JP2017057766A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切なタイミングでフィルタの再生を開始することができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気浄化装置１は、排気ガスに含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ６と、ＤＰＦ６に燃料を供給する燃料添加弁７と、ＤＰＦ６の上流側の圧力とＤＰＦ６の下流側の圧力との差圧（ＤＰＦ差圧）を検出する差圧センサ８と、ＤＰＦ差圧が差圧判定閾値以上となったときに、ＤＰＦ６に堆積したＰＭを燃料により燃焼させるように燃料添加弁７を制御する再生制御部１５と、ＤＰＦ差圧の変化率を算出する差圧変化率算出部１２と、ＤＰＦ差圧の変化率に基づいて、ＤＰＦ６におけるアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定部１３と、アッシュの堆積量に応じて差圧判定閾値を設定する差圧判定閾値設定部１４とを備え、差圧判定閾値設定部１４は、アッシュの堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。

従来の排気浄化装置としては、例えば特許文献１に記載されている装置が知られている。特許文献１に記載の排気浄化装置は、パティキュレート（粒子状物質）捕集用のフィルタと、このフィルタの入力側及び出力側の圧力をそれぞれ検出する２つの圧力センサと、２つの圧力センサの圧力信号に応答してフィルタの前後差圧を演算し、その前後差圧に基づいてフィルタにおけるパティキュレートの堆積量を推定し、その推定結果に従ってフィルタの再生を行うかどうかを判別する第１処理部と、フィルタの再生が終了したとき、フィルタの前後差圧からフィルタにおけるアッシュ残留量を推定する第２処理部とを備えている。

特開２００４−７６６０５号公報

従来においては、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧（フィルタの差圧）が差圧判定閾値以上となったときに、フィルタにおける粒子状物質の堆積量が堆積限界値に達したと推定して、フィルタの再生を開始している。しかし、フィルタにアッシュが堆積すると、アッシュの堆積量に応じてフィルタの差圧が変化するため、適切なタイミングでフィルタの再生が開始されないことがある。具体的には、フィルタにおけるアッシュの堆積量が増加すると、フィルタの差圧が大きくなるため、粒子状物質の堆積量が堆積限界値に達する前に、フィルタの差圧が差圧判定閾値に達し、フィルタの再生が開始されることがある。

本発明の目的は、適切なタイミングでフィルタの再生を開始することができる排気浄化装置を提供することである。

本発明の一態様は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、フィルタに燃料を供給する燃料供給部と、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出部と、差圧検出部により検出された差圧が差圧判定閾値以上となったときに、フィルタに堆積した粒子状物質を燃料により燃焼させるように燃料供給部を制御する再生制御部と、差圧検出部により検出された差圧の変化率を算出する差圧変化率算出部と、差圧変化率算出部により算出された差圧の変化率に基づいて、フィルタにおけるアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定部と、アッシュ堆積量推定部により推定されたアッシュの堆積量に応じて差圧判定閾値を設定する差圧判定閾値設定部とを備え、差圧判定閾値設定部は、アッシュの堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくすることを特徴とする。

このような排気浄化装置においては、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧（以下、フィルタの差圧）が差圧判定閾値以上となったときに、フィルタに堆積した粒子状物質を燃料により燃焼させるように燃料供給部を制御することにより、フィルタの再生を行う。ここで、フィルタの差圧の変化率が算出され、当該差圧の変化率に基づいて、フィルタにおけるアッシュの堆積量が推定され、そのアッシュの堆積量に応じて差圧判定閾値が設定される。このとき、フィルタにおけるアッシュの堆積量が多くなるほど、差圧判定閾値が大きくなる。このため、フィルタの差圧が差圧判定閾値に達した時点では、フィルタにアッシュが堆積していても、所望量の粒子状物質がフィルタに堆積した状態となっている。従って、所望量の粒子状物質がフィルタに堆積する前に、フィルタの再生が開始されることが防止される。これにより、適切なタイミングでフィルタの再生を開始することができる。

差圧変化率算出部は、差圧の変化率の平均値を算出し、アッシュ堆積量推定部は、差圧変化率算出部により算出された差圧の変化率の平均値に基づいて、アッシュの堆積量を推定してもよい。この場合には、フィルタにおけるアッシュの堆積量の推定精度を向上させることができる。

差圧判定閾値設定部は、アッシュの堆積量が規定値に達するまでは、アッシュの堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくし、アッシュの堆積量が規定値に達したときは、差圧判定閾値を最大値にしてもよい。この場合には、フィルタの差圧が十分に高くなる前にフィルタの再生が開始されるため、内燃機関を保護することができる。

本発明によれば、適切なタイミングでフィルタの再生を開始することができる排気浄化装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を示す概略構成図である。 ＰＭ堆積量とアッシュ堆積量とＤＰＦ差圧との関係を表したＤＰＦ差圧マップを示すグラフである。 （ａ）は、走行距離とＤＰＦ差圧の傾きとの関係を表したグラフであり、（ｂ）は、ＤＰＦ差圧の傾きとアッシュ堆積量との関係を表したアッシュ堆積量マップを示すグラフであり、（ｃ）は、アッシュ堆積量と差圧判定閾値との関係を表した差圧判定閾値マップを示すグラフである。 図３（ｃ）に示される差圧判定閾値マップを使用した場合に、走行時間とＤＰＦ差圧と差圧判定閾値との関係を表したグラフである。 アッシュ堆積量と差圧判定閾値との関係を表した差圧判定閾値マップの変形例を示すグラフである。 図５に示される差圧判定閾値マップを使用した場合に、走行時間とＤＰＦ差圧と差圧判定閾値との関係を表したグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を示す概略構成図である。図１において、本実施形態の排気浄化装置１は、車両に搭載されている。排気浄化装置１は、内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）２から排出される排気ガスを浄化する。エンジン２は、複数の気筒（図示せず）にそれぞれ燃料を噴射する複数のインジェクタ３を有している。

排気浄化装置１は、エンジン２に接続された排気通路４に上流側から下流側に向けて順に配設されたディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：DieselOxidation Catalyst）５及びディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）６を備えている。ＤＯＣ５は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を酸化して除去する。ＤＰＦ６は、排気ガスに含まれるＰＭを捕集する。

また、排気浄化装置１は、排気通路４におけるＤＯＣ５の上流側に配設され、排気通路４に燃料を添加する燃料添加弁７を備えている。燃料添加弁７から添加される燃料は、主としてＤＰＦ６の再生を行う際に還元剤として使用される。ＤＰＦ６の再生とは、ＤＰＦ６に堆積したＰＭを高温の燃料により燃焼させることである。燃料添加弁７は、ＤＰＦ６に燃料を供給する燃料供給部を構成している。

また、排気浄化装置１は、ＤＰＦ６の上流側の圧力とＤＰＦ６の下流側の圧力との差圧（以下、ＤＰＦ差圧という）を検出する差圧センサ８（差圧検出部）と、燃料添加弁７及び差圧センサ８と接続されたコントローラ１０とを備えている。コントローラ１０は、差圧センサ８の検出信号を入力し、所定の処理を行い、ＤＰＦ６の再生処理を実施するように燃料添加弁７を制御する。

コントローラ１０は、ＰＭ堆積量推定部１１と、差圧変化率算出部１２と、アッシュ堆積量推定部１３と、差圧判定閾値設定部１４と、再生制御部１５とを有している。

ＰＭ堆積量推定部１１は、ＤＰＦ６に堆積されるＰＭの量、つまりＤＰＦ６におけるＰＭの堆積量（以下、単にＰＭ堆積量という）を推定する。ＰＭ堆積量推定部１１は、例えばエンジン回転数とインジェクタ３からの燃料噴射量と走行距離または走行時間とに基づいて、既知の推定計算式を用いてＰＭ堆積量を推定する。

差圧変化率算出部１２は、差圧センサ８により検出されたＤＰＦ差圧とＰＭ堆積量推定部１１により推定されたＰＭ堆積量とに基づいて、ＤＰＦ差圧の変化率を算出する。なお、ＤＰＦ差圧の変化率は、ＤＰＦ差圧の傾きともいう。ＤＰＦ差圧の変化率は、例えばＰＭ堆積量の単位増加量当たりのＤＰＦ差圧の変化量である。

差圧変化率算出部１２は、例えば図２に示されるＤＰＦ差圧マップを用いて、ＤＰＦ差圧の変化率（傾き）を算出する。ＤＰＦ差圧マップは、ＰＭ堆積量とアッシュ堆積量とＤＰＦ差圧との関係を表したマップであり、予め実験等により得られている。アッシュ堆積量は、ＤＰＦ６に堆積されるアッシュの量、つまりＤＰＦ６におけるアッシュの堆積量である。なお、アッシュとは、エンジンから排出される不燃物のことであり、主としてエンジンオイルに含まれるＣａ化合物等が挙げられる。

図２において、実線Ｐは、アッシュ堆積量が０のときのデータである。実線Ｑは、アッシュ堆積量が２００ｇのときのデータである。実線Ｒは、アッシュ堆積量が３００ｇのときのデータである。実線Ｓは、アッシュ堆積量が４００ｇのときのデータである。ＰＭ堆積量が多くなるほど、ＤＰＦ差圧が大きくなる。アッシュ堆積量が多くなるほど、ＤＰＦ差圧が大きくなる。

差圧変化率算出部１２は、２点のＤＰＦ差圧からＤＰＦ差圧の変化率を算出する。このとき、差圧変化率算出部１２は、ＤＰＦ差圧の変化率を複数回（例えば１０回）算出し、これらのＤＰＦ差圧の変化率の平均値を算出し、その平均値を最終的なＤＰＦ差圧の変化率として決定する。

ＤＰＦ差圧の変化率（傾き）は、図３（ａ）に示されるように、走行距離が長くなるに従って大きくなる。その理由は、走行距離が長くなるに従ってアッシュ堆積量が多くなるからである。

アッシュ堆積量推定部１３は、差圧変化率算出部１２により算出された最終的なＤＰＦ差圧の変化率（ＤＰＦ差圧の変化率の平均値）に基づいて、アッシュ堆積量を推定する。アッシュ堆積量推定部１３は、例えば図３（ｂ）に示されるアッシュ堆積量マップを用いて、アッシュ堆積量を推定する。アッシュ堆積量マップは、ＤＰＦ差圧の変化率（傾き）とアッシュ堆積量との関係を表したマップであり、予め実験等により得られている。アッシュ堆積量マップは、ＤＰＦ差圧の変化率（傾き）が大きくなるほどアッシュ堆積量が多くなるように設定されている。

差圧判定閾値設定部１４は、アッシュ堆積量推定部１３により推定されたアッシュ堆積量に応じて差圧判定閾値を設定する。差圧判定閾値は、後述する再生制御部１５においてＤＰＦ６の再生を行うかどうかを判定する際に使用される。

差圧判定閾値設定部１４は、例えば図３（ｃ）に示される差圧判定閾値マップを用いて、差圧判定閾値を設定する。差圧判定閾値マップは、アッシュ堆積量と差圧判定閾値との関係を表したマップであり、予め実験等により得られている。差圧判定閾値マップは、一定の初期値からアッシュ堆積量が多くなるほど差圧判定閾値が大きくなるように設定されている。従って、差圧判定閾値設定部１４は、アッシュ堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくする。

上述したように、走行時間が長くなるほど、アッシュ堆積量が多くなる。このため、図４に示されるように、走行時間が長くなるほど、差圧判定閾値Ａが大きくなる。

再生制御部１５は、差圧センサ８により検出されたＤＰＦ差圧と差圧判定閾値設定部１４により設定された差圧判定閾値とに基づいて、ＤＰＦ６の再生を行うかどうかを判定する。このとき、再生制御部１５は、ＤＰＦ差圧が差圧判定閾値以上であるときに、ＤＰＦ６の再生を行うと判定する。そして、再生制御部１５は、ＤＰＦ６の再生を行うときは、燃料添加弁７から燃料を添加させるように燃料添加弁７を制御する。

以上のように構成された排気浄化装置１においては、図４に示されるように、走行時間の経過と共にＰＭ堆積量が増加するため、ＤＰＦ差圧が大きくなる。そして、ＤＰＦ差圧が差圧判定閾値Ａに達すると、ＰＭ堆積量が堆積限界値に達したと判断されて、ＤＰＦ６の再生が開始される。すると、燃料添加弁７から燃料が添加されることで、ＤＰＦ６に燃料が供給されるため、ＤＰＦ６に堆積したＰＭが燃料により燃焼される。このため、ＤＰＦ差圧が急激に下がる。ＤＰＦ６の再生が終了すると、再びＤＰＦ６にＰＭが堆積していく。

ここで、走行時間が長くなるほど、アッシュ堆積量が増加する。アッシュ堆積量が増加すると、上述したようにＤＰＦ差圧が高くなる。このため、ＤＰＦ６の再生を行うかどうかを判定する際に使用される差圧判定閾値が一定値である場合には、所望量のＰＭがＤＰＦ６に堆積する前に、ＤＰＦ差圧が差圧判定閾値に達し、ＤＰＦ６の再生が開始されることがある。

これに対し本実施形態では、ＤＰＦ差圧とＰＭ堆積量とに基づいてＤＰＦ差圧の変化率が算出され、そのＤＰＦ差圧の変化率に基づいてアッシュ堆積量が推定され、そのアッシュ堆積量に応じて差圧判定閾値が設定される。このとき、アッシュ堆積量が多くなるほど、差圧判定閾値が大きくなる。よって、図４に示されるように、走行時間の経過と共にアッシュ堆積量が増加すると、アッシュ堆積量の増加に伴って差圧判定閾値Ａが大きくなる。このため、ＤＰＦ差圧が差圧判定閾値Ａに達した時点では、ＤＰＦ６にアッシュが堆積していても、所望量のＰＭがＤＰＦ６に堆積した状態となっている。従って、所望量のＰＭがＤＰＦ６に堆積する前に、ＤＰＦ６の再生が開始されることが防止される。これにより、適切なタイミングでＤＰＦ６の再生を開始することができる。

また、ＤＰＦ差圧の変化率の平均値が算出され、その平均値に基づいてアッシュ堆積量が推定されるので、アッシュ堆積量の推定精度を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、差圧判定閾値設定部１４は、図３（ｃ）に示される差圧判定閾値マップを用いて、差圧判定閾値を設定しているが、特にその形態には限られない。

差圧判定閾値設定部１４は、図５に示される差圧判定閾値マップを用いて、差圧判定閾値を設定してもよい。図５に示される差圧判定閾値マップは、アッシュ堆積量が規定値Ｋ以下のときは、アッシュ堆積量が多くなるほど差圧判定閾値が大きくなり、アッシュ堆積量が規定値Ｋ以上のときは、差圧判定閾値が最大値Ｍで一定となるように設定されている。最大値Ｍは、例えばエンジン２のエキゾーストマニホールドの剛性及び耐久性等を考慮して決められている。従って、差圧判定閾値設定部１４は、アッシュ堆積量が規定値Ｋに達するまでは、アッシュ堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくし、アッシュ堆積量が規定値Ｋに達したときは、差圧判定閾値を最大値Ｍにする。

この場合には、図６に示されるように、走行時間が規定時間に達するまでは、走行時間が長くなるほど差圧判定閾値Ａが大きくなり、走行時間が規定時間に達すると、差圧判定閾値Ａは一定となる。これにより、ＤＰＦ差圧が十分に高くなる前にＤＰＦ６の再生が開始されるため、エンジン２を保護することができる。

また、上記実施形態では、ＤＰＦ差圧の変化率を複数回算出し、これらのＤＰＦ差圧の変化率の平均値を算出し、その平均値に基づいてアッシュ堆積量が推定しているが、特にその形態には限られず、ＤＰＦ差圧の変化率を１回のみ算出し、そのＤＰＦ差圧の変化率に基づいてアッシュ堆積量が推定してもよい。この場合には、コントローラ１０による演算処理を簡素化することができる。

また、上記実施形態では、燃料添加弁７から燃料を添加させることにより、ＤＰＦ６の再生を行っているが、特にその形態には限られず、エンジン２に配置されたインジェクタ３から気筒（図示せず）に燃料を噴射することにより、ＤＰＦ６の再生を行ってもよい。この場合には、インジェクタ３は、ＤＰＦ６に燃料を供給する燃料供給部を構成することとなる。

また、上記実施形態において、標高など大気圧が変化する要素を考慮するため、大気圧を検出する大気圧センサ等を更に備え、その検出値に基づいて差圧判定閾値を都度補正してもよい。この場合、大気圧が低いほど差圧判定閾値を低下させる補正を行う。

１…排気浄化装置、２…ディーゼルエンジン（内燃機関）、６…ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（フィルタ）、７…燃料添加弁（燃料供給部）、８…差圧センサ（差圧検出部）、１０…コントローラ、１２…差圧変化率算出部、１３…アッシュ堆積量推定部、１４…差圧判定閾値設定部、１５…再生制御部。

Claims (3)

1. 内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、
   前記排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタに燃料を供給する燃料供給部と、
   前記フィルタの上流側の圧力と前記フィルタの下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出部と、
   前記差圧検出部により検出された差圧が差圧判定閾値以上となったときに、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃料により燃焼させるように前記燃料供給部を制御する再生制御部と、
   前記差圧検出部により検出された差圧の変化率を算出する差圧変化率算出部と、
   前記差圧変化率算出部により算出された差圧の変化率に基づいて、前記フィルタにおけるアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定部と、
   前記アッシュ堆積量推定部により推定されたアッシュの堆積量に応じて前記差圧判定閾値を設定する差圧判定閾値設定部とを備え、
   前記差圧判定閾値設定部は、前記アッシュの堆積量が多くなるほど前記差圧判定閾値を大きくすることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記差圧変化率算出部は、前記差圧の変化率の平均値を算出し、
   前記アッシュ堆積量推定部は、前記差圧変化率算出部により算出された差圧の変化率の平均値に基づいて、前記アッシュの堆積量を推定することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記差圧判定閾値設定部は、前記アッシュの堆積量が規定値に達するまでは、前記アッシュの堆積量が多くなるほど前記差圧判定閾値を大きくし、前記アッシュの堆積量が前記規定値に達したときは、前記差圧判定閾値を最大値にすることを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。

Images