JP2010144637A - 排気ガス後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒コンバータへの二次燃料噴射供給の制御を適切に行うことができるようにする。
【解決手段】触媒コンバータ３１を通過した排気ガス中のパティキュレートをパティキュレートフィルタ３２によって捕集し、触媒コンバータ３１の活性化のため二次燃料噴射供給を適宜に実行するようにした排気ガス後処理装置３０において、二次燃料噴射供給の開始後、触媒コンバータ３１の温度積算値Ｙを順次演算し、順次演算される温度積算値Ｙに基づき二次燃料噴射供給の開始からの経過時間に応じた温度積算値Ｙの変化状態が所要の変化状態から外れたと判断された場合に二次燃料噴射供給を停止させるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するための排気ガス後処理装置に関するものである。

内燃機関、特にディーゼル内燃機関の運転により排気ガス中に生じるＮＯｘ及び黒煙等のパティキュレートを除去するため、従来より、排気ガス中の炭化水素を酸化、燃焼させる触媒コンバータとパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタとを組み合わせ、触媒コンバータでの発熱を利用してパティキュレートフィルタによって捕集されたパティキュレートの燃焼を促進させるようにした排気ガス後処理装置が公知である（特許文献１）。

ところで、この種の触媒コンバータは、一定の温度にまで昇温させて活性化させなければ所期の効果を発揮させることができない。そこで、特許文献２に見られるように、触媒の温度を検出する等して触媒が活性状態にあるか否かを判別し、触媒が不活性状態にあると判別された場合には、本来の燃焼噴射タイミングより遅れた所定のタイミングでシリンダ内に所謂二次燃料噴射と称される追加燃料噴射を行い、これにより触媒の活性化を行う方法が公知である。
特開平８−４２３２６号公報 特開平８−２９６４８５号公報

しかしながら、従来における二次燃料噴射の制御は、触媒が不活性状態であると判別された場合に、その時の機関の運転条件や外部環境条件等に応じた量の燃料を主噴射後の所定のタイミングでシリンダ内に間歇的に噴射させ、これにより触媒の活性化を促進させるようにしていた。

したがって、機関の運転条件や外部環境条件等がある程度一定であるような場合にはあまり問題が生じないが、これらの条件が比較的大きく変動するような運転環境の下では二次燃料噴射によっても触媒の活性化が予定通り促進されず、いたずらに燃料を消費してしまう結果となり、燃費の低下を招くと共に、排気ガスと共に大量の未燃焼燃料を大気中に放出し、却って環境汚染を増大させるという問題点を有していた。

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる、改善された排気ガス後処理装置を提供することにある。

本発明の目的は、適切な二次燃料噴射制御を実現することができる、改善された排気ガス後処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、内燃機関の排気ガス中に含まれる炭化水素を酸化、燃焼させる触媒コンバータと、該触媒コンバータを通過した排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタと、前記触媒コンバータの活性化のための二次燃料噴射供給のために用いられる燃料噴射部材と、該燃料噴射部材による二次燃料噴射供給の動作を制御するための制御部とを備えて成る排気ガス後処理装置において、前記制御部が、前記二次燃料噴射供給の開始後、前記触媒コンバータの温度の積算値を順次演算する演算部と、前記演算部により順次演算される積算値に基づき前記二次燃料噴射供給の開始からの経過時間に応じた前記積算値の変化状態が所要の変化状態から外れたと判断された場合に前記二次燃料噴射供給を停止させる停止部とを備えて成ることを特徴とする排気ガス後処理装置が提案される。

本発明によれば、パティキュレートフィルタに供給される排気ガスの温度を触媒コンバータを用いて上昇させるようにした排気ガス後処理装置において、触媒の活性化のための燃料噴射動作の制御を適切に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。

図１は、本発明をディーゼル機関用の排気ガス後処理装置に適用した場合の一実施形態を示す全体構成図である。符号１で示されるのは４気筒のディーゼル機関であり、各気筒２〜５にはそれぞれ燃料噴射部材としてのインジェクタ６〜９が設けられている。これらのインジェクタ６〜９の動作はマイクロコンピュータを用いて構成されるエンジン制御ユニット１０によって制御され、高圧燃料を所要のタイミングで所要量だけ対応する気筒内に噴射供給することができる公知の構成となっている。

吸気マニホールド１１に接続されている吸気ダクト１２には、インタークーラ１３及びエアクリーナ１４が設けられており、一方、排気マニホールド１５には排気ダクト１６が接続されている。

吸気ダクト１２と排気ダクト１６との間には、ＥＧＲ制御弁１７を設けた排気再循環路１８が設けられており、燃料噴射装置制御ユニット１０によって制御されるアクチュエータ１９によってＥＧＲ制御弁１７の開度が調節される。これにより、排気ダクト１６内を流れる排気ガスの一部を吸気マニホールド１１に調量して戻すことができる構成となっている。符号２０で示されるのは排気ターボチャージャであり、排気ダクト１６内に配設された排気タービン２１と吸気ダクト１２内に配設されていて排気タービン２１により駆動されるコンプレッサ２２とから成っている。

総体的に符号３０で示される排気ガス後処理装置は、ディーゼル機関１の排気ガス中に含まれる炭化水素を酸化、燃焼させる触媒コンバータ３１と、触媒コンバータ３１を通過した排気ガスを受け取り該排気中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３２とを備え、排気ダクト１６内からの排気ガスは先ず触媒コンバータ３１に流れ、しかる後パティキュレートフィルタ３２に流れる構成となっている。
触媒コンバータ３１は、例えばハニカム状のコーディエライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に白金、パラジウム、あるいはロジウム等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させた構成となっている。触媒コンバータは、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ₂ を生成させるとともに、排気ガス中のＨＣとＣＯを酸化してＨ₂ ＯとＣＯ₂ を生成させる構成となっている。

パティキュレートフィルタ３２は、例えば多孔質のコーディエライト、あるいは炭化珪素によって多数のセルが平行に形成され、セルの入口と出口が交互に閉鎖された、いわゆるウォールフロー型と呼ばれるハニカムフィルタや、セラミック繊維をステンレス多孔管に何層にも巻き付けた繊維型フィルタを使用したもので、排気ガス中のパティキュレートを捕集する。

パティキュレートフィルタ３２の入口側（前）と出口側（後）には、それぞれ、排気ガスの圧力を検出するための第１圧力センサ３３及び第２圧力センサ３４が設けられている。第１圧力センサ３３からはパティキュレートフィルタ３２の入口側における排気ガス圧力Ｐ１を示す第１圧力信号Ｆ１が出力され、第２圧力センサ３４からはパティキュレートフィルタ３２の出口側における排気ガス圧力Ｐ２を示す第２圧力信号Ｆ２が出力される。第１圧力信号Ｆ１及び第２圧力信号Ｆ２は、マイクロコンピュータ３５Ａを用いて構成されているフィルタ制御ユニット３５に入力されている。フィルタ制御ユニット３５には、さらに、センサユニット３６から、パティキュレートフィルタ３２の入口側温度を示すフィルタ温度信号Ｋ１、及び触媒コンバータ３１の温度を示す触媒温度信号Ｋ２が入力されている。

次に、図２を参照して、フィルタ制御ユニット３５による二次燃料噴射供給の制御について説明する。フィルタ制御ユニット３５のマイクロコンピュータ３５Ａには制御プログラムがセットされており、該制御プログラムの実行により所定のフィルタ制御動作が遂行される構成となっており、図２に示されるのは、二次燃料噴射供給の制御のための二次燃料噴射供給制御プログラムを示すフローチャートである。

該二次燃料噴射供給制御プログラムの実行が開始されると、ステップ４１で、ディーゼル機関１のエンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて決定されるエンジンオペレーションポイントが二次燃料噴射供給に見合ったポイントにあるか否かを判別するためのエンジンオペレーションポイント判別処理と、触媒温度が適切かどうかを判別するための判別処理とが実行される。

具体的には、ディーゼル機関１のエンジンオペレーションポイントが所定のポイントにあるかどうか、及びフィルタ温度信号Ｋ１が所定温度値Ｔ１とＴ２との間にあるか否かの２つが判別される。ディーゼル機関１のエンジンオペレーションポイントが所定のポイントにないか、或いはフィルタ温度信号Ｋ１が所定温度値Ｔ１とＴ２との間にない場合には、ステップ４１の判別結果はＮＯとなり、ステップ４１の実行を繰り返す。ディーゼル機関１のエンジンオペレーションポイントが所定のポイントになり且つフィルタ温度信号Ｋ１が所定温度値Ｔ１とＴ２との間に入ると、二次燃料噴射供給に見合った状態にあると判断され、ステップ４１の判別結果はＹＥＳとなり、ステップ４２に進む。

ステップ４２では、エンジン制御ユニット１０に二次燃料噴射供給を開始させるための開始信号Ｓ１をエンジン制御ユニット１０に送り（図１参照）、これと同時に、触媒温度信号Ｋ２に基づいて、触媒コンバータ３１の温度積算値の演算を開始する。この演算は、二次燃料噴射供給の開始後、触媒コンバータ３１の温度の積算値を順次演算するもので、この演算は例えば二次燃料噴射供給の開始後一定時間間隔で実行され、時間の経過と共に順次得られる演算結果（温度積算値）は図示しないレジスタに格納するようにした構成とすることができる。温度積算値は、二次燃料噴射供給を開始してからの触媒コンバータ３１の温度を時間積分したもので、時間の経過に伴う触媒コンバータ３１の温度の上昇具合を示す指標として用いられる。なお、ステップ４２での温度積算値の演算は、一定時間間隔でもよいが、一定時間間隔でなくてもよい。

ステップ４３では、ステップ４２で演算された温度積算値Ｙに基づいて二次燃料噴射供給を停止させるか否かを判別する。この判別は、ステップ４２で順次演算される温度積算値に基づき、二次燃料噴射供給の開始からの経過時間に応じた温度積算値の変化状態が所要の変化状態から外れたか否かを判別するものである。具体的には、その時々において温度積算値が効率的な触媒コンバータ３１の温度上昇を期待できない所定の下限値α１と触媒コンバータ３１の動作に不具合を生じるであろう所定の上限値α２との間に入っているか否かが判別される。

図３を参照してステップ４３での上記判別動作について詳しく説明する。図３において、横軸は時間ｔ、縦軸は温度積算値Ｙで、ｔ＝ｔ_o で二次燃料噴射供給を開始した場合、時間の経過に伴って触媒コンバータ３２の温度は上昇するので、温度積算値Ｙの値もこれにより大きくなる。

図３中、（ａ）で示される曲線は温度積算値Ｙの予想される平均的な上昇カ−ブを示し、（ｂ）はその下限値α１を決める下限値特性カ−ブを示し、（ｃ）はその上限値α２を決める上限値特性カ−ブを示す。ステップ４３での判別は、ステップ４２においてｔ０以降順次演算される各時間における温度積算値Ｙの値が、対応する下限値α１と上限値α２との間に入っているか否かを判別することである。

ステップ４３でα１＜Ｙ＜α２であると判別されると、ステップ４３の判別結果はＹＥＳとなり、ステップ４４に入り、ここで、パティキュレートフィルタ３２内のＰＭの推定堆積量Ｘが所定値Ｍより小さくなったか否かが判別される。Ｘ≧Ｍであると、ステップ４４の判別結果はＮＯとなり、ステップ４３に戻る。一方、Ｘ＜Ｍとなると、ステップ４４の判別結果はＹＥＳとなり、ステップ４５に進む。

ステップ４５では、推定堆積量Ｘが所定値Ｍより小さくなったことに応答し、二次燃料噴射供給は不要であるとして、二次燃料噴射供給を停止させるための停止信号Ｓ２をエンジン制御ユニット１０に出力する（図１参照）。

ステップ４３で、Ｙがα１以下となって触媒コンバータ３１の温度上昇が二次燃料噴射供給にも拘らず期待できないと判別される場合、又はα２以上となって何らかの異常温度上昇が生じていると判別される場合には、その判別結果はＮＯとなってステップ４１に入り、停止信号Ｓ２が出力されて二次燃料噴射供給動作が停止する。なお、ステップ４３は、α１＜Ｙかの判別のみを行う構成でもよい。

ステップ４５で停止信号Ｓ２が出力され二次燃料噴射供給動作が停止すると、ステップ４１に戻り、次の二次燃料噴射供給のためのエンジンオペレーションポイント判別処理に入る。

フィルタ制御ユニット３５は以上のように構成されているので、触媒コンバータ３１の活性化による排気ガス温度上昇を目的として二次燃料噴射供給が開始されても、触媒コンバータ３１の温度が予定通り上昇せず、その温度積算値Ｙがα１より小さくなることにより停止信号Ｓ２が出力され、二次燃料噴射供給が停止されるので、無駄な燃料供給が行われ続けることがなく、運転状況に見合った適切な二次燃料噴射供給が行われるので、オイルの希釈化の問題が生じるのを有効に防止し、燃費の改善にも役立つ。

本発明をディーゼル機関用排気ガス後処理装置に適用した場合の一実施形態を示す全体構成図。 フィルタ制御ユニットにおいて実行される制御プログラムを示すフローチャート。 二次燃料噴射供給動作開始後の触媒コンバータの温度変化を説明するための図。

符号の説明

１ ディーゼル機関
２〜５ 気筒
６〜９ インジェクタ
１０ エンジン制御ユニット
３０ 排気ガス後処理装置
３１ 触媒コンバータ
３２ パティキュレートフィルタ
３３ 第１圧力センサ
３４ 第２圧力センサ
３５ フィルタ制御ユニット
３５Ａ マイクロコンピュータ
Ｋ１ フィルタ温度信号
Ｋ２ 触媒温度信号
Ｓ１ 開始信号
Ｓ２ 停止信号
Ｙ 温度積算値
α１ 下限値
α２ 上限値

Claims (1)

1. 内燃機関の排気ガス中に含まれる炭化水素を酸化、燃焼させる触媒コンバータと、
   該触媒コンバータを通過した排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタと、
   前記触媒コンバータの活性化のための二次燃料噴射供給のために用いられる燃料噴射部材と、
   該燃料噴射部材による二次燃料噴射供給の動作を制御するための制御部と
   を備えて成る排気ガス後処理装置において、
   前記制御部が、
   前記二次燃料噴射供給の開始後、前記触媒コンバータの温度の積算値を順次演算する演算部と、
   前記演算部により順次演算される積算値に基づき前記二次燃料噴射供給の開始からの経過時間に応じた前記積算値の変化状態が所要の変化状態から外れたと判断された場合に前記二次燃料噴射供給を停止させる停止部と
   を備えて成ることを特徴とする排気ガス後処理装置。

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