JP2008308996A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ再生処理の実行中に車両停止や低速走行状態になった場合においても、フィルタ再生処理を継続することを可能にする技術を提供する。
【解決手段】排気中のＰＭを捕集するフィルタと、フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去させるフィルタ再生処理を実行する手段と、フィルタの温度を取得するフィルタ温度取得手段と、内燃機関が搭載された車両の車速を取得する車速取得手段と、内燃機関に搭載された熱交換器の冷却用に搭載された冷却用ファンと、を備え、フィルタは冷却用ファンによる送風が到達可能な位置に設けられており、フィルタ再生処理を実行中に、フィルタ温度取得手段によって取得される温度が所定温度以上で、且つ、車速取得手段によって取得される車速が所定車速以下である場合に、冷却用ファンを強制駆動させる又は冷却用ファンの回転数を増加させることによってフィルタ周辺に送風するフィルタ冷却手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンを備えた内燃機関において、排気中のＰＭを捕集するフィルタを排気通路の途中に配置して、大気中に排出されるＰＭの量を低減する排気浄化技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平７−３４８４６号公報 実公平４−２６６４５号公報 特公平６−２３５３７号公報 特開２００３−３０７１２５号公報 特開２００５−２９９４７７号公報

フィルタに許容量を越えるＰＭが捕集されると、フィルタが目詰まりして内燃機関の正常な運転に支障を来す虞があるため、フィルタを備えた内燃機関では、フィルタにある程度の量のＰＭが捕集された段階で、フィルタに堆積しているＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理が行われる。フィルタ再生処理の際には、フィルタを６００℃程度まで加熱したうえで、ＰＭに酸化反応させるため、フィルタは非常に高温の状態になる。

車両がある程度の速度で走行している場合には、フィルタの周囲に外気の流れが存在するため、外気によってフィルタの熱が持ち去られる。しかしながら、車両停止中や低速走行中は、フィルタの周囲の外気の流動が少なくなるため、フィルタや排気通路から放熱される熱がフィルタ周囲にこもり、フィルタ周辺に配置されている部品に対する熱害が発生する虞がある。そのため、車両停止中や低速走行中にはフィル再生処理を中断する必要があった。一旦中断したフィルタ再生処理を再開するためには、再度フィルタを６００℃以上の高温になるまで加熱する必要があり、そのために消費される燃料のために燃費が悪化するという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタ再生処理の実行中に車両停止や低速走行状態になった場合においても、フィルタ再生処理を継続することを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
前記フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去させるフィルタ再生処理を実行する手段と、
前記フィルタの温度を取得するフィルタ温度取得手段と、
前記内燃機関が搭載された車両の車速を取得する車速取得手段と、
前記内燃機関に搭載された熱交換器の冷却用に搭載された冷却用ファンと、
を備え、
前記フィルタは前記冷却用ファンによる送風が到達可能な位置に設けられており、
前記フィルタ再生処理を実行中に、前記フィルタ温度取得手段によって取得される温度が所定温度以上で、且つ、前記車速取得手段によって取得される車速が所定車速以下である場合に、前記冷却用ファンを強制駆動させる又は前記冷却用ファンの回転数を増加させることによって前記フィルタ周辺に送風するフィルタ冷却手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、所定温度はフィルタ再生処理において好適にＰＭの酸化反応が進行する時のフィルタの温度であり、例えば５００〜７００℃である。フィルタの温度が該所定温度より低い場合には、ＰＭの酸化反応が進行しにくい状態であり、フィルタやフィルタ周辺部品の熱害の虞は少ない。また、所定車速は、ＰＭの酸化反応が進行中のフィルタから放熱される熱をフィルタ周辺部品に熱害を及ぼさない程度まで持ち去ることが可能であるところの外気の流れをフィルタ周辺に生じせしめることが可能であるような車速の下限値として予め定められる。車速が所定車速以下である場合とは、例えば、２０ｋｍ／ｈ程度以下の低速走行時や、停止中である。また、熱交換器としては、ラジエータ、エアコン、インタークーラ等を例示できる。

フィルタ再生処理中に、ＰＭの酸化反応が好適に進行中であり、且つ、車両が低速走行中や停止中の場合には、フィルタから放熱された熱がフィルタ周辺にこもり、フィルタの周辺の車両部品に熱害を及ぼす可能性がある。上記構成によれば、そのような場合には、冷却用ファンが回転停止していればフィルタ冷却手段によって冷却用ファンが強制駆動させられ、また、冷却用ファンが熱交換器を冷却するために既に回転駆動されていればフィルタ冷却手段によってその回転数が増加させられる。フィルタは冷却用ファンによる送風が到達可能な位置に設けられているので、冷却用ファンからの送風によってフィルタ周辺に外気の流れを生じさせることができ、該外気の流れによってフィルタから放熱される熱を散逸させることができる。

従って、本発明の構成によれば、フィルタ再生処理中に低車速状態や車両停止状態になった場合であっても、フィルタ周辺の部品に熱害を及ぼすことが抑制できるので、フィルタ再生処理を中断する必要がない。よって、効率的にフィルタ再生処理を実行することができ、燃費を向上させることが可能になる。

また、フィルタへの送風に熱交換器冷却用の既存の冷却用ファンを用いるので、新たにフィルタ冷却専用の装置を搭載する必要が無く、コストや搭載性の面でも有利である。

本発明において、
外気温を取得する外気温取得手段と、
前記熱交換器を循環する熱媒体の温度を取得する熱媒体温度取得手段と、
を更に備え、
前記フィルタ冷却手段は、前記取得される外気温及び／又は前記熱媒体の温度に基づいて前記冷却用ファンの回転駆動を制御するようにしても良い。

例えば、外気温が低い場合には、フィルタに強く送風しなくてもフィルタ周辺の部品の熱害を抑制できるので、外気温が低いほど、フィルタ送風時の冷却用ファンの回転数（又は回転数の増加幅）を少なくするようにしても良い。また、熱媒体の温度が低い場合には、熱交換器を通過してフィルタに吹き付ける空気の温度が低くなるため、フィルタ周辺に強く送風しなくてもフィルタから放熱される熱を効果的に散逸させることができる。よって、熱媒体の温度が低いほど、フィルタに送風する場合の冷却用ファンの回転数を少なくすることができる。このように、外気温や熱媒体の温度に基づいて冷却用ファンの回転駆動を制御することによって、冷却用ファンの稼働率を低減し、冷却用ファンの回転駆動に起因する騒音や燃費の悪化を抑制できる。

本発明において、冷却用ファンからの送風を前記フィルタまで導く導風路を設けても良い。

こうすることにより、冷却用ファンからの送風をより確実にフィルタ周辺に導くことができるので、より確実にフィルタ周辺の部品の熱害を抑制することができる。

本発明により、フィルタ再生処理の実行中に車両停止状態や低速走行状態になった場合においても、フィルタ再生処理を継続することが可能になる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す概念図である。

内燃機関１は４つの気筒を有する水冷式４サイクルディーゼルエンジンである。各気筒に連通する吸気ポート（図示略）は吸気マニホールド２において集合し、吸気通路３と連通している。吸気通路３には吸気を冷却するインタークーラ４が設けられている。インタークーラ４より上流の吸気通路３にはエアクリーナ８が設けられている。また、内燃機関１の冷却水を冷却するラジエータ１０が設けられている。インタークーラ４及びラジエータ１０が本実施例における熱交換器である。インタークーラ４及びラジエータ１０を冷却するための電動ファン５が設けられている。電動ファン５はＥＣＵ１２によって回転駆動を制御される。一方、各気筒に連通する排気ポート（図示略）は排気マニホールド７において集合し、排気通路１１と連通している。排気通路１１には排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ９が設けられている。フィルタ９は電動ファン５による送風が到達可能な位置に設けられている。ＥＣＵ１２は電動ファン５以外にも、内燃機関１の運転全般を制御する電子制御コンピュータである。

フィルタ９に捕集されているＰＭの量は、例えばフィルタ９の前後差圧を測定することによって推定することができる。また、後述するフィルタ再生処理の実行後の内燃機関１の運転履歴に基づいて推定することもできる。フィルタ９におけるＰＭの堆積量が所定の許容量を越えると、フィルタ９に堆積したＰＭを酸化除去させるフィルタ再生処理が実行される。所定の許容量とは、フィルタ９における圧損が内燃機関１の正常な運転に支障を来さないようなＰＭ堆積量の上限値に基づいて定められるものであり、予め適合作業等によって定められる。フィルタ再生処理は、具体的には、排気の温度を上昇させたり、燃料添加を行ったりすることによって、フィルタ９の温度を上昇させる。そして、フィルタ９の温度が所定の再生温度以上に上昇すると、フィルタ９に堆積したＰＭの酸化反応が進行し、フィルタ９に堆積したＰＭが除去される。ここで、所定の再生温度とは、フィルタ９に堆積したＰＭが酸化反応するために必要な温度であり、およそ５００〜６００℃以上の温度である。

従来では、フィルタ再生処理中にフィルタ９の温度が再生温度以上の高温状態になっている時に、車両が低車速運転状態や車両停止状態になった場合には、フィルタ９や排気通路１１から放熱される熱がフィルタ９周辺にこもり、フィルタ９の周辺に配置されている部品が熱害を被る虞があるため、フィルタ再生処理の実行を一旦中断するようにしていた。しかしながら、フィルタ再生処理を一旦中断した後、フィルタ再生処理を再開する際には、再びフィルタ９の温度を再生温度にまで上昇させる必要があり、そのために消費される燃料に起因する燃費の悪化が問題となっていた。

これに対し、本実施例では、図１に示すように、ラジエータ１０やインタークーラ４の冷却用に取り付けられた電動ファン５からの送風が到達可能な位置にフィルタ９が設けられており、且つ、電動ファン５からの送風をフィルタ９まで導く導風路６が設けられている。そして、フィルタ再生処理の実行中に、フィルタ９の温度が再生温度以上の高温状態になっている時に、車両が低車速運転状態又は車両停止状態になった場合には、電動ファン５を強制的に回転駆動し、電動ファン５からの送風をフィルタ９周辺に導くようにした。

例えば、電動ファン５の回転が停止されている場合には、電動ファン５を強制的に回転駆動開始する。また、電動ファン５が既に回転駆動されている場合には、その回転数を増加させるようにした。これにより、図１の矢印で示すように、電動ファン５からの送風がフィルタ９に導かれるので、低車速運転状態や車両停止状態においても、フィルタ９の周辺に外気の流れが発生せしめられる。従って、フィルタ９から放熱される熱が当該外気の流れによって散逸させられるため、フィルタ９やその周辺の排気系にフィルタ９から放熱された熱がこもることが抑制され、フィルタ９周辺に配置された部品が熱害を被ることを抑制できる。

よって、フィルタ再生処理中であって、フィルタ９の温度が再生温度以上の高温状態になっている時に、低車速運転状態や車両停止状態になった場合であっても、フィルタ再生処理を中断する必要が無くなり、効率よくフィルタ再生処理を実行することができるとともに、フィルタ再生処理を中断する場合と比較して燃費を向上させることが可能になる。

また、本実施例によれば、フィルタ９を冷却するために新たに専用のファン等の冷却装置を搭載する必要が無く、既存の電動ファン５を用いてフィルタ９を冷却することができるので、搭載性やコストの面でも有利である。なお、ここでは、電動ファン５による送風をフィルタ９に効率よく導くことができるように導風路６を設けた実施例を示したが、フィルタ９を電動ファン５からの送風が到達可能な位置に設けるようにすれば、導風路６の設置は必須ではない。

以下、本実施例のフィルタ冷却制御について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施例のフィルタ冷却制御ルーチンを表すフローチャートである。このルーチンはＥＣＵ１２によって内燃機関１の稼働中繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ１２はフィルタ再生処理が実行中であるか否かを判定する。ステップＳ１０１で肯定判定された場合には、ＥＣＵ１２はステップＳ１０２に進む。一方、ステップＳ１０１で否定判定された場合には、ＥＣＵ１２は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１２はフィルタ温度が再生温度Ｔ以上であるか否かを判定する。ステップＳ１０２で肯定判定された場合には、ＥＣＵ１２はステップＳ１０３に進む。一方、ステップＳ１０２で否定判定された場合には、ＥＣＵ１２は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１２は車速が所定車速Ｖ以下であるか否かを判定する。ここで、所定車速Ｖは、ＰＭの酸化反応が進行中のフィルタ９から放熱される熱をフィルタ９周辺の部品に熱害を及ぼさない程度まで持ち去ることが可能であるところの外気の流れをフィルタ９周辺に生じせしめることが可能な車速の下限値として予め適合作業などにより定められる。例えばＶ＝１０ｋｍ／ｈとされる。ステップＳ１０３で肯定判定された場合には、ＥＣＵ１２はステップＳ１０４に進む。一方、ステップＳ１０３で否定判定された場合には、ＥＣＵ１２は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１２は電動ファン５を強制駆動する。又は、電動ファン５の回転数を増加させる。

なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例において、外気温を測定する外気温センサを設け、外気温が低くなるほど、フィルタ９を冷却すべく強制駆動される電動ファン５の回転数を少なくするようにしても良い。これは、外気温が低い場合には、フィルタ９から放熱される熱によってフィルタ９周辺部品が熱害を被りにくくなるからである。また、冷却水温を測定する水温センサを設け、冷却水温が低くなるほど、フィルタ９を冷却すべく強制駆動される際の電動ファン５の回転数を少なくするようにしても良い。これは、冷却水温が低い場合には、ラジエータ１０を通過してフィルタ９に到達する送風の温度が低く、送風によるフィルタ９及びその周辺の熱散逸効果が高いからである。このように、外気温や冷却水温に応じて電動ファン５の回転駆動を細かく制御するようにすれば、電動ファン５の稼働率を低減することができ、電動ファン５の回転駆動に起因する騒音や燃費の悪化を抑制することができる。

実施例１における内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例１におけるフィルタ冷却制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気マニホールド
３ 吸気通路
４ インタークーラ
５ 電動ファン
６ 導風路
７ 排気マニホールド
８ エアクリーナ
９ フィルタ
１１ 排気通路
１２ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
   前記フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去させるフィルタ再生処理を実行する手段と、
   前記フィルタの温度を取得するフィルタ温度取得手段と、
   前記内燃機関が搭載された車両の車速を取得する車速取得手段と、
   前記内燃機関に搭載された熱交換器の冷却用に搭載された冷却用ファンと、
   を備え、
   前記フィルタは前記冷却用ファンによる送風が到達可能な位置に設けられており、
   前記フィルタ再生処理を実行中に、前記フィルタ温度取得手段によって取得される温度が所定温度以上で、且つ、前記車速取得手段によって取得される車速が所定車速以下である場合に、前記冷却用ファンを強制駆動させる又は前記冷却用ファンの回転数を増加させることによって前記フィルタ周辺に送風するフィルタ冷却手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 請求項１において、
   外気温を取得する外気温取得手段と、
   前記熱交換器を循環する熱媒体の温度を取得する熱媒体温度取得手段と、
   を更に備え、
   前記フィルタ冷却手段は、前記取得される外気温及び／又は前記熱媒体の温度に基づいて前記冷却用ファンの回転駆動を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
3. 請求項１又は２において、
   前記冷却用ファンからの送風を前記フィルタまで導く導風路を設けることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。

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