JP2006037764A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦ再生制御を正確に行う排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排気通路３に設けたＤＰＦ１１に捕集されたＰＭを燃焼するＤＰＦ再生制御を行う排気ガス浄化装置において、ＤＰＦ１１の温度を温度センサ１５、１６によって検出したベッド温度が基準温度よりも高くなった時間を積算し、積算時間と所定時間を比較し、積算時間が所定時間よりも短い場合には、ＤＰＦ１１の前端面にＰＭが堆積していると判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は排気ガス浄化装置に関するものであり、特にＤＰＦによりＰＭを捕集する排気ガス浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの下流に位置し、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のパティキュレート（以下、ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）において、ＤＰＦの圧力を検出し、その圧力が所定の圧力よりも高くなった場合にＰＭの捕集量が所定の捕集量を超えたと判断し、ＤＰＦ内のＰＭを燃焼させＤＰＦの機能を再生するものが知られている。

しかし、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスがＤＰＦへ導入される場合にＤＰＦの排気ガス導入部にＰＭが付着し、次第にＤＰＦの排気ガス導入部にＰＭが堆積するおそれがある。

従来、ＤＰＦの導入口付近に排気ガス中のＰＭが付着し難くするために排気ガス導入部に突起部位を設け、排気ガス導入部付近にＰＭが堆積し難くし、堆積した場合にもＤＰＦ内への通路面積が確保できるようにするものが、特許文献１に開示されている。
特開２００２−３０９２２号公報

しかし、上記の発明では実際に排気ガス導入部にＰＭが堆積しているかどうか、判定を行わないので、例えばＤＰＦ再生制御が完全に終了せずにＤＰＦ再生制御が中止されると、ＤＰＦ内にＰＭが残り、特にＰＭの燃焼が遅いＤＰＦの排気ガス導入部付近にＰＭが多く残存する。そのためＤＰＦ再生制御中にＤＰＦ再生制御の中止が繰り返し行われると、排気ガス導入部に次第にＰＭが堆積し、排気ガス導入部を閉塞する、といった問題点がある。

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、ＤＰＦの排気ガス導入部にＰＭが残存しているかどうかを的確に判定することを目的とする。

本発明では、排気通路に設けたＤＰＦに所定のＰＭ量が捕集された場合に、排気ガス温度を上昇させＰＭを燃焼するＤＰＦ再生制御を行う排気ガス浄化装置において、ＤＰＦの温度を検出する温度検出手段と、ＤＰＦ再生制御時に温度がＰＭを燃焼可能な所定の再生温度よりも高くなった時間を積算する時間積算手段と、ＤＰＦ再生制御後に所定の再生時間と時間積算手段による積算時間を比較し、積算時間が再生時間よりも短い場合に、ＤＰＦの排気ガス導入部にＰＭが残存していると判定する。

本発明によると、ＤＰＦ再生制御によってＰＭを燃焼可能な再生温度と再生時間を設定し、再生温度よりも高くなった時間を積算する。そして、積算時間とが再生時間を比較し、ＤＰＦにＰＭが残っているかどうか、特にＤＰＦの排気ガス導入部にＰＭが残存しているかどうかを判定するので、ＤＰＦの排気ガス導入部におけるＰＭの堆積状態を正確に判定することができる。これによって例えば次回のＤＰＦ再生制御時にＤＰＦ再生制御を行う時間を長くするなどの処理を施すことでＤＰＦに残存したＰＭ、特に排気ガス導入部に多く残存したＰＭを燃焼し、排気ガス導入部へのＰＭの堆積を抑制することができる。

本発明の第１実施形態の構成を図１の概略構成図を用いて説明する。この実施形態は、ディーゼルエンジンを搭載した車両について説明するが、この構成に限ったものではない。

この実施形態は、ディーゼルエンジン１と、ディーゼルエンジン１に供給する空気が通る吸気通路２と、ディーゼルエンジン１から排出する排出ガスが通る排気通路３を備える。

ディーゼルエンジン１の燃焼室上部には燃料噴射弁４を備え、またクランク角の角度を検出するクランク角度検出センサ５を備える。

吸気通路２には、外部から取り入れた空気中のゴミなどを取り除くエアークリーナ６と、外部から取り入れた空気量を検出するエアフローメータ７と、ターボチャージャ８のコンプレッサ８ｂと、空気の温度を冷却するインタクーラ９と、ディーゼルエンジン１への吸気量を制御する吸気弁１０を備える。

排気通路３には、ターボチャージャ８のタービン８ａと、排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ１１を備える。ターボチャージャ８のコンプレッサ８ｂとタービン８ａは連結しており、排気通路３を流れる排気ガスによってタービン８ａ、コンプレッサ８ｂが回転し、ディーゼルエンジン１に圧縮空気を供給する。

また、排気通路３と吸気通路２はディーゼルエンジン１をバイパスするＥＧＲ配管１２によって連通し、排気通路３から排気ガスの一部がＥＧＲ配管１２によって吸気通路２に戻される。なお、ＥＧＲ配管１２にはＥＧＲの量を制御するＥＧＲバルブ１３を備える。また、ＤＰＦ１１の上流と下流の圧力差を検出する差圧センサ１４と、ＤＰＦ１１の上流の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）１５と、ＤＰＦ１１の下流の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）１６を備える。

前記各センサなどによって検出されたデータに基づいて、ディーゼルエンジン１への燃料噴射、ＤＰＦ再生制御の実行判断をするＥＣＵ２０を備える。

ＤＰＦ１１におけるＰＭ捕集ついて図２（ａ）、（ｂ）を用いて詳しく説明する。図２（ａ）はＤＰＦ１１の排気ガス導入部１８付近（以下、前端面）にＰＭが堆積し、ＰＭによる排気ガス導入部１８の閉塞が発生していない場合であり、図２（ｂ）は前端面にＰＭによる排気ガス導入部１８の閉塞が発生している場合である。

まず、通常時のＤＰＦ１１の状態について図２（ａ）を用いて説明する。ＤＰＦ１１は触媒を担持されたフィルタ部１７において排気ガス導入部１８から導入された排気ガス中のＰＭを捕集し、ＤＰＦ下流にＰＭを含まない排気ガスを排気ガス排出部１９から排出する（図中、斜線部をＰＭが捕集されている領域とする）。

フィルタ部１７にＰＭが捕集され、堆積するとＤＰＦ内の通気抵抗が増加するために差圧センサ１４によって検出する差圧が高くなる。ＥＣＵ２０はこの差圧が所定差圧以上になると、ＤＰＦ１１に捕集されたＰＭが所定の捕集量であると判断し、ＤＰＦ再生制御を行う。なお、ＤＰＦ再生制御の方法としては、吸気弁１０によってディーゼルエンジン１に供給される吸気を絞りポンピングロスを増大させ、燃料噴射弁４から燃料噴射量を通常時よりも多くすることで排気温度を上昇させる方法や、燃料噴射弁４からのメイン噴射後にポスト噴射を行い排気温度を上昇させる方法などを用いる。

ここでＤＰＦ再生制御時のＤＰＦ１１の温度変化を図３に示す。図３はＤＰＦ再生制御を開始してからのＤＰＦ１１の各部の温度変化を示すマップである（図中、実線が前端面の温度を示し、破線が内部の温度を示す）。

ＤＰＦ再生制御を開始すると、高温の排気ガスがＤＰＦ１１に流れ込むために、まず前端面の温度が排気ガス温度に応じて上昇する。その後ＤＰＦ１１の内部のＰＭが燃焼し、ＤＰＦ１１の内部は温度が上昇するが、排気ガスは下流に流れるために前端面ではＤＰＦ１１の内部よりも温度上昇が遅くなり、ＤＰＦ１１の内部に比べて、前端面ではＰＭの燃焼が遅くなる。

そのためＤＰＦ再生制御が運転状態の変更などによってＤＰＦ再生制御がＰＭを完全に燃焼可能な所定時間行われなかった場合には、燃焼できなかったＰＭが残り、特に温度上昇が遅い前端面にＰＭに偏在する場合がある。そのためＤＰＦ再生制御を繰り返し行い、その中でＤＰＦ再生制御が中止されると次第に前端面にＰＭが堆積し、図２（ｂ）に示すように前端面を閉塞する可能性がある（図中、斜線部が堆積したＰＭの領域とする）。前端面が閉塞するとＤＰＦ１１の内部にＰＭが堆積していない場合にも、差圧センサ１４で検出される差圧が高くなる。これによってＤＰＦ１１の内部にＰＭが堆積してない場合にもＤＰＦ再生制御を行い、ＤＰＦ再生制御に伴いディーゼルエンジン１の燃費が悪化するおそれがある。

この実施形態では、ＤＰＦ１１の前端面でのＰＭの残存を判定し、次回のＤＰＦ再生制御以降で、ＰＭの偏在がなくなるように補正手段によってＤＰＦ再生制御へ補正を施すことにより、前端面でのＰＭの堆積を抑制することができる。そのためＤＰＦ再生制御を最適のタイミングで行うことができ、ディーゼルエンジン１の燃費の悪化を抑制することができる。

次にＤＰＦ再生制御について図４のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１００ではディーゼルエンジン１の通常動作中に差圧センサ１４によってＤＰＦ１１の上流と下流の差圧を検出し、その差圧から図５に示すマップよりＤＰＦ１１のＰＭ捕集量を算出する。図５のマップは差圧センサ１４の差圧とＰＭ捕集量の関係を示したマップであり、差圧が高くなる程ＰＭ捕集量は多くなる。

ステップＳ１０１ではステップＳ１００において算出したＰＭ捕集量と予め設定した基準捕集量とを比較し、ＰＭ捕集量が基準捕集量よりも多い場合にはステップＳ１０２へ進み、ＰＭ捕集量が基準捕集量よりも少ない場合にはステップＳ１００へ戻り上記制御を繰り返す。

ステップＳ１０２ではＰＭ捕集量が基準捕集量よりも多くなったので、ＰＭを燃焼するＤＰＦ再生制御を開始する。また、車両の運転状態に応じて基準温度（所定の再生温度）と基準時間（所定の再生時間）を設定する。この基準温度以上でＤＰＦ再生制御を基準時間行うとＤＰＦ１１に捕集されたＰＭを燃焼し、更に前端面に堆積したＰＭを燃焼することができる。基準温度はＰＭを燃焼するために必要な温度であり、市街地走行など車速が低く、排気ガス温度を高くすることができない場合には低く設定（例えば６００℃）し、高速走行など車速が高く、排気ガス温度を高くすることできる場合には高く設定（例えば６５０℃）する。また基準時間は基準温度に応じて設定され、車速が小さい場合には基準時間は長くなり、車速が大きい場合には基準時間は短くなる。

また、前回のＤＰＦ再生制御において、後述するステップＳ１０９で再生時間補正値が算出された場合には、基準時間に再生時間補正値を加えて基準時間補正値を算出し、ＤＰＦ再生制御の実行時間を延長する（以下、基準時間を基準時間補正値とする）。前回のＤＰＦ再生制御での運転状態と今回の運転状態が異なる場合には、再生時間補正値を今回の運転状態に応じて更に補正する。これによってＤＰＦ１１に残ったＰＭ、特に前端面に偏在するＰＭを確実に燃焼させ、ＰＭによる前端面の閉塞を抑制することができる（ステップＳ１０２が時間補正手段を構成する）。

ステップＳ１０３では温度センサ１５によってＤＰＦ１１の上流側温度と、温度センサ１６によってＤＰＦ１１の下流側温度を検出し、これらの温度からＤＰＦ１１のベッド温度を算出する。ベッド温度は例えば上流側温度と下流側温度の平均をとる。なお、このＤＰＦ１１のベッド温度は上流側温度と下流側温度に応答遅れの時定数等により補正を施してもよい。また、上流側温度からＤＰＦ１１の温度を算出してもよい。

ステップＳ１０４ではステップＳ１０３によって算出したベッド温度が基準温度以上となったかどうか判定する。そして、ベッド温度が基準温度以上である場合にはステップＳ１０５へ進み、ベッド温度が基準温度よりも低い場合にはステップＳ１０３へ戻り上記制御を繰り返す。

ステップＳ１０５ではベッド温度が基準温度以上となったので、基準温度以上となってからのＤＰＦ再生時間の積算を開始する。

ステップＳ１０６では再生制御を終了するかどうか判定する。ＤＰＦ再生制御の終了条件としては、ステップＳ１０２で設定した基準時間補正値の経過、またはＤＰＦ再生制御中に運転状態が変化、例えばアイドル運転などの低負荷状態への移行によるＤＰＦ再生制御の継続不能がある。そしてＤＰＦ再生制御を終了する場合にはステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７ではＤＰＦ再生制御を終了する。また、ステップＳ１０５で開始した積算を終了し、基準温度以上となってからのＤＰＦ再生時間の積算時間を算出する（ステップＳ１０７が時間積算手段を構成する）。

ステップＳ１０８ではステップＳ１０５によって算出した積算時間が基準時間補正値となっているかどうか判定する。そして積算時間が基準時間補正値よりも短い場合にはステップＳ１０９へ進む（ステップＳ１０８がＰＭ偏在判定手段を構成する）。

ステップＳ１０９では、基準時間補正値と積算時間の偏差である再生時間補正値を算出する。この再生時間補正値は次回のＤＰＦ再生制御においてステップＳ１０２において基準時間に加算される（ステップＳ１０９が時間偏差検出手段を構成する）。

なお、ステップＳ１０８でＤＰＦ再生時間が基準時間補正値となっている場合には、次回のＤＰＦ再生制御においてはステップＳ１０２において基準時間が設定される。

ここで、本発明のＤＰＦ再生制御における再生時間補正値について図６を用いて説明する。図６はＤＰＦ再生制御を開始してからのベッド温度の変化を示したマップである。

時間ｔ０においてＤＰＦ再生制御が開始され、車両の運転状態によって基準温度と基準時間補正値（基準時間）が設定される。ここでは基準時間補正値の終了時間を時間ｔ３とする。

時間ｔ１においてベッド温度が基準温度以上となると、ＤＰＦ再生制御の時間の積算を開始する。

時間ｔ２において車両の運転状態が変わりＤＰＦ再生制御が中止され、ＤＰＦ再生時間の積算時間を算出する。ここでは積算時間が基準時間補正値よりも短いので、再生時間補正値（＝ｔ３−ｔ２）を次回のＤＰＦ再生制御の基準時間に加える。

以上の制御により、ＤＰＦ再生制御時にＤＰＦ再生制御が基準時間補正値を満たさずに終了した場合には、次回のＤＰＦ再生制御時に基準時間補正値に再生時間補正値を加算することで、ＤＰＦ１１に残ったＰＭを確実に燃焼させることができ、特に前端面に偏在するＰＭを燃焼することができ、前端面の閉塞を抑制することができる。

この実施形態では次回のＤＰＦ再生制御時に基準時間補正値に再生時間補正値を加算したが、例えば高速走行中にＤＰＦ再生制御を行う場合など、排気ガス温度を高くすることが可能な場合には、基準時間補正値に応じて排気ガス温度を更に高くしてもよい（温度補正手段を構成する）。

本発明の実施形態の効果について説明する。

本発明はＤＰＦ再生制御時にＰＭを燃焼させる所定温度よりも高くなった時間を積算し、ＰＭを燃焼させる所定時間と積算された積算時間を比較することで、ＤＰＦ１１、特に前端面にＰＭが残留しているかどうか、を判定することができる。

そして積算時間が所定時間よりも短い場合には所定時間と積算時間の偏差を次回のＤＰＦ再生制御時の所定時間に加え、ＤＰＦ再生制御を長くすることでＤＰＦ１１内のＰＭを完全に燃焼することができ、特にＤＰＦ１１の前端面に偏在するＰＭを燃焼し、前端面へのＰＭの堆積を抑制することができる。これにより差圧センサ１４におけるＤＰＦ１１の差圧、つまりＤＰＦ１１のＰＭ捕集量を正確に検出し、ＤＰＦ再生制御を適切に行うことができるので、ディーゼルエンジン１の燃費の悪化を防ぐことができる。

また、排気ガス温度を高くすることができる場合には排気ガス温度を高くすることで、素早く、前端面に偏在するＰＭを燃焼することができ、前端面の閉塞を更に抑制することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

ディーゼルエンジンを搭載した装置に利用することができる。

本発明の概略説明図である。 ＤＰＦにより捕集されるＰＭを示す概略図であり、図２（ａ）前端面に詰まりが発生していない状態である。図２（ｂ）前端面に詰まりが発生している状態である。 本発明のＤＰＦ再生制御開始してからのＤＰＦの各部の温度変化を示すマップである。 本発明のＤＰＦ再生制御を説明するフローチャートである。 本発明の差圧センサの差圧とＰＭ捕集量の関係を示したマップである。 本発明のＤＰＦ再生制御を開始してからのベッド温度の変化を示したマップである。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 燃料噴射弁
１１ ＤＰＦ
１４ 差圧センサ
１５ 温度センサ（温度検出手段）
１６ 温度センサ（温度検出手段）
２０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 排気通路に設けたＤＰＦに所定のＰＭ量が捕集された場合に、排気ガス温度を上昇させＰＭを燃焼するＤＰＦ再生制御を行う排気ガス浄化装置において、
   前記ＤＰＦの温度を検出する温度検出手段と、
   前記ＤＰＦ再生制御時に前記温度が前記ＰＭを燃焼可能な所定の再生温度よりも高くなった時間を積算する時間積算手段と、
   前記ＤＰＦ再生制御後に所定の再生時間と前記時間積算手段による積算時間を比較し、前記積算時間が前記再生時間よりも短い場合に、前記ＤＰＦの排気ガス導入部にＰＭが残存していると判定するＰＭ偏在判定手段と、を備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 前記再生時間と前記積算時間の偏差を検出する時間偏差検出手段と、
   前記積算時間が前記再生時間よりも短い場合に、次回のＤＰＦ再生制御時に前記再生時間に前記偏差を加算する再生時間補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記再生時間と前記積算時間の偏差を検出する時間偏差検出手段と、
   前記積算時間が前記再生時間よりも短い場合に、次回のＤＰＦ再生制御時に前記偏差に基づいて前記再生温度を高くする再生温度補正手段と、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記再生温度は、前記排気ガス浄化装置の運転状態に基づいて設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記再生時間は、前記再生温度に基づいて設定することを特徴とする請求項４に記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記時間積算手段は、前記ＤＰＦ再生制御が終了するまで積算することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の排気ガス浄化装置。

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