WO2012127973A1 - 粒子状物質堆積量推定装置、排気ガス浄化システム、および粒子状物質堆積量推定方法 - Google Patents

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Definitions

  • the particulate matter deposition amount is used to estimate the PM deposition amount in the DPF when performing regeneration processing of the DPF (Diesel Particulate Filter) for removing particulate matter (PM: Particulate Matter) contained in the exhaust gas of the engine
  • the present invention relates to an estimation device, an exhaust gas purification system using the same, and a particulate matter deposition amount estimation method.
  • a DPF is provided in an exhaust pipe to reduce PM contained in exhaust gas.
  • the DPF collects PM such as soot contained in the exhaust gas, and discharges the exhaust gas in which the PM is reduced to the outside air. Since the filter function is reduced when the amount of PM collected by the DPF is increased, the DPF performs regeneration for burning the collected PM.
  • This regeneration includes natural regeneration in which the deposited PM spontaneously burns when the temperature of the exhaust gas is high, and forced regeneration performed when the amount of deposited PM exceeds a predetermined reference value.
  • PM is forcedly controlled by adjusting the operating state of the engine so as to increase the exhaust temperature, and further performing external dosing that injects the fuel in the front stage of the DPF or internal dosing that injects the fuel into the engine cylinder.
  • the forced regeneration further includes automatic forced regeneration and manual forced regeneration. If the PM deposition amount is greater than the reference value when automatic forced regeneration is performed and the DPF may be blocked, a warning is issued to the driver to perform manual forced regeneration. .
  • Patent Document 1 discloses a PM emission model in which PM emission is set according to the operating state of the engine, and a PM regeneration model in which PM regeneration is set by the temperature difference between the outlet temperature and the inlet temperature of the DPF.
  • the DPF differential pressure model in which the PM deposition amount is set from the exhaust gas flow rate and the differential pressure of the DPF, and is determined according to the engine speed and the fuel injection amount of the engine as the difference between the PM emission amount and the PM regeneration amount.
  • a DPF deposition amount estimating device is described which calculates the PM deposition estimation amount of the DPF by adding the PM deposition amount correction amount obtained by correcting the estimated value of the DPF differential pressure model using the coefficient K.
  • the time change of PM generation is calculated using the above, and the time change of PM purification is calculated using the PM purification prediction model formula of the mathematical model for calculating the PM purification, and the time of these PM generation is calculated.
  • An exhaust gas purification system is described which estimates the PM accumulation amount of the DPF from the change amount, the time change amount of the PM purification amount, and the collection rate of the DPF.
  • PM101 collected in the cell constituting the DPF is uniformly deposited in the cell, but when the amount of PM 101 increases, as shown in the lower part of FIG. It has been confirmed that the deposited PM 101 may peel off in some places, and the peeled PM 102 may cause cell clogging.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is an apparatus for estimating the amount of deposited particulate matter that can estimate the amount of deposited PM with high accuracy, an exhaust gas purification system using the same, and the estimated amount of deposited particulate matter Intended to provide a method.
  • a particulate matter deposition amount estimation apparatus comprises an inlet side and an outlet side of a particulate matter removal filter for removing particulate matter from exhaust gas of an engine.
  • a differential pressure deposition amount calculation unit for calculating the differential pressure deposition amount by estimating the particulate matter deposition amount deposited on the particulate matter removal filter based on the differential pressure of the exhaust gas and the exhaust gas flow rate;
  • the amount of particulate matter deposited on the particulate matter removal filter was estimated using a model that subtracts the amount of particulate matter burning in the particulate matter removal filter from the amount of particulate matter in the exhaust gas that is input Under the condition that the sum of the first coefficient and the second coefficient becomes a constant value, the model deposition amount calculating unit calculating the model deposition amount, the differential pressure change ratio calculating unit calculating the temporal change rate of the differential pressure deposition amount, and , Said differential pressure bank When the sum of the value obtained by multiplying the amount by the first
  • the particulate matter deposition amount calculation unit sets a sum of the first coefficient and the second coefficient to 1, and the exhaust gas.
  • the value of the first coefficient is set to 1
  • the value of the first coefficient is set to 0.
  • the particulate matter deposition amount calculation unit determines that the exhaust gas flow rate exceeds the predetermined value and the time change of the differential pressure deposition amount When the rate is equal to or more than a predetermined threshold value, the set first coefficient is decreased according to an increase in the time change rate of the differential pressure deposition amount.
  • the particulate matter deposition amount calculation unit calculates the particulate matter removal filter when the calculated particulate matter deposition amount exceeds a threshold value. And outputting an instruction to perform manual forced regeneration for.
  • An exhaust gas purification system comprises a particulate matter removal filter for removing particulate matter from exhaust gas of an engine, and an engine control unit for controlling the engine.
  • a regeneration control unit that controls regeneration of the particulate matter removal filter, a differential pressure sensor that detects a differential pressure between the inlet side and the outlet side of the particulate matter removal filter, and manual forced regeneration of the particulate matter removal filter
  • the regeneration control unit is configured to instruct the regeneration control unit to deposit the particulate matter deposition amount on the particulate matter removal filter based on the differential pressure and the exhaust gas flow rate input from the engine control unit.
  • a particulate matter to be burned by the particulate matter removal filter from the particulate matter mass in the exhaust gas input to the particulate matter removal filter which calculates a differential pressure deposition amount estimating the Model deposition amount calculation unit for calculating a model deposition amount that estimates the particulate matter deposition amount deposited on the particulate matter removal filter using a model that subtracts an amount; temporal change of the differential pressure deposition amount
  • the differential pressure deposition amount is multiplied by the first coefficient under the condition that the differential pressure change rate calculation unit that calculates the sum of the first coefficient and the second coefficient becomes a constant value, and the model deposition amount is second When the exhaust gas flow rate exceeds a predetermined value when calculating the addition value with the value multiplied by the coefficient as the particulate matter deposition amount, the value of the first coefficient is set larger than the value of the second coefficient If the exhaust gas flow rate exceeds the predetermined value and the temporal change rate of the differential pressure deposition amount is equal to or greater than a predetermined threshold, the particulate
  • the regeneration control unit when the regeneration control unit receives an instruction of manual forced regeneration execution from the regeneration instructing unit, the manual forced regeneration is performed via the engine control unit. It is characterized by carrying out.
  • the differential pressure between the inlet side and the outlet side of the particulate matter removal filter for removing particulate matter from exhaust gas of an engine and the exhaust gas flow rate are used.
  • the differential pressure deposition amount step for calculating the differential pressure deposition amount that estimates the particulate matter deposition amount deposited on the particulate matter removal filter, and the particulate matter mass in the exhaust gas input to the particulate matter removal filter Calculating a model accumulation amount by estimating the amount of accumulation of particulate matter accumulated on the particulate matter removal filter using a model for subtracting the amount of particulate matter burned by the particulate matter removal filter;
  • the differential pressure deposition amount is multiplied by the first coefficient under the condition that the sum of the first coefficient and the second coefficient becomes a constant value, and the differential pressure change ratio calculating step of calculating the temporal change ratio of the differential pressure deposition amount When the sum of the value obtained by multiplying the second model by the second model is calculated as the second model, if the exhaust
  • the set first coefficient is decreased. And calculating the amount of accumulated particulate matter in the amount of accumulated particulate matter.
  • the present invention under the condition that the sum of the first coefficient and the second coefficient becomes a constant value, a value obtained by multiplying the differential pressure deposition amount by the first coefficient and a value obtained by multiplying the model deposition amount by the second coefficient
  • the addition value is calculated as the particulate matter deposition amount
  • the value of the first coefficient is set larger than the value of the second coefficient
  • the exhaust gas flow rate is If the time constant of the differential pressure deposition amount is greater than or equal to the predetermined threshold value, the particulate matter deposition amount is calculated by reducing the set first coefficient. High particulate matter deposition can be estimated.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of a diesel engine including an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the reproduction control unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing the relationship between the exhaust gas flow rate and the differential pressure with the amount of PM deposition as a parameter.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the model deposition amount calculation unit.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the PM deposition amount calculation process performed by the PM deposition amount calculation unit.
  • FIG. 6 is a flow chart showing the procedure of the coefficient determination process shown in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing the exhaust gas flow rate dependency of the coefficient ⁇ .
  • FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of a diesel engine including an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the reproduction control unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 8 is a view showing a range to which the differential pressure deposition amount calculation is mainly applied.
  • FIG. 9 is a time chart showing temporal changes in PM deposition amount, differential pressure, and differential pressure deposition amount time change rate in the case where differential pressure rapid increase occurs due to cell clogging of the DPF.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the function of decreasing the coefficient ⁇ ′ as the rate of change in pressure accumulation amount increases with time.
  • FIG. 11 is a view showing an example in which the coefficient ⁇ is modulated in the vicinity of the exhaust gas flow rate threshold.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example in which both the differential pressure deposition amount and the model deposition amount are always used in calculating the PM deposition amount.
  • FIG. 13 is a diagram showing a state in which a PDF cell is blocked.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of a diesel engine 100 including an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
  • a diesel engine 100 filters an intake air using a filter and an engine main body 1 in which a plurality of combustion chambers are formed, and prevents foreign matter such as dust from mixing in the combustion chamber.
  • An air cleaner 2 an air supply line 3 for supplying air to each combustion chamber in the engine body 1, an exhaust line 4 for discharging exhaust gas discharged from each combustion chamber in the engine body 1, a cooling mechanism 5 ,
  • An air supply manifold 3A is attached between the engine body 1 and the air supply line 3 so that the air supply from the air supply line 3 is distributed to the combustion chambers in the engine body 1.
  • An exhaust manifold 4A is attached between the engine body 1 and the exhaust pipe 4 so that exhaust gases exhausted from the combustion chambers in the engine body 1 collectively flow into the exhaust pipe 4.
  • the air supply line 3 is provided with an aftercooler 11 for cooling the air compressed by the exhaust turbine supercharger 6.
  • the cooling mechanism 5 includes a pump 12 driven by a not-shown crankshaft or the like housed in the engine body 2.
  • the cooling water pressure-fed by the pump 12 is cooled by a radiator 13 provided in the cooling mechanism 5 after the engine main body 1, the exhaust turbine supercharger 6, the oil cooler, etc. not shown are cooled. It is supposed to be.
  • the cooling action of the aftercooler 11 and the radiator 13 is promoted by a fan 14 provided on the engine body 1 and rotationally driven by a crankshaft or the like (not shown).
  • the exhaust turbine turbocharger 6 is supplied to a turbine 21 provided in the middle of the exhaust pipeline 4 and a compressor 22 provided on the middle of the air supply pipeline 3 and driven by being connected to the turbine 21 and the turbine 21. And a variable turbo nozzle 23 to control the flow rate of the exhaust gas.
  • the exhaust turbine turbocharger 6 controls the rotation speed of the turbine 21 by controlling the opening degree of the variable turbo nozzle 23.
  • the compressor 22 is driven by the rotation of the turbine 21 to charge the engine main body 1 with charge air. When the variable turbo nozzle 23 is fully closed, the variable turbo nozzle 23 is exhausted toward the exhaust gas purification device 7 via the bypass passage 24.
  • variable turbo nozzle 23 when the variable turbo nozzle 23 is open, the exhaust gas is supplied to the turbine impeller 21a to perform work, and when the variable turbo nozzle 23 is fully closed, the exhaust gas is sent to the exhaust gas purification device 7 via the bypass passage 24 The exhaust temperature is raised by reducing the work to the turbine impeller 21a by outputting.
  • the exhaust purification device 2 is provided downstream of the turbine 21 to remove PM contained in the exhaust gas, and has a DOC (diesel oxidation catalyst) 71, a DPF 72, a differential pressure sensor 73, and a temperature sensor 74.
  • the DOC 71 and the DPF 72 are provided inside the cylindrical exhaust pipe, the DOC 71 is provided on the upstream side of the exhaust pipe, and the DPF 72 is provided on the downstream side of the exhaust pipe.
  • a dosing nozzle 70a for injecting dosing fuel supplied from the dosing fuel supply device 70 is disposed between the turbine 21 and the exhaust gas purification device 7, a dosing nozzle 70a for injecting dosing fuel supplied from the dosing fuel supply device 70 is disposed. The injection of dosing fuel is performed when forced regeneration is instructed.
  • the DOC 71 is realized by Pt or the like, and oxidizes and removes CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon) contained in the exhaust gas, and SOF (organic soluble component) contained in PM. Furthermore, the DOC 21 oxidizes NO (nitrogen monoxide) contained in the exhaust gas to NO 2 (nitrogen dioxide), and further oxidizes the dosing fuel injected from the dosing nozzle 70 a to thereby reduce the exhaust gas temperature. Raise it.
  • the DPF 72 collects PM.
  • the DPF 72 is realized using silicon carbide or the like as a base material.
  • PM contained in the exhaust gas is collected when passing through the fine holes formed in the DPF 72.
  • cells having fine flow paths along the flow direction of the exhaust gas are densely arranged in a cylindrical exhaust pipeline.
  • a wall flow type DPF is formed by alternately arranging cells in which the upstream end is plugged and cells in which the downstream end is plugged.
  • the collected PM will be oxidized (burned) by the oxygen contained in the exhaust gas and the NO 2 generated by DOC 71, provided that the temperature is such that the exhaust gas can proceed with the oxidation reaction. .
  • the differential pressure sensor 73 is disposed upstream of the DPF 72 and detects a pressure upstream of the DPF 72, and pressure sensor 73b disposed downstream of the DPF 72 and detects pressure downstream of the DPF 72; And a differential pressure detection unit 73c that outputs a differential pressure obtained by subtracting the pressure detected by the pressure sensor 73b from the pressure detected by the pressure sensor 73a to the regeneration control unit 40.
  • the temperature sensor 74 is disposed upstream of the DPF 72, detects the exhaust temperature at the inlet of the DPF 72, and outputs the detected exhaust temperature to the regeneration control unit 40 as the DPF temperature.
  • the exhaust gas recirculation system 8 includes an exhaust gas recirculation passage 31 communicating the exhaust manifold 4A with the air supply conduit 3.
  • the exhaust gas recirculation passage 31 extracts a part of the exhaust gas from the exhaust manifold 4A and recirculates the exhaust gas to the air supply line 3.
  • the exhaust gas recirculation passage 31 is provided with an EGR valve 32 for opening and closing the exhaust gas recirculation passage 31 and an EGR cooler 33 for cooling the exhaust gas from the exhaust manifold 4A.
  • the exhaust gas recirculation system 8 reduces the concentration of oxygen in the charge air and reduces the combustion temperature of the engine main body 1 by recirculating a part of the exhaust gas to the charge manifold 3A via the exhaust gas recirculation passage 31. Thus, the amount of nitrogen oxide contained in the exhaust gas can be reduced.
  • the diesel engine 100 includes, as a control system, an engine rotational speed sensor 3a, an air supply pressure sensor 3c, an exhaust pressure sensor 3d, a turbine rotational speed sensor 3e, and a flow rate sensor 3f.
  • the engine rotational speed sensor 3 a detects the rotational speed of a crankshaft (not shown) of the engine body 1 and inputs a signal indicating the rotational speed of the crankshaft (not shown) to the engine controller 30.
  • the air supply pressure sensor 3 c detects the air supply pressure between the outlet passage of the compressor 22 and the air supply manifold 3 A, and inputs the air supply pressure to the engine controller 30.
  • the exhaust pressure sensor 3 d detects the exhaust pressure between the exhaust manifold 4 A and the inlet passage of the turbine 21, and inputs a signal indicating the exhaust pressure to the engine controller 30.
  • the turbine rotational speed sensor 4 e detects the rotational speed of the turbine 21 and inputs a signal indicating the rotational speed of the turbine 21 to the engine controller 30.
  • the regeneration control unit 40 includes a differential pressure deposition amount calculation unit 41, a model deposition amount calculation unit 42, a differential pressure deposition amount time change rate calculation unit 43, and a PM deposition amount calculation unit 44.
  • the regeneration control unit 40 is based on exhaust gas flow rate information obtained from the engine controller 30, PM generation amount information, PM combustion amount information, differential pressure obtained from the differential pressure sensor 73, and DPF temperature obtained from the temperature sensor 74.
  • the PM deposition amount deposited on the DPF 72 is estimated, and when the PM deposition amount exceeds a predetermined threshold value, the regeneration instruction unit 50 is notified.
  • the regeneration control unit 40 causes the engine controller 30 to perform manual forced regeneration. Also, when the manual forced regeneration ends, the control unit 50 notifies that effect to the reproduction instruction unit 50.
  • the reproduction instructing unit 50 is provided on a display panel provided near the driver's seat and capable of input / output operations, and when notified by the reproduction control unit 40, displays a warning prompting a manual reproduction instruction and also performs a manual reproduction instruction.
  • a manual regeneration instruction is output to the regeneration control unit 40.
  • the regeneration instruction unit 50 displays and outputs that effect.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the reproduction control unit 40.
  • the differential pressure deposition amount calculation unit 41 receives the differential pressure of the DPF 72 from the differential pressure sensor 73, the DPF temperature from the temperature sensor 74, and the exhaust gas flow rate information from the engine controller 30.
  • the exhaust gas flow rate information is the exhaust gas volume flow rate input to the DPF 72.
  • the engine controller 30 outputs a mass flow rate obtained by adding the supplied air mass flow rate detected by the flow rate sensor 3 f and the exhaust mass flow rate estimated from the fuel injection amount detected by the fuel injection amount sensor 3 b to the differential pressure deposition amount calculation unit 41 Do.
  • the differential pressure deposition amount calculation unit 41 converts the exhaust gas flow rate input from the engine controller 30 into an exhaust volume flow rate based on the DPF temperature input from the temperature sensor 74.
  • the differential pressure deposition amount calculation unit 41 has a three-dimensional map indicating the relationship between the converted exhaust gas flow rate, the differential pressure, and the PM deposition amount, and PM deposition using the converted exhaust gas flow rate and differential pressure as input values Output the quantity.
  • FIG. 3 is a view showing the relationship between the exhaust gas flow rate and the differential pressure with the amount of PM deposition as a parameter.
  • the PM deposition amount increases as the differential pressure increases.
  • the differential pressure is constant, the PM deposition amount decreases as the exhaust gas flow rate increases. For example, as shown in FIG. 3, when the exhaust gas flow rate is QV1 and the differential pressure is DP1 to DP4, the PM deposition amount is P1 to P4, respectively.
  • the differential pressure deposition amount calculation unit 41 outputs the estimated PM deposition amount as the differential pressure deposition amount PMa to the PM deposition amount calculation unit 44 and the differential pressure deposition amount time change rate calculation unit 43.
  • the model accumulation amount calculation unit 42 receives the PM generation amount information and the PM combustion amount information from the engine controller 30, and the DPF temperature from the temperature sensor 74.
  • the engine controller 30 outputs PM generation amount information indicating the PM generation amount in the exhaust gas estimated based on the fuel injection amount, the air fuel ratio, etc., the NO 2 generation amount estimated to be output from the DOC 71, and the DOC 71
  • the PM deposition amount information indicating the O 2 generation amount is output to the model deposition amount calculation unit 42.
  • the model accumulation amount calculation unit 42 uses a combustion model M that estimates the PM accumulation amount by subtracting the PM combustion amount burned in the DPF 72 from the PM generation amount generated from the engine.
  • the combustion model M calculates the PM deposition rate.
  • PM combustion amount calculating unit 42a by the NO 2 is oxidized on the basis of and the DPF temperature NO 2 generation amount input from an engine controller 30, PM deposited on the DPF72 which has been determined by actually measured or the like by NO 2 ( The PM burning rate by NO 2 is calculated using the reaction rate to be burned stored in a map or the like.
  • PM combustion amount calculating section 42b by the O 2 is oxidized on the basis of the O 2 generation amount input and a DPF temperature from an engine controller 30, PM deposited on the DPF72 which has been determined by actually measured or the like by O 2 ( The PM burning rate by O 2 is calculated using the reaction rate to be burned stored in a map or the like.
  • the PM generation amount input from the engine controller 3 is the PM generation rate
  • the calculator 42c calculates the PM deposition rate obtained by subtracting the PM combustion rate by NO 2 and the PM combustion rate by O 2 from the PM generation rate. It outputs to the integrating part 42d.
  • the integration unit 42d integrates the PM deposition amount based on the input PM deposition rate, and outputs the integrated PM deposition amount as a model deposition amount PMb to the PM integrated amount calculation unit 44.
  • the PM deposition amount calculation unit 44 applies a weighting factor to the differential pressure deposition amount PMa input from the differential pressure deposition amount calculation unit 41 and the model deposition amount PMb input from the model deposition amount calculation unit 42.
  • the PM accumulation amount PMs is calculated by That is, the PM deposition amount PMs can be expressed by the following equation (1) as a coefficient ⁇ (0 ⁇ ⁇ ⁇ 1).
  • PMs ⁇ ⁇ PMa + (1- ⁇ ) ⁇ PMb (1) That is, the coefficient ⁇ , which is a weighting coefficient applied to the differential pressure deposition amount PMa, and the coefficient (1 ⁇ ), which is a weighting coefficient applied to the model deposition amount PMb, are respectively added to be “1”.
  • the distribution ratio between the differential pressure deposition amount PMa and the model deposition amount PMb is determined by the coefficient ⁇ . If the coefficient ⁇ is 1, the PM deposition amount Ps is a value of the differential pressure deposition amount PMa, and if the coefficient ⁇ is 0, the PM deposition amount Ps is a value of the model deposition amount PMb.
  • the PM deposition amount calculation unit 44 further includes a coefficient determination unit 45 that determines the coefficient ⁇ .
  • the exhaust gas flow rate information from the engine controller 30 and the DPF temperature from the temperature sensor 24 are input to the coefficient determination unit 45, and the exhaust gas flow rate in the DPF 72 converted and corrected by the DPF temperature is calculated. Is set to 1 when the value of x exceeds the predetermined value QVth, and is set to 0 when the value of the exhaust gas flow rate is less than the predetermined value QVth.
  • the differential pressure deposition amount time change rate calculation unit 43 calculates a differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa that is a time change rate of the differential pressure deposition amount input from the differential pressure deposition amount calculation unit 41, and the coefficient determination unit The coefficient correction unit 46 in FIG.
  • the coefficient determining unit 46 corrects the value of the coefficient ⁇ to a coefficient ⁇ ′ smaller than the value of the coefficient ⁇ when the differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa exceeds the threshold value ⁇ P Math.
  • the PM deposition amount calculation unit 44 first acquires the differential pressure deposition amount PMa from the differential pressure deposition amount calculation unit 41 (step S101). Further, the PM deposition amount calculation unit 44 acquires the model deposition amount PMb from the model deposition amount calculation unit 42 (step S102). Thereafter, the coefficient determination unit 45 performs coefficient determination processing to determine the coefficient ⁇ (step S103). Thereafter, the PM deposition amount calculation unit 44 calculates the PM deposition amount PMs according to the equation (1) using the determined coefficient ⁇ (step S104).
  • the PM deposition amount calculation unit 44 determines whether the calculated PM deposition amount PMs exceeds the threshold PMth (step S105). If the PM deposition amount PMs does not exceed the threshold PMth (No at Step S105), the process proceeds to Step S101 and the above-described process is repeated. On the other hand, when the PM deposition amount PMs exceeds the threshold PMth (step S105, Yes), an instruction to perform manual forced regeneration is issued to the regeneration instructing unit 50 (step S106), and then step S101. And repeat the process described above.
  • step S103 The coefficient determination process shown in step S103 is performed according to the flowchart shown in FIG. That is, the coefficient determination unit 45 first determines whether the exhaust gas flow rate exceeds the predetermined value QVth (step S201). If the exhaust gas flow rate does not exceed the predetermined value QVth (step S201, No), the coefficient ⁇ is set to 0 (step S203), and the process returns to step S103. On the other hand, if the exhaust gas flow rate exceeds the predetermined value QVth (step S201, Yes), it is determined whether the differential pressure deposition amount temporal change rate ⁇ PMa exceeds the threshold value ⁇ P Math (step S202).
  • step S202 If the differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa does not exceed the threshold value ⁇ P Math (step S202, No), the coefficient ⁇ is set to 1 (step S204), and the process returns to step S103. On the other hand, if the differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa exceeds the threshold value ⁇ P Math (Yes at step S202), the coefficient ⁇ is corrected to a coefficient ⁇ ′ smaller than 1 (step S205), and the process returns to step S103. .
  • the coefficient ⁇ is determined as shown in FIG. That is, when the exhaust gas flow rate QV is less than the predetermined value QVth, the coefficient ⁇ is zero.
  • the coefficient ⁇ is 1 when the differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa is less than the threshold value ⁇ P Math in the case where the predetermined value QVth is exceeded.
  • the coefficient ⁇ is corrected to a coefficient ⁇ ′ smaller than one.
  • the reason why the coefficient ⁇ is set to 0 when the exhaust gas flow rate QV is less than the predetermined value QVth is that the estimation accuracy of the differential pressure deposition amount PMa is low in the region R1. . Therefore, in the region R1, the PM accumulation amount PMs is estimated by the model accumulation amount PMb with the coefficient ⁇ set to 0. Further, in the case where the exhaust gas flow rate QV exceeds the predetermined value QVth (region R2 shown in FIG. 8), the PM deposition amount PMs is estimated by the differential pressure deposition amount PMa with the coefficient ⁇ set to 1.
  • the coefficient ⁇ is set to a coefficient ⁇ ′ smaller than 1 and the influence of the increase in the differential pressure deposition amount PMa accompanying the rapid rise in differential pressure due to cell occlusion. To make it smaller.
  • the differential pressure DP rapidly rises as shown by the broken line part along with the cell blockage as shown in FIG. 9 (b).
  • the differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa exceeds the threshold value ⁇ P Math at a time point t1 as indicated by a broken line.
  • the calculated PM deposition amount PMs exceeds a threshold PMth for instructing manual forced regeneration.
  • the PM deposition amount increment ⁇ S which is the difference between the actual PM deposition amount shown by the solid line in FIG.
  • the coefficient ⁇ is set to a coefficient ⁇ ′ smaller than 1 to decrease the PM deposition amount increment ⁇ S, and the estimated percentage of the model deposition amount PMb is increased to compensate.
  • the PM deposition amount PMs is estimated using the model deposition amount PMb having a smaller error than the differential pressure deposition amount PMa
  • the PM deposition amount PMs is estimated using the differential pressure deposition amount PMa with high accuracy
  • the coefficient ⁇ is reduced to reduce the error component due to the pressure difference rapid rise accompanying the cell blockage of the DPF 72, it is possible to reliably give an instruction of manual forced regeneration with high accuracy and no waste.
  • the coefficient ⁇ ′ is set to a predetermined value (L1 in FIG. 10) regardless of the fluctuation of the pressure change amount temporal change rate ⁇ PMa (L1 in FIG. 10).
  • the value of the coefficient ⁇ ′ may be decreased as the differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa increases.
  • the differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa may be replaced with a function of the differential pressure time change rate.
  • the coefficient is rapidly changed at the predetermined value QVth of the exhaust gas flow rate QV, but the present invention is not limited to this, as shown in FIG. After the value QVth is exceeded, modulation may be performed so that the coefficient ⁇ changes smoothly.
  • the coefficient ⁇ is set to 0 in the region R1 and the coefficient ⁇ is set to 1 in the region R2 when there is no occurrence of a rapid rise in the differential pressure deposition amount time change rate ⁇ PMa.
  • the coefficient ⁇ of the region R1 is not 0, the model deposition amount PMb is mainly used in the region R1, and the coefficient ⁇ of the region R2 is not 1.
  • the differential pressure deposition amount PMa may be mainly used in the region R2.

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Abstract

　ＰＭ堆積量を精度高く推定し、手動強制再生の誤指示をなくすため、ＤＰＦ７２の差圧および排気ガス流量をもとにＤＰＦ７２に堆積するＰＭの差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部４１と、ＤＰＦ７２に入力される排気ガス内のＰＭ量からＤＰＦ７２で燃焼するＰＭ量を減算するモデルを用いてＤＰＦ７２に堆積するＰＭのモデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部４２と、差圧堆積量の時間変化率を算出する差圧堆積量時間変化率算出部４３と、第１係数と第２係数との和を一定値として差圧堆積量に第１係数を乗算し、モデル堆積量に第２係数を乗算し、各乗算値の加算値をＰＭ堆積量として算出する際、排気ガス流量が所定値を超える場合、第１係数の値を第２係数の値に比して大きくし、排気ガス流量が所定値を超えかつ差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、第１係数を小さくするＰＭ堆積量算出部４４と、を備える。

Description

粒子状物質堆積量推定装置、排気ガス浄化システム、および粒子状物質堆積量推定方法
　この発明は、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）を除去するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）の再生処理を行う際にＤＰＦ内のＰＭ堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定装置、これを用いた排気ガス浄化システム、および粒子状物質堆積量推定方法に関する。
　ディーゼルエンジンでは、排気ガス中に含まれるＰＭを低減するため、排気管路にＤＰＦが設けられる。このＤＰＦは、排気ガス中に含まれるススなどのＰＭを捕集し、このＰＭが低減された排気ガスを外気に排出する。ＤＰＦで捕集したＰＭが多くなるとフィルタ機能が低下するため、ＤＰＦでは、捕集されたＰＭを燃焼させる再生が行われる。この再生には、排気ガスの温度が高いときに堆積したＰＭが自然に燃焼する自然再生と、ＰＭ堆積量が所定の基準値を超えたときに行う強制再生とがある。この強制再生では、排気温度を高めるようエンジンの運転状態を調整し、さらにＤＰＦ前段で燃料を噴射する外部ドージング、またはエンジンのシリンダ内に燃料を噴射する内部ドージングを行うことによって、ＰＭを強制的に燃焼させる。この強制再生には、さらに自動強制再生と手動強制再生とがある。ＰＭ堆積量が、自動強制再生が行われるときの基準値よりもさらに多くなって、ＤＰＦが閉塞される可能性がある場合には、手動による強制再生の実行を促す警告が運転者に発せられる。
　ここで、ＤＰＦに捕集されるＰＭ堆積量は、エンジン運転中は実測することができないため、推定によって算出される。たとえば、特許文献１には、エンジンの運転状態によってＰＭ排出量が設定されるＰＭ排出量モデルと、ＤＰＦの出口温度と入口温度との温度差によってＰＭ再生量が設定されるＰＭ再生量モデルと、排ガス流量とＤＰＦの差圧とからＰＭ堆積量が設定されるＤＰＦ差圧モデルとを有し、ＰＭ排出量とＰＭ再生量との差に、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量に従って決定される係数Ｋを用いてＤＰＦ差圧モデルの推定値を補正したＰＭ堆積量補正量を加算してＤＰＦのＰＭ堆積推定量を算出するＤＰＦ堆積量推定装置が記載されている。
　また、特許文献２には、エンジン回転数と、燃料流量と、ＤＰＦ前後差圧の時間変化率であるＤＰＦ差圧変化率とから、ＰＭ生成量を算出する数学モデルのＰＭ生成量予測モデル式を用いてＰＭ生成量の時間変化量を求め、また、ＰＭ浄化量を算出する数学モデルのＰＭ浄化量予測モデル式を用いてＰＭ浄化量の時間変化量を求め、これらのＰＭ生成量の時間変化量とＰＭ浄化量の時間変化量とＤＰＦの捕集率とから、ＤＰＦのＰＭ蓄積量を推定する排気ガス浄化システムが記載されている。
特開２００９－１８５７８１号公報 特開２００４－２９３４１３号公報
　ところで、図１３上段に示すように、ＤＰＦを構成するセル内に捕集されたＰＭ１０１はセル内で一様に堆積されるが、ＰＭ１０１が多くなると、図１３下段に示すように、セル内で堆積されたＰＭ１０１が所々剥がれ、剥がれたＰＭ１０２によってセル閉塞が生じる場合があることが確認されている。
　ここで、上述した特許文献１のように、差圧を用いてＰＭ堆積量を推定する場合では、セル閉塞が生じたときに問題が生じる。すなわち、セル閉塞が生じたときに、差圧を用いてＰＭ堆積量を推定する場合では、ＰＭの推定量が実際のＰＭ堆積量より大きくなってしまうため、実際には、手動強制再生が必要なほどにはＰＭが堆積していないにもかかわらず、手動強制再生を促す警告を発報してしまうという問題点があった。
　この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＭ堆積量を精度高く推定することができる粒子状物質堆積量推定装置、これを用いた排気ガス浄化システム、および粒子状物質堆積量推定方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる粒子状物質堆積量推定装置は、エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタの入口側と出口側との差圧および排気ガス流量をもとに前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定した差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部と、前記粒子状物質除去フィルタに入力される前記排気ガス内の粒子状物質量から前記粒子状物質除去フィルタで燃焼する粒子状物質量を減算するモデルを用いて前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定したモデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部と、前記差圧堆積量の時間変化率を算出する差圧変化率算出部と、第１係数と第２係数との和が一定値となる条件で、前記差圧堆積量に第１係数を乗算した値と前記モデル堆積量に第２係数を乗算した値との加算値を粒子状物質堆積量として算出する際、前記排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を前記第２係数の値に比して大きく設定し、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ前記差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、該設定された前記第１係数を小さくして前記粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出部と、を備えたことを特徴とする。
　また、この発明にかかる粒子状物質堆積量推定装置は、上記の発明において、前記粒子状物質堆積量算出部は、前記第１係数と前記第２係数との和を１に設定し、前記排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を１に設定し、前記排気ガス流量が所定値を超えない場合、前記第１係数の値を０に設定することを特徴とする。
　また、この発明にかかる粒子状物質堆積量推定装置は、上記の発明において、前記粒子状物質堆積量算出部は、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ前記差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、前記差圧堆積量の時間変化率の増加に応じて、設定された前記第１係数を減少させることを特徴とする。
　また、この発明にかかる粒子状物質堆積量推定装置は、上記の発明において、前記粒子状物質堆積量算出部は、算出した前記粒子状物質堆積量が閾値を超える場合、前記粒子状物質除去フィルタに対する手動強制再生を行わせる指示を出力することを特徴とする。
　また、この発明にかかる排気ガス浄化システムは、エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタと、前記エンジンを制御するエンジン制御部と、
　前記粒子状物質除去フィルタの再生を制御する再生制御部と、前記粒子状物質除去フィルタの入口側と出口側との差圧を検出する差圧センサと、前記粒子状物質除去フィルタに対する手動強制再生を指示する再生指示部と、を備え、前記再生制御部は、前記差圧および前記エンジン制御部から入力される排気ガス流量をもとに前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定した差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部と、前記粒子状物質除去フィルタに入力される前記排気ガス内の粒子状物質量から前記粒子状物質除去フィルタで燃焼する粒子状物質量を減算するモデルを用いて前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定したモデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部と、前記差圧堆積量の時間変化率を算出する差圧変化率算出部と、第１係数と第２係数との和が一定値となる条件で、前記差圧堆積量に第１係数を乗算した値と前記モデル堆積量に第２係数を乗算した値との加算値を粒子状物質堆積量として算出する際、前記排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を前記第２係数の値に比して大きく設定し、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ前記差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、該設定された前記第１係数を小さくして前記粒子状物質堆積量を算出し、この算出した前記粒子状物質堆積量が閾値を超える場合、前記手動強制再生を行うべき旨の指示を前記再生指示部に出力する粒子状物質堆積量算出部と、を備えたことを特徴とする。
　また、この発明にかかる排気ガス浄化システムは、上記の発明において、前記再生制御部は、前記再生指示部から手動強制再生実行の指示を受け付けた場合、前記エンジン制御部を介して手動強制再生を実行することを特徴とする。
　また、この発明にかかる粒子状物質堆積量推定方法は、エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタの入口側と出口側との差圧および排気ガス流量をもとに前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定した差圧堆積量を算出する差圧堆積量ステップと、前記粒子状物質除去フィルタに入力される前記排気ガス内の粒子状物質量から前記粒子状物質除去フィルタで燃焼する粒子状物質量を減算するモデルを用いて前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定したモデル堆積量を算出するモデル堆積量算出ステップと、前記差圧堆積量の時間変化率を算出する差圧変化率算出ステップと、第１係数と第２係数との和が一定値となる条件で、前記差圧堆積量に第１係数を乗算した値と前記モデル堆積量に第２係数を乗算した値との加算値を粒子状物質堆積量として算出する際、前記排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を前記第２係数の値に比して大きく設定し、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ前記差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、該設定された前記第１係数を小さくして前記粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出ステップと、を含むことを特徴とする。
　この発明によれば、第１係数と第２係数との和が一定値となる条件で、差圧堆積量に第１係数を乗算した値とモデル堆積量に第２係数を乗算した値との加算値を粒子状物質堆積量として算出する際、排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を前記第２係数の値に比して大きく設定し、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、該設定された前記第１係数を小さくして前記粒子状物質堆積量を算出するようにしているので、精度の高い粒子状物質堆積量を推定することができる。これにより、ＤＰＦ内のセル閉塞が生じた場合のように、実際の粒子状物質堆積量とは無関係に差圧が急上昇し、推定した粒子状物質堆積量が非常に大きくなることによって、手動強制再生を促す誤った警報を出してしまうことを防止することができる。
図１は、この発明の実施の形態にかかる排気ガス浄化システムを含むディーゼルエンジンの概要構成を示す模式図である。 図２は、図１に示した再生制御部の構成を示すブロック図である。 図３は、ＰＭ堆積量をパラメータとした排気ガス流量と差圧との関係を示す図である。 図４は、モデル堆積量算出部の詳細構成を示すブロック図である。 図５は、ＰＭ堆積量算出部によるＰＭ堆積量算出処理手順を示すフローチャートである。 図６は、図５に示した係数決定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、係数αの排気ガス流量依存性を示す図である。 図８は、差圧堆積量算出が主として適用される範囲を示す図である。 図９は、ＤＰＦのセル閉塞による差圧急上昇が発生した場合のＰＭ堆積量、差圧、および差圧堆積量時間変化率の時間変化を示すタイムチャートである。 図１０は、差圧堆積量時間変化率の増大に伴って係数α’を減少させる関数の一例を示す図である。 図１１は、排気ガス流量の閾値近傍で係数αにモジュレーションをかけた一例を示す図である。 図１２は、ＰＭ堆積量算出の際に差圧堆積量とモデル堆積量との双方を常に用いる場合の一例を示す図である。 図１３は、ＰＤＦのセルが閉塞する状態を示す図である。
　以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
　図１は、この発明の実施の形態にかかる排気ガス浄化システムを含むディーゼルエンジン１００の概要構成を示す模式図である。図１において、ディーゼルエンジン１００は、内部に複数の燃焼室が形成されたエンジン本体１と、吸入される空気をフィルタを用いて濾過し、埃などの異物が燃焼室に混入するのを防止するエアクリーナ２と、エンジン本体１内部の各燃焼室に給気を供給する給気管路３と、エンジン本体１内部の各燃焼室から排出された排気ガスを排出する排気管路４と、冷却機構５と、排気タービン過給機６と、排気浄化装置７と、排気再循環システム８と、エンジンコントローラ３０と、再生制御部４０と、再生指示部５０とを有する。
　エンジン本体１と給気管路３との間には、給気管路３からの給気がエンジン本体１内部の各燃焼室に分配されるように、給気マニホールド３Ａが取り付けられている。エンジン本体１と排気管路４との間には、エンジン本体１内部の各燃焼室から排出された排気ガスがまとめて排気管路４に流入するように、排気マニホールド４Ａが取り付けられている。
　給気管路３には、排気タービン過給機６によって圧縮された空気を冷却するためのアフタークーラ１１が設けられている。冷却機構５は、エンジン本体２内に収められた図示しないクランクシャフト等により駆動されるポンプ１２を備える。ポンプ１２によって圧送された冷却水は、エンジン本体１，排気タービン過給機６，図示しないオイルクーラ等の冷却が必要な部位を冷却した後、冷却機構５に設けられたラジエータ１３によって空冷されるようになっている。アフタークーラ１１とラジエータ１３とは、エンジン本体１に設けられ、且つ、図示しないクランクシャフト等によって回転駆動されるファン１４によって、その冷却作用が促進されるようになっている。
　排気タービン過給機６は、排気管路４の途中に設けられたタービン２１と、給気管路３の途中に設けられ、タービン２１に連結されて駆動されるコンプレッサ２２と、タービン２１に供給される排気ガスの流速を制御するために可変ターボノズル２３とを備える。排気タービン過給機６は、可変ターボノズル２３の開度を制御することにより、タービン２１の回転数を制御する。タービン２１の回転によってコンプレッサ２２が駆動し、エンジン本体１への給気過給が行われる。なお、可変ターボノズル２３は、全閉時には、パイパス路２４を介して排気浄化装置７側に排気するようにしている。すなわち、可変ターボノズル２３が開時には、排気ガスをタービン翼車２１ａに供給して仕事をさせ、可変ターボノズル２３が全閉時には、排気ガスを、バイパス路２４を介して排気浄化装置７側に出力してタービン翼車２１ａへの仕事を小さくして排気温度を高めるようにしている。
　排気浄化装置２は、タービン２１の下流側に設けられ、排気ガスに含まれるＰＭを除去するものであり、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）７１、ＤＰＦ７２、差圧センサ７３、温度センサ７４を有する。ＤＯＣ７１およびＤＰＦ７２は、円筒状の排気管路内部に設けられ、排気管路の上流側にＤＯＣ７１が設けられ、排気管路の下流側にＤＰＦ７２が設けられる。また、タービン２１と排気浄化装置７との間には、ドージング燃料供給装置７０から供給されるドージング燃料を噴射するドージングノズル７０ａが配置される。このドージング燃料の噴射は、強制再生が指示された場合に行われる。
　ＤＯＣ７１は、Ｐｔなどによって実現され、排気ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＰＭに含まれるＳＯＦ（有機可溶成分）を酸化して除去する。さらに、ＤＯＣ２１は、排気ガスに含まれるＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ２（二酸化窒素）に変化させ、さらにはドージングノズル７０ａから噴射されたドージング燃料を酸化することによって排気ガス温度を上昇させる。
　ＤＰＦ７２は、ＰＭを捕集する。ＤＰＦ７２は、炭化珪素等を基材として実現される。排気ガスに含まれるＰＭは、ＤＰＦ７２に形成された微細な穴を通過する際に捕集される。そして、ＤＰＦ７２は、図１に示すように、排気ガスの流れ方向に沿った微細流路を有するセルが円筒状の排気管路内に密集配置される。そして、上流側端部を目封じさせたセルと、下流側端部を目封じさせたセルとを交互に配置したウォールフロー型ＤＰＦである。捕集されたＰＭは、排気ガスが酸化反応を進行させることができる温度であることを条件として、排気ガスに含まれる酸素およびＤＯＣ７１で生成されたＮＯ２によって酸化（燃焼）されることになる。
　差圧センサ７３は、ＤＰＦ７２の上流側に配置されてＤＰＦ７２の上流側の圧力を検出する圧力センサ７３ａと、ＤＰＦ７２の下流側に配置されてＤＰＦ７２の下流側の圧力を検出する圧力センサ７３ｂと、圧力センサ７３ａが検出した圧力から圧力センサ７３ｂが検出した圧力を減算した差圧を再生制御部４０に出力する差圧検出部７３ｃとを有する。
　温度センサ７４は、ＤＰＦ７２の上流側に配置され、ＤＰＦ７２の入口の排気温度を検出し、ＤＰＦ温度として再生制御部４０に出力する。
　排気再循環システム８は、排気マニホールド４Ａと給気管路３とを連通する排気再循環通路３１を備える。排気再循環通路３１は、排気マニホールド４Ａから排気ガスの一部を抽出して給気管路３に再循環させる。排気再循環通路３１には、排気再循環通路３１を開閉するＥＧＲバルブ３２と、排気マニホールド４Ａからの排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ３３とが設けられている。排気再循環システム８は、排気再循環通路３１を介して排気ガスの一部を給気マニホールド３Ａに還流させることによって、給気中の酸素濃度を低下させ、エンジン本体１の燃焼温度を下げる。これにより、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量を低減させることができる。
　ここで、ディーゼルエンジン１００は、制御系として、エンジン回転速度センサ３ａと、給気圧センサ３ｃと、排気圧センサ３ｄと、タービン回転速度センサ３ｅ，流量センサ３ｆを備える。エンジン回転速度センサ３ａは、エンジン本体１の図示しないクランクシャフトの回転速度を検出し、図示しないクランクシャフトの回転速度を示す信号をエンジンコントローラ３０に入力する。
　給気圧センサ３ｃは、コンプレッサ２２の出口通路と給気マニホールド３Ａとの間の給気圧力を検出し、エンジンコントローラ３０に入力する。排気圧センサ３ｄは、排気マニホールド４Ａとタービン２１の入口通路との間の排気圧力を検出し、排気圧力を示す信号をエンジンコントローラ３０に入力する。タービン回転速度センサ４ｅは、タービン２１の回転速度を検出し、タービン２１の回転速度を示す信号をエンジンコントローラ３０に入力する。
　エンジンコントローラ３０は、図示しないアクセルペダルなどのオペレータの要求に応じた入力手段の入力値に応じて、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ＥＧＲバルブ３２、可変ターボノズル２３を調整してエンジン回転数やトルク制御を行うとともに、再生制御部４０からの指示によって、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ＥＧＲバルブ３２、可変ターボノズル２３を調整して排気温度を上昇させ、その後ドージングノズル７０ａからドージング燃料を噴射することによって、強制再生制御を行う。特に、エンジンコントローラ３０は、強制再生制御を行う場合、燃料噴射量を抑え、ＥＧＲバルブ３２、可変ターボノズル２３をそれぞれ閉にすることによって排気温度を上昇させる。
　再生制御部４０は、差圧堆積量算出部４１、モデル堆積量算出部４２、差圧堆積量時間変化率算出部４３、およびＰＭ堆積量算出部４４を有する。再生制御部４０は、エンジンコントローラ３０から得られる排気ガス流量情報、ＰＭ発生量情報、ＰＭ燃焼量情報、差圧センサ７３から得られる差圧、および温度センサ７４から得られるＤＰＦ温度をもとにＤＰＦ７２に堆積するＰＭ堆積量を推定し、ＰＭ堆積量が所定の閾値を越える場合に、再生指示部５０に通知する。また、再生制御部４０は、再生指示部５０からの手動再生指示があった場合に、エンジンコントローラ３０に手動強制再生を行わせる。また、手動強制再生が終了した場合、その旨を再生指示部５０に通知する。
　再生指示部５０は、運転席近傍に設けられた入出力操作が可能な表示パネルに設けられ、再生制御部４０から通知があった場合、手動再生指示を促す警告表示を行うとともに、手動再生指示の操作があった場合に、手動再生指示を再生制御部４０に出力する。また、再生指示部５０は、手動強制再生指示の終了通知があった場合、その旨を表示出力する。
　ここで、再生制御部４０による再生制御処理について説明する。図２は、再生制御部４０の詳細構成を示すブロック図である。図２において、差圧堆積量算出部４１には、差圧センサ７３からのＤＰＦ７２の差圧と、温度センサ７４からのＤＰＦ温度と、エンジンコントローラ３０からの排気ガス流量情報とが入力される。排気ガス流量情報は、ＤＰＦ７２に入力される排気ガス体積流量である。エンジンコントローラ３０は、流量センサ３ｆが検出した給気質量流量と燃料噴射量センサ３ｂが検出した燃料噴射量から推定される排気質量流量とを加算した質量流量を差圧堆積量算出部４１に出力する。そして、差圧堆積量算出部４１は、エンジンコントローラ３０から入力された排気ガス流量を、温度センサ７４から入力されたＤＰＦ温度をもとに排気体積流量に変換する。
　差圧堆積量算出部４１は、この変換した排気ガス流量と差圧とＰＭ堆積量との関係を示す３次元マップを有し、変換された排気ガス流量と差圧とを入力値としてＰＭ堆積量を出力する。図３は、ＰＭ堆積量をパラメータとした排気ガス流量と差圧との関係を示す図である。排気ガス流量が一定の場合、差圧の増大に伴ってＰＭ堆積量は増大する。また、差圧が一定の場合、排気ガス流量の増大に伴ってＰＭ堆積量は減少する。たとえば、図３に示すように、排気ガス流量がＱＶ１で差圧がＤＰ１～ＤＰ４の場合、それぞれＰＭ堆積量は、Ｐ１～Ｐ４となる。すなわち、ＰＭ堆積量は、Ｐ１よりＰ４のほうが大きい。そして、差圧堆積量算出部４１は、推定したＰＭ堆積量を差圧堆積量ＰＭａとしてＰＭ堆積量算出部４４および差圧堆積量時間変化率算出部４３に出力する。
　一方、図４に示すように、モデル堆積量算出部４２には、エンジンコントローラ３０からのＰＭ発生量情報およびＰＭ燃焼量情報と、温度センサ７４からのＤＰＦ温度とが入力される。エンジンコントローラ３０は、燃料噴射量や空燃比などをもとに推定した排気ガス内のＰＭ発生量を示すＰＭ発生量情報と、ＤＯＣ７１から出力されると推定したＮＯ２発生量およびＤＯＣ７１から出力されるＯ２発生量を示すＰＭ燃焼量情報とをモデル堆積量算出部４２に出力する。モデル堆積量算出部４２は、エンジンから発生するＰＭ発生量からＤＰＦ７２で燃焼するＰＭ燃焼量を減算することによってＰＭ堆積量を推定する燃焼モデルＭを用いている。なお、燃焼モデルＭは、ＰＭ堆積速度を算出している。
　ＮＯ２によるＰＭ燃焼量算出部４２ａは、エンジンコントローラ３０から入力されたＮＯ２発生量とＤＰＦ温度とをもとに、あらかじめ実測等で求めておいたＤＰＦ７２に堆積したＰＭがＮＯ２によって酸化（燃焼）する反応速度をマップ等で記憶しておいたものを用いて、ＮＯ２によるＰＭ燃焼速度を算出する。Ｏ２によるＰＭ燃焼量算出部４２ｂは、エンジンコントローラ３０から入力されたＯ２発生量とＤＰＦ温度とをもとに、あらかじめ実測等で求めておいたＤＰＦ７２に堆積したＰＭがＯ２によって酸化（燃焼）する反応速度をマップ等で記憶しておいたものを用いて、Ｏ２によるＰＭ燃焼速度を算出する。ここで、エンジンコントローラ３から入力されるＰＭ発生量は、ＰＭ発生速度であり、演算器４２ｃは、ＰＭ発生速度からＮＯ２によるＰＭ燃焼速度およびＯ２によるＰＭ燃焼速度を減算したＰＭ堆積速度を積算部４２ｄに出力する。積算部４２ｄは、入力されたＰＭ堆積速度をもとにＰＭ堆積量を積算し、この積算したＰＭ堆積量をモデル堆積量ＰＭｂとしてＰＭ積算量算出部４４に出力する。
　図２に戻り、ＰＭ堆積量算出部４４は、差圧堆積量算出部４１から入力された差圧堆積量ＰＭａとモデル堆積量算出部４２から入力されたモデル堆積量ＰＭｂとに対して重み係数をかけてＰＭ堆積量ＰＭｓを算出する。すなわち、ＰＭ堆積量ＰＭｓは、係数α（０≦α≦１）として次式（１）で表せる。
　ＰＭｓ＝α・ＰＭａ＋（１－α）・ＰＭｂ　　　　　　　　　　…（１）
すなわち、差圧堆積量ＰＭａにかかる重み係数である係数αと、モデル堆積量ＰＭｂにかかる重み係数である係数（１－α）とは、それぞれ加算して「１」となるようにしている。換言すれば、係数αによって、差圧堆積量ＰＭａとモデル堆積量ＰＭｂとの配分比を決定している。係数αが１であれば、ＰＭ堆積量Ｐｓは、差圧堆積量ＰＭａの値となり、係数αが０であれば、ＰＭ堆積量Ｐｓは、モデル堆積量ＰＭｂの値となる。
　また、ＰＭ堆積量算出部４４は、係数αを決定する係数決定部４５を有する。係数決定部４５には、エンジンコントローラ３０からの排気ガス流量情報と、温度センサ２４からのＤＰＦ温度とが入力され、ＤＰＦ温度で変換補正したＤＰＦ７２での排気ガス流量を算出し、この排気ガス流量の値が所定値ＱＶｔｈを越えた場合には、係数αを１に設定し、排気ガス流量の値が所定値ＱＶｔｈ未満である場合には、係数αを０に設定する。一方、差圧堆積量時間変化率算出部４３は、差圧堆積量算出部４１から入力される差圧堆積量の時間変化率である差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａを算出し、係数決定部４５内の係数修正部４６に出力する。係数決定部４６は、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが閾値ΔＰＭａｔｈを越えた場合に、係数αの値を、係数αの値よりも小さい係数α’に修正する。
　図５および図６に示すフローチャートを参照して、ＰＭ堆積量算出部４４の処理手順について説明する。まず、図５において、ＰＭ堆積量算出部４４は、まず、差圧堆積量算出部４１から差圧堆積量ＰＭａを取得する（ステップＳ１０１）。さらに、ＰＭ堆積量算出部４４は、モデル堆積量算出部４２からモデル堆積量ＰＭｂを取得する（ステップＳ１０２）。その後、係数決定部４５によって係数αを決定する係数決定処理を行わせる（ステップＳ１０３）。その後、ＰＭ堆積量算出部４４は、決定された係数αを用い、式（１）に従って、ＰＭ堆積量ＰＭｓを算出する（ステップＳ１０４）。その後、ＰＭ堆積量算出部４４は、算出されたＰＭ堆積量ＰＭｓが閾値ＰＭｔｈを越えているか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ＰＭ堆積量ＰＭｓが閾値ＰＭｔｈを越えていない場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）には、ステップＳ１０１に移行して上述した処理を繰り返す。一方、ＰＭ堆積量ＰＭｓが閾値ＰＭｔｈを越えている場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）には、再生指示部５０に対して手動強制再生をすべき旨の指示を行い（ステップＳ１０６）、その後、ステップＳ１０１に移行して上述した処理を繰り返す。
　ステップＳ１０３に示す係数決定処理は、図６に示したフローチャートに従って行われる。すなわち、係数決定部４５は、まず、排気ガス流量が所定値ＱＶｔｈを越えているか否かを判断する（ステップＳ２０１）。排気ガス流量が所定値ＱＶｔｈを越えていない場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）には、係数αを０に設定して（ステップＳ２０３）、ステップＳ１０３にリターンする。一方、排気ガス流量が所定値ＱＶｔｈを越えている場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）には、さらに差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが閾値ΔＰＭａｔｈを越えているか否かを判断する（ステップＳ２０２）。差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが閾値ΔＰＭａｔｈを越えていない場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）には、係数αを１に設定して（ステップＳ２０４）、ステップＳ１０３にリターンする。一方、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが閾値ΔＰＭａｔｈを越えている場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）には、係数αを１よりも小さい係数α’に修正され（ステップＳ２０５）、ステップＳ１０３にリターンする。
　この結果、係数αは、図７に示すように決定される。すなわち、排気ガス流量ＱＶが所定値ＱＶｔｈ未満である場合、係数αは０となる。所定値ＱＶｔｈを越えている場合であって差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが閾値ΔＰＭａｔｈ未満である場合、係数αは１となる。所定値ＱＶｔｈを越えている場合であって差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが閾値ΔＰＭａｔｈを越えている場合、係数αは１よりも小さい係数α’に修正される。
　ここで、排気ガス流量ＱＶが所定値ＱＶｔｈ未満（図８に示す領域Ｒ１）の場合に係数αを０とするのは、領域Ｒ１では、差圧堆積量ＰＭａの推定精度が低くなるからである。このため、領域Ｒ１では、係数αを０としてＰＭ堆積量ＰＭｓをモデル堆積量ＰＭｂで推定するようにしている。また、排気ガス流量ＱＶが所定値ＱＶｔｈを越えた（図８に示す領域Ｒ２）の場合には係数αを１としてＰＭ堆積量ＰＭｓを差圧堆積量ＰＭａで推定するようにしている。
　一方、排気ガス流量ＱＶが所定値ＱＶｔｈを越えた（図８に示す領域Ｒ２）の場合に係数αを１としてＰＭ堆積量ＰＭｓをすべて差圧堆積量ＰＭａで推定すると、図１３に示したようにＤＰＦ７２のセル内でＰＭが剥がれて、セルが閉塞される場合があり、この場合、実際のＰＭ堆積量とは無関係に差圧が急上昇してＰＭ堆積量の推定精度が極端に悪くなるとともに、無用な手動強制再生を指示することになる。このため、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが閾値ΔＰＭａｔｈを越えた場合、係数αを１よりも小さい係数α’にして、セル閉塞による差圧急上昇に伴う差圧堆積量ＰＭａの増大分の影響を小さくなるようにしている。
　たとえば、図９に示す時点ｔ１でＤＰＦ７２のセル閉塞が発生した場合、図９（ｂ）に示すように、セル閉塞に伴って、破線部のように差圧ＤＰは急上昇する。そのとき、図９（ｃ）に示すように、時点ｔ１で差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａは、破線部のように閾値ΔＰＭａｔｈを越える。その場合、図９（ａ）に示すように、算出されたＰＭ堆積量ＰＭｓは、手動強制再生指示を行うための閾値ＰＭｔｈを越えてしまう。この場合、図９（ａ）の実線で示す実際のＰＭ堆積量と破線で示す算出されたＰＭ堆積量との差である斜線分のＰＭ堆積量増加分ΔＳは、大きな誤差となる。このため、係数αを１よりも小さい係数α’にして、ＰＭ堆積量増加分ΔＳを減少させ、モデル堆積量ＰＭｂの推定割合を増やして補うようにしている。
　したがって、この実施の形態では、排気ガス流量ＱＶが所定値ＱＶｔｈを越えない領域Ｒ１では、差圧堆積量ＰＭａに比して誤差の小さいモデル堆積量ＰＭｂを用いてＰＭ堆積量ＰＭｓを推定し、排気ガス流量ＱＶが所定値ＱＶｔｈを越える領域Ｒ２では、精度の高い差圧堆積量ＰＭａを用いてＰＭ堆積量ＰＭｓを推定するようにし、さらに、排気ガス流量ＱＶが所定値ＱＶｔｈを越える領域Ｒ２では、係数αを小さくしてＤＰＦ７２のセル閉塞に伴う差圧急上昇による誤差成分が小さくなるようにしているので、精度の高く無駄のない手動強制再生の指示を確実に行うことができる。
　なお、上述した実施の形態では、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａの変動にかかわらず、係数α’を予め設定された一定の値としていた（図１０のＬ１）が、これに限らず、係数α’を差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａの関数値としてもよい。すなわち、
　α‘＝ｆ（ΔＰＭａ）
とし、図１０のＬ２に示すように、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａの増加に伴って係数α‘の値が減少するようにすればよい。これによって、可能な限り差圧堆積値ＰＭａを用いて推定精度を上げるとともに、無駄な手動強制再生の指示発生を抑えることができる。なお、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａに替えて、差圧時間変化率の関数としてもよい。
　また、上述した実施の形態では、図７に示すように、排気ガス流量ＱＶの所定値ＱＶｔｈで急激に係数が変化するようにしていたが、これに限らず、図１１に示すように、所定値ＱＶｔｈを越えてから、滑らかに係数αが変化するようにモジュレーションをかけるようにしてもよい。
　さらに、上述した実施の形態では、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａの急上昇の発生がない場合、領域Ｒ１で係数αを０に設定し、領域Ｒ２で係数αを１に設定することを前提としていたが、これに限らず、図１２に示すように、領域Ｒ１の係数αは０でなく、領域Ｒ１では主にモデル堆積量ＰＭｂが用いられ、また、領域Ｒ２の係数αは１でなく、領域Ｒ２では主に差圧堆積量ＰＭａが用いられるようにしてもよい。
　　　１　エンジン本体
　　　２　エアクリーナ
　　　３　給気管路
　　　４　排気管路
　　　５　冷却機構
　　　６　排気タービン過給機
　　　７　排気浄化装置
　　　８　排気再循環システム
　　　３ａ　エンジン回転速度センサ
　　　３ｃ　給気圧センサ
　　　３ｄ　排気圧センサ
　　　３ｅ　タービン回転速度センサ
　　　３ｆ　流量センサ
　　２１　タービン
　　２１ａ　タービン翼車
　　２２　コンプレッサ
　　２３　可変ターボノズル
　　２４　バイパス路
　　３０　エンジンコントローラ
　　３１　排気再循環通路
　　３２　ＥＧＲバルブ
　　３３　ＥＧＲクーラ
　　４０　再生制御部
　　４１　差圧堆積量算出部
　　４２　モデル堆積量算出部
　　４２ａ　ＮＯ２によるＰＭ燃焼量算出部
　　４２ｂ　Ｏ２によるＰＭ燃焼量算出部
　　４２ｃ　演算器
　　４２ｄ　積算部
　　４３　差圧堆積量時間変化率算出部
　　４４　ＰＭ堆積量算出部
　　４５　係数決定部
　　４６　係数修正部
　　５０　再生指示部
　　７０　ドージング燃料供給装置
　　７０ａ　ドージングノズル
　　７１　ＤＯＣ
　　７２　ＤＰＦ
　　７３　差圧センサ
　　７４　温度センサ
　１００　ディーゼルエンジン

Claims (7)

  1. 　エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタの入口側と出口側との差圧および排気ガス流量をもとに前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定した差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部と、
    　前記粒子状物質除去フィルタに入力される前記排気ガス内の粒子状物質量から前記粒子状物質除去フィルタで燃焼する粒子状物質量を減算するモデルを用いて前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定したモデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部と、
    　前記差圧堆積量の時間変化率を算出する差圧堆積量変化率算出部と、
    　第１係数と第２係数との和が一定値となる条件で、前記差圧堆積量に第１係数を乗算した値と前記モデル堆積量に第２係数を乗算した値との加算値を粒子状物質堆積量として算出する際、前記排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を前記第２係数の値に比して大きく設定し、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ前記差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、該設定された前記第１係数を小さくして前記粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出部と、
    　を備えたことを特徴とする粒子状物質堆積量推定装置。
  2. 　前記粒子状物質堆積量算出部は、前記第１係数と前記第２係数との和を１に設定し、前記排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を１に設定し、前記排気ガス流量が所定値を超えない場合、前記第１係数の値を０に設定することを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質堆積量推定装置。
  3. 　前記粒子状物質堆積量算出部は、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ前記差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、前記差圧堆積量の時間変化率の増加に応じて、設定された前記第１係数を減少させることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子状物質堆積量推定装置。
  4. 　前記粒子状物質堆積量算出部は、算出した前記粒子状物質堆積量が閾値を超える場合、前記粒子状物質除去フィルタに対する手動強制再生を行わせる指示を出力することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の粒子状物質堆積量推定装置。
  5. 　エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタと、
    　前記エンジンを制御するエンジン制御部と、
    　前記粒子状物質除去フィルタの再生を制御する再生制御部と、
    　前記粒子状物質除去フィルタの入口側と出口側との差圧を検出する差圧センサと、
    　前記粒子状物質除去フィルタに対する手動強制再生を指示する再生指示部と、
    　を備え、
    　前記再生制御部は、
    　前記差圧および前記エンジン制御部から入力される排気ガス流量をもとに前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定した差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部と、
    　前記粒子状物質除去フィルタに入力される前記排気ガス内の粒子状物質量から前記粒子状物質除去フィルタで燃焼する粒子状物質量を減算するモデルを用いて前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定したモデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部と、
    　前記差圧堆積量の時間変化率を算出する差圧変化率算出部と、
    　第１係数と第２係数との和が一定値となる条件で、前記差圧堆積量に第１係数を乗算した値と前記モデル堆積量に第２係数を乗算した値との加算値を粒子状物質堆積量として算出する際、前記排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を前記第２係数の値に比して大きく設定し、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ前記差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、該設定された前記第１係数を小さくして前記粒子状物質堆積量を算出し、この算出した前記粒子状物質堆積量が閾値を超える場合、前記手動強制再生を行うべき旨の指示を前記再生指示部に出力する粒子状物質堆積量算出部と、
    　を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  6. 　前記再生制御部は、前記再生指示部から手動強制再生実行の指示を受け付けた場合、前記エンジン制御部を介して手動強制再生を実行することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化システム。
  7. 　エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタの入口側と出口側との差圧および排気ガス流量をもとに前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定した差圧堆積量を算出する差圧堆積量ステップと、
    　前記粒子状物質除去フィルタに入力される前記排気ガス内の粒子状物質量から前記粒子状物質除去フィルタで燃焼する粒子状物質量を減算するモデルを用いて前記粒子状物質除去フィルタに堆積する粒子状物質堆積量を推定したモデル堆積量を算出するモデル堆積量算出ステップと、
    　前記差圧堆積量の時間変化率を算出する差圧変化率算出ステップと、
    　第１係数と第２係数との和が一定値となる条件で、前記差圧堆積量に第１係数を乗算した値と前記モデル堆積量に第２係数を乗算した値との加算値を粒子状物質堆積量として算出する際、前記排気ガス流量が所定値を超える場合、前記第１係数の値を前記第２係数の値に比して大きく設定し、前記排気ガス流量が前記所定値を超え、かつ前記差圧堆積量の時間変化率が所定閾値以上である場合、該設定された前記第１係数を小さくして前記粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出ステップと、
    　を含むことを特徴とする粒子状物質堆積量推定方法。
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