JP4120381B2

JP4120381B2 - Filter regeneration control device for diesel engine

Info

Publication number: JP4120381B2
Application number: JP2002359201A
Authority: JP
Inventors: 尊雄井上; 純一川島; 直哉筒本; 真大竹; 光徳近藤; 俊雅古賀
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: JP2004190568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを低減させるフィルタの劣化を防止可能なフィルタ再生制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの黒煙対策として、排気ガス中に含まれるパティキュレート（粒子状物質(Particlate Matter)、以下「ＰＭ」と略す）を捕集するフィルタ（Diesel Particlate Filter、以下「ＤＰＦ」と略す）が採用されている。このようなＤＰＦでは、ＰＭがある程度堆積したタイミングでこれら堆積したＰＭを燃焼処理してフィルタを再生するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３４８５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来装置では、ＰＭがある程度堆積したタイミング（フィルタの再生時期）であるか否か、あるいはフィルタの再生が終了したか否かを、ＤＰＦの差圧を検出するセンサを設けてこのセンサ出力より判定している。
【０００５】
こうした再生開始や再生終了の判定方法は、ＤＰＦ内の空間に均等にＰＭが堆積していることを前提とし、またＤＰＦ内でＰＭが総て均等に燃焼することを前提とするものでしかないため、ＤＰＦ内部のＰＭ堆積分布が一様でない場合やＤＰＦ内部で燃焼が均等に進まない場合には対応できず、スポット的に高温となる部位の存在によりフィルタの耐久性を損なうことがある。すなわち、ＤＰＦが円柱状である場合で考えると、円柱の軸心付近を流れる排気の流速は速く、外周を流れる排気ほど流速が遅くなる。こうした排気流速の空間的な偏りによりＰＭはＤＰＦ内に均等に堆積されるのではなく偏在する。こうしてＤＰＦ内部に一様でない堆積分布のある状態のＰＭが、再生タイミングになって燃焼すると、他よりＰＭ堆積量が多い部位ではそのぶん燃焼速度や熱発生量の上昇が大きく、ＤＰＦに熱劣化を生じる可能性がある。また、完全に燃えつきないまま残ってしまったＰＭが、次回の再生タイミングで燃焼すれば、その部位では燃焼速度や熱発生量の上昇が大きくなり、これによってもＤＰＦの耐熱性が低下する可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、万一、ＤＰＦ内のＰＭの堆積や燃え残りの偏在によってＰＭの異常燃焼が発生しても、ＤＰＦの劣化を生じさせないディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、ディーゼルエンジン（２０）の排気系に設けられ、排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、フィルタの再生タイミングになったときに捕集したパティキュレートを燃焼させて再生するフィルタ（１１）と、前記フィルタの出口温度及び入口温度を測定する温度測定手段（１３）と、前記フィルタの再生中に、前記出口温度の時間微分値が、入口温度の時間微分値に第１の所定値を乗じた値を上回る場合には、フィルタ再生の抑制を判断する再生制限判断手段（１６）と、前記再生制限判断手段の判断に基づいて前記フィルタの再生を抑制する再生制御手段（１６）とを備えることを特徴とする。
【０００９】
【作用・効果】
本発明によれば、ＤＰＦ内のＰＭの堆積や燃え残りの偏在があるか否か、つまりこれらに基づく異常燃焼が生じているか否かを、フィルタ再生中のフィルタ温度やフィルタの前後差圧に基づいて判断し、異常燃焼が生じているときにはフィルタの再生の制限を行うようにしたので、フィルタ再生中にＤＰＦ内のＰＭの堆積や燃え残りの偏在に基づく異常燃焼によりフィルタ温度が過度に高温になることを防止することができ、フィルタの性能劣化を生じさせることなく性能の維持を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
【００１１】
図１は、本発明のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置の一実施形態を示す図である。
【００１２】
ＤＰＦ再生制御装置１０は、ＤＰＦ１１と、差圧センサ１２と、ＤＰＦ入口温度センサ１３と、ＤＰＦ出口温度センサ１４と、Ａ／Ｆセンサ１５と、エンジンコントロールユニット１６とを備える。
【００１３】
ＤＰＦ１１は、ディーゼルエンジン２０から排出された排気ガス中のＰＭを捕集するフィルタであり、例えば、セラミック多孔質フィルタ等を使用することができる。差圧センサ１２は、ＤＰＦ１１の入口側の圧力と、出口側の圧力との差圧を検出する圧力差測定手段であり、検出した差圧信号をエンジンコントローラに出力する。ＤＰＦ入口温度センサ１３は、ＤＰＦ１１の入口温度を検出する温度測定手段であり、入口温度信号をエンジンコントローラに出力する。ＤＰＦ出口温度センサ１４は、ＤＰＦ１１の出口温度を検出する温度測定手段であり、出口温度信号をエンジンコントローラに出力する。Ａ／Ｆセンサ１５は、ディーゼルエンジン２０から排出された排気ガスの空燃比を検出するセンサである。なお、このＡ／Ｆセンサ１５は、理論空燃比を判断できればよいので、Ｏ₂ センサを使用してもよい。
【００１４】
エンジンコントロールユニット１６は、各センサ１２〜１５から信号を入力し、それらの信号に基づいて、ＤＰＦ１１内におけるＰＭ燃焼状態を推定する。そして、ＰＭの過剰燃焼が発生していると判断したときには、エンジンコントロールユニット１６は、ディーゼルエンジン２０のスロットル２１、ＥＧＲ２２、インジェクション２３等を制御して、ＤＰＦ再生を停止又は抑制する。具体的な制御については後述する。
【００１５】
図２は、エンジンコントロールユニットの動作を中心として、ディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【００１６】
なお、本制御は、一定の微少時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに繰り返し実行している。
【００１７】
エンジンコントロールユニット１６は、まず最初にＤＰＦ１１を再生中であるか否かを判断し、再生中であれば処理を開始し、再生中でなければ処理を行わない（ステップＳ１）。
【００１８】
ステップＳ２においては、エンジンコントロールユニット１６は、ＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）がＤＰＦ１１の許容上限温度（Ｔ0）を超えるか否かを判断する。ＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）がＤＰＦ１１の性能を維持するために許容できる上限温度（Ｔ0）を超えるときは、直ちにＤＰＦ１１の再生を停止する（ステップＳ３）。超えなければ、ステップＳ４へ進む。
【００１９】
なお、このステップＳ３の再生停止モードは、ＰＭ燃焼を、直ちに停止するモードであり、例えば、λ制御（すなわち、ＤＰＦ入口Ｏ₂ 濃度制御）を行う。具体的には、吸気絞り、ＥＧＲ制御を行うことで、ＤＰＦ入口Ｏ₂ 濃度を低下、又は０％にすることによって、ＰＭ燃焼を停止する。
【００２０】
ステップＳ４においては、ＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）及びＤＰＦ１１の入口温度（ＴDPF_in）が、ＰＭ燃焼温度（Ｔ1）を超えているか否かを判断する。超えていなければ、ＰＭの異常燃焼が生じていないのでステップＳ１０に進んで通常のＤＰＦ再生を行う。超えているときは、ステップＳ５へ進む。
【００２１】
ステップＳ５においては、ＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）及びＤＰＦ１１の入口温度（ＴDPF_in）の温度差（ΔＴ＝ＴDPF_out−ＴDPF_in）の値が正値であるか否かを判断する。負値のときは、出口温度が入口温度よりも低いので、ＰＭの異常燃焼は生じていない。したがって、このときはステップＳ１０に進んで通常のＤＰＦ再生を行う。超えているときは、ステップＳ６へ進む。
【００２２】
ステップＳ６においては、ＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）の時間微分値が、入口温度（ＴDPF_in）の時間微分値に係数（ｋ1）を乗じた値よりも大きいか否かを判断する。この係数（ｋ1）の詳細については後述する。ここで出口温度（ＴDPF_out）の時間微分値が大きいときは、入口温度の上昇に比べて、出口温度の上昇が大きいことを意味するので、ＰＭの異常燃焼を生じていると判断することができるので、ステップＳ９に進んでＤＰＦ１１の再生を抑制する。
【００２３】
ステップＳ７においては、ＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）及びＤＰＦ１１の入口温度（ＴDPF_in）の温度差（ΔＴ）の時間微分値が、係数（ｋ2）よりも大きいか否かを判断する。この係数（ｋ2）の詳細については後述する。ここで温度差（ΔＴ）の時間微分値が大きいときは、入口温度の上昇に比べて、出口温度の上昇が大きいことを意味するので、ＰＭの異常燃焼を生じていると判断することができるので、ステップＳ９に進んでＤＰＦ１１の再生を抑制する。
【００２４】
ステップＳ８においては、ＤＰＦ１１の入口側と出口側との圧力差（ΔＰ）の時間微分値が、係数（ｋ3）よりも小さいか否かを判断する。この係数（ｋ3）の詳細については後述する。ここで圧力差（ΔＰ）の時間微分値は圧力変化速度を示すので、燃焼速度の指標と考えてよく、すなわち、燃焼速度∝−ｄ（ΔＰ）／ｄｔの関係にある。したがって、圧力差（ΔＰ）の時間微分値が非常に小さい値であるということは、燃焼速度が異常に速く、すなわちＰＭの異常燃焼を生じていると判断することができる。そこで、このような場合は、ステップＳ９に進んでＤＰＦ１１の再生を抑制する。そのような状態になっていなければ、異常燃焼は認められないので、ステップＳ１０へ進んで、通常のＤＰＦ再生を続行する。
【００２５】
なお、このステップＳ９の再生抑制モードは、ＰＭ燃焼の停止は行わないが、抑制を行うモードであり、例えば、排気温低下制御（具体的には、ＥＧＲカット、噴射タイミング進角など）、排気流量増加制御（具体的には、ブーストアップなど）を行って、ＰＭ燃焼の抑制及びＤＰＦ温度の抑制を行う。
【００２６】
以上の処理を一定の微少時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに繰り返し実行する。
【００２７】
上記フローチャートに示した係数ｋ1、ｋ2、ｋ3は、以下のように設定している。
【００２８】
図３は、フィルタの再生抑制のための第１閾値ｋ1を示す線図であり、横軸にエンジン回転数（Ｎｅ）、縦軸にエンジン負荷をとる。
【００２９】
この線図から分かるように、ｋ1は、高回転低負荷ほど小さく、低回転高負荷ほど大きく設定した。この理由を図４で説明する。
【００３０】
図４は、第１閾値ｋ1の特性を示す図であり、図４（Ａ）は高回転低負荷の場合を示し、図４（Ｂ）は低回転高負荷の場合を示す。横軸に時間、縦軸に温度をとる。
【００３１】
高回転低負荷の場合は、ＤＰＦ１１の出口温度と、入口温度との差が小さく（図４（Ａ））、低回転高負荷の場合は、ＤＰＦ１１の出口温度と、入口温度との差が大きいことがわかる（図４（Ｂ））。
【００３２】
これは、高回転低負荷の場合は排気ガスの流量が多く流速が速いので入口と出口との温度差が小さいからであり、低回転高負荷の場合は排気ガスの流量が少なく流速が遅いので入口と出口との温度差が大きくなるからである。
【００３３】
したがって、図３に示すように、異常燃焼であるか否かを判断するための基準値であるｋ1を、高回転低負荷ほど小さく、低回転高負荷ほど大きく設定してあるのである。
【００３４】
図５は、フィルタの再生抑制のための第２閾値ｋ2を示す線図であり、横軸にエンジン回転数（Ｎｅ）、縦軸にエンジン負荷をとる。
【００３５】
この線図から分かるように、ｋ2は、高回転低負荷ほど小さく、低回転高負荷ほど大きく設定した。この理由を図６で説明する。
【００３６】
図６は、第２閾値ｋ2の特性を示す図であり、図６（Ａ）は高回転低負荷の場合を示し、図６（Ｂ）は低回転高負荷の場合を示す。横軸に時間、縦軸に温度をとる。
【００３７】
高回転低負荷の場合は、ＤＰＦ１１の出口温度と入口温度との温度差ΔＴの変化は小さく（図６（Ａ））、低回転高負荷の場合は、ＤＰＦ１１の出口温度と入口温度との温度差ΔＴの変化が大きいことがわかる（図６（Ｂ））。
【００３８】
これは、高回転低負荷の場合は排気ガスの流量が多く流速が速いので入口と出口との温度差が小さいからであり、低回転高負荷の場合は排気ガスの流量が少なく流速が遅いので入口と出口との温度差が大きくなるからである。
【００３９】
したがって、図５に示すように、異常燃焼であるか否かを判断するための基準値であるｋ2を、高回転低負荷ほど小さく、低回転高負荷ほど大きく設定してあるのである。
【００４０】
図７は、フィルタの再生抑制のための第３閾値ｋ3を示す線図であり、横軸にエンジン回転数（Ｎｅ）、縦軸にエンジン負荷をとる。
【００４１】
この線図から分かるように、ｋ3は、低回転低負荷ほど小さく、高回転高負荷ほど大きく設定した。この理由を図８で説明する。
【００４２】
図８は、第３閾値ｋ3の特性を示す図であり、図８（Ａ）は低回転低負荷の場合を示し、図８（Ｂ）は高回転高負荷の場合を示す。横軸に時間、縦軸に温度をとる。
【００４３】
低回転低負荷の場合は、ＤＰＦ１１の出口圧力と入口圧力との圧力差ΔＰの変化が小さく（図８（Ａ））、高回転高負荷の場合は、ＤＰＦ１１の出口圧力と入口圧力との圧力差ΔＰの変化が大きいことがわかる（図８（Ｂ））。
【００４４】
これは、低回転低負荷の場合は排気ガスの流量が少ないので、入口と出口との圧力差及びその変化幅が小さくなり、高回転高負荷の場合は排気ガスの流量が多いので、入口と出口との圧力差及びその変化幅が大きくなるためである。
【００４５】
したがって、図７に示すように、異常燃焼であるか否かを判断するための基準値であるｋ3を、低回転低負荷ほど小さく、高回転高負荷ほど大きく設定してあるのである。
【００４６】
次に、図面を参照して、ＤＰＦ再生を抑制する場合の効果を説明する。
【００４７】
図９は、ＤＰＦの入口及び出口の温度変化を示す図である。横軸に時間、縦軸に温度をとる。
【００４８】
図１０は、ＤＰＦの入口及び出口の温度差の変化を示す図である。横軸に時間、縦軸にＤＰＦ出口と入口との温度差ΔＴ（＝ＴDPF_out−ＴDPF_in）をとる。
【００４９】
図１１は、その温度差の時間微分を示す図である。横軸に時間、縦軸に温度差ΔＴの時間微分値（ｄ（ΔＴ）／ｄｔ）をとる。
【００５０】
時間ｔ０まではＤＰＦ出口温度が入口温度よりも低く（図９）、温度差ΔＴは負値になっている（図１０）。時間ｔ０でＤＰＦ出口温度及び入口温度がＰＭ着火温度（Ｔ１）を超えて、時間ｔ１でＰＭの燃焼が開始すると、その熱によってＤＰＦ出口温度が急上昇し（図９）、温度差ΔＴの値も急増する（図１０）。ここで何も制御を行わなければ、ＤＰＦ出口温度がＤＰＦ許容上限温度（Ｔ０）を大きく上回ってしまう（図９に破線で示す）。
【００５１】
そこで、温度差ΔＴの時間微分値がｋ2を超えたら（フローチャートのステップＳ７、図１１の時間ｔ２）、ＤＰＦ再生を抑制する（フローチャートのステップＳ９）。すると、温度差ΔＴの時間微分値が急下降し（図１１）、ＰＭの過剰燃焼が抑制されて、ＤＰＦ出口温度が下降して入口温度と同レベルになり（図９）、温度差ΔＴがゼロに収束するので、ＤＰＦ出口温度をＤＰＦ許容上限温度（Ｔ０）よりも低く抑えることができ、ＤＰＦの劣化を防止することができるのである。
【００５２】
次に、ＤＰＦの入口と出口との圧力差ΔＰの時間微分値がｋ3を下回ったときにＤＰＦの再生を抑制する場合について、図１２を参照しながら説明する。
【００５３】
図１２は、ＤＰＦの入口及び出口の圧力差の変化を示す図である。横軸に時間、縦軸にΔＰの時間微分値（ｄ（ΔＰ）／ｄｔ）をとる。
【００５４】
時間ｔ０でＤＰＦ出口温度及び入口温度がＰＭ着火温度を超えて、時間ｔ１でＰＭの燃焼が開始する（図９）。
【００５５】
ＰＭの燃焼が開始するとＤＰＦが再生されるので、圧力差ΔＰが急激に減少し、その時間微分値ｄ（ΔＰ）／ｄｔも下降する（図１２の時間ｔ１〜ｔ２）。しかし、そのＰＭ燃焼が過剰であると、ＤＰＦの劣化を生じるので、時間微分値（ｄ（ΔＰ）／ｄｔ）がｋ3を下回ったら（フローチャートのステップＳ８、図１２の時間ｔ２）、ＤＰＦ再生を抑制する（フローチャートのステップＳ９）。すると、圧力差ΔＰの時間微分値が急上昇し（図１２）、ＰＭの異常燃焼が抑制されて、その時間微分値がゼロに収束するので、ＤＰＦの劣化を防止することができるのである。
【００５６】
また、ＤＰＦの再生を抑制しても、なおＤＰＦの出口温度が、ＤＰＦ許容上限温度（Ｔ０）を上回る場合は（フローチャートのステップＳ２）、ＤＰＦ再生を停止してＰＭの燃焼を停止して（フローチャートのステップＳ３）、ＰＭの燃焼を止めてＤＰＦの劣化を防止を図る。具体的には、上述の通り、例えばλ制御を行うとよいのであるが、そのλ制御の内容について図１３を参照しながら説明する。
【００５７】
図１３は、再生停止モードのλ制御を説明する図である。横軸に時間、縦軸にλ（空気過剰率）をとる。
【００５８】
本実施形態では、時間ｔ２において、目標λ（一点鎖線）を低下させて、吸気絞り、ＥＧＲ制御を行う。すると、実λが実線のように下降する。このようにすれば、ＤＰＦに供給される酸素が減少するので、ＰＭが燃焼せず、ＤＰＦの劣化を防止することができるのである。
【００５９】
本実施形態によれば、ＤＰＦの入口と出口との温度に基づいて、ＤＰＦ内でのＰＭの異常燃焼を判断したので、たとえＤＰＦの一部分において異常燃焼を生じている場合でも、異常燃焼を検出することができ、ＤＰＦを確実に保護することができる。
【００６０】
また、ＤＰＦの入口と出口との圧力差の時間微分値、すなわち燃焼速度に基づいてＤＰＦ内でのＰＭの異常燃焼を判断するので、ＤＰＦの一部分において異常燃焼を生じている場合でも、異常燃焼を検出することが可能であり、ＤＰＦを確実に保護することができる。
【００６１】
さらに、各状態を判断する閾値（ｋ1、ｋ2、ｋ3）は、エンジン回転数やエンジン負荷に応じて設定するようにしたので、運転状況が変化しても、誤判断を生じることなく正確な判断を行うことができる。
【００６２】
また、ＤＰＦを再生中に、ＤＰＦ出口温度が、ＤＰＦの性能を維持するために許容できる上限温度を超えるときには、直ちにＤＰＦの再生を停止することとしたので、ＤＰＦの性能劣化を生じさせることなく性能の維持を図ることができるのである。
【００６３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、閾値ｋ1、ｋ2、ｋ3をエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて規定したが、排気ガス流量とＤＰＦの入口温度とに基づいて規定してもよい。その場合、各閾値ｋ1、ｋ2、ｋ3は、図１４のようにするとよい。
【００６５】
図１４（Ａ）は第１閾値ｋ1を示す。この図より明らかなように、ｋ1は、低温高速ほど小さく、高温低速ほど大きい。また、図１４（Ｂ）は第２閾値ｋ2を示す。この図より明らかなように、ｋ2は、低温高速ほど小さく、高温低速ほど大きい。また、図１４（Ｃ）は第３閾値ｋ3を示す。この図より明らかなように、ｋ3は、低温低速ほど小さく、高温高速ほど大きい。
【００６６】
これを上記図３、図５、図７との関係で説明すると、すなわち、排気ガス流量はエンジン回転数に比例し、ＤＰＦ入口温度はエンジン負荷に比例するからである。すなわち、図１４（Ａ）は図３と比例関係にあり、図１４（Ｂ）は図５と比例関係にあり、図１４（Ｃ）は図７と比例関係にあるのである。したがって、これらについては制御をしやすい方法で適宜選択すればよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、例えば、ステップＳ２のＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）がＤＰＦ１１の許容上限温度（Ｔ0）を超えるか否かを判断、ステップＳ６のＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）の時間微分値が、入口温度（ＴDPF_in）の時間微分値に係数（ｋ1）を乗じた値よりも大きいか否かの判断、ステップＳ７のＤＰＦ１１の出口温度（ＴDPF_out）及びＤＰＦ１１の入口温度（ＴDPF_in）の温度差（ΔＴ）の時間微分値が、係数（ｋ2）よりも大きいか否かの判断、ステップＳ８のＤＰＦ１１の入口側と出口側との圧力差（ΔＰ）の時間微分値が、係数（ｋ3）よりも小さいか否かの判断、をそれぞれ１度ずつ行っているが、必要に応じて複数回行ったり、省略してもよい。複数回行えば精度を向上させることができ、また、省略すれば制御時間の短縮化を図ることができる。システムの特性に合わせて適宜調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置の一実施形態を示す図である。
【図２】エンジンコントロールユニットの動作を中心として、ディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】フィルタの再生抑制のための第１閾値ｋ1を示す線図である。
【図４】第１閾値ｋ1の特性を示す図である。
【図５】フィルタの再生抑制のための第２閾値ｋ2を示す線図である。
【図６】第２閾値ｋ2の特性を示す図である。
【図７】フィルタの再生抑制のための第３閾値ｋ3を示す線図である。
【図８】第３閾値ｋ3の特性を示す図である。
【図９】ＤＰＦの入口及び出口の温度変化を示す図である。
【図１０】ＤＰＦの入口及び出口の温度差の変化を示す図である。
【図１１】ＤＰＦの入口及び出口の温度差の時間微分を示す図である。
【図１２】ＤＰＦの入口及び出口の圧力差の変化を示す図である。
【図１３】再生停止モードのλ制御を説明する図である。
【図１４】フィルタの再生抑制のための第１閾値ｋ1、第２閾値ｋ2、第３閾値ｋ3を示す線図である。
【符号の説明】
１０ＤＰＦ再生制御装置
１１ＤＰＦ（フィルタ）
１２差圧センサ（圧力差測定手段）
１３ＤＰＦ入口温度センサ（温度測定手段）
１４ＤＰＦ出口温度センサ（温度測定手段）
１５Ａ／Ｆセンサ
１６エンジンコントロールユニット（再生制限判断手段、再生制御手段）
２０ディーゼルエンジン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a filter regeneration control device that can prevent deterioration of a filter that reduces particulates discharged from a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
As a measure against black smoke in diesel engines, there is a filter (Diesel Particlate Filter, hereinafter abbreviated as “DPF”) that collects particulates (Particlate Matter, hereinafter abbreviated as “PM”) contained in the exhaust gas. It has been adopted. In such a DPF, at a timing when PM is accumulated to some extent, the accumulated PM is combusted to regenerate the filter (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-34853
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described conventional apparatus, a sensor for detecting the differential pressure of the DPF is provided to determine whether or not the PM is accumulated to some extent (filter regeneration timing) or whether the filter regeneration is completed. Judgment is based on sensor output.
[0005]
Such a determination method for the start or end of regeneration is based on the assumption that PM is uniformly deposited in the space in the DPF, and is premised on the fact that all PM is combusted evenly in the DPF. For this reason, when the PM deposition distribution inside the DPF is not uniform or when the combustion does not progress evenly inside the DPF, it is not possible to cope with this, and the durability of the filter may be impaired due to the presence of a spot that is hot in a spot. That is, when considering the case where the DPF is cylindrical, the flow rate of the exhaust gas flowing near the axial center of the column is fast, and the flow rate becomes slower as the exhaust gas flows on the outer periphery. Due to the spatial deviation of the exhaust flow velocity, PM is not deposited uniformly in the DPF but is unevenly distributed. In this way, when PM with a non-uniform deposition distribution inside the DPF burns at the regeneration timing, the combustion rate and the amount of heat generation will increase greatly at the part where the PM deposition amount is larger than the others, and the DPF will be thermally degraded. May occur. Also, if the PM that remains completely unburned burns at the next regeneration timing, the combustion speed and the amount of heat generation will increase at that part, which may also reduce the heat resistance of the DPF. There is.
[0006]
The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and even if abnormal combustion of PM occurs due to accumulation of PM in the DPF or uneven distribution of unburned residue, the DPF is deteriorated. An object of the present invention is to provide a filter regeneration control device for a diesel engine that does not occur.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.
[0008]
The present invention provides a filter (provided in an exhaust system of a diesel engine (20)) that collects particulates in exhaust gas and burns and regenerates the collected particulates when the filter regeneration timing comes ( 11), temperature measuring means (13) for measuring the outlet temperature and the inlet temperature of the filter, and during regeneration of the filter, the time differential value of the outlet temperature is a first predetermined value as the time differential value of the inlet temperature. when exceeding the value obtained by multiplying a value, a reproduction restriction determining means for determining the inhibition of filter regeneration (16), inhibits reproduction control means for reproducing of the filter based on the determination of the reproduction restriction determining means (16) It is characterized by providing.
[0009]
[Action / Effect]
According to the present invention, whether or not there is PM accumulation in the DPF and uneven distribution of unburned fuel, that is, whether or not abnormal combustion based on these is occurring, is determined based on the filter temperature during filter regeneration and the differential pressure across the filter. Since the filter regeneration is limited when abnormal combustion occurs, the filter temperature is excessively high due to abnormal combustion due to PM accumulation in the DPF or uneven distribution of unburned residue during filter regeneration. Therefore, it is possible to maintain the performance without causing the performance degradation of the filter.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a filter regeneration control device for a diesel engine according to the present invention.
[0012]
The DPF regeneration control device 10 includes a DPF 11, a differential pressure sensor 12, a DPF inlet temperature sensor 13, a DPF outlet temperature sensor 14, an A / F sensor 15, and an engine control unit 16.
[0013]
The DPF 11 is a filter that collects PM in the exhaust gas discharged from the diesel engine 20, and for example, a ceramic porous filter or the like can be used. The differential pressure sensor 12 is pressure difference measuring means for detecting a differential pressure between the pressure on the inlet side of the DPF 11 and the pressure on the outlet side, and outputs the detected differential pressure signal to the engine controller. The DPF inlet temperature sensor 13 is temperature measuring means for detecting the inlet temperature of the DPF 11, and outputs an inlet temperature signal to the engine controller. The DPF outlet temperature sensor 14 is a temperature measuring unit that detects the outlet temperature of the DPF 11, and outputs an outlet temperature signal to the engine controller. The A / F sensor 15 is a sensor that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the diesel engine 20. The A / F sensor 15 only needs to be able to determine the theoretical air-fuel ratio, so an O ₂ sensor may be used.
[0014]
The engine control unit 16 receives signals from the sensors 12 to 15 and estimates the PM combustion state in the DPF 11 based on the signals. When it is determined that PM is excessively burned, the engine control unit 16 controls the throttle 21, EGR 22, injection 23, etc. of the diesel engine 20 to stop or suppress DPF regeneration. Specific control will be described later.
[0015]
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the filter regeneration control device for a diesel engine, focusing on the operation of the engine control unit.
[0016]
In addition, this control is repeatedly performed for every fixed minute time (for example, 10 msec).
[0017]
The engine control unit 16 first determines whether or not the DPF 11 is being regenerated, starts the process if it is being regenerated, and does not perform the process if it is not being regenerated (step S1).
[0018]
In step S2, the engine control unit 16 determines whether or not the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 exceeds the allowable upper limit temperature (T0) of the DPF 11. When the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 exceeds the upper limit temperature (T0) that is allowable for maintaining the performance of the DPF 11, regeneration of the DPF 11 is immediately stopped (step S3). If not, the process proceeds to step S4.
[0019]
The regeneration stop mode in step S3 is a mode in which PM combustion is immediately stopped. For example, λ control (that is, DPF inlet O ₂ concentration control) is performed. Specifically, PM combustion is stopped by reducing the DPF inlet O ₂ concentration to 0% by performing the intake throttle and EGR control.
[0020]
In step S4, it is determined whether or not the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 and the inlet temperature (TDPF_in) of the DPF 11 exceed the PM combustion temperature (T1). If not, since abnormal combustion of PM has not occurred, the routine proceeds to step S10 and normal DPF regeneration is performed. When it exceeds, it progresses to step S5.
[0021]
In step S5, it is determined whether or not the temperature difference (ΔT = TDPF_out−TDPF_in) between the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 and the inlet temperature (TDPF_in) of the DPF 11 is a positive value. When it is a negative value, the outlet temperature is lower than the inlet temperature, so that PM does not burn abnormally. Therefore, at this time, the routine proceeds to step S10 and normal DPF regeneration is performed. When it exceeds, it progresses to step S6.
[0022]
In step S6, it is determined whether the time differential value of the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 is larger than a value obtained by multiplying the time differential value of the inlet temperature (TDPF_in) by a coefficient (k1). Details of the coefficient (k1) will be described later. Here, when the time differential value of the outlet temperature (TDPF_out) is large, it means that the outlet temperature rises larger than the inlet temperature rise, so it can be determined that abnormal combustion of PM has occurred. Therefore, it progresses to step S9 and the reproduction | regeneration of DPF11 is suppressed.
[0023]
In step S7, it is determined whether or not the time differential value of the temperature difference (ΔT) between the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 and the inlet temperature (TDPF_in) of the DPF 11 is larger than the coefficient (k2). Details of the coefficient (k2) will be described later. Here, when the time differential value of the temperature difference (ΔT) is large, it means that the rise in the outlet temperature is larger than the rise in the inlet temperature, so it can be determined that abnormal combustion of PM has occurred. Therefore, it progresses to step S9 and the reproduction | regeneration of DPF11 is suppressed.
[0024]
In step S8, it is determined whether or not the time differential value of the pressure difference (ΔP) between the inlet side and the outlet side of the DPF 11 is smaller than the coefficient (k3). Details of the coefficient (k3) will be described later. Here, since the time differential value of the pressure difference (ΔP) indicates the pressure change rate, it may be considered as an index of the combustion rate, that is, it has a relationship of combustion rate ∝−d (ΔP) / dt. Therefore, if the time differential value of the pressure difference (ΔP) is a very small value, it can be determined that the combustion speed is abnormally high, that is, abnormal combustion of PM occurs. Therefore, in such a case, the process proceeds to step S9 to suppress the regeneration of the DPF 11. If it is not in such a state, abnormal combustion is not recognized, so the routine proceeds to step S10 and normal DPF regeneration is continued.
[0025]
Note that the regeneration suppression mode in step S9 is a mode in which PM combustion is not stopped but is suppressed. For example, exhaust temperature lowering control (specifically, EGR cut, injection timing advance, etc.), exhaust Flow rate increase control (specifically, boost up etc.) is performed to suppress PM combustion and DPF temperature.
[0026]
The above processing is repeatedly executed every certain minute time (for example, 10 msec).
[0027]
The coefficients k1, k2, and k3 shown in the flowchart are set as follows.
[0028]
FIG. 3 is a diagram showing the first threshold value k1 for suppressing the regeneration of the filter. The horizontal axis represents the engine speed (Ne) and the vertical axis represents the engine load.
[0029]
As can be seen from this diagram, k1 is set to be smaller as the rotational speed is higher and lower, and larger as the rotational speed is lower. The reason for this will be described with reference to FIG.
[0030]
4A and 4B are diagrams showing characteristics of the first threshold value k1, FIG. 4A shows the case of high rotation and low load, and FIG. 4B shows the case of low rotation and high load. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature.
[0031]
In the case of high rotation and low load, the difference between the outlet temperature of the DPF 11 and the inlet temperature is small (FIG. 4A), and in the case of low rotation and high load, the difference between the outlet temperature of the DPF 11 and the inlet temperature is large. It can be seen (FIG. 4B).
[0032]
This is because the flow rate of exhaust gas is large and the flow rate is high at high rotation and low load, so the temperature difference between the inlet and the outlet is small, and the flow rate of exhaust gas is small and flow rate is slow at low rotation and high load. This is because the temperature difference between the inlet and the outlet increases.
[0033]
Accordingly, as shown in FIG. 3, the reference value k1 for determining whether or not the combustion is abnormal is set to be smaller for a high rotation and a low load and larger for a low rotation and a high load.
[0034]
FIG. 5 is a diagram showing the second threshold value k2 for suppressing the regeneration of the filter. The horizontal axis represents the engine speed (Ne) and the vertical axis represents the engine load.
[0035]
As can be seen from this diagram, k2 is set to be smaller as the rotation speed is lower and the load is larger as the rotation speed is lower. The reason for this will be described with reference to FIG.
[0036]
6A and 6B are diagrams showing the characteristics of the second threshold value k2. FIG. 6A shows the case of high rotation and low load, and FIG. 6B shows the case of low rotation and high load. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature.
[0037]
In the case of a high rotation and low load, the change in the temperature difference ΔT between the outlet temperature and the inlet temperature of the DPF 11 is small (FIG. 6A), and in the case of a low rotation and high load, the temperature between the outlet temperature of the DPF 11 and the inlet temperature. It can be seen that the change in the difference ΔT is large (FIG. 6B).
[0038]
This is because the flow rate of exhaust gas is large and the flow rate is high at high rotation and low load, so the temperature difference between the inlet and the outlet is small, and the flow rate of exhaust gas is small and flow rate is slow at low rotation and high load. This is because the temperature difference between the inlet and the outlet increases.
[0039]
Therefore, as shown in FIG. 5, the reference value k2 for determining whether or not the combustion is abnormal is set to be smaller for a high rotation and a low load and larger for a low rotation and a high load.
[0040]
FIG. 7 is a diagram showing the third threshold value k3 for suppressing the regeneration of the filter. The horizontal axis represents the engine speed (Ne) and the vertical axis represents the engine load.
[0041]
As can be seen from this diagram, k3 was set to be smaller for low rotation and low load and larger for high rotation and high load. The reason for this will be described with reference to FIG.
[0042]
FIG. 8 is a diagram showing the characteristics of the third threshold value k3. FIG. 8A shows the case of low rotation and low load, and FIG. 8B shows the case of high rotation and high load. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature.
[0043]
In the case of a low rotation and low load, the change in the pressure difference ΔP between the outlet pressure and the inlet pressure of the DPF 11 is small (FIG. 8A), and in the case of a high rotation and high load, the pressure between the outlet pressure and the inlet pressure of the DPF 11 It can be seen that the change in the difference ΔP is large (FIG. 8B).
[0044]
This is because the flow rate of the exhaust gas is small in the case of low rotation and low load, and the pressure difference between the inlet and the outlet and the change range thereof become small. This is because the pressure difference from the outlet and the change range thereof are increased.
[0045]
Therefore, as shown in FIG. 7, the reference value k3 for determining whether or not there is abnormal combustion is set to be smaller for low rotation and low load and larger for high rotation and high load.
[0046]
Next, the effect of suppressing the DPF regeneration will be described with reference to the drawings.
[0047]
FIG. 9 is a diagram showing temperature changes at the inlet and outlet of the DPF. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature.
[0048]
FIG. 10 is a diagram illustrating a change in temperature difference between the inlet and the outlet of the DPF. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the temperature difference ΔT (= TDPF_out−TDPF_in) between the DPF outlet and the inlet.
[0049]
FIG. 11 is a diagram showing time differentiation of the temperature difference. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the time differential value (d (ΔT) / dt) of the temperature difference ΔT.
[0050]
Until the time t0, the DPF outlet temperature is lower than the inlet temperature (FIG. 9), and the temperature difference ΔT is a negative value (FIG. 10). When the DPF outlet temperature and the inlet temperature exceed the PM ignition temperature (T1) at time t0 and PM combustion starts at time t1, the DPF outlet temperature rapidly rises due to the heat (FIG. 9), and the value of the temperature difference ΔT is also It increases rapidly (FIG. 10). If no control is performed here, the DPF outlet temperature greatly exceeds the DPF allowable upper limit temperature (T0) (indicated by a broken line in FIG. 9).
[0051]
Therefore, when the time differential value of the temperature difference ΔT exceeds k2 (step S7 in the flowchart, time t2 in FIG. 11), DPF regeneration is suppressed (step S9 in the flowchart). Then, the time differential value of the temperature difference ΔT rapidly decreases (FIG. 11), PM excessive combustion is suppressed, the DPF outlet temperature decreases to the same level as the inlet temperature (FIG. 9), and the temperature difference ΔT is reduced. Since it converges to zero, the DPF outlet temperature can be kept lower than the DPF allowable upper limit temperature (T0), and the deterioration of the DPF can be prevented.
[0052]
Next, the case where the regeneration of the DPF is suppressed when the time differential value of the pressure difference ΔP between the inlet and the outlet of the DPF falls below k3 will be described with reference to FIG.
[0053]
FIG. 12 is a diagram showing a change in the pressure difference between the inlet and the outlet of the DPF. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents ΔP time differential value (d (ΔP) / dt).
[0054]
At time t0, the DPF outlet temperature and the inlet temperature exceed the PM ignition temperature, and PM combustion starts at time t1 (FIG. 9).
[0055]
Since the DPF is regenerated when PM combustion starts, the pressure difference ΔP rapidly decreases, and the time differential value d (ΔP) / dt also decreases (time t1 to t2 in FIG. 12). However, if the PM combustion is excessive, the DPF deteriorates. Therefore, when the time differential value (d (ΔP) / dt) falls below k3 (step S8 in the flowchart, time t2 in FIG. 12), the DPF regeneration is performed. Suppress (step S9 in the flowchart). Then, the time differential value of the pressure difference ΔP rises rapidly (FIG. 12), the abnormal combustion of PM is suppressed, and the time differential value converges to zero, so that the deterioration of the DPF can be prevented.
[0056]
Even if the regeneration of the DPF is suppressed, if the outlet temperature of the DPF exceeds the DPF allowable upper limit temperature (T0) (step S2 in the flowchart), the DPF regeneration is stopped and the PM combustion is stopped ( Step S3) of the flowchart stops PM combustion to prevent DPF deterioration. Specifically, as described above, for example, λ control may be performed. The contents of the λ control will be described with reference to FIG.
[0057]
FIG. 13 is a diagram for explaining λ control in the reproduction stop mode. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents λ (excess air ratio).
[0058]
In the present embodiment, at time t2, the target λ (dashed line) is decreased to perform the intake throttle and EGR control. Then, the actual λ falls as shown by the solid line. In this way, since oxygen supplied to the DPF decreases, PM does not burn, and it is possible to prevent deterioration of the DPF.
[0059]
According to the present embodiment, abnormal combustion of PM in the DPF is determined based on the temperatures at the inlet and outlet of the DPF, so even if abnormal combustion occurs in a part of the DPF, abnormal combustion is detected. The DPF can be reliably protected.
[0060]
Further, abnormal combustion of PM in the DPF is determined based on the time differential value of the pressure difference between the inlet and outlet of the DPF, that is, the combustion speed, so even if abnormal combustion occurs in a part of the DPF, abnormal combustion occurs. Can be detected, and the DPF can be reliably protected.
[0061]
Furthermore, since the threshold values (k1, k2, k3) for determining each state are set according to the engine speed and the engine load, accurate determination can be made without causing erroneous determination even if the driving situation changes. It can be performed.
[0062]
Further, when the DPF outlet temperature exceeds the allowable upper limit temperature for maintaining the performance of the DPF during the regeneration of the DPF, the regeneration of the DPF is immediately stopped, so that the performance of the DPF is not deteriorated. The performance can be maintained.
[0063]
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are equivalent to the present invention.
[0064]
For example, in the above embodiment, the threshold values k1, k2, and k3 are defined based on the engine speed and the engine load, but may be defined based on the exhaust gas flow rate and the DPF inlet temperature. In that case, the threshold values k1, k2, and k3 may be set as shown in FIG.
[0065]
FIG. 14A shows the first threshold value k1. As is apparent from this figure, k1 is smaller as the temperature is lower and the speed is higher, and k1 is larger as the temperature is higher and the speed is lower. FIG. 14B shows the second threshold value k2. As is apparent from this figure, k2 is smaller at lower temperatures and higher speeds and is larger at higher temperatures and lower speeds. FIG. 14C shows the third threshold value k3. As is apparent from this figure, k3 is smaller at lower temperatures and lower speeds and larger at higher temperatures and higher speeds.
[0066]
This will be described in relation to FIG. 3, FIG. 5, and FIG. 7. That is, the exhaust gas flow rate is proportional to the engine speed, and the DPF inlet temperature is proportional to the engine load. 14A is proportional to FIG. 3, FIG. 14B is proportional to FIG. 5, and FIG. 14C is proportional to FIG. Therefore, these may be appropriately selected by a method that is easy to control.
[0067]
In the above embodiment, for example, it is determined whether the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 in step S2 exceeds the allowable upper limit temperature (T0) of the DPF 11, and the time differential value of the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 in step S6. Is greater than the value obtained by multiplying the time derivative of the inlet temperature (TDPF_in) by the coefficient (k1), the temperature difference between the outlet temperature (TDPF_out) of the DPF 11 and the inlet temperature (TDPF_in) of the DPF 11 in step S7 Judgment whether or not the time differential value of (ΔT) is larger than the coefficient (k2), the time differential value of the pressure difference (ΔP) between the inlet side and the outlet side of the DPF 11 in step S8 is based on the coefficient (k3). Is determined once each, but may be performed a plurality of times or omitted as necessary. If it is performed a plurality of times, the accuracy can be improved, and if omitted, the control time can be shortened. What is necessary is just to adjust suitably according to the characteristic of a system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a filter regeneration control device for a diesel engine according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of a filter regeneration control device for a diesel engine, focusing on the operation of the engine control unit.
FIG. 3 is a diagram showing a first threshold value k1 for suppressing filter regeneration.
FIG. 4 is a diagram showing characteristics of a first threshold value k1.
FIG. 5 is a diagram showing a second threshold value k2 for suppressing filter regeneration.
FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of a second threshold value k2.
FIG. 7 is a diagram showing a third threshold value k3 for suppressing filter regeneration.
FIG. 8 is a diagram illustrating characteristics of a third threshold k3.
FIG. 9 is a diagram showing temperature changes at the inlet and outlet of a DPF.
FIG. 10 is a diagram showing a change in temperature difference between an inlet and an outlet of a DPF.
FIG. 11 is a diagram showing time differentiation of a temperature difference between an inlet and an outlet of a DPF.
FIG. 12 is a diagram showing a change in a pressure difference between an inlet and an outlet of a DPF.
FIG. 13 is a diagram for explaining λ control in a reproduction stop mode.
FIG. 14 is a diagram showing a first threshold value k1, a second threshold value k2, and a third threshold value k3 for suppressing filter regeneration.
[Explanation of symbols]
10 DPF regeneration control device 11 DPF (filter)
12 Differential pressure sensor (pressure difference measuring means)
13 DPF inlet temperature sensor (temperature measuring means)
14 DPF outlet temperature sensor (temperature measuring means)
15 A / F sensor 16 Engine control unit (reproduction restriction judging means, regeneration control means)
20 Diesel engine

Claims

A filter that is provided in an exhaust system of a diesel engine, collects particulates in exhaust gas, and burns and regenerates the collected particulates at the regeneration timing of the filter;
Temperature measuring means for measuring the outlet temperature and the inlet temperature of the filter;
A regeneration restriction determination means for determining suppression of filter regeneration when the time differential value of the outlet temperature exceeds a value obtained by multiplying the time differential value of the inlet temperature by a first predetermined value during regeneration of the filter; ,
And suppressing reproduction control means for reproducing of the filter based on the determination of the reproduction restriction determining means,
A filter regeneration control device for a diesel engine comprising:

Before Symbol reproduction restriction determining means, during regeneration of the filter, the outlet temperature is, when exceeding the allowable temperature for maintaining the performance of the filter determines the stop of the filter regeneration,
The regeneration control means stops the regeneration of the filter based on the determination of the regeneration restriction determination means;
The filter regeneration control device for a diesel engine according to claim 1.

The first predetermined value is a value that is smaller as the engine is rotated at a higher speed and a lower load, and is a value that is greater as the engine is rotated at a lower speed and a higher load.
The filter regeneration control device for a diesel engine according to claim 1.

The regeneration restriction determining means determines suppression of filter regeneration based on a time differential value of a difference between the outlet temperature and the inlet temperature during regeneration of the filter;
The filter regeneration control device for a diesel engine according to claim 1 .

The regeneration restriction determination means determines suppression of filter regeneration when a time differential value of a difference between the outlet temperature and the inlet temperature exceeds a second predetermined value during regeneration of the filter.
The filter regeneration control device for a diesel engine according to claim 4.

The second predetermined value is a value that is smaller as the engine is rotated at a higher speed and a lower load, and is larger as the engine is rotated at a lower speed and a high load.
The diesel engine filter regeneration control device according to claim 5 .