JP2006090147A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 排気フィルタ13の強制再生時に酸化触媒12へ供給される排気に含まれる燃料を酸化反応させて排気フィルタ13の温度を上昇させる内燃機関の排気浄化装置において、強制再生時における排気中への燃料の添加量を内燃機関10の運転状態に応じて設定する燃料添加量設定手段17と、燃料添加量設定手段17により設定された量の燃料が排気中に添加された場合の排気フィルタ13の温度を推定するフィルタ温度推定手段18と、フィルタ温度推定手段18によって推定されたフィルタ推定温度が予め設定された目標温度履歴をたどるように燃料添加量を逐次補正する補正手段19とをそなえて構成する。
【選択図】 図1
Description
このDPFの再生の手法を簡単に説明すると、DPFの上流側にDOCを配し、このDOCによってディーゼルエンジンの排気中に比較的多量に含まれるNO(一酸化窒素)を酸化することで酸化剤としての機能の高いNO2(二酸化窒素)に転換し、このNO2により、DPFに捕集されたPMを燃焼させることで、排気温度が比較的低い場合であっても、DPFを連続的に再生(いわゆる、連続再生)できるようになっている。
この強制再生の手法はいくつか存在するが、その一例を挙げると、エンジンの膨張行程あるいは排気行程で燃料を噴射する、いわゆるポスト燃料噴射を実行する手法がある。これにより、エンジンで燃焼されなかった燃料(つまり、未燃燃料)を多く含んだ排気をDOCに供給することで、DOCにおいて未燃燃料を酸化(つまり、燃焼)させることができる。そして、このDOCにおいて昇温された排気がDOCの下流に配設されたDPFに流れ込むことでDPFの温度を上昇させDPFに堆積したPMを強制的に燃焼させるのである。
このような事態を避けるための技術の一例として、以下の特許文献1の技術が挙げられる。この特許文献1には、DPFを通過した排気の温度を計測する温度センサによって触媒床温度を推定し、この推定された触媒床温度が所定の警戒温度を超えた時には、燃料噴射装置による燃料添加を停止する旨が開示されている。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、排気フィルタの過昇温による溶損や破損を回避しながら、排気フィルタの再生処理を実行することができる、内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
また、排気フィルタによって捕集されたパティキュレートが酸化することで生じる熱量と、排気と排気フィルタとの間で生じる熱輸送量とを考慮して排気フィルタの温度を推定するので、推定精度を高めることができる。(請求項2)
そして、このDOC12へ、NOを主成分とした排気が流れ込むと、DOCでは、以下の式(1)のような反応が主に促進されるようになっている。
2NO+O2 →2NO2 ・・・(1)
NO2はNOに比べて酸化剤としての機能が高く、低い活性化エネルギでPMを酸化させることができる。このため、DOC12により排気中のNOをNO2 へと酸化させ、このNO2により、DOC12の下流に配設されたDPF13に捕集されたPMを酸化(燃焼)させるようになっているのである。
そして、DOC12によって上述の反応式(1)の反応が促進され、NO2を比較的多く含んだ排気がDPF13に流れ込むと、DPF13では以下の式(2)で示す酸化反応が促進されるようになっている。
2NO2 +2C→N2 +2CO2 ・・・(2)
つまり、DPF13に堆積したPMをNO2により酸化(燃焼)させることにより、PMをCO2 にしてDPF13から除去するとともに排気ガス中のNOX(NO2 )をN2に分解して、PM及びNOX量を低減するとともに、過剰量のPMがDPF13に堆積することによって、DPF13がPMを捕集できなくなることを防ぐことができるようになっている。
また、このディーゼルエンジン10には、図示しないEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置が設けられ、排気ポート(図示略)から排出された排気の一部(いわゆるEGRガス)を吸気ポート(図示略)へ導入できるようになっている。なお、このEGRガスの量は後述するECU16によって制御されるようになっている。
これらにより、DOC12に供給される排気に含まれる酸素濃度を濃くしたり薄くしたりすることができるようになっている。
また、このDPF温度推定部18は、発熱量推定部(発熱量推定手段)20と熱輸送量推定部(熱輸送量推定手段)21とを有している。
また、排気温度Tは、第1温度センサ14と第2温度センサ15との間の任意の点における排気の温度であって、より具体的には、第1温度センサ14によって測定されたDPF13の上流端近傍の排気温度と第2温度センサ15によって測定されたDPF13の下流近傍の排気温度との間における排気温度は直線的に変化するとみなすことでDPF13内の排気温度の分布を求めることにより得られる値である。なお、DPF13内で最も排気温度が高温となるのはDPF13の下流端近傍であるので、本実施形態においては、DPF13の下流端近傍における排気の温度を上式(3)の排気温度Tに代入するようになっている。
C+O2→CO2+qc ・・・(4)
なお、この(4)式中、qcは炭素の低発熱量(32.76)である。
また、PMの燃焼量、即ち、PMが燃焼したことによる単位時間当たりのCO2発生量は以下の(5)式で表すことができる。
このうち、[C]は、差圧センサ23によって測定されたDPF13の上流と下流との間での差圧を図示しない堆積PMマップに適用することによって得られるようになっている。また、[O2]は、DPF13の強制再生に先立ち排気制御部17によって設定された燃料噴射量,EGRガスに含まれる未燃燃料量および空気量と、エンジン10の吸気系に備えられた図示しないエアフローセンサによって測定された吸入空気量とに基づいて得られるようになっている。なお、排気系11にリニアA/Fセンサ(LAFS)を設けて直接的に測定するようにしてもよい。
他方、熱輸送量推定部21は、以下の式(7)〜(9)によって排気とDPF13との間で交換される熱量Qcを推定するものである。
また、λはDPFの材質によって決まる物性値、DPF13の代表長さdはDPF13の直径、AはDPF13の表面積、TDPF(t-Δt)は冷態始動時では大気温度、温態始動時は始動後十分に時間が経過した時の排気温度であって、2回目以降の計算時では後述する式(10)によって前回得られたDPF温度、排気温度TGASは第1温度センサ14および第2温度センサ15に基づいて得られたDPF13内の排気温度分布によって推定されたDPF13の任意点における排気温度、Δtは推定時間であり、前回Qcを求めてから今回Qcを求めるまでの間の時間であって制御周期として扱ってもよい。
そして、補正部19は、DPF温度推定部18が上式(10)を用いて推定したDPF13の推定温度TDPF(t)が、予め定められた目標温度履歴を外れるような場合には、逐次、ポスト噴射における燃料噴射量を補正し、例えば、推定温度TDPF(t)がt2の時点において規定温度(所定値)T1を超える場合には、逐次、排気制御部17による排気への燃料添加量、即ち、ポスト噴射実行時に噴射される燃料目標量を減じるように補正するものである。なお、この目標温度履歴は、ECU16内の図示しないメモリ内に予め記憶されている温度カーブであり、実験で得られたものであって、強制再生を実行した場合にDPF13が過昇温することなく適切に堆積したPMを燃焼させることができる理想的な温度を時系列にプロットしたものである。
図2に示すように、差圧センサ23によってDPF13の上流および下流との間の排気差圧が測定され(ステップS11)、この排気差圧をECU16に内蔵された堆積PMマップ(図示略)に適用することによって、DPF13に堆積しているPM量を求める(ステップS12)。
そして、発熱量推定部20が、ステップS12において得られたDPF13に堆積中のPM量と、ステップS18において得られた排気中のO2量とに基づいて(より具体的には、上述の式(3)〜(6)を用いて)、DPF13に堆積したPMが燃焼することによって発生する発熱量Qbを算出する(ステップS23)。
そして、ステップS21によって得られた排気の流速と、ステップS22によって得られたDPF13の内部における排気温度の分布に基づいて得られた任意の点における排気温度とから、熱輸送量推定部21が、排気とDPF13との間で交換される熱輸送量Qcを算出する(ステップS24)。
ここで推定されたDPF13の推定温度(フィルタ推定温度)が、警戒温度(所定値)を超える場合には、補正部19が、排気制御部17によって設定された強制再生を実行する際のポスト噴射における燃料噴射量(ポスト噴射量)を補正する。
その後、このDPF13の推定温度TDPF(t)がt2で示す時点における規定温度(所定値)T1を超えると、補正部19は、排気濃度をA1からA2に減じる補正を行なう(図3(B)中時点t2参照)。
このように、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、DPF13の温度を予め推定し、推定されたDPF13の温度が目標温度履歴をたどるようにポスト噴射量を逐次補正することで、DPF13の過昇温に起因する溶損や破損を回避しながら、DPF13の再生処理を実行することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
また、このDPF13の推定温度TDPF(t)がt2で示す時点における規定温度T1を超えると、補正部19が、ポスト噴射量をA1からA2に減じる補正を行なう場合を図3(A)および(B)を用いて説明したが、例えば、DPF13の推定温度TDPF(t)がt2で示す時点における規定温度T1を下回った場合には、補正部19が、ポスト噴射量を増大し、推定温度TDPF(t)が目標温度履歴に一致するように補正することで、適切に強制再生が実行されることはいうまでもない。
11 排気系(排気通路)
12 DOC(酸化触媒)
13 DPF(排気フィルタ)
14 第1温度センサ
15 第2温度センサ
16 ECU
17 排気制御部(燃料添加量設定手段)
18 DPF温度推定部(フィルタ温度推定手段)
19 補正部(補正手段)
20 発熱量推定部(発熱量推定手段)
21 熱輸送量推定部(熱輸送量推定手段)
23 差圧センサ
Claims (2)
- 内燃機関の排気通路に設けられて排気中のパティキュレートを捕集する排気フィルタと、該排気フィルタの上流に位置して該排気通路に設けられた酸化触媒と、該排気フィルタの強制再生時に該酸化触媒の上流側に燃料を添加して燃料を酸化反応させ該排気フィルタの温度を上昇させる内燃機関の排気浄化装置において、
該強制再生時における燃料の添加量を該内燃機関の運転状態に応じて設定する燃料添加量設定手段と、
該燃料添加量設定手段により設定された添加量の燃料が添加された場合の該排気フィルタの温度を推定するフィルタ温度推定手段と、
該フィルタ温度推定手段によって推定された該フィルタ推定温度が予め設定された目標温度履歴をたどるように該燃料添加量を逐次補正する補正手段とをそなえる
ことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。 - 該温度推定手段は、
該排気フィルタによって捕集されたパティキュレートが酸化することで発生する熱量を推定する発熱量推定手段と、
該排気の該排気フィルタへ熱伝達による熱輸送量を推定する熱輸送量推定部とから構成される
ことを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
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