JP4496939B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンの排気パティキュレートを処理する排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device that processes exhaust particulates of a diesel engine.
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処理するために、排気系にパティキュレートを捕集するフィルタを配置し、フィルタに所定量のパティキュレートが堆積したとき、フィルタ温度を上昇させてフィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼除去する、いわゆるフィルタの再生処理を行う装置において、再生時期になると排気中の酸素濃度を増加させるようにしたものがある(特許文献1参照)。
ところで、図16は例えば高速走行していた状態において再生処理を行っている途中で突然にアイドル状態へと移行したときにフィルタの最高温度(以下「最高ベッド温度」という。)がどのように変化するのかをフィルタ内のパティキュレート捕集量を相違させて調べた実験結果で、フィルタ内のパティキュレート捕集量が多いほど最高ベッド温度の上昇の傾きが大きくなっている。フィルタには耐熱性能からくる許容温度があり、フィルタの最高ベッド温度がこのフィルタ温度許容値を超えて上昇すればフィルタの耐熱性が低下しかねない。従って、フィルタの最高ベッド温度がフィルタ温度許容値を超えることがないようにするにはフィルタ内のパティキュレート捕集量、厳密には再生処理中におけるフィルタ内のパティキュレートの燃焼除去量であるパティキュレート再生量を考慮してフィルタの温度制御を行う必要がある。フィルタのベッド温度はフィルタ内のパテキュレートの燃焼速度と等価であり、その燃焼速度は排気中の酸素濃度に依存する。 Incidentally, FIG. 16 shows how the maximum temperature of the filter (hereinafter referred to as “maximum bed temperature”) changes when the state suddenly shifts to the idle state during the regeneration process in a state where the vehicle is traveling at a high speed, for example. As a result of an experiment in which the amount of particulate collection in the filter is determined to be different, the increase in the maximum bed temperature increases as the amount of particulate collection in the filter increases. The filter has an allowable temperature due to heat resistance. If the maximum bed temperature of the filter rises above the allowable filter temperature, the heat resistance of the filter may be lowered. Therefore, in order to prevent the maximum bed temperature of the filter from exceeding the filter temperature allowable value, the particulate collection amount in the filter, strictly speaking, the particulate removal amount of the particulates in the filter during the regeneration process. It is necessary to control the temperature of the filter in consideration of the amount of curate regeneration. The filter bed temperature is equivalent to the burning rate of the particulates in the filter, and the burning rate depends on the oxygen concentration in the exhaust.
そこで本発明は、フィルタの再生処理中のパティキュレート再生量の如何に拘わらずフィルタの最高ベッド温度を高く維持する装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus that maintains the maximum bed temperature of a filter high regardless of the amount of particulate regeneration during the regeneration process of the filter.
一方、特許文献1の技術では、フィルタの前後差圧dPが許容差圧dPcより大きくなると、フィルタの再生処理を開始し、この場合にその再生処理の開始時よりエンジン制御ルーチンが行われた回数をカウンタnにより検出している。そして、このカウンタnが第1の閾値回数th1に達していない間はEGR弁を全閉として排気中の酸素濃度を増加させてパティキュレートの燃焼を促進し、カウンタnが第1の閾値回数th1に達してもフィルタの前後差圧が十分に低下しない場合にはEGR制御に加えて過給圧を上昇させることでさらに排気中の酸素濃度を増加し、パティキュレートの燃焼を一段と促進するようにしている。
On the other hand, in the technique of
このように特許文献1の技術はフィルタの前後差圧とフィルタの再生処理を開始してからの経過時間とに応じて排気中の酸素濃度を制御するものでしかなく、フィルタの再生処理中のパティキュレート再生量に基づいて排気中の酸素濃度を制御する本願発明とは技術的思想が異なる。
As described above, the technique of
本発明は、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、このフィルタの再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理中に前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼除去量であるパティキュレート再生量(PMr)が増えるほど排気中の酸素濃度を増加させるように構成する。さらに、酸素濃度増加手段は吸入新気量制御手段であり、再生処理中にパティキュレート再生量PMrに応じて一定時間に対する新気量を増量する時間の割合である新気量増量時間割合を演算し、この新気量増量時間割合に応じて吸入新気量制御手段を制御する。
The present invention provides a filter that collects particulates in exhaust gas, and in the exhaust gas purification apparatus for an engine that performs filter regeneration processing at the time of regeneration of the filter, the particulates accumulated in the filter during the regeneration processing. The oxygen concentration in the exhaust gas is increased as the particulate regeneration amount (PMr) that is the combustion removal amount of the curate increases. Further, the oxygen concentration increasing means is an intake fresh air amount control means, and calculates a new air amount increase time ratio, which is a ratio of time for increasing the fresh air amount to a certain time according to the particulate regeneration amount PMr during the regeneration process. Then, the intake fresh air amount control means is controlled in accordance with the new air amount increase time ratio.
図10に示したようにフィルタの最高ベッド温度がフィルタ温度許容値を超えないようにするにしても、再生処理開始直後でフィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼除去量であるパティキュレート再生量が少ない場合よりも再生処理の開始から暫く経ってパティキュレート再生量が多くなっている場合のほうが排気中の酸素濃度を増加させ得ることから、本発明によれば、再生処理時にパティキュレート再生量(PMr)が増えるほど排気中の酸素濃度を増加させてフィルタ内のパティキュレートの燃焼速度が低下しないようにする(つまりベッド温度を高く維持する)のであり、これによりフィルタの耐熱性に影響を及ぼすことなく再生処理時間を短縮できる。一般的に再生処理は燃費の悪化を伴うのであるが、このように再生処理時間を短縮することで燃費の悪化を抑制することができる。 Even when the maximum bed temperature of the filter does not exceed the filter temperature allowable value as shown in FIG. 10, the particulate regeneration amount that is the combustion removal amount of the particulates deposited on the filter immediately after the regeneration processing is started. Since the oxygen concentration in the exhaust gas can be increased when the particulate regeneration amount has increased for a while after the start of the regeneration process than when the regeneration amount is small, according to the present invention, the particulate regeneration amount during the regeneration process can be increased. As (PMr) increases, the oxygen concentration in the exhaust gas is increased so that the combustion speed of the particulates in the filter does not decrease (that is, the bed temperature is kept high), and this affects the heat resistance of the filter. Reproduction processing time can be shortened without affecting. In general, the regeneration process is accompanied by a deterioration in fuel consumption, but the deterioration in fuel consumption can be suppressed by shortening the regeneration processing time in this way.
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
図1において、1はディーゼルエンジンで、排気通路2と吸気通路3のコレクタ部3aとを結ぶEGR通路4に、圧力制御弁(図示しない)からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のEGR弁6(EGR装置)を備えている。圧力制御弁は、エンジンコントローラ31からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のEGR率を得るようにしている。
In FIG. 1,
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置10を備える。この燃料噴射装置10は、主に燃料タンク(図示しない)、サプライポンプ14、コモンレール(蓄圧室)16、気筒毎に設けられるノズル17からなり、サプライポンプ14により加圧された燃料は蓄圧室16にいったん蓄えられ、この蓄圧室16の高圧燃料が気筒数分のノズル17へと分配される。
The engine includes a common rail
ノズル17(燃料噴射弁)は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に三方弁(図示しない)が介装されている。三方弁(電磁弁)のOFF時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がON状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり三方弁のOFFからONへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またON時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室16の圧力が同じであればON時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
The nozzle 17 (fuel injection valve) includes a needle valve, a nozzle chamber, a fuel supply passage to the nozzle chamber, a retainer, a hydraulic piston, a return spring, and the like, and a three-way valve (not shown) is interposed in the fuel supply passage to the hydraulic piston. It is disguised. When the three-way valve (solenoid valve) is OFF, the needle valve is seated, but when the three-way valve is turned ON, the needle valve rises and fuel is injected from the nozzle hole at the tip of the nozzle. That is, the fuel injection start timing is adjusted by the switching timing of the three-way valve from OFF to ON, and the fuel injection amount is adjusted by the ON time. If the pressure in the
EGR通路4の開口部下流の排気通路2に、排気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン22と吸気を圧縮するコンプレッサ23とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機21を備える。タービン22のスクロール入口に、アクチュエータ25により駆動される可変ノズル24(可変容量機構)が設けられ、エンジンコントローラ31により、可変ノズル24は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側ではタービン22に導入される排気の流速を高めるノズル開度(傾動状態)に、高回転速度側では排気を抵抗なくタービン22に導入させノズル開度(全開状態)に制御する。
The
上記のアクチュエータ25は、制御圧力に応動して可変ノズル26を駆動するダイヤフラムアクチュエータ26と、このダイヤフラムアクチュエータ26への制御圧力を調整する圧力制御弁27とからなり、可変ノズル24の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁27に出力される。
The
コレクタ3a入口には、アクチュエータ43により駆動される吸気絞り弁42(吸気絞り装置)が設けられている。上記のアクチュエータ43は、制御圧力に応動して吸気絞り弁42を駆動するダイヤフラムアクチュエータ44と、このダイヤフラムアクチュエータ44への制御圧力を調整する圧力制御弁45とからなり、吸気絞り弁42が目標開度まで閉じられるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁45に出力される。
An intake throttle valve 42 (intake throttle device) driven by an
アクセルセンサ32、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ33、水温センサ34、エアフローメータ35からの信号が入力されるエンジンコントローラ31では、これらの信号に基づいて目標EGR率と目標過給圧とが得られるようにEGR制御と過給圧制御を協調して行う。
In the
排気通路2には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ41が設置される。フィルタ41のパティキュレート堆積量が所定値(閾値)に達すると、フィルタの再生処理を開始し、フィルタ41に堆積しているパティキュレートを燃焼除去する。
A
フィルタ41の圧力損失(フィルタ41の上流と下流の圧力差)を検出するために、フィルタ41をバイパスする差圧検出通路に差圧センサ36が設けられる。
In order to detect the pressure loss of the filter 41 (the pressure difference between the upstream and downstream of the filter 41), a
この差圧センサ36により検出されるフィルタ41の圧力損失ΔPは、温度センサ37からのフィルタ入口温度T1、温度センサ38からのフィルタ出口温度T2と共にエンジンコントローラ31に送られ、主にマイクロプロセッサで構成されるエンジンコントローラ31では、これらに基づいてフィルタ41の再生処理を行う。
The pressure loss ΔP of the
エンジンコントローラ31で実行されるこの制御をフローチャートを参照して詳述する。
This control executed by the
図2はフィルタ41の1回分の再生処理を行うためのものである。このフローは一定の周期で繰り返し実行するものではなく、時系列的に操作を示したものである。
FIG. 2 is for performing the regeneration process for one time of the
ステップ1では、差圧センサ36により検出される圧力損失ΔPに基いてフィルタ41へのパティキュレート捕集量PMiを演算する。
In
ステップ2では、このパティキュレート捕集量PMiと目標捕集量PMαとを比較する。ここで、目標捕集量PMαはフィルタ41の再生特性に応じて実験等により予め定めておく。パティキュレート捕集量PMiが目標捕集量PMαに達しない場合にはステップ1に戻ってPMiの演算を繰り返す。このPMi演算の繰り返しによりPMiが増えてゆき、やがて目標捕集量PMα以上になるとステップ3に進み再生フェーズに進むため再生フェーズフラグ(ゼロに初期設定)=1、再生終了フラグ(ゼロに初期設定)=0とする。さらにカウンタNの値に1を設定する。
In
ステップ4では再生フェーズフラグ=1となった直後(初回)かどうかをみる。具体的にはカウンタNの値が1であるかどうかをみる。再生フェーズフラグ=1となった直後(N=1)であればステップ5に進みパティキュレート捕集量PMiから図3を内容とするマップを検索することにより、フィルタ41の目標入口温度Tdを演算する。
In
図3に示したように目標入口温度Tdはパティキュレート捕集量PMiが多くなるほど低くなっている。これは、パティキュレート捕集量PMiが増加すると、フィルタ41の再生処理中に燃焼するパティキュレートの量が多くなり、燃焼による温度上昇によってフィルタ41が過剰に高温となるので、これを防止するためである。再生処理開始時のパティキュレート捕集量PMiをパラメータとしているのは、エンジンやフィルタ41の仕様の違いに対応するためのものである。
As shown in FIG. 3, the target inlet temperature Td decreases as the particulate collection amount PMi increases. This is because when the particulate collection amount PMi increases, the amount of particulates burned during the regeneration process of the
ステップ6では、ステップ5で算出した目標入口温度Tdとなるように、排気温度を上昇させるフェーズ(排温昇温フェーズ)に移り、排温昇温手段を用いて排気温度を上昇させる。排温昇温手段としては、通常の燃料噴射後に再度燃料噴射を行うポスト噴射を実行する手段や、燃料噴射時期を遅らせる噴射時期リタード手段等、従来から用いられている手段を用いる。
In
ステップ6での排温昇温フェーズの実行を終了すると、ステップ7に進み入口温度センサ37により検出される入口温度T1および出口温度センサ38により検出される入口温度T2に基いて、フィルタ41のベッド温度Tbedを推定する。これは簡単には入口温度T1と出口温度T2との平均値をベッド温度Tbedして用いればよい。
When the execution of the exhaust temperature raising phase in
ステップ8では、ステップ7で算出したフィルタ41のベッド温度Tbedが目標ベッド温度Txを超えた時間を積算し、その積算値を有効再生時間teとして演算する。目標ベッド温度txとはその温度を一定期間維持すればフィルタ41内のパティキュレートを燃え残すことなく全て燃焼し得る温度のことで、目標入口温度Tdから定まり、さらに再生処理開始時のパティキュレート捕集量PMiに応じても変化する値である。
In step 8, the time when the bed temperature Tbed of the
ベッド温度Tbedは図4に示したように走行条件の変化を受けて変化するため、ベッド温度Tbedが目標ベッド温度Tx未満になっているときにはフィルタ41内のパティキュレートが完全燃焼できずに燃え残ることが考えられる。そこで、パティキュレートの完全燃焼に実際に寄与した期間を有効再生期間teとして定義する。具体的にはベッド温度Tbedが目標ベッド温度Tx以上となっている期間の積算値を有効再生期間teとする。従って、図4の場合には有効再生期間teを次式(1)により算出する。
As shown in FIG. 4, the bed temperature Tbed changes in response to changes in traveling conditions. Therefore, when the bed temperature Tbed is lower than the target bed temperature Tx, the particulates in the
te=tx1+tx2+tx3+tx4…(1)
このようにベッド温度が目標ベッド温度以上となっている期間である有効再生期間teを用いることによって、フィルタ41内のパティキュレートが不完全燃焼を行う期間を除くことができるので、精度良くフィルタ41内のパティキュレートの完全燃焼量(再生量)を推定することが可能となる。
te = tx1 + tx2 + tx3 + tx4 (1)
By using the effective regeneration period te in which the bed temperature is equal to or higher than the target bed temperature in this way, the period during which the particulates in the
有効再生時間teの演算方法はこれに限られない。すなわち、ベッド温度Tbedが目標ベッド温度Tx未満であるときにはパティキュレートの一部が燃え残ることを前述したが、これを逆に言うと、燃え残る以外の部分は完全燃焼してその分のパティキュレートは消失している。従って、ベッド温度Tbedが目標ベッド温度Tx未満であるときにこの完全燃焼して消失した部分も有効再生期間に含めて取り込むべきである。 The method for calculating the effective reproduction time te is not limited to this. That is, when the bed temperature Tbed is lower than the target bed temperature Tx, it has been described above that a part of the particulates remains unburned. Conversely, in other words, the remaining portions other than the unburned portion are completely burned and the particulates corresponding to that portion. Has disappeared. Therefore, when the bed temperature Tbed is lower than the target bed temperature Tx, the portion that disappears after complete combustion should be included in the effective regeneration period.
これを図5を用いて具体的に説明すると、図5は図4と同様にベッド温度Tbedの時間的変化を表したものである。目標ベッド温度Txより低い温度域においてパティキュレートが燃焼を開始する最低の温度を第1温度Taとして、この第1温度Taと目標ベッド温度Txの間をいくつかに区切る。図示の例は4つで、その区切りの温度を第2温度Tb、第3温度Tc、第4温度Tdとし、ベッド温度Tbedが
Ta〜Tbの温度範囲にある期間をta1、ta2、
Tb〜Tcの温度範囲にある期間をtb1、tb2、tb3、
Tc〜Tdの温度範囲にある期間をtc1、tc2、tc3、
Td〜Txの温度範囲にある期間をtd1、td2
Tx以上の温度範囲にある期間をtx1
と設定する。区切る数は4つに限定されるものではない。
This will be described in detail with reference to FIG. 5. FIG. 5 shows the temporal change of the bed temperature Tbed as in FIG. The lowest temperature at which the particulates start combustion in the temperature range lower than the target bed temperature Tx is defined as the first temperature Ta, and the first temperature Ta and the target bed temperature Tx are divided into several parts. In the example shown in the figure, the temperature of the section is the second temperature Tb, the third temperature Tc, and the fourth temperature Td, and the periods in which the bed temperature Tbed is in the temperature range of Ta to Tb are ta1, ta2,
The periods in the temperature range of Tb to Tc are tb1, tb2, tb3,
A period in the temperature range of Tc to Td is defined as tc1, tc2, tc3,
The period in the temperature range from Td to Tx is td1, td2.
The period in the temperature range above Tx is tx1
And set. The number of divisions is not limited to four.
このとき次式により有効再生期間teを算出する。 At this time, the effective reproduction period te is calculated by the following equation.
te=Ka×(ta1+ta2)+Kb×(tb1+tb2+tb3)
+Kc×(tc1+tc2+tc3)+Kd×(td1+td2)
+Kx×(tx1)…(2)
ただし、Ka,Kb,Kc,Kd,Kx;有効再生期間の温度係数、
ここで、有効再生期間の温度係数は、フィルタ41内のパティキュレートが完全燃焼する部分を有効再生期間として重み付けするための値で、ベッド温度Tbedが目標ベッド温度Tx以上であるときにはフィルタ41内のパティキュレートの全てが完全燃焼して消失するので、温度係数Kxは1.0である。ベッド温度Tbedが目標ベッド温度Tx未満であるときに例えばフィルタ41内のパテキュレートの1割が燃え残り残り9割が完全燃焼して消失するとすれば温度係数は0.9である。同様にしてフィルタ41内のパテキュレートの5割が燃え残り残り5割が完全燃焼して消失するとすれば温度係数は0.5である。ベッド温度Tbedが目標ベッド温度Tx未満であるときにベッド温度が低いほど完全燃焼して消失するパティキュレートの割合が小さくなるので、5つの温度係数Ka,Kb,Kc,Kd,Kxについての大小関係はKa<Kb<Kc<Kd<Kxとなる(図6参照)。
te = Ka × (ta1 + ta2) + Kb × (tb1 + tb2 + tb3)
+ Kc × (tc1 + tc2 + tc3) + Kd × (td1 + td2)
+ Kx × (tx1) (2)
Where Ka, Kb, Kc, Kd, Kx; temperature coefficient of effective regeneration period,
Here, the temperature coefficient of the effective regeneration period is a value for weighting the part where the particulates in the
このようにすれば、ベッド温度Tbedが目標ベッド温度Tx未満にある温度域で部分的に完全燃焼して消失するパティキュレートの量を有効再生時間teとして織り込むことができるので、フィルタ41内のパティキュレート再生量をより精度良く推定できることになる。 In this way, the amount of the particulate that is partially burnt and disappears in the temperature range where the bed temperature Tbed is lower than the target bed temperature Tx can be factored in as the effective regeneration time te. The amount of curated regeneration can be estimated with higher accuracy.
ステップ9では有効再生時間teと再生処理開始時のパティキュレート捕集量PMiとから図7を内容とするマップを検索することによりフィルタ41に堆積しているパティキュレートのうち完全燃焼して消失した量であるパティキュレート再生量PMrを算出する。図7に示すようにパティキュレート再生量PMrはパティキュレート捕集量PMiが同じであれば有効再生時間teが長いほど多くなり、また有効再生時間teが同じであればパティキュレート捕集量PMiが多くなるほど多くなる値である。
In step 9, by searching a map having the contents shown in FIG. 7 from the effective regeneration time te and the particulate collection amount PMi at the start of the regeneration process, the particulates accumulated in the
ステップ10では、再生処理開始時のパティキュレート捕集量PMiとステップ9で求めたフィルタ41内のパティキュレート再生量PMrとから次式により、フィルタ41に燃えずに残っているパティキュレートの量であるパティキュレート残存量PMxを算出する。
In
PMx=PMi−PMr…(3)
ステップ11ではパティキュレート再生量PMrと目標再生量ΔPMを比較する。ここで、目標再生量ΔPMとしては例えば図8に示したように目標捕集量PMαを4g/Lとしたとき、その4分の1である1g/Lを設定している。もちろん目標再生量ΔPMは目標捕集量PMαの1/4に限定されるものでなく、エンジンやフィルタ41の仕様に応じて適合する。フィルタ41内のパティキュレート再生量PMrがこの目標再生量ΔPM未満である場合にはステップ8に戻りステップ8〜11の操作を繰り返す。この繰り返しによりパティキュレート再生量PMrが増えてゆき、パティキュレート残存量PMxは減ってゆく。
PMx = PMi-PMr (3)
In
やがてパティキュレート再生量PMrが目標再生量ΔPMに達するとステップ11よりステップ12に進む。パティキュレート再生量PMrが目標再生量ΔPMに一致した時刻では図8においてパティキュレート残存量PMxはPMi−PMr=PMα−ΔPM=4−1=3[g/L]となっている。
Eventually, when the particulate regeneration amount PMr reaches the target regeneration amount ΔPM, the routine proceeds from
ステップ12では、パティキュレート残存量PMxと目標残存量PMdとを比較する。ここで、目標残存量PMdは渋滞走行時や高速走行時といった各走行条件に応じて再生フェーズの終了時にフィルタ41に残存することを許容するパティキュレートの量である。連続高速走行時のように完全再生(フィルタ41に堆積しているパティキュレートの全てを燃焼除去すること)を行うことのできる走行条件での目標残存量PMdを0g/Lとすれば、渋滞走行時のように部分的にしか再生を行うことのできない走行条件での目標残存量PMdは、図8に示したように再生処理開始時のパティキュレート捕集量を4g/Lとしたときその半分の2g/Lを設定している。つまり、渋滞走行時にはフィルタ41に堆積しているすべてのパティキュレートを燃焼させて消失させるのではなく、高速走行時の半分のパティキュレートを燃焼し消失させた時点で再生処理を一旦終了し、再びどういう走行条件にあるか否かを判定する。その結果、走行条件が高速走行に移っており、その状態で再生フェーズに移ったときに目標残存量PMdを0g/Lに切換えて再生処理を実行する。
In
ただし、以下ではステップ12でパティキュレート残存量PMxが目標残存量PMd(=2g/L)を超えていると判定された後も渋滞走行が継続しているものとして述べると、このときには再生処理を続けなければならないためステップ4に戻る。このとき、ステップ21でカウンタNの値を1だけ増加させる(N=2)。ステップ4では初回でない(N≠1)と判定されるので、ステップ4よりステップ13に進み、再生処理開始時のパティキュレート捕集量PMiではなく、ステップ10で算出したパティキュレート残存量PMxを用い、この残存量PMxから再び図3を内容とするマップを検索して目標入口温度Tdを算出し、この目標入口温度Tdとなるようにステップ14で排温昇温手段を用いて排気温度を上昇させる。ステップ10で算出したパティキュレート残存量PMxは再生処理開始時のパティキュレート捕集量PMiより小さくなっているので、図3によればパティキュレート残存量PMxから得られる目標入口温度Tdは再生処理開始時のパティキュレート捕集量PMiから得られる目標入口温度Tdより高くなる。すなわち、再生処理開始時の目標入口温度を変えることなく目標残存量PMdまでフィルタ41内のパテキュレートを燃焼させて消失させるのではなく、パティキュレート再生量PMrが目標再生量ΔPMになる毎に目標入口温度Tdを高くしてゆくことで、フィルタ41のベッド温度を高めてフィルタ41のパティキュレートの燃焼を促進する。
However, in the following, it is described that the traffic jam continues even after it is determined in
そして、ステップ15〜18の操作を、前述のステップ7〜10と同じに実行する。 And operation of step 15-18 is performed similarly to above-mentioned step 7-10.
ステップ19ではパティキュレート再生量PMrと、N倍された目標再生量ΔPMとを比較し、パティキュレート再生量PMrが目標再生量ΔPM×N未満である間はステップ16〜19の操作を繰り返し、パティキュレート再生量PMrが目標再生量ΔPM×N以上になるとステップ12に進む。すなわち、目標入口温度Tdの再設定(ステップ13)が行われてからのパティキュレート再生量PMrの増加量が目標再生量ΔPMに達したらステップ12に進む。ステップ19でパティキュレート再生量PMrが目標再生量ΔPM×Nに一致した時刻では図8においてパティキュレート残存量PMxはPMi−PMr=PMi−ΔPM×2=4−2=2[g/L]となっている。
In
このため、ステップ19よりステップ12に進んでパティキュレート残存量PMx(=2g/L)と渋滞走行時の目標残存量PMd(=2g/L)を比較すると、両者が一致するので、渋滞走行時の再生処理を終了して次回の再生処理に備えるためステップ20に進み再生フェーズフラグ=0、再生終了フラグ(ゼロに初期設定)=1とする。
For this reason, the process proceeds from
これで1回の再生処理を終了するので、再びステップ1からの操作を繰り返す。
This completes one reproduction process, and the operation from
図9はフィルタの再生処理中に吸入新気量制御手段を用いて吸入新気量を制御するためのものである。図2との関係では、図2のステップ6、14での排温昇温フェーズで行われる制御をまとめて示したのが図9である。図9のフローは図2と相違して一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。
FIG. 9 is for controlling the intake fresh air amount using the intake fresh air amount control means during the filter regeneration process. In relation to FIG. 2, FIG. 9 collectively shows the control performed in the exhaust temperature raising phase in
ステップ31では再生フェーズフラグ(図2のステップ3で設定される)をみる。再生フェーズフラグ=1のとき、つまり再生処理中であるときにはステップ32に進んでパティキュレート再生量PMrを読み込む。このパティキュレート再生量PMrは、図2のステップ9や17で演算されている値である。
In
ステップ32ではこのパティキュレート再生量PMrから図10を内容とするテーブルを検索することにより、パティキュレート再生量PMrに応じた新気量増量時間割合を演算する。
In
ここで、新気量増量時間割合は一定時間に対する吸入新気量を増やしている時間の割合のことで、新気量増量時間割合の最小値は0%、最大値は100%である。例えば新気量増量時間割合が少ない場合と多い場合の違いを図11に示すと、新気量増量時間割合が多いほうが吸入新気量が増えることがわかる。 Here, the new air volume increase time ratio is the ratio of the time during which the intake fresh air volume is increased with respect to a certain time. The minimum value of the new air volume increase time ratio is 0% and the maximum value is 100%. For example, FIG. 11 shows the difference between the case where the fresh air amount increase time ratio is small and the case where the fresh air amount increase time ratio is large.
こうした新気量増量時間割合とパティキュレート再生量とに応じてフィルタ41の最高ベッド温度は図10に示したように変化する。すなわち、パティキュレート再生量が同じであれば新気量増量時間割合に比例してフィルタ41の最高ベッド温度が高くなる。新気量増量時間割合が同じであればパティキュレート再生量が少ない場合のほうがフィルタ41の最高ベッド温度が高くなる。
The maximum bed temperature of the
この場合に、フィルタ41の最高ベッド温度が高いほどフィルタ41内のパティキュレートの燃焼速度が速くなりフィルタ41内のパティキュレートの燃焼が促進されるので、再生処理を早期に終了させるには新気量増量時間割合が大きいほど好ましいのであるが、その一方でフィルタ41の最高ベッド温度がフィルタ温度許容値(例えば図16に示したように900℃程度)を超えたのではフィルタ41の耐久性が悪くなるためフィルタ41の最高ベッド温度はフィルタ温度許容値に制限する必要ある。このため、そのときのパティキュレート再生量に対する直線とフィルタ温度許容値を表す平行線とが交わる点の新気量増量時間割合を、そのときのパティキュレート再生量に応じた新気量増量時間割合として設定する。
In this case, the higher the maximum bed temperature of the
例えば図10には、パティキュレート再生量が少ない場合と多い場合の2つの場合について例示しており、パティキュレート再生量が少ない場合の新気量増量時間割合を所定値A、パティキュレート再生量が多い場合の新気量増量時間割合を所定値Bとすると、再生の進行と共にパティキュレート再生量が増えてゆくほど新気量増量時間割合を大きくしてゆく。新気量増量時間割合が大きくなるほど図12、図13のように再生速度(パティキュレートの燃焼速度)が大きなり、またパティキュレート再生量が増す。すなわち、再生処理の開始から終了まで新気量増量時間割合を所定値Aに保ったままであると、パティキュレート再生量が多くなるほどフィルタ41の最高ベッド温度(再生温度)がフィルタ温度許容値より低い側に離れてゆく。再生温度が低下すると、図14、図15に示したように、再生終了までの時間(再生処理時間)が長引いてしまう。これに対して、パティキュレート再生量が多くなった場合にもフィルタ41の最高ベッド温度がフィルタ温度許容値を保つようにパティキュレート再生量に応じて新気量増量時間割合を増加させてゆくことで、パティキュレート再生量が多くなった場合においても再生温度を高いままに維持することができ、これにより、再生処理の開始から終了まで新気量増量時間割合を所定値Aに保つ場合に比べて再生処理時間を短縮できる。
For example, FIG. 10 exemplifies two cases where the particulate regeneration amount is small and large, and the fresh air volume increase time ratio when the particulate regeneration amount is small is the predetermined value A, and the particulate regeneration amount is Assuming that the ratio of the fresh air volume increase time when there is a large amount is the predetermined value B, the new air volume increase time ratio is increased as the particulate regeneration amount increases with the progress of regeneration. As the fresh air amount increase time ratio increases, the regeneration speed (particulate combustion speed) increases as shown in FIGS. 12 and 13, and the particulate regeneration amount increases. That is, if the fresh air amount increase time ratio is kept at the predetermined value A from the start to the end of the regeneration process, the maximum bed temperature (regeneration temperature) of the
なお、図10、図12、図14において「PM捕集量」とあるのは、パティキュレート残存量のことである。 In FIGS. 10, 12, and 14, “PM trapping amount” refers to the remaining particulate amount.
図9に戻りステップ34ではステップ33で得た新気量増量時間割合を用いて吸入新気量制御手段を制御する。吸入新気量制御手段としては可変容量ターボ過給機21、EGR弁6、吸気絞り弁42がある。例えば可変ノズル24の開度を小さくするとタービン22の回転速度が高くなり、吸入新気量が増える(排気中の酸素濃度が増加する)。EGR弁6の開度を小さくすると吸入新気量が増える。吸気絞り弁42の開度を閉じている状態から開けば吸入新気量が増える。
Returning to FIG. 9, in
ここで、本実施形態の作用を説明する。 Here, the operation of the present embodiment will be described.
図10に示したようにフィルタ41の最高ベッド温度がフィルタ温度許容値を超えないようにするにしても、再生処理開始直後でフィルタ41に堆積しているパティキュレートの燃焼除去量であるパティキュレート再生量が少ない場合よりも再生処理の開始から暫く経ってパティキュレート再生量が多くなっている場合のほうが排気中の酸素濃度を増加させ得ることから、本実施形態(請求項1に記載の発明)によれば、再生処理中にパティキュレート再生量PMrが増えるほど排気中の酸素濃度を増加させてフィルタ41内のパティキュレートの燃焼速度が低下しないようにする(つまりベッド温度を高く維持する)のであり、これにより、再生処理時間を短縮できる。
一般的に再生処理は燃費の悪化を伴うのであるが、このように再生処理時間を短縮することで、燃費の悪化を抑制することができる。
さらに、酸素濃度増加手段は吸入新気量制御手段であり、再生処理中にパティキュレート再生量PMrに応じて一定時間に対する新気量を増量する時間の割合である新気量増量時間割合を演算し、この新気量増量時間割合に応じて吸入新気量制御手段を制御するので(図9のステップ31〜34参照)、フィルタ41の最高ベッド温度がフィルタ温度許容値を超えて上昇し過ぎることを防止しながら再生処理中のパティキュレートの燃焼速度をより適切にコントロールできる。
As shown in FIG. 10, even if the maximum bed temperature of the
In general, the regeneration process is accompanied by a deterioration in fuel consumption. By thus shortening the regeneration processing time, it is possible to suppress the deterioration in fuel consumption.
Further, the oxygen concentration increasing means is an intake fresh air amount control means, and calculates a new air amount increase time ratio, which is a ratio of time for increasing the fresh air amount to a certain time according to the particulate regeneration amount PMr during the regeneration process. Then, since the intake fresh air amount control means is controlled in accordance with this new air amount increase time ratio (see
本実施形態(請求項2に記載の発明)によれば、排気中の酸素濃度を、フィルタ41の最高ベッド温度がフィルタ温度許容値を超えないように増加させるので、パティキュレート再生量が多くなった段階においても最高ベッド温度をフィルタ温度許容値付近に保つことができることから、再生処理時間をさらに短縮させてより一層燃費悪化を抑制することができる。
According to the present embodiment (the invention described in claim 2), the oxygen concentration in the exhaust gas is increased so that the maximum bed temperature of the
本実施形態(請求項4に記載の発明)によれば、フィルタ41のベッド温度Tbedがパティキュレートを燃焼除去させるのに必要な温度である目標ベッド温度Tx以上となっている期間を積算した値を有効再生期間teとして演算し、この有効再生期間teに基づいてパティキュレート再生量PMrを推定するので、パティキュレートの偏在等によりばらつきが生じるフィルタの前後差圧を用いてのパティキュレート再生量の推定に比べて、精度良くパティキュレート再生量を推定できる。
According to the present embodiment (the invention described in claim 4), the value obtained by integrating the periods in which the bed temperature Tbed of the
実施形態では、パティキュレート再生量PMrに応じて新気量量時間割合を演算する場合で説明したが、図2のステップ10、18で演算されるパテキュレート残存量PMxに応じて新気量量時間割合を演算するようにしてもかまわない。
In the embodiment, the case where the new air amount time ratio is calculated according to the particulate regeneration amount PMr has been described. However, the fresh air amount is determined according to the particulate remaining amount PMx calculated in
実施形態では、パティキュレート再生量MRrを求めてからパティキュレート残存量PMxを求める場合で説明したが、これに限らずパティキュレート残存量を直接求めてもよい。 In the embodiment, the case where the particulate residual amount PMx is obtained after obtaining the particulate regeneration amount MRr has been described. However, the present invention is not limited to this, and the particulate residual amount may be obtained directly.
請求項1に記載の酸素濃度増加手段の機能は、図9のステップ32、33により果たされている。
The function of the oxygen concentration increasing means described in
1 エンジン
31 エンジンコントローラ
37、38 温度センサ(ベッド温度検出手段)
41 フィルタ
1
41 Filter
Claims (6)
このフィルタの再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置において、
前記再生処理中に前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼除去量であるパティキュレート再生量が増えるほど排気中の酸素濃度を増加させる酸素濃度増加手段を備え、
さらに、前記酸素濃度増加手段は吸入新気量制御手段であり、前記パティキュレート再生量に応じて一定時間に対する新気量を増量する時間の割合である新気量増量時間割合を演算し、この新気量増量時間割合に応じて前記吸入新気量制御手段を制御することを特徴とする排気浄化装置。 It has a filter that collects particulates in the exhaust,
In the exhaust emission control device of the engine that performs the regeneration process of the filter at the regeneration time of the filter,
Oxygen concentration increasing means for increasing the oxygen concentration in the exhaust gas as the particulate regeneration amount, which is the combustion removal amount of the particulate deposited on the filter during the regeneration process, increases;
Further, the oxygen concentration increasing means is an intake fresh air amount control means, and calculates a fresh air volume increase time ratio, which is a ratio of time for increasing the fresh air volume with respect to a predetermined time in accordance with the particulate regeneration amount. An exhaust emission control device that controls the intake fresh air amount control means in accordance with a new air amount increase time ratio .
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