JP5459306B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
内燃機関の排気通路に配設されるとともに同機関の排気中に含まれる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と、
前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位の温度に応じて変化する出力値を出力する温度センサと、
前記温度センサの出力値をセンサ検出温度に変換する温度変換部と、
再生開始条件成立時点以降において前記パティキュレートフィルタの温度が所定の指令温度に一致するように同パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量を前記センサ検出温度に基いて制御する再生制御手段と、
を備え、
前記パティキュレートフィルタの温度を上昇させて同パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させることにより同パティキュレートフィルタを再生する。
前記再生開始条件成立時点以降において前記パティキュレートフィルタの温度を前記指令温度に一致させるように予め定められたフィードフォワード量のエネルギーを前記パティキュレートフィルタに与えるフィードフォワード手段と、
前記再生開始条件成立時点以降において前記センサ検出温度が前記指令温度に基づいて定まる最終的な目標温度である最終目標温度と一致するように前記エネルギーの量をフィードバック制御するフィードバック手段と、
を備える。
温度センサモデルを用いることにより「前記フィードバック制御における目標値であるセンサ目標検出温度」を算出する目標検出温度算出手段と、
前記センサ目標検出温度を用いて前記フィードバック制御を実行するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御の実行を禁止及び許可するフィードバック制御禁止許可手段と、
を含む。
(1)「前記再生開始条件成立時点から前記フィードフォワード量のエネルギーを前記パティキュレートフィルタに与えた場合における同再生開始条件成立時点からの経過時間に対する前記センサ検出温度」を前記最終目標温度に基づいて推定するとともに、
(2)その推定したセンサ検出温度を「前記フィードバック制御における目標値であるセンサ目標検出温度」として発生する、
温度センサモデルを用いることにより、前記再生開始条件成立時点からの時間経過に応じた前記センサ目標検出温度を算出する。
ラゲール(Laguerre)近似等により構築されている場合、前記最終目標温度と前記センサ目標検出温度との差の大きさが所定の閾値温度差よりも大きい状態から同閾値温度差以下となった時点であると定められていてもよい。
図1に示したように、この排気浄化装置10は内燃機関20に適用される。機関20はディーゼル機関である。機関20は、本体部30、インテークマニホールド及び吸気管を含む吸気通路部40、並びに、エキゾーストマニホールド及び排気管を含む排気通路部50を備える。
コンプレッサ41は後述するターボチャージャのタービンとともに回転し、吸気を圧縮するようになっている。
吸気絞り弁42は吸気管に回動可能に支持されている。吸気絞り弁42は吸気絞り弁アクチュエータ43により回転され、吸気管の吸気通路断面積を変更するようになっている。
タービン51は排気により回転させられ、コンプレッサ41を回転するようになっている。
電気制御装置60は、アクセル操作量センサ61、エアフローメータ62、機関回転速度センサ63、最上流温度センサ64、第1温度センサ65、第2温度センサ66、差圧センサ67及び車速センサ68と接続されている。
エアフローメータ62は、吸気通路部40の吸気管内を流れる空気の量を検出し、その空気の量を表す信号GA(以下、「空気量GA」と称呼する。)を出力する。
機関回転速度センサ63は、機関20のクランク軸が所定の回転角度だけ回転する毎にパルスを発生する。電気制御装置60は、このパルスに基づいて機関回転速度NEを取得するようになっている。なお、電気制御装置60は図示しないカムポジションセンサからのパルス及び機関回転速度センサ63からのパルスに基づいて、機関20の絶対クランク角を取得するようになっている。
次に、上記のように構成された排気浄化装置10によるDPF再生制御の概要について説明する。排気浄化装置10は、DPF53に捕集された(堆積した)PMの量(以下、「PM堆積量」と称呼する。)を周知の手法により推定している。例えば、排気浄化装置10は、DPF前後差圧Pdに基づいてPM堆積量を推定する。PM堆積量が大きくなるほどDPF前後差圧Pdは増大する。PM堆積量は、前回のPM再生制御終了後からの機関の空気量GAの積算値、或いは、メイン燃料噴射量Qfinの積算値に基づいて推定されることもできる。排気浄化装置10は、そのPM堆積量が制御開始許容量PMth以上となったとき(即ち、DPF再生制御開始条件成立時、又は、「再生開始条件」成立時)DPF再生制御を実行する。DPF再生制御において「DPF53の温度を上昇するためにDPF53に加えられるエネルギー」は、本例においては、所謂「ポスト噴射」される燃料によりもたらされる。
従って、第2温度センサモデルは、「第2温度センサ最終目標温度T2inの変化に対する第2温度センサ検出温度T2actの変化のむだ時間に対応するむだ時間パラメータ」及び「第2温度センサ最終目標温度T2inの変化に対する第2温度センサ検出温度T2actの変化の時定数に対応する遅れパラメータ」をパラメータとして含む。但し、これらの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」が、第1温度センサモデルにて使用される「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」とそれぞれ相違する。排気浄化装置10は、第2温度センサモデルの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」を「空気量GA及びアッシュ量SASH」に基づいて変更する(図6の(B)、図7の(B)及び図8の(B)を参照。)。
・DPF再生制御においてDPF53の温度が収束した場合における実DPF温度Tactと第2温度センサ検出温度T2actとの差(乖離温度)。
・第1温度センサモデルの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」。
・第2温度センサモデルの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」。
次に、排気浄化装置10によるDPF再生制御の詳細について機能ブロック図である図2を参照しながら説明する。なお、図2に示されたブロックの機能は、実際には電気制御装置60のCPUが後述する処理を行うことにより実現される。
次に、排気浄化装置10の実際の作動について説明する。CPUは、所定時間が経過する毎に図14にフローチャートにより示した「DPF再生制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図14のステップ1400から処理を開始してステップ1402に進み、再生制御実行フラグXDPFの値が「1」であるか否かを判定する。
ステップ1408:CPUは、現時点が「DPF再生制御開始条件が成立した直後の時点」であるか否かを判定する。現時点は、「DPF再生制御開始条件が成立した直後の時点」であるので、CPUはステップ1408にて「Yes」と判定してステップ1410に進み、上述したようにPM堆積量等に基づいてDPF指令温度Tshireiを決定する。
ステップ1520:CPUは、図7の(A)に示したテーブルMapωn1(GA)に実際の空気量GAを適用することにより、固有周波数ωn1を取得する。
ステップ1620:CPUは、図7の(B)に示したテーブルMapωn2(SASH,GA)に実際の「アッシュ量SASH及び空気量GA」を適用することにより、固有周波数ωn2を取得する。
ステップ1720:CPUは、第1温度センサ目標検出温度T1tgtから第1温度センサ検出温度T1actを減ずることにより偏差ΔT1を算出する。
ステップ1730:CPUは、前回の積算値ST1(n−1)(その時点における積算値)にステップ1720にて求めた偏差ΔT1を加えることにより、今回の積算値ST1(n)を算出する。なお、積算値ST1の初期値は「0」である。
ステップ1750:CPUは、図10の(A)に示したテーブルMapKp1(GA)に実際の空気量GAを適用することにより、比例ゲインKp1を取得する。
ステップ1820:CPUは、第2温度センサ目標検出温度T2tgtから第2温度センサ検出温度T2actを減ずることにより偏差ΔT2を算出する。
ステップ1830:CPUは、前回の積算値ST2(n−1)(その時点における積算値)にステップ1820にて求めた偏差ΔT2を加えることにより、今回の積算値ST2(n)を算出する。なお、積算値ST2の初期値は「0」である。
ステップ1850:CPUは、図10の(B)に示したテーブルMapKp2(SASH,GA)に実際の「アッシュ量SASH及び空気量GA」を適用することにより、比例ゲインKp2を取得する。
(第1温度関連条件)
第1温度センサ目標検出温度T1tgtと第1温度センサ検出温度T1actとの差(ΔT1=T1in−T1tgt)の大きさが、第1の閾値温度差ΔT1thより小さい。
(第2温度関連条件)
第2温度センサ目標検出温度T2tgtと第2温度センサ検出温度T2actとの差(ΔT2=T2in−T2tgt)の大きさが、第2の閾値温度差ΔT2thより小さい。
前記再生開始条件成立時点以降において前記パティキュレートフィルタの温度を前記指令温度に一致させるように予め定められたフィードフォワード量のエネルギーを前記パティキュレートフィルタに与えるフィードフォワード手段(図2のB2、図14のステップ1414を参照。)と、
前記再生開始条件成立時点以降において前記センサ検出温度が前記指令温度に基づいて定まる最終的な目標温度である最終目標温度と一致するように前記エネルギーの量をフィードバック制御するフィードバック手段(図2のB1、B3、B5、B6、B8、B9、図14のステップ1410、ステップ1412、ステップ1418乃至ステップ1434を参照。)と、
を備え、
更に、前記フィードバック手段は、
前記再生開始条件成立時点から前記フィードフォワード量のエネルギーを前記パティキュレートフィルタに与えた場合における同再生開始条件成立時点からの経過時間に対する前記センサ検出温度を前記最終目標温度に基づいて推定するとともに、その推定したセンサ検出温度を前記フィードバック制御における目標値であるセンサ目標検出温度として発生する温度センサモデル(第1温度センサモデル、第2温度センサモデル)を用いることにより、前記再生開始条件成立時点からの時間経過に応じた前記センサ目標検出温度を算出する目標検出温度算出手段(図2のB3、B6、及び、図14のステップ1418、ステップ1420、図15、及び、図16等を参照。)と、
前記センサ目標検出温度と前記センサ検出温度とが一致するように前記パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量を制御することによって前記フィードバック制御を実行するフィードバック制御手段(図2のB5,B6,B9、及び、図14のステップ1424、ステップ1426、図17及び図18等を参照。)と、
前記再生開始条件成立時点から所定期間が経過する特定時点(第1温度関連条件及び第2温度関連条件が成立する時点)までは前記センサ目標検出温度を用いた前記フィードバック制御の実行を禁止し、前記特定時点以降において前記フィードバック制御の実行を許可するフィードバック制御禁止許可手段(図2のB10、図14のステップ1422及びステップ1436、並びに、図19のステップ1965、ステップ1970及びステップ1910を参照。)と、
を含む。
Claims (2)
- 内燃機関の排気通路に配設されるとともに同機関の排気中に含まれる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と、
前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位の温度に応じて変化する出力値を出力する温度センサと、
前記温度センサの出力値をセンサ検出温度に変換する温度変換部と、
再生開始条件成立時点以降において前記パティキュレートフィルタの温度が所定の指令温度に一致するように同パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量を前記センサ検出温度に基いて制御する再生制御手段と、
を備え、前記パティキュレートフィルタの温度を上昇させて同パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させることにより同パティキュレートフィルタを再生する内燃機関の排気浄化装置において、
前記再生制御手段は、
前記再生開始条件成立時点以降において前記パティキュレートフィルタの温度を前記指令温度に一致させるように予め定められたフィードフォワード量のエネルギーを前記パティキュレートフィルタに与えるフィードフォワード手段と、
前記再生開始条件成立時点以降において前記センサ検出温度が前記指令温度に基づいて定まる最終的な目標温度である最終目標温度と一致するように前記エネルギーの量をフィードバック制御するフィードバック手段と、
を備え、
更に、前記フィードバック手段は、
前記再生開始条件成立時点から前記フィードフォワード量のエネルギーを前記パティキュレートフィルタに与えた場合における同再生開始条件成立時点からの経過時間に対する前記センサ検出温度を前記最終目標温度に基づいて推定するとともに、その推定したセンサ検出温度を前記フィードバック制御における目標値であるセンサ目標検出温度として発生する温度センサモデルを用いることにより、前記再生開始条件成立時点からの時間経過に応じた前記センサ目標検出温度を算出する目標検出温度算出手段と、
前記センサ目標検出温度と前記センサ検出温度とが一致するように前記パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量を制御することによって前記フィードバック制御を実行するフィードバック制御手段と、
前記再生開始条件成立時点から所定期間が経過する特定時点までは前記センサ目標検出温度を用いた前記フィードバック制御の実行を禁止し、前記特定時点以降において前記フィードバック制御の実行を許可するフィードバック制御禁止許可手段と、
を含み、
前記温度センサモデルはパデ近似により構築されており、
前記特定時点は、前記再生開始条件成立時点以降において、前記最終目標温度と前記センサ目標検出温度との差の大きさが所定の閾値温度差よりも大きい状態から同閾値温度差以下となった時点であると定められた、
排気浄化装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記閾値温度差は、前記最終目標温度と、前記再生開始条件成立時点以降に最初に現れる前記センサ目標検出温度の極大値と、の差の大きさ以下の値に設定されている排気浄化装置。
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