JP6024379B2 - 排気浄化装置 - Google Patents
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Description
このように、従来の技術では、フィルター内での燃焼状態を巨視的に捉えることしかできない。このことから、詳細な燃焼位置に関する情報を取得することが困難であり、再生制御の精度を向上させることが難しいという課題がある。
また、前記温度センサーで検出された前記排気温度と前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度とに基づき、前記フィルター内で前記パティキュレートの燃焼が相対的に活発な位置を判定する判定手段を備える。
上記の排気浄化装置は、前記温度センサーで検出された前記排気温度に基づき、前記フィルターの上流側及び下流側の排気温度差を算出する温度差算出手段と、前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度に基づき、前記フィルターの上流側及び下流側の酸素濃度差を算出する濃度差算出手段とを備える。前記判定手段が、前記温度差算出手段で算出された前記排気温度差と前記濃度差算出手段で算出された前記酸素濃度差とに基づき、前記位置を判定する。
また、上記の排気浄化装置は、前記判定手段で判定された前記位置に基づき、前記外周部の燃焼状態が前記酸素濃度差に与える影響の度合いに相当する分配係数を算出する分配係数算出手段と、前記分配係数算出手段で算出された前記分配係数と、前記濃度差算出手段で算出された前記酸素濃度差とに基づき、前記フィルターの中心温度に対する前記フィルターの外周温度の上昇量を算出する上昇量算出手段とを備える。
前記温度センサーは、前記フィルターの下流側端面に近接して設けられることから、おもに前記フィルターの一部を通過した排気についての温度を検出する。つまり、この温度には、前記フィルターの一部の燃焼状態が強く反映される。これに対し、前記濃度センサーは、おもに前記フィルターを通過した排気が混合された混合気全体についての酸素濃度を検出する。つまり、この酸素濃度には、前記フィルターの全体についての燃焼状態が反映される。このようなパラメーター間の特性の相違に基づき、前記判定手段では、フィルター内でパティキュレートの燃焼反応が活発な位置(例えば、局所的な燃焼が生じている箇所)が判定される。
また、前記温度センサーで検出された前記排気温度と前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度とに基づき、前記フィルター内で前記パティキュレートの燃焼が相対的に活発な位置を判定する判定手段を備える。
上記の排気浄化装置は、前記温度センサーで検出された前記排気温度に基づき、前記フィルターの上流側及び下流側の排気温度差を算出する温度差算出手段と、前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度に基づき、前記フィルターの上流側及び下流側の酸素濃度差を算出する濃度差算出手段とを備える。前記判定手段が、前記温度差算出手段で算出された前記排気温度差と前記濃度差算出手段で算出された前記酸素濃度差とに基づき、前記位置を判定する。
また、上記の前記判定手段は、前記排気温度差についての第一ピーク値と前記第一ピーク値が検出されたときの前記酸素濃度差とに基づき、又は、前記酸素濃度差についての第二ピーク値と前記第二ピーク値が検出されたときの前記排気温度差とに基づき、前記位置を判定する。
例えば、前記酸素濃度差に対する前記排気温度差の比が大きいほど、前記フィルターの中心部側により偏った燃焼状態であると判断し、前記酸素濃度差に対する前記排気温度差の比が小さいほど、前記フィルターの外周部側により偏った燃焼状態であると判断することが好ましい。
あるいは、前記酸素濃度差に対する前記排気温度差の比が所定比であるときに、局所的でない均等な燃焼状態であると判断することが好ましい。なお、「前記酸素濃度差に対する前記排気温度差の比」の代わりに、「前記排気温度差に対する前記酸素濃度差の比(すなわち、前記酸素濃度差に対する前記排気温度差の比の逆数)」を用いてもよい。
なお、前記流量が多いほど、前記温度センサーで検出される前記排気温度が低下する。したがって、「前記酸素濃度差に対する前記排気温度差の比」を用いた判定を実施する場合には、前記流量が多いほど、局所的でない均等な燃焼状態であると判断するための前記所定比を小さく設定することが好ましい。
この場合、前記判定手段が、前記温度変化量算出手段で算出された前記排気温度変化量と、前記濃度変化量算出手段で算出された前記酸素濃度変化量とに基づき、前記位置を判定することが好ましい。
(7)また、前記温度センサーが、前記フィルターの中心部の下流側端面に近接して設けられることが好ましい。
(9)また、前記判定手段で判定された前記位置に応じて、前記フィルターを再生させる制御を実施する再生制御手段を備えることが好ましい。
本実施形態の排気浄化装置は、図1に示す車載のエンジン10に適用される。ここでは、多気筒四サイクル型のエンジン10に設けられた複数のシリンダのうち、一つのシリンダを示す。シリンダの頂部には、空気を燃焼室内に導入するための吸気通路11と、燃焼後の排気を車両の外部に排出するための排気通路14とが接続される。
電子制御装置1は、エンジン10を含む吸排気システムを統括管理するコンピュータであり、例えばマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。この電子制御装置1では、上記の強制再生制御のほか、フィルター中心部71のフィルター温度やフィルター外周部72のフィルター温度の推定演算や、パティキュレートの燃焼が活発な位置の判定演算が実施され、これらに基づいて強制再生制御のインターバル時間やフィルター7の目標温度等が調整される。
算出部2は、少なくとも近接温度センサー8及び全域濃度センサー9の各々で検出されたセンサー値に基づき、上記の推定演算や判定演算に関するパラメーターを算出するものである。この算出部2には、温度差算出部21,濃度差算出部22,温度変化量算出部23,濃度変化量算出部24及び排気流量算出部25が設けられる。
排気流量算出部25は、フィルター7を通過する排気の流量(例えば、体積流量や質量流量)を排気流量Vexとして算出するものである。排気流量Vexは、吸気流量Vinやエンジン10の運転状態,排気温度等に基づいて算出される。ここで算出された排気流量Vexの値は、判定部3に伝達される。
判定部3(判定手段)は、算出部2での算出された各パラメーターに基づき、フィルター7内での過昇温の有無と、その過昇温が発生した位置とを判定するものである。ここでいう「過昇温が発生した位置」とは、例えばフィルター7内におけるパティキュレートや触媒貴金属の不均一な分布によって、パティキュレートの燃焼反応が局所的に活発となった位置のことを意味し、必ずしもDPF装置6の性能が損なわれる程度に過剰に高温となった位置のことを意味するわけではない。
温度推定部4は、判定部3での判定,算出結果に基づき、フィルター7の内部の温度を推定するものである。ここでは、第一の判定手法,第二の判定手法のそれぞれで算出された距離Xのうち絶対値|X|の大きい一方に基づいて、フィルター7内部の温度が推定される。温度推定部4には、中心温度算出部41,分配係数算出部42,上昇量算出部43及び外周温度算出部44が設けられる。
再生制御部5は、DPF装置6の強制再生制御を実施するものである。この再生制御部5は、例えばフィルター7に堆積したパティキュレート量を演算し、その量が所定量を超えた場合に強制再生制御を実施する。あるいは、車両の走行距離を累積的に算出し、前回の強制再生時からの累積走行距離が所定距離を超えた場合に強制再生制御を実施する。強制再生制御の終了条件は、フィルター7でのパティキュレートの燃焼量が所定量以上となった(例えば、ほぼ全てのパティキュレートが焼却されたと判断された)ことや、フィルター7の温度が所定温度以上の状態が所定時間継続したこと等である。
上記の排気浄化装置では、近接温度センサー8がフィルター中心部71の下流側端面に近接して設けられる。つまり、近接温度センサー8は、フィルター中心部71を通過した排気についての近接温度Tsを検出する。これに対し、全域濃度センサー9は、フィルター7の各所を通過した排気流が混合された混合気についての全域濃度O2sを検出する。つまり、この全域濃度O2sには、フィルター中心部71のみならず、フィルター外周部72を含むフィルター7全体についての燃焼状態が反映される。また、判定部3では、このような近接温度Ts及び全域濃度O2s間の特性の相違に基づき、フィルター7内で燃焼反応が活発な位置(局所的な燃焼が生じている箇所)が判定される。
なお、酸素濃度差ΔO2に対する排気温度差ΔTの比Rの代わりに、排気温度差ΔTに対する酸素濃度差ΔO2の比を用いた場合であっても、同様の効果を奏するものとなる。
これに対し、上記の排気浄化装置では、フィルター7内での最高温度が何度であるのか、また、その最高温度が径方向断面のどの領域で生じたのかを正確に推定することができ、上記の温度分布を区別することができる。したがって、フィルター外周部72での部分的な温度上昇をその位置に関わらず把握することができ、排気浄化システムの信頼性を向上させることができる。
また、排気温度差ΔT及び酸素濃度差ΔO2に基づく判定手法と比較して、入口温度Tinや入口濃度O2inの検出,推定が不要であり、演算構成を簡素化することができる。
(10)また、上記の排気浄化装置では、全域濃度センサー9がコーン部62と下流排気通路15との接続部の近傍に設けられるため、程よく混合された排気の酸素濃度を全域濃度O2sとして検出することができ、全域濃度O2sの検出精度を向上させることができる。
さらに、上記の排気浄化装置では、正確に把握した中心温度Tcenと外周温度Toutとの双方を用いてフィルター7の再生インターバル時間を調整している。これにより、単にフィルター7内での過昇温を検出,判定するだけでなく、その過昇温の発生を抑制することができる。例えば、フィルター7内の最高温度が一回目の強制再生時に第二温度TB以上の場合には、二回目の強制再生までのインターバル時間が短縮される。これにより、たとえパティキュレートがフィルター7内に偏堆積していたとしても、パティキュレートが過剰に堆積される前に(パティキュレートの堆積量が少なめである状態で)強制再生制御が実施されることになり、確実に過昇温が防止される。したがって、フィルター7の劣化を防止することができる。
上述した実施形態に関わらず、それら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。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
例えば、全域濃度センサー9の設置位置を図2(a)に図示された位置よりも排気上流側又は排気下流側とすることも考えられる。全域濃度センサー9は、フィルター中心部71を通過した排気とフィルター外周部72を通過した排気とが混合した位置で酸素濃度を検出するものであればよく、具体的な配置は上述の実施形態のものに限定されない。
なお、上述のエンジン10の燃焼形式は任意であり、上記の排気浄化装置はディーゼルエンジンの排気系にもガソリンエンジンの排気系にも適用可能である。
2 算出部
21 温度差算出部(温度差算出手段)
22 濃度差算出部(濃度差算出手段)
23 温度変化量算出部(温度変化量算出手段)
24 濃度変化量算出部(濃度変化量算出手段)
25 排気流量算出部
3 判定部(判定手段)
4 温度推定部
41 中心温度算出部(中心温度算出手段)
42 分配係数算出部(分配係数算出手段)
43 上昇量算出部(上昇量算出手段)
44 外周温度算出部(外周温度算出手段)
5 再生制御部
6 DPF装置
61 円筒部(ケーシング)
62 コーン部
7 フィルター
8 近接温度センサー(温度センサー)
9 全域濃度センサー(濃度センサー)
Claims (9)
- エンジンの排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルターと、
前記フィルターの下流側端面に近接して設けられ、排気温度を検出する温度センサーと、
前記フィルターの中心部及び外周部のそれぞれを通過した排気が混合された混合気の酸素濃度を検出する濃度センサーと、
前記温度センサーで検出された前記排気温度と前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度とに基づき、前記フィルター内で前記パティキュレートの燃焼が相対的に活発な位置を判定する判定手段と、
前記温度センサーで検出された前記排気温度に基づき、前記フィルターの上流側及び下流側の排気温度差を算出する温度差算出手段と、
前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度に基づき、前記フィルターの上流側及び下流側の酸素濃度差を算出する濃度差算出手段とを備え、
前記判定手段が、前記温度差算出手段で算出された前記排気温度差と前記濃度差算出手段で算出された前記酸素濃度差とに基づき、前記位置を判定するとともに、
前記判定手段で判定された前記位置に基づき、前記外周部の燃焼状態が前記酸素濃度差に与える影響の度合いに相当する分配係数を算出する分配係数算出手段と、
前記分配係数算出手段で算出された前記分配係数と、前記濃度差算出手段で算出された前記酸素濃度差とに基づき、前記フィルターの中心温度に対する前記フィルターの外周温度の上昇量を算出する上昇量算出手段とを備える
ことを特徴とする、排気浄化装置。 - エンジンの排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルターと、
前記フィルターの下流側端面に近接して設けられ、排気温度を検出する温度センサーと、
前記フィルターの中心部及び外周部のそれぞれを通過した排気が混合された混合気の酸素濃度を検出する濃度センサーと、
前記温度センサーで検出された前記排気温度と前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度とに基づき、前記フィルター内で前記パティキュレートの燃焼が相対的に活発な位置を判定する判定手段と、
前記温度センサーで検出された前記排気温度に基づき、前記フィルターの上流側及び下流側の排気温度差を算出する温度差算出手段と、
前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度に基づき、前記フィルターの上流側及び下流側の酸素濃度差を算出する濃度差算出手段とを備え、
前記判定手段が、前記温度差算出手段で算出された前記排気温度差と前記濃度差算出手段で算出された前記酸素濃度差とに基づき、前記位置を判定するとともに、
前記判定手段が、前記排気温度差についての第一ピーク値と前記第一ピーク値が検出されたときの前記酸素濃度差とに基づき、又は、前記酸素濃度差についての第二ピーク値と前記第二ピーク値が検出されたときの前記排気温度差とに基づき、前記位置を判定する
ことを特徴とする、排気浄化装置。 - 前記判定手段が、前記酸素濃度差と前記排気温度差との比に基づき、前記位置を判定する
ことを特徴とする、請求項1または2記載の排気浄化装置。 - 前記判定手段が、前記フィルターを通過する排気の流量と前記排気温度差と前記酸素濃度差とに基づき、前記位置を判定する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の排気浄化装置。 - 前記温度センサーで検出された前記排気温度に基づき、前記フィルターの中心温度を算出する中心温度算出手段と、
前記中心温度算出手段で算出された前記中心温度と、前記濃度差算出手段で算出された前記酸素濃度差とに基づき、前記フィルターの外周温度を算出する外周温度算出手段とを備える
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の排気浄化装置。 - 前記温度センサーで検出された前記排気温度の単位時間あたりの変化量を排気温度変化量として算出する温度変化量算出手段と、
前記濃度センサーで検出された前記酸素濃度の単位時間あたりの変化量を酸素濃度変化量として算出する濃度変化量算出手段とを備え、
前記判定手段が、前記温度変化量算出手段で算出された前記排気温度変化量と前記濃度変化量算出手段で算出された前記酸素濃度変化量とに基づき、前記位置を判定する
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の排気浄化装置。 - 前記温度センサーが、前記フィルターの中心部の下流側端面に近接して設けられる
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の排気浄化装置。 - 前記フィルターを内蔵するケーシングの下流側端部に設けられ、下流側ほど流路断面積が縮小する錘形状に形成されたコーン部と、
前記コーン部に接続された下流排気通路とを備え、
前記濃度センサーが、前記コーン部及び前記下流排気通路の接続部近傍における前記下流排気通路の径方向断面の中心に設けられる
ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の排気浄化装置。 - 前記判定手段で判定された前記位置に応じて、前記フィルターを再生させる制御を実施する再生制御手段を備える
ことを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載の排気浄化装置。
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