JP2005214084A - パティキュレートフィルタの再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＰＦの損傷を防止する。
【解決手段】 ＤＰＦ５と、ＤＰＦ５の入口側及び出口側の圧力を導入する入口側圧力導入管１４及び出口側圧力導入管１５と、入口側圧力導入管１４と出口側圧力導入管１５とが接続され、ＤＰＦ５の入口側と出口側の圧力差（フィルタ前後差圧）を検出する差圧センサ６と、各圧力導入管１４，１５の内部に排気の流れが生じているか否かを判定する導入排気流れ判定手段としての温度センサ１３，１３、を有し、入口側圧力導入管１４及び出口側圧力導入管１５の少なくとも一方の内部に排気の流れが生じていると判定された場合には、フィルタ前後差圧を用いることなく算出されるＤＰＦ５に捕集された排気微粒子の捕集量が、予め設定された所定量に達したときにＤＰＦ５の再生を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主としてディーゼルエンジンの排気ガスを処理するパティキュレートフィルタの再生装置に関する。

ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には排気微粒子が含まれているため、特許文献１のようにディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと記す。）を排気通路に設置し、この排気微粒子を捕集して排気ガス中から除去するようにした構成が従来から広く知られている。また、ＤＰＦに捕集される排気微粒子の捕集量は運転中に増大していくため、ＤＰＦは、排気微粒子の捕集量に応じて、捕集された排気微粒子を燃焼除去することで再生される。そして、ＤＰＦに捕集された排気微粒子の捕集量は、ＤＰＦの前後差圧等を用いて算出される。ＤＰＦの前後差圧を検出する場合、ＤＰＦの入口側の圧力とＤＰＦの出口側の圧力とを配管等を用いてそれぞれ取り出してセンサで圧力差を検出することになる。
特開平７−１８９６５４号公報（第１図）

しかしながら、上記センサにＤＰＦの入口側の圧力もしくはＤＰＦの出口側の圧力を導入する各配管に亀裂等が生じ、ＤＰＦの入口側及びＤＰＦの出口側の圧力が上記センサに正しく導入されない場合、すなわち上記排気通路から上記センサに圧力を導入する圧力導入経路において排気ガスが漏れた場合に、この排気ガス漏れを検知することができない。そのため、上記圧力導入経路において排気ガスが漏れているような場合に、上記センサで検出されるＤＰＦの前後差圧を用いてＤＰＦに捕集された排気微粒子の捕集量を算出すると、算出された排気微粒子の捕集量は誤った値となり、ＤＰＦを正しいタイミングで再生することができず、ＤＰＦを破損させてしまう虞がある。

そこで、本発明は、排気通路に設置され、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの入口側の圧力を導入する入口側圧力導入管と、パティキュレートフィルタの出口側の圧力を導入する出口側圧力導入管と、入口側圧力導入管と出口側圧力導入管とが接続され、パティキュレートフィルタの入口側と出口側の圧力差を検出するセンサ部と、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の内部に排気の流れが生じているか否かを判定する導入排気流れ判定手段と、を有し、導入排気流れ判定手段により入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の少なくとも一方の内部に排気の流れが生じていると判定された場合には、フィルタ前後差圧を用いることなく算出されるパティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の捕集量が、予め設定された所定量に達したときにパティキュレートフィルタの再生を行うことを特徴としている。

入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の少なくとも一方から排気ガスが漏れた場合、センサ部で検出されるフィルタ前後差圧を用いて算出されるパティキュレートフィルタの排気微粒子の捕集量は、大きな誤差を含むことになる。

そのため、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の少なくとも一方から排気ガスが漏れた場合には、フィルタ前後差圧を用いることなく算出されるパティキュレートフィルタの排気微粒子の捕集量に基づいてパティキュレートフィルタの再生を行うことで、パティキュレートフィルタの損傷を防止することができる。

また、導入排気流れ判定手段は、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の所定位置における各管路内の温度を推定するようにしてもよい。これは、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管は、排気通路から排気ガスの圧力を導入しているものであり、通常その内部にガスの流れが生じることはないが、圧力導入管から排気ガスが漏れた場合には、その内部に排気ガスの流れが生じることになり、圧力導入管内に流れ込んだ排気ガスにより、圧力導入管の温度が上昇するからである。

そして、各管路内の温度を推定するにあたっては、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の温度を各管路内の温度と見なしてもよいし、各管路内の温度を直接検知するようにしてもよい。

本発明によれば、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管からの排気ガスの漏れを検出することが可能となり、入口側圧力導入管もしくは出口側圧力導入管からの排気ガスが漏れが検出された場合には、フィルタ前後差圧を用いることなく算出されるパティキュレートフィルタの排気微粒子の捕集量に基づいてパティキュレートフィルタの再生を行うことで、パティキュレートフィルタの損傷を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、ディーゼルエンジン（以下、エンジンと記す）１の排気系の概略構成を示している。

エンジン１の燃料系は、コモンレール（図示せず）を含んで構成され、燃料ポンプ（図示せず）により圧送された燃料がコモンレールを介して各インジェクタ（図示せず）に供給されている。インジェクタは電子制御ユニット（以下ＥＣＵと記す）２からの燃料噴射信号により作動する。

インジェクタによる燃料噴射は、複数回に分けて行われる。すなわち、エンジン１のトルクを制御するためのメイン噴射以外に、排気ガス中に生じる排気微粒子を減少させるためのパイロット噴射、及びＤＰＦ（後述）５の再生時に排気ガスを昇温させるためのポスト噴射を行う。尚、パイロット噴射は、メイン噴射よりも進角させて行われ、ポスト噴射は、メイン噴射から遅角させて行われる。また、ポスト噴射時に噴射する燃料噴射量を増加させることで排気ガス温度は上昇する。

エンジン１から排出された排気は、排気マニホールド（図示せず）を経て排気通路３に導入され、排気通路３から外部に排出されている。排気通路３には、ターボチャージャのタービン４が配設されていると共に、このタービン４の下流には、排気ガスの後処理を行うパティキュレートフィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記す）５が設置されている。排気ガス中の排気微粒子は、このＤＰＦを通過する際に排気ガスから除去される。尚、ターボチャージャは、上述したタービン４と、吸気通路（図示せず）に配設されタービン４と同軸回転するコンプレッサ（図示せず）とから大略構成されるものである。また、ＤＰＦ５は、セラミック等をハニカム状モノリスに成形して構成されるものである。

本実施形態におけるＤＰＦ５の再生装置は、ＤＰＦ５と、ＥＣＵ２及びＥＣＵ２に信号を入力する各種センサとを含んで構成されている。ＤＰＦ５の再生のためにＥＣＵ２に入力される信号には、ＤＰＦ５前後の差圧を検出する差圧センサ６、ＤＰＦ５の入口部における排気ガス温度を検出する入口部排気ガス温度センサ７、ＤＰＦ５の入口部における排気ガス圧力を検出する入口部排気ガス圧力センサ８、ＤＰＦ５の排気上流側で排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ９、エアフローメータ１０、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２及び温度センサ（後述）１３からの信号が含まれる。

差圧センサ６は、ＤＰＦ５の入口側の圧力を導入する入口側圧力導入管１４、ＤＰＦ５の出口側の圧力を導入する出口側圧力導入管１５、及び導入排気流れ判定手段としての温度センサ１３と伴に差圧検出手段を構成するものであって、入口側圧力導入管１４及び出口側圧力導入管１５が接続されている。

入口側圧力導入管１４及び出口側圧力導入管１５は、図１及び図２に示すように、排気通路３側の金属管部１４ａ，１５ａと差圧センサ６側のゴム等からなる可撓性管部１４ｂ，１５ｂとからそれぞれ構成されている。そして、入口側圧力導入管１４及び出口側圧力導入管１５においては、金属管部１４ａと可撓性管部１４ｂとの連結部１４ｃ、並びに金属管部１５ａと可撓性管部１５ｂとの連結部１５ｃ、よりも排気通路側の位置に、上述した温度センサ１３がそれぞれ配設され、この部位における金属管部１４ａ，１５ａの外周壁の温度をそれぞれ検出している。各温度センサ１３，１３は、ＥＣＵ２に検出信号（検出温度）を出力している。尚、図２中の１６は、入口側圧力導入管１４及び出口側圧力導入管１５の双方に跨って取り付けられ、各温度センサ１３，１３を保持するホルダーである。

ここで、各温度センサ１３，１３の配設位置について詳述すると、エンジンルーム内の雰囲気温度（約１１０℃）以下となる場所に上記各温度センサ１３，１３は位置し、この位置における入口側圧力導入管１４及び出口側圧力導入管１５の金属管部１４ａ、１５ａの温度（定常状態で約５０℃程度）をそれぞれ検出している。入口側圧力導入管１４及び出口側圧力導入管１５は、排気通路３から排気ガスの圧力を導入しているものであり、通常その内部にガスの流れが生じることはない。そのため各圧力導入管１４，１５の温度は、周囲の温度あるいは排気通路３との接続部分から伝わる熱量に大きく依存し、排気通路３内の排気ガス温度の影響を殆ど受けることはない。しかしながら、圧力導入管から排気ガスが漏れた場合には、排気ガスが漏れた位置よりも排気通路３側ではガスの流れが生じることになり、圧力導入管内に流れ込んだ排気ガスにより、排気ガスが漏れた位置よりも排気通路３側で圧力導入管の温度が上昇する。つまり、各圧力導入管１４，１５の温度を測定することにより各圧力導入管１４，１５の内部に排気の流れが生じているか否かを判定することができ、各圧力導入管１４、１５からの排気ガスの漏れを検知することができる。

ＤＰＦ５の再生は、ＤＰＦ５に捕集された排気微粒子の捕集量に応じて実行される。ＤＰＦ５に捕集された排気微粒子の捕集量ＰＭを決定するにあたって、まず第１の捕集量算出手段により排気微粒子の第１捕集量ＰＭａを算出し、第２の捕集量算出手段により排気微粒子の第２捕集量ＰＭｂを算出する。

第１の捕集量算出手段で算出される第１捕集量ＰＭａの算出は、ＤＰＦ５の前後差圧と排気ガス流量とに応じて第１捕集量ＰＭａを割り付けたＰＭａ算出マップ（図示せず）を参照して行う。このＰＭａ算出マップは、一定の排気ガス流量のもとで、ＤＰＦ５の前後差圧が大きいときほど、第１捕集量ＰＭａが大きな値となるような特性を有している。尚、ＤＰＦ５の前後差圧は、差圧センサ６による検出値を直接採用してもよいが、差圧センサ６の検出値を排気ガス温度及び排気ガス圧力により補正すればより精度が高くなる。また、排気ガス流量は、エアフローメータ１０により検出される吸入空気流量、燃料流量、入口部排気ガス温度センサ７により検出される排気ガス温度及び入口部排気ガス圧力センサ８により検出される排気ガス圧力を基づいて算出されるものである。

第２の捕集量算出手段で算出される第２捕集量ＰＭｂは、ＤＰＦ５の前後差圧を用いることなく算出されるものであって、以下の手順で算出される。まず、エンジン１から単位時間当たりに排出される排気微粒子排出量Ｑｐｍを算出する。排気微粒子排出量Ｑｐｍは、エンジン１の運転状態（例えば、燃料噴射量Ｔｐ及びエンジン回転数ｎｅ）に応じてＱｐｍを割り付けたＱｐｍ算出マップ（図示せず）を参照して行う。このＱｐｍ算出マップは、エンジン１の運転状態が高負荷及び高回転側の領域にあるときほど、排気微粒子排出量Ｑｐｍが大きな値となるような特性を有している。次に、ＤＰＦ５内で燃焼することにより単位時間当たりに減少する排気微粒子燃焼減少量ΔＰＭを算出する。排気微粒子燃焼減少量ΔＰＭは、酸素センサ９により検出された酸素濃度、入口部排気ガス温度センサ７で検出された排気ガス温度等を用いて算出される。ここで、排気微粒子燃焼減少量ΔＰＭは、排気ガス温度が、排気ガスからの受熱によりＤＰＦ５に捕集された排気微粒子が燃焼を開始する燃焼温度（例えば３５０℃）以下の場合には、「０」となるものである。そして、排気微粒子排出量Ｑｐｍを積算する次式（１）により、第２捕集量ＰＭｂを算出する。尚、（１）式において、Δｔは演算周期であり、ＰＭｂ_(n-1)は前回算出された排気微粒子の捕集量である。

(数１)
ＰＭｂ_n＝ＰＭｂ_(n-1)＋ＱＰｍ×Δｔ−ΔＰＭ×Δｔ …（１）
そして、第１の捕集量算出手段で算出された第１捕集量ＰＭａと、第２の捕集量算出手段で算出された第２捕集量ＰＭｂとの大小を比較し、値が大きい方をＤＰＦ５に捕集された排気微粒子の捕集量ＰＭとする。

そして、この捕集量ＰＭの値が、予め設定された規定量ＰＭ１に達している場合に、ＤＰＦ５の再生させる。ＤＰＦ５の再生は、排気ガスを昇温させることによって、ＤＰＦ５に捕集された排気微粒子を燃焼させ除去する。排気ガスの昇温は、吸気通路（図示せず）に設けられた吸気絞り弁（図示せず）の弁開度を小さくする（絞る）こと等によって行われる。

次に、図２を用いて、圧力導入管１４，１５からの排気ガスの漏れが検知された場合の制御について説明する。

ステップ（以下単にＳと記す）１では、各温度センサ１３，１３より検出された圧力導入管１４，１５の配管温度を読み込む。

Ｓ２では、Ｓ１で読み込まれた各配管温度と、予め設定された温度しきい値との大小を比較し、各配管温度が温度しきい値よりも大きい場合にはＳ３へ進み、各配管温度の少なくとも一方が上記温度しきい値以下の場合にはＳ４へ進む。ここで温度しきい値は、圧力導入管１４，１５の温度を測定する位置の雰囲気温度以上となるよう設定されている。

Ｓ３では、ＤＰＦ５の再生制御をフェールセーフモードに移行する。すなわち、排気微粒子の捕集量ＰＭを、上述した第２捕集量ＰＭｂとし、第２捕集量ＰＭｂが規定量ＰＭ１に達した場合にＤＰＦ５の再生を実施する。

Ｓ４では、ＤＰＦ５の再生制御を通常モードとし、フェールセーフモードに移行させない。すなわち、第１捕集量ＰＭａ及び第２捕集量ＰＭｂのうち値が大きい方を捕集量ＰＭとし、捕集量ＰＭが規定量ＰＭ１に達した場合にＤＰＦ５の再生を実施する。

以上説明してきたように、本実施形態においては、ＤＰＦ５の前後差圧を検出する差圧センサ６に排気通路３の圧力を導入する圧力導入管１４，１５の温度をモニタすることにより、圧力導入管１４，１５からの排気ガスが漏れを検出することが可能となる。

また、圧力導入管１４，１５の少なくとも一方から排気ガスの漏れが検出された場合には、ＤＰＦ５の再生制御をフェールセーフモードへ移行することによって、ＤＰＦ５の損傷を防止することができる。換言すれば、圧力導入管１４，１５の少なくとも一方から排気ガスが漏れた場合、差圧センサ６で検出されるＤＰＦ５の前後差圧を用いて算出される第１捕集量ＰＭａは、大きな誤差を含むことになるため、ＤＰＦ５の再生制御を行うに当たって、ＤＰＦ５の前後差圧を用いずに算出される第２捕集量ＰＭｂのみを考慮してＤＰＦ５の再生制御を実行することで、ＤＰＦ５の損傷を防止することができる。

尚、上述した実施形態においては、圧力導入管１４，１５の配管温度を検出しているが、圧力導入管１４，１５内部の排気ガス温度を直接検出し、検出された排気ガス温度が所定値以上となった場合に排気ガスの漏れがあると判定するようにしてもよい。また、圧力導入管１４，１５内部の排気ガスの流れを検出し、排気ガスの流れが検知された場合に、排気ガスの漏れがあると判定するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの排気系の概略構成を示す説明図。 図１のＡ部の拡大図。 圧力導入管からの排気ガスの漏れが検知された場合の制御の流れを示すフローチャート。

符号の説明

５…ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
６…差圧センサ
１３…温度センサ（導入排気流れ判定手段）
１４…入口側圧力導入管
１５…出口側圧力導入管

Claims (6)

1. 排気通路に設置され、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
   パティキュレートフィルタ前後の差圧であるフィルタ前後差圧を検出する差圧検出手段と、
   フィルタ前後差圧を用いてパティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の捕集量を算出する第１の捕集量算出手段と、
   フィルタ前後差圧を用いることなくパティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の捕集量を算出する第２の捕集量算出手段と、有し、
   第１及び第２の捕集量算出手段により算出された排気微粒子捕集量のうち大きい方の値をそのときの排気微粒子捕集量として選択し、選択された排気微粒子捕集量が予め設定された所定量に達したときに、パティキュレートフィルタに捕集されている排気微粒子を燃焼させてパティキュレートフィルタの再生を行うパティキュレートフィルタの再生装置において、
   差圧検出手段は、パティキュレートフィルタの入口側の圧力を導入する入口側圧力導入管と、パティキュレートフィルタの出口側の圧力を導入する出口側圧力導入管と、入口側圧力導入管と出口側圧力導入管とが接続され、パティキュレートフィルタの入口側と出口側の圧力差を検出するセンサ部と、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の内部に排気の流れが生じているか否かを判定する導入排気流れ判定手段と、を有し、
   導入排気流れ判定手段により入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の少なくとも一方の内部に排気の流れが生じていると判定された場合には、第２の捕集量算出手段により算出された排気微粒子捕集量が予め設定された所定量に達したときにパティキュレートフィルタの再生を行うことを特徴とするパティキュレートフィルタの再生装置。
2. 導入排気流れ判定手段は、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の所定位置における各管路内の温度を推定するものであって、推定された各管路内温度のうちの少なくとも一方が予め設定された温度しきい値を超えた場合に、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の少なくとも一方の内部に排気の流れが生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルタの再生装置。
3. 入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の各管路内の温度を推定するにあたって、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の温度を検知することを特徴とする請求項２に記載のパティキュレートフィルタの再生装置。
4. 入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の各管路内の温度を推定するにあたって、入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の各管路内温度をそれぞれ直接検知することを特徴とする請求項２に記載のパティキュレートフィルタの再生装置。
5. 入口側圧力導入管及び出口側圧力導入管の各管路内の温度を推定する所定位置は、各圧力導入管が接続された排気系内の排気温度の熱影響が緩和された位置であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のパティキュレートフィルタの再生装置。
6. 第２の捕集量算出手段は、運転状態に応じてエンジンから排出される排気微粒子排出量に基づいて排気微粒子捕集量を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパティキュレートフィルタの再生装置。
   
   
   

Images