JP2008075525A

JP2008075525A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2008075525A
Application number: JP2006255062A
Authority: JP
Inventors: Isao Chiba; 勲千葉; Hiroto Takeuchi; 裕人竹内
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: EP1903200A1; EP1903200B1; JP4319672B2

Abstract

【課題】フィルタ（ＤＰＦ）に捕集された微粒子（ＰＭ）の量が過大となるような再生の優先度が高い場合、再生を早期に許可するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン（内燃機関）の温度ＴＷが第１のしきい値（例えば６０℃）以上であるとき、ＤＰＦに捕集されたＰＭ（微粒子）を燃焼させてフィルタを再生するＤＰＦ再生処理を許可するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＤＰＦに捕集されたＰＭが過大となったことを示す所定量（第２の所定値）以上となったとき（Ｓ１６，Ｓ１８）、第１のしきい値を、第１のしきい値よりも低く設定された第２のしきい値（例えば４０℃）に変更する（Ｓ２６）。
【選択図】図２

Description

この発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳しくは内燃機関の排気系に配置されたフィルタ（Diesel Particulate Filter。ディーゼルパーティキュレートフィルタ）の再生処理についての装置に関する。

内燃機関、具体的にはディーゼルエンジンの排気系には、排ガス（排気）中の未燃ＨＣ（炭化水素）などの固形の微粒子（Particulate MatterパーティキュレートマターあるいはＰＭ）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）が配置される。フィルタに捕集される微粒子の堆積量が増加すると目詰まりを起こすことから、燃焼させてフィルタを再生する必要がある。

ところで、下記の特許文献１にあっては、機関冷却水温が所定値未満であるとき、フィルタ再生を許可しないことで、失火や白煙が発生するのを防止する技術を提案している。
特開２００５−２８２４７８号公報

特許文献１記載の技術によれば冷機時にフィルタ再生処理を行うことによる不具合を回避することはできるが、その結果、フィルタに捕集された微粒子の量が過大となるような再生の優先度が高い場合でも、再生が許可されるまで時間がかかり、再生を促進できない不都合がある。例えば、フィルタに微粒子がかなり堆積した状態にあるとき、低外気温でコールドスタートしたような場合である。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、フィルタに捕集された微粒子の量が過大となるような再生の優先度が高い場合、再生を早期に許可するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、排気系に配置されて排気中の微粒子を捕集するフィルタを備えると共に、前記内燃機関の温度が第１のしきい値以上であるとき、前記フィルタに捕集された微粒子を燃焼させて前記フィルタを再生するフィルタ再生処理を許可するようにした内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに捕集された微粒子が過大となったことを示す所定量以上となったとき、前記第１のしきい値を、前記第１のしきい値よりも低く設定された第２のしきい値に変更する如く構成した。

請求項２に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、前記フィルタに捕集された微粒子が過大となったことを示す所定量以上となったとき、運転者に前記フィルタ再生処理を可能とする負荷増加走行を行うように督促する如く構成した。

請求項１に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の温度が第１のしきい値以上であるとき、フィルタに捕集された微粒子を燃焼させて再生するフィルタ再生処理を許可するようにした内燃機関の排気浄化装置において、フィルタに捕集された微粒子が過大となったことを示す所定量以上となったとき、第１のしきい値を、それよりも低く設定された第２のしきい値に変更する如く構成したので、捕集された微粒子の量が過大となるような再生の優先が高い場合、フィルタ再生処理を早期に許可することができ、フィルタ再生処理を促進して早期に完了することができる。

請求項２に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、フィルタに捕集された微粒子が過大となったことを示す所定量以上となったとき、運転者にフィルタ再生処理を可能とする負荷増加走行を行うように督促する如く構成したので、上記した効果に加え、フィルタ再生処理を迅速に行うことができると共に、負荷増加走行を早期に開始できるため、その走行時間を短縮することができる。従って、例えば、フィルタに微粒子がかなり堆積した状態にあるときに低外気温でコールドスタートしたような場合であっても、フィルタ再生処理を迅速に行うことができ、運転者の負担を軽減することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る内燃機関の排気浄化装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を全体的に示す概略図である。

図１において、符号１０は、４気筒の内燃機関、より具体的にはディーゼルエンジン（以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０において、エアクリーナ（図示せず）から吸入された空気は吸気管とそれに連続する吸気マニホルドからなる吸気系１２を流れ、それぞれの気筒の吸気バルブ（図示せず）が開弁すると共に、ピストン（図示せず）が下降するとき、燃焼室（図示せず）に吸入され、ピストンの上昇によって圧縮される。

燃料タンク（図示せず）に貯留された燃料（軽油）はポンプおよびコモンレール（共に図示せず）を介してそれぞれの気筒の燃焼室を臨む位置に配置されたインジェクタ１４に供給され、ＥＣＵ（後述）によって駆動回路（図示せず）を介してインジェクタ１４が駆動（開弁）されるとき、燃焼室に噴射され、圧縮されて高温となった吸入空気に触れて自然着火して燃焼する。それによってピストンは下方に駆動された後、再び上昇し、排気バルブ（図示せず）が開弁するとき、排ガス（排気）を排気マニホルドとそれに連続する排気管からなる排気系１６に排出する。

排気系１６の適宜位置には、白金などからなる酸化触媒装置２０が配置されると共に、その下流（排ガスの流れにおいて）には排ガス中の未燃ＨＣ（炭化水素）などの固形の微粒子（Particulate Matterパーティキュレートマター。以下「ＰＭ」という）を捕集するフィルタ（Diesel Particulate Filter。以下「ＤＰＦ」という）２２が配置される。

ＤＰＦ２２はセラミック製のハニカムフィルタからなり、その内部に上流側端部が閉塞されて下流側端部が開放された排ガス通路と、上流側端部が開放されて下流側端部が閉塞された排ガス通路とが交互に配列されると共に、隣接する通路間には１０μｍ程度の孔径の多数の孔が穿設された壁面が形成されてなる。

ＤＰＦ２２の下流（排ガスの流れにおいて）には、排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）成分を吸着するＮＯｘ触媒装置（Lean NOx Catalyst。以下「ＬＮＣ」という）２４が配置される。ＬＮＣ２４は、白金などを担体上に担持させたＮＯｘ触媒装置、あるいは金属炭化物または金属窒化物から選ばれる担体上にイリジウムとアルカリ土類金属を共存担持させた選択還元型のＮＯｘ触媒装置のいずれかからなる。

上記した構成において、排ガスは酸化触媒装置２０が酸化雰囲気にあるとき、そこでＣＯ（一酸化炭素）とＨＣ（炭化水素）が酸化・除去されて下流に流れ、その中の未燃ＨＣ（炭化水素）などのＰＭがＤＰＦ２２の壁面に穿設された孔で捕集される。

排ガスは次いでＬＮＣ２４に至り、リーン雰囲気にあるとき、その中のＮＯｘ（窒素酸化物）成分およびＳＯｘ（硫黄酸化物）が、ＬＮＣ２４で吸着されて浄化された後、エンジン外へと排出される。ＬＮＣ２４に吸着されたＮＯｘおよびＳＯｘは、高温の還元雰囲気において還元作用によってＳ_２あるいはＮ_２に還元されて浄化される。

吸気系１２の適宜位置には吸気絞り装置２６が配置される。吸気絞り装置２６はバルブ２６ａと、それに接続される電動モータなどのアクチュエータ２６ｂを備える。吸気絞り装置２６において、ＥＣＵ（後述）によって駆動回路（図示せず）を介してアクチュエータ２６ｂが駆動されるとき、それに応じてバルブ２６ａが閉鎖方向に駆動されて吸気管の開度を絞り方向に調整し、そこを通過する吸気量を減少させる。

排気管と吸気管との間にはＥＧＲ管３０が設けられて排気系と吸気系を接続すると共に、ＥＧＲ管３０にはＥＧＲバルブ３０ａが設けられ、ＥＧＲ管３０を開閉する。ＥＧＲバルブ３０ａは、ＥＣＵ（後述）によって駆動回路（図示せず）を介して作動させられるとき、ＥＧＲ管３０から排ガスの一部を吸気系に還流させる。

エンジン１０のクランク軸（図示せず）の付近には複数組の電磁ピックアップからなるクランク角センサ３４が配置され、気筒判別信号を出力すると共に、４気筒のそれぞれのＴＤＣあるいはその付近でＴＤＣ信号を出力し、さらに所定クランク角度ごとにクランク角度信号を出力する。

吸気系１２において吸気管の適宜位置にはエアフローメータ３６が配置され、吸入空気量（エンジン負荷を示す）に応じた信号を出力すると共に、エンジン１０の冷却水通路の付近には水温センサ４０が設けられ、エンジン冷却水温ＴＷに応じた信号を出力する。

車両運転席（図示せず）の床面に配置されたアクセルペダル４２の付近にはアクセル位置センサ４４が配置され、アクセルペダルの位置（踏み込み量。エンジン負荷を示す）ＡＰに応じた信号を出力する。

排気系１６において、酸化触媒装置２０の上流位置には広域空燃比センサ４６が配置され、その部位を流れる排ガス中の酸素濃度に比例した出力を生じると共に、酸化触媒装置２０の下流でＤＰＦ２２の上流の位置には第１の温度センサ５０が配置され、ＤＰＦ２２に流入する排ガス温度に比例した出力を生じる。

ＤＰＦ２２には差圧センサ５２が配置され、ＤＰＦ２２に流入する排ガスの圧力とＤＰＦ２２から流出する排気の圧力の差圧Ｐに比例した出力を生じる。ＤＰＦ２２の下流でＬＮＣ２４の上流の位置には第２の温度センサ５４が配置され、ＬＮＣ２４に流入する排ガス温度に比例した出力を生じる。

上記したセンサ群の出力は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）６０に送られる。ＥＣＵ６０はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなるマイクロコンピュータおよび図示しない入出力回路およびカウンタなどを備える。ＥＣＵ６０は、センサ群の出力の中、クランク角センサ３４から出力されるクランク角度信号をカウンタでカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出（算出）する。

車両運転席のダッシュボード（図示せず）には、インディケータ６２が配置される。インディケータ６２はＥＣＵ６０に電気的に接続され、ＥＣＵ６０の出力に応じて点滅する。

尚、エンジン１０には排気系１６に配置されたタービンと吸気系１２に配置されてタービンで駆動されるコンプレッサからなるターボチャージャが設けられるが、この実施例は排気浄化装置に関することから、説明の簡略化のため、図示と説明を省略した。エンジン１０の通常の制御に使用される他のセンサなどの図示および説明も同様の理由から省略した。

次いで、図１に示すディーゼルエンジンの排気浄化装置の動作を、図２フロー・チャートを参照して説明する。

尚、図２に示す動作はＥＣＵ６０によって所定時間、例えば１００ｍｓｅｃごとに実行される。

以下説明すると、Ｓ１０において再生フラグのビットが１にセットされているか否か判断する。このフラグのビットの初期値は０であることからＳ１０の判断は通例否定されてＳ１２に進み、ＤＰＦ２２に捕集された（堆積した）ＰＭ量が第１の所定値以上か否か判断する。

Ｓ１２で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１４に進み、上記した再生フラグのビットを１にセットする。再生フラグのビットを１にセットすることは、ＤＰＦ２２の再生処理を許可可能な状態にすることを意味する。

その意味から、第１の所定値はＤＰＦ２２の再生処理が許可可能な状態にあることを判別するに足る程度の値に設定される。尚、ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭ量は、差圧センサ５２の出力から得られるＤＰＦ差圧Ｐを適宜換算することで推定（算出）する。

次いでＳ１６に進み、ＰＭ量が第２の所定値以上か否か判断する。第２の所定値は、前記したＤＰＦ２２に捕集された微粒子が過大となったことを示す所定量を意味する。従って、第２の所定値は第１の所定値よりも大きな値に設定される。

Ｓ１６で肯定されるときはＳ１８に進み、点滅フラグのビットを１にセットする。これにより、インディケータ６２が点滅され、運転者はＤＰＦ２２の再生処理を可能とする負荷増加走行を行うように督促される。この負荷増加走行は、渋滞しがちな街中よりも、郊外あるいは高速道路などを走行することで達成される。尚、Ｓ１６で否定されるときはＳ１８をスキップする。

次いでＳ２０に進み、点滅フラグのビットが１にセットされているか否か判断し、否定されるときはＳ２２に進み、検出されたエンジン冷却水温ＴＷが第１のしきい値（例えば６０℃）以上であるか否か判断する。

Ｓ２２で肯定されるときはエンジン１０の温度（より具体的には冷却水温ＴＷが第１のしきい値以上であることからＳ２４に進み、ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭを燃焼させてＤＰＦ２２を再生するＤＰＦ再生処理を許可する。

他方、Ｓ２０で肯定されるときはＳ２６に進み、検出されたエンジン冷却水温ＴＷが第２のしきい値（例えば４０℃）以上であるか否か判断し、肯定されるときはＳ２４に進み、ＤＰＦ再生処理を許可する。

即ち、ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭが過大となったことを示す所定量（第２の所定値）以上となったとき、第１のしきい値を、第１のしきい値よりも低く設定された第２のしきい値に変更して比較する。

尚、Ｓ２２で否定されるときは、エンジン１０の温度（冷却水温ＴＷ）が低く、ＤＰＦ２２の再生処理が適切に実行できない可能性があり、かつＤＰＦ２２に捕集されたＰＭが過大となるような優先度が存在しないので、ＤＰＦ再生処理を許可しない。また、Ｓ２６で否定されるときも、ＤＰＦ再生処理を適切に実行できない可能性があるため、許可しないようにした。

またＳ１０で肯定されるときはＳ２８に進み、ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭ量が第３の所定値以下か否か判断する。第３の所定値は零あるいは零付近の値に設定される。

Ｓ２８で否定されるときはＳ１６に進んで上記した処理を行う一方、肯定されるときはＤＰＦ２２に捕集されたＰＭ量が零あるいは零付近であって再生あるいは督促が不要となったと判断されることからＳ３０に進み、前記した再生フラグのビットを０にリセットし、Ｓ３２に進み、前記した点滅フラグのビットを０にリセットしてプログラムを終了する。

上記の如く、この実施例においては、エンジン（内燃機関）１０の排気系１６に配置されて排気中のＰＭ（微粒子）を捕集するＤＰＦ（フィルタ）２２を備えると共に、前記エンジン（内燃機関）の温度（エンジン冷却水温）ＴＷが第１のしきい値（例えば６０℃）以上であるとき、前記ＤＰＦ（フィルタ）２２に捕集されたＰＭ（微粒子）を燃焼させて前記フィルタを再生するフィルタ再生処理を許可するようにした内燃機関の排気浄化装置において、前記ＤＰＦ（フィルタ）２２に捕集されたＰＭ（微粒子）が過大となったことを示す所定量（第２の所定値）以上となったとき（Ｓ１６，Ｓ１８）、前記第１のしきい値を、前記第１のしきい値よりも低く設定された第２のしきい値（例えば４０℃）に変更する（Ｓ２６）如く構成した。

これによりＤＰＦ２２に捕集されたＰＭ量が過大となるような再生の優先度が高い場合、ＤＰＦ再生処理を早期に許可することができ、ＤＰＦ再生処理を促進して早期に完了することができる。

また、前記ＤＰＦ（フィルタ）２２に捕集されたＰＭ（微粒子）が過大となったことを示す所定量（第２の所定値）以上となったとき、運転者にフィルタ再生処理を可能とする負荷増加走行を行うように督促する（Ｓ１６，Ｓ１８）如く構成したので、上記した効果に加え、ＤＰＦ（フィルタ）再生処理を迅速に行うことができると共に、負荷増加走行を早期に開始できるため、その走行時間を短縮することができる。従って、例えば、ＤＰＦ（フィルタ）２２にＰＭ（微粒子）がかなり堆積した状態にあるときに低外気温でコールドスタートしたような場合であっても、ＤＰＦ（フィルタ）再生処理を迅速に行うことができ、運転者の負担を軽減することができる。

尚、上記においてＤＰＦ２２に捕集されたＰＭ量を差圧から推定（算出）したが、運転状態（エンジン回転数および燃料噴射量など）から推定（算出）しても良い。

さらに、エンジンの温度としてエンジン冷却水温を用いたが、それに限られるものではなく、エンジンの温度を示すパラメータであれば、どのようなものを用いても良い。例えばエンジンの雰囲気温度や周辺温度を検出して用いても良く、あるいは油温などを用いても良い。

さらに、この発明を車両用のエンジンを例にとって説明したが、この発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶用推進機関用エンジンにも適用が可能である。

この発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を全体的に示す概略図である。図１に示す装置の動作を示すフロー・チャートである。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン（内燃機関。エンジン）、２０酸化触媒装置、２２ＤＰＦ（フィルタ）、２４ＬＮＣ（ＮＯｘ触媒装置）、４０水温センサ、５２差圧センサ、６０ＥＣＵ（電子制御ユニット）、６２インディケータ

Claims

排気系に配置されて排気中の微粒子を捕集するフィルタを備えると共に、前記内燃機関の温度が第１のしきい値以上であるとき、前記フィルタに捕集された微粒子を燃焼させて前記フィルタを再生するフィルタ再生処理を許可するようにした内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに捕集された微粒子が過大となったことを示す所定量以上となったとき、前記第１のしきい値を、前記第１のしきい値よりも低く設定された第２のしきい値に変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記フィルタに捕集された微粒子が過大となったことを示す所定量以上となったとき、運転者に前記フィルタ再生処理を可能とする負荷増加走行を行うように督促することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。