JP4232556B2

JP4232556B2 - DPF clogging detection method and exhaust gas purification system

Info

Publication number: JP4232556B2
Application number: JP2003192131A
Authority: JP
Inventors: 維伍
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: JP2005023884A

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粒子状物質を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の目詰まり状態を検出するＤＰＦの目詰まり検知方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは、対応できなくなってきている。そこで、エンジンから排出されるＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。
【０００３】
直接、このＰＭを捕集するＤＰＦにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化している。
【０００４】
ＤＰＦはフィルタがＰＭを捕集すると捕集量に比例して排圧が上昇するので、捕集されたＰＭを燃焼させるなどして除去し、ＤＰＦを再生する必要がある。この再生方法には色々な方法が提案されており、電気ヒーター加熱タイプ、バーナー加熱タイプ、逆洗タイプ等がある。
【０００５】
しかしながら、これらの再生方法をとる場合には、外部からエネルギーの供給を受けてＰＭの燃焼を行うので、燃費の悪化を招き、また、再生時の制御が難しく、ＰＭ捕集、ＰＭ燃焼（ＤＰＦ再生）を交互に行うような二系統のＤＰＦシステムが必要になる等、システムが大きく複雑になるという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するために、酸化触媒を利用しＰＭの酸化温度を下げ、外部からエネルギーを受けることなく、エンジンからの排気熱でＰＭを酸化してＤＰＦを再生する技術が提案されている。この場合には、ＤＰＦ再生が基本的には連続的になるため連続再生型ＤＰＦシステムと呼ばれているが、これらのシステムは、より簡素化された一系統のＤＰＦシステムとなり、再生制御も簡素化されるという利点がある。
【０００７】
この連続再生型ＤＰＦシステムの一つであるＮＯ₂再生型ＤＰＦシステムは、ＮＯ₂（二酸化窒素）によりＰＭを酸化して、ＤＰＦを再生するシステムであり、通常のウオールフローフィルタの上流に酸化触媒コンバータを配置し、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化する。従って、酸化触媒コンバータの後流の排気ガス中のＮＯｘは殆どがＮＯ₂になる。このＮＯ₂で、下流側のフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを酸化してＣＯ₂（二酸化炭素）とし、ＰＭを除去している。このＮＯ₂は、Ｏ₂よりエネルギー障壁が小さいため、ＰＭ酸化温度（ＤＰＦ再生温度）を低下させるので、外部からエネルギーの供給なしに排気ガス中の熱エネルギーで連続的にＰＭ燃焼が生じる。
【０００８】
このＮＯ₂再生型ＤＰＦシステムの改良システムでは、酸化触媒の多孔質触媒コート層をウオールフローフィルタの多孔質壁面に塗布し、ＮＯの酸化とこれにより発生したＮＯ₂によるＰＭの酸化を、ウオールフローフィルタの壁表面上で行うように構成し、酸化触媒コンバータを省いてシステムを簡素化している。
【０００９】
また、ウオールフローフィルタの多孔質壁面に、酸化触媒と酸化物等のＰＭ酸化触媒との多孔質触媒コート層を塗布し、フィルタに蓄積したＰＭを低温で燃焼し、連続再生するシステムもある。
【００１０】
これらの触媒付きＤＰＦシステムは、いずれも触媒及びＮＯ₂によるＰＭの酸化反応によって通常のフィルタよりもＰＭ酸化開始温度を下げてＰＭの連続再生を実現するシステムである。
【００１１】
しかし、ＰＭ酸化開始温度を下げても、まだ、３５０℃程度の排気温度は必要であるため、低負荷運転やアイドル運転等では、排気温度が低いため、ＰＭの酸化及びＤＰＦの自己再生が生じない。従って、このようなアイドルや低負荷等の排気温度が低いエンジン運転状態が継続するとＰＭが蓄積してもＰＭ酸化状態にならないため、排圧が上昇し、燃費の悪化を招き、また、エンジン停止等のトラブルが生じるおそれがある。
【００１２】
そこで、これらの連続再生型ＤＰＦシステムでは、ＤＰＦの目詰まり状態を監視して、目詰まり状態が所定の判定基準を超えた時に、排気温度を強制的に上昇させて、蓄積したＰＭを強制的に燃焼させて除去するＤＰＦ再生制御を行っている。
【００１３】
そして、この目詰まり状態の検知方法の一つとしては、吸気流量センサと排気温度センサと排気圧センサとから排気流量とフィルタ圧損（ＤＰＦ前後差圧）を求め、排気流量をベースとしてフィルタ圧損を再生開始圧損（判定値用圧損値）と比較して、計測されたフィルタ圧損がこの再生開始圧損より大きい場合に再生を開始する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１４】
また、ＤＰＦの入口圧力を計測する圧力センサと大気圧センサからフィルタ圧損を算出し、エンジンの回転数をベースとして、あるいはエンジンの回転数とブースト圧をベースとして、このフィルタ圧損を圧損しきい値と比較して、計測されたフィルタ圧損がこの圧損しきい値より大きければ再生を開始する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１５】
更に、ＤＰＦの上流側の圧力と大気圧と、ＤＰＦの上流側に設けた排気流量測定部の圧損からフィルタ圧損に関係する係数を算出したり、ＤＰＦの上流側の圧力とエンジンの吸気圧とエンジン回転数からフィルタ圧損に関係する係数を算出したりして、このフィルタ圧損に関係する係数をしきい値と比較して、係数がこのしきい値より大きければ再生を開始する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１６】
【特許文献１】
特開平９−１３９５１号公報
【００１７】
【特許文献２】
特開２００２−３６４３４２号公報
【００１８】
【特許文献３】
特開２００２−３７１８２９号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＤＰＦの再生開始を判断するために、様々なパラメータでＤＰＦの目詰まり状態を検知しようとしているが、ＤＰＦの圧損はエンジンの実際の運転状況、つまり、エンジン負荷、エンジン回転数、排気ガスの流速、圧力、流量、温度等の影響を受けるため、排気流量をベースとしたフィルタ圧損、エンジン回転数をベースとしたフィルタ圧損、あるいは、フィルタ圧損に関係する係数等と、これらに対応したそれぞれのしきい値との比較だけでは、ＤＰＦの再生時期の判断における目詰まり検知の精度が不充分となるという問題と、センサの数が多くなったり、制御が複雑となる等の問題がある。
【００２０】
一方、流路内の流れでは、ニクラゼの実験等によって、円管内の圧力損失ΔＰは、流体の密度をρ、平均流速をＵ、管軸長さをＬ、管径をｄ、管摩擦係数をλとした時に、ΔＰ＝λ＊（ρ＊Ｕ²／２）＊（Ｌ／ｄ）の式で表すことができ、特に粗い円管の流れにおける管摩擦係数λは、乱流の場合には、流体の動粘性係数をμとすると、レイノルズ数Ｒｅ＝Ｕ＊ｄ／（μ／ρ）と壁面の相対粗度（標準粗さ／管径＝ε／ｄ）の関数λ＝Ｆλ（Ｒｅ，ε／ｄ）になることが知られている。
【００２１】
そして、圧損係数ζをζ＝ΔＰ／（ρＵ²／２）とした時に、ζ＝λ＊（Ｌ／ｄ）となり、この圧損係数ζは、管摩擦係数λと同じく、レイノルズ数Ｒｅと壁面の相対粗度（ε／ｄ）との関数ζ＝Ｆζ（Ｒｅ，ε／ｄ）となり、実用管の管摩擦係数を近似的に与えるコールブルックの式やこの式を線図にまとめたムーディ線図等から分かるように、レイノルズ数Ｒｅを固定した場合には、レイノルズ数Ｒｅと相対粗度（ε／ｄ）が比較的大きい乱流域では、圧損係数ζは相対粗度（ε／ｄ）に関して単調増加関数となる。
【００２２】
そして、ＤＰＦのＰＭの捕集過程においては、ＰＭがＤＰＦの排気ガス通路の壁面に付着し、この付着したＰＭの増加は壁面の相対粗度（ε／ｄ）を増加させることになるので、ＤＰＦ内の流れは管内流れと類似しており、レイノルズ数Ｒｅをベースにすることにより、圧損係数ζからＰＭの蓄積状態、即ち，ＤＰＦの目詰まり状態を検知できると考えられる。
【００２３】
本発明は、これらの知見を得て、上述の問題を解決するべくなされたものであり、その目的は、ＤＰＦの再生開始時期や再生終了時期を判定するためのＤＰＦの目詰まり検知において、ＤＰＦ圧損係数が排気温度とレイノルズ数を一定とした場合に壁面の粗度の単調関数となることを利用して、比較的少ないセンサと演算により、ＤＰＦの目詰まり状態を精度良く検知することができるＤＰＦの目詰まり検知方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのＤＰＦの目詰まり検知方法は、内燃機関の排気通路に粒子状物質を捕集するＤＰＦと、該ＤＰＦの前後差圧を検出する差圧センサと、前記ＤＰＦの内部の排気温度を検出する排気温度センサと、前記ＤＰＦの入口の排気圧力を検出する入口排気圧力センサと、排気流量を検出する排気流量検出手段とを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記差圧センサで計測されたＤＰＦ前後差圧と、前記排気温度センサで計測されたＤＰＦ内部排気温度と、前記入口排気圧力センサで計測されたＤＰＦ入口排気圧力と、前記排気流量検出手段で検出された排気流量とから、ＤＰＦの圧損係数と前記ＤＰＦを通過する排気ガスのレイノルズ数を算出し、算出されたＤＰＦの圧損係数を、ＤＰＦ内部排気温度とレイノルズ数をベースに予め作成された判定値用圧損係数のデータから算出された判定値と比較することにより、ＤＰＦの目詰まり状態を検知することを特徴とする。
【００２５】
また、上記のＤＰＦの目詰まり検知方法において、前記判定値用圧損係数のデータが、ＤＰＦの再生制御を開始するか否かの再生開始判定用のデータ、又は、ＤＰＦの再生制御を終了するか否かの再生終了判定用のデータの少なくとも一方であることを特徴とする。
【００２６】
ここで、圧損係数ζは、ＤＰＦ前後差圧をΔＰ、排気ガスの密度をρ、ＤＰＦを通過する平均流速をＵとした時に、ζ＝ΔＰ／（ρＵ²／２）で表される値である。
【００２７】
本発明のＤＰＦの目詰まり検知方法によれば、排気ガス中のＰＭの捕集に連れて進捗するＤＰＦの目詰まり状態を、粗い管内流れにおける圧力損失に模して、排気ガスの温度とレイノルズ数をベースにした圧損係数を判定基準に採用したので、精度良く目詰まり状態を推定できる。
【００２８】
なお、ＤＰＦにおけるＰＭの蓄積を壁面の相対粗度（ε／ｄ）の増加と考え、ＤＰＦの流れを粗い管内の流れに模して考えると、ＤＰＦの圧損係数ζは、粗い管内の流れの管摩擦係数λと同じく、レイノルズ数Ｒｅと壁面の相対粗度（ε／ｄ）との関数ζ＝Ｆζ（Ｒｅ，ε／ｄ）となり、排気温度Ｔはレイノルズ数Ｒｅに影響を及ぼすだけの効果としてしか表れないが、実際には、排気温度が排気ガスの粘性に影響することにより、排気通路内壁面近辺層流の状態に介しε／ｄに影響する。また、ＤＰＦ自体の熱膨張による排気通路（セル等）の寸法の変化等もあるから、レイノルズ数Ｒｅが同じでも排気温度Ｔが異なるとＤＰＦの圧損係数ζも異なることが実験的にも分かっている。そのため、圧損係数ζからＰＭの蓄積状態、即ち，ＤＰＦの目詰まり状態を検知する場合に、単にレイノルズ数Ｒｅのみならず、排気温度Ｔも考慮する必要があり、そのため、本発明ではレイノルズ数Ｒｅと共に排気温度Ｔをベースに採用している。
【００２９】
そして、上記のＤＰＦの目詰まり検知方法を実現するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に粒子状物質を捕集するＤＰＦを備えると共に、該ＤＰＦを再生するための再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ＤＰＦの前後差圧を検出する差圧センサと、前記ＤＰＦの内部の排気温度を検出する排気温度センサと、前記ＤＰＦの入口の排気圧力を検出する入口排気圧力センサと、排気流量を検出する排気流量検出手段とを備えると共に、前記再生制御手段が、前記差圧センサで計測されたＤＰＦ前後差圧と、前記排気温度センサで計測されたＤＰＦ内部排気温度と、前記入口排気圧力センサで計測されたＤＰＦ入口排気圧力と、前記排気流量検出手段で検出された排気流量とから、ＤＰＦの圧損係数と前記ＤＰＦを通過する排気ガスのレイノルズ数を算出し、算出されたＤＰＦの圧損係数を、ＤＰＦ内部排気温度とレイノルズ数をベースに予め作成された判定値用圧損係数のデータから算出された判定値と比較することにより、ＤＰＦの目詰まり状態を検知することを特徴として構成される。
【００３０】
また、上記の排気ガス浄化システムは、前記圧損係数の代りに計測されたＤＰＦ前後差圧を用いて、前記判定値用圧損係数のデータから算出されたＤＰＦ前後差圧用の判定値と比較することにより、ＤＰＦの目詰まり状態を検知するように構成される。
【００３１】
つまり、比較する時に、計測されたＤＰＦ前後差圧から圧損係数を計算せずに、前記判定値用圧損係数のデータから得られた判定値用圧損係数を基に密度や平均流速を使用してＤＰＦ前後差圧用の判定値を算出して、これらを比較することによりＤＰＦの目詰まり状態を検知する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態のＤＰＦの目詰まり検知方法及び排気ガス浄化システムについて、酸化触媒コンバータと触媒付きフィルタからなる連続再生型ＤＰＦを例にして、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１では、ディーゼルエンジン１０の排気管３０に排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集及び燃焼除去する連続再生型ＤＰＦ（以下ＤＰＦとする）４０が配設される。このＤＰＦ４０は、上流側に酸化触媒コンバータ４０ａを、下流側に触媒付きフィルタ４０ｂを有して構成される。
【００３４】
この酸化触媒コンバータ４０ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ４０ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタで形成される。このフィルタの部分に白金等の酸化触媒や酸化セリウム等のＰＭ酸化触媒を担持する。この触媒付きフィルタ４０ｂでは、排気ガスＧ中のＰＭは多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。
【００３５】
そして、エンジン１０の吸気管２０に吸気質量流量Ｍｍを検出するマスエアフロー（ＭＡＦ）センサ１１が、ＤＰＦ４０の前後に接続された導通管にＤＰＦ４０の前後差圧ΔＰｍを検出する差圧センサ４１が、また、ＤＰＦ４０に内部の排気温度Ｔｉｍを検出する排気温度センサ４２とＤＰＦ入口の排気圧力Ｐｉｍを検出する入口排気圧力センサ４３が、それぞれ設けられる。これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、ＤＰＦ４０の再生制御も行う制御装置（電子制御ボックス：ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）５０に入力される。
【００３６】
この制御装置では、各センサ１１，４１，４２，４３からの測定値と、予め入力された諸データとから、ＤＰＦ４０の目詰まり状態を検知し、この目詰まり状態が所定の再生開始基準を超えた時には、ＤＰＦ４０の再生のために再生制御を行い、ＤＰＦ４０の目詰まり状態が所定の再生終了基準になった時は再生制御を終了する制御を行う。なお、この所定の再生開始基準は、再生制御の必要に応じて設定するものであり、必ずしも目一杯の目詰まり状態だけではなく、半分程度の目詰まり状態で再生を開始するように設定してもよい。
【００３７】
また、再生制御は、ＤＰＦ４０の種類によって異なるが、例えば、制御装置５０から出力される制御信号により、エンジン１０の燃料噴射弁、排気絞り弁、吸気弁等を制御して、ＤＰＦ４０に流入する排気ガスＧの温度を上昇させて、ＤＰＦ４０に捕集されたＰＭの
【００３８】
この排気ガス浄化システム１の再生制御において、ＤＰＦ４０の目詰まり状態の検知、及び，再生制御の開始の判定と再生制御の終了に判定が行われ、この判定は、図２及び図３に例示するような目詰まり状態判定制御フローに従って行われる。この図２及び図３に例示する制御フローは、メインの制御フローから繰り返し呼ばれて実行される制御フローとして示してある。
【００３９】
つまり、エンジンのスタートと共にエンジン全体を制御するメイン制御プログラムがスタートすると、このメイン制御フローやメイン制御フローのサブフローであるＤＰＦ再生制御フロー等から必要に応じて繰り返し呼ばれて、図２の目詰まり状態判定制御フローがスタートし、この制御フローを実行してメイン制御フロー等にリターンする。そして、メイン制御フローが終了するまで、この図２の制御フローが繰り返し実行される。
【００４０】
そして、この図２の目詰まり状態判定制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、計算用データと判定値用データマップを入力する。
【００４１】
この計算用データには、排気ガスの平均流速Ｕを求めるための排気ガスＧの通過断面積Ａ、レイノルズ数用寸法ｄ、排気ガスの粘性算出用データである排気温度Ｔと粘性μとの関係を示すデータ（μ＝ｆμ（Ｔ））、基準状態（基準圧力Ｐ０，基準温度Ｔ０）の排気ガスの密度ρ０等がある。なお、この通過断面積ＡはＤＰＦにおける流路断面積やセルの断面積の総計等の値であり、また、レイノルズ数用寸法ｄはレイノルズ数Ｒｅを算出するための値であり、排気ガスＧが流通する部分の寸法を代表する固定された値であり、例えば、ＤＰＦの管径やＤＰＦのセルの内径等の寸法である。
【００４２】
また、判定値用データマップには、ＤＰＦ４０の再生制御を開始するか否かを判定するための再生開始用判定値ζｓ＝Ｆζｓ（Ｒｅ，Ｔ）、ＤＰＦ４０の再生制御を終了するか否かを判定するための再生終了用判定値ζｅ＝Ｆζｅ（Ｒｅ，Ｔ）がある。この判定値用データマップは、排気温度Ｔを一定とした時に、レイノルズ数Ｒｅをベースにして、決められた再生開始用判定値ζｓや再生終了用判定値ζｅの値をマップ状のデータにしたものである。排気温度Ｔを一定とし、横軸をレイノルズ数Ｒｅのベースにして縦軸にこの判定値マップの再生開始用判定値ζｓをプロットすると図４に示すようになる。
【００４３】
次のステップＳ１２で、吸気流量（吸気質量流量）Ｍｍ、燃料噴射量Ｑｆ、ＤＰＦ内部排気温度Ｔｉｍ、ＤＰＦ前後差圧ΔＰｍ、ＤＰＦ入口圧力Ｐｉｍの計測値の入力を行う。この吸気流量Ｍｍはマスエアフローセンサ１１で、ＤＰＦ内部排気温度Ｔｉｍは排気温度センサ４２で、ＤＰＦ前後差圧ΔＰｍは差圧センサ４１で、ＤＰＦ入口圧力Ｐｉｍは入口排気圧力センサ４３で、それぞれ検出された値であり、燃料噴射量Ｑｆはエンジン制御で指示される値である。
【００４４】
そして、次のステップＳ１３で、排気ガスの粘性μｃ＝ｆμ（Ｔｉｍ）、密度ρｃ＝ρ０＊（Ｐｉｍ／Ｐ０）＊（Ｔ０／Ｔｉｍ）、平均流速Ｕｃ＝Ｍｅｘｈ／（ρｃ＊Ａ）を算出する。このＭｅｘｈはマスエアフローセンサ１１で計測した吸気流量Ｍｍと燃料噴射量Ｑｆとから計算で求められる排気流量（排気質量流量）であり、このマスエアフローセンサ１１と燃料噴射量Ｑｆの入力を伴う排気流量Ｍｅｘｈの計算を行う演算手段等により、排気流量検出手段が構成される。
【００４５】
そして、ステップＳ１４でレイノルズ数Ｒｅｃ＝Ｕｃ＊ｄ／（μｃ／ρｃ）を算出し、ステップＳ１５で圧損係数ζｃ＝ΔＰｍ／（ρｃ＊Ｕｃ²／２）を算出する。また、ステップＳ１６で再生開始用判定値ζｓ＝Ｆζｓ（Ｒｅ，Ｔ）の判定値データから、排気温度ＴがＴｉｍでレイノルズ数ＲｅがＲｅｃとなる再生開始用判定値ζｓｃ＝Ｆζｓ（Ｒｅｃ，Ｔｉｍ）を算出する。この算出は関数Ｆζｓから計算で求めたり、レイノルズ数Ｒｅと排気温度Ｔをベースとする再生開始用判定値ζｓのデータマップを参照して求めたりする。
【００４６】
そして、ステップＳ１７で、ステップＳ１５で算出した圧損係数ζｃとステップＳ１６で算出した再生開始用判定値ζｓｃとを比較して、ＤＰＦの目詰まり状態を判定する。
【００４７】
この圧損係数ζｃが、この圧損係数ζｃが、再生開始用判定値ζｓｃよりも小さい場合には、再生制御が必要な目詰まり状態にないと判定し、ステップＳ１２に戻る。そして、この圧損係数ζｃが、再生開始用判定値ζｓｃ以上の場合には、再生制御が必要な目詰まり状態であると判定し、ステップＳ１８でＤＰＦ目詰まり信号ＩｓをＯＮ（Ｉｓ＝１）にし、ステップＳ１９の再生開始に行き、別のフローの再生制御を開始させる。この再生開始を終えるとこの図２のフローはリターンし、再度、呼ばれて、スタートし、ステップＳ１１〜ステップＳ１９を繰り返す。
【００４８】
なお、再生終了判断の場合には、図３に示すように、ステップＳ１６〜ステップＳ１９がステップＳ１６Ａ〜ステップＳ１９Ａのように変化する。
【００４９】
ステップＳ１６Ａで、再生開始用判定値ζｓｃの代りに、再生終了用判定値ζｅ＝Ｆζｅ（Ｒｅ，Ｔ）の判定値データから、排気温度ＴがＴｉｍでレイノルズ数ＲｅがＲｅｃである再生終了用判定値ζｅｃ＝Ｆζｅ（Ｒｅｃ，Ｔｉｍ）を算出する。この算出は関数Ｆζｅから計算で求めたり、レイノルズ数Ｒｅと排気温度Ｔをベースとする再生終了用判定値ζｅのデータマップを参照して求めたりする。
【００５０】
そして、ステップＳ１７Ａでは、ステップＳ１５で算出した圧損係数ζｃとステップＳ１６Ａで算出した再生終了用判定値ζｓｅとを比較して、ＤＰＦの目詰まり状態を判定する。この圧損係数ζｃが、再生終了用判定値ζｓｅよりも大きい場合には、再生制御が必要な目詰まり状態にあると判定し、ステップＳ１２に戻る。そして、この圧損係数ζｃが、再生終了用判定値ζｓｅ以下の場合には、再生制御を終了してもよい目詰まり状態であると判定し、ステップＳ１８ＡでＤＰＦ目詰まり信号ＩｓをＯＦＦ（Ｉｓ＝０）にし、ステップＳ１９Ａの再生終了に行き、別のフローの再生制御を開始させる。
【００５１】
また、前記圧損係数の代りに計測されたＤＰＦ前後差圧ΔＰｍを用いて、前記判定値用圧損係数のデータから算出されたＤＰＦ前後差圧用の判定値ΔＰｍｓ，ΔＰｍｅと比較することにより、ＤＰＦの目詰まり状態を検知するように構成してもよい。
【００５２】
この構成では、計測されたＤＰＦ前後差圧ΔＰｍから圧損係数ζｃを計算せずに、前記判定値用圧損係数のデータから得られた判定値用圧損係数ζｓ，ζｅを基に密度ρｃや平均流速Ｕｃを使用してＤＰＦ前後差圧用の判定値ΔＰｓ（＝ζｓ＊ρｃ＊Ｕｃ＊Ｕｃ／２），ΔＰｅ（＝ζｅ＊ρｃ＊Ｕｃ＊Ｕｃ／２）を算出して、計測されたＤＰＦ前後差圧ΔＰｍと、ＤＰＦ前後差圧用の判定値ΔＰｓ（又はΔＰｅ）とを比較することによりＤＰＦの目詰まり状態を検知する。
【００５３】
つまり、この計測されたＤＰＦ前後差圧ΔＰｍが、再生開始用判定値であるＤＰＦ前後差圧用の判定値ΔＰｓ以上の場合には、再生制御が必要な目詰まり状態であると判定し、再生終了用判定値であるＤＰＦ前後差圧用の判定値ΔＰｅ以下の場合には、再生制御を終了してもよい目詰まり状態であると判定する。
【００５４】
これらの目詰まり状態判定制御により、精度良く、ＤＰＦ４０の目詰まり状態を推定できる。
【００５５】
次に、判定値用データの作成について説明する。
この判定値用データは、ＤＰＦを再生開始の目詰まり状態にして、この状態で、エンジンの運転状態を変化させて、排気温度Ｔｉｍやレイノルズ数Ｒｅｃを変化させてＤＰＦ圧損係数ζｓｃを算出し、この状態における排気温度Ｔｉｍとレイノルズ数Ｒｅｃと、ＤＰＦ圧損係数ζｓｃの関係を求めて、排気温度Ｔとレイノルズ数ＲｅをベースにしてＤＰＦ圧損係数ζｓを整理し、ＤＰＦの再生開始用判定値ζｓ＝Ｆζｓ（Ｒｅ，Ｔ）の関数やデータマップを作成する。
【００５６】
また、ＤＰＦを再生終了の目詰まり状態にして、この状態で、エンジンの運転状態を変化させて、排気温度Ｔｉｍやレイノルズ数Ｒｅｃを変化させてＤＰＦ圧損係数ζｅｃを算出し、この状態における排気温度Ｔｉｍとレイノルズ数Ｒｅｃと、ＤＰＦ圧損係数ζｅｃの関係を求めて、排気温度Ｔとレイノルズ数ＲｅをベースにしてＤＰＦ圧損係数ζｅを整理し、ＤＰＦの再生終了用判定値ζｅ＝Ｆζｅ（Ｒｅ，Ｔ）の関数やデータマップを作成する。
【００５７】
そして、これらの再生開始用判定値ζｓ＝Ｆζｓ（Ｒｅ，Ｔ）と再生終了用判定値ζｅ＝Ｆζｅ（Ｒｅ，Ｔ）のデータは関数の形やデータマップの形等で予め制御装置に入力される。
【００５８】
なお、上記では、上流側の酸化触媒コンバータと下流側の触媒付きフィルタで構成される連続再生型ＤＰＦを例にして説明したが、本発明は、酸化触媒コンバータと触媒を担持しないフィルタで構成される連続再生型ＤＰＦ、酸化触媒コンバータ無しで触媒付きフィルタに酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ、及び、触媒を担持しないフィルタで構成されるＤＰＦ（連続再生型に属さないＤＰＦ）等に対しても適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上に説明をしたように、本発明のＤＰＦの目詰まり検知方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガス中のＰＭの捕集と共に進捗するＤＰＦの目詰まり状態を、粗い管内流れに模して、ＤＰＦを流れる排気ガスの温度とレイノルズ数をベースにした圧損係数を判定基準に採用して、ＤＰＦの目詰まり状態を検知するようにしたので、精度良く目詰まり状態を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気ガス浄化システムの構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の再生制御開始用の目詰まり判定用制御フローの例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の再生制御終了用の目詰まり判定用制御フローの例を示す図である。
【図４】本発明に係る再生開始用判定値のデータマップを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１排気ガス浄化システム
１１マスエアフローセンサ
２０排気通路
４０連続再生型ＤＰＦ（ＤＰＦ）
４１差圧センサ
４２排気温度センサ
４３入口排気圧力センサ
Ａ排気ガスの通過断面積
ｄレイノルズ数用寸法
ＩｓＤＰＦ目詰まり信号
Ｍｍ吸気質量流量
Ｍｅｘｈ排気質量流量
Ｐ０基準圧力
ＰｉｍＤＰＦ入口圧力
ΔＰｍＤＰＦ前後差圧
Ｑｆ燃料噴射量
Ｒｅ，Ｒｅｃレイノルズ数
Ｔ０基準温度
Ｔ，Ｔｉ，ＴｉｍＤＰＦ内部排気温度
Ｕ，Ｕｃ排気ガスの平均流速
μ，μｃ排気ガスの粘性
ρ０排気ガスの基準状態の密度
ρｃ排気ガスの密度
ζ，ζｃ圧損係数
ζｓ，ζｓｃ再生開始用判定値[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DPF clogging detection method and an exhaust gas purification system for detecting a clogged state of a DPF (diesel particulate filter) that collects particulate matter discharged from a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
Emissions of particulate matter (PM: particulate matter: hereinafter referred to as PM) emitted from diesel engines have been strengthened year by year along with NOx, CO and HC. Improvement alone has made it impossible to respond. Therefore, a technology has been developed that collects PM discharged from the engine with a filter called a diesel particulate filter (DPF) and reduces the amount of PM discharged to the outside. Yes.
[0003]
The DPF that directly collects PM includes ceramic monolith honeycomb wall flow type filters and fiber type filters made of ceramic or metal fibers. Exhaust gas purification using these DPFs Similar to other exhaust gas purification systems, the system is installed in the middle of the exhaust passage of the engine and purifies exhaust gas generated by the engine.
[0004]
When the filter collects PM, the exhaust pressure rises in proportion to the amount collected, so it is necessary to regenerate the DPF by removing the collected PM by burning or the like. Various methods have been proposed for this regeneration method, including an electric heater heating type, a burner heating type, and a backwash type.
[0005]
However, when these regeneration methods are used, PM is burned by receiving energy supply from the outside, which leads to deterioration of fuel consumption, and control during regeneration is difficult, and PM collection, PM combustion (DPF) There is a problem that the system becomes large and complicated, such as requiring a two-system DPF system that alternately performs (regeneration).
[0006]
In order to solve this problem, a technique has been proposed in which the oxidation temperature of PM is lowered using an oxidation catalyst, and PM is oxidized by exhaust heat from the engine to regenerate DPF without receiving energy from the outside. In this case, since DPF regeneration is basically continuous, it is called a continuous regeneration type DPF system. However, these systems become a simpler one-system DPF system, and regeneration control is also simplified. There is an advantage that
[0007]
NO is one of these continuous regeneration DPF systems₂Regenerative DPF system is NO₂This system oxidizes PM with (nitrogen dioxide) to regenerate DPF. An oxidation catalytic converter is arranged upstream of a normal wall flow filter to oxidize NO (nitrogen monoxide) in exhaust gas. Therefore, most of the NOx in the exhaust gas downstream of the oxidation catalytic converter is NO.₂become. This NO₂Then, the PM collected by the downstream filter 3Ab is oxidized to produce CO.₂(Carbon dioxide) and PM is removed. This NO₂Is O₂Since the energy barrier is smaller, the PM oxidation temperature (DPF regeneration temperature) is lowered, so that PM combustion is continuously generated by the thermal energy in the exhaust gas without supplying energy from the outside.
[0008]
This NO₂In the improved system of the regenerative DPF system, a porous catalyst coat layer of an oxidation catalyst is applied to the porous wall surface of the wall flow filter to oxidize NO and generate NO.₂The PM is oxidized on the wall surface of the wall flow filter, and the system is simplified by omitting the oxidation catalytic converter.
[0009]
There is also a system in which a porous catalyst coat layer of an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst such as an oxide is applied to the porous wall surface of the wall flow filter, PM accumulated in the filter is burned at a low temperature, and continuously regenerated.
[0010]
All of these DPF systems with a catalyst have a catalyst and NO₂This is a system that realizes continuous regeneration of PM by lowering the PM oxidation start temperature than that of a normal filter by the oxidation reaction of PM.
[0011]
However, even if the PM oxidation start temperature is lowered, an exhaust temperature of about 350 ° C. is still necessary, so in low load operation and idle operation, the exhaust temperature is low, so PM oxidation and DPF self-regeneration occur. Absent. Therefore, if the engine operation state where the exhaust temperature is low, such as idling or low load, continues, PM will not be oxidized even if PM accumulates, resulting in increased exhaust pressure, worsening fuel consumption, and engine stop Troubles such as this may occur.
[0012]
Therefore, in these continuous regeneration type DPF systems, the clogged state of the DPF is monitored, and when the clogged state exceeds a predetermined criterion, the exhaust temperature is forcibly increased to forcibly accumulate the PM. DPF regeneration control is performed to burn and remove.
[0013]
One method of detecting this clogging state is to obtain an exhaust flow rate and a filter pressure loss (differential pressure before and after DPF) from an intake flow rate sensor, an exhaust temperature sensor, and an exhaust pressure sensor. A method has been proposed in which regeneration is started when the measured filter pressure loss is larger than the regeneration start pressure loss compared to the regeneration start pressure loss (determination value pressure loss value) (see, for example, Patent Document 1).
[0014]
Also, the filter pressure loss is calculated from the pressure sensor that measures the DPF inlet pressure and the atmospheric pressure sensor, and the filter pressure loss is calculated based on the engine speed or the engine speed and boost pressure. Compared to the above, there has been proposed a method of starting regeneration when the measured filter pressure loss is larger than this pressure loss threshold (see, for example, Patent Document 2).
[0015]
Furthermore, the coefficient related to the filter pressure loss is calculated from the pressure loss and the atmospheric pressure upstream of the DPF, and the pressure loss of the exhaust flow rate measuring unit provided upstream of the DPF, and the pressure upstream of the DPF and the engine intake pressure A method has also been proposed in which a coefficient related to the filter pressure loss is calculated from the engine speed, the coefficient related to the filter pressure loss is compared with a threshold value, and regeneration is started if the coefficient is larger than the threshold value. (For example, refer to Patent Document 3).
[0016]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-13951
[0017]
[Patent Document 2]
JP 2002-364342 A
[0018]
[Patent Document 3]
JP 2002-371829 A
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to determine the start of regeneration of the DPF, an attempt is made to detect the clogged state of the DPF with various parameters. The pressure loss of the DPF is the actual operating state of the engine, that is, the engine load, the engine speed. Because of the influence of exhaust gas flow velocity, pressure, flow rate, temperature, etc., filter pressure loss based on exhaust flow rate, filter pressure loss based on engine speed, or factors related to filter pressure loss, etc. Comparing with the corresponding threshold values alone, problems such as insufficient clogging detection accuracy in determining the DPF regeneration timing, and problems such as an increase in the number of sensors and complicated control. There is.
[0020]
On the other hand, in the flow in the flow path, the pressure loss ΔP in the circular pipe is determined by the Nikraze experiment or the like, the fluid density is ρ, the average flow velocity is U, the pipe shaft length is L, the pipe diameter is d, and the pipe friction coefficient is ΔP = λ * (ρ * U²/ 2) * (L / d), and the pipe friction coefficient λ particularly in the flow of a rough circular pipe is the Reynolds number Re in the case of turbulent flow, where the kinematic viscosity coefficient of the fluid is μ. It is known that λ = Fλ (Re, ε / d), which is a function of = U * d / (μ / ρ) and the relative roughness of the wall surface (standard roughness / tube diameter = ε / d).
[0021]
Then, the pressure loss coefficient ζ is set to ζ = ΔP / (ρU²/ 2), ζ = λ * (L / d), and this pressure loss coefficient ζ is a function of the Reynolds number Re and the relative roughness (ε / d) of the wall surface, as is the case with the pipe friction coefficient λ. When the Reynolds number Re is fixed, as shown by Colebrook's equation that gives Fζ (Re, ε / d) approximately and the tube friction coefficient of a practical tube, and the Moody diagram that summarizes this equation in a diagram In the turbulent region where the Reynolds number Re and the relative roughness (ε / d) are relatively large, the pressure loss coefficient ζ is a monotonically increasing function with respect to the relative roughness (ε / d).
[0022]
In the PM collection process of the DPF, the PM adheres to the wall surface of the exhaust gas passage of the DPF, and the increase in the adhered PM increases the relative roughness (ε / d) of the wall surface. The flow in the DPF is similar to the flow in the pipe. Based on the Reynolds number Re, it is considered that the accumulated state of PM, that is, the clogged state of the DPF can be detected from the pressure loss coefficient ζ.
[0023]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems by obtaining these findings. The purpose of the present invention is to detect DPF clogging in order to determine the DPF regeneration start time and regeneration end time. Using the fact that the pressure loss coefficient becomes a monotone function of the wall roughness when the exhaust temperature and the Reynolds number are constant, it is possible to accurately detect the clogged state of the DPF with relatively few sensors and calculations. An object of the present invention is to provide a DPF clogging detection method and an exhaust gas purification system.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
A method for detecting clogging of a DPF for achieving the above object includes a DPF that collects particulate matter in an exhaust passage of an internal combustion engine, a differential pressure sensor that detects a differential pressure across the DPF, and the DPF In the exhaust gas purification system comprising an exhaust temperature sensor for detecting the exhaust temperature inside the exhaust gas, an inlet exhaust pressure sensor for detecting the exhaust pressure at the inlet of the DPF, and an exhaust flow rate detecting means for detecting the exhaust flow rate, DPF differential pressure measured by the pressure sensor, DPF internal exhaust temperature measured by the exhaust temperature sensor, DPF inlet exhaust pressure measured by the inlet exhaust pressure sensor, and detected by the exhaust flow rate detecting means From the exhaust flow rate, the pressure loss coefficient of the DPF and the Reynolds number of the exhaust gas passing through the DPF are calculated, and the calculated pressure loss coefficient of the DPF is calculated using the DPF internal exhaust temperature and the Reynolds. By comparing the determined value calculated from the data of the previously prepared determined values for pressure loss coefficient number based, and detecting the clogging of the DPF.
[0025]
In the DPF clogging detection method described above, whether the pressure loss coefficient data for the determination value is data for determining whether to start the regeneration control of the DPF, or whether the regeneration control of the DPF is to be terminated. It is characterized in that it is at least one of data for judging whether or not reproduction is complete.
[0026]
Here, the pressure loss coefficient ζ is ζ = ΔP / (ρU, where ΔP is the differential pressure across the DPF, Δ is the exhaust gas density, and U is the average flow velocity passing through the DPF.²/ 2).
[0027]
According to the DPF clogging detection method of the present invention, the clogged state of the DPF that progresses as PM is collected in the exhaust gas is simulated by the pressure loss in the rough pipe flow, and the exhaust gas temperature and Reynolds. Since the pressure loss coefficient based on the number is adopted as the criterion, the clogging state can be estimated with high accuracy.
[0028]
When PM accumulation in the DPF is considered as an increase in the relative roughness (ε / d) of the wall surface, and the flow of the DPF is considered to be a flow in a rough pipe, the pressure loss coefficient ζ of the DPF is the flow of the flow in the rough pipe. As with the pipe friction coefficient λ, the function ζ = Fζ (Re, ε / d) of the Reynolds number Re and the relative roughness (ε / d) of the wall surface, and the exhaust temperature T only has an effect on the Reynolds number Re. In practice, however, the exhaust temperature affects the viscosity of the exhaust gas, and thus affects ε / d through the state of the laminar flow near the inner wall surface of the exhaust passage. Further, since there is a change in the size of the exhaust passage (cell, etc.) due to the thermal expansion of the DPF itself, it has been experimentally found that the pressure loss coefficient ζ of the DPF also differs if the exhaust temperature T is different even if the Reynolds number Re is the same. Yes. Therefore, when the PM accumulation state, that is, the clogged state of the DPF is detected from the pressure loss coefficient ζ, it is necessary to consider not only the Reynolds number Re but also the exhaust temperature T. Therefore, in the present invention, the Reynolds number Re At the same time, the exhaust temperature T is used as a base.
[0029]
An exhaust gas purification system for realizing the DPF clogging detection method includes a DPF that collects particulate matter in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a regeneration control means for regenerating the DPF. In the exhaust gas purification system provided, a differential pressure sensor that detects a differential pressure across the DPF, an exhaust temperature sensor that detects an exhaust temperature inside the DPF, and an inlet exhaust pressure that detects an exhaust pressure at the inlet of the DPF A sensor and an exhaust flow rate detecting means for detecting an exhaust flow rate, wherein the regeneration control means includes a differential pressure across the DPF measured by the differential pressure sensor, and an internal exhaust temperature of the DPF measured by the exhaust temperature sensor. From the DPF inlet exhaust pressure measured by the inlet exhaust pressure sensor and the exhaust flow rate detected by the exhaust flow rate detecting means, the DPF pressure loss coefficient and the D The Reynolds number of the exhaust gas passing through F is calculated, and the calculated pressure loss coefficient of the DPF is a judgment value calculated from the pressure loss coefficient data for the judgment value prepared in advance based on the DPF internal exhaust temperature and the Reynolds number. By comparing, it is characterized by detecting the clogged state of the DPF.
[0030]
Further, the exhaust gas purification system uses the DPF front-rear differential pressure measured instead of the pressure loss coefficient, and compares it with the determination value for the DPF front-rear differential pressure calculated from the data of the determination value pressure-loss coefficient. Thus, the clogged state of the DPF is detected.
[0031]
That is, when comparing, without calculating the pressure loss coefficient from the measured differential pressure across the DPF, the density and average flow velocity are used based on the pressure loss coefficient for the judgment value obtained from the data of the pressure loss coefficient for the judgment value. A determination value for differential pressure across the DPF is calculated and compared to detect a clogged state of the DPF.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a DPF clogging detection method and an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a continuous regeneration DPF including an oxidation catalytic converter and a filter with a catalyst.
[0033]
FIG. 1 shows a configuration of an exhaust gas purification system 1 according to this embodiment. In the exhaust gas purification system 1, a continuous regeneration type DPF (hereinafter referred to as DPF) 40 that collects PM (particulate matter) in exhaust gas and removes it by combustion is disposed in an exhaust pipe 30 of the diesel engine 10. The DPF 40 includes an oxidation catalytic converter 40a on the upstream side and a filter 40b with a catalyst on the downstream side.
[0034]
The oxidation catalyst converter 40a is formed by supporting an oxidation catalyst such as platinum (Pt) on a support such as a porous ceramic honeycomb structure, and the catalyst-equipped filter 40b is formed of a porous ceramic honeycomb channel. It is formed by a monolith honeycomb wall flow type filter in which the inlet and the outlet are alternately sealed. An oxidation catalyst such as platinum or a PM oxidation catalyst such as cerium oxide is supported on the filter portion. In the filter with catalyst 40b, PM in the exhaust gas G is collected (trapped) by a porous ceramic wall.
[0035]
A mass air flow (MAF) sensor 11 that detects an intake mass flow rate Mm in the intake pipe 20 of the engine 10, and a differential pressure sensor 41 that detects a differential pressure ΔPm across the DPF 40 in a conduction pipe connected before and after the DPF 40, Further, the DPF 40 is provided with an exhaust temperature sensor 42 for detecting the exhaust temperature Tim inside, and an inlet exhaust pressure sensor 43 for detecting the exhaust pressure Pim at the DPF inlet. The output values of these sensors are input to a control device (electronic control box: ECU: engine control unit) 50 that performs overall control of the operation of the engine 10 and also controls regeneration of the DPF 40.
[0036]
In this control device, the clogged state of the DPF 40 is detected from the measured values from the sensors 11, 41, 42, and 43 and various data inputted in advance, and the clogged state exceeds a predetermined regeneration start reference. The regeneration control is performed for regeneration of the DPF 40, and when the clogged state of the DPF 40 becomes a predetermined regeneration termination reference, the regeneration control is terminated. Note that this predetermined reproduction start reference is set according to the necessity of the reproduction control, and is not necessarily set so that the reproduction is started not only in a full clogged state but also in a half clogged state. Also good.
[0037]
The regeneration control varies depending on the type of the DPF 40. For example, the fuel injection valve, the exhaust throttle valve, and the like of the engine 10 are controlled by a control signal output from the control device 50.Intake valve etc.The temperature of the exhaust gas G flowing into the DPF 40 is controlled to increase the PM collected in the DPF 40.
[0038]
In the regeneration control of the exhaust gas purification system 1, the detection of the clogged state of the DPF 40 and the determination of the start of the regeneration control and the end of the regeneration control are performed. This determination is illustrated in FIGS. 2 and 3. Such a clogging state determination control flow is performed. The control flow illustrated in FIG. 2 and FIG. 3 is shown as a control flow that is repeatedly called from the main control flow and executed.
[0039]
That is, when the main control program for controlling the entire engine starts with the start of the engine, it is repeatedly called as necessary from the main control flow or the DPF regeneration control flow that is a sub-flow of the main control flow, and the clogging in FIG. The state determination control flow starts, executes this control flow, and returns to the main control flow or the like. Then, the control flow of FIG. 2 is repeatedly executed until the main control flow ends.
[0040]
When the clogging state determination control flow of FIG. 2 starts, calculation data and a determination value data map are input in step S11.
[0041]
The calculation data includes the cross-sectional area A of the exhaust gas G for obtaining the average exhaust gas flow velocity U, the Reynolds number dimension d, and the relationship between the exhaust gas temperature T and the viscosity μ, which is exhaust gas viscosity calculation data. Data (μ = fμ (T)), the density ρ0 of the exhaust gas in the reference state (reference pressure P0, reference temperature T0), and the like. The passage cross-sectional area A is a value such as the sum of the cross-sectional area of the flow path and the cell in the DPF, and the dimension d for the Reynolds number is a value for calculating the Reynolds number Re. Is a fixed value representative of the dimension of the portion through which, for example, the pipe diameter of the DPF, the inner diameter of the cell of the DPF, and the like.
[0042]
Further, the determination value data map includes a regeneration start determination value ζs = Fζs (Re, T) for determining whether or not to start the regeneration control of the DPF 40, and whether or not to terminate the regeneration control of the DPF 40. There is a reproduction end determination value ζe = Fζe (Re, T) for determination. In this determination value data map, when the exhaust gas temperature T is constant, based on the Reynolds number Re, the determined regeneration start determination value ζs and regeneration end determination value ζe are converted into map-like data. Is. When the exhaust temperature T is constant, the horizontal axis is the base of the Reynolds number Re, and the regeneration start determination value ζs is plotted on the vertical axis, the result is as shown in FIG.
[0043]
In the next step S12, measured values of the intake flow rate (intake mass flow rate) Mm, the fuel injection amount Qf, the DPF internal exhaust temperature Tim, the DPF front-rear differential pressure ΔPm, and the DPF inlet pressure Pim are input. The intake air flow rate Mm is detected by the mass airflow sensor 11, the DPF internal exhaust temperature Tim is detected by the exhaust temperature sensor 42, the DPF differential pressure ΔPm is detected by the differential pressure sensor 41, and the DPF inlet pressure Pim is detected by the inlet exhaust pressure sensor 43. The fuel injection amount Qf is a value instructed by engine control.
[0044]
In step S13, the exhaust gas viscosity μc = fμ (Tim), density ρc = ρ0 * (Pim / P0) * (T0 / Tim), and average flow velocity Uc = Mexh / (ρc * A) are calculated. . Mexh is an exhaust flow rate (exhaust mass flow rate) calculated from the intake air flow rate Mm measured by the mass air flow sensor 11 and the fuel injection amount Qf, and the exhaust flow rate accompanied by the input of the mass air flow sensor 11 and the fuel injection amount Qf. Exhaust flow rate detection means is configured by calculation means for calculating Mexh.
[0045]
In step S14, the Reynolds number Rec = Uc * d / (μc / ρc) is calculated. In step S15, the pressure loss coefficient ζc = ΔPm / (ρc * Uc²/ 2) is calculated. Further, in step S16, the regeneration start determination value ζsc = Fζs (Rec, Tim) from the determination value data of the regeneration start determination value ζs = Fζs (Re, T) where the exhaust temperature T is Tim and the Reynolds number Re is Rec. Is calculated. This calculation is obtained by calculation from the function Fζs or by referring to a data map of the regeneration start determination value ζs based on the Reynolds number Re and the exhaust temperature T.
[0046]
In step S17, the pressure loss coefficient ζc calculated in step S15 is compared with the regeneration start determination value ζsc calculated in step S16 to determine the clogged state of the DPF.
[0047]
If the pressure loss coefficient ζc is smaller than the regeneration start determination value ζsc, it is determined that there is no clogging that requires regeneration control, and the process returns to step S12. If the pressure loss coefficient ζc is equal to or greater than the regeneration start determination value ζsc, it is determined that the clogged state requires regeneration control, and the DPF clogging signal Is is turned ON (Is = 1) in step S18. Then, the reproduction starts in step S19, and the reproduction control of another flow is started. When the reproduction start is finished, the flow of FIG. 2 returns, is called again, starts, and steps S11 to S19 are repeated.
[0048]
Note that, in the case of the reproduction end determination, as shown in FIG. 3, step S16 to step S19 are changed to step S16A to step S19A.
[0049]
In step S16A, instead of the regeneration start determination value ζsc, from the determination value data of regeneration end determination value ζe = Fζe (Re, T), the regeneration end determination in which the exhaust temperature T is Tim and the Reynolds number Re is Rec. The value ζec = Fζe (Rec, Tim) is calculated. This calculation is obtained by calculation from the function Fζe or by referring to a data map of the regeneration end determination value ζe based on the Reynolds number Re and the exhaust temperature T.
[0050]
In step S17A, the pressure loss coefficient ζc calculated in step S15 is compared with the regeneration end determination value ζse calculated in step S16A to determine the clogged state of the DPF. When the pressure loss coefficient ζc is larger than the regeneration end determination value ζse, it is determined that the clogging is necessary for the regeneration control, and the process returns to step S12. If the pressure loss coefficient ζc is equal to or less than the regeneration end determination value ζse, it is determined that the regeneration control may be terminated, and the DPF clogging signal Is is turned off (Is = Is = S18A). 0), the reproduction ends in step S19A, and reproduction control of another flow is started.
[0051]
Further, by using the DPF front-rear differential pressure ΔPm measured instead of the pressure loss coefficient, and comparing it with the DPF front-rear differential pressure determination values ΔPms, ΔPme calculated from the determination value pressure-loss coefficient data, You may comprise so that a clogged state may be detected.
[0052]
In this configuration, the pressure loss coefficient ζc is not calculated from the measured differential pressure before and after the DPF ΔPm, and the density ρc and the average flow velocity are calculated based on the determination value pressure loss coefficients ζs and ζe obtained from the determination value pressure loss coefficient data. The determination values ΔPs (= ζs * ρc * Uc * Uc / 2) and ΔPe (= ζe * ρc * Uc * Uc / 2) for the differential pressure across the DPF are calculated using Uc, and the measured differential across the DPF is calculated. By comparing the pressure ΔPm with the determination value ΔPs (or ΔPe) for the differential pressure across the DPF,Detects clogging.
[0053]
In other words, when the measured DPF front-rear differential pressure ΔPm is equal to or larger than the DPF front-rear differential pressure determination value ΔPs, which is the regeneration start determination value, it is determined that the clogged state requires regeneration control, and the regeneration ends. If it is equal to or smaller than the DPF front-rear differential pressure determination value ΔPe, the regeneration control is determined to be in a clogged state.
[0054]
By these clogging state determination control, the clogging state of the DPF 40 can be estimated with high accuracy.
[0055]
Next, creation of determination value data will be described.
The determination value data is obtained by making the DPF clogged at the start of regeneration. In this state, the engine operating state is changed, the exhaust temperature Tim and the Reynolds number Rec are changed, and the DPF pressure loss coefficient ζsc is calculated. In this state, the relationship between the exhaust temperature Tim, the Reynolds number Rec, and the DPF pressure loss coefficient ζsc is obtained, the DPF pressure loss coefficient ζs is arranged based on the exhaust temperature T and the Reynolds number Re, and the DPF regeneration start determination value ζs = A function and a data map of Fζs (Re, T) are created.
[0056]
Further, the DPF is made clogged at the end of regeneration, and in this state, the engine operating state is changed, the exhaust temperature Tim and the Reynolds number Rec are changed, and the DPF pressure loss coefficient ζec is calculated. The exhaust temperature in this state The relationship between Tim, the Reynolds number Rec, and the DPF pressure loss coefficient ζec is obtained, the DPF pressure loss coefficient ζe is arranged based on the exhaust temperature T and the Reynolds number Re, and the DPF regeneration end determination value ζe = Fζe (Re, T ) Functions and data maps.
[0057]
The reproduction start determination value ζs = Fζs (Re, T) and the reproduction end determination value ζe = Fζe (Re, T) are input to the control device in advance in the form of a function, a data map, or the like. The
[0058]
In the above description, the continuous regeneration type DPF including the upstream oxidation catalyst converter and the downstream filter with catalyst has been described as an example. However, the present invention includes an oxidation catalyst converter and a filter that does not carry a catalyst. Continuous regeneration type DPF, continuous regeneration type DPF in which an oxidation catalyst and a PM oxidation catalyst are supported on a filter with a catalyst without an oxidation catalyst converter, and a DPF composed of a filter that does not carry a catalyst (a DPF that does not belong to the continuous regeneration type) ) And the like.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the DPF clogging detection method and the exhaust gas purification system of the present invention, the clogged state of the DPF that progresses with the collection of PM in the exhaust gas is imitated by a rough flow in the pipe. Thus, the pressure loss coefficient based on the temperature of the exhaust gas flowing through the DPF and the Reynolds number is adopted as a criterion for detecting the clogged state of the DPF, so that the clogged state can be estimated with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purification system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a control flow for clogging determination for starting regeneration control according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a control flow for clogging determination at the end of regeneration control according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a data map of reproduction start determination values according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust gas purification system
11 Mass Air Flow Sensor
20 Exhaust passage
40 Continuous regeneration type DPF (DPF)
41 Differential pressure sensor
42 Exhaust temperature sensor
43 Inlet exhaust pressure sensor
A Exhaust gas cross-sectional area
d Reynolds number dimensions
Is DPF clogging signal
Mm Intake mass flow rate
Mexh Exhaust mass flow rate
P0 reference pressure
Pim DPF inlet pressure
ΔPm DPF differential pressure before and after
Qf Fuel injection amount
Re, Rec Reynolds number
T0 reference temperature
T, Ti, Tim DPF internal exhaust temperature
U, Uc Exhaust gas average flow velocity
μ, μc Exhaust gas viscosity
ρ0 Standard density of exhaust gas
ρc Exhaust gas density
ζ, ζc Pressure loss coefficient
ζs, ζsc Reproduction start judgment value

Claims

In an exhaust gas purification system including a DPF that collects particulate matter in an exhaust passage of an internal combustion engine,
From the differential pressure across the DPF, the DPF internal exhaust temperature, the DPF inlet exhaust pressure, and the exhaust flow rate , calculate the pressure loss coefficient of the DPF and the Reynolds number of the exhaust gas passing through the DPF,
The clogged state of the DPF is detected by comparing the calculated pressure loss coefficient of the DPF with a determination value calculated from the pressure loss coefficient data for the determination value prepared in advance based on the DPF internal exhaust temperature and the Reynolds number. A method for detecting clogging of a DPF, characterized in that

The determination value pressure loss coefficient data is at least one of data for determining whether or not to start regeneration control of the DPF and data for determining whether or not to end regeneration control of the DPF. The DPF clogging detection method according to claim 1, wherein:

In an exhaust gas purification system provided with a DPF for collecting particulate matter in an exhaust passage of an internal combustion engine, and provided with a regeneration control means for regenerating the DPF,
The regeneration control means calculates the pressure loss coefficient of the DPF and the Reynolds number of the exhaust gas passing through the DPF from the differential pressure across the DPF, the DPF internal exhaust temperature, the DPF inlet exhaust pressure, and the exhaust flow rate . The clogged state of the DPF is detected by comparing the pressure loss coefficient with a determination value calculated from data of a pressure loss coefficient for a determination value created in advance based on the DPF internal exhaust temperature and the Reynolds number. Exhaust gas purification system.