JP2011247129A - 排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】再生要求頻度を減らすことができ、利便性の向上が図れる排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１０の排気管１１に排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ１２ｂを接続し、該ＤＰＦ１２ｂのＰＭ堆積量が一定量を超えたとき、ポスト噴射を行ってＤＰＦ再生を行い、該ＤＰＦ再生毎にダイリューション量を積算し、該ダイリューション量の積算値が閾値を超えたときに手動再生を促すようにした排気ガス浄化システム１において、ＤＰＦ再生時に、ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出し、該総ポスト噴射量に基づいて前記ダイリューション量を設定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter；粒子状物質）をＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）で捕集する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ＰＭをＤＰＦと呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する排気ガス浄化システムとして、ＤＰＦと、ＤＰＦの上流側に設けられたＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）とからなる連続再生型ＤＰＦ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

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、ＤＰＦに捕集されたＰＭは連続的に燃焼して浄化され、ＤＰＦが自己再生されるが、排気ガス温度が低い場合には、ＤＯＣの温度が低下して活性化しないため、ＰＭを酸化してＤＰＦを自己再生することが困難となる。その結果、ＰＭがＤＰＦに堆積してＤＰＦの目詰まりが進行し、排圧上昇の問題が生じる。

ＰＭ堆積量は、ＤＰＦ前後の排気の差圧を計測する差圧センサの出力値に比例するため、差圧センサの出力値が所定の差圧を超えたときに、ＥＣＵ（Engine Control Unit）がフィルタの目詰まりを検出し、ＥＣＵが自動的に（自動再生）、或いは手動（手動再生）で行う場合には、キャビン内に設けられたＤＰＦ警告灯（ＤＰＦランプ）を点灯し、車両の停止後、ドライバーが再生ボタンを押すことで、ＤＰＦ再生を開始する。

排気ガス浄化システムでは、シリンダ（筒）内において燃料のマルチ噴射（多段遅延噴射）やポスト噴射（後噴射）を行うことにより、ＤＰＦに流入する排気ガスの温度を強制的に上昇させて、ＤＰＦに捕集したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生が行われている。マルチ噴射は、エンジンから排出される排気ガスの温度を昇温し、ＤＯＣを触媒活性温度まで昇温させるために行われる。ポスト噴射は、多量の未燃燃料を排気ガス中に供給し、供給した未燃燃料をＤＯＣにて酸化（燃焼）させることで、ＤＰＦ入口における排気ガス温度をＰＭが燃焼する温度以上に上昇させるために行われる。

なお、フィルタの目詰まりの検出は、ＤＰＦ前後の排気の差圧以外にも、走行距離に基づいてなされる場合もある。この場合は、走行距離が所定の距離を超えたときに、上述したように自動或いは手動でＤＰＦ再生を開始する。

ＤＰＦ再生が開始されると、ＥＣＵが燃料噴射や排気スロットル、排気ブレーキバルブを制御し、排気ガス温度を上昇させ、ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼される。このＤＰＦ再生においては、ポスト噴射を行うことにより、エンジンオイルに微量ながら燃料が混入するため、所謂ダイリューションと呼ばれる現象が発生する。このダイリューションにより、エンジンオイルの希釈が進むとエンジンの故障を招く虞がある。

ダイリューションに関しては、車両の走行中に行う自動再生では、停車アイドル状態に比べて排気ガス温度の制御が難しいので、排気ガス温度を目標温度まで昇温させるためには多量のポスト噴射が必要となり、その結果として、ダイリューション量が多くなる。これに対し、車両を停止させて行う手動再生は、排気ガス温度の制御が容易に行えるため、ポスト噴射量が少なくて済み、自動再生に比べてダイリューション量を抑えることができる。

手動再生は安定してＤＰＦ再生を行えるので、自動再生に比べて手動再生の方が効率が良いと言う特長があるが、手動再生を行うには車両を所定の時間（例えば、２０〜３０分程度）停止させる必要があり、利便性の面では自動再生に劣っている。このような理由から、自動再生と手動再生を状況に応じて適宜選択して行うＤＰＦ再生制御が行われている。

自動再生と手動再生の選択は、蓄積ダイリューション量に基づいてなされる。蓄積ダイリューション量とは、ＤＰＦ再生によって増加するダイリューション量を積算すると共に、走行によってエンジンオイルに混入した燃料が揮発して減少するダイリューション量を減算して計算されるものである。

具体的には、図３に示すように予め蓄積ダイリューション量に所定の閾値を設定しておき、計算された蓄積ダイリューション量がその閾値未満のとき、自動再生を行い（Ａ部分）、蓄積ダイリューション量が閾値を超えているとき、ドライバーに手動再生を促すようにしている（Ｂ部分）。

このように、蓄積ダイリューション量が多いときは、ダイリューションの発生が少ない手動再生を行い、蓄積ダイリューション量が少ないときは、利便性の優れた自動再生を行っている。

更に、自動再生と手動再生の選択は、ＤＰＦ再生終了から次のＤＰＦ再生開始までの走行距離である再生インターバルに基づいてもなされる。具体的には、再生インターバルが設定した手動再生閾値未満のとき、蓄積ダイリューション量に関わらずドライバーに手動再生を促すようにしている（Ｃ部分）。

再生インターバルが短くなる、即ち走行距離が短いのにも拘わらずＰＭがＤＰＦに閾値を超えて堆積する理由としては、先のＤＰＦ再生でＰＭが十分に除去されなかった可能性が考えられる。そのため、再生インターバルが手動再生閾値未満のときは、安定してＤＰＦ再生を行える手動再生を選択し、確実にＰＭを除去するようにしている。

特許第４１７５２８１号公報

ところで、従来の排気ガス浄化システムにおいては、前記蓄積ダイリューション量を試験値で演算して求め、ダイリューション量が環境変化に関わらず余裕を見た量となっていたため、再生要求頻度が増え、利便性が悪かった。

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、再生要求頻度を減らすことができ、利便性の向上が図れる排気ガス浄化システムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、ディーゼルエンジンの排気管に排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦを接続し、該ＤＰＦのＰＭ堆積量が一定量を超えたとき、ポスト噴射を行ってＤＰＦ再生を行い、該ＤＰＦ再生毎にダイリューション量を積算し、該ダイリューション量の積算値が閾値を超えたときに手動再生を促すようにした排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦ再生時に、ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出し、該総ポスト噴射量に基づいて前記ダイリューション量を設定するようにしたことを特徴とする。

ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出した後、該総ポスト噴射量から再生直後のダイリューション量を決定し、次の再生開始までの走行距離でダイリューション減少量を算出し、前記再生直後のダイリューション量から前記ダイリューション減少量を減じて、実ダイリューション量を決定し、該実ダイリューション量を積算していき、該実ダイリューション量の積算値が閾値を超えたときに前記手動再生を促すようにすることが好ましい。

１回のＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量に見合ったダイリューション量がテーブル化されていることが好ましい。

前記ＰＭ堆積量は、前記ＤＰＦ前後の差圧、又は走行距離に基いて検出されることが好ましい。

本発明によれば、再生要求頻度を減らすことができ、利便性の向上が図れる排気ガス浄化システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 ポスト噴射量積算値とダイリューション量の関係を示すグラフである。 走行距離と蓄積ダイリューション量の関係を示すグラフである。

以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。

図１に、本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（以下、単にエンジンともいう。）１０の排気管１１に排気ガス浄化装置の一つである連続再生型ＤＰＦ（或いはＤＰＤ：Diesel Particulate Defuserともいう）装置１２を備えている。この連続再生型ＤＰＦ装置１２は、排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ１２ｂと、このＤＰＦ１２ｂの上流側に設けられたＤＯＣ１２ａとを備えている。前記ＤＰＦ１２ｂは、ＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter)からなる。連続再生型ＤＰＦ装置１２の下流の排気管１１には、サイレンサ１３が配置されている。排気ガスＧは、連続再生型ＤＰＦ装置１２により浄化されて、浄化された排気ガスＧｃとしてサイレンサ１３を経由して大気中に放出される。

前記ＤＯＣ１２ａ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。ＤＰＦ１２ｂ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ている。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している。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。

そして、前記ＤＰＦ１２ｂ上のＰＭの堆積量を推定するために、ＤＰＦ１２ｂの前後に接続された導通管にはＤＰＦ１２ｂ前後の差圧を検出する差圧センサ３１が設けられている。また、連続再生型ＤＰＦ装置１２の下流側の排気管１１には、排気絞り手段としての排気スロットル弁１４が設けられ、連続再生型ＤＰＦ装置１２の上流側の排気管１１には、排気ブレーキ２０が設けられている。

連続再生型ＤＰＦ装置１２内のＤＯＣ１２ａの上流側には、ＤＯＣ１２ａに流入する排気ガスの温度を検出するＤＯＣ入口排気温度センサ３２が設けられ、ＤＯＣ１２ａとＤＰＦ１２ｂとの間には、ＤＰＦ１２ｂに流入する排気ガスの温度を検出するＤＰＦ入口排気温度センサ３３が設けられている。

エンジン１０の吸気管１５には、吸気口からエンジン１０側にかけて、エアクリーナ１６、ＭＡＦセンサ（吸入空気量センサ）１７、ターボチャージャ３６のコンプレッサ３６ｂ、吸気スロットル弁（インテークスロットル）１８が設けられている。吸気スロットル弁１８は、吸気マニホールド３７への吸気量を調整するためのものである。排気マニホールド３８から排出された排気ガスは、ターボチャージャ３６のタービン３６ａ、排気ブレーキ２０を通って、連続再生型ＤＰＦ装置１２に流入するようになっている。

また、吸気マニホールド３７と排気マニホールド３８には、エンジン１０から排出される排気ガスの一部を吸気マニホールド３７に戻すためのＥＧＲ管１９が接続され、このＥＧＲ管１９には、吸気マニホールド３７に戻す排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ３９と、吸気マニホールド３７に戻す排気ガス量であるＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁２１とが設けられている。

ＭＡＦセンサ１７、ＤＯＣ入口排気温度センサ３２、ＤＰＦ入口排気温度センサ３３、車速センサ３４、エンジン回転数センサ３５からの信号は、エンジン１０の全般的な制御を行うと共に、ＤＰＦ再生制御も行う制御装置であるＥＣＵ（電子制御ユニット）４０に入力され、このＥＣＵ４０からの制御信号により、排気スロットル弁１４、排気ブレーキ２０、吸気スロットル弁１８、ＥＧＲ弁２１、燃料噴射装置２２等が制御されるようになっている。

排気ガス浄化システム１は、総ポスト噴射量算出部２と、蓄積ダイリューション量演算部３と、再生インターバル測定部４と、強制再生部５とを備えている。これら総ポスト噴射量算出部２、蓄積ダイリューション量演算部３、再生インターバル測定部４、強制再生部５は、ＥＣＵ４０に搭載されている。

総ポスト噴射量算出部２は、１回のＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出するようになっている。

蓄積ダイリューション量演算部３は、ＤＰＦ再生毎のダイリューション量を積算すると共に、走行によって減少するダイリューション量を減算して、蓄積ダイリューション量を演算するようになっている。

再生インターバル測定部４は、ＤＰＦ再生終了から次のＤＰＦ再生開始までの再生インターバルを測定するようになっている。

強制再生部５は、ＤＰＦ１２ｂのＰＭ堆積量が所定量を超えたとき、蓄積ダイリューション量が所定の閾値未満であり、かつ再生インターバルが所定の閾値以上であるという条件（以下、自動再生条件という）を満たせば、車両の走行中に自動でＤＰＦ再生する自動再生を行うようになっている。また、強制再生部５は、自動再生中には、自動再生ランプ（緑色）２４を点灯するようになっている。

また、強制再生部５は、ＤＰＦ１２ｂのＰＭ堆積量が所定量を超えたとき、自動再生条件を満たさなければ、車両の停車中に手動でＤＰＦ再生する手動再生を行うようドライバーに促し、車両の停車中にドライバーの操作により手動再生を行うようになっている。強制再生部５は、ＤＰＦ１２ｂのＰＭ堆積量が所定量を超え、かつ自動再生条件が満たされないときには、手動再生ランプ（橙色）２３を点滅させることで、ドライバーに手動再生を促す（警告する）ようになっている。また、強制再生部５は、手動再生中には、手動再生ランプ（橙色）２３を点灯させ、手動再生中であることを表示するようになっている。さらに、強制再生部５は、ドライバーが停車中に手動再生ボタン（ＤＰＦ手動再生実行スイッチ）２５を押すことにより、手動再生を実行するようになっている。

ここで、ＰＭ堆積量は、差圧センサ３１で検出したＤＰＦ１２ｂ前後の差圧、或いは車速センサ３４で検出した車速を基に演算した走行距離に基づいて検出される。つまり、強制再生部５は、ＤＰＦ１２ｂ前後の差圧が所定の閾値を超えたとき、あるいは、走行距離が所定の閾値を超えたときに、ＤＰＦ１２ｂのＰＭ堆積量が所定量を超えたと判断する。

ＤＰＦ再生では、ＤＯＣ入口排気温度センサ３２、あるいはＤＰＦ入口排気温度センサ３３で検出される排気ガス温度が第１判定値（ＤＯＣの活性温度、例えば２５０℃）より低い時には、燃料のマルチ噴射を行って、エンジン１０から排出される排気ガスの温度を上昇させ、ＤＯＣ入口排気温度センサ３２あるいはＤＰＦ入口排気温度センサ３３で検出される排気ガス温度が第１判定値以上になったときに、ポスト噴射を行うＰＭ燃焼除去制御を実施し、ＤＰＦ１２ｂの強制再生を行う。ＰＭ燃焼除去制御では、必要に応じてマルチ噴射とポスト噴射を組み合わせる。なお、手動再生においては、排気ガス温度が第１判定値以上となるまで排気ブレーキ２０を閉じ、排気ガス温度を急速に上昇させるようになっている。また、手動再生においては、ＰＭ燃焼除去制御時に排気スロットル弁１４を閉じて排気絞りを行い、排気ガス温度を上昇させるようになっている。

さて、本実施の形態に係る排気ガス浄化システム１では、ＤＰＦのＰＭ堆積量が一定量を超えたとき、マルチ噴射とポスト噴射を行ってＤＰＦ再生を行い、このＤＰＦ再生毎にダイリューション量を積算し、このダイリューション量の積算値（蓄積ダイリューション量）が閾値を超えたときに手動再生を促すことを前提としており、ＤＰＦ再生時に、ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出し、この総ポスト噴射量に基づいて前記ダイリューション量を設定するように構成されている（図２）。これは、ポスト噴射時に噴射される未燃燃料の一部が筒内壁を伝わって潤滑油に交じり、潤滑油の希釈化すなわちダイリューションを起こすことから、ダイリューション量を実測値により近いものとするために、１回のＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量に基いてダイリューション量を設定するようにしたものである。この場合、潤滑油に交じった未燃燃料はエンジンの駆動により揮発して排出されることから、再生開始から次の再生開始までの走行距離でダイリューション減少量を算出することが可能である。そこで、強制再生部５は、ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出した後、総ポスト噴射量から再生直後のダイリューション量を決定し、次の再生開始までの走行距離でダイリューション減少量を算出し、前記再生直後のダイリューション量から前記ダイリューション減少量を減じて、実ダイリューション量を決定し、この実ダイリューション量を積算していき、この実ダイリューション量の積算値（蓄積ダイリューション量）が閾値を超えたときに前記手動再生を促すように構成されていることが好ましい。

また、総ポスト噴射量に見合ったダイリューション量がテーブル化されて蓄積ダイリューション量演算部３に組み込まれていることが好ましい。

以上説明した排気浄化システムによれば、ディーゼルエンジンの排気管に排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦを接続し、該ＤＰＦのＰＭ堆積量が一定量を超えたとき、マルチ噴射とポスト噴射を行ってＤＰＦ再生を行い、該ＤＰＦ再生毎にダイリューション量を積算し、該ダイリューション量の積算値が閾値を超えたときに手動再生を促すようにした排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦ再生時に、ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出し、該総ポスト噴射量に基づいて前記ダイリューション量を設定するようにしたので、手動再生を促す再生要求頻度を減らすことができ、利便性の向上が図れる。

また、ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出した後、該総ポスト噴射量から再生直後のダイリューション量を決定し、次の再生開始までの走行距離でダイリューション減少量を算出し、前記再生直後のダイリューション量から前記ダイリューション減少量を減じて、実ダイリューション量を決定し、該実ダイリューション量を積算していき、該実ダイリューション量の積算値が閾値を超えたときに前記手動再生を促すようにしたので、ユーザに何度も手動再生を要求するような事象を減らすことができ、従来に比べてユーザの利便性を改善することができる。

さらに、１回のＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量に見合ったダイリューション量がテーブル化されていることにより、現在のダイリューション量を直ちに認識することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。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ＤＯＣ１２ａと下流側のＤＰＦ１２ｂ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。また、ＤＯＣ１２ａ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、排気管１１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管１１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。排気管内直接噴射ではダイリューションを起こさないため、ダイリューション量の加算をしないことにすることにより手動再生要求頻度が減り、利便性が向上する。

１ 排気ガス浄化システム
１０ ディーゼルエンジン
１１ 排気管
１２ 連続再生型ＤＰＦ装置
１２ａ ＤＯＣ
１２ｂ ＤＰＦ
４０ 制御装置（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. ディーゼルエンジンの排気管に排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦを接続し、該ＤＰＦのＰＭ堆積量が一定量を超えたとき、ポスト噴射を行ってＤＰＦ再生を行い、該ＤＰＦ再生毎にダイリューション量を積算し、該ダイリューション量の積算値が閾値を超えたときに手動再生を促すようにした排気ガス浄化システムにおいて、
   ＤＰＦ再生時に、ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出し、該総ポスト噴射量に基づいて前記ダイリューション量を設定するようにしたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
2. ＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量を算出した後、該総ポスト噴射量から再生直後のダイリューション量を決定し、次の再生開始までの走行距離でダイリューション減少量を算出し、前記再生直後のダイリューション量から前記ダイリューション減少量を減じて、実ダイリューション量を決定し、該実ダイリューション量を積算していき、該実ダイリューション量の積算値が閾値を超えたときに前記手動再生を促すようにしたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システム。
3. １回のＤＰＦ再生に要した総ポスト噴射量に見合ったダイリューション量がテーブル化されていることを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化システム。
4. 前記ＰＭ堆積量は、前記ＤＰＦ前後の差圧、又は走行距離に基いて検出されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の排気ガス浄化システム。

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