JP2010222993A

JP2010222993A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2010222993A
Application number: JP2009068323A
Authority: JP
Inventors: Katsunari Jonouchi; 克成城之内; Michihiko Hara; 道彦原
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-10-07
Also published as: US20120006009A1; KR20110134471A; EP2410142A1; US8539756B2; CN102356219B; WO2010106959A1; EP2410142A4; EP2410142B1; CN102356219A

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタが溶損した状態で内燃機関の運転が継続されることを防止する。
【解決手段】パティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの下流側排気温度Ｔ１を検出する下流側温度センサと、パティキュレートフィルタの上流側排気圧力ｐ１とパティキュレートフィルタの下流側排気圧力ｐ２との排気差圧Ｐ（ｎ）を所定時間毎に算出する排気差圧検出装置と、通知装置と、内燃機関を制御するＥＣＵと、を備える内燃機関の排気浄化装置において、第一の排気差圧Ｐ（ｎ−１）と所定時間経過後に算出される第二の排気差圧Ｐ（ｎ）とに基づいて差圧変化量ｄＰを算出し、差圧変化量ｄＰが基準変化量Ｐ以上の場合、または下流側排気温度Ｔ１が基準時間ｔ以上継続して基準温度Ｔ以上の場合に、通知装置により内燃機関の運転停止を要求する通知を行う、または内燃機関の運転を停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。より詳細には内燃機関の排気浄化装置の溶損を防止する技術に関する。

従来、内燃機関から排出される排気中に含まれるパティキュレートを回収する技術として、排気通路途中にパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排気浄化装置を装備することが知られている。前記パティキュレートフィルタは、セラミック等からなる多孔質のハニカム構造に構成され、各流路を区画する多孔質壁を透過した排気のみが下流へ排出される。排気が前記多孔質壁を透過する際に、前記多孔質壁内部に堆積していくパティキュレートを燃焼除去する技術は公知である。しかし、内燃機関の回転数が低下することにより排気流量が減少するとともに、内燃機関の負荷が減少することにより排気中の残留酸素量が増加すると、排気によるパティキュレートフィルタの冷却が不十分となるだけでなく残留酸素による過剰燃焼が発生し、パティキュレートフィルタが溶損する可能性があるという問題があった。

そこで、内燃機関の運転状態およびパティキュレートフィルタの温度を検出し、排気流量の低下を抑制することでパティキュレートフィルタの溶損を防止する内燃機関の排気浄化装置の技術は公知である。例えば、特許文献１の如くである。

しかし、上述のような排気流量の制御を行ってもパティキュレートフィルタの溶損は、完全に防止することは困難である。加えてパティキュレートフィルタの溶損が発生した場合、溶損状態のまま内燃機関の運転が継続されることで排気中に含まれるパティキュレート等の有害物質が捕集されることなく大気中に排出されるという不具合があった。

特許第４０３３１８９号公報

本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタが溶損した状態で内燃機関の運転が継続されることを防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、パティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの下流側排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記パティキュレートフィルタの上流側排気圧と前記パティキュレートフィルタの下流側排気圧との排気差圧を所定時間毎に算出する排気差圧検出手段と、前記パティキュレートフィルタの状態に基づく通知を行う通知手段と、内燃機関を制御する制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記排気温度検出手段と、前記排気差圧検出手段と、前記通知手段と、が接続され、第一の排気差圧と所定時間経過後に算出される第二の排気差圧とに基づいて差圧変化量を算出し、前記差圧変化量が基準変化量以上の場合、または下流側排気温度が基準時間以上継続して基準温度以上の場合に、前記通知手段により前記内燃機関の運転停止を要求する通知を行う、または前記内燃機関の運転を停止することを特徴とするものである。

請求項２においては、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が少なくとも１回以上、基準温度以上の値を基準時間以上継続して検出した場合に、前記通知手段により前記パティキュレートフィルタの点検を要求する通知を行うことを特徴とするものである。

請求項３においては、前記制御手段は、前記通知手段による前記パティキュレートフィルタの点検を要求する通知を基準期間の間以上継続して行い、かつパティキュレートフィルタの点検が行われていない場合に、前記パティキュレートフィルタの点検が行われるまで前記内燃機関の出力を制限することを特徴とするものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明は、パティキュレートフィルタが溶損した状態で内燃機関の運転が継続されることを防止することが可能である、という効果を奏する。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す概略図。本発明に係る実施形態の内燃機関の排気浄化装置の溶損防止制御を示すフローチャート図。

以下に、図１を用いて本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の一形態である排気浄化装置１について説明する。

排気浄化装置１は、図１に示すように、内燃機関２で発生した排気を浄化し、排出するものである。排気浄化装置１は、内燃機関２に具備され、パティキュレートフィルタ１０、酸化触媒１１、排気温度検出手段である下流側温度センサ２０、排気差圧検出手段である排気差圧検出装置２１、制御手段であるＥＣＵ３０、通知手段である通知装置４０等を具備する。

内燃機関２は、単数または複数の気筒を備え、前記気筒内部に噴射される燃料を燃焼させることで発生するエネルギーを回転動力に変換するものである。内燃機関２は、吸気経路３を介して供給される外気と燃料噴射弁４・４・４・４から供給される燃料とを気筒５・５・５・５内において混合燃焼させる。この際発生する排気は、排気経路６を介して排出される。なお、本実施形態に係る内燃機関２は直列四気筒としたが、これに限定されない。

パティキュレートフィルタ１０は、内燃機関２の排気経路６に配設され、排気中のパティキュレート（炭素質からなる煤、高沸点炭化水素成分（ＳＯＦ）等）を除去するものである。パティキュレートフィルタ１０は、具体的にはセラミック等の多孔質壁からなるハニカム構造であり、排気は必ず前記多孔質壁を透過した後に排出されよう構成される。パティキュレートフィルタ１０は、排気が前記多孔質壁を通過する際に排気中のパティキュレートを捕集する。その結果、排気からパティキュレートが除去される。

酸化触媒１１は、窒素化合物を酸化するものである。酸化触媒１１は、パティキュレートフィルタ１０の上流側に配設され、パティキュレートの酸化除去を促進させる。

排気温度検出手段である下流側温度センサ２０は、パティキュレートフィルタ１０を通過した排気の温度を検出するものである。下流側温度センサ２０は、パティキュレートフィルタ１０を通過した後の下流側排気温度Ｔ１を検出する。

排気差圧検出手段である排気差圧検出装置２１は、パティキュレートフィルタ１０を通過する排気の差圧を検出するものである。排気差圧検出装置２１は、上流側圧力センサ２１ａと、下流側圧力センサ２１ｂとを具備する。上流側圧力センサ２１ａは、パティキュレートフィルタの上流側に配設され、パティキュレートフィルタ１０を通過する前の上流側排気圧力ｐ１を所定時間毎に検出する。なお、上流側圧力センサ２１ａは、パティキュレートフィルタ１０の上流側であればよく、酸化触媒１１の上流側でも下流側でもよい。下流側圧力センサ２１ｂは、パティキュレートフィルタ１０の下流側に配設され、パティキュレートフィルタ１０を通過した後の下流側排気圧力ｐ２を所定時間毎に検出する。排気差圧検出装置２１は、上流側排気圧力ｐ１と下流側排気圧力ｐ２とから所定時間毎に排気差圧Ｐ（ｎ−１）・排気差圧Ｐ（ｎ）・排気差圧Ｐ（ｎ＋１）・・を算出する。

制御手段であるＥＣＵ３０は、内燃機関２の制御、およびパティキュレートフィルタ１０の再生の制御を行うものである。ＥＣＵ３０は、具体的には、下流側温度センサ２０や排気差圧検出装置２１によってパティキュレートフィルタ１０の状態を検出し、パティキュレートフィルタ１０の再生や、溶損を防止するため内燃機関２を制御する。また、ＥＣＵ３０は、キースイッチ３１からの信号により内燃機関２の始動および停止を行い、図示しないアクセル等からの信号により内燃機関２の制御等を行う。ＥＣＵ３０は、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。ＥＣＵ３０には、内燃機関２およびパティキュレートフィルタ１０の制御を行うための種々のプログラム及びデータが格納される。

通知手段である通知装置４０は、パティキュレートフィルタ１０の状態に基づく通知を行うものである。通知装置４０は、パティキュレートフィルタ１０が溶損する可能性がある場合、内燃機関２の停止やパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行う。通知装置４０は、視覚通知手段であるランプ４１または聴覚通知手段であるスピーカー４２から構成される。

ランプ４１は、パティキュレートフィルタ１０の状態に基づく通知をランプ４１の点灯により行うものである。ランプ４１は、具体的には、点灯により内燃機関２の停止を要求する通知を行い、点滅によりパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行う。なお、通知の方法は本実施形態に限るものではない。

スピーカー４２は、パティキュレートフィルタ１０の状態に基づく通知を聴覚情報で作業者に行うものである。スピーカー４２は、具体的には音声により内燃機関２の停止を要求する通知やパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行う。なお、通知の方法は本実施形態に限るものではない。

ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁４・４・４・４に接続され、燃料噴射弁４・４・４・４の燃料噴射量を制御することで、内燃機関２の起動および停止、出力制御等をすることが可能である。

ＥＣＵ３０は、下流側温度センサ２０に接続され、下流側温度センサ２０が検出する下流側排気温度Ｔ１を取得することが可能である。

ＥＣＵ３０は、排気差圧検出装置２１に接続され、排気差圧検出装置２１が算出する排気差圧Ｐ（ｎ）を取得することが可能である。

ＥＣＵ３０は、排気温度が下流側排気温度Ｔ１における排気差圧検出装置２１が算出する第二の排気差圧Ｐ（ｎ）と所定時間前に排気差圧検出装置２１が算出した第一の排気差圧Ｐ（ｎ−１）とを、排気が所定の温度、かつ所定の流量で排出された場合における圧力である第二の変換排気差圧ＴＰ（ｎ）と第一の変換排気差圧ＴＰ（ｎ−１）に変換した後、第二の変換排気差圧ＴＰ（ｎ）と第一の変換排気差圧ＴＰ（ｎ−１）との差である差圧変化量ｄＰを算出することが可能である。

ＥＣＵ３０は、通知装置４０に接続され、通知装置４０を制御することでパティキュレートフィルタ１０の状態に基づく通知を行うことが可能である。

ＥＣＵ３０は、パティキュレートフィルタ１０が溶損するか否かを判定する排気温度の基準温度Ｔ、基準変化量Ｐ、基準時間ｔ、基準期間ｈおよびパティキュレートフィルタ１０が溶損する可能性がある所定の条件を満たした場合にカウントされる溶損カウントＮを格納している。また、内燃機関２の出力マップＭ１と、内燃機関２の出力を制限するための出力制限マップＭ２を格納している。

次に図２を用いて、本発明に係る排気浄化装置１のＥＣＵ３０によるパティキュレートフィルタ１０の溶損防止制御について説明する。

ＥＣＵ３０は、内燃機関２が始動されると、下流側排気温度Ｔ１と第二の排気差圧Ｐ（ｎ）とを取得するとともに所定時間前に排気差圧検出装置２１が算出した第一の排気差圧Ｐ（ｎ−１）とに基づいて差圧変化量ｄＰを算出し、下流側排気温度Ｔ１およびその継続時間、または差圧変化量ｄＰが各基準値以上かどうか、つまりパティキュレートフィルタ１０が溶損する可能性があるか否か判定する。ＥＣＵ３０は、パティキュレートフィルタ１０が溶損する可能性がある場合、通知装置４０によって内燃機関の停止を要求する通知を行う、または内燃機関２の運転を停止する。

以下では、ＥＣＵ３０による制御態様について具体的に説明する。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ３０は、キースイッチ３１から内燃機関２を始動させる信号を取得した後、制御段階をステップＳ１２０へ移行する。

ステップＳ１２０において、ＥＣＵ３０は、溶損カウントＮがＮ＝０か否か判定する。
その結果、溶損カウントＮがＮ＝０の場合は制御段階をステップＳ１３０へ移行する。
また、溶損カウントＮがＮ＝０でない場合は制御段階をステップＳ３２０へ移行する。

ステップＳ１３０において、ＥＣＵ３０は、内燃機関２の運転を開始した後、制御段階をステップＳ１４０へ移行する。

ステップＳ１４０において、ＥＣＵ３０は、下流側温度センサ２０によって下流側排気温度Ｔ１を取得した後、制御段階をステップＳ１５０へ移行する。

ステップＳ１５０において、ＥＣＵ３０は、排気差圧検出装置２１が算出する第二の排気差圧Ｐ（ｎ）を取得した後、制御段階をステップＳ１６０へ移行する。

ステップＳ１６０において、ＥＣＵ３０は、排気温度が下流側排気温度Ｔ１における第二の排気差圧Ｐ（ｎ）と所定時間前に排気差圧検出装置２１が算出した第一の排気差圧Ｐ（ｎ−１）とを、排気が所定の温度、かつ所定の流量で排出された場合における圧力である第二の変換排気差圧ＴＰ（ｎ）と第一の変換排気差圧ＴＰ（ｎ−１）に変換し、第二の変換排気差圧ＴＰ（ｎ）と第一の変換排気差圧ＴＰ（ｎ−１）との差である差圧変化量ｄＰを算出した後、制御段階をステップＳ１７０へ移行する。

ステップＳ１７０において、ＥＣＵ３０は、下流側排気温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上か否か判定する。
その結果、下流側排気温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上と判定した場合は制御段階をステップＳ１８０へ移行する。
また、ＥＣＵ３０は、下流側排気温度Ｔ１が基準温度Ｔ未満と判定した場合は制御段階をステップＳ４８０へ移行する。

ステップＳ１８０において、ＥＣＵ３０は、下流側排気温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上である状態の継続時間が基準時間ｔ以上か否か判定する。
その結果、下流側排気温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上である状態の継続時間が基準時間ｔ以上と判定した場合は制御段階をステップＳ１９０へ移行する。
また、ＥＣＵ３０は、下流側排気温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上である状態の継続時間が基準時間ｔ未満であると判定した場合は制御段階をステップＳ４８０へ移行する。

ステップＳ１９０において、ＥＣＵ３０は、溶損カウントＮに１を加えた後、制御段階をステップＳ２００へ移行する。

ステップＳ２００において、ＥＣＵ３０は、通知装置４０によって内燃機関２の運転停止をする要求する通知を行う。または、ＥＣＵ３０は、内燃機関２の運転を停止する。

ステップＳ３２０において、ＥＣＵ３０は、通知装置４０によってパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行った後、制御段階をステップ３３０へ移行する。

ステップＳ３３０において、ＥＣＵ３０は、通知装置４０によるパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行った期間が基準期間ｈ以上か否か判定する。
その結果、通知装置４０によるパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行った期間が基準期間ｈ以上と判定した場合は制御段階をステップＳ３４０へ移行する。
また、ＥＣＵ３０は、通知装置４０によるパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行った期間が基準期間ｈ未満と判定した場合は制御段階をステップＳ１３０へ移行する。

ステップＳ３４０において、ＥＣＵ３０は、内燃機関２の出力マップＭ１を内燃機関２の出力を制限するための出力制限マップＭ２に切り替えた後、制御段階をステップＳ１３０へ移行する。

ステップＳ４８０において、ＥＣＵ３０は、差圧変化量ｄＰが基準変化量Ｐ以上であるか否か判定する。
その結果、差圧変化量ｄＰが基準変化量Ｐ以上であると判定した場合は制御段階をステップＳ１９０へ移行する。
また、ＥＣＵ３０は、差圧変化量ｄＰが基準変化量Ｐ未満であると判定した場合は制御段階をステップＳ１４０へ移行する。

下流側排気温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上である状態の継続時間は、内燃機関２の運転が停止された場合にリセットされる。また、溶損カウントＮおよび通知装置４０によるパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行った期間は、パティキュレートフィルタ１０の点検を行うことでリセットされる。

以上の如く、パティキュレートフィルタ１０と、パティキュレートフィルタ１０の下流側排気温度Ｔ１を検出する下流側温度検出手段である下流側温度センサ２０と、パティキュレートフィルタ１０の上流側排気圧力ｐ１とパティキュレートフィルタ１０の下流側排気圧力ｐ２との排気差圧Ｐ（ｎ）を所定時間毎に算出する排気差圧検出手段である排気差圧検出装置２１と、パティキュレートフィルタ１０の状態に基づく通知を行う通知手段である通知装置４０と、内燃機関２を制御する制御手段であるＥＣＵ３０と、を備える内燃機関２の排気浄化装置１において、ＥＣＵ３０は、下流側温度センサ２０と、排気差圧検出装置２１と、通知装置４０と、が接続され、第一の排気差圧Ｐ（ｎ−１）を所定の条件で変換した第一の変換排気差圧ＴＰ（ｎ−１）と所定時間経過後に算出される第二の排気差圧Ｐ（ｎ）を所定の条件で変換した第二の変換排気差圧ＴＰ（ｎ）とに基づいて差圧変化量ｄＰを算出し、差圧変化量ｄＰが基準変化量Ｐ以上の場合、または下流側排気温度Ｔ１が基準時間ｔ以上継続して基準温度Ｔ以上の場合に、通知装置４０により内燃機関２の運転停止を要求する通知を行う、または内燃機関２の運転を停止することを特徴とするものである。

また、ＥＣＵ３０は、下流側温度センサ２０が少なくとも１回以上、基準温度Ｔ以上の値を基準時間ｔ以上継続して検出した場合に、通知装置４０によりパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を行うことを特徴とするものである。

また、ＥＣＵ３０は、通知装置４０によるパティキュレートフィルタ１０の点検を要求する通知を基準期間ｈの間以上継続して行い、かつパティキュレートフィルタ１０の点検が行われていない場合に、パティキュレートフィルタ１０の点検が行われるまで内燃機関２の出力を制限することを特徴とするものである。

このように構成にすることにより、パティキュレートフィルタ１０が溶損する可能性がある状態であることを作業者に通知し、または内燃機関２を強制的に停止することができる。さらに、内燃機関２の出力を制限することでパティキュレートフィルタ１０の点検を促進させることができる。これにより、パティキュレートフィルタ１０が溶損した状態で内燃機関２の運転が継続されることを防止することができる。

１内燃機関の排気浄化装置
２内燃機関
１０パティキュレートフィルタ
２０下流側温度センサ
２１排気差圧検出装置
３０ＥＣＵ
４０通知装置
Ｔ１下流側排気温度
Ｐ（ｎ−１）第一の排気差圧
Ｐ（ｎ）第二の排気差圧
ｄＰ差圧変化量
Ｐ基準変化量
ｔ基準時間
Ｔ基準温度

Claims

パティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの下流側排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記パティキュレートフィルタの上流側排気圧と前記パティキュレートフィルタの下流側排気圧との排気差圧を所定時間毎に算出する排気差圧検出手段と、
前記パティキュレートフィルタの状態に基づく通知を行う通知手段と、
内燃機関を制御する制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御手段は、
前記排気温度検出手段と、
前記排気差圧検出手段と、
前記通知手段と、
が接続され、
第一の排気差圧と所定時間経過後に算出される第二の排気差圧とに基づいて差圧変化量を算出し、前記差圧変化量が基準変化量以上の場合、または下流側排気温度が基準時間以上継続して基準温度以上の場合に、前記通知手段により前記内燃機関の運転停止を要求する通知を行う、または前記内燃機関の運転を停止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記制御手段は、
前記排気温度検出手段が少なくとも１回以上、基準温度以上の値を基準時間以上継続して検出した場合に、前記通知手段により前記パティキュレートフィルタの点検を要求する通知を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御手段は、
前記通知手段による前記パティキュレートフィルタの点検を要求する通知を基準期間の間以上継続して行い、かつパティキュレートフィルタの点検が行われていない場合に、前記パティキュレートフィルタの点検が行われるまで前記内燃機関の出力を制限することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。