JP7501433B2 - Exhaust Gas Purification Device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、排気ガス中の粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集して除去する粒子状物質除去フィルタ(通常、Diesel Particulate Filterと呼ばれ、以下、「DPF」ともいう。)等の浄化処理部材を備えている。ここで、排気ガスを浄化処理するDPFは、排気ガス中の粒子状物質を捕集するものであることから、粒子状物質が堆積して目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにDPF内の粒子状物質を燃焼焼却させて、DPFの捕集機能を再生させる技術に関して種々提案されている。 The exhaust gas purification device for diesel engines is equipped with purification processing components such as a particulate matter removal filter (usually called a diesel particulate filter, hereinafter also referred to as "DPF") that captures and removes particulate matter (PM) from exhaust gas. Here, since the DPF that purifies exhaust gas is a filter that captures particulate matter in exhaust gas, various technologies have been proposed for burning and incinerating the particulate matter in the DPF before the particulate matter accumulates and clogs, increasing exhaust resistance, thereby restoring the DPF's collection function.
例えば、下記特許文献1に記載されたディーゼル内燃機関の排ガス浄化装置では、内燃機関の無負荷減速運転中に、ピストンが圧縮上死点付近の位置にあるときに、燃料の主噴射をせず、代わりに、エンジンブレーキ操作部により排気弁駆動部を駆動して、排気弁を開放し、同時にポスト噴射を行うように構成されている。これにより、圧縮された高温の空気を排気路に放出して酸化触媒を250℃以上の温度に昇温することができる。また、空気に混じった燃料(HC)を酸化触媒で酸化し、DPFに捕集された粒子状物質(以下、「PM」ともいう。)を酸化して、除去することができる。
For example, in the exhaust gas purification device for a diesel internal combustion engine described in
しかしながら、上記特許文献1に記載されたディーゼル内燃機関の排ガス浄化装置では、バルブタイミングを変更する排気弁駆動部を設ける必要があり、コスト高となる。また、圧縮上死点付近で排気弁を開放する毎に、同時にポスト噴射を行う必要があるため燃費が悪化するという問題がある。
However, the diesel internal combustion engine exhaust gas purification device described in
そこで、本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、無負荷減速運転中に、DPFの捕集機能を再生できると共に、燃費を改善できる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention was conceived in consideration of these points, and aims to provide an exhaust gas purification device that can regenerate the collection function of the DPF during no-load deceleration operation and improve fuel efficiency.
上記課題を解決するため、本発明の第1の発明は、内燃機関の排気ガス通路に配置されて、排気ガス中の未燃燃料を酸化する酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側に配置されて、排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質除去フィルタと、前記酸化触媒に流入する排気ガス中に燃料を添加する燃料添加装置と、前記粒子状物質除去フィルタに捕集された前記粒子状物質の堆積量を取得する堆積量取得装置と、前記粒子状物質除去フィルタの床温を取得するフィルタ床温取得装置と、前記堆積量取得装置を介して取得した前記粒子状物質の堆積量が所定堆積量閾値以上になった場合には、前記内燃機関が無負荷減速運転中に、前記燃料添加装置を介して前記排気ガス中に燃料を添加するように制御する燃料添加制御装置と、前記燃料添加装置を介して前記排気ガス中に燃料が添加された後、前記フィルタ床温取得装置を介して取得した前記粒子状物質除去フィルタの床温が、前記粒子状物質を酸化するフィルタ活性温度に達したか否かを判定するフィルタ床温判定装置と、を備え、前記燃料添加制御装置は、前記フィルタ床温判定装置を介して、前記粒子状物質除去フィルタの床温が前記粒子状物質を酸化するフィルタ活性温度に達したと判定された場合には、前記燃料添加装置による前記排気ガス中への燃料の添加を停止するように制御する、排気ガス浄化装置である。 In order to solve the above problems, the first aspect of the present invention includes an oxidation catalyst disposed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine and oxidizing unburned fuel in the exhaust gas, a particulate matter removal filter disposed downstream of the oxidation catalyst and trapping particulate matter in the exhaust gas, a fuel addition device that adds fuel to the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst, a deposition amount acquisition device that acquires the deposition amount of the particulate matter trapped in the particulate matter removal filter, a filter bed temperature acquisition device that acquires the bed temperature of the particulate matter removal filter, and a fuel addition device that, when the deposition amount of the particulate matter acquired via the deposition amount acquisition device becomes equal to or exceeds a predetermined deposition amount threshold, adds fuel to the particulate matter removal filter while the internal combustion engine is decelerating at no load. The exhaust gas purification device includes a fuel addition control device that controls the fuel addition to be performed in the exhaust gas via the fuel addition device, and a filter bed temperature determination device that determines whether or not the bed temperature of the particulate matter removal filter acquired via the filter bed temperature acquisition device has reached a filter activation temperature that oxidizes the particulate matter after fuel has been added to the exhaust gas via the fuel addition device. When it is determined via the filter bed temperature determination device that the bed temperature of the particulate matter removal filter has reached the filter activation temperature that oxidizes the particulate matter, the fuel addition control device controls the fuel addition device to stop adding fuel to the exhaust gas.
次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係る排気ガス浄化装置において、前記内燃機関の吸気通路に配置されて、吸気の流量を調整する吸気スロットル弁を備え、前記燃料添加制御装置は、前記燃料添加装置による前記排気ガス中への燃料の添加を停止した場合には、前記吸気スロットル弁の開度を減少させて、前記粒子状物質除去フィルタの床温を前記フィルタ活性温度に維持するように制御する、排気ガス浄化装置である。 The second aspect of the present invention is an exhaust gas purification device according to the first aspect of the present invention, which is provided with an intake throttle valve disposed in the intake passage of the internal combustion engine to adjust the intake flow rate, and the fuel addition control device controls the intake throttle valve to reduce the opening degree when the fuel addition device stops adding fuel to the exhaust gas, thereby maintaining the bed temperature of the particulate matter removal filter at the filter activation temperature.
次に、本発明の第3の発明は、上記第2の発明に係る排気ガス浄化装置において、前記フィルタ床温取得装置を介して取得した前記粒子状物質除去フィルタの床温が、前記フィルタ活性温度の上限温度に達したか否かを判定する上限温度判定装置を備え、前記燃料添加制御装置は、前記上限温度判定装置を介して、前記前記粒子状物質除去フィルタの床温が、前記フィルタ活性温度の上限温度に達したと判定された場合には、前記吸気スロットル弁の開度を増加させて、前記粒子状物質除去フィルタの床温を前記上限温度よりも低い前記フィルタ活性温度に維持するように制御する、排気ガス浄化装置である。 Next, the third invention of the present invention is an exhaust gas purification device according to the second invention, further comprising an upper limit temperature determination device that determines whether the bed temperature of the particulate matter removal filter acquired via the filter bed temperature acquisition device has reached the upper limit temperature of the filter activation temperature, and when it is determined via the upper limit temperature determination device that the bed temperature of the particulate matter removal filter has reached the upper limit temperature of the filter activation temperature, the fuel addition control device increases the opening of the intake throttle valve to control the bed temperature of the particulate matter removal filter to be maintained at the filter activation temperature, which is lower than the upper limit temperature.
次に、本発明の第4の発明は、上記第1の発明乃至第3の発明のいずれか1つに係る排気ガス浄化装置において、前記酸化触媒の床温を取得する酸化触媒床温取得装置と、前記酸化触媒床温取得装置を介して取得した前記酸化触媒の床温が、前記排気ガス中の未燃燃料を酸化する触媒活性温度よりも低い温度であるか否かを判定する触媒床温判定装置と、を備え、前記燃料添加制御装置は、前記触媒床温判定装置を介して、前記酸化触媒の床温が、前記排気ガス中の未燃燃料を酸化する触媒活性温度よりも低い温度であると判定された場合には、前記燃料添加装置による前記排気ガス中への燃料の添加をしないように制御する、排気ガス浄化装置である。 Next, the fourth invention of the present invention is an exhaust gas purification device according to any one of the first to third inventions, which includes an oxidation catalyst bed temperature acquisition device that acquires the bed temperature of the oxidation catalyst, and a catalyst bed temperature determination device that determines whether the bed temperature of the oxidation catalyst acquired via the oxidation catalyst bed temperature acquisition device is a temperature lower than the catalytic activity temperature that oxidizes the unburned fuel in the exhaust gas, and the fuel addition control device controls the fuel addition device not to add fuel to the exhaust gas when it is determined via the catalyst bed temperature determination device that the bed temperature of the oxidation catalyst is a temperature lower than the catalytic activity temperature that oxidizes the unburned fuel in the exhaust gas.
次に、本発明の第5の発明は、上記第2の発明乃至第4の発明のいずれか1つに係る排気ガス浄化装置において、前記内燃機関が前記無負荷減速運転からアイドル運転に移行したか否かを判定するアイドル運転判定装置を備え、前記燃料添加制御装置は、前記アイドル運転判定装置を介して、前記内燃機関が前記無負荷減速運転から前記アイドル運転に移行したと判定された場合には、前記吸気スロットル弁の開度を減少させて、前記粒子状物質除去フィルタの床温を前記フィルタ活性温度に維持するように制御する、排気ガス浄化装置である。 Next, the fifth aspect of the present invention is an exhaust gas purification device according to any one of the second to fourth aspects, further comprising an idle operation determination device that determines whether the internal combustion engine has transitioned from the no-load deceleration operation to the idle operation, and the fuel addition control device, when it is determined via the idle operation determination device that the internal combustion engine has transitioned from the no-load deceleration operation to the idle operation, reduces the opening of the intake throttle valve to control the bed temperature of the particulate matter removal filter to be maintained at the filter activation temperature.
第1の発明によれば、DPFに堆積した粒子状物質の堆積量が所定堆積量閾値以上になった場合には、内燃機関が無負荷減速運転中に、燃料添加装置を介して酸化触媒に流入する排気ガス中に燃料を添加して、DPFの床温を昇温させる。そして、DPFの床温が、粒子状物質を酸化するフィルタ活性温度(例えば、500℃以上である。)に達した場合には、燃料添加装置による排気ガス中への燃料の添加が停止される。 According to the first invention, when the amount of particulate matter deposited in the DPF becomes equal to or greater than a predetermined deposition amount threshold, fuel is added to the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst via the fuel addition device during unloaded deceleration operation of the internal combustion engine, thereby raising the bed temperature of the DPF. Then, when the bed temperature of the DPF reaches the filter activation temperature (e.g., 500°C or higher) at which particulate matter is oxidized, the addition of fuel to the exhaust gas by the fuel addition device is stopped.
これにより、内燃機関が無負荷減速運転中の運転条件下で、DPFの床温がフィルタ活性温度に達した場合には、DPFに堆積した粒子状物質の酸化が開始される。そのため、燃料添加装置による排気ガス中への燃料の添加を停止しても、粒子状物質の酸化反応熱量による自己発熱によって、堆積した粒子状物質の酸化焼却が継続され、DPFの捕集機能を再生することができる。また、DPFの床温がフィルタ活性温度に達した場合は、燃料添加装置による排気ガス中への燃料の添加が停止されるため、燃費を従来よりも改善することができる。 As a result, when the bed temperature of the DPF reaches the filter activation temperature under operating conditions during no-load deceleration of the internal combustion engine, oxidation of particulate matter accumulated in the DPF begins. Therefore, even if the fuel addition device stops adding fuel to the exhaust gas, the particulate matter continues to be oxidized and burned due to self-heating caused by the heat of oxidation reaction of the particulate matter, and the collection function of the DPF can be regenerated. In addition, when the bed temperature of the DPF reaches the filter activation temperature, the fuel addition device stops adding fuel to the exhaust gas, thereby improving fuel efficiency compared to conventional methods.
第2の発明によれば、燃料添加装置による排気ガス中への燃料の添加を停止した場合には、吸気スロットル弁の開度が減少されるため、吸気の流量が減少して、DPFに流入する排気ガスの流量を減少させることができる。その結果、DPFの温度低下を抑制して、DPFの床温をフィルタ活性温度に維持することができ、DPFに堆積した粒子状物質の酸化焼却を継続させることができる。 According to the second invention, when the fuel addition device stops adding fuel to the exhaust gas, the opening of the intake throttle valve is reduced, so the intake flow rate is reduced, and the flow rate of the exhaust gas flowing into the DPF can be reduced. As a result, the temperature drop of the DPF can be suppressed, the bed temperature of the DPF can be maintained at the filter activation temperature, and the oxidation incineration of the particulate matter accumulated in the DPF can be continued.
第3の発明によれば、DPFの床温がフィルタ活性温度の上限温度(例えば、700℃)に達した場合には、吸気スロットル弁の開度を増加させて、DPFの床温を上限温度よりも低いフィルタ活性温度に維持するように制御される。これにより、DPFの床温を上限温度よりも低いフィルタ活性温度に維持することができ、DPFの劣化を抑制し、長寿命化を図ることができる。 According to the third invention, when the bed temperature of the DPF reaches the upper limit temperature of the filter activation temperature (e.g., 700°C), the opening of the intake throttle valve is increased to control the bed temperature of the DPF to be maintained at a filter activation temperature lower than the upper limit temperature. This makes it possible to maintain the bed temperature of the DPF at a filter activation temperature lower than the upper limit temperature, suppressing deterioration of the DPF and extending its life.
第4の発明によれば、酸化触媒の床温が、排気ガス中の未燃燃料を酸化する触媒活性温度よりも低い温度であると判定された場合には、燃料添加装置による排気ガス中への燃料の添加が行われない。これにより、酸化触媒で酸化されない未燃燃料(特にHC成分)を含む排気ガスを大気中に排出することを防止することができる。 According to the fourth invention, when it is determined that the bed temperature of the oxidation catalyst is lower than the catalytic activation temperature at which unburned fuel in the exhaust gas is oxidized, fuel is not added to the exhaust gas by the fuel addition device. This makes it possible to prevent exhaust gas containing unburned fuel (especially HC components) that is not oxidized by the oxidation catalyst from being discharged into the atmosphere.
第5の発明によれば、内燃機関が無負荷減速運転からアイドル運転に移行した場合には、吸気スロットル弁の開度を減少させて、DPFの床温が、フィルタ活性温度に維持される。これにより、内燃機関の無負荷減速運転の運転下で開始された、DPFに堆積された粒子状物質の酸化焼却を、アイドル運転に移行しても継続させることができ、DPFの捕集機能を再生することができる。また、DPFの床温がフィルタ活性温度に達した場合は、アイドル運転中も、燃料添加装置による排気ガス中への燃料の添加が停止されるため、燃費を従来よりも改善することができる。 According to the fifth invention, when the internal combustion engine transitions from no-load deceleration operation to idle operation, the opening of the intake throttle valve is reduced to maintain the bed temperature of the DPF at the filter activation temperature. This allows the oxidation and incineration of particulate matter deposited in the DPF, which began during no-load deceleration operation of the internal combustion engine, to continue even when the engine transitions to idle operation, and the collection function of the DPF can be regenerated. In addition, when the bed temperature of the DPF reaches the filter activation temperature, the fuel addition device stops adding fuel to the exhaust gas even during idle operation, thereby improving fuel efficiency compared to conventional systems.
以下、本発明に係る排気ガス浄化装置を具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、排気ガス浄化装置1の概略構成について図1に基づいて説明する。図1に示すように、排気ガス浄化装置1は、内燃機関10と、制御装置(ECU:Electronic Control Unit)50と、吸気流量検出装置31と、吸気スロットル弁32と、回転検出装置34と、車速検出装置37と、燃料添加弁28と、排気ガス浄化ユニット41等から構成されている。
The following is a detailed description of an embodiment of an exhaust gas purification device according to the present invention, with reference to the drawings. First, the schematic configuration of the exhaust
内燃機関10は、例えば、ディーゼルエンジンである。尚、以下の説明において、DPF43は、粒子状物質除去フィルタ(Diesel Particulate Filter)に相当している。また、DPF43よりも下流側の排気通路に配置されて窒素酸化物(NOx)を無害化する選択還元触媒等については、記載を省略している。
The
図1に示すように、内燃機関10の排気通路(排気ガス通路)12には、排気ガス浄化ユニット41が設けられている。排気ガス浄化ユニット41の内部には、上流側から、酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)42と、DPF43が設けられている。排気ガス浄化ユニット41は、排気ガス通路を構成し、上流側から下流側に排気ガスが通過する間に、排気ガスに含まれる有害物質を除去するものである。ここで、内燃機関10は、高効率で耐久性にも優れているが、粒子状物質(PM)、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等の有害物質を、排気ガスと一緒に排出してしまうものである。
As shown in FIG. 1, an exhaust
酸化触媒(DOC)42は、セラミック製の円柱状等に形成されたセル状筒体からなり、その軸方向には多数の貫通孔が形成され、内面に白金(Pt)等の貴金属が担持されている。そして、酸化触媒(DOC)42は、触媒活性温度(例えば、約200℃~250℃以上の温度)下で多数の貫通孔に排気ガスを通すことにより、排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸化して除去すると共に、排気ガス中の未燃燃料を酸化して、排気ガス温度を昇温する。 The oxidation catalyst (DOC) 42 is made of a ceramic cellular cylinder formed into a cylindrical shape or the like, with numerous through holes formed in the axial direction, and with a precious metal such as platinum (Pt) supported on the inner surface. The oxidation catalyst (DOC) 42 oxidizes and removes carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), etc. contained in the exhaust gas by passing the exhaust gas through the numerous through holes at a catalytic activation temperature (for example, a temperature of about 200°C to 250°C or higher), and also oxidizes unburned fuel in the exhaust gas, raising the exhaust gas temperature.
DPF43は、セラミックス材料等からなる多孔質な部材によって円柱状等に形成され、軸方向に多数の小孔が設けられたハニカム構造のセル状筒体をなし、各小孔は、隣同士で交互に異なる端部が目封じ部材によって閉塞されている。そして、DPF43は、上流側から各小孔に流入する排気ガスを多孔質材料に通すことで粒子状物質(PM)を捕集し、排気ガスのみを隣の小孔を通じて下流側へと流出させる。
The
尚、DPF43は、各小孔の内面に白金(Pt)等の貴金属が担持されていてもよい。そして、後述のDPF再生処理(フィルタ再生処理)の際には、この貴金属が排気ガス中の未燃燃料を酸化して排気ガス温度を昇温するようにしてもよい。また、DPF43に担持された貴金属の量は、酸化触媒(DOC)42に担持された貴金属の量よりも少なくなるように設定してもよい。
The DPF 43 may support a precious metal such as platinum (Pt) on the inner surface of each small hole. During the DPF regeneration process (filter regeneration process) described below, this precious metal may oxidize unburned fuel in the exhaust gas and raise the exhaust gas temperature. The amount of precious metal supported on the
酸化触媒(DOC)42の上流側(排気ガス浄化ユニット41の上流側)には、燃料添加弁28と、排気温度検出装置36A(例えば、排気温度センサ)(上流側排気温度検出装置)と、が設けられている。燃料添加弁28は、微粒子が堆積したDPF43を再生するフィルタ再生処理(図2参照)を実行する際(粒子状物質(PM)を燃焼焼却する際)に、酸化触媒(DOC)42内で排気ガスと反応させて排気ガスの温度を上昇させるための燃料を噴射する。燃料添加弁28は、制御装置50からの制御信号にて駆動される。
A
また、酸化触媒(DOC)42の下流側、且つ、DPF43の上流側には、排気温度検出装置36B(例えば、排気温度センサ)(中間排気温度検出装置)が設けられている。DPF43の下流側には、排気温度検出装置36C(例えば、排気温度センサ)(下流側排気温度検出装置)が設けられている。また、排気ガス浄化ユニット41内における、酸化触媒(DOC)42の下流側、且つ、DPF43の上流側の排気管内圧力と、DPF43の下流側の排気管内圧力と、の差圧(圧力差)を検出する差圧センサ35が設けられている。
In addition, downstream of the oxidation catalyst (DOC) 42 and upstream of the
制御装置(ECU:Electronic Control Unit)50は、CPU、RAM、ROM、タイマ、EEPROM、不図示のバックアップRAM等を備えた公知のものである。CPUは、ROMやEEPROMに記憶された各種プログラムやマップに基づいて、種々の演算処理を実行する。また、RAMは、CPUでの演算結果や各検出装置から入力されたデータ等を一時的に記憶し、EEPROMは、例えば、内燃機関10の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する。
The control device (ECU: Electronic Control Unit) 50 is a well-known device equipped with a CPU, RAM, ROM, timer, EEPROM, and a backup RAM (not shown). The CPU executes various calculation processes based on various programs and maps stored in the ROM and EEPROM. The RAM also temporarily stores the results of calculations by the CPU and data input from each detection device, and the EEPROM stores, for example, data that should be saved when the
また、EEPROMには、燃料添加量マップ記憶部501と、PM燃焼速度マップ記憶部502と、が設けられている。燃料添加量マップ記憶部501には、後述のように、酸化触媒(DOC)42の燃料添加量を決定する際に使用する燃料添加量マップM2(図9参照)が格納されている。また、PM燃焼速度マップ記憶部502には、後述のように、DPF43の床温とPM燃焼速度とを対応づけて記憶するPM燃焼速度マップM3(図10参照)が格納されている。
The EEPROM also includes a fuel addition amount
また、排気温度検出装置36A(上流側排気温度検出装置)は、酸化触媒(DOC)42の上流側の排気管内の排気ガスの温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。また、排気温度検出装置36B(中間排気温度検出装置)は、酸化触媒(DOC)42の下流側、且つ、DPF43の上流側を流れる排気ガスの温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。また、排気温度検出装置36C(下流側排気温度検出装置)は、DPF43の下流側の排気ガスの温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。差圧センサ35は、酸化触媒(DOC)42の下流側、且つ、DPF43の上流側の排気圧力(排気管内圧力に相当)と、DPF43の下流側の排気管内圧力と、の差圧に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
The
内燃機関10の吸気通路11の流入側には、エアクリーナ30で濾過された吸気流量を検出する吸気流量検出装置31(例えば、エアフローメータ)が設けられている。吸気流量検出装置31は、内燃機関10が吸入した空気の流量に応じた検出信号を制御装置50に出力する。エアクリーナ30よりも下流側の吸気通路11には、吸気スロットル弁32が配置されている。吸気スロットル弁32は、制御装置50からの制御信号に基づいて、吸気通路11の開度を調整して、吸気流量を調整可能である。
An intake flow rate detection device 31 (e.g., an air flow meter) is provided on the inlet side of the
また、アクセル開度検出装置33(例えば、アクセル開度センサ)は、運転者が操作するアクセルの開度(すなわち、運転者の要求負荷)に応じた検出信号を制御装置50に出力する。内燃機関10に設けられた回転検出装置34(例えば、回転センサ)は、例えば、内燃機関10のクランクシャフトの回転数(すなわち、エンジン回転数)に応じた検出信号を制御装置50に出力する。また、車速検出装置37(例えば、車速センサ)は、車両の車輪又は車輪と一体に回転するドライブシャフト等に対して設けられ、車両の車速に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
The accelerator opening detection device 33 (e.g., an accelerator opening sensor) outputs a detection signal corresponding to the opening of the accelerator operated by the driver (i.e., the load required by the driver) to the
制御装置50には、吸気通路11に設けられた吸気流量検出装置31(例えば、エアフローメータ)の検出信号、アクセル開度検出装置33の検出信号、回転検出装置34の検出信号、車速検出装置37の検出信号のそれぞれが入力されている。また、制御装置50には、上述した各排気温度検出装置36A、36B、36Cの検出信号、差圧センサ35の検出信号が入力されている。
The
そして、制御装置50は、これらの入力された検出信号に基づいて内燃機関10の運転状態を検出することができる。また、制御装置50は、検出した内燃機関10の運転状態や、アクセル開度検出装置33からの検出信号に基づいた運転者からの要求に応じて、各インジェクタ14A~14Dから内燃機関10のシリンダ内に噴射する燃料量や、燃料添加弁28から噴射する燃料量を制御する制御信号を出力する。
The
また、制御装置50は、各インジェクタ14A~14Dから噴射した毎秒当たりの燃料消費量(g/s)を所定時間(例えば、約10msec~100msec)毎に算出して、RAMに時系列的に記憶する。また、制御装置50は、吸気流量検出装置31から入力された検出信号から吸入空気流量GAを所定時間(例えば、約10msec~100msec)毎に算出して、RAMに時系列的に記憶する。また、制御装置50は、差圧センサ35から入力された検出信号から実際の差圧ΔPを所定時間(例えば、約10msec~100msec)毎に算出して、RAMに時系列的に記憶する。
The
燃料添加弁28から排気ガス中に噴射された燃料は、酸化触媒(DOC)42の床温が触媒活性温度(例えば、約200℃~250℃)になると、酸化触媒(DOC)42に担持された貴金属によって排気ガス中に残った酸素との酸化反応が生じて燃焼し、その発熱により排気ガス温度が上昇する。そして、この高温になった排気ガスによりDPF43の床温が上昇して、フィルタ活性温度(例えば、500℃以上)になると、DPF43内に堆積された粒子状物質(PM)の酸化(燃焼)が開始される。
When the bed temperature of the oxidation catalyst (DOC) 42 reaches the catalyst activation temperature (e.g., about 200°C to 250°C), the fuel injected into the exhaust gas from the
そして、後述のように、制御装置50は、燃料添加弁28からの燃料添加を停止した後、吸気スロットル弁32の開度を減少させて(例えば、吸気スロットル弁32を閉じて)、DPF43の床温をフィルタ活性温度に維持する。これにより、制御装置50は、DPF43内に堆積した粒子状物質(PM)を酸化(燃焼)させて除去し、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集するというDPF43の捕集機能を回復(再生)させることができる(いわゆる、フィルタ再生処理である。)。
Then, as described below, after stopping the addition of fuel from the
[フィルタ再生処理]
次に、上記のように構成された排気ガス浄化装置1において、制御装置50によるDPF43に捕集された粒子状物質(PM)を酸化(燃焼)させて除去するフィルタ再生処理の一例について図2乃至図11に基づいて説明する。尚、制御装置50は、内燃機関10の運転中に、所定時間間隔(例えば、数10msec~数100msec間隔)にて、図2のフローチャートに示される処理手順を繰り返し実行する。
[Filter regeneration process]
Next, an example of a filter regeneration process in which the
図2に示すように、先ず、ステップS11において、制御装置50は、「PM堆積状態取得処理」のサブ処理を実行した後、ステップS12の処理に進む。「PM堆積状態取得処理」は、所定時間間隔(例えば、数10msec~数100msec間隔)の間にDPF43に捕集される、即ち、DPF43に堆積する粒子状物質(PM)の堆積量(PM堆積量)を算出して、粒子状物質(PM)の堆積状態を取得する処理である。
As shown in FIG. 2, first, in step S11, the
ステップS12において、制御装置50は、「減速時DPF再生処理」のサブ処理を実行した後、当該処理を終了する。「減速時DPF再生処理」は、内燃機関10の無負荷減速運転中において、所定時間間隔(例えば、数10msec~数100msec間隔)の間に、DPF43に捕集された粒子状物質(PM)を酸化(燃焼)させて除去する処理である。
In step S12, the
[PM堆積状態取得処理]
ここで、「PM堆積状態取得処理」のサブ処理の詳細について図3に基づいて説明する。図3に示すように、先ず、ステップS111において、制御装置50は、減速時DPF再生フラグをEEPROMから読み出し、「OFF」に設定されているか否かを判定する。減速時DPF再生フラグは、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)が再生開始閾値C1(堆積量閾値)(例えば、約50g)に達し、内燃機関10の無負荷減速運転中において、DPF43を再生して捕集機能を回復させる必要がある旨を表している。尚、減速時DPF再生フラグは、車両の工場出荷時に、「OFF」に設定されてEEPROMに記憶されている。
[PM Accumulation State Acquisition Process]
Here, the details of the sub-process of the "PM accumulation state acquisition process" will be described with reference to Fig. 3. As shown in Fig. 3, first, in step S111, the
そして、減速時DPF再生フラグが「ON」に設定されていると判定された場合には(S111:NO)、制御装置50は、当該サブ処理を終了してメインフローチャートに戻り、ステップS12のサブ処理に進む。一方、減速時DPF再生フラグが「OFF」に設定されていると判定された場合には(S111:YES)、制御装置50は、ステップS112の処理に進む。
If it is determined that the deceleration DPF regeneration flag is set to "ON" (S111: NO), the
ステップS112において、制御装置50は、アクセル開度検出装置33、回転検出装置34等からの検出信号から、内燃機関10のエンジン回転数やエンジン負荷(燃料噴射量)等の運転状態を取得してRAMに記憶した後、ステップS113の処理に進む。ステップS113において、制御装置50は、内燃機関10の運転状態と粒子状物質(PM)の単位時間当たり堆積量との関係を示した不図示のマップに基づいて、所定時間間隔(例えば、数10msec~数100msec間隔)における、DPF43への粒子状物質(PM)の堆積量を算出して、ステップS114の処理に進む。
In step S112, the
ステップS114において、制御装置50は、累積PM堆積量PMSをEEPROMから読み出し、この累積PM堆積量PMSに上記ステップS113で算出した粒子状物質(PM)の堆積量(以下、「PM堆積量」ともいう。)を加算して、再度EEPROMに記憶した後、ステップS115の処理に進む。
In step S114, the
ステップS115において、制御装置50は、差圧センサ35から入力された検出信号に基づいてDPF43の上流側排気圧力と下流側排気圧力との差圧ΔPを算出した後、ステップS116の処理に進む。ステップS116において、制御装置50は、差圧ΔPとDPF43に堆積しているPM堆積量(PM堆積量PMD)との関係を示した不図示のマップに基づいて、DPF43に捕集されたPM堆積量PMDを算出してRAMに記憶した後、ステップS117の処理に進む。
In step S115, the
ステップS117において、制御装置50は、累積PM堆積量PMSをEEPROMから読み出すと共に、PM堆積量PMDをRAMから読み出す。また、制御装置50は、DPF43に堆積したPM堆積量の上限値である再生開始閾値C1(堆積量閾値)をEEPROMから読み出す。続いて、制御装置50は、累積PM堆積量PMS又はPM堆積量PMDのうちの一方が再生開始閾値C1以上になったか否か、つまり、DPF43のPM堆積量が上限値に達したか否かを判定する。
In step S117, the
そして、累積PM堆積量PMS及びPM堆積量PMDが再生開始閾値C1未満であると判定した場合、つまり、DPF43のPM堆積量が上限値に達していないと判定した場合には(S117:NO)、制御装置50は、当該サブ処理を終了して、メインフローチャートに戻り、ステップS12のサブ処理に進む。
If it is determined that the cumulative PM accumulation amount PMS and the PM accumulation amount PMD are less than the regeneration start threshold C1, that is, if it is determined that the PM accumulation amount in the
一方、累積PM堆積量PMS又はPM堆積量PMDのうちの一方が再生開始閾値C1以上であると判定した場合、つまり、DPF43のPM堆積量が上限値に達したと判定した場合には(S117:YES)、制御装置50は、ステップS118の処理に進む。ステップS118において、制御装置50は、累積PM堆積量PMSとPM堆積量PMDのうち、大きい方をDPF43に堆積したPM堆積量P1としてEEPROMに記憶した後、ステップS119の処理に進む。尚、制御装置50は、累積PM堆積量PMSとPM堆積量PMDとの平均値をDPF43に堆積したPM堆積量P1としてEEPROMに記憶してもよい。
On the other hand, if it is determined that either the accumulated PM accumulation amount PMS or the PM accumulation amount PMD is equal to or greater than the regeneration start threshold C1, that is, if it is determined that the PM accumulation amount in the
ステップS119において、制御装置50は、減速時DPF再生フラグをEEPROMから読み出し、「ON」に設定して再度EEPROMに記憶した後、当該サブ処理を終了して、メインフローチャートに戻り、ステップS12のサブ処理に進む。
In step S119, the
尚、制御装置50は、上記ステップS112~ステップS114と、上記ステップS115~ステップS116とのうち、一方の処理だけを実行するようにしてもよい。つまり、累積PM堆積量PMS又はPM堆積量PMDのうちの一方のみを取得して、ステップS117において、再生開始閾値C1以上になったか否か、つまり、DPF43のPM堆積量が上限値に達したか否かを判定するようにしてもよい。この場合には、上記ステップS118において、取得した累積PM堆積量PMS又はPM堆積量PMDをPM堆積量P1としてEEPROMに記憶するようにしてもよい。これにより、制御装置50の処理速度を向上させることができる。
The
[減速時DPF再生処理]
次に、「減速時DPF再生処理」のサブ処理の詳細について図4乃至図10に基づいて説明する。図4及び図5に示すように、先ず、ステップS211において、制御装置50は、減速時DPF再生フラグをEEPROMから読み出し、「ON」に設定されているか否かを判定する。そして、減速時DPF再生フラグが「OFF」に設定されていると判定された場合には(S211:NO)、制御装置50は、DPF43のPM堆積量が上限値に達していないと判定して、当該サブ処理を終了してメインフローチャートに戻り、フィルタ再生処理を終了する。
[DPF regeneration process during deceleration]
Next, the details of the sub-process of the "DPF regeneration process during deceleration" will be described with reference to Figures 4 to 10. As shown in Figures 4 and 5, first, in step S211, the
一方、減速時DPF再生フラグが「ON」に設定されていると判定された場合には(S211:YES)、制御装置50は、ステップS212の処理に進む。ステップS212において、制御装置50は、内燃機関10が無負荷減速運転中であるか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined that the deceleration DPF regeneration flag is set to "ON" (S211: YES), the
具体的には、制御装置50は、アクセル開度検出装置33から入力された検出信号に基づいてアクセル開度を検出して、RAMに記憶する。また、制御装置50は、車速検出装置37から入力された検出信号に基づいて車速を検出して、RAMに記憶する。続いて、制御装置50は、アクセル開度と車速をRAMから読み出し、アクセル開度が「0」であり、つまり、運転者がアクセルペダルを踏んでおらず、且つ、車速が車速閾値V1(例えば、2km/h)以上であるか否かを判定する。尚、車速閾値V1(例えば、2km/h)は、予めEEPROMに記憶されている。
Specifically, the
そして、内燃機関10が無負荷減速運転中でないと判定された場合には(S212:NO)、制御装置50は、減速フラグをRAMから読み出し、「OFF」に設定して再度RAMに記憶した後、当該サブ処理を終了してメインフローチャートに戻り、フィルタ再生処理を終了する。具体的には、アクセル開度が「0」でない、つまり、運転者がアクセルペダルを踏んでいる場合は、制御装置50は、内燃機関10は通常運転中であると判定する(S212:NO)。また、アクセル開度が「0」で、且つ、車速が車速閾値V1(例えば、2km/h)より遅い場合は、制御装置50は、既に停車寸前であり、内燃機関10の無負荷減速運転は終了したと判定する(S212:NO)。
If it is determined that the
一方、内燃機関10が無負荷減速運転中であると判定された場合には(S212:YES)、制御装置50は、減速フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定して再度RAMに記憶した後、ステップS213の処理に進む。具体的には、アクセル開度が「0」であり、且つ、車速が車速閾値V1(例えば、2km/h)以上である場合には、制御装置50は、内燃機関10が無負荷減速運転中であると判定する(S212:YES)。尚、減速フラグは、制御装置50の起動時に、「OFF」に設定されてRAMに記憶される。
On the other hand, if it is determined that the
ステップS213において、制御装置50は、各排気温度検出装置36B、36Cからの検出信号に基づいて、DPF43の上流側の排気ガス温度T2と下流側の排気ガス温度T3とを検出して、RAMに記憶する。そして、制御装置50は、各排気ガス温度T2、T3とDPF43の床温とを対応づけた不図示の温度マップMP1に基づいてDPF43の床温を算出して、RAMに記憶する。続いて、制御装置50は、DPF43の床温が、粒子状物質(PM)を酸化(燃焼)するフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)であるか否か、つまり、フィルタ活性温度に昇温されているか否かを判定する。
In step S213, the
そして、DPF43の床温が、粒子状物質(PM)を酸化(燃焼)するフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)でない、つまり、フィルタ活性温度よりも低い温度であると判定した場合には(S213:NO)、制御装置50は、ステップS214の処理に進む。尚、不図示の温度マップMP1は、CAE(Computer Aided Engineering)解析、又は、実験により取得されて、予めEEPROMに記憶されている。また、フィルタ活性温度は、実験により取得されて、予めEEPROMに記憶されている。
If the bed temperature of the
ステップS214において、制御装置50は、各排気温度検出装置36A、36Bからの検出信号に基づいて、酸化触媒42の上流側の排気ガス温度T1と下流側の排気ガス温度T2とを検出して、RAMに記憶する。そして、制御装置50は、各排気ガス温度T1、T2と酸化触媒42の床温とを対応づけた不図示の温度マップMP2に基づいて酸化触媒42の床温を算出して、RAMに記憶する。
In step S214, the
続いて、制御装置50は、酸化触媒42の床温が、排気ガス中の未燃燃料を酸化(燃焼)する触媒活性温度(例えば、150℃~180℃以上の温度)であるか否かを判定する。尚、不図示の温度マップMP2は、CAE(Computer Aided Engineering)解析、又は、実験により取得されて、予めEEPROMに記憶されている。また、触媒活性温度は、実験により取得されて、予めEEPROMに記憶されている。
Then, the
そして、酸化触媒42の床温が、排気ガス中の未燃燃料を酸化(燃焼)する触媒活性温度(例えば、150℃~180℃以上の温度)でない、つまり、触媒活性温度よりも低い温度であると判定した場合には(S214:NO)、制御装置50は、当該サブ処理を終了して、メインフローチャートに戻り、フィルタ再生処理を終了する。これにより、酸化触媒42の床温が、触媒活性温度よりも低い温度である場合には、燃料添加弁28による排気ガス中への燃料の添加が行われない。これにより、酸化触媒42で酸化されない未燃燃料(特にHC成分)を含む排気ガスを大気中に排出することを防止することができる。
If the bed temperature of the
一方、酸化触媒42の床温が、排気ガス中の未燃燃料を酸化(燃焼)する触媒活性温度(例えば、150℃~180℃以上の温度)であると判定された場合には(S214:YES)、制御装置50は、ステップS215の処理に進む。ステップS215において、制御装置50は、「燃料添加量取得処理」のサブ処理(図6参照)を実行した後、ステップS216の処理に進む。「燃料添加量取得処理」のサブ処理は、燃料添加弁28から排気ガス中に添加(供給)する燃料の添加量を取得する処理である。
On the other hand, if it is determined that the bed temperature of the
[燃料添加量取得処理]
ここで、「燃料添加量取得処理」のサブ処理について図6、図8及び図9に基づいて説明する。図6に示すように、先ず、ステップS311において、制御装置50は、上記ステップS214で算出した酸化触媒42の床温をRAMから読み出す。そして、制御装置50は、図8に示す酸化触媒(DOC)42の床温と浄化率(炭化水素(HC)又は一酸化炭素(CO)の酸化される割合)との関係を対応づけた実線61で示す2次元マップM1を用いて、酸化触媒42の床温に対応する浄化率[%]を取得して、RAMに記憶した後、ステップS312の処理に進む。
[Fuel addition amount acquisition process]
Here, the sub-processing of the "fuel addition amount acquisition process" will be described with reference to Figures 6, 8, and 9. As shown in Figure 6, first, in step S311, the
例えば、図8に示すように、酸化触媒42の床温TC1(例えば、150℃~180℃)に対応する浄化率は、約10[%]である。また、酸化触媒42の床温TC2(例えば、200℃~250℃)に対応する浄化率は、約90[%]である。 For example, as shown in FIG. 8, the purification rate corresponding to the bed temperature TC1 of the oxidation catalyst 42 (e.g., 150°C to 180°C) is about 10%. Also, the purification rate corresponding to the bed temperature TC2 of the oxidation catalyst 42 (e.g., 200°C to 250°C) is about 90%.
ステップS312において、制御装置50は、吸気流量検出装置31から入力された検出信号から吸入空気流量GA[g/sec]を算出し、排気ガス流量[g/sec]としてRAMに記憶した後、ステップS313の処理に進む。尚、制御装置50は、現在から所定時間(例えば、1秒)前までに各インジェクタ14A~14Dに指示した燃料噴射量を取得して、吸入空気流量GAとの合計値を排気ガス流量[g/sec]としてRAMに記憶してもよい。
In step S312, the
ステップS313において、制御装置50は、上記ステップS311で取得した酸化触媒42の今回の浄化率[%]と、上記ステップS312で取得した今回の排気ガス量[g/sec]と、をRAMから読み出す。そして、制御装置50は、図9に示す酸化触媒42の燃料添加量マップM2を用いて、酸化触媒42の今回の浄化率[%]と、今回の排気ガス流量[g/sec]と、に対応する燃料添加量[mm3/sec]を算出して、RAMに記憶した後、当該サブ処理を終了して、「減速時DPF再生処理」のサブ処理に戻り、ステップS216の処理に進む。
In step S313, the
図4に示すように、ステップS216において、制御装置50は、上記ステップS313で算出した燃料添加量[mm3/sec]をRAMから読み出す。そして、制御装置50は、この燃料添加量[mm3/sec]に図2に示す処理を起動する間隔の時間(例えば10[msec]間隔で起動する場合は10[msec]である)を乗算して算出した燃料添加量[mm3]の燃料を燃料添加弁28を介して排気ガス中に添加(噴射)した後、ステップS217の処理に進む。
As shown in Fig. 4, in step S216, the
ステップS217において、制御装置50は、燃料添加弁28を介した排気ガス中への燃料の添加(噴射)を実施中である旨を表す排気燃料添加フラグをEEPROMから読み出し、排気燃料添加フラグを「ON」に設定して、再度EEPROMに記憶した後、当該サブ処理を終了してメインフローチャートに戻り、フィルタ再生処理を終了する。尚、排気燃料添加フラグは、車両の工場出荷時に、「OFF」に設定されてEEPROMに記憶されている。
In step S217, the
一方、上記ステップS213でDPF43の床温が、粒子状物質(PM)を酸化(燃焼)するフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)である、つまり、フィルタ活性温度に昇温されていると判定された場合には(S213:YES)、制御装置50は、ステップS218の処理に進む。ステップS218において、制御装置50は、排気燃料添加フラグをEEPROMから読み出し、この排気燃料添加フラグが「ON」に設定されているか否か、つまり、燃料添加弁28を介して排気ガス中に燃料の添加(噴射)を実施中であるか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in step S213 that the bed temperature of the
そして、排気燃料添加フラグが「OFF」に設定されていると判定された場合には(S218:NO)、制御装置50は、燃料添加弁28を介した排気ガス中への燃料の添加(噴射)を停止していると判定して、後述のステップS221の処理に進む。一方、排気燃料添加フラグが「ON」に設定されていると判定された場合には(S218:YES)、制御装置50は、燃料添加弁28を介した排気ガス中への燃料の添加(噴射)を実施中であると判定して、ステップS219の処理に進む。
If it is determined that the exhaust fuel addition flag is set to "OFF" (S218: NO), the
ステップS219において、制御装置50は、燃料添加弁28を介した排気ガス中への燃料の添加(噴射)を停止した後、ステップS220の処理に進む。ステップS220において、制御装置50は、排気燃料添加フラグをEEPROMから読み出し、「OFF」に設定して、再度EEPROMに記憶した後、ステップS221の処理に進む。ステップS221において、制御装置50は、「吸気スロットル弁調整処理」のサブ処理(図7参照)を実行した後、ステップS222の処理に進む。「吸気スロットル弁調整処理」のサブ処理は、PDF43の床温をフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)に維持するように、吸気スロットル弁32の開度を設定する処理である。
In step S219, the
[吸気スロットル弁調整処理]
ここで、「吸気スロットル弁調整処理」のサブ処理について図7に基づいて説明する。図7に示すように、先ず、ステップS411において、制御装置50は、上記ステップS213で取得したDPF43の床温をRAMから読み出し、DPF43の床温が、フィル活性温度の上限温度(例えば、695℃~700℃)に達したか否かを判定する。尚、フィル活性温度の上限温度(例えば、695℃~700℃)は、実験により取得されて、予めEEPROMに記憶されている。
[Intake throttle valve adjustment process]
Here, the sub-processing of the "intake throttle valve adjustment process" will be described with reference to Fig. 7. As shown in Fig. 7, first, in step S411, the
そして、DPF43の床温が、フィルタ活性温度の上限温度(例えば、695℃~700℃)に達していないと判定された場合には(S411:NO)、制御装置50は、ステップS412の処理に進む。ステップS412において、制御装置50は、吸気スロットル弁32の開度を減少させて、例えば、吸気スロットル弁32を閉じて、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の酸化(燃焼)を維持するために必要な吸気空気量のみ流れるように設定した後、当該サブ処理を終了して、「減速時DPF再生処理」のサブ処理に戻り、ステップS222の処理に進む。
If it is determined that the bed temperature of the
これにより、制御装置50は、DPF43の床温の低下を抑制しつつ、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の酸化(燃焼)による自己発熱により、DPF43の床温をフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)に維持するように制御することができる。その結果、DPF43の温度低下を抑制して、DPF43の床温をフィルタ活性温度に維持することができ、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の酸化焼却を継続させることができる。
The
一方、DPF43の床温が、フィルタ活性温度の上限温度(例えば、695℃~700℃)に達したと判定された場合には(S411:YES)、制御装置50は、ステップS413の処理に進む。ステップS413において、制御装置50は、吸気スロットル弁32の開度を増加させて、吸気流量を増加させた後、当該サブ処理を終了して、「減速時DPF再生処理」のサブ処理に戻り、ステップS222の処理に進む。
On the other hand, if it is determined that the bed temperature of the
これにより、制御装置50は、DPF43を流れる排気ガス流量を増加させて、DPF43の床温をフィルタ活性温度の上限温度(例えば、695℃~700℃)よりも低いフィルタ活性温度に維持することができる。その結果、制御装置50は、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の酸化焼却を継続させることができると共に、DPF43の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができる。
By this, the
図4に示すように、ステップS222において、制御装置50は、各排気温度検出装置36B、36Cからの検出信号に基づいて、DPF43の上流側の排気ガス温度T2と下流側の排気ガス温度T3とを検出して、RAMに記憶する。そして、制御装置50は、各排気ガス温度T2、T3とDPF43の床温とを対応づけた不図示の温度マップMP1に基づいてDPF43の床温TP1を算出して、RAMに記憶した後、ステップS223の処理に進む。
As shown in FIG. 4, in step S222, the
ステップS223において、制御装置50は、図10に示すDPF43の床温と粒子状物質(PM)の燃焼速度(以下、「PM燃焼速度」という。)との関係を対応づけたPM燃焼速度マップM3を用いて、上記ステップS222で算出したDPF43の床温TP1に対応するPM燃焼速度を算出して、RAMに記憶した後、ステップS224の処理に進む。尚、PM燃焼速度マップM3は、CAE(Computer Aided Engineering)解析、又は、実験により予め取得され、マップや数式によりEEPROMに予め記憶されている。
In step S223, the
ステップS224において、PM燃焼速度は、DPF43内において、単位体積当たりの、且つ、単位時間当たりの粒子状物質(PM)の燃焼量であることから、制御装置50は、DPF43の床温TP1に対応するPM燃焼速度をRAMから読み出すと共に、EEPROMからDPF43の体積を読み出す。そして、制御装置50は、PM燃焼速度にDPF43の体積を乗算した値に、図2に示す処理を起動する間隔の時間(例えば10[msec]間隔で起動する場合は10[msec]である)を乗算して、DPF43内で燃焼される粒子状物質(PM)の燃焼量を算出して、RAMに記憶する。
In step S224, since the PM combustion rate is the amount of particulate matter (PM) burned per unit volume and per unit time in the
続いて、制御装置50は、DPF43に堆積したPM堆積量P1をEEPROMから読み出す。そして、制御装置50は、このPM堆積量P1からDPF43内で燃焼される粒子状物質(PM)の燃焼量を減算して、再度EEPROMに記憶した後、ステップS225の処理に進む。
Next, the
図5に示すように、ステップS225において、制御装置50は、DPF43に堆積したPM堆積量P1をEEPROMから読み出し、このPM堆積量P1が「再生終了閾値C2」以下になったか否かを判定する。つまり、制御装置50は、DPF43内の粒子状物質(PM)のほぼ全量が酸化焼却(燃焼焼却)されたか否かを判定する。尚、再生終了閾値C2は、CAE(Computer Aided Engineering)解析、又は、実験により取得されて、予めEEPROMに記憶されている。
As shown in FIG. 5, in step S225, the
そして、PM堆積量P1が再生終了閾値C2よりも大きいと判定された場合には(S225:NO)、制御装置50は、DPF43内の粒子状物質(PM)のほぼ全量が酸化焼却(燃焼焼却)されていないと判定して、当該サブ処理を終了してメインフローチャートに戻り、フィルタ再生処理を終了する。
If it is determined that the PM accumulation amount P1 is greater than the regeneration end threshold C2 (S225: NO), the
一方、PM堆積量P1が再生終了閾値C2以下であると判定された場合には(S225:YES)、制御装置50は、DPF43内の粒子状物質(PM)のほぼ全量が酸化焼却(燃焼焼却)されたと判定して、ステップS226の処理に進む。ステップS226において、制御装置50は、吸気スロットル弁32を開いて吸気流量を増加させ、DPF43の床温をフィルタ活性温度よりも低くなるように設定した後、ステップS227の処理に進む。
On the other hand, if it is determined that the PM accumulation amount P1 is equal to or less than the regeneration end threshold C2 (S225: YES), the
つまり、制御装置50は、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の酸化(燃焼)が停止するように設定した後、ステップS227の処理に進む。ステップS227において、制御装置50は、減速時DPF再生フラグをEEPROMから読み出し、この減速時DPF再生フラグを「OFF」に設定して、再度EEPROMに記憶した後、当該サブ処理を終了してメインフローチャートに戻り、フィルタ再生処理を終了する。
That is, the
ここで、DPF43に捕集された粒子状物質(PM)を酸化(燃焼)させて除去するフィルタ再生処理(図2参照)が制御装置50によって実行された際の、内燃機関10の運転状態とDPF43の再生状態の一例を図11に基づいて説明する。図11に示すように、時間TM1において、DPF43に堆積したPM堆積量が再生開始閾値C1以上になった場合には、減速時DPF再生フラグが「ON」に設定される(S117~S119)。
Here, an example of the operating state of the
そして、時間TM2において、アクセル開度が「0」になって、燃料噴射量が「0」になり、且つ、車速が車速閾値V1(例えば、2km/h)以上であるため、無負荷減速運転中となり、減速フラグが「ON」に設定される(S212:YES)。また、DPF43の床温がフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)よりも低い温度で、酸化触媒の床温が触媒活性温度(例えば、150℃~180℃以上の温度)であるため、制御装置50は、燃料を燃料添加弁28を介して排気ガス中に添加(噴射)し、排気燃料添加フラグを「ON」に設定して、EEPROMに記憶する(S213:NO~S217)。
Then, at time TM2, the accelerator opening becomes "0", the fuel injection amount becomes "0", and the vehicle speed is equal to or greater than the vehicle speed threshold V1 (e.g., 2 km/h), so the vehicle is in unloaded deceleration operation and the deceleration flag is set to "ON" (S212: YES). Also, because the bed temperature of the
その後、時間TM3において、制御装置50は、DPF43の床温がフィルタ活性温度(例えば、500℃)に達したため、燃料添加弁28を介した排気ガス中への燃料の添加(噴射)を停止した後、排気燃料添加フラグを「OFF」に設定して、EEPROMに記憶する(S213:YES~S220)。また、制御装置50は、吸気スロットル弁32の開度を閉じるため、DPF43に流入する排気ガス流量がほぼ「0」になり、粒子状物質(PM)の酸化(燃焼)が継続されて、DPF43の床温が、自己発熱によりフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)に維持される(S221)。
After that, at time TM3, the
そして、時間TM4において、DPF43に堆積したPM堆積量P1が「再生終了閾値C2」以下になり、つまり、DPF43内の粒子状物質(PM)のほぼ全量が酸化焼却(燃焼焼却)される。その結果、制御装置50は、吸気スロットル弁32を開いて吸気流量を増加させて、DPF43の床温をフィルタ活性温度よりも低くなるように設定した後、減速時DPF再生フラグを「OFF」に設定してEEPROMに記憶する(S225:YES~S227)。その後、車速がほぼ「0」になると、制御装置50は、減速フラグを「OFF」に設定して、RAMに記憶する。
Then, at time TM4, the amount of PM accumulated in the
ここで、燃料添加弁28は、燃料添加装置の一例として機能する。制御装置50は、堆積量取得装置、燃料添加制御装置、フィルタ床温判定装置、上限温度判定装置、触媒床温判定装置、アイドル運転判定装置の一例として機能する。制御装置50と、各排気温度検出装置36B、36Cとは、フィルタ床温取得装置の一例を構成する。制御装置50と、各排気温度検出装置36A、36Bとは、酸化触媒床温取得装置の一例を構成する。
Here, the
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係る排気ガス浄化装置1では、制御装置50は、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の堆積量が再生開始閾値C1(堆積量閾値)以上になった場合には、内燃機関10が無負荷減速運転中に、燃料添加弁28を介して酸化触媒42に流入する排気ガス中に燃料を添加して、DPF43の床温を昇温させる。そして、DPF43の床温が、粒子状物質(PM)を酸化(燃焼)するフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)に達した場合には、燃料添加弁28による排気ガス中への燃料の添加が停止される。
As described above in detail, in the exhaust
これにより、内燃機関10が無負荷減速運転中の運転条件下で、DPF43の床温がフィルタ活性温度に達した場合には、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の酸化が開始される。そのため、燃料添加弁28による排気ガス中への燃料の添加を停止しても、粒子状物質(PM)の酸化反応熱量による自己発熱によって、堆積した粒子状物質(PM)の酸化焼却(燃焼焼却)が継続され、DPF43の捕集機能を再生することができる。また、DPF43の床温がフィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)に達した場合は、燃料添加弁28による排気ガス中への燃料の添加が停止されるため、燃費を従来よりも改善することができる。
As a result, when the bed temperature of the
また、燃料添加弁28による排気ガス中への燃料の添加を停止した場合には、吸気スロットル弁32の開度が減少される(例えば、吸気スロットル弁32が閉じられる)ため、吸気の流量が減少して、DPF43に流入する排気ガスの流量を減少させることができる。その結果、制御装置50は、DPF43の温度低下を抑制して、DPF43の床温をフィルタ活性温度に維持することができ、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の酸化焼却(燃焼焼却)を継続させることができる。
In addition, when the addition of fuel to the exhaust gas by the
また、DPF43の床温がフィルタ活性温度の上限温度(例えば、700℃)に達した場合には、吸気スロットル弁32の開度を増加させて、DPF43の床温を上限温度よりも低いフィルタ活性温度(例えば、500℃~695℃)に維持するように制御される。これにより、制御装置50は、DPF43に堆積した粒子状物質(PM)の酸化焼却を継続させることができると共に、DPF43の床温を上限温度よりも低いフィルタ活性温度に維持することができ、DPF43の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができる。
In addition, when the bed temperature of the
また、制御装置50は、酸化触媒42の床温が、排気ガス中の未燃燃料を酸化する触媒活性温度(例えば、150℃~180℃)よりも低い温度であると判定された場合には、燃料添加弁28による排気ガス中への燃料の添加を行わない。これにより、酸化触媒42で酸化(燃焼)されない未燃燃料(特にHC成分)を含む排気ガスを大気中に排出することを防止することができる。
In addition, when the
尚、前記実施形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。 The numerical values used in the description of the above embodiment are merely examples and are not limited to these numerical values. Furthermore, terms such as greater than or equal to (≧), less than or equal to (≦), greater than (>), less than (<), etc. may or may not include an equal sign.
本発明の排気ガス浄化装置は、前記実施形態で説明した構成、構造、外観、形状、処理手順等に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々の変更、改良、追加、削除が可能である。尚、以下の説明において上記図1~図11の前記実施形態に係る内燃機関10等と同一符号は、前記実施形態に係る内燃機関10等と同一あるいは相当部分を示すものである。
The exhaust gas purification device of the present invention is not limited to the configuration, structure, appearance, shape, processing procedure, etc. described in the above embodiment, and various modifications, improvements, additions, and deletions are possible without changing the gist of the present invention. In the following description, the same reference numerals as those of the
[他の第1実施形態]
(A)例えば、図12に示すように、他の第1実施形態に係る制御装置50は、「減速時DPF再生処理」のサブ処理のステップS212において、内燃機関10が無負荷減速運転中であると判定された場合には(S212:YES)、制御装置50は、ステップS213の処理に進む。一方、内燃機関10が無負荷減速運転中でないと判定された場合には(S212:NO)、制御装置50は、ステップS311の処理に進むようにしてもよい。
[Another First Embodiment]
(A) For example, as shown in Fig. 12, in the
ステップS311において、制御装置50は、内燃機関10がアイドル運転中であるか否かを判定するようにしてもよい。具体的には、制御装置50は、アクセル開度検出装置33から入力された検出信号に基づいてアクセル開度を検出して、RAMに記憶する。また、制御装置50は、車速検出装置37から入力された検出信号に基づいて車速を検出して、RAMに記憶する。また、制御装置50は、回転検出装置34から入力された検出信号に基づいてエンジン回転数を検出してRAMに記憶する。
In step S311, the
続いて、制御装置50は、アクセル開度と車速とエンジン回転数とをRAMから読み出し、アクセル開度が「0」であり、つまり、運転者がアクセルペダルを踏んでおらず、且つ、車速が車速閾値V1(例えば、2km/h)よりも遅く、且つ、エンジン回転数が回転数閾値N1(例えば、800rpm)以下であるか否かを判定する。尚、車速閾値V1(例えば、2km/h)と回転数閾値N1(例えば、800rpm)は、予めEEPROMに記憶されている。
Next, the
そして、内燃機関10がアイドル運転中でないと判定された場合には(S311:NO)、制御装置50は、減速フラグをRAMから読み出し、「OFF」に設定して再度RAMに記憶した後、当該サブ処理を終了してメインフローチャートに戻り、フィルタ再生処理を終了するようにしてもよい。具体的には、アクセル開度が「0」でなく、エンジン回転数が回転数閾値N1よりも高い回転数である、つまり、運転者がアクセルペダルを踏んで発進寸前の場合には、制御装置50は、内燃機関10のアイドル運転は終了したと判定する(S311:NO)。また、アクセル開度が「0」でない、つまり、運転者がアクセルペダルを踏んでいる場合は、制御装置50は、内燃機関10は通常運転中であると判定する(S311:NO)。
If it is determined that the
一方、内燃機関10がアイドル運転中であると判定された場合には(S311:YES)、制御装置50は、減速フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定して再度RAMに記憶した後、ステップS213の処理に進むようにしてもよい。具体的には、アクセル開度が「0」であり、且つ、車速が車速閾値V1(例えば、2km/h)よりも遅く、且つ、エンジン回転数が回転数閾値N1(例えば、800rpm)以下である場合には、制御装置50は、内燃機関10がアイドル運転中であると判定する(S311:YES)。尚、減速フラグは、制御装置50の起動時に、「OFF」に設定されてRAMに記憶される。
On the other hand, if it is determined that the
以上説明した通り、他の第1実施形態に係る制御装置50は、内燃機関10が無負荷減速運転からアイドル運転に移行した場合には、吸気スロットル弁32の開度を減少させて(例えば、吸気スロットル弁32を閉じて)、DPF43の床温が、フィルタ活性温度(例えば、500℃~700℃)に維持される。これにより、内燃機関10の無負荷減速運転の運転下で開始された、DPF43に堆積された粒子状物質(PM)の酸化焼却(燃焼焼却)を、アイドル運転に移行しても継続させることができ、DPF43の捕集機能を再生することができる。また、DPF43の床温がフィルタ活性温度に達した場合は、アイドル運転中も、燃料添加弁28による排気ガス中への燃料の添加が停止されるため、燃費を従来よりも改善することができる。
As described above, in the
(B)例えば、前記実施形態では、上記ステップS216の処理において、制御装置50は、燃料添加弁28を介して、排気ガス中に未燃燃料を添加(供給)したが、各インジェクタ14A~14Dを介して、いわゆるポスト噴射によって排気ガス中に未燃燃料を供給するようにしてもよい。
(B) For example, in the above embodiment, in the processing of step S216, the
1 排気ガス浄化装置
10 内燃機関
11 吸気通路
12 排気通路(排気ガス通路)
28 燃料添加弁
31 吸気流量検出装置
32 吸気スロットル弁
33 アクセル開度検出装置
34 回転検出装置
35 差圧センサ
36A~36C 排気温度検出装置
37 車速検出装置
41 排気ガス浄化ユニット
42 酸化触媒(DOC)
43 粒子状物質除去フィルタ(DPF)
50 制御装置
1 exhaust
28
43 Particulate matter removal filter (DPF)
50 Control device
Claims (3)
前記酸化触媒の下流側に配置されて、排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質除去フィルタと、
前記酸化触媒に流入する排気ガス中に燃料を添加する燃料添加装置と、
前記粒子状物質除去フィルタに捕集された前記粒子状物質の堆積量を取得する堆積量取得装置と、
前記粒子状物質除去フィルタの床温を取得するフィルタ床温取得装置と、
前記堆積量取得装置を介して取得した前記粒子状物質の堆積量が所定堆積量閾値以上になった場合には、前記内燃機関が無負荷減速運転中に、前記燃料添加装置を介して前記排気ガス中に燃料を添加するように制御して前記粒子状物質除去フィルタに捕集されている前記粒子状物質を酸化焼却する減速時DPF再生処理を開始し、前記無負荷減速運転中に前記堆積量が再生終了閾値以下となるまで前記減速時DPF再生処理を実行する燃料添加制御装置と、
前記燃料添加装置を介して前記排気ガス中に燃料が添加された後、前記フィルタ床温取得装置を介して取得した前記粒子状物質除去フィルタの床温が、前記粒子状物質を酸化するフィルタ活性温度に達したか否かを判定するフィルタ床温判定装置と、
を備え、
前記燃料添加制御装置は、前記減速時DPF再生処理の実行中において、
前記フィルタ床温判定装置を介して、前記粒子状物質除去フィルタの床温が前記粒子状物質を酸化するフィルタ活性温度に達していないと判定された場合には、前記燃料添加装置による前記排気ガス中への燃料の添加を実行するように制御し、
前記フィルタ床温判定装置を介して、前記粒子状物質除去フィルタの床温が前記粒子状物質を酸化するフィルタ活性温度に達したと判定された場合には、前記燃料添加装置による前記排気ガス中への燃料の添加を停止するように制御し、
前記内燃機関の吸気通路に配置されて、吸気の流量を調整する吸気スロットル弁を備え、
前記燃料添加制御装置は、前記減速時DPF再生処理の実行中において、
前記燃料添加装置による前記排気ガス中への燃料の添加を停止した場合には、前記吸気スロットル弁の開度を減少させて排気ガスの流量を減少させることで、前記粒子状物質除去フィルタの床温を前記フィルタ活性温度に維持するように制御し、
前記内燃機関はディーゼルエンジンであり、
前記内燃機関が前記無負荷減速運転からアイドル運転に移行したか否かを判定するアイドル運転判定装置を備え、
前記燃料添加制御装置は、前記無負荷減速運転中に前記減速時DPF再生処理を開始した後、
前記アイドル運転判定装置を介して、前記内燃機関が前記無負荷減速運転から前記アイドル運転に移行したと判定された場合には、前記無負荷減速運転中に開始した前記減速時DPF再生処理を中止することなく継続するとともに前記吸気スロットル弁の開度を減少させて排気ガスの流量を減少させることで、前記粒子状物質除去フィルタの床温を前記フィルタ活性温度に維持するように制御する、
排気ガス浄化装置。 an oxidation catalyst disposed in an exhaust gas passage of the internal combustion engine and configured to oxidize unburned fuel in the exhaust gas;
a particulate matter removal filter disposed downstream of the oxidation catalyst and configured to collect particulate matter in the exhaust gas;
a fuel addition device that adds fuel to the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst;
an accumulation amount acquisition device that acquires an accumulation amount of the particulate matter trapped in the particulate matter removal filter;
a filter bed temperature acquisition device for acquiring a bed temperature of the particulate matter removal filter;
a fuel addition control device that, when the deposition amount of the particulate matter acquired via the deposition amount acquisition device becomes equal to or greater than a predetermined deposition amount threshold, starts a deceleration DPF regeneration process for oxidizing and incinerating the particulate matter trapped in the particulate matter removal filter by controlling fuel to be added to the exhaust gas via the fuel addition device during a no-load deceleration operation of the internal combustion engine, and executes the deceleration DPF regeneration process until the deposition amount becomes equal to or less than a regeneration end threshold during the no-load deceleration operation;
a filter bed temperature determination device that determines whether or not the bed temperature of the particulate matter removal filter acquired through the filter bed temperature acquisition device has reached a filter activation temperature at which the particulate matter is oxidized after fuel is added to the exhaust gas through the fuel addition device;
Equipped with
The fuel addition control device, during the execution of the deceleration DPF regeneration process,
when it is determined via the filter bed temperature determination device that the bed temperature of the particulate matter removal filter has not reached a filter activation temperature at which the particulate matter is oxidized, control is performed so that the fuel addition device adds fuel to the exhaust gas;
when it is determined via the filter bed temperature determination device that the bed temperature of the particulate matter removal filter has reached a filter activation temperature at which the particulate matter is oxidized, control is performed so as to stop the addition of fuel to the exhaust gas by the fuel addition device;
an intake throttle valve arranged in an intake passage of the internal combustion engine to adjust the flow rate of intake air;
The fuel addition control device, during the execution of the deceleration DPF regeneration process,
when the addition of fuel to the exhaust gas by the fuel addition device is stopped, the opening of the intake throttle valve is decreased to reduce the flow rate of the exhaust gas, thereby controlling the bed temperature of the particulate matter removal filter to be maintained at the filter activation temperature;
the internal combustion engine is a diesel engine,
an idle operation determination device that determines whether the internal combustion engine has transitioned from the no-load deceleration operation to an idle operation,
The fuel addition control device starts the deceleration DPF regeneration process during the no-load deceleration operation, and then
When it is determined via the idle operation determination device that the internal combustion engine has transitioned from the no-load deceleration operation to the idle operation, the deceleration DPF regeneration process that was started during the no-load deceleration operation is continued without being stopped, and the opening of the intake throttle valve is reduced to reduce the flow rate of exhaust gas , thereby controlling the bed temperature of the particulate matter removal filter to be maintained at the filter activation temperature.
Exhaust gas purification device.
前記フィルタ床温取得装置を介して取得した前記粒子状物質除去フィルタの床温が、前記フィルタ活性温度の上限温度に達したか否かを判定する上限温度判定装置を備え、
前記燃料添加制御装置は、前記減速時DPF再生処理の実行中において、
前記上限温度判定装置を介して、前記前記粒子状物質除去フィルタの床温が、前記フィルタ活性温度の上限温度に達したと判定された場合には、前記吸気スロットル弁の開度を増加させて、前記粒子状物質除去フィルタの床温を前記上限温度よりも低い前記フィルタ活性温度に維持するように制御する、
排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification device according to claim 1,
an upper limit temperature determination device that determines whether or not the bed temperature of the particulate matter removal filter acquired via the filter bed temperature acquisition device has reached an upper limit temperature of the filter activation temperature;
The fuel addition control device, during the execution of the deceleration DPF regeneration process,
When it is determined via the upper limit temperature determination device that the bed temperature of the particulate matter removal filter has reached the upper limit temperature of the filter activation temperature, the opening degree of the intake throttle valve is increased to control the bed temperature of the particulate matter removal filter to be maintained at the filter activation temperature which is lower than the upper limit temperature.
Exhaust gas purification device.
前記酸化触媒の床温を取得する酸化触媒床温取得装置と、
前記酸化触媒床温取得装置を介して取得した前記酸化触媒の床温が、前記排気ガス中の未燃燃料を酸化する触媒活性温度よりも低い温度であるか否かを判定する触媒床温判定装置と、
を備え、
前記燃料添加制御装置は、前記減速時DPF再生処理の実行中において、
前記触媒床温判定装置を介して、前記酸化触媒の床温が、前記排気ガス中の未燃燃料を酸化する触媒活性温度よりも低い温度であると判定された場合には、前記燃料添加装置による前記排気ガス中への燃料の添加をしないように制御する、
排気ガス浄化装置。
The exhaust gas purification device according to claim 1 or 2,
An oxidation catalyst bed temperature acquisition device for acquiring a bed temperature of the oxidation catalyst;
a catalyst bed temperature determination device that determines whether the bed temperature of the oxidation catalyst acquired via the oxidation catalyst bed temperature acquisition device is a temperature lower than a catalyst activation temperature at which unburned fuel in the exhaust gas is oxidized;
Equipped with
The fuel addition control device, during the execution of the deceleration DPF regeneration process,
When it is determined via the catalyst bed temperature determination device that the bed temperature of the oxidation catalyst is lower than a catalyst activation temperature at which unburned fuel in the exhaust gas is oxidized, control is performed so that the fuel addition device does not add fuel to the exhaust gas.
Exhaust gas purification device.
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