JP2006097658A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタ再生制御実行時にフィルタが過昇温するのを抑制する。
【解決手段】 フィルタの温度を目標温度に上昇させることで該フィルタに堆積した粒子状物質を酸化・除去するフィルタ再生制御の実行が開始され、フィルタの温度が上昇しているときに、内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以下となったと仮定し、その場合のフィルタの到達温度を予測する（Ｓ１０５）。そして、予測されるフィルタの到達温度が許容範囲内となるように、フィルタの温度が上昇しているときの温度上昇率を制御する(Ｓ１０６)。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に、内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）が備えられている場合において、フィルタ再生制御実行中のフィルタの温度上昇率が規定値以上となったときに、フィルタに流入する排気の流量（以下、単に排気流量と称する）を増加させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−６８８０４号公報 特開２００２−３８９３０号公報 特公平６−２１５５２号公報

内燃機関の排気通路に設けられたフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいては、フィルタに堆積したＰＭの量（以下、ＰＭ堆積量と称する）が規定ＰＭ堆積量以上となったときに、フィルタを目標温度にまで昇温させることで、該フィルタに堆積したＰＭを酸化・除去するフィルタ再生制御が行われる。

このようなフィルタ再生制御の実行中に、内燃機関の機関回転数が低下すると、排気流量が減少することでフィルタからの持ち去り熱量が減少し、そのために、フィルタの温度が急激に上昇する場合がある。その結果、フィルタの溶損や過度な劣化が生じる温度にまでフィルタの温度が上昇する、即ち、フィルタが過昇温する虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタ再生制御実行時にフィルタが過昇温するのを抑制することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、フィルタ再生制御が実行されてフィルタの温度が上昇しているときに、内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以下となったと仮定し、その場合のフィルタの到達温度を予測する。そして、予測されるフィルタの到達温度が許容範囲内となるように、フィルタの温度が上昇しているときの温度上昇率を制御する。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
該パティキュレートフィルタの温度を目標温度に上昇させることで前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化・除去するフィルタ再生制御を実行するフィルタ再生制御実行手段と、
前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の量を検出するＰＭ堆積量検出手段と、
前記フィルタ再生制御実行手段によってフィルタ再生制御が実行され前記パティキュレートフィルタの温度が上昇しているときの温度上昇率を検出する温度上昇率検出手段と、
前記フィルタ再生制御実行手段によってフィルタ再生制御が実行され前記パティキュレートフィルタの温度が上昇しているときに、前記ＰＭ堆積量検出手段によって検出される粒子状物質の量および前記温度上昇率検出手段によって検出される温度上昇率に基づいて、前記内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以下となった場合の前記パティキュレートフィルタの到達温度を予測する到達温度予測手段と、
前記フィルタ再生制御実行手段によってフィルタ再生制御が実行され前記パティキュレートフィルタの温度が上昇しているときの温度上昇率を、前記到達温度予測手段によって予測される前記パティキュレートフィルタの到達温度が許容上限温度以下となるように制御する温度上昇率制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明では、フィルタの温度を目標温度に上昇させることでフィルタ再生制御が実行される。ここで、目標温度とは、フィルタに堆積したＰＭを酸化・除去することが可能な温度であり且つフィルタの溶損や過度な劣化を抑制することが可能な温度である。

フィルタ再生制御の実行が開始された場合、フィルタの温度が上昇し始める。本発明では、このときのフィルタの温度上昇率が温度上昇率検出手段によって検出される。尚、温度上昇率とは、単位時間当たりの温度上昇量のことである。以下、このときのフィルタの温度上昇率を単にフィルタ温度上昇率と称する。

フィルタ再生制御が実行されフィルタの温度が上昇しているときに、内燃機関の機関回転数が低下すると、排気流量の減少によりフィルタからの持ち去り熱量が減少するため、フィルタの温度上昇が急速に進行する場合がある。そのため、このときに、内燃機関の機関回転数が過剰に低下すると、フィルタの温度が目標温度を超えて上昇し、ついにはフィルタが過昇温する虞がある。

このとき、フィルタの温度上昇が急速に進行することで到達するフィルタの到達温度は、内燃機関の機関回転数が低下する時点でのＰＭ堆積量が多いほど高くなり、また、内燃機関の機関回転数が低下する時点でのフィルタ温度上昇率が高いほど高くなる。これは、ＰＭ堆積量が多いほど、また、フィルタ温度上昇率が高いほど、内燃機関の機関回転数が低下した場合にＰＭの酸化がより促進され易いためである。

そこで、本発明では、フィルタ再生制御が実行されフィルタの温度が上昇しているときに、内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以下となった場合のフィルタの到達温度を、その時点でのＰＭ堆積量およびフィルタ温度上昇率に基づいて予測する。つまり、フィルタ再生制御が実行されフィルタの温度が上昇しているときに、内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以下となったと仮定し、その場合のフィルタの到達温度を予測する。以下、この場合のフィルタの到達温度を単にフィルタ到達温度と称する。

ここで、規定機関回転数を、フィルタ再生制御が実行されフィルタの温度が上昇しているときに内燃機関の機関回転数が該規定機関回転数以下となった場合、フィルタが過昇温する虞があると判断出来る機関回転数の閾値としても良い。また、内燃機関の運転状態がアイドル運転となったと判断できる機関回転数の閾値としても良い。

そして、予測されるフィルタ到達温度が許容上限温度以下となるように、フィルタの温度が上昇しているときのフィルタ温度上昇率を制御する。ここで、許容上限温度とは、実験等によって予め定められた許容可能な温度の上限値であって、フィルタ再生制御における目標温度以上、且つ、フィルタの溶損や過度な劣化を抑制することが可能な温度の上限値以下の温度である。

本発明によれば、フィルタ再生制御が実行されフィルタの温度が上昇しているときに内燃機関の機関回転数が低下した場合であっても、フィルタの温度を許容上限温度以下に抑えることが出来る。従って、フィルタ再生制御実行時にフィルタが過昇温するのを抑制することが出来る。

本発明においては、フィルタ再生制御が実行されフィルタの温度が上昇しているときであって、且つ、フィルタの温度が規定温度以上のときにのみ、フィルタの温度上昇率を制御するとしても良い。

フィルタ再生制御が実行されフィルタの温度が上昇しているときであっても、フィルタの温度がある程度の温度にまで達していない場合は、内燃機関１の機関回転数が規定機関回転数以下に低下したとしてフィルタが過昇温しない場合がある。

そこで、フィルタ再生制御が実行されフィルタの温度が上昇中のときに内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以下に低下したとしても、フィルタが過昇温する可能性が低いと判断出来るフィルタの温度を規定温度とする。この規定温度は目標温度より低い温度である。

上記のような制御によれば、フィルタ再生制御の実行が開始された場合であっても、フィルタの温度が規定温度より低い間はフィルタの温度上昇率が制限されない。その結果、フィルタ再生制御の実行開始後、フィルタの過昇温を抑制しつつ、より早い時期にフィルタの温度を目標温度にまで上昇させることが出来る。以って、フィルタ再生制御の実行時間を可及的に短縮することが出来る。

本発明においては、フィルタ温度上昇率を制御する場合、到達温度予測手段によって予測されるフィルタ到達温度が許容上限温度以下となる範囲内で、フィルタ上昇率を上限値に制御しても良い。

このような制御によれば、フィルタ再生制御の実行開始後、フィルタの過昇温を抑制しつつ、より早い時期にフィルタの温度を目標温度にまで上昇させることが出来る。以って、フィルタ再生制御の実行時間を可及的に短縮することが出来る。

本発明に係る内燃機関の排気浄化システムによれば、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタ再生制御実行時にフィルタが過昇温するのを抑制することが出来る。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関とその吸排気系の概略構成＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。

内燃機関１は車両駆動用のディーゼル機関である。この内燃機関１には、吸気通路４と排気通路２が接続されている。吸気通路４には、スロットル弁８が設けられている。一方、排気通路２には、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ３（以下、単にフィルタ３と称する）が設けられている。さらに、このフィルタ３より上流側の排気通路２
には酸化触媒６が設けられている。尚、フィルタ３より上流側の排気通路２に酸化触媒６を設けずに、フィルタ３に酸化触媒を担持させた構成として良い。

また、排気通路２には、フィルタ３の前後における排気の差圧（以下、フィルタ前後差圧と称する）に対応した電気信号を出力する排気差圧センサ９が設けられている。フィルタ３より下流側の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ７が設けられている。また、フィルタ３より上流側の排気通路２には排気中に燃料を添加する燃料添加弁５が設けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ１０は、排気差圧センサ９や排気温度センサ７、内燃機関１のクランク角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ１１等と電気的に接続されており、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。そして、ＥＣＵ１０は、排気差圧センサ９の出力値からフィルタ３におけるＰＭ堆積量を推定し、排気温度センサ７の出力値からフィルタ３の温度を推定する。また、ＥＣＵ１０は、スロットル弁８および燃料添加弁５と電気的に接続されており、ＥＣＵ１０によってこれらが制御される。

＜フィルタ再生制御＞
本実施例においては、フィルタ３に規定ＰＭ堆積量以上のＰＭが堆積した場合、ＥＣＵ１０は、スロットル弁８の開度を小さくすると共に燃料添加弁５から排気中に燃料を添加することで、フィルタ３の温度を目標温度Ｔｔに上昇させて、該フィルタ３に堆積したＰＭを酸化・除去するフィルタ再生制御を実行する。

ここで、目標温度Ｔｔとは、フィルタ３に堆積したＰＭを酸化・除去することが可能な温度であり且つフィルタ３の溶損や過度な劣化を抑制することが可能な温度である。この目標温度Ｔｔは実験等によって予め定められている。

燃料添加弁５から添加された燃料が酸化触媒６において酸化され、このときに発生する酸化熱によってフィルタ３に流入する排気の温度が上昇する。そして、この排気の温度の上昇に伴ってフィルタ３の温度が上昇する。また、スロットル弁８の開度を小さくすることで排気の流量を減少させることが出来、その結果、フィルタ３に流入する排気の温度を上昇させ易くすることが出来る。そのため、本実施例では、燃料添加弁５からの燃料添加量およびスロットル弁８の開度を制御することによってフィルタ３の温度を目標温度に調整する。

フィルタ再生制御の実行が開始されると、フィルタ３の温度が徐々に上昇し始める。このときに、内燃機関１の運転状態がアイドル運転に移行すると、排気流量の減少によりフィルタ３からの持ち去り熱量が減少するため、フィルタ３の温度上昇が急速に進行する場合がある。そのため、フィルタ３の温度が目標温度Ｔｔを超えて上昇し、ついにはフィルタ３が過昇温する虞がある。

このときに、フィルタ３の温度が急上昇することで到達するフィルタ到達温度Ｔａは、内燃機関１の運転状態がアイドル運転に移行する時点でのＰＭ堆積量が多いほど高くなり、また、内燃機関１の運転状態がアイドル運転に移行する時点でのフィルタ温度上昇率が高いほど高くなる。

＜フィルタ温度上昇率制御＞
そこで、本実施例では、フィルタ３の過昇温を抑制すべく、フィルタ再生制御が実行さ
れフィルタ３の温度が上昇しているときのフィルタ温度上昇率Ｒｕｐを制御するフィルタ温度上昇率制御を行う。

ここで、本実施例に係るフィルタ温度上昇率制御の制御ルーチンについて図２に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定角度回転する毎に実行されるルーチンである。

本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１において、フィルタ再生制御が実行中であるか否かを判別する。このＳ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ１０は、フィルタ３の温度が目標温度Ｔｔより低いか否かを判別する。Ｓ１０２において、肯定判定された場合、フィルタ３の温度が上昇中であると判断出来るため、ＥＣＵ１０はＳ１０３に進む。一方、Ｓ１０３において、否定判定された場合、フィルタ３の温度が目標温度Ｔｔに達している、即ち、フィルタ３の温度が上昇している最中ではないと判断出来るため、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０３において、ＥＣＵ１０は、現時点のＰＭ堆積量Ｑｐｍを検出する。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４に進み、現時点のフィルタ温度上昇率Ｒｕｐを検出する。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５に進み、ＰＭ堆積量Ｑｐｍおよびフィルタ温度上昇率Ｒｕｐに基づいて、現時点で内燃機関１の運転状態がアイドル運転となった場合のフィルタ到達温度Ｔａを算出する。ここでは、ＰＭ堆積量Ｑｐｍおよびフィルタ温度上昇率Ｒｕｐと、フィルタ到達温度Ｔａとの関係を予め実験等によって求め、マップとしてＥＣＵ１０に記憶させておいても良い。

尚、現時点ではフィルタ３の温度が目標温度Ｔｔに達していないため、フィルタ再生制御の実行が開始されてから現時点までの間では、ＰＭの酸化・除去はほとんど行われない。そのため、現時点でのＰＭ堆積量Ｑｐｍを、フィルタ再生制御実行開始の閾値となる規定ＰＭ堆積量として、フィルタ到達温度Ｔａを算出しても良い。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６に進み、フィルタ到達温度Ｔａが許容上限温度Ｔｌｉｍｉｔ以下となるようにフィルタ温度上昇率Ｒｕｐを制御する。ここで、許容上限温度Ｔｌｉｍｉｔとは、実験等によって予め定められた許容可能な温度の上限値であって、目標温度Ｔｔ以上、且つ、フィルタ３の溶損や度な劣化を抑制することが可能な温度の上限値以下の温度ある。

フィルタ温度上昇率Ｒｕｐを制御する方法としては、燃料添加弁５からの燃料添加量を調整する方法や、スロットル弁８の開度を調整することによって排気流量を調整する方法を例示することが出来る。Ｓ１０６において、フィルタ温度上昇率Ｒｕｐを制御した後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

以上説明した制御ルーチンによれば、フィルタ再生制御が実行されフィルタ３の温度が上昇しているときに内燃機関１の運転状態がアイドル運転となった場合であっても、フィルタ３の温度を許容上限温度Ｔｌｉｍｉｔ以下に抑えることが出来る。そのため、フィルタ再生制御実行時にフィルタ３が過昇温するのを抑制することが出来る。以って、フィル
タ再生制御の実行時間を可及的に短縮することが出来る。

尚、上記制御ルーチンにおいて、フィルタ温度上昇率Ｒｕｐを制御する場合、フィルタ到達温度Ｔａが許容上限温度Ｔｌｉｍｉｔ以下となる範囲内でフィルタ温度上昇率Ｒｕｐを上限値に制御するのが好ましい。

このような制御によれば、フィルタ再生制御の実行開始後、フィルタ３の過昇温を抑制しつつ、より早い時期にフィルタ３の温度を目標温度Ｔｔにまで上昇させることが出来る。

本実施例では、フィルタ到達温度Ｔａを、フィルタ再生制御が実行されフィルタ３の温度が上昇しているときに内燃機関１の運転状態がアイドル運転となった場合のフィルタ到達温度としたが、このフィルタ到達温度Ｔａを、内燃機関１の機関回転数が、予め定められた規定機関回転数以下となった場合のフィルタ到達温度としても良い。この場合、規定機関回転数は、アイドル回転数に限られず、フィルタ３が過昇温する虞があると判断出来る機関回転数の閾値であっても良い。

フィルタ到達温度Ｔａをこのような値とすることで、フィルタ再生制御が実行されフィルタ３の温度が上昇しているときに、内燃機関１の運転状態がアイドル運転となった場合のみならず、内燃機関１の機関回転数が規定機関回転数以下となった場合であっても、フィルタ３の温度を許容上限温度Ｔｌｉｍｉｔ以下に抑えることが出来る。

また、車両が走行する地点の高度が高くなるほど、大気中の空気の密度が低下するために内燃機関１の機関回転数が低下したときの持ち去り熱量が減少する。そのため、内燃機関１の機関回転数が低下する時点でのフィルタ温度上昇率Ｒｕｐが同様であっても、内燃機関１の機関回転数が低下したときのフィルタ到達温度は車両走行地点の高度が高いほど高くなる。そのため、上記制御ルーチンにおいてフィルタ温度上昇率Ｒｕｐを制御するときの目標値を車両走行地点の高度に応じて調整しても良い。

本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は実施例１と同様であるためその説明を省略する。また、本実施例においても、実施例１と同様の方法でフィルタ再生制御を実行する。

＜フィルタ温度上昇率制御＞
ここで、本実施例に係るフィルタ温度上昇率制御の制御ルーチンについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定角度回転する毎に実行されるルーチンである。尚、本ルーチンは、実施例１に係るフィルタ温度上昇率制御の制御ルーチンと、Ｓ１０２をＳ２０２に代えた点のみが異なり、その他のステップは同様である。そのため、Ｓ２０２についてのみ説明する。

本ルーチンでは、Ｓ２０２において、ＥＣＵ１０は、フィルタ３の温度が規定温度Ｔ０以上であって、且つ、目標温度Ｔｔより低いか否かを判別する。そして、Ｓ２０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を終了する。

ここで、規定温度Ｔ０とは、目標温度Ｔｔより低い温度であって、フィルタ再生制御が実行されフィルタ３の温度が上昇中であってもフィルタ３の温度が該規定温度Ｔ０以下ならば、内燃機関１の運転状態がアイドル運転となったとしてもフィルタ３が過昇温する可
能性が低いと判断出来る温度である。

本実施例によれば、フィルタ再生制御の実行が開始されフィルタ３の温度が上昇している場合であっても、フィルタ３の温度が規定温度Ｔ０より低い間はフィルタ温度上昇率Ｒｕｐが制限されない。その結果、フィルタ再生制御の実行開始後、フィルタ３の過昇温を抑制しつつ、より早い時期にフィルタ３の温度を目標温度Ｔｔにまで上昇させることが出来る。以って、フィルタ再生制御の実行時間を可及的に短縮することが出来る。

本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図。 本発明の実施例１に係るフィルタ温度上昇率制御の制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例２に係るフィルタ温度上昇率制御の制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・パティキュレートフィルタ
５・・・燃料添加弁
６・・・酸化触媒
８・・・スロットル弁
９・・・排気差圧センサ
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランクポジションセンサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
   該パティキュレートフィルタの温度を目標温度に上昇させることで前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化・除去するフィルタ再生制御を実行するフィルタ再生制御実行手段と、
   前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の量を検出するＰＭ堆積量検出手段と、
   前記フィルタ再生制御実行手段によってフィルタ再生制御が実行され前記パティキュレートフィルタの温度が上昇しているときの温度上昇率を検出する温度上昇率検出手段と、
   前記フィルタ再生制御実行手段によってフィルタ再生制御が実行され前記パティキュレートフィルタの温度が上昇しているときに、前記ＰＭ堆積量検出手段によって検出される粒子状物質の量および前記温度上昇率検出手段によって検出される温度上昇率に基づいて、前記内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以下となった場合の前記パティキュレートフィルタの到達温度を予測する到達温度予測手段と、
   前記フィルタ再生制御実行手段によってフィルタ再生制御が実行され前記パティキュレートフィルタの温度が上昇しているときの温度上昇率を、前記到達温度予測手段によって予測される前記パティキュレートフィルタの到達温度が許容上限温度以下となるように制御する温度上昇率制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記パティキュレートフィルタの温度が、前記目標温度より低い規定温度以上のときにのみ、前記温度上昇率制御手段によって前記パティキュレートフィルタの温度上昇率を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記温度上昇率制御手段が、前記到達温度予測手段によって予測される前記パティキュレートフィルタの到達温度が前記許容上限温度以下となる範囲内で、前記パティキュレートフィルタの温度上昇率を上限値に制御することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。

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