JP5434876B2 - 排気浄化装置 - Google Patents
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Description
この強制再生制御とは、フィルタの温度を強制的に上昇させてフィルタ上のPMを焼却する制御である。フィルタの温度を上昇させるための具体的な手法としては、フィルタをヒーター等で加熱する手法や、フィルタの上流側の酸化触媒に炭化水素(未燃燃料,HC)等を供給して酸化熱を発生させることで排気温度を上昇させる手法等がある。
また、特許文献2には、フィルタの前後差圧からPM堆積量の推定値を算出するとともに、フィルタの前後温度差からPM堆積量の実測値を算出し、これらの推定値及び実測値を用いてフィルタの再生タイミングを設定する排気浄化装置が記載されている。この技術では、PM堆積量の推定値を実測値に合わせるようにPM堆積量の推定方法を補正することで、再生頻度の適正化が可能であるとされている。
例えば、車両の走行状態及び強制再生制御を模擬した試験によって得られたフィルタ内の温度分布の推移グラフを図6に示す。この試験では、図6中の凡例に示すように、径方向断面内の複数箇所に温度センサを設けたフィルタを用いて、強制再生制御時にそれぞれの温度センサで検出された最高温度を計測し、各温度センサの最高温度を再生サイクル毎にプロットした。
なお、図7中の白丸プロットMは径方向断面内の中心部(フィルタ中心部)の温度推移である。黒三角で示されたプロットKはフィルタ外周の上端部の温度であり、黒四角で示されたプロットPはフィルタ外周の下端部の温度である。また、白三角で示されたプロットJは排気流の下流に向かって左側部の温度であり、白四角で示されたプロットQは排気流の下流に向かって右側部の温度である。
一方、特許文献1,2等のような従来の排気浄化装置では、このようなフィルタ内の温度分布の特性が考慮されていないため、フィルタ内での局所的な過昇温を抑制することができず、必ずしも強制再生制御の頻度を適正化することができないという課題がある。
さらに、フィルタ外周部の温度分布は、長周期的に変動する特性を持つ。すなわち、図6に示すように、一回目から七回目までと九回目の強制再生時には、フィルタ中心部の温度と最高温度との差が比較的小さいが、八回目の強制再生時にはフィルタ中心部の温度と最高温度との差が著しく増大している。このようなフィルタ外周部における過昇温は、必ずしも全ての強制再生時に発現するものではないため、その発生の予測が困難であるという課題がある。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、排気浄化装置に関し、強制再生制御のインターバルの適正化によって、過昇温を抑制しつつ燃費を改善することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
この場合、前記第一補正量設定手段が、前記温度検出手段で検出された前記中心温度に基づき、前記再生制御手段で実施される前記再生制御のインターバルの補正量としての第一補正量を設定する。また、前記第二補正量設定手段が、前記温度検出手段で検出された前記外周温度に基づき、前記再生制御のインターバルの補正量として該補正量の少なくとも一部が前記第一補正量とは異なる第二補正量を設定する。さらに、任意の中心温度に応じて設定される前記第一補正量の値が、前記中心温度と同一の前記外周温度に応じて設定される前記第二補正量と比較して、前記インターバルをより短縮させる大きさを持つ。
この場合、前記温度検出手段が、前記近接温度に基づいて前記中心部のフィルタ温度を中心温度として演算する中心温度演算手段と、前記中心温度,前記近接温度及び前記全域温度に基づいて前記外周温度を演算する外周温度演算手段とを有することが好ましい。
なお、前記演算手段が、前記近接温度及び前記全域温度の差に基づいて前記外周温度を演算してもよい。また、前記近接温度及び前記全域温度の比に基づいて前記外周温度を演算してもよい。あるいは、前記近接温度,前記全域温度及び前記昇温量の関係が規定されたマップを用いて前記外周温度を演算してもよい。
(4)また、前記再生制御手段が、前記設定手段で設定された前記それぞれの位置毎の前記インターバルの補正量を用いて前記再生制御のインターバルを補正し、上記の補正された再生制御のインターバルに基づいて前記再生制御を実施することが好ましい。
[1.装置構成]
本実施形態の排気浄化装置は、図1に示す車載のエンジン10に適用される。ここでは、多気筒四サイクル型のエンジン10に設けられた複数のシリンダのうち、一つのシリンダを示す。シリンダの頂部には、空気を燃焼室内に導入するための吸気通路8と、燃焼後の排気を車両の外部に排出するための排気通路9とが接続される。
排気通路9にはDPF1が介装される。DPF1は、ケーシング内に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ6が固定された濾過装置である。フィルタ6は、排気中に含まれるPMを捕集する機能と、捕集したPMを酸化させて除去する機能とを併せ持つ多孔質体(例えば、炭化ケイ素製やコージェライト製のセラミックフィルタ等)である。フィルタ6の内部は多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割され、この壁体にPMの粒径に見合った大きさの多数の細孔が形成される。PMは排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内,壁体表面に捕集され、排気中から濾過される。
以下、フィルタ6の径方向断面の中心に近い部位のことをフィルタ中心部6aと呼び、外縁に近い部位のことをフィルタ外周部6bと呼ぶ。フィルタ中心部6aとフィルタ外周部6bとの境界は、図2(a),(b)中に二点鎖線で示すように、フィルタ6よりも半径が小さい円筒を、その筒軸がフィルタ6の筒軸に一致するように配置したときの筒面として表現される。
上流側のコーン部1bは排気通路9と円筒部1aとを接続し、下流側のコーン部1bは円筒部1aと下流排気通路7とを接続している。下流側のコーン部1bにおける流路中心軸は、下流排気通路7の流路中心軸及び円筒部1aの筒軸に一致する位置で固定されている。以下、下流側のコーン部1bにおける流路中心軸のことを単に中心軸と呼ぶ。なお、コーン部1bの中心軸,下流排気通路7の流路中心軸,円筒部1aの筒軸は必ずしも一致させる必要はない。
本実施形態では、円筒部1aから下流排気通路7に向かって縮径形成されたコーン部1bの出口近傍(コーン部1bと下流排気通路7との接続部近傍)に全域温度センサ3を配置することで、上記のような熱損失の影響を抑制しつつ程よくミキシングされた排気の温度を正確に計測している。
制御装置5は、エンジン10を含む吸排気システムを統括管理する電子制御装置であり、例えばマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。この制御装置5では、上記の強制再生制御のほか、フィルタ中心部6aのフィルタ温度やフィルタ外周部6bのフィルタ温度の推定演算が実施され、これらの温度に基づいて強制再生制御のインターバル(フィルタを再生させる間隔)が調整される。
Δt=tn−tf ・・・式1
なお、ここでは外周温度演算部5bが排気流量VEXを算出する排気流量算出手段としての機能を持つこととしたが、エアフローセンサ4で検出された吸気流量Vから排気流量VEXを算出する演算部を別途設けてもよいし、中心温度演算部5aにそのような機能を持たせてもよい。
相違量ΔTと補正量ΔT′との加算値と偏差Δtとの関係を図3中に示すと、破線で示すようなグラフとなる。実線グラフと破線グラフとの間の縦方向の距離は、排気流量VEXに応じた大きさの補正量ΔT′に対応する。
TO=TC+ΔT+ΔT′ ・・・式2
上記の外周温度TOの演算手法とは別の演算手法としては、相違量ΔT及び補正量ΔT′の加算値を総補正量ΔTTとおき、偏差Δt,排気流量VEX及び総補正量ΔTTの相関関係を予め実験,試験等を通して把握しておくことが考えられる。この場合、偏差Δt,排気流量VEX及び総補正量ΔTTの相関関係を三次元マップとして外周温度演算部5bに記憶させておき、これを用いて総補正量ΔTTを取得し、外周温度TOを以下の式3に従って演算すればよい。
TO=TC+ΔTT ・・・式3
また、中心温度TCが第二温度TB(ただし、TA<TB)以上である場合には、高温であるほど第一補正量φCが減少し、中心温度TCが第一温度TA以上かつ第二温度TB未満である場合に第一補正量φCがφC=0となる特性とされている。つまり、中心温度TCが高いほど、フィルタ中心部6aでのPM過堆積や過昇温が生じた可能性があるため、第一補正量φCを減少させてインターバルを短縮し、早めに次回の強制再生制御を実施する。
図5のフローチャートは、制御装置5での制御内容を例示するものである。このフロー中では、制御用のフラグFが使用されている。フラグFは、強制再生制御が実施中であるか否かを意味するものであり、強制再生制御の実施中にF=1に設定され、強制再生制御の非実施時にF=0に設定される。このフラグFの初期値はF=0である。また、本フローは制御装置5の内部で繰り返し実施される。
ここで開始条件が成立する場合にはステップA40へ進み、フラグFがF=1に設定されて本フローが終了する。この場合、次回の制御周期ではステップA20でF=1であると判定され、ステップA50へと進む。一方、ステップA30で開始条件が成立しない場合には、開始条件が成立するまでフラグFがF=0に保持される。
ステップA110では、ステップA70,A90及びA100で演算された中心温度TC,相違量ΔT及び補正量ΔT′が加算され、外周温度TOが演算される。ここまでのステップでフィルタ6の内部温度が把握され、これらの情報が図示しない記憶装置に記憶される。なお、このステップにおいて前回の制御周期で得られた中心温度TC及び外周温度TOと、今回の演算周期で得られた中心温度TC及び外周温度TOとをそれぞれ比較し、今回の演算周期で得られた値が前回のものよりも大きい場合にのみ、その値を更新して記憶することとしてもよいし、あるいは、全ての演算周期で得られた値を記憶してもよい。
続くステップA170では、強制再生制御の終了条件が成立したか否かが判定される。ここで、終了条件が成立したと判定された場合にはステップA180へ進み、フラグFがF=0に設定される。一方、終了条件が成立しない場合にはフラグFの状態が維持され、次回の制御周期で強制再生制御が継続される。
上記の構成により、本排気浄化装置では強制再生制御の開始条件に係るインターバルの判定に際し、フィルタ6の中心温度TCと外周温度TOとのそれぞれに対応する第一補正量φC及び第二補正量φOが設定される。これにより、今回の強制再生制御で高温となったフィルタ6の径方向断面の位置に応じて、次回の強制再生制御までのインターバルを変更することができる。
このように、フィルタ内での最高温度が何度であるのか、また、その最高温度が径方向断面のどの領域で生じたのかを正確に推定することができ、上記の温度分布を区別することができる。したがって、フィルタ外周部6bでの部分的な温度上昇をその位置に関わらず把握することができ、排気浄化システムの信頼性を向上させることができる。
また、上記の排気浄化装置では、エアフローセンサ4で検出された吸気流量Vからフィルタ6を通過する排気流量VEXを推定し、この排気流量VEXが大きいほど補正量ΔT′を増大させているため、排気流量VEXに応じた熱損失やフィルタ6内での温度分布形状の変化を考慮して、正確な外周温度TOを把握することができる。
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述の実施形態では、近接温度センサ2及び全域温度センサ3を用いてフィルタ中心部6aの中心温度TCとフィルタ外周部6bの外周温度TOとを推定演算するものを例示したが、少なくともフィルタ6の径断面方向の複数の位置でのフィルタ温度が把握される構成であればよい。例えば、図6に示すように、フィルタ6の複数箇所に温度センサを内蔵させて中心温度TCや外周温度TOに対応する温度を検出させる。これらの温度を用いて第一補正量φC及び第二補正量φOを設定することにより、上述の実施形態と同様に強制再生制御のインターバルの適正化が可能である。
なお、上述のエンジン10の燃焼形式は任意であり、上記の排気浄化装置はディーゼルエンジンの排気系にもガソリンエンジンの排気系にも適用可能である。したがって、例えばスロットルバルブ11や図示しない点火プラグ,図示しないインジェクタの配設位置といった具体的なエンジンの構造は適宜設定,変更することができる。
2 近接温度センサ
3 全域温度センサ
5 制御装置
5a 中心温度演算部(温度検出手段,中心温度演算手段)
5b 外周温度演算部(温度検出手段,外周温度演算手段)
5c 再生制御部(再生制御手段)
5d 第一補正量設定部(第一補正量設定手段,設定手段)
5e 第二補正量設定部(第二補正量設定手段,設定手段)
6 フィルタ
6a フィルタ中心部
6b フィルタ外周部
tn 近接温度
tf 全域温度
TC 中心温度
TO 外周温度
φC 第一補正量
φO 第二補正量
Claims (4)
- エンジンの排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの径方向断面の複数箇所での温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された前記温度に基づき、前記複数箇所のそれぞれの位置毎に、前記フィルタに捕集された前記粒子状物質を除去する再生制御のインターバルの補正量を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された前記それぞれの位置毎の前記インターバルの補正量に基づいて前記再生制御を実施する再生制御手段とを備え、
前記温度検出手段が、前記フィルタの径方向断面の中心部の温度を中心温度として検出するとともに、前記径方向断面の外周部の温度を外周温度として検出し、
前記設定手段が、
前記温度検出手段で検出された前記中心温度に基づき、前記再生制御手段で実施される前記再生制御のインターバルの前記補正量としての第一補正量を設定する第一補正量設定手段と、
前記温度検出手段で検出された前記外周温度に基づき、前記再生制御のインターバルの前記補正量として該補正量の少なくとも一部が前記第一補正量とは異なる第二補正量を設定する第二補正量設定手段とを有し、
前記第二補正量設定手段が、任意の前記外周温度に応じて設定される前記第二補正量の値を、該外周温度と同一の前記中心温度に応じて設定される前記第一補正量の値よりも、前記インターバルの短縮方向への補正量が小さい値として設定する
ことを特徴とする、排気浄化装置。 - 前記再生制御手段が、前記第一補正量及び前記第二補正量のうち、前記インターバルの
短縮方向への補正量が大きい一方を用いて前記再生制御のインターバルを補正する
ことを特徴とする、請求項1記載の排気浄化装置。 - 前記フィルタの径方向断面の中心部の下流側端面に近接して設けられ、前記中心部を通
過した排気の温度を近接温度として検出する近接温度センサと、
前記フィルタの径方向断面の外周部及び前記中心部をそれぞれ通過した排気の混合気の
温度を全域温度として検出する全域温度センサとを備え、
前記温度検出手段が、前記近接温度に基づいて前記中心部のフィルタ温度を中心温度と
して演算する中心温度演算手段と、前記中心温度,前記近接温度及び前記全域温度に基づ
いて前記外周温度を演算する外周温度演算手段とを有する
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 - 前記再生制御手段が、前記設定手段で設定された前記それぞれの位置毎の前記インターバルの補正量を用いて前記再生制御のインターバルを補正し、上記の補正された再生制御のインターバルに基づいて前記再生制御を実施する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の排気浄化装置。
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