JP4261323B2

JP4261323B2 - パティキュレートフィルタ再生方法

Info

Publication number: JP4261323B2
Application number: JP2003398929A
Authority: JP
Inventors: 洋紀成田; 久貴通阪; 仁一南川; 隆治清水
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2005155576A

Description

本発明はパティキュレートフィルタ再生方法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。

この解消策として、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ためのポスト噴射を行ない、触媒で酸化する燃料の反応熱により触媒床温度を上げ、パティキュレートフィルタの強制再生を図るようにした排気浄化装置がある。

また、ポスト噴射などの手段により排気に燃料を添加してパティキュレートフィルタを再生する際に、フィルタ温度を検出したうえ、温度帯ごとに設定してある単位時間あたりのパティキュレートの燃焼再生量を積算し、その積算値に応じてフィルタ再生が完了したとの判定を下すことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２１４１４５号公報

集配業務に用いる車両では、運転者が車両を停車させてイグニッションスイッチを切る機会が多く、フィルタの強制再生が中断してしまうことがある。

しかしながら特許文献１は、ポスト噴射によりフィルタの強制再生を実行している途中でイグニッションスイッチが切られた場合に、パティキュレートの燃焼再生量をどのように取り扱うのかを考慮していない。

このため、特許文献のものをイグニッションスイッチの入れ切りが頻繁な車両に適用すると、フィルタの再生が完了したか否を確実に判定することができず、排気への燃料添加が有効に行なわれない場合が想定される。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、フィルタ再生の完了を確実に判定できるようにすることを目的としている。

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の上流側で排気に燃料を添加し、触媒により酸化する燃料の反応熱でパティキュレートを燃焼させる際に、排気へ燃料を添加した後のフィルタ付近の温度に基づいてパティキュレートの燃焼再生量を求め、イグニッションスイッチを入れてから切るたびごとに燃焼再生量の累計値を求め、その累計値が設定値を上回っている場合にのみ保持し、当該燃焼再生量の累計値を、再びイグニッションスイッチを入れた後に求まる次の燃焼再生量に加え、燃焼再生量の積算値に基づきフィルタ再生完了の判定を下す。

請求項２に記載の発明では、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の上流側で排気に燃料を添加し、触媒により酸化する燃料の反応熱でパティキュレートを燃焼させる際に、排気へ燃料を添加した後のフィルタ付近の温度に基づいてパティキュレートの燃焼再生量を求め、イグニッションスイッチを入れてから切るたびごとに燃焼再生量の累計値を求め、その累計値が設定値を下回っている場合は消去したうえ、当該燃再生量を求める直前に得た燃焼再生量の累計値を、再びイグニッションスイッチを入れた後に求まる次の燃焼再生量に加え、燃焼再生量の積算値に基づきフィルタ再生完了の判定を下す。

請求項１に記載の発明では、イグニッションスイッチを入れてから切るまでに実行した燃料の添加によるパティキュレートの燃焼再生量を、その累計値が設定値を上回った場合にのみ保持して次に求まる燃焼再生量に加え、パティキュレートの燃焼再生量の積算値を継続的に把握してフィルタ再生完了を判定する。

請求項２に記載の発明では、パティキュレートの燃焼再生量の累計値が設定値を下回った場合に、燃焼再生量をイグニッションスイッチを入れる前に得た値に戻して次に求まる燃焼再生量に加え、パティキュレートの燃焼再生量の積算値を継続的に把握してフィルタ再生完了を判定する。

（１）請求項１に記載の発明においては、イグニッションスイッチが切られるまでの間のパティキュレートの燃焼再生量を、その累計値が設定値を上回った場合にのみ保持して次に求まる燃焼再生量に加えるので、誤差要件を排除しつつ燃焼再生量の積算値を継続的に把握でき、イグニッションスイッチの入れ切りが頻繁であっても、フィルタ再生の完了を確実に判定することが可能になる。

（２）請求項２に記載の発明においては、パティキュレートの燃焼再生量の累計値が設定値を下回った場合に、イグニッションスイッチを入れる前までに得た燃焼再生量に戻しして次に求まる燃焼再生量に加えるので、誤差要件を排除しつつ燃焼再生量の積算値を継続的に把握でき、イグニッションスイッチの入れ切りが頻繁であっても、フィルタ再生の完了を確実に判定することが可能になる。

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及び図２は本発明のパティキュレートフィルタ再生方法の実施の形態の一例であり、また、図３乃至図５は本発明の適用対象となる排気浄化装置である。

ディーゼルエンジン１はターボチャージャ２を装備しており、エアクリーナ３から導入される吸気４が吸気管５を経てターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送給され、加圧された吸気４がインタークーラ６で冷却された後、吸気マニホールド７を経てディーゼルエンジン１のそれぞれの気筒８（図３では直列６気筒）に分配される。

更に、ディーゼルエンジン１の気筒８から排出される排気９は、排気マニホールド１０を経てターボチャージャ２のタービン２ｂへ送給され、当該タービン２ｂを駆動した後、排気管１１を経て大気中に放出される。

排気管１１にはフィルタケース１２が組み込んであり、該フィルタケース１２内の後段部分には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３が収容されている。

パティキュレートフィルタ１３は、セラミックスによってハニカムコアを形成し、当該ハニカムコアの多孔質薄壁１３ｂで区分される平行な多数の流路１３ａの一端部分を１つおきに封鎖して、これに隣接する流路１３ａの非封鎖の一端部分へディーゼルエンジン１から排気９を導くようにし且つ当該流路１３ａの他端部分を封鎖している（図４参照）。

すなわち、排気９に含まれているパティキュレートを多孔質薄壁１３ｂで捕集し、当該多孔質薄壁１３ｂを透過した排気９だけが下流側へ進んで大気中へ放出される。

フィルタケース１２内の前段部分には、ハニカム構造のフロースルー型の酸化触媒１４が収容されている（図５参照）。

この酸化触媒１４により酸化する燃料の反応熱で昇温された排気９がパティキュレートフィルタ１３へと導入されるので、より低い排気温度からパティキュレートフィルタ１３の強制再生を実現することが可能となる。

更に、フィルタケース１２の中間部分には、酸化触媒１４とパティキュレートフィルタ１３の間の雰囲気温度（具体的には排気９の温度であって触媒床温度の代用値となる）を計測する温度センサ１５が設けられており、この温度センサ１５からの温度信号１５ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）をなす制御装置２０へ送信される。

制御装置２０は燃料噴射制御を担い、アクセルの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１６（負荷センサ）の開度信号１６ａ、及びエンジン回転数を検出する回転センサ１７の回転数信号１７ａと、前記温度センサ１５の温度信号１５ａに基づき、噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する。

燃料噴射装置１８は、ディーゼルエンジン１の気筒８ごとに装備したインジェクタ１９を有し、これらのインジェクタ１９の電磁弁が前記噴射信号１８ａ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。

制御装置２０は、
Ａ．開度信号１６ａから算定したエンジン負荷と回転数信号１７ａ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１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能、
Ｂ．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１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能、
Ｃ．ポスト噴射の開始前に、温度信号１５ａ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１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能、
Ｄ．ポスト噴射の開始後、温度信号１５ａに基づき単位時間あたりのパティキュレートの燃焼再生量を求める機能（図２参照）、
Ｅ．イグニッションスイッチを入れて（ＯＮ）から切る（ＯＦＦ）たびごとに燃焼再生量の累計値Σ１，Σ２を求め、累計値Σ１が設定値Ｓを上回ったとき（Σ１≧Ｓ）に累計値Σ１を保持したうえ、再びイグニッションスイッチを入れた後に求まる次の燃焼再生量に加え、また、累計値Σ２が設定値Ｓを下回ったとき（Σ２＜Ｓ）に累計値Σ２を消去したうえ、再びイグニッションスイッチを入れた後に求まる次の燃焼再生量を、累計値Σ２を求める直前の燃焼再生量に加える機能（図１参照）、
Ｆ．燃焼再生量の積算値が所定の値に到達した場合に、フィルタ再生が完了したとの判定を下し、強制再生モードから通常モードへの復帰を図るような噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能、
などを具備している。

Ｅ項の機能で、累計値Σ１，Σ２を設定値Ｓと対比して取捨選択するのは、微小な燃焼再生量が積算し続けられることに起因した誤差の増大を回避するためである。

車両の通常運転時には、Ａ項、Ｂ項、Ｃ項の機能によって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、適切な間隔でポスト噴射により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が所定時間だけ行なわれ、また、アフタ噴射によって排気温度を高める昇温モードを介在させるか否かの判断がなされる。

また、制御装置２０はイグニッションスイッチを切るまでの燃焼再生量を、その累計値Σ１が設定値Ｓを上回った場合にのみ保持して次に求まる燃焼再生量に加え、累計値Σ２が設定値Ｓを下回った場合には、燃焼再生量をイグニッションスイッチを入れる前の値に戻して次に求まる燃焼再生量に加えるので、誤差の増大を排除しつつ焼却再生量の積算値を継続的に把握でき、イグニッションスイッチの入れ切りが頻繁に行なわれる車両でも、フィルタ再生の完了を確実に判定することが可能になり、燃費も向上する。

なお、本発明のパティキュレートフィルタ再生方法は、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において変更を加え得ることは勿論である。

本発明のパティキュレートフィルタ再生方法は、様々な車種に適用することができる。

本発明のパティキュレートフィルタ再生方法の実施の形態の一例のスイッチの入れ切りとパティキュレートの燃焼再生量の積算値の関係を示す線図である。図１に関連するフィルタ付近の温度と単位時間あたりのパティキュレートの燃焼再生量の関係を示す線図である。本発明のパティキュレート再生方法の適用対象となる排気浄化装置の概念図である。図３に関連するパティキュレートフィルタの断面図である。図３に関連する酸化触媒の部分切断斜視図である。

符号の説明

１ディーゼルエンジン
１１排気管（エンジン排気系統）
１３パティキュレートフィルタ
１５温度センサ

Claims

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の上流側で排気に燃料を添加し、触媒により酸化する燃料の反応熱でパティキュレートを燃焼させる際に、排気へ燃料を添加した後のフィルタ付近の温度に基づいてパティキュレートの燃焼再生量を求め、イグニッションスイッチを入れてから切るたびごとに燃焼再生量の累計値を求め、その累計値が設定値を上回っている場合にのみ保持し、当該燃焼再生量の累計値を、再びイグニッションスイッチを入れた後に求まる次の燃焼再生量に加え、燃焼再生量の積算値に基づきフィルタ再生完了の判定を下すことを特徴とするパティキュレートフィルタ再生方法。
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の上流側で排気に燃料を添加し、触媒により酸化する燃料の反応熱でパティキュレートを燃焼させる際に、排気へ燃料を添加した後のフィルタ付近の温度に基づいてパティキュレートの燃焼再生量を求め、イグニッションスイッチを入れてから切るたびごとに燃焼再生量の累計値を求め、その累計値が設定値を下回っている場合は消去したうえ、当該燃再生量を求める直前に得た燃焼再生量の累計値を、再びイグニッションスイッチを入れた後に求まる次の燃焼再生量に加え、燃焼再生量の積算値に基づきフィルタ再生完了の判定を下すことを特徴とするパティキュレートフィルタ再生方法。