JP2008261301A - 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦの強制再生開始時期を、ＤＰＦの前後差圧に基づいて判断する排気ガス浄化システムにおいて、差圧センサの導入管の排気通路側を掃気でき、この部分に堆積したＰＭや煤を吹き飛ばして、この部分の閉塞を防止することができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】ターボチャージャー５のタービン５ｂの上流側と第１導入管１１ａ，１１ｂとを合流点で接続する逆洗用通路１１ｄを設けると共に、逆洗用通路１１ｄの開閉を行う制御弁１１ｅを設け、ターボチャージャー５のブースト圧が所定の判定値を超えたときに、制御弁１１ｅを開弁して、タービン５ｂの上流側から排気ガスを逆洗用通路１１ｄを通じて第１導入管上流部１１ａに導入して掃気する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の強制再生開始時期を、ＤＰＦの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）をディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集する排気ガス浄化装置の一つに連続再生型ＤＰＦ装置がある。

この連続再生型ＤＰＦ装置では、排気ガス温度が約３５０℃以上の時には、フィルタに捕集されたＰＭは連続的に燃焼して浄化され、フィルタは自己再生するが、低速低負荷等の排気温度が低い場合には、触媒の温度が低下して触媒が活性化していないため、ＰＭを酸化してフィルタを自己再生することが困難となる。そのため、ＰＭのフィルタへの堆積により目詰まりが進行するため、この目詰まりによる排圧上昇の問題が生じる。

そこで、フィルタへのＰＭ堆積量が所定の量（閾値）を超えたときに、シリンダ内（筒内）におけるマルチ噴射（多段遅延噴射）やポスト噴射（後噴射）等により、排気ガスを強制的に昇温させて、捕集ＰＭを強制的に燃焼除去する強制再生を行う。この強制再生では、ポスト噴射等によって排気ガス中に供給されたＨＣ（炭化水素）を、フィルタの上流側に配置された酸化触媒やフィルタに担持した酸化触媒で酸化させることにより、この酸化反応熱を利用して、フィルタ入口やフィルタ表面の排気ガス温度を上昇させ、フィルタに蓄積されたＰＭが燃焼する温度以上にフィルタを昇温して、ＰＭを燃焼除去する。

この強制再生は、手動再生で行う場合と自動再生で行う場合とがある。手動再生の場合には、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、運転者に警告を出して、この警告を受けた運転者が、強制再生の開始用のボタンを押すことで、強制再生を行う。一方、自動再生では、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、特に運転者に警告を出すことなく、自動で走行中であっても強制再生を行う。

このような排気ガス浄化システムでは、ＰＭの捕集量検出手段（ＤＰＦの前後差圧、あるいは、一定の時間経過）による判定と、前回のＤＰＦの強制再生処理からの走行距離による判定とを組み合わせて、手動再生や自動再生における強制再生開始時期を判断することが行われている。

図４に示すような排気ガス浄化システム１Ｘでは、酸化触媒１０ａと触媒付きフィルタ１０ｂとからなるＤＰＦ装置１０の再生制御の開始の判断等のために、差圧センサ１１でＤＰＦ装置１０の前後差圧を検出し、この差圧からＤＰＦ装置１０へのＰＭの堆積量を推定する。つまり、ＤＰＦ装置１０の入口圧と出口圧の圧力差（差圧）によってＤＰＦ装置１０に捕集されたＰＭの量を判定している。

しかしながら、この差圧センサ１１への排気ガスを導入する導入口１１ａａに、ＰＭが付着・堆積して差圧センサ１１への導入管１１ａが閉塞してしまうために，正確な差圧を検出することができなくなるという問題がある。

この入口圧と出口圧を採っている導入管１１ａ，１１ｃは排気ガスの圧力を計測するためのものであるため、内径６〜８ｍｍφ程度の管で形成してある。この導入管１１ａ，１１ｃの管内は排気ガスが流れないため、特に入口圧側の管１１ａの先端部１１ａａやその近傍に煤が付着し易い。この煤に冷間起動（コールドスタート）時の未燃の燃料やオイル分が付着し、また、更に、煤が付着するので、この悪循環で徐々に導入管１１ａの内径が細くなり、最終的には閉塞状態となって、正常な圧力値が差圧となって出力されなくなってしまう。

そのため、ＤＰＦ装置１０の強制再生制御が不正確となり、ＤＰＦ装置１０に捕集された排気ガス中のＰＭが燃焼除去されずに堆積し続けたり、堆積したＰＭが一気に燃焼する熱暴走を起こしたりして、ＤＰＦ装置１０の浄化機能の再生できなくなってしまう。

従って、導入管１１ａの導入口１１ａａを洗浄する必要があり、従来技術においては圧縮空気等で導入管内を掃気して逆洗浄をしていた。例えば、ＤＰＦ装置の上流の分岐通路の差圧センサのＰＭを給気手段で掃気したり、ＤＰＦ装置の上流の分岐通路のセンサフィルタのＰＭをエアで掃気したりしてブロワーからの圧力空気を吹き付け（逆洗）で除去している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
特開平０７−０８３０３２号公報 特開平０５−０８６８３７号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を浄化するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の強制再生開始時期を、ＤＰＦの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムにおいて、差圧センサの導入管の部分に堆積したＰＭや煤を吹き飛ばして、この部分の閉塞を防止することができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置と該ディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧を測定する差圧センサと、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路とを連通する第１導入管と、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの下流側の前記排気通路とを連通する第２導入管とを備えるとともに、前記排気ガス浄化装置の上流側の前記排気通路にターボチャージャーのタービンを設けた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記タービンの上流側と前記第１導入管とを接続する逆洗用通路を設けると共に、該逆洗用通路の開閉を行う制御弁を設け、ブースト圧が所定の判定値を超えたときに、前記制御弁を開弁して、前記タービンの上流側から排気ガスを前記逆洗用通路を通じて前記第１導入管上流部に導入することを特徴とする。この方法によれば、ターボチャージャーのタービンより上流側の高い圧力の排気ガスにより、差圧センサの排気ガスの取り入れ口のある第１導入管上流部を掃気できる。

そして、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置と該ディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧を測定する差圧センサと、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路とを連通する第１導入管と、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの下流側の前記排気通路とを連通する第２導入管とを備えるとともに、前記排気ガス浄化装置の上流側の前記排気通路にターボチャージャーのタービンを設けた排気ガス浄化システムにおいて、前記タービンの上流側と前記第１導入管とを接続する逆洗用通路を設けると共に、該逆洗用通路の開閉を行う制御弁を設け、ブースト圧が所定の判定値を超えたときに、前記制御弁を開弁して、前記タービンの上流側から排気ガスを前記逆洗用通路を通じて前記第１導入管上流部に導入する制御装置を備えて構成される。この構成によれば、ターボチャージャーのタービンより上流側の高い圧力の排気ガスにより、差圧センサの排気ガスの取り入れ口のある第１導入管上流部を掃気できる。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御弁として、前記ターボチャージャーのウェストゲートバルブを用いるように構成すると、このウェストゲートバルブはブースト圧が設定値以上になったときに、タービン５ｂの駆動を低減してコンプレッサー５ａによる加圧を抑制するために、排気ガスをタービン５ｂを迂回させて圧力を逃がすので、この迂回する排気ガスを利用して導入管上流部１１ａの掃気を行うことができる。そのため、掃気のための新たな制御弁の配設や制御弁の制御が不要になる。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御弁として、三方弁を用い、前記逆洗用通路側を開弁すると同時に前記第１導入管下流部側を閉弁するように構成すると、差圧センサに掃気時の圧力が加わらなくなり、差圧センサに対する掃気の影響を低減できる。

なお、この排気ガス浄化システムの例としては、内燃機関の排気通路に上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とＤＰＦを配置した排気ガス浄化装置や、内燃機関の排気通路に酸化触媒を担持したＤＰＦを配置した排気ガス浄化装置等を備えた排気ガス浄化システムがある。

本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、ターボチャージャーのタービンより上流側の高い圧力の排気ガスにより、差圧センサの排気ガスの取り入れ口のある第１導入管上流部を掃気できるので、ＤＰＦの再生用の差圧センサの排気ガスの取り入れ口にＰＭや煤が付着して閉塞するのを防止することができ、これにより、正確な強制再生制御を行うことができる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。

この排気ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン（内燃機関）２の吸気マニホールド２ａに接続された吸気通路３に、エアクリーナー４とターボチャージャー５のコンプレッサー５ａとインタークーラー６とを備えると共に、排気マニホールド２ｂに接続された排気通路７に、ターボチャージャー５のタービン５ｂと排気ガス浄化装置１０とを備えて構成される。

この排気ガス浄化装置１０は、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置の一つであり、上流側に酸化触媒装置１０ａを、下流側に触媒付きフィルタ装置（ＤＰＦ）１０ｂを配置して構成される。また、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲクーラ９とＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁（図示しない）が設けられる。

酸化触媒装置１０ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。触媒付きフィルタ装置１０ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は、多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。

また、排気ガス浄化装置１０の前後差圧を測定する差圧センサ１１が、触媒付きフィルタ装置１０ｂのＰＭの堆積量を推定するために設けられる。この差圧センサ１１と排気ガス浄化装置１０の上流側の排気通路７とを連通する第１導入管（圧管）１１ａ，１１ｂと、差圧センサ１１と排気ガス浄化装置１０の下流側の排気通路７とを連通する第２導入管（圧管）１１ｃとが形成される。

この第１導入管上流部（ＤＰＦ入口圧管）１１ａの排気通路７との接合部分は、通常は、排気通路７に凹部を設けて、この凹部に配管の一部を突出させるようにして接続する。また、第１導入管上流部（ＤＰＦ入口圧管）１１ａが斜め上流側から排気通路７に接合すると、第１導入管上流部（ＤＰＦ入口圧管）１１ａを排気通路７に略垂直に接合する場合よりも、ＰＭや煤が付着し難く、また堆積し難くなるので、より好ましい。

そして、本発明においては、図１〜図３に示すように、タービン５ｂの上流側である排気マニホールード２ｂと第１導入管１１ａ，１１ｂとを接続する逆洗用通路（掃気用通路）１１ｄを設け、この逆洗用通路の開閉を行う制御弁である三方式電磁弁１１ｅを設ける。

この図１〜図３の実施の形態では、この制御弁１１ｅは、排気通路７側の第１導入管上流部１１ａを、差圧センサ１１側の第１導入管下流部１１ｂと逆洗用通路１１ｄのいずれかに連通させる三方式電磁弁で形成されている。つまり、掃気用の配管である逆洗用通路１１ｄの一方をタービン５ｂの上流側に接続して、他方を差圧センサ１１への入口側の第１導入管１１ａ，１１ｂの間に接続して設け、逆洗用通路１１ｄと第１導入管上流部（ＤＰＦ入口圧管）１１ａと第１導入管下流部１１ｂとを三方式電磁弁１１ｅで接続配管する。

この三方式電磁弁１１ｅはＰＭの詰まりがないとの実績があるため、ここで使用しているが、三方式電磁弁の代りに逆洗用通路１１ｄに設けた開閉弁を使用してもよい。なお、この開閉弁使用の場合で、逆洗用通路１１ｄを開通したときに、第１導入管下流部１１ｂを閉鎖するときには、更に、第１導入管下流部１１ｂを閉鎖する開閉弁を設け、２個の開閉弁の同時操作により、排気ガスの通路切替を行う。

そして、この三方式電磁弁１１ｅを開閉制御する制御装置１２を備える。この制御装置１２は通常はエンジン２の全般の運転を制御するＥＣＭと呼ばれるエンジン制御装置に組み込まれて構成される。この制御装置１２は、ターボチャージャー５のブースト圧（過給圧）を監視し、ブースト圧が所定の判定値を超えたときに、この三方式電磁弁１１ｅを操作して、タービン５ｂの上流側からの排気ガスを逆洗用通路１１ｄを通じて第１導入管上流部１１ａに導入する。

つまり、通常時は、図２に示すように、この三方式電磁弁３１ｅは、第１導入管上流部１１ａを第１導入管下流部１１ｂに連通させ、逆洗用通路１１ｄ側を閉塞している。この場合は、排気ガスの圧力は、第１導入管上流部１１ａと第１導入管下流部１１ｂを経由して差圧センサ１１に伝達される。これにより、差圧センサ１１で検出した差圧により、触媒付きフィルタ装置１０ｂへのＰＭや煤の堆積量を監視することができる。

一方、ブースト圧が所定の判定値よりも大きく、タービン５ｂの上流側の排気ガスの圧力が高くなった場合には、三方式電磁弁１１ｅの操作により、図３に示すように、第１導入管上流部１１ａの連通先を、第１導入管下流部１１ｂから逆洗用通路１１ｄに変更する。この変更により、タービン５ｂの上流側から排気ガスＧが逆洗用通路１１ｄを通じて第１導入管上流部１１ａに導入される。

これにより、圧力が高い排気ガスＧで、第１導入管上流部１１ａを掃気することができる。この掃気により、特にＰＭや煤が付着及び堆積し易い導入管上流部１１ａの排気ガス取り入れ口１１ａａのＰＭや煤が吹き飛ばされて綺麗になる。なお、掃気用の排気ガスの圧力が高くなり過ぎると予想される場合には、制御弁１１ｅの上流側の逆洗用通路１１ｄに調圧弁を設けて、排気ガスの圧力を調整する。

つまり、本発明では、ターボチャージャー５を使用する車両においては、タービン５ｂの上流側の排気ガスの圧力が高くなるときがあるので、このような状態で、上記の配管構成及び三方式電磁弁１１ｅの操作により、特にＰＭや煤が付着及び堆積し易い導入管上流部１１ａの管内や排気ガス取り入れ口１１ａａの部分を掃気して、この部分の導通を確保する。

また、三方式電磁弁１１ｅの代りに、タービン５ｂに設けられるウェストゲートバルブ（ＷＧ／Ｖ）を用いて、このウェストゲートバルブが開放されたときに流れる排気ガスを逆洗用通路１１ｄに導入する構成としてもよい。このウェストゲートバルブは、ブースト圧が設定値以上になったときに、タービン５ｂの駆動を低減してコンプレッサー５ａによる加圧を抑制するために開弁され、排気ガスをタービン５ｂを迂回させて圧力を逃がすので、この迂回する排気ガスは導入管上流部１１ａの掃気に適している。

なお、導入管上流部１１ａのＰＭ等の堆積状態や掃気に使用される排気ガス中のＰＭや煤の状態を考えると次のように構成することが好ましい。

この三方式電磁弁１１ｅの作動は差圧センサ１１の検出値に応じて決定される所定の時期においてのみ、より具体的には、差圧センサ１１の検出値が所定の判定値よりも大きい時期のみ、通路変更操作を行うように構成する。この構成により、実質的な効果がある時のみ三方式電磁弁１１ｅの作動と導入管上流部１１ａの掃気を行うようになるので、三方式電磁弁１１ｅの作動の頻度及び導入管上流部１１ａの掃気の頻度を減少させることができる。

ここで差圧センサ１１の検出値が所定の判定値よりも大きい時期のみとしたのは、単に差圧が大きい時は、堆積量が多く再生が近い時であるので、閉塞による測定の誤りの機会を少なくするために、逆洗のサイクルを短くするためである。なお、差圧センサ１１の検出値が所定の２つの判定値の間であったり、所定の判定値以下であるように構成してもよい。

更には、強制再生後の所定の時間（例えば数分）の間における車両の減速時及び制動時では、比較的ＰＭの少ない、汚れていない排気ガスとなり、しかも、再生後の数分間は、差圧を測定する必要性が薄いので、三方式電磁弁１１ｅの作動による掃気は、排気ガス浄化装置１０の強制再生後の所定の時間の間における車両の減速時及び制動時に行うことが好ましい。また、これにより、ＰＭの燃え残りの有無を確認するという効果もある。

また、停車中の強制再生時にこの掃気を行うと差圧が見れないので好ましくなく、強制再生完了後に掃気を行うのが好ましい。また、停車中では排気ガスが少なく差圧が小さくなって検出が難しいので、強制再生完了後の所定の時間だけ掃気する。

上記の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム１によれば、連続再生型ＤＰＦ装置１０の再生用の差圧センサ１１の排気ガスの取り入れ口１１ａａに、ＰＭや煤が付着して閉塞するのを防止することができ、これにより、正確な強制再生制御を行うことができる。

なお、上記の実施の形態では、排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置としては、上流側の酸化触媒装置１０ａと下流側の触媒付きフィルタ１０ｂとの組み合わせを例にして説明したが、酸化触媒を担持したフィルタであってもよい。更に、酸化触媒１０ａの上流側に未燃燃料（ＨＣ）を供給する方法としてポスト噴射で説明したが、排気通路７に未燃燃料供給装置を配置して、この未燃燃料供給装置から直接排気通路７内に未燃燃料を噴射する排気管内直接噴射の方法を採用してもよい。

本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの差圧センサの周囲の構成を示す図である。 差圧センサの周囲の差圧計測時の連通状態を示す図である。 差圧センサの周囲の掃気時の連通状態を示す図である。 従来技術の排気ガス浄化システムの差圧センサの周囲の構成を示す図である。

符号の説明

１ 排気ガス浄化システム
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
５ ターボチャージャー
５ａ コンプレッサー
５ｂ タービン
７ 排気通路
１０ 連続再生型ＤＰＦ装置
１０ａ 酸化触媒
１０ｂ 触媒付きフィルタ
１１ 差圧センサ
１１ａ 第１導入管上流部
１１ａａ 取り入れ口
１１ｂ 第１導入管下流部
１１ｃ 第２導入管
１１ｄ 逆洗用通路
１１ｅ 三方式電磁弁
１２ 制御装置

Claims (4)

1. 車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置と該ディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧を測定する差圧センサと、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路とを連通する第１導入管と、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの下流側の前記排気通路とを連通する第２導入管とを備えるとともに、前記排気ガス浄化装置の上流側の前記排気通路にターボチャージャーのタービンを設けた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、
   前記タービンの上流側と前記第１導入管とを接続する逆洗用通路を設けると共に、該逆洗用通路の開閉を行う制御弁を設け、ブースト圧が所定の判定値を超えたときに、前記制御弁を開弁して、前記タービンの上流側から排気ガスを前記逆洗用通路を通じて前記第１導入管上流部に導入することを特徴とする排気ガス浄化方法。
2. 車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置と該ディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧を測定する差圧センサと、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路とを連通する第１導入管と、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの下流側の前記排気通路とを連通する第２導入管とを備えるとともに、前記排気ガス浄化装置の上流側の前記排気通路にターボチャージャーのタービンを設けた排気ガス浄化システムにおいて、
   前記タービンの上流側と前記第１導入管とを接続する逆洗用通路を設けると共に、該逆洗用通路の開閉を行う制御弁を設け、ブースト圧が所定の判定値を超えたときに、前記制御弁を開弁して、前記タービンの上流側から排気ガスを前記逆洗用通路を通じて前記第１導入管上流部に導入する制御装置を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
3. 前記制御弁として、三方弁を用い、前記逆洗用通路側を開弁すると同時に前記第１導入管下流部側を閉弁することを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化システム。
4. 前記制御弁として、前記ターボチャージャーのウェストゲートバルブを用いることを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化システム。

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