JP2016023593A - 後処理装置の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後処理装置を活性温度に維持しつつ、後処理装置の過熱による劣化の発生を防止することのできる後処理装置の温度制御装置を提供すること。【解決手段】酸化触媒２３及びＤＰＦ２４を含む後処理装置２５と、酸化触媒２３の温度を検出する酸化触媒温度センサ２６と、後処理装置２５の排気方向の上流側に設けられ後処理装置２５に流れる排気ガスの量を調整する閉塞バルブ２２と、排気ガスの温度が低下すると判断され、ＥＧＲバルブ４２が所定開度まで開かれ、閉塞バルブ２２が閉じられたとき、後処理装置２５の温度が劣化温度以上の場合に、閉塞バルブ２２を開いて後処理装置２５の温度を劣化温度より低くする温度調整部３１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する後処理装置の温度制御装置に関する。

内燃機関の排気ガスを浄化する後処理装置として、三元触媒や酸化触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が知られている。三元触媒や酸化触媒は、排気ガスの浄化をさせるには、排気ガスの浄化を行うことができる活性温度まで昇温させる必要がある。また、ＤＰＦは、捕集された粒子状物質（Particulate Matter、以下、「ＰＭ」ともいう）を燃焼させるには、ＰＭを燃焼させることができる温度まで昇温させる必要がある。

しかし、アイドリング時、降坂路走行におけるフューエルカット時などのアクセルペダルが踏まれない状態での内燃機関の駆動時には、通常走行時よりも噴射される燃料が少ない。このような状態では、排気ガスの温度が比較的低くなって、後処理装置を活性温度やＰＭを燃焼させることができる温度よりも低い温度に低下させてしまい、排気ガスの浄化やＰＭの燃焼を行うことができなくなる。

このようなことに対応するため、後処理装置への排気ガスの流入を防ぐ排気シャッタを設け、排気ガスの温度が低下する場合に排気シャッタを閉じて、後処理装置への排気ガスの流入を防ぐことにより後処理装置の温度が低下するのを防ぐ方法が考えられる。

しかし、この場合、排気シャッタにより排気ガスの排出が阻害されることにより、内燃機関に大きなポンピングロスが発生し、いわゆる排気ブレーキが作用してしまうといった問題があった。

このような問題を解決するため、特許文献１では、内燃機関の排気通路から排気ガスを取り出して吸気側に還流させる排気還流通路と、排気還流通路に流れる排気ガスの量を調整する還流制御バルブとを設け、排気ガスの温度が触媒活性に不十分な低温条件に該当する場合に、排気シャッタを閉制御するとともに還流制御バルブを開制御することが提案されている。このようにすることで、排気シャッタにより排出が阻害された排気ガスが排気還流通路に還流され、触媒に流れる排気ガスを抑止するとともにポンピングロスの発生を抑えることができる。

特開２００９−１５０３５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、後処理装置の状態に関係無く、排気温度や内燃機関の運転状況が低温条件に該当すると判断された場合、排気シャッタを閉制御しているため、後処理装置が必要以上に加熱されている状態であっても排気シャッタが閉じられてしまう。このように、後処理装置が高温の状態で排気シャッタが閉じられてしまうと、後処理装置の温度が低下しないため、後処理装置の劣化が発生する恐れがある。

そこで、本発明は、後処理装置を活性温度に維持しつつ、後処理装置の過熱による劣化の発生を防止することのできる後処理装置の温度制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する後処理装置の温度制御装置の発明の一態様は、内燃機関の燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出部と、内燃機関の排気ガスを浄化する後処理装置と、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流管と、排気還流管に流れる排気ガスの量を調整する排気還流調整バルブと、後処理装置の排気方向の上流に設けられ、後処理装置に流れる排気ガスの量を調整する排気流量調整バルブと、を備えた車両に搭載され、燃料噴射量が減少して排気ガスの温度が低下すると判定した場合、排気還流調整バルブを予め設定された開度まで開き、排気流量調整バルブを閉じる排気遮断処理を行う後処理装置の温度制御装置であって、排気遮断処理が行われているとき、後処理装置の温度が、予め設定された劣化温度以上である場合、後処理装置の温度が劣化温度より低くなるまで、排気流量調整バルブを開く温度調整部を備えるものである。

このように本発明の一態様によれば、後処理装置を活性温度に維持しつつ、後処理装置の過熱による劣化の発生を防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る後処理装置の温度制御装置を示す図であり、その概念ブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る後処理装置の温度制御装置を示す図であり、その後処理装置温度調整処理を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る後処理装置の温度制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成されている。

エンジン２は、ピストンが気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うとともに、圧縮行程及び膨張行程の間に点火を行う４サイクルのディーゼルエンジンによって構成されている。なお、エンジン２は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよい。

エンジン２の吸気ポートには、吸気マニホールド１０が設けられている。吸気マニホールド１０には、吸気管１１が接続されている。この吸気管１１の内部には、吸気マニホールド１０を介して吸気ポートと連通する吸気通路が形成されている。吸気通路には、過給機１２が設けられている。

一方、エンジン２の排気ポートには、排気マニホールド２０が設けられている。排気マニホールド２０には、排気管２１が接続されている。この排気管２１の内部には、排気マニホールド２０を介して排気ポートと連通する排気通路が形成されている。排気通路には、排気ガスが排出される方向である排気方向の上流側から順に、過給機１２と、閉塞バルブ２２と、酸化触媒２３及びＤＰＦ２４を含む後処理装置２５とが設けられている。

過給機１２は、エンジン２の排気通路に設けられたタービンと、タービンと一体に回転するコンプレッサとを有するターボチャージャによって構成されている。タービンは、エンジン２の排気ガスにより回転駆動するようになっている。コンプレッサは、タービンと一体に回転駆動されることにより、吸入空気を圧縮し、圧縮した吸入空気を吸気通路の吸入空気が吸入される方向である吸気方向の下流側に送り込むようになっている。

閉塞バルブ２２は、排気通路を全開から全閉の間で開閉する。閉塞バルブ２２は、ＥＣＵ３に電気的に接続されている。閉塞バルブ２２は、ＥＣＵ３からの指令信号に応じてバルブ開度が制御されることで、後処理装置２５に流れる排気ガスの量を調整するようになっている。なお、閉塞バルブ２２の開度制御は、空気圧を用いて開度制御を行う公知の方法を用いてもよい。閉塞バルブ２２の開度は、閉塞バルブ２２の全開時の開口面積に対する開口面積の比率［％］で表され、所定の開度毎に段階的に調整できるようになっている。すなわち、閉塞バルブ２２は、本発明における排気流量調整バルブを構成する。

酸化触媒２３は、エンジン２の排気ガスに含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して無害化するようになっている。酸化触媒２３には、排気ガスを浄化する触媒作用を開始する活性温度があり、酸化触媒２３は、排気ガスにより昇温され活性温度になるようになっている。酸化触媒２３には、酸化触媒２３の温度を検出する酸化触媒温度センサ２６が設けられている。
ＤＰＦ２４は、エンジン２の排気ガスに含まれるＰＭを捕集するようになっている。

このエンジン２には、吸気マニホールド１０と排気マニホールド２０とを連通する排気還流管４１が設けられている。排気還流管４１は、排気ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行わせるようになっている。この排気還流管４１には、排気ガスが還流する方向である還流方向の上流側から順に、ＥＧＲバルブ４２と、ＥＧＲクーラ４３とが設けられている。

ＥＧＲバルブ４２は、排気還流管４１を全開から全閉の間で開閉する。ＥＧＲバルブ４２は、ＥＣＵ３に電気的に接続されている。ＥＧＲバルブ４２は、ＥＣＵ３からの指令信号に応じてバルブ開度が制御されることで、吸気側に還流させる排気ガスの量を調整するようになっている。ＥＧＲバルブ４２の開度は、ＥＧＲバルブ４２の全開時の開口面積に対する開口面積の比率［％］で表され、１［％］単位で開度を調整できるようになっている。すなわち、ＥＧＲバルブ４２は、本発明における排気還流調整バルブを構成する。ＥＧＲクーラ４３は、吸気側に還流させる排気ガスの温度を低下させる。

本実施形態では、上述のように構成されたエンジン２は、ＥＣＵ３によってその運転状態が制御されるようになっている。ＥＣＵ３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。

また、ＥＣＵ３の入力側には、前述した酸化触媒温度センサ２６、及びアクセル開度センサ１３等の各種センサ類が接続されている。ここで、アクセル開度センサ１３は、例えば加速要求時等に運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出するようになっている。
一方、ＥＣＵ３の出力側には、前述した閉塞バルブ２２、ＥＧＲバルブ４２等の各種装置が接続されている。

ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ１３が検出したアクセルペダルの踏み込み量に応じた要求トルク量をエンジン２に生成させるよう、不図示のスロットルバルブの開度、インジェクタにおける燃料噴射のタイミング及び点火プラグにおける点火時期を制御するようになっている。アクセルペダルが踏まれないアクセル開度がゼロの状態でのエンジン駆動時では、エンジン２の燃料噴射の量である燃料噴射量は通常走行時より少なくなる。また、アクセルペダルが踏み込まれアクセル開度が大きくなると、アクセル開度に応じたトルク量をエンジン２に生成させるよう、燃料噴射量は多くなる。すなわち、アクセル開度センサ１３は、本発明における燃料噴射量検出部を構成する。

ＥＣＵ３は、ＤＰＦ２４の温度を上昇させることにより、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭを燃焼させて除去する強制再生を実行するようになっている。強制再生は、様々な態様で実行されることが知られているが、本実施形態において、ＥＣＵ３は、膨張行程後に図示しないインジェクタに燃料を噴射させるポスト噴射を実行することにより、強制再生を実行するものとする。ＥＣＵ３は、ポスト噴射を実行することにより、酸化触媒２３内で燃料を燃焼させ、排気ガスの温度を上昇させることによって、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭを燃焼させて除去するようになっている。

また、ＥＣＵ３は、排気ガスの温度が低下し、後処理装置２５の温度が酸化触媒２３の活性温度よりも低くなると判断した場合には、ＥＧＲバルブ４２を予め設定された開度まで開き、閉塞バルブ２２を閉じて後処理装置２５の温度低下を防止する排気遮断処理を行うようになっている。

ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ１３の検出するアクセル開度がゼロであると判定すると、エンジン２の噴射燃料量が減少し、排気ガスの温度が低下すると判断する。ＥＣＵ３は、アクセル開度がゼロであることを条件に、ＥＧＲバルブ４２を予め設定された還流開度まで開くとともに、閉塞バルブ２２を全閉にする。なお、アクセル開度がゼロであるとは、アクセルペダルの踏み込み量がゼロであることを指す。また、還流開度は、エンジン２にポンピングロスが発生しないバルブ開度であり、予め実験的に求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。還流開度は、全開にするようにしてもよい。

さらにＥＣＵ３は、温度調整部３１を備えている。温度調整部３１は、排気ガスの温度が低下すると判断され、排気遮断処理が行われているとき、後処理装置２５の温度が所定温度以上である場合、後処理装置２５の温度が所定温度より低くなるまで閉塞バルブ２２を開けるようになっている。

温度調整部３１は、酸化触媒温度センサ２６の検出する温度を後処理装置２５の温度として、この温度が予め設定された劣化温度以上であることを条件として閉塞バルブ２２の開度を予め設定された開度調整値だけ開け、これを後処理装置２５の温度が劣化温度より低くなるまで繰り返す。劣化温度は、予め実験的に求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。劣化温度は、酸化触媒２３やＤＰＦ２４に劣化が発生する温度の下限値である。また、開度調整値は、予め実験的に求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

なお、後処理装置２５の温度としては、ＤＰＦ２４にＤＰＦ２４の温度を検出するＤＰＦ温度センサを設け、ＤＰＦ温度センサの検出する温度としてもよいし、酸化触媒温度センサ２６の検出する温度とＤＰＦ温度センサの検出する温度の高い方の温度としてもよいし、酸化触媒温度センサ２６の検出する温度とＤＰＦ温度センサの検出する温度の平均の温度などにしてもよい。
また、後処理装置２５の温度は、劣化温度より低く、かつ、活性温度以上を保つように調整してもよい。

以上のように構成された本実施形態に係る後処理装置の温度制御装置による排気遮断処理及び後処理装置温度調整処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明する排気遮断処理及び後処理装置温度調整処理は、ＥＣＵ３の動作開始と同時に開始され、予め設定された時間間隔で繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ１３の検出するアクセル開度がゼロであるか否かを判定する（ステップＳ１１）。アクセル開度がゼロではないと判定した場合、ＥＣＵ３は、処理を終了する。

一方、アクセル開度がゼロであると判定すると、ＥＣＵ３は、ＥＧＲバルブ４２を還流開度まで開き、排気ガスを吸気側に還流させる処理を開始する（ステップＳ１２）。次いで、ＥＣＵ３は、閉塞バルブ２２を閉じ、後処理装置２５への排気ガスの流入を止める（ステップＳ１３）。
以上のように、アクセル開度がゼロであると判定されると、排気遮断処理が実行される。

次に、温度調整部３１は、後処理装置２５の温度が劣化温度以上か否かを判定する（ステップＳ１４）。後処理装置２５の温度が劣化温度以上でないと判定した場合、温度調整部３１は、処理を終了する。

一方、後処理装置２５の温度が劣化温度以上であると判定した場合、温度調整部３１は、閉塞バルブ２２の開度を開度調整値だけ開く（ステップＳ１５）。次いで、温度調整部３１は、後処理装置２５の温度が活性温度以上であり、かつ、劣化温度より低いか否かを判定する（ステップＳ１６）。後処理装置２５の温度が活性温度以上でなく、または、劣化温度より低くないと判定した場合、温度調整部３１は、ステップＳ１５の処理を繰り返す。

一方、後処理装置２５の温度が活性温度以上であり、かつ、劣化温度より低いと判定した場合、温度調整部３１は、閉塞バルブ２２を閉じ（ステップＳ１７）、処理を終了する。
以上のように、排気遮断処理が行われているとき、後処理装置２５の温度が劣化温度以上であると判定されると、後処理装置温度調整処理が実行される。

このように、上述の実施形態では、排気ガスの温度が低下すると判断され、閉塞バルブ２２が閉じられたとき、後処理装置２５の温度が劣化温度以上である場合、後処理装置２５の温度が劣化温度より低くなるまで、閉塞バルブ２２を開度調整値ずつ開く温度調整部３１を備える。

これにより、排気ガスの温度が低下すると判断され、閉塞バルブ２２が閉じられたとき、後処理装置２５の温度が必要以上に加熱されている状態であっても、温度が低下した排気ガスにより後処理装置２５の温度を劣化が発生しない温度まで低下させることができ、後処理装置を活性温度に維持しつつ、後処理装置の過熱による劣化の発生を防止することができる。

なお、本実施形態においては、アクセル開度センサ１３の検出するアクセル開度がゼロであると燃料噴射量が減少すると判定したが、インジェクタによる燃料噴射量を検出し、燃料噴射量が減少することを検出してもよい。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン
３ ＥＣＵ
１３ アクセル開度センサ（燃料噴射量検出部）
２０ 排気マニホールド
２１ 排気管
２２ 閉塞バルブ（排気流量調整バルブ）
２３ 酸化触媒
２４ ＤＰＦ
２５ 後処理装置
２６ 酸化触媒温度センサ
３１ 温度調整部
４１ 排気還流管
４２ ＥＧＲバルブ（排気還流調整バルブ）

Claims (1)

1. 内燃機関の燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出部と、
   前記内燃機関の排気ガスを浄化する後処理装置と、
   前記排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流管と、
   前記排気還流管に流れる前記排気ガスの量を調整する排気還流調整バルブと、
   前記後処理装置の排気方向の上流に設けられ、前記後処理装置に流れる前記排気ガスの量を調整する排気流量調整バルブと、を備えた車両に搭載され、
   前記燃料噴射量が減少して前記排気ガスの温度が低下すると判定した場合、前記排気還流調整バルブを予め設定された開度まで開き、前記排気流量調整バルブを閉じる排気遮断処理を行う後処理装置の温度制御装置であって、
   前記排気遮断処理が行われているとき、前記後処理装置の温度が、予め設定された劣化温度以上である場合、前記後処理装置の温度が前記劣化温度より低くなるまで、前記排気流量調整バルブを開く温度調整部を備える後処理装置の温度制御装置。

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