JP2013160045A - 内燃機関とその捕集装置の再生方法 - Google Patents

内燃機関とその捕集装置の再生方法 Download PDF

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Abstract

【課題】触媒を担持した捕集装置の再生を起因とする燃費の悪化を抑制することができる内燃機関とその捕集装置の再生方法を提供する。
【解決手段】排気通路6に、排ガス中のPMを捕集するDPF9と、DPF9の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサ21と、DPF9の温度を測定する温度センサ22を備え、圧力損失センサ21が測定した再生前圧力損失値ΔP1が、判定値ΔP0より大きくなると、DPF9を第1再生温度Tmで再生する第1手段と、第1再生温度Tm下でDPF9を再生中に、圧力損失センサ21の圧力損失値ΔP2とΔP3から現圧力損失減少速度Vn_Tmを算出する第2手段と、現圧力損失減少速度Vn_Tmが、閾値Vm_Tmよりも小さくなったときに、DPF9を第1再生温度Tmよりも高い第2再生温度Tαで再生する第3手段と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置を備え、その捕集装置の前後の圧力損失の値によって、捕集装置の再生を行う内燃機関とその捕集装置の再生方法に関する。
エンジンの排ガス中に含まれるPM(微粒子状物質)を浄化する装置は、エンジンの排気管にDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ;捕集装置)を設けて、PMを捕集することにより、排ガスを浄化している。この捕集されたPMがDPF内に堆積すると、フィルタの目詰まりの原因となるので、このPMを定期的に燃焼させて、DPFを再生する必要がある。
通常の運転条件においては、DPFの温度が、PMが燃焼可能となる600℃〜800℃程度になることはなく、DPFの再生時はDPFを昇温するために、DPFに設けたセラミックのハニカム細孔にPMを一時的に捕集して、DPFに堆積したPMを、適時燃料噴射などによりDPFを600℃〜800℃程度に昇温させて高温燃焼し、分解している。しかし、DPFを昇温させるために、多くの燃料を消費することになり、燃費の悪化の原因となっている。
そこで、フィルタより上流側の排気通路に設けられているか、もしくは、該フィルタに担持されている、酸化機能を有する触媒に未燃燃料を供給することでフィルタ再生制御を実行すると共に、フィルタ再生制御の実行中に、未燃燃料通路付着量が規定付着量以上となったときに、内燃機関の機関負荷を上昇させることで排気を昇温させる排気昇温制御の実行を開始して、通路に付着した未燃燃料を燃焼して排ガス温度を上昇させることにより、燃費の悪化を抑制しつつ、PMを酸化、除去する装置がある(例えば、特許文献1参照)。
一方、現在のエンジンに設けられているDPFには、このフィルタ再生制御に伴う燃費の悪化を防ぐために、DPFに再生効率を向上させる触媒成分を塗工したものが多い。触媒を担持したDPFは、効率良くPMを酸化することができるが、この触媒は経年劣化などによりその効果が低減し、再生効率が低下してしまう。
上記の装置では、この触媒の劣化による再生効率が低下するという問題を解決することができず、触媒が劣化したDPFを再生させるために、より多くの未燃燃料を噴射する必要があるため、燃費が悪化する。
このDPFの触媒の劣化する問題に対して、触媒の劣化を判定する装置がある(例えば、特許文献2参照)。この装置は、DPFの温度と、DPF内のPM堆積量、酸素濃度ないし二酸化窒素濃度と、DPF内に堆積しているPMの燃焼特性とから算出した酸化反応速度からDPFの触媒の劣化を判定している。しかしながら、この装置は、触媒の劣化を判定しても、その触媒の劣化に即した制御を行っていないので、根本的に上記の問題を解決するものではない。また、この装置は多くのセンサの測定値を必要とする制御を用いることで、制御が複雑化するという問題もある。
特開2006−152870号公報 特開2009−030568号公報
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、DPFを再生するときに、簡易化した制御で、DPFの触媒の劣化を判定し、その触媒の劣化の進行度に合わせて、DPFの再生温度をコントロールし、排ガス中のPMを効率良く浄化して、PMの燃え残りを抑制することができる内燃機関とその捕集装置の再生方法を提供することである。
上記の目的を解決するための本発明の内燃機関は、排気通路に、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置と、該捕集装置の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサと、該捕集装置の温度を測定する温度センサと、該圧力損失センサと該温度センサの測定値を入力する制御装置とを備えると共に、前記制御装置が、前記圧力損失センサが測定した再生前圧力損失値が、予め定めた判定値より大きくなると、前記捕集装置を予め定めた第1再生温度で再生する第1手段を備える内燃機関において、前記制御装置が、前記第1再生温度下で前記捕集装置を再生中に、前記圧力損失センサの圧力損失値から現圧力損失減少速度を算出する第2手段と、該現圧力損失減少速度が、予め定めた閾値よりも小さくなったときに、前記捕集装置を前記第1再生温度よりも高い第2再生温度で再生する第3手段と、を備えて構成される。
この構成によれば、圧力損失センサと温度センサの二つを用いて、触媒劣化による再生効率の低下の程度を、DPF(捕集装置)の再生中の前後の圧力損失の変化速度で推算することができる。また、その結果をフィードバックし、DPF触媒の劣化による再生性能の低下分を再生温度の上昇により補うことができるので、DPF触媒の劣化を起因とするPM(微粒子状物質)の燃え残りの発生を抑制することができる。
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記捕集装置における再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを備えると共に、前記第3手段に、前記第1再生温度と前記現圧力損失減少速度とから、前記圧力損失減少速度マップを参照して、前記捕集装置の現触媒劣化進行度を判定する手段と、前記現触媒劣化進行度に応じて、前記圧力損失減少速度マップから算出した前記第2再生温度で前記捕集装置を再生する手段と、を備えると、測定した圧力損失減少速度の値により、触媒劣化進行度を判定し、適切な再生温度に設定して、適時PMの燃焼温度をコントロールすることができる。これにより、過剰な温度上昇を抑制することができるので、余分な燃料を消費せずに燃費を向上することができる。
加えて、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記第3手段の後に、前記判定値と、未堆積状態の圧力損失値との差分値を、前記現圧力損失減少速度で計算して前記捕集装置の再生時間を算出し、該再生時間後に前記捕集装置の再生を終了する第4手段を備えると、算出した現圧力損失減少速度を用いて、DPFの再生時間を算出して、DPFの再生を終了することができる。これにより、再生時間の超過による燃費の悪化を防ぐことができ、且つ、PMの異常燃焼も抑制することができるので、DPFの破損を防止することができる。
その上、上記の内燃機関において、前記第3手段に、前記圧力損失減少速度マップに交換判定値を設けると共に、前記制御装置に、前記現圧力損失減少速度が該交換判定値よりも小さくなった場合に、前記捕集装置の交換が必要と判定し、警告する手段を備えると、触媒効果が大幅に低下した状態を判定することができ、その場合に警告灯などの報知装置
を用いて、DPFの交換を警告することができる。
また、上記の問題を解決するための内燃機関の捕集装置の再生方法は、排気通路に、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置と、該捕集装置の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサと、該捕集装置の温度を測定する温度センサとを備える内燃機関の捕集装置の再生方法において、前記圧力損失センサが測定した圧力損失値が、予め定めた判定値より大きくなると、前記捕集装置を予め定めた第1再生温度まで昇温する第1工程と前記第1再生温度下で前記捕集装置の再生中に、前記圧力損失センサの圧力損失値から、現圧力損失減少速度を算出する第2工程と、前記捕集装置の再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを用いて、前記現圧力損失減少速度に対応する前記捕集装置の現触媒劣化進行度を判定する第3工程と、を含むことを特徴とする方法である。
この方法によれば、最低限のセンサ数で、触媒の劣化程度を判定することができる。また、触媒劣化による再生効率低下の程度をDPFの前後の圧力損失の変化速度により推算することができ、触媒の劣化の進行度に合わせてDPFの再生を制御することができる。
さらに、上記の内燃機関の捕集装置の再生方法において、前記第3工程に、前記現圧力損失減少速度が、前記圧力損失減少速度マップに記憶された要交換の圧力損失減少速度よりも小さい場合に、前記捕集装置の要交換を警告する工程と、前記現圧力損失減少速度が、前記圧力損失減少速度マップに記憶された、前記第1再生温度と前回算出した触媒劣化進行度に対応する圧力損失減少速度より小さくなったときに、前記第1再生温度よりも高い第2再生温度を前記圧力損失減少速度マップから算出し、前記捕集装置を該第2再生温度まで昇温する工程と、を含むと、触媒の劣化程度に合せて、交換が必要な場合は警告灯などの手段で交換を警告し、交換は必要ないが劣化が進行した場合は、劣化を起因とするPMの燃え残りの発生を抑制するために、DPFを昇温することができる。
加えて、上記の内燃機関の捕集装置の再生方法において、前記第3工程の後に、前記判定値と、未堆積状態の圧力損失値との差分値を、前記現圧力損失減少速度で計算して前記捕集装置の再生時間を算出し、該再生時間後に前記捕集装置の燃焼を終了すると、さらに余分な燃料の消費を抑えることができ、また、過剰なDPFの昇温を防ぐことができる。
本発明によれば、DPFを再生するときに、簡易化した制御で、DPFの触媒の劣化を判定し、その触媒の劣化の進行度に合わせて、DPFの再生温度をコントロールし、排ガス中のPMを効率良く浄化して、PMの燃え残りを抑制することができる。また、DPFの再生温度をコントロールすることで、過剰な燃料噴射による燃費悪化を抑制すると共に、PMの異常燃焼に起因するDPFの破損も抑制することができる。
加えて、DPFの触媒の劣化の判定と、その劣化の進行度に合わせたDPFの再生温度のコントロールと、DPFの再生時間の決定とを、算出した圧力損失減少速度で行うことができるので、使用するセンサを少なくすると共に、制御を簡易化することができる。
本発明に係る実施の形態の内燃機関を示した図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御を示した図であり、(a)に第1手段を示し、(b)に第2手段を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御の第3手段を示した概略図である。 図3に示す第3手段で用いる圧力損失減少速度マップである。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御の第4手段を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の捕集装置の再生方法の第1工程と第2工程を示したフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の捕集装置の再生方法の第3工程を示したフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の捕集装置の再生方法の第4工程を示したフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の動作を時間と再生温度と圧力損失値で示したグラフである。
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関とその捕集装置の再生方法について、図面を参照しながら説明する。この実施の形態は、ディーゼルエンジンを例に説明するが、ディーゼルエンジンに限定せずに、ガソリンエンジンにも適用することができ、その気筒数や、気筒の配列は限定しない。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。
まず、本発明に係る実施の形態の内燃機関について、図1を参照しながら説明する。エンジン(内燃機関)1は、燃焼室3にインジェクタ4から噴射された燃料の燃焼により、シリンダ2a内に備えたピストン2bを往復運動させて、動力としている。この燃料の燃焼により発生する排ガスを、排気バルブ5から排気通路6へと排出し、排ガスの後処理装置7のDOC(ディーゼル用酸化触媒)8とDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ;捕集装置)9で浄化して、車外へと放出している。
また、このエンジン1は、インジェクタ4と排気バルブ5などを電子的に制御するエンジンコントロールユニットと呼ばれるECU(制御装置)10を備え、このECU10と接続される圧力損失センサ21と温度センサ22とを備える。この圧力損失センサ21は、DPF9の前後の圧力損失値(前後の差圧差)を測定するセンサであり、温度センサ22は、DPF9の内部温度を測定するセンサである。加えて、ECU10により制御される警告灯23も備える。
この実施の形態では、DOC8とDPF9とを組み合わせたCRT方式(連続再生式フィルタ方式)としたが、本発明は少なくとも酸化触媒を担持したDPF9、又は上流に酸化触媒を備えたDPF9を設ければよく、周知の技術のエンジンの構成を用いることができる。
但し、このエンジン1は、DPF9を再生するときに、DPF9に未燃燃料を供給する手段として、インジェクタ4をポスト噴射などの追加噴射可能な構成にする、排気通路6に燃料を噴射する添加弁を設ける、及び排気バルブ5の開弁時期を制御するなどを設ける。
次に、このエンジン1のECU10で行われる制御について、図2〜5を参照しながら説明する。ECU10に、図2の(a)に示す第1手段、図2の(b)に示す第2手段、図3に示す第3手段、及び図5に示す第4手段を、それぞれプログラムとして備え、エンジン1の運転が開始されると第1手段から順次実行する。
図2の(a)に示すように、ECU10は、第1手段として、再生開始判定手段11を備える。この再生開始判定手段11は、圧力損失センサ21の測定した再生前圧力損失値ΔP1と、ECU10に予め記憶させておいた判定値ΔP0とを比較し、再生前圧力損失
値ΔP1が判定値ΔP0以上になったときに、インジェクタ4と排気バルブ5を制御して、DPF9を予め定めた第1再生温度Tmまで昇温する手段である。
この再生開始判定手段11で用いる判定値ΔP0は、一定量のPM(微粒子状物質)がDPF9に堆積したときの圧力損失値である。また、この第1手段のDPF9を昇温する手段は前述したように、DPF9に未燃燃料を供給することができればよく、上記のインジェクタ4と排気バルブ5を制御する手段に限定しない。
図2の(b)に示すように、ECU10は、第2手段として、圧力損失減少速度算出手段12を備える。この圧力損失減少速度算出手段12は、DPF9の再生が開始された直後の、一定温度(この実施の形態では第1再生温度Tm)条件下で、DPF9を予め定めた期間測定して、DPF9の前後の圧力損失の単位時間あたりの減少速度である現圧力損失減少速度Vn_Tmを、以下の数式(1)より算出する手段である。ここで、圧力損失センサ21の測定開始時t2の圧力損失値をΔP2、測定終了時t3の圧力損失値をΔP3、予め定めた期間である測定時間をΔt(測定終了時t3−測定開始時t2)する。
この第2手段では、上記の算出方法で圧力損失減少速度Vn_Tmを算出したが、第1再生温度Tm下の圧力損失減少速度Vn_Tmを算出することができればよく、例えば、排ガス温度、排ガス空燃比、及び排ガス流量から算出する方法や、予めPMの燃焼速度をモデル化したマップを参照する方法を用いてもよいが、使用するセンサを少なくすること、且つ、算出方法を簡易化することができるので、好ましくは上記の算出手段を用いるとよい。
図3に示すように、ECU10は、第3手段として、触媒劣化進行度判定手段13と再生温度算出手段14とを備えると共に、この第3手段で用いる予め記憶しておいた圧力損失減少速度マップM1を備える。
この圧力損失減少速度マップM1は、図4に示すように、判定値ΔP0の状態の、つまり一定量のPMがDPF9に堆積したときの再生温度と劣化進行度をベースとするマップである。また、ある再生温度下の圧力損失減少速度から、DPF9の劣化進行度を、新品時の劣化進行度を示すD0から要交換の劣化進行度を示すDxまで段階順に分類することができるマップでもある。
図3に示す、触媒劣化進行度判定手段13は、二種類の判定手段であり、まず一つ目は、圧力損失減少速度マップM1を参照して、第1再生温度Tmに応じた要交換の劣化進行度Dxの圧力損失減少速度である要交換判定値Vx_Tmを呼び出し、現圧力損失減少速度Vn_Tmと比較し、DPF9の交換が必要か否かを判定する手段である。そして、現圧力損失減少速度Vn_Tmが要交換判定値Vx_Tm以下の場合に、DPF9が要交換と判定して、警告灯23を点灯する。
これにより、触媒効果が大幅に低下した状態を判定し、交換が必要と判定された場合に警告することにより、DPF9を早期に交換して、DPF9の触媒効果が大幅に低下した状態で使用し続けることで発生する燃費の悪化やDPF9の破損を防ぐことができる。
この実施の形態では、警告灯23を点灯することで、DPF9の要交換を警告する手段としたが、DPF9の交換を報知することができればよく、上記の構成に限定しない。例
えば、DPF9にPMが過堆積したときに、エンジン1の回転速度を所定値以下に規制するリンプホームモードを備え、DPF9が要交換の劣化進行度Dxになったら、リンプホームモードを作動するよう構成してもよい。
触媒劣化進行度判定手段13の二つ目の判定手段は、圧力損失減少速度マップM1を参照して、第1再生温度Tmと、現時点で判明している前回の劣化進行度Dmとに応じた圧力損失減少速度である閾値Vm_Tmを呼び出し、現圧力損失減少速度Vn_Tmと比較し、現圧力損失減少速度Vn_Tmが閾値Vm_Tmより小さい場合に、圧力損失減少速度マップM1を参照し、現圧力損失減少速度Vn_Tmに応じた現劣化進行度Dnを算出する手段である。
これによれば、現圧力損失減少速度Vn_Tmより、DPF9の触媒劣化の進行度、つまり触媒劣化による再生効率低下の程度を推算することで、現劣化進行度Dnに合わせた制御を行うことができる。また、触媒の劣化の進行度を圧力損失センサ21と温度センサ22の少なくとも二つのセンサから判定することができるので、判定方法が容易で、且つ複数のセンサを設けない分製造コストを低減することができる。
再生温度算出手段14は、触媒劣化進行度判定手段13で、現劣化進行度Dnを判定した後に行われる手段であり、圧力損失減少速度マップM1を参照して、新品時の触媒劣化進行度D0と、第1再生温度Tmとに応じた圧力損失減少速度V0_Tmの値と等しい圧力損失減少速度Vn_Tαを、現劣化進行度Dnの行の中から選択する手段である。そして、この選択された圧力損失減少速度Vn_Tαに応じた再生温度Tαを第2再生温度Tαとする。第2再生温度Tαが選択されると、ECU10は、インジェクタ4と排気バルブ5とを制御して、DPF9を第2再生温度Tαまで昇温する。
この再生温度算出手段14によれば、DPF9の触媒の劣化進行度をフィードバックし、触媒劣化による再生性能の低下分を、DPF9の再生温度を上昇させることで補うことができ、触媒劣化を起因とするPMの燃え残りの発生を抑制することができる。また、触媒劣化による再生性能の低下分だけ、補うことで、過剰な燃料の噴射を抑制して、燃費悪化を防ぐことができる。加えて、適時再生温度をコントロールすることにより、過剰な温度上昇も抑制し、PMの異常燃焼も抑制することができるので、DPF9の破損を防止することができる。
図5に示すように、ECU10は、第4手段として、再生終了判定手段15と再燃焼判定手段16とを備える。この再生終了判定手段15は、DFP9の再生時間を以下の数式(2)より算出し、算出した再生時間後にDPF9の再生を終了する手段である。ここで、再生時間をt_regとし、DPF9の再生終了判定値である、PMが未堆積の状態の圧力損失値である再生終了判定値をΔPiniとする。
DPF9の再生が開始されてから、上記の数式(2)より算出された再生時間t_reg後が経過したときに、インジェクタ4と排気バルブ5を制御して、DPF9への未燃燃料の供給を停止して、再生を終了する。
再燃焼判定手段16は、DPF9の再生が終了してから一定時間経過後に行われる手段であり、圧力損失センサ21で測定した再生後圧力損失値ΔP4と再生終了判定値ΔPiniとが等しい場合に再生が完全に完了したと判断し、等しくない場合に、再生後圧力損
失値ΔP4が再生終了判定値ΔPiniと等しくなるまで第2再生温度TαでDPF9を再生させる手段である。
この第4手段によれば、現圧力損失減少速度Vn_Tmを用いて再生時間t_regを算出して、DPF9の再生を終了するので、余分な燃料を消費することがないので、燃費の悪化を防ぐことができる。また、DPF9の再生時間をコントロールして、DPF9の異常昇温を抑制し、PMの異常昇温を抑制することができるので、DPFの破損を防止することができる。加えて、再生時間t_regを目安に、再生を終了するので、逐一圧力損失センサ21の値を監視する必要がなくなる。
この第4手段は、DPF9の再生終了の目安となる時間を予め算出することができればよく、上記の構成に限定しないが、第3手段でも用いる現圧力損失減少速度Vn_Tmを用いた算出方法を用いると、一連の制御が現圧力損失減少速度Vn_Tmを用いて行えるので、制御を簡易化することができる。
次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関の捕集装置の再生方法について、図6〜8に示すフローチャートを参照しながら説明する。この実施の形態の再生方法は、図6に示す第1工程と第2工程、図7に示す第3工程、及び図8に示す第4工程からなる。
エンジン1の運転が開始されると、図6に示すように、先ず、第1工程が開始され、再生前圧力損失値ΔP1が判定値ΔP0以上か否かを判断するステップS1を行う。このステップS1で、再生前圧力損失値ΔP1が、判定値ΔP0以上となったと判断されると、次に、DPF9を予め定めた第1再生温度Tmに昇温して、再生を開始するステップS2を行う。このステップS2が完了すると、第1工程が完了する。この第1工程は、DPF9にPMがある程度堆積したときに、DPF9を第1再生温度Tmで再生することができればよく、上記の方法に限定しない。このDPF9の再生を開始した時間をt1とする。
ステップS2で用いる第1再生温度Tmを、この実施の形態では、前回の再生方法で用いられた第2再生温度Tαとするが、DPF9が交換された場合は、リセットされ、既定値(例えば、600℃)からスタートする。また、第1再生温度Tmを常に一定の温度に設定してもよい。
次に、第2工程が開始され、第1再生温度Tm下で、圧力損失値を一定時間Δt測定するステップS3を行う。このステップS3では、一定温度下での測定開始時t2の圧力損失値ΔP2と測定終了時t3の圧力損失値ΔP3とを出力する。次に、現圧力損失減少速度Vn_Tmを算出するステップS4を行う。このステップS4では、上記の数式(1)を用いる。
この第2工程は、一定温度条件下(この実施の形態では第1再生温度Tm)で、DPF9の前後の圧力損失値の単位時間あたり(この実施の形態では時間Δt)の減少速度を算出することができればよく、上記の方法に限定しないが、上記の数式(1)を用いると、センサの数を減らすこと、且つ算出方法を容易に行うことができるので好ましい。
第2工程が完了すると、図7に示すように、第3工程が開始され、圧力損失減少速度マップM1から、交換判定値Vx_Tmと、閾値Vm_Tmとを呼び出すステップS5を行う。
次に、現圧力損失減少速度Vn_Tmが要交換判定値Vx_Tm以下か否かを判断するステップS6を行う。このステップS6では、ステップS6で現圧力損失減少速度Vn_Tmが要交換判定値Vx_Tm以下であると判断されると、DPF9の触媒効果が大幅に
低下していることになり、DPF9の要交換を警告するステップS7を行い、運転席パネルなどに設けた警告灯23を表示させてDPF9の交換を促す。このステップS7では、DPF9の交換を報知することができればよく、上記の方法に限定しない。また、ステップS7の警告に従ってDPF9を交換した後は、この再生方法に記憶された数値、例えば、第1再生温度Tmや前回の劣化進行度Dmをリセットするとよい。
ステップS6で、現圧力損失減少速度Vn_Tmが要交換判定値Vx_Tmより大きいと判断されると、次に、現圧力損失減少速度Vn_Tmが閾値Vm_Tmより小さいか否かを判断するステップS8を行う。この閾値Vm_Tmは、DPF9の再生開始前に判明している前回の再生方法で決定されたDPF9の劣化進行度Dmと、その劣化進行度Dmに応じて設定された第1再生温度Tmに応じた圧力損失減少速度である。よって、このステップS8では、前回の劣化進行度Dmから触媒の劣化が進行しているか否かを判断することができる。
このステップS8で現圧力損失減少速度Vn_Tmが閾値Vm_Tm以上であれば、DPF9の触媒は前回から劣化が進行していないということになり、次に、第1再生温度Tmを第2再生温度TαとするステップS9を行う。このステップS9に劣化進行度が減少している場合には、つまり、現圧力損失減少速度Vn_Tmが交換判定値より大きくなる場合に、DPF9の触媒の劣化進行度が減少していると判断して、第1再生温度Tmよりも低い温度を第2再生温度Tαに設定するステップを用いてもよい。
ステップS8で、現圧力損失減少速度Vn_Tmが閾値Vm_Tmより小さいと判断されると、次に、圧力損失減少速度マップM1から、現圧力損失減少速度Vn_Tmに応じた現劣化進行度Dnを決定するステップS10を行う。このステップS10では、圧力損失減少速度マップM1の第1再生温度Tmが示す列から、現圧力損失減少速度Vn_Tmと等しい値、又は近似値をしめす圧力損失減少速度を選択し、その圧力損失減少速度と第1再生温度Tmとに応じた、劣化進行度を決定する。
ステップS10で現劣化進行度Dnが決定すると、次に、圧力損失減少速度マップM1から、現劣化進行度Dnに応じた、新品時の劣化進行度D0と、第1再生温度Tmに応じた圧力損失減少速度V0_Tmと等しい値の圧力損失減少速度Tn_Tαを決定するステップS11を行う。そして、その圧力損失減少速度Tn_Tαに応じた再生温度Tαを第2再生温度Tαに決定するステップS12を行う。
このステップS10〜12では、例えば、図4の圧力損失減少速度マップM1において、現圧力損失減少速度をV1−600、現劣化進行度をD1、及び第1再生温度Tmを600℃としたときに、V0−600がV1−610と等しいとすると、第2再生温度Tαは610℃となる。つまり、現在の劣化進行度D1の状態のDPF9の再生効率を、新品時の状態と同様の再生効率にするために、10℃昇温することになる。
ステップS9、又はステップS12が完了すると、次に、それぞれの方法で算出された第2再生温度Tαを用いて、DPF9を第2再生温度Tαに昇温して、再生するステップS13を行う。このステップS13が完了すると第3工程も完了する。
この第3工程によれば、DPF9の触媒の劣化進行度を判定し、触媒の劣化に起因する再生性能の低下分を、再生温度を上昇することで補うことができる。そのため、触媒が劣化しても、常に新品時に近い再生性能を発揮することができる。これにより、PMの燃え残りの発生を抑制すると共に、再生時間も短縮することができる。
次に、図8に示すように、第4工程が開始され、再生終了判定値ΔPiniを呼び出し
、再生時間t_regを算出するステップS14をおこなう。このステップS14では、上記の数式(2)を用いる。次に、DPF9の再生が開始されてから、再生時間t_regが経過したときに、DPF9の再生を終了するステップS15を行う。このステップS15でDPF9の再生を終了する時間をt4とする。
次に、再生終了から一定時間経過後に、再生後圧力損失値ΔP4を測定するステップS16を行う。この再生後圧力損失値ΔP4を測定するタイミングは、予め定めた時間が経過したときや、温度センサ22が測定する温度が予め定めた温度になってからとする。
次に、再生後圧力損失値ΔP4と再生終了判定値ΔPiniと等しいか否かを判断するステップS17を行う。このステップS17で再生後圧力損失値ΔP4が、再生終了判定値ΔPiniと等しいと、ステップS19へ進みDPF9の再生が完了する。
再生後圧力損失値ΔP4が、再生終了判定値ΔPiniと等しくない場合は、次に、DPF9を第2再生温度Tαに昇温して、一定時間経過後に再生を終了するステップS18を行う。この再度第2再生温度Tαに昇温する時間は、予め定めた時間、又はステップS18にその時点の圧力損失減少速度を再度算出して、その圧力損失減少速度から算出される再生時間とする。ステップS18が完了すると、ステップS16へと戻る。このステップS16〜S18を、再生後圧力損失値ΔP4が再生終了判定値ΔPiniと等しくなるまで行う。
ステップS17で再生後圧力損失値ΔP4が、再生終了判定値ΔPiniと等しいと判断されると、最後に、第2再生温度Tαを次回の第1再生温度Tmに、及び現劣化進行度Dnを前回の劣化進行度Dmに設定するステップS19を行って、この捕集装置の再生方法は完了する。
算出した再生時間t_regを用いて、DPF9の再生を終了するので、逐一センサで測定しなくとも、DPF9を余分に昇温することを防ぐことができる。これにより、余分な燃料噴射を防ぎ、燃費を向上することができる。また、PMの異常燃焼も抑制することができるので、DPF9の破損も防止することができる。
上記の再生方法は、第2行程で算出した現圧力損失減少速度Vn_Tmを用いて、第3行程と第4行程の制御を行うことができるので、それぞれの制御を行うときに様々な種類のセンサの測定をしなくてもよく、一連の制御で行うことができる。これにより、DPF9の再生の制御を容易にすることができる。
上記の再生方法でDPF9を再生したときの、経過時間と再生温度、又は経過時間と圧力損失値を図9に示す。本発明の再生方法は、時間t3から再生温度が上昇していることがわかる。これにより、DPF9の触媒の劣化を起因とする低下した再生効率分を、再生温度を昇温することで補っていることがわかる。また、再生完了時間t5も、従来の再生方法と比べると早く終了しており、余分な燃料の消費を抑えていることがわかる。
本発明の内燃機関は、圧力損失センサで測定した値から算出した圧力損失減少速度で、触媒の劣化の進行度を判定し、その劣化の進行度に合わせて再生温度をコントロールすることができるので、燃費の悪化を防ぐことができるので、特に排ガスを処理するDPFを備えたディーゼルエンジンを搭載したトラックなどの車両に利用することができる。
1 エンジン
2a シリンダ
2b ピストン
3 燃焼室
4 インジェクタ(燃料噴射弁)
5 排気バルブ(排気弁)
6 排気通路
7 後処理装置
8 DOC(ディーゼル用酸化触媒)
9 DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ;捕集装置)
10 ECU(制御装置)

Claims (7)

  1. 排気通路に、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置と、該捕集装置の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサと、該捕集装置の温度を測定する温度センサと、該圧力損失センサと該温度センサの測定値を入力する制御装置とを備えると共に、
    前記制御装置が、前記圧力損失センサが測定した再生前圧力損失値が、予め定めた判定値より大きくなると、前記捕集装置を予め定めた第1再生温度で再生する第1手段を備える内燃機関において、
    前記制御装置が、前記第1再生温度下で前記捕集装置を再生中に、前記圧力損失センサの圧力損失値から現圧力損失減少速度を算出する第2手段と、
    該現圧力損失減少速度が、予め定めた閾値よりも小さくなったときに、前記捕集装置を前記第1再生温度よりも高い第2再生温度で再生する第3手段と、を備えることを特徴とする内燃機関。
  2. 前記制御装置が、前記捕集装置における再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを備えると共に、
    前記第3手段に、前記第1再生温度と前記現圧力損失減少速度とから、前記圧力損失減少速度マップを参照して、前記捕集装置の現触媒劣化進行度を判定する手段と、
    前記現触媒劣化進行度に応じて、前記圧力損失減少速度マップから算出した前記第2再生温度で前記捕集装置を再生する手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
  3. 前記制御装置が、前記第3手段の後に、前記判定値と、未堆積状態の圧力損失値との差分値を、前記現圧力損失減少速度で計算して前記捕集装置の再生時間を算出し、該再生時間後に前記捕集装置の再生を終了する第4手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。
  4. 前記第3手段に、前記圧力損失減少速度マップに交換判定値を設けると共に、前記制御装置に、前記現圧力損失減少速度が該交換判定値よりも小さくなった場合に、前記捕集装置の交換が必要と判定し、警告する手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関。
  5. 排気通路に、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置と、該捕集装置の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサと、該捕集装置の温度を測定する温度センサとを備える内燃機関の捕集装置の再生方法において、
    前記圧力損失センサが測定した圧力損失値が、予め定めた判定値より大きくなると、前記捕集装置を予め定めた第1再生温度まで昇温する第1工程と
    前記第1再生温度下で前記捕集装置の再生中に、前記圧力損失センサの圧力損失値から、現圧力損失減少速度を算出する第2工程と、
    前記捕集装置の再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを用いて、前記現圧力損失減少速度に対応する前記捕集装置の現触媒劣化進行度を判定する第3工程と、を含むことを特徴とする内燃機関の捕集装置の再生方法。
  6. 前記第3工程に、前記現圧力損失減少速度が、前記圧力損失減少速度マップに記憶された要交換の圧力損失減少速度よりも小さい場合に、前記捕集装置の要交換を警告する工程と、
    前記現圧力損失減少速度が、前記圧力損失減少速度マップに記憶された、前記第1再生温度と前回算出した触媒劣化進行度に対応する圧力損失減少速度より小さくなったときに、前記第1再生温度よりも高い第2再生温度を前記圧力損失減少速度マップから算出し、前記捕集装置を該第2再生温度まで昇温する工程と、を含むことを特徴とする請求項5に
    記載の内燃機関の捕集装置の再生方法。
  7. 前記第3工程の後に、前記判定値と、未堆積状態の圧力損失値との差分値を、前記現圧力損失減少速度で計算して前記捕集装置の再生時間を算出し、該再生時間後に前記捕集装置の再生を終了することを特徴とする請求項5又は6に記載の内燃機関の捕集装置の再生方法。
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