WO2024105737A1 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

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WO2024105737A1
WO2024105737A1 PCT/JP2022/042260 JP2022042260W WO2024105737A1 WO 2024105737 A1 WO2024105737 A1 WO 2024105737A1 JP 2022042260 W JP2022042260 W JP 2022042260W WO 2024105737 A1 WO2024105737 A1 WO 2024105737A1
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WO
WIPO (PCT)
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filter
exhaust gas
rotation speed
purification device
gas purification
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/042260
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋行 見野越
Original Assignee
株式会社Subaru
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Subaru filed Critical 株式会社Subaru
Priority to PCT/JP2022/042260 priority Critical patent/WO2024105737A1/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification device installed in a vehicle.
  • Exhaust gas emitted from an engine contains particulate matter such as soot.
  • vehicles are equipped with filters to remove particulate matter, such as DPFs (Diesel Particulate Filters) or GPFs (Gasoline Particulate Filters).
  • DPFs Diesel Particulate Filters
  • GPFs Gasoline Particulate Filters
  • a technology is widely used that estimates the amount of particulate matter accumulated in a filter based on the pressure difference between before and after the filter, as shown in Patent Document 1, for example.
  • the pressure difference increases to a predetermined pressure threshold
  • the regeneration process involves sending air through the filter to burn the particulate matter and remove it from the filter.
  • the pressure difference before and after the filter varies depending not only on the amount of particulate matter deposited on the filter but also on the deposition distribution. For this reason, in the filter, the pressure difference may be below the pressure threshold even though the amount of particulate matter deposited is equal to or greater than the amount threshold, or the pressure difference may be equal to or greater than the pressure threshold even though the amount of particulate matter deposited is less than the amount threshold.
  • the deposition distribution is such that the differential pressure is less than the pressure threshold even though the amount of particulate matter deposited is equal to or greater than the amount threshold, when the differential pressure reaches the pressure threshold, the amount of particulate matter deposited is already far greater than the amount threshold. For this reason, if regeneration processing is performed when the differential pressure reaches the pressure threshold, there is a risk that the particulate matter will be abnormally combusted.
  • the deposition distribution is such that the differential pressure is equal to or greater than the pressure threshold even though the amount of particulate matter deposited is less than the amount threshold, even when the differential pressure reaches the pressure threshold, the amount of particulate matter deposited is still less than the amount threshold. For this reason, even if the filter is not clogged, regeneration processing will be unnecessarily performed when the differential pressure reaches the pressure threshold.
  • the present invention aims to provide an exhaust gas purification device that can perform regeneration processing at an appropriate time based on criteria other than the differential pressure before and after the filter.
  • an exhaust gas purification device comprises: A filter provided in an exhaust passage connected to the engine; a rotary vane provided downstream of the filter in the exhaust passage; A control device having one or more processors and one or more memories coupled to the processors; Equipped with The processor, A process including at least one of an estimation process for estimating an amount of particulate matter accumulated on the filter and a regeneration process for regenerating the filter is executed based on the rotation speed of the rotary vanes.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a functional configuration of the control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a first diagram illustrating the relationship between the deposition distribution of particulate matter in a filter according to an embodiment of the present invention and the flow of exhaust gas passing through the filter.
  • FIG. 4 is a second diagram illustrating the relationship between the deposition distribution of particulate matter in the filter according to one embodiment of the present invention and the flow of exhaust gas passing through the filter.
  • FIG. 5 is a third diagram illustrating the relationship between the deposition distribution of particulate matter in the filter according to one embodiment of the present invention and the flow of exhaust gas passing through the filter.
  • FIG. 3 is a first diagram illustrating the relationship between the deposition distribution of particulate matter in a filter according to an embodiment of the present invention and the flow of exhaust gas passing through the filter.
  • FIG. 4 is a second diagram illustrating the
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the operating time of the engine according to one embodiment of the present invention and the rotation speed of the rotor blades.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the process flow of a method for regenerating the filter 220 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of a functional configuration of a control device according to a first modified example.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a process flow of the filter regeneration method according to the first modified example.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a process flow of a filter regeneration method according to the second modified example.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a process flow of a filter regeneration method according to the third modified example.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a vehicle 100 according to one embodiment of the present invention.
  • dashed arrows indicate the flow of signals.
  • the vehicle 100 includes an engine 110, an intake passage 120, an exhaust passage 130, a muffler 140, and an exhaust gas purification device 200.
  • the vehicle 100 is equipped with an engine 110 as a drive source.
  • the engine 110 is a gasoline engine.
  • the vehicle according to the present invention is not limited to this example, and may be, for example, a hybrid vehicle equipped with a motor as a drive source in addition to the engine 110.
  • the intake port of the engine 110 is connected to an intake manifold.
  • the collection section of the intake manifold is connected to an intake passage 120.
  • the intake passage 120 is formed, for example, from a pipe.
  • An exhaust manifold is connected to the exhaust port of the engine 110.
  • An exhaust flow path 130 is connected to the assembly of the exhaust manifold.
  • the exhaust flow path 130 is composed of, for example, piping. Exhaust gas exhausted from the engine 110 flows through the exhaust flow path 130.
  • upstream the upstream side of the exhaust gas flow direction
  • downstream side of the exhaust gas flow direction may simply be referred to as "downstream”.
  • An exhaust gas purification device 200 and a muffler 140 are provided in the exhaust flow path 130.
  • the exhaust gas purification device 200 is provided between the engine 110 and the muffler 140 in the exhaust flow path 130.
  • the exhaust gas purification device 200 purifies the exhaust gas exhausted from the engine 110.
  • the exhaust gas purified by the exhaust gas purification device 200 is exhausted to the outside through the muffler 140.
  • the exhaust gas purification device 200 includes a catalytic device 210 , a filter 220 , a rotor blade 230 , a motor 240 , and a control device 250 .
  • the catalytic device 210 is provided between the engine 110 and the muffler 140 in the exhaust flow path 130.
  • the catalytic device 210 includes, for example, a three-way catalyst.
  • the three-way catalyst is, for example, a catalytic metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), or rhodium (Rh).
  • the catalytic device 210 removes hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides from the exhaust gas discharged from the engine 110.
  • the filter 220 is provided downstream of the catalytic device 210 in the exhaust flow path 130.
  • the filter 220 is provided between the catalytic device 210 and the muffler 140 in the exhaust flow path 130.
  • the filter 220 has, for example, a cylindrical shape.
  • the filter 220 is arranged coaxially with the exhaust flow path 130a that is connected to the upstream side of the filter 220.
  • the filter 220 is, for example, a GPF (Gasoline Particulate Filter).
  • the filter 220 captures particulate matter contained in the exhaust gas.
  • the particulate matter includes, for example, soot.
  • the filter 220 is, for example, a wall-flow type.
  • the rotating blades 230 are provided downstream of the filter 220 in the exhaust flow path 130.
  • the rotating blades 230 are configured to be passively rotatable by the flow of exhaust gas through the exhaust flow path 130.
  • the rotating blades 230 can also be actively rotated by a motor 240, which will be described later.
  • the rotation axis of the rotating blades 230 is coaxial with the central axis of the filter 220, which is, for example, cylindrical.
  • the central axis of the exhaust flow path 130a, the central axis of the filter 220, and the rotation axis of the rotating blades 230 are arranged on the same straight line. This increases the correlation between the rotation speed of the rotating blades 230, which are rotated by the exhaust gas that has passed through the filter 220, and the deposition distribution and deposition amount of particulate matter deposited on the filter 220, making it possible to estimate the deposition amount with higher accuracy.
  • the motor 240 rotates the rotating blades 230.
  • the motor 240 is connected to the rotating blades 230 and rotates the rotating blades 230.
  • the flow rate of the gas flowing through the filter 220 can be increased.
  • the motor 240 is disconnected from the rotating blades 230, and the rotating blades 230 can rotate freely due to the flow of exhaust gas.
  • the operation of the motor 240 is stopped.
  • the control device 250 has one or more processors 252 and one or more memories 254 connected to the processors 252.
  • the processor 252 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit).
  • the memory 254 includes, for example, a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory).
  • the ROM is a memory element that stores programs and computational parameters used by the CPU.
  • the RAM is a memory element that temporarily stores data such as variables and parameters used in processes executed by the CPU.
  • the control device 250 communicates with each device (e.g., the engine 110, the rotor blades 230, the motor 240, etc.) provided in the vehicle 100. Communication between the control device 250 and each device is realized, for example, using CAN (Controller Area Network) communication.
  • CAN Controller Area Network
  • the control device 250 has a signal acquisition unit 260, an accumulation amount estimation unit 262, an engine control unit 264, a motor control unit 266, and a storage unit 270.
  • Various processes, including the processes described below, performed by the signal acquisition unit 260, the accumulation amount estimation unit 262, the engine control unit 264, and the motor control unit 266 can be executed by the processor 252.
  • the various processes are executed by the processor 252 executing programs stored in the memory 254.
  • the signal acquisition unit 260 acquires the rotation speed (rpm) of the rotating blades 230.
  • the signal acquisition unit 260 acquires the rotation speed of the rotating blades 230 when the regeneration process for the filter 220 is not being performed and the flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust passage 130 is in a steady state.
  • the steady state is a state in which the flow rate of exhaust gas is approximately constant, for example, the rate of change of the flow rate is within ⁇ 5%.
  • the steady state is, for example, a state in which the flow rate of exhaust gas is approximately constant during warm-up operation of the engine 110.
  • the accumulation amount estimation unit 262 executes an estimation process to estimate the accumulation amount of particulate matter in the filter 220 based on the change in the rotation speed of the rotating blades 230.
  • the change in the rotation speed of the rotating blades 230 refers to the change in the rotation speed over time as the rotation speed of the rotating blades 230 changes over time while the engine 110 is operating.
  • FIGS. 3 to 5 are diagrams illustrating the relationship between the deposition distribution of particulate matter in the filter 220 according to one embodiment of the present invention and the flow of exhaust gas passing through the filter 220.
  • the areas with one-sided diagonal hatching indicate areas where particulate matter has not deposited, and the areas with cross-hatching indicate areas where particulate matter has deposited.
  • the arrows indicate the flow of exhaust gas.
  • Particulate matter is trapped in the area of the filter 220 through which the exhaust gas has passed. Therefore, the particulate matter first accumulates in the central area 220a of the filter 220.
  • the magnitude of pressure loss in filter 220 depends on the amount of particulate matter accumulated. More specifically, the greater the amount of particulate matter accumulated in filter 220, the greater the pressure loss. For this reason, exhaust gas supplied to filter 220 from exhaust flow path 130a flows preferentially through areas with a smaller amount of accumulation than areas with a larger amount of accumulation. Therefore, as shown in Figures 3 to 5, from the first state, the area in which particulate matter accumulates expands from central region 220a of filter 220 toward peripheral region 220b as the operating time of engine 110 elapses.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust passage 130a travels in a substantially straight line, passes through the central region 220a of the filter 220, and reaches the rotating blades 230. Therefore, the exhaust gas mainly hits the rotating shaft (central portion) of the rotating blades 230 and the vicinity of the rotating shaft.
  • the filter 220 transitions from the first state to the second state.
  • the filter 220 when the filter 220 is in the second state, particulate matter accumulates in the central region 220a including the central axis of the filter 220. As described above, the region where particulate matter accumulates has a large pressure loss. For this reason, the exhaust gas flows preferentially through the outer peripheral region 220b where no particulate matter has accumulated, rather than through the central region 220a where particulate matter has accumulated. Therefore, the exhaust gas mainly hits the outer peripheral portion of the rotating blades 230 and the vicinity of the outer peripheral portion.
  • the flow rate of the exhaust gas acting on the rotating blades 230 corresponds to the above "force F”
  • the distance from the position where the exhaust gas hits the rotating blades 230 to the rotation shaft corresponds to the above "distance L”. Therefore, the rotation speed of the rotating blades 230 depends on the flow rate of the exhaust gas acting on the rotating blades 230 and the distance from the position where the exhaust gas hits the rotating blades 230 to the rotation shaft.
  • the rotation speed of the rotating blades 230 is higher when the exhaust gas hits the outer periphery of the rotating blades 230 than when the exhaust gas hits the center of the rotating blades 230. Therefore, when the filter 220 is in the second state, the rotation speed of the rotating blades 230 is higher than when it is in the first state.
  • the filter 220 transitions from the second state to the third state.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the operating time of the engine 110 and the rotation speed of the rotor blades 230 according to one embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis indicates the operating time of the engine 110.
  • the vertical axis indicates the rotation speed of the rotor blades 230.
  • the rotational speed of the rotating blades 230 is rotational speed Rini.
  • the area where particulate matter accumulates expands from the central region 220a of the filter 220 toward the outer periphery region 220b. Therefore, as time passes from the first state, the point where the exhaust gas hits the rotating blades 230 moves from the center to the outer periphery (tip) of the rotating blades 230. Therefore, as time passes from the first state, the rotational speed of the rotating blades 230 gradually increases from rotational speed Rini.
  • the accumulation amount estimation unit 262 refers to correlation information stored in the memory unit 270 (described later) and executes an estimation process to estimate the accumulation amount of particulate matter in the filter 220 based on the rotation speed of the rotating blades 230.
  • the correlation information is information that indicates the correlation between the accumulation amount of particulate matter in the filter 220 and the rotation speed of the rotating blades 230.
  • the correlation information is created by experiment or simulation, and is stored in advance in the memory unit 270.
  • the engine control unit 264 controls the engine 110.
  • the engine control unit 264 cuts fuel to the engine 110, sends air to the filter 220, and executes the regeneration process.
  • the amount threshold Tha is determined to be the maximum amount of deposition at which particulate matter can be burned without abnormal combustion in the regeneration process.
  • the amount threshold Tha is determined to be the amount of particulate matter deposition when the rotation speed of the rotor blades 230 reaches the maximum rotation speed Rmax and then becomes the rotation speed Rtha in the process in which the rate of change of the rotation speed becomes negative (see FIG. 6).
  • Information indicating the amount threshold Tha is pre-stored in the memory unit 270.
  • the motor control unit 266 connects the motor 240 to the rotor blades 230 and operates the motor 240 while the regeneration process is being performed.
  • the storage unit 270 stores the above correlation information and information indicating the quantity threshold Tha.
  • Fig. 7 is a flowchart showing the flow of processes of the method for regenerating the filter 220 according to one embodiment of the present invention.
  • the regeneration method includes a steady state determination process S110, an acquisition process S112, an estimation process S114, a decrease determination process S116, an accumulation amount determination process S118, and a regeneration process S120. Each process will be described below.
  • the regeneration method is repeatedly performed by an interruption that occurs at a predetermined time interval.
  • Step S110 The signal acquisition unit 260 judges whether the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 130 is in a steady state. As a result, when it is judged that the flow rate is in a steady state (YES in S110), the signal acquisition unit 260 moves the process to acquisition processing S112. On the other hand, when it is judged that the flow rate is not in a steady state (NO in S110), the signal acquisition unit 260 ends the regeneration method.
  • the signal acquisition unit 260 acquires the rotation speed R of the rotary blades 230 .
  • the accumulation amount estimation unit 262 refers to the correlation information stored in the storage unit 270 and estimates the accumulation amount Eq of particulate matter in the filter 220 based on the rotation speed R acquired in the acquisition process S112.
  • the engine control unit 264 compares the previous value, which is the rotation speed R acquired in the previous acquisition process S112, with the current value, which is the rotation speed R acquired in the current acquisition process S112. Then, the engine control unit 264 determines whether the rotation speed R acquired in the current acquisition process S112 has decreased from the previous value. As a result, when it is determined that the rotation speed R has decreased from the previous value (YES in S116), the engine control unit 264 shifts the process to the accumulation amount determination process S118. On the other hand, when it is determined that the rotation speed R has not decreased from the previous value (NO in S116), the engine control unit 264 ends the regeneration method.
  • the engine control unit 264 determines whether the accumulation amount Eq estimated in the estimation process S114 is equal to or greater than the amount threshold value Tha stored in the storage unit 270. As a result, when it is determined that the accumulation amount Eq is equal to or greater than the amount threshold value Tha (YES in S118), the engine control unit 264 moves the process to the regeneration process S120. On the other hand, when it is determined that the accumulation amount Eq is not equal to or greater than the amount threshold value Tha, that is, when it is determined that the accumulation amount Eq is less than the amount threshold value Tha (NO in S118), the engine control unit 264 ends the regeneration method.
  • the engine control unit 264 performs the regeneration process by cutting off fuel to the engine 110 and sending air to the filter 220.
  • the motor control unit 266 connects the motor 240 to the rotor blades 230 and causes the motor 240 to operate.
  • the exhaust gas purification device 200 executes an estimation process based on the transition of the rotation speed of the rotating vanes 230.
  • the exhaust gas transitions from a first state (see FIG. 3) in which the exhaust gas mainly passes through the central region 220a of the filter 220 to a second state (see FIG. 4) in which the exhaust gas mainly passes through the outer peripheral region 220b, so that the rotation speed of the rotating vanes 230 gradually increases from the initial rotation speed Rini until it reaches the maximum rotation speed Rmax.
  • the exhaust gas purification device 200 estimates the amount of particulate matter deposited on the filter 220 based on the change (change over time) in the rotation speed of the rotating vanes 230, and is therefore able to estimate the amount of deposition with a high degree of accuracy compared to conventional technology that estimates the amount of deposition based on the pressure difference before and after the filter 220. This allows the exhaust gas purification device 200 to execute the regeneration process at an appropriate time.
  • the exhaust gas purification device 200 executes the regeneration process when the rotation speed of the rotating vanes 230 increases to the rotation speed Rmax (first rotation speed) and then decreases to the rotation speed Rtha (second rotation speed) that is less than the rotation speed Rmax.
  • the signal acquisition unit 260 acquires the rotation speed of the rotating blades 230 when the flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust passage 130 is steady (e.g., during warm-up operation of the engine 110). This makes it possible to eliminate fluctuations in the rotation speed of the rotating blades 230 caused by differences in the flow rate of exhaust gas, and to detect fluctuations in the rotation speed caused by the deposition distribution and amount of particulate matter in the filter 220.
  • the exhaust gas purification device 200 includes the motor 240 and the motor control unit 266.
  • the motor 240 and the motor control unit 266 rotate the rotary vanes 230 while the regeneration process is being performed. This allows the exhaust gas purification device 200 to increase the amount of fresh air (oxygen) supplied to the filter 220 while the regeneration process is being performed. Therefore, the exhaust gas purification device 200 can efficiently perform the regeneration process of the filter 220.
  • the exhaust gas purification device 200 executes the process of estimating the accumulation amount based on the transition of the rotation speed of the rotating blades 230, and executes the process of regenerating the filter 220 based on the estimated accumulation amount.
  • the exhaust gas purification device 200 may execute the process of regenerating the filter 220 based on the transition of the rotation speed of the rotating blades 230 without executing the process of estimating the accumulation amount.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the control device 350 according to the first modified example.
  • the control device 350 has a signal acquisition unit 260, an engine control unit 364, a motor control unit 266, and a storage unit 370.
  • various processes including the processes described below performed by the signal acquisition unit 260, the engine control unit 364, and the motor control unit 266 can be executed by the processor 252.
  • various processes are executed by the processor 252 executing a program stored in the memory 254.
  • components that are substantially the same as those of the control device 250 of the above embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the engine control unit 364 executes the regeneration process based on the change in the rotation speed of the rotor blades 230. The specific process performed by the engine control unit 364 will be described in detail later.
  • the memory unit 370 stores regeneration process execution information.
  • the regeneration process execution information is information indicating the rotation speed Rtha of the rotor blades 230 when the amount threshold value Tha is reached.
  • the regeneration process execution information is created by experiment or simulation, and is stored in advance in the memory unit 370.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the process flow of the method for regenerating the filter 220 according to the first modified example.
  • the regeneration method according to the first modified example includes a steady state determination process S110, an acquisition process S112, a decrease determination process S116, a rotation speed determination process S318, and a regeneration process S120. Each process will be described below. Note that in the first modified example, the regeneration method is repeatedly performed by an interrupt that occurs at a predetermined time interval. Furthermore, processes that are substantially the same as those in the regeneration method of the above embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the exhaust gas purification device 200 executes the regeneration process based on the change in the rotation speed of the rotating blades 230.
  • the rotation speed of the rotating blades 230 changes based on the accumulation distribution and amount of particulate matter in the filter 220.
  • the exhaust gas purification device 200 performs the regeneration process based on the change in the rotation speed of the rotor blades 230 (change over time), which makes it possible to perform the regeneration process at an appropriate timing compared to the conventional technology that performs the regeneration process based on the pressure difference between before and after the filter 220.
  • control device 350 differs from the control device 250 of the above embodiment in that it does not estimate the amount of particulate matter accumulated in the filter 220. Therefore, in the first modified example, the control device 350 can reduce the processing load.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the process flow of the regeneration method of the filter 220 according to the second modified example.
  • the regeneration method according to the second modified example includes a steady state determination process S110, an acquisition process S112, an estimation process S114, a rotation speed determination process S410, a flag ON process S412, a flag determination process S414, an accumulation amount determination process S118, a regeneration process S120, and a flag OFF process S416.
  • the regeneration method is repeatedly performed by an interrupt that occurs at a predetermined time interval.
  • processes that are substantially the same as those in the regeneration method of the above embodiment are given the same reference numerals and will not be explained.
  • the engine control unit 264 determines whether the rotation speed R acquired in the acquisition process S112 is the rotation speed Rmax (first rotation speed). As a result, when it is determined that the rotation speed R is the rotation speed Rmax (YES in S410), the engine control unit 264 shifts the process to a flag ON process S412. On the other hand, when it is determined that the rotation speed R is not the rotation speed Rmax, that is, is less than the rotation speed Rmax (NO in S410), the engine control unit 264 shifts the process to a flag determination process S414.
  • the engine control unit 264 determines whether the flag is ON. As a result, when it is determined that the flag is ON (YES in S414), the engine control unit 264 shifts the process to the accumulation amount determination process S118. On the other hand, when the flag is not ON, that is, when the flag is OFF (NO in S414), the engine control unit 264 ends the regeneration method.
  • the exhaust gas purification device 200 performs the estimation process based on the rotation speed of the rotating blades 230 itself.
  • the rotation speed of the rotating blades 230 changes based on the accumulation distribution and amount of particulate matter in the filter 220.
  • the exhaust gas purification device 200 estimates the amount of particulate matter in the filter 220 based on the rotation speed of the rotating blades 230, and is therefore able to estimate the amount of deposition with a high degree of accuracy compared to the conventional technology that estimates the amount of deposition based on the pressure difference before and after the filter 220.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the process flow of the regeneration method of the filter 220 according to the third modified example.
  • the regeneration method according to the third modified example includes a steady state determination process S110, an acquisition process S112, a rotation speed determination process S410, a flag ON process S412, a flag determination process S414, a rotation speed determination process S318, a regeneration process S120, and a flag OFF process S416.
  • the regeneration method is repeatedly performed by an interrupt that occurs at a predetermined time interval.
  • processes that are substantially the same as those in the regeneration methods of the above embodiment, the first modified example, and the second modified example are given the same reference numerals and will not be described.
  • the exhaust gas purification device 200 performs the regeneration process based on the rotation speed of the rotating blades 230 itself. As described above, the rotation speed of the rotating blades 230 changes based on the deposition distribution and deposition amount of particulate matter in the filter 220.
  • the exhaust gas purification device 200 performs the regeneration process based on the rotation speed of the rotating vanes 230, making it possible to perform the regeneration process at an appropriate timing compared to the conventional technology that performs the regeneration process based on the differential pressure before and after the filter 220.
  • control device 350 differs from the control device 250 in the second modified example above in that it does not estimate the amount of particulate matter accumulated in the filter 220. Therefore, in the third modified example, the control device 350 can reduce the processing load.
  • the exhaust gas purification device 200 executes the estimation process or the regeneration process based on the rotation speed of the rotating vanes 230 when the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 130 is in a steady state.
  • the exhaust gas purification device 200 may execute the estimation process or the regeneration process based on a correction value obtained by correcting the rotation speed of the rotating vanes 230 by the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 130.
  • the exhaust gas purification device 200 can eliminate fluctuations in the rotation speed of the rotating vanes 230 caused by differences in the flow rate of the exhaust gas, and can execute the estimation process or the regeneration process based on the rotation speed caused by the deposition distribution and deposition amount of particulate matter in the filter 220. Therefore, the exhaust gas purification device 200 can improve the accuracy of estimating the deposition amount and the accuracy of determining the timing to execute the regeneration process.
  • the rotation speed Rmax which is the maximum rotation speed of the rotating vanes 230
  • the first rotation speed may be a value less than the rotation speed Rmax and greater than the rotation speed Rtha.
  • the exhaust gas purification device 200 may execute the regeneration process or the estimation process when the rotation speed of the rotating vanes 230 increases to or greater than the first rotation speed and then decreases to or less than a second rotation speed that is less than the first rotation speed.
  • the rotation speed Rtha which corresponds to a state in which the regeneration process of the filter 220 is required, is given as an example of the second rotation speed.
  • the second rotation speed may be a value less than the first rotation speed and greater than the rotation speed Rtha.
  • the exhaust gas purification device 200 may also perform the estimation process when the rotation speed of the rotor blades 230 increases to or exceeds a first rotation speed and then decreases to or below a second rotation speed that is less than the first rotation speed. This allows the exhaust gas purification device 200 to perform the estimation process only for a predetermined period before and after the start of execution of the regeneration process. Therefore, the control devices 250, 350 can reduce the calculation load required for the estimation process.
  • the filter 220 is employed as a GPF.
  • the filter 220 may also be employed as a DPF (Diesel Particulate Filter).
  • the engine 110 may be a diesel engine.

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Abstract

排気ガス浄化装置は、エンジンに接続された排気流路に設けられるフィルタと、前記排気流路における前記フィルタの下流側に設けられる回転羽根と、１つまたは複数のプロセッサ、および、前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリを有する制御装置と、を備え、前記プロセッサは、前記回転羽根の回転速度に基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定処理、または、前記フィルタを再生する再生処理の少なくともいずれかを含む処理を実行する。

Description

排気ガス浄化装置
　本発明は、車両に設けられる排気ガス浄化装置に関する。
　エンジンから排気される排気ガスには、煤等の粒子状物質が含まれる。このため、車両には、粒子状物質を取り除くフィルタとして、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）またはＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）が設けられている。このようなフィルタでは、フィルタに形成された孔で粒子状物質を捕捉することにより、排気ガスから粒子状物質を取り除く。フィルタは、使用を継続するに従い、粒子状物質によって目詰まりする。
　そこで、例えば、特許文献１に示されるように、フィルタの前後の差圧に基づいて、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する技術が広く用いられている。この技術では、差圧が所定の圧力閾値まで増加したら、フィルタにおける粒子状物質の堆積量が所定の量閾値まで増加したと推定して、フィルタに対し再生処理が実行される。再生処理は、フィルタに空気を送り、粒子状物質を燃焼させてフィルタから除去する処理である。
特開２０２２－５９８１７号公報
　しかし、フィルタの前後の差圧は、フィルタにおける粒子状物質の堆積量のみならず、堆積分布によって変動する。このため、フィルタでは、粒子状物質の堆積量が量閾値以上であるにも拘わらず、差圧が圧力閾値未満となる場合、または、粒子状物質の堆積量が量閾値未満であるにも拘わらず、差圧が圧力閾値以上となる場合がある。
　粒子状物質の堆積量が量閾値以上であるにも拘わらず、差圧が圧力閾値未満となる堆積分布である場合、差圧が圧力閾値になったときには、粒子状物質の堆積量はすでに量閾値をはるかに上回っている。このため、差圧が圧力閾値になったときに再生処理が実行されると、粒子状物質が異常燃焼してしまうおそれがある。
　一方、粒子状物質の堆積量が量閾値未満であるにも拘わらず、差圧が圧力閾値以上となる堆積分布である場合、差圧が圧力閾値になったときであっても、粒子状物質の堆積量は、まだ量閾値未満である。このため、フィルタが目詰まりしていなくても、差圧が圧力閾値になったときに再生処理が不要に実行されてしまう。
　したがって、フィルタの前後の差圧に基づいて堆積量を推定すると、適切なタイミングで再生処理が実行できないという問題がある。
　そこで、本発明は、このような課題に鑑み、フィルタの前後の差圧以外の基準に基づいて、適切なタイミングで再生処理を実行することが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一実施の形態に係る排気ガス浄化装置は、
　エンジンに接続された排気流路に設けられるフィルタと、
　前記排気流路における前記フィルタの下流側に設けられる回転羽根と、
　１つまたは複数のプロセッサ、および、前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリを有する制御装置と、
を備え、
　前記プロセッサは、
　前記回転羽根の回転速度に基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定処理、または、前記フィルタを再生する再生処理の少なくともいずれかを含む処理を実行する。
　本発明によれば、フィルタの前後の差圧以外の基準に基づいて、適切なタイミングで再生処理を実行することが可能となる。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両の構成を示す概略図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るフィルタにおける粒子状物質の堆積分布と、フィルタを通過する排気ガスの流れとの関係を説明する第１の図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るフィルタにおける粒子状物質の堆積分布と、フィルタを通過する排気ガスの流れとの関係を説明する第２の図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るフィルタにおける粒子状物質の堆積分布と、フィルタを通過する排気ガスの流れとの関係を説明する第３の図である。 図６は、本発明の一実施形態に係るエンジンの動作時間と回転羽根の回転速度との関係を示す図である。 図７は、本発明の一実施形態に係るフィルタ２２０の再生方法の処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、第１の変形例に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図９は、第１の変形例に係るフィルタの再生方法の処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は、第２の変形例に係るフィルタの再生方法の処理の流れを示すフローチャートである。 図１１は、第３の変形例に係るフィルタの再生方法の処理の流れを示すフローチャートである。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料、数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る車両１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、破線の矢印は、信号の流れを示す。
　図１に示すように、本実施形態に係る車両１００は、エンジン１１０と、吸気流路１２０と、排気流路１３０と、マフラ１４０と、排気ガス浄化装置２００とを含む。
　車両１００は、エンジン１１０を駆動源として備える。エンジン１１０は、ガソリンエンジンである。ただし、本発明に係る車両は、この例に限定されず、例えば、エンジン１１０に加えてモータを駆動源として備えるハイブリッド車両であってもよい。
　エンジン１１０の吸気ポートには、吸気マニホールドが連通される。吸気マニホールドの集合部には、吸気流路１２０が連通される。吸気流路１２０は、例えば、配管で構成される。
　エンジン１１０の排気ポートには排気マニホールドが連通される。排気マニホールドの集合部には、排気流路１３０が連通される。排気流路１３０は、例えば、配管で構成される。エンジン１１０から排気された排気ガスは、排気流路１３０を流れる。以下、排気ガスの流れ方向の上流を単に「上流」という場合がある。また、排気ガスの流れ方向の下流を単に「下流」という場合がある。
　排気流路１３０には、排気ガス浄化装置２００と、マフラ１４０とが設けられる。排気ガス浄化装置２００は、排気流路１３０におけるエンジン１１０とマフラ１４０との間に設けられる。排気ガス浄化装置２００は、エンジン１１０から排気された排気ガスを浄化する。排気ガス浄化装置２００によって浄化された排気ガスは、マフラ１４０を通じて外部に排気される。
　続いて、排気ガス浄化装置２００の構成および機能の詳細について説明する。
［排気ガス浄化装置２００］
　図１に示すように、排気ガス浄化装置２００は、触媒装置２１０と、フィルタ２２０と、回転羽根２３０と、モータ２４０と、制御装置２５０とを含む。
　触媒装置２１０は、排気流路１３０におけるエンジン１１０とマフラ１４０との間に設けられる。触媒装置２１０は、例えば、三元触媒を含む。三元触媒は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属である。触媒装置２１０は、エンジン１１０から排出された排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。
　フィルタ２２０は、排気流路１３０における触媒装置２１０の下流側に設けられる。換言すれば、フィルタ２２０は、排気流路１３０における触媒装置２１０とマフラ１４０との間に設けられる。フィルタ２２０は、例えば、円柱形状である。フィルタ２２０は、フィルタ２２０の上流側に接続される排気流路１３０ａと同軸上に配置される。
　本実施形態において、フィルタ２２０は、例えば、ＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）である。フィルタ２２０は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉する。粒子状物質は、例えば、煤を含む。フィルタ２２０は、例えば、ウォールフロー型である。
　回転羽根２３０は、排気流路１３０におけるフィルタ２２０の下流側に設けられる。本実施形態において、回転羽根２３０は、排気流路１３０を流れる排気ガスの流れによって受動的に回転可能に構成される。また、回転羽根２３０は、後述するモータ２４０によって能動的に回転することも可能である。
　本実施形態において、回転羽根２３０の回転軸は、例えば円柱形状のフィルタ２２０の中心軸と同軸である。つまり、排気流路１３０ａの中心軸、フィルタ２２０の中心軸、および、回転羽根２３０の回転軸は、同一直線上に配置される。これにより、フィルタ２２０を通過した排気ガスにより回転する回転羽根２３０の回転速度と、フィルタ２２０に堆積した粒子状物質の堆積分布および堆積量との相関性が高くなるので、当該堆積量をより高精度に推定可能となる。
　モータ２４０は、回転羽根２３０を回転させる。本実施形態において、フィルタ２２０の再生処理が実行される際、モータ２４０は、回転羽根２３０に接続されて、回転羽根２３０を回転させる。モータ２４０によって回転羽根２３０が回転されることにより、フィルタ２２０を流れるガスの流速を増加させることができる。
　また、フィルタ２２０の再生処理が実行されていない場合、モータ２４０と回転羽根２３０との接続は解除され、回転羽根２３０は排気ガスの流れによって自由に回転可能となる。また、フィルタ２２０の再生処理が実行されていない場合、モータ２４０の動作は停止される。
　制御装置２５０は、１つまたは複数のプロセッサ２５２と、プロセッサ２５２に接続される１つまたは複数のメモリ２５４とを有する。プロセッサ２５２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を含む。メモリ２５４は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラムおよび演算パラメータ等を記憶する記憶素子である。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される処理に用いられる変数およびパラメータ等のデータを一時記憶する記憶素子である。
　制御装置２５０は、車両１００に設けられる各装置（例えば、エンジン１１０、回転羽根２３０、モータ２４０等）と通信を行う。制御装置２５０と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。
　図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置２５０の機能構成の一例を示すブロック図である。例えば、図２に示すように、制御装置２５０は、信号取得部２６０と、堆積量推定部２６２と、エンジン制御部２６４と、モータ制御部２６６と、記憶部２７０とを有する。なお、信号取得部２６０、堆積量推定部２６２、エンジン制御部２６４、および、モータ制御部２６６により行われる以下で説明する処理を含む各種処理は、プロセッサ２５２によって実行され得る。詳細には、メモリ２５４に記憶されているプログラムをプロセッサ２５２が実行することにより、各種処理が実行される。
　信号取得部２６０は、回転羽根２３０の回転速度（回転数）を取得する。本実施形態において、信号取得部２６０は、フィルタ２２０に対する再生処理が不実行であり、かつ、排気流路１３０を流れる排気ガスの流量が定常状態である場合の回転羽根２３０の回転速度を取得する。なお、定常状態は、排気ガスの流量が略一定、例えば、当該流量の変化率が±５％以内となる状態である。定常状態は、例えば、エンジン１１０の暖機運転中に排気ガスの流量が略一定となる状態である。
　堆積量推定部２６２は、回転羽根２３０の回転速度の推移に基づいて、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積量を推定する推定処理を実行する。ここで、回転羽根２３０の回転速度の推移とは、エンジン１１０の動作中において回転羽根２３０の回転速度が時間の経過に伴って変化する際の当該回転速度の時間的な推移である。
　図３～図５は、本発明の一実施形態に係るフィルタ２２０における粒子状物質の堆積分布と、フィルタ２２０を通過する排気ガスの流れとの関係を説明する図である。なお、図３～図５中、片側斜線ハッチングの領域は、粒子状物質が堆積していない領域を示し、クロスハッチングの領域は、粒子状物質が堆積している領域を示す。また、図３～図５中、矢印は、排気ガスの流れを示す。
　上記したように、排気流路１３０ａの中心軸およびフィルタ２２０の中心軸は、同一直線上に配置されている。このため、図３に示すように、フィルタ２２０の全ての領域に粒子状物質がほとんど堆積していない第１の状態である場合、排気流路１３０ａからフィルタ２２０に供給された排気ガスは、フィルタ２２０の中心軸を含む中央領域２２０ａを直進する。第１の状態のフィルタ２２０は、新品のフィルタ２２０、または、再生処理が実行された直後のフィルタ２２０である。
　粒子状物質は、フィルタ２２０における、排気ガスが通過した領域に捕捉される。したがって、粒子状物質は、まず、フィルタ２２０の中央領域２２０ａに堆積する。
　一方、フィルタ２２０の圧力損失の大きさは、粒子状物質の堆積量に依存する。具体的に説明すると、フィルタ２２０において、粒子状物質の堆積量が多いほど、圧力損失は大きくなる。このため、排気流路１３０ａからフィルタ２２０に供給された排気ガスは、堆積量の多い領域よりも、堆積量の少ない領域を優先的に流れることになる。したがって、図３～図５に示すように、第１の状態から、エンジン１１０の動作時間が経過するに従って、粒子状物質が堆積する領域は、フィルタ２２０の中央領域２２０ａから外周領域２２０ｂに向かって拡張される。
　続いて、フィルタ２２０を通過する排気ガスの流れ、および、回転羽根２３０の回転速度について説明する。
　図３に示すように、フィルタ２２０にほとんど粒子状物質が堆積していない第１の状態である場合、排気流路１３０ａを流れる排気ガスは、略直進してフィルタ２２０の中央領域２２０ａを通過し、回転羽根２３０に到達する。したがって、排気ガスは、主に、回転羽根２３０の回転軸（中央部分）および回転軸の近傍に対して当たることになる。
　そして、第１の状態からエンジン１１０の動作時間が経過すると、フィルタ２２０への粒子状物質の堆積量が増加し、フィルタ２２０は、第１の状態から第２の状態へ移行する。
　図４に示すように、フィルタ２２０が第２の状態である場合、フィルタ２２０の中心軸を含む中央領域２２０ａに粒子状物質が堆積している。上記したように、粒子状物質が堆積した領域は、圧力損失が大きい。このため、排気ガスは、粒子状物質が堆積した中央領域２２０ａよりも、粒子状物質が堆積していない外周領域２２０ｂを優先的に流れる。したがって、排気ガスは、主に、回転羽根２３０の外周部分および外周部分の近傍に対して当たることになる。
　回転羽根２３０を回転させるためのトルクＴは、回転羽根２３０に作用する力Ｆと、当該力Ｆが作用する回転羽根２３０の位置から回転軸までの距離Ｌとに依存する（Ｔ＝Ｆ×Ｌ）。回転羽根２３０に作用する排気ガスの流量は上記「力Ｆ」に相当し、回転羽根２３０に排気ガスが当たる位置から回転軸までの距離は上記「距離Ｌ」に相当する。したがって、回転羽根２３０の回転速度は、回転羽根２３０に作用する排気ガスの流量と、回転羽根２３０に排気ガスが当たる位置から回転軸までの距離に依存する。したがって、排気ガスの流量が略一定である場合、回転羽根２３０の中央部分に排気ガスが当たるときよりも、回転羽根２３０の外周部分に排気ガスが当たるときの方が、回転羽根２３０の回転速度は大きくなる。このため、フィルタ２２０が第２の状態である場合、回転羽根２３０の回転速度は、第１の状態よりも大きくなる。
　そして、第２の状態からエンジン１１０の動作時間が経過すると、フィルタ２２０への粒子状物質の堆積量がさらに増加し、フィルタ２２０は、第２の状態から第３の状態へ移行する。
　図５に示すように、フィルタ２２０が第３の状態である場合、フィルタ２２０の全ての領域に粒子状物質が堆積している。このため、排気ガスは、フィルタ２２０全体を通過する。したがって、排気ガスは、回転羽根２３０全体に対して概ね均等に当たることになる。そうすると、フィルタ２２０が第３の状態である場合、回転羽根２３０の回転速度は、第２の状態よりも小さくなる。また、フィルタ２２０が第３の状態である場合、回転羽根２３０の回転速度は、第１の状態よりも大きくなる。
　図６は、本発明の一実施形態に係るエンジン１１０の動作時間と回転羽根２３０の回転速度との関係を示す図である。図６中、横軸は、エンジン１１０の動作時間を示す。また、図６中、縦軸は、回転羽根２３０の回転速度を示す。
　図６に示すように、例えば、フィルタ２２０が第１の状態（図３参照。）である時刻ｔ１において、回転羽根２３０の回転速度が回転速度Ｒｉｎｉであるとする。上記したように、第１の状態からエンジン１１０の動作が継続されると、粒子状物質が堆積する領域は、フィルタ２２０の中央領域２２０ａから外周領域２２０ｂに向かって拡張される。このため、第１の状態から時間の経過に伴い、回転羽根２３０に対して排気ガスが当たる箇所は、回転羽根２３０の中央から外周（先端）に移動する。したがって、第１の状態から時間の経過に伴い、回転羽根２３０の回転速度は、回転速度Ｒｉｎｉから徐々に増加する。
　そして、フィルタ２２０が第２の状態（図４参照。）となる時刻ｔ２において、回転羽根２３０の回転速度は、最大の回転速度Ｒｍａｘになる。
　時刻ｔ２からさらに時間が経過すると、フィルタ２２０の全ての領域に粒子状物質が堆積するようになるため、排気ガスは、回転羽根２３０全体に対して当たるようになる。このため、時刻ｔ２以降、時間の経過に伴って、回転羽根２３０の回転速度は、回転速度Ｒｍａｘから徐々に減少する。
　図２に戻って説明すると、本実施形態において、堆積量推定部２６２は、後述する記憶部２７０に記憶された相関情報を参照し、回転羽根２３０の回転速度に基づいて、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積量を推定する推定処理を実行する。なお、相関情報は、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積量と、回転羽根２３０の回転速度との相関を示す情報である。相関情報は、実験、または、シミュレーションによって作成され、予め記憶部２７０に記憶される。
　エンジン制御部２６４は、エンジン１１０を制御する。本実施形態において、エンジン制御部２６４は、堆積量推定部２６２によって推定された粒子状物質の堆積量が、所定の量閾値Ｔｈａ以上となった場合に、エンジン１１０に対し燃料カットして、フィルタ２２０に空気を送り、再生処理を実行する。なお、量閾値Ｔｈａは、再生処理において異常燃焼させずに粒子状物質を燃焼できる堆積量の最大値に決定される。例えば、量閾値Ｔｈａは、回転羽根２３０の回転速度が最大値である回転速度Ｒｍａｘに到達した後、回転速度の変化率がマイナスに推移する過程において、回転速度が回転速度Ｒｔｈａとなる場合の粒子状物質の堆積量に決定される（図６参照。）。量閾値Ｔｈａを示す情報は、記憶部２７０に予め記憶される。
　モータ制御部２６６は、再生処理が実行されている間、モータ２４０を回転羽根２３０に接続して、モータ２４０を動作させる。
　記憶部２７０は、上記相関情報、および、量閾値Ｔｈａを示す情報を記憶する。
［再生方法］
　続いて、上記排気ガス浄化装置２００を用いたフィルタ２２０の再生方法について説明する。図７は、本発明の一実施形態に係るフィルタ２２０の再生方法の処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、本実施形態に係る再生方法は、定常状態判定処理Ｓ１１０と、取得処理Ｓ１１２と、推定処理Ｓ１１４と、減少判定処理Ｓ１１６と、堆積量判定処理Ｓ１１８と、再生処理Ｓ１２０とを含む。以下、各処理について説明する。なお、本実施形態において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって再生方法が繰り返し遂行される。
［定常状態判定処理Ｓ１１０］
　信号取得部２６０は、排気流路１３０を流れる排気ガスの流量が定常状態であるか否かを判定する。その結果、定常状態であると判定した場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、信号取得部２６０は、取得処理Ｓ１１２に処理を移す。一方、定常状態ではないと判定した場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、信号取得部２６０は、当該再生方法を終了する。
［取得処理Ｓ１１２］
　信号取得部２６０は、回転羽根２３０の回転速度Ｒを取得する。
［推定処理Ｓ１１４］
　堆積量推定部２６２は、記憶部２７０に記憶された相関情報を参照し、取得処理Ｓ１１２において取得された回転速度Ｒに基づいて、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積量Ｅｑを推定する。
［減少判定処理Ｓ１１６］
　エンジン制御部２６４は、前回の取得処理Ｓ１１２において取得された回転速度Ｒである前回値と、今回の取得処理Ｓ１１２において取得された回転速度Ｒである今回値とを比較する。そして、エンジン制御部２６４は、今回の取得処理Ｓ１１２において取得された回転速度Ｒが前回値から減少しているか否かを判定する。その結果、回転速度Ｒが前回値から減少していると判定した場合（Ｓ１１６におけるＹＥＳ）、エンジン制御部２６４は、堆積量判定処理Ｓ１１８に処理を移す。一方、回転速度Ｒが前回値から減少していないと判定した場合（Ｓ１１６におけるＮＯ）、エンジン制御部２６４は、当該再生方法を終了する。
［堆積量判定処理Ｓ１１８］
　エンジン制御部２６４は、推定処理Ｓ１１４において推定した堆積量Ｅｑが、記憶部２７０に記憶された量閾値Ｔｈａ以上であるか否かを判定する。その結果、堆積量Ｅｑが量閾値Ｔｈａ以上であると判定した場合（Ｓ１１８におけるＹＥＳ）、エンジン制御部２６４は、再生処理Ｓ１２０に処理を移す。一方、堆積量Ｅｑが量閾値Ｔｈａ以上ではない、つまり、堆積量Ｅｑが量閾値Ｔｈａ未満であると判定した場合（Ｓ１１８におけるＮＯ）、エンジン制御部２６４は、当該再生方法を終了する。
［再生処理Ｓ１２０］
　エンジン制御部２６４は、エンジン１１０に対し燃料カットして、フィルタ２２０に空気を送り、再生処理を実行する。また、モータ制御部２６６は、モータ２４０を回転羽根２３０に接続して、モータ２４０を動作させる。
　以上説明したように、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度の推移に基づいて推定処理を実行する。上記のように、フィルタ２２０に粒子状物質が堆積し始める初期段階では、図３に示すように、フィルタ２２０において粒子状物質の堆積分布に偏りはない。その後、フィルタ２２０の中央領域２２０ａから外周領域２２０ｂにかけて粒子状物質が徐々に堆積していき、堆積分布の偏りが発生していく。したがって、排気ガスがフィルタ２２０の主に中央領域２２０ａを通過する第１の状態（図３参照。）から、主に外周領域２２０ｂを通過する第２の状態（図４参照。）に遷移してくので回転羽根２３０の回転速度は、初期の回転速度Ｒｉｎｉから最大の回転速度Ｒｍａｘに到達するまで、徐々に増加する。
　そして、粒子状物質の堆積がある程度進んだ中期段階では、図４に示すように、排気ガスが最も外側の外周領域２２０ｂを通過する第２の状態となるので、回転羽根２３０の回転速度が最大の回転速度Ｒｍａｘに到達する。その後、粒子状物質の堆積がさらに進んだ後期段階では、図５に示すように、フィルタ２２０全体に粒子状物質が堆積して、堆積分布に偏りがなくなるので、排気ガスがフィルタ２２０全体を通過する第３の状態となる。このように、排気ガスが主に外周領域２２０ｂを通過する第２の状態（図４参照。）から、フィルタ２２０全体の領域を通過する第３の状態（図５参照。）に遷移していくので、回転羽根２３０の回転速度は、最大の回転速度Ｒｍａｘから徐々に減少し、最終的には、フィルタ２２０の再生処理が必要な状態に対応する回転速度Ｒｔｈａに到達する。このように、回転羽根２３０の回転速度は、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積分布と堆積量に基づいて変化する。
　したがって、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度の推移（経時変化）に基づいて、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積量を推定することにより、フィルタ２２０前後の差圧に基づいて堆積量を推定する従来技術と比較して、堆積量を高精度に推定することができる。このため、排気ガス浄化装置２００は、適切なタイミングで再生処理を実行することが可能となる。
　また、上記のように、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度が、回転速度Ｒｍａｘ（第１回転速度）まで増加した後に、回転速度Ｒｍａｘ未満の回転速度Ｒｔｈａ（第２回転速度）に減少したとき、再生処理を実行する。これにより、排気ガス浄化装置２００は、フィルタ２２０の全体の領域に粒子状物質が堆積した後、フィルタ２２０の再生処理が必要なタイミングで、再生処理を実行することができる。したがって、排気ガス浄化装置２００は、フィルタ２２０の再生処理が必要になる前に、再生処理が実行されてしまう事態を回避することが可能となる。
　また、上記したように、信号取得部２６０は、排気流路１３０を流れる排気ガスの流量が定常状態である場合（例えば、エンジン１１０の暖機運転中）に、回転羽根２３０の回転速度を取得する。これにより、排気ガスの流量の違いに起因した回転羽根２３０の回転速度の変動を排除でき、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積分布および堆積量に起因した回転速度の変動を検出することが可能となる。
　また、上記したように、排気ガス浄化装置２００は、モータ２４０およびモータ制御部２６６を備える。モータ２４０およびモータ制御部２６６は、再生処理を実行している間、回転羽根２３０を回転させる。これにより、排気ガス浄化装置２００は、再生処理を実行している間に、フィルタ２２０に供給される新気（酸素）の量を増加させることができる。したがって、排気ガス浄化装置２００は、フィルタ２２０の再生処理を効率よく実行することが可能となる。
［第１の変形例］
　上記実施形態において、排気ガス浄化装置２００が、回転羽根２３０の回転速度の推移に基づいて堆積量の推定処理を実行し、推定された堆積量に基づいて、フィルタ２２０の再生処理を実行する例について説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００は、堆積量の推定処理を実行することなく、回転羽根２３０の回転速度の推移に基づいて、フィルタ２２０の再生処理を実行してもよい。
　図８は、第１の変形例に係る制御装置３５０の機能構成の一例を示すブロック図である。例えば、図８に示すように、制御装置３５０は、信号取得部２６０と、エンジン制御部３６４と、モータ制御部２６６と、記憶部３７０とを有する。なお、信号取得部２６０、エンジン制御部３６４、および、モータ制御部２６６により行われる以下で説明する処理を含む各種処理は、プロセッサ２５２によって実行され得る。詳細には、メモリ２５４に記憶されているプログラムをプロセッサ２５２が実行することにより、各種処理が実行される。なお、上記実施形態の制御装置２５０と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　第１の変形例において、エンジン制御部３６４は、回転羽根２３０の回転速度の推移に基づいて再生処理を実行する。エンジン制御部３６４による具体的な処理については後に詳述する。
　第１の変形例において、記憶部３７０は、再生処理実行情報を記憶する。再生処理実行情報は、量閾値Ｔｈａである場合の回転羽根２３０の回転速度Ｒｔｈａを示す情報である。再生処理実行情報は、実験、または、シミュレーションによって作成され、予め記憶部３７０に記憶される。
　続いて、第１の変形例に係るフィルタ２２０の再生方法について説明する。図９は、第１の変形例に係るフィルタ２２０の再生方法の処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すように、第１の変形例に係る再生方法は、定常状態判定処理Ｓ１１０と、取得処理Ｓ１１２と、減少判定処理Ｓ１１６と、回転速度判定処理Ｓ３１８と、再生処理Ｓ１２０とを含む。以下、各処理について説明する。なお、第１の変形例において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって再生方法が繰り返し遂行される。また、上記実施形態の再生方法と実質的に等しい処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
［回転速度判定処理Ｓ３１８］
　回転速度Ｒの今回値が前回値から減少していると判定した場合（Ｓ１１６におけるＹＥＳ）、エンジン制御部３６４は、取得処理Ｓ１１２において取得された回転速度Ｒが回転速度Ｒｔｈａ以下であるか否かを判定する。その結果、回転速度Ｒが回転速度Ｒｔｈａ以下であると判定した場合（Ｓ３１８におけるＹＥＳ）、エンジン制御部３６４は、再生処理Ｓ１２０に処理を移す。一方、回転速度Ｒが回転速度Ｒｔｈａ以下ではない、つまり、回転速度Ｒが回転速度Ｒｔｈａより大きいと判定した場合（Ｓ３１８におけるＮＯ）、エンジン制御部３６４は、当該再生方法を終了する。
　以上説明したように、第１の変形例において、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度の推移に基づいて再生処理を実行する。上記したように、回転羽根２３０の回転速度は、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積分布と堆積量に基づいて変化する。
　したがって、第１の変形例において、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度の推移（経時変化）に基づいて再生処理を実行することにより、フィルタ２２０前後の差圧に基づいて再生処理を実行する従来技術と比較して、適切なタイミングで再生処理を実行することが可能となる。
　また、第１の変形例において、制御装置３５０は、上記実施形態の制御装置２５０とは異なり、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積量を推定しない。このため、第１の変形例において、制御装置３５０は、処理負荷を低減することができる。
［第２の変形例］
　上記実施形態において、排気ガス浄化装置２００が、回転羽根２３０の回転速度の推移に基づいて、堆積量の推定処理を実行する例について説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度自体に基づいて、堆積量の推定処理を実行してもよい。
　図１０は、第２の変形例に係るフィルタ２２０の再生方法の処理の流れを示すフローチャートである。図１０に示すように、第２の変形例に係る再生方法は、定常状態判定処理Ｓ１１０と、取得処理Ｓ１１２と、推定処理Ｓ１１４と、回転速度判定処理Ｓ４１０と、フラグＯＮ処理Ｓ４１２と、フラグ判定処理Ｓ４１４と、堆積量判定処理Ｓ１１８と、再生処理Ｓ１２０と、フラグＯＦＦ処理Ｓ４１６とを含む。以下、各処理について説明する。なお、第２の変形例において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって再生方法が繰り返し遂行される。また、上記実施形態の再生方法と実質的に等しい処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
［回転速度判定処理Ｓ４１０］
　エンジン制御部２６４は、取得処理Ｓ１１２において取得された回転速度Ｒが、回転速度Ｒｍａｘ（第１回転速度）であるか否かを判定する。その結果、回転速度Ｒが、回転速度Ｒｍａｘであると判定した場合（Ｓ４１０におけるＹＥＳ）、エンジン制御部２６４は、フラグＯＮ処理Ｓ４１２に処理を移す。一方、回転速度Ｒが、回転速度Ｒｍａｘではない、つまり、回転速度Ｒｍａｘ未満であると判定した場合（Ｓ４１０におけるＮＯ）、エンジン制御部２６４は、フラグ判定処理Ｓ４１４に処理を移す。
［フラグＯＮ処理Ｓ４１２］
　エンジン制御部２６４は、回転羽根２３０の回転速度Ｒが回転速度Ｒｍａｘに到達したことを示すフラグをＯＮする。なお、回転羽根２３０の回転速度Ｒが回転速度Ｒｍａｘ未満である場合、フラグはＯＦＦとなる。
［フラグ判定処理Ｓ４１４］
　エンジン制御部２６４は、フラグがＯＮであるか否かを判定する。その結果、フラグがＯＮであると判定した場合（Ｓ４１４におけるＹＥＳ）、エンジン制御部２６４は、堆積量判定処理Ｓ１１８に処理を移す。一方、フラグがＯＮではない、つまり、フラグがＯＦＦである場合（Ｓ４１４におけるＮＯ）、エンジン制御部２６４は、当該再生方法を終了する。
［フラグＯＦＦ処理Ｓ４１６］
　再生処理Ｓ１２０が実行されると、エンジン制御部２６４は、フラグをＯＦＦする。
　以上説明したように、第２の変形例において、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度自体に基づいて推定処理を実行する。上記したように、回転羽根２３０の回転速度は、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積分布と堆積量に基づいて変化する。
　したがって、第２の変形例において、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度に基づいて、フィルタ２２０における粒子状物質の推定量を推定することにより、フィルタ２２０前後の差圧に基づいて堆積量を推定する従来技術と比較して、堆積量を高精度に推定することができる。
［第３の変形例］
　上記第２の変形例において、排気ガス浄化装置２００が、回転羽根２３０の回転速度自体に基づいて堆積量の推定処理を実行し、推定された堆積量に基づいて、フィルタ２２０の再生処理を実行する例について説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００は、堆積量の推定処理を実行することなく、回転羽根２３０の回転速度自体に基づいて、フィルタ２２０の再生処理を実行してもよい。
　図１１は、第３の変形例に係るフィルタ２２０の再生方法の処理の流れを示すフローチャートである。図１１に示すように、第３の変形例に係る再生方法は、定常状態判定処理Ｓ１１０と、取得処理Ｓ１１２と、回転速度判定処理Ｓ４１０と、フラグＯＮ処理Ｓ４１２と、フラグ判定処理Ｓ４１４と、回転速度判定処理Ｓ３１８と、再生処理Ｓ１２０と、フラグＯＦＦ処理Ｓ４１６とを含む。なお、第３の変形例において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって再生方法が繰り返し遂行される。また、上記実施形態、第１の変形例、および、第２の変形例の再生方法と実質的に等しい処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
　第３の変形例において、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度自体に基づいて再生処理を実行する。上記したように、回転羽根２３０の回転速度は、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積分布と堆積量に基づいて変化する。
　したがって、第３の変形例において、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度に基づいて再生処理を実行することにより、フィルタ２２０前後の差圧に基づいて再生処理を実行する従来技術と比較して、適切なタイミングで再生処理を実行することが可能となる。
　また、第３の変形例において、制御装置３５０は、上記第２の変形例の制御装置２５０とは異なり、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積量を推定しない。このため、第３の変形例において、制御装置３５０は、処理負荷を低減することができる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上記実施形態、第１～第３の変形例において、排気ガス浄化装置２００が、排気流路１３０を流れる排気ガスの流量が定常状態である場合の回転羽根２３０の回転速度に基づいて、推定処理または再生処理を実行する例について説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度を、排気流路１３０を流れる排気ガスの流量で補正した補正値に基づいて、推定処理または再生処理を実行してもよい。補正値に基づいて推定処理または再生処理を実行することにより、排気ガス浄化装置２００は、排気ガスの流量の違いに起因した回転羽根２３０の回転速度の変動を排除でき、フィルタ２２０における粒子状物質の堆積分布および堆積量に起因した回転速度に基づいて、推定処理または再生処理を実行することができる。したがって、排気ガス浄化装置２００は、堆積量の推定精度や、再生処理を実行するタイミングの判定精度を向上できる。
　また、上記実施形態、第２～第３の変形例において、第１回転速度として、回転羽根２３０の最大の回転速度である回転速度Ｒｍａｘを例に挙げた。しかし、第１回転速度は、回転速度Ｒｍａｘ未満、回転速度Ｒｔｈａ超の値であってもよい。この場合、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度が、第１回転速度以上に増加した後に、第１回転速度未満の第２回転速度以下に減少したとき、再生処理または推定処理を実行してもよい。また、上記実施形態、第１～第３の変形例において、第２回転速度として、フィルタ２２０の再生処理が必要な状態に対応する回転速度Ｒｔｈａを例に挙げた。しかし、第２回転速度は、第１回転速度未満、回転速度Ｒｔｈａ超の値であってもよい。
　また、上記実施形態、および、第２の変形例において、排気ガス浄化装置２００が、常時推定処理を行う例について説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００は、回転羽根２３０の回転速度が、第１回転速度以上に増加した後に、第１回転速度未満の第２回転速度以下に減少したとき、推定処理を実行してもよい。これにより、排気ガス浄化装置２００は、再生処理の実行開始前後の所定期間のみ推定処理を実行すればよい。したがって、制御装置２５０、３５０は、推定処理に要する演算負荷を低減することが可能となる。
　また、上記実施形態および第１～第３の変形例において、フィルタ２２０がＧＰＦとして採用される例について説明した。しかし、フィルタ２２０は、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）として採用されてもよい。つまり、エンジン１１０は、ディーゼルエンジンであってもよい。
２００　排気ガス浄化装置
２２０　フィルタ
２３０　回転羽根
２５０　制御装置
３５０　制御装置

Claims (5)

  1. 　エンジンに接続された排気流路に設けられるフィルタと、
    　前記排気流路における前記フィルタの下流側に設けられる回転羽根と、
    　１つまたは複数のプロセッサ、および、前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリを有する制御装置と、
    を備え、
    　前記プロセッサは、
    　前記回転羽根の回転速度に基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定処理、または、前記フィルタを再生する再生処理の少なくともいずれかを含む処理を実行する、排気ガス浄化装置。
  2. 　前記プロセッサは、
    　前記回転羽根の回転速度の推移に基づいて、前記推定処理または前記再生処理を実行する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
  3. 　前記プロセッサは、
    　前記エンジンの動作時間の経過に伴い、前記回転羽根の回転速度が、第１回転速度以上に増加した後に、前記第１回転速度未満の第２回転速度以下に減少したとき、前記推定処理または前記再生処理を実行する、請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
  4. 　前記プロセッサは、
    　前記排気流路を流れる排気ガスの流量が定常状態である場合の前記回転羽根の回転速度に基づいて、前記推定処理または前記再生処理を実行する、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
  5. 　前記プロセッサは、
    　前記回転羽根の回転速度を、前記排気流路を流れる排気ガスの流量で補正した補正値に基づいて、前記推定処理または前記再生処理を実行する、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030030699A (ko) * 2001-10-12 2003-04-18 현대자동차주식회사 촉매컨버터의 매연여과장치
JP2010242643A (ja) * 2009-04-07 2010-10-28 Toyota Motor Corp 排気浄化装置
CN108150244A (zh) * 2016-12-05 2018-06-12 代纪青 汽车尾气净化器

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