JP6365560B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
化及び除去することにある。
陥の少ない煤よりも低い温度で酸化され易い。よって、欠陥煤比率が大きい場合は小さい場合に比べ、プレ再生処理の実行時において単位時間あたりに酸化されるPMの量が多くなり、それに伴ってプレ再生処理の実行時における前後差圧の変化速度(減少速度)が大きくなる。このような相関を踏まえると、前記プレ再生処理の実行時における前後差圧の変化速度が大きい場合は小さい場合に比べ、前記フィルタ再生処理の実行時間を短くすることにより、欠陥煤比率が高い場合は低い場合に比べ、前記フィルタ再生処理の実行時間が短くされることになる。その結果、フィルタ再生処理の実行時間がフィルタに堆積しているPMの欠陥煤比率に適した長さになるため、フィルタ再生処理の実行時間が過剰に長くなったり、又は過剰に短くなったりすることを抑制することができる。その結果、フィルタに堆積しているPMを効率的に酸化及び除去することができる。
時間が欠陥煤比率に適した時間より短くなる可能性がある。
先ず、本発明の第1の実施形態について図1乃至図10に基づいて説明する。図1は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)であり、気筒2
内へ燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。
設されている。ECU10は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等から構成される電子制御ユニットである。ECU10は、前述したエアフローメータ40、排気温度センサ52、差圧センサ53に加え、アクセルポジションセンサ7やクランクポジションセンサ8等の各種センサと電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ7は、図示しないアクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ8は、内燃機関1の機関出力軸(クランクシャフト)の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。これら各種センサの出力信号は、ECU10に入力されるようになっている。
、単位時間あたりに内燃機関1から排出されるPM量に、フィルタ50aの仕様に応じて定まる捕集率を乗算することで、求められる。単位時間あたりに内燃機関1から排出されるPMの量は、内燃機関1の運転状態から推定されるものとする。一方、単位時間あたりにフィルタ50aで酸化されるPMの量は、フィルタ50aの温度と、PM堆積量ΣPMの前回値と、フィルタ50aへ流入する排気の酸素濃度と、フィルタ50aへ流入する排気のNO2濃度と、をパラメータとして演算される。フィルタ50aの温度は、排気温度センサ52の検出値に基づいて推定されるものとする。フィルタ50aへ流入する排気の酸素濃度は、内燃機関1の運転状態から推定されてもよく、又は酸素濃度センサによって検出されてもよい。フィルタ50aへ流入する排気のNO2濃度は、内燃機関1の運転状態から推定されてもよく、又はNOXセンサの検出値から推定されててもよい。なお、フィルタ50aのPM堆積量ΣPMは、差圧センサ53により検出される前後差圧と、排気流量(燃料噴射量と吸入空気量との総和)と、をパラメータとして演算されてもよい。このような方法により、ECU10がPM堆積量ΣPMを求めることにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。
して欠陥煤の堆積量が占める割合(欠陥煤比率)が大きい場合は小さい場合に比べ、フィルタ再生処理の実行時において単位時間あたりに酸化されるPMの量が多くなる。すなわち、欠陥煤比率が大きい場合は小さい場合に比べ、フィルタ再生処理の実行時におけるPMの酸化速度が大きくなる。図4は、フィルタ温度とPMの酸化速度との相関について、堆積欠陥煤比率が該PM酸化速度に与える影響について説明するための図である。図4において、フィルタ50aに堆積しているPMの酸化速度は、フィルタ50aの温度が高くなるほど大きくなる。さらに、フィルタ50aに堆積しているPMの酸化速度は、欠陥煤比率が小さい場合より大きい場合の方が大きくなる。これらの特性を考慮せずにフィルタ再生処理の実行時間が設定されると、前述したように、フィルタ再生処理の実行時間が過剰に長くなったり、又は過剰に短くなったりするため、燃料消費率の悪化、フィルタ50aの熱劣化、又は機関出力の低下等を招く可能性がある。その結果、フィルタ50aに堆積しているPMを効率的に酸化及び除去することができない可能性がある。
時間との関係は、図6に示すように、プレ再生処理の実行時における前後差圧の変化速度が大きい場合は小さい場合に比べ、フィルタ再生処理の実行時間が短くなるように定められるものとする。なお、図6においては、プレ再生処理の実行時における前後差圧の変化速度とフィルタ再生処理の実行時間との関係が略線形の関係になっているが、内燃機関やフィルタの仕様によっては非線形の関係になる場合もあり得る。
るものとする。また、フィルタ50aへ流入する排気のNO2濃度を高める方法としては、燃料噴射弁3の燃料噴射時期を圧縮行程の上死点(TDC)前まで進角させる方法を用いることができる。なお、排気通路5を流れる排気の一部をEGRガスとして吸気通路4へ還流させるためのEGR装置が内燃機関1に併設されている場合は、ECU10は、EGR装置により還流されるEGRガスの量をプレ再生処理の実行前より少なくなることにより、フィルタ50aへ流入する排気のNO2濃度を高めてもよい。
は、S202の処理へ戻り、プレ再生処理の実行を継続する。一方、該S203の処理で肯定判定された場合は、ECU10は、S204の処理へ進み、プレ再生処理の実行時間(所要時間)の計測を終了する。そして、ECU10は、S205の処理へ進み、前記所要時間を引数として前述した図8のマップへアクセスすることにより、フィルタ再生処理の実行時間を導出する。このような方法によれば、前記一定量を、差圧センサ53のばらつき等に起因する前後差圧ΔPの変化量のばらつきより大きな値に設定することで、プレ再生処理の実行時における実際の前後差圧の変化量をより正確に検出することができる。なお、ECU10は、前記一定量(前後差圧ΔPの変化量(ΔP1−ΔP2))を前記所要時間で除算することにより、前後差圧の変化速度を演算して、その変化速度と前述した図6のマップとに基づいて、フィルタ再生処理の実行時間を設定してもよい。
次に、本発明の第2の実施形態について図11及び図12に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
[欠陥煤堆積量]=[欠陥煤酸化速度]/([NO2濃度]*[O2濃度]*k)・・・(1)
上記した式(1)において、NO2濃度は、プレ再生処理の実行時にフィルタ50aへ流入する排気のNO2濃度である。O2濃度は、プレ再生処理の実行時にフィルタ50aへ流入する排気のO2濃度である。また、kは、排気の温度に基づいて定められる係数である。
ルタ再生処理の実行時において、単位時間あたりに酸化されるPMの量ΔPMを、フィルタ50aのPM堆積量ΣPMから減算して、フィルタ50aに残存しているPMの量(以下、「PM残量ΣPMra」と称する)を求める処理を繰り返し実行し、そのPM残量ΣPMraが所定の終了判定値ΣPMrathr以下になったときに、フィルタ再生処理を終了する。ここで、前記PM酸化速度Vpmは、前述したように、欠陥煤比率が低い場合より高い場合の方が大きくなる。すなわち、フィルタ再生処理の実行時において、単位時間あたりに酸化されるPMの量ΔPMは、欠陥煤比率が低い場合より高い場合の方が多くなる。よって、フィルタ再生処理が実行された際に、前記PM残量ΣPMraが前記所定の終了判定値ΣPMrathr以下まで減少するのに要する時間(フィルタ再生処理の実行時間)は、欠陥煤比率が低い場合より高い場合の方が短くなる。その結果、フィルタ再生処理の実行時間は、フィルタ50aに堆積しているPMの酸化速度に適した長さに調整されることになる。
ΣPMra=ΣPMraold−ΔPM・・・(2)
上記した式(2)において、ΣPMraoldは、該S302の処理の前回の実行時において算出されたPM残量である。また、ΔPMは、前記S301の処理で演算された、単位時間あたりに酸化されるPMの量である。
aに堆積しているPMを、より効率的に酸化及び除去することができる。
フィルタ50aに堆積するPMには、SOFが含まれている場合がある。SOFは、欠陥煤よりも酸化され易い。そのため、フィルタ50aにSOFが堆積している場合は、フィルタ50aにSOFが堆積していない場合に比べ、プレ再生処理の実行時における前後差圧ΔPの変化速度が大きくなる。よって、プレ再生処理の実行時における前後差圧ΔPの変化速度に基づいて調整される、フィルタ再生処理の実行時間は、フィルタ50aにSOFが堆積していない場合に比べ、フィルタ50aにSOFが堆積している場合の方が短くなる。その結果、フィルタ50aのPM残量ΣPMraが想定より多い状態(例えば、前述の所定の終了判定値ΣPMrathrより多い状態)でフィルタ再生処理が終了されて、フィルタ再生処理の効率が低下する可能性がある。
2 気筒
3 燃料噴射弁
4 吸気通路
5 排気通路
10 ECU
40 エアフローメータ
41 スロットル弁
50 フィルタケーシング
51 燃料添加弁
52 排気温度センサ
53 差圧センサ
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に配置され、前記内燃機関から排出されるPMを捕集するフィルタと、
前記フィルタより上流の排気圧力と前記フィルタより下流の排気圧力との差である前後差圧を検出する差圧センサと、
前記フィルタに捕集されているPMの量であるPM堆積量を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されるPM堆積量が所定の閾値以上であるときに、前記フィルタを第一目標温度まで昇温させることにより、該フィルタに捕集されているPMを酸化及び除去する処理であるフィルタ再生処理を実行する再生手段と、
を備え、
前記再生手段は、前記取得手段により取得されるPM堆積量が前記所定の閾値以上となったときに、前記フィルタを前記第一目標温度より低い第二目標温度まで昇温させるとともに前記フィルタへ流入する排気に含まれる二酸化窒素の濃度を高める処理であるプレ再生処理を所定期間実行し、そのプレ再生処理の終了後に前記フィルタ再生処理を実行するものであって、前記プレ再生処理の実行時における前記差圧センサの検出値の変化速度が大きい場合における前記フィルタ再生処理の実行時間は前記変化速度が小さい場合における前記フィルタ再生処理の実行時間より短くなるように、前記フィルタ再生処理を実行するものである、内燃機関の排気浄化装置において、
前記再生手段は、前記プレ再生処理の実行時における前記差圧センサの検出値の変化速度が大きいときは小さいときに比べ、前記フィルタに堆積しているPMの酸化速度が大きくなり、且つ前記フィルタの温度が高いときは低いときに比べ、前記フィルタに堆積しているPMの酸化速度が大きくなるという特性に基づいて、前記プレ再生処理の実行時における前記差圧センサの検出値の変化速度に対応する、前記フィルタの温度と該フィルタに堆積しているPMの酸化速度との関係を推定して、推定された関係において前記フィルタの温度が前記第一目標温度と等しい場合のPMの酸化速度を求め、そのPMの酸化速度に基づいて前記フィルタ再生処理の実行時における前記フィルタに残存しているPMの量を演算して、前記フィルタに残存しているPMの量が所定の終了判定値以下になったときに前記フィルタ再生処理を終了することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の排気通路に配置され、前記内燃機関から排出されるPMを捕集するフィルタと、
前記フィルタより上流の排気圧力と前記フィルタより下流の排気圧力との差である前後差圧を検出する差圧センサと、
前記フィルタに捕集されているPMの量であるPM堆積量を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されるPM堆積量が所定の閾値以上であるときに、前記フィルタを第一目標温度まで昇温させることにより、該フィルタに捕集されているPMを酸化及び除去する処理であるフィルタ再生処理を実行する再生手段と、
を備え、
前記再生手段は、前記取得手段により取得されるPM堆積量が前記所定の閾値以上となったときに、前記フィルタを前記第一目標温度より低い第二目標温度まで昇温させるとともに前記フィルタへ流入する排気に含まれる二酸化窒素の濃度を高める処理であるプレ再生処理を所定期間実行し、そのプレ再生処理の終了後に前記フィルタ再生処理を実行するものであって、前記プレ再生処理の実行時における前記差圧センサの検出値の変化速度が大きい場合における前記フィルタ再生処理の実行時間は前記変化速度が小さい場合における前記フィルタ再生処理の実行時間より短くなるように、前記フィルタ再生処理を実行するものである、内燃機関の排気浄化装置において、
前記再生手段は、前記プレ再生処理を実行する前に、前記フィルタを前記第二目標温度より低く、且つSOFが酸化される温度である第三目標温度まで昇温させることにより、前記フィルタに堆積しているSOFを酸化及び除去する処理であるSOF除去処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1において、前記再生手段は、前記プレ再生処理を実行する前に、前記フィルタを前記第二目標温度より低く、且つSOFが酸化される温度である第三目標温度まで昇温させることにより、前記フィルタに堆積しているSOFを酸化及び除去する処理であるSOF除去処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気通路に配置され、前記内燃機関から排出されるPMを捕集するフィルタと、
前記フィルタより上流の排気圧力と前記フィルタより下流の排気圧力との差である前後差圧を検出する差圧センサと、
前記フィルタに捕集されているPMの量であるPM堆積量を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されるPM堆積量が所定の閾値以上であるときに、前記フィルタを第一目標温度まで昇温させることにより、該フィルタに捕集されているPMを酸化及び除去する処理であるフィルタ再生処理を実行する再生手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記再生手段は、前記取得手段により取得されるPM堆積量が前記所定の閾値以上となったときに、前記フィルタを前記第一目標温度より低い第二目標温度まで昇温させるとともに前記フィルタへ流入する排気に含まれる二酸化窒素の濃度を高める処理であるプレ再生処理を所定期間実行し、そのプレ再生処理の終了後に前記フィルタ再生処理を実行するものであって、前記プレ再生処理の実行時における前記差圧センサの検出値の変化速度が大きい場合における前記フィルタ再生処理の実行時間は前記変化速度が小さい場合における前記フィルタ再生処理の実行時間より短くなり且つ零より大きくなるように、前記フィルタ再生処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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