JP2007040220A - 排気浄化装置 - Google Patents

排気浄化装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2007040220A
JP2007040220A JP2005226594A JP2005226594A JP2007040220A JP 2007040220 A JP2007040220 A JP 2007040220A JP 2005226594 A JP2005226594 A JP 2005226594A JP 2005226594 A JP2005226594 A JP 2005226594A JP 2007040220 A JP2007040220 A JP 2007040220A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
temperature
throttle valve
oxidation catalyst
filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005226594A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Kodama
健司 児玉
Original Assignee
Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp
三菱ふそうトラック・バス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp, 三菱ふそうトラック・バス株式会社 filed Critical Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp
Priority to JP2005226594A priority Critical patent/JP2007040220A/ja
Publication of JP2007040220A publication Critical patent/JP2007040220A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

【課題】 パティキュレートフィルタの強制再生時における酸化触媒の昇温とパティキュレートフィルタの昇温とを、排気絞り弁を用いて安定して効率よく行うことができる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)の強制再生を行う際に、酸化触媒(28)を活性化温度以上の温度に昇温するときには、排気絞り弁(38)を全閉位置近傍にあって排気通路(20)との間にバルブクリアランスを形成する最小開度位置に保持し、パティキュレートフィルタ(30)に蓄積したパティキュレートを焼却する際には、排気絞り弁(38)を最小開度位置と全開開度位置との間の中間開度位置に保持する。
【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パティキュレートフィルタを再生する、いわゆる強制再生を行う必要がある。
パティキュレートフィルタを強制再生するにはパティキュレートフィルタの温度を上昇させる必要があるが、そのために例えば、パティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を設け、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、いわゆるポスト噴射を行うことにより、排気通路に供給したHCを酸化触媒で酸化させ、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させることが知られている。
このとき、エンジンがアイドル運転などの低回転・低負荷運転状態にあると、排気温度が低いため酸化触媒が活性化温度に達していないことがある。このような状態でパティキュレートフィルタの強制再生が必要になった場合には、まず酸化触媒を活性化温度まで昇温し、酸化触媒が活性化温度に達した後に、ポスト噴射により供給されたHCを酸化触媒で酸化することによってパティキュレートフィルタの昇温を行うようにしている。
酸化触媒の昇温の際には、排気通路に設けられて排気ブレーキとして機能する排気絞り弁を全閉位置近傍の最小開度位置とし、エンジンのポンプ損失を増大させることにより、排気温度を上昇させることが行われる。この排気絞り弁は、排気ブレーキとして作動する場合以外ではアイドル運転時を除いて全開状態とされ、パティキュレートフィルタの強制再生時に前記最小開度位置とされる。
また、排気絞り弁をこのように全開位置と最小開度位置の2段階制御とせずに、酸化触媒や排気の温度に基づき開度を連続制御するようにしたものも提案されている(特許文献1)。
特開2004−353529号公報
排気絞り弁を最小開度位置とした場合にも酸化触媒に排気を供給するようにするため、排気通路との間に、排気の流動を許容するバルブクリアランスが形成されるようになっている。このバルブクリアランスには、排気絞り弁自体の製造誤差などによってばらつきが生じるため、開発設計段階では、予めこのようなばらつきの許容範囲を設定し、この許容範囲を考慮した上で、所望の特性が得られるようにエンジンのマッチングを行うようにしている。
ところで、排気絞り弁の開度、即ちバルブクリアランスとエンジンの排気温度又は排圧との間には、例えばアイドル運転時において図4のような関係がある。このため、最小開度位置における許容範囲内で比較的小さい値のバルブクリアランスを想定して開発設計段階でのマッチングを行うと、製品として製造する段階において、許容範囲内で比較的大きい値のバルブクリアランスを有する排気絞り弁が装着された場合に、排気絞り弁を最小開度位置にしても排気温度が十分上昇せず、酸化触媒が活性化温度まで昇温されないという問題が生じる可能性がある。
このような問題は、最小開度における許容範囲内で比較的大きい値のバルブクリアランスを想定してマッチングを行うことにより解決することができる。しかしながら、図4に示すように、開度の小さい領域では、排気絞り弁のバルブクリアランスのばらつきに対して排圧の変動が大きくなる。このため、パティキュレートフィルタの昇温でポスト噴射を行う際に、排気絞り弁のバルブクリアランスのばらつきによって筒内温度が変動し、これに伴い筒内で燃焼するポスト噴射の量が変動する。この結果、筒内温度が上昇した場合には、ポスト噴射の一部が筒内で燃焼し、触媒の酸化発熱のために使うべき燃料(HC)量が不足し、パティキュレートの焼却に必要な温度までパティキュレートフィルタを昇温することができなくなる。また、筒内温度が低下した場合には、排気温度が低下し、触媒の温度を活性化温度以上に保持することが不可能になる。
このような問題は、排気絞り弁の開度を連続的に制御するようにした上記特許文献1の排気浄化装置であっても同様に発生する可能性がある。
即ち、上記特許文献1の排気浄化装置も、このようなバルブクリアランスのばらつきを考慮せずに、最小開度位置の近傍において排気絞り弁の開度を増減制御するものであり、マッチングを行った際のバルブクリアランスと、実際に装着された排気絞り弁のバルブクリアランスとの違いによって、酸化触媒やパティキュレートフィルタの昇温制御が不安定となる。特に最小開度位置近傍においては、図4に示すように、バルブクリアランスの変化に対して排気温度が大きく変化する傾向にあるため、安定した制御を実現することが困難である。
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、パティキュレートフィルタの強制再生時における酸化触媒の昇温とパティキュレートフィルタの昇温とを、排気絞り弁を用いて安定して効率よく行うことができる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、前記パティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路に配設された酸化触媒と、前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う際に、前記酸化触媒を活性化温度以上の温度に昇温する第1ステージと、活性化した前記酸化触媒により前記パティキュレートフィルタを昇温して前記パティキュレートフィルタに蓄積したパティキュレートを焼却する第2ステージとを実行可能な再生制御手段とを備えた排気浄化装置において、前記排気通路に設けられ、全閉位置近傍にあって前記排気通路との間にバルブクリアランスを形成する最小開度位置、全開開度位置、及び前記最小開度位置と前記全開開度位置との間の中間開度位置の3段階に位置を変更可能な排気絞り弁をさらに備え、前記再生制御手段は、前記第1ステージを実行する際には前記排気絞り弁を前記最小開度位置に保持する一方、前記第2ステージを実行する際には前記排気絞り弁を前記中間開度位置に保持することを特徴とする(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を強制再生するために、酸化触媒を活性化温度以上の温度に昇温する第1ステージを実行する際に、排気絞り弁は全閉位置近傍にあって前記排気通路との間にバルブクリアランスを形成する最小開度位置に保持される。また、活性化した酸化触媒によりパティキュレートフィルタを昇温してパティキュレートフィルタに蓄積したパティキュレートを焼却する第2ステージを実行する際に、排気絞り弁は前記最小開度位置と全開開度位置との間の中間開度位置に保持される。
また、好ましくは、前記排気絞り弁は、前記最小開度位置にあるときに形成される前記バルブクリアランスに、製造誤差に対応した所定の許容範囲が予め設定されており、前記再生制御手段は、前記第1ステージを実行する際に、前記排気絞り弁が前記最小開度位置にあるときに形成される前記バルブクリアランスが、前記許容範囲内の最大値を持つものとして前記酸化触媒の昇温を行うことを特徴とする(請求項2)。
本発明の排気浄化装置によれば、酸化触媒の昇温を行う際には最小開度位置に排気絞り弁を保持することにより、酸化触媒の昇温を迅速に行うことができる一方で、パティキュレートフィルタの昇温を行う際には排気絞り弁の開度変化に対する排気温度や排圧の変化が、最小開度位置の場合に比較して小さくなる中間開度位置に保持されるので、排気絞り弁の特性にばらつきがあっても、そのばらつきに起因する排気温度や排圧のばらつきを小さくすることができ、上述したパティキュレートフィルタの昇温が不十分となるという問題を解消することができる。
また、請求項2の排気浄化装置によれば、排気絞り弁を最小開度位置に保持して酸化触媒の昇温を行う際に、排気絞り弁がその製造誤差に対応して予め設定されているバルブクリアランスの許容範囲内の最大値を持つものとして、酸化触媒の昇温を行うようにしたので、実際に装着された排気絞り弁のバルブクリアランスが許容範囲内でばらついたとしても、排気温度が上昇する方向への変動となるため、酸化触媒を確実に活性化温度まで昇温することができる。
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12を介して吸気マニホールド14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16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18を介して排気管(排気通路)20に接続されている。なお、排気マニホールド18と吸気マニホールド14との間には、EGR弁22を介して排気マニホールド18と吸気マニホールド14とを連通するEGR通路24が設けられている。
排気管20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26に接続されており、タービン8bの回転軸はコンプレッサ8aの回転軸と連結され、タービン8bが排気管20内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動する。
排気後処理装置26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NOを生成し、このNO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。
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NO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が設けられている。
排気後処理装置26の上流側には、車両の減速時に排気管20を閉じて排気ブレーキとして作動する排気絞り弁38が介装されている。
排気絞り弁38はバタフライ弁であって、駆動ロッド40を介して2段作動式の負圧アクチュエータ42により開度が制御されるようになっている。負圧アクチュエータ42の詳細な構造については後述するが、2段階に作動するために第1三方電磁弁44及び第2三方電磁弁46を介して負圧源48と接続されている。
排気絞り弁38は、負圧アクチュエータ42が2段階に作動することにより、全閉位置近傍の最小開度位置、全開開度位置、及び最小開度位置と全開開度位置との中間にある中間開度位置の3段階に位置が制御されるようになっている。そして、排気絞り弁38が最小開度位置にあるときにも、排気管20との間に排気絞り弁38前後の排気の流動を許容するバルブクリアランスが形成されるようになっている。
また、排気絞り弁38には、製造誤差等を考慮して最小開度位置におけるバルブクリアランスに許容範囲が予め設定されており、この許容範囲内のバルブクリアランスを有するもののみが使用されるようになっている。そして、エンジン1の開発設計段階では、排気絞り弁38が最小開度にあるときのバルブクリアランスが前記許容範囲内の最大値にあるものとして、後述する酸化触媒28の昇温制御が適正に行われるよう、エンジン1のマッチングを行っている。
即ち、排気絞り弁38の開度、即ちバルブクリアランスと排気温度又は排圧との関係を示す図4において、最小開度位置におけるバルブクリアランスの許容範囲はAの領域にあり、酸化触媒28の昇温についてエンジン1のマッチングを行う際は、排気絞り弁38が最小開度位置にあるときのバルブクリアランスが領域Aのうちの最大値であるa点にあるものを前提としている。
このようにすることにより、エンジン1の製造段階で装着される排気絞り弁38の最小開度位置におけるバルブクリアランスが許容範囲内でばらついたとしても、排気温度及び排圧はマッチング時のa点から増加方向にしか変動しないことになる。
また、排気絞り弁38が中間開度位置にあるときのバルブクリアランスの許容範囲は、図4におけるBの領域にあるようになっており、この許容範囲内でバルブクリアランスがばらついたとしても、図4に示すように排気温度及び排圧の変動は領域Aの場合に比べて大幅に減少するようになっている。
このように排気絞り弁38の位置を制御するための負圧アクチュエータ42及びその周辺の構成を図2に示す。
負圧アクチュエータ42は、仕切り板50によって内部が2室に区分されたハウジング52を有しており、一方の室には第1ダイヤフラム54と仕切り板50との間に第1作動室56が形成され、他方の室には第2ダイヤフラム58と仕切り板50との間に第2作動室60が形成されている。第2ダイヤフラム58には駆動ロッド40の一端が連結されており、この駆動ロッド40の他端は、排気絞り弁38の弁軸に一端を固定されたレバー62の他端に枢着されている。また、第1ダイヤフラム50には、ストッパロッド64の一端が取り付けられ、このストッパロッド64の他端は仕切り板50を貫通して作動室60内に位置している。更に、第1ダイヤフラム54とケーシング52との間には、第1ダイヤフラム54を図2の上方に向けて付勢する第1リターンスプリング66が設けられ、第2ダイヤフラム58とケーシング52との間には、第2ダイヤフラム58を図2の下方に向けて付勢する第2リターンスプリング68が設けられている。
負圧アクチュエータ42の第1作動室56には第1三方電磁弁44の出口が接続され、第2作動室60には第2三方電磁弁46の出口が接続されており、これら第1三方電磁弁44及び第2三方電磁弁46の入口には負圧源48が接続されている。また、第1三方電磁弁44及び第2三方電磁弁46は、消勢時に出口側を大気開放し、付勢時に入口側と出口側とを連通するようになっている。なお、負圧源48は、バキュームポンプ(図示せず)とバキュームポンプが発生した負圧を蓄えるバキュームタンク(図示せず)とからなっている。
図2は、第1三方電磁弁44及び第2三方電磁弁46が共に消勢されることにより、第1作動室56及び第2作動室60が共に大気開放された状態を示している。この状態では第2ダイヤフラム58が第2リターンスプリング68に付勢されて駆動ロッド40を図2の下方に駆動し、排気絞り弁38が実線で示す全開位置に保持されるようになっている。
ここで第1三方電磁弁44及び第2三方電磁弁46が共に付勢されると、第1作動室56に負圧源48から負圧が供給されることにより、第1ダイヤフラム54が図2の下方に変位し、ストッパロッド64が点線で示す位置まで移動する。一方、第2作動室60に負圧が供給されることにより、第2ダイヤフラム58が図2の上方に向けてストッパロッド64に当接するまで変位し、駆動ロッド40はストロークS1だけ上方に移動する。この結果、駆動ロッド40の動きがレバー62を介して排気絞り弁38に伝達され、排気絞り弁38がP1の中間開度位置まで回動する。このとき形成される排気絞り弁38のバルブクリアランスは、前述したように図4の領域Bの範囲内となるようにされている。
また、第1三方電磁弁44が消勢されると共に第2三方電磁弁46が付勢された場合には、第1作動室56が大気開放されることにより第1ダイヤフラム54が第1リターンスプリング66の付勢力で図2の上方に変位するためストッパロッド64が実線で示す位置にある。そして、第2作動室60に負圧が供給されることにより、第2ダイヤフラム58が図2の上方に向けてストッパロッド64に当接するまで変位し、駆動ロッド40はストロークS2だけ上方に移動する。この結果、駆動ロッド40の動きがレバー62を介して排気絞り弁38に伝達され、排気絞り弁38がP2の最小開度位置まで回動する。この最小開度位置は排気管20を全閉とする位置の近傍ではあるものの、排気絞り弁38前後の排気の流動を許容するバルブクリアランスがある程度形成されるような位置であって、このとき形成されるバルブクリアランスは、前述したように図4の領域Aの範囲内となるようにされている。
再び図1の全体構成図に戻り説明を進めると、ECU70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。
ECU70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16、触媒温度センサ32、上流圧力センサ34、及び下流圧力センサ36のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ72、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74などの各種センサ類が接続されており、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や吸気制御弁12、EGR弁22、排気絞り弁28、第1三方電磁弁44、及び第2三方電磁弁46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ECU70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72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74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ECU70によって所定の制御周期で実行される。従って、ECU70が本発明の再生制御手段に相当する。
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16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。
強制再生が必要であると判断した場合にはステップ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Tcを酸化触媒28の温度に相当するものとし、酸化触媒28の温度Tcが活性化温度に達しているか否かを判定する。本実施形態では酸化触媒28の活性化温度を250℃とし、触媒温度センサ32の検出値Tcが250℃以上であるか否かにより、酸化触媒28が活性化したか否かを判定している。
触媒温度Tcが250℃未満である場合にはステップS10に進み、強制再生制御の第1ステージとして酸化触媒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12や排気絞り弁38を閉方向に制御することにより、エンジン1から排出される排気の温度を上昇させる。このとき、排気絞り弁38は、第1三方電磁弁44が消勢されると共に第2三方電磁弁46が付勢されることにより、図2に示すP2の最小開度位置に保持される。
排気絞り弁38が最小開度位置に保持されることにより、排気絞り弁38のバルブクリアランスは図4の領域Aで示される許容範囲内にあり、排気温度が上昇する。このときエンジン1のマッチングは、前述のように領域A内でバルブクリアランスが最大となるa点にあるものとして行われているので、実際に装着されている排気絞り弁38のバルブクリアランスにばらつきがあったとしても、排気温度が上昇する方向に変動することになる。このため、排気温度が十分に上昇せずに酸化触媒28を活性化温度まで上昇させることができないといった不具合が発生することはない。
また、図4に示すように排気温度が急激に上昇するような最小開度に排気絞り弁38を保持するようにしたので、酸化触媒28を迅速に昇温することが可能となる。
なお、酸化触媒28の昇温の際には、排気温度をより迅速に上昇させるために、各気筒の膨張行程において第1の追加燃料噴射を行ってもよい。この場合、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18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。
このように第1の追加燃料の噴射を併用する場合には、上述のように排気絞り弁38のバルブクリアランスのばらつきが排気温度の上昇方向の変化しか生じないようになっているため、燃料を余分に消費するような問題が生じることがないという効果がある。
また、第1の追加燃料噴射を長時間継続すると、酸化触媒28にHCが多量に吸着し、その後にフィルタ30の昇温のために排気温度が上昇したとき、吸着しているHCが急激に燃焼して過昇温が発生したり、白煙が発生したりする可能性があるが、酸化触媒28の昇温を短時間で行うことができるので、このような問題が発生することもない。
ステップS10で酸化触媒の昇温を行ってステップ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まだ行われておらず、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で酸化触媒28の昇温が行われる。従って、酸化触媒28の温度Tcが250℃未満である間は、制御周期ごとにステップS10による酸化触媒28の昇温が繰り返し行われる。
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の検出温度Tcに基づき、フィルタ30に供給される排気の温度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650℃を所定温度としている。
ステップS12で触媒温度センサ32の検出温度Tcが650℃以上であると判定するとステップS14に進み、検出温度Tcが650℃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では、強制再生制御の第2ステージとして、フィルタ30に堆積しているパティキュレートを焼却するためにフィルタ30の昇温を行う。即ち、フィルタ30に供給される排気の温度を650℃前後に維持するように、排気絞り弁38を制御すると共に第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の追加燃料のHCは気筒内や排気マニホールド18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で酸化する。この酸化反応により酸化触媒28からフィルタ30へ流入する排気温度が650℃前後まで上昇し、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72によって検出されたエンジン回転数とECU70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では触媒温度センサ32の検出温度Tcが650℃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では触媒温度センサ32の検出温度Tcが650℃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650℃前後に維持される。
また、このとき排気絞り弁38は、第1三方電磁弁44及び第2三方電磁弁46が共に付勢されることにより、図2に示すP1の中間開度位置に保持される。排気絞り弁38がこの中間開度位置にあるときのバルブクリアランスは、図4における領域Bで示される許容範囲内にある。従って、図4に示すようにバルブクリアランスにばらつきがあったとしても、排気温度や排圧の変動量は少なくなっており、バルブクリアランスのばらつきにより排圧が大きく変動して酸化触媒28が過昇温となったり、フィルタ30に供給される排気温度が十分上昇せずに強制再生が不十分となるといった問題を生じることがない。
ステップS14又はS16で排気絞り弁38を制御すると共に第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。
従って、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るまでは、ステップS14及びステップS16でのフィルタ30の昇温による強制再生が行われる。
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、ステップS18でフィルタ30の強制再生が完了したと判断すると、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。
以上のようにしてフィルタ30の強制再生制御が行われることにより、酸化触媒28を活性化温度まで昇温するための第1ステージ実行時は、排気絞り弁38が最小開度位置に保持され、上述したように、排気絞り弁38のバルブクリアランスにばらつきがあったとしても、排気温度が上昇する方向に変動するので、排気温度が十分に上昇せずに酸化触媒28を活性化温度まで上昇させることができないといった不具合が発生することはない。
また、フィルタ30を昇温してパティキュレートを焼却する第2ステージ実行時は、排気絞り弁38が中間開度位置に保持され、上述したように、排気絞り弁38のバルブクリアランスにばらつきがあったとしても、そのばらつきによって生じる排圧変動は僅かなものであるため、排圧の大幅な変動により酸化触媒28が過昇温となったり、フィルタ30に供給される排気温度が十分上昇せずに強制再生が不十分となるといった問題を生じることがない。
更に、アイドル運転時のように排気温度が低い運転状態であっても、安定した強制再生が可能となるため、走行中の強制再生時間が短縮され、ドライブフィーリングが向上すると共にエンジン1の耐久性も向上する。
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、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20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、排気絞り弁38は負圧アクチュエータ42により開度を制御するようにしたが、負圧アクチュエータ42に代えて電磁ソレノイドや電動モータなどを用いて同様に制御するようにしてもよい。
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の排気浄化装置で用いられる負圧アクチュエータとその周辺の概略構成図である。 図1の排気浄化装置で行われる強制再生制御のフローチャートである。 図1の排気浄化装置で用いられる排気絞り弁の開度(バルブクリアランス)と排気温度又は排圧との関係を示す説明図である。
符号の説明
1 エンジン
20 排気管(排気通路)
28 酸化触媒
30 フィルタ(パティキュレートフィルタ)
38 排気絞り弁
70 ECU(再生制御手段)

Claims (2)

  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、
    前記パティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路に配設された酸化触媒と、
    前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う際に、前記酸化触媒を活性化温度以上の温度に昇温する第1ステージと、活性化した前記酸化触媒により前記パティキュレートフィルタを昇温して前記パティキュレートフィルタに蓄積したパティキュレートを焼却する第2ステージとを実行可能な再生制御手段とを備えた排気浄化装置において、
    前記排気通路に設けられ、全閉位置近傍にあって前記排気通路との間にバルブクリアランスを形成する最小開度位置、全開開度位置、及び前記最小開度位置と前記全開開度位置との間の中間開度位置の3段階に位置を変更可能な排気絞り弁をさらに備え、
    前記再生制御手段は、前記第1ステージを実行する際には前記排気絞り弁を前記最小開度位置に保持する一方、前記第2ステージを実行する際には前記排気絞り弁を前記中間開度位置に保持することを特徴とする排気浄化装置。
  2. 前記排気絞り弁は、前記最小開度位置にあるときに形成される前記バルブクリアランスに、製造誤差に対応した所定の許容範囲が予め設定されており、
    前記再生制御手段は、前記第1ステージを実行する際に、前記排気絞り弁が前記最小開度位置にあるときに形成される前記バルブクリアランスが、前記許容範囲内の最大値を持つものとして前記酸化触媒の昇温を行うことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
JP2005226594A 2005-08-04 2005-08-04 排気浄化装置 Pending JP2007040220A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005226594A JP2007040220A (ja) 2005-08-04 2005-08-04 排気浄化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005226594A JP2007040220A (ja) 2005-08-04 2005-08-04 排気浄化装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007040220A true JP2007040220A (ja) 2007-02-15

Family

ID=37798438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005226594A Pending JP2007040220A (ja) 2005-08-04 2005-08-04 排気浄化装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007040220A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011032975A (ja) * 2009-08-04 2011-02-17 Yanmar Co Ltd ディーゼル機関における排気ガス浄化装置
JP2012242149A (ja) * 2011-05-17 2012-12-10 Best Sokki:Kk 排ガス浄化触媒の性能を評価する装置
JP2017145798A (ja) * 2016-02-19 2017-08-24 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0481513A (en) * 1990-07-25 1992-03-16 Nissan Diesel Motor Co Ltd Exhaust purifying device for diesel engine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0481513A (en) * 1990-07-25 1992-03-16 Nissan Diesel Motor Co Ltd Exhaust purifying device for diesel engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011032975A (ja) * 2009-08-04 2011-02-17 Yanmar Co Ltd ディーゼル機関における排気ガス浄化装置
JP2012242149A (ja) * 2011-05-17 2012-12-10 Best Sokki:Kk 排ガス浄化触媒の性能を評価する装置
JP2017145798A (ja) * 2016-02-19 2017-08-24 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4592504B2 (ja) 排気浄化装置
JP4521824B2 (ja) 排気浄化装置
JP4592505B2 (ja) 排気浄化装置
EP1998015B1 (en) Method of controlling exhaust gas purification system and exhaust gas purification system
JP5210995B2 (ja) ディーゼルエンジンの排気処理装置
JP2007040221A (ja) 排気浄化装置
US20110126520A1 (en) Regeneration Method for Diesel Particulate Filter
JP2007270705A (ja) エンジンのegr装置
JP3952000B2 (ja) エンジンの排気浄化装置
JP2010151058A (ja) ディーゼルエンジンの排気浄化装置
WO2005088095A1 (en) Regeneration controller for exhaust purification apparatus of internal combustion engine
JP2006274982A (ja) 排気浄化装置
JP2006316744A (ja) 内燃機関の排気処理装置
JP5260925B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2006274906A (ja) 排気浄化装置
JP2007040220A (ja) 排気浄化装置
JP4702557B2 (ja) 排気浄化装置
EP1760283A1 (en) Exhaust gas post-processing device
JP4660430B2 (ja) 内燃機関のdpf再生装置
WO2007015478A1 (ja) 排気浄化装置
JP2006274980A (ja) 排気浄化装置
JP2006274979A (ja) 排気浄化装置
JP2006274907A (ja) 排気浄化装置
JP2006242072A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2006152875A (ja) 内燃機関の触媒昇温システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100519

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100520

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100922