[go: up one dir, main page]

JP6051948B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6051948B2
JP6051948B2 JP2013039064A JP2013039064A JP6051948B2 JP 6051948 B2 JP6051948 B2 JP 6051948B2 JP 2013039064 A JP2013039064 A JP 2013039064A JP 2013039064 A JP2013039064 A JP 2013039064A JP 6051948 B2 JP6051948 B2 JP 6051948B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
filter
exhaust
dpf
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013039064A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014167274A (ja
Inventor
正 内山
正 内山
充宏 阿曽
充宏 阿曽
正文 野田
正文 野田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP2013039064A priority Critical patent/JP6051948B2/ja
Priority to US14/768,799 priority patent/US9759107B2/en
Priority to PCT/JP2014/053738 priority patent/WO2014132839A1/ja
Priority to CN201480010793.3A priority patent/CN105026717B/zh
Priority to EP14756582.4A priority patent/EP2963261B1/en
Publication of JP2014167274A publication Critical patent/JP2014167274A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6051948B2 publication Critical patent/JP6051948B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F01N3/0253—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust adding fuel to exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/04—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric, e.g. electrostatic, device other than a heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/12—Other sensor principles, e.g. using electro conductivity of substrate or radio frequency
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03—Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/0601—Parameters used for exhaust control or diagnosing being estimated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1602—Temperature of exhaust gas apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1626—Catalyst activation temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2205/00—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle
    • G01K2205/04—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring exhaust gas temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭ）を捕集するフィルタとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦ）が知られている。
ＤＰＦは、ＰＭ捕集量に限度があるため、堆積したＰＭを定期的に燃焼除去する強制再生を行う必要がある。強制再生は、排気管内噴射やポスト噴射によって、排気上流側の酸化触媒に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、酸化により発生する熱で排気ガスの温度をＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。
また、排気ガス中の窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ触媒として、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニア（ＮＨ3）を用いて排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲという）も知られている。
特開２０１３−２２８３号公報 特開２００９−２４３３１６号公報
ところで、ＳＣＲのＮＯｘ浄化性能は触媒温度（流入する排気ガス温度）によって変化する。特にＳＣＲが活性温度に達しない低温域では、還元剤としてのアンモニア（ＮＨ3）の吸着が低下するため、ＮＯｘ浄化率を悪化させる要因となる。そのため、ＳＣＲのＮＯｘ浄化性能を向上させるためには、ＳＣＲに流入する排気ガス温度を早期に活性温度まで昇温させる必要がある。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＳＣＲに流入する排気ガス温度を早期に活性温度まで昇温することで、ＮＯｘ浄化率を効果的に向上させることにある。
上述の目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタよりも下流側の排気通路に設けられて、排気中に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、前記尿素水噴射手段よりも下流側の排気通路に設けられて、尿素水から生成されるアンモニアを用いて排気中の窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒と、前記フィルタの静電容量を検出する静電容量検出手段と、検出される前記静電容量に基づいて、前記フィルタの内部温度を推定するフィルタ温度推定手段と、前記フィルタに燃料を供給して、当該フィルタを粒子状物質の燃焼温度以上に昇温する強制再生を実行可能なフィルタ再生手段と、を備え、前記フィルタ再生手段は、予め設定した粒子状物質の燃焼が開始する目標下限温度と、フィルタの溶損を回避できる目標上限温度とに基づいて、算出される前記内部温度が選択的還元触媒の活性温度以上の場合は、当該内部温度を前記目標下限温度にする燃料供給量で強制再生を実行する一方、算出される前記内部温度が選択的還元触媒の活性温度未満の場合は、当該内部温度を前記目標上限温度にする燃料供給量で強制再生を実行することを特徴とする。
また、前記静電容量検出手段は、前記フィルタ内の少なくとも一個以上のセルを挟んで対向する一対のセルにそれぞれ挿入される一対の電極を有するものであってもよい。
また、前記フィルタよりも上流側の排気通路から分岐して、当該フィルタを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられて、当該バイパス通路を流れる排気中の粒子状物質を捕集する第２のフィルタと、をさらに備え、前記一対の電極は、前記第２のフィルタ内の少なくとも一個以上のセルを挟んで対向する一対のセルにそれぞれ挿入されるものであってもよい。
また、前記第２のフィルタの強制再生を実行する際は、前記一対の電極をヒータとして機能させてもよい。
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＳＣＲに流入する排気ガス温度を早期に活性温度まで昇温することで、ＮＯｘ浄化率を効果的に向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、静電容量、ＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度の変化を説明する図である。 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る制御内容を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。
以下、図１〜３に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気ガスを大気に放出する排気通路１２が接続されている。さらに、排気通路１２には、排気上流側から順に、前段後処理装置１４、後段後処理装置２０が設けられている。なお、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。
前段後処理装置１４は、ケース１４ａ内に上流側から順に酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣという）１５と、ＤＰＦ１６とを配置して構成されている。また、ＤＯＣ１５の上流側には排気管内噴射装置１３、ＤＰＦ１６の上流側にはＤＰＦ入口温度センサ１８、ＤＰＦ１６の下流側にはＤＰＦ出口温度センサ１９がそれぞれ設けられている。
排気管内噴射装置１３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０から出力される指示信号に応じて、排気通路１２内に未燃燃料（ＨＣ）を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置１３を省略してもよい。
ＤＯＣ１５は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。ＤＯＣ１５は、排気管内噴射装置１３又はポスト噴射によって未燃燃料（ＨＣ）が供給されると、これを酸化して排気ガスの温度を上昇させる。また、ＤＯＣ１５は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2を生成することで、排気ガス中のＮＯに対するＮＯ2の比率を増加させる。
ＤＰＦ１６は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気ガスの流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。ＤＰＦ１６は、排気ガス中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭの堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置１３又はポスト噴射によりＤＯＣ１５に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、ＤＰＦ１６をＰＭ燃焼温度（例えば、約６００℃）以上に昇温することで行われる。
また、本実施形態のＤＰＦ１６には、少なくとも一個以上のセルを挟んで対向する一対のセルにそれぞれ挿入されてコンデンサを形成する一対の電極１７ａ，１７ｂが設けられている。これら一対の電極１７ａ，１７ｂは、ＥＣＵ４０と電気的に接続されている。
ＤＰＦ入口温度センサ１８は、ＤＰＦ１６に流入する排気ガスの温度（以下、入口温度ＴIN）を検出する。ＤＰＦ出口温度センサ１９は、ＤＰＦ１６から流出する排気ガスの温度（以下、出口温度ＴOUT）を検出する。これら入口温度ＴIN及び出口温度ＴOUTは、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。
後段後処理装置２０は、上流側から順に尿素水噴射装置２１と、ケース２０ａ内に配置されたＳＣＲ２２とを備え構成されている。
尿素水噴射装置２１は、ＥＣＵ４０から出力される指示信号に応じて、前段後処理装置１４と後段後処理装置２０との間の排気通路１２内に、図示しない尿素水タンク内の尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ3）に生成され、下流側のＳＣＲ２２に還元剤として供給される。
ＳＣＲ２２は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に銅ゼオライト又は鉄ゼオライトを担持して形成されている。ＳＣＲ２２は、還元剤として供給されるアンモニア（ＮＨ3）を吸着すると共に、吸着したアンモニア（ＮＨ3）で通過する排気ガス中からＮＯｘを還元浄化する。
ＥＣＵ４０は、エンジン１０や排気管内噴射装置１３、尿素水噴射装置２１等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ４０は、静電容量演算部４１と、ＰＭ堆積量推定部４２と、ＤＰＦ温度推定部４３と、再生制御部４４とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。なお、本実施形態において、静電容量演算部４１及び電極１７ａ，１７ｂは、本発明の静電容量検出手段を構成する。
静電容量演算部４１は、一対の電極１７ａ，１７ｂから入力される信号に基づいて、これら電極１７ａ，１７ｂ間の静電容量Ｃを演算する。静電容量Ｃは、電極１７ａ，１７ｂ間の媒体の誘電率ε、電極１７ａ，１７ｂの面積Ｓ、電極１７ａ，１７ｂ間の距離ｄとする以下の数式１で演算される。
Figure 0006051948
ＰＭ堆積量推定部４２は、ＤＰＦ入口温度センサ１８で検出される入口温度ＴIN及びＤＰＦ出口温度センサ１９で検出される出口温度ＴOUTの平均値ＴAVEと、静電容量演算部４１で演算される静電容量Ｃとに基づいて、ＤＰＦ１６に捕集されたＰＭ堆積量ＰＭDEPを推定する。ＰＭ堆積量ＰＭDEPの推定には、予め実験により求めた近似式やマップ等を用いることができる。
ＤＰＦ温度推定部４３は、ＤＰＦ１６の内部温度（以下、ＤＰＦ内部温度ＴDPF）を推定する。図２に示すように、静電容量Ｃの変化は、ＤＰＦ入口温度センサ１８やＤＰＦ出口温度センサ１９の検出値と同様の応答性を示す。また、静電容量Ｃの変化は、ＤＰＦ入口温度センサ１８やＤＰＦ出口温度センサ１９よりも速い応答性を示す。本実施形態のＤＰＦ温度推定部４３は、静電容量演算部４１で演算した静電容量Ｃ及び、ＰＭ堆積量推定部４２で推定したＰＭ堆積量ＰＭDEPに基づいて、ＤＰＦ内部温度ＴDPFを推定する。
より詳しくは、ＰＭ堆積量は、運転状態に応じて変化するが、所定の短時間（例えば、約１秒）では変化に限度がある。本実施形態では、直前に推定したＰＭ堆積量ＰＭDEPを固定値として扱い、瞬間的な静電容量Ｃの変化から、ＤＰＦ入口温度センサ１８やＤＰＦ出口温度センサ１９では追従できないＤＰＦ内部温度ＴDPFの突発的な温度変化を推定する。ＤＰＦ内部温度ＴDPFの推定には、予め実験により求めた近似式やマップ等を用いることができる。
再生制御部４４は、ＰＭ堆積量推定部４２で推定されるＰＭ堆積量ＰＭDEPが、ＤＰＦ１６に捕集可能な上限堆積量ＰＭMAXに達すると、排気管内噴射装置１３に燃料を噴射（又は、ポスト噴射）させる強制再生を実行する。この強制再生時の燃料噴射量は、ＤＰＦ温度推定部４３で推定されるＤＰＦ内部温度ＴDPF（すなわち、ＳＣＲ２２に流入する排気ガス温度）に応じてフィードバック制御される。
より詳しくは、ＥＣＵ４０には、ＤＰＦ１６に堆積したＰＭの燃焼が開始される下限目標温度Ｔ1（例えば、６００℃）と、ＤＰＦ１６の過昇温による溶損を回避可能な上限目標温度Ｔ2（例えば、９００℃）とが予め記憶されている。
再生制御部４４は、ＤＰＦ内部温度ＴDPFがＳＣＲ２２の活性温度ＴACTに達している場合（ＴDPF≧ＴACT）は、強制再生時のＤＰＦ内部温度ＴDPFが下限目標温度Ｔ1（ＰＭ燃焼下限温度）となるように燃料噴射量をフィードバック制御する。これにより、強制再生時におけるＳＣＲ２２の過昇温が効果的に抑制されて、ＮＯｘ浄化性能の低下を防止することができる。
一方、ＤＰＦ内部温度ＴDPFがＳＣＲ２２の活性温度ＴACTに達していない場合（ＴDPF＜ＴACT）、再生制御部４４は、強制再生時のＤＰＦ内部温度ＴDPFが上限目標温度Ｔ2（溶損上限温度）となるように燃料噴射量をフィードバック制御する。これにより、低温時のＳＣＲ２２へのフィードガス温度が活性温度ＴACTまで早期に上昇されて、ＮＯｘ浄化性能を向上することができる。
次に、図３に基づいて、本実施形態の排気浄化装置による制御フローを説明する。なお、本制御はイグニッションキーのＯＮ操作と同時にスタートする。
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、静電容量Ｃから推定されるＰＭ堆積量ＰＭDEPが上限堆積量ＰＭMAXに達しているか否かが判定される。ＰＭ堆積量ＰＭDEPが上限堆積量ＰＭMAX以上の場合（ＹＥＳ）、本制御はＳ１１０に進む。一方、ＰＭ堆積量ＰＭDEPが上限堆積量ＰＭMAX未満の場合（ＮＯ）、本制御はリターンされる。
Ｓ１１０では、静電容量Ｃ及び、ＰＭ堆積量ＰＭDEPから推定されるＤＰＦ内部温度ＴDPFが、ＳＣＲ２２の活性温度ＴACTに達しているか否かが判定される。ＤＰＦ内部温度ＴDPFが活性温度ＴACT以上の場合（ＹＥＳ）、本制御はＳ１２０に進む。Ｓ１２０では、ＤＰＦ内部温度ＴDPFが下限目標温度Ｔ1（ＰＭ燃焼下限温度）となるように、強制再生時の燃料噴射量がフィードバック制御され、その後、本制御はリターンされる。
一方、Ｓ１１０でＤＰＦ内部温度ＴDPFが活性温度ＴACT未満の場合（ＮＯ）、本制御はＳ１３０に進む。Ｓ１３０では、ＤＰＦ内部温度ＴDPFが上限目標温度Ｔ2（溶損上限温度）となるように、強制再生時の燃料噴射量がフィードバック制御され、その後、本制御はリターンされる。
次に、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置による作用効果を説明する。
一般的に、ＳＣＲ２２のＮＯｘ浄化性能は、特にＳＣＲ２２が活性温度に達しない低温域で低下する。そのため、ＳＣＲ２２のＮＯｘ浄化性能を向上させるためには、ＳＣＲ２２に流入する排気ガス温度を早期に活性温度まで昇温させる必要がある。
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置では、排気温度センサよりも応答性の速い静電容量Ｃの変化からＤＰＦ内部温度を高精度に推定すると共に、このＤＰＦ内部温度に応じて、強制再生時の燃料噴射量を制御する。特に、ＤＰＦ内部温度がＳＣＲ２２の活性温度に達している場合は、ＤＰＦ内部温度がＰＭ燃焼下限温度となるように燃料噴射量をフィードバック制御する一方、ＤＰＦ内部温度がＳＣＲ２２の活性温度に達していない場合は、ＤＰＦ内部温度がフィルタ溶損の上限温度となるように燃料噴射量をフィードバック制御するように構成されている。
したがって、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気温度センサよりも応答性の速い静電容量ＣからＤＰＦ１６の内部温度を高精度に推定することができると共に、強制再生時のＰＭ燃焼熱を利用して、低温のＳＣＲ２２を活性温度まで早期に昇温することが可能になる。結果として、ＳＣＲ２２のＮＯｘ浄化性能を効果的に向上することができる。
なお、本発明は、上述の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、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、図４に示すように、排気通路１２にＤＰＦ１６を迂回させるバイパス通路１２ａを接続し、このバイパス通路１２ａに容量の小さい計測用ＤＰＦ１６ａ（第２のフィルタ）を備えて構成してもよい。この場合、一対の電極１７ａ，１７ｂを計測用ＤＰＦ１６ａ内の少なくとも一個以上のセルを挟んで対向する一対のセルにそれぞれ挿入すると共に、バイパス通路１２ａには排気ガスの流量を調整するオリフィス１２ｂ（絞り）を設けることが好ましい。また、計測用ＤＰＦ１６ａの強制再生を実行する場合は、一対の電極１７ａ，１７ｂに電圧を印加してヒータとして機能させてもよい。
また、ＮＯｘ触媒はＳＣＲ２２に限定されず、リーン空燃比でＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比でＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Lean NOx Trap：ＬＮＴ）であってもよい。この場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
１０ エンジン
１２ 排気通路
１３ 排気管内噴射装置
１４ 前段後処理装置
１６ ＤＰＦ（フィルタ）
１７ａ，１７ｂ 電極（静電容量検出手段）
２０ 後段後処理装置
２１ 尿素水噴射装置（尿素水噴射手段）
２２ ＳＣＲ（選択的還元触媒）
４０ ＥＣＵ
４１ 静電容量演算部（静電容量検出手段）
４２ ＰＭ堆積量推定部
４３ ＤＰＦ温度推定部（フィルタ温度推定手段）
４４ 再生制御部（フィルタ再生手段）

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられて、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
    前記フィルタよりも下流側の排気通路に設けられて、排気中に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、
    前記尿素水噴射手段よりも下流側の排気通路に設けられて、尿素水から生成されるアンモニアを用いて排気中の窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒と、
    前記フィルタの静電容量を検出する静電容量検出手段と、
    検出される前記静電容量に基づいて、前記フィルタの内部温度を推定するフィルタ温度推定手段と、
    前記フィルタに燃料を供給して、当該フィルタを粒子状物質の燃焼温度以上に昇温する強制再生を実行可能なフィルタ再生手段と、を備え、
    前記フィルタ再生手段は、
    予め設定した粒子状物質の燃焼が開始する目標下限温度と、フィルタの溶損を回避できる目標上限温度とに基づいて、算出される前記内部温度が選択的還元触媒の活性温度以上の場合は、当該内部温度を前記目標下限温度にする燃料供給量で強制再生を実行する一方、算出される前記内部温度が選択的還元触媒の活性温度未満の場合は、当該内部温度を前記目標上限温度にする燃料供給量で強制再生を実行する
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記静電容量検出手段は、
    前記フィルタ内の少なくとも一個以上のセルを挟んで対向する一対のセルにそれぞれ挿入される一対の電極を有する
    請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 前記フィルタよりも上流側の排気通路から分岐して、当該フィルタを迂回するバイパス通路と、
    前記バイパス通路に設けられて、当該バイパス通路を流れる排気中の粒子状物質を捕集する第２のフィルタと、をさらに備え、
    前記一対の電極は、前記第２のフィルタ内の少なくとも一個以上のセルを挟んで対向する一対のセルにそれぞれ挿入される
    請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 前記第２のフィルタの強制再生を実行する際は、前記一対の電極をヒータとして機能させる
    請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
JP2013039064A 2013-02-28 2013-02-28 内燃機関の排気浄化装置 Expired - Fee Related JP6051948B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013039064A JP6051948B2 (ja) 2013-02-28 2013-02-28 内燃機関の排気浄化装置
US14/768,799 US9759107B2 (en) 2013-02-28 2014-02-18 Exhaust purification device for internal combustion engine
PCT/JP2014/053738 WO2014132839A1 (ja) 2013-02-28 2014-02-18 内燃機関の排気浄化装置
CN201480010793.3A CN105026717B (zh) 2013-02-28 2014-02-18 内燃机的排气净化装置
EP14756582.4A EP2963261B1 (en) 2013-02-28 2014-02-18 Exhaust purification device for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013039064A JP6051948B2 (ja) 2013-02-28 2013-02-28 内燃機関の排気浄化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014167274A JP2014167274A (ja) 2014-09-11
JP6051948B2 true JP6051948B2 (ja) 2016-12-27

Family

ID=51428111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013039064A Expired - Fee Related JP6051948B2 (ja) 2013-02-28 2013-02-28 内燃機関の排気浄化装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9759107B2 (ja)
EP (1) EP2963261B1 (ja)
JP (1) JP6051948B2 (ja)
CN (1) CN105026717B (ja)
WO (1) WO2014132839A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6197377B2 (ja) * 2013-06-03 2017-09-20 いすゞ自動車株式会社 排気浄化装置
JP6163995B2 (ja) * 2013-09-18 2017-07-19 いすゞ自動車株式会社 診断装置
JP5949870B2 (ja) * 2014-10-07 2016-07-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP6459437B2 (ja) * 2014-11-26 2019-01-30 いすゞ自動車株式会社 診断装置及びセンサ
KR101990497B1 (ko) * 2016-03-31 2019-06-19 주식회사 아모텍 입자상 물질 센서
CN106321201B (zh) * 2016-09-23 2018-09-21 奇瑞汽车股份有限公司 一种电加热式催化转化器的加热控制方法
CN106768442A (zh) * 2016-12-23 2017-05-31 洛阳拖拉机研究所有限公司 一种dpf载体内部温度场测试装置及测试方法
KR102054214B1 (ko) * 2018-10-26 2019-12-10 (주)세라컴 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어방법
US11773761B2 (en) 2020-11-05 2023-10-03 Cummins Inc. Apparatus, methods and systems for electrically heated particulate filter and SCR catalyst in vehicles
CN114991910B (zh) * 2022-03-30 2024-03-19 潍柴动力股份有限公司 一种发动机后处理系统的控制方法、装置和电子设备

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004346828A (ja) * 2003-05-22 2004-12-09 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP4139356B2 (ja) * 2004-06-08 2008-08-27 ボッシュ株式会社 排気ガス後処理装置
JP4910932B2 (ja) * 2007-08-01 2012-04-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US7966812B2 (en) * 2007-08-29 2011-06-28 Ford Global Technologies, Llc Multi-stage regeneration of particulate filter
JP2009091909A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2009097410A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Toyota Motor Corp パティキュレートフィルタにおけるｐｍ捕集量推定装置およびフィルタ再生システム
JP2009243316A (ja) 2008-03-31 2009-10-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化方法
JP5251266B2 (ja) * 2008-06-03 2013-07-31 いすゞ自動車株式会社 排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システム
US7644609B2 (en) * 2008-06-04 2010-01-12 Honeywell International Inc. Exhaust sensor apparatus and method
JP2011089430A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Honda Motor Co Ltd 排気浄化装置
US9334774B2 (en) * 2010-05-04 2016-05-10 GM Global Technology Operations LLC Control system and method for preventing hydrocarbon slip during particulate matter filter regeneration
JP5830832B2 (ja) * 2010-05-14 2015-12-09 いすゞ自動車株式会社 フィルタ再生装置
JP2011247650A (ja) * 2010-05-24 2011-12-08 Denso Corp 粒子状物質検出センサ、及び粒子状物質検出センサユニット
BR112013000067B1 (pt) * 2010-07-02 2022-03-29 Mack Trucks, Inc Sistema de pós-tratamento de motor a diesel e de exaustão e método de tratamento de gases de exaustão a partir de um motor a diesel
JP2012108059A (ja) * 2010-11-19 2012-06-07 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 再結合器の性能評価方法及びその性能評価装置
JP5131392B2 (ja) * 2011-02-07 2013-01-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP2013002283A (ja) * 2011-06-10 2013-01-07 Hitachi Constr Mach Co Ltd 排気浄化装置
DE102012216885B4 (de) * 2011-10-24 2014-05-08 Ford Global Technologies, Llc Abgasnachbehandlungssystem

Also Published As

Publication number Publication date
US9759107B2 (en) 2017-09-12
JP2014167274A (ja) 2014-09-11
EP2963261A4 (en) 2016-11-16
CN105026717B (zh) 2017-12-19
WO2014132839A1 (ja) 2014-09-04
EP2963261A1 (en) 2016-01-06
EP2963261B1 (en) 2017-12-06
US20160040572A1 (en) 2016-02-11
CN105026717A (zh) 2015-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6051948B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5644164B2 (ja) 排気ガス浄化装置
US20110314796A1 (en) Particulate matter detection sensor and control device of controlling the same
JP4930215B2 (ja) 排気浄化装置
JP6136351B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
US9435238B2 (en) Exhaust purification device for internal combustion engine
JP5251711B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2010249076A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2015059476A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2018123776A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5761517B2 (ja) エンジンの排気熱回収装置
JP6206065B2 (ja) 排気浄化システム
JP2018044471A (ja) 排気浄化装置及び排気浄化方法
WO2014115621A1 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2011247212A (ja) 内燃機関の排気ガス浄化装置
JP6123343B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2015059477A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
WO2017179674A1 (ja) 内燃機関の排ガス浄化装置
JP2005201142A (ja) パティキュレートフィルタの再生処理制御装置
JP6733383B2 (ja) 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法
JP6790787B2 (ja) 内燃機関の排気ガス浄化装置
JP2015068815A (ja) 検出装置
CN111788372A (zh) 内燃机的排气气体净化系统及内燃机的排气气体净化方法
JP2019167864A (ja) 排気浄化装置
JP2018048568A (ja) 内燃機関及び内燃機関の排気ガス昇温方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161101

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161114

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6051948

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees