JP2008038659A

JP2008038659A - 内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム

Info

Publication number: JP2008038659A
Application number: JP2006211046A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hashizume; 剛橋詰
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: JP4802922B2

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の使用条件によらずパティキュレートフィルタを好適に再生可能な技術を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、燃料噴射弁からのポスト噴射を利用してパティキュレートフィルタのＰＭ再生処理を行う内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムにおいて、内燃機関が低温である時は、通常時より再生インターバルを長くしてＰＭ再生処理の実行を許容することにより、内燃機関が所定温度Ｔｍｐ以上となる前に運転停止される状態が繰り返された場合であっても、潤滑油の希釈を抑えつつＰＭ捕集量の過剰な増加を防止可能とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタの再生技術に関する。

内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタが配置されている場合は、パティキュレートフィルタに対してＰＭ再生処理を行う必要がある。ＰＭ再生処理に関する技術としては、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が所定量以上となった時にポスト噴射を活用してＰＭ再生処理を行うものにおいて、冷却水温度が所定の判定用温度より低い場合は、ＰＭ再生処理用のポスト噴射を行わない技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−２８２４７８号公報特開２００５−１６３４５号公報

ところで、内燃機関が短時間の運転を繰り返した場合は、冷却水温度が判定用温度以上となる前に内燃機関の運転が停止される状態が繰り返される可能性がある。このような場合は、ＰＭ捕集量が所定量以上となってもＰＭ再生処理が実行されないため、ＰＭ捕集量が過剰に多くなる虞がある。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の使用条件によらずパティキュレートフィルタを好適に再生可能な技術を提供することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関が低温である時のＰＭ再生処理の実行を許容することにより、内燃機関が短時間の運転を繰り返した場合であってもパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に増加しないようにした。

尚、内燃機関が低温である時にＰＭ再生処理用のポスト噴射が行われると、燃料噴射弁からポスト噴射された燃料（以下、「ポスト噴射燃料」と称する）がシリンダボア壁面に付着して潤滑油の希釈などを誘発する可能性がある。このため、内燃機関が低温である時のＰＭ再生処理の実行頻度は極力少なくされることが好ましい。

そこで、本発明の内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムは、内燃機関の温度が低い時は、内燃機関の温度が高い時よりＰＭ再生処理の実行間隔（以下、「再生インターバル」と称する）を長くすることにより、潤滑油の希釈等を最小限に抑えるようにした。

詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの量を取得する取得手段と、前記内燃機関の温度と相関する物理量を検出する検出手段と、前記内燃機関の燃料噴射弁からポスト噴射を行わせることにより前記パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理を行う再生手段と、前記取得手段により取得されたＰＭ捕集量が第１所定量以上であり且つ前記検出手段により検出された物理量が所定温度以上を示す時に前記再生手段を作動させる制御手段と、を備えた内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム
において、前記検出手段により検出された物理量が前記所定温度未満を示す時に前記取得手段により取得されたＰＭ捕集量が前記第１所定量より多い第２所定量以上になると、前記制御手段が前記再生手段を作動させるようにした。

かかる構成によれば、内燃機関の温度が所定温度以上へ上昇しない場合であっても、ＰＭ捕集量が第２所定量を超えたことを条件にＰＭ再生処理が行われることになる。よって、内燃機関の温度が所定温度以上となる前に該内燃機関の運転が停止される状態が繰り返された場合であっても、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過多になり難い。

また、第２所定量は第１所定量より多い量に設定されるため、内燃機関の温度が所定温度未満である時の再生インターバルは内燃機関の温度が所定温度以上である時の再生インターバルより長くなる。その結果、潤滑油の希釈等を最小限に抑えつつＰＭ再生処理を行うことが可能である。

本発明にかかる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムにおいて、第２所定量は、検出手段により検出された物理量が低温を示すほど多くされるようにしてもよい。

これは、内燃機関の温度が低くなるほど再生インターバルが長くなることを意味する。ポスト噴射燃料は内燃機関の温度が低くなるほどシリンダボア壁面に付着し易くなるが、内燃機関の温度が低くなるほど再生インターバルが長くされると、オイル希釈の発生頻度を最小限に抑えることができる。

本発明にかかる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムにおいて、制御手段は、検出手段により検出された物理量が低温を示すほどＰＭ再生処理の実行時間を短くするようにしてもよい。

この場合、内燃機関の温度が低くなるほど、ＰＭ再生処理用のポスト噴射の実行期間が短くなる。その結果、シリンダボア壁面に付着する燃料量を最小限に抑えつつＰＭ再生処理を実行することが可能となる。

尚、ＰＭ再生処理の実行終了タイミングを決定する方法として、ＰＭ再生処理実行中にパティキュレートフィルタに残存しているＰＭの量を取得し、取得されたＰＭ残存量が基準量以下へ低下した時にＰＭ再生処理の実行を終了する方法が考えられる。

上記した方法が採用された場合は、検出手段により検出された物理量が低温を示すほど前記基準量が増加させられるようにしてもよい。

この場合は、内燃機関の温度が低くなるほどＰＭ再生処理の実行時間が短くなる。よって、シリンダボア壁面に付着する燃料量を最小限に抑えつつＰＭ再生処理を実行することが可能となる。

本発明において、内燃機関の温度と相関する物理量としては、冷却水の温度や潤滑油の温度等を例示することができる。

本発明によれば、内燃機関の使用条件によらずパティキュレートフィルタを好適に再生可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図２に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を備えた圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。

内燃機関１の各気筒２には、燃料噴射弁３が取り付けられている。燃料噴射弁３は、は、コモンレール３０において昇圧された燃料を気筒２内へ直接噴射する。

各気筒２には、吸気通路４が連通している。吸気通路４の途中には、ターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５０とインタークーラ６が配置されている。コンプレッサハウジング５０により過給された吸気は、インタークーラ６で冷却された後に各気筒２内へ導入される。各気筒２内へ導かれた吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気筒２内で着火及び燃焼される。

各気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気通路７へ排出される。排気通路７へ排出された排気は、排気通路７の途中に配置されたタービンハウジング５１及び排気浄化装置８を経由して大気中へ放出される。

前記排気浄化装置８は、酸化能を有する触媒が担持されたパティキュレートフィルタである。尚、酸化能を有する触媒をパティキュレートフィルタに担持する代わりに、パティキュレートフィルタの直上流に酸化触媒が配置されるようにしてもよい。以下では、排気浄化装置８をパティキュレートフィルタ８と記す。

前記した吸気通路４のインタークーラ６より下流の部位と排気通路７のタービンハウジング５１より上流の部位は、ＥＧＲ通路９により相互に接続されている。ＥＧＲ通路９の途中には、該ＥＧＲ通路９を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する）の流量を調節するＥＧＲ弁１０と、該ＥＧＲ通路９を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１１が配置されている。

ＥＧＲガスの量は、吸気通路４のインタークーラ６より下流且つＥＧＲ通路９の接続部より上流の部位に配置された吸気絞り弁１２の開度、および／またはＥＧＲ弁１０の開度により調量されるようになっている。

上記した燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、及び、吸気絞り弁１２は、ＥＣＵ１３によって電気的に制御される。ＥＣＵ１３は、エアフローメータ１４、水温センサ１５、クランクポジションセンサ１６、差圧センサ１７等の各種センサと電気的に接続されている。

前記エアフローメータ１４は、吸気通路４を流れる吸気量を測定するセンサである。水温センサ１５は、内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定するセンサである。クランクポジションセンサ１６は、内燃機関１のクランクシャフトの回転位置を検出するセンサである。差圧センサ１７は、パティキュレートフィルタ８より上流の排気圧力とパティキュレートフィルタ８より下流の排気圧力との差（以下、「フィルタ前後差圧」と称する）を測定するセンサである。

ＥＣＵ１３は、上記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、及び吸気絞り弁１２を制御する。例えば、ＥＣＵ１３は、燃料噴射制御等の既知の制御に加え、本発明の要旨となるＰＭ再生制御を実行する。

ＰＭ再生制御では、ＥＣＵ１３は、パティキュレートフィルタ８に捕集されているＰＭ量（ＰＭ捕集量）ΣＰＭが所定量Ａ以上であるか否かを判別する。前記した所定量Ａは、例えば、内燃機関１に作用する背圧が許容範囲に収まるよう定められる量である。

パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量ΣＰＭを取得する方法としては、前回のＰＭ再生処理実行時からの経過時間をＰＭ捕集量ΣＰＭに換算する方法、前回のＰＭ再生処理実行時からの車両走行距離をＰＭ捕集量ΣＰＭに換算する方法、前回のＰＭ再生処理実行時からのＰＭ排出量（内燃機関１が排出するＰＭ量）を積算する方法、或いは差圧センサ１７の測定値をＰＭ捕集量ΣＰＭに換算する方法等を例示することができる。

ＥＣＵ１３は、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量ΣＰＭが前記所定量Ａ以上であると判定すると、ＰＭ再生処理を実行する。ＰＭ再生処理では、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁３からポスト噴射を行わせることにより、パティキュレートフィルタ８の温度をＰＭが酸化可能な温度域まで昇温させる。

ＥＣＵ１３は、ＰＭ再生処理実行時にパティキュレートフィルタ８に残留しているＰＭ量（以下、「ＰＭ残留量」と称する）ΣＰＭｒｅｍａｉｎを取得し、ＰＭ残留量ΣＰＭｒｅｍａｉｎが所定の再生終了値Ｂ（例えば、零）以下になると、ＰＭ再生処理の実行を終了する。

尚、前記したＰＭ残留量ΣＰＭｒｅｍａｉｎを取得する方法としては、ＰＭ酸化速度（単位時間当たりに酸化されるＰＭ量）とＰＭ再生処理実行時間との乗算値をＰＭ再生処理実行開始時のＰＭ捕集量ΣＰＭから減算する方法を例示することができる。

ＰＭ酸化速度は、パティキュレートフィルタ８の温度が高くなるほど且つパティキュレートフィルタ８へ流入する排気量（パティキュレートフィルタ８へ流入する酸素量）が多くなるほど高くなるため、フィルタ温度と流入排気量とをパラメータとして求めることができる。

ところで、内燃機関１の温度が低い時にポスト噴射が行われると、ポスト噴射燃料がシリンダボア壁面に付着して潤滑油の希釈を招く場合がある。このため、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の温度が所定温度以上であることを条件にＰＭ再生処理を実行する。

しかしながら、内燃機関１を搭載した車両は、短距離の移動を主な使用目的とされる場合がある。このような場合は、内燃機関１が短時間の運転を繰り返すことになる。そのため、内燃機関１は、所定温度以上へ昇温する前に運転停止される状態を繰り返す可能性が高い。

内燃機関１が所定温度以上へ昇温する前に運転停止される状態を繰り返すと、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量ΣＰＭが所定量Ａ以上となってもＰＭ再生処理が行われないため、パティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量ΣＰＭが過多となり、内燃機関１の背圧が過剰に高くなる虞がある。

そこで、本実施例のＰＭ再生制御では、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の温度が所定温度未満である時は、内燃機関１の温度が所定温度以上である時より再生インターバルを長くしつつＰＭ再生処理の実行を許容するようにした。

再生インターバルを長くする方法としては、前記した所定量を内燃機関１が所定温度以上である時より多い値に設定する方法を例示することができる。このような方法によれば
、内燃機関１が所定温度以上へ昇温する前に運転停止される状態を繰り返した場合であっても、潤滑油が希釈される機会を少なくしつつＰＭ再生処理を行うことが可能となる。

以下、本実施例におけるＰＭ再生制御について図２に沿って説明する。図２は、ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。このＰＭ再生制御ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１３によって所定期間毎に繰り返し実行される。

ＰＭ再生制御ルーチンでは、ＥＣＵ１３は先ずＳ１０１においてパティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量ΣＰＭを演算する。

Ｓ１０２では、内燃機関１の温度が所定温度Ｔｍｐ以上であるか否かを判別する。図２のＰＭ再生制御ルーチンでは、内燃機関１の温度は、水温センサ１５の測定値（冷却水温度）ｔｈｗで代用されているが、シリンダボア壁面の温度や気筒２内の温度を直接測定してもよく、或いは潤滑油の温度で代用されてもよい。

前記Ｓ１０２において肯定判定された場合（ｔｈｗ≧Ｔｍｐ）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０３以降において通常のＰＭ再生処理を実行する。

具体的には、ＥＣＵ１３は、先ずＳ１０３において、前記Ｓ１０１で算出されたＰＭ捕集量ΣＰＭが所定量Ａ以上であるか否かを判別する。

前記Ｓ１０３において否定判定された場合（ΣＰＭ＜Ａ）は、ＥＣＵ１３はＰＭ再生処理を実行せずに本ルーチンを終了する。一方、前記Ｓ１０３において肯定判定された場合（ΣＰＭ≧Ａ）は、ＥＣＵ１３はＳ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁３からポスト噴射を行わせることによりＰＭ再生処理の実行を開始する。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１３は、ＰＭ残留量ΣＰＭｒｅｍａｉｎを演算する。続いて、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０６へ進み、前記Ｓ１０５で算出されたＰＭ残留量ΣＰＭｒｅｍａｉｎが再生終了値Ｂ以下まで減少したか否かを判別する。

前記Ｓ１０６において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は前述したＳ１０４へ戻りＰＭ再生処理の実行を継続する。一方、前記Ｓ１０６において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０７へ進み、ＰＭ再生処理の実行を終了する。すなわち、Ｓ１０７では、ＥＣＵ１３は、ＰＭ再生処理用のポスト噴射を停止させるべく燃料噴射弁３を制御する。

また、前述したＳ１０２において否定判定された場合（ｔｈｗ＜Ｔｍｐ）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０８へ進む。Ｓ１０８では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０１で算出されたＰＭ捕集量ΣＰＭと、所定量Ａに補正値αを加算した量（＝Ａ＋α）とを比較する。補正値αは、零より大きな固定値である。

ここで、前記した所定量Ａは本発明にかかる第１所定量に相当し、前記した所定量Ａに補正値αを加算した量（＝Ａ＋α）は本発明にかかる第２所定量に相当する。

前記Ｓ１０８においてＰＭ捕集量ΣＰＭが第２所定量（＝Ａ＋α）未満であると判定された場合（ΣＰＭ＜（Ａ＋α））は、ＥＣＵ１３は、ＰＭ再生処理を実行せずに本ルーチンを終了する。一方、前記Ｓ１０８においてＰＭ捕集量ΣＰＭが第２所定量（＝Ａ＋α）以上であると判定された場合（ΣＰＭ≧（Ａ＋α））は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０４〜Ｓ１
０７においてＰＭ再生処理を実行する。

以上述べたようにＥＣＵ１３が図２のＰＭ再生制御ルーチンを実行すると、本発明にかかる取得手段、検出手段、再生手段、及び制御手段が実現される。従って、内燃機関１の温度が所定温度Ｔｍｐ以上となる前に該内燃機関１の運転が停止される状態が繰り返されるような場合は、再生インターバルを通常より長くしつつＰＭ再生処理が行われるようになる。その結果、潤滑油が希釈される機会を少なくしつつパティキュレートフィルタ８のＰＭ捕集量ΣＰＭが過多となることを防止可能となる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図３に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、補正値αが固定値である例について述べたが、本実施例では補正値αが内燃機関１の温度に応じて変更される例について述べる。

図３は、内燃機関１の温度（冷却水温度）ｔｈｗと補正値αとの関係を示す図である。図３において、補正値αは、冷却水温度ｔｈｗが所定温度Ｔｍｐ以上である時は零となるが、冷却水温度ｔｈｗが所定温度Ｔｍｐ未満である時は冷却水温度ｔｈｗが低くなるほど大きくなっている。

このように補正値αが決定されると、内燃機関１の温度が所定温度Ｔｍｐより低い場合において、内燃機関１の温度が低くなるほど再生インターバルが長くなる。

ここで、燃料噴射弁３からポスト噴射された燃料（ポスト噴射燃料）は、内燃機関１の温度が低くなるほどシリンダボア壁面に付着し易くなる。これは、内燃機関１の温度が低くなるほど潤滑油の希釈が生じ易いことを意味している。

これに対し、内燃機関１の温度が低くなるほど再生インターバルが長くなると、内燃機関１の温度が所定温度Ｔｍｐより大幅に低い場合であっても潤滑油が希釈される機会を少なくしつつＰＭ再生処理を行うことが可能となる。

＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、再生終了値Ｂが固定値である例について述べたが、本実施例では再生終了値Ｂが内燃機関１の温度に応じて変更される例について述べる。

図４は、内燃機関１の温度（冷却水温度）ｔｈｗと再生終了値Ｂとの関係を示す図である。図４において、再生終了値Ｂは、冷却水温度ｔｈｗが所定温度Ｔｍｐ以上である時は零となるが、冷却水温度ｔｈｗが所定温度Ｔｍｐ未満である時は冷却水温度ｔｈｗが低くなるほど大きくなっている。

このように再生終了値Ｂが決定されると、内燃機関１の温度が所定温度Ｔｍｐより低い場合において、内燃機関１の温度が低くなるほどＰＭ再生処理の実行期間が短くなる。

ここで、燃料噴射弁３からポスト噴射された燃料（ポスト噴射燃料）は内燃機関１の温度が低くなるほどシリンダボア壁面に付着し易くなるが、上記したように再生終了値Ｂが決定されると、内燃機関１の温度が所定温度Ｔｍｐより大幅に低い場合であっても潤滑油
の希釈を抑えつつＰＭ再生処理を行うことが可能となる。

尚、前述した第２の実施例と本実施例とは組み合わされてもよい。その場合は、内燃機関１の温度が低くなるほど再生インターバルが長くなるとともにＰＭ再生処理の実行期間が短くなる。その結果、潤滑油の希釈を最小限に抑えつつＰＭ再生処理を行うことが可能となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。内燃機関の温度と補正値αとの関係を示す図である。内燃機関の温度と再生終了値Ｂとの関係を示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・燃料噴射弁
４・・・・・吸気通路
７・・・・・排気通路
８・・・・・パティキュレートフィルタ
１３・・・・ＥＣＵ
１５・・・・水温センサ
１６・・・・クランクポジションセンサ
１７・・・・差圧センサ

Claims

内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの量を取得する取得手段と、
前記内燃機関の温度と相関する物理量を検出する検出手段と、
前記内燃機関の燃料噴射弁からポスト噴射を行わせることにより、前記パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理を行う再生手段と、
前記取得手段により取得されたＰＭ捕集量が第１所定量以上であり且つ前記検出手段により検出された物理量が所定温度以上を示す時に前記再生手段を作動させる制御手段と、を備えた内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムにおいて、
前記検出手段により検出された物理量が前記所定温度未満を示す時に前記取得手段により取得されたＰＭ捕集量が前記第１所定量より多い第２所定量以上になると、前記制御手段が前記再生手段を作動させることを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
請求項１において、前記第２所定量は、前記検出手段により検出された物理量が低温を示すほど多くされることを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
請求項１又は２において、前記制御手段は、前記検出手段により検出された物理量が低温を示すほどＰＭ再生処理の実行時間を短くすることを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
請求項１又は２において、前記制御手段は、前記ＰＭ再生処理の実行時に前記取得手段により取得されたＰＭ捕集量が基準量以下へ低下すると、ＰＭ再生処理を終了させるよう前記再生手段を制御するものであり、
前記検出手段により検出された物理量が低温を示すほど、前記基準量を増加させる補正手段を更に備えることを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。