JP4084289B2 - 排気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は排気浄化装置に関するものである。
ディーゼルエンジンの排気（軽油の燃焼ガス）には、炭素質よりなる煤と、高沸点炭化水素成分からなるＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）を主な成分として、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）が加わった組成のパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）が含まれている。
パティキュレートの大気中への拡散を抑制する対策として、パティキュレート捕集用のフィルタを車両用ディーゼルエンジンの排気系統に組み込むことが行なわれている。
パティキュレートフィルタとしては、コージェライトなどのセラミックスによりハニカムコアを形成し、当該ハニカムコアの多孔質薄壁で区分される多数の流路にエンジンからの排気を流通させるものがある。
上記パティキュレートフィルタでは、平行に並んだ多数の流路の一端部分を１つおきに封鎖して、これに隣接する流路の非封鎖の一端部分へエンジンから排気を導くようにし、エンジンから排気が流入する流路の他端部分を封鎖して、これに隣接する流路の他端部分をマフラなどに接続して大気開放させている。
すなわち、エンジン排気に含まれているパティキュレートを多孔質薄壁で捕集し、当該多孔質薄壁を透過した排気だけが大気中へ放出されることになる。
また、排気抵抗が増大しないように、多孔質薄壁に堆積したパティキュレートを燃焼により除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、ディーゼルエンジンが通常運転されている状態では、パティキュレートが自然着火し得る程度にまで排気温度が上がる機会が少ない。
そこで、白金を担持したアルミナにセリウムなどの希土類元素を添加した酸化触媒を、パティキュレートフィルタに担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められており、これを用いれば、捕集したパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、自然着火に至らない排気温度であってもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。
上記の酸化触媒には活性温度領域があり、排気温度が活性下限温度に達しない運転状態（一般的に軽負荷の運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、酸化触媒が活性化しないためにパティキュレートが良好に燃焼除去されないという事象が起きる。
この対策として、パティキュレートフィルタの上流側で燃料を排気に添加し、触媒上で酸化する燃料の反応熱で触媒床温度を上げる操作や、これに先立ち排気温度を高め、触媒床温度を燃料の酸化反応に適した状態にする操作を、車両が停止している状態で行なえるようにして、パティキュレートフィルタの強制再生を図る排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この排気浄化装置では、圧縮上死点（ピストン圧縮行程の上死点）付近における燃料主噴射後の燃料が着火しない時期に、排気に燃料を添加するポスト噴射を行なって触媒床温度を上昇させ、燃料主噴射後の燃料が着火可能な時期に、熱エネルギを得るためのアフタ噴射を行なって排気温度を高めている。
ポスト噴射及びアフタ噴射をしていない通常モードから、ポスト噴射により触媒床温度を上げてパティキュレートの燃焼除去を図る強制再生モードへの切り替えは、適切な間隔で且つエンジン制御コンピュータの演算によってパティキュレートの燃焼除去が完了したと判定されるまで行なわれ、また、停車状態で再生スイッチを運転者が手動操作した場合にも同様に実行される。
また、エンジンのアイドル状態が長く続いた場合には、排気絞り弁の開度を狭めて排気の流量を抑え、主噴射時の燃料送給量を増やしてエンジン回転数を高めつつ、アフタ噴射も行なって昇温を図り、未反応の燃料がパティキュレートフィルタを通過することに起因した白煙の発生を防止している。
特開２００３−１５５９１４号公報
ところが、排気流量の抑制、エンジン回転数の上昇、並びにアフタ噴射による昇温制御から再生スイッチの操作に応じたフィルタの再生制御への移行時や、その逆に、再生制御から昇温制御への移行時に、排気絞り弁が開閉すると、排気抵抗が大きく変化するために異音が発生する。
また、昇温制御でのエンジン回転数を、再生制御と同等に高めておくことも考えられるが、この場合、燃費が悪化してしまう。
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、制御移行時の異音の発生を防止と燃費の向上を達成可能に排気浄化装置を提供する。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、エンジン排気系統に組み込んだ触媒再生型パティキュレートフィルタと、触媒床温度を検知する温度センサと、排気流量を制限し得る排気絞り手段と、 指令信号を発信する再生スイッチと、上死点付近での燃料主噴射後の燃料が着火可能な時期に燃料アフタ噴射を行なう燃料噴射制御手段とを有し、エンジン回転数、トランスミッションの状態、パーキングブレーキの状態、及び車速からアイドル停車の要件を検出する機能と、アイドル停車の要件が所定時間継続した後、温度センサの検出値に基づき、しきい値よりも触媒床温度が低くなった場合に、排気絞り手段により排気流量を抑えたうえ主噴射時の燃料噴射量を増やしてエンジン回転数を高め、アフタ噴射を開始する機能と、この運転制御中に再生スイッチが指令信号を発信したときには、主噴射時の燃料噴射量を増やしてエンジン回転数を更に高める機能とを、燃料噴射制御手段に具備させている。
請求項２に記載の発明は、再生スイッチからの指令信号が途絶した際にエンジン回転数を低める機能を、燃料噴射制御手段に具備させている。
請求項１に記載の発明では、エンジンがアイドル状態である場合に温度センサの検出値が低くなると、燃料噴射制御手段が、エンジン回転数を高め且つ排気絞り手段の排気流量を抑えるとともにアフタ噴射を行なって排気温度を上げ、エンジン排気系統の温度低下を回避する。
また、再生スイッチが指令信号を発信すると、燃料噴射制御手段が、エンジン回転数を更に高くして触媒床温度の上昇を図る。
請求項２に記載の発明では、再生スイッチからの指令信号が途絶すると、燃料噴射制御手段が、エンジン排気系統の温度が著しく低下しない程度にエンジン回転数を低める。
（１）請求項１に記載の発明においては、再生スイッチが指令信号を発信した際に、排気抵抗を大きく変化させることなくエンジン回転数を更に高め、フィルタの強制再生へ移行するので、排気絞り手段の作動に起因する異音が発生しない。
（２）請求項２に記載の発明においては、再生スイッチからの指令信号が途絶した場合に、排気抵抗を大きく変化させることなくエンジン回転数を低めるので、排気絞り手段に作動に起因する異音が発生しない。
以下、本発明の実施の形態を図示例とともに説明する。
図１乃至図３は本発明の排気浄化装置の実施の形態の一例であり、ディーゼルエンジン１の排気マニホールド２に連なる排気管４に組み込んだフィルタケース７に、酸化触媒を一体的に担持してなる触媒再生型のパティキュレートフィルタ６を収容し、前記フィルタケース７をマフラ５の外筒としている。
パティキュレートフィルタ６は、セラミックスによって形成したハニカムコアの多孔質薄壁６ｂで区分される平行な多数の流路６ａの一端部分を１つおきに封鎖し、これに隣接する流路６ａの非封鎖の一端部分へディーゼルエンジン１から排気３を導くようにし且つ当該流路６ａの他端部分を封鎖している（図２参照）。
すなわち、排気３に含まれているパティキュレートを多孔質薄壁６ｂによって捕集し、当該多孔質薄壁６ｂを透過した排気３だけが下流側へ進んで大気中へ放出される。
更に、排気管４には、パティキュレートフィルタ６上流側で排気３の流量を抑えるための排気絞り弁２０が組み込まれている。
フィルタケース７の入口側には、圧力センサ８が装備され、フィルタケース７の出口側には、触媒床温度の代用値として排気３の計測する温度センサ１６が装備されている。
圧力センサ８の圧力信号８ａ、及び温度センサ１６の温度信号１６ａは、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）をなす制御装置９へ送信されるようになっている。
制御装置９は燃料噴射制御を担い、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１１（負荷センサ）の開度信号１１ａと、エンジン回転数を検出する回転センサ１２の回転数信号１２ａに基づき、噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する。
燃料噴射装置１０は、ディーゼルエンジン１の各気筒のそれぞれ装備したインジェクタを有し、これらのインジェクタの電磁弁が前記噴射信号１０ａに応じて開き、燃料の噴射時期、及び噴射量（開弁時間）を制御する。
マフラ５のテールパイプ排気口１３には、制御装置９から点灯用電流１４ａを得る警告ランプ１４、及び手動操作によって指令信号１５ａを制御装置９に送信する再生スイッチ１５が設置され、また、運転席のインストルメントパネルにも、同様な警告ランプ１４が装備されている。
また、トランスミッションが中立状態である場合にニュートラルスイッチ１７から発信される検出信号１７ａ、パーキングブレーキが作動状態である場合にパーキングブレーキスイッチ１８から発信される検出信号１８ａ、及び車速センサ１９の車速信号１９ａも、制御装置９へ入力されるようになっている。
制御装置９は、
Ａ．開度信号１１ａから算定したエンジン負荷と回転数信号１２ａから算定したエンジン回転数に応じて、圧縮上死点付近で主噴射が行なわれるように通常モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能、
Ｂ．圧力信号８ａから算定したパティキュレートフィルタ６の入口側と出口側との圧力差（出口側における圧力損失は予め想定してある）によってパティキュレートフィルタ６が過捕集状態であるか否を判定し、過捕集状態である場合に点灯用電流１４ａを警告ランプ１４に送給する機能、
Ｃ．回転数信号１２ａ、検出信号１７ａ，１８ａ、車速信号１９ａなどに基づきアイドル停車の要件が満たされている否かを判定し、再生スイッチ１５から指令信号１５ａが送信された際に、主噴射後の燃料が着火しない時期にポスト噴射が行なわれるように強制再生モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能、
Ｄ．ポスト噴射の開始前に、温度信号１６ａから算定した触媒床温度に応じて、主噴射後の燃料が着火可能な時期にアフタ噴射が行なわれるように昇温モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能、
Ｅ．アイドル停車の要件が所定時間継続した後、しきい値よりも触媒床温度が低くなった場合に、排気絞り弁２０の開度を狭める指令信号２０ａを送信して排気３の流量を抑え、主噴射時の燃料送給量が増えてエンジン回転数が高められ、アフタ噴射も行なわれるようにアイドル昇温モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能（図３参照）、
Ｆ．これに続いて、再生スイッチ１５から指令信号１５ａが送信された際に、主噴射時の燃料送給量が増えてエンジン回転数が更に高められ、ポスト噴射も行なわれるように強制再生モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能（図３参照）、
Ｇ．上記再生スイッチ１５からの指令信号１５ａが途絶した際に、主噴射時の燃料送給量が減ってエンジン回転数が低められるようにアイドル昇温モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能（図３参照）、
などを具備している。
Ａ．開度信号１１ａから算定したエンジン負荷と回転数信号１２ａから算定したエンジン回転数に応じて、圧縮上死点付近で主噴射が行なわれるように通常モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能、
Ｂ．圧力信号８ａから算定したパティキュレートフィルタ６の入口側と出口側との圧力差（出口側における圧力損失は予め想定してある）によってパティキュレートフィルタ６が過捕集状態であるか否を判定し、過捕集状態である場合に点灯用電流１４ａを警告ランプ１４に送給する機能、
Ｃ．回転数信号１２ａ、検出信号１７ａ，１８ａ、車速信号１９ａなどに基づきアイドル停車の要件が満たされている否かを判定し、再生スイッチ１５から指令信号１５ａが送信された際に、主噴射後の燃料が着火しない時期にポスト噴射が行なわれるように強制再生モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能、
Ｄ．ポスト噴射の開始前に、温度信号１６ａから算定した触媒床温度に応じて、主噴射後の燃料が着火可能な時期にアフタ噴射が行なわれるように昇温モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能、
Ｅ．アイドル停車の要件が所定時間継続した後、しきい値よりも触媒床温度が低くなった場合に、排気絞り弁２０の開度を狭める指令信号２０ａを送信して排気３の流量を抑え、主噴射時の燃料送給量が増えてエンジン回転数が高められ、アフタ噴射も行なわれるようにアイドル昇温モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能（図３参照）、
Ｆ．これに続いて、再生スイッチ１５から指令信号１５ａが送信された際に、主噴射時の燃料送給量が増えてエンジン回転数が更に高められ、ポスト噴射も行なわれるように強制再生モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能（図３参照）、
Ｇ．上記再生スイッチ１５からの指令信号１５ａが途絶した際に、主噴射時の燃料送給量が減ってエンジン回転数が低められるようにアイドル昇温モードの噴射信号１０ａを燃料噴射装置１０へ送信する機能（図３参照）、
などを具備している。
Ｃ項の機能は、再生スイッチ１５から指令信号１５ａを受けた際に複数のアイドリング停車の要件を確認し、全ての要件が満たされた場合には、強制再生モードへの切り替えを所定時間だけ行ない、全ての要件が満たされない場合には、直ちに通常モードに復帰するように設定してある。
Ｅ項でのしきい値は、燃料添加を行なった際に、触媒床温度が燃料の酸化を達成可能な状態を保持できるか否を判定するためのものである。
この排気浄化装置では、アイドル状態が継続している場合に、ディーゼルエンジン１の回転数を高めること、排気３の流量を抑えること、並びにアフタ噴射を実行してエンジン排気系統の温度低下を回避するので、未反応の燃料に起因した白煙の発生を防止できる。
これに続いて再生スイッチ１５が指令信号１５ａを発信した際に、ディーゼルエンジン１の回転数を更に高めることを実行して触媒床温度の上昇を図るので、パティキュレートフィルタ６の強制再生が可能になる。
また、排気３の流量を抑えたままでディーゼルエンジン１の回転数を高めて、アイドル昇温モードから強制再生モードへ移行し、再生スイッチ１５からの指令信号１５ａが途絶した際に、排気３の流量を変更せずにディーゼルエンジン１の回転数を低めて、強制再生モードからアイドル昇温モードへ移行するので、排気絞り弁２０の作動に起因する異音が発生しない。
なお、本発明の排気浄化装置は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更を加え得ることは勿論である。
本発明の排気浄化装置は、様々な車種に適用することができる。
１ ディーゼルエンジン
３ 排気
４ 排気管（エンジン排気系統）
６ パティキュレートフィルタ
９ 制御装置（燃料噴射制御手段）
１０ 燃料噴射装置（燃料噴射制御手段）
１５ 再生スイッチ
１５ａ 指令信号
１６ 温度センサ
２０ 排気絞り弁
３ 排気
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２０ 排気絞り弁
Claims (2)
- エンジン排気系統に組み込んだ触媒再生型パティキュレートフィルタと、触媒床温度を検知する温度センサと、排気流量を制限し得る排気絞り手段と、 指令信号を発信する再生スイッチと、上死点付近での燃料主噴射後の燃料が着火可能な時期に燃料アフタ噴射を行なう燃料噴射制御手段とを有し、エンジン回転数、トランスミッションの状態、パーキングブレーキの状態、及び車速からアイドル停車の要件を検出する機能と、アイドル停車の要件が所定時間継続した後、温度センサの検出値に基づき、しきい値よりも触媒床温度が低くなった場合に、排気絞り手段により排気流量を抑えたうえ主噴射時の燃料噴射量を増やしてエンジン回転数を高め、アフタ噴射を開始する機能と、この運転制御中に再生スイッチが指令信号を発信したときには、主噴射時の燃料噴射量を増やしてエンジン回転数を更に高める機能とを、燃料噴射制御手段に具備させたことを特徴とする排気浄化装置。
- 再生スイッチからの指令信号が途絶した際にエンジン回転数を低める機能を、燃料噴射制御手段に具備させた請求項１に記載の排気浄化装置。
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