JP2007077947A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの再生時期をより正確に求める技術を提供する。
【解決手段】少なくとも２つに分岐する排気通路２１，２２と、各排気通路２１，２２に夫々備わり排気中の粒子状物質を一時捕集するフィルタ３１，３２と、分岐した夫々の排気通路の通路断面積を変更する絞り弁４１，４２と、一のフィルタ３１が備わる排気通路２１では絞り弁４１を第一所定開度とし、他のフィルタ３２が備わる排気通路２２では絞り弁４２を第二所定開度として、一のフィルタ３１の上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段５１と、各フィルタ３１，３２において差圧検出手段５１，５２により夫々差圧を検出し、差圧の変化量が一番大きなフィルタ３１，３２の備わる排気通路２１，２２を流れる排気の量を絞り弁４１，４２により減少させる絞り弁制御手段７と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気通路を２つに分岐し、各排気通路に夫々パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）を備えた排気浄化装置において、各フィルタよりも上流側と下流側との差圧を検出することにより、各フィルタに堆積している粒子状物質（以下、ＰＭという。）の量を検出し、フィルタの再生時期を判断することができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−９８９３５号公報 特開平６−３３０７２４号公報

ここで、各フィルタよりも上流側と下流側との差圧は、検出対象となっているフィルタ以外のフィルタのＰＭ堆積状態によっても変化する。すなわち、他のフィルタのＰＭ堆積量が多くなると抵抗が大きくなるので、検出対象となっているフィルタに多くの排気が流れ込む。これにより、検出対象となっているフィルタよりも上流側と下流側との差圧が変化する。このように、検出対象となっているフィルタにおいて検出される差圧は、他のフィルタの影響を受けるため、前記差圧を正確に求めることが困難となる。そのため、ＰＭの堆積量を検出することが困難となり、フィルタの再生時期を誤るおそれがある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの再生時期をより正確に求めることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
少なくとも２つに分岐する排気通路と、
各排気通路に夫々備わり排気中の粒子状物質を一時捕集するパティキュレートフィルタと、
分岐した夫々の排気通路の通路断面積を変更する絞り弁と、
一のパティキュレートフィルタが備わる排気通路では絞り弁を第一所定開度とし、他のパティキュレートフィルタが備わる排気通路では絞り弁を第二所定開度として、前記一のパティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、
各パティキュレートフィルタにおいて前記差圧検出手段により夫々差圧を検出し、差圧の変化量が一番大きなパティキュレートフィルタの備わる排気通路を流れる排気の量を前記絞り弁により減少させる絞り弁制御手段と、
を具備することを特徴とする。

絞り弁は各排気通路の排気の流量を調整可能であり、フィルタの再生時以外のときには各排気通路に夫々排気が流れるように調整されている。また、絞り弁により通路断面積を０とすることにより、各排気通路の排気の流通を停止させることができる。そして、一の排気通路以外の排気通路において通路断面積を０とすることにより、全ての排気を一の排気通路に流すことができる。このように、一の排気通路に全ての排気が流れると、一の排気通路に流れる排気の量は他の排気通路の影響を受けなくなるため、一の排気通路に備わ
るパティキュレートフィルタよりも上流側と下流側との差圧も他の排気通路の影響を受けなくなる。そのため、一の排気通路に備わるパティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量をより正確に得ることができる。これにより、パティキュレートフィルタの再生時期をより正確に求めることできる。また、他の排気通路の通路断面積を０ではないにしても小さくすることにより、差圧検出手段により差圧を検出する際に他の排気通路からの影響を小さくすることができるので、粒子状物質の量の検出精度を向上させることができる。なお、前記第一所定開度とは、例えば一のパティキュレートフィルタよりも上流の排気の圧力の上昇を抑制し得る開度であり、例えば８０％の開度から全開の間とすることができる。また、前記第二所定開度とは、例えば他のパティキュレートフィルタから差圧検出手段に与える影響を減少させる若しくは無くすことができる開度であり、例えば２０％の開度から全閉の間とすることができる。

ここで、各排気通路に流れる排気の量は、該排気通路の形状等の影響を受けるため、同じになるとは限らない。そのため、所定時間において各パティキュレートフィルタにて捕集される粒子状物質の量が異なることもある。すなわち、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の変化量が各パティキュレートフィルタにより異なることがあり、さらには各パティキュレートフィルタよりも上流側と下流側との差圧の変化量も異なることがある。そして、差圧の変化量が一番大きなパティキュレートフィルタでは、捕集される粒子状物質の量が一番多く、一番初めにフィルタの再生を行う必要が生じる。そうすると、他のパティキュレートフィルタにおいて再生が必要となる時期と合わなくなり、フィルタの再生処理が複雑となることもある。また、全てのフィルタの再生を同時に行おうとすると再生の必要の無いパティキュレートフィルタにおいてもフィルタの再生が行われるので燃費が悪化するおそれがある。

その点、絞り弁制御手段は、差圧の変化量が一番大きなパティキュレートフィルタの備わる排気通路を流れる排気の量を前記絞り弁により減少させるので、該パティキュレートフィルタに捕集される粒子状物質の量を減少させる。そのため、このパティキュレートフィルタに堆積する粒子状物質の変化量も小さくなる。これにより、一のパティキュレートフィルタで捕集される粒子状物質の量を他のパティキュレートフィルタに捕集される粒子状物質の量に近づけることができる。また、パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を等しくすることができるので、フィルタの再生時期を他のフィルタと合わせることができ、フィルタの再生処理を簡単化することができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの再生時期をより正確に求めることができる。また、複数のパティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量を略同一とすることができるので、同時期にフィルタの再生を行うことができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。また、内燃機関１には、燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて第１排気通路２１および第２排気通路２２に分岐している。

前記第１排気通路２１の途中には、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を一時
捕集可能な第１パティキュレートフィルタ３１（以下、第１フィルタ３１という。）が設けられている。この第１フィルタ３１よりも上流の第１排気通路２１には、該第１排気通路２１の通路面積を変更可能な第１絞り弁４１が備えられている。第１排気通路２１には、第１フィルタ３１よりも上流側と下流側との差圧を検出する第１差圧センサ５１が備えられている。そして、第１フィルタ３１よりも上流で且つ第１絞り弁４１よりも下流の第１排気通路２１と、第１フィルタ３１よりも下流側の第１排気通路２１とには、第１圧力導入管６１が接続されている。この第１圧力導入管６１は、第１差圧センサ５１に圧力を導入するために設けられている。

一方、前記第２排気通路２２の途中には、排気中のＰＭを一時捕集可能な第２パティキュレートフィルタ３２（以下、第２フィルタ３２という。）が設けられている。この第２フィルタ３２よりも上流の第２排気通路２２には、該第２排気通路２２の通路面積を変更可能な第２絞り弁４２が備えられている。第２排気通路２２には、第２フィルタ３２よりも上流側と下流側との差圧を検出する第２差圧センサ５２が備えられている。そして、第２フィルタ３２よりも上流で且つ第２絞り弁４２よりも下流の第２排気通路２２と、第２フィルタ３２よりも下流側の第２排気通路２２とには、第２圧力導入管６２が接続されている。この第２圧力導入管６２は、第２差圧センサ５２に圧力を導入するために設けられている。なお、第１フィルタ３１および第２フィルタ３２には、吸蔵還元型ＮＯx触媒等
の酸化能を有する触媒が担持されている。また、本実施例においては差圧センサ５１および第２差圧センサ５２が、本発明における差圧検出手段に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ７が併設されている。このＥＣＵ７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。ＥＣＵ７には、第１差圧センサ５１および第２差圧センサ５２が電気配線を介して接続されており、これらセンサの出力信号がＥＣＵ７に入力される。また、ＥＣＵ７には、第１絞り弁４１および第２絞り弁４２が電気配線を介して接続されている。この第１絞り弁４１および第２絞り弁４２は、ＥＣＵ７により制御される。

そして、本実施例では、内燃機関１のアイドル状態において一方の排気通路に備わる絞り弁を全閉とし、他方の排気通路に備わる絞り弁を全開としつつ他方の排気通路に備わるフィルタの差圧を検出する。その直後、他方の排気通路に備わる絞り弁を全閉とし、一方の排気通路に備わる絞り弁を全開としつつ一方の排気通路に備わるフィルタの差圧を検出する。そして、所定の距離を走行した後に同じように夫々のフィルタの差圧を検出する。さらに、今回検出された差圧から前回検出された差圧を減じて差圧の変化量を求める。この差圧の変化量は、前回差圧検出時から今回差圧検出時まで間に夫々のフィルタで捕集されたＰＭの量に応じた値となる。この差圧の変化量が大きいほうのフィルタには、より多くのＰＭが捕集されたことになる。そして、夫々のフィルタに堆積したＰＭの量がフィルタ毎に大きく異なると、例えばＰＭの堆積量の少ないほうのフィルタにおいてまだ再生の必要が無くても再生しなくてはならなくなったり、また、フィルタごとに別々の時期に再生を行わなくてはならなくなったりする。

その点、本実施例では、２つのフィルタの再生時期がほぼ同じとなるようにＰＭの捕集量を調整する。そのため、差圧の変化量が大きいほうのフィルタよりも上流に備わる絞り弁を閉じ側へ動かし、該フィルタに流れる排気の量を減少させることで、該フィルタに捕集されるＰＭ量を減少させる。これにより、該フィルタのＰＭ堆積量の上昇値が小さくなる。また、差圧の変化量が小さいほうのフィルタでは、通過する排気の量が増加するため、該フィルタに捕集されるＰＭ量が増加する。これにより、該フィルタのＰＭ堆積量の上昇値が大きくなる。

このようにして、ＰＭの捕集量を調整することにより、２つのフィルタに堆積しているＰＭの量が調整され、２つのフィルタのＰＭ堆積量が互いに近づく。すなわち、２つのフィルタのＰＭ堆積量が同じとなるように排気の流量が調整される。これにより、フィルタの再生が必要となるＰＭ堆積量に２つのフィルタが同時期に達するため、２つのフィルタの再生処理を一元管理することが可能となる。

次に本実施例における各フィルタを流れる排気の流量を変更するための制御について説明する。図２は、本実施例における各フィルタを流れる排気の流量を変更するための制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、内燃機関１がアイドル状態であるか否か判定される。ここで、各フィルタの上流側と下流側との差圧は、内燃機関１からの排気の量によっても影響を受ける。そのため、差圧を検出する際には、いつも同じ運転状態であることが望ましい。また、排気の流量が安定している運転状態であることが望ましい。そこで、本実施例においては、内燃機関１がアイドル状態のときに差圧を検出している。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、第１絞り弁４１を全開とし第２絞り弁４２を全閉として第１差圧センサ５１により第１フィルタ３１よりも上流側と下流側との差圧ＰＡ１を検出する。

ステップＳ１０３では、第１絞り弁４１を全閉とし第２絞り弁４２を全開として第２差圧センサ５２により第２フィルタ３２よりも上流側と下流側との差圧ＰＢ１を検出する。

ステップＳ１０４では、車両が所定距離を走行したか否か判定される。所定距離とは、フィルタにある程度ＰＭが堆積するために要する走行距離である。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ戻る。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０２と同様にして第１差圧センサ５１により第１フィルタ３１よりも上流側と下流側との差圧ＰＡ２を検出する。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３と同様にして第２差圧センサ５２により第２フィルタ３２よりも上流側と下流側との差圧ＰＢ２を検出する。

ステップＳ１０７では、第１差圧センサ５１において検出された差圧の変化量｜ΔＰＡ｜と、第２差圧センサ５２において検出された差圧の変化量｜ΔＰＢ｜と、の差｜｜ΔＰＡ｜−｜ΔＰＢ｜｜が所定値Ｃよりも大きいか否か判定する。ただし、ΔＰＡは（ＰＡ２−ＰＡ１）であり、ΔＰＢは（ＰＢ２−ＰＢ１）である。本ルーチンでは、前記差｜｜ΔＰＡ｜−｜ΔＰＢ｜｜が所定値Ｃ以下の場合には、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とのＰＭの捕集量に大きな差はないとして排気の量を変化させない。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０８では、｜ΔＰＡ｜が｜ΔＰＢ｜よりも大きいか否か判定される。すなわち、所定の距離を走行したときに第１フィルタ３１に捕集されたＰＭ量のほうが第２フィルタ３２に捕集されたＰＭ量よりも多いか否か判定される。ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１０９では、第１絞り弁４１の開度を小さくする。すなわち、第１フィルタ３１に捕集されたＰＭ量のほうが第２フィルタ３２に捕集されたＰＭ量よりも多いので、第１フィルタ３１を通過する排気の量を減少させて、第１フィルタ３１に捕集されるＰＭ量を減少させる。第１絞り弁４１の閉じ量は、例えば前記差｜｜ΔＰＡ｜−｜ΔＰＢ｜｜の大きさに応じて決定する。すなわち、前記差｜｜ΔＰＡ｜−｜ΔＰＢ｜｜が大きくなるほど、第１絞り弁４１の閉じ量を大きくする。また、予め定められた所定量閉弁してもよい。

ステップＳ１１０では、第２絞り弁４２の開度を所定値だけ小さくする。すなわち、第２フィルタ３２に捕集されたＰＭ量のほうが第１フィルタ３１に捕集されたＰＭ量よりも多いので、第２フィルタ３２を通過する排気の量を減少させて、第２フィルタ３２に捕集されるＰＭ量を減少させる。第２絞り弁４２の閉じ量は、例えば前記差｜｜ΔＰＡ｜−｜ΔＰＢ｜｜の大きさに応じて決定する。すなわち、前記差｜｜ΔＰＡ｜−｜ΔＰＢ｜｜が大きくなるほど、第２絞り弁４２の閉じ量を大きくする。また、予め定められた所定量閉弁してもよい。なお、本実施例においてはステップＳ１０９またはステップＳ１１０を処理するＥＣＵ７が、本発明における絞り弁制御手段に相当する。

このように、第１フィルタ３１のＰＭ堆積量を検出する際には第２絞り弁４２を全閉とし、第２フィルタ３２のＰＭ堆積量を検出する際には第１絞り弁４１を全閉とするので、他のフィルタの影響を受けずに夫々のフィルタのＰＭ堆積量を正確に検出することができる。これにより、フィルタの再生時期をより正確に求めることができる。また、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とに捕集されるＰＭ量を互いに近づけることができる。そして、このルーチンを繰り返し実行することにより、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とのＰＭ堆積量を略同一とすることができる。これにより、フィルタの再生を同時期に行うことが可能となる。さらに、どちらのフィルタにおいてもフィルタの再生が必要となるほどＰＭが堆積してからフィルタの再生を行うことができるので、燃費の悪化を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 実施例における各フィルタを流れる排気の流量を変更するための制御のフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
２１ 第１排気通路
２２ 第２排気通路
３１ 第１パティキュレートフィルタ
３２ 第２パティキュレートフィルタ
４１ 第１絞り弁
４２ 第２絞り弁
５１ 第１差圧センサ
５２ 第２差圧センサ
６１ 第１圧力導入管
６２ 第２圧力導入管
７ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 少なくとも２つに分岐する排気通路と、
   各排気通路に夫々備わり排気中の粒子状物質を一時捕集するパティキュレートフィルタと、
   分岐した夫々の排気通路の通路断面積を変更する絞り弁と、
   一のパティキュレートフィルタが備わる排気通路では絞り弁を第一所定開度とし、他のパティキュレートフィルタが備わる排気通路では絞り弁を第二所定開度として、前記一のパティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、
   各パティキュレートフィルタにおいて前記差圧検出手段により夫々差圧を検出し、差圧の変化量が一番大きなパティキュレートフィルタの備わる排気通路を流れる排気の量を前記絞り弁により減少させる絞り弁制御手段と、
   を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

Images