JP3724367B2 - Ｄｐｆシステムの再生制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレートを捕集して排気ガスを浄化するＤＰＦシステムの再生制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（パティキュレート：微粒子状物質）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、この厳しくなる規制値に対して、エンジンの改良だけでは対応が困難になってきている。
【０００３】
そのため、エンジンから排出される排ガス中のＰＭをＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：Diesel Particulate Filter ）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されており、このＰＭを直接捕集するフィルタにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型フィルタタイプのフィルタ等がある。
【０００４】
これらのフィルタを備えたＤＰＦ装置は、他の排気ガス浄化装置と同様に、エンジンと消音器の間の排気管の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化してから消音器を経由して排出している。このＤＰＦ装置は、通常、フィルタの再生のための電気エネルギーの供給を考慮して、エンジンに近い位置に配置される。
【０００５】
しかし、このＰＭ捕集用のフィルタは、ＰＭの捕集に伴って目詰まりが進行し、捕集したＰＭの量に比例して排ガス圧力が上昇するので、ある程度目詰まりしたと排ガス圧力の数値等から判断した時に、ＰＭ捕集するフィルタを切り換えて、目詰まりフィルタの再生を行っている。このフィルタの切替えや再生のための加熱ヒータへの通電等は、エンジン全体を制御している電子制御ボックス内のコントローラでエンジンの運転条件と経過時間等を判断条件に入れながら電子制御で行っている。
【０００６】
この再生操作では、予備加熱で電気ヒータに通電して加熱し、フィルタ温度をＰＭが直接燃焼できる温度以上に昇温させてから、エア供給又は、排気ガスの一部を供給することにより、ＰＭ燃焼用の酸素を再生のフィルタに供給して、捕集したＰＭを燃焼して除去し，また、ＰＭの燃焼が終了してから、加熱と酸素供給を停止し、その後所定の時間フィルタを冷却している。
【０００７】
なお、予備加熱時に酸素（エアや排気ガスの一部）を供給しないのは、予備加熱時に酸素を供給すると、この酸素を含むエアや排気ガスによってフィルタの熱が奪われてしまい、フィルタの加熱効率が悪くなるので、これを回避するためである。
【０００８】
そして、従来技術においては、フィルタ温度を直接測定することは、形状的に設置が困難な上に、温度計の設置場所の環境が厳しく、計測精度の信頼性を確保するのが難しく、正確に高温の制御温度を計測しようとするとセンサが高価なものとなるため、この加熱ヒータへの通電やＰＭ燃焼用の酸素の供給を行うエアポンプの作動を、再生開始時からの経過時間によって制御している。
【０００９】
つまり、再生時の予備加熱を行う時間を所定の予備加熱時間（例えば約７分）とし、この所定の予備加熱時間を経過した後に、エアポンプの作動又は、排気ガスの一部を流入により酸素供給を開始している。
【００１０】
また、酸素供給を行う時間も所定の酸素供給時間（例えば８分）とし、この所定の酸素供給時間の間は、加熱ヒータへの通電と酸素の供給を行ってフィルタを所定の温度以上に維持しながらＰＭを燃焼し、この酸素供給時間を経過するとＰＭ燃焼完了として加熱ヒータへの通電及び酸素の供給を停止し、その後所定の時間フィルタ冷却を行い、再生の完了としている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術のＤＰＦシステムにおける再生制御方法においては、酸素供給開始の前に行う予備加熱を、所定の予備加熱時間とし、経過時間で制御しているため、酸素供給開始時のフィルタ温度を精度良く、所定の温度範囲内に昇温できないという問題がある。
【００１２】
つまり、加熱ヒータの通電に使用する電気は、エンジンのオルタネータやバッテリから供給されるが、エンジンの回転数や負荷の状態によってオルタネータの出力が変化し、また、オルタネータの出力が低いときはバッテリーからも供給されるが、この場合も供給電圧が低下し易く出力が変化する。
【００１３】
そのため、加熱ヒータに供給する時の電圧が一定にならず、加熱ヒータに供給される電力量が変化し、加熱ヒータの発熱量が変化するので、所定の予備加熱時間の間、加熱ヒータへ通電を行っても、再生フィルタへ供給される熱量が、エンジンの運転状態によって変化するため、必ずしも、予備加熱後のフィルタ温度が適切な温度範囲に入らないのである。
【００１４】
そして、ＰＭ燃焼用の酸素供給開始時に、フィルタ温度が所定の温度範囲より低い場合には、ＰＭが燃焼開始できず、フィルタ再生ができなくなるという問題がある。
【００１５】
一方、ＰＭ燃焼用の酸素供給開始時に、フィルタ温度が所定の温度範囲より高い場合には、ＰＭ燃焼用の酸素供給によりＰＭが燃焼し、この燃焼により発生する熱でフィルタ温度が上昇すると、フィルタの溶損温度以上になって、再生中のフィルタが溶損するおそれが生じる。
【００１６】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＤＰＦシステムのフィルタ再生時において、予備加熱している時間を最適なものにして、フィルタ温度が適温になった時にタイミング良く、酸素の供給を開始して、フィルタの溶損を防止しながら、効率よくフィルタの再生を行うことができるＤＰＦシステムの再生制御方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのＤＰＦシステムの再生制御方法は、次のように構成される。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
１）複数のフィルタを備え、ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレート を捕集するフィルタと再生するフィルタとを切り換えながら、捕集中のフィルタでは パティキュレートを捕集すると共に、再生中のフィルタでは該フィルタを加熱して捕 集したパティキュレートを燃焼するＤＰＦシステムの再生制御方法であって、再生時 において、該フィルタへのパティキュレート燃焼用の酸素供給を開始する前に、再生 対象のフィルタの加熱ヒータに電気を供給して予備加熱し、該予備加熱中の該加熱ヒ ータへの供給電力量に対応する電力対応量が所定の判定値を超えた時に、酸素の供給 を開始すると共に、前記所定の判定値を、再生開始時からの経過時間に対応して連続 的又は段階的に変化させるように構成される。
【００１９】
この電力対応量とは、加熱ヒータへの供給電力量と略比例し、供給電力量を推定できる量であり、供給電力量と１対１対応をする量である。なお、供給電力量そのものも、この電力対応量に含むものとする。
【００２０】
また、酸素の供給は、エアポンプの作動によってエアを再生中のフィルタに供給して行ったり、排気ガスの一部を再生中のフィルタに導入したりすることで行うが、それ以外の方法でも良く、要するに再生中のフィルタにＰＭ燃焼用の酸素が供給できればよい。
【００２１】
この構成により、車両電圧がエンジン及び車の運転状態で変化して加熱ヒータへの供給電力が変化しても、この電力変化を考慮して、再生開始時のフィルタ温度がＰＭの燃焼開始に適した所定の温度範囲内にある時点を精度良く推定及び判定して、予備加熱の時間を最適なものにして、フィルタ温度が適温になった時にタイミング良く酸素の供給を開始して、最適な温度でフィルタの溶損を防止しながら、効率よくフィルタの再生を行うことができるようになる。
【００２２】
２）そして、上記のＤＰＦシステムの再生制御方法において、前記電力対応量を、前記再生対象のフィルタの加熱ヒータに印加する電圧の積算値とする。
【００２３】
これは、フィルタへの電力供給量のトータルが略、電圧の積算値となることを利用したものである。つまり、加熱ヒータの電気抵抗が温度によらず、略一定であるとして、加熱ヒータへの電圧を適当な一定のサンプリング時間間隔でサンプリングし、このサンプリング値を積算した値が、電力供給量に略比例することから、この再生対象のフィルタの加熱ヒータに印加する電圧の積算値を、電力対応量として再生制御に利用するものである。これにより、制御システムや制御プログラム等が単純となる。
【００２４】
そして、上記のＤＰＦシステムの再生制御方法において、前記所定の判定値を、再 生開始時からの経過時間に対応して連続的又は段階的に変化させること意味は次のよ うなものである。
【００２５】
これは、再生時のフィルタからの放熱を考慮した場合の再生制御方法であり、フィルタ予備加熱における供給電力量が同じであっても、予備加熱開始後の経過時間が短いとその分だけ放熱量が少なく、また、経過時間が長いとその分だけ放熱量が多くなるので、この放熱量の経過時間による変化を、所定の判定値に反映させて、経過時間が短い間は低めの判定値で酸素供給開始の判定を行い、経過時間が長くなると高めの判定値で酸素供給開始の判定を行うものである。
【００２６】
この判定値は経過時間の関数としたり、マップデータからの読み取りにしたりして連続的に再生開始時からの経過時間に対応させて変化させても良く、また、所定の第１経過時間内は、第１判定値で判定し、次の第２経過時間までの間は、第２判定値として２段階で判定するような段階的に変化させても良い。また、２段階だけでなく、更に多段階の判定値で判定するようにしてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）システムの再生制御方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
〔ＤＰＦ装置の再生システムの構成〕
最初に、本発明のＤＰＦシステムの再生制御方法を適用するＤＰＦシステムの一例について説明する。
【００２９】
図１に示すように、このＤＰＦシステム１においては、エンジン１０の排気通路１２が、第１フィルタ２０Ａと第２フィルタ２０Ｂに通じる切換通路１３に接続され、この切換通路１３に設けた切換弁１４により、排気ガスＧを第１フィルタ２０Ａ、第１出口通路２２Ａ経由で下流側排気通路２３へ、あるいは、第２フィルタ２０Ｂ、第２出口通路２２Ｂ経由で下流側排気通路２３へ流すように構成される。
【００３０】
この切換弁１４の切換操作はコントロールユニット３０の制御指令により、パワーシリンダ１５を駆動することにより行われる。
【００３１】
そして、エアポンプ２４を設けてエンジン１０の吸気用のエアクリーナー１１の下流側からエア配管２５経由で、再生用の酸素を含むエアＡを、それぞれ第１電磁弁２６Ａを介して第１及び第２フィルタ２０Ａへ、又、第２電磁弁２６Ｂを介して第２フィルタ２０Ｂに供給するように構成される。
【００３２】
また、第１フィルタ２０Ａに再生用の第１加熱ヒータ２１Ａを配設し、第１加熱ヒータ用リレー３３Ａを介して、エンジン１０で駆動されるオルタネータ（発電機）４１とバッテリ４３に接続する。同様に、第２フィルタ２０Ｂに再生用の第２加熱ヒータ２１Ｂを配設し、第２加熱ヒータ用リレー３３Ｂを介して、オルタネータ４１とバッテリ４３に接続する。
【００３３】
このオルタネータ４１はレギュレター４２を介して、バッテリ４３や第１加熱ヒータ２１Ａ，第２加熱ヒータ２１Ｂと接続するが、このバッテリ４３と第１加熱ヒータ２１Ａと第２加熱ヒータ２１Ｂは並列配線され、一方はオルタネータ４１と接続し、他方は接地される。
【００３４】
そして、コントロールユニット３０を、エンジン全体を制御している電子制御ボックス内のコントローラの一部として設け、切換通路１３に配置した上流側圧力センサ３１や温度センサ３４と、第１フィルタ２０Ａの下流側に配置した第１下流側圧力センサ３２Ａと、第２フィルタ２０Ｂの下流側に配置した第２下流側圧力センサ３２Ｂの出力値を入力とし、エンジンの運転条件や経過時間等を判断条件に入れながら電子制御で行い、パワーシリンダ１５、エアポンプ２４、第１加熱ヒータ用リレー３３Ａ、第２加熱ヒータ用リレー３３Ｂ等を制御して、ＰＭの捕集及び再生ための切換弁１４の切換操作や再生のための加熱ヒータ２１Ａ，２１Ｂへの通電操作等を行うように構成する。
【００３５】
〔再生制御方法〕
次に、再生制御方法について図２に示すフローを参照しながら説明する。
【００３６】
この再生制御フローは、再生開始が指示された時に呼び出されて実行されるフローであり、エンジンの運転制御と並行して行われ、実行が終了すると、リターンして、次に呼ばれるまで待機状態となるものであり、第１フィルタ２０Ａの再生で呼び出され実行された後は、次の第２フィルタ２０Ｂの再生で呼び出され実行され、また、第１フィルタ２０Ａの再生で呼び出され実行される。これを繰り返すことになる。
【００３７】
この再生開始は、例えば、上流側圧力センサ３１の上流側排圧値Ｐ１とＰＭ捕集中のフィルタの後流側の第１下流側圧力センサ３２Ａ（又は第２下流側圧力センサ３２Ｂ）の下流側排圧値Ｐ２の圧力比（Ｐ１／Ｐ２）が所定の判定値を超えた時に、再生が必要であると判断して、再生が開始される。
【００３８】
なお、以下の説明では、第１フィルタ２０Ａに対する再生制御と、第２フィルタ２０Ｂに対する再生制御は同じであるので、フィルタやその付属品等を区別している「第１」及び「第２」と参照番号の「Ａ」及び「Ｂ」を省略する。
〔第１の実施の形態〕
最初に、第１の実施の形態を示す図２のフローに従った再生制御方法について説明する。この再生制御方法は、ＰＭ燃焼の開始を判定する判定値を固定した方法であり、次のように実行される。
【００３９】
再生開始指示により、このフローがスタートすると、最初にステップＳ１０で予備加熱（プリヒート）を行い、この予備加熱の後ステップＳ２０でエア供給（酸素供給）してＰＭ燃焼（バーン）を行い、更にステップＳ３０でフィルタ冷却（クールダウン）を行う。
【００４０】
このステップ１０の予備加熱は、ステップＳ１１で加熱ヒータ用リレー３３をＯＮにして再生用の加熱ヒータ２１に通電を開始し、ステップＳ１２で電圧値の積算値（電力対応値）Ｅの算出と、加熱ヒータ２１への通電開始後の経過時間ｔ1 のカウントを行う。
【００４１】
次のステップＳ１３で積算値Ｅが，積算判定値Ｅ０より大きくなったか否かを判定し、大きくなったならば、ステップＳ２０に行き、ＰＭ燃焼を行う。
【００４２】
また、積算値Ｅが，積算判定値Ｅ０より大きくなっていなければ、ステップＳ１４で、経過時間ｔ1 が所定の第１設定時間ｔ10を経過したか否かを判定し、経過する前であれば、ステップＳ１２に戻り、積算値Ｅの算出と、加熱ヒータ２１への通電開始後の経過時間ｔ1 のカウントを続行し、ステップＳ１３以降を繰り返す。また、経過したならばステップＳ２０に行き、ＰＭ燃焼を行う。
【００４３】
次に、ステップＳ２０では、ＰＭ燃焼を行うために、ステップＳ２１で電磁弁２６を開弁してフィルタ２０にエア供給を開始し、ステップＳ２２でエア供給開始後の経過時間ｔ2 のカウントを行う。
【００４４】
次のステップＳ２３で経過時間ｔ2 が所定の第２設定時間ｔ20を経過したか否かを判定し、経過する前であればステップＳ２２に戻り、エア供給開始後の経過時間ｔ2 のカウントを続行し、ステップＳ２３以降を繰り返す。また、経過したならばステップＳ３０に行き、フィルタ冷却を行う。
【００４５】
そして、ステップＳ３０では、ステップＳ３１で電磁弁２６を閉弁するエアＡの供給停止と加熱ヒータ２１への通電の停止と経過時間ｔ1 と経過時間ｔ2 のリセットを行ってフィルタ冷却を開始し、ステップＳ３２でフィルタ冷却開始後の経過時間ｔ3 のカウントを行う。
【００４６】
この次のステップＳ３３でフィルタ冷却開始後の経過時間ｔ3 が所定の第３設定時間ｔ30を経過したか否かを判定し、経過前であれば、ステップＳ３２に戻り、経過したならばステップＳ３４に行き、経過時間ｔ3 のリセットを行ってリターンし、再生制御を終了する。
【００４７】
この構成によれば、再生指示を受けてから、電圧値の積算値（電力対応値）Ｅが所定の判定値Ｅ０を超えた時と、予熱開始後の経過時間ｔ1 が所定の第１設定時間ｔ10を経過した場合に、ステップＳ２０からステップＳ３０に行き、所定の第２設定時間ｔ20の間エア供給してＰＭ燃焼を行ってから、所定の第３設定時間ｔ30の間フィルタ冷却を行うことができる。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態を示す図３のフローに従った再生制御方法について説明する。この再生制御方法は、ＰＭ燃焼の開始を判定する判定値Ｅ０を変化させる方法であり、次のように実行される。
【００４８】
再生開始指示により、このフローがスタートすると、最初にステップＳ１０Ａで予備加熱（プリヒート）を行い、このステップＳ１０Ａにおける予備加熱の後、ステップＳ２０でエア供給してＰＭ燃焼（バーン）を行い、更に、ステップＳ３０でフィルタ冷却（クールダウン）を行う。
【００４９】
このステップ１０Ａの予備加熱においては、ステップＳ１１Ａで加熱ヒータ用リレー３３をＯＮにして再生用の加熱ヒータ２１に通電を開始し、ステップＳ１２Ａで電圧値の積算値（電力対応値）Ｅの算出と、加熱ヒータ２１への通電開始後の経過時間ｔ1 のカウントを行う。
【００５０】
次のステップＳ１３Ａで、経過時間ｔ1 が所定の第１判定時間ｔ11を経過したか否かを判定し、経過する前であれば、ステップＳ１４Ａに行き、ステップＳ１４Ａで積算値Ｅが，第１積算判定値ＥA より大きくなったか否かを判定し、大きくなっていなければ、ステップＳ１２Ａに戻り、大きくなったならば、ステップＳ２０に行き、ＰＭ燃焼を行う。
【００５１】
そして、ステップＳ１３Ａにおける判定で経過時間ｔ1 が所定の第１判定時間ｔ11を経過していれば、ステップＳ１５Ａで経過時間ｔ1 が所定の第２判定時間ｔ12を経過したか否かを判定する。
【００５２】
このステップＳ１５Ａの判定で、経過後であれば、ステップＳ１７Ａに行き、経過前であれば、ステップＳ１６Ａで積算値Ｅが，積算判定値ＥB より大きくなったか否かを判定し、大きくなっていなければ、ステップＳ１７Ａに行き、大きくなったならば、ステップＳ２０に行き、ＰＭ燃焼を行う。
【００５３】
また、ステップＳ１７Ａでは、経過時間ｔ1 が所定の第３判定時間ｔ13を経過したか否かを判定し、経過前では、ステップＳ１２Ａに戻り、経過後では、ステップＳ２０に行き、ＰＭ燃焼を行う。
【００５４】
そして、これ以降のステップＳ２０とステップＳ３０は、第１の実施の形態の図２のフローの場合と同じである。
【００５５】
この再生制御方法によれば、再生指示を受けてから、所定の第１判定時間ｔ11内においては、電圧値の積算値（電力対応値）Ｅに関する判定値を所定の第１判定値ＥA とし、所定の第１判定時間ｔ11経過後で所定の第２判定時間ｔ12経過前においては、積算値Ｅに関する判定値を所定の第２判定値ＥB とすることができる。
【００５６】
つまり、所定の第１判定時間ｔ11内で積算値Ｅが所定の第１判定値ＥA を超えた時と、所定の第１判定時間ｔ11経過後で所定の第２判定時間ｔ12経過前で、積算値Ｅが所定の第２判定値ＥB を超えた時と、所定の第３判定時間ｔ13経過した時に、ステップＳ２０で所定の第２設定時間ｔ20の間エア供給してＰＭ燃焼を行ってから、ステップＳ３０でに、所定の第３設定時間ｔ30の間フィルタ冷却することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）システムの再生制御方法によれば、エンジンの運転状態により、加熱ヒータへの電圧が変化しても、この電圧変化を考慮して、再生開始時のフィルタ温度がＰＭの燃焼開始に適した所定の温度範囲内にある時点を精度良く推定して、タイミング良く酸素の供給を開始できる。
【００５８】
そのため、予備加熱の時間が最適なものとなり、加熱ヒータへの通電電圧が低い時は、所定の時間の間十分に予備加熱できるので、酸素供給開始時までフィルタ温度を昇温でき、フィルタに堆積されたＰＭを効率よく除去してフィルタを再生することができる。
【００５９】
また、電圧が高い時は、予備加熱後の経過時間が所定の時間を経過する前に酸素供給を開始することができるので、電力の無駄な消費を回避して電気消費量を少なくすることができると共に、再生中のフィルタの過熱によるフィルタの溶損を防止することができる。
【００６０】
そして、フィルタへの電力供給量のトータルが略電圧の積算値となることを利用して、電力対応量を、再生対象のフィルタの加熱ヒータに印加する電圧の積算値とすることにより、再生制御を単純化できる。
【００６１】
また、所定の判定値を、再生開始時からの経過時間に対応して連続的又は段階的に変化させることにより、再生時の予備加熱の経過時間の長短による放熱量の変化を、所定の判定値に反映させることができるので、より精度よい再生制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＤＰＦシステムの構成図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態のＤＰＦシステムの再生方法のフローを示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態のＤＰＦシステムの再生方法のフローを示す図である。
【符号の説明】
１ ＤＰＦシステム
１０ ディーゼルエンジン
２０，２０Ａ，２０Ｂ フィルタ，第１フィルタ，第２フィルタ
２１，２１Ａ，２１Ｂ 加熱ヒータ，第１加熱ヒータ，第２加熱ヒータ
Ｇ 排気ガス
Ｅ 電圧値の積算値（電力対応量）
Ｅ0 ，ＥA ，ＥB 所定の判定値

Claims (2)

1. 複数のフィルタを備え、ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキ ュレートを捕集するフィルタと再生するフィルタとを切り換えながら、捕集中のフィ ルタではパティキュレートを捕集すると共に、再生中のフィルタでは該フィルタを加 熱して捕集したパティキュレートを燃焼するＤＰＦシステムの再生制御方法であって 、再生時において、該フィルタへのパティキュレート燃焼用の酸素供給を開始する前 に、再生対象のフィルタの加熱ヒータに電気を供給して予備加熱し、該予備加熱中の 該加熱ヒータへの供給電力量に対応する電力対応量が所定の判定値を超えた時に、酸 素の供給を開始すると共に、前記所定の判定値を、再生開始時からの経過時間に対応 して連続的又は段階的に変化させることを特徴とするＤＰＦシステムの再生制御方法 。
2. 前記電力対応量を、前記再生対象のフィルタの加熱ヒータに印加する 電圧の積算値とすることを特徴とする請求項１記載のＤＰＦシステムの再生制御方法 。

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