JP3663729B2 - エンジンの排気微粒子処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気中に含まれる排気微粒子を捕集し、捕集した排気微粒子を燃焼除去する排気微粒子処理装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車両に搭載されるディーゼルエンジン等にあっては、排気中に含まれるカーボン微粒子(以下、パーティキュレートまたはPMと呼ぶ)を捕集するフィルタを備えるとともに、フィルタに捕集されたパーティキュレートを焼却する再生が行われるようになっている。
【0003】
従来のエンジンの排気微粒子処理装置として、例えば特開平7−150929号公報に開示されたものは、フィルタ再生時にフィルタに導入される排気の流れを遮断し、エアポンプ等を介してフィルタに空気を供給しつつ、ヒータを通電加熱することにより、フィルタに捕集されたパーティキュレートの燃焼伝播を促進するようになっている。
【0004】
排気通路におけるフィルタの前後差圧を検出する排圧センサを備え、検出された前後差圧が所定値を越えて上昇する再生時期を判定するようになっている。
【0005】
フィルタに捕集されたパーティキュレート量が増大すると、フィルタが付与する圧力損失が増大し、フィルタの前後差圧が上昇するため、排圧センサによって検出された前後差圧に基づいてフィルタの再生時期を判定することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のエンジンの排気微粒子処理装置にあっては、長時間の運転に伴って燃焼室で潤滑油が燃焼したオイルアッシュや、排気管から剥離した酸化スケール等がフィルタに堆積する可能性がある。
【0007】
フィルタに堆積したオイルアッシュや酸化スケールは、上記パーティキュレートを焼却するフィルタの再生処理が行われても、焼却することができない。
【0008】
これらのアッシュがある程度フィルタに堆積すると、パーティキュレートが堆積していない状態でもフィルタの前後差圧が上昇するため、排圧センサによって検出された前後差圧が所定値に達する運転時間が短くなり、フィルタの再生頻度が多くなるという問題点が考えられる。
【0009】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エンジンの排気微粒子処理装置において、フィルタの再生時期を適確に判定することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のエンジンの排気微粒子処理装置は、図24に示すように、排気通路102の途中に介装されて排気粒子を捕集するフィルタ103と、フィルタ103に導入される排気量を調節する排気遮断手段104と、排気通路102のフィルタ103より上流側の圧力Pを検出する排圧検出手段122と、検出された排圧Pが所定値を越えて上昇する再生時期を判定する再生時期判定手段131と、フィルタ103の再生時にフィルタ103に捕集された排気粒子を燃焼させる再生手段132と、を備えるエンジンの排気微粒子処理装置において、前記フィルタ103の温度を検出するフィルタ温度検出手段121と、再生時におけるフィルタ103の最高温度が低いほど又は最高温度に達する最高温度到達時間が短いほど再生が行われる排圧Pを高めるように補正する再生時期補正手段133と、を備える。
【0011】
請求項2に記載のエンジンの排気微粒子処理装置は、請求項1に記載の発明において、
前記再生時期補正手段として、
再生時におけるフィルタの最高温度Tpを検出し、
検出される最高温度Tpに応じてパーティキュレート捕集量を推定し、
推定されるパーティキュレート捕集量が減少するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とする。
【0012】
請求項3に記載のエンジンの排気微粒子処理装置は、請求項1に記載の発明において、
前記再生時期補正手段として、
再生時におけるフィルタの最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを検出し、
検出される最高温度到達時間tTpに応じてパーティキュレート捕集量を推定し、
推定されるパーティキュレート捕集量が減少するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とする。
【0013】
請求項4に記載のエンジンの排気微粒子処理装置は、請求項1に記載の発明において、
前記再生時期補正手段として、
再生時におけるフィルタの最高温度Tpを検出し、
検出される最高温度Tpに応じてフィルタに堆積したアッシュ量wa1を推定し、
推定されるアッシュ量wa1が増大するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とする。
【0014】
請求項5に記載のエンジンの排気微粒子処理装置は、請求項1に記載の発明において、
前記再生時期補正手段として、
再生時におけるフィルタの最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを検出し、
検出される最高温度到達時間tTpに応じてフィルタに堆積したアッシュ量wa1を推定し、
推定されるアッシュ量wa1が増大するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とする。
【0015】
請求項6に記載のエンジンの排気微粒子処理装置は、請求項1に記載の発明において、前記再生時期補正手段として、エンジンの潤滑油消費量を検出し、検出される潤滑油消費量に応じてフィルタに堆積したオイルアッシュ量wa2を推定し、再生時におけるフィルタの最高温度又は最高温度に達する最高温度到達時間に応じてフィルタに堆積したアッシュ量wa1を推定し、オイルアッシュ量wa2とアッシュ量wa1の差からフィルタ3に堆積した酸化スケール量wa3を推定し、オイルアッシュ量wa2と酸化スケール量wa3が増大するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とする。
【0016】
【作用】
請求項1に記載のエンジンの排気微粒子処理装置において、フィルタ103の再生時にフィルタ103に捕集された排気粒子を燃焼させる。
【0017】
フィルタ103に捕集されたパーティキュレート量が増大して、排気通路102のフィルタ103より上流側の圧力Pが所定値を越えて上昇するフィルタ103の再生時期を判定する。
【0018】
フィルタ103のパーティキュレート捕集量が増大するほど、再生時におけるフィルタ103の温度上昇速度が高くなるとともに、最高温度が高くなる特性がある。
【0019】
本発明はこの特性に着目して、再生時におけるフィルタ103の温度に応じてフィルタ103のパーティキュレート捕集量を推定し、次回に再生が行われる排圧Pを補正する構成により、再生時におけるフィルタ103のパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0020】
この結果、オイルアッシュ等がフィルタ103にある程度堆積するのに伴って、フィルタ103の再生頻度が多くなるという問題点を解消できる。
【0021】
請求項2に記載のエンジンの排気微粒子処理装置において、フィルタのパーティキュレート捕集量が減少するほど、再生時におけるフィルタの最高温度Tpが低くなる特性がある。
【0022】
本発明はこの特性に着目して、再生時におけるフィルタの最高温度Tpが低下するのに応じて、フィルタのパーティキュレート捕集量が減少したものと推定し、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成により、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0023】
請求項3に記載のエンジンの排気微粒子処理装置において、フィルタのパーティキュレート捕集量が減少するほど、再生時における最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpが短くなる特性がある。
【0024】
本発明はこの特性に着目して、再生時における最高温度到達時間tTpが短くなるのに応じて、フィルタのパーティキュレート捕集量が減少したものと推定し、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成により、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0025】
請求項4に記載のエンジンの排気微粒子処理装置において、フィルタに堆積したアッシュ量wa1が増大するほど、再生時におけるフィルタの最高温度Tpが低くなる特性がある。
【0026】
本発明はこの特性に着目して、再生時におけるフィルタの最高温度Tpが低下するのに応じて、アッシュ量wa1が増大したものと推定し、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成により、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0027】
請求項5に記載のエンジンの排気微粒子処理装置において、フィルタに堆積したアッシュ量wa1が増大するほど、再生時における最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpが短くなる特性がある。
【0028】
本発明はこの特性に着目して、再生時における最高温度到達時間tTpが短くなるのに応じて、アッシュ量wa1が増大したものと推定し、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成により、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0029】
請求項6に記載のエンジンの排気微粒子処理装置において、排気管の内壁面から剥離した酸化スケールが、オイルアッシュと共にがフィルタに堆積する可能性がある。酸化スケールとオイルアッシュではその堆積量に応じたフィルタの圧力損失が異なる。
【0030】
本発明はこれに着目し、酸化スケール量wa3を、潤滑油消費量から推定されたオイルアッシュ量wa2と、フィルタの最高温度又は最高温度に達する最高温度到達時間から推定されたアッシュ量wa1の差として求める。
【0031】
フィルタに堆積したオイルアッシュ量wa3と酸化スケール量wa2がそれぞれ増大するのにしたがって、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成により、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0033】
図1において、2は排気通路であり、車両に搭載されたディーゼルエンジン1からの排気を排気口5から排出するようになっている。
【0034】
排気通路1の途中にはフィルタ3が介装されるとともに、フィルタ3を迂回して排気を導くバイパス路4が配設される。
【0035】
フィルタケース10はエンジン1からの排気がフィルタ3の内側から外側へ抜けるように形成されている。こうしてエンジン1からの排気がフィルタ3を通り、排気中に含まれるパーティキュレートがフィルタ3に捕集される。フィルタ3は、セラミックファイバを中空円筒状に巻いて形成するか、セラミックフォームやメタルフォームを中空円筒状に形成したものが用いられる。
【0036】
排気通路2のフィルタ3より上流側にバタフライ式の排気流路切替バルブ6が介装される。バイパス路4の途中には排気流路切替バルブ7が介装される。排気流路切替バルブ6と排気流路切替バルブ7が排気遮断手段を構成する。
【0037】
図のように排気流路切替バルブ6が開弁し、排気流路切替バルブ7が閉弁することにより、エンジン1からの排気がフィルタ3を通過し、パーティキュレートがろ過された排気が排気口5を介して外部へと排出される。
【0038】
一方、排気流路切替バルブ6が閉弁し、排気流路切替バルブ7が開弁することにより、エンジン1からの排気がフィルタ3を迂回してバイパス路4を通過し、排気口5を介して外部へと排出される。
【0039】
フィルタ3の内周側には、電熱ヒータ8が設けられる。フィルタ再生時にフィルタ3に導入される排気の流れを遮断しつつ、ヒータ8を通電加熱することにより、フィルタ3に捕集されたパーティキュレートの燃焼伝播を促進するようになっている。ヒータ8が加熱手段を構成する。
【0040】
フィルタ再生時にフィルタケース10に外気を取入る外気取入口11と、フィルタ再生時に発生する排気ガスをフィルタケース10から排出する出口12が設けられる。外気取入口11はフィルタケース10の下部に開口している。
【0041】
排気流路切替バルブ6と排気流路切替バルブ7およびヒータ8はコントロールユニット20からの制御信号により作動して、フィルタ3の再生が行われる。
【0042】
フィルタ再生時に、排気流路切替バルブ6を閉じるとともに排気流路切替バルブ7を開いて、所定時間にわたってヒータ8を通電加熱し、フィルタ3に捕集されたパーティキュレートを焼却処理する。
【0043】
フィルタケース10内でヒータ8の加熱により暖まった空気が自然対流により上昇し、出口12から外部に排出される一方、外気が外気取入口11からフィルタケース10に再生用の空気として導入される。
【0044】
フィルタ3の再生時期を判定するため、排気通路2におけるフィルタ3の上流側の排気圧力Pを検出する排圧センサ(排圧検出手段)22が設けられる。コントロールユニット20は、フィルタ3に捕集されたパーティキュレート量が増大して、排気通路2のフィルタ3より上流側の圧力Pが所定値を越えて上昇するフィルタ3の再生時期を判定する。
【0045】
フィルタ3に捕集されたパーティキュレート量が増大するのに応じて、排気通路2におけるフィルタ3の前後差圧が上昇する特性がある。フィルタ3の下流側は外気取入口11に連通して略大気圧となっているため、フィルタ3の上流側の排気圧力Pが、フィルタ3の前後差圧となる。したがって、排気圧力Pに応じてフィルタ3の再生時期を判定することができる。
【0046】
ところで、エンジン1の長時間の運転に伴って燃焼室で潤滑油が燃焼したオイルアッシュ等がフィルタに堆積する可能性がある。図7に示すように、フィルタ3にオイルアッシュ等がある程度堆積すると、パーティキュレートが堆積していない状態でもフィルタ3の前後差圧が上昇するため、排圧センサ22によって検出された排圧Pが所定値に達する運転時間が短くなり、フィルタ3の再生頻度が多くなるという問題点が考えられる。
【0047】
本発明はこれに対処して、フィルタ3の温度Tを検出するフィルタ温度センサ(フィルタ温度検出手段)21を設ける。そして、再生時におけるフィルタ3の温度に応じてフィルタ3のパーティキュレート捕集量を推定し、再生が行われる排圧Pを補正する。
【0048】
図8は、フィルタ3の再生時にヒータ8の通電時間tに応じてフィルタ温度Tを測定した結果を示している。フィルタ温度Tは通電時間tに応じて次第に上昇し、やがて最高温度Tpに達した後、次第に低下する。
【0049】
フィルタ3の再生時におけるヒータ8に供給される電力が一定であり、外気取入口11から自然対流により空気を導入する構成の場合、パーティキュレートの燃焼速度はほぼ一定となる。
【0050】
したがって、再生開始時のフィルタ温度Tsが決まれば、パーティキュレート捕集量に応じてフィルタ最高温度Tpが決まり、パーティキュレート捕集量が減少するほど、再生時におけるフィルタ最高温度Tpが低くなる特性がある。
【0051】
この特性に着目し、第一の実施形態として、コントロールユニット20は、再生時におけるフィルタ3の最高温度Tpが低下するのに応じて、フィルタ3のパーティキュレート捕集量が減少したものと推定し、フィルタ3の再生が行われる排圧Pを高めるように補正する。
【0052】
図2〜図4のフローチャートはフィルタ3の再生を行うルーチンを示しており、コントロールユニット20において一定周期毎に実行される。
【0053】
これについて説明すると、まず、Step1にて、エンジン1の回転数N、負荷Q、排圧Pをそれぞれ読込む。
【0054】
続いて、Step2にて、後述する再生フラグを基にフィルタ3の再生時かどうかを判定する。
【0055】
フィルタ3の非再生時と判定された場合、Step3に進み、前回の再生時に排圧Pの補正指令があるかどうかを判定する。
【0056】
前回の再生時に排圧Pの補正指令がある場合、Step4に進み、排圧補正フラグを基にエンジン排圧Pの補正が行われているかどうかを判定する。
【0057】
エンジン排圧Pの補正が行われていない場合、Step5に排圧補正フラグをエンジン排圧Pの補正が行われていないことを示すONとする。
【0058】
続いて、Step6にて、前回の再生時に読込んだ排圧から単位補正量ΔPだけ排圧を補正する。前回の再生で目標のパーティキュレート捕集量に対して実際の捕集量が少ないと判定された場合は−ΔPの補正を行い、見かけ上現在の排圧PがΔPだけ少ないと認識する。
【0059】
続いて、Step7において、Step1にて読込んだエンジン排圧PもしくはStep6にて補正された排圧Pに応じて図5に示すマップを基に再生時期かどうかを判定する。図5のマップには、エンジン回転数Nおよびエンジン負荷Qに応じて排圧Pが所定値より大きい再生時期領域が予め設定されている。このStep7における処理が再生時期判定手段に相当する。
【0060】
再生時期にあることが判定された場合、Step8に進んで、再生フラグを再生時であることを示すONとする。そして、排圧補正フラグをエンジン排圧Pの補正が行われていないことを示すONとする。
【0061】
続いて、Step9にて、排気流路切替バルブ7を開く。
【0062】
続いて、Step10にて、排気流路切替バルブ6を閉じる。
【0063】
続いて、Step14にて、再生開始時のフィルタ3の温度Tsを読込む。
【0064】
続いて、Step15にて、ヒータ8に再生電力Wを供給する。
【0065】
Step9〜Step15における処理がフィルタ再生手段を構成する。
【0066】
これにより、フィルタ再生時にフィルタ3に導入される排気の流れを遮断しつつ、ヒータ8を通電加熱することにより、フィルタ3に捕集されたパーティキュレートの燃焼が行われる。
【0067】
続いて、Step16にて、通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇していることが判定された場合、Step17に進んで、フィルタ3の最高温度(ピーク温度)Tpを読込む。
【0068】
一方、何らかの原因で通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇しないまま、Step25において、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step24に進んでヒータ8の通電を停止して、再生を中断する。
【0069】
続いて、Step18において、フィルタ3の再生開始時における温度Tsとフィルタ3の最高温度Tpに応じて図6に示すマップを基にフィルタ3に堆積したパーティキュレート量w1を検索する。図6のマップには再生開始時温度Tsと最高温度Tpに応じたパーティキュレート堆積量w1が予め設定されている。
【0070】
続いて、Step19にて、検索されたパーティキュレート堆積量w1が目標量w0より小さいことが判定された場合、Step20に進んで、所定の排圧捕集量ΔPを次回の捕集時排圧から減算する。
【0071】
一方、Step21に進んでパーティキュレート堆積量w1が目標量w0以上に大きいことが判定された場合、Step22に進んで、所定の排圧捕集量ΔPを次回の捕集時排圧から加算する。
【0072】
Step17〜22で行われる処理が、再生時におけるフィルタの温度に応じて再生が行われる排圧Pを補正する再生時期補正手段に相当する。
【0073】
続いて、Step23にて、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step24に進んでヒータ8の通電を停止する。
【0074】
続いて、Step11にて、排気流路切替バルブ6を開く。
【0075】
続いて、Step12にて、排気流路切替バルブ7を閉じる。
【0076】
続いて、Step13に進んで、再生が終了したことを示す再生フラグをOFFとして、本ルーチンを終了する。
【0077】
これにより、バイパス路4が閉塞されて、排気の全量がフィルタ3に導入され、パーティキュレートの捕集が再開される。
【0078】
以上のように、再生時におけるフィルタ3の最高温度Tpが低下するのに応じて、フィルタ3の再生が行われる排圧Pを高めるように補正することにより、再生時におけるフィルタ3のパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。この結果、フィルタ3にオイルアッシュ等がある程度堆積しても、フィルタ3の再生頻度が多くなることが回避され、ヒータ8に電力を供給するバッテリの負担が大きくなることを防止できる。
【0079】
ところで、フィルタ3の再生時におけるパーティキュレートの燃焼速度はほぼ一定であるため、再生開始時のフィルタ温度Tsが決まれば、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量が少ないほど、最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpが短くなる特性がある。
【0080】
この特性に着目し、第二の実施形態として、コントロールユニット20は、再生時におけるフィルタ3の最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを検出し、最高温度到達時間tTpが短くなるのに応じてフィルタ3のパーティキュレート捕集量が減少したものと推定し、フィルタ3の再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成としてもよい。
【0081】
図9のフローチャートは前述した図2、図4に示すフローチャートにつながり、第二の実施形態におけるフィルタ3の再生を行うルーチンを示しており、コントロールユニット20において一定周期毎に実行される。
【0082】
これについて説明すると、再生時、Step14に進んで、再生開始時のフィルタ3の温度Tsを読込む。
【0083】
続いて、Step15にて、ヒータ8に再生電力Wを供給する。
【0084】
続いて、Step16にて、通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇していることが判定された場合、Step17に進んで、フィルタ3の最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを読込む。
【0085】
続いて、Step18において、フィルタ3の再生開始時における温度Tsとフィルタ3の最高温度到達時間tTpに応じて図10に示すマップを基にフィルタ3に堆積したパーティキュレート量w1を検索する。図10のマップには再生開始時温度Tsと最高温度到達時間tTpに応じたパーティキュレート堆積量w1が予め設定されている。
【0086】
続いて、Step19にて、検索されたパーティキュレート堆積量w1が目標量w0より小さいことが判定された場合、Step20に進んで、所定の排圧捕集量ΔPを次回の捕集時排圧から減算する。
【0087】
一方、Step21に進んでパーティキュレート堆積量w1が目標量w0以上に大きいことが判定された場合、Step22に進んで、所定の排圧捕集量ΔPを次回の捕集時排圧から加算する。
【0088】
Step17〜22で行われる処理が、再生時におけるフィルタの温度に応じて次回に再生が行われる排圧Pを補正する再生時期補正手段に相当する。
【0089】
続いて、Step23にて、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step24に進んでヒータ8の通電を停止する。
【0090】
一方、何らかの原因で通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇しないまま、Step25において、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step24に進んでヒータ8の通電を停止して、再生を中断する。
【0091】
以上のように、最高温度到達時間tTに応じて、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正することにより、再生時におけるフィルタ3のパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。この結果、フィルタ3にオイルアッシュ等がある程度堆積しても、フィルタ3の再生頻度が多くなることが回避され、ヒータ8に電力を供給するバッテリの負担が大きくなることを防止できる。
【0092】
ところで、長時間の運転に伴って燃焼室で潤滑油が燃焼したオイルアッシュ等がフィルタに堆積する可能性がある。フィルタ3の上流側の排気圧力Pが同じでも、フィルタ3に堆積したアッシュ量が増大するほど、パーティキュレート捕集量が減少する。フィルタ3の再生時におけるパーティキュレートの燃焼速度はほぼ一定であるため、再生開始時のフィルタ温度Tsが決まれば、フィルタ3に堆積したアッシュ量が増大するほど、再生時におけるフィルタの最高温度Tpが低下する特性がある。
【0093】
この特性に着目し、第三の実施形態として、コントロールユニット20は、再生時におけるフィルタ3の最高温度Tpを検出し、最高温度Tpが低くなるのに応じてフィルタ3に堆積したアッシュ量が増大したものと推定し、次回にフィルタ3の再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成としてもよい。
【0094】
図11のフローチャートは前述した図2、図4に示すフローチャートにつながり、第三の実施形態におけるフィルタ3の再生を行うルーチンを示しており、コントロールユニット20において一定周期毎に実行される。
【0095】
これについて説明すると、再生時、Step14に進んで、再生開始時のフィルタ3の温度Tsを読込む。
【0096】
続いて、Step15にて、ヒータ8に再生電力Wを供給する。
【0097】
続いて、Step16にて、通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇していることが判定された場合、Step17に進んで、フィルタ3の最高温度Tpを読込む。
【0098】
続いて、Step18において、フィルタ3の再生開始時における温度Tsとフィルタ3の最高温度Tpに応じて図12に示すマップを基にフィルタ3に堆積したアッシュ量wa1を検索する。図12のマップには再生開始時温度Tsと最高温度Tpに応じたアッシュ量wa1が予め設定されている。
【0099】
続いて、Step19にて、検索されたアッシュ量wa1に応じて図15に示すマップを基に排圧捕集量ΔP1を検索する。図15のマップにはアッシュ量wa1が増大するのにしたがって次回にフィルタ3の再生が行われる排圧Pを高めるように、排圧捕集量ΔP1が予め設定されている。
【0100】
Step17〜19で行われる処理が、再生時におけるフィルタの温度に応じて次回に再生が行われる排圧Pを補正する再生時期補正手段に相当する。
【0101】
続いて、Step20にて、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step21に進んでヒータ8の通電を停止する。
【0102】
一方、何らかの原因で通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇しないまま、Step22において、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step21に進んでヒータ8の通電を停止して、再生を中断する。
【0103】
以上のように、最高温度到達時間tTpが短くなるのに応じて、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正することにより、再生時におけるフィルタ3のパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。この結果、フィルタ3にオイルアッシュ等がある程度堆積しても、フィルタ3の再生頻度が多くなることが回避され、ヒータ8に電力を供給するバッテリの負担が大きくなることを防止できる。
【0104】
ところで、フィルタ3の上流側の排気圧力Pが同じでも、フィルタ3に堆積したアッシュ量が増大するほど、パーティキュレート捕集量が減少する。フィルタ3の再生時におけるパーティキュレートの燃焼速度はほぼ一定であるため、再生開始時のフィルタ温度Tsが決まれば、フィルタ3に堆積したアッシュ量が増大するほど、再生時におけるフィルタの最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpが短くなる特性がある。
【0105】
この特性に着目し、第四の実施形態として、コントロールユニット20は、再生時におけるフィルタ3の最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを検出し、最高温度到達時間tTpが短くなるのに応じてフィルタ3に堆積したアッシュ量が増大したものと推定し、次回にフィルタ3の再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成としてもよい。
【0106】
図13のフローチャートは前述した図2、図4に示すフローチャートにつながり、第四の実施形態におけるフィルタ3の再生を行うルーチンを示しており、コントロールユニット20において一定周期毎に実行される。
【0107】
これについて説明すると、再生時、Step14に進んで、再生開始時のフィルタ3の温度Tsを読込む。
【0108】
続いて、Step15にて、ヒータ8に再生電力Wを供給する。
【0109】
続いて、Step16にて、通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇していることが判定された場合、Step17に進んで、フィルタ3の最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを読込む。
【0110】
続いて、Step18において、フィルタ3の再生開始時における温度Tsとフィルタ3の最高温度到達時間tTpに応じて図14に示すマップを基にフィルタ3に堆積したアッシュ量wa1を検索する。図14のマップには再生開始時温度Tsと最高温度到達時間tTpに応じたアッシュ量wa1が予め設定されている。
【0111】
続いて、Step19にて、検索されたアッシュ量wa1に応じて図15に示すマップを基に排圧捕集量ΔP1を検索する。
【0112】
Step17〜19で行われる処理が、再生時におけるフィルタの温度に応じて次回に再生が行われる排圧Pを補正する再生時期補正手段に相当する。
【0113】
続いて、Step20にて、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step21に進んでヒータ8の通電を停止する。
【0114】
一方、何らかの原因で通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇しないまま、Step22において、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step21に進んでヒータ8の通電を停止して、再生を中断する。
【0115】
以上のように、最高温度到達時間tTpが短くなるのに応じて、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正することにより、再生時におけるフィルタ3のパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。この結果、フィルタ3にオイルアッシュ等がある程度堆積しても、フィルタ3の再生頻度が多くなることが回避され、ヒータ8に電力を供給するバッテリの負担が大きくなることを防止できる。
【0116】
次に、第五の実施形態について説明する。
【0117】
図1に示すように、エンジンの潤滑油の消費量を測定するオイルレベルセンサ9が設けられる。
【0118】
エンジン1の長時間の運転に伴って排気管の内壁面から剥離した酸化スケールが、オイルアッシュと共にがフィルタに堆積する可能性がある。図21に示すように、酸化スケールとオイルアッシュではその堆積量に応じたフィルタ3の圧力損失が異なる。
【0119】
本実施形態はこれに対処して、オイルレベルセンサ9によって検出される潤滑油消費量に応じてフィルタ3に堆積したオイルアッシュ堆積量wa2を算出する。
【0120】
そして、再生開始時のフィルタ温度Tsを検出するとともに、再生時におけるフィルタ3の最高温度Tpを検出し、最高温度Tpに応じてフィルタ3に堆積したアッシュ量wa1を算出する。
【0121】
算出されたオイルアッシュ堆積量wa1とwa2の比較から、フィルタ3に堆積した酸化スケール堆積量を算出する。算出された酸化スケール堆積量が増大するのに応じて、次回にフィルタ3の再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とする。
【0122】
図16〜図18のフローチャートはフィルタ3の再生を行うルーチンを示しており、コントロールユニット20において一定周期毎に実行される。
【0123】
これについて説明すると、まず、Step1にて、エンジン1の回転数N、負荷Q、排圧P、オイルレベルセンサ9によって検出されるオイルレベルLをそれぞれ読込む。
【0124】
Step14にて、再生開始時のフィルタ3の温度Tsを読込む。
【0125】
続いて、Step15にて、オイルレベルLに基づいて前回の再生処理が終了した後からの潤滑油消費量を読み出す。
【0126】
続いて、Step16にて、前回の再生処理が行われるまでの潤滑油消費量を読み出す。
【0127】
続いて、Step17にて、ヒータ8に再生電力Wを供給する。
【0128】
続いて、Step18にて、通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇していることが判定された場合、Step19に進んで、フィルタ3の最高温度Tpを読込む。
【0129】
続いて、Step20において、フィルタ3の再生開始時における温度Tsとフィルタ3の最高温度Tpに応じて図12に示すマップを基にフィルタ3に堆積したアッシュ量wa1を検索する。
【0130】
続いて、Step21にて、オイルレベルLに基づいて算出された潤滑油消費量に応じて図19に示すマップを基にフィルタ3に堆積したオイルアッシュ量wa2を検索する。
【0131】
続いて、Step22にて、オイルアッシュ量wa1とwa2の差に応じてフィルタ3に堆積した酸化スケール量wa3を算出する。
【0132】
続いて、Step23にて、算出された酸化スケール量wa3に応じて図20に示すマップを基にフィルタ3に堆積したオイルアッシュ量wa3’に換算する。図20のマップには酸化スケール量wa3に応じたオイルアッシュ量wa3’が予め設定されている。
【0133】
続いて、Step24にて、求められたアッシュ量wa1+wa3’に応じて図15に示すマップを基に排圧捕集量ΔP1を検索する。
【0134】
Step19〜24で行われる処理が、フィルタ3に堆積したオイルアッシュ量と酸化スケール量に応じて次回に再生が行われる排圧Pを補正する再生時期補正手段に相当する。
【0135】
続いて、Step25にて、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step26に進んでヒータ8の通電を停止する。
【0136】
一方、何らかの原因で通電加熱後のフィルタ温度Tが上昇しないまま、Step27において、ヒータ8の通電時間tが所定時間t1を越えたことが判定されると、Step26に進んでヒータ8の通電を停止して、再生を中断する。
【0137】
続いて、Step11にて、排気流路切替バルブ6を開く。
【0138】
続いて、Step12にて、排気流路切替バルブ7を閉じる。
【0139】
続いて、Step13に進んで、再生が終了したことを示す再生フラグをOFFとして、本ルーチンを終了する。
【0140】
以上のように、フィルタ3に堆積したオイルアッシュ量と酸化スケール量に応じて、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正することにより、再生時におけるフィルタ3のパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。この結果、フィルタ3にオイルアッシュ等がある程度堆積しても、フィルタ3の再生頻度が多くなることが回避され、ヒータ8に電力を供給するバッテリの負担が大きくなることを防止できる。
【0141】
次に、第六の実施形態として、フィルタ3の再生を行うルーチンを図22のフローチャートのように構成してもよい。図22のフローチャートは前述した図16、図18に示すフローチャートにつながる。
【0142】
これについて説明すると、Step19において、フィルタ3の最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを読込む。
【0143】
Step20において、フィルタ3の再生開始時における温度Tsとフィルタ3の最高温度到達時間tTpに応じて図14に示すマップを基にフィルタ3に堆積したアッシュ量wa1を検索する。
【0144】
次に、第七の実施形態として、フィルタ3の再生を行うルーチンを図23のフローチャートのように構成してもよい。図23のフローチャートは前述した図2、図4に示すフローチャートにつながる。
【0145】
これについて説明すると、フィルタ3の最高温度Tpを読込み、Step18において、フィルタ3の最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを読込む。
【0146】
Step19において、フィルタ3の再生開始時における温度Tsとフィルタ3の最高温度Tpおよび最高温度到達時間tTpに応じてフィルタ3に堆積したパーティキュレート量w1を検索する。これにより、パーティキュレート堆積量w1をさらに高い精度をもって推定できる。
【0147】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に記載のエンジンの排気微粒子処理装置によれば、再生時におけるフィルタの温度に応じてフィルタのパーティキュレート捕集量を推定し、次回に再生が行われる排圧Pを補正する構成のため、オイルアッシュ等がフィルタに堆積するのに伴って、フィルタの再生頻度が多くなるという問題点を解消でき、バッテリ負担を低減することができる。
【0148】
請求項3に記載のエンジンの排気微粒子処理装置によれば、再生時における最高温度到達時間tTpが短くなるのに応じて、フィルタのパーティキュレート捕集量が減少したものと推定し、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成のため、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0149】
請求項4に記載のエンジンの排気微粒子処理装置によれば、再生時におけるフィルタの最高温度Tpが低下するのに応じて、アッシュ量wa1が増大したものと推定し、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成のため、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0150】
請求項5に記載のエンジンの排気微粒子処理装置によれば、再生時における最高温度到達時間tTpが短くなるのに応じて、アッシュ量wa1が増大したものと推定し、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成のため、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【0151】
請求項6に記載のエンジンの排気微粒子処理装置によれば、フィルタに堆積したオイルアッシュ量wa3と酸化スケール量wa2に応じて、次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成のため、再生時におけるフィルタのパーティキュレート捕集量を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す排気微粒子処理装置のシステム図。
【図2】同じく再生時の制御内容を示すフローチャートの前部分。
【図3】同じく再生時の制御内容を示すフローチャートの中間部分。
【図4】同じく再生時の制御内容を示すフローチャートの後部分。
【図5】同じく再生時期を設定したマップ。
【図6】同じくパーティキュレート堆積量を設定したマップ。
【図7】同じくエンジン排圧とパーティキュレート堆積量の関係を示す特性図。
【図8】同じくヒータ通電時間とフィルタ温度の関係を示す特性図。
【図9】第二の実施形態を示す再生時の制御内容を示すフローチャートの中間部分。
【図10】同じくパーティキュレート堆積量を設定したマップ。
【図11】第三の実施形態を示す再生時の制御内容を示すフローチャートの中間部分。
【図12】同じくパーティキュレート堆積量を設定したマップ。
【図13】第四の実施形態を示す再生時の制御内容を示すフローチャートの中間部分。
【図14】同じくパーティキュレート堆積量を設定したマップ。
【図15】同じくオイルアッシュ堆積量に対する再生時期排圧補正量の関係を示す特性図。
【図16】第五の実施形態を示す再生時の制御内容を示すフローチャートの前部分。
【図17】同じく再生時の制御内容を示すフローチャートの中間部分。
【図18】同じく再生時の制御内容を示すフローチャートの後部分。
【図19】同じく潤滑油消費量とオイルアッシュ堆積量の関係を示す特性図。
【図20】同じく酸化スケール堆積量とオイルアッシュ堆積量の関係を示す特性図。
【図21】同じく酸化スケール堆積量とオイルアッシュ堆積量に対するフィルタの前後差圧の関係を示す特性図。
【図22】第六の実施形態を示す再生時の制御内容を示すフローチャートの中間部分。
【図23】第七の実施形態を示す再生時の制御内容を示すフローチャートの中間部分。
【図24】請求項1に記載の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
1 エンジン
2 排気通路
3 フィルタ
4 バイパス路
6 排気流路切替バルブ
7 排気流路切替バルブ
8 ヒータ
9 オイルレベルセンサ
20 コントロールユニット
21 フィルタ温度センサ
22 排圧センサ
102 排気通路
103 フィルタ
104 排気遮断手段
108 加熱手段
121 フィルタ温度検出手段
122 排圧検出手段
131 再生時期判定手段
132 再生手段
133 再生時期補正手段
Claims (6)
- 排気通路の途中に介装されて排気粒子を捕集するフィルタと、
フィルタに導入される排気量を調節する排気遮断手段と、
排気通路のフィルタより上流側の圧力Pを検出する排圧検出手段と、
検出された排圧Pが所定値を越えて上昇する再生時期を判定する再生時期判定手段と、
フィルタ再生時にフィルタに捕集された排気粒子を燃焼させる再生手段と、
を備えるエンジンの排気微粒子処理装置において、
前記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
再生時におけるフィルタの最高温度が低いほど又は最高温度に達する最高温度到達時間が短いほど再生が行われる排圧Pを高めるように補正する再生時期補正手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの排気微粒子処理装置。 - 前記再生時期補正手段として、
再生時におけるフィルタの最高温度Tpを検出し、
検出される最高温度Tpに応じてパーティキュレート捕集量を推定し、
推定されるパーティキュレート捕集量が減少するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とした
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気微粒子処理装置。 - 前記再生時期補正手段として、
再生時におけるフィルタの最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを検出し、
検出される最高温度到達時間tTpに応じてパーティキュレート捕集量を推定し、
推定されるパーティキュレート捕集量が減少するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とした
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気微粒子処理装置。 - 前記再生時期補正手段として、
再生時におけるフィルタの最高温度Tpを検出し、
検出される最高温度Tpに応じてフィルタに堆積したアッシュ量wa1を推定し、
推定されるアッシュ量wa1が増大するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とした
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気微粒子処理装置。 - 前記再生時期補正手段として、
再生時におけるフィルタの最高温度Tpに達する最高温度到達時間tTpを検出し、
検出される最高温度到達時間tTpに応じてフィルタに堆積したアッシュ量wa1を推定し、
推定されるアッシュ量wa1が増大するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とした
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気微粒子処理装置。 - 前記再生時期補正手段として、
エンジンの潤滑油消費量を検出し、
検出される潤滑油消費量に応じてフィルタに堆積したオイルアッシュ量wa2を推定し、
再生時におけるフィルタの最高温度又は最高温度に達する最高温度到達時間に応じてフィルタに堆積したアッシュ量wa1を推定し、
オイルアッシュ量wa2とアッシュ量wa1の差からフィルタ3に堆積した酸化スケール量wa3を推定し、
オイルアッシュ量wa2と酸化スケール量wa3が増大するのに応じて次回に再生が行われる排圧Pを高めるように補正する構成とした
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気微粒子処理装置。
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