JP5123686B2 - Ｄｐｆ堆積量推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンのＤＰＦ（黒煙除去装置）の再生装置に用いられ、排気ポートに連なる排気通路に、排ガス中のＰＭ（パティキュレート（微小固形物））を除去するＤＰＦ（黒煙除去装置）を備えたＤＰＦの堆積量を推定するＤＰＦ堆積量推定装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレート（微小固形物、以下ＰＭという）を除去するＤＰＦ（黒煙除去装置）が設けられているディーゼルエンジンにおいて、前記ＤＰＦにはメタルタイプとセラミックスタイプの２タイプがある。メタルタイプは取り扱いが容易であるが、ＰＭの捕集率が５０〜６０％と低い。一方セラミックスタイプは捕集率は９０％以上と高いが、ＤＰＦにＰＭが堆積し易く堆積したＰＭを強制的に燃焼させる必要がある。
今後は、ＰＭの規制値が厳しくなることから捕集率の良好なセラミックスタイプが主流になると考えられ、ＤＰＦの再生の実施にあたっては、エンジンの運転履歴やＤＰＦの状態から、ＰＭの堆積量を正確に推定することが必須となる。

図６は、代表的なＤＰＦ装置の縦断面図であり、図６において、１３はエンジン（図示省略）の排気ポートに連通される排気管、５０は該排気管１３に接続されるＤＰＦ装置である。該ＤＰＦ装置５０は、ＤＰＦ本体２内に収納されたＤＰＦ１と該ＤＰＦ１の上流側に設置された前段酸化触媒３が設置されている。
エンジンからの排気ガスは、排気管１３から入口室４を通って前段酸化触媒３に入り、この前段酸化触媒３で酸化され、そのとき発生する酸化熱でＤＰＦ１が６００〜６５０℃に上昇し、該ＤＰＦ１に堆積したＰＭを燃焼させ、燃焼ガスは出口室５から外部に排出される。
図６において、Ｐ１がＤＰＦ１の入口圧力、Ｔ１がＤＰＦ１の入口温度、Ｐ２がＤＰＦ１の出口圧力、Ｔ２がＤＰＦ１の出口温度である。

図７に、従来使用されているＤＰＦの再生制御装置におけるＰＭ堆積量の推定ブロック図を示す。
図において、エンジンのエンジン回転数、目標とする燃料噴射量、スロットルバルブの開度、及びかかるエンジンがＥＧＲ（排気ガス再循環）式エンジンの場合にはＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブの開度から、模式的にモデル値として算出されたエンジン側のＰＭ排出量の値が、推定マップの形でＰＭ排出量モデル１１に設定されている。
また、前記ＤＰＦ１の入口温度Ｔ１の実測値Ｔ１、及びＤＰＦ１の出口温度Ｔ２から、模式的にモデル値として算出された前記ＤＰＦ１におけるＰＭ再生量の値が、推定マップの形でＰＭ再生量モデル１２に設定されている。

そして、前記ＰＭ排出量モデル１１からＰＭ再生量モデル１２を減算して、ＰＭ堆積量推定ロジック１４ａが求まる。

一方、エンジンのエンジン回転数、目標とする燃料噴射量、スロットルバルブの開度、及びエンジンがＥＧＲ式エンジンの場合には前記ＥＧＲバルブの開度により、模式的にモデル値として算出された排ガス流量の値が、推定マップの形で排ガス流量モデル１３に設定されている。
また、前記ＤＰＦ１の差圧の検出値として、ＤＰＦ１の出口圧力Ｐ２と前記ＤＰＦ１の入口圧力Ｐ１との差圧がＤＰＦ差圧として算出されている。
そして、前記排ガス流量モデル１３と前記ＤＰＦ差圧とにより、模式的にモデル値として算出したＤＰＦ差圧が、推定マップの形でＤＰＦ差圧モデル１５として設定される。

以上により、ＰＭ堆積量推定機器１７ａにおいては、推定されたＰＭ堆積量推定ロジック１４ａとＤＰＦ差圧モデル１５とにより、ＰＭの総量であるＰＭ堆積推定量が求められる。
また、エンジンのエンジン回転数、目標とする燃料噴射量、及び時間から算出される燃料噴射量の積算値が燃料消費量積算計１６にて積算され、前記ＰＭ堆積量推定機器１７ａに記憶される。

前記のように、係る従来技術においては、設定されたＰＭ堆積量推定ロジック１４ａ、ＤＰＦ差圧モデル１５、及び燃料消費量積算計１６の３つの推定要素が、基準とする堆積量上限値をオーバーするとＰＭ堆積量の限界としている。

また、特許文献１（特開２００４−１９７７２２号公報）には、ＤＰＦ前後差圧に基づいて第１のＰＭ堆積量ＰＭ１を推定し、ＰＭの排出量を積算して第２のＰＭ堆積量ＰＭ２を算出し、最終的に推定すべきＰＭ堆積量として、前記ＰＭ１、ＰＭ２の大きい方を採用している。

特開２００４−１９７７２２号公報

図７に示されているようなＤＰＦ堆積量推定装置にあっては、前記のように、設定されたＰＭ堆積量推定ロジック１４ａ、ＤＰＦ差圧モデル１５、及び燃料消費量積算計１６の３つの推定要素が、独立して構成され、これらが基準とする堆積量上限値をオーバーするとＰＭ堆積量の限界としている。

このため、実際のＰＭ排出量が、前記推定要素を上回った場合には、前記ＰＭ堆積量推定ロジック１４ａが出力するＰＭ推定量は、時間の経過とともに実堆積量と大きくかけ離れることとなり、特に実堆積量がＰＭ推定量以上となる場合は問題となる。

また、図７に示されているようなＤＰＦ堆積量推定装置にあっては、ＤＰＦ差圧モデル１５は、排ガス流量の影響を大きく受けるため、排ガス流量を推定モデルに取り込む必要があるが、ＤＰＦ差圧、排ガス流量、ＰＭ堆積量の関係をエンジンの運転域で全精度よく計測することは困難であり、従ってエンジンの運転条件によってはＤＰＦ差圧モデル１５の推定精度が悪化する可能性がある。
特に、エンジンの運転状態が大きく変化する場合や、負荷が低い運転状態では、前記ＰＭ堆積量推定ロジック１４ａ及びＤＰＦ差圧モデル１５から推定されるＰＭ堆積量が実堆積量から乖離する可能性がある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジン側のＰＭ排出量とＰＭ再生量との差とＤＰＦ差圧モデルとを組み合わせて一体化されたＰＭ堆積量推定ロジックを用いることにより、排ガス流量の変化等によって影響の少ない推定精度を向上したＤＰＦ堆積量推定装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するもので、排気ポートに連なる排気通路に、排ガス中のＰＭ（パティキュレート（微小固形物））を除去するＤＰＦ（黒煙除去装置）を備えたＤＰＦの堆積量を推定するＤＰＦ堆積量推定装置において、エンジンの運転状態によってＰＭ排出量が設定されるＰＭ排出量モデルと、ＤＰＦの出口温度と入口温度との温度差によってＰＭ再生量が設定されるＰＭ再生量モデルと、排ガス流量とＤＰＦの差圧とからＰＭ堆積量が設定されるＤＰＦ差圧モデルとを有し、前記ＰＭ排出量モデルからの排出量ｖと、前記ＰＭ再生量モデルからの再生量ｗと、前記ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値ｙｄと過去に算出したＰＭ堆積推定量ｙとの誤差偏差（ｙｄ−ｙ）に、エンジン回転数またはエンジンの燃料噴射量の増加に従って増加する係数Ｋを乗じて算出したＰＭ堆積量補正量Ｋ（ｙｄ−ｙ）と、を用いてｖ−ｗ＋Ｋ（ｙｄ−ｙ）の算出式によってＰＭ堆積推定量ｘを算出するＰＭ堆積量推定ロジック部を有したことを特徴とする（請求項１）。

かかる発明は、前記ＰＭ堆積量補正量を、ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値ｙｄと過去に算出したＰＭ堆積推定量ｙとの推定誤差に前記Ｋを乗じて算出し、前記ＰＭ排出量モデルからの排出量から前記ＰＭ再生量モデルからの再生量を減算した値に、前記ＰＭ堆積量補正量Ｋ（ｙｄ−ｙ）を加算して前記ＰＭ堆積推定量を算出することを特徴とする。

また、前記係数Ｋは、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量が増加するに従い増加するように決定されることを特徴とする。
また、前記係数Ｋは、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量の変化が一定値以上のときはゼロに設定して前記ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値による補正を行わないようにするとよい（請求項２）。

本発明によれば、エンジンの運転状態によってＰＭ排出量が設定されるＰＭ排出量モデルと、ＤＰＦの出口温度を入口温度との温度差によってＰＭ再生量が設定されるＰＭ再生量モデルと、排ガス流量とＤＰＦの差圧とからＰＭ堆積量が設定されるＤＰＦ差圧モデルとを有し、前記ＰＭ排出量モデルからの排出量ｖと、前記ＰＭ再生量モデルからの再生量ｗと、前記ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値ｙｄと過去に算出したＰＭ堆積推定量ｙとの誤差偏差（ｙｄ−ｙ）に、エンジン回転数またはエンジンの燃料噴射量の増加に従って増加する係数Ｋを乗じて算出したＰＭ堆積量補正量Ｋ（ｙｄ−ｙ）と、を用いてｖ−ｗ＋Ｋ（ｙｄ−ｙ）の算出式によってＰＭ堆積推定量ｘを算出するので、ＰＭ排出量マップとＰＭ再生量マップとに誤差が含まれる場合でも、その誤差に対してＤＰＦ差圧モデルからの推定値によって補正をかけるため、ＰＭ堆積量の推定精度が向上する。
これにより、ＰＭ堆積推定量が実際のＰＭ堆積量と大きくかけ離れることがなくなる。

また、前記ＰＭ堆積量補正量を、ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値ｙｄと過去に算出したＰＭ堆積推定量ｙとの推定誤差に前記Ｋを乗じて算出し、前記ＰＭ排出量モデルからの排出量ｖから前記ＰＭ再生量モデルからの再生量ｗを減算した値に、前記ＰＭ堆積量補正量Ｋ（ｙｄ−ｙ）を加算して前記ＰＭ堆積推定量ｘを算出するので、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量という排ガス流量も含む項も考慮した係数Ｋを、ＰＭ堆積量の推定に用いたことにより、排ガス流量による影響が軽微となり、ＰＭ堆積推定量の推定精度が向上する。

また、前記係数Ｋは、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量が増加するに従い増加するようにすることにより、エンジンの排ガス流量が増大してＤＰＦ差圧モデルの信頼性が高い領域において、ＤＰＦ差圧モデルからの推定量による補正を強めることとなって、エンジンの運転条件によるＰＭ堆積推定量の補正ができ、ＰＭ堆積推定量の推定精度が向上する。

また、前記係数Ｋは、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量の変化が一定値以上のときはゼロに設定して前記ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値による補正を行わないようにするので（請求項２）、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量の変化が一定値以上に大きく変化する場合には、排ガス流量の変化も大きくＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値の信頼性が低下する。そのため、このような変化下では、係数Ｋをゼロに設定して、補正を行わないようにすることで、ＰＭ堆積推定量の推定精度が向上する。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明に係るＤＰＦの再生制御装置におけるＰＭ堆積量の推定ブロック図を示し、図２は図１におけるＰＭ堆積量推定ロジック１４の拡大図である。また図６代表的なＤＰＦ装置の縦断面図である。
図６は、代表的なＤＰＦ装置の縦断面図であり、図６において、１３はエンジン（図示省略）の排気ポートに連通される排気管、５０は該排気管１３に接続されるＤＰＦ装置である。該ＤＰＦ装置５０は、ＤＰＦ本体２内に収納されたＤＰＦ１と該ＤＰＦ１の上流側に設置された前段酸化触媒３が設置されている。
エンジンからの排気ガスは、排気管１３から入口室４を通って前段酸化触媒３に入り、この前段酸化触媒３で酸化され、そのとき発生する酸化熱でＤＰＦ１が６００〜６５０℃に上昇し、該ＤＰＦ１に堆積したＰＭを燃焼させ、燃焼ガスは出口室５から外部に排出される。
図６において、Ｐ１がＤＰＦ１の入口圧力、Ｔ１がＤＰＦ１の入口温度、Ｐ２がＤＰＦ１の出口圧力、Ｔ２がＤＰＦ１の出口温度である。

本発明は図６に示されるＤＰＦ装置のＰＭ堆積量の推定装置にかかるものである。
図１において、エンジンのエンジン回転数、目標とする燃料噴射量、スロットルバルブの開度、及びかかるエンジンがＥＧＲ（排気ガス再循環）式エンジンの場合にはＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブの開度から、模式的にモデル値として算出されたエンジン側のＰＭ排出量の値が、推定マップの形でＰＭ排出量モデル１１に設定されている。

また、前記ＤＰＦ１の入口温度Ｔ１の実測値Ｔ１、及びＤＰＦ１の出口温度Ｔ２、さらに排ガス流量から、模式的にモデル値として算出された前記ＤＰＦ１におけるＰＭ再生量の値が、推定マップの形でＰＭ再生量モデル１２に設定されている。

一方、エンジンのエンジン回転数、目標とする燃料噴射量、スロットルバルブの開度、及びエンジンがＥＧＲ式エンジンの場合には前記ＥＧＲバルブの開度により、模式的にモデル値として算出された排ガス流量の値が、推定マップの形で排ガス流量モデル１３に設定されている。
また、前記ＤＰＦ１の差圧の検出値として、ＤＰＦ１の出口圧力Ｐ２と前記ＤＰＦ１の入口圧力Ｐ１との差圧（図６参照）がＤＰＦ差圧として算出されている。
そして、前記排ガス流量モデル１３と前記ＤＰＦ差圧とにより、模式的にモデル値として算出したＤＰＦ差圧が、推定マップの形でＤＰＦ差圧モデル１５として設定される。

そして、図２において、ＰＭ排出量モデル１１からのＰＭ排出量ｖと、ＰＭ再生量モデル１２からのＰＭ再生量ｗと、ＤＰＦ差圧モデル１５からのＰＭ堆積量推定値ｙｄとを前記ＰＭ堆積量推定ロジック１４に入力する。
該ＰＭ堆積量推定ロジック１４においては、例えば単位時間当たりのＰＭ堆積推定量は、
ｄｘ／ｄｔ＝ｖ−ｗ＋Ｋ（ｙｄ−ｙ）
ｙ＝ｘ
ここで、ｘはＰＭ堆積推定量である。
そしてこのｘをｙとして前記ＰＭ堆積推定量（ｇ）とする。

ここで、前記係数Ｋは、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量に従いて決定される係数であり、かかる係数Ｋにより補正したＰＭ堆積量補正量であるＫ（ｙｄ−ｙ）を算出する。
この（ｙｄ−ｙ）は、ＤＰＦ差圧モデル１５からのＰＭ堆積量推定値ｙｄと過去に算出したＰＭ堆積推定量ｙとの推定誤差を示し、この誤差偏差に係数Ｋを乗じてＰＭ堆積量補正量を算出する。

そして、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量が一定値を超えるときは、前記ＰＭ堆積量補正量を、ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値とＰＭ堆積推定量との推定誤差に前記Ｋを乗じて算出し、前記ＰＭ排出量モデルからの排出量から前記ＰＭ再生量モデルからの再生量を減算した値に、前記ＰＭ堆積量補正量を加算して前記ＰＭ堆積推定量を算出する。
従って、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量という排ガス流量も含む項も考慮した係数Ｋを、ＰＭ堆積量の推定に用いたことにより、排ガス流量による影響が軽微となり、ＰＭ堆積推定量の推定精度が向上する。

図４は前記のように構成されたＰＭ堆積量の推定装置の制御フローチャートである。
図４において、前記ＰＭ排出量モデル１１、前記ＰＭ再生量モデル１２、排ガス流量等により、ＤＰＦ差圧からの堆積量推定値ｙｄを推定し（ステップ（１））、前記手段により調整ゲイン（係数）Ｋを決定する（ステップ（２））。
そして、ＰＭ堆積量推定を行い（ｘ→ｙ）（ステップ（３））、ＰＭ堆積推定量が堆積量上限値を超えるとき（ステップ（４））、ＤＰＦ１を強制再生する（ステップ（５））。

図３は、本発明に第２実施例に係るＤＰＦの再生制御装置におけるＰＭ堆積量推定ロジックの第２実施例を示すブロック図である。
この第２実施例においては、前記Ｋを、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量に従って変化し（図３の１４ｓ）、図５（Ａ）のようにエンジン回転数に従い増加し、また図５（Ｂ）のようにエンジンの燃料噴射量が増加するに従い増加するように決定している。
これにより、前記係数Ｋを、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量が増加するに従い増加するようにすることにより、エンジンの排ガス流量の増大に従い、ＰＭ堆積推定量を増加することとなって、エンジンの運転条件によるＰＭ堆積推定量の補正ができ、ＰＭ堆積推定量の推定精度が向上する。

また、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量の変化が一定値以上に大きく変化する場合には、排ガス流量の変化も大きくＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積推定量の信頼性が低下する。そのため、このような変化下では、係数Ｋをゼロに設定して、補正を行わないようにすることで、ＰＭ堆積推定量の推定精度が向上する。

以上のように、前記第１、第２実施例によれば、エンジンの運転状態によってＰＭ排出量が設定されるＰＭ排出量モデル１１からのＰＭ排出量と、ＤＰＦの出口温度と入口温度との温度差、さらに排ガス流量によってＰＭ再生量が設定されるＰＭ再生量モデル１２からのＰＭ再生量と、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量に従いて決定される係数Ｋを用いてＤＰＦ差圧モデル１５からの推定値を補正したＰＭ堆積量補正量とを、ハイブリッドにしてＰＭ堆積量を推定するので、ＰＭ排出量マップ１１とＰＭ再生量マップ１２とに誤差が含まれる場合も、その誤差に対してＤＰＦ差圧モデルからの推定値によって補正をかけるため、ＰＭ堆積量の推定精度が向上する。
これにより、ＰＭ推定量１４が実際のＰＭ堆積量と大きくかけ離れることがなくなる。

本発明によれば、エンジン側のＰＭ排出量とＰＭ再生量との差とＤＰＦ差圧モデルとを組み合わせて一体化されたＰＭ堆積量推定ロジックを用いることにより、排ガス流量の変化等によって影響の少ない推定精度を向上したＤＰＦ堆積量推定装置を提供できる。

本発明の第１実施例に係るＤＰＦの再生制御装置におけるＰＭ堆積量の推定ブロック図を示すブロック図である。 前記第１実施例におけるＰＭ堆積量推定ロジックの拡大図である。 本発明の第２実施例におけるＰＭ堆積量推定ロジックの拡大図である。 前記第１実施例におけるＰＭ堆積量の推定装置の制御フローチャートである。 前記第１実施例における係数Ｋの線図である。 代表的なＤＰＦ装置の縦断面図である。 従来技術に係るＤＰＦの再生制御装置におけるＰＭ堆積量の推定ブロック図を示すブロック図である。

１ ＤＰＦ
２ ＤＰＦ本体
３ 前段酸化触媒
１１ ＰＭ排出量モデル
１２ ＰＭ再生量モデル
１３ 排ガス流量モデル
１４ ＰＭ堆積量推定ロジック
１５ ＤＰＦ差圧モデル
５０ ＤＰＦ装置
Ｋ 係数

Claims (2)

1. 排気ポートに連なる排気通路に、排ガス中のＰＭ（パティキュレート（微小固形物））を除去するＤＰＦ（黒煙除去装置）を備えたＤＰＦの堆積量を推定するＤＰＦ堆積量推定装置において、
   エンジンの運転状態によってＰＭ排出量が設定されるＰＭ排出量モデルと、ＤＰＦの出口温度と入口温度との温度差によってＰＭ再生量が設定されるＰＭ再生量モデルと、排ガス流量とＤＰＦの差圧とからＰＭ堆積量が設定されるＤＰＦ差圧モデルとを有し、前記ＰＭ排出量モデルからの排出量ｖと、前記ＰＭ再生量モデルからの再生量ｗと、前記ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値ｙｄと過去に算出したＰＭ堆積推定量ｙとの誤差偏差（ｙｄ−ｙ）に、エンジン回転数またはエンジンの燃料噴射量の増加に従って増加する係数Ｋを乗じて算出したＰＭ堆積量補正量Ｋ（ｙｄ−ｙ）と、を用いてｖ−ｗ＋Ｋ（ｙｄ−ｙ）の算出式によってＰＭ堆積推定量ｘを算出するＰＭ堆積量推定ロジック部を有したことを特徴とするＤＰＦ堆積量推定装置。
2. 前記係数Ｋは、エンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量の変化が一定値以上のときはゼロに設定して前記ＤＰＦ差圧モデルからのＰＭ堆積量推定値による補正を行わないことを特徴とする請求項１記載のＤＰＦ堆積量推定装置。

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