JP2003083030A

JP2003083030A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2003083030A
Application number: JP2001272262A
Authority: JP
Inventors: Mikio Terada; 幹夫寺田; Kazuya Ohashi; 一也大橋; Hiroki Taniguchi; 裕樹谷口; Kiyoshi Hatano; 清波多野
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタが過熱状態になる
ことを回避できる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、堆積されたスートを再
燃焼するパティキュレートフィルタ４４と、フィルタ４
４の上流側排ガス温度を検出する温度センサ５３と、再
生中止条件が成立したか否かを判定する制御部１６を備
えている。エンジンの吸気管３０にスロットル３３が設
けられている。制御部１６は、強制再生時において、パ
ティキュレートフィルタ４４の上流側排ガス温度が設定
温度を超えたときに、スロットル３３を絞ることによっ
て吸入空気量を減量する。この制御部１６は、吸気絞り
実施後に温度センサ５３の検出値が設定温度よりも低温
になった場合に、スロットル３３を開弁させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンにおいて、その排気
を浄化するための装置として、酸化触媒とパティキュレ
ートフィルタを用いる連続再生式ＤＰＦ（Diesel parti
culatefilter）が知られている。この種の浄化装置は、
排気中のＮＯを酸化触媒によって酸化させてＮＯ_２に変
化させ、ＮＯ_２によってパティキュレートフィルタ中の
スート（主として炭素）を比較的低い温度域で燃焼させ
ることができる。

【０００３】上記連続再生式ＤＰＦにおいて、パティキ
ュレートフィルタにスートが過剰に堆積すると、エンジ
ン出力が低下するばかりか、スート燃焼時の異常高温に
よって、パティキュレートフィルタが溶損するおそれが
ある。このため、堆積したスートを、何らかの昇温手段
によって的確なタイミングで強制的に燃焼（すなわち強
制再生）させる必要がある。この場合、再生終了の時期
を的確に把握することも必要である。

【０００４】従来、強制再生終了の判定は、パティキュ
レートフィルタの前後差圧が所定値以下になったとき、
あるいは予め決めておいた所定時間が経過したときに、
強制再生処理を終了するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
装置では、強制再生中のパティキュレートフィルタが何
らかの原因によって過熱した場合、フィルタの前後差圧
が所定値以下になるか、もしくは設定時間を経過するま
では再生が続行されるため、パティキュレートフィルタ
が高温によって損傷したり、耐久性に悪影響が出るおそ
れがあった。

【０００６】従ってこの発明の目的は、再生終了時期を
より的確に判断できる排気浄化装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の排気浄化装置
は、排気中のスートを堆積するパティキュレートフィル
タと、スートの再燃焼時にパティキュレートフィルタを
昇温させるための例えばポスト噴射等を行う昇温手段
と、吸気絞り手段と、吸気絞り手段の作動を制御する吸
気絞り制御手段などを備えている。強制再生処理によっ
てスートを再燃焼させ、再生中止条件が成立したとき、
吸気絞り手段を作動させることによって吸入空気量を減
量する。吸入空気量が減ると、パティキュレートフィル
タに到達する排ガス中の酸素濃度が減少し、スートの燃
焼が抑制されて温度が低下する。

【０００８】この発明において、パティキュレートフィ
ルタの上流側排気通路の温度を検出するための温度検出
手段を備えているとよい。この場合、温度検出手段の検
出結果が設定温度を超えていれば、吸気絞り手段を作動
させて吸気絞りを行う。温度検出手段の検出結果が設定
温度以下であれば、吸気絞り手段の作動を停止させるこ
とにより、吸気絞りを停止する。

【０００９】この発明において、パティキュレートフィ
ルタの再生時にエンジンの膨張行程または排気行程で燃
料を噴射するポスト噴射手段を備えていてもよい。そし
てパティキュレートフィルタの再生中止条件が成立した
とき、吸気絞り手段によって吸入空気量を減量した後
に、ポスト噴射手段を停止するとよい。

【００１０】この発明は、圧縮行程で燃料を噴射するメ
イン噴射手段を備えたエンジンにおいて、上記の再生中
止条件が成立し、吸気絞り手段によって吸入空気量を減
量する際に、エンジン出力の変動を少なくするために、
メイン噴射手段が噴射する燃料噴射量を増量側に補正し
てもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て、図１〜図５を参照して説明する。図１に、排気浄化
装置１０を備えたディーゼルエンジン１１を模式的に示
す。このエンジン１１は、エンジン本体１２と、吸気系
１３および排気系１４と、ＥＧＲ装置１５と、マイクロ
コンピュータ等を用いた制御部（コントロールユニッ
ト）１６などを備えている。エンジン本体１２は、ピス
トン２０と、燃焼室２１と、燃料噴射弁２２などを含ん
でいる。ＥＧＲ装置１５は、ＥＧＲバルブ２３とＥＧＲ
クーラ２４などを含んでいる。

【００１２】吸気系１３は、吸気管３０と、コンプレッ
サ３１と、インタークーラ３２と、この発明で言う吸気
絞り手段として機能するスロットル３３などを含んでい
る。スロットル３３は、アクチュエータ３４によって開
度を変化させることができる。排気系１４は、排気管４
０と、タービン４１と、シャッタ４２と、酸化触媒４３
と、パティキュレートフィルタ４４と、外囲器４５など
を含んでいる。

【００１３】外囲器４５に、酸化触媒４３とパティキュ
レートフィルタ４４が収納されている。排気管４０と外
囲器４５は、排気通路として機能する。コンプレッサ３
１とタービン４１は、互いに一体に回転する。シャッタ
４２はアクチュエータ４６によって開度を変化させるこ
とができる。

【００１４】パティキュレートフィルタ４４の前後差圧
を検出するために、パティキュレートフィルタ４４の上
流側に第１の圧力センサ５１が設けられ、パティキュレ
ートフィルタ４４の下流側に第２の圧力センサ５２が設
けられている。これらのセンサ５１，５２は、差圧検出
手段の一例である。酸化触媒４３とパティキュレートフ
ィルタ４４との間に、この発明でいう温度検出手段の一
例としての温度センサ５３が設けられている。この温度
センサ５３は、フィルタ入口温度すなわちパティキュレ
ートフィルタ４４の上流排ガス温度を検出する機能を有
している。

【００１５】制御部１６はマイクロプロセッサ等の演算
機能を有する電子部品等によって構成され、下記マップ
Ｍ１，Ｍ２を記憶するメモリを含んでいる。この制御部
１６には、運転状態検出手段の一例であるエンジン回転
数センサ５４と、噴射量検出器５５が接続されている。
運転状態検出手段として、エンジン回転数センサ５４以
外に、吸入空気量あるいは排出ガス空燃比のうち少なく
とも１つを検出するようにしてもよい。

【００１６】上記制御部１６は、図３に示す３次元マッ
プ（差圧マップ）Ｍ１を用いて、パティキュレートフィ
ルタ４４のスートの第１の推定堆積量（ａ）を推定する
ロジックがプログラムされている。この３次元マップＭ
１は、圧力センサ５１，５２の差圧と、温度センサ５３
によって検出される入口温度と、クランクセンサ等のエ
ンジン回転数センサ５４によって検出されるエンジン回
転数と、スート堆積量との関係を予め求めてマッピング
したものであり、センサ５１〜５４からの検出値とマッ
プＭ１に基いて、第１の推定堆積量（ａ）を求めるよう
になっている。

【００１７】さらに制御部１６は、図４に示すマップＭ
２を用いて第２の推定堆積量（ｂ）を推定するロジック
がプログラムされている。このマップＭ２は、エンジン
回転数センサ５４によって検出されるエンジン回転数
と、アクセルポジションセンサ等の噴射量検出器５５か
ら入力した燃料噴射量と、スート堆積量（前回の強制再
生終了後からの累積値）との関係を予め求めてマッピン
グしたものである。このマップＭ２に基いて、第２の推
定堆積量（ｂ）が算出される。この制御部１６には、図
２に示す再生終了判定処理を実行するプログラムが組込
まれている。

【００１８】制御部１６は、この発明でいう再生中止判
定手段と、吸気絞り制御手段としても機能する。またこ
の制御部１６は、ポスト噴射制御手段およびメイン噴射
制御手段としても機能する。燃料噴射弁２２は、ポスト
噴射手段とメイン噴射手段として機能する。

【００１９】ここで言うメイン噴射とは、エンジン１１
の運転状態に応じて、エンジン本体１２の圧縮行程で燃
料を噴射する通常の燃料噴射操作である。ポスト噴射
は、エンジン本体１２の膨張行程あるいは排気行程にお
いて、燃料噴射弁２２から燃焼室２１内に燃料を噴射す
る操作である。

【００２０】次に上記排気浄化装置１０の作用について
説明する。エンジン１１が運転されると、排気中に含ま
れるスートがパティキュレートフィルタ４４に捕捉され
る。また、排気中のＮＯが酸化触媒４３によって酸化さ
れてＮＯ_２に変化する。このＮＯ_２によって、フィルタ
４４中のスートが比較的低い温度域（例えば２７０℃〜
３５０℃前後）で燃焼することによって、パティキュレ
ートフィルタ４４の連続再生が行われる。酸化触媒４３
の酸素の変換効率は、ある温度域（例えば３００℃前後
の変換ピーク温度域）で最大となるから、排気温度がこ
の温度域にあれば、特に制御を行わなくてもＮＯ_２によ
ってスートが燃焼し、連続再生を行うことができる。

【００２１】排気温度が上記ピーク温度域よりも低い場
合（例えば２５０℃前後）は、酸化触媒４３の変換効率
を高めるために、酸化触媒４３の温度を上記ピーク温度
域まで高める制御（連続再生サポート処理）が行われ
る。連続再生サポート処理は、例えばシャッタ４２をあ
る程度絞り、排気温度を高めることにより行われる。

【００２２】この実施形態の場合、制御部１６は、差圧
マップＭ１を用いて求めた第１の推定堆積量（ａ）と、
マップＭ２を用いて第２の推定堆積量（ｂ）の少なくと
も一方が設定値（例えば２５グラム）を超えると強制再
生条件が成立したと判断し、強制再生を開始する。

【００２３】強制再生は、その昇温手段の一例として、
図５に示すように、例えばポスト噴射を行うとか、メイ
ン噴射時期を遅らす操作（リタード制御）、ＥＧＲバル
ブ２３を開弁させる操作等により、フィルタ４４の温度
を高めることによって行われる。例えばポスト噴射が行
われると、エンジンの膨張行程あるいは排気行程におい
て燃焼室２１内に噴射された燃料が酸化触媒４３に到達
し、燃料（ＨＣ）が酸化させられることによって、連続
運転時よりも高い温度域（例えば５００℃〜５５０℃以
上）にてパティキュレートフィルタ４４にてスートがＯ
_２により直接酸化（燃焼）させられる。なお、酸化触媒
４３によって消費されなかった燃料（ＨＣ）がパティキ
ュレートフィルタ４４上のスートに付着し、さらに燃焼
が活性化される。

【００２４】強制再生が開始すると、図２に示すフロー
チャートのステップＳ１に移行し、再生処理の終了時期
が判定される。以下に図２のフローチャートを参照して
再生終了判定処理について説明する。図２中のステップ
Ｓ２において、温度センサ５３によって検出されるパテ
ィキュレートフィルタ４４の上流排ガス温度が、設定値
１（例えば７００℃）を超えているか否かが判断され
る。ここで“ＮＯ”の場合、すなわち設定値１を超えて
いなければ、再生中止条件が成立していないと判断し、
ステップＳ３においてタイマを更新するとともにステッ
プＳ４に移る。

【００２５】ステップＳ４においては、パティキュレー
トフィルタ４４の上流排ガス温度が設定値２（例えば４
５０℃）よりも低いか否かが判断される。ここで“Ｎ
Ｏ”の場合、すなわち設定値２以上であれば強制再生が
進んでいると判断し、ステップＳ５に移る。

【００２６】ステップＳ５では、推定堆積量（ａ）が設
定値５よりも少なくなったか否かが判断される。ここで
“ＮＯ”の場合、すなわち設定値５以上であればスート
が燃焼しきっていないと判断し、再びステップＳ２に戻
り、再生を続ける。ステップＳ５において“ＹＥＳ”の
場合、すなわち推定堆積量が設定値５よりも少なけれ
ば、強制再生が終了したと判断し、ステップＳ６にて強
制再生を終了するとともにステップＳ７にて通常運転に
移行する。そしてステップＳ８において第１の推定堆積
量（ａ）をマップＭ１に基いて算出するとともに、その
推定堆積量（ａ）をステップＳ９において第２の推定堆
積量（ｂ）に初期値として代入する。

【００２７】上記ステップＳ４において“ＹＥＳ”の場
合、すなわち排ガス温度が設定値２よりも低ければ、強
制再生が正常になされていないと判断し、ステップＳ１
０に移行する。ステップＳ１０においてタイマが設定値
４（例えば５分間）を経過していなければ、ステップＳ
２に戻る。ステップＳ１０においてタイマが設定値４を
経過したと判断された場合、ステップＳ１１において強
制再生を中止する処理を行ったのち、ステップＳ７に移
り、通常運転に戻る。

【００２８】ステップＳ２において“ＹＥＳ”の場合、
すなわち排ガス温度が設定値１を超えていれば、排ガス
温度が高過ぎ、強制再生を中止すべきであると判断し、
ステップＳ１２に移行する。

【００２９】ステップＳ１２では、アクチュエータ３４
によってスロットル３３を絞ることによって、吸気絞り
を行う。スロットル３３を絞ると、パティキュレートフ
ィルタ４４に到達する排気中の酸素濃度が直ちに低下す
るため、パティキュレートフィルタ４４内のスートの燃
焼温度が低下する。

【００３０】上記吸気絞り操作が行われたのちステップ
Ｓ１３に移行する。ステップＳ１３では、強制再生を中
止する処理、例えばポスト噴射を止める操作を行う。ポ
スト噴射を停止すると、酸化触媒４３に到達する燃料が
なくなり、酸化触媒４３の温度が低下するためフィルタ
４４の温度が下がり、溶損を回避することができる。

【００３１】ステップＳ１３において強制再生を中止し
たのち、ステップＳ１４において、パティキュレートフ
ィルタ４４の上流排ガス温度が設定値３（例えば３００
℃）よりも低いか否かが判断される。ここで“ＮＯ”、
すなわち排ガス温度が設定値３以上であれば、ステップ
Ｓ１３に戻り、吸気絞りを維持するとともに、強制再生
中止操作を維持する。

【００３２】ステップＳ１３の強制再生中止操作によっ
て排ガス温度が低下し、ステップＳ１４において設定値
３を下回った時点で、ステップＳ１５に移行することに
よって吸気絞りも中止する。ステップＳ１５では、スロ
ットル３３が全開状態となるようにアクチュエータ３４
を作動させる。そしてステップＳ７に移行することによ
って通常運転に戻る。

【００３３】図５は、以上説明した再生終了判定処理
（図２）において、ステップＳ２からステップＳ１２〜
Ｓ１５を経て、通常運転ステップＳ７に至るまでのタイ
ムチャートである。上記のステップＳ２にて再生中止条
件が成立すると、図５中のＴ１においてスロットル３３
が絞られる（ステップＳ１２）。この吸気絞りにより、
排ガス温度が設定値１から下がり始める。吸気絞りが行
われるのと同時に、メイン噴射量を増加する操作がなさ
れ、エンジンの出力低下が補われる。すなわち制御部１
６は、この発明で言うメイン噴射量の補正手段としても
機能する。

【００３４】吸気絞りが実行されたのち、やや遅れて、
図５中のＴ２においてポスト噴射が停止する。この場
合、パティキュレートフィルタ４４に供給される酸素が
低下してから、ポスト噴射を停止してパティキュレート
フィルタ４４での再燃焼を抑制することとなり、排ガス
温度がさらに下がってゆく。Ｔ２においてポスト噴射が
停止するのと同時に、上記補正手段によってメイン噴射
量をさらに増量側に補正することにより、吸気絞り時の
出力変動を抑制することができる。

【００３５】排ガス温度が設定値３まで下がった時点
（Ｔ３）で、スロットル３３を全開にする。このときメ
イン噴射時期は、それまでの遅角制御から通常の進角制
御に切換るとともに、メイン噴射量を減少させる操作が
なされる。そしてＴ４においてＥＧＲバルブ２３が閉
じ、メイン噴射量が通常運転状態に戻る。

【００３６】以上説明したスロットル３３の開閉制御を
はじめとして、ポスト噴射の制御、メイン噴射時期の制
御、ＥＧＲバルブ２３の開閉制御、メイン噴射量の制御
等は、制御部１６に組込まれた処理プログラムに従っ
て、温度センサ５３からの検出信号等に基いて、実行さ
れる。

【００３７】なお、本発明を実施するに当たり、パティ
キュレートフィルタの具体的な形態をはじめとして、吸
気絞り手段、再生中止判定手段、吸気絞り制御手段な
ど、この発明の構成要素を発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々に変更して実施できることは言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】請求項１に記載した排気浄化装置によれ
ば、強制再生中止条件が成立したときに吸気絞りを行
い、強制再生中止時点でパティキュレートフィルタに到
達する酸素の濃度を減少させ、燃焼温度を下げることに
より、パティキュレートフィルタの溶損を防止できる。

【００３９】請求項２に記載した発明によれば、請求項
１の効果に加えて、温度検出手段の検出温度が設定値よ
りも高い時に上記吸気絞りを行い、検出温度が設定値よ
りも低くなったときに吸気絞りを停止することにより、
速やかに通常運転に移ることができる。

【００４０】請求項３に記載した発明によれば、パティ
キュレートフィルタが過度に高温になったときに、フィ
ルタ内での酸化反応に使用される酸素の濃度を速やかに
低減させたのちポスト噴射を停止することにより、パテ
ィキュレートフィルタの温度を速やかに低下させること
ができる。請求項４に記載した発明によれば、吸気絞り
時のエンジンの出力変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気浄化装置を備えたエンジンの概略図。

【図２】本発明の一実施形態の排気浄化装置の処理内
容を示すフローチャート。

【図３】エンジン回転数とＤＰＦ前後差圧と入口温度
に基いて第１の推定堆積量を求めるのに用いる３次元マ
ップを示す図。

【図４】エンジン回転数と燃料噴射量に基いて第２の
推定堆積量を求めるのに用いるマップを示す図。

【図５】強制再生を中止してから通常運転に移行する
際の動作の経時変化を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１６…制御部（再生中止判定手段，吸気絞り制御手段）３３…スロットル（吸気絞り手段）４４…パティキュレートフィルタ５３…温度センサ（温度検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｆ０２Ｄ 41/38 Ｂ４Ｄ０４８ 41/38 43/00 ３０１Ｈ４Ｄ０５８ 43/00 ３０１３０１Ｔ３０１ＷＢ０１Ｄ 46/42 Ｂ // Ｂ０１Ｄ 46/42 53/36 １０３Ｃ (72)発明者谷口裕樹東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者波多野清東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内Ｆターム(参考） 3G065 AA01 AA09 AA10 CA12 DA04 GA06 GA08 GA10 GA18 GA46 JA04 JA09 JA11 KA03 3G084 AA01 BA05 BA08 BA13 BA15 BA19 BA20 BA24 DA10 DA19 DA28 DA37 EB12 FA13 FA33 3G090 AA02 BA02 CA04 CB03 CB06 CB23 DA12 EA02 EA05 EA06 EA07 3G091 AA10 AA11 AA18 AB02 AB13 BA04 BA08 BA36 CA02 CA18 CB02 CB03 DC01 EA01 EA08 EA17 FB02 FB03 FC04 GA06 HA15 HB05 HB06 3G301 HA02 HA11 HA13 JA21 JA33 LA01 LB11 MA11 MA20 MA26 ND01 NE06 PA11Z PD11Z PD14Z PE01Z 4D048 AA14 AB01 BD04 CD05 DA01 DA02 DA03 DA06 DA10 DA13 DA20 4D058 JA32 JB06 MA44 MA53 NA04 NA05 SA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンからの排気通路に設けられて排気
中のスートを堆積するパティキュレートフィルタと、上記エンジンの吸気管に設けられた吸気絞り手段と、上記パティキュレートフィルタの再生中止条件が成立し
たか否かを判定する再生中止判定手段と、堆積されたスートを再燃焼するパティキュレートフィル
タの再生時において、上記再生中止判定手段によりパテ
ィキュレートフィルタの再生中止条件が成立したときに
上記吸気絞り手段によって吸入空気量を減量する吸気絞
り制御手段と、を具備したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】上記パティキュレートフィルタの上流側排
気通路の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、上
記吸気絞り制御手段は、該温度検出手段の検出結果が設
定温度よりも高温である場合に上記吸気絞り手段を作動
させて吸気絞りを行い、該温度検出手段の検出結果が設
定温度よりも低温である場合には上記吸気絞り手段の作
動を停止させることを特徴とする請求項１記載のエンジ
ンの排気浄化装置。
【請求項３】上記パティキュレートフィルタの再生時に
上記エンジンの膨張行程または排気行程で燃料を噴射す
ることにより上記パティキュレートフィルタを昇温して
スートを再燃焼させるポスト噴射手段をさらに備え、上記再生中止判定手段によりパティキュレートフィルタ
の再生中止条件が成立したときに上記吸気絞り制御手段
によって吸入空気量を減量した後に上記ポスト噴射手段
を停止するポスト噴射制御手段を有することを特徴とす
る請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】上記エンジンの運転状態に応じて圧縮行程
で燃料を噴射するメイン噴射手段を備え、上記再生中止判定手段によりパティキュレートフィルタ
の再生中止条件が成立し、上記吸気絞り制御手段によっ
て吸入空気量を減量するときに、上記メイン噴射手段か
ら噴射される燃料噴射量を増量側に補正する補正手段を
備えることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気
浄化装置。