(57)【要約】【課題】酸化触媒とＤＰＦとを備えるディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦのＰＭ再生制御時に、酸化触媒において発生するＳＯ３に起因した白煙の発生を抑制する。【解決手段】実施の形態２では、実施の形態１の将来予測モデルの逆モデルを用いて、ＤＰＦ再生制御時のＤＰＦ１６の目標床温を出力する。逆モデルから出力されたＤＰＦ１６の目標床温と、修正前の（オリジナルの）ＤＰＦ１６の目標床温のうちの低い方を、修正後のＤＰＦ１６の目標床温として決定する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記排気通路において前記酸化触媒よりも下流側に設けられたＤＰＦと、
前記排気通路において前記酸化触媒よりも上流側に燃料を添加する燃料添加装置と、
前記ＤＰＦに捕捉された粒子状物質の量が所定値以上の場合、前記燃料添加装置から燃料を添加するＤＰＦ再生制御を行う制御装置と、
を備える排気浄化装置であって、
前記制御装置が、前記ＤＰＦ再生制御を行う際の排気中のＳＯ３濃度を上限値以下とし、尚且つ、前記ＤＰＦの床温を目標床温に追従させるために、前記ＤＰＦ再生制御の要求時におけるオリジナルの目標床温を修正するリファレンスガバナを備え、
前記リファレンスガバナが、前記ＤＰＦ再生制御の要求時における排気流量と、前記上限値とを入力として、前記ＤＰＦの目標床温の候補を出力するための予測モデルを備え、
前記リファレンスガバナが、前記予測モデルから出力された前記ＤＰＦの目標床温の候補と、前記オリジナルの目標床温のうち、より小さな方を前記ＤＰＦの目標床温の修正値とすることを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許第４２６７４１４号には、ディーゼルエンジンの排気通路に設けた触媒コンバータに対する制御を行う排気浄化装置が開示されている。触媒コンバータは、上流側から順に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、ディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）および酸化触媒である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、ＤＰＦよりも上流側に設けられており、排気が酸化雰囲気（リーン）にあるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気が還元雰囲気（ストイキまたはストイキよりもリッチ）にあるときに吸蔵したＮＯｘを排気中のＨＣやＣＯによって還元する機能を有している。ＤＰＦは、酸化触媒よりも上流側に設けられており、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕捉する機能を有している。酸化触媒は、排気中のＨＣやＣＯを酸化してＨ２ＯやＣＯ２にする機能を有している。
【０００３】
この排気浄化装置は、触媒コンバータに対する制御処理モードとして、ＰＭ再生制御モードとＳ被毒回復制御モードとを備えている。ＰＭ再生制御モードとは、ＤＰＦで捕捉したＰＭを排気の高温化により燃焼させてＣＯ２やＨ２Ｏにするモードである。一方、Ｓ被毒回復制御モードとは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒やＤＰＦが燃料等由来のＳＯｘ（ＳＯ２またはＳＯ３を意味する。以下同じ。）により被毒した場合に、これらの床温の高温化によりＳＯｘを放出させて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力やＤＰＦのＰＭ捕捉機能を回復させるモードである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２６７４１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記文献では言及されていないが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒やＤＰＦと同様に、酸化触媒もＳＯｘにより被毒する。そのため、ＰＭ再生制御モードの実行中に、この被毒ＳＯｘ由来のＳＯ３が酸化触媒から放出される可能性がある。ここで、ディーゼルエンジンの排気通路には排気に含まれるＨ２Ｏが存在する。そのため、このＨ２Ｏが酸化触媒から発生したＳＯ３と反応すると、Ｈ２ＳＯ４が発生することになる。発生したＨ２ＳＯ４の濃度が高いと、白煙（サルフェート白煙）となって大気中に排出される。従って、このような白煙化を抑えるための対策を講じる必要がある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、酸化触媒とＤＰＦとを備えるディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦのＰＭ再生制御時に、酸化触媒において発生するＳＯ３に起因した白煙の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記排気通路において前記酸化触媒よりも下流側に設けられたＤＰＦと、
前記排気通路において前記酸化触媒よりも上流側に燃料を添加する燃料添加装置と、
前記ＤＰＦに捕捉された粒子状物質の量が所定値以上の場合、前記燃料添加装置から燃料を添加するＤＰＦ再生制御を行う制御装置と、
を備える排気浄化装置であって、
前記制御装置が、前記ＤＰＦ再生制御を行う際の排気中のＳＯ３濃度を上限値以下とし、尚且つ、前記ＤＰＦの床温を目標床温に追従させるために、前記ＤＰＦ再生制御の要求時におけるオリジナルの目標床温を修正するリファレンスガバナを備え、
前記リファレンスガバナが、前記ＤＰＦ再生制御の要求時における排気流量と、前記上限値とを入力として、前記ＤＰＦの目標床温の候補を出力するための予測モデルを備え、
前記リファレンスガバナが、前記予測モデルから出力された前記ＤＰＦの目標床温の候補と、前記オリジナルの目標床温のうち、より小さな方を前記ＤＰＦの目標床温の修正値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、酸化触媒とＤＰＦとを備えるディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦのＰＭ再生制御時に、酸化触媒において発生するＳＯ３に起因した白煙の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の排気浄化装置の構成を示す概略図である。
【図２】ＤＯＣの床温帯と、ＤＯＣに吸着しているＳＯ３量との関係を示す図である。
【図３】実施の形態１の将来予測モデルの入出力を示す図である。
【図４】実施の形態１のリファレンスガバナアルゴリズムを示している。
【図５】実施の形態１においてＥＣＵ３０が実行する目標床温修正ルーチンを示す図である。
【図６】実施の形態２の将来予測モデルの逆モデルの入出力を示す図である。
【図７】ＤＯＣの床温帯と、ＤＯＣに吸着しているＳＯ３量との関係を示す図である。
【図８】実施の形態２のリファレンスガバナアルゴリズムを示している。
【図９】実施の形態２においてＥＣＵ３０が実行する目標床温修正ルーチンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
先ず、本発明の実施の形態１について図１乃至図５を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は実施の形態１の排気浄化装置の構成を示す概略図である。図１に示す排気浄化装置は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０と、ディーゼルエンジン１０の排気通路１２に設けられたＤＯＣ１４およびＤＰＦ１６と、排気ポート１８に設けられた燃料添加装置２０と、を備えている。ＤＯＣ１４は、排気中に含まれるＨＣやＣＯを酸化してＨ２ＯやＣＯ２に変換する触媒である。ＤＰＦ１６は、排気中に含まれるＰＭを捕集するフィルタである。燃料添加装置２０は、ＤＯＣ１４よりも上流に燃料を添加するように構成されている。
【００１３】
また、図１に示す排気浄化装置は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。図示は省略するが、ＥＣＵ３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。ＥＣＵ３０のＲＯＭには、後述するアルゴリズム（ＤＰＦ１６で捕捉したＰＭ量を推定するためのアルゴリズムや、リファレンスガバナアルゴリズム）のプログラムが格納されている。
【００１４】
実施の形態１では、ＥＣＵ３０によるエンジン制御として、ＤＰＦ１６の再生制御（以下「ＤＰＦ再生制御」と称す。）が行われる。ＤＰＦ再生制御は、ＤＰＦ１６で捕捉したＰＭ量の推定値が所定値以上になった場合に、燃料添加装置２０から燃料を繰り返し添加するものである。燃料を繰り返し添加することでＤＰＦ１６の床温を３００℃〜７００℃に上昇させ、ＤＰＦ１６が捕捉したＰＭを高温化させて燃焼除去する。
【００１５】
ところで、ディーゼルエンジンの燃料や潤滑油にはＳ成分が含まれており、ディーゼルエンジンでの燃焼に伴いＳＯｘとなる。実施の形態１においても同様で、ディーゼルエンジン１０からＳＯｘが排出される。排出されたＳＯｘは、ＤＯＣ１４やＤＰＦ１６に吸着する。但し、ＤＯＣ１４やＤＰＦ１６の床温が高くなると、これらに吸着したＳＯｘが脱離し始める。ＤＰＦ再生制御を行うような床温域においては、ＤＯＣ１４やＤＰＦ１６からＳＯｘが放出される。ＤＯＣ１４からＳＯｘ（具体的にはＳＯ３）が放出されると、排気通路１２に存在するＨ２Ｏと反応してＨ２ＳＯ４が発生することになる。発生したＨ２ＳＯ４の濃度が高いと、白煙（サルフェート白煙）となって大気中に排出される。
【００１６】
このような白煙化を抑制するため、実施の形態１では、ＤＰＦ再生制御に際し、リファレンスガバナを用いて排気通路１２を流れる排気中のＳＯ３濃度を制約以下に維持しながら、ＤＰＦ１６の床温を目標温度に追従させている。リファレンスガバナは、制御対象の状態量（つまり、排気中のＳＯ３濃度）に関する制約を充足しつつ、制御対象の制御量（ＤＰＦ１６の床温）の出力値を目標値に追従させることができる有効な手段の１つである。なお、リファレンスガバナ制御理論は、例えば、Bemporad, A “Reference governor for constrained nonlinear systems”, Automatic Control, IEEE Transactions, volume 43, Issue 3に示されている。
【００１７】
実施の形態１においては、Ｈ２ＳＯ４の白煙化を抑制できるＳＯ３濃度の上限値が、排気中のＳＯ３濃度に関する制約として、リファレンスガバナアルゴリズムに組み込まれているものとする。
【００１８】
但し、ＤＯＣ１４の床温の上昇時にＤＯＣ１４から脱離するＳＯ３量は、ＤＰＦ１６の目標床温と、ＤＰＦ１６の床温が目標床温に到達するまでのＤＯＣ１４の床温の上昇速度とによって変わる。図２は、ＤＯＣの床温帯と、ＤＯＣに吸着しているＳＯ３量との関係を示す図である。図２に破線で示す各データは、ＤＯＣの床温を一定速度ｖ１で上昇させた際に、各床温帯においてＤＯＣから脱離したＳＯ３量を測定することで得たものである。一方、図２に実線で示す各データは、ＤＯＣの床温を一定速度ｖ２で上昇させた際に、各床温帯でＤＯＣから脱離したＳＯ３量を測定することで得たものである。
【００１９】
図２の速度ｖ１は極低速に設定したものである。そのため、図２の破線で示す各データは、各床温帯でのＳＯ３の飽和吸着量と見做すことができる。また、図２の速度ｖ２は速度ｖ１に比べて高速に設定したものである。そのため、図２の実線および破線で示す各データを各床温帯で比較すると、速度ｖ２でＤＯＣの床温を上昇させた場合に各床温帯でのＳＯ３の飽和吸着量のうちの何割かがＤＯＣから脱離することが分かる。このことから、ＤＯＣの床温の上昇速度が、単位時間当たりにＤＯＣから脱離するＳＯ３量に影響を及ぼすことが分かる。
【００２０】
また、図２の実線で示すデータのうちのハッチングを付した部分の面積は、ＤＯＣの床温を図２の低温帯側から速度ｖ２で「現在床温」まで上昇させたときに、ＤＯＣから脱離したＳＯ３量を表している。この点に着目すると、当該部分の面積と、ＤＯＣの床温の上昇を開始してから「現在床温」に到達するまでの時間とから、単位時間当たりにＤＯＣから脱離するＳＯ３量が推定できることになる。
【００２１】
燃料添加装置２０から繰り返して添加される燃料量が各添加タイミングで一定とすると、ＤＰＦ再生制御中のＤＯＣ１４の床温の上昇速度は、例えば、燃料添加装置２０における最初の添加タイミングから最後の添加タイミングまでの期間に基づいて算出できる。この期間は、ＤＰＦ１６の床温を、その目標床温まで上昇させるために必要な燃料添加期間に相当する。
【００２２】
このように、ＤＯＣ１４の床温の上昇時にＤＯＣ１４から脱離するＳＯ３量は、ＤＰＦ１６の目標床温と、ＤＰＦ１６の床温が目標床温に到達するまでのＤＯＣ１４の床温の上昇速度とによって変わる。実施の形態１では、この点を考慮して単位時間当たりにＤＯＣ１４から脱離するＳＯ３量を推定している。即ち、ＤＰＦ１６の目標床温から燃料添加期間を求め、ＤＯＣ１４の床温の上昇速度を求める。そして、求めた上昇速度と、図２に示したデータとに基づき、単位時間当たりにＤＯＣ１４から脱離するＳＯ３量を推定する。
【００２３】
但し、排気中のＳＯ３濃度には、単位時間当たりにＤＯＣから脱離するＳＯ３量だけでなく、排気流量も影響を及ぼす。そこで、実施の形態１では、上述の内容に加えて排気流量をも考慮した将来予測モデルを設計し、この将来予測モデルを用いて排気中のＳＯ３濃度の将来値を予測している。図３は、将来予測モデルにＤＰＦ１６の目標床温と排気流量を入力することで、排気中のＳＯ３濃度の将来値が出力されることを示している。なお、ＳＯ３濃度の予測中において、ＤＰＦ１６の目標床温と排気流量は一定とされる。
【００２４】
また、実施の形態１では、この将来予測モデルをリファレンスガバナアルゴリズムに組み込み、ＤＰＦ１６の目標床温の候補を将来予測モデルに入力して得られるＳＯ３濃度の将来予測値が、制約に抵触するか否かの判定を有限回繰り返す。
【００２５】
図４は、実施の形態１のリファレンスガバナアルゴリズムを示している。図４に示すように、実施の形態１では、修正前の（オリジナルの）ＤＰＦ１６の目標床温を将来予測モデルに入力し、得られた排気中のＳＯ３濃度の将来予測値に対して、制約抵触度を計算することを有限回繰り返す。この制約抵触度は、例えば、排気中のＳＯ３濃度の将来予測値と、制約との差に基づいて計算できる。そして、この将来予測と制約抵触度の計算を有限回繰り返したら、修正後のＤＰＦ１６の目標床温を決定する。修正後のＤＰＦ１６の目標床温の決定手法は、具体的に次のとおりである。すなわち、制約を満たす将来予測値のうち、制約抵触度の最も小さい将来予測値を出力した際に将来予測モデルに入力したＤＰＦ１６の目標床温の候補を特定する。そして、特定した目標床温の候補と、修正前のＤＰＦ１６の目標床温のうちの低い方を、修正後のＤＰＦ１６の目標床温として決定する。
【００２６】
図５は、実施の形態１においてＥＣＵ３０が実行する目標床温修正ルーチンを示す図である。図５に示すルーチンでは、先ず、ＤＰＦ１６の目標床温と、反復回数カウンタとが初期化され、将来予測モデルに入力するＤＰＦ１６の目標床温が設定される（ステップＳ１０）。このＤＰＦ１６の目標床温は、ＤＰＦ再生制御要求時の目標床温（図４に示した修正前のＤＰＦ１６の目標床温）である。
【００２７】
続いて、排気中のＳＯ３濃度の将来値の予測と、制約抵触度の計算とが行われる（ステップＳ１２）。排気中のＳＯ３濃度の将来値の予測は、具体的に、上述した将来予測モデルにステップＳ１０で設定したＤＰＦ１６の目標床温と、現在の排気流量とを入力することにより行われる。
【００２８】
続いて、将来予測モデルに入力するＤＰＦ１６の目標床温を更新する（ステップＳ１４）。この目標床温の更新は、具体的に、ステップＳ１２で計算した制約抵触度と、２分探索法とに基づいて行う。探索範囲を不必要に拡げないよう、２分探索法の探索範囲は、ＤＰＦ再生制御要求時の目標床温を上限値とし、尚且つ、燃料添加装置２０が作動しない温度を下限値とする。
【００２９】
続いて、ＤＰＦ１６の目標床温の更新が、規定回数行われたか否かが判定される（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において、当該更新が規定回数未満であると判定された場合、ステップＳ１４で更新したＤＰＦ１６の目標床温が、将来予測モデルに入力するＤＰＦ１６の目標床温に設定されると共に、反復回数カウンタがインクリメントされる（ステップＳ１８）。一方、ステップＳ１６において、当該更新が規定回数以上であると判定された場合、修正後のＤＰＦ１６の目標床温が出力される（ステップＳ２０）。本ステップでは、具体的に、先ず、ステップＳ１２で計算した制約抵触度の最も小さい将来予測値を出力したＤＰＦ１６の目標床温と、ステップＳ１０で設定したＤＰＦ１６の目標床温とが比較される。そして、比較の結果、より小さい値の目標床温が、修正後のＤＰＦ１６の目標床温として出力される。
【００３０】
以上、実施の形態１によれば、将来予測モデルを組み込んだリファレンスガバナを用い、ＤＰＦ再生制御時のＤＰＦ１６の目標床温と、現在の排気流量の情報を基に、最適なＤＰＦ１６の目標床温を探索することができる。従って、ＤＰＦ再生制御によってＤＰＦ１６が捕捉したＰＭを燃焼除去させつつ、ＤＰＦ再生制御に起因する排気の白煙化を抑えることができる。
【００３１】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図６乃至図９を参照しながら説明する。
なお、実施の形態２は、図１に示した装置構成を前提とし、図８に示すアルゴリズムに従ってＤＰＦ１６の目標床温を出力することを特徴とする。従って、実施の形態２の装置構成の説明は省略する。
【００３２】
上記実施の形態１では、将来予測モデルにＤＰＦ１６の目標床温と排気流量を入力することで、排気中のＳＯ３濃度の将来値を出力した。実施の形態２では、この将来予測モデルの逆モデル（以下単に「逆モデル」と称す）を用いて、ＤＰＦ１６の目標床温を出力する。図６は、逆モデルに、排気中のＳＯ３濃度に関する制約と、排気流量とを入力することで、ＤＰＦ１６の目標床温が出力されることを示している。なお、排気中のＳＯ３濃度に関する制約としては、上記実施の形態１同様、Ｈ２ＳＯ４の白煙化を抑制できるＳＯ３濃度の上限値が設定されている。
【００３３】
図７は、ＤＯＣの床温帯と、ＤＯＣに吸着しているＳＯ３量との関係を示す図である。図７に示す各データは、ＤＯＣの床温を一定速度ｖ１で上昇させ、尚且つ、ＤＯＣに流す排気流量を一定流量ｑ１とした際において、排気中のＳＯ３濃度が制約を充足する場合に、ＤＯＣから放出されるＳＯ３量に相当する。
【００３４】
図８は、実施の形態２のリファレンスガバナアルゴリズムを示している。図８に示すように、実施の形態２では、逆モデルから出力されたＤＰＦ１６の目標床温と、修正前の（オリジナルの）ＤＰＦ１６の目標床温のうちの低い方を、修正後のＤＰＦ１６の目標床温として決定する。実施の形態１と異なり、実施の形態２のリファレンスガバナアルゴリズムでは、排気中のＳＯ３濃度の将来値の予測や制約抵触度の計算を行わずに済むので、ＥＣＵ３０の演算負荷を低減できる。
【００３５】
図９は、実施の形態２においてＥＣＵ３０が実行する目標床温修正ルーチンを示す図である。図９に示すルーチンでは、先ず、反復回数カウンタが初期化される（ステップＳ２２）。
【００３６】
続いて、ＤＰＦ１６の目標床温が予測される（ステップＳ２４）。ＤＰＦ１６の目標床温の予測は、具体的に、上述した逆モデルに、排気中のＳＯ３濃度に関する制約と、現在の排気流量とを入力することにより行われる。
【００３７】
続いて、修正後のＤＰＦ１６の目標床温が選択され（ステップＳ２６）、出力される（ステップＳ２８）。本ステップでは、具体的に、先ず、ステップＳ２４で予測したＤＰＦ１６の目標床温と、修正前のＤＰＦ１６の目標床温とが比較される。そして、比較の結果、より小さい値の目標床温が、修正後のＤＰＦ１６の目標床温として選択、出力される。
【００３８】
以上、実施の形態２によれば、逆モデルを組み込んだリファレンスガバナを用い、ＤＰＦ再生制御時の排気中のＳＯ３濃度に関する制約と、現在の排気流量の情報を基に、最適なＤＰＦ１６の目標床温を探索することができる。従って、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態１と異なり、排気中のＳＯ３濃度の将来値の予測や制約抵触度の計算を行わずに済むので、ＥＣＵ３０の演算負荷を低減できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ディーゼルエンジン
１２  排気通路
１４  ＤＯＣ
１６  ＤＰＦ
１８  排気ポート
２０  燃料添加装置
３０  ＥＣＵ
【図１】
2016130480.tif 000003
【図２】
2016130480.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016130480.tif 000009
【図８】
2016130480.tif 000010
【図９】
2016130480.tif 000011