JP2005083306A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気微粒子を捕獲するフィルタ部材と、フィルタ部材の再生を開始させる手動再生スイッチと、車両の停車状態を検出する停車状態検出手段と、手動再生スイッチが操作され、かつ車両の停車状態が検出された時、エンジン回転数を所定回転数まで上昇させてフィルタ部材に捕獲された排気微粒子を燃焼除去してフィルタ部材を再生する再生手段とを備え、
フィルタ部材の温度に関連するパラメータ値を検出する第1パラメータ値検出手段と、エンジンの停止要求信号を検出する停止要求検出手段とを備え、
上記再生手段は、再生中にエンジンの停止要求が検出された時、パラメータ値が所定温度以上であると、所定温度を下回るまではエンジン停止を禁止し、再生を継続するよう構成してある。
【選択図】 図4
Description
そして、このようにパティキュレートフィルタを備えた場合、パティキュレータフィルタに捕獲された排気微粒子量が捕獲可能な飽和容量にまで達すると、捕獲された排気微粒子を燃焼させ、フィルタ機能を再生する必要がある。
そこで、下記特許文献1には、パティキュレートフィルタを再生するための手動スイッチを設け、車両停車時手動スイツチがONされると、所定時間燃料噴射量を増量することによってエンジン回転数を上昇させて排気微粒子を燃焼除去させ、パティキュレートフィルタを再生させることが開示されている。
つまり、再生中は、排気微粒子の燃焼によってパティキュレートフィルタの温度が上昇するが、その温度が上昇している状況で、イグニッションスイッチがオフされてエンジンが停止されるとパティキュレートフィルタへの排気ガスの流れがなくなり、パティキュレートフィルタ内を排気ガスが通過することによるパティキュレートフィルタ温度低下作用(排気ガスとパティキュレートフィルタとの熱交換)がなくなるため、パティキュレートフィルタ温度が急上昇してしまう。
そこで、本発明者等は、排気微粒子燃焼除去中にイグニッションスイツチがオフされてもエンジン停止を禁止して、再生を継続する対策を考え出した。
しかしながら、パティキュレートフィルタの温度に拘わらず一律エンジン停止を禁止すると、パティキュレートフィルタの温度上昇の影響が低い場合においても常に、エンジン停止が禁止されて再生が継続されることになり、燃費悪化を招くという新たな問題が生じる。
乗員による操作が可能とされ、上記フィルタ部材の再生を開始させるための手動再生スイッチと、
車両の停車状態を検出する停車状態検出手段と、
上記手動再生スイッチが再生開始状態に操作され、かつ上記停車状態検出手段により車両の停車状態が検出された時、エンジン回転数を所定回転数まで上昇させて上記フィルタ部材に捕獲された排気微粒子を燃焼除去してフィルタ部材を再生する再生手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
上記フィルタ部材の温度に関連するパラメータ値を検出する第1パラメータ値検出手段と、
エンジンの停止要求信号を検出する停止要求検出手段とを備え、
上記再生手段は、再生中に上記停止要求検出手段によりエンジンの停止要求が検出された時に、上記第1パラメータ値検出手段により検出されたパラメータ値が所定温度以上である時は、当該パラメータ値が所定温度を下回るまではエンジンの停止を禁止し、再生を継続するよう構成してある。
本発明の第1の構成によれば、車両停車時におけるフィルタ部材の再生中にエンジン停止要求が検出された時、フィルタ部材の温度に関連するパラメータ値が所定温度よりも高い場合は、パラメータ値が所定温度を下回るまではエンジンの停止が禁止され、再生が継続されるため、フィルタ部材への排気ガスの流れを確保でき、フィルタ部材の温度上昇を抑制することができる。
また、エンジンの停止要求が検出された時、フィルタ部材の温度に関連するパラメータ値が所定温度より低い場合は、直ちにエンジンが停止されるため、燃費悪化を抑制することができる。
上記再生手段は、圧縮行程近傍で噴射される主噴射の噴射量を増量することでエンジン回転数を上昇させるとともに、主噴射後の膨張行程において後噴射を実行するよう構成してある。
ここで、車両停車中にフィルタ部材を再生するためには、エンジン回転数を相当に上昇させる必要があるが、エンジン回転数が高過ぎると、乗員は違和感、不安感を覚える虞がある。
ところで、パティキュレートフィルタの再生方法として、パティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を設け、主噴射の後の膨張行程において後噴射を実行することによって、酸化触媒で後噴射された燃料が燃焼して排気ガス温度が効果的に上昇し、パティキュレートフィルタに流入される排気ガス温度を上昇させることが知られている。
本発明の第2の構成によれば、フィルタ部材の再生が、主噴射量の増量によるエンジン回転数の上昇と、後噴射の追加とによって行われるため、主噴射量の増量によるエンジン回転数の上昇を抑えつつ、排気ガス温度を効果的に上昇することができ、フィルタ部材の再生を行うことができる。
パラメータ値が所定温度を下回り再生を中止する際、エンジン回転数を一気に低下させると、フィルタ部材に流入される排気ガス量が一気に減少し、フィルタ部材の温度が再び所定温度以上に上昇してしまう虞がある。
本発明の第3の構成によれば、フィルタ部材に関連する温度が所定温度よりも低下するとエンジン回転数を徐々に低下させ、そのエンジン回転数低下中におけるフィルタ部材の温度上昇側への変化が検出されると、エンジン回転数の低下を禁止して、再度エンジン回転数を上昇させるため、フィルタ部材の温度上昇を確実に抑制することができる。
該第2パラメータ値検出手段により検出されたパラメータ値が所定量以上になった時、乗員に再生の開始を促す警告手段とを備えるよう構成してある。
本発明の第4の構成によれば、フィルタ部材に捕獲された排気微粒子量が所定量以上になった時、警告手段によってその状態が乗員に警告されるため、乗員は、フィルタ部材を再生すべき適切なタイミングで再生を開始させることができる。
吸気通路2には、その上流側から下流側に向かって順次エアクリーナ4、エアフローセンサ5、VGTターボ過給機(バリアブルジオメトリーターボ)6のブロア6a、インタークーラ7、吸気絞り弁8、吸気温度センサ9、吸気圧力センサ10が配設されている。
排気通路3には、その上流側から下流側に向かって順次VGTターボ過給機(バリアブルジオメトリーターボ)6のタービン6b、タービン6bに流入する排気ガス流速を制御する可動ベーン6c、酸化触媒11、パティキュレートフィルタ12が配設されている。
パティキュレートフィルタ12の上下流には、排気圧力センサ13、14が配設されており、各排気圧力センサ13と14との差圧に基づいてパティキュレートフィルタ12に堆積した排気微粒子量を検出するよう構成されている。
また、パティキュレートフィルタ12には温度センサ15が設けられている。
また、吸気通路2と排気通路3とを接続する排気ガス還流通路16が設けられており、その排気ガス還流通路16の途中には負圧アクチュエータ式の排気ガス還流弁17と、排気ガスをエンジンの冷却水によって冷却するためのクーラ18とが配設されている。
19は燃料噴射ポンプであり、燃料タンク(図示省略)からの燃料を蓄圧手段としてのコモンレール20に供給する。
コモンレール20は、各気筒の燃焼室1aに配設された燃料噴射弁21(図1では1つのみ図示)に接続されるとともに、そのコモンレール20には、燃料噴射圧センサ22と、コモンレール19内に蓄圧された燃料の圧力が許容圧力以上になった時開弁し、燃料タンク側に燃料をリリーフするための安全弁23が設けられている。
26はパティキュレートフィルタ12の再生を開始するための手動再生スイッチ、27はパティキュレートフィルタ12に捕獲された排気微粒子量が所定量以上になった時、乗員に対して手動再生を促すための警告ランプであり、いずれもインストゥルメントパネル(不図示)に設けられている。
28はコントロールユニットであり、上述の各種センサや各種スイッチからの検出信号が入力されるようになっており、入力された各種検出信号に基づいて吸気絞り弁8、可動ベーン6c、排気ガス還流弁17、燃料噴射弁21等の各種アクチュエータを制御するように構成されている。
具体的には、図2中破線(a)で示すように、通常は、圧縮行程上死点近傍で噴射される主噴射のみであるが、再生時は、図2中実線bで示すように、主噴射の噴射量を所定量増量、例えば、アイドル回転数を通常のアイドル回転数(例えば、750rpm)から手動再生用のアイドル回転数(例えば、1750rpm)まで上昇させるために必要な量増量するとともに、図2中実線(c)で示すように、主噴射の後の膨張行程において所定量の後噴射を追加実行する。
これによって、主噴射の増量による排気ガス流量の増加と、後噴射の酸化触媒11での後燃焼とのによってパティキュレートフィルタ12に流入される排気ガス温度を効果的に上昇することができ、パティキュレートフィルタ12に捕獲された排気微粒子を燃焼除去でき、パティキュレートフィルタ12を再生することができる。
次に、実施形態1に係るパティキュレートフィルタ12の手動再生制御について、図3のフローチャートに基づき説明する。
図3のステップS1において、排気圧力センサ13、14、温度センサ15、クランク角センサ24、イグニッションスイッチ25、手動再生スイツチ26からの各種検出信号を読込む。
続く、ステップ2では、排気圧力センサ13、14との差圧に基づいてパティキュレートフィルタ12に捕獲されている排気微粒子量を検出する。つまり、排気微粒子の捕獲量が多くなるとパティキュレートフィルタ12上流側の排気圧力が高くなり、差圧が大きくなることから、その差圧に基づいてパティキュレータフィルタ12に捕獲されている排気微粒子量を検出することが可能である。
ステップS3では、ステップS2で検出された捕獲量が第1所定量α(0近傍の値)以下か否か判定する。
ステップS3でNOと判定された時、つまり、捕獲量が第1所定量α以上である時、第1所定量α以上よりも大きな値に設定された第2所定量β(飽和容量相当の値)以上か否か判定する。
ステツプS4でYESと判定された時、つまり、排気微粒子が飽和に近い状態になったと判定された時、ステップS5に進み、手動再生を促すための警告ランプ27を点灯する。
続く、ステップS6では手動再生スイッチ26がON状態、つまり、再生開始状態に操作されているか否か判定する。
ステップS6でYESと判定された時は、ステップS7に進み、車両が停車中か否か判定する。
ステップS7でYESと判定された時、つまり、手動再生スイッチ26がON状態となり、車両が停車中で、再生実行条件が成立した時、ステップS8に進み、上述した手動再生を実行する。
ステップS9でYESと判定された時、ステップS10に進み、パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度T(例えば、300℃)以上であるか否か判定する。
ステップS10でYESと判定された時は、パティキュレートフィルタ12の温度が高く、エンジンを停止するとパティキュレートフィルタ12の温度が上昇してしまうことから、ステップS8に戻り、エンジンを停止することなく手動再生を継続する。
また、ステップS10でNOと判定された時、つまり、パティキュレートフィルタ12の温度が低い時は、エンジンを停止してもパティキュレートフィルタ12の温度が過剰に上昇する虞は低いことから、ステップS11に進み、燃料噴射弁21からの燃料噴射を停止してエンジンを停止する。
尚、ステップS9でNOと判定された時は、イグニッションスィツチ25はON継続状態であり、ステップS10、S11の処理をバイパスしてリターンする。
続く、ステップS13では手動再生中か否か判定する。
ステップS13でYESと判定された時は、ステップS8に進み、引き続き手動再生を実行する。
また、ステップS13でNOと判定された時は、ステップS14に進み、手動再生を非実行状態とする。
また、ステップS3でYESと判定された時、つまり、排気微粒子量が第1所定量α以下で、パティキュレートフィルタ12に排気微粒子量が殆ど捕獲されていない状態にある時は、ステップS15に進み、警告ランプ27を消灯し、続く、ステップS14で手動再生を非実行状態とする。
図4に示すように、排気微粒子量が第2所定量β以上になると、警告ランプ27が点灯する。(t1時点)
警告ランプ27が点灯すると、乗員はその点灯を確認した後手動再生スイッチ26をON操作し、手動再生が開始される。(t2時点)
手動再生が開始されると、パティキュレートフィルタ12の温度が上昇し、所定温度(300℃)まで上昇する。(t3時点)
ここで、この手動再生中にイグニッションスイッチ25がONからOFFに操作されると(t4時点)、本来であればエンジンを停止する必要があるものの、この時パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度T(300℃)以上である時は、パティキュレートフィルタ12の温度が過剰に上昇するため、パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度T(300℃)を下回るまで(t6まで)はエンジ停止が禁止され、手動再生が継続される。
尚、手動再生が開始され、排気微粒子量の燃焼除去が進み、排気微粒子量が第2所定量βを下回ると、警告ランプ27が消灯される。(t5時点)
また、手動再生中にイグニッションスイッチ25がONからOFFに操作された時点におけるパティキュレートフィルタ12の温度が所定温度T(300℃)よりも低ければ、その時点でエンジンは直ちに停止されることになる。(図4中には不図示)
また、実施形態1では、警告ランプ27は、排気微粒子量が第2所定量βを下回った時点で直ちに消灯される例を示したが、図4中一点鎖線で示すように、手動再生中は点灯を継続するようにしてもよい。
また、再生中にイグニッションスイッチ24がONからOFFされた時、パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度Tより低い場合は、直ちにエンジンが停止されるため、乗員の意志に促して直ちにエンジンを停止することができ、燃費悪化を抑制することができる。
また、パティキュレートフィルタ12の再生が、主噴射の増量によるエンジン回転数の上昇と、後噴射の追加とによって行われるため、主噴射の増量によるエンジン回転数の上昇を抑えつつ、排気ガス温度を効果的に上昇することができ、パティキュレートフィルタ12の再生を行うことができる。
また、パティキュレートフィルタ12に捕獲された排気微粒子量が第2所定量β以上になり飽和状態になった時、警告ランプ27が点灯されてその状態が乗員に警告されるため、乗員は、適切なタイミングで手動再生スイッチをON作動でき、手動再生を開始させることができる。
次に、実施形態2に係るパティキュレートフィルタ12の手動再生制御ついて、図5、図6に基づき説明する。
実施形態1では、温度センサ15により検出されたパティキュレートフィルタ12の温度に基づいてイグニッションスイッチ24がONからOFF操作された時、手動再生を継続するか否か判断する例を示したが、実施形態2では、直接温度を検出する代りに手動再生開始からの経過時間に基づいてパティキュレートフィルタ12の温度を間接的に推定し、手動再生を継続判断するか否か判断する例を示す。
図5のステップS20では、手動再生を実行する。この手動再生の具体的な内容は、図3のステップS8と同様である。
続く、ステップS21では、手動再生開始からの経過時間Cを計測する。
ステップS22では、イグニッションスイッチ25がON状態からOFF状態になされたか否か判定する。
ステップS22でYESと判定された時、ステップS23に進み、ステップS21で計測された経過時間が図6に示すように、パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度(例えば、300℃)以上になる時間範囲A〜B内にあるか否か判定する。
尚、経過時間CがA以下の時温度が低いのは、排気微粒子燃焼開始初期で排気微粒子の燃焼が十分に進んでいないためであり、また経過時間CがB以上の時温度が低いのは、排気微粒子の燃焼が十分に進んで、排気微粒子量が減少して燃焼が緩慢になっているためである。
ステップS23でYESと判定された時、つまり、経過時間Cが時間範囲A〜B内であって、パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度以上にあると想定される時は、ステップS8に戻り、エンジンを停止することなく手動再生を継続する。
また、ステップS23でNOと判定された時、つまり、経過時間CがA以下、或いはB以上であって、パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度よりも低いと想定される時は、エンジンを停止してもパティキュレートフィルタ12の温度が過剰に上昇する虞は低いことから、ステップS24に進み、燃料噴射弁21からの燃料噴射を停止してエンジンを停止する。
また、ステップS22でNOと判定された時は、イグニッションスィツチ25はON継続状態であり、ステップS23、S24の処理をバイパスしてリターンする。
また、再生中にイグニッションスイッチ24がONからOFFされた時、手動再生開始からの経過時間Cがパティキュレートフィルタ12の温度が所定温度Tより低いと想定される経過時間Aよりも短い、或いは経過時間Bよりも長い場合は、直ちにエンジンが停止されるため、乗員の意志に促して直ちにエンジンを停止することができ、燃費悪化を抑制することができる。
また、パティキュレートフィルタ12の再生が、主噴射の増量によるエンジン回転数の上昇と、後噴射の追加とによって行われるため、主噴射の増量によるエンジン回転数の上昇を抑えつつ、排気ガス温度を効果的に上昇することができ、パティキュレートフィルタ12の再生を行うことができる。
また、パティキュレートフィルタ12に捕獲された排気微粒子量が第2所定量β以上になり飽和状態になった時、警告ランプ27が点灯されてその状態が乗員に警告されるため、乗員は、適切なタイミングで手動再生スイッチをON作動でき、手動再生を開始させることができる。
次に、実施形態3に係るパティキュレートフィルタ12の手動再生制御ついて、図7に基づき説明する。
実施形態3では、パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度(300℃)よりも低下して手動再生を停止する際、主噴射の噴射量の増量分を徐々に減量し、アイドル回転数を徐々に低下させる。その際、パティキュレートフィルタ12の温度をモニタし、再び上昇方向に変化する場合、主噴射の増量の減量を中止し、再び増量してアイドル回転数を上昇させ、パティキュレートフィルタ12の温度上昇を確実に抑制する例を示す。
手動再生が開始されるとエンジン回転数が上昇し、通常のアイドル回転数(例えば、750rpm)から手動再生用のアイドル回転数(例えば、1750rpm)まで上昇するとともに、パティキュレートフィルタ12の温度も上昇する。
ここで、この手動再生中にイグニッションスイッチ25がONからOFFに操作されると(t2時点)、本来であればエンジンを停止する必要があるものの、この時パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度T(300℃)以上である時は、エンジ停止が禁止され、手動再生が継続される。
その後、パティキュレートフィルタ12の温度が所定温度(300℃)よりも低くなると(t3時点)、主噴射の増量分が徐々に減量され、アイドル回転数が徐々に低下される。
ここで、図7中一点破線で示すように、アイドル回転数低下中にパティキュレートフィルタ12の温度が上昇側に変化した時、主噴射の増量分の減量を中止して再び増量を開始し、アイドル回転数を上昇させ、排気ガス量を増加させる。これによって、パティキュレートフィルタ12の温度が低下すると、増量分の減量を再び開始する。この繰返しによって、パティキュレートフィルタ12の温度上昇を確実に抑制しつつ、手動再生を終了させる。
以上のような制御によって、パティキュレートフィルタ12の温度の再上昇がない場合は、手動再生時間が短くなり、エンジン停止が早まり(t4時点)、パティキュレートフィルタ12の温度の再上昇があった場合は、手動再生時間が長くなり、エンジン停止が遅くなる(t5時点)。
尚、アイドル回転数を再上昇させる際、アイドル回転数は当初上昇させた手動再生用のアイドル回転数(1750rpm)まで上昇させるが、この回転数になる前にパティキュレートフィルタ12の温度が低下すれば、回転上昇は途中で中断してもよい。
例えば、パティキュレートフィルタ12に捕獲された排気微粒子量を検出し、検出された排気微粒子量が飽和相当の値以上で、エンジンの運転状態が所定の運転領域(例えば、中回転、中負荷領域)にある時、圧縮行程近傍で噴射される主噴射の後の膨張行程において後噴射を追加して、酸化触媒での後燃焼によってパティキュレートフィルタ12に流入される排気ガスの温度を上昇させ、排気微粒子を燃焼除去するようにしてもよい。
11:酸化触媒
12:パティキュレートフィルタ(フィルタ部材)
13、14:排気圧力センサ(第2パラメータ値検出手段)
15:温度センサ(第1パラメータ値検出手段)
21:燃料噴射弁
25:イグニッションスイッチ(停止要求検出手段)
26:手動再生スイッチ
27:警告ランプ(警告手段)
28:コントロールユニット(再生手段)
Claims (4)
- エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中の排気微粒子を捕獲するフィルタ部材と、
乗員による操作が可能とされ、上記フィルタ部材の再生を開始させるための手動再生スイッチと、
車両の停車状態を検出する停車状態検出手段と、
上記手動再生スイッチが再生開始状態に操作され、かつ上記停車状態検出手段により車両の停車状態が検出された時、エンジン回転数を所定回転数まで上昇させて上記フィルタ部材に捕獲された排気微粒子を燃焼除去してフィルタ部材を再生する再生手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
上記フィルタ部材の温度に関連するパラメータ値を検出する第1パラメータ値検出手段と、
エンジンの停止要求信号を検出する停止要求検出手段とを備え、
上記再生手段は、再生中に上記停止要求検出手段によりエンジンの停止要求が検出された時に、上記第1パラメータ値検出手段により検出されたパラメータ値が所定温度以上である時は、当該パラメータ値が所定温度を下回るまではエンジンの停止を禁止し、再生を継続するよう構成されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 上記フィルタ部材の上流側の排気通路には酸化触媒が備えられ、
上記再生手段は、圧縮行程近傍で噴射される主噴射の噴射量を増量することでエンジン回転数を上昇させるとともに、主噴射後の膨張行程において後噴射を実行するよう構成されてい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。 - 上記再生手段は、上記第1パラメータ値検出手段により検出されたパラメータ値が所定温度を下回るとエンジン回転数を徐々に低下させるとともに、エンジン回転数低下中に上記第1パラメータ値検出手段によりパラメータ値の上昇側への変化が検出された時、エンジン回転数の低下を禁止し、再度エンジン回転数を上昇させるよう構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のエンジンの排気浄化装置。
- 上記フィルタ部材に捕獲されている排気微粒子量に関連するパラメータ値を検出する第2パラメータ値検出手段と、
該第2パラメータ値検出手段により検出されたパラメータ値が所定量以上になった時、乗員に再生の開始を促す警告手段とを備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
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