JP6256393B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Description
2領域に堆積している粒子状物質の一部のみを酸化させるように、前記フィルタをその上流側から昇温させる所定昇温処理を実行する昇温手段と、前記フィルタ上流の排気通路とその下流の排気通路との排気圧力差を取得する差圧取得手段と、前記所定昇温処理が行われている際に、前記第1領域の温度が、捕集された粒子状物質の酸化が開始される所定酸化開始温度を超えてから、前記第2領域の温度が、該所定酸化開始温度を超えるまでの期間の少なくとも一部である第1酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第1差圧低下量と、該第1酸化期間の長さとに基づいて、該第1領域における粒子状物質の堆積量である第1堆積量を算出する第1算出手段と、前記所定昇温処理が行われている期間であって前記第2領域の温度が前記所定酸化開始温度を超えた後の第2酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第2差圧低下量と、該第2酸化期間の長さとに基づいて、該第2領域における粒子状物質の堆積量である第2堆積量を算出する第2算出手段と、を備える、内燃機関の排気浄化システムである。そして、前記第1算出手段は、前記第1酸化期間の長さに対する前記第1差圧低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第1堆積量を多く算出し、前記第2算出手段は、前記第2酸化期間の長さに対する、前記第2差圧低下量のうち前記第2領域分の差圧低下量に相当する第2領域部分低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第2堆積量を多く算出する。
算出される。第1算出手段及び第2算出手段によるそれぞれのPM堆積量の算出においては、上記所定昇温処理が行われている際の、各領域におけるPMの酸化速度と、各領域でのPM堆積量との相関が考慮されている。
える。
理の形態として、以下の3つの形態を例示することができる。先ず、第1の形態として、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、を更に備えてもよい。その場合、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が前記再生基準量よりも少ない部分算出基準量を超えたときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第1算出手段による前記第1堆積量の算出及び前記第2算出手段による前記第2堆積量の算出を行う。その上で、該第1堆積量が第1基準堆積量を超えているか、又は該第2堆積量が第2基準堆積量を超えている場合には、前記再生手段は、該フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が該再生基準量を超えていなくても前記フィルタ再生処理を実行してもよい。
ィルタ再生処理が実行開始される。これにより、フィルタ再生処理時の過昇温の発生を抑制しつつ、所定昇温処理によってある程度昇温されているフィルタに対してフィルタ再生処理を行うことができ、フィルタ再生処理に要するエネルギー、すなわちフィルタ全体に堆積しているPMを酸化除去するのに要するエネルギー量を低減することができる。
PM堆積状態が形成されるのに要する時間が設定される。
燃機関1を搭載した車両のアクセル開度を検出し、ECU20へと送る。その結果、ECU20は、クランクポジションセンサ11の検出値に基づいて内燃機関1の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ12の検出値に基づいて内燃機関1の機関負荷を導出する。また、ECU20は、温度センサ7の検出値に基づいてフィルタ4に流れ込む排気温度を検出し、また排気温度センサ9の検出値に基づいてフィルタ4の温度を推定することができる。また、ECU20は、差圧センサ8を通して排気差圧を検出可能である。また、ECU20は、エアフローメータ10の検出値及び燃料噴射量に基づいて、排気流量を取得することも可能である。
フィルタそのものの劣化や酸化触媒の劣化等が懸念される。そこで、本実施例では、フィルタ4における局所的なPM堆積量、すなわちフロント領域4aでのPM堆積量と、リア領域4bでのPM堆積量の算出が行われ、それぞれの局所的なPM堆積量を考慮してフィルタ再生処理が行われる。
差圧の低下が生じ、その低下量はΔdP_Frとされる。また、タイミングT3〜T4の期間では、酸化開始温度Tpmを超えているのはフロント領域4aとリア領域4bである。そのため、タイミングT3〜T4の期間では、両領域に堆積しているPMが酸化燃焼して排気差圧の低下が生じることになる。したがって、タイミングT3〜T4の期間でのフロント領域4aでの堆積PMの酸化燃焼による排気差圧の低下量がΔdP_Fr2とされ、リア領域4bでの堆積PMの酸化燃焼による排気差圧の低下量がΔdP_Rrとされると、同期間での排気差圧の低下量は、両低下量の和(ΔdP_Rr+ΔdP_Fr2)となる。
Z0 = k [PM] [O2]α [NO2]β (式1)
Z0: 酸化速度
k: 反応速度定数
[PM]: PM堆積量
[O2]α: 酸素量
[NO2]β: 二酸化窒素量
また、反応速度定数kは、以下の式2に従う。
k = A exp(-Ea/R T) (式2)
A: 頻度因子
Ea: 活性化エネルギ
R: 気体定数
T: 酸化温度(絶対温度)
る分の低下量であるΔdP_Rrを利用する必要がある。そして、フロント領域4aの場合と同じように、リア領域4bでの酸化速度は、タイミングT3〜T4の期間の長さに対する排気差圧の低下量ΔdP_Rrの大きさの比率であるリア側比率に対応する。このリア側比率は、上記の第2比率に相当する。したがって、図3(b)に示す相関を考慮すると、リア領域4bでのPM堆積量は、リア側比率が大きくなるほど多くなるように算出されることになる。
ここで、上述したフロント領域4a及びリア領域4bでの部分堆積量を算出するための処理である部分堆積量算出処理について、図4A及び図4Bに基づいて説明する。両図には、部分堆積量算出処理を分割して記載している。この部分堆積量算出処理は、ECU20のメモリに格納されている制御プログラムが実行されることで行われる。先ず、S101では、フロント領域4a及びリア領域4bでの部分堆積量の算出要求があるか否かが判定される。当該算出要求は、所定の制御において、各領域での部分堆積量が必要とされる場合等に出されるものである。例えば、後述する図5、図6に示すフィルタ再生制御や、図7に示す部分堆積量推定制御において、本部分堆積量算出処理が呼び出される場合、当該算出要求が出されることになる。S101で肯定判定されるとS102へ進み、否定判定されると本部分堆積量算出処理を終了する。
ト領域4aでの堆積PMが酸化燃焼することに起因する排気差圧の低下量である第2差圧低下量ΔdP2の測定が開始される。この第2差圧低下量ΔdP2は、第2酸化期間Δt2の始点であるタイミングT3での排気差圧を始点として計測されていくことになる。S109の処理が終了すると、S110へ進む。
域低下量ΔdP_Rrを抽出すればよい。また、同量とみなせない場合には、上記第2の抽出手法によりリア領域低下量ΔdP_Rrを抽出すればよい。
ここで、上記の部分堆積量算出処理を利用したフィルタ4のフィルタ再生処理を行うフィルタ再生制御の第1の例について、図5に基づいて説明する。このフィルタ再生制御は、ECU20のメモリに格納されている制御プログラムが実行されることで行われる。また、当該フィルタ再生制御が行われる前提として、ECU20は内燃機関1の機関回転速度や機関負荷等の運転状態に基づいて、フィルタ4の全体でのPM堆積量を随時推定している。このフィルタ4の全体でのPM堆積量の推定処理は、上記部分堆積量算出処理とは異なる処理であるが、当該推定処理は従来技術によるものであるからその詳細な説明は省略する。また、フィルタ4全体でのPM堆積量は全体PM堆積量X1と称される。
フィルタ再生処理が実行されることになる。このように早期のフィルタ再生処理が実行されることで、局所的な過昇温が顕在化する前にフィルタ4全体の堆積PMの酸化除去が行われることになり、以て、フィルタ再生処理によるフィルタ4の溶損や酸化触媒の劣化等を可及的に回避することができる。
ここで、上記の部分堆積量算出処理を利用したフィルタ4のフィルタ再生処理を行うフィルタ再生制御の第2の例について、図6に基づいて説明する。このフィルタ再生制御は、ECU20のメモリに格納されている制御プログラムが実行されることで行われる。また、当該フィルタ再生制御が行われる前提として、上記の第1の例と同様に、フィルタ4の全体での全体PM堆積量X1を随時推定している。更に、一のフィルタ再生処理と次のフィルタ再生処理との間の期間において、部分堆積量算出処理が行われたか否かを識別するための実行フラグが利用される。
れがないことを意味する。そこで、標準フィルタ再生処理の実行条件は、全体PM堆積量X1を超えるPMが堆積しているフィルタ4において燃料供給弁5から供給される燃料が酸化燃焼し、フィルタ4の温度を酸化開始温度Tpmを超える温度まで速やかに到達させ、且つ、供給された燃料がフィルタ4上に酸化されずに付着してしまわない程度の、燃料供給弁5による燃料供給条件とされる。当該燃料供給条件は、フィルタ4の温度や排気流量等に応じて変動させてもよい。S305で実行条件が設定されると、S307以降の処理により当該実行条件に従ったフィルタ再生処理、すなわち、標準フィルタ再生処理が行われることになる。
ここで、上記の部分堆積量算出処理を利用したフィルタ4の部分堆積量推定制御について、図7に基づいて説明する。この部分堆積量推定制御は、フロント領域4a及びリア領域4bのそれぞれの部分堆積量を推定する制御であり、ECU20のメモリに格納されている制御プログラムが実行されることで行われる。また、本制御とは並列して、フィルタ4のためのフィルタ再生処理に関する制御、例えば、図5や図6に示す制御が繰り返し実行されているものとする。そして、本制御は、一のフィルタ再生処理と次のフィルタ再生処理との間の期間に、後述するS406での部分堆積量算出処理が一度だけ行われる。それとともに、フィルタ再生処理の終了時には、その時点までに部分堆積量算出処理が実行
されたことを示す実行フラグがOFFに設定される。
実際の部分堆積量とかけ離れる可能性がある。そこで、上記のように部分堆積量算出処理が行われ、その算出結果に基づいて推定された部分堆積量が補正される。なお、当該算出結果が反映された、補正された部分堆積量は、次の部分堆積量推定制御で推定される部分堆積量に反映されるため、一度補正が行われると、それ以降の推定値には当該補正が引き続き反映されることになる。以上より、本部分堆積量推定制御によれば、容易な構成でより正確な各領域の部分堆積量を推定することが可能となる。
酸化燃焼による排気差圧の低下量は、ΔdP_Fr3とされ、センタ領域4Bでの堆積PMの酸化燃焼による排気差圧の低下量は、ΔdP_Ce2とされ、リア領域4Cでの堆積PMの酸化燃焼による排気差圧の低下量は、ΔdP_Rrとされる。したがって、タイミングT14〜T15の期間での排気差圧の低下量はこれらの低下量の和(ΔdP_Rr+ΔdP_Ce2+ΔdP_Fr3)となる。
2 排気通路
3 ヒータ
4 フィルタ
4a、4A フロント領域
4b、4C リア領域
4B センタ領域
5 燃料供給弁
7、9 排気温度センサ
8 差圧センサ
10 エアフローメータ
11 クランクポジションセンサ
12 アクセル開度センサ
13 吸気通路
20 ECU
Claims (9)
- 内燃機関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であって、該フィルタの一部である第1領域と、該第1領域よりも下流側に位置する該フィルタの一部である第2領域とを有するフィルタと、
前記第1領域及び前記第2領域に堆積している粒子状物質の一部のみを酸化させるように、前記フィルタをその上流側から昇温させる所定昇温処理を実行する昇温手段と、
前記フィルタ上流の排気通路とその下流の排気通路との排気圧力差を取得する差圧取得手段と、
前記所定昇温処理が行われている際に、前記第1領域の温度が、捕集された粒子状物質の酸化が開始される所定酸化開始温度を超えてから、前記第2領域の温度が、該所定酸化開始温度を超えるまでの期間の少なくとも一部である第1酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第1差圧低下量と、該第1酸化期間の長さとに基づいて、該第1領域における粒子状物質の堆積量である第1堆積量を算出する第1算出手段と、
前記所定昇温処理が行われている期間であって前記第2領域の温度が前記所定酸化開始温度を超えた後の第2酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第2差圧低下量と、該第2酸化期間の長さとに基づいて、該第2領域における粒子状物質の堆積量である第2堆積量を算出する第2算出手段と、
を備える、内燃機関の排気浄化システムであって、
前記第1算出手段は、前記第1酸化期間の長さに対する前記第1差圧低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第1堆積量を多く算出し、
前記第2算出手段は、前記第2酸化期間の長さに対する、前記第2差圧低下量のうち前記第2領域分の差圧低下量に相当する第2領域部分低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第2堆積量を多く算出する、
内燃機関の排気浄化システム。 - 前記第1酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第1算出手段は、前記第1差圧低下量が大きくなるほど、前記第1堆積量を多く算出し、
前記第2酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第2算出手段は、前記第2領域部分低下量が大きくなるほど、前記第2堆積量を多く算出する、
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記第2酸化期間は、前記第1酸化期間と同じ長さに設定され、
前記第2領域部分低下量は、前記第2差圧低下量と前記第1差圧低下量との差分に基づいて算出される、
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記第1酸化期間において前記所定昇温処理により前記フィルタに供給される単位時間当たりの熱量と、前記第2酸化期間において該所定昇温処理により該フィルタに供給される単位時間当たりの熱量とは同じに設定される、
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、
前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、を更に備え、
前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が前記再生基準量よりも少ない部分算出基準量を超えたときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第1算出手段による前記第1堆積量の算出及び前記第2算出手段による前記第2堆積量の算出を行
い、該第1堆積量が第1基準堆積量を超えているか、又は該第2堆積量が第2基準堆積量を超えている場合には、前記再生手段は、該フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が該再生基準量を超えていなくても前記フィルタ再生処理を実行する、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、
該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、を更に備え、
前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第1算出手段による前記第1堆積量の算出及び前記第2算出手段による前記第2堆積量の算出を行い、該第1堆積量が第3基準堆積量を超えておらず、且つ該第2堆積量が第4基準堆積量を超えていない場合には、該所定昇温処理に続いて、前記再生手段は前記フィルタ再生処理を開始する、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 少なくとも前記第1堆積量が前記第3基準堆積量を超えているか、又は前記第2堆積量が前記第4基準堆積量を超えている場合に、該第1堆積量の該第3基準堆積量に対する超過量が大きくなるほど、又は該第2堆積量の該第4基準堆積量に対する超過量が大きくなるほど、前記フィルタ再生処理と比べて前記フィルタに供給する単位時間当たりの熱量を小さくする緩慢フィルタ再生処理を行う緩慢再生手段を、更に備える、
請求項6に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第1領域における粒子状物質の堆積量である推定第1堆積量、及び前記第2領域における粒子状物質の堆積量である推定第2堆積量を推定する部分堆積量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、
前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、
を更に備え、
前記フィルタ再生処理が終了した後に所定時間が経過したときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第1算出手段による前記第1堆積量の算出及び前記第2算出手段による前記第2堆積量の算出を行い、該算出された第1堆積量及び該算出された第2堆積量に基づいて、前記部分堆積量推定手段により推定される前記推定第1堆積量及び前記推定第2堆積量を補正する、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記フィルタは、前記第2領域よりも下流側に位置する該フィルタの一部である第3領域を有し、
前記第2酸化期間は、前記所定昇温処理が行われている際に、前記第2領域の温度が、前記所定酸化開始温度を超えてから、前記第3領域の温度が、該所定酸化開始温度を超えるまでの期間の少なくとも一部の期間であって、
前記内燃機関の排気浄化システムは、
前記所定昇温処理が行われている期間であって前記第3領域の温度が前記所定酸化開始温度を超えた後の第3酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第3差圧低下量と、該第3酸化期間の長さとに基づいて、該第3領域における粒子状物質の堆積量である第3堆積量を算出する第3算出手段を、更に備え、
前記第3算出手段は、前記第3酸化期間の長さに対する、前記第3差圧低下量のうち前記第3領域分の差圧低下量に相当する第3領域部分低下量の大きさの比率が大きくなるほ
ど、前記第3堆積量を多く算出する、
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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