JP4561879B2 - Exhaust sensor regeneration device and intake / exhaust control system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、排気センサに付着したパティキュレートを除去して排気センサを再生する排気センサ再生装置およびそれを用いた吸排気制御システムに関する。 The present invention relates to an exhaust sensor regeneration device that regenerates an exhaust sensor by removing particulates attached to the exhaust sensor, and an intake / exhaust control system using the exhaust sensor regeneration device.
従来、内燃機関から排気通路に排出されるパティキュレートをDPF(Diesel Particulate Filter)等の微粒子除去装置で捕集し、大気中への有害成分の排出を防止することが知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1では、排気中に燃料を添加して排気温度を上昇させ、DPFが捕集したパティキュレートを燃焼してDPFを再生する再生処理を実施している。 Conventionally, it is known that particulates discharged from an internal combustion engine to an exhaust passage are collected by a particulate removal device such as DPF (Diesel Particulate Filter) to prevent discharge of harmful components into the atmosphere (for example, (See Patent Document 1). In Patent Document 1, a regeneration process is performed in which fuel is added to exhaust gas to increase the exhaust gas temperature, and particulates collected by the DPF are burned to regenerate the DPF.
また、近年、排気規制の強化が一層厳しくなっているため、内燃機関から排気通路に排出される有害成分を極力低減する技術が検討されている。そこで、排気通路中の排気成分をA/Fセンサ、酸素センサ、NOxセンサ等の排気センサで検出し、これら排気センサの出力信号に基づいて吸排気制御を高精度に実施することが求められている。吸排気制御とは、内燃機関への吸気および内燃機関からの排気の少なくとも一方を制御することであり、吸気量制御、EGR(Exhaust Gas Recirculation)制御、ターボの過給圧制御等が該当する。 In recent years, exhaust emission regulations have become stricter, and techniques for reducing harmful components discharged from the internal combustion engine to the exhaust passage as much as possible are being studied. Therefore, it is required that exhaust components in the exhaust passage be detected by exhaust sensors such as an A / F sensor, oxygen sensor, NOx sensor, etc., and intake / exhaust control be performed with high accuracy based on the output signals of these exhaust sensors. Yes. The intake / exhaust control is to control at least one of intake air to the internal combustion engine and exhaust gas from the internal combustion engine, and includes intake air amount control, EGR (Exhaust Gas Recirculation) control, turbo boost pressure control, and the like.
排気センサは、センサ素子の被水等を防止するためにセンサ素子をカバーで覆い、カバーに設けた通気孔を通してセンサ素子の周囲に排気が流入する構造になっていることが一般的である。 In general, the exhaust sensor has a structure in which the sensor element is covered with a cover in order to prevent the sensor element from being exposed to water, and the exhaust flows around the sensor element through a vent hole provided in the cover.
しかしながら、排気通路に設置される排気センサは排気に晒されるので、排気センサに排気中のパティキュレートが付着することがある。パティキュレートが排気センサに付着して通気孔を塞ぐと、センサ素子の周囲の排気流れが妨げられるので、排気センサ近傍の排気成分の状態に対して、排気センサの出力信号の応答時間が遅れる。その結果、排気通路中の排気成分を排気センサで高精度に検出できなくなる。すると、排気センサの出力信号に基づいて排気通路中の排気成分を検出し、排気成分に基づいて吸排気制御を高精度に実施できなくなる。 However, since the exhaust sensor installed in the exhaust passage is exposed to exhaust gas, particulates in the exhaust gas may adhere to the exhaust sensor. When the particulates adhere to the exhaust sensor and block the vent hole, the exhaust flow around the sensor element is hindered, and therefore the response time of the output signal of the exhaust sensor is delayed with respect to the state of the exhaust component in the vicinity of the exhaust sensor. As a result, the exhaust component in the exhaust passage cannot be detected with high accuracy by the exhaust sensor. Then, the exhaust component in the exhaust passage is detected based on the output signal of the exhaust sensor, and intake / exhaust control cannot be performed with high accuracy based on the exhaust component.
そこで、DPFが捕集したパティキュレートを燃焼してDPFを再生する再生処理を利用して、排気センサに付着したパティキュレートを燃焼し排気センサの応答時間をパティキュレートの付着前の状態に戻し、排気センサを再生することが考えられる。
しかしながら、排気温度を上昇させるだけでは、排気センサに付着したパティキュレートを十分に燃焼して排気センサを元の応答時間に戻すことは困難である。
排気中に燃料を添加して排気温度を上昇させる間隔を短くし、排気センサの再生頻度を高くしてパティキュレートを燃焼することも考えられるが、排気通路に設置される部品に排気温度の上昇による負荷が頻繁に加わるとともに、燃費が悪化するという問題がある。
However, it is difficult to return the exhaust sensor to the original response time by sufficiently burning the particulate adhering to the exhaust sensor only by raising the exhaust temperature.
It is conceivable to add fuel into the exhaust to shorten the interval at which the exhaust temperature rises, and to increase the regeneration frequency of the exhaust sensor to burn the particulates. However, the exhaust temperature rises in the parts installed in the exhaust passage. There is a problem that the load due to the fuel is frequently applied and the fuel consumption deteriorates.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、排気センサに対する再生処理頻度を高くすることなく排気センサに付着したパティキュレートを十分に燃焼させて排気センサを再生する排気センサ再生装置およびそれを用いた吸排気制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an exhaust sensor regeneration device that regenerates an exhaust sensor by sufficiently burning particulates adhering to the exhaust sensor without increasing the regeneration processing frequency for the exhaust sensor. It is another object of the present invention to provide an intake / exhaust control system using the same.
請求項1から8に記載の発明によると、内燃機関の排気通路中の排気成分を検出する排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていると応答時間判定手段が判定すると、排気温度上昇手段による排気通路中の排気温度の上昇を排気温度制御手段が制御するとともに、排気流速増加手段による排気通路中の排気流速の増加を排気流速制御手段が制御する。 According to the first to eighth aspects of the present invention, when the response time determining means determines that the response time of the exhaust sensor for detecting the exhaust component in the exhaust passage of the internal combustion engine is delayed by a predetermined time or more, the exhaust temperature increasing means The exhaust temperature control means controls the rise in the exhaust temperature in the exhaust passage, and the exhaust flow speed control means controls the increase in the exhaust flow speed in the exhaust passage by the exhaust flow speed increasing means.
排気温度の上昇だけでなく、排気流速の増加を制御するので、排気センサに付着したパティキュレートが十分に燃焼し、排気センサのセンサ素子の周囲に排気が流通する。これにより、排気センサの応答遅れを解消し、排気センサの出力信号に基づいて排気通路中の排気成分を高精度に検出できる。 Since not only the rise in the exhaust temperature but also the increase in the exhaust flow velocity is controlled, the particulates adhering to the exhaust sensor are sufficiently combusted, and the exhaust flows around the sensor element of the exhaust sensor. Thereby, the response delay of the exhaust sensor is eliminated, and the exhaust component in the exhaust passage can be detected with high accuracy based on the output signal of the exhaust sensor.
さらに、排気温度および排気流速の両方を制御することにより排気センサに付着したパティキュレートを排気センサに対する1回の再生処理で効率よく燃焼できるので、排気センサに対する再生処理の頻度を増加することなく排気センサを再生できる。これにより、排気通路に設置される部品に排気温度の上昇による負荷が加わることを極力低減するとともに、排気センサの再生のために要する資源、例えば燃料および電力の消費を低減できる。 Furthermore, by controlling both the exhaust gas temperature and the exhaust gas flow rate, the particulate adhering to the exhaust sensor can be efficiently burned by one regeneration process for the exhaust sensor, so that the exhaust gas can be exhausted without increasing the frequency of the regeneration process for the exhaust sensor. The sensor can be regenerated. As a result, it is possible to reduce as much as possible that a load due to a rise in exhaust temperature is applied to the components installed in the exhaust passage, and it is possible to reduce consumption of resources, for example, fuel and electric power required for regeneration of the exhaust sensor.
請求項2に記載の発明によると、排気流速制御手段は、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れているとともに排気流速が所定速度以下の場合、排気流速増加手段に排気流速の増加を指令し、応答時間が所定時間以上遅れていても排気流速が所定速度より速い場合、排気流速増加手段に排気流速の増加を指令しない。 According to the second aspect of the present invention, the exhaust flow rate control means instructs the exhaust flow rate increasing means to increase the exhaust flow rate when the response time of the exhaust sensor is delayed for a predetermined time or more and the exhaust flow rate is equal to or lower than the predetermined speed. If the exhaust flow rate is faster than the predetermined speed even if the response time is delayed for a predetermined time or more, the exhaust flow rate increasing means is not instructed to increase the exhaust flow rate.
排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていても排気流速が所定速度より速い場合には、排気センサに付着しているパティキュレートを十分に燃焼するために必要な排気流速は確保されているので、現在の排気流速をさらに増加する必要はない。これにより、排気流速の不要な増加制御を低減することができる。 Even if the response time of the exhaust sensor is delayed for a predetermined time or more, if the exhaust flow velocity is faster than the predetermined speed, the exhaust flow velocity necessary to sufficiently burn the particulate adhering to the exhaust sensor is secured. There is no need to further increase the current exhaust flow rate. Thereby, unnecessary increase control of the exhaust flow rate can be reduced.
請求項3に記載の発明によると、排気温度制御手段は、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れているとともに排気温度が所定温度以下の場合、排気温度上昇手段に排気温度の上昇を指令し、応答時間が所定時間以上遅れていても排気温度が所定温度より高い場合、排気温度上昇手段に排気温度の上昇を指令しない。 According to the third aspect of the present invention, the exhaust temperature control means instructs the exhaust temperature raising means to increase the exhaust temperature when the response time of the exhaust sensor is delayed for a predetermined time or more and the exhaust temperature is lower than the predetermined temperature. If the exhaust temperature is higher than the predetermined temperature even if the response time is delayed by a predetermined time or more, the exhaust temperature increasing means is not commanded to increase the exhaust temperature.
排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていても排気温度が所定温度より高い場合には、排気センサに付着しているパティキュレートを十分に燃焼するために必要な排気温度は確保されているので、現在の排気温度をさらに上昇させる必要はない。これにより、排気温度の不要な上昇制御を低減することができる。 Even if the response time of the exhaust sensor is delayed for a predetermined time or more, if the exhaust temperature is higher than the predetermined temperature, the exhaust temperature necessary to sufficiently burn the particulate adhering to the exhaust sensor is secured. There is no need to further increase the current exhaust temperature. As a result, unnecessary increase control of the exhaust temperature can be reduced.
請求項4に記載の発明によると、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタに対する再生を開始するまでの再生期間を再生期間推定手段が推定し、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていると応答時間判定手段が判定しても、再生期間推定手段が推定する再生期間が所定時間以下の場合、排気流速制御手段は排気流速増加手段に対して排気の流速増加制御を実施せず、排気温度制御手段は排気温度上昇手段に対して排気の温度上昇制御を実施しない。 According to the fourth aspect of the present invention, the regeneration period estimating means estimates the regeneration period until the regeneration of the particulate filter that collects the particulates in the exhaust gas starts, and the response time of the exhaust sensor is delayed by a predetermined time or more. If the regeneration period estimated by the regeneration period estimation means is less than or equal to a predetermined time, the exhaust flow rate control means does not perform exhaust flow rate increase control on the exhaust flow rate increase means even if the response time determination means determines that The exhaust temperature control means does not perform exhaust temperature increase control on the exhaust temperature increase means.
すなわち、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていても、パティキュレートフィルタの再生を開始するまでの再生期間が所定時間以下であれば、排気センサを再生するためだけに、排気流速増加手段による排気流速の増加、ならびに排気温度上昇手段による排気温度の上昇を実施せず、パティキュレートフィルタの再生処理まで待機する。これにより、排気温度を上昇させてパティキュレートフィルタが捕集したパティキュレートを燃焼するパティキュレートフィルタの再生処理のときに、排気センサに付着したパティキュレートを同時に燃焼して排気センサを再生できる可能性がある。パティキュレートフィルタの再生処理で排気センサを再生できれば、排気センサを再生するために実施する排気流速の増加制御の頻度および排気温度の上昇制御の頻度を極力低減できる。その結果、排気センサを再生するために要する資源消費を極力低減できる。 That is, even if the response time of the exhaust sensor is delayed by a predetermined time or more, if the regeneration period until the start of regeneration of the particulate filter is less than the predetermined time, the exhaust flow rate increasing means is used only to regenerate the exhaust sensor. The exhaust gas flow rate is not increased and the exhaust gas temperature is not increased by the exhaust gas temperature raising means, and the process waits until the particulate filter is regenerated. This makes it possible to regenerate the exhaust sensor by simultaneously burning the particulate adhering to the exhaust sensor during the regeneration process of the particulate filter that burns the particulate collected by the particulate filter by raising the exhaust temperature. There is. If the exhaust sensor can be regenerated by the regeneration process of the particulate filter, the frequency of the exhaust flow rate increase control and the exhaust temperature increase control performed to regenerate the exhaust sensor can be reduced as much as possible. As a result, resource consumption required to regenerate the exhaust sensor can be reduced as much as possible.
ところで、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れている場合には、排気センサの出力信号に基づいて吸排気制御を高精度に実施することは困難である。したがって、排気センサが再生されるまでは、排気センサの出力信号に基づく吸排気制御を中止することが望ましい。 By the way, when the response time of the exhaust sensor is delayed by a predetermined time or more, it is difficult to perform intake / exhaust control with high accuracy based on the output signal of the exhaust sensor. Therefore, it is desirable to stop the intake / exhaust control based on the output signal of the exhaust sensor until the exhaust sensor is regenerated.
そこで、請求項5に記載の発明によると、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていると応答時間判定手段が判定しても、再生期間推定手段が推定するパティキュレートフィルタの再生期間が所定時間以下であれば、排気流速制御手段が流速増加制御を実施せず、排気温度制御手段が温度上昇制御を実施しない場合、排気センサに基づく吸排気制御の中止を吸排気制御中止手段が吸排気制御手段に対して指令する。 Therefore, according to the fifth aspect of the present invention, even if the response time determining means determines that the response time of the exhaust sensor is delayed by a predetermined time or more, the regeneration period of the particulate filter estimated by the regeneration period estimating means is predetermined. If the time is less than the time, if the exhaust flow rate control means does not perform the flow rate increase control and the exhaust temperature control means does not perform the temperature rise control, the intake / exhaust control stop means cancels the intake / exhaust control based on the exhaust sensor. Command to control means.
これにより、応答時間が所定時間以上遅れている排気センサの出力信号に基づいて吸排気制御手段が吸排気制御を実施することを防止できる。
請求項6に記載の発明によると、吸排気制御手段は、排気センサの出力信号に基づく吸排気制御の中止を指令されると、吸気量センサの出力信号に基づく吸排気制御を実施する。
Thereby, it is possible to prevent the intake / exhaust control means from performing the intake / exhaust control based on the output signal of the exhaust sensor whose response time is delayed by a predetermined time or more.
According to the sixth aspect of the present invention, when the intake / exhaust control means is instructed to stop the intake / exhaust control based on the output signal of the exhaust sensor, the intake / exhaust control means performs the intake / exhaust control based on the output signal of the intake air amount sensor.
これにより、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れている場合にも、吸排気制御手段は、排気センサの出力信号に基づく吸排気制御を中止し、吸気センサの出力信号に基づく吸排気制御を実施できる。 Thus, even when the response time of the exhaust sensor is delayed for a predetermined time or more, the intake / exhaust control means stops the intake / exhaust control based on the output signal of the exhaust sensor and performs the intake / exhaust control based on the output signal of the intake sensor. Can be implemented.
請求項7に記載の発明によると、吸排気制御手段は、吸排気制御としてEGR制御を実施する。
したがって、排気センサを適切に再生することにより、吸排気制御手段は、排気通路中の排気成分を検出する排気センサの出力信号に基づいて、内燃機関の吸気側に環流させるEGR量を高精度に制御できる。これにより、内燃機関から排気通路に排出される有害成分を極力低減することができる。
According to the seventh aspect of the invention, the intake / exhaust control means performs EGR control as intake / exhaust control.
Therefore, by appropriately regenerating the exhaust sensor, the intake / exhaust control means can accurately calculate the EGR amount to be recirculated to the intake side of the internal combustion engine based on the output signal of the exhaust sensor that detects the exhaust component in the exhaust passage. Can be controlled. Thereby, harmful components discharged from the internal combustion engine to the exhaust passage can be reduced as much as possible.
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。 The functions of the plurality of means provided in the present invention are realized by hardware resources whose functions are specified by the configuration itself, hardware resources whose functions are specified by a program, or a combination thereof. The functions of the plurality of means are not limited to those realized by hardware resources that are physically independent of each other.
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による吸排気制御システムを図1に示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
An intake / exhaust control system according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG.
(吸排気制御システム10)
吸排気制御システム10は、吸気量センサ(AFM:Air Flow Meter)12、EGR弁20、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)30、DPF40、電動ファン50、排気温センサ60、A/Fセンサ70、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)90等から構成されている。吸排気制御システム10は、ディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」ともいう。)2に対する吸排気を制御するシステムである。エンジン2には、図示しないコモンレールにより蓄圧された燃料が燃料噴射弁4から噴射される。燃料噴射弁4は、後述するアフター噴射およびポスト噴射のうち少なくともポスト噴射を実施することにより、排気温度上昇手段として機能する。
(Intake and exhaust control system 10)
The intake /
AFM12は、エンジン2に流入する吸気量を検出する。EGR弁20は、エンジン2の吸気側と排気側とを接続するEGR通路110に設置され、排気側から吸気側に環流させるEGR量を制御する。
The
DOC30は、ハニカム構造体にプラチナ等の酸化触媒を担持した構造体であり、燃料噴射弁4からのポスト噴射により排気通路100に添加された燃料を酸化反応させる。この反応熱により、排気通路100の排気温度が上昇する。
The
パティキュレートフィルタであるDPF40は、多孔質のセラミックにより形成されたハニカム構造体で形成されている。DPF40のハニカム構造体の排気流れ方向に形成された排気通路の入口側および出口側は、互い違いに封止されている。排気中のパティキュレートは、入口側が封止されておらず出口側が封止されている排気通路から流入し、排気通路を形成するハニカム構造体の隔壁を通過する際に隔壁の細孔に捕集される。排気は、入口側が封止されており出口側が封止されていない排気通路から流出する。
The
排気流速増加手段としての電動ファン50はDOC30の下流側、かつDPF40の上流側の排気通路100に設置されている。電動ファン50が作動することにより、排気通路100の排気流速が増加する。
The
排気温センサ60は、電動ファン50の下流側、かつA/Fセンサ70の上流側に設置されており、A/Fセンサ70の近傍の排気温度を検出する。
排気センサとしてのA/Fセンサ70は、例えば排気中の酸素濃度に依存した限界電流により空燃比を検出するセンサである。排気温センサとして、排気中の酸素濃度に基づく起電力を発生するO2センサを用いてもよい。
The
The A /
A/Fセンサ70は、排気温センサ60の下流側、かつDPF40の上流側に設置されており、排気通路100中の空燃比を検出する。図1の(B)に示すように、A/Fセンサ70は、センサ素子72の周囲を円筒状の外側カバー74および内側カバー80で覆っている。センサ素子72は、例えば、固体電解質体を有低筒状のコップ型に形成したセンサ素子、あるいは平板状の固体電解質体を積層した積層型のセンサ素子である。
The A /
外側カバー74の周壁には周壁を貫通して複数の通気孔76が形成されており、先端には通気孔78が形成されている。内側カバー80の周壁には複数のルーバーの通気孔82が形成されており、先端には通気孔84が形成されている。外側カバー74の周壁の通気孔76に対して内側カバー80の周壁のルーバーの通気孔82がずれた位置に形成されているので、排気通路100で生成される凝縮水または結露水に対してセンサ素子72が被水しにくい構造になっている。
A plurality of vent holes 76 are formed in the peripheral wall of the
排気センサ再生装置としてのECU90は、図示しないCPU、RAM、ROM、フラッシュメモリ等の書き換え可能な記憶装置、入出力インタフェース等から構成されている。ECU90は、AFM12、排気温センサ60、A/Fセンサ70、図示しないエンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等の各種センサの出力信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ECU90は、取得したエンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁4の噴射時期および噴射量を制御する。また、ECU90は、エンジン運転状態に基づいて、エンジンの主なトルクを発生するメイン噴射を含み、メイン噴射の前のプレ噴射、メイン噴射の後のアフター噴射、プレ噴射の前のパイロット噴射、アフター噴射の後のポスト噴射等の多段噴射を実施する。
The
パイロット噴射は、メイン噴射による着火の前に空気と微少量の燃料とを予め混合させておくために実施される。プレ噴射は、メイン噴射の前に微少量の燃料を噴射してメイン噴射の前に燃焼室で燃料を燃焼させておくことにより、メイン噴射での急激な燃焼を抑制する。これにより、燃焼音および振動を低減する。 The pilot injection is performed so that air and a small amount of fuel are mixed in advance before ignition by the main injection. The pre-injection suppresses rapid combustion in the main injection by injecting a small amount of fuel before the main injection and burning the fuel in the combustion chamber before the main injection. Thereby, combustion noise and vibration are reduced.
アフター噴射は、メイン噴射の後に微少量の燃料を噴射してメイン噴射で燃焼室に発生した未燃成分であるパティキュレート等を燃焼させることにより排ガスを浄化する。燃料噴射弁4からアフター噴射を実施することにより、エンジン2から排出される排気温度は上昇する。ポスト噴射は、微少量の燃料を噴射してDPF40が捕集しているパティキュレート等を燃焼するために実施される。
After-injection purifies exhaust gas by injecting a minute amount of fuel after main injection and burning particulates, which are unburned components generated in the combustion chamber by main injection. By performing after-injection from the fuel injection valve 4, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine 2 rises. The post-injection is performed in order to burn particulates collected by the
ECU90は、ECU90のROM、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。
(吸排気制御手段)
ECU90は、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて目標とする吸気量をマップ等から算出する。吸気量はEGR量に応じて変化するので、ECU90は、目標の吸気量を得るために、EGR弁20の開度を制御してEGR量を調整することにより目標吸気量を制御する。この場合、ECU90は、A/Fセンサ70の出力信号に基づいて実際の吸気量(実吸気量)を検出し、実吸気量が目標吸気量となるようにEGR量を制御する吸排気制御を実施する。例えば、A/Fセンサ70の出力信号に基づいて検出する実吸気量が目標吸気量に対して多い場合、ECU90は、EGR量を増加して実吸気量を低減する。一方、A/Fセンサ70の出力信号に基づいて検出する実吸気量が目標吸気量に対して少ない場合、ECU90は、EGR量を低減して実吸気量を増加する。このように、ECU90は、排気センサとしてのA/Fセンサ70の出力信号に基づいて、吸排気制御としてEGR制御を実施する。排気センサの出力信号に基づく吸排気制御として、ECU90は、EGR弁20の開度調整によるEGR制御以外に、吸気弁の開度調整による吸気量制御、ターボの過給圧制御等を実施してもよい。
The
(Intake and exhaust control means)
The
(応答時間検出手段)
アクセルオフ時の減速運転において、ECU90は燃料噴射弁4からの燃料噴射をカットするので、排気通路100は大気相当の雰囲気になる。このとき、ECU90が燃料噴射弁4からの燃料噴射をカットしてから、A/Fセンサ70の出力信号が大気に相当する値になるまでの時間を、ECU90はA/Fセンサ70の応答時間として検出する。
(Response time detection means)
In the deceleration operation when the accelerator is off, the
燃料カット運転以外にも、エンジン運転状態に基づいて排気通路100中の空燃比が推定できるのであれば、ECU90は、所定のエンジン運転状態に移行してから、A/Fセンサ70の出力信号が推定される空燃比の値になるまでの時間を、A/Fセンサ70の応答時間として検出してもよい。
In addition to the fuel cut operation, if the air-fuel ratio in the
(応答時間判定手段)
前述したように、A/Fセンサ70においては、センサ素子72が被水しにくいように、外側カバー74の周壁の通気孔76に対して内側カバー80の周壁のルーバーの通気孔82がずれた位置に形成されている。この構成は、言い換えると、A/Fセンサ70のセンサ素子72の周囲に排気が流通しにくい構成である。このように各周壁に形成された通気孔76と通気孔82との位置がずれていても、通気孔76、82を排気が通過できれば、センサ素子72の周囲に排気が流通し、A/Fセンサ70は排気通路100の空燃比を高精度に検出できる。
(Response time determination means)
As described above, in the A /
しかしながら、A/Fセンサ70は排気中に晒されているので、外側カバー74および内側カバー80に排気中のパティキュレートが付着し、外側カバー74の通気孔76、78または内側カバー80の通気孔82、84をパティキュレートが塞ぐことがある。すると、通気孔76、78、82、84を排気が通過しにくくなり、センサ素子72の周囲の排気流れが妨げられる。その結果、排気通路100中の空燃比を検出するA/Fセンサ70の応答時間が長くなる。
However, since the A /
そこで、ECU90は、燃料カット運転等、エンジン運転状態に基づいて空燃比を推定できる所定のエンジン運転状態に移行してから、A/Fセンサ70の出力信号が推定される空燃比の値になるまでの応答時間が、所定時間以上遅れているかを判定する。A/Fセンサ70の応答時間が所定時間以上遅れている場合、ECU90は、A/Fセンサ70にパティキュレートが付着して通気孔76、78または通気孔82、84を塞いでいるので、応答時間が遅れていると判断する。
Therefore, the
(排気流速制御手段)
A/Fセンサ70の応答時間が所定時間以上遅れている場合、ECU90は、A/Fセンサ70に付着しているパティキュレートを燃焼してA/Fセンサ70に付着しているパティキュレートを除去する必要があると判断する。そのためには、アフター噴射またはポスト噴射を実施して排気通路100の排気温度を上昇させる以外に、排気流速が所定速度よりも速いことが必要である。排気流速が所定速度よりも速くなると、A/Fセンサ70に付着しているパティキュレートがA/Fセンサ70から脱落しやすくなるともに、温度の上昇した排気が外側カバー74の通気孔から内側カバー80に到達し、内側カバー80に付着したパティキュレートが燃焼し易くなると考えられる。そこで、ECU90は、排気流速が所定速度以下の場合、排気流速増加手段としての電動ファン50に通電して作動させ、排気通路100の排気流速を所定速度よりも増加させる。
(Exhaust flow rate control means)
When the response time of the A /
排気流速がすでに所定速度よりも速い場合には、電動ファン50を作動させる流速増加制御を実施する必要はない。
(排気温度制御手段)
A/Fセンサ70の応答時間が所定時間以上遅れている場合、ECU90は、A/Fセンサ70に付着しているパティキュレートを燃焼してA/Fセンサ70に付着しているパティキュレートを除去するため、排気通路100の排気温度を上昇させる必要がある。そこで、ECU90は、排気温度が所定温度以下の場合、排気温度上昇手段としての燃料噴射弁4にアフター噴射およびポスト噴射のうち少なくともポスト噴射を指令し、排気通路100の排気温度を所定温度よりも上昇させる。
When the exhaust flow velocity is already higher than the predetermined speed, it is not necessary to perform flow velocity increase control for operating the
(Exhaust temperature control means)
When the response time of the A /
排気温度がすでに所定温度よりも高い場合には、燃料噴射弁4からアフター噴射またはポスト噴射を実施する必要はない。
(A/Fセンサ70の再生処理)
次に、排気センサであるA/Fセンサ70の再生処理について、図2の再生ルーチンに基づいて説明する。図2の再生ルーチンは常時実行される。図2において「S」はステップを表している。ECU90は、ECU90のROMまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより図2に示すルーチンを実行する。
When the exhaust temperature is already higher than the predetermined temperature, it is not necessary to perform after injection or post injection from the fuel injection valve 4.
(Regeneration processing of A / F sensor 70)
Next, regeneration processing of the A /
図2の再生ルーチンにおいてECU90は、まずS300において、排気センサであるA/Fセンサ70の出力信号に基づいて空燃比を検出する。そして、A/Fセンサ70から検出した空燃比の値と、所定のエンジン運転状態から推定した空燃比の値とから、空燃比を検出するA/Fセンサ70の応答時間の遅れを検出する。
In the regeneration routine of FIG. 2, the
ECU90は、A/Fセンサ70の応答時間が所定時間(R1)以上遅れているかを判定し(S302)、応答時間の遅れが所定時間(R1)より短い場合(S302:No)、本ルーチンを終了する。
The
A/Fセンサ70の応答時間の遅れが所定時間(R1)以上の場合(S302:Yes)、S304においてECU90は排気通路100における排気流速が所定速度(V1)以下であるかを判定する。排気流速はエンジン回転数が増加すると増加するので、ECU90は、エンジン回転数に基づいて排気流速を検出する。
When the delay of the response time of the A /
排気流速が所定速度(V1)以下の場合(S304:Yes)、S306においてECU90は、電動ファン50に通電して排気流速を強制的に増加させ、S308に処理を移行する。
When the exhaust gas flow velocity is equal to or lower than the predetermined velocity (V1) (S304: Yes), in S306, the
排気流速が所定速度(V1)よりも速い場合(S304:No)、S308においてECU90は、排気通路100における排気温度が所定温度(K1)以下であるかを判定する。ECU90は、排気温センサ60の出力信号に基づいて排気温度を検出する。排気温度が所定温度(K1)よりも高い場合(S308:No)、ECU90は本ルーチンを終了する。
When the exhaust flow velocity is faster than the predetermined speed (V1) (S304: No), in S308, the
排気温度が所定温度(K1)以下の場合(S308:Yes)、S310においてECU90は、排気通路100における排気温度が所定温度(K2)以下であるかを判定する。ただし、K1>K2である。排気温度が所定温度(K2)よりも高い場合(S310:No)、S312においてECU90は、燃料噴射弁4にポスト噴射を指令し、ポスト噴射により排気通路100の排気温度を上昇させて本ルーチンを終了する。
When the exhaust temperature is equal to or lower than the predetermined temperature (K1) (S308: Yes), in S310, the
排気温度が所定温度(K2)以下の場合(S310:Yes)、ECU90は、S314において燃料噴射弁4にアフター噴射を指令するとともに、S312においてポスト噴射を指令する。ECU90は、アフター噴射およびポスト噴射の両方で排気通路100の排気温度を上昇させて本ルーチンを終了する。
When the exhaust gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature (K2) (S310: Yes), the
第1実施形態では、A/Fセンサ70の応答時間が所定時間(R1)以上遅れている場合、アフター噴射およびポスト噴射のうち少なくともポスト噴射を実施して排気温度を上昇させることに加え、電動ファン50を駆動して排気流速を増加させている。これにより、排気温度の上昇だけではA/Fセンサ70に付着したパティキュレートを燃焼して除去できない場合にも、排気流速の増加によりA/Fセンサ70に付着したパティキュレートを燃焼して除去できる。その結果、A/Fセンサ70の応答時間が短くなるので、A/Fセンサ70の出力信号に基づいて吸排気制御を高精度に実施できる。
In the first embodiment, when the response time of the A /
さらに、排気の温度上昇制御および流速増加制御の両方を実施することにより、A/Fセンサ70に付着したパティキュレートをA/Fセンサ70に対する1回の再生処理で効率よく燃焼して除去できるので、A/Fセンサ70に対する再生処理の頻度を増加することなくA/Fセンサ70を再生できる。これにより、排気通路100に設置される部品に排気温度の上昇による負荷が加わることを極力低減するとともに、A/Fセンサ70の再生のために要する燃料および電力等の資源の消費を低減できる。
Furthermore, by performing both exhaust temperature rise control and flow rate increase control, particulates adhering to the A /
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態における吸排気制御システムの構成は第1実施形態と実質的に同一である。第2実施形態において、ECU90は、ECU90のROM、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより、第1実施形態に記載した手段に加え、以下に記載する手段として機能する。
[Second Embodiment]
The configuration of the intake / exhaust control system in the second embodiment of the present invention is substantially the same as that of the first embodiment. In the second embodiment, the
(再生期間推定手段)
DPF40は排気通路100中のパティキュレートを捕集するので、DPF40にパティキュレートが堆積していく。所定量以上のパティキュレートが堆積すると、DPF40によるパティキュレートの捕集効率が低下するので、DPF40に堆積しているパティキュレートを燃焼させてDPF40を再生する必要がある。ECU90は、エンジン2の運転状態の履歴に基づいてDPF40に堆積しているパティキュレートの堆積量を推定する。そして、ECU90は、DPF40に堆積しているパティキュレートの堆積量が所定量に達し、堆積しているパティキュレートを燃焼してDPF40から除去するDPF40の再生処理を開始するまでの再生期間を推定する。
(Reproduction period estimation means)
Since the
そして、再生期間推定手段としてのECU90に対する機能追加により、第1実施形態で説明した排気流速制御手段、排気温度制御手段には、以下に示す機能が追加されている。
Then, by adding functions to the
(排気流速制御手段)
DPF40に堆積しているパティキュレートを燃焼するためにポスト噴射が実施されると、排気通路100の排気温度が上昇するので、DPF40の再生処理のときにA/Fセンサ70に付着しているパティキュレートが燃焼する可能性がある。そこで、ECU90は、A/Fセンサ70の応答時間が所定時間以上遅れていても、再生期間推定手段が推定するDPF40の再生処理を開始するまでの再生期間が所定時間以下であり比較的すぐにDPF40の再生処理が開始されるのであれば、電動ファン50を駆動して排気流速を増加する排気流速増加制御を実施しない。
(Exhaust flow rate control means)
When post-injection is performed to burn the particulates accumulated in the
(排気温度制御手段)
前述したように、DPF40の再生処理のときにA/Fセンサ70に付着しているパティキュレートが燃焼する可能性がある。そこで、ECU90は、A/Fセンサ70の応答時間が所定時間以上遅れていても、再生期間推定手段が推定するDPF40の再生を開始するまでの再生期間が所定時間以下であり比較的すぐにDPF40の再生処理が開始されるのであれば、DPF40の再生タイミングの前に、アフター噴射およびパイロット噴射のうち少なくともポスト噴射を燃料噴射弁4に指令して排気温度を上昇させる排気温度上昇制御を実施しない。
(Exhaust temperature control means)
As described above, the particulate adhering to the A /
尚、排気流速増加制御および排気温度上昇制御を実施するか否かの判定基準となるDPF40の再生期間の所定時間は、A/Fセンサ70を再生するために消費する電力量および燃料量、ならびにA/Fセンサ70の応答時間が所定時間以上遅れている状態を継続することによるエミッションの悪化程度に基づいて決定される。
It should be noted that the predetermined time of the regeneration period of the
(吸排気制御禁止手段)
A/Fセンサ70の応答時間が所定時間以上遅れており、DPF40の再生を開始するまでの再生期間が所定時間以下の場合、ECU90は、A/Fセンサ70の出力信号に基づく吸排気制御を中止し、AFM12の出力信号に基づいて実吸気量が目標吸気量になるようにEGR量を制御する吸排気制御を実施する。
(Intake / exhaust control prohibition means)
When the response time of the A /
(A/Fセンサ70の再生処理)
次に、第2実施形態におけるA/Fセンサ70の再生処理について、図3の再生ルーチンに基づいて説明する。図3の再生ルーチンは常時実行される。図3において「S」はステップを表している。ECU90は、ECU90のROMまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより図3に示すルーチンを実行する。尚、図3のS328〜S338の処理は図2のS304〜S314と同一であるから説明を省略する。
(Regeneration processing of A / F sensor 70)
Next, the reproduction process of the A /
図3のS320においてECU90は、排気センサであるA/Fセンサ70の出力信号に基づく吸排気制御を実施中であるかを判定する。A/Fセンサ70の出力信号に基づく吸排気制御を実施していない場合(S320:No)、ECU90は本ルーチンを終了する。この場合、ECU90は、AFM12の出力信号に基づいて吸排気制御を実施する。
In S320 of FIG. 3, the
A/Fセンサ70の出力信号に基づく吸排気制御を実施している場合(S320:Yes)、S322においてECU90は、A/Fセンサ70の出力信号に基づいて空燃比を検出する。そして、A/Fセンサ70から検出した空燃比の値と、所定のエンジン運転状態から推定した空燃比の値とから、空燃比を検出するA/Fセンサ70の応答時間の遅れを検出する。
When the intake / exhaust control based on the output signal of the A /
ECU90は、A/Fセンサ70の応答時間が所定時間(R1)以上遅れているかを判定し(S324)、応答時間の遅れが所定時間(R1)より短い場合(S324:No)、本ルーチンを終了する。
The
A/Fセンサ70の応答時間の遅れが所定時間(R1)以上の場合(S324:Yes)、S326においてECU90は、次回のDPF40の再生開始までの再生期間が所定時間(T1)以下であるかを判定する。次回のDPF40の再生開始までの再生期間が所定時間(T1)より長い場合(S326:No)、ECU90はS328〜S338において、第1実施形態の図2に示すS304〜S314と実質的に同じ処理を実施し、本ルルーチンを終了する。
If the response time delay of the A /
次回のDPF40の再生開始までの再生期間が所定時間(T1)以下の場合(S326:Yes)、ECU90は、A/Fセンサ70の応答時間の遅れが所定時間(R1)以上であっても(S324:Yes)、S340においてECU90は、排気流速制御手段および排気温度制御手段による強制的な排気流速増加制御および排気温度上昇制御を実施しない。これは、比較的すぐに開始される次回のDPF40の再生処理において、A/Fセンサ70に付着しているパティキュレートが燃焼されると判断するからである。
When the regeneration period until the next regeneration start of the
ただし、A/Fセンサ70の応答時間の遅れが所定時間(R1)以上であれば、ECU90は、A/Fセンサ70の出力信号に基づいて吸排気制御を高精度に実施できないと判断し、S340においてA/Fセンサ70の出力信号に基づく吸排気制御を中止して本ルーチンを終了する。
However, if the response time delay of the A /
このように、第2実施形態では、A/Fセンサ70の応答時間の遅れが所定時間(R1)以上であっても、DPF40の再生開始までの再生期間が所定時間(T1)以下の場合、排気流速制御手段および排気温度制御手段による強制的な排気流速増加制御および排気温度上昇制御を実施せず、次回のDPF40の再生処理によりA/Dセンサ70に付着したパティキュレートを除去しようとする。
As described above, in the second embodiment, even when the delay of the response time of the A /
これにより、DPF40の再生タイミング以外でアフター噴射およびパイロット噴射を実施する頻度をさらに低減し、燃費の低減を防止できる。さらに、ポスト噴射による燃料がシリンダ壁面に付着して生じるオイル希釈を低減できる。さらに、排気通路100に設置される部品に排気温度の上昇による負荷が加わることを極力低減するので、部品の損傷を低減できる。
Thereby, the frequency which performs after-injection and pilot injection other than the regeneration timing of DPF40 can further be reduced, and reduction in fuel consumption can be prevented. In addition, oil dilution caused by the post-injection fuel adhering to the cylinder wall surface can be reduced. Furthermore, since it is reduced as much as possible that the load by the exhaust temperature rise is added to the components installed in the
また、電動ファン50を駆動して排気流速を増加する排気流速増加制御の実施頻度を低減するので、電力消費を極力低減できる。
[他の実施形態]
上記実施形態では、排気センサとしてA/Fセンサ70およびO2センサを例示した。これ以外にも、排気通路中の排気成分を検出する排気センサとしてNOxセンサを使用してもよい。本発明は、排気中のパティキュレートが付着して応答時間が遅れるのであれば、どのような排気センサに対しても再生装置として適用できる。
In addition, since the frequency of exhaust flow rate increase control for increasing the exhaust flow rate by driving the
[Other Embodiments]
In the above embodiment, the A /
また上記実施形態では、排気通路100における排気流速を増加させる排気流速増加手段として電動ファン50を使用した。これ以外にも、排気通路100の通路面積を調整する電磁弁を排気流速増加手段として使用し、排気通路100の通路面積を電磁弁で絞ることにより排気通路100における排気流速を増加させてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、アフター噴射およびポスト噴射のうち少なくともポスト噴射を実施することにより、排気通路100における排気温度を上昇させた。これに対し、排気温センサの上流側に排気通路100に直接燃料を噴射する燃料添加弁を設置し、燃料添加弁から排気通路100に燃料を噴射して添加することにより、排気通路100の排気温度を上昇させてもよい。この場合、燃料添加弁から添加する燃料をDPF40の再生に利用してもよい。
In the above embodiment, the exhaust temperature in the
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
2:ディーゼルエンジン(内燃機関)、4:燃料噴射弁(排気温度上昇手段)、10:吸排気制御システム、12:AFM(吸気量センサ)、20:EGR弁、30:DOC、40:DPF(パティキュレートフィルタ)、50:電動ファン(排気流速増加手段)、70:A/Fセンサ(吸排気センサ)、90:ECU(排気センサ再生装置、応答時間検出手段、応答時間判定手段、排気流速制御手段、排気温度制御手段、再生期間推定手段、吸排気制御手段、吸排気制御禁止手段)、100:排気通路 2: diesel engine (internal combustion engine), 4: fuel injection valve (exhaust temperature raising means), 10: intake / exhaust control system, 12: AFM (intake air amount sensor), 20: EGR valve, 30: DOC, 40: DPF ( (Particulate filter), 50: electric fan (exhaust flow rate increasing means), 70: A / F sensor (intake and exhaust sensor), 90: ECU (exhaust sensor regeneration device, response time detecting means, response time determining means, exhaust flow rate control) Means, exhaust temperature control means, regeneration period estimation means, intake / exhaust control means, intake / exhaust control prohibition means), 100: exhaust passage
Claims (8)
前記排気センサの応答時間を検出する応答時間検出手段と、
前記応答時間検出手段が検出する前記応答時間が所定時間以上遅れているかを判定する応答時間判定手段と、
前記応答時間が所定時間以上遅れていると前記応答時間判定手段が判定すると、排気温度上昇手段による前記排気通路中の排気温度の上昇を制御する排気温度制御手段と、
前記応答時間が所定時間以上遅れていると前記応答時間判定手段が判定すると、排気流速増加手段による前記排気通路中の排気流速の増加を制御する排気流速制御手段と、
を備えることを特徴とする排気センサ再生装置。 In an exhaust sensor regeneration device for regenerating the exhaust sensor by removing particulates attached to an exhaust sensor for detecting an exhaust component in an exhaust passage of an internal combustion engine,
Response time detecting means for detecting a response time of the exhaust sensor;
Response time determination means for determining whether the response time detected by the response time detection means is delayed by a predetermined time or more;
When the response time determining means determines that the response time is delayed by a predetermined time or more, an exhaust temperature control means for controlling an increase in the exhaust temperature in the exhaust passage by the exhaust temperature increasing means,
When the response time determining means determines that the response time is delayed by a predetermined time or more, an exhaust flow rate control means for controlling an increase in the exhaust flow rate in the exhaust passage by the exhaust flow rate increasing means;
An exhaust sensor regeneration device comprising:
前記応答時間が所定時間以上遅れていると前記応答時間判定手段が判定しても、前記再生期間推定手段が推定する前記再生期間が所定時間以下であれば、前記排気流速制御手段は前記排気流速増加手段に対して排気の流速増加制御を実施せず、前記排気温度制御手段は前記排気温度上昇手段に対して排気の温度上昇制御を実施しない、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の排気センサ再生装置。 Further comprising a regeneration period estimating means for estimating a regeneration period until regeneration of the particulate filter that collects particulates in the exhaust gas is started,
Even if the response time determining means determines that the response time is delayed by a predetermined time or more, if the regeneration period estimated by the regeneration period estimating means is less than or equal to a predetermined time, the exhaust flow rate control means Exhaust flow rate increase control is not performed on the increase means, and the exhaust temperature control means does not perform exhaust temperature increase control on the exhaust temperature increase means,
The exhaust sensor regeneration device according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記排気センサの出力信号に基づいて吸排気制御を実施する吸排気制御手段と、
請求項1から7のいずれか一項に記載の排気センサ再生装置と、
を備えることを特徴とする吸排気制御システム。 An exhaust sensor for detecting an exhaust component of an exhaust passage of the internal combustion engine;
Intake / exhaust control means for performing intake / exhaust control based on the output signal of the exhaust sensor;
An exhaust sensor regeneration device according to any one of claims 1 to 7,
An intake / exhaust control system comprising:
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