output High larger than the reference output Pbase, and the control unit 203 shifts to step S308.
ステップS308において、制御部203が、フィルタ12の流入および流出での排気ガスの圧力差の変化に基づいてPM酸化量を算出し、算出したPM酸化量をステップS301で取得したPM堆積量Mpmから減算することでPM堆積量Mpmを算出し、制御部203はステップS309へ移行する。
In step S308, the control unit 203 calculates the PM oxidation amount based on the change in the pressure difference of the exhaust gas between the inflow and outflow of the
ステップS309において、制御部203はPM堆積量Mpmがα2よりも少ないか否かを判断する。制御部203が「PM堆積量Mpmがα2以上」と判断した場合(ステップ309:No)、制御部203はステップS308へ戻る。制御部203が「PM堆積量Mpmがα2よりも少ない」と判断した場合(ステップ309:Yes)、制御部203は、マイクロ波の出力を終了することでマイクロ波の出力制御を終了し(ステップS310)、制御部203は制御フローを終了する。 In step S309, the control unit 203 determines whether or not the PM deposition amount Mpm is smaller than α2. When the control unit 203 determines that "PM deposition amount Mpm is α2 or more" (step 309: No), the control unit 203 returns to step S308. When the control unit 203 determines that "PM deposition amount Mpm is less than α2" (step 309: Yes), the control unit 203 ends the microwave output control by ending the microwave output (step 309: Yes). S310), the control unit 203 ends the control flow.
以上のように、実施形態3によれば、PMにおけるマイクロ波吸収効率ηが第2所定値(η2)以下の場合、マイクロ波の出力を大きくした。これによって、PMの酸化速度を上昇させ、PMの燃焼を促進することで、マイクロ波の出力時間の長期化による電力消費の悪化を抑制することが出来る。 As described above, according to the third embodiment, when the microwave absorption efficiency η in PM is equal to or less than the second predetermined value (η2), the microwave output is increased. As a result, by increasing the oxidation rate of PM and promoting the combustion of PM, it is possible to suppress the deterioration of power consumption due to the prolongation of the microwave output time.
(その他の実施形態)
本発明は、上述した実施形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態1では、排気通路上に排気浄化触媒13とフィルタ12は離れて備えられているが、排気浄化触媒13とフィルタ12が、一体的に構成されていても良い。また、排気浄化触媒13は、排気通路11上におけるフィルタ12よりも上流側に備えられていても良い。
(Other embodiments)
The present invention should not be limited solely to the embodiments described above. For example, in the first embodiment, the exhaust purification catalyst 13 and the
上記実施形態1では、制御部203は、内燃機関制御部30から内燃機関10の回転数Neと燃料噴射量Qを取得し、記憶部200のマップからPM堆積量Mpmを取得したが、回転数Neと燃料噴射量Qのマップを用いずに、吸入と排気の空気圧の差からPM堆積量Mpmの推定を行っても良く、PM堆積量Mpmを取得することができれば、上記に限られない。
In the first embodiment, the control unit 203 acquires the rotation speed Ne and the fuel injection amount Q of the
上記実施形態1では、マイクロ波吸収量Sを算出する際に、フィルタ12に堆積されたPM堆積量Mpmの値を用いたが、吸収効率の高いPM堆積量を算出して用いて良い。また、PMの吸収効率ηがη1以上のとき、もしくは吸収効率ηがη1以上のPM堆積量が所定量以上のときに出力が小さくなるようにしても良い。なお、吸収効率ηがη1以上のPM堆積量の算出方法は、PM堆積量Mpmに対する吸収効率ηがη1以上のPM堆積量の比率と、該比率のときの堆積したPM全体のマイクロ波吸収効率ηとの関係を表すマップを予め持っておき、該マップを用いて算出するようにしても良い。
In the first embodiment, when calculating the microwave absorption amount S, the value of the PM accumulation amount Mpm deposited on the
上記実施形態1では、基準吸収効率ηbaseをフィルタ12に堆積したPMの内、電磁波の吸収効率が高いPMと低いPMの比率が所定の比率となるときの電磁波の吸収効率としたが、捕集されたPMの吸収効率の平均値等を設定しても良い。
In the first embodiment, the reference absorption efficiency ηbase is set as the electromagnetic wave absorption efficiency when the ratio of the PM having a high electromagnetic wave absorption efficiency and the PM having a low electromagnetic wave absorption efficiency becomes a predetermined ratio among the PMs deposited on the
10 内燃機関
11 排気通路
12 フィルタ
121 温度センサ
122 排気流入通路
123 排気流出通路
124 隔壁
125 上流栓
126 下流栓
13 排気浄化触媒
14 マフラー
20 排気浄化装置
200 記憶部
201 電磁波出力装置
202 吸収効率検出装置
203 制御部
30 内燃機関制御部
10
Claims (4)
所定の条件を満たした際に、前記粒子状物質を昇温可能な電磁波を出力する電磁波出力装置と、
前記粒子状物質における前記電磁波の吸収効率を検出可能な吸収効率検出装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記電磁波出力装置は、前記吸収効率検出装置で検出された前記電磁波の吸収効率が高いときは低いときと比べて、前記電磁波の出力が小さくなるように制御されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A filter that collects particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine,
An electromagnetic wave output device that outputs an electromagnetic wave capable of raising the temperature of the particulate matter when a predetermined condition is satisfied, and an electromagnetic wave output device.
An absorption efficiency detector capable of detecting the absorption efficiency of the electromagnetic wave in the particulate matter,
In the exhaust purification device of an internal combustion engine equipped with
The electromagnetic wave output device is characterized in that when the absorption efficiency of the electromagnetic wave detected by the absorption efficiency detection device is high, the output of the electromagnetic wave is controlled to be smaller than when the absorption efficiency of the electromagnetic wave is low. Exhaust purification device.
The electromagnetic wave output device is characterized in that, when the absorption efficiency of the electromagnetic wave is equal to or less than a second predetermined value smaller than the first predetermined value, the output of the electromagnetic wave is controlled to be large. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one.
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