JP7211192B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
内燃機関、例えば車両に搭載されるガソリンエンジンの排気は、大気汚染の原因となる微粒子(PM:Particulate Matter)を含んでいる。微粒子は、例えばカーボン(煤)やエンジンオイル由来の灰分(アッシュ)などの粒子状物質の総称である。このため、ガソリンエンジンが搭載された車両には、排気を浄化する排気浄化装置が備えられている(特許文献1参照)。排気浄化装置は、ガソリンエンジンの排気中から微粒子を除去し、微粒子除去後のクリーンガスを大気中に放出する。 Exhaust gas from an internal combustion engine, such as a gasoline engine mounted on a vehicle, contains particulate matter (PM) that causes air pollution. Fine particles are a general term for particulate matter such as carbon (soot) and ash derived from engine oil. For this reason, a vehicle equipped with a gasoline engine is equipped with an exhaust purification device for purifying exhaust gas (see Patent Document 1). An exhaust purification device removes particulates from the exhaust gas of a gasoline engine and releases clean gas from which the particulates have been removed into the atmosphere.
排気浄化装置は、排気を浄化するためのフィルタ(例えば、ガソリンパティキュレートフィルタ)を備えて構成され、フィルタで排気から微粒子を捕集し、排気中から除去する。 An exhaust purification device is configured with a filter (for example, a gasoline particulate filter) for purifying the exhaust, and the filter collects and removes particulates from the exhaust.
フィルタで微粒子を捕集し続けると、堆積した微粒子によってフィルタに目詰まりが生じ、例えば排気圧の増大によって燃費を低下させるおそれがある。このため、フィルタは、微粒子を適切に捕集可能な状態に適宜再生される。再生時には、例えば捕集された微粒子を燃焼させ、フィルタから除去する。このような再生を繰り返すことで、フィルタの継続使用が可能となる。 If the filter continues to collect particulates, the accumulated particulates may cause clogging of the filter. For this reason, the filter is appropriately regenerated to a state in which fine particles can be appropriately collected. During regeneration, for example, trapped particulates are burned and removed from the filter. By repeating such regeneration, the filter can be used continuously.
したがって、フィルタの性能を維持するべく、適切に再生を行うためには、フィルタにおける微粒子の堆積量を精度よく推定する必要がある。例えば、微粒子が堆積してフィルタが目詰まりすると、フィルタへの排気の入口側と出口側の圧力に差が生じる。具体的には、入口側の圧力が高く、出口側の圧力が低くなり、微粒子堆積量が増えるにつれて両者の差圧は大きくなる。したがって、このような差圧との対応関係によれば、微粒子堆積量を推定することは可能である。 Therefore, in order to properly regenerate the filter in order to maintain its performance, it is necessary to accurately estimate the amount of fine particles accumulated in the filter. For example, if the filter is clogged by the accumulation of particulates, a difference in pressure will occur between the inlet and outlet of the exhaust gas to the filter. Specifically, the pressure on the inlet side is high, the pressure on the outlet side is low, and the differential pressure between the two increases as the amount of deposited fine particles increases. Therefore, it is possible to estimate the amount of deposited fine particles according to such a correspondence relationship with the differential pressure.
しかしながら、微粒子の堆積量が少ない段階(堆積の初期段階)では、排気の差圧が小さく、差圧に基づいて堆積量を推定することが難しい。また、微粒子の堆積態様、例えば偏りなどによっても、堆積量の推定誤差が生じやすい。このため、差圧による推定に代えてもしくはこれを補完して、微粒子の堆積量を推定することが求められる。 However, at the stage when the deposition amount of fine particles is small (initial stage of deposition), the differential pressure of the exhaust gas is small, and it is difficult to estimate the deposition amount based on the differential pressure. In addition, an estimation error in the deposition amount is likely to occur due to the manner in which the fine particles are deposited, such as unevenness. Therefore, it is required to estimate the deposition amount of fine particles in place of or in addition to the estimation based on the differential pressure.
本発明の排気浄化装置は、加速度検出部と、走行状況検出部と、フィルタ部と、温度差測定部と、マップ格納部と、堆積量推定部とを備える。加速度検出部は、車両の加速度を検出する。走行状況検出部は、車両の内燃機関の温度を含む車両の走行状況を検出する。フィルタ部は、内燃機関の排気が流れる排気通路に配置され、排気に含まれる微粒子を捕集する。温度差測定部は、排気通路において、フィルタ部の上流および下流の排気の温度差を測定する。マップ格納部は、フィルタ部で捕集された微粒子の堆積量と、フィルタ部の上流と下流での排気の温度差との対応関係を車両の加速度に応じて示すマップを格納する。堆積量推定部は、内燃機関の温度が所定温度以上であり、かつ車両の加速度が所定加速度以下であると判定された状態が所定時間以上継続している定常運転状態である場合に、車両の加速度に応じてマップを照会し、排気の温度差に基づいて微粒子の堆積量を推定する。 An exhaust emission control device of the present invention includes an acceleration detection section, a driving condition detection section, a filter section, a temperature difference measurement section, a map storage section, and an accumulation amount estimation section. The acceleration detector detects acceleration of the vehicle. The driving condition detector detects the driving condition of the vehicle including the temperature of the internal combustion engine of the vehicle. The filter section is arranged in an exhaust passage through which exhaust gas from the internal combustion engine flows, and collects particulates contained in the exhaust gas. The temperature difference measuring section measures the temperature difference between the exhaust gas upstream and downstream of the filter section in the exhaust passage. The map storage unit stores a map showing the correspondence relationship between the amount of accumulated particulate matter collected by the filter unit and the difference in exhaust gas temperature between upstream and downstream of the filter unit according to acceleration of the vehicle. The accumulation amount estimating unit determines that the temperature of the internal combustion engine is equal to or higher than a predetermined temperature and that the acceleration of the vehicle is equal to or lower than a predetermined acceleration and that the vehicle is in a steady operating state that continues for a predetermined time or longer. A map is queried according to the acceleration, and the particulate deposition amount is estimated based on the exhaust temperature difference.
堆積量推定部は、排気の温度差と、定常運転状態においてフィルタ部に微粒子が堆積されていない場合における排気の温度差との比較に基づいて、微粒子の堆積量を推定する。 The deposition amount estimator estimates the deposition amount of particulates based on a comparison between the temperature difference of the exhaust gas and the temperature difference of the exhaust gas when particulates are not deposited on the filter portion in a steady operation state.
定常運転状態は、車両が停止していることをさらに要件とする。 Steady driving conditions further require that the vehicle be stationary.
堆積量推定部が推定した微粒子の堆積量と、所定閾値との比較に基づいて、フィルタ部から微粒子を除去して再生させる再生制御部をさらに備える。 It further includes a regeneration control unit that removes particulates from the filter unit and regenerates the filter unit based on a comparison between the particulate deposit amount estimated by the deposit amount estimation unit and a predetermined threshold value.
本発明の排気浄化装置によれば、差圧による推定に代えてもしくはこれを補完して、微粒子の堆積量を推定できる。 According to the exhaust emission control device of the present invention, it is possible to estimate the deposition amount of fine particles instead of or in addition to the estimation based on the differential pressure.
以下、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置について、図1から図5を参照して説明する。本実施形態の排気浄化装置は、内燃機関の排気を浄化する装置である。内燃機関は、例えば車両に搭載された各種のエンジンであり、本実施形態ではガソリンエンジンを適用する。ただし、ディーゼルエンジンやハイブリッド車に搭載されたエンジンなどであっても構わない。車両は、自家用の乗用自動車、あるいはトラックやバスなどの事業用自動車のいずれであってもよく、用途や車種は特に問わない。また、右ハンドル車、左ハンドル車のいずれであってもよい。 1 to 5, an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention will be described below. The exhaust purification device of this embodiment is a device for purifying exhaust gas from an internal combustion engine. The internal combustion engine is, for example, various engines mounted on a vehicle, and a gasoline engine is applied in this embodiment. However, it may be a diesel engine or an engine mounted on a hybrid vehicle. The vehicle may be a passenger car for private use or a commercial vehicle such as a truck or a bus, and the use and type of vehicle are not particularly limited. Moreover, it may be either a right-hand drive vehicle or a left-hand drive vehicle.
図1は、本実施形態の排気浄化装置1の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、排気浄化装置1は、エンジン2の燃焼室21から排出される排気を浄化する構成となっている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system 1 of this embodiment. As shown in FIG. 1 , the exhaust purification device 1 is configured to purify the exhaust discharged from the
エンジン2の燃焼室21には、吸気弁22を開いて吸気通路3から吸気が吸入される。燃焼室21への吸気量は、吸気絞り弁23の開閉によって調整される。次いで、加熱圧縮された吸気にインジェクタ24から燃焼室21に向けて燃料(ガソリン)が噴射される。続いて、点火プラグ25が点火し、空気と燃料を含む混合気が燃焼室21で燃焼する。混合気の燃焼により、燃焼室21内でピストン26が往復運動し、このエネルギーがピストン26に連結されたクランクシャフト27の回転運動に変換されて出力される。燃焼後の混合気(排気)は、排気弁28を開いて燃焼室21から排気通路4を通して排出され、排気浄化装置1で浄化された後に大気中へ放出される。なお、本実施形態では、エンジン2をガソリン直噴型とするが、ポート噴射型やディーゼルエンジンであってもよい。
Intake air is taken into the
エンジン2は、排気通路4から分岐して排気を燃焼室21へ循環させる排気循環路5を有している。循環気は、排気循環路5に設けられた循環気クーラやターボチャージャ(いずれも図示省略)などを経由し、循環気弁6の開閉によって吸気通路3の最下流などに導入される。
The engine 2 has an exhaust circulation passage 5 that branches from the
排気浄化装置1は、触媒部11と、フィルタ部12と、温度差測定部13と、圧力測定部14とを備える。触媒部11およびフィルタ部12は、排気を通流させる通気路11a,12aを内部に有する略筒状の構造体であり、燃焼室21と繋がる排気通路4の途中に配置され、排気通路4の一部を構成する。なお、本実施形態では、触媒部11とフィルタ部12を別体としているが、これらは一体化させてもよい。いずれの場合も、触媒部11を排気の流れの上流側、フィルタ部12を下流側に配置すればよいが、これとは逆の配置であってもよい。
The exhaust purification device 1 includes a
触媒部11は、排気通路4に配置され、排気中に含まれる炭化水素や一酸化炭素を触媒11cにより酸化除去するとともに、一酸化窒素を還元して窒素を生成させる。また、触媒部11は、燃焼室21で燃焼されなかった燃料(ガソリン)やエンジンオイルの燃え残りなどを酸化させて除去する。
The
フィルタ部12は、排気通路4に配置され、燃焼室21から排出された排気に含まれる微粒子をフィルタ(例えば、ガソリンパティキュレートフィルタ)12fで捕集して除去し、排気を浄化する。微粒子(PM:Particulate Matter)は、粒子状物質の総称であるが、本実施形態ではカーボン(煤)やエンジンオイル由来の灰分(アッシュ)などを含み、フィルタ12fに捕集されて堆積される物質とする。煤は可燃性粒子、アッシュは不燃性粒子である。フィルタ12fの構成は特に限定されないが、例えば炭化ケイ素やコージライトなどを素材とした多孔質セラミックからなるウォールフロー型のフィルタとして構成できる。フィルタ12fを通過した排気は、微粒子が除去され、浄化された状態で排気浄化装置1から流出する。ただし、捕集された微粒子がフィルタ12fに堆積していくため、フィルタ12fは徐々に目詰まりする。このため、堆積した微粒子、具体的には煤を適宜燃焼させてフィルタ12fから取り除き、微粒子を適切に捕集可能な状態にフィルタ12fを再生させねばならない。
The
温度差測定部13は、排気通路4において、フィルタ部12の上流および下流の排気の温度差を測定する。本実施形態において、温度差測定部13は、2つの温度センサ13a,13bを有する。第1の温度センサ13aは、排気通路4のフィルタ部12の上流で排気の温度を測定する。一例として、第1の温度センサ13aは、排気通路4におけるフィルタ部12の入口12iの近傍に配置される。一方、第2の温度センサ13bは、排気通路4のフィルタ部12の下流で排気の温度を測定する。一例として、第2の温度センサ13bは、排気通路4におけるフィルタ部12の出口12oの近傍に配置される。入口12iは、排気通路4からフィルタ部12への排気の流入口であり、出口12oは、フィルタ部12から排気通路4への排気の流出口である。入口12iからフィルタ部12に流入した排気は、フィルタ12fを通過して出口12oから排気通路4に流出する。以下、第1の温度センサ13aで測定された排気温度を入口温度、第2の温度センサ13bで測定された排気温度を出口温度という。温度差測定部13は、2つの温度センサ13a,13bで測定されたそれぞれの排気温度に基づいて、入口温度と出口温度の差、すなわちフィルタ部12の上流の排気温度と下流の排気温度の差を検出する。温度差測定部13で検出された入口温度、出口温度、およびこれらの温度差のデータは、有線もしくは無線を介して、後述する制御部7に送られる。
The temperature
圧力測定部14は、排気通路4を流れる排気の圧力を測定する。本実施形態において、圧力測定部14は、2つの圧力センサ14a,14bを有する。第1の圧力センサ14aは、排気通路4のフィルタ部12の上流で排気の圧力を測定する。一例として、第1の圧力センサ14aは、排気通路4におけるフィルタ部12の入口12iの近傍に配置される。一方、第2の圧力センサ14bは、排気通路4のフィルタ部12の下流で排気の圧力を測定する。一例として、第2の圧力センサ14bは、排気通路4におけるフィルタ部12の出口12oの近傍に配置される。第2の圧力センサ14bは、排気通路4におけるフィルタ部12の出口12oの近傍に配置される。圧力測定部14は、2つの圧力センサ14a,14bで測定されたそれぞれの排気圧力に基づいて、フィルタ部12の上流の排気圧と下流の排気圧の差を検出する。圧力センサ14a,14bで測定されたそれぞれの排気圧およびこれらの圧力差(差圧)のデータは、有線もしくは無線を介して、後述する制御部7に送られる。
The
排気浄化装置1は、排気の浄化を制御する制御部7を備えている。制御部7は、CPU、メモリ、記憶装置、入出力回路、タイマなどを含んで構成される。例えば、制御部7は、制御に関する各種データを入出力回路により読み込み、記憶装置からメモリに読み出したプログラムを用いてCPUで演算処理を行う。処理結果に基づき、制御部7は、フィルタ12fの再生制御を行う。制御部7は、車両ECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)として構成されていてもよいし、車両ECUとは独立して構成されていてもよい。
The exhaust gas purification device 1 includes a
図1に示すように、制御部7は、具体的な制御を実行するため、検出部71(加速度検出部71aおよび走行状況検出部71b)、マップ格納部72、堆積量推定部73、再生制御部74を備える。
As shown in FIG. 1, the
検出部71は、排気浄化にあたってフィルタ12fの再生に寄与する車両の走行状況を検出し、各種の情報(検出データ)を取得する。車両は、排気浄化装置1が搭載された自車両である。検出部71は、堆積量推定部73および再生制御部74に対して検出データを適宜与える。検出データには、車両の加速度およびエンジン2の温度が含まれる。したがって、検出部71は、加速度検出部71aと走行状況検出部71bを備える。加速度検出部71aは、例えば加速度センサを有し、車両の加速度を検出する。走行状況検出部71bは、例えばエンジン2の冷却水温やエンジンオイルの温度を検出する各種のセンサを有し、エンジン2の温度を含む車両の走行状況を検出する。
The
マップ格納部72は、フィルタ部12に堆積した微粒子の堆積量を推定する際に用いるマップ72mを格納して管理する。マップ72mは、微粒子の堆積量と排気の温度差(入口温度と出口温度の差)との関係を、車両の加速度に応じて示す。微粒子の堆積量と排気の温度差との関係を示すレコードは、適宜更新(追加、変更、削除)され、マップ72mは、常に最新の情報に維持される。
The
図2には、マップ72mの一例を示す。図2において、L21,L22,L23は、微粒子の堆積量と排気の温度差との対応関係をそれぞれ示している。L21は車両がアイドル状態である場合、L22は車両が所定加速度以下で低速走行している場合、L23は車両が所定加速度以下で高速走行している場合における対応関係である。アイドル状態は、暖機運転が終了し、エンジン2の温度が所定温度以上で車両が停止している状態である。所定温度(以下、基準温度という)は、エンジン2が暖機したとみなせる温度であり、例えばエンジン2の冷却水温の値として設定される。エンジン2の冷却水温の値であれば、基準温度は60℃程度である。また、エンジン2の温度をエンジンオイルの温度で測定してもよく、この場合には基準温度をエンジンオイルの温度の値として設定する。所定加速度(以下、基準加速度という)は、例えば0.02m/s2から0.07m/s2程度の範囲内であり、一例として0.05m/s2である。図2に示すように、排気温度差は、微粒子堆積量が少ないほど大きく、多いほど小さくなり、所定量に達するとゼロになる。
FIG. 2 shows an example of the
堆積量推定部73は、検出部71の検出結果、温度差測定部13の測定結果、およびマップ72mに基づいて、フィルタ12fにおける微粒子の堆積量を推定する。堆積量推定部73は、例えばプログラムとしてメモリに格納されている。なお、かかるプログラムをクラウド上に格納し、制御部7をクラウドと適宜通信させて所望のプログラムを利用可能とする構成であってもよい。この場合、制御部7は、クラウドとの通信モジュールなどを備えた構成とする。
The
堆積量推定部73は、所定条件下において、車両の加速度に対応するマップ72mを照会し、排気温度差に基づいて微粒子堆積量を推定する。所定条件は、エンジン2の温度が基準温度以上で、かつ車両の加速度が基準加速度以下である状態が所定時間以上継続している場合である。本実施形態では、所定条件を満たした車両の運転状態を定常運転状態と規定する。基準温度および基準加速度は、上述したとおりである。所定時間(以下、基準時間という)は、例えば10秒から60秒程度の範囲であり、一例として30秒である。排気温度差は、フィルタ部12の上流と下流での排気の温度差であり、本実施形態では入口温度と出口温度の差分である。微粒子堆積量は、フィルタ部12で捕集されて堆積した微粒子の捕集量(堆積量)である。堆積量推定部73は、推定した微粒子堆積量を再生制御部74に与える。
The
堆積量推定部73において、排気温度差に基づいて微粒子堆積量が推定可能であるのは、次のような理由による。図3には、車速、排気の入口温度と出口温度、排気温度差のそれぞれの時間変化の一例を示す。図3において、L31は、車速の時間変化である。L32とL33は、未堆積状態における排気の入口温度と出口温度の時間変化である。未堆積状態は、フィルタ12fに微粒子が堆積していない新品状態のほか、フィルタ12fが再生された直後の状態である。L34とL35は、堆積状態における排気の入口温度と出口温度の時間変化である。堆積状態は、フィルタ12fの再生を要する程度までフィルタ12fに微粒子が堆積した状態、端的には再生から一定時間経過後や一定距離走行後の状態である。L36は、未堆積状態における排気温度差の時間変化である。L37は、堆積状態における排気温度差の時間変化である。
The reason why the
図3に示すように、車速の時間変化(加速度)と、微粒子堆積量と、排気温度差との間には、相関関係がある。例えば、未堆積状態においては、出口温度よりも入口温度が高く、排気温度差が生じている。これは、フィルタ12f自体が熱容量を持っており、排気熱がフィルタ12fで吸熱されるためと考えられる。これに対し、堆積状態においては、車速の時間変化の大きさに応じて、排気温度差が生じている。具体的には、上述したアイドル状態において、排気温度差はほぼ生じない。その後、車速の時間変化が大きい状態では排気温度差が生じ、車速の時間変化が小さい状態では再び排気温度差がほぼ生じなくなる。
As shown in FIG. 3, there is a correlation between the change in vehicle speed over time (acceleration), the amount of particulate matter deposited, and the exhaust temperature difference. For example, in the undeposited state, the inlet temperature is higher than the outlet temperature, creating an exhaust temperature difference. It is considered that this is because the
これは、次のような現象によるものと考えられる。例えば煤が堆積すると、堆積した煤によって、排気熱が吸熱される。また、煤自体も熱を持ち、煤からの放熱によっても排気温度が高められる。このため、アイドル状態や車速の時間変化が小さい状態では、排気熱が煤で吸熱され難くなるとともに、煤からの放熱によって排気温度が高められ、排気温度差がほぼ生じなくなると考えられる。これに対し、車速の時間変化が大きい状態では、このような煤による吸熱低下や放熱の影響を受け難くなり、排気温度差が生じると考えられる。 It is considered that this is due to the following phenomenon. For example, when soot accumulates, exhaust heat is absorbed by the accumulated soot. In addition, the soot itself also has heat, and heat radiation from the soot also raises the temperature of the exhaust gas. For this reason, in an idling state or when the vehicle speed changes little over time, it becomes difficult for exhaust heat to be absorbed by the soot, and the temperature of the exhaust gas rises due to heat dissipation from the soot. On the other hand, when the vehicle speed changes greatly over time, it is considered that the influence of the decrease in heat absorption and heat release due to soot becomes less likely to cause a difference in the exhaust temperature.
したがって、堆積状態では、アイドル状態、例えば図3のL34とL35に示す0秒から40秒までの間では、L31に示すように車速の時間変化がなく(加速度がゼロ)、排気温度差がほぼ生じない。次いで、アイドル状態からの加速時、例えばL34とL35に示す40秒から100秒までの間では、車速の時間変化(L31)が大きく、排気温度差が生じる。その後、定常運転状態が継続した場合、例えばL34とL35に示す100秒から250秒までの間では、車速の時間変化(L31)が小さく、再び排気温度差がほぼ生じなくなる。 Therefore, in the accumulation state, the idle state, for example, from 0 seconds to 40 seconds indicated by L34 and L35 in FIG. does not occur. Next, during acceleration from the idle state, for example, between 40 seconds and 100 seconds indicated by L34 and L35, the change in vehicle speed over time (L31) is large and a difference in exhaust gas temperature occurs. After that, when the steady operation state continues, for example, between 100 seconds and 250 seconds indicated by L34 and L35, the change in vehicle speed over time (L31) is small, and the difference in exhaust gas temperature does not occur again.
アイドル状態は、定常運転状態の一例である。車速の時間変化が大きい状態は、車速が急激に変化する状態であり、例えば図3のL31に示すように40秒から100秒までの60秒間に車速が時速15km上昇した状態である。この状態は、加速度が0.07m/s2程度であり、定常運転状態には相当しない。車速の時間変化が小さい状態は、車速が緩やかに変化する状態であり、例えば図3のL31に示すように100秒から250秒までの150秒間に車速が時速15km上昇した状態である。この状態は、加速度が0.02m/s2程度であり、定常運転状態の一例である。 The idle state is an example of a steady operating state. A state in which the vehicle speed changes greatly over time is a state in which the vehicle speed changes abruptly. For example, the vehicle speed increases by 15 km/h in 60 seconds from 40 seconds to 100 seconds, as indicated by L31 in FIG. This state has an acceleration of about 0.07 m/s 2 and does not correspond to a steady operating state. A state in which the vehicle speed changes little over time is a state in which the vehicle speed changes slowly, for example, the vehicle speed increases by 15 km/h in 150 seconds from 100 seconds to 250 seconds as indicated by L31 in FIG. In this state, the acceleration is approximately 0.02 m/s 2 and is an example of a steady operating state.
このように、定常運転状態では、微粒子堆積量に応じた排気温度差が生じる。特に、車両が走行している間の定常運転状態と比べ、車速の時間変化がより小さい定常運転状態であるアイドル状態では、微粒子堆積量に応じた排気温度差が顕著に生じる。かかる排気温度差は、マップ72m(図2)に示すように、微粒子堆積量が少ないほど大きく、多いほど小さい。
In this way, in the steady state of operation, a difference in exhaust gas temperature occurs according to the amount of fine particles accumulated. In particular, in an idling state, which is a steady operating state in which the vehicle speed changes less over time than in a steady operating state while the vehicle is running, a significant difference in exhaust gas temperature occurs according to the amount of accumulated fine particles. As shown in the
したがって、本実施形態では、アイドル状態を含む定常運転状態で微粒子堆積量の推定を行う。一方、定常運転状態ではない状態、例えばアイドル状態からの加速時など、車速の時間変化が比較的大きい状態では、微粒子が堆積していても排気温度差が生じる。このため、定常運転状態ではない状態での推定を避け、定常運転状態で推定を行う方がより正確な推定を実施できる。 Therefore, in the present embodiment, the amount of accumulated fine particles is estimated in a steady operating state including an idle state. On the other hand, in a state other than a steady driving state, for example, in a state where the vehicle speed changes relatively large over time, such as during acceleration from an idling state, an exhaust temperature difference occurs even if fine particles are deposited. Therefore, it is possible to perform more accurate estimation by avoiding the estimation in a state other than the steady operation state and performing the estimation in the steady operation state.
再生制御部74は、フィルタ12fの再生条件を判定し、微粒子堆積量が所定量(後述する再生開始閾値)に達した場合にフィルタ12fの再生処理を行う。再生処理として、再生制御部74は、微粒子の燃焼処理もしくは触媒11cの昇温処理を行う。
The
微粒子の燃焼処理(以下、微粒子燃焼処理という)において、再生制御部74は、フィルタ部12を通過する排気の温度を調整する。具体的には、可燃性粒子である煤が燃焼可能な温度まで排気温度を上昇させて維持する。排気温度を上昇させるため、再生制御部74は、例えば燃料のポスト噴射や吸気絞りなどを行う。この場合、再生制御部74は、インジェクタ24や吸気絞り弁23などの動作を制御することで、通気路12aへの燃料の送り量や燃焼室21への吸気量などを適宜調整する。また例えば、再生制御部74は、循環気弁6などの動作を制御し、循環気を適宜導入して酸素濃度の調整を行う。排気温度の上昇により、フィルタ12fに堆積した微粒子に含まれる煤などの可燃性粒子が燃焼して除去される。これにより、フィルタ12fが微粒子を適切に捕集可能な状態に再生される。
In the particulate combustion process (hereinafter referred to as particulate combustion process), the
触媒11cの昇温処理(以下、触媒昇温処理という)において、再生制御部74は、触媒部11を通過する排気の温度、あるいは触媒11cの温度を調整する。具体的には、触媒11cを活性化可能な温度まで排気温度を上昇させて維持する。排気温度の上昇手段は、微粒子燃焼処理の場合と同様である。触媒11cの温度は、例えばヒータなどにより上昇させる。その結果、触媒11cにおける酸化反応により生成された二酸化窒素による酸化反応により、フィルタ12fに堆積した煤などの可燃性粒子は、燃焼してフィルタ12fから除去される。
In the temperature raising process of the
図4は、排気浄化装置1におけるフィルタ12fの再生制御のフローを示す。以下、フィルタ12fの再生制御の具体例およびその作用について、図4に示すフローに従って説明する。
FIG. 4 shows a flow of regeneration control of the
図4に示すように、フィルタ12fの再生制御にあたっては、まず、車両の走行状況を検出し、検出した走行状況の情報(データ)を取得する(S101)。具体的には、加速度検出部71aが車両の加速度を検出し、走行状況検出部71bがエンジン2の温度(冷却水温)を検出し、それぞれこれらのデータを取得する。取得したデータは、堆積量推定部73および再生制御部74に与えられる。
As shown in FIG. 4, in regeneration control of the
次いで、再生制御部74は、フィルタ12fの再生開始の要否を確認する。このため、再生制御部74は、定常運転条件を判定する(S102)。定常運転条件は、車両が定常運転状態であるか否かを判定するための条件である。本実施形態では、次の3つの要件をいずれも満たす場合、定常運転条件が満たされる。第1の要件は、エンジン2の温度(冷却水温)が基準温度以上であることである。第2の要件は、車両の加速度が基準加速度以下であることである。第3の要件は、車両の加速度が基準加速度以下である状態が基準時間以上継続していることである。したがって、エンジン2の温度が基準温度以上で、かつ基準時間以上継続して加速度が基準加速度以下である場合、再生制御部74は、定常運転条件を満たすと判定する。一方、3つの要件うち1つでも満たさない場合、再生制御部74は、定常運転条件を満たさないと判定する。
Next, the
なお、本実施形態では一例として、上記3つの要件を満たす場合に定常運転条件を成立させているが、成立要件はこれに限定されない。例えば、上記3つの要件に加えて、車速がゼロ、つまり車両が停止していることを成立要件としてもよい。したがって、エンジン2の温度が基準温度以上で、かつ車速がゼロ、つまり車両が基準時間以上停止している場合に定常運転条件が成立する。これにより、暖機運転が終了し、エンジン2の温度が基準温度以上で車両が基準時間以上停止している状態、つまりアイドル状態に限定してアッシュ堆積量を推定できる。アイドル状態では、アッシュ堆積量に応じた排気温度差が顕著に生じるため、以降の微粒子堆積量の推定精度を高めることができる。 In this embodiment, as an example, the steady-state operation condition is established when the above three requirements are satisfied, but the establishment requirement is not limited to this. For example, in addition to the above three requirements, the vehicle speed may be zero, that is, the vehicle should be stopped. Therefore, when the temperature of the engine 2 is equal to or higher than the reference temperature and the vehicle speed is zero, that is, when the vehicle has been stopped for the reference time or longer, the steady operation condition is established. As a result, the accumulated ash amount can be estimated only when the warm-up operation is completed, the temperature of the engine 2 is equal to or higher than the reference temperature, and the vehicle has been stopped for the reference time or longer, that is, the idle state. In the idling state, a significant difference in exhaust temperature occurs according to the amount of deposited ash, so the accuracy of estimating the amount of deposited fine particles can be improved thereafter.
定常運転条件を満たす場合、堆積量推定部73は、フィルタ12fが堆積状態(再生を要するまで微粒子が堆積した状態)であるか否かを判定する。
When the steady-state operation condition is satisfied, the
このため、温度差測定部13は、排気の入口温度および出口温度をそれぞれ測定し、これらの温度差のデータを取得する(S103)。取得したデータは、堆積量推定部73に与えられる。
Therefore, the temperature
続いて、堆積量推定部73は、推定開始条件を判定する。推定開始条件は、微粒子堆積量の推定を開始するか否かを判定するための条件である。推定開始条件の判定にあたって、堆積量推定部73は、温度差測定部13から付与された排気温度差が推定開始閾値未満であるか否かを判定する(S104)。推定開始閾値は、車両が定常運転状態で、かつフィルタ12fが未堆積状態である場合における排気温度差の値である。したがって、排気温度差が推定開始閾値未満であれば、未堆積状態からフィルタ12fに微粒子が堆積された状態であると見做すことができる。推定開始閾値は、例えばメモリに格納され、堆積量推定部73の引数(プログラムのパラメータ)として、推定開始条件の判定時に読み出される。
Subsequently, the accumulation
排気温度差が推定開始閾値未満である場合、堆積量推定部73は、微粒子堆積量を推定する(S105)。推定にあたって、堆積量推定部73は、車両の加速度に対応するマップ72mを照会し、排気温度差に基づいて微粒子堆積量を推定する。推定した微粒子堆積量は、再生制御部74に与えられる。
When the exhaust temperature difference is less than the estimation start threshold, the
続いて、再生制御部74は、フィルタ12fの再生条件を判定する(S106)。再生条件は、フィルタ12fの再生が必要か否かを判定するための条件である。再生条件の判定にあたって、再生制御部74は、微粒子堆積量を再生開始閾値と比較する。再生開始閾値は、フィルタ12fの再生を要する微粒子堆積量の値である。再生開始閾値は、例えばメモリに格納され、再生制御部74の引数(プログラムのパラメータ)として、再生条件の判定時に読み出される。一例として、再生制御部74は、微粒子堆積量が再生開始閾値以上であれば、再生条件を満たすと判定し、微粒子堆積量が再生開始閾値未満であれば、再生条件を満たさないと判定する。
Subsequently, the
再生条件を満たさない場合、再生制御部74は、フィルタ12fの再生処理を行うことなく、フィルタ12fの再生制御を終了する。
なお、S102において定常運転条件を満たさない場合、およびS104において排気温度差が推定開始閾値以上である場合も、同様にフィルタ12fの再生制御を終了する。
If the regeneration condition is not satisfied, the
If the steady-state operation condition is not satisfied in S102, and if the exhaust gas temperature difference is equal to or greater than the estimation start threshold value in S104, the regeneration control of the
これに対し、再生条件を満たす場合、再生制御部74は、フィルタ12fの再生処理を行う(S107)。
図5は、排気浄化装置1におけるフィルタ12fの再生処理の一例を示すフロー図である。
On the other hand, if the regeneration condition is satisfied, the
FIG. 5 is a flowchart showing an example of regeneration processing of the
図5に示すように、フィルタ12fの再生処理にあたって、再生制御部74は、排気の入口温度が所定範囲内であるかを確認する。このため、再生制御部74は、入口温度が第1の閾値以上、第2の閾値未満であるか否かを判定する(S701)。第1の閾値および第2の閾値は、フィルタ12fの再生処理として、微粒子燃焼処理もしくは触媒昇温処理のいずれを行うかを判定するための閾値である。第1の閾値および第2の閾値は、例えばメモリに格納され、再生制御部74の引数(プログラムのパラメータ)として、再生処理内容の判定時に読み出される。第1の閾値(T1)は、例えば450℃から550℃程度の範囲であり、一例として500℃である。第2の閾値(T2)は、例えば600℃から700℃程度の範囲であり、一例として650℃である。650℃は、可燃性粒子である煤が燃焼可能な温度に相当する。
As shown in FIG. 5, in the regeneration process of the
入口温度が第1の閾値以上、第2の閾値未満である場合、再生制御部74は、昇温条件を判定する(S702)。昇温条件は、触媒11cを活性化可能な温度まで、排気温度を上昇させられるか否かを判定するための条件である。
If the inlet temperature is greater than or equal to the first threshold and less than the second threshold, the
昇温条件を満たす場合、再生制御部74は、触媒昇温処理を行う(S703)。触媒昇温処理において、再生制御部74は、燃料のポスト噴射や吸気絞りなどを行い、触媒部11を通過する排気の温度を上昇させる。あるいは、ヒータなどの温調手段を動作させ、再生制御部74は、触媒11cの温度を上昇させる。触媒昇温処理を所定時間継続させた後、再生制御部74は、フィルタ12fの再生処理を終了する。これにより、フィルタ12fに堆積した煤などの可燃性粒子は、触媒11cによる酸化反応で燃焼して除去される。
これに対し、昇温条件を満たさない場合、再生制御部74は、触媒昇温処理を行うことなく、フィルタ12fの再生処理を終了する。
If the temperature increase condition is satisfied, the
On the other hand, if the temperature increase condition is not satisfied, the
一方、S701において、入口温度が第1の閾値以上、第2の閾値未満である場合、再生制御部74は、入口温度が第2の閾値以上であるか否かを判定する(S704)。
On the other hand, if the inlet temperature is equal to or higher than the first threshold and lower than the second threshold in S701, the
入口温度が第2の閾値以上である場合、再生制御部74は、微粒子燃焼処理を行う(S705)。微粒子燃焼処理において、再生制御部74は、燃料のポスト噴射や吸気絞りなどを行い、フィルタ部12を通過する排気の温度を煤が燃焼可能な温度に維持する。微粒子燃焼処理を所定時間継続させた後、再生制御部74は、フィルタ12fの再生処理を終了する。これにより、フィルタ12fに堆積した微粒子に含まれる煤などの可燃性粒子が燃焼して除去される。
これに対し、入口温度が第2の閾値未満である場合、再生制御部74は、微粒子燃焼処理を行うことなく、フィルタ12fの再生処理を終了する。
If the inlet temperature is equal to or higher than the second threshold, the
On the other hand, if the inlet temperature is less than the second threshold, the
そして、図4に示すように、フィルタ12fの再生処理を終了すると、再生制御部74は、フィルタ12fの再生制御を終了する。
Then, as shown in FIG. 4, after completing the regeneration process of the
このように、本実施形態によれば、排気温度差、つまりフィルタ部12の上流と下流での排気の温度差に基づいて、微粒子堆積量を推定することができる。本実施形態では、圧力測定部14の圧力センサ14a,14bでフィルタ部12の上流と下流での排気の圧力を測定し、これらの差圧に基づいて微粒子堆積量を推定することもできる。したがって、かかる差圧に基づく推定を、温度差に基づく推定によって補完できる。特に、差圧に基づいた推定では、微粒子堆積量が少ない段階(堆積の初期段階)では差圧が小さく、堆積量の推定が難しく、微粒子の堆積態様、例えば偏りなどによっても、推定誤差が生じやすい。温度差に基づく推定で差圧に基づく推定を補完することで、堆積の初期段階や堆積態様にかかわらず、微粒子堆積量を精度よく推定できる。また、圧力センサ14a,14bに何らかの不具合が生じたような場合であっても、温度センサ13a,13bで入口温度と出口温度の測定を継続できる。したがって、温度差に基づいて推定することで、微粒子堆積量を継続して推定できる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to estimate the particulate deposit amount based on the exhaust temperature difference, that is, the exhaust temperature difference between upstream and downstream of the
これにより、微粒子堆積量の推定精度を高め、フィルタ12fを適切に再生させることができ、フィルタ12fの性能をより一層適切に維持できる。その結果、エンジン2の燃費改善や燃費向上を図ることが可能となる。例えば、本実施形態のエンジン2のようにガソリン直噴型の場合、ポート噴射エンジンと比べて排気に含まれる微粒子の量が多い。このため、ガソリン直噴型エンジンでは、排気温度差に基づいて微粒子堆積量を推定してフィルタ12fの性能維持を図ることは、より有効である。
As a result, it is possible to improve the accuracy of estimating the particulate deposit amount, appropriately regenerate the
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。このような新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-described embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. Such novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1…排気浄化装置、2…エンジン、3…吸気通路、4…排気通路、5…排気循環路、6…循環気弁、7…制御部、11…触媒部、11a…通気路、11c…触媒、12…フィルタ部、12a…通気路、12f…フィルタ、12i…入口、12o…出口、13…温度差測定部、13a…第1の温度センサ、13b…第2の温度センサ、14…圧力測定部、14a…第1の圧力センサ、14b…第2の圧力センサ、21…燃焼室、22…吸気弁、23…吸気絞り弁、24…インジェクタ、25…点火プラグ、26…ピストン、27…クランクシャフト、28…排気弁、71…検出部、71a…加速度検出部、71b…走行状況検出部、72…マップ格納部、72m…マップ、73…堆積量推定部、74…再生制御部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Exhaust gas purification apparatus 2...
Claims (4)
前記車両の内燃機関の温度を含む前記車両の走行状況を検出する走行状況検出部と、
前記内燃機関の排気が流れる排気通路に配置され、前記排気に含まれる微粒子を捕集するフィルタ部と、
前記排気通路において、前記フィルタ部の上流および下流の前記排気の温度差を測定する温度差測定部と、
前記フィルタ部で捕集された前記微粒子の堆積量と、前記フィルタ部の上流と下流での前記排気の温度差との対応関係を前記車両の加速度に応じて示すマップを格納するマップ格納部と、
前記内燃機関の温度が所定温度以上であり、かつ前記車両の加速度が所定加速度以下であると判定された状態が所定時間以上継続している定常運転状態である場合に、前記車両の加速度に応じて前記マップを照会し、前記排気の温度差に基づいて前記微粒子の堆積量を推定する堆積量推定部と、を備える
ことを特徴とする排気浄化装置。 an acceleration detection unit that detects the acceleration of the vehicle;
a driving condition detection unit that detects the driving condition of the vehicle including the temperature of the internal combustion engine of the vehicle;
a filter unit disposed in an exhaust passage through which exhaust gas from the internal combustion engine flows and configured to collect particulates contained in the exhaust gas;
a temperature difference measuring unit that measures a temperature difference between the exhaust gas upstream and downstream of the filter unit in the exhaust passage;
a map storage unit for storing a map showing a correspondence relationship between the accumulation amount of the fine particles collected by the filter unit and the difference in temperature of the exhaust gas between upstream and downstream of the filter unit according to acceleration of the vehicle; ,
When the temperature of the internal combustion engine is equal to or higher than a predetermined temperature, and the acceleration of the vehicle is determined to be equal to or lower than a predetermined acceleration, and the state continues for a predetermined time or longer, and the steady operation state continues, and a deposition amount estimating unit that inquires the map using the map and estimates the deposition amount of the fine particles based on the temperature difference of the exhaust gas.
ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 The deposition amount estimating unit estimates the deposition amount of the fine particles based on a comparison between the temperature difference of the exhaust gas and the temperature difference of the exhaust gas when the fine particles are not deposited on the filter unit in the steady operation state. The exhaust emission control system according to claim 1, characterized by estimating.
ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 The exhaust emission control system according to claim 1, wherein the steady operating state further requires that the vehicle is stopped.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の排気浄化装置。 3. The apparatus according to claim 1, further comprising a regeneration control unit that removes the particulates from the filter unit and regenerates them based on a comparison between the deposit amount of particulates estimated by the deposit amount estimation unit and a predetermined threshold value. 4. The exhaust purification device according to any one of 1 to 3.
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