JP2013057308A - 排気ガス浄化装置およびこれを制御する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】煤煙フィルタの再生を円滑に行われるようにする排気ガスの浄化装置およびこれを制御する方法を提供する。
【解決手段】ガソリンエンジンの排気パイプ上に設置されたガソリン煤煙フィルタを含む排気ガス浄化装置であって、複数の気筒を有し、選択的に一部気筒を休止させることができるエンジンと、排気ガス中の煤煙を捕集するガソリン煤煙フィルタと、ガソリン煤煙フィルタ前後の差圧を測定する差圧センサと、差圧と制御パラメータが入力されてエンジンで休止させようとする気筒数を決定し、休止気筒を介して供給される空気をガソリン煤煙フィルタに供給することにより、ガソリン煤煙フィルタを再生させるようにするエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）を有して構成される。さらに、ガソリン煤煙フィルタの前端に三元触媒を有することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は排気ガス浄化装置およびこれを制御する方法に関し、より詳細には、ガソリン煤煙フィルタを再生させるための酸素を十分に供給することができる排気ガス浄化装置およびこれを制御する方法に関する。

一般的に、内燃機関で燃費および性能を改善するためにガソリン直接噴射（Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ：ＧＤＩ）技術が開発されており、ＧＤＩエンジンとは、燃料を吸気管内部に噴射せずに燃焼室に直接噴射するガソリンエンジンの噴射方式を意味する。これは、点火プラグ周囲の空燃比を濃厚にするので、希薄な空燃比でもエンジン作動が可能であるが、ガソリン直接噴射エンジン（ＧＤＩ）技術の開発に伴い、燃焼室内の不完全燃焼区間の増加による粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒｓ：ＰＭ）の発生が問題になっている。

これにより、ＧＤＩエンジン装着車両に対する粒子状物質（ＰＭ）排出規制およびナノ粒子状物質の数量規制に対する対応が必要となった。これを解決するために、ディーゼルエンジンで用いられているガソリン煤煙フィルタを装着することにより、エミッション規制に対応をしようとする研究が進められている。

しかし、ガソリンエンジンは理論空燃比によって運転を行うため、ガソリン煤煙フィルタに堆積した粒子状物質の強制再生時に排気ガス中に酸素が不足して再生が困難となり、極めて長い再生期間が必要であった。これを解決するために、従来では煤煙フィルタの前端に空気を供給する装置を付加していた。

エンジンの粒子状物質除去については、フィルタが再生時期を迎えたと判断したとき、排気ガスを低い目標温度（４５０℃）に昇温させて粒子状物質が許容限界量以上に堆積するのを防止する排気ガス浄化装置〔特許文献１〕、再生処理時の粒子状物質除去フィルタの熱負荷を分散させて、フィルタの破損を防止すると共に、装置全体を小形化した排気ガス浄化装置〔特許文献２〕などの提案があり、また、粒子状物質除去装置の制御に関して、捕集量データ取得手段と時間計測手段、記憶手段を有してフィルタが効率よく作動しているかどうかを管理するエンジン排気ガスの管理システム〔特許文献３〕が提案されている。

特開２００４−２１８４８４号公報 特開２００２−１８０８２９号公報 特開２００５−３４４６１４号公報

本発明の目的は、煤煙フィルタの再生が円滑に行われるようにする排気ガスの浄化装置およびこれを制御する方法を提供するにある。

本発明の排気ガス浄化装置は、ガソリンエンジンの排気パイプ上に設置されたガソリン煤煙フィルタを含む排気ガス浄化装置であって、複数の気筒を有し、選択的に一部気筒を休止させることができるエンジンと、エンジンと連結する排気パイプ上に設置されてエンジンからの排気ガス中の煤煙を捕集するガソリン煤煙フィルタと、ガソリン煤煙フィルタの前後に設置され、ガソリン煤煙フィルタ前後の差圧を測定する差圧センサと、差圧センサで測定された差圧と制御パラメータ測定部によって検出された制御パラメータが入力されて、エンジンで休止させようとする気筒数を決定し、休止気筒を介して供給される空気をガソリン煤煙フィルタに供給することにより、ガソリン煤煙フィルタを再生させるようにするエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）を有して構成される。

本発明の排気ガス浄化装置は、さらに、ガソリン煤煙フィルタの前端に設置される三元触媒を有することができる。

制御パラメータは、代表的に、一部気筒の休止時にも走行に問題が発生しないエンジンの運転条件とガソリン煤煙フィルタの条件である。

本発明の排気ガス浄化装置の制御方法は、複数ある気筒のうちの一部を休止させることができるエンジンと、エンジンからの排気ガス中の煤煙を捕集するガソリン煤煙フィルタとを有する排気ガス浄化装置の制御方法であって、ガソリン煤煙フィルタ前後の差圧と予め設定された差圧を比較する段階、差圧が予め設定された差圧よりも大きいとき、休止させようとする気筒数を決定する段階、休止している気筒を通る空気をガソリン煤煙フィルタに供給してガソリン煤煙フィルタを再生させる段階、再生段階中にエンジンオーバーラン条件であるかを判断する段階、およびエンジンオーバーラン条件であるときには、通常運転モードに転換する段階、を含んで構成される。

エンジンオーバーラン条件を満たさないときには、ガソリン煤煙フィルタの再生が完了したかを判断する段階、再生が完了したときには、通常運転モードに転換する段階、をさらに含ものがよい。そして、ガソリン煤煙フィルタの再生が完了していない場合には、休止させようとする気筒数を決定する段階に戻る。

休止させようとする気筒数の決定は、エンジン運転条件とガソリン煤煙フィルタの条件に応じて行われる。

本発明の実施形態は、ＧＤＩエンジン用ガソリン煤煙フィルタの再生時に別途で追加される空気注入装置が必要なくなるため、機構を単純化することができ、原価上昇を防ぐことができる。また、ガソリンエンジンで煤煙フィルタを再生するとき、空気不足による再生時間の長期化を防ぐことにより、燃費悪化を防ぐことができる。

本発明の排気ガス浄化装置においてガソリン煤煙フィルタの前端に三元触媒を装着した構成図である。 本発明の排気ガス浄化装置において三元触媒を装着していない構成図である。 本発明の排気ガス浄化装置を作動する制御フローチャートである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の排気ガス浄化装置およびこれを制御する方法を説明する。
図２は、本発明の一つの実施形態による排気ガス浄化装置において三元触媒を装着していない構成図である。図１は、図２におけるガソリン煤煙フィルタの前端に三元触媒を装着した状態を示す構成図である。

図１および図２に示すように、本発明の排気ガス浄化装置は、エンジン１０、ガソリン煤煙フィルタ３０、ＥＣＵ４０を有して構成される。
エンジン１０は、燃料と空気が混合した混合気を燃焼させて化学的エネルギーを機械的エネルギーに変換していて、空気が吸気マニホールド１８を介して流入し、燃料がインジェクタ１４を介して気筒１２に直接噴射され、排気ガスが排気マニホールド１６を介して外部に排出される。

排気マニホールド１６には排気パイプ２５が連結され、排気パイプ２５にはガソリン煤煙フィルタ３０が装着され、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。

本発明の実施形態によれば、火花点火機関、すなわち、ガソリンエンジン１０では理論空燃比によって運転を行うため、ガソリン煤煙フィルタ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ＧＰＦ）３０に堆積した微粒子の強制再生時に排気ガス中の酸素が不足することがないよう、気筒１２別に休止（Ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）させるかを判断し、休止時には燃料を供給せずに空気のみを供給してガソリン煤煙フィルタ３０の再生を円滑に行われるようにしている。

ここで、休止（Ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）とは、燃料を供給せずに空気のみを供給することを意味する。バルブリフトは変わらずに正常に作動するため、空気は正常に吸気マニホールド１８を介してエンジン１０に流入し、燃料のみが供給されない。

ガソリンエンジン１０は、複数の気筒１２を有しており、エンジンの運転条件に応じて選択的に一部気筒１２を休止させることができる。排気ガス浄化装置は、さらにエンジン１０から排出された排気ガス中の煤煙を捕集するガソリン煤煙フィルタ３０と、ガソリン煤煙フィルタ３０の前後端の差圧を測定する差圧センサ３２とを有している。

また、差圧センサ３２で測定された差圧と制御パラメータを収集するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０を有して、ＥＣＵ４０では、この差圧と制御パラメータからエンジン１０の運転状態を把握してどのシリンダ気筒１２を休止させるかを決定し、休止が決定された気筒１２を休止させることにより、ガソリン煤煙フィルタ３０で再生が円滑に行われるようにする。

このとき、ガソリン煤煙フィルタ３０の前端には、排気ガスを浄化するために排気パイプ２５上に三元触媒（Ｔｈｒｅｅ Ｗａｙ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＴＷＣ）２０が設置される。三元触媒２０は、排気ガスの有害成分である一酸化炭素、窒素酸化物、および炭化水素系化合物が同時に反応してこれらを除去する触媒であって、主にＰｄ単独、Ｐｔ／Ｒｈ、Ｐｄ／Ｒｈ、またはＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ系の三元触媒２０が用いられる。

制御パラメータは、エンジンの運転領域（高負荷または低負荷）によるエンジン１０の運転条件と、ガソリン煤煙フィルタ３０の劣化程度のようなガソリン煤煙フィルタ３０の条件などを意味し、制御パラメータによってガソリン煤煙フィルタ３０の再生に必要な空気量が決定される。これら制御パラメータは、制御パラメータ測定部５０を介してＥＣＵ４０に入力される。ここでエンジンの運転条件とは、一部気筒の休止時にも走行に問題が発生しない正常走行が可能な気筒休止条件を意味する。

図３は、本発明の実施形態に係る排気ガスの浄化装置の制御フローチャートである。以下、図３を参照しながら、本発明の実施形態に係る排気ガスの浄化装置の制御流れについて説明する。

本発明に係る排気ガスの浄化装置は、エンジン１０が作動（Ｓ１００）している状態で適用される。先ず、差圧センサ３２と制御パラメータ測定部５０から、ガソリン煤煙フィルタ３０前後端の差圧、エンジン１０の運転条件、およびガソリン煤煙フィルタ３０の条件などの制御パラメータを検出する（Ｓ１１０）。

ガソリン煤煙フィルタ３０の差圧が予め設定された差圧よりも大きいかを比較（Ｓ１２０）し、ガソリン煤煙フィルタ３０の差圧が予め設定された差圧よりも大きい場合、エンジン１０の運転条件に応じて休止させようとする気筒数を決定（Ｓ１３０）し、休止させた気筒１２を介して燃料は供給せずに空気のみを供給することにより、ガソリン煤煙フィルタ３０が十分に再生する（Ｓ１４０）。再生に必要な空気量は、エンジンの運転条件とガソリン煤煙フィルタ３０の条件に応じて決定される。

ガソリン煤煙フィルタ３０再生中にエンジン１０のオーバーラン（ｏｖｅｒｒｕｎ）条件であるかを判断（Ｓ１５０）し、オーバーラン条件であれば通常運転モードに転換する（Ｓ１７０）。すなわち、すべての気筒１２の燃料休止を禁止し、正常に燃料を供給する。このようにオーバーラン条件であるかを判断する理由は、急激なブレーキ作動などの場合のように運転停止などによって必要以上の空気がガソリン煤煙フィルタ３０内に流入することを防ぐためである。

しかし、オーバーラン条件を満足しなければ、ガソリン煤煙フィルタ３０の再生が完了したかを判断（Ｓ１６０）し、再生が完了していれば通常運転モードに転換（Ｓ１７０）するが、再生が完了していない状態であれば、Ｓ１３０段階に戻って休止気筒数を再決定し、ガソリン煤煙フィルタ３０を再生する。

以下、本発明の実施形態に対して、４つの気筒の場合を例示しながら、より具体的に説明する。
４気筒エンジンの正常運転時、排気ガス中の酸素濃度は平均１％程度である。すなわち、各気筒１２の運転時、それぞれの気筒１２における酸素濃度は１％程度である。しかし、いずれか１つの気筒１２の休止時には、その気筒１２における酸素濃度は２１％程度に増加する。

従って、３気筒の運転時、すなわち、１気筒の休止時には酸素の平均濃度が６％程度であり、２気筒の運転時（２気筒の休止時）には酸素の平均濃度が１１％程度であり、１気筒の運転時（３気筒の休止時）には酸素の平均濃度が１６％程度となる。

酸素濃度が０．５％から１０％に増加するとき、同じ温度において煤煙（ｓｏｏｔ）の酸化速度は５倍以上速いので再生時間を短縮することができ、酸素濃度が１％から１０％に増加したとき、再生が開始する温度は約４５０℃から約４００℃に著しく下り、より低温でも再生が可能であった。

すなわち、本発明の実施形態によれば、理論空燃比によって運転するガソリンエンジンでは、ガソリン煤煙フィルタ３０の再生時に酸素が不足したが、一部気筒を休止させることによって十分な量の酸素を供給することができ、ガソリン煤煙フィルタを円滑に再生させることができるようになった。

以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態から当業者によって容易に変更され、均等であると認められる範囲のすべての変更を含むものである。

１０；エンジン
１２；気筒
１４；インジェクタ
１６；排気マニホールド
１８；吸気マニホールド
２０；三元触媒
２５；排気パイプ
３０；ガソリン煤煙フィルタ
３２；差圧センサ
４０；ＥＣＵ
５０；制御パラメータ測定部

Claims (7)

1. ガソリンエンジンの排気パイプ上に設置されたガソリン煤煙フィルタを含む排気ガス浄化装置であって、
   複数の気筒を有し、選択的に一部気筒を休止させることができるエンジンと、
   前記エンジンと連結する排気パイプ上に設置されて前記エンジンからの排気ガス中の煤煙を捕集するガソリン煤煙フィルタと、
   前記ガソリン煤煙フィルタの前後に設置され、前記ガソリン煤煙フィルタ前後の差圧を測定する差圧センサと、
   前記差圧センサで測定された差圧と、制御パラメータ測定部によって検出された制御パラメータが入力されて、前記エンジンで休止させようとする気筒数を決定し、休止気筒を介して供給される空気を前記ガソリン煤煙フィルタに供給することにより前記ガソリン煤煙フィルタを再生させるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と、
   を有して構成されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. さらに、前記ガソリン煤煙フィルタの前端に設置される三元触媒を有することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記制御パラメータは、一部気筒の休止時にも走行に問題が発生しないエンジンの運転条件と、ガソリン煤煙フィルタの条件を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
4. 複数ある気筒のうちの一部を休止させることができるエンジンと、前記エンジンからの排気ガス中の煤煙を捕集するガソリン煤煙フィルタとを有する排気ガス浄化装置の制御方法であって、
   前記ガソリン煤煙フィルタの前後の差圧を、予め設定された差圧を比較する段階、
   前記差圧が、予め設定された差圧よりも大きいとき、休止させようとする気筒数を決定する段階、
   前記休止している気筒を通る空気を前記ガソリン煤煙フィルタに供給してガソリン煤煙フィルタを再生させる段階、
   前記再生させる段階中にエンジンオーバーラン条件であるかを判断する段階、
   エンジンオーバーラン条件であるときには、通常運転モードに転換する段階、
   を含むことを特徴とする排気ガス浄化装置の制御方法。
5. 前記エンジンオーバーラン条件を満たさないときには、ガソリン煤煙フィルタの再生が完了したかを判断する段階、
   再生が完了したときには、通常運転モードに転換する段階、
   をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の排気ガス浄化装置の制御方法。
6. 前記ガソリン煤煙フィルタの再生が完了していない場合には、休止させようとする気筒数を決定する段階に戻ることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置の制御方法。
7. 前記休止させようとする気筒数の決定は、エンジン運転条件とガソリン煤煙フィルタの条件に応じて実行されることを特徴とする請求項４に記載の排気ガス浄化装置の制御方法。

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