JP2012122461A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦの強制再生処理に必要な温度を得られるようにする。
【解決手段】ＤＰＦの強制再生処理を停車中に実行するときに、ディーゼルエンジンのアイドル回転速度を所定回転速度まで上昇させると共に（Ｓ１１）、可変ターボチャージャに対する指示開度θを初期開度に設定する（Ｓ１２）。そして、ＤＰＦに流入する排気温度Ｔが所定温度に近づくように、下限開度及び上限開度で画定される範囲内で指示開度θを増減させつつ（Ｓ１３〜Ｓ１７）、可変ターボチャージャに対して指示開度θに応じた制御信号を出力して開度を制御する（Ｓ１８）。また、指示開度θが下限開度又は上限開度まで増減されたにもかかわらず、排気温度Ｔが所定温度に近づかなければ、可変ターボチャージャに故障が発生したと判定して警告灯を点灯させる（Ｓ２３及びＳ２４）。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気を浄化する排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ；Particulate Matter）を低減するために、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ；Diesel Particulate Filter）を配設した排気浄化装置が実用化されている。ＤＰＦを用いた排気浄化装置では、ＤＰＦでＰＭを捕集・除去するため、ＰＭ捕集量の増加に伴ってＤＰＦの目詰まりが進行してしまう。このため、ＤＰＦで捕集されたＰＭを焼却する強制再生処理が不可欠である。

そこで、ＤＰＦの強制再生処理を行うため、特開２００５−１１３９０９号公報（特許文献１）に記載されるように、可変ターボチャージャの開度を目標開度に制御して、排気温度をＤＰＦ再生温度まで上昇させる技術が提案されている。

特開２００５−１１３９０９号公報

しかしながら、可変ターボチャージャには機械的なバラツキがあるため、その開度が目標開度になるように制御しても、実際の開度（実開度）が目標開度にならないおそれがある。実開度が目標開度より大きくなると、排気温度がＤＰＦ再生温度まで上昇せず、ＤＰＦの再生処理が十分行われなくなってしまう。また、実開度が目標開度より小さくなると、排気の絞り過ぎによる不具合が発生してしまう。

そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、可変ターボチャージャの開度を排気温度に応じてフィードバック制御することで、ＤＰＦの強制再生処理に必要な温度を得られるようにした排気浄化装置を提供することを目的とする。

排気浄化装置は、タービンブレードの開度を制御可能な可変ターボチャージャと、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されたＤＰＦと、ＤＰＦに流入する排気の温度を検出する温度検出手段と、ＤＰＦの強制再生処理を停車中に実行するときに、ディーゼルエンジンのアイドル回転速度を所定回転速度まで上昇させる第１の制御手段と、ディーゼルエンジンのアイドル回転速度が所定回転速度まで上昇されたときに、排気温度が所定温度に近づくように、可変ターボチャージャのタービンブレード開度をフィードバック制御する第２の制御手段と、を有する。

ＤＰＦに流入する排気温度が所定温度に近づくように、可変ターボチャージャのタービンブレード開度がフィードバックされるため、可変ターボチャージャにおける実開度と指示開度とが乖離していても、ＤＰＦに流入する排気温度を所定温度に維持することができる。このため、ＤＰＦの強制再生処理に必要な温度を得ることができる。

排気浄化装置を搭載したディーゼルエンジンの概要図 再生時期判定処理の一例を説明するフローチャート 強制再生処理の一例を説明するフローチャート 強制再生処理の一例を説明するフローチャート

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳細に説明する。
図１は、排気浄化装置を搭載したディーゼルエンジンの概要を示す。
ディーゼルエンジン１０の吸気マニフォールド１２に接続される吸気管１４には、吸気流通方向に沿って、吸気中の埃などを濾過するエアクリーナ１６、吸気を過給する可変ターボチャージャの一例としての可変ジオメトリターボチャージャ（ＶＧＴ；Variable Geometry Turbocharger）１８のコンプレッサ１８Ａ、ＶＧＴ１８を通過して高温となった吸気を冷却するインタークーラ２０がこの順番で配設される。ＶＧＴ１８では、タービンブレードの開度が連続的に増減制御される。なお、可変ターボチャージャとして、可変ノズルターボチャージャ（ＶＮＴ；Variable Nozzle Turbocharger）なども適用可能である。

一方、ディーゼルエンジン１０の排気マニフォールド２２に接続される排気管２４（排気通路）には、排気流通方向に沿って、ＶＧＴ１８のタービン１８Ｂ、連続再生式ＤＰＦ装置２６がこの順番で配設される。連続再生式ＤＰＦ装置２６は、少なくとも一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）へと酸化させるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ；Diesel Oxidation Catalyst）２６Ａと、排気中のＰＭを捕集・除去するＤＰＦ２６Ｂと、を有する。なお、ＤＰＦ２６Ｂの代わりに、その基体表面に触媒（活性成分及び添加成分）を担持させたキャタライズドスートフィルタ（ＣＳＦ；Catalyzed Soot Filter）を使用することもできる。

ＶＧＴ１８のタービン１８Ｂと連続再生式ＤＰＦ装置２６との間に位置する排気管２４には、ＤＰＦ２６Ｂへと流入する排気の温度（排気温度）Ｔを検出する温度センサ２８と、連続再生式ＤＰＦ装置２６の排気上流における排気の圧力（排気圧力）ｐ₁を検出する圧力センサ３０が取り付けられる。また、連続再生式ＤＰＦ装置２６の排気下流に位置する排気管２４には、連続再生式ＤＰＦ装置２６の排気下流における排気圧力ｐ₂を検出する圧力センサ３２が取り付けられる。

温度センサ２８、圧力センサ３０及び３２の各出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３４に入力される。また、コントロールユニット３６には、ＤＰＦ２６Ｂの強制再生処理を行うべき時期が到来したことを車両運転者などに報知するための報知灯３６、ＤＰＦ２６Ｂの強制再生処理を開始するときに車両運転者などが操作する再生スイッチ３８、及び、ＶＧＴ１８に故障が発生したことを車両運転者などに警告するための警告灯４０が接続される。

そして、コントロールユニット３４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、圧力センサ３０及び３２の各出力信号に応じて報知灯３６の制御を行うと共に、停車中に再生スイッチ３８が押されたことを契機として、温度センサ２８の出力信号に応じてＶＧＴ１８及び警告灯４０を制御する。
ここで、コントロールユニット３４が制御プログラムを実行することで、第１の制御手段、第２の制御手段及び判定手段が具現化される。また、コントロールユニット３４と警告灯４０とが協働することで、報知手段が具現化される。

図２は、ディーゼルエンジン１０が始動されたことを契機として、コントロールユニット３４が所定時間ごとに繰り返し実行する再生時期判定処理の一例を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、コントロールユニット３４が、圧力センサ３０から連続再生式ＤＰＦ装置２６の排気上流における排気圧力ｐ₁を読み込む。

ステップ２では、コントロールユニット３４が、圧力センサ３２から連続再生式ＤＰＦ装置２６の排気下流における排気圧力ｐ₂を読み込む。

ステップ３では、コントロールユニット３４が、排気圧力ｐ₁と排気圧力ｐ₂との差の絶対値（｜ｐ₁−ｐ₂｜）、即ち、連続再生式ＤＰＦ装置２６における圧力損失が所定値以上であるか否かを判定する。そして、コントロールユニット３４は、排気圧力ｐ₁と排気圧力ｐ₂との差の絶対値が所定値以上であると判定すれば処理をステップ４へと進める一方（Ｙｅｓ）、排気圧力ｐ₁と排気圧力ｐ₂との差の絶対値が所定値未満であると判定すれば処理を終了させる。

ステップ４では、コントロールユニット３４が、ＤＰＦ２６Ｂの強制再生時期が到来したことを報知すべく、報知灯３６を点灯させる。

かかる再生時期判定処理によれば、連続再生式ＤＰＦ装置２６のＤＰＦ２６ＢにＰＭが堆積して圧力損失が所定値以上になると、報知灯３６が点灯される。このため、車両運転者などは、報知灯３６が点灯したことを通して、ＤＰＦ２６Ｂの強制再生時期が到来したことを認識することができる。なお、連続再生式ＤＰＦ装置２６の排気上流及び排気下流における排気圧力ｐ₁及びｐ₂に代えて、これらの差圧を直接検出する差圧センサからの出力信号を用いてもよい。

図３及び図４は、報知灯３６が点灯している状態で、車両運転者などが停車中に再生スイッチ３８をＯＮに操作したことを契機として、コントロールユニット３４が実行する強制再生処理の一例を示す。
ステップ１１では、コントロールユニット３４が、ディーゼルエンジン１０のアイドル回転速度を所定回転速度まで上昇させる。

ステップ１２では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に対する指示開度θを初期開度に設定する。なお、初期開度は、容易に変更可能なように、ＲＯＭなどに書き込んでおくようにしてもよい。

ステップ１３では、コントロールユニット３４が、温度センサ２８から排気温度Ｔを読み込む。

ステップ１４では、コントロールユニット３４が、排気温度Ｔが所定温度未満であるか否か、即ち、排気温度ＴがＤＰＦ２６Ｂの強制再生処理が実行可能な温度未満であるか否かを判定する。そして、コントロールユニット３４は、排気温度Ｔが所定温度未満であると判定すれば処理をステップ１５へと進める一方（Ｙｅｓ）、排気温度Ｔが所定温度以上であると判定すれば処理をステップ１８へと進める（Ｎｏ）。なお、所定温度は、ハンチング防止、後述する故障判定処理のために、上限温度及び下限温度で画定される幅を有していることが望ましい。

ステップ１５では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に対する指示開度θが下限開度以下であるか否かを判定する。ここで、下限開度は、ＶＧＴ１８の開度が過度に小さくなり、排気の絞り過ぎによる不具合が発生しないようにする下限値であって、後述する上限開度と共にＶＧＴ１８の開度を所定範囲内に制御するための制御因子である。そして、コントロールユニット３４は、指示開度θが下限開度以下であると判定すれば処理をステップ１６へと進める一方（Ｙｅｓ）、指示開度θが下限開度より大きいと判定すれば処理をステップ１７へと進める（Ｎｏ）。

ステップ１６では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に対する指示開度θを下限開度とする。

ステップ１７では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に対する指示開度θを所定開度Δθだけ減少させる。ここで、所定開度Δθは、ＶＧＴ１８の開度を制御する分解能を規定する制御因子であって、例えば、ＶＧＴ１８の特性などを考慮して決定される。

ステップ１８では、コントロールユニット３４が、排気温度Ｔが所定温度より高いか否かを判定する。そして、コントロールユニット３４は、排気温度Ｔが所定温度より高いと判定すれば処理をステップ１９へと進める一方（Ｙｅｓ）、排気温度Ｔが所定温度以下であると判定すれば処理をステップ２３へと進める（Ｎｏ）。

ステップ１９では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に対する指示開度θが上限開度以上であるか否かを判定する。ここで、上限開度は、ＶＧＴ１８の開度が過度に大きくなり、排気温度がＤＰＦ２６Ｂを強制再生可能な温度以下とならないようにする上限値である。そして、コントロールユニット３４は、指示開度θが上限開度以上であると判定すれば処理をステップ２０へと進める一方（Ｙｅｓ）、指示開度θが上限開度未満であると判定すれば処理をステップ２１へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２０では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に対する指示開度θを上限開度とする。

ステップ２１では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に対する指示開度θを所定開度Δθだけ増加させる。

ステップ２２では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に対して指示開度θに応じた制御信号を出力し、ＶＧＴ１８の開度を制御する。

ステップ２３では、コントロールユニット３４が、ＶＧＴ１８に故障が発生しているか否かを判定する。具体的には、コントロールユニット３４は、ＶＧＴ１８に対する指示開度θが下限開度又は上限開度となっており、かつ、温度センサ２８から読み込まれた排気温度Ｔが所定温度に近づかなかったとき（所定温度とならなかった場合を含む）に、ＶＧＴ１８に故障が発生していると判定する。要するに、下限開度及び上限開度で画定される範囲内でＶＧＴ１８の開度を制御しても、排気温度Ｔが所定温度に近づかなかったときには、指示開度θと実開度が大きく乖離しているため、ＶＧＴ１８が故障していると判定する。そして、コントロールユニット３４は、ＶＧＴ１８に故障が発生していると判定すれば処理をステップ２４へと進める一方（Ｙｅｓ）、ＶＧＴ１８に故障が発生していないと判定すれば処理をステップ２５へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２４では、コントロールユニット３４が、警告灯４０を点灯させ、車両運転者などにＶＧＴ１８が故障していることを警告する。

ステップ２５では、コントロールユニット３４が、例えば、車両運転者などが再生スイッチ３８をＯＦＦに操作しかた否か、ＤＰＦ２６Ｂの強制再生処理を開始してから所定時間が経過しかた否かを介して、強制再生処理が終了したか否かを判定する。そして、コントロールユニット３４は、強制再生処理が終了したと判定すれば処理をステップ２６へと進める一方（Ｙｅｓ）、強制再生処理が終了していないと判定すれば処理をステップ１３へと戻す（Ｎｏ）。

ステップ２６では、コントロールユニット３４が、報知灯３６を消灯させる。

かかる強制再生処理によれば、報知灯３６が点灯している状態で、車両運転者などが停車中に再生スイッチ３８をＯＮに操作すると、ＤＰＦ２６Ｂの強制再生処理を実行する準備として、ディーゼルエンジン１０のアイドル回転速度が所定回転速度まで上昇されると共に、ＶＧＴ１８に対する指示開度θが初期開度に設定される。そして、ＤＰＦ２６Ｂに流入する排気温度Ｔが所定温度に近づくように、ＶＧＴ１８のタービンブレード開度がフィードバック制御される。このため、ＶＧＴ１８における実開度と指示開度とが多少乖離していても、ＤＰＦ２６Ｂに流入する排気温度を所定温度に維持することが可能となり、排気の絞り過ぎにより不具合が発生しないようにしつつ、ＤＰＦ２６Ｂの強制再生処理に必要な温度を得ることができる。

また、排気温度Ｔを所定温度に維持するとき、ＶＧＴ１８に対する指示開度θが下限開度及び上限開度で画定される範囲内で制御されるため、下限開度及び上限開度をＶＧＴ１８の特性に合わせて設定すれば、指示開度θと排気温度との相関関係が成立する範囲内でＶＧＴ１８を制御することができる。

さらに、排気温度Ｔに応じてＶＧＴ１８の開度をフィードバック制御した結果、指示開度θが下限開度又は上限開度となり、かつ、排気温度Ｔが所定温度に近づかなかったときには、ＶＧＴ１８に故障が発生していると判定して警告灯４０が点灯される。このため、警告灯４０が点灯していることを目視した車両運転者などは、ＶＧＴ１８に故障が発生していることを認識できる。

１０ ディーゼルエンジン
１８ ＶＧＴ
１８Ｂ タービン
２４ 排気管
２６Ｂ ＤＰＦ
２８ 温度センサ
３４ コントロールユニット
４０ 警告灯

Claims (6)

1. タービンブレードの開度を制御可能な可変ターボチャージャと、
   ディーゼルエンジンの排気通路に配設されたディーゼルパティキュレートフィルタと、
   前記ディーゼルパティキュレートフィルタに流入する排気の温度を検出する温度検出手段と、
   前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生処理を停車中に実行するときに、前記ディーゼルエンジンのアイドル回転速度を所定回転速度まで上昇させる第１の制御手段と、
   前記第１の制御手段によりディーゼルエンジンのアイドル回転速度が所定回転速度まで上昇されたときに、前記温度検出手段により検出された排気温度が所定温度に近づくように、前記可変ターボチャージャのタービンブレード開度をフィードバック制御する第２の制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記第２の制御手段は、前記排気温度が所定温度より低いときに、前記可変ターボチャージャに対する指示開度を所定開度減少させる一方、前記排気温度が所定温度より高いときに、前記可変ターボチャージャの指示開度を所定開度増加させることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記第２の制御手段は、前記可変ターボチャージャに対する指示開度を、下限開度及び上限開度で画定される範囲内で制御することを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。
4. 前記第２の制御手段による可変ターボチャージャの開度制御の結果、前記可変ターボチャージャに対する指示開度が下限開度又は上限開度となり、かつ、前記温度検出手段により検出された排気温度が所定温度に近づかなかったときに、前記可変ターボチャージャに異常が発生したと判定する判定手段を更に備えたことを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。
5. 前記判定手段により前記可変ターボチャージャに異常が発生したと判定されたときに、その旨を報知する報知手段を更に備えたことを特徴とする請求項４記載の排気浄化装置。
6. 前記所定温度は、上限温度及び下限温度で画定される幅を有していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。

Images