JP2008057333A - ディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦ再生中であっても窒素酸化物ＮＯｘの排出量を増大させない排ガス浄化フィルタの再生制御装置を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジンの排気系に設けられ、排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、再生処理タイミングになったときにパティキュレートを燃焼して再生可能なフィルタと、ディーゼルエンジンの出力軸に接続され、そのエンジンの動力を駆動輪に伝達する駆動トルクを変更可能な自動変速機と、フィルタの再生処理タイミングとなったときに、ディーゼルエンジンの窒素酸化物の排出量が小さくなるように、エンジン運転を制御するエンジン制御手段(ステップＳ３，Ｓ４)と、エンジン制御手段でエンジン運転を制御しても一定車速を維持するように前記自動変速機を制御する変速制御手段(ステップＳ３，Ｓ４)とを備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、ディーゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれる微粒子を捕集除去する排ガス浄化フィルタの再生を制御する装置に関する。

ディーゼルエンジンの黒煙対策として、排ガス中に含まれるパティキュレート(粒子状物質(Particlate Matter)、以下「ＰＭ」と略す)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particlate Filter、以下「ＤＰＦ」と略す)が採用されている。ＤＰＦはＰＭを捕集し続けると目詰まりを生じるので、ＰＭがある程度堆積したタイミングで排ガス温度を上昇させて、堆積したＰＭを燃焼処理して、ＤＰＦの機能を回復する再生制御を行う必要がある。

例えば特許文献１では、ＤＰＦの再生時期になったらエンジン回転速度をダウンするとともに、無段変速機をシフトアップすることで、一定車速を維持したまま排ガス温度を高くしてＤＰＦを再生している。
特開２００４−２１１６３８号公報

しかし、特許文献１ではＤＰＦ再生中に排ガス温度を高くするので窒素酸化物ＮＯｘの排出量が増大してしまい排気性能が悪化してしまう。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、ＤＰＦ再生中であっても窒素酸化物ＮＯｘの排出量を増大させない排ガス浄化フィルタの再生制御装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、ディーゼルエンジン(２０)の排気系に設けられ、排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、再生処理タイミングになったときにパティキュレートを燃焼して再生可能なフィルタ(１１)と、前記ディーゼルエンジン(２０)の出力軸に接続され、そのエンジン(２０)の動力を駆動輪に伝達する駆動トルクを変更可能な自動変速機(３０)と、前記フィルタ(１１)の再生処理タイミングとなったときに、前記ディーゼルエンジン(２０)の窒素酸化物の排出量が小さくなるように、エンジン運転を制御するエンジン制御手段(ステップＳ３，Ｓ４)と、前記エンジン制御手段でエンジン運転を制御しても一定車速を維持するように前記自動変速機を制御する変速制御手段(ステップＳ３，Ｓ４)とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、フィルタの再生処理タイミングとなったときに、ディーゼルエンジンの窒素酸化物の排出量が小さくなるように、エンジン運転を制御するようにしたので、フィルタ再生制御中であっても窒素酸化物ＮＯｘの排出量を増加させず、排気性能を悪化させない。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置の一実施形態を示す図である。

ＤＰＦ再生制御装置１０は、ＤＰＦ１１と、差圧センサ１２と、ＤＰＦ入口温度センサ１３と、ＤＰＦ出口温度センサ１４とを備え、コントローラ４０で制御される。またコントローラ４０は、ディーゼルエンジン２０、無段変速機３０を制御して、エンジン回転速度や変速比を変更する。さらにコントローラ４０は、燃料の噴射タイミング等を制御して、必要に応じてポスト噴射や、噴射時期リタードを行う。コントローラ４０は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ４０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

ＤＰＦ１１は、ディーゼルエンジン２０から排出された排ガス中のＰＭを捕集するフィルタであり、例えば、セラミック多孔質フィルタ等を使用することができる。ＤＰＦ１１はＰＭを捕集し続けると目詰まりを生じてしまうので、ＰＭがある程度堆積したら堆積したＰＭを燃焼除去するために、ポスト噴射や、噴射時期をリタードする再生制御を行う必要がある。ＤＰＦ１１の再生特性については、図２を参照して後述する。

差圧センサ１２は、ＤＰＦ１１の入口側圧力と出口側圧力との差圧を検出する圧力差測定手段であり、差圧の大小によってＰＭ捕集状態を推定し、ＤＰＦの再生時期を判断可能にする。差圧センサ１２は、検出した差圧信号をコントローラ４０に出力する。

ＤＰＦ入口温度センサ１３は、ＤＰＦ１１の入口温度（すなわちディーゼルエンジン２０の排ガス温度）を検出する温度測定手段であり、入口温度信号をコントローラ４０に出力する。

ＤＰＦ出口温度センサ１４は、ＤＰＦ１１の出口温度を検出する温度測定手段であり、出口温度信号をコントローラ４０に出力する。

図２は、ＤＰＦの再生特性を示す線図である。横軸に排ガス温度、縦軸にＤＰＦ再生速度をとる。

この図２に示されているように、排ガス温度が低温のときはＤＰＦを再生することができないが、排ガス温度が高温（図２ではＴe以上）になるとＰＭが燃焼してＤＰＦを再生可能になる。このとき排ガス温度の上昇につれてＤＰＦ再生速度も上昇する。

図３は、エンジンの燃費性能及び排気性能を示す図である。図中、山形の線はトルク曲線である。中太実線は燃料消費率の等高線(中心に向かうほど小)を示し、細実線は窒素酸化物ＮＯｘの排出率の等高線(中心に向かうほど小)を示す。太実線は燃費が良好な運転軌跡の燃費最適線と、窒素酸化物ＮＯｘの排出量が少ない運転軌跡の排気性能最適線(ＮＯｘ排出最小ライン)とを示す。

エンジンの特性は図３のようになっており、通常は、燃費最適線と排気性能最適線とを考慮して両者のバランスを図って運転する。そして本実施形態では、ＤＰＦを再生制御するときは、窒素酸化物ＮＯｘの排出量が少なくなるように排気性能最適線に沿って運転するようにしたのである。

以下ではコントローラ４０の具体的な制御ロジックについて図４のフローチャートに沿って説明する。

ステップＳ１において、コントローラ４０は、ＤＰＦの再生時期であるか否かを判定し、再生時期になるまでは処理を抜け、再生時期になったらステップＳ２へ処理を移行する。

ステップＳ２において、コントローラ４０は、図５のマップを参照して、排気性能最適線に沿って運転したときに、排ガス温度がＤＰＦ再生可能な温度になるか否かを判定する。図５の詳細については後述する。排ガス温度がＤＰＦ再生可能な温度になるときはステップＳ３へ処理を移行し、ならないときはステップＳ４へ処理を移行する。

ステップＳ３において、コントローラ４０は、排気性能最適線上でエンジンを運転(排気性能最適運転)するとともに、変速マップを切り替えて無段変速機３０を制御して、ＤＰＦ再生制御を実行する。無段変速機３０の変速マップは例えば図６に示すものである。通常運転時は、図３の燃費最適線と排気性能最適線とを考慮して両者のバランスを図って破線に沿って変速しているが、ステップＳ３で実線に切り替えて変速制御する。この図６から明らかなように、変速マップを切り替えることで同じ車速であってもエンジン回転速度が高くなるように変速する。

ステップＳ４において、コントローラ４０は、排気性能最適線にできるだけ近く、かつＤＰＦ再生可能な排ガス温度を確保できる運転点でエンジンを運転し変速マップに基づいて無段変速機３０を制御するとともに、ＤＰＦ再生制御を実行する。

図５は、エンジンの運転状態と、車速及び排ガス温度と、の関係を示す図である。図中、山形の線はトルク曲線である。太実線は等車速線を示す。すなわちこの等車速線によれば、一定の車速を維持するために必要なエンジン回転速度及び軸トルクを知ることができる。上側の線ほど高車速であり、下側の線ほど低車速である。細実線は等排ガス温度線を示す。すなわち、この等排ガス温度線によれば、エンジン回転速度及び軸トルクから排ガス温度を知ることができる。上側の線ほど高温であり、下側の線ほど低温である。一点鎖線は、ＤＰＦ再生に必要な温度以上に排ガスの温度を上昇させることが可能か否かの境界線である。すなわち、この一点鎖線よりも上の領域は、ポスト噴射や噴射時期リタードすることで、ＤＰＦ再生可能な温度まで排ガス温度を上昇させることができる領域(ＤＰＦ再生可能領域)である。下の領域は、ポスト噴射や噴射時期リタードしても、ＤＰＦ再生が困難な温度までしか排ガス温度を上昇させることができない領域(ＤＰＦ再生困難領域)である。例えば、図５の運転点Ａ１，Ａ２，Ｂ１はＤＰＦ再生可能領域にあり、運転点Ｂ２はＤＰＦ再生困難領域にある。

例えば車速Ｖ３で走行中(図５の運転点Ａ１で運転中)にＤＰＦ再生時期となったときには、等車速線に沿って排気性能最適線まで(図５の運転点Ａ２まで)エンジン回転速度を高くしてもＤＰＦ再生可能な排ガス温度を確保できる。そこでこの場合は、エンジンを排気性能最適線上での運転(排気性能最適運転)するとともに、変速マップを図６の破線から実線に切り替えて無段変速機３０を制御するとともに、ＤＰＦ再生制御を実行する。

また車速Ｖ２で走行中(図５の運転点Ｂ１で運転中)にＤＰＦ再生時期となったときには、等車速線に沿って排気性能最適線まで(図５の運転点Ｂ２まで)エンジン回転速度を高くすると、ＤＰＦ再生が困難になる。そこでこの場合は、排気性能最適線にできるだけ近く、かつＤＰＦ再生可能な排ガス温度を確保できる運転点(例えば図５の運転点Ｂ３)でエンジンを運転するように、変速マップを切り替えて無段変速機３０を制御するとともに、ＤＰＦ再生制御を実行する。

本実施形態によれば、ＤＰＦの再生時期になったら、窒素酸化物ＮＯｘの排出量が最小となる排気性能最適線(ＮＯｘ排出最小ライン)でエンジンを運転してＤＰＦを再生制御するようにした。また排気性能最適線(ＮＯｘ排出最小ライン)でエンジンを運転してはＤＰＦ再生可能な排ガス温度を確保できないときには、排気性能最適線にできるだけ近く、かつＤＰＦ再生可能な排ガス温度を確保できる運転点でエンジンを運転するようにした。そのため、ＤＰＦ再生制御中であっても窒素酸化物ＮＯｘの排出量を増加させず、排気性能を悪化させない。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

本発明のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置の一実施形態を示す図である。 ＤＰＦの再生特性を示す図である。 エンジンの燃費性能及び排気性能を示す図である。 コントローラの具体的な制御ロジックについて説明するフローチャートである。 エンジンの運転状態と、車速及び排ガス温度と、の関係を示す図である。 無段変速機の変速マップを示す図である。

符号の説明

１０ ＤＰＦ再生制御装置１０
１１ ディーゼルパティキュレートフィルタ(ＤＰＦ)
１２ 差圧センサ
２０ ディーゼルエンジン
３０ 無段変速機
４０ コントローラ
ステップＳ２ フィルタ再生可否判定手段
ステップＳ３，Ｓ４ エンジン制御手段、変速制御手段

Claims (5)

1. ディーゼルエンジンの排気系に設けられ、排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、再生処理タイミングになったときにパティキュレートを燃焼して再生可能なフィルタと、
   前記ディーゼルエンジンの出力軸に接続され、そのエンジンの動力を駆動輪に伝達する駆動トルクを変更可能な自動変速機と、
   前記フィルタの再生処理タイミングとなったときに、前記ディーゼルエンジンの窒素酸化物の排出量が小さくなるように、エンジン運転を制御するエンジン制御手段と、
   前記エンジン制御手段でエンジン運転を制御しても一定車速を維持するように前記自動変速機を制御する変速制御手段と、
   を備えるディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置。
2. 前記変速制御手段は、前記エンジン制御手段でエンジン運転を制御しても一定車速を維持するように、変速マップを切り替える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置。
3. 前記エンジン制御手段は、前記ディーゼルエンジンの窒素酸化物の排出量が最小になるように、エンジン運転を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置。
4. 前記エンジン制御手段でエンジン運転を制御したときに、前記フィルタを再生可能か否かを判定するフィルタ再生可否判定手段を備え、
   前記エンジン制御手段は、前記フィルタを再生可能な排ガス温度範囲で前記ディーゼルエンジンの窒素酸化物の排出量が小さくなるようにエンジン運転を制御する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置。
5. 前記エンジン制御手段は、前記ディーゼルエンジンの窒素酸化物の排出量が小さくなるようにポスト噴射を行い、
   前記変速制御手段は、前記ポスト噴射に合わせて前記自動変速機を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置。