JP2006274979A - 排気浄化装置 - Google Patents

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Kenji Kodama
健司 児玉
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Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp
三菱ふそうトラック・バス株式会社
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Abstract

【課題】 エンジン停止時のパティキュレートフィルタの温度低下を抑制し、パティキュレートフィルタの強制再生を効率よく行うことが可能な排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 パティキュレートフィルタ(30)の下流側の排気通路(18)に設けられ、前記排気通路(18)を開閉する下流側排気絞り弁(40)と、
パティキュレートフィルタ(30)の強制再生を行っているときに、エンジン(1)が停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁(40)を閉じる排気制御手段(52)とを備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は排気浄化装置に関し、より詳しくはエンジンから排出される排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。
従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)を設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
このようなフィルタでは、捕集したパティキュレートがフィルタ内に堆積することにより、次第に排気抵抗が増大するため、適宜堆積したパティキュレートを何らかの方法で強制的に焼却してフィルタを再生する、即ちフィルタを強制再生しなければならない。
フィルタを強制再生するにはフィルタ温度を上昇させる必要があるが、そのためには排気通路に電気ヒータを設けたり、排気通路に設けた燃料添加弁から供給したHCや、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射することにより排気通路に供給したHCを燃焼させたりして排気温度を上昇させることが知られている。
このように、フィルタを強制再生する際には、電気エネルギや燃料を消費するため、できるだけ効率よくフィルタの温度を上昇させる必要がある。その1つの手法として、フィルタ下流側の排気通路に排気絞り弁を設け、車両が停止してエンジンがアイドル運転状態にあるときに、所定時間にわたり排気絞り弁を閉じると共にエンジンへの燃料供給量を増大させてエンジン回転数を上昇させることにより、フィルタの温度を速やかに上昇させるようにした排気浄化装置が知られている(特許文献1)。
特開平4−86319号公報
しかしながら、近年ではアイドルストップの励行などで車両停止時にはエンジンも停止させる場合が多く、特に宅配業務に使用される車両では、頻繁に車両停止とそれに伴うエンジンストップが繰り返される。
このため、特許文献1の排気浄化装置のように、エンジン運転中に効率よくフィルタの温度上昇を行ってフィルタの強制再生を実施することができたとしても、車両停止時にエンジンを止めてしまうことによりフィルタの温度が低下してしまい、低下したフィルタ温度を上昇させるために、次にエンジンを始動した後に再び余分な燃料や電気エネルギを消費しなければならず、燃費が悪化するといった問題があった。
また、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に追加燃料を噴射することにより排気通路に供給したHCを燃焼させて排気温度を上昇させるようにした場合には、エンジンの始動と停止が頻繁に繰り返され、その都度フィルタの昇温のために追加燃料を噴射することで、燃料の一部がエンジンの潤滑油中に混入して潤滑油を希釈化し、エンジンの潤滑不良を招く恐れがあった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン停止時のパティキュレートフィルタの温度低下を抑制し、パティキュレートフィルタの強制再生を効率よく行うことが可能な排気浄化装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配置され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、予め定められた条件が成立すると前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う再生制御手段と、前記パティキュレートフィルタ下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する下流側排気絞り弁と、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンが停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁を閉じる排気制御手段とを備えたことを特徴とする(請求項1)。
このように構成した排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときにエンジンが停止すると、排気制御手段がパティキュレートフィルタ下流側の排気通路に設けられた下流側排気絞り弁を閉じる。
また、前記パティキュレートフィルタ上流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する上流側排気絞り弁を更に備え、前記排気制御手段は、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンが停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁と前記上流側排気絞り弁とを共に閉じることを特徴とする(請求項2)。
このように構成した排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときにエンジンが停止すると、排気制御手段がパティキュレートフィルタ下流側の排気通路に設けられた下流側排気絞り弁と、パティキュレートフィルタ上流側の排気通路に設けられた上流側排気絞り弁とを共に閉じる。
更に、前記排気制御手段は、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンがアイドル運転状態になったことを検知すると、前記上流側排気絞り弁のみを閉じることを特徴とする(請求項3)。
また具体的には、前記パティキュレートフィルタは、炭化珪素により形成されることを特徴とする(請求項4)。
請求項1の排気浄化装置によれば、強制再生中にエンジンが停止すると排気制御手段が下流側排気絞り弁を閉じるので、それまでに行われていた強制再生で温度が上昇しているパティキュレートフィルタの熱が、排気通路から大気中へと放出されず、パティキュレートフィルタの温度低下が抑制される。従って、その後にエンジンが再始動されてパティキュレートフィルタの強制再生を行うときに、パティキュレートフィルタを強制再生可能な温度まで昇温する時間が短縮されることになる。これにより、パティキュレートフィルタ昇温のために消費される電気エネルギや燃料を低減し、燃費の悪化を防止することができる。
また、請求項2の排気浄化装置によれば、強制再生中にエンジンが停止すると排気制御手段が上流側排気絞り弁と下流側排気絞り弁の両方を閉じるので、パティキュレートフィルタが密閉状態となり、より一層効果的にパティキュレートフィルタの保温が行われる。このため、パティキュレートフィルタ昇温のために消費される電気エネルギや燃料をより一層低減し、燃費の悪化を防止することができる。
更に、請求項3の排気浄化装置によれば、強制再生を行っているときに、エンジンがアイドル運転状態になったことを検知すると、上流側排気絞り弁のみを閉じるようにしたので、アイドル運転によって温度が低下した排気がパティキュレートフィルタに流入して、パティキュレートフィルタの温度が低下してしまうのを防止することができる。また、このとき下流側排気絞り弁も閉じてしまうと排気圧力が上昇するため、パティキュレートフィルタを収容するケーシングの耐圧性能を向上させなければならないが、下流側排気絞り弁は開いたままであるため、ケーシングの耐圧性能を向上させるような構造とする必要がない。
また、請求項4の排気浄化装置によれば、従来から広く用いられているコージェライトで形成されたパティキュレートフィルタに比べ、炭化珪素で形成されたパティキュレートフィルタは熱容量が大きいため、エンジン停止時に下流側排気絞り弁を閉じるのと相俟って、パティキュレートフィルタの温度低下をより一層良好に抑制することが可能となる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の1実施形態に係る排気浄化装置が適用される4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)のシステム構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン1は各気筒に共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)2を備えており、コモンレール2に蓄えられた高圧の軽油を各気筒に設けられたインジェクタ4に供給し、各インジェクタ4からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
吸気通路6にはターボチャージャ8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路6からターボチャージャ8のコンプレッサ8aへと流入し、コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ10及び吸気制御弁54を介して吸気マニホールド12に導入される。また、吸気通路6のコンプレッサ8aより上流側には、エンジン1への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ14が設けられている。
一方、エンジン1の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド16を介して排気管(排気通路)18に接続されている。なお、排気マニホールド16と吸気マニホールド12との間には、EGR弁20を介して排気マニホールド16と吸気マニホールド12とを連通するEGR通路22が設けられている。
排気管18はターボチャージャ8のタービン8bを経て排気後処理装置24に接続されている。タービン8bはコンプレッサ8aと連結されており、排気管18内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動する。
また、タービン8bと排気後処理装置24との間には、車両の減速時に排気管18を閉じて排気ブレーキとして作動する上流側排気絞り弁26が介装されている。
排気後処理装置24は、ケーシング内の上流側に酸化触媒28が収容されると共に、この酸化触媒28の下流側には、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)30が収容されている。
酸化触媒28は、排気中のNOを酸化させてNO2を生成し、このNO2を酸化剤としてフィルタ30に供給するものである。また、フィルタ30は、ハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。なお、フィルタ30は炭化珪素を素材としており、コージェライトを素材とするフィルタに比して熱容量が大きく、保温性が向上している。
フィルタ30に堆積しているパティキュレートは、酸化触媒28から供給されたNO2と反応して酸化し、フィルタ30の連続再生が行われるようになっている。
酸化触媒28とフィルタ30との間には、酸化触媒28の出口側の排気温度を酸化触媒28の温度として検出する触媒温度センサ32と、フィルタ30上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ34とが設けられている。また、フィルタ30の下流側には、フィルタ30下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ36と、フィルタ30の出口側の排気温度をフィルタ30の温度として検出するフィルタ温度センサ38とが設けられている。
排気後処理装置24の下流側の排気管18には、排気管18を開閉する下流側排気絞り弁40が設けられており、下流側排気絞り弁40が排気後処理装置24の下流側の排気管18を閉じることにより、フィルタ30の熱が排気管18から大気中に逃げるのを防止するようにしている。
ECU42は、エンジン1を含め、本発明に係る排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ECU42の入力側には、各種制御を行うのに必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ14、触媒温度センサ32、上流圧力センサ34、下流圧力センサ36、及びフィルタ温度センサ38のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ44、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ46などの各種センサ類やエンジン1の運転時にオンとなり停止時にオフとなるエンジンキースイッチ48などが接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ4やEGR弁20、吸気制御弁54、上流側排気絞り弁26、及び下流側排気絞り弁40などの各種デバイス類が接続されている。
エンジン1の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ4からの燃料供給制御もECU42によって行われる。エンジン1の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)は、回転数センサ44によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ46によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ4の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ4が開弁駆動される。
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒28を用いた連続再生により、フィルタ30に堆積したパティキュレートの酸化除去が行われるが、エンジン1の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒28の活性化温度まで上昇せず、排気中のNOが酸化されずに連続再生が行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ30内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ30が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ30におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。
この強制再生の制御は、図2に示すように、ECU42内の再生制御部(再生制御手段)50によって行われる。即ち、再生制御部50には回転数センサ44、触媒温度センサ32、フィルタ温度センサ38、上流圧力センサ34、下流圧力センサ36、及び吸気流量センサ14からの検出信号が入力されており、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁4からエンジン1の各気筒に供給される燃料を制御することにより、フィルタ30の強制再生制御を行う。
再生制御部50による強制再生制御は、図3に示すフローチャートに従い、エンジン1が運転中であるときにECU42によって所定の制御周期で実行される。
まず、図3のステップS2において、強制再生フラグF1の値が1であるか否かを判定する。強制再生フラグF1は強制再生を実行中であるか否かを示すものであり、値が1であると強制再生を実行中であり、値が0であると強制再生を実行していないことを示す。強制再生フラグF1の初期設定値は0となっており、最初の制御周期ではステップS2からステップS4へと進む。
ステップS4では、フィルタ30の強制再生が必要であるか否かの判断がなされる。具体的には、上流圧力センサ34と下流圧力センサ36の検出値から求めたフィルタ30前後の差圧と、吸気流量センサ14の検出値から算出したフィルタ30への排気流量とに基づき、フィルタ30へのパティキュレートの堆積量を推定し、この堆積推定量が強制再生開始判定値以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。この場合にはステップS6に進み、強制再生フラグF1の値を1とし、強制再生フラグF1が強制再生実行中であることを示すように変更する。一方、パティキュレートの推定堆積量が強制再生開始判定値未満である場合は、現時点での強制再生が不要であると判定し、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップS2から処理を行う。
ステップS4で強制再生が必要であると判断してステップS6に進み、強制再生フラグF1の値を1とした後、ステップS8に進むと、触媒温度センサ32の検出値に基づき、酸化触媒28の温度Tcが250℃以上となって、酸化触媒28が活性化したか否かを判定する。
触媒温度Tcが250℃未満である場合にはステップS10に進み、酸化触媒28の昇温制御が行われる。
この昇温制御は、酸化触媒28に高温の排気を供給することにより、酸化触媒28の温度を活性化温度(例えば250℃)まで昇温するものであり、吸気制御弁54や上流側排気絞り弁26を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程において第1の追加燃料噴射を行う。第1の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド16内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒28に供給されることにより、酸化触媒28の温度が上昇する。
次にステップS18に進むと、ステップS4の時と同様に、フィルタ30前後の差圧とフィルタ30への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。
上述のように酸化触媒28は十分活性化していない状況であるため、パティキュレートの焼却は行われておらず、パティキュレートの推定堆積量は強制再生終了判定値より大であると判定されて今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップS2から制御を行う。
この場合、既に強制再生フラグF1の値は1となっているので、ステップS2からステップS8へと進み、酸化触媒28の温度Tcが250℃未満である場合には、再びステップS10で吸気制御弁54及び上流側排気絞り弁26の制御と第1追加燃料の噴射による触媒昇温制御が行われる。従って、酸化触媒28の温度Tcが250℃未満である間は、ステップS10による触媒昇温制御が行われる。
このようにして触媒昇温制御が繰り返され、酸化触媒28の温度Tcが250℃以上になると、ステップS8からステップS12へ進む。ステップS12では、触媒温度センサ32の検出値に基づき、酸化触媒28の温度Tcが所定温度以上であるか否かが判定される。この所定温度は、フィルタ30でパティキュレートが最も効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では600℃を所定温度としている。
ステップS12で触媒温度Tcが600℃以上であると判定するとステップS14に進み、触媒温度Tcが600℃未満であると判定するとステップS16に進む。
ステップS14及びS16は、フィルタ30に供給される排気の温度を600℃に維持するように、第2の追加燃料を各気筒に噴射するものであって、第2の追加燃料は排気行程で噴射されるようになっている。このような噴射タイミングで第2の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第2の追加燃料は気筒内や排気マニホールド16内で燃焼することなく酸化触媒28に達し、活性化温度にある酸化触媒28及びフィルタ30で燃焼する。この燃焼により排気温度が600℃まで上昇し、フィルタ30に堆積したパティキュレートが焼却される。
第2の追加燃料は回転数センサ44によって検出されたエンジン回転数とECU42で決定される主噴射量(負荷)とをパラメータとするマップに記憶されており、このマップは第2の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、比較的少なめに設定された減量マップの2種類が用意されている。そして、ステップS14では触媒温度Tcが600℃以上あるため、減量マップを用いて比較的少なめの第2の追加燃料を噴射し、ステップS16では触媒温度Tcが600℃未満であるため、増量マップを用いて比較的多めの第2の追加燃料を噴射する。これによって酸化触媒28から排出されてフィルタ30に供給される排気の温度が600℃前後に維持される。
ステップS14又はS16で第2の追加燃料を噴射すると、ステップS18に進み、前述したように、フィルタ30前後の差圧とフィルタ30への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。パティキュレートの推定堆積量が強制再生終了判定値より大である場合には、依然としてフィルタ30の強制再生が必要であると判断し、この制御周期を終えて、次の制御周期で再びステップS2から制御を行う。
一方、ステップS18で、パティキュレートの推定堆積量が強制再生終了判定値以下となり、フィルタ30の強制再生が完了したと判断されると、ステップS20に進み、強制再生フラグF1の値を0として、今回の制御周期を終了する。このようにして強制再生フラグF1の値が0になると、次の制御周期ではステップS2からステップS4へと進むので、再びフィルタ2の強制再生が必要となるまでは、ステップS2からステップS4の処理が繰り返され、制御周期毎に強制再生の要否が判断される。
以上が再生制御部50による強制再生制御の内容であるが、フィルタ30の強制再生が完了する前、即ち、図3のフローチャートのステップS18で強制再生完了と判断してステップS20で強制再生フラグF1の値を1から0に変更する前に、エンジンキースイッチ48がオフにされてエンジン1が停止すると、その時点で図3のフローチャートに基づく強制再生制御は一旦終了する。このとき、強制再生フラグF1の値は1とされたままの状態で再生制御部50によって記憶されている。
ECU42内の排気制御部(排気制御手段)52は、エンジンキースイッチ48からの信号を受け、エンジン1が停止したことを検知すると共に、再生制御部50に記憶されている強制再生フラグF1の値が1であることを受け、強制再生中にエンジン1が停止したため、フィルタ30を保温すべきであると判断し、図4に示すフローチャートに従ってフィルタ30の保温制御を行う。
即ち、まずステップS102において、再生制御部50に記憶されている強制再生フラグF1の値が1であるか否かの判断を行う。そして、強制再生フラグF1の値が0である場合は、強制再生中ではないのでフィルタ30の保温は不要であるとして、ステップS106に進んで下流側排気絞り弁40を全開にすると共に、ステップS108で上流側排気絞り弁26を全開にする。なお、上流側排気絞り弁26は排気ブレーキとしても作動するため、車両減速時などで排気ブレーキを使用する必要が生じた場合は、ステップS108の制御に優先して排気ブレーキとして上流側排気絞り弁26の開閉制御が行われるようになっている。
一方、強制再生フラグF1の値が1である場合は強制再生中であり、ステップS104に進んでエンジン1が運転中であるか否かの判断を、エンジンキースイッチ48からの信号に基づき行う。エンジンキースイッチ48がオン状態にあり、エンジン1が運転中であると判断した場合には、再生制御部50による強制再生制御の実行中であり、フィルタ30の昇温制御が行われているので、フィルタ30の保温は不要であるとして、ステップS106に進んで下流側排気絞り弁40を全開にすると共に、ステップS108で上流側排気絞り弁26を全開にする。このとき、上流側排気絞り弁26は排気ブレーキとしても作動するため、車両減速時などで排気ブレーキを使用する必要が生じた場合は、ステップS108の制御に優先して排気ブレーキとして上流側排気絞り弁26の開閉制御が行われるようになっている。
ステップS104で、エンジンキースイッチ48がオフ状態にあり、エンジン1が停止中であると判断した場合には、ステップS102における判断結果と併せ、強制再生中にエンジン1が停止したことから、フィルタ30の保温が必要であるとして、ステップS110に進んで下流側排気絞り弁40を全閉にすると共に、ステップS112で上流側排気絞り弁26を全閉にする。
この状態はエンジン1が再始動されるまで継続し、エンジン1が再始動されると、ステップS102からステップS104に進んだ際に、エンジン1が運転中であると判断してステップS106に進み、下流側排気絞り弁40を全開にすると共に、ステップS108で上流側排気絞り弁26を全開にする。
このようにして、フィルタ30の強制再生を行っているときにエンジン1が停止状態になると、排気後処理装置24の上流側及び下流側の排気管18が閉じられるので、排気後処理装置24が密閉され、酸化触媒28及びフィルタ30の熱が排気管18から大気中に漏れず、強制再生制御によって上昇したフィルタ30の温度の低下が抑制される。
このときのフィルタ30の入口温度の変化を図5に示す。図5は、上から、強制再生フラグF1の値、エンジン状態、フィルタ入口温度、及び下流側排気絞り弁のそれぞれの状態を時間経過と共に示している。図5に示すように、エンジン1が運転中に時刻t1において、強制再生フラグF1の値が0から1に変わり、フィルタ30の強制再生が必要になると、再生制御部50で実行される強制再生制御により、フィルタ30の入口温度が上昇して600℃を超えるようになる。
この強制再生制御を実行中に、時刻t2でエンジンキースイッチ48がオフにされてエンジン1が停止すると、排気制御部52の保温制御により下流側排気絞り弁40と上流側排気絞り弁26が全閉となって排気後処理装置24が密閉状態となることにより、図中に実線で示すように、フィルタ入口温度は徐々に低下するものの、時刻t3でも500℃を幾分下回る程度となる。
そして、時刻t3でエンジン1が再始動されると、下流側排気絞り弁40と上流側排気絞り弁26が全開とされ、強制再生フラグF1の値が1のままであるので、再生制御部50による強制再生制御が再開されて、フィルタ入口温度が再び上昇してフィルタ30の強制再生が行われる。
図5中に一点鎖線で示すフィルタ入口温度は、排気制御部52による保温制御が行われない場合の変化を表すものである。この場合には、時刻t2でエンジン1が停止すると、保温制御が行われる場合に比べてフィルタ入口温度が急激に低下し、時刻t3では400℃を大きく下回るようになる。この結果、時刻t3でエンジン1が再始動された後、再生制御部50による強制再生制御が再開されてフィルタ入口温度が強制再生可能な温度まで上昇するにはかなりの時間を要することになる。
以上のように、フィルタ30の強制再生実施中にエンジン1が停止した場合には、排気制御部52の保温制御により下流側排気絞り弁40と上流側排気絞り弁26が全閉となって排気後処理装置24が密閉状態となることにより、強制再生で上昇したフィルタ30の温度の低下が抑制されるので、エンジン1の再始動後のフィルタ30の再昇温時間が短縮され、燃料の消費量を低減することができる。
更に、フィルタ30がコージェライトに比して熱容量が大きい炭化珪素を素材としているため、フィルタ30の温度が良好に保持されて効率のよい強制再生を実現することができる。
また、エンジンの始動と停止が頻繁に繰り返されても、エンジンの膨張行程や排気行程における追加燃料の噴射を長時間継続する必要がないため、燃料の一部がエンジンの潤滑油中に混入することによる潤滑油の希釈化を抑制することができる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、フィルタ30の強制再生実施中にエンジン1が停止した場合、下流側排気絞り弁40を閉じると共に、排気ブレーキとして作動する上流側排気絞り弁26も閉じたが、下流側排気絞り弁40のみを閉じるようにしてもよい。
この場合、排気後処理装置24は密閉状態とはならないものの、フィルタ30の熱が最も逃げやすい大気との連通が下流側排気絞り弁40の全閉によって防止されるので、フィルタ30の温度低下を良好に抑制することができる。
また、上記実施形態では、フィルタ30の強制再生実施中にエンジン1が停止した場合に、上流側排気絞り弁26と下流側排気絞り弁40を共に閉じ、それ以外の場合には共に開くようにしたが、強制再生中のエンジン1のアイドル運転時にこれらを開閉制御するようにしてもよい。
例えば、エンジン1のアイドル運転時は排気温度が大きく低下することから、強制再生実施中にアイドル状態となった場合には一旦強制再生を中断するようにし、アイドル運転中はフィルタ30の保温制御を実行する。この場合、図3のフローチャートにおいて、ステップS8の前にエンジン1がアイドル運転か否かを判断するステップを追加し、エンジン1がアイドル運転である場合には、その制御周期における処理を終了する一方、エンジン1がアイドル運転ではない運転状態の場合にはステップS8に進んで酸化触媒28の昇温制御を行うようにする。このようにすることにより、ステップS4でフィルタ30の強制再生が必要と判断してステップS6から進んだ場合と、既に強制再生フラグF1の値が1となってステップS2から進んだ場合のいずれも、エンジン1がアイドル運転である場合には強制再生が一旦中断されるようになる。
そして、排気制御部52によって行われる保温制御については、図4のフローチャートにおいて、ステップS104でエンジン1が停止状態か否かを判断する代わりに、エンジン1が停止状態又はアイドル運転状態であるか否かを判断するようにして、いずれかの状態である場合には下流側排気絞り弁40と上流側排気絞り弁26の両方を閉じるようにしてもよいが、アイドル運転中に下流側排気絞り弁40を閉じてしまうと、排気後処理装置24内の排気圧力も上昇するため、排気後処理装置24のケーシングの耐圧性を向上させる必要がある。そこで、そのような必要性が生じないような保温制御を、変形例として図6のフローチャートに示す。
図6のフローチャートにおいて、図4のフローチャートと同じ処理を行うステップには図4と同じ符号を用いており、図4のフローチャートに対してステップS114、ステップS116及びステップS118が追加されている。
従って、ステップS102からステップS106及びステップS108に進んで行われる処理、及びステップS102からステップS104を経てステップS110及びステップS1112に進んで行われる処理は、図4のフローチャートによるものと全く同じである。
一方、図4のフローチャートでは、ステップS104でエンジン1が停止状態にないと判断すると、直ちに下流側排気絞り弁40と上流側排気絞り弁26とを全開としたが、図6のフローチャートでは、ステップS104からステップS114に進み、ステップS114でエンジン1がアイドル運転状態であるか否かを判断する。なお、アイドル運転か否かの判断は、アクセル開度センサ46の検出結果に基づいて行われる。
そして、ステップS114でエンジン1がアイドル運転状態であると判断すると、ステップS116に進んで下流側排気絞り弁40を全開とすると共に、ステップS118に進んで上流側排気絞り弁26を全閉とする。一方、エンジン1がアイドル運転状態ではない場合には、ステップS114からステップS106に進んで下流側排気絞り弁40を全開とすると共に、ステップS108に進んで上流側排気絞り弁26を全開とする。
このように、強制再生中にエンジン1がアイドル運転状態になると、上流側排気絞り弁26のみを全閉とし、アイドル運転により温度が低下した排気がフィルタ30内に流入してフィルタ30の温度が低下してしまうのを防止する。このとき、下流側排気絞り弁40は全開になっているので、排気後処理装置24内の排気圧力が上昇することはなく、排気亜路処理装置24のケーシングについて耐圧性を向上させる必要はない。
上記実施形態では、エンジン1の膨張行程や排気行程における追加燃料の噴射によりフィルタ30の強制再生を行うようにしたが、フィルタ30の強制再生の方法はこれに限られるものではなく、電気ヒータを用いてフィルタ30を過熱するものや、排気管18に燃料添加弁を設け、排気中に直接燃料を添加するようにしたものなど、フィルタ30の温度を上昇させてパティキュレートを焼却するようにしたものであれば、どのようなものでも適用可能である。
また、フィルタ30の強制再生開始及び終了の判断を、フィルタ30前後の差圧とフィルタ30への排気流量とから推定したパティキュレートの堆積量を強制再生開始判定値や強制再生終了判定値と比較することにより行っていたが、判断の方法はこれに限られるものではなく、エンジン1への燃料供給量や、エンジン1の運転時間等に基づいてパティキュレート堆積量を推定して判断するようにしてもよいし、種々知られている方法を用いて強制再生の開始及び終了を判断することができる。
更に、フィルタ30の素材を炭化珪素としたが、コージェライトを素材とするものであっても、それ自体の保温性は幾分低下するものの、保温制御による効果は同様に得ることができる。
最後に、上記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジン形式はこれに限定されるものではなく、フィルタを用いてパティキュレートの除去を行い、パティキュレートの焼却によりフィルタの再生を行うエンジンであればどのようなものでも適用可能である。
本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成図である。 図1の排気浄化装置で行われる強制再生制御及び保温制御の制御ブロック図である。 図1の排気浄化装置で行われる強制再生制御のフローチャートである。 図1の排気浄化装置で行われる保温制御のフローチャートである。 図1の排気浄化装置で行われる保温制御に関するタイムチャートである。 図1の排気浄化装置で行われる保温制御の変形例のフローチャートである。
符号の説明
1 エンジン
18 排気管(排気通路)
26 上流側排気絞り弁
30 フィルタ(パティキュレートフィルタ)
40 下流側排気絞り弁
50 再生制御部(再生制御手段)
52 排気制御部(排気制御手段)

Claims (4)

  1. エンジンの排気通路に配置され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
    予め定められた条件が成立すると前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う再生制御手段と、
    前記パティキュレートフィルタ下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する下流側排気絞り弁と、
    前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンが停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁を閉じる排気制御手段と
    を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
  2. 前記パティキュレートフィルタ上流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する上流側排気絞り弁を更に備え、
    前記排気制御手段は、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンが停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁と前記上流側排気絞り弁とを共に閉じることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
  3. 前記排気制御手段は、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンがアイドル運転状態になったことを検知すると、前記上流側排気絞り弁のみを閉じることを特徴とする請求項2に記載の排気浄化装置。
  4. 前記パティキュレートフィルタは、炭化珪素により形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の排気浄化装置。
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