JP6568372B2 - Exhaust purification equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジン等の排ガスを後処理して浄化する排気浄化装置に関し、特に粒子状物質フィルタの再生時におけるエンジンオイルの希釈を抑制したものに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas such as diesel engine by post-processing, and particularly relates to an apparatus that suppresses dilution of engine oil during regeneration of a particulate matter filter.
例えば自動車用のディーゼルエンジンにおいては、排気中に含まれるスート(煤)等の粒子状物質(PM)を、例えばセラミック等からなるフィルタによって濾過し捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)が設けられている。
このようなDPFにおいては、運転時間の経過に伴いPMの堆積量が多くなると目詰まりが生じてエンジンの運転性に悪影響を及ぼすことから、PM堆積量が増加した場合にこれを燃焼させて焼却処理する再生運転が行われる。
For example, a diesel engine for automobiles is provided with a diesel particulate filter (DPF) that filters and collects particulate matter (PM) such as soot (soot) contained in exhaust gas by a filter made of, for example, ceramic. ing.
In such a DPF, if the amount of accumulated PM increases with the passage of operating time, clogging occurs and adversely affects the operability of the engine. Therefore, when the amount of accumulated PM increases, it is burned and incinerated. The regeneration operation to process is performed.
再生運転は、DPF層内を高温としてPMを燃焼させることによって行う。安定してスートを燃焼させるためのDPF層内の昇温及び温度維持は、例えば、エンジンの膨張行程後期から排気行程において燃料を噴射するポスト噴射を行い、排気内に未燃燃料を供給することによって行われる。
未燃燃料は、DPFの上流側に設けられた酸化触媒(DOC)において酸化(燃焼)し、DPFへのフィードガスとなる排気温度を上昇させる。
DPFは、DOCによって昇温された排気が流入することによって、PMの着火及び燃焼維持に必要な温度まで昇温され、再生運転終了までの間温度維持される。
The regeneration operation is performed by burning PM at a high temperature in the DPF layer. The temperature rise and temperature maintenance in the DPF layer for stably burning soot is performed by, for example, performing post injection that injects fuel in the exhaust stroke from the late stage of the engine expansion stroke, and supplying unburned fuel in the exhaust Is done by.
The unburned fuel is oxidized (combusted) in an oxidation catalyst (DOC) provided on the upstream side of the DPF, and the exhaust temperature serving as a feed gas to the DPF is raised.
The DPF is heated to a temperature required for PM ignition and combustion maintenance by the flow of exhaust gas heated by the DOC, and the temperature is maintained until the end of the regeneration operation.
DPF再生に関する従来技術として、例えば特許文献1には、PM堆積量が運転性に影響を与えるレベルを超えた場合には運転状態に関わらずDPF再生を実行するとともに、PM堆積量が運転性に影響を与えないレベルであっても、PMの伝搬燃焼が可能なレベルでありかつエンジンの運転状態がDPF再生に適している場合にはDPF再生を実行することが記載されている。
特許文献2には、PM捕集量が第1、第2の閾値の中間である場合に、昇温効率のよい運転条件となった場合にのみDPF再生を実行することが記載されている。
特許文献3には、フィルタ温度が所定温度以上の場合には、フィルタ内のパティキュレート量が比較的少ない場合であっても再生動作を開始させることが記載されている。
特許文献4には、フィルタのPM量が閾値以上であるときに再生を実行するとともに、排ガス中に未燃燃料を供給せずに再生が可能である負荷領域である場合には閾値を小さな値に設定することが記載されている。
特許文献5には、排気微粒子の捕集量が第1基準値以上であるときにはエンジン負荷状態が高いときにのみ再生を実施し、捕集量が第1基準値よりも大きい第2基準値以上であるときには負荷状態に関わらず再生を実施することが記載されている。
As a conventional technique related to DPF regeneration, for example, in Patent Document 1, when the amount of accumulated PM exceeds a level that affects drivability, DPF regeneration is executed regardless of the operation state, and the accumulated amount of PM becomes drivable. It is described that DPF regeneration is executed when the level is such that PM can be propagated and burned and the engine operating state is suitable for DPF regeneration even if the level is not affected.
Patent Document 2 describes that DPF regeneration is executed only when the operating conditions with good temperature rise efficiency are obtained when the amount of collected PM is between the first and second threshold values.
Patent Document 3 describes that when the filter temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the regeneration operation is started even when the amount of particulates in the filter is relatively small.
In Patent Document 4, regeneration is executed when the PM amount of the filter is equal to or greater than a threshold value, and the threshold value is set to a small value in a load region where regeneration is possible without supplying unburned fuel in the exhaust gas. It is described to set to.
In Patent Document 5, when the collection amount of exhaust particulates is equal to or greater than a first reference value, regeneration is performed only when the engine load is high, and the collected amount is equal to or greater than a second reference value greater than the first reference value. In this case, it is described that the reproduction is performed regardless of the load state.
上記先行技術分野に記載されているように、エンジンの運転状態が比較的高負荷である場合にDPF再生を行なうことは周知である。
しかし、例えばエンジン負荷や排気温度といった特定のパラメータに着目した場合にはDPF再生に適する運転状態と判別されやすい場合であっても、実際にDPF再生を適切に行えない場合が存在する。
例えば、エンジンが高負荷状態にある場合であっても、排気流量が過度に大きい場合には、排気によって酸化触媒やDPFが冷却され、DPFの昇温や温度維持が困難となってDPF再生時の層内温度制御性が悪化する場合がある。
逆に、排気流量が過度に小さい場合にも、DPFの過熱や時定数の増加(エンジン運転状態の変化に対する層内温度の時間応答遅れ)が問題となり温度制御性が悪化する。
As described in the prior art, it is well known to perform DPF regeneration when the engine is operating at a relatively high load.
However, for example, when attention is paid to specific parameters such as engine load and exhaust temperature, there is a case where DPF regeneration cannot actually be performed properly even if it is easily determined that the operation state is suitable for DPF regeneration.
For example, even when the engine is in a high load state, if the exhaust gas flow rate is excessively large, the exhaust catalyst cools the oxidation catalyst and the DPF, making it difficult to raise the temperature and maintain the temperature of the DPF. In-layer temperature controllability may deteriorate.
On the other hand, even when the exhaust gas flow rate is excessively small, overheating of the DPF and an increase in time constant (delay in time response of the temperature inside the layer with respect to changes in the engine operating state) become problems and the temperature controllability deteriorates.
このようなDPFの再生に適していない条件下で再生運転を行った場合、安定してPMを燃焼させるため、ポスト噴射量を増加させる必要が生じる。
ポスト噴射量を増加させた場合、一部の燃料がシリンダ壁面に付着し、ピストンのオイルリングによってオイルとともにオイルパンに掻き落とされ、オイルを希釈(ダイリュージョン)させることが問題となる。
オイルの希釈を抑制するためには、極力少ないポスト噴射量によって効率よくDPF再生を行うことが必要となる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、粒子状物質フィルタの再生時におけるエンジンオイルの希釈を抑制した排気浄化装置を提供することである。
When regeneration operation is performed under such conditions that are not suitable for regeneration of DPF, it is necessary to increase the post injection amount in order to stably burn PM.
When the post-injection amount is increased, a part of the fuel adheres to the cylinder wall surface and is scraped off together with the oil by the oil ring of the piston to dilute the oil.
In order to suppress the dilution of the oil, it is necessary to efficiently perform the DPF regeneration with the smallest possible post injection amount.
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that suppresses dilution of engine oil during regeneration of a particulate matter filter.
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1に係る発明は、エンジンの排気管路に上流側から順次配列された酸化触媒及び粒子状物質フィルタと、前記エンジンの燃料噴射装置にポスト噴射を行なわせることによって前記粒子状物質フィルタの再生を行う再生運転の適否を判定する再生適否判定手段とを備える排気浄化装置であって、前記エンジンの負荷状態を判別する負荷検出手段と、車両の登坂状態を判定する登坂判定手段と、前記エンジンの排気流量を検出する排気流量検出手段とを備え、前記再生適否判定手段は、前記負荷検出手段が所定の高負荷条件を判別し、前記登坂判定手段が前記登坂状態を判定し、かつ前記排気流量が所定の上限側閾値と下限側閾値との間の範囲内である場合に前記再生運転に適した状態であると判定することを特徴とする排気浄化装置である。
請求項2に係る発明は、エンジンの排気管路に上流側から順次配列された酸化触媒及び粒子状物質フィルタと、前記エンジンの燃料噴射装置にポスト噴射を行なわせることによって前記粒子状物質フィルタの再生を行う再生運転の適否を判定する再生適否判定手段とを備える排気浄化装置であって、前記エンジンの負荷状態を判別する負荷検出手段と、車両の高速走行状態を判定する高速走行判定手段と、前記エンジンの排気流量を検出する排気流量検出手段とを備え、前記再生適否判定手段は、前記負荷検出手段が所定の高負荷条件を判別し、前記高速走行判定手段が前記高速走行状態を判定し、かつ前記排気流量が所定の上限側閾値と下限側閾値との間の範囲内である場合に前記再生運転に適した状態であると判定することを特徴とする排気浄化装置である。
これらの各発明によれば、排気流量が所定の上限側閾値と下限側閾値との間の範囲内である場合に再生運転に適した状態であると判定することによって、排気流量が過大又は過小なために再生時の粒子状物質フィルタ層内の温度制御性が悪化することを防止し、少ないポスト噴射量で効率よく粒子状物質フィルタの再生を行うことができる。
これによって、燃料のオイルへの混入を抑制し、オイルの希釈を防止することができる。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an oxidation catalyst and a particulate matter filter that are sequentially arranged from an upstream side in an exhaust pipe of an engine, and a post-injection by the fuel injection device of the engine, whereby the particulate matter filter An exhaust emission control device comprising a regeneration suitability judging means for judging the suitability of a regeneration operation for performing regeneration, a load detecting means for judging a load state of the engine , a climbing judgment means for judging a climbing state of a vehicle, An exhaust flow rate detecting means for detecting an exhaust flow rate of the engine, wherein the regeneration suitability determining means determines the predetermined high load condition by the load detecting means , the climbing slope determining means determines the climbing state, and An exhaust emission control device that determines that the exhaust flow rate is suitable for the regeneration operation when the exhaust gas flow rate is within a range between a predetermined upper threshold value and a lower threshold value. .
According to a second aspect of the present invention, there is provided an oxidation catalyst and a particulate matter filter that are sequentially arranged from an upstream side in an exhaust pipe of an engine, and a post-injection performed by the fuel injection device of the engine, whereby the particulate matter filter An exhaust emission control device comprising regeneration appropriateness determining means for determining the appropriateness of regeneration operation for performing regeneration, load detecting means for determining the load state of the engine, and high speed traveling determining means for determining a high speed traveling state of the vehicle, And an exhaust flow rate detecting means for detecting an exhaust flow rate of the engine, wherein the regeneration suitability determining means determines the predetermined high load condition by the load detecting means, and the high speed traveling determining means determines the high speed traveling state. And when the exhaust flow rate is within a range between a predetermined upper limit side threshold value and a lower limit side threshold value, it is determined that the state is suitable for the regeneration operation. It is a gas purifying device.
According to these respective inventions, by determining the exhaust flow rate as a state suitable for regeneration operation when a range between a predetermined upper limit threshold and the lower-side threshold, the exhaust flow rate is excessive or Since it is too small, the temperature controllability in the particulate matter filter layer during regeneration can be prevented from being deteriorated, and the particulate matter filter can be efficiently regenerated with a small amount of post injection.
Thereby, mixing of the fuel into the oil can be suppressed, and dilution of the oil can be prevented.
請求項3に係る発明は、前記酸化触媒の上流側における排気内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記再生適否判定手段は、前記酸素濃度が所定値以上の場合に前記再生運転に適した状態であると判定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の排気浄化装置である。
これによれば、酸素濃度が所定値以上の場合に再生運転に適した状態であると判定することによって、酸化触媒における未燃燃料の酸化および粒子状物質フィルタにおけるスートの酸化に必要な酸素が不足、欠乏する状態で再生運転が開始され、粒子状物質フィルタの再生に実質的に寄与しないポスト噴射が無駄に行われることを防止できる。
The invention according to claim 3 includes an oxygen concentration detection means for detecting an oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst, and the regeneration suitability determination means is configured to perform the regeneration operation when the oxygen concentration is equal to or higher than a predetermined value. The exhaust emission control device according to claim 1 , wherein the exhaust gas purification device is determined to be in a state suitable for the exhaust gas.
According to this, when it is determined that the state is suitable for the regeneration operation when the oxygen concentration is equal to or higher than a predetermined value, oxygen necessary for oxidation of unburned fuel in the oxidation catalyst and oxidation of soot in the particulate matter filter is increased. Regeneration operation is started in a deficient or deficient state, and post injection that does not substantially contribute to regeneration of the particulate matter filter can be prevented from being performed wastefully.
請求項4に係る発明は、排気温度を検出する排気温度検出手段を備え、前記再生適否判定手段は、前記排気温度が所定値以上の場合に前記再生運転に適した状態であると判定することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の排気浄化装置である。
これによれば、排気温度が高温の場合に再生運転に適した状態であると判定することによって、ポスト噴射された燃料を酸化触媒において確実に燃焼させて排気温度を昇温し、粒子状物質フィルタの再生を確実に行うことができる。
The invention according to claim 4 includes exhaust temperature detection means for detecting the exhaust temperature, and the regeneration suitability determination means determines that the state is suitable for the regeneration operation when the exhaust temperature is equal to or higher than a predetermined value. The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3, wherein:
According to this, when the exhaust gas temperature is high, it is determined that the state is suitable for the regeneration operation, so that the post-injected fuel is reliably burned in the oxidation catalyst to raise the exhaust gas temperature, and the particulate matter The filter can be reliably regenerated.
請求項5に係る発明は、所定期間内において前記再生適否判定手段が前記再生運転に適した状態であると判定した頻度が所定値以上である場合に前記再生運転を実行させる再生運転実行手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の排気浄化装置である。
これによれば、再生運転に適した状態であると判定された頻度が高い場合に再生運転を実行させることによって、例えば一時的な急加速時等に再生を開始した結果、短時間で再生運転に適しない状態となって再生効率が悪化することを防止し、効果的な再生運転を確実に行うことができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a regeneration operation executing means for executing the regeneration operation when a frequency at which the regeneration suitability determining means determines that the regeneration appropriate state is suitable for the regeneration operation is a predetermined value or more within a predetermined period. The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the exhaust purification device is provided.
According to this, when the frequency determined to be suitable for the regeneration operation is high, the regeneration operation is executed, for example, when the regeneration is started at the time of temporary sudden acceleration or the like. Therefore, it is possible to prevent the regeneration efficiency from deteriorating and to effectively perform the regeneration operation.
以上説明したように、本発明によれば、粒子状物質フィルタの再生時におけるエンジンオイルの希釈を抑制した排気浄化装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an exhaust emission control device that suppresses dilution of engine oil during regeneration of a particulate matter filter.
本発明は、粒子状物質フィルタの再生時におけるエンジンオイルの希釈を抑制した排気浄化装置を提供する課題を、エンジンが高負荷でありかつ排気流量が所定の範囲内である等の各種条件が充足された場合に再生適合判定を成立させるとともに、その成立頻度に応じて再生要否を決定することによって解決した。 The present invention satisfies the problem of providing an exhaust purification device that suppresses dilution of engine oil during regeneration of a particulate matter filter, and satisfies various conditions such as a high engine load and an exhaust flow rate within a predetermined range. In such a case, the reproduction suitability determination is established, and the necessity of reproduction is determined according to the establishment frequency.
以下、本発明を適用した排気浄化装置の実施例について説明する。
図1は、実施例の排気浄化装置を有するディーゼルエンジンの構成を示す模式図である。
エンジン10は、ターボチャージャ20、インテークシステム30、エキゾーストシステム40、燃料供給装置50、EGR装置60、酸化触媒(DOC)70、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)80、エンジン制御ユニット(ECU)100等を備えて構成されている。
Embodiments of an exhaust emission control device to which the present invention is applied will be described below.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a diesel engine having an exhaust purification device of an embodiment.
The
エンジン10は、例えば、乗用車等の自動車の走行用動力源として用いられる4ストロークのディーゼルエンジンである。
エンジン10は、クランクシャフト11、ピストン12、シリンダブロック13、ヘッド14、燃焼室15、グロープラグ16、グローコントローラ17等を備えて構成されている。
The
The
クランクシャフト11は、エンジン10の出力軸である。
ピストン12は、シリンダ内を往復運動し、コンロッドを介して燃焼圧力をクランクシャフト11に伝達する部材である。
シリンダブロック13は、ピストン12が収容されるシリンダ部及びクランクシャフト11が回転可能に支持されるクランクケース部を一体に形成したものである。
シリンダブロック13は、クランク角センサ13a及び水温センサ13bを備えている。
クランク角センサ13aは、クランクシャフト11の角度位置を検出するものである。
水温センサ13bは、エンジン10内のウォータージャケット内を循環する冷却水温を検出するものである。
ヘッド14は、シリンダブロック13のピストン12の冠側の端部に設けられ、吸気ポート、排気ポート及びこれらに設けられた吸気バルブ及び排気バルブを開閉する動弁駆動機構等を備えている。
燃焼室15は、ピストン12の冠面とヘッド14のこれに対向する部分との間に形成されている。
グロープラグ16は、先端部が燃焼室15内に露出した状態でヘッド14に設けられた予備加熱装置である。
グローコントローラ17は、ECU100の制御に応じてグロープラグ16への通電量を制御するものである。
The
The
The
The
The
The
The
The
The
The
ターボチャージャ20は、エンジン10の排気(既燃ガス)のエネルギを用いて、エンジン10が吸入する燃焼用空気(新気)を圧縮するものである。
ターボチャージャ20は、コンプレッサ21、タービン22、アクチュエータ23、負圧制御弁24等を備えている。
The
The
コンプレッサ21は、燃焼用空気を圧縮する遠心型圧縮機である。
タービン22は、コンプレッサ21と同軸に設けられ、エンジン10の排気によって駆動されるとともに、コンプレッサ21を駆動するものである。タービン22は、タービンホイールの周囲のノズルに設けられる可動式のべーンによってジオメトリを連続的に変更可能な可変ジオメトリ式のものである。
アクチュエータ23は、タービン22の可動ベーンを駆動する負圧式のアクチュエータである。
負圧制御弁24は、図示しない負圧源からの負圧を、ECU100の制御に従ってアクチュエータ23に導入する電磁弁である。
ターボチャージャ20は、ECU100が設定する目標過給圧に対して、実際の過給圧が低い場合には、可動式のベーンを閉じてノズルを絞ることによってタービン22の回転数を高め、過給圧を高める制御が行われる。
The
The
The
The negative
When the actual supercharging pressure is lower than the target supercharging pressure set by the
インテークシステム30は、エンジン10に燃焼用空気を導入するものである。
インテークシステム30は、インテークダクト31、エアクリーナ32、エアフローメータ33、インタークーラ34、スロットルバルブ35、アクチュエータ36、インテークチャンバ37、吸気圧センサ38、インテークマニホールド39等を備えて構成されている。
The
The
インテークダクト31は、大気から燃焼用空気を導入し、ターボチャージャ20のコンプレッサ21を経由してエンジン10に供給する空気流路である。
エアクリーナ32は、空気を濾過して埃等を除去するフィルタエレメントを備えている。エアクリーナ32を通過した空気はターボチャージャ20のコンプレッサ21に導入され、圧縮される。
エアフローメータ33は、エアクリーナ32の出口部に設けられ、空気流量を検出するセンサを備えている。また、エアフローメータ33には、吸気温度を検出する吸気温度センサが内蔵されている。
The
The
The
インタークーラ34は、ターボチャージャ20のコンプレッサ21を出た空気を、走行風との熱交換によって冷却する熱交換器である。
スロットルバルブ35は、インタークーラ34の下流側に設けられ、エンジン10の吸入空気量を調節するものである。
アクチュエータ36は、ECU100からの制御信号に応じてスロットルバルブ35を開閉駆動するものである。
インテークチャンバ37は、スロットルバルブ35を通過した空気が導入される空気室であって、インテークマニホールド39を介してエンジン10の吸気ポートに接続されている。
吸気圧センサ38は、インテークチャンバ37に設けられ、エンジン10の吸気圧力と実質的に等しいインテークチャンバ37内の圧力を検出するものである。
インテークマニホールド39は、インテークチャンバ37からエンジン10の各気筒の吸気ポートに空気を導入する分岐管路である。
The
The
The
The
The
The
エキゾーストシステム40は、エキゾーストマニホールド41、エキゾーストパイプ42等を備えて構成されている。
エキゾーストマニホールド41は、エンジン10の各気筒の排気ポートから排出される排気を集合させてターボチャージャ20のタービン22に導入する管路である。
エキゾーストパイプ42は、タービン22から出た排気を車外に排出する管路である。エキゾーストパイプ42には、DOC70、DPF80等の排気浄化装置(排ガス後処理装置)が設けられている。
The
The
The
燃料供給装置50は、エンジン10の燃焼室15内に燃料を供給するものである。燃料供給装置50は、サプライポンプ51、吸入調量電磁弁52、燃料温度センサ53、コモンレール54、燃圧センサ55、インジェクタ56等を備えたコモンレール式の高圧燃料噴射装置である。
The
サプライポンプ51は、例えばインナカム式の圧送系を備え、燃料である軽油を加圧してコモンレール54に供給するものである。
吸入調量電磁弁52は、サプライポンプ51の燃料の吸入量を調整するものであって、ECU100からの制御信号に応じて駆動される。
燃料温度センサ53は、サプライポンプ51における燃料の温度を検出するものである。
The
The intake
The
コモンレール54は、サプライポンプ51が吐出した高圧の燃料を貯留する蓄圧器である。
燃圧センサ55は、コモンレール54内の燃料の圧力(燃圧)を検出するものである。上述した吸入調量電磁弁52は、燃圧センサ55の出力を用いたフィードバック制御により、燃圧が例えばエンジン回転数及び負荷に応じて設定される所定の目標値となるようにその開度を調節される。
インジェクタ56は、コモンレール54から供給される燃料を各気筒の燃焼室15内に噴射する燃料噴射装置である。インジェクタ56は、例えばピエゾ素子やソレノイド等のアクチュエータによって開閉される弁体を有し、ECU100からの噴射パルス信号に応じて開弁される。インジェクタ56の噴射タイミング及び噴射量はECU100によって制御されている。
インジェクタ56は、メイン噴射、メイン噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロット噴射、メイン噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射などを行なう。
The
The
The
The
EGR装置60は、燃焼温度を抑制してNOxの排出量を低減することを目的とし、エキゾーストパイプ42から抽出したエンジン10の排気の一部を、インテークダクト31内に還流させるものである。
EGR装置60は、EGR通路61、EGR制御弁62、EGRクーラ63等を備えて構成されている。
EGR通路61は、エキゾーストパイプ42におけるDPF80の出口側の領域から排気を抽出し、これをインテークダクト31におけるエアフローメータ33とターボチャージャ20のコンプレッサ21との中間の部分に導入する管路である。
EGR制御弁62は、ECU100の制御に応じてEGR通路61の排気流量(EGR量)を調節するものである。
EGRクーラ63は、EGR通路61を流れる排気を走行風との熱交換によって冷却するものである。
The
The
The
The
The
DOC70は、エキゾーストパイプ42に設けられ、排気中の主として炭化水素(HC)を酸化処理するものである。DOC70は、例えばコーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に、白金やパラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持させて形成されている。
DOC70には、入口部分の排気温度を検出する温度センサ71が設けられている。
DOC70は、DPF80の再生運転時においては、ポスト噴射され未燃状態で排気に混入する燃料を酸化(燃焼)させ、排気温度を昇温させる機能を有する。
The
The
During the regeneration operation of the
DPF80は、エキゾーストパイプ42のDOC70よりも下流側に設けられ、排気を濾過して粒子状物質(PM)を捕集するフィルタを備えている。ここで、PMには、スート(煤)、有機溶剤可溶性成分(SOF)、サルフェート(SO4)等が含まれる。
フィルタは、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に形成し、ガス流路となる多数のセルを、入口側、出口側が互い違いとなるように端面に封をして形成されたいわゆるクローズドタイプ(ウォールフロータイプ)のものである。
DPF80は、入口圧力と出口圧力との間の差圧を検出する差圧センサ81、及び、出口の排気温度を検出する温度センサ82を備えている。
The
For example, the filter is formed by forming heat resistant ceramics such as cordierite in a honeycomb structure, and sealing a large number of cells serving as gas flow paths at the end face so that the inlet side and the outlet side are staggered. It is a closed type (wall flow type).
The
ECU100は、上述したエンジン10及びその補機類を統括的に制御するものであって、CPU等の情報処理装置、ROMやRAM等の記憶装置、入出力インターフェイス、及び、A/D変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。
ECU100には、上述した各種センサのほか、アクセルペダルセンサ101、大気圧センサ102、A/Fセンサ103の出力が入力される。
アクセルペダルセンサ101は、ドライバが操作するアクセルペダルのポジションを検出することによって、ドライバ要求トルクを検出する要求トルク検出手段である。
大気圧センサ102は、車両の周囲雰囲気における大気圧を検出するものである。
A/Fセンサ103は、エキゾーストパイプ40におけるDOC70の上流側に設けられ、排気中の酸素濃度を検出するものである。
The
In addition to the various sensors described above, the output of the
The
The
The A /
ECU100は、アクセルペダルセンサ101の出力に応じて設定される要求トルクに応じて、エンジン10の目標トルクを設定し、これに基づいてスロットルバルブ35の開度、燃料供給装置50の燃料噴射量及び時期、燃圧等を制御する。
The
ECU100は、差圧センサ81の検出値等に基づいて、DPF80のPM堆積量を推定するPM堆積量推定手段を有する。
ECU100は、推定されたPM堆積量が、予め設定された第1の閾値以上となったときに、膨張行程後期又は排気行程において燃料のポスト噴射を行って排気内に未燃燃料を供給し、この未燃燃料をDOC70で酸化(燃焼)させることによって排気温度を昇温し、DPF80に堆積しているPMを燃焼処理する再生運転を実行する。
第1の閾値は、エンジン10の運転性に極端な悪影響を生じさせないPM堆積量の上限値を考慮して設定されている。
The
The
The first threshold is set in consideration of the upper limit value of the PM accumulation amount that does not cause an extreme adverse effect on the operability of the
また、ECU100は、推定されたPM堆積量が第1の閾値よりも小さい第2の閾値以上である場合には、エンジン、車両の走行状況等から、現在の運転状態がDPFの再生に適した状態(再生に有利な状態・少量のポスト噴射量でDPF再生が可能である状態)であるか否かを判別し、DPFの再生に適する状態となる頻度が所定値以上である場合には、PM堆積量が第1の閾値未満であってもDPF再生運転の開始を決定する機能を備えている。
第2の閾値は、ポスト噴射によってPMの燃焼が可能なPM堆積量の下限値を考慮して設定されている。
図2は、実施例の排気浄化装置における再生運転適否判断を示すフローチャートである。図2に示す処理は、PM堆積量が第1の閾値と第2の閾値との中間領域にある場合に実行される。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
In addition, when the estimated amount of accumulated PM is equal to or larger than a second threshold value that is smaller than the first threshold value, the
The second threshold value is set in consideration of the lower limit value of the PM accumulation amount capable of burning PM by post injection.
FIG. 2 is a flowchart showing determination of whether or not the regeneration operation is appropriate in the exhaust purification apparatus of the embodiment. The process shown in FIG. 2 is executed when the PM accumulation amount is in an intermediate region between the first threshold value and the second threshold value.
Hereinafter, the steps will be described step by step.
<ステップS01:高負荷領域判定>
ECU100は、現在のエンジン10の回転数(クランクシャフト11の回転速度)、燃料噴射量等に基づいて、エンジン10の運転状態が所定の高負荷領域であるか否かを判定する。
例えば、エンジン10の回転数が所定の閾値以上であり、かつ、1サイクル、1気筒あたりの燃料噴射量が所定の閾値以上である場合には、高負荷領域判定を成立させる。
高負荷領域判定が成立した場合にはステップS02に進み、不成立の場合にはステップS09に進む。
<Step S01: High load area determination>
The
For example, when the rotational speed of the
When the high load area determination is established, the process proceeds to step S02, and when it is not established, the process proceeds to step S09.
<ステップS02:登坂判定>
ECU100は、現在自車両が山岳地等での登坂運転を行っているか否かを判別する。
例えば、大気圧センサ102が検出する大気圧が所定の閾値以下(高地)であり、車速が所定の閾値以上である場合には、登坂判定を成立させる。
登坂判定が成立した場合にはステップS04に進み、不成立の場合にはステップS03に進む。
<Step S02: Climbing judgment>
The
For example, when the atmospheric pressure detected by the
When the uphill determination is established, the process proceeds to step S04, and when it is not established, the process proceeds to step S03.
<ステップS03:高速走行判定成立>
ECU100は、現在自車両が高速走行中であるか否かを判別する。
例えば、図示しない車速センサが検出する車速が、所定の閾値以上である場合には、高速走行判定を成立させる。
高速走行判定が成立した場合にはステップS04に進み、不成立の場合にはステップS09に進む。
<Step S03: High-speed running determination is established>
The
For example, when the vehicle speed detected by a vehicle speed sensor (not shown) is equal to or higher than a predetermined threshold, the high speed traveling determination is established.
If the high speed running determination is established, the process proceeds to step S04, and if not, the process proceeds to step S09.
<ステップS04:排気流量判断>
ECU100は、エンジン10の運転状態から推定される排気の体積流量(排気流量)が、予め設定された下限側閾値と上限側閾値との間の範囲内であるか否かを判別する。
排気流量は、例えば、エンジン10の吸入空気量、回転数、燃焼噴射量などから推定される。
上限側閾値は、DPF80が排気によって冷却され、再生時におけるDPF80の温度制御性が悪化することがない排気流量の上限値を考慮して設定されている。
下限側閾値は、DPF80の過熱が生じるとともに、エンジン10の運転状態変化に対するDPF80の温度の時間応答遅れも大きくなって、再生時におけるDPF80の温度制御性が悪化することがない排気流量の下限値を考慮して設定されている。
排気流量が下限側閾値と上限側閾値との間の範囲内である場合にはステップS05に進み、その他の場合にはステップS09に進む。
<Step S04: Exhaust Flow Determination>
The
The exhaust flow rate is estimated from, for example, the intake air amount of the
The upper limit side threshold value is set in consideration of the upper limit value of the exhaust gas flow rate at which the
The lower limit side threshold value is the lower limit value of the exhaust flow rate in which overheating of the
When the exhaust gas flow rate is within the range between the lower limit side threshold value and the upper limit side threshold value, the process proceeds to step S05, and in other cases, the process proceeds to step S09.
<ステップS05:排気温度判断>
ECU100は、温度センサ71によって検出された排気温度が、予め設定された所定の閾値以上であるか否かを判別する。
閾値は、DOC70においてポスト噴射された燃料が確実に燃焼することを考慮して設定されている。
排気温度が閾値以上である場合にはステップS06に進み、その他の場合にはステップS09に進む。
<Step S05: Exhaust temperature judgment>
The
The threshold value is set in consideration that the fuel that has been post-injected in the
If the exhaust temperature is equal to or higher than the threshold value, the process proceeds to step S06, and otherwise, the process proceeds to step S09.
<ステップS06:加速度判断>
ECU100は、車速センサの検出値の変化に基づいて算出される車両の前後方向加速度が、予め設定された所定の閾値以下であるか否かを判別する。
閾値は、車両が一時的、短期的な急加速を行った場合にこれを判別可能であることを考慮して設定されている。
加速度が閾値以下である場合にはステップS07に進み、その他の場合にはステップS09に進む。
<Step S06: Determination of acceleration>
The threshold value is set in consideration of the fact that it is possible to discriminate this when the vehicle performs a temporary or short-term rapid acceleration.
If the acceleration is equal to or less than the threshold value, the process proceeds to step S07. Otherwise, the process proceeds to step S09.
<ステップS07:酸素濃度判断>
ECU100は、A/Fセンサ103が検出する排気中の酸素濃度が、予め設定された閾値以上であるか否かを判別する。
閾値は、再生運転実行時にDPF80にPMの燃焼に十分な酸素量を供給可能であることを考慮して設定されている。
酸素濃度が閾値以上である場合にはステップS08に進み、その他の場合にはステップS09に進む。
<Step S07: Determination of oxygen concentration>
The
The threshold value is set in consideration of the fact that an oxygen amount sufficient for PM combustion can be supplied to the
If the oxygen concentration is greater than or equal to the threshold value, the process proceeds to step S08; otherwise, the process proceeds to step S09.
<ステップS08:再生適合判定成立>
ECU100は、現在のエンジン10の運転状態が、DPF80の再生に適した状態(比較的少ないポスト噴射量によってDPF80の再生が可能な状態)であるとして、再生適合判定を成立させる。
その後、ステップS10に進む。
<Step S08: Reproduction suitability determination is established>
The
Then, it progresses to step S10.
<ステップS09:再生不適合判定成立>
ECU100は、現在のエンジン10の運転状態が、DPF80の再生に適さない状態(DPF80の再生に比較的多量のポスト噴射を必要とする状態、あるいは再生が実質的に不可能な状態)であるとして、再生不適合判定を成立させる。
その後、ステップS11に進む。
<Step S09: Reproduction nonconformity determination is established>
Then, it progresses to step S11.
<ステップS10:再生判定カウンタ値加算>
ECU100は、直前の所定期間内(例えば数秒から数十秒程度)において再生適合判定が成立した回数をカウントするカウンタ値を加算する。
なお、所定期間以前の過去に加算されたカウンタ値は、逐次消去(クリア)されるようになっている。
その後、ステップS11に進む。
<Step S10: Reproduction determination counter value addition>
The
Note that counter values added in the past before a predetermined period are sequentially erased (cleared).
Then, it progresses to step S11.
<ステップS11:累積カウンタ値判断>
ECU100は、所定期間内に加算されたカウンタ値の累積値(累積カウンタ値)が、予め設定された閾値以上であるか否か判別する。
累積カウンタ値が閾値以上である場合には、再生適合判定が高頻度で成立したものとして、ステップS12に進み、その他の場合には、再生適合判定の成立頻度が低いものとして、ステップS01に戻って以降の処理を繰り返す。
<Step S11: Judgment of cumulative counter value>
The
If the cumulative counter value is greater than or equal to the threshold value, it is determined that the reproduction suitability determination has been established with high frequency, and the process proceeds to step S12. In other cases, the establishment frequency of the regeneration suitability determination is assumed to be low, and the process returns to step S01. Repeat the subsequent steps.
<ステップS12:再生運転実行>
ECU100は、推定されたPM堆積量が第1の閾値以下である場合であっても、DPF80の再生運転の実行を決定し、燃料供給装置50にポスト噴射を開始させる。
ポスト噴射された燃料はDOC70において燃焼し、排気温度を向上させる。
昇温された排気は、DOC70からDPF80内に流入してその層内温度を向上させ、PMに着火させて再生処理を開始させる。
その後、一連の処理を終了(リターン)させる。
<Step S12: Execution of regeneration operation>
The
The post-injected fuel is combusted in the
The heated exhaust gas flows into the
Thereafter, the series of processes is terminated (returned).
以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)排気流量が所定の上限側閾値と下限側閾値との間の範囲内である場合にのみ再生適合判定を成立させることによって、排気流量が過大又は過小なためにDPF再生時の層内の温度制御性が悪化することを防止し、少ないポスト噴射量で効率よくDPF80の再生を行うことができる。
これによって、燃料のオイルへの混入を抑制し、オイルの希釈を防止することができる。
(2)排気中の酸素濃度が閾値以上である場合にのみ再生適合判定を成立させることによって、DOC70における未燃燃料の酸化及びDPF80におけるスートの酸化に必要な酸素が不足する状態で再生運転が開始され、DPF80の再生に実質的に寄与しないポスト噴射が無駄に行われることを防止できる
(3)排気温度が閾値以上である場合にのみ再生適合判定を成立させることによって、ポスト噴射された燃料をDOC70において確実に酸化(燃焼)させて排気温度を昇温し、DPF80の再生を確実に行うことができる。
(4)再生適合判定が成立した頻度が高い場合にのみDPF80の再生運転を実行させることによって、例えば一時的な急加速時等に再生運転を開始した結果、短時間で再生運転に適しない状態となって再生効率が悪化する事態を回避し、効果的な再生運転を確実に行うことができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) By establishing regeneration suitability determination only when the exhaust gas flow rate is within a range between a predetermined upper threshold value and lower threshold value, the exhaust gas flow rate is excessive or too small so that the inside of the layer during DPF regeneration It is possible to prevent the temperature controllability from deteriorating and to efficiently regenerate the
Thereby, mixing of the fuel into the oil can be suppressed, and dilution of the oil can be prevented.
(2) Only when the oxygen concentration in the exhaust gas is equal to or higher than the threshold value, the regeneration suitability determination is established, so that the regeneration operation is performed in a state where oxygen necessary for oxidation of unburned fuel in the
(4) The state in which the regeneration operation of the
(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)エンジン及びその補器類の構成は、上述した実施例に限らず、適宜変更することが可能である。
(2)実施例においては、再生適合判定が成立した頻度が所定値以上である場合には、比較的PM堆積量が少ない状態であっても再生運転を実施する構成としているが、これに代えて、あるいは、これと併せて、再生を実施する最小時間を低い値に切り換える構成としてもよい。
(3)再生適合判定を成立するための条件は、実施例のものに限らず適宜変更、追加、削除等することが可能である。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The configurations of the engine and its auxiliary devices are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate.
(2) In the embodiment, when the frequency at which the regeneration suitability determination is established is equal to or higher than a predetermined value, the regeneration operation is performed even when the PM accumulation amount is relatively small. Alternatively, or in combination with this, the minimum time for performing reproduction may be switched to a low value.
(3) The conditions for establishing the reproduction suitability determination are not limited to those in the embodiment, and can be appropriately changed, added, deleted, and the like.
10 エンジン 11 クランクシャフト
12 ピストン 13 シリンダブロック
13a クランク角センサ 13b 水温センサ
14 ヘッド 15 燃焼室
16 グロープラグ 17 グローコントローラ
20 ターボチャージャ 21 コンプレッサ
22 タービン 23 アクチュエータ
24 負圧制御弁
30 インテークシステム 31 インテークダクト
32 エアクリーナ 33 エアフローメータ
34 インタークーラ 35 スロットルバルブ
36 アクチュエータ 37 インテークチャンバ
38 吸気圧センサ 39 インテークマニホールド
40 エキゾーストシステム 41 エキゾーストマニホールド
42 エキゾーストパイプ
50 燃料供給装置 51 サプライポンプ
52 吸入調量電磁弁 53 燃料温度センサ
54 コモンレール 55 燃圧センサ
56 インジェクタ
60 EGR装置 61 EGR通路
62 EGR制御弁 63 EGRクーラ
70 酸化触媒(DOC) 71 温度センサ
80 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
81 差圧センサ 82 温度センサ
100 エンジン制御ユニット(ECU)
101 アクセルペダルセンサ 102 大気圧センサ
103 A/Fセンサ
DESCRIPTION OF
81
101
Claims (5)
前記エンジンの燃料噴射装置にポスト噴射を行なわせることによって前記粒子状物質フィルタの再生を行う再生運転の適否を判定する再生適否判定手段と
を備える排気浄化装置であって、
前記エンジンの負荷状態を判別する負荷検出手段と、
車両の登坂状態を判定する登坂判定手段と、
前記エンジンの排気流量を検出する排気流量検出手段とを備え、
前記再生適否判定手段は、前記負荷検出手段が所定の高負荷条件を判別し、前記登坂判定手段が前記登坂状態を判定し、かつ前記排気流量が所定の上限側閾値と下限側閾値との間の範囲内である場合に前記再生運転に適した状態であると判定すること
を特徴とする排気浄化装置。 An oxidation catalyst and a particulate matter filter sequentially arranged from the upstream side to the exhaust pipe of the engine;
An exhaust purification device comprising: regeneration propriety determination means for determining the propriety of the regeneration operation for performing regeneration of the particulate matter filter by causing the fuel injection device of the engine to perform post injection,
Load detection means for determining the load state of the engine;
Climbing judgment means for judging the climbing state of the vehicle;
An exhaust flow rate detecting means for detecting the exhaust flow rate of the engine,
The regeneration suitability determining unit is configured such that the load detecting unit determines a predetermined high load condition , the climbing determination unit determines the climbing state, and the exhaust flow rate is between a predetermined upper limit side threshold and a lower limit side threshold. When it is in the range, it is determined that the state is suitable for the regeneration operation.
前記エンジンの燃料噴射装置にポスト噴射を行なわせることによって前記粒子状物質フィルタの再生を行う再生運転の適否を判定する再生適否判定手段と Regenerative propriety determining means for determining the propriety of the regenerating operation for regenerating the particulate filter by causing the fuel injection device of the engine to perform post injection;
を備える排気浄化装置であって、 An exhaust purification device comprising:
前記エンジンの負荷状態を判別する負荷検出手段と、 Load detection means for determining the load state of the engine;
車両の高速走行状態を判定する高速走行判定手段と、 High-speed traveling determination means for determining a high-speed traveling state of the vehicle;
前記エンジンの排気流量を検出する排気流量検出手段とを備え、 An exhaust flow rate detecting means for detecting the exhaust flow rate of the engine,
前記再生適否判定手段は、前記負荷検出手段が所定の高負荷条件を判別し、前記高速走行判定手段が前記高速走行状態を判定し、かつ前記排気流量が所定の上限側閾値と下限側閾値との間の範囲内である場合に前記再生運転に適した状態であると判定すること The regeneration suitability determining unit is configured such that the load detecting unit determines a predetermined high load condition, the high speed traveling determining unit determines the high speed traveling state, and the exhaust flow rate is a predetermined upper limit side threshold value and a lower limit side threshold value. To determine that it is in a state suitable for the regeneration operation when it is within the range between
を特徴とする排気浄化装置。 An exhaust purification device characterized by the above.
前記再生適否判定手段は、前記酸素濃度が所定値以上の場合に前記再生運転に適した状態であると判定すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の排気浄化装置。 Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst,
The exhaust emission control device according to claim 1 or 2 , wherein the regeneration suitability determination unit determines that the state is suitable for the regeneration operation when the oxygen concentration is equal to or higher than a predetermined value.
前記再生適否判定手段は、前記排気温度が所定値以上の場合に前記再生運転に適した状態であると判定すること
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の排気浄化装置。 An exhaust temperature detecting means for detecting the exhaust temperature is provided,
The reproduction appropriateness determination means, the exhaust gas temperature according to any one of claims 1, wherein the determining that the state suitable for the regeneration operation in the case of a predetermined value or more to claim 3 Exhaust purification device.
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の排気浄化装置。
The regeneration operation execution means for executing the regeneration operation when the frequency at which the regeneration suitability determination means determines that the regeneration suitability is in a state suitable for the regeneration operation is equal to or greater than a predetermined value within a predetermined period. The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 4 .
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