JP2003083035A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スート堆積量を確実に推定でき、強制再生を
行うタイミングをより的確に判断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、酸化触媒と、パティキ
ュレートフィルタの前後差圧を検出する圧力センサと、
強制再生を行うか否かを判定する制御部等を備えてい
る。制御部は、エンジン回転数と圧力センサによって検
出される差圧に基いて、スートの第１の推定堆積量
（ａ）を算出する。またこの制御部は、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（ｂ）を算出
する。第２の推定堆積量（ｂ）は、前回の強制再生が終
了した時点から今回の判定時点までの積算値である。こ
れら第１の推定堆積量（ａ）と第２の推定堆積量（ｂ）
を比較し、少なくとも一方が設定値を超えたとき、強制
再生を実施するための昇温手段を作動させる。

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、スート堆積量を
確実に推定し、強制再生のタイミングを的確に求めるこ
とが必要になる。

【０００４】従来は、スート堆積量を推定するために、
パティキュレートフィルタの前後差圧と、フィルタ入口
温度と、エンジン回転数とを検出し、これらのセンサに
よる検出値とスート堆積量との既知の関係を表すマップ
に基いて、検出時点でのスート堆積量を推定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
装置のように、パティキュレートフィルタの前後差圧に
基いて、差圧の検出時点でのスート堆積量を推定する場
合、フィルタ内部でのスートの捕集条件やスート燃焼の
履歴等に応じて変化するスートの堆積状態によって、初
期のスート堆積量と差圧との関係に徐々に誤差が生じ、
実際のスート堆積量が、差圧から求めたスート推定量よ
りも過剰になる可能性がある。

【０００６】また、センサによる差圧検出時点でスート
堆積量を推定する方法では、差圧を検出するセンサや温
度センサに検出時点で不具合が発生した場合に、スート
堆積量を推定することが不可能となり、強制再生が適正
に行われなくなるおそれがある。

【０００７】従ってこの発明の目的は、スート堆積量を
確実に推定でき、強制再生を行うタイミングをより的確
に判断できる排気浄化装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の排気浄化装置は
請求項１に記載したように構成され、エンジン回転数等
を検出する運転状態検出手段と、フィルタの前後差圧を
検出する差圧検出手段との検出結果に基いて、検出時点
でのスートの第１の推定堆積量が算出される。また、運
転状態検出手段と燃料噴射量検出手段との検出結果に基
いて、積算値である第２の推定堆積量が算出される。そ
してこれら第１および第２の推定堆積量のいずれか一方
が、設定値を超えたときに昇温手段を作動させることに
より、強制再生を実施する。

【０００９】上記第１堆積量算出手段は、例えば、運転
状態検出手段と差圧検出手段と温度検出手段による検出
時点でのパティキュレートフィルタの第１の推定堆積量
を算出するものである。上記第２堆積量算出手段は、前
回行われた強制再生の昇温手段停止後からの積算値を算
出するものである。

【００１０】この発明において、上記差圧検出手段の故
障が検出されたときは、上記第２堆積量算出手段の算出
結果に基いて上記昇温手段を制御するようにしてもよ
い。またこの発明において、上記第１堆積量算出手段に
よって算出された第１の推定堆積量と、上記第２堆積量
算出手段によって算出された第２の推定堆積量の差が、
設定値よりも大きい場合に、異常を報知する手段を備え
ていてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の第１の実施形態に
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ＥＧ
Ｒ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、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４０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。コンプレッサ３１とタービン４
１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。

【００１３】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、この発明
でいう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、フィルタ入口温度
を検出するための温度センサ５３が設けられている。

【００１４】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，Ｍ３を記憶するメモリを含んでいる。こ
の制御部１６には、この発明で言う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、燃料噴射量検
出手段の一例としての噴射量検出器５５が接続されてい
る。燃料噴射量検出手段の他の例として、エンジン負荷
に関するデータを制御部１６に入力してもよい。また運
転状態検出手段として、エンジン回転数センサ５４と、
吸入空気量あるいは排出ガス空燃比のうち少なくともい
ずれか一方を検出するようにすれば、より一層運転状態
を正確に検出することができる。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】さらに制御部１６は、図５に示すマップＭ
３を用いて、パティキュレートフィルタ４４が連続再生
可能領域にあるか否かを判断するロジックを有してい
る。このマップＭ３は、エンジン回転数と、燃料噴射量
と、連続再生可能領域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Ｍ３に基いて、パティキュ
レートフィルタ４４が連続再生可能領域にあるか否かが
判断される。マップＭ３中のラインは全負荷特性を表し
ている。

【００１８】次に上記排気浄化装置１０の作用につい
て、図２に示すフローチャートを参照して説明する。ま
ずステップＳ１において、差圧マップＭ１を用いて第１
の推定堆積量（ａ）を求めるとともに、マップＭ２を用
いて第２の推定堆積量（ｂ）を求める。

【００１９】そしてステップＳ２において、第１の推定
堆積量（ａ）と、第２の推定堆積量（ｂ）が設定値を超
えているか否かが判断され、各堆積量（ａ），（ｂ）が
いずれも設定値（例えば２５グラム）を超えていなけれ
ば強制再生の必要無しと判断する。ステップＳ２におい
て、推定堆積量（ａ），（ｂ）の少なくとも一方が上記
設定値を超えた場合、ステップＳ３にて強制条件が成立
する。

【００２０】強制再生条件が成立しても、その後にエン
ジンの運転状態が変ると、連続再生可能領域に移る可能
性がある。このためステップＳ４において、マップＭ３
に基いて、現時点で連続再生可能領域にあるか否かが判
断される。ここで連続再生可能領域にあれば、強制再生
を行う必要が無いと判断し、連続再生を行う。

【００２１】連続再生中は酸化触媒４３によって排気中
のＮＯが酸化されてＮＯ_２に変化し、ＮＯ_２によって、
パティキュレートフィルタ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
とができる。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。

【００２２】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、例えばスロットル３３ま
たはシャッタ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。

【００２３】上記ステップＳ４において、連続再生可能
領域にないと判断された場合、制御部１６はステップＳ
５の強制再生指令を出す。そしてステップＳ６において
パティキュレートフィルタ４４の強制再生を実施する。
強制再生は、その昇温手段の一例として、ポスト噴射を
行う。ポスト噴射はエンジン本体１２の排気行程におい
て燃焼室２１内に燃料を噴射する。噴射された燃料は酸
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５０
０℃〜５５０℃以上）にてパティキュレートフィルタ４
４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】強制再生を実施した場合、ステップＳ７に
て第２の推定堆積量（ｂ）を初期化するとともに、第２
の推定堆積量（ｂ）の積算を開始する。

【００２５】以上説明したようにこの実施形態の排気浄
化装置１０は、互いに性質の異なる２種類の推定堆積量
（ａ），（ｂ）を用い、少なくとも一方の堆積量が設定
値を超えたときに強制再生を行うようにしている。すな
わち第１の推定堆積量（ａ）は、強制再生を行うか否か
を判定する時点（差圧の検出時点）でのセンサ５１，５
２の差圧に基く値であるから、判定時点までのエンジン
の運転状態の履歴に影響されることなく、スート堆積量
を推定することができる。

【００２６】これに対し第２の推定堆積量（ｂ）は、前
回の強制再生が終了した時点から、今回の判定時点の直
前までの積算値に基く値であるから、万一、判定時点で
センサ５１〜５５が故障し、その機能が喪失しても、そ
れまでに求めておいた積算値に基いて、強制再生を行う
か否かの判断材料となる推定堆積量を得ることができ
る。

【００２７】次に本発明の第２の実施形態について、図
６のフローチャートを参照して説明する。この実施形態
は、図１に示した排気浄化装置１０の制御部１６によっ
て、図６の処理をなすように構成されている。

【００２８】まずステップＳ１０において、センサフェ
イルか否か（センサ５１〜５５が機能喪失しているか否
か）が判断される。センサが機能していると判断された
場合には、ステップＳ１１において、前述の差圧マップ
Ｍ１を用いて第１の推定堆積量（ａ）が算出されるとと
もに、マップＭ２を用いて第２の推定堆積量（ｂ）が算
出される。

【００２９】そののちステップＳ１２において、第１の
推定堆積量（ａ）が設定値１（例えば０．０１グラム）
よりも小さいか、または第１の推定堆積量（ａ）と第２
の推定堆積量（ｂ）の差の絶対値が設定値３（例えば１
０グラム）を超えているか否かが判断される。このステ
ップＳ１２において、第１の推定堆積量（ａ）が設定値
１よりも小さいか、または（ａ）と（ｂ）との差の絶対
値が設定値３を超えている場合、センサ５１〜５５の少
なくとも１つが正常に機能していないと判断する。

【００３０】例えばパティキュレートフィルタ４４が溶
損していると、スートが過剰に堆積していても、フィル
タ４４の前後で差圧が生じにくくなるため、第１の推定
堆積量（ａ）の値が設定値１よりも小さくなる。またセ
ンサ５１〜５５の少なくとも１つが正常に機能していな
いときには、（ａ）と（ｂ）との差の絶対値が設定値３
を超えることになる。

【００３１】ステップＳ１２おいて異常と判断された場
合、ステップＳ１３においてアラームランプを点灯させ
るとか、警報音を発するなどして異常の発生を運転者等
に知らせる。ステップＳ１２おいて、異常と判断されな
かった場合に、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ
１４では、各推定堆積量（ａ），（ｂ）がいずれも設定
値２（例えば２５グラム）を超えているか否かが判断さ
れ、設定値２を超えていなければ強制再生の必要無しと
判断する。ステップＳ１４において各堆積量（ａ），
（ｂ）の少なくとも一方が設定値２を超えている場合、
強制再生を行う条件が成立したと判断し、ステップＳ１
５を経てステップＳ１６に移行する。

【００３２】ステップＳ１５にて強制再生条件が成立し
ても、その後にエンジンの運転状態が変ると、連続再生
可能領域に移る可能性がある。このためステップＳ１６
では前述のマップＭ３に基いて、現時点で連続再生可能
領域にあるか否かが判断される。ここで連続再生可能領
域にあれば、強制再生を行う必要が無いと判断し、連続
再生を続行する。

【００３３】ステップＳ１６において連続再生可能領域
にないと判断された場合、制御部１６はステップＳ１７
において強制再生指令を出し、第１の実施形態で説明し
た場合と同様にステップＳ１８において強制再生を実施
する。そしてステップＳ１９にて第２の推定堆積量
（ｂ）を初期化するとともに、第２の推定堆積量（ｂ）
の積算を開始する。

【００３４】前記ステップＳ１０においてセンサが機能
喪失していると判断された場合にはステップＳ２０に移
り、マップＭ２を用いて第２の推定堆積量（ｂ）が算出
される。そののちステップＳ２１において、第２の推定
堆積量（ｂ）が設定値２を超えているか否かが判断され
る。ここで推定堆積量（ｂ）が設定値２を超えていない
場合には、強制再生を行う必要がないと判断する。推定
堆積量（ｂ）が設定値２を超えている場合には、強制再
生を行う条件が成立したと判断し、ステップＳ１５に進
み、前述の強制再生処理を行う。

【００３５】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、運
転状態検出手段、差圧検出手段、燃焼噴射量検出手段、
第１堆積量算出手段、第２堆積量算出手段、比較手段、
昇温手段など、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。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載した排気浄化装置によれ
ば、第１の推定堆積量と第２の推定堆積量のいずれか一
方が設定値を超えたときに強制再生を実施することによ
り、スートの堆積量が過剰になることを防止できる。

【００３７】請求項２に記載した発明によれば、差圧検
出時点での第１の推定堆積量と、前回の強制再生が終了
してから今回の検出時点の直前までの積算値である第２
の推定堆積量のうち、少なくとも一方の推定堆積量が設
定値を超えたときに強制再生を行うため、強制再生を行
うタイミングをより的確に判断でき、スートの堆積量が
過剰になることを防止できる。

【００３８】請求項３に記載した発明によれば、センサ
が正常に機能していないときに、第２の推定堆積量に基
いて強制再生を行うことにより、スートの堆積が過剰に
なることを防止できる。

【００３９】請求項４に記載した発明によれば、第１堆
積量算出手段と第２堆積量算出手段のいずれか一方に不
具合が生じたとき運転者等に報知することができ、不具
合対策を速やかに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 パティキュレートフィルタを備えた排気浄化
装置の概略図。

【図２】 本発明の第１の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】 エンジン回転数と燃料噴射量と連続再生可能
領域との関係を表したマップを示す図。

【図６】 本発明の第２の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。

【符号の説明】

１６…制御部（第１堆積量算出手段，第２堆積量算出手
段，比較手段） ４４…パティキュレートフィルタ ５１，５２…圧力センサ（差圧検出手段） ５３…温度センサ（温度検出手段） ５４…エンジン回転数センサ（運転状態検出手段） ５５…噴射量検出器（燃焼噴射量検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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） 3G084 BA05 BA08 BA09 BA13 BA15 BA18 BA33 DA10 DA27 DA28 DA30 EB01 EB22 FA00 FA07 FA13 FA18 FA26 FA28 FA33 3G090 AA02 BA01 CA01 CA04 CA05 DA04 DA09 DA10 DA18 DA20 EA02 EA05 EA06 4D058 MA44 MA51 PA04 SA08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気中のスートを堆積するとともに再生温
   度以上になると堆積されたスートを燃焼させるパティキ
   ュレートフィルタと、 エンジンの回転数，吸入空気量，排出ガス空燃比のうち
   少なくとも１つを検出する運転状態検出手段と、 上記パティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差
   圧検出手段と、 エンジンに供給される燃料噴射量またはエンジン負荷を
   検出する燃料噴射量検出手段と、 上記運転状態検出手段と上記差圧検出手段との検出結果
   に基きパティキュレートフィルタ内の第１の推定堆積量
   を算出する第１堆積量算出手段と、 上記運転状態検出手段と上記燃料噴射量検出手段との検
   出結果に基きパティキュレートフィルタ内の第２の推定
   堆積量を算出する第２堆積量算出手段と、 上記第１の推定堆積量と第２の推定堆積量を比較し、い
   ずれか一方が設定値を超えたときに強制再生指令を出す
   比較手段と、 上記強制再生指令が出されたとき上記パティキュレート
   フィルタを昇温させる昇温手段と、 を具備したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 【請求項２】上記第１堆積量算出手段は、上記運転状態
   検出手段と上記差圧検出手段と温度検出手段による検出
   時点でのパティキュレートフィルタの第１の推定堆積量
   を算出するものであって、上記第２堆積量算出手段は、
   前回行われた強制再生の昇温手段停止後からの積算値を
   算出するものであ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。
3. 【請求項３】上記差圧検出手段の故障が検出されたとき
   は上記第２堆積量算出手段の算出結果に基き上記昇温手
   段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の
   エンジンの排気浄化装置。
4. 【請求項４】上記第１堆積量算出手段によって算出され
   た第１の推定堆積量と、上記第２堆積量算出手段によっ
   て算出された第２の推定堆積量との差が、設定値よりも
   大きい場合に異常を報知する手段を備えていることを特
   徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の
   エンジンの排気浄化装置。