JP2006316733A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排ガス中のパティキュレートを捕集する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, particularly an internal combustion engine that collects particulates in exhaust gas of a diesel engine.
ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では一般に、内燃機関の排気系にフィルタが設けられており、内燃機関から排出された排ガス中のパティキュレートがフィルタに捕集される。フィルタにおけるパティキュレートの堆積量が多くなると、排圧が上昇することによって、内燃機関の出力や燃費の低下を招く。このため、これを防止するために、フィルタを加熱することによって、堆積したパティキュレートを燃焼させることで、フィルタを再生する内燃機関の排ガス浄化装置が従来から知られており、例えば特許文献1に開示されている。 In an exhaust gas purification apparatus for a diesel engine, a filter is generally provided in an exhaust system of an internal combustion engine, and particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine are collected by the filter. When the accumulated amount of particulates in the filter increases, the exhaust pressure increases, leading to a decrease in output and fuel consumption of the internal combustion engine. For this reason, in order to prevent this, an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that regenerates the filter by heating the filter to burn the accumulated particulates has been known. It is disclosed.
この排ガス浄化装置では、内燃機関の運転中に、フィルタの上流側および下流側の排気管内の圧力をそれぞれ検出するとともに、前者と後者との圧力差(以下「差圧」という)に応じて、フィルタに捕集されたパティキュレートの捕集量を算出し、算出した捕集量が下限捕集量と上限捕集量の間にあるときに、フィルタの再生を実行する。また、この排ガス浄化装置では、捕集量が上限捕集量以上のときには、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積しているとして、フィルタの再生を禁止する。これにより、過剰に堆積したパティキュレートの急激な燃焼による熱暴走によってフィルタが過熱状態になるのを防止し、フィルタの亀裂や溶損などを防止するようにしている。また、フィルタの再生を禁止したときには、警告灯を点灯させ、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積した状態になっていることを運転者に知らせるようになっている。 In this exhaust gas purification device, during operation of the internal combustion engine, the pressure in the exhaust pipe on the upstream side and downstream side of the filter is detected, respectively, and according to the pressure difference between the former and the latter (hereinafter referred to as “differential pressure”), The collection amount of the particulates collected by the filter is calculated, and when the calculated collection amount is between the lower limit collection amount and the upper limit collection amount, the regeneration of the filter is executed. Further, in this exhaust gas purifying apparatus, when the collected amount is equal to or greater than the upper limit collected amount, the regeneration of the filter is prohibited because the particulates are excessively accumulated on the filter. This prevents the filter from becoming overheated due to thermal runaway due to sudden combustion of the excessively accumulated particulates, and prevents cracking or melting of the filter. Further, when the regeneration of the filter is prohibited, a warning lamp is turned on to inform the driver that particulates are excessively accumulated on the filter.
しかし、フィルタの上流側と下流側との差圧は、パティキュレートの堆積量だけでなく、内燃機関の運転状態によっても変化する。特に、アイドル運転のような低回転状態では、排ガス量が少ないので、排圧が小さく、差圧もまた小さくなる。これに対して、従来の排ガス浄化装置では、フィルタの上流側と下流側との差圧に応じて捕集量を算出しているだけなので、堆積量を正確に推定できないおそれがある。例えば、上述したような内燃機関の低回転状態では、差圧が小さくなるために、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積しているにもかかわらず、推定した捕集量が上限捕集量を下回る場合がある。その場合には、フィルタの再生が禁止されず、フィルタの再生が実行されてしまうことにより、フィルタが過熱状態になり、フィルタの亀裂や溶損などが生じるおそれがある。 However, the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter varies depending not only on the amount of accumulated particulates but also on the operating state of the internal combustion engine. In particular, in a low rotation state such as idling, the amount of exhaust gas is small, so the exhaust pressure is small and the differential pressure is also small. On the other hand, in the conventional exhaust gas purifying apparatus, since the collection amount is calculated only in accordance with the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter, there is a possibility that the accumulation amount cannot be accurately estimated. For example, in the low rotation state of the internal combustion engine as described above, since the differential pressure becomes small, the estimated collection amount is below the upper limit collection amount even though the particulates are excessively accumulated on the filter. There is a case. In this case, the regeneration of the filter is not prohibited, and the regeneration of the filter is executed, so that the filter is overheated, and there is a possibility that the filter is cracked or melted.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、フィルタに堆積したパティキュレートの堆積量を確認的に精度良く推定でき、推定したパティキュレートの堆積量に基づいてフィルタの再生を適切に禁止することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and can accurately and accurately estimate the amount of particulates deposited on the filter, and regenerate the filter based on the estimated amount of accumulated particulates. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can appropriately prohibit the above.
この目的を達成するために、請求項1に係る発明は、内燃機関3から排気系(実施形態における(以下、本項において同じ)排気管5)に排出された排ガス中のパティキュレートを捕集することによって、排ガスを浄化する内燃機関3の排ガス浄化装置1であって、排気系に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ11と、フィルタ11の上流側と下流側との間の排気系の差圧DPを検出する差圧センサ22と、フィルタ11に捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する第1堆積量推定手段(クランク角センサ20、ECU2、図2のステップ1)と、推定されたパティキュレート堆積量(PM堆積量DPFPMS)が所定の第1しきい値PMSLMT1に達したときに、フィルタ11に堆積したパティキュレートを燃焼させることによりフィルタ11を再生するフィルタ再生手段(インジェクタ6、ECU2、図2のステップ5)と、内燃機関3の回転数(エンジン回転数NE)を所定の回転数(過堆積判定用の回転数NECHK)に上昇させる回転数上昇手段(ECU2、図3のステップ12)と、内燃機関3の回転数を上昇させたときに差圧センサ22で検出された差圧DPに応じて、フィルタ11に捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する第2堆積量推定手段(差圧センサ22、ECU2、図3のステップ15)と、第2堆積量推定手段により推定されたパティキュレート堆積量(PM堆積量DPFPMSS)が、第1しきい値よりも大きな所定の第2しきい値PMSLMT2以上のときに、フィルタ11の再生を禁止するフィルタ再生禁止手段(ECU2、図3のステップ16〜18)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 collects particulates in the exhaust gas discharged from the
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排出された排ガス中のパティキュレートが、排気系に設けたフィルタに捕集される。第1堆積量推定手段は、フィルタに堆積したパティキュレートの堆積量を推定し、推定したパティキュレート堆積量が所定の第1しきい値に達したときに、フィルタ再生手段によってフィルタの再生が行われる。また、回転数上昇手段によって内燃機関の回転数を所定の回転数に上昇させるとともに、そのときに差圧センサで検出したフィルタの上下流間の排気系の差圧に応じ、第2堆積量推定手段によって、フィルタに堆積したパティキュレートの堆積量を推定する。そして、そのように推定したパティキュレート堆積量が所定の第2しきい値以上のときには、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積している状態になっているとして、再生禁止手段によってフィルタの再生が禁止される。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine are collected by the filter provided in the exhaust system. The first accumulation amount estimation means estimates the accumulation amount of the particulate deposited on the filter, and when the estimated particulate accumulation amount reaches a predetermined first threshold value, the filter regeneration means performs the regeneration of the filter. Is called. In addition, the rotational speed of the internal combustion engine is increased to a predetermined rotational speed by the rotational speed increasing means, and the second accumulation amount is estimated according to the differential pressure of the exhaust system between the upstream and downstream of the filter detected by the differential pressure sensor at that time. By means, the amount of particulates deposited on the filter is estimated. When the estimated particulate accumulation amount is equal to or larger than the predetermined second threshold value, it is assumed that the particulate is excessively accumulated on the filter, and the regeneration prohibiting means prohibits regeneration of the filter. Is done.
以上のように、第1堆積量推定手段によって推定されたパティキュレート堆積量が第1しきい値に達したときに、フィルタの再生を行う。また、内燃機関の回転数を上昇させるとともに、そのときに検出されたフィルタの上下流間の差圧に応じて第2堆積量推定手段により推定されたパティキュレート堆積量が、第1しきい値よりも大きな第2しきい値以上のときに、フィルタの再生を禁止する。内燃機関の回転数を上昇させることによって、排ガス量が多くなり、それに伴い排圧は大きくなる。このため、フィルタの上下流間の差圧がより大きくなり、明確に現れる。また、内燃機関を所定の回転数に保持するので、運転状態の変化に伴う排圧の変動による差圧への影響を排除できる。したがって、このときに検出した差圧に応じてパティキュレートの堆積量を精度良く推定でき、推定したパティキュレートの堆積量が第2しきい値以上のときに、フィルタがパティキュレートの過堆積状態にあるとしてフィルタの再生を適切に禁止することができる。それにより、過熱に起因するフィルタの亀裂や溶損などを確実に防止することができる。 As described above, the filter is regenerated when the particulate deposition amount estimated by the first deposition amount estimation unit reaches the first threshold value. Further, the rotational speed of the internal combustion engine is increased, and the particulate accumulation amount estimated by the second accumulation amount estimation means according to the differential pressure between the upstream and downstream of the filter detected at that time is the first threshold value. When the second threshold value is larger than the second threshold value, the regeneration of the filter is prohibited. By increasing the rotational speed of the internal combustion engine, the amount of exhaust gas increases, and the exhaust pressure increases accordingly. For this reason, the differential pressure between the upstream and downstream of the filter becomes larger and appears clearly. Further, since the internal combustion engine is held at a predetermined rotational speed, it is possible to eliminate the influence on the differential pressure due to the fluctuation of the exhaust pressure accompanying the change in the operating state. Therefore, the particulate deposition amount can be accurately estimated according to the differential pressure detected at this time, and when the estimated particulate deposition amount is equal to or greater than the second threshold value, the filter enters the particulate overdeposition state. As a result, the regeneration of the filter can be appropriately prohibited. As a result, it is possible to reliably prevent cracks or melting damage of the filter due to overheating.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、内燃機関3は車両Vに駆動源として搭載されており、第1堆積量推定手段によるパティキュレート堆積量の推定、およびフィルタ再生手段によるフィルタ11の再生を車両Vの走行中に実行し、第2堆積量推定手段によるパティキュレート堆積量の推定、および推定されたパティキュレート堆積量に基づくフィルタ11の再生の禁止を、車両Vのサービス点検時に実行することを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、内燃機関が車両に搭載されており、第1堆積量推定手段によって推定されたパティキュレート堆積量に基づくフィルタの再生が、車両の走行中に実行される。また、車両の走行中に、パティキュレートの過堆積状態を表示する警告灯が点灯したなどのために、車両がサービス工場に持ち込まれた場合には、そのサービス点検時に、回転数上昇手段によって内燃機関の回転数を上昇させ、そのときのパティキュレート堆積量を推定し、推定したパティキュレート堆積量に基づいてフィルタの再生を禁止する。 According to this configuration, the internal combustion engine is mounted on the vehicle, and the regeneration of the filter based on the particulate accumulation amount estimated by the first accumulation amount estimation unit is executed while the vehicle is traveling. In addition, when a vehicle is brought into a service factory because a warning lamp that indicates the excessive accumulation of particulates is turned on while the vehicle is running, the internal combustion engine is operated by the speed increasing means during the service inspection. The engine speed is increased, the particulate accumulation amount at that time is estimated, and the regeneration of the filter is prohibited based on the estimated particulate accumulation amount.
このように、パティキュレートの過堆積状態を表示する警告灯の点灯などによって、車両がサービス工場に持ち込まれた場合でも、フィルタの再生を直ちに行うのではなく、上述した第2堆積量推定手段によって推定されたパティキュレート堆積量に基づいて、過堆積状態であるか否かを確認的に判定する。したがって、走行中における過堆積状態の判定の信頼性にかかわらず、フィルタが実際に過堆積状態であるか否かを確認的に精度良く判定することができる。そして、その判定結果に応じ、フィルタが過堆積状態と判定されたときには、フィルタの再生を禁止し、例えばフィルタを交換するとともに、過堆積状態でないと判定されたときには、フィルタの再生を行うなど、適切な対応をとることができる。さらに、車両を走行させることなく、内燃機関の回転数を上昇させるだけで、パティキュレートの堆積量を推定できるので、サービス工場においても、上記の判定を容易に行うことができる。 In this way, even when the vehicle is brought into the service factory due to the lighting of a warning lamp that displays the excessive accumulation state of the particulates, the filter is not immediately regenerated, but the second accumulation amount estimation means described above is used. Based on the estimated particulate deposition amount, it is determined in a deterministic manner whether or not it is in an excessive deposition state. Therefore, regardless of the reliability of the determination of the over-deposition state during traveling, it can be accurately and accurately determined whether or not the filter is actually in the over-deposition state. Then, according to the determination result, when the filter is determined to be in an overdeposited state, the regeneration of the filter is prohibited.For example, the filter is replaced, and when it is determined that the filter is not in an overdeposited state, Appropriate responses can be taken. Furthermore, since the amount of accumulated particulate matter can be estimated only by increasing the rotational speed of the internal combustion engine without running the vehicle, the above determination can be easily performed even in a service factory.
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、車両Vの走行中に、推定したパティキュレートの堆積量が所定の第3しきい値PMSLMT3以上のときに、フィルタ11の再生を禁止する走行中フィルタ再生禁止手段(ECU2、図2のステップ3,8)をさらに備え、第2しきい値PMSLMT2は、第3しきい値PMSLMT3よりも大きな値に設定されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the exhaust
この構成によれば、車両の走行中に、推定したパティキュレートが、第2しきい値よりも小さな第3しきい値以上のときに、走行中フィルタ再生禁止手段によって、フィルタの再生が禁止される。前述したように、車両のサービス点検時には、内燃機関を所定の高い回転数に保持するとともに、そのときの差圧に応じてパティキュレートの堆積量を推定するので、推定したパティキュレートの堆積量の信頼性は高い。このため、車両のサービス点検時には、フィルタの過堆積状態に相当する堆積量に近い、より大きな第2しきい値を用い、この第2しきい値と推定したパティキュレートの堆積量とを比較することによって、フィルタが実際に過堆積状態であるか否かを正確に判定することができる。 According to this configuration, during the traveling of the vehicle, when the estimated particulate is equal to or greater than the third threshold value which is smaller than the second threshold value, the filter regeneration prohibiting unit during travel prohibits the regeneration of the filter. The As described above, at the time of vehicle service inspection, the internal combustion engine is maintained at a predetermined high rotational speed, and the particulate accumulation amount is estimated according to the differential pressure at that time, so the estimated particulate accumulation amount is Reliability is high. Therefore, at the time of vehicle service inspection, a larger second threshold value close to the accumulation amount corresponding to the over-deposition state of the filter is used, and this second threshold value is compared with the estimated particulate accumulation amount. Thus, it is possible to accurately determine whether or not the filter is actually over-deposited.
一方、車両の走行中には、運転状態が変化することによって、推定したパティキュレートの堆積量が、実際のパティキュレートの堆積量に対してずれやすく、その信頼性は低い。このため、車両の走行中には、第2しきい値よりも小さな第3しきい値を用い、この第3しきい値と推定したパティキュレートの堆積量とを比較することにより、フィルタの過堆積判定を安全側に行い、フィルタの再生を早めに禁止する。これにより、過堆積状態における再生の実行を確実に回避でき、車両の走行中における過熱に起因するフィルタの亀裂や溶損などを確実に防止することができる。 On the other hand, during driving of the vehicle, the estimated amount of accumulated particulates is likely to deviate from the actual amount of accumulated particulates due to changes in driving conditions, and the reliability is low. Therefore, when the vehicle is traveling, a third threshold value smaller than the second threshold value is used, and the third threshold value is compared with the estimated amount of accumulated particulates, so Accumulation judgment is performed on the safe side, and filter regeneration is prohibited early. Accordingly, it is possible to reliably avoid the regeneration in the over-deposited state, and to reliably prevent the filter from being cracked or melted due to overheating while the vehicle is running.
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態による排ガス浄化装置1、およびこれを適用した内燃機関(以下「エンジン」という)3の概略構成を示している。このエンジン3は、車両Vに搭載された、例えば4気筒(1つのみ図示)のディーゼルエンジンである。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an exhaust
エンジン3は、気筒ごとにピストン3aとシリンダヘッド3bを備えており、ピストン3aとシリンダヘッド3bによって燃焼室3cが形成されている。シリンダヘッド3bには、吸気管4および排気管5(排気系)がそれぞれ接続されるとともに、燃焼室3cに臨むように燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)6が取り付けられている。
The
インジェクタ6(フィルタ再生手段)は、燃焼室3cの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク(いずれも図示せず)に順に接続されている。インジェクタ6の開弁時間および開弁タイミングは、ECU2からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量QINJおよび噴射タイミングが制御される。
The injector 6 (filter regeneration means) is disposed in the center of the top wall of the
また、エンジン3のクランクシャフト3dには、マグネットロータ20aが取り付けられており、このマグネットロータ20aとMREピックアップ20bによって、クランク角センサ20(第1堆積量推定手段)が構成されている。クランク角センサ20は、クランクシャフト3dの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。
A
CRK信号は、所定のクランク角(例えば30゜)ごとに出力される。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを求める。TDC信号は、各気筒のピストン3aが吸気行程開始時のTDC(上死点)付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、4気筒タイプの本例では、クランク角180゜ごとに出力される。
The CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 30 °). The
吸気管4には、吸入空気量を調整するための吸気絞り弁7が設けられている。吸気絞り弁7には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ7aが接続されている。吸気絞り弁7の開度は、アクチュエータ7aに供給される電流のデューティ比をECU2で制御することによって、制御される。また、吸気管4には、吸気絞り弁7よりも上流側にエアフローセンサ21が設けられている。エアフローセンサ21は吸入空気量QAを検出し、その検出信号はECU2に出力される。
The
また、吸気管4と排気管5の間には、EGR通路8が接続されている。EGR通路8は、排気管5と吸気管4の吸気絞り弁7よりも下流側とをつなぐように接続されている。このEGR通路8を介して、エンジン3の排ガスの一部がEGRガスとして吸気管4に還流し、それにより、燃焼室3c内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のNOxが低減される。
An
また、EGR通路8には、EGR弁9が設けられている。EGR弁9は、リニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量が、ECU2からのデューティ制御された駆動信号で制御されることによって、EGRガスの環流量が制御される。
The
また、排気管5のEGR通路8よりも下流側には、上流側から順に、酸化触媒10およびフィルタ11が設けられている。この酸化触媒10は、排ガス中のHCおよびCOを酸化し、排ガスを浄化する。
Further, an
フィルタ11は、多孔質セラミックなどで構成されたハニカムコア(図示せず)を有しており、排ガス中の煤などのパティキュレート(以下「PM」という)を捕集することによって、大気中に排出されるPMの量を低減する。また、フィルタ11のハニカムコアには、酸化触媒10と同様の酸化触媒(図示せず)が担持されている。このように、フィルタ11が酸化触媒を担持していることにより、酸化触媒の酸化反応によってフィルタ11の温度が高められ、それにより、PMが燃焼される。
The
さらに、排気管5には、酸化触媒10とフィルタ11の間とフィルタ11の下流側とに、圧力導入通路5aが接続されており、この圧力導入通路5aには差圧センサ22(第2堆積量推定手段)が設けられている。差圧センサ22は、排気管5内のフィルタ11の上流側と下流側との間の差圧(以下「差圧」という)DPを検出し、その検出信号をECU2に出力する。フィルタ11に堆積したPMの堆積量(以下「PM堆積量」という)が少ないときには、フィルタ11の通気抵抗が減少することによって差圧DPが小さくなる一方、PM堆積量が多いときには、フィルタ11の通気抵抗が増大することによって差圧DPが大きくなるので、差圧DPに応じてPM堆積量を推定することができる。
Further, a
また、排気管5のフィルタ11のすぐ上流側および下流側には、第1排ガス温度センサ23および第2排ガス温度センサ24がそれぞれ設けられている。第1排ガス温度センサ23は、フィルタ11のすぐ上流側の排ガスの温度(以下「フィルタ前ガス温度」という)TDPFFを検出し、第2排ガス温度センサ24は、フィルタ11のすぐ下流側の排ガスの温度(以下「フィルタ後ガス温度」という)TDPFBを検出し、それらの検出信号をECU2に出力する。
Further, a first exhaust
さらに、ECU2には、アクセル開度センサ25から、アクセルペダル(図示せず)の操作量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が出力される。また、ECU2には、フィルタ11にPMが過剰に堆積している状態(以下「フィルタ11の過堆積状態」という)を運転者に知らせるための警告灯26が接続されている。
Further, the
ECU2(第1堆積量推定手段、フィルタ再生手段、回転数上昇手段、第2堆積量推定手段、フィルタ再生禁止手段および走行中フィルタ再生禁止手段)は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ20〜25からの検出信号はそれぞれ、I/OインターフェースでA/D変換や整形がなされた後、CPUに入力される。
The ECU 2 (first accumulation amount estimation means, filter regeneration means, rotation speed increase means, second accumulation amount estimation means, filter regeneration inhibition means and running filter regeneration inhibition means) includes an I / O interface, CPU, RAM, ROM, etc. It is comprised with the microcomputer which consists of. The detection signals from the
CPUは、これらの入力信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムなどに従って、車両Vの走行中またはサービス点検中に、フィルタ11を再生するための再生制御処理を実行する。この処理では、フィルタ11の再生動作は、エンジン3の膨張行程中や排気行程中に燃焼室3cに燃料を付加的に噴射するポスト噴射によって行われる。このポスト噴射による燃料量(以下「ポスト噴射量」という)POSTQは、フィルタ前ガス温度TDPFFに基づいて、フィルタ11内の温度が目標温度(例えば600℃)になるように制御される。これにより、フィルタ11を高温状態に制御し、フィルタ11に堆積したPMを燃焼させることによって、フィルタ11が再生される。
In response to these input signals, the CPU executes a regeneration control process for regenerating the
図2は、車両Vの走行中に実行されるフィルタ11の再生制御処理を示すフローチャートである。本処理は、TDC信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、PM堆積量DPFPMSを算出する。具体的には、このPM堆積量DPFPMSは、次のようにして算出される。まず、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QINJに応じ、PM排出量マップ(図示せず)を検索することによって、エンジン3から排出された、1TDC当たり、すなわち1燃焼ごとのPMの排出量を算出する。また、フィルタ酸素量およびフィルタ温度に応じ、PM再生量マップ(図示せず)を検索することによって、フィルタ11で燃焼され、再生されるPMの再生量を算出する。なお、フィルタ酸素量は、燃料噴射量QINJおよび吸入空気量QAに応じて求められ、また、フィルタ温度は、吸入空気量QA、フィルタ前ガス温度TDPFFおよび差圧DPに応じて求められる。次に、算出したPM排出量からPM再生量を減算することによって、1TDC当たりのPM堆積量を算出する。そして、算出したPM堆積量を前回までのPM堆積量積算値に加算することによって、今回のPM堆積量DPFPMSを算出する。なお、このPM堆積量DPFPMSは、フィルタ11の再生動作の終了時にリセットされる。
FIG. 2 is a flowchart showing a regeneration control process of the
次いで、算出したPM堆積量DPFPMSが所定の第1しきい値PMSLMT1以上であるか否かを判別する(ステップ2)。この判別結果がNOで、DPFPMS<PMSLMT1のときには、PM堆積量DPFPMSが比較的少ないため、フィルタ11の再生動作を行わないものとして、ステップ8に進み、フィルタ再生フラグF_REOKを「0」にセットし、本処理を終了する。
Next, it is determined whether or not the calculated PM deposition amount DPFPMS is greater than or equal to a predetermined first threshold value PMSLMT1 (step 2). When the determination result is NO and DPFPMS <PMSLMT1, the PM accumulation amount DPFPMS is relatively small, so that the regeneration operation of the
一方、前記ステップ2の判別結果がYESで、DPFPMS≧PMSLMT1のときには、PM堆積量DPFPMSが、第1しきい値PMSLMT1よりも大きな所定の第3しきい値PMSLMT3以上であるか否かを判別する(ステップ3)。この判別結果がNOのとき、すなわちPMSLMT1≦DPFPMS<PMSLMT3のときには、PM堆積量DPFPMSが比較的多いとともに、フィルタ11が過堆積状態にはないとして、過堆積フラグF_PMSOVを「0」にセットし(ステップ4)、また、フィルタ11の再生動作を実行すべきとして、フィルタ再生フラグF_REOKを「1」にセットし(ステップ5)、本処理を終了する。
On the other hand, when the determination result of
一方、前記ステップ3の判別結果がYESで、DPFPMS≧PMSLMT3のときには、フィルタ11が過堆積状態であるとして、そのことを運転者に知らせるために警告灯26を点灯させる(ステップ6)とともに、過堆積フラグF_PMSOVを「1」にセットする(ステップ7)。また、過堆積状態で再生を行うことによるフィルタ11の亀裂や溶損などを回避するために、フィルタ11の再生動作を行わないものとして、前記ステップ8を実行し、本処理を終了する。
On the other hand, if the determination result of
図3は、車両Vのサービス点検時に実行されるフィルタ11の過堆積判定処理を示すフローチャートである。なお、このサービス点検は、警告灯26の点灯に応じて車両Vがサービス工場に持ち込まれたときに、サービス工場において行われるものである。また、上記過堆積判定処理は、外部診断機(図示せず)からECU2に開始信号を出力することによって、所定時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ11において、判定中フラグF_CHECKが「1」であるか否かを判別する。
FIG. 3 is a flowchart showing an over-deposition determination process of the
この判別結果がNOのときには、エンジン回転数NEの目標回転数NEOBJを所定の過堆積判定用の回転数NECHK(例えば2800rpm)に設定する(ステップ12)。この設定により、エンジン回転数NEが上昇し、過堆積判定用の回転数NECHKになるように制御される。次に、判定中フラグF_CHECKを「1」にセットした(ステップ13)後、ステップ14に進む。このステップ13の実行により、本処理の2回目以降のループでは、前記ステップ11の判別結果がYESになり、その場合には、ステップ14に直接、進む。
When the determination result is NO, the target engine speed NEOBJ of the engine speed NE is set to a predetermined engine speed NECHK (for example, 2800 rpm) for overdeposition determination (step 12). By this setting, the engine speed NE is increased and controlled so as to become the engine speed NECHK for overdeposition determination. Next, after the determination flag F_CHECK is set to “1” (step 13), the process proceeds to step. By executing this
このステップ14では、エンジン回転数NEが過堆積判定用の回転数NECHKにほぼ等しくなったか否かを判別し、その判別結果がNOのときには、本処理を終了する。一方、ステップ14の判別結果がYESで、エンジン回転数NEが過堆積判定用の回転数NECHKにほぼ等しくなったときには、差圧センサ22で検出した差圧DPに応じてPM堆積量DPFPMSSを算出する(ステップ15)。次いで、算出したPM堆積量DPFPMSSが、第3しきい値PMSLMT3よりも大きな所定の第2しきい値PMSLMT2以上であるか否かを判別する(ステップ16)。この判別結果がYESで、DPFPMSS≧PMSLMT2のときには、フィルタ11の上下流間の差圧DPが大きく、フィルタ11が過堆積状態であるとして、そのことを表すために、過堆積フラグF_PMSOVSを「1」にセットする(ステップ17)。また、過堆積状態で再生を行うことによるフィルタ11の亀裂や破損を回避するため、フィルタ11の再生動作を禁止するものとし、フィルタ再生フラグF_REOKSを「0」にセットする(ステップ18)。そして、判定が終了したことを表すために、判定中フラグF_CHECKを「0」にセットし(ステップ19)、本処理を終了する。
In step 14, it is determined whether or not the engine speed NE is substantially equal to the engine speed NECHK for overdeposition determination. If the determination result is NO, the present process is terminated. On the other hand, when the determination result in step 14 is YES and the engine speed NE is substantially equal to the engine speed NECHK for over-deposition determination, the PM accumulation amount DPFPMSS is calculated according to the differential pressure DP detected by the
一方、前記ステップ16の判別結果がNOで、DPFPMSS<PMSLMT2のときには、フィルタ11が過堆積状態でないとして、過堆積フラグF_PMSOVSを「0」にセットする(ステップ20)。そして、フィルタ再生フラグF_REOKSを「1」にセットした(ステップ21)後、前記ステップ19を実行し、本処理を終了する。
On the other hand, if the determination result in
図4は、上述した過堆積判定処理による判定結果に応じてサービス点検時に実行されるフィルタ11の再生制御処理を示すフローチャートである。本処理は、TDC信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ31において、図3のステップ18または21でセットしたフィルタ再生フラグF_REOKSが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がNOのときには、フィルタ11の再生動作を行うことなく、そのまま本処理を終了する。
FIG. 4 is a flowchart showing the regeneration control process of the
一方、前記ステップ31の判別結果がYESで、F_REOKS=1のときには、再生中フラグF_DPFREが「1」であるか否かを判別する(ステップ32)。この判別結果がNOのときには、エンジン回転数NEの目標回転数NEOBJを所定の再生制御用の回転数NERE(例えば1500rpm)に設定する(ステップ33)。この設定により、エンジン回転数NEが再生制御用の回転数NEREになるように制御される。次に、ポスト噴射量POSTQをエンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて設定する(ステップ34)ことによって、フィルタ11の再生動作を開始するとともに、再生中フラグF_DPFREを「1」にセットし(ステップ35)、ステップ36に進む。前記ステップ32の判別結果がYESで、すでにフィルタ11の再生動作中のときには、ステップ36に直接、進む。
On the other hand, if the determination result in the
このステップ36では、エンジン3から排出される排ガスの流量(以下「排ガス流量」という)EXQを算出する。この排ガス流量EXQは、エンジン回転数NEおよび吸入空気量QAなどに応じ、気体の状態方程式から求められる。次に、算出した排ガス流量の自乗EXQ2で差圧DPを除算することによって、今回の補正後差圧DPC(n)を算出する(ステップ37)。このように、差圧DPを排ガス流量EXQに基づいて補正するのは、PM堆積量DPFPMSSが同一の場合でも、排ガス流量EXQに応じて差圧DPが変化するためである。
In this step 36, the exhaust gas flow rate (hereinafter referred to as “exhaust gas flow rate”) EXQ discharged from the
また、差圧DPを排ガス流量の自乗EXQ2で除算するのは、以下の理由による。次式(1)は、オリフィスを通過する体積流量Q、オリフィスの断面積Aおよびオリフィスの上流側および下流側の圧力P1,P2の関係を表すものである(オリフィスの式)。また、式(2)および(3)は、上記式(1)を変形したものである。 Further, the reason why the differential pressure DP is divided by the square of the exhaust gas flow rate EXQ 2 is as follows. The following equation (1) represents the relationship between the volume flow rate Q passing through the orifice, the sectional area A of the orifice, and the pressures P1 and P2 upstream and downstream of the orifice (orifice equation). Expressions (2) and (3) are modifications of the above expression (1).
前記ステップ37に続くステップ38では、所定のx回前のTDC信号の発生時(例えば30sec前相当時)に算出された補正後差圧DPC(n−x)と今回の補正後差圧DPC(n)との差(=DPC(n−x)−DPC(n))を、差圧変化量ΔDPCとして算出する。なお、補正後差圧DPCは、リングバッファなどを用いて記憶されている。
In
次いで、差圧変化量ΔDPCが所定のしきい値DPCLMT以下であるか否かを判別する(ステップ39)。この判別結果がNOのときには、フィルタ11の有効断面積が増加していて、フィルタ11の再生の途中であり、フィルタ11の再生動作を引き続き行うものとして、後述するステップ46に進み、本処理を終了する。
Next, it is determined whether or not the differential pressure change amount ΔDPC is equal to or less than a predetermined threshold value DPCLMT (step 39). When the determination result is NO, it is assumed that the effective area of the
一方、前記ステップ39の判別結果がYESで、ΔDPC≦DPCLMTが成立したときには、カウンタ(図示せず)のカウンタ値TDPCをインクリメントする(ステップ40)とともに、カウンタ値TDPCが所定値TLMT(例えば150sec相当)以上であるか否かを判別する(ステップ41)。
On the other hand, when the determination result in
この判別結果がNOで、TDPC<TLMTのときには、本処理を終了する。一方、前記ステップ41の判別結果がYESのとき、すなわち、差圧変化量ΔDPCがしきい値DPCLMT以下である状態が、所定値TLMTに相当する所定時間、継続したときには、フィルタ11の有効断面積がほぼ一定に収束しており、フィルタ11の再生が終了したとして、そのことを表すために、フィルタ再生フラグF_REOKSを「0」にセットする(ステップ42)。
If the determination result is NO and TDPC <TLMT, this processing is terminated. On the other hand, when the determination result in step 41 is YES, that is, when the state where the differential pressure change amount ΔDPC is equal to or less than the threshold value DPCLMT continues for a predetermined time corresponding to the predetermined value TLMT, the effective cross-sectional area of the
そして、フィルタ11の再生動作を終了するために、目標回転数NEOBJを所定の終了用の回転数NEREEND(例えば850rpm)に設定する(ステップ43)とともに、ポスト噴射量POSTQを0に設定する(ステップ44)。また、再生中フラグF_DPFREを「0」にセットする(ステップ45)とともに、カウンタ値TDPCをリセットした(ステップ46)後、本処理を終了する。
Then, in order to end the regeneration operation of the
図5は、図3および図4の処理において、フィルタ11が過堆積状態でないと判定され、フィルタ11の再生動作が行われた場合の動作例を示すタイミングチャートである。まず、エンジン回転数NEを過堆積判定用の回転数NECHKに上昇させる(タイミングt1)。エンジン回転数NEの上昇に伴い、排ガス量が増大し、排圧が大きくなることによって、差圧DPは増大する。このときの差圧DPが第2しきい値PMSLMT2よりも小さいことによって、フィルタ11が過堆積状態でないと判定されるのに応じて、エンジン回転数NEを再生制御用の回転数NEREに設定するとともに、ポスト噴射が行われ、フィルタ11の再生動作が開始される(t2)。
FIG. 5 is a timing chart showing an operation example when it is determined that the
このフィルタ11の再生動作に伴い、排ガス温度が上昇することによって、フィルタ前ガス温度TDPFFが徐々に上昇し、それに伴いフィルタ11内の温度も徐々に上昇する。そして、フィルタ11内の温度が目標温度(例えば600℃)付近まで上昇すると、フィルタ11内でPMが燃焼し始め、それにより、フィルタ後ガス温度TDPFBも上昇し始める(t3)。PMが燃焼されるのに伴い、フィルタ11の有効断面積が増大し、通気抵抗が低減することによって、差圧DPが減少し始める(t4)。燃焼が進むと、差圧DPがさらに減少するとともに、その傾きが次第に緩やかになることによって、差圧変化量ΔDPCが次第に減少し、しきい値DPCLMTを下回るようになる(t5)。そして、その状態が所定時間、継続したときに(t6)、フィルタ11の再生が完了したとして、フィルタ11の再生動作が終了される。
As the exhaust gas temperature rises along with the regeneration operation of the
以上のように、本実施形態によれば、車両Vの走行中には、エンジン3の運転状態に応じてPM堆積量DPFPMSを算出するとともに、第1しきい値PMSLMT1≦PM堆積量DPFPMS<第3しきい値PMSLMT3のときに(図2のステップ2:YES,ステップ3:NO)、フィルタ11の再生動作を実行する。また、PM堆積量DPFPMS≧第3しきい値PMLMT3のとき(図2のステップ3:YES)には、フィルタ11が過堆積状態であると判定し、警告灯26を点灯させる。この警告灯26の点灯に応じて、車両Vがサービス工場に持ち込まれたときには、そのサービス点検において、エンジン回転数NEを過堆積判定用の回転数NECHKに上昇させた状態で検出した差圧DPに応じてPM堆積量DPFPMSSを算出するとともに、この算出したPM堆積量DPFPMSSが第2しきい値PMLMT2以上のときに、フィルタ11が実際に過堆積状態になっていると判定し、フィルタ11の再生動作を禁止する。
As described above, according to the present embodiment, while the vehicle V is traveling, the PM accumulation amount DPFPMS is calculated according to the operating state of the
以上のように、エンジン回転数NEを過堆積判定用の回転数NECHKまで大きく上昇させたときに検出した差圧DPに応じてPM堆積量DPFPMSSを推定することによって、このPM堆積量DPFPMSSの推定を精度良く行うことができ、推定したPM堆積量DPFPMSS≧第2しきい値PMLMT2のときに、フィルタ11が過堆積状態にあるとして、フィル11タの再生動作を適切に禁止することができる。それにより、過熱に起因するフィルタ11の亀裂や溶損などを確実に防止することができる。
As described above, the PM accumulation amount DFPPMSS is estimated by estimating the PM accumulation amount DPFPMSS according to the differential pressure DP detected when the engine rotation speed NE is greatly increased to the rotation number NECHK for overdeposition determination. Therefore, when the estimated PM accumulation amount DPFPMSS ≧ second threshold value PMLMT2, it is determined that the
また、警告灯26の点灯などによって、車両Vがサービス工場に持ち込まれた場合でも、フィルタ11の再生動作を直ちに行うのではなく、差圧DPに応じて推定したPM堆積量DPFPMSSに基づいて、過堆積状態であるか否かを確認的に判定する。したがって、走行中における過堆積状態の判定の信頼性にかかわらず、フィルタ11が実際に過堆積状態であるか否かを確認的に精度良く判定することができる。そして、その判定結果に応じ、フィルタ11が過堆積状態と判定されたときには、フィルタ11の再生動作を禁止し、例えばフィルタ11を交換するとともに、過堆積状態でないと判定されたときには、フィルタ11の再生動作を行うなど、適切な対応をとることができる。さらに、車両Vを走行させることなく、エンジン回転数NEを上昇させるだけで、PM堆積量DPFPMSSを推定できるので、サービス工場においても、上記の判定を容易に行うことができる。
In addition, even when the vehicle V is brought into the service factory due to the lighting of the warning
さらに、車両Vのサービス点検時には、PM堆積量DPFPMSSがより大きな第2しきい値PMSLMT2以上のときに、フィルタ11が過堆積状態であると判定するので、フィルタ11が実際に過堆積状態であるか否かを正確に判定することができる。一方、車両Vの走行中には、PM堆積量DPFPMSがより小さな第3しきい値PMSLMT3以上のときに、フィルタ11の再生動作を禁止するので、過堆積状態での再生動作の実行を確実に回避でき、車両Vの走行中における過熱に起因するフィルタ11の亀裂や溶損などを確実に防止することができる。
Further, at the time of service inspection of the vehicle V, when the PM accumulation amount DPFPMSS is equal to or larger than the second threshold value PMSLMT2, it is determined that the
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば実施形態では、差圧DPを、差圧センサ22を用いて直接、検出しているが、これに代えて、フィルタ11の上流側および下流側にそれぞれ圧力センサを設け、それらの検出値の差から求めてもよい。また、実施形態では、車両Vの走行中におけるPM堆積量DPFPMSを、エンジン3の運転状態に応じて推定しているが、差圧センサ22で検出した差圧DPに応じて推定してもよい。さらに、実施形態では、図3の過堆積判定処理や図4の再生制御処理を、警告灯26が点灯した場合のサービス点検時に実行するものとして説明しているが、これに限らず、例えば車両Vの定期点検時に実行してもよい。また、実施形態では、フィルタ11の再生動作をポスト噴射により行っているが、それとともに、またはそれに代えて、他の適当な手法、例えば吸気絞り弁7の絞りなどによって行ってもよい。
In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, the differential pressure DP is directly detected using the
さらに、実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外の各種のエンジン、例えば、ガソリンエンジンやクランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 Furthermore, although embodiment is an example which applied this invention to the diesel engine, this invention is not limited to this, Various engines other than a diesel engine, for example, the ship which arrange | positioned the gasoline engine and the crankshaft in the perpendicular direction It can be applied to an engine for a marine propulsion device such as an external unit. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the gist of the present invention.
1 排ガス浄化装置
2 ECU(第1堆積量推定手段、フィルタ再生手段、回転数上昇
手段、第2堆積量推定手段、フィルタ再生禁止手段および走行
中フィルタ再生禁止手段)
3 エンジン
5 排気管(排気系)
6 インジェクタ(フィルタ再生手段)
11 フィルタ
20 クランク角センサ(第1堆積量推定手段)
22 差圧センサ(第2堆積量推定手段)
V 車両
DP 差圧
PM パティキュレート
DPFPMS PM堆積量
DPFPMSS PM堆積量
PMSLMT1 第1しきい値
PMSLMT2 第2しきい値
PMSLMT3 第3しきい値
NE エンジン回転数
NECHK 過堆積判定用の回転数(所定の回転数)
1 Exhaust gas purification device
2 ECU (first accumulation amount estimation means, filter regeneration means, rotation speed increase
Means, second accumulation amount estimating means, filter regeneration prohibiting means, and traveling
Medium filter regeneration prohibition means)
3 Engine
5 Exhaust pipe (exhaust system)
6 Injector (filter regeneration means)
11 Filter
20 Crank angle sensor (first accumulation amount estimating means)
22 Differential pressure sensor (second accumulation amount estimation means)
V vehicle
DP differential pressure
PM particulates DPFPMS PM deposition amount DPFPMSS PM deposition amount PMSLMT1 first threshold value PMSLMT2 second threshold value PMSLMT3 third threshold value
NE engine speed NECHK Speed for over-deposition determination (predetermined speed)
Claims (3)
前記排気系に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
当該フィルタの上流側と下流側との間の前記排気系の差圧を検出する差圧センサと、
前記フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する第1堆積量推定手段と、
当該推定されたパティキュレート堆積量が所定の第1しきい値に達したときに、前記フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させることにより当該フィルタを再生するフィルタ再生手段と、
前記内燃機関の回転数を所定の回転数に上昇させる回転数上昇手段と、
当該内燃機関の回転数を上昇させたときに前記差圧センサで検出された差圧に応じて、前記フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する第2堆積量推定手段と、
当該第2堆積量推定手段により推定されたパティキュレート堆積量が、前記第1しきい値よりも大きな所定の第2しきい値以上のときに、前記フィルタの再生を禁止するフィルタ再生禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas by collecting particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine into an exhaust system,
A filter provided in the exhaust system for collecting particulates in the exhaust gas;
A differential pressure sensor for detecting a differential pressure of the exhaust system between the upstream side and the downstream side of the filter;
First accumulation amount estimation means for estimating the accumulation amount of particulates collected by the filter;
Filter regeneration means for regenerating the filter by burning the particulate deposited on the filter when the estimated particulate accumulation amount reaches a predetermined first threshold;
A rotational speed increasing means for increasing the rotational speed of the internal combustion engine to a predetermined rotational speed;
Second accumulation amount estimation means for estimating the accumulation amount of the particulates collected by the filter according to the differential pressure detected by the differential pressure sensor when the rotational speed of the internal combustion engine is increased;
Filter regeneration prohibiting means for prohibiting regeneration of the filter when the particulate deposition amount estimated by the second deposition amount estimating means is equal to or greater than a predetermined second threshold value greater than the first threshold value; ,
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising:
前記第1堆積量推定手段によるパティキュレート堆積量の推定、および前記フィルタ再生手段による前記フィルタの再生を前記車両の走行中に実行し、
前記第2堆積量推定手段によるパティキュレート堆積量の推定、および当該推定されたパティキュレート堆積量に基づく前記フィルタの再生の禁止を、前記車両のサービス点検時に実行することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 The internal combustion engine is mounted on a vehicle as a drive source,
Performing the estimation of the particulate accumulation amount by the first accumulation amount estimation means and the regeneration of the filter by the filter regeneration means during the traveling of the vehicle,
The particulate deposition amount estimation by the second deposition amount estimation means and the prohibition of regeneration of the filter based on the estimated particulate deposition amount are executed at the time of service inspection of the vehicle. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1.
前記第2しきい値は、前記第3しきい値よりも大きな値に設定されていることを特徴とする、請求項2に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 A traveling filter regeneration prohibiting means for prohibiting regeneration of the filter when the estimated amount of accumulated particulates is equal to or greater than a predetermined third threshold during traveling of the vehicle;
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the second threshold value is set to a value larger than the third threshold value.
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