JP2005090458A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルタに捕集した排気微粒子を、排気温度を高めて燃焼させることによりフィルタ再生を行う排気浄化装置において、フィルタ再生に伴う燃費の悪化を抑制する。
【解決手段】 排気微粒子の捕集量が第１基準値以上であるときには、捕集量が第２基準値未満かつエンジン負荷状態が高いときにのみ再生を実施し、捕集量が第２基準値以上のときには負荷状態にかかわらず再生を実施する。排気微粒子の捕集量が第２の基準値未満の比較的少量のときでもエンジン負荷が高い運転条件になると再生を開始するので、燃費への影響が少なく排気温度を高めやすい高負荷条件を活用してフィルタの微粒子堆積量を少なく維持しておくことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、詳しくはエンジン排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタの再生処理技術の改良に関する。

特許文献１に示されるように、ディーゼルエンジン等から排出される微粒子状物質（以下「排気微粒子」という。）を浄化処理するためにエンジン排気系統にフィルタを設け、捕捉した排気微粒子を所定のインターバルで酸化もしくは焼却することによりフィルタ再生するようにした装置が知られている。フィルタの再生は燃料噴射時期の遅角化や二次噴射などエンジン制御により排気温度を上昇させることで行われる。
ＷＯ９７／１６６３２号

従来のフィルタ再生装置は、フィルタに捕集した排気微粒子がある許容限界量に達したときに再生を開始するようにしている。このため、再生開始時および再生実施中のエンジン運転状態によっては、排気温度を上昇させるために多量の燃料が必要になり、燃費を悪化させるおそれがあった。

本発明では、フィルタの再生を開始する捕集量基準値として、第１の基準値と、該第１の基準値よりも大きい第２の基準値とを設定する。排気微粒子の捕集量が前記の第１基準値以上であるときには、捕集量が第２基準値未満かつエンジン負荷状態が高いときにのみ再生を実施し、捕集量が第２基準値以上のときには負荷状態にかかわらず再生を実施する。

本発明によれば、排気微粒子の捕集量が第１の基準値以上、第２の基準値未満という比較的少量のときでもエンジン負荷が高い運転条件になると再生を開始するので、燃費への影響が少なく排気温度を高めやすい高負荷条件を活用してフィルタの微粒子堆積量を少なく維持しておくことができる。また、エンジン負荷が低くて、排気温度を高めるために燃費が増加傾向となる条件での再生は排気微粒子の捕集量が比較的高い第２の基準値以上になったときに初めて行われる。したがってフィルタ再生のための燃費増を抑えることができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用可能なエンジンシステムの一例を示している。図において、１はエンジンの本体、２は吸気通路、３は排気通路である。エンジン本体１には燃料噴射弁４と燃料噴射ポンプ５が取り付けられている。吸気通路２には、上流側からエアクリーナ６、エアフロメータ７、排気ターボチャージャ８のコンプレッサ９、インタークーラ１０、スロットルバルブ１１が介装されている。排気通路３には、上流側から排気ターボチャージャ８のタービン１２、排気微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）１３が介装されている。１４と１５はそれぞれフィルタ１３の入口温度と出口温度を検出する温度計測手段である温度センサ、１６はフィルタ１２の前後圧力差を検出する圧力センサである。１７は吸気通路２と排気通路３とを連通するＥＧＲ通路であり、その途中にＥＧＲバルブ１８とＥＧＲクーラ１９が介装されている。排気ターボチャージャ８はそのタービン１２に流入する排気の流速を加減することができる可変ノズル２０を備えている。２１はエンジン回転数およびクランク位置を検出するクランク角センサである。

２２はコントロールユニットであり、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されている。コントロールユニット２２は、前記各種センサからの信号に基づき、燃料噴射時期、燃料噴射量、スロットルバルブ開度、ＥＧＲ量、可変ノズル開度等を制御すると共に、エンジン制御により排気温度を上昇させる再生制御手段および各演算手段として機能する。

コントロールユニット２２により実行される再生制御の概要は次の通りである。まずエンジン運転状態としてバックグラウンドで常時的に検出している負荷Qと回転数Neとを用いて排気微粒子の捕集量（フィルタへの堆積量）を算出する。負荷Qはその代表値として燃料噴射量指令値を使用し、回転数Neはクランク角センサ２１の信号を読み取っている。微粒子捕集量の算出手法は種々知られているが、例えば負荷Qおよび回転数Neに応じて一定時間内にエンジンから排出される排気微粒子量を割り当てたテーブルを予め実験的に作成しておき、その一定時間毎の読み取り値を積算し、または前記運転状態信号と差圧センサ１６からの信号とに基づいて算出することにより求める。
次いで、詳しくは後述するが、前記排気微粒子の捕集量とエンジン負荷との関係が所定の条件を満たしたときにフィルタの再生を実施する。再生は、図１に示したエンジンシステムにおいては、例えばスロットルバルブ１１による吸気絞り、燃料噴射時期の遅角化、二次噴射、ＥＧＲ量減、可変ノズル２０の開度制御の何れかを実施し、微粒子再生に必要な３００℃以上の排気温度を確保するようにする。

図２に、前記コントロールユニット２２により実行されるフィルタ再生処理の実施形態に係るフローを示す。このフローは一定時間ごとに周期的に実行される。以下の説明およびフロー中で符号Ｓを付して示した数字は処理ステップ番号である。

図において、まずＳ１０１にて再生を行っていない運転状態での排気微粒子の捕集量PMを、前述した手法により算出する。次いでＳ１０２にて前記算出捕集量PMを第１の基準値Aおよび第２の基準値Bと比較する。ただし、第１の基準値Aは第２の基準値よりも小さい値に設定されている。また第２の基準値Bはエンジンシステムおよびフィルタの特性によって決まる許容最大捕集量の付近に設定されている。

Ｓ１０２の比較にてPM＜Aのときは再生を必要とするほどの捕集量ではないとみなして以後の再生処理を行わず今回のルーチンを終了する。A≦PM＜Bのときには次にＳ１０３にてエンジン負荷を検出する。この場合、負荷としては図１のエンジンシステムを搭載した車両の走行速度（車速）Vspを検出し、この検出車速Vspが基準値Vo以上である高速走行時に限りＳ１０５以下の再生処理を実行する。

Ｓ１０５では、前述した排気温度上昇による再生を実施し、次いでＳ１０６にて再生中のフィルタの微粒子捕集量PMを演算する。再生による排気微粒子の処理量は再生温度と再生時間を関数とする演算処理、または運転状態に応じて処理量を付与するように予め形成されたマップを検索する等の既知の手法で知ることができるので、再生開始時の捕集量からこの処理分を逐次減じてゆくことで現在の捕集量（フィルタに残っている排気微粒子量）を求められる。

Ｓ１０７では前記捕集量PMがゼロになったか否か、つまり完全再生状態に至ったか否かを判定する。PM=0となったときには再生を終了し、PM＞0のときにはＳ１０４に戻り、PM=0となるまで再生を続ける。ただしＳ１０４では車速判定を行うので、この再生中に車速Vspが基準値Vo未満となったときには再生は中止される。

一方、Ｓ１０２での捕集量判定においてPM＞BのときにはＳ１０９に移行し、エンジン負荷にかかわらず再生を実施する。この再生においても、Ｓ１１０にて再生中の捕集量（堆積量）PMを前記Ｓ１０６と同様にして算出し、次いでＳ１１１にて第３の基準値Cと比較する。第３の基準値Cは第１の基準値Aまたはそれ以上の任意の値に設定されており、この場合捕集量PMが基準値C未満になるまで再生処理が継続される。

前記再生制御によれば、車速が基準値未満の比較的負荷が低い運転状態であるときには、排気微粒子の捕集量が許容値相当の第２の基準値B以上となるまでは再生が開始されない。一方、捕集量が第１の基準値A以上であれば、第２の基準値B未満であっても、車速が基準値以上の比較的高負荷の運転状態下で再生が行われる。したがって、再生のために燃費悪化傾向が強くなる比較的低負荷の運転状態では再生の機会が減少すると共に、再生に必要な排気温度が効率よく得られる比較的高負荷の運転条件を利用してフィルタの微粒子捕集量を常に低く抑えておくことができる。

図３はフィルタ再生開始時の排気微粒子の捕集量と完全再生に要する時間との関係を示している。図示したように、車両の市街地走行状態に相当する比較的負荷の低い運転条件下で可能な再生温度bのときには初期捕集量にかかわらず完全再生まで長時間を要するのに対して、比較的負荷が高い高速走行時にはより高い再生温度ａにて再生が可能であるので、図の捕集量Aからの特性線に示したように短時間で効率よく完全再生が可能である。

一方、図４は再生時の燃費と再生効率の関係を示している。再生効率は再生開始時が０、完全再生時が１００％である。図３の市街地走行状態での再生温度bでは再生効率５０％以上の領域で燃費が著増するのに対して、高速走行状態での再生温度aでは再生効率５０％以上の完全再生に至るまでの領域でも効率よく再生が行えることがわかる。

これらの図３および図４の特性からわかるように、本発明のように主として高負荷条件で再生を行わせることにより燃費悪化を抑えて効率よくフィルタ再生を行うことができる。

図４の特性に見られるように、低負荷時には再生効率５０％以上の領域で再生効率が悪化するので、前述した実施形態において第１の基準値Aを５０％相当値として、第２の基準値Bをその２倍程度に設定することにより、より効率よく再生を行うことができる。また、図２において低負荷状態での再生処理を終了するときの基準値C（Ｓ１１１）を第１の基準値Aまたはそれ以上に設定しておくことにより、当該再生処理が終了した直後に車両が高速走行状態となればＳ１０３の判定により完全再生を行うための再生処理が継続するので、高負荷運転条件を有効活用した再生を行うことができる。

本発明を適用可能なエンジンシステムの概略図。 本発明の実施形態に係る再生制御の処理手順を示した流れ図。 再生温度と再生時間の関係を示す特性線図。 再生効率と燃費との関係を示す特性線図。

符号の説明

１ エンジン本体
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 燃料噴射弁
５ 燃料噴射ポンプ
７ エアフロメータ
８ 排気ターボチャージャ
９ コンプレッサ
１１ スロットルバルブ
１２ タービン
１３ フィルタ
１７ ＥＧＲ通路
１８ ＥＧＲバルブ
２０ ターボチャージャの可変ノズル
２１ クランク角センサ
２２ コントロールユニット

Claims (7)

1. エンジン排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに捕集した微粒子状物質の量を演算する捕集量演算手段と、前記捕集量が所定の基準値以上となったときに排気温度を高めて微粒子状物質を燃焼させることにより前記フィルタの再生をする再生制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
   エンジンの負荷を検出する負荷検出手段を設けると共に、
   前記フィルタの再生を開始する捕集量基準値として、第１の基準値と、該第１の基準値よりも大きい第２の基準値とを設定し、
   捕集量が第１基準値以上であるときには、捕集量が第２基準値未満かつ前記負荷が所定の基準負荷以上であるときに再生を実施し、
   捕集量が第２基準値以上のときには前記負荷にかかわらず再生を実施するように、
   前記再生制御手段を構成したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 前記再生制御手段は、
   基準負荷以上での再生を開始したときは、負荷が基準負荷以上であることを条件に捕集量が最小値となるまで再生を継続するように構成した請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記再生制御手段は、
   第２基準値以上の捕集量から再生を開始したときは、捕集量が第１基準値以上に設定した第３の基準値となるまで再生を継続するように構成した請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記再生制御手段は、
   再生中にエンジンがアイドル運転を含む所定の低負荷運転状態となったときには再生を中止する請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記第２の基準値は、第１の基準値の２倍に設定されている請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
6. 前記負荷検出手段は、負荷として前記エンジンを搭載した車両の走行速度を検出する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
7. 前記再生制御手段は、
   燃料噴射時期制御、燃料噴射量制御、可変ノズル排気ターボチャージャのノズル開度制御、ＥＧＲ制御、吸気量制御、補機類負荷制御、
   の何れかを適用してエンジン排気温度を上昇させる請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。

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