WO2017056800A1 - 排気浄化装置 - Google Patents

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • One aspect of the present invention relates to an exhaust purification device.
  • a device described in Patent Document 1 is known as a conventional exhaust gas purification device.
  • the exhaust gas purification device described in Patent Document 1 the exhaust gas flow rate, the DPF differential pressure, the center temperature before and after the DPF, the A / F in the DPF, the soot distribution in the DPF, the exhaust gas heating value, the heating fuel heating value, and the DPF release
  • the temperature distribution in the DPF is estimated based on the amount of heat
  • the DPF temperature gradient is calculated based on the temperature distribution in the DPF
  • the target temperature during PM regeneration The PM regeneration is continued based on the target temperature.
  • PM regeneration is performed based on the differential pressure (filter differential pressure) between the pressure on the upstream side of the DPF and the pressure on the downstream side of the DPF.
  • filter differential pressure filter differential pressure
  • An object of one aspect of the present invention is to provide an exhaust purification device capable of obtaining a highly accurate filter differential pressure even when there is a temperature gradient in the filter.
  • An exhaust emission control device is an exhaust emission control device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine, a filter that collects particulate matter contained in the exhaust gas, and fuel that supplies fuel to the filter A supply unit; a differential pressure detection unit that detects a differential pressure between a pressure upstream of the filter and a pressure downstream of the filter; a first temperature detection unit that detects an exhaust gas temperature upstream of the filter; and a downstream of the filter A second temperature detection unit that detects the exhaust temperature on the side, an exhaust temperature upstream of the filter detected by the first temperature detection unit, and an exhaust temperature downstream of the filter detected by the second temperature detection unit Based on the temperature gradient in the filter estimated by the temperature gradient estimator and the temperature gradient in the filter estimated by the temperature gradient estimator, the area ratio of the upstream block and the downstream block of the filter is calculated.
  • the area ratio calculation section calculates the differential pressure between the pressure upstream of the filter detected by the differential pressure detector and the pressure downstream of the filter, based on the area ratio of the upstream block and the downstream block of the filter, Based on the differential pressure correction unit that calculates the corrected differential pressure of the filter and the corrected differential pressure of the filter calculated by the differential pressure correction unit, the fuel supply unit is controlled so that particulate matter deposited on the filter is burned by the fuel A playback control unit.
  • the temperature gradient in the filter is estimated based on the exhaust temperature upstream of the filter and the exhaust temperature downstream of the filter, and based on the temperature gradient in the filter, The area ratio of the upstream block and the downstream block is calculated. Then, based on the exhaust gas temperature upstream of the filter, the exhaust gas temperature downstream of the filter, and the area ratio of the upstream block and downstream block of the filter, the pressure upstream of the filter detected by the differential pressure detector
  • the corrected differential pressure of the filter is calculated by correcting the differential pressure with the pressure on the downstream side of the filter.
  • the temperature gradient estimation unit divides the filter into a plurality of regions along the direction in which the exhaust gas flows, and based on the exhaust temperature upstream of the filter and the exhaust temperature downstream of the filter, The region temperature may be estimated, and the region ratio calculation unit may calculate the region ratio of the upstream block and the downstream block of the filter based on the temperatures of the plurality of regions.
  • the temperature gradient in the filter can be reliably estimated using a known temperature propagation model.
  • the area ratio between the upstream block and the downstream block of the filter can be easily calculated by a predetermined calculation formula.
  • the differential pressure correction unit corrects the differential pressure between the pressure upstream of the filter and the pressure downstream of the filter based on the exhaust temperature upstream of the filter, thereby correcting the first differential pressure temperature correction value. And calculating the second differential pressure temperature correction value by correcting the differential pressure between the pressure upstream of the filter and the pressure downstream of the filter based on the exhaust temperature downstream of the filter. A value obtained by multiplying the first differential pressure temperature correction value by the area ratio of the upstream block of the filter and a value obtained by multiplying the second differential pressure temperature correction value and the area ratio of the downstream block of the filter are added to obtain a filter.
  • the corrected differential pressure may be calculated. In this case, the corrected differential pressure of the filter can be easily calculated using a predetermined calculation formula.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an exhaust emission control device according to an embodiment.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams showing an approximate model for estimating the temperature gradient in the DPF and calculating the area ratio of the upstream block and the downstream block of the DPF.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the area ratio of the upstream block and the downstream block of the DPF.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a function of the differential pressure correction unit illustrated in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing a temperature correction map used in the correction coefficient acquisition unit shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating detection data used when calculating a corrected DPF differential pressure in the related art.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a function of a differential pressure correction unit that calculates a corrected DPF differential pressure in the related art.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust purification device according to an embodiment.
  • an exhaust emission control device 1 of this embodiment is mounted on a vehicle.
  • the exhaust purification device 1 purifies exhaust gas discharged from a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 2 that is an internal combustion engine.
  • the engine 2 has a plurality of injectors 3 that inject fuel into a plurality of cylinders (not shown).
  • the exhaust purification apparatus 1 includes a diesel oxidation catalyst (DOC) 5 and a diesel exhaust particulate removal filter (DPF: Diesel) disposed in order from an upstream side to a downstream side in an exhaust passage 4 connected to an engine 2. Particulate Filter) 6.
  • the DOC 5 oxidizes and removes particulate matter (PM) contained in the exhaust gas.
  • the DPF 6 collects PM contained in the exhaust gas.
  • the DPF 6 is made of cordierite or SiC.
  • the exhaust purification device 1 includes a fuel addition valve 7 that is disposed on the upstream side of the DOC 5 in the exhaust passage 4 and that adds fuel to the exhaust passage 4.
  • the fuel added from the fuel addition valve 7 is mainly used as a reducing agent when the DPF 6 is regenerated.
  • the regeneration of the DPF 6 is to burn the PM deposited on the DPF 6 with a high-temperature fuel.
  • the fuel addition valve 7 constitutes a fuel supply unit that supplies fuel to the DPF 6.
  • the exhaust purification device 1 includes a differential pressure sensor 8 (differential pressure detection unit) that detects a differential pressure (a DPF differential pressure) between a pressure upstream of the DPF 6 and a pressure downstream of the DPF 6, and an upstream side of the DPF 6.
  • a temperature sensor 9 first temperature detection unit
  • a temperature sensor 10 second temperature detection unit
  • a controller 11 connected to the sensors 9 and 10 is provided.
  • the controller 11 inputs detection signals from the differential pressure sensor 8 and the temperature sensors 9 and 10, performs predetermined processing, and controls the fuel addition valve 7 so as to perform regeneration processing of the DPF 6.
  • the controller 11 includes a temperature gradient estimation unit 12, a region ratio calculation unit 13, a differential pressure correction unit 14, and a regeneration control unit 15.
  • the temperature gradient estimation unit 12 estimates a temperature gradient in the DPF 6 based on the exhaust temperature upstream of the DPF 6 detected by the temperature sensor 9 and the exhaust temperature downstream of the DPF 6 detected by the temperature sensor 10.
  • the exhaust temperature on the upstream side of the DPF 6 is equal to the input temperature Tin of the DPF 6, and the exhaust temperature on the downstream side of the DPF 6 is equal to the output temperature Tout of the DPF 6 (see FIG. 2A).
  • the temperature gradient estimation unit 12 divides the DPF 6 into a plurality of regions along the direction in which the exhaust gas flows (exhaust direction), as shown in FIG. At this time, the dimension of each area
  • the DPF 6 is divided into four regions R1 to R4 along the exhaust direction.
  • the temperature gradient estimation unit 12 estimates the temperatures T1 to T4 of the respective regions R1 to R4 of the DPF 6 using, for example, a known DPF temperature propagation model.
  • the DPF temperature propagation model is a model for estimating the temperature propagation state in the DPF 6 by inputting parameters such as the input temperature Tin of the DPF 6, the output temperature Tout of the DPF 6, the flow rate of the exhaust gas, and the heat capacity of the DPF 6.
  • the temperature T1 of the region R1 is the input temperature Tin of the DPF 6
  • the temperature T4 of the region R4 is the output temperature Tout of the DPF 6.
  • the area ratio calculation unit 13 calculates the area ratio of the upstream block Bin and the downstream block Bout of the DPF 6 shown in FIG. 2C based on the temperature gradient in the DPF 6 estimated by the temperature gradient estimation unit 12. .
  • the area ratio between the upstream block Bin and the downstream block Bout of the DPF 6 is a ratio of the dimensions in the exhaust direction of the upstream block Bin and the downstream block Bout of the DPF 6.
  • the upstream block Bin is a block located at least upstream when the DPF 6 is divided into two blocks along the exhaust direction, and the downstream block Bout is at least when the DPF 6 is divided into two blocks in the same manner. This is a block located on the downstream side. That is, the downstream block Bout is located downstream of the upstream block Bin.
  • the upstream block Bin and the downstream block Bout are set by the regions R1 to R4 of the DPF 6.
  • the region ratio calculation unit 13 calculates an average value (average temperature) of the temperatures of the regions R1 to R4 of the DPF 6.
  • the area ratio calculation unit 13 calculates the area ratio ⁇ of one of the upstream block Bin and the downstream block Bout of the DPF 6 using the following formula.
  • Area ratio ⁇ (average temperature-minimum temperature) / (maximum temperature-minimum temperature)
  • the minimum temperature is the lowest temperature among the temperatures of the respective regions R1 to R4 of the DPF 6.
  • the maximum temperature is the highest temperature among the temperatures of the regions R1 to R4 of the DPF 6.
  • the region ratio ⁇ is equal to the size of the upstream block Bin in the exhaust direction and the downstream side. This is the dimension in the exhaust direction of the upstream block Bin relative to the sum of the dimensions in the exhaust direction of the side block Bout.
  • the region ratio ⁇ is equal to the size of the upstream block Bin in the exhaust direction and the downstream block Bout. This is the dimension in the exhaust direction of the downstream block Bout with respect to the sum of the dimensions in the exhaust direction.
  • the average temperature of the regions R1 to R4 is 275 ° C.
  • the area ratio ⁇ of the upstream block Bin of the DPF 6 is 0.75
  • the area ratio ⁇ of the downstream block Bout of the DPF 6 is 0.25. That is, the area ratio between the upstream block Bin and the downstream block Bout is 3: 1.
  • the maximum temperature of 300 ° C. is 100%
  • the minimum temperature of 200 ° C. is 0%.
  • the differential pressure correction unit 14 detects the exhaust temperature upstream of the DPF 6 detected by the temperature sensor 9, the exhaust temperature downstream of the DPF 6 detected by the temperature sensor 10, and the DPF 6 calculated by the region ratio calculation unit 13. Based on the area ratio of the upstream block Bin and the downstream block Bout, the differential pressure between the upstream pressure of the DPF 6 detected by the differential pressure sensor 8 and the downstream pressure of the DPF 6 (hereinafter, detected DPF differential pressure). Is corrected, the corrected differential pressure of the DPF 6 (hereinafter, corrected DPF differential pressure) is calculated.
  • the differential pressure correction unit 14 includes a correction coefficient acquisition unit 16, a coefficient multiplication unit 17, a correction coefficient acquisition unit 18, a coefficient multiplication unit 19, a ratio multiplication unit 20, and a ratio multiplication unit. 21 and an adder 22.
  • the correction coefficient acquisition unit 16 acquires a correction coefficient Kin corresponding to the upstream exhaust temperature of the DPF 6 detected by the temperature sensor 9, that is, the input temperature Tin of the DPF 6, using the correction coefficient map shown in FIG.
  • the coefficient multiplier 17 multiplies the detected DPF differential pressure ⁇ P and the correction coefficient Kin to calculate a first differential pressure temperature correction value. For example, when the input temperature Tin of the DPF 6 is 300 ° C., the correction coefficient Kin is 1.0, so that the detected DPF differential pressure ⁇ P is multiplied by 1.0.
  • the correction coefficient acquisition unit 18 acquires the correction coefficient Kout corresponding to the exhaust temperature downstream of the DPF 6 detected by the temperature sensor 10, that is, the output temperature Tout of the DPF 6, using the temperature correction map shown in FIG.
  • the coefficient multiplier 19 multiplies the detected DPF differential pressure ⁇ P and the correction coefficient Kout to calculate a second differential pressure temperature correction value. For example, when the output temperature Tout of the DPF 6 is 200 ° C., the correction coefficient Kout is 1.25, so that the detected DPF differential pressure ⁇ P is multiplied by 1.25.
  • the reason why the detected DPF differential pressure ⁇ P is temperature-corrected is to consider that the viscosity and density of the exhaust gas change depending on the exhaust temperature (the temperature of the exhaust gas).
  • the ratio multiplying unit 20 multiplies the first differential pressure temperature correction value calculated by the coefficient multiplying unit 17 by the region ratio of the upstream block Bin of the DPF 6 calculated by the region ratio calculating unit 13 to obtain the first differential pressure.
  • a ratio correction value is calculated.
  • the ratio multiplication unit 20 multiplies the first differential pressure temperature correction value by the region ratio ⁇ , and the output temperature Tout of the DPF 6 becomes the input temperature Tin of the DPF 6. Is higher, the first differential pressure temperature correction value is multiplied by the region ratio ⁇ .
  • the ratio multiplier 21 multiplies the second differential pressure temperature correction value calculated by the coefficient multiplier 19 and the area ratio of the downstream block Bout of the DPF 6 calculated by the area ratio calculator 13 to obtain the second differential pressure.
  • a ratio correction value is calculated.
  • the ratio multiplier 21 multiplies the second differential pressure correction value by the region ratio ⁇ , and the output temperature Tout of the DPF 6 becomes the input temperature Tin of the DPF 6. Is higher than the second differential pressure temperature correction value and the region ratio ⁇ .
  • the adding unit 22 adds the first differential pressure ratio correction value and the second differential pressure ratio correction value to calculate a corrected DPF differential pressure.
  • the differential pressure correction unit 14 calculates the corrected DPF differential pressure by the following equation (A), and the output temperature Tout of the DPF 6 is the input of the DPF 6.
  • the corrected DPF differential pressure is calculated by the following equation (B).
  • Corrected DPF differential pressure ⁇ ⁇ Kin ⁇ ⁇ P + ⁇ ⁇ Kout ⁇ ⁇ P (A)
  • Corrected DPF differential pressure ⁇ ⁇ Kin ⁇ ⁇ P + ⁇ ⁇ Kout ⁇ ⁇ P (B)
  • the regeneration control unit 15 controls the fuel addition valve 7 to perform PM regeneration based on the corrected DPF differential pressure calculated by the differential pressure correcting unit 14. Specifically, the regeneration control unit 15 controls the fuel addition valve 7 so that fuel is added from the fuel addition valve 7 to perform PM regeneration when the corrected DPF differential pressure reaches a predetermined threshold value. To do.
  • the differential pressure correction unit 50 corrects the differential pressure (detected DPF differential pressure) ⁇ P between the pressure on the upstream side of the DPF 6 and the pressure on the downstream side of the DPF 6 based on the input temperature Tin of the DPF 6, thereby correcting the DPF. Calculate the differential pressure.
  • the differential pressure correction unit 50 includes a correction coefficient acquisition unit 51 and a coefficient multiplication unit 52.
  • the correction coefficient acquisition unit 51 acquires a correction coefficient K corresponding to the input temperature Tin of the DPF 6 using the correction coefficient map shown in FIG.
  • the coefficient multiplier 52 multiplies the detected DPF differential pressure ⁇ P and the correction coefficient K to calculate a corrected DPF differential pressure.
  • the corrected DPF differential pressure can be calculated by the differential pressure correction unit 50 shown in FIG.
  • the temperature gradient in the DPF 6 is estimated based on the exhaust temperature upstream of the DPF 6 and the exhaust temperature downstream of the DPF 6, and the upstream of the DPF 6 is estimated based on the temperature gradient in the DPF 6.
  • the area ratio of the side block Bin and the downstream block Bout is calculated.
  • the detected DPF differential pressure is corrected based on the exhaust gas temperature upstream of the DPF 6, the exhaust gas temperature downstream of the DPF 6, and the area ratio of the upstream block Bin and the downstream block Bout of the DPF 6.
  • the differential pressure is calculated.
  • the DPF 6 is divided into a plurality of regions along the flow direction of the exhaust gas, and the temperatures of the plurality of regions are estimated based on the exhaust gas temperature upstream of the DPF 6 and the exhaust gas temperature downstream of the DPF 6. Based on the temperature of the region, the region ratio of the upstream block Bin and the downstream block Bout of the DPF 6 is calculated. Thereby, for example, the temperature gradient in the DPF 6 can be reliably estimated using a known DPF temperature propagation model. Further, the area ratio of the upstream block Bin and the downstream block Bout of the DPF 6 can be easily calculated by a predetermined calculation formula.
  • the differential pressure between the upstream pressure of the DPF 6 and the downstream pressure of the DPF 6 is corrected, and a first differential pressure temperature correction value is calculated.
  • the differential pressure between the upstream pressure of the DPF 6 and the downstream pressure of the DPF 6 is corrected to calculate a second differential pressure temperature correction value.
  • a value obtained by multiplying the first differential pressure correction value by the region ratio of the upstream block Bin of the DPF 6 and a value obtained by multiplying the second differential pressure temperature correction value by the region ratio of the downstream block Bout of the DPF 6 are obtained.
  • the corrected differential pressure of DPF 6 is calculated by adding. Thereby, the corrected DPF differential pressure can be easily calculated by a predetermined calculation formula.
  • the DPF 6 is regenerated by adding fuel from the fuel addition valve 7.
  • the embodiment is not limited to this, and the cylinder (not shown) is not limited to the injector 3 disposed in the engine 2.
  • the DPF 6 may be regenerated by injecting the fuel into ().
  • the injector 3 constitutes a fuel supply unit that supplies fuel to the DPF 6.
  • the exhaust purification apparatus 1 of the said embodiment is equipped with DPF6 as a filter
  • one side of this invention is exhaust_gas

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Abstract

排気浄化装置（１）は、ＤＰＦ（６）の上流側の排気温度とＤＰＦの下流側の排気温度とに基づいてＤＰＦ内の温度勾配を推定する温度勾配推定部（１２）と、ＤＰＦ内の温度勾配に基づいてＤＰＦの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率を算出する領域比率算出部（１３）と、ＤＰＦの上流側の排気温度とＤＰＦの下流側の排気温度とＤＰＦの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率とに基づいて、差圧センサ（８）により検出されたＤＰＦの上流側の圧力とＤＰＦの下流側の圧力との差圧を補正することで、ＤＰＦの補正差圧を算出する差圧補正部（１４）と、ＤＰＦの補正差圧に基づいて、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃料により燃焼させるように燃料添加弁（７）を制御する再生制御部（１５）と、を備える。

Description

排気浄化装置
　本発明の一側面は、排気浄化装置に関する。
　従来の排気浄化装置としては、例えば特許文献１に記載されている装置が知られている。特許文献１に記載の排気浄化装置においては、排気ガス流量、ＤＰＦ差圧、ＤＰＦ前後中心温度、ＤＰＦ内Ａ／Ｆ、ＤＰＦ内Ｓｏｏｔ分布、排気ガス発熱量、昇温用燃料発熱量及びＤＰＦ放熱量に基づいてＤＰＦ内の温度分布を推定し、そのＤＰＦ内の温度分布に基づいてＤＰＦ温度勾配を算出し、そのＤＰＦ温度勾配が危険値を超えている場合には、ＰＭ再生時における目標温度を下げ、その目標温度に基づいてＰＭ再生を継続する。
特開２０１０－２０３２８０号公報
　ＰＭ再生は、ＤＰＦの上流側の圧力とＤＰＦの下流側の圧力との差圧（フィルタ差圧）に基づいて実施される。ところで、特にショベル及び掘削機等のような作業車両では、作業の特性から負荷変動が多いため、ＤＰＦ内の温度勾配が大きくなる。ＤＰＦ内の温度勾配が大きいと、高精度のフィルタ差圧を得ることが困難である。
　本発明の一側面は、フィルタ内の温度勾配があっても、高精度のフィルタ差圧を得ることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る排気浄化装置は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、フィルタに燃料を供給する燃料供給部と、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出部と、フィルタの上流側の排気温度を検出する第１温度検出部と、フィルタの下流側の排気温度を検出する第２温度検出部と、第１温度検出部により検出されたフィルタの上流側の排気温度と第２温度検出部により検出されたフィルタの下流側の排気温度とに基づいて、フィルタ内の温度勾配を推定する温度勾配推定部と、温度勾配推定部により推定されたフィルタ内の温度勾配に基づいて、フィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率を算出する領域比率算出部と、第１温度検出部により検出されたフィルタの上流側の排気温度と、第２温度検出部により検出されたフィルタの下流側の排気温度と、領域比率算出部により算出されたフィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率とに基づいて、差圧検出部により検出されたフィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧を補正することで、フィルタの補正差圧を算出する差圧補正部と、差圧補正部により算出されたフィルタの補正差圧に基づいて、フィルタに堆積した粒子状物質を燃料により燃焼させるように燃料供給部を制御する再生制御部とを備える。
　このような排気浄化装置においては、フィルタの上流側の排気温度とフィルタの下流側の排気温度とに基づいて、フィルタ内の温度勾配が推定され、そのフィルタ内の温度勾配に基づいて、フィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率が算出される。そして、フィルタの上流側の排気温度とフィルタの下流側の排気温度とフィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率とに基づいて、差圧検出部により検出されたフィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧が補正されることで、フィルタの補正差圧が算出される。これにより、フィルタ内の温度勾配があっても、高精度のフィルタ差圧（フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧）を得ることができる。
　一実施形態において、温度勾配推定部は、フィルタを排気ガスが流れる方向に沿って複数の領域に分割し、フィルタの上流側の排気温度とフィルタの下流側の排気温度とに基づいて、複数の領域の温度を推定し、領域比率算出部は、複数の領域の温度に基づいて、フィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率を算出してもよい。この場合には、例えば既知の温度伝播モデルを用いてフィルタ内の温度勾配を確実に推定することができる。また、フィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率を所定の算出式により簡単に算出することができる。
　一実施形態において、差圧補正部は、フィルタの上流側の排気温度に基づいて、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧を補正して第１差圧温度補正値を算出すると共に、フィルタの下流側の排気温度に基づいて、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧を補正して第２差圧温度補正値を算出した後、第１差圧温度補正値とフィルタの上流側ブロックの領域比率とを乗算した値と、第２差圧温度補正値とフィルタの下流側ブロックの領域比率とを乗算した値とを加算して、フィルタの補正差圧を算出してもよい。この場合には、フィルタの補正差圧を所定の算出式により簡単に算出することができる。
　本発明の一側面によれば、フィルタ内の温度勾配があっても、高精度のフィルタ差圧を得ることができる。
図１は、一実施形態に係る排気浄化装置を示す概略構成図である。 図２（ａ）～（ｃ）は、ＤＰＦ内の温度勾配を推定すると共にＤＰＦの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率を算出するための近似モデルを示す図である。 図３は、ＤＰＦの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率の一例を示すグラフである。 図４は、図１に示された差圧補正部の機能を示すブロック図である。 図５は、図４に示された補正係数取得部において使用される温度補正マップを示すグラフである。 図６は、従来において補正ＤＰＦ差圧を算出する際に使用される検出データを示す図である。 図７は、従来において補正ＤＰＦ差圧を算出する差圧補正部の機能を示すブロック図である。
　以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、一実施形態に係る排気浄化装置を示す概略構成図である。図１において、本実施形態の排気浄化装置１は、車両に搭載されている。排気浄化装置１は、内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）２から排出される排気ガスを浄化する。エンジン２は、複数の気筒（図示せず）にそれぞれ燃料を噴射する複数のインジェクタ３を有している。
　排気浄化装置１は、エンジン２に接続された排気通路４に上流側から下流側に向けて順に配設されたディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel　Oxidation　Catalyst）５及びディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel　Particulate　Filter）６を備えている。ＤＯＣ５は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate　Matter）を酸化して除去する。ＤＰＦ６は、排気ガスに含まれるＰＭを捕集する。ＤＰＦ６は、コージェライトまたはＳｉＣ等で形成されている。
　また、排気浄化装置１は、排気通路４におけるＤＯＣ５の上流側に配設され、排気通路４に燃料を添加する燃料添加弁７を備えている。燃料添加弁７から添加される燃料は、主としてＤＰＦ６の再生を行う際に還元剤として使用される。ＤＰＦ６の再生とは、ＤＰＦ６に堆積したＰＭを高温の燃料により燃焼させることである。燃料添加弁７は、ＤＰＦ６に燃料を供給する燃料供給部を構成している。
　また、排気浄化装置１は、ＤＰＦ６の上流側の圧力とＤＰＦ６の下流側の圧力との差圧（ＤＰＦ差圧）を検出する差圧センサ８（差圧検出部）と、ＤＰＦ６の上流側の排気温度を検出する温度センサ９（第１温度検出部）と、ＤＰＦ６の下流側の排気温度を検出する温度センサ１０（第２温度検出部）と、燃料添加弁７、差圧センサ８及び温度センサ９，１０と接続されたコントローラ１１とを備えている。
　コントローラ１１は、差圧センサ８及び温度センサ９，１０の検出信号を入力し、所定の処理を行い、ＤＰＦ６の再生処理を実施するように燃料添加弁７を制御する。コントローラ１１は、温度勾配推定部１２と、領域比率算出部１３と、差圧補正部１４と、再生制御部１５とを有している。
　温度勾配推定部１２は、温度センサ９により検出されたＤＰＦ６の上流側の排気温度と温度センサ１０により検出されたＤＰＦ６の下流側の排気温度とに基づいて、ＤＰＦ６内の温度勾配を推定する。ＤＰＦ６の上流側の排気温度は、ＤＰＦ６の入力温度Ｔinに等しく、ＤＰＦ６の下流側の排気温度は、ＤＰＦ６の出力温度Ｔoutに等しい（図２（ａ）参照）。
　温度勾配推定部１２は、図２（ｂ）に示されるように、ＤＰＦ６を排気ガスが流れる方向（排気方向）に沿って複数の領域に分割する。このとき、各領域の排気方向の寸法は等しい。ここでは、ＤＰＦ６は、排気方向に沿って４つの領域Ｒ１～Ｒ４に分割される。
　そして、温度勾配推定部１２は、例えば既知のＤＰＦ温度伝播モデルを用いて、ＤＰＦ６の各領域Ｒ１～Ｒ４の温度Ｔ１～Ｔ４を推定する。ＤＰＦ温度伝播モデルは、ＤＰＦ６の入力温度Ｔin、ＤＰＦ６の出力温度Ｔout、排気ガスの流量及びＤＰＦ６の熱容量等のパラメータを入力して、ＤＰＦ６内の温度伝播状況を推定するためのモデルである。なお、図２（ｂ）において、領域Ｒ１の温度Ｔ１はＤＰＦ６の入力温度Ｔinであり、領域Ｒ４の温度Ｔ４はＤＰＦ６の出力温度Ｔoutである。
　領域比率算出部１３は、温度勾配推定部１２により推定されたＤＰＦ６内の温度勾配に基づいて、図２（ｃ）に示されるＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの領域比率を算出する。ＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの領域比率は、ＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの排気方向の寸法の比率である。上流側ブロックＢinは、ＤＰＦ６を排気方向に沿って２つのブロックに分けた場合の少なくとも上流側に位置するブロックであり、下流側ブロックＢoutは、ＤＰＦ６を同様に２つのブロックに分けた場合の少なくとも下流側に位置するブロックである。つまり、下流側ブロックＢoutは、上流側ブロックＢinよりも下流側に位置している。上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutは、ＤＰＦ６の領域Ｒ１～Ｒ４によって設定される。
　領域比率算出部１３は、ＤＰＦ６の各領域Ｒ１～Ｒ４の温度の平均値（平均温度）を算出する。領域比率算出部１３は、下記式を用いて、ＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの何れか一方の領域比率αを算出する。
　　　領域比率α＝（平均温度－最小温度）／（最大温度－最小温度）
　なお、最小温度は、ＤＰＦ６の各領域Ｒ１～Ｒ４の温度のうち最も低い温度である。最大温度は、ＤＰＦ６の各領域Ｒ１～Ｒ４の温度のうち最も高い温度である。
　ここで、領域Ｒ１の温度Ｔ１（ＤＰＦ６の入力温度Ｔin）が領域Ｒ４の温度Ｔ４（ＤＰＦ６の出力温度Ｔout）よりも高いときは、領域比率αは、上流側ブロックＢinの排気方向の寸法と下流側ブロックＢoutの排気方向の寸法との合計に対する上流側ブロックＢinの排気方向の寸法である。領域Ｒ４の温度Ｔ４（ＤＰＦ６の出力温度Ｔout）が領域Ｒ１の温度Ｔ１（ＤＰＦ６の入力温度Ｔin）よりも高いときは、領域比率αは、上流側ブロックＢinの排気方向の寸法と下流側ブロックＢoutの排気方向の寸法との合計に対する下流側ブロックＢoutの排気方向の寸法である。
　また、領域比率算出部１３は、下記式を用いて、ＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの他方の領域比率βを算出する。
　　　領域比率β＝１－α
　例えば、領域Ｒ１～Ｒ３の温度を３００℃、領域Ｒ４の温度を２００℃とした場合、領域Ｒ１～Ｒ４の平均温度は２７５℃となる。そして、図３に示されるように、ＤＰＦ６の上流側ブロックＢinの領域比率αは０．７５となり、ＤＰＦ６の下流側ブロックＢoutの領域比率βは０．２５となる。つまり、上流側ブロックＢinと下流側ブロックＢoutとの領域比は、３：１となる。なお、図３では、最大温度である３００℃を１００％、最小温度である２００℃を０％としている。このとき、図２（ｃ）に示されるように、ＤＰＦ６の領域Ｒ１～Ｒ３が上流側ブロックＢinとなり、ＤＰＦ６の領域Ｒ４が下流側ブロックＢoutとなる。
　差圧補正部１４は、温度センサ９により検出されたＤＰＦ６の上流側の排気温度と、温度センサ１０により検出されたＤＰＦ６の下流側の排気温度と、領域比率算出部１３により算出されたＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの領域比率とに基づいて、差圧センサ８により検出されたＤＰＦ６の上流側の圧力とＤＰＦ６の下流側の圧力との差圧（以下、検出ＤＰＦ差圧）を補正することで、ＤＰＦ６の補正差圧（以下、補正ＤＰＦ差圧）を算出する。
　差圧補正部１４は、図４に示されるように、補正係数取得部１６と、係数乗算部１７と、補正係数取得部１８と、係数乗算部１９と、比率乗算部２０と、比率乗算部２１と、加算部２２とを有している。
　補正係数取得部１６は、図５に示される補正係数マップを用いて、温度センサ９により検出されたＤＰＦ６の上流側の排気温度つまりＤＰＦ６の入力温度Ｔinに対応する補正係数Ｋinを取得する。係数乗算部１７は、検出ＤＰＦ差圧ΔＰと補正係数Ｋinとを乗算して、第１差圧温度補正値を算出する。例えば、ＤＰＦ６の入力温度Ｔinが３００℃の場合には、補正係数Ｋinは１．０であるため、検出ＤＰＦ差圧ΔＰと１．０とを乗算する。
　補正係数取得部１８は、図５に示される温度補正マップを用いて、温度センサ１０により検出されたＤＰＦ６の下流側の排気温度つまりＤＰＦ６の出力温度Ｔoutに対応する補正係数Ｋoutを取得する。係数乗算部１９は、検出ＤＰＦ差圧ΔＰと補正係数Ｋoutとを乗算して、第２差圧温度補正値を算出する。例えば、ＤＰＦ６の出力温度Ｔoutが２００℃の場合には、補正係数Ｋoutは１．２５であるため、検出ＤＰＦ差圧ΔＰと１．２５とを乗算する。
　なお、検出ＤＰＦ差圧ΔＰを温度補正する理由は、排気温度（排気ガスの温度）によって排気ガスの粘度及び密度が変わることを考慮するためである。
　比率乗算部２０は、係数乗算部１７により算出された第１差圧温度補正値と領域比率算出部１３により算出されたＤＰＦ６の上流側ブロックＢinの領域比率とを乗算して、第１差圧比率補正値を算出する。比率乗算部２０は、ＤＰＦ６の入力温度ＴinがＤＰＦ６の出力温度Ｔoutよりも高いときは、第１差圧温度補正値と領域比率αとを乗算し、ＤＰＦ６の出力温度Ｔout がＤＰＦ６の入力温度Ｔinよりも高いときは、第１差圧温度補正値と領域比率βとを乗算する。
　比率乗算部２１は、係数乗算部１９により算出された第２差圧温度補正値と領域比率算出部１３により算出されたＤＰＦ６の下流側ブロックＢoutの領域比率とを乗算して、第２差圧比率補正値を算出する。比率乗算部２１は、ＤＰＦ６の入力温度ＴinがＤＰＦ６の出力温度Ｔoutよりも高いときは、第２差圧温度補正値と領域比率βとを乗算し、ＤＰＦ６の出力温度Ｔout がＤＰＦ６の入力温度Ｔinよりも高いときは、第２差圧温度補正値と領域比率αとを乗算する。
　加算部２２は、第１差圧比率補正値と第２差圧比率補正値とを加算して、補正ＤＰＦ差圧を算出する。
　以上により、差圧補正部１４は、ＤＰＦ６の入力温度ＴinがＤＰＦ６の出力温度Ｔoutよりも高いときは、下記（Ａ）式により補正ＤＰＦ差圧を算出し、ＤＰＦ６の出力温度Ｔout がＤＰＦ６の入力温度Ｔinよりも高いときは、下記（Ｂ）式により補正ＤＰＦ差圧を算出する。なお、ＤＰＦ６の入力温度ＴinとＤＰＦ６の出力温度Ｔoutとが同じであるときは、（Ａ）式及び（Ｂ）式のいずれを用いてもよい。
　　　補正ＤＰＦ差圧＝α×Ｋin×ΔＰ＋β×Ｋout×ΔＰ　　…（Ａ）
　　　補正ＤＰＦ差圧＝β×Ｋin×ΔＰ＋α×Ｋout×ΔＰ　　…（Ｂ）
　再生制御部１５は、差圧補正部１４により算出された補正ＤＰＦ差圧に基づいて、ＰＭ再生を行うように燃料添加弁７を制御する。具体的には、再生制御部１５は、補正ＤＰＦ差圧が予め決められた閾値に達したときに、ＰＭ再生を行うべく、燃料添加弁７から燃料を添加させるように燃料添加弁７を制御する。
　ところで、従来では、図６及び図７に示されるように、ＤＰＦ６の入力温度Ｔinと、ＤＰＦ６の上流側の圧力とＤＰＦ６の下流側の圧力との差圧ΔＰとが検出される。そして、差圧補正部５０は、ＤＰＦ６の入力温度Ｔinに基づいて、ＤＰＦ６の上流側の圧力とＤＰＦ６の下流側の圧力との差圧（検出ＤＰＦ差圧）ΔＰを補正することで、補正ＤＰＦ差圧を算出する。
　差圧補正部５０は、補正係数取得部５１と、係数乗算部５２とを有している。補正係数取得部５１は、図５に示される補正係数マップを用いて、ＤＰＦ６の入力温度Ｔinに対応する補正係数Ｋを取得する。係数乗算部５２は、検出ＤＰＦ差圧ΔＰと補正係数Ｋとを乗算して、補正ＤＰＦ差圧を算出する。
　例えば乗用車では、主な目的が走行であるため、排気流量及び温度が均一となる条件が多くなる。従って、ＤＰＦ６内の温度が全体的にほぼ均一になるため、図７に示される差圧補正部５０によって補正ＤＰＦ差圧を算出することが可能である。
　しかし、ショベル及び掘削機等の作業車両では、作業の特性から負荷変動が多いため、排気流量及び温度が均一に安定した条件が得られにくく、ＤＰＦ６内の温度勾配が発生する。従って、図７に示される差圧補正部５０によって補正ＤＰＦ差圧を正確に算出することはできない。
　これに対し本実施形態では、ＤＰＦ６の上流側の排気温度とＤＰＦ６の下流側の排気温度とに基づいて、ＤＰＦ６内の温度勾配が推定され、そのＤＰＦ６内の温度勾配に基づいて、ＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの領域比率が算出される。そして、ＤＰＦ６の上流側の排気温度とＤＰＦ６の下流側の排気温度とＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの領域比率とに基づいて、検出ＤＰＦ差圧が補正されることで、補正ＤＰＦ差圧が算出される。これにより、ＤＰＦ６内の温度勾配があっても、高精度のＤＰＦ差圧を得ることができる。
　また、ＤＰＦ６を排気ガスが流れる方向に沿って複数の領域に分割し、ＤＰＦ６の上流側の排気温度とＤＰＦ６の下流側の排気温度とに基づいて、複数の領域の温度が推定され、その複数の領域の温度に基づいて、ＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの領域比率が算出される。これにより、例えば既知のＤＰＦ温度伝播モデルを用いてＤＰＦ６内の温度勾配を確実に推定することができる。また、ＤＰＦ６の上流側ブロックＢin及び下流側ブロックＢoutの領域比率を所定の算出式により簡単に算出することができる。
　さらに、ＤＰＦ６の上流側の排気温度に基づいて、ＤＰＦ６の上流側の圧力とＤＰＦ６の下流側の圧力との差圧が補正されて、第１差圧温度補正値が算出されると共に、ＤＰＦ６の下流側の排気温度に基づいて、ＤＰＦ６の上流側の圧力とＤＰＦ６の下流側の圧力との差圧が補正されて、第２差圧温度補正値が算出される。そして、第１差圧温度補正値とＤＰＦ６の上流側ブロックＢinの領域比率とを乗算した値と、第２差圧温度補正値とＤＰＦ６の下流側ブロックＢoutの領域比率とを乗算した値とが加算されて、ＤＰＦ６の補正差圧が算出される。これにより、補正ＤＰＦ差圧を所定の算出式により簡単に算出することができる。
　なお、本発明の一側面は、上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、燃料添加弁７から燃料を添加させることにより、ＤＰＦ６の再生を行っているが、特にその形態には限られず、エンジン２に配置されたインジェクタ３から気筒（図示せず）に燃料を噴射することにより、ＤＰＦ６の再生を行ってもよい。この場合には、インジェクタ３は、ＤＰＦ６に燃料を供給する燃料供給部を構成することとなる。
　また、上記実施形態の排気浄化装置１は、フィルタとしてＤＰＦ６を備えているが、本発明の一側面は、フィルタとしてディーゼルＰＭ，ＮＯｘ同時低減触媒（ＤＰＮＲ：Diesel　Particulate　NOx　Reduction）等を備えた排気浄化装置にも適用可能である。
　１…排気浄化装置、２…ディーゼルエンジン（内燃機関）、６…ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（フィルタ）、７…燃料添加弁（燃料供給部）、８…差圧センサ（差圧検出部）、９…温度センサ（第１温度検出部）、１０…温度センサ（第２温度検出部）、１１…コントローラ、１２…温度勾配推定部、１３…領域比率算出部、１４…差圧補正部、１５…再生制御部、Ｂin…上流側ブロック、Ｂout…下流側ブロック、Ｒ１～Ｒ４…領域。

Claims (3)

  1. 　内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、
    　前記排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
    　前記フィルタに燃料を供給する燃料供給部と、
    　前記フィルタの上流側の圧力と前記フィルタの下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出部と、
    　前記フィルタの上流側の排気温度を検出する第１温度検出部と、
    　前記フィルタの下流側の排気温度を検出する第２温度検出部と、
    　前記第１温度検出部により検出された前記フィルタの上流側の排気温度と前記第２温度検出部により検出された前記フィルタの下流側の排気温度とに基づいて、前記フィルタ内の温度勾配を推定する温度勾配推定部と、
    　前記温度勾配推定部により推定された前記フィルタ内の温度勾配に基づいて、前記フィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率を算出する領域比率算出部と、
    　前記第１温度検出部により検出された前記フィルタの上流側の排気温度と、前記第２温度検出部により検出された前記フィルタの下流側の排気温度と、前記領域比率算出部により算出された前記フィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率とに基づいて、前記差圧検出部により検出された前記フィルタの上流側の圧力と前記フィルタの下流側の圧力との差圧を補正することで、前記フィルタの補正差圧を算出する差圧補正部と、
    　前記差圧補正部により算出された前記フィルタの補正差圧に基づいて、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃料により燃焼させるように前記燃料供給部を制御する再生制御部と、
    を備える、排気浄化装置。
  2. 　前記温度勾配推定部は、前記フィルタを前記排気ガスが流れる方向に沿って複数の領域に分割し、前記フィルタの上流側の排気温度と前記フィルタの下流側の排気温度とに基づいて、前記複数の領域の温度を推定し、
    　前記領域比率算出部は、前記複数の領域の温度に基づいて、前記フィルタの上流側ブロック及び下流側ブロックの領域比率を算出する、請求項１記載の排気浄化装置。
  3. 　前記差圧補正部は、前記フィルタの上流側の排気温度に基づいて、前記フィルタの上流側の圧力と前記フィルタの下流側の圧力との差圧を補正して第１差圧温度補正値を算出すると共に、前記フィルタの下流側の排気温度に基づいて、前記フィルタの上流側の圧力と前記フィルタの下流側の圧力との差圧を補正して第２差圧温度補正値を算出した後、前記第１差圧温度補正値と前記フィルタの上流側ブロックの領域比率とを乗算した値と、前記第２差圧温度補正値と前記フィルタの下流側ブロックの領域比率とを乗算した値とを加算して、前記フィルタの補正差圧を算出する、請求項１または２記載の排気浄化装置。
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