JP2006189024A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エンジン1の排気通路2に設置したDPF3を昇温制御するために、ECU6は、DPF3の温度を所望の再生目標温度に維持可能な熱の持ち去り量となるDPF通過ガスの目標ガス流量を算出する。吸気スロットル42開度による新気量制御等により、DPF通過ガスを目標ガス流量に制御し、ガス流量の増量を最小限とする。
【選択図】 図1
Description
入熱量+発熱量=放熱量
の関係が維持されるように、つまり、所望の再生温度に維持できる熱の持ち去り量となるように、DPF通過ガスのガス流量を制御するのがよい。
ΔQ=Qr−Qb
と算出する。また、DPF通過ガスへの放熱量Qout は、DPF3から排出されたガスの持つ熱量QinとDPF3へ流入したガスの持つ熱量Qexから、
Qout =Qex−Qin
と算出する。ここで、流入ガス温度をTin、流出ガス温度をTex、ガス量をMgas 、ガス比熱をCpとすると
Qex=Cp×Mgas ×Tex
Qin=Cp×Mgas ×Tin
の関係があるので、この放熱量Qout が過不足熱量ΔQに等しくなるガス量Mtrg は
Mtrg =ΔQ/{Cp×( Tex−Tin)}
と算出でき、これを目標ガス流量とする。
吸気スロットル42開度を操作して吸気管の圧損を変化させる、
または、EGR制御弁71開度を操作して、EGR量を変化させる、
または、タービン92のノズルベーン開度を操作して、タービン回転力を増減調整し、排気圧損および過給圧を変化させる、
等により吸気圧を操作して、新気量を目標ガス流量近傍に維持させる。また、排気タービン過給機が電動機を備える電動機付タービン過給機の場合は、電動機の駆動力を増減制御してタービンを強制駆動することにより吸気圧を操作してもよい。電動機付タービン過給機を備える場合は、排気エネルギーの少ない低回転領域で電動機によりタービンを強制駆動することで、速やかに排出ガス量を制御できる。または、上記操作の複数の組み合わせにより、DPF通過ガス流量の制御を行ってもよい。
図7は、DPF3の昇温制御の基本動作を示すフローチャートであり、まず、ステップ100でDPF3内部の温度分布を推定する。本実施形態では、DPF3のガス流れ方向に10点の温度推定点を設定し、DPF3を10個の領域(セル)に分割して、各セルの温度を推定することで温度分布を求める。図8(a)は温度分布を推定するための処理で、ステップ101〜110の各ステップで各セルの熱収支を計算する。各セルの熱収支は、図8(b)に示すセルの熱収支モデルを用いて計算する。
ΔQmax =Qrmax−Qbmax・・・(1)
と算出することができる(図4参照)。また、放熱量Qout は、DPF3内の最高温度の位置Pmax の下流位置Prrのガスの持つ熱量Qrrと上流位置位置Pfrのガスの持つ熱量Qfrから、
Qout =Qrr−Qfr・・・(2)
と算出する。
ここで、DPF3内の最高温度の位置Pmax の上流位置Pfrのガス温度をTfr、下流位置Prrのガス温度をTrr、ガス量をMgas 、ガス比熱をCpとすると、
Qrr=Cp×Mgas ×Trr・・・(3)
Qfr=Cp×Mgas ×Tfr・・・(4)
の関係があるので、この放熱量Qout が過不足熱量ΔQmax に等しくなるガス量Mtrg は、
Mtrg =ΔQmax /{Cp×(Trr−Tfr) }・・・(5)
と算出できる。これを単位時間あたりのガス流量に換算して再生中目標ガス流量GATRGを算出する。
EGA←GA−GATRG・・・(6)
この偏差EGAを用い、ステップ507で偏差の積分量IEGAを、ステップ508では微分量DEGAを、それぞれ前回値(i−1)を用いて算出する。
IEGA(i)←IEGA(i−1)+EGA(i)・・・(7)
DEGA(i)←EGA(i) −EGA(i−1)・・・(8)
ステップ509では現在の吸気スロットル開度THRを吸気スロットル開度の前回値THROLDとし、ステップ510で、比例項ゲインKP、積分項ゲインKI、微分項ゲインKDからスロットル開度THRを算出する。
THR←THRBASE+KP・EGA+KI・IEGA+KD・DEGA・・・(9)
ETRG=GATRG/ (η×V)・・・(10)
のように算出する。
2 排気通路
2a、2b 排気管
3 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
4 吸気通路
41 エアフロメータ
42 吸気スロットル
43 吸気圧センサ
51、52 排気温センサ
6 ECU
7 EGR制御弁
71 EGR通路
8 差圧センサ
91 タービン
92 コンプレッサ
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路途中に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備える内燃機関の排気浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタを昇温して所望の温度に維持する昇温制御手段が、
上記パティキュレートフィルタを所望の温度に維持可能な熱の持ち去り量となるように、上記パティキュレートフィルタ通過ガスの目標ガス状態を算出する目標ガス状態算出手段と、
上記目標ガス状態となるように上記パティキュレートフィルタ通過ガスのガス流量を制御するガス流量制御手段とを有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 上記目標ガス状態算出手段は、上記パティキュレートフィルタを所望の温度に維持するために必要な過不足熱量を算出し、該過不足熱量と上記パティキュレートフィルタ通過ガスへの熱の授受量が等しくなるように、上記パティキュレートフィルタ通過ガスの目標ガス状態を算出する請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記目標ガス状態算出手段は、上記パティキュレートフィルタ温度分布情報に基づき、上記パティキュレートフィルタ内の最高温度が維持されるように、上記パティキュレートフィルタ通過ガスの目標ガス状態を算出する請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記目標ガス状態は、目標ガス流量または目標ガス温度を含む請求項1ないし3のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記目標ガス状態は目標ガス流量であり、上記目標ガス流量算出手段は、現在までの運転状態の履歴を基に、内燃機関の回転数および負荷のうち少なくとも一方が高い側から低い側へ移行した場合に、上記パティキュレートフィルタ通過ガスの目標ガス流量に対して増量補正を行う請求項1または4記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記目標ガス状態は目標ガス流量であり、上記ガス流量制御手段は、上記パティキュレートフィルタ通過ガス流量が上記目標ガス流量となるように、内燃機関からの排出ガス量を操作する請求項1ないし5のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ガス流量制御手段は、吸気通路の吸気スロットル開度の調整量、EGR装置のEGR制御弁開度の調整量、および、排気タービン過給機のタービン回転力の調整量のうちの1つまたは複数の調整量の増減制御を組み合わせて新気量をフィードバック制御することにより、内燃機関からの排出ガス量を操作する請求項6記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ガス流量制御手段は、吸気通路の吸気圧が所定値以下とならないようなガードを設定する請求項7記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ガス流量制御手段は、内燃機関の出力軸と駆動軸との間のスリップ率と車速に応じて機関回転数を変化させることにより、内燃機関からの排出ガス量を増量操作する請求項6ないし8のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
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