JP2020033971A - Ｄｐｆ再生制御装置及びｄｐｆ再生制御方法 - Google Patents

Ｄｐｆ再生制御装置及びｄｐｆ再生制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＤＰＦ再生に伴うＤＯＣ異常昇温を抑制可能なＤＰＦ再生制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ１０は、ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達するように、吸気スロットルバルブ又は排気スロットルバルブのうちの少なくとも一方のバルブ開度を絞るためのバルブ制御部１０１と、ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定するための堆積条件判定部１０５と、を備え、バルブ制御部１０１は、堆積条件を満たすときの方が、堆積条件を満たさないときと比べて、バルブ開度の絞り量を小さくする絞り量減少制御を実行するための絞り量減少制御実行部１０２を含む。【選択図】図２

Description

ディーゼルエンジンでは排ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集除去するため、後処理装置としてＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）システムが搭載される。ＤＰＦシステムでは、ディーゼルエンジンの排ガス流れの上流側にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）が、下流側にＤＰＦが配置されている。ＤＰＦで捕集されたＰＭは、所定量に達するか又は一定時間毎に、ＤＰＦ昇温による強制再生によって除去される。ＤＰＦの強制再生には、自動再生及び手動再生が含まれる。
強制再生では、ＤＰＦ再生開始の閾値に達すると、先ずはＤＯＣが活性を有する温度（２５０℃程度）まで排ガス温度（排温）が昇温される。その後、未燃燃料を供給し（レイトポスト噴射；ＬＰ噴射）、ＤＯＣで酸化発熱させることで、ＤＰＦの上流側での排温が通常６００℃程度にまで昇温する。ＤＯＣが活性を有する温度（２５０℃程度）までの昇温は、吸気スロットルバルブ又は排気スロットルバルブの絞り、アーリーポスト噴射量及び噴射タイミングの変更等によって行われる。これらの制御は、ディーゼルエンジンの回転数及び燃料噴射量に応じたマップに従って行われる。また、これらの制御は、ＬＰ噴射後も、強制再生が終了するまで継続する。
ＤＰＦの強制再生に関する技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、ディーゼルエンジンの上流側に備えられたスロットルバルブの開度制御を行う昇温手段が記載されている（特に段落００４８）。
特開２０１５−６８２３３号公報
ところで、例えばフォークリフト等では、排温が低い低負荷運転が多いため、運転時間に応じてＤＯＣに燃料や潤滑油などに由来するＳＯＦ（可溶有機分）が堆積し易い。しかし、従来は、ＤＯＣへのＳＯＦ堆積量によらずスロットルバルブの開度が同じである。そのため、ＳＯＦ堆積量が多いときには、ＤＯＣが活性を有する温度までの昇温により、ＳＯＦ分の酸化発熱によるＤＯＣ下流側での基材温度の異常昇温が発生する。この結果、ＤＯＣの破損、触媒の熱的劣化に起因する性能低下の恐れがある。
本発明の少なくとも一実施形態は、上記課題に鑑みて為されたものであり、ＤＰＦ再生に伴うＤＯＣ異常昇温を抑制可能なＤＰＦ再生制御装置及びＤＰＦ再生制御方法を提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るＤＰＦ再生制御装置は、
排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するためのＤＰＦ再生制御装置であって、
前記ＤＰＦ再生制御装置は、
前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達するように、吸気スロットルバルブ又は排気スロットルバルブのうちの少なくとも一方のバルブ開度を絞るためのバルブ制御部と、
前記ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定するための堆積条件判定部と、を備え、
前記バルブ制御部は、前記堆積条件を満たすときの方が、前記堆積条件を満たさないときと比べて、前記バルブ開度の絞り量を小さくする絞り量減少制御を実行するための絞り量減少制御実行部を含む。
上記（１）の構成によれば、ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすときの方が、堆積条件を満たさないときと比べて、バルブ開度の絞り量が小さくなるように制御される。即ち、ＤＯＣへのＳＯＦ堆積量が多いときのバルブ開度を、ＳＯＦ堆積量が少ないときのバルブ開度よりも大きくできる。これにより、ＤＯＣへのＳＯＦ堆積量が多いときでも、バルブ開度を大きくすることでＤＯＣ内部の排ガス流量を増加でき、排ガスの酸化触媒への接触時間を短くできる。このため、ＳＯＦ分の酸化発熱の抑制と、排ガスの大流量化に起因する冷却効果とにより、ＤＯＣの異常昇温を抑制できる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記バルブ制御部は、
前記絞り量減少制御の実行後、絞り量減少停止条件を満たすかを判定するための停止判定部と、
前記絞り量減少停止条件を満たしたときに、前記絞り量減少制御を停止するための絞り量減少制御停止部とをさらに備える。
上記（２）の構成によれば、ＳＯＦ堆積量が十分に減少したことを示す条件となる絞り量減少停止条件を満たしたときに、バルブ開度の絞り量減少を停止できる。そして、絞り量減少停止により昇温を速やかに行うことができ、再生の短時間化を図ることができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記絞り量減少停止条件は、
前記ＤＯＣの上流側温度と下流側温度との温度差が所定の温度以下である第１絞り量減少停止条件、
前記ＤＯＣの上流側温度と下流側温度との温度差の変化速度が所定の速度以下である第２絞り量減少停止条件、又は、
前記ＤＯＣでの発熱量が所定の発熱量以下である第３絞り量減少停止条件、
のうちの少なくとも１つを含む。
上記（３）の構成によれば、ＤＯＣでのＳＯＦの酸化に起因する発熱量が減少した後に、バルブ開度の絞り量減少を停止できる。例えば、第１絞り量減少停止条件によれば、温度差に基づくことで、ＤＯＣの上流側温度及び下流側温度の温度を測定するだけで判定でき、判定を簡便にできる。また、例えば、第２絞り量減少停止条件によれば、ＤＯＣの上流側温度と下流側温度との温度差が瞬間的に大きくなった場合であっても、温度差の時間変化である変化速度に基づくことで、瞬間的に大きくなった場合を排除して、安定した判定を行うことができる。さらには、例えば、第３絞り量減少停止条件によれば、ＤＯＣでのＳＯＦの酸化に起因する発熱が生じているか否かを直接的に判定できる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか１の構成において、
前記堆積条件判定部は、前記ＤＯＣの上流側温度に応じて設定された重み係数に対し前記ディーゼルエンジンの運転時間を乗じて得られたＳＯＦ堆積指標に基づき、前記堆積条件を満たすか否かを判定するように構成された。
上記（４）の構成によれば、ディーゼルエンジンの運転時間を考慮したＳＯＦ堆積指標を算出できるため、ＳＯＦ堆積量を精度よく評価できる。これにより、適切なＳＯＦ堆積量に基づき絞り量減少を停止できるため、より精度の高い絞り量減少制御を行うことができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記重み係数は、前記ＤＯＣの上流側における基準温度を境界として、前記基準温度よりも大きいときに負の重み係数を含み、前記基準温度よりも低いときに正の重み係数を含む。
上記（５）の構成によれば、ＤＯＣの上流側温度が基準温度よりも高いためにＳＯＦが揮発し易い場合に、当該揮発に起因するＳＯＦの減少分を考慮してＳＯＦの堆積量を評価できる。これにより、適切なＳＯＦ堆積量に基づき絞り量減少を停止できるため、より精度の高い絞り量減少制御を行うことができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れか１の構成において、
前記バルブ制御部は、前記ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が大きいほど、絞り量減少量も大きくなるように前記バルブ開度を制御するように構成された。
上記（６）の構成によれば、ＳＯＦ堆積量が大きいほど、排ガス流量を増大できる。これにより、ＳＯＦ堆積量大に起因して発熱量が大きくなっても、大流量の排ガス流量によって、排ガスの酸化触媒への接触時間を短くできる。このため、酸化発熱の抑制と、排ガスの大流量化に起因する冷却効果とにより、ＤＯＣの異常昇温を抑制できる。
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るＤＰＦ再生制御方法は、
排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するＤＰＦ再生制御方法であって、
前記ＤＰＦ再生制御方法は、
前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達するように、吸気スロットルバルブ又は排気スロットルバルブのうちの少なくとも一方のバルブ開度を絞るバルブ制御ステップと、
前記ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定する堆積条件判定ステップと、を含み、
前記バルブ制御ステップは、前記堆積条件を満たすときの方が、前記堆積条件を満たさないときと比べて、前記バルブ開度の絞り量を小さくする絞り量減少制御を実行する絞り量減少制御実行ステップを含む。
上記（７）の構成によれば、ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすときの方が、堆積条件を満たさないときと比べて、バルブ開度の絞り量が小さくなるように制御される。即ち、ＤＯＣへのＳＯＦ堆積量が多いときのバルブ開度を、ＳＯＦ堆積量が少ないときのバルブ開度よりも大きくできる。これにより、ＤＯＣへのＳＯＦ堆積量が多いときでも、バルブ開度を大きくすることでＤＯＣ内部の排ガス流量を増加でき、排ガスの酸化触媒への接触時間を短くできる。このため、ＳＯＦ分の酸化発熱の抑制と、排ガスの大流量化に起因する冷却効果とにより、ＤＯＣの異常昇温を抑制できる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ＤＰＦ再生に伴うＤＯＣ異常昇温を抑制可能なＤＰＦ再生制御装置及びＤＰＦ再生制御方法を提供できる。
本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス処理装置を示す全体構成図である。 ＥＣＵの機能を説明するためのブロック図である。 ＳＯＦ堆積残量と絞り量との相関を示すグラフである。 ＥＣＵにより実行されるフローチャートであり、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス処理方法を示す図である。 経過時間に対する温度変化を示すグラフである。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。さらに、各実施形態において、共通する部材については同じ符号を付すものとし、説明の簡略化のために重複する説明は省略する。
また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図１は、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジン１の排ガス処理装置を示す全体構成図である。図１に示す排ガス処理装置は、排気通路２１に配置されるＤＯＣ３５及びＤＯＣ３５の下流に配置されるＤＰＦ３７を備えるディーゼルエンジン１の排ガス処理装置である。
ディーゼルエンジン１の下流側には、排気通路２１が接続されている。排気通路２１には、ＤＯＣ３５と、ＤＯＣ３５の下流側に配置されるＤＰＦ３７とを備える排ガス処理装置３３が設けられる。ＤＯＣ３５は、排ガス中の未燃燃料（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する機能を有する。また、ＤＯＣ３５では、噴射された燃料の酸化熱によって通過する排ガスが昇温され、これにより、ＤＰＦ３７の上流側温度（例えば入口温度）が昇温される。ＤＰＦ３７は、排ガス中に含まれる煤等のＰＭをフィルタで捕集し、排ガスから除去する装置である。
ディーゼルエンジン１の上流側には、吸気マニホールド１３を介して吸気通路９が接続される。そして、吸気通路９と排気通路２１との間には、排気ターボ過給機７が設けられる。排気ターボ過給機７は、排気通路２１に配置されている排気タービン３と、吸気通路９に配置されているコンプレッサ５とを有しており、該コンプレッサ５は排気タービン３によって同軸駆動される。また、吸気通路９には、インタークーラ（図示しない）及び吸気スロットルバルブ１１が設けられる。吸気スロットルバルブ１１は、後記するＥＣＵ１０によって、その開度が制御される。そして、コンプレッサ５から吐出された圧縮吸気は、インタークーラで冷却された後、吸気スロットルバルブ１１で吸気流量が制御され、その後、吸気ポート１５を介してディーゼルエンジン１の各シリンダ内の燃焼室３９に流入する。
ディーゼルエンジン１には、燃焼室３９に高圧燃料を噴射するための燃料噴射弁１９が配置される。燃料噴射弁１９は、高圧燃料が蓄圧されたコモンレール（図示しない）に接続されるとともに、後記するＥＣＵ１０によって、その噴射タイミング及び燃料噴射量が制御される。燃焼室３９に噴射された高圧燃料は、上記の吸気と混合された後、燃焼室３９内で燃焼する。
排気通路２１の排気ポート２９の直下流位置において、ＥＧＲ管２３が排気通路２１のから分岐する。ＥＧＲ管２３は、吸気スロットルバルブ１１の下流側に位置している吸気マニホールド１３に接続する。また、ＥＧＲ管２３にはＥＧＲバルブ２５が配置される。そして、ＥＧＲバルブ２５を制御することにより、ディーゼルエンジン１から排出された排ガスの一部が、ＥＧＲ管２３を通ってディーゼルエンジン１を再循環する。
ディーゼルエンジン１から排出された排ガスは、排気タービン３を駆動してコンプレッサ５を同軸駆動させる。そして、排気通路２１を通った後、排ガス処理装置３３のＤＯＣ３５及びＤＰＦ３７へと流入する。排気通路２１には排気スロットルバルブ６１が配置される。
排ガス処理装置３３に流入した排ガスは、ＤＯＣ３５において排ガス中に含まれる未燃燃料及び一酸化炭素が酸化除去される。次いで、ＤＰＦ３７において排ガス中に含まれるＰＭが除去された後、ＰＭ除去後の排ガスはエンジン外部に排出される。
ＤＰＦ３７で除去されたＰＭの一部は、運転中のエンジン排ガス中に存在するＮＯがＤＯＣ３５にて酸化されたＮＯ２によって再生されるが（自然再生）、残りのＰＭはＤＰＦ３７のフィルタ（図示しない）に堆積する。そして、ＰＭの堆積が過度に進行すると、ＰＭ捕集能力の低下、背圧増大によるエンジン出力の低下等が生じ得る。このため、ＤＰＦ３７を備える排ガス処理装置３３では、堆積したＰＭを強制的に燃焼させることでフィルタを再生させる強制再生が、適切なタイミングで実行される。
強制再生には、ＥＣＵ１０によって自動的に実行される自動再生と、操作者等の手動操作によって実行される手動再生との少なくとも２種類が含まれる。自動再生は、車両（図示しない）の走行及び停止に関わらず所定の強制再生実行条件を満たすことで自動的に実行される。これに対して手動再生は、操作者等のボタン操作等によって実行されるものであり、基本的に車両が停止した状態で実行される。このため、手動再生の方が自動再生よりも再生温度が高くなるように制御される。一例としては、自動再生ではＤＰＦ３７の上流側温度が６００℃〜６１０℃程度となるように制御されるのに対し、手動再生ではＤＰＦ３７の上流側温度が６２０℃〜６３０℃となるように制御される。
昇温制御は、排気スロットルバルブ６１の開度調整により行うことができる。即ち、排気スロットルバルブ６１を絞る（開度を小さいくする）ことで、排温を高くできる。また、昇温制御は、排気スロットルバルブ６１の開度調整とともに、又は、排気スロットルバルブ６１の開度調整に代えて、吸気スロットルバルブ１１の開度調整により行うこともできる。
排気通路２１には、ＤＯＣ上流側温度センサ４８、ＤＰＦ上流側温度センサ４９、ＤＰＦ下流側温度（例えば出口温度）センサ５０、ＤＰＦ上流側圧力センサ５２、ＤＰＦ下流側圧力センサ５４、及びＤＰＦ差圧センサ５６、背圧センサ（図示しない）等の各種センサ類が配置されている。そして、これらセンサ類で測定されたＤＯＣ入口温度、ＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度、ＤＰＦ差圧等に関する信号は、ＥＣＵ１０に入力される。
なお、ＥＣＵ１０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ。例えばＥＥＰＲＯＭ、ＦｌａｓｈＲＯＭ等）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ｉ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）等を備える。そして、ＥＣＵ１０は、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。
図２は、ＥＣＵ１０の機能を説明するためのブロック図である。ＥＣＵ１０（ＤＰＦ再生制御装置）は、ＤＰＦ３７の昇温によりＤＰＦ３７に堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するためのものである。ＥＣＵ１０は、バルブ制御部１０１と、堆積条件判定部１０５と、噴射実行部１０６とを備える。これらのうち、バルブ制御部１０１は、絞り量減少制御実行部１０２と、停止判定部１０３と、絞り量減少制御停止部１０４とを備える。
バルブ制御部１０１は、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度に到達するように、吸気スロットルバルブ１１（図１参照）又は排気スロットルバルブ６１（図１参照）のうちの少なくとも一方のバルブ開度を絞るためのものである。バルブ開度が絞られることで、ＤＯＣ３５への排温が昇温する。
本発明の一実施形態では、バルブ制御部１０１は、ＤＯＣ３５に堆積するＳＯＦの堆積量が大きいほど、絞り量減少量も大きくなるようにバルブ開度を制御するように構成される。これにより、ＳＯＦ堆積量が大きいほどＤＯＣでの排ガス流量が増大するため、ＳＯＦの酸化発熱に起因するＤＯＣ３５の異常昇温を抑制できる。
堆積条件判定部１０５は、ＤＯＣ３５に堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定するためのものである。そして、詳細は後記するが、後記する噴射実行部１０６は、堆積条件を満たしたときに、バルブ開度の絞り量を減少した状態でレイトポスト噴射を開始するように構成される。従って、本発明の一実施形態では、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多いとき（所定の堆積量を上回るとき）にのみ、バルブ開度の絞り量減少が実行される。
堆積条件を構成するＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量は、直接算出してもよいが、本発明の一実施形態では、例えば以下にようにして評価することができる。具体的には例えば、堆積条件判定部１０５は、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度以下になった連続時間が所定時間以上の場合に、ＳＯＦ堆積量が多いと評価することができる。また、例えば、堆積条件判定部１０５は、直近の一定時間において、ディーゼルエンジン１が低負荷運転（トルク又は燃料噴射量が所定値以下）の時間割合、又は、又は排温が所定温度以下となる時間割合が所定値以上の場合に、ＳＯＦ堆積量が多いと評価することができる。
さらに、堆積条件判定部１０５は、例えば、ＤＯＣ３５の上流側温度に応じて設定された重み係数に対し、ディーゼルエンジン１の運転時間（積算でもよく、直近でもよい）を乗じて得られたＳＯＦ堆積指標に基づき、堆積条件を満たすか否かを判定するように構成されることもできる。このようにすることで、ディーゼルエンジン１の運転時間を考慮したＳＯＦ堆積指標を算出できるため、ＳＯＦ堆積量を精度よく評価できる。なお、重み係数は、例えば、ＤＯＣ３５の上流側温度と重み係数との相関マップをＥＣＵ１０に記憶し、当該マップに基づいて決定できる。
上記の重み係数は、例えば、ＤＯＣ３５の上流側温度が高いほど、小さな値にすることができる。特に、本発明の一実施形態では、重み係数は、ＤＯＣ３５の上流側における基準温度を境界として、基準温度よりも大きいときに負の重み係数を含み、基準温度よりも低いときに正の重み係数を含む。このようにすることで、ＤＯＣ３５の上流側温度が基準温度よりも高いためにＳＯＦが揮発し易い場合に、当該揮発に起因するＳＯＦの減少分を考慮してＳＯＦの堆積量を評価できる。
噴射実行部１０６は、ＤＰＦ３７の強制再生開始後、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度（例えば２５０℃）になったときに、ＤＯＣ３５への燃料のレイトポスト噴射を実行するためのものである。レイトポスト噴射によりＤＯＣ３５でのＳＯＦの酸化発熱が開始され、ＤＯＣ３５の下流側温度、即ち、ＤＰＦ３７の上流側温度が昇温する。これにより、ＤＰＦ３７に堆積した煤が燃焼除去される。
上記のように、バルブ制御部１０１は、絞り量減少制御実行部１０２と、停止判定部１０３と、絞り量減少制御停止部１０４とを備える。
これらのうち、絞り量減少制御実行部１０２は、上記堆積条件を満たすときの方が、上記堆積条件を満たさないときと比べて、バルブ開度の絞り量を小さくする絞り量減少制御を実行するためのものである。従って、堆積条件を満たす場合（ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多い場合）、本発明の一実施形態では、バルブ開度の絞り量が小さくなる。これにより、ＤＯＣへの排ガス流量が、ＳＯＦ堆積量が少ない場合と比べて、多くなる。この結果、排ガス流量増加に起因する酸化発熱反応の抑制と、熱の持ち去りに起因する昇温抑制とにより、ＤＯＣ３５の過昇温が抑制される。
バルブ開度の絞り量は、例えば、ＤＯＣ３５でのＳＯＦ堆積残量に応じて制御することができる。この点について、図３を参照しながら説明する。
図３は、ＳＯＦ堆積残量と絞り量との相関を示すグラフである。なお、このグラフは、ＳＯＦ堆積残量と絞り量との相関を説明するために模式的に示したものであり、実際のグラフが図３に示すグラフと必ずしも一致しない。図３に示すように、ＤＯＣ３５の昇温によってＳＯＦ堆積残量が減少すれば、バルブ開度の絞り量が小さくなるようになっている。即ち、ＳＯＦ堆積残量が少ないほど、バルブ開度の絞り量が小さく、絞り減少量も小さくなっている。
このようにすることで、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積残量が少なく、ＤＯＣ３５での過昇温の可能性が低い場合には、通常通りの絞り量（例えば上記の堆積条件が満たされてないときのバルブ開度の絞り量）にできる。そこで、例えば、排ガス流量、ＤＯＣ３５の上流側温度と下流側温度の温度差等に基づいてＳＯＦ堆積残量を見積もり、図３に示す相関に基づいて絞り量を決定することで、バルブ開度をＳＯＦ堆積残量に応じた開度にすることができる。
図２に戻って、停止判定部１０３は、バルブ開度の絞り量減少制御の実行後、絞り量減少停止条件を満たすかを判定するためのものである。絞り量減少停止条件は、本発明の一実施形態では、ＤＯＣ３５の上流側温度と下流側温度との温度差が第１温度以下である第１絞り量減少停止条件、ＤＯＣ３５の上流側温度と下流側温度との温度差の変化速度が第２速度以下である第２絞り量減少停止条件、又は、ＤＯＣ３５での発熱量が第３発熱量以下である第３絞り量減少停止条件、のうちの少なくとも１つを含む。
これらの絞り量減少停止条件に基づくことで、ＤＯＣ３５でのＳＯＦの酸化に起因する発熱量が減少した後に、バルブ開度の絞り量減少を停止できる。例えば、第１絞り量減少停止条件によれば、温度差に基づくことで、ＤＯＣ３５の上流側温度及び下流側温度の温度を測定するだけで判定でき、判定を簡便にできる。また、例えば、第２絞り量減少停止条件によれば、ＤＯＣ３５の上流側温度と下流側温度との温度差が瞬間的に大きくなった場合であっても、温度差の時間変化である変化速度に基づくことで、瞬間的に大きくなった場合を排除して、安定した判定を行うことができる。さらには、例えば、第３絞り量減少停止条件によれば、ＤＯＣ３５でのＳＯＦの酸化に起因する発熱が生じているか否かを直接的に判定できる。
絞り量減少制御停止部１０４は、上記の絞り量減少停止条件を満たしたときに、絞り量減少制御実行部１０２による絞り量減少制御を停止するためのものである。絞り量減少制御停止部１０４により、絞り量減少停止条件を満たしたときにバルブ開度の絞り量減少を停止できる。また、絞り量減少制御の停止により、バルブ開度が、上記のＳＯＦ堆積条件を満たさないときのバルブ開度にまで絞られる。これにより、ＤＯＣ３５での排ガス流量が減少する。
以上の構成を備えるＥＣＵ１０（ＤＰＦ再生制御装置）によれば、ＤＯＣ３５に堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすときの方が、堆積条件を満たさないときと比べて、バルブ開度の絞り量が小さくなるように制御される。即ち、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多いときのバルブ開度を、ＳＯＦ堆積量が少ないときのバルブ開度よりも大きくできる。これにより、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多いときでも、バルブ開度を大きくすることでＤＯＣ３５内部の排ガス流量を増加でき、排ガスの酸化触媒への接触時間を短くできる。このため、ＳＯＦ分の酸化発熱の抑制と、排ガスの大流量化に起因する冷却効果とにより、ＤＯＣ３５の異常昇温を抑制できる。
特に、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多くなる長時間の低負荷運転後の再生時において、ＤＯＣ３５の昇温途中におけるＤＯＣ３５の異常昇温が抑制される。これにより、ＤＯＣ３５の破損、ＤＰＦ３７での煤の異常燃焼に起因するＤＰＦ３７の破損のリスクを低減できる。この結果、ＤＯＣ３５に担持された触媒の熱的劣化を抑制できる。また、触媒の熱的劣化抑制により、所定の排ガス処理性能を長時間維持できるとともに、レイトポスト燃料増大による燃費悪化及びオイルダイリューションリスクを低減できる。更には、初期における触媒担持量を減らすことができ、コスト低減を図ることができる。
図４は、ＥＣＵ１０により実行されるフローチャートであり、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス処理方法（以下、単に「本実施形態の制御方法」という）を示す図である。本実施形態の制御方法は、排気通路２１に配置されるＤＯＣ３５及びＤＯＣ３５の下流に配置されるＤＰＦ３７を備えるディーゼルエンジン１の排ガス処理装置において、ＤＰＦ３７の昇温によりＤＰＦ３７に堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するものである。本実施形態の制御方法は、上記のＥＣＵ１０により実行されるため、以下の説明は、適宜上記の図２を併せて参照しながら行う。
強制再生が開始されると、バルブ制御部１０１は、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度（例えば２５０℃）に到達するように、排気スロットルバルブ６１のバルブ開度を絞る（ステップＳ１、バルブ制御ステップ）。これにより、排温の昇温が開始する。なお、排温の昇温は、排気スロットルバルブ６１とともに、又は排気スロットルバルブ６１に代えて吸気スロットルバルブ１１のバルブ開度を絞ってもよく、さらには、例えば、アーリーポスト噴射量及び噴射タイミングを変更したり、燃料噴射レール圧を変更したりして行ってもよい。
次いで、堆積条件判定部１０５は、ＤＯＣ３５に堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２、堆積条件判定ステップ）。ＳＯＦの堆積量は、例えば、上記の堆積条件判定部１０５において説明した事項を適用できる。堆積条件を満たさない場合には（ＮＯ）、バルブ開度絞り量制御を行うことなく、ＤＯＣ３５に堆積したＳＯＦの酸化発熱が行われる。
一方で、堆積条件を満たす場合には（ＹＥＳ）、絞り量減少制御実行部１０２は、バルブ開度の絞り量減少量を計算する（ステップＳ３）。具体的には、絞り量減少制御実行部１０２は、例えば上記の図３に示した相関に基づいて絞り量を決定する。そして、絞り量減少制御実行部１０２は、決定された絞り量になるように、排気スロットルバルブ６１のバルブ開度の絞り量を減少させる（ステップＳ４、絞り量減少制御実行ステップ）。ステップＳ４（絞り量減少制御実行ステップ）により、上記の堆積条件を満たすときの方が、堆積条件を満たさないときと比べて、バルブ開度の絞り量を小さくする絞り量減少制御が実行される。なお、絞り量減少制御実行ステップは、バルブ開度制御ステップに含まれるものである。
そして、停止判定部１０３は、ＤＯＣ３５の上流側温度と下流側温度との温度差が第１温度以下である第１絞り量減少停止条件、当該温度差の変化速度が第２速度以下である第２絞り量減少停止条件、又は、ＤＯＣ３５での発熱量が第３発熱量以下である第３絞り量減少停止条件、のうちの少なくとも１つを満たすか否かを判定する（ステップＳ５）。これらの絞り量減少停止条件を１つでも満たせば、ＤＯＣ３５でのＳＯＦ堆積量が十分に減少したと考えられる。そこで、停止判定部１０３により絞り量減少停止条件が満たされたと判定された場合には（ＹＥＳ）、絞り量減少制御停止部１０４は、バルブ開度の絞り量減少を停止する（ステップＳ６）。絞り量減少停止により、バルブ開度が、上記のＳＯＦ堆積条件を満たさないときのバルブ開度にまで絞られる。これにより、ＤＯＣ３５での排ガス流量が減少する。その後、噴射実行部１０６による未燃燃料のレイトポスト噴射により、ＤＰＦの通常再生が行われる（ステップＳ７）。
また、上記のステップＳ５において、絞り量減少停止条件を１つも満たさないと停止判定部１０３が判定した場合には、上記委のステップＳ３において、再度、絞り量減少量が計算される。
図５は、経過時間に対する温度変化を示すグラフである。実線はＤＰＦ３７の上流側温度、一点鎖線はＤＯＣ３５の上流側温度、破線はＤＰＦ３７の下流側温度を表す。ＤＰＦ３７の強制再生が開始されると、排気スロットルバルブ６１の開度絞り等によってＤＯＣ３５の上流側温度が昇温し始める（点Ａ）。そして、ＤＯＣ３５でのＳＯＦ酸化発熱が生じ始め、実線で示すＤＰＦ３７の上流側温度が上昇し始める。しかし、排気スロットルバルブ６１の開度絞り量は、ＳＯＦ堆積が少ない場合の開度絞り量と比べて減少（即ち開度が大きい）しているため、ＤＯＣ３５での排ガス流量が大きい。このため、排ガスの酸化触媒への接触時間が短くなっている。このため、酸化発熱の抑制と、排ガスの大流量化に起因する冷却効果とによりＤＯＣ３５の昇温が抑制され、ＤＰＦ３７の上流側温度が急激に昇温することが抑制され、ＤＰＦ３７の上流側温度は緩やかに上昇する。この結果、ＤＯＣ３５の異常昇温や、ＤＰＦ３７の上流側温度のオーバーシュートが抑制される。
そして、ＤＯＣ３５の上流側温度が２５０℃（所定温度）に到達すると（点Ｂ）、燃料のレイトポスト噴射が開始される。レイトポスト噴射により、噴射された燃料がＤＯＣ３５で酸化発熱し、ＤＯＣ３５の下流側温度、即ち、ＤＰＦ３７の上流側温度が急激に上昇する。また、ＤＰＦ３７では煤の燃焼が生じ、ＤＰＦ３７の下流側温度も上昇する。そして、レイトポスト噴射開始後十分な時間が経過した後に強制再生が完了し（点Ｃ）、温度が低下する。
以上の本実施形態の制御方法によれば、ＤＯＣ３５に堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすときの方が、堆積条件を満たさないときと比べて、バルブ開度の絞り量が小さくなるように制御される。即ち、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多いときのバルブ開度を、ＳＯＦ堆積量が少ないときのバルブ開度よりも大きくできる。これにより、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多いときでも、バルブ開度を大きくすることでＤＯＣ３５内部の排ガス流量を増加でき、排ガスの酸化触媒への接触時間を短くできる。このため、ＳＯＦ分の酸化発熱の抑制と、排ガスの大流量化に起因する冷却効果とにより、ＤＯＣ３５の異常昇温を抑制できる。
特に、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多くなる長時間の低負荷運転後の再生時において、ＤＯＣ３５の昇温途中におけるＤＯＣ３５の異常昇温が抑制される。これにより、ＤＯＣ３５の破損、ＤＰＦ３７での煤の異常燃焼に起因するＤＰＦ３７の破損のリスクを低減できる。この結果、ＤＯＣ３５に担持された触媒の熱的劣化を抑制できる。また、触媒の熱的劣化抑制により、所定の排ガス処理性能を長時間維持できるとともに、レイトポスト燃料増大による燃費悪化及びオイルダイリューションリスクを低減できる。更には、初期における触媒担持量を減らすことができ、コスト低減を図ることができる。
１ ディーゼルエンジン
３ 排気タービン
５ コンプレッサ
７ 過給機
９ 吸気通路
１０ ＥＣＵ
１１ 吸気スロットルバルブ
１３ 吸気マニホールド
１５ 吸気ポート
１９ 燃料噴射弁
２１ 排気通路
２３ ＥＧＲ管
２５ バルブ
２９ 排気ポート
３３ 排ガス処理装置
３９ 燃焼室
４８，４９ 上流側温度センサ
５０ ＤＰＦ下流側温度センサ
５２ 上流側圧力センサ
５４ 下流側圧力センサ
５６ 差圧センサ
６１ 排気スロットルバルブ
１０１ バルブ制御部
１０２ 絞り量減少制御実行部
１０３ 停止判定部
１０４ 量減少制御停止部
１０５ 堆積条件判定部
１０６ 噴射実行部

Claims (7)

  1. 排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するためのＤＰＦ再生制御装置であって、
    前記ＤＰＦ再生制御装置は、
    前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達するように、吸気スロットルバルブ又は排気スロットルバルブのうちの少なくとも一方のバルブ開度を絞るためのバルブ制御部と、
    前記ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定するための堆積条件判定部と、を備え、
    前記バルブ制御部は、前記堆積条件を満たすときの方が、前記堆積条件を満たさないときと比べて、前記バルブ開度の絞り量を小さくする絞り量減少制御を実行するための絞り量減少制御実行部を含む、ＤＰＦ再生制御装置。
  2. 前記バルブ制御部は、
    前記絞り量減少制御の実行後、絞り量減少停止条件を満たすかを判定するための停止判定部と、
    前記絞り量減少停止条件を満たしたときに、前記絞り量減少制御を停止するための絞り量減少制御停止部とをさらに備える、請求項１に記載のＤＰＦ再生制御装置。
  3. 前記絞り量減少停止条件は、
    前記ＤＯＣの上流側温度と下流側温度との温度差が所定の温度以下である第１絞り量減少停止条件、
    前記ＤＯＣの上流側温度と下流側温度との温度差の変化速度が所定の速度以下である第２絞り量減少停止条件、又は、
    前記ＤＯＣでの発熱量が所定の発熱量以下である第３絞り量減少停止条件、
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のＤＰＦ再生制御装置。
  4. 前記堆積条件判定部は、前記ＤＯＣの上流側温度に応じて設定された重み係数に対し前記ディーゼルエンジンの運転時間を乗じて得られたＳＯＦ堆積指標に基づき、前記堆積条件を満たすか否かを判定するように構成された、請求項１〜３の何れか１項に記載のＤＰＦ再生制御装置。
  5. 前記重み係数は、前記ＤＯＣの上流側における基準温度を境界として、前記基準温度よりも大きいときに負の重み係数を含み、前記基準温度よりも低いときに正の重み係数を含む、請求項４に記載のＤＰＦ再生制御装置。
  6. 前記バルブ制御部は、前記ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が大きいほど、絞り量減少量も大きくなるように前記バルブ開度を制御するように構成された、請求項１〜５の何れか１項に記載のＤＰＦ再生制御装置。
  7. 排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するＤＰＦ再生制御方法であって、
    前記ＤＰＦ再生制御方法は、
    前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達するように、吸気スロットルバルブ又は排気スロットルバルブのうちの少なくとも一方のバルブ開度を絞るバルブ制御ステップと、
    前記ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定する堆積条件判定ステップと、を含み、
    前記バルブ制御ステップは、前記堆積条件を満たすときの方が、前記堆積条件を満たさないときと比べて、前記バルブ開度の絞り量を小さくする絞り量減少制御を実行する絞り量減少制御実行ステップを含む、ＤＰＦ再生制御方法。
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