JP4433921B2 - Ｄｐｆ再生制御装置 - Google Patents

Description

本発明はＤＰＦ再生制御装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの下流に位置し、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のパティキュレート（以下、ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）において、ＰＭの捕集量が所定の捕集量を超えた場合にＰＭを燃焼させＤＰＦの機能を再生するものが知られている。

従来、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去する際に排気ガスの排気温度が低い場合には吸気絞り、または燃料噴射時期遅延により排気温度をＤＰＦに担持した酸化触媒の触媒活性化温度まで上昇させるものが、特許文献１に開示されている。
特開２００３−１９３８２４号公報

しかし、上記の発明では、吸気絞り、または燃料噴射時期遅延によるディーゼルエンジンの失火判定を行っておらず、ＤＰＦ再生制御中に例えば或るサイクルで失火が起きると排気ガス中のＨＣ成分が増大し、多量のＨＣが酸化触媒と反応することでＤＰＦの温度が過昇温となり、ＤＰＦを溶損させるといった問題点がある。

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、ディーゼルエンジンの失火判定を行い、失火を防止する補正を行うことでＤＰＦの過昇温を防ぎ、ＤＰＦの溶損を防止することを目的とする。

本発明ではディーゼルエンジンの排気通路に介装したＤＰＦと、少なくとも燃料噴射時期を遅角してＤＰＦの再生制御を行うＤＰＦ再生制御手段と、を備えたＤＰＦ再生制御装置において、ＤＰＦ再生制御時のディーゼルエンジンへの吸気量を算出する吸気量算出手段と、ＤＰＦ再生制御時に吸気量に基づいてディーゼルエンジンの着火遅れ期間を算出する着火遅れ算出手段と、着火遅れ期間と失火が起きる失火判定期間を比較しディーゼルエンジンの失火判定を行う失火判定手段と、着火遅れ期間が失火判定期間よりも長い場合に燃料噴射時期を進角補正し、ディーゼルエンジンの失火を防止する失火防止手段を備える。

本発明によると、ＤＰＦ再生制御の際にエンジンの失火判定を行い、失火が起こると判定されると燃料噴射時期を進角補正するので、エンジンの失火を防止することができる。これにより、ＤＰＦの過昇温を防ぐことができ、過昇温によるＤＰＦの溶損を防止することができる。

本発明の第１実施形態の構成を図１の概略構成図を用いて説明する。この実施形態は、ディーゼルエンジンを搭載した車両について説明するが、この構成に限ったものではない。

この実施形態は、ディーゼルエンジン１と、ディーゼルエンジン１に供給する新空気を導く吸気通路２と、ディーゼルエンジン１から排出される排出ガスが通る排気通路（エンジン排気通路）３を備える。

ディーゼルエンジン１の燃焼室上部には燃料噴射弁４及び吸気弁１８と排気弁１９が備えられる。またクランク角の角度を検出するクランク角度検出センサ５を備える。

吸気通路２には、外部から取り入れた空気中のゴミなどを取り除くエアークリーナ６と、外部から取り入れた空気量を検出するエアフローメータ７と、ターボチャージャ８のコンプレッサ８ｂと、空気の温度を冷却するインタクーラ９と、ディーゼルエンジン１への吸気量を制御する吸気絞弁（吸気制御手段）１０と、吸気温度を検出する温度センサ（吸気温度検出手段）１１を備える。

排気通路３には、ターボチャージャ８のタービン８ａと、排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ１２を備える。ターボチャージャ８のコンプレッサ８ｂとタービン８ａは連結しており、排気通路３を流れる排気ガスによってタービン８ａ、コンプレッサ８ｂが回転し、ディーゼルエンジン１に圧縮空気を供給する。

また、排気通路３と吸気通路２はディーゼルエンジン１をバイパスするＥＧＲ配管１３によって連通し、排気通路３から排気ガスの一部がＥＧＲ配管１３によって吸気通路２に環流される。なお、ＥＧＲ配管１３にはＥＧＲの量を制御するＥＧＲバルブ１４を備える。また、ＤＰＦ１２の上流と下流の圧力差を検出する差圧センサ１５と、ＤＰＦ１２の上流の排気温度を検出する温度センサ（排気温度検出手段）１６を備える。

前記各センサなどによって検出されたデータに基づいて、ディーゼルエンジン１への燃料噴射、ＤＰＦ再生制御の実行判断をするＥＣＵ２０を備える。

ＤＰＦ１２はディーゼルエンジン１から排出された排気ガス中のＰＭを捕集するとＤＰＦ１２の通気抵抗が高くなるので、差圧センサ１５によって検出する差圧が高くなる。ＥＣＵ２０は、この差圧が所定差圧以上になると、ＤＰＦ１２に所定値以上のＰＭが捕集されたと判断し、ＤＰＦ再生制御を行う。

ＤＰＦ再生制御時にはディーゼルエンジン１から排出される排出ガスの温度を高めるために、燃料噴射弁４からのメイン噴射のタイミングを遅らせ、またはメイン噴射後にポスト噴射を行い排気温度を上昇させ、排気ガス中に高濃度のＨＣを発生させる。更に吸気絞弁１０によってディーゼルエンジン１に供給される吸気を絞り、ポンピングロスを増大させ、燃料噴射弁４から燃料噴射量を通常時よりも多くすることで、排気温度を上昇させる。

ＤＰＦ１２は触媒を担持しており、排気ガス中のＨＣが触媒によって酸化反応をおこし、酸化反応によって発生する反応熱によってＤＰＦ１２に捕集されたＰＭを更に燃焼する。

次にＤＰＦ再生制御を行う際の排気ガスの昇温制御について図２のフローチャートを用いて説明する。ここではＤＰＦ１２の差圧が所定差圧以上になり、ＤＰＦ再生制御を行うものとする。なお、この制御はＤＰＦ再生制御を行っている場合に所定時間毎に行われる。

ステップＳ１００では図示しないエンジン回転検出部より所定時間あたりのエンジン回転数を検出する。

ステップＳ１０１では燃料噴射弁４から噴射される燃料噴射量を検出する。この燃料噴射量はＤＰＦ再生制御時に車両の運転状態によって予め設定された燃料噴射量である。

ステップＳ１０２では温度センサ１１によってディーゼルエンジン１に供給される吸気温度を検出する。なお、この吸気温度の代わりに外気温度を検出してもよい（ステップＳ１０２が吸気温度検出手段を構成する）。

ステップＳ１０３ではステップＳ１００によって検出したエンジン回転数とステップＳ１０１によって検出した燃料噴射量から予め設定したマップによりＤＰＦ再生制御でのメイン噴射の燃料噴射時期、つまり通常走行時の燃料噴射のタイミングよりも遅く燃料噴射を行うメインＩ／Ｔリタードを読み出す。

ステップＳ１０４ではエンジン回転数と燃料噴射量からＤＰＦ再生制御時の吸気絞弁１０による目標吸気絞り量を予め設定されたマップから読み出す。なお、後述するステップＳ１１１において排気ガス温度が低い場合には、マップから読み出した目標吸気絞り量に後述するステップＳ１１２によって算出した吸気絞り量補正値を加算し、補正を施した目標吸気絞り量を算出する。なお、吸気絞り量補正値を加算した場合には、ポンピングロスが増大するので、ディーゼルエンジン１の出力を保つために吸気絞り量補正値に応じて燃料噴射量を補正する。ここでは吸気絞り量補正値に応じて燃料噴射量を増加することで、ディーゼルエンジン１の出力を保ち、更に排気ガスの温度を高くすることができる（ステップＳ１０４が吸気量算出手段、吸気量補正手段を構成する）。

ステップＳ１０５では、吸気温度と、メインＩ／Ｔリタードと、目標吸気絞り量から予め実験によって得られたデータ基づいて作成されたマップによってディーゼルエンジン１の着火遅れ期間を読み出す。ここで用いるマップは或る目標吸気絞り量に対して吸気温度とメインＩ／Ｔリタードから着火遅れ期間を読み出すマップであり、吸気温度が低い場合には着火遅れ期間は長くなり、メインＩ／Ｔリタードが遅くなる程着火遅れ期間は長くなる。吸気温度とメインＩ／Ｔリタードから着火遅れ期間を読み出すマップは、目標吸気絞り量に応じて複数備える。目標吸気絞り量と着火遅れ期間については吸気絞り量を増やす、つまり吸気量を少なくすると着火遅れ期間は長くなる。なお、着火遅れ期間を読み出すためのメインＩ／Ｔリタードは後述するステップＳ１０８で進角補正が行われていない場合はステップＳ１０３で読み出したメインＩ／Ｔリタードであり、進角補正が行われた場合は後述するステップＳ１０８で補正を施した後のメインＩ／Ｔリタードである（ステップＳ１０５が着火遅れ算出手段を構成する）。

以上の制御により、ディーゼルエンジン１の着火遅れ期間を読み出すことができる。なお、ステップＳ１０３においてエンジン回転数と燃料噴射量からメインＩ／Ｔリタード算出したが、このメインＩ／Ｔリタードをエンジン回転数と燃料噴射量と吸気温度から算出してもよい。この場合、ステップＳ１０５ではメインＩ／Ｔリタードから着火遅れ期間を算出する。

ステップＳ１０６ではステップＳ１０５において算出した着火遅れ期間によって、ディーゼルエンジン１が失火を起こすかどうか判定する。そして失火が起こらないと判定するとステップＳ１０９へ進み、失火が起こると判定するとステップＳ１０７へ進む。この失火判定はステップＳ１０５において算出した着火遅れ期間が、予め実験で設定された所定期間（失火判定期間）よりも長くなると失火が起こると判定する。この所定期間は吸気温度と、メインＩ／Ｔリタードと、目標吸気絞り量にに基づいて設定され、この所定期間は吸気温度が低くなる、またはメインＩ／Ｔリタードが遅くなる、または目標吸気絞り量が大きくなると短くなる（ステップＳ１０６が失火判定手段を構成する）。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で失火が起こると判定されると図３に示すマップから、失火を回避するために必要なメインＩ／Ｔリタードの進角補正量を読み出す。図３のマップは吸気温度と進角補正量の関係を示したマップであり、吸気温度が低くなる程、進角補正量は大きくなる。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７において算出した進角補正量による進角補正、すなわちメインＩ／Ｔリタードの補正を行う。なお、ここでは進角補正量による進角補正によってディーゼルエンジン１の出力が変化しないように燃料噴射量に補正（減量）を施してもよい（ステップＳ１０８が失火防止手段を構成する）。なお、ステップＳ１０７で着火遅れ期間と所定期間の偏差を算出し、その偏差に基づいてメインＩ／Ｔリタードに進角補正を施す、つまり着火遅れ期間が所定期間内に収まるように補正を施してもよい。

ステップＳ１０９ではステップＳ１０３で読み出したメインＩ／Ｔリタード、またはステップＳ１０８で進角補正を施した場合には補正を施したメインＩ／Ｔリタードによるタイミングで燃料噴射弁４によってディーゼルエンジン１への燃料噴射を行う。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０３で算出した目標吸気絞り量となるように吸気絞弁１０による吸気絞りを開始する。

以上の制御によってＤＰＦ１２の再生制御時に吸気絞弁１０によって目標吸気絞り量としてもディーゼルエンジン１が失火することがないので、ＤＰＦ１２に失火による多量のＨＣを供給することがない。そのため多量のＨＣが触媒と反応し、その反応熱によるＤＰＦ１２の過昇温を防止し、過昇温によるＤＰＦ１２の溶損を防止することができる。

ステップＳ１１１では、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス温度を温度センサ１６によって検出し、その温度がＤＰＦの再生温度よりも高いかどうか判定する。なお、再生温度は例えば６００℃に設定する。温度が再生温度よりも高い場合にＤＰＦ１２においてＤＰＦ再生制御が開始される。温度が再生温度よりも低い場合にはステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１２ではステップＳ１１１で検出した温度と再生温度との温度差を算出し、図４のマップより吸気絞り量補正値を読み出す。図４のマップは温度差と吸気絞り量補正値の関係を示したマップであり、温度差が大きいほど吸気絞り量補正値も大きくなる。そして吸気絞り量補正値によってステップＳ１０４で吸気絞り量を補正し、これにより排気温度を上昇させる。

以上の制御によってディーゼルエンジン１の失火を防止し、過昇温によるＤＰＦ１２の溶損を防止することができる。

本発明の実施形態の効果について説明する。

この実施形態では吸気絞弁１０の吸気絞り量と、メインＩ／Ｔリタードと、吸気温度から着火遅れ期間を算出し、失火判定の基準となる失火判定期間と比較することでＤＰＦ再生制御時にディーゼルエンジン１の失火判定を行い、失火が起こる場合には、メインＩ／Ｔリタードを進角補正することで、ディーゼルエンジン１の失火を防ぐことができ、失火によるＨＣの排出量を抑制することができる。そのため、大量のＨＣによるＤＰＦ１２の過昇温を防ぐことができ、ＤＰＦ１２の溶損を防止することができる。

失火判定を行う際に、吸気絞り量と、メインＩ／Ｔリタードと、吸気温度に応じて失火判定期間を設定し、吸気絞り量が大きい場合、またはメインＩ／Ｔリタードが遅い場合、または吸気温度が低い場合に失火判定期間を短く設定するので、運転状態に応じて正確な失火判定を行うことができる。

吸気絞弁１０による吸気絞り動作を行う前にメインＩ／Ｔリタードの進角補正を行うので、確実にディーゼルエンジン１の失火を防ぐことができ、ＤＰＦ１２の溶損を防ぐことができる。

吸気絞りを行った後に、排気ガス温度がＤＰＦ再生制御を行う再生温度まで上昇しない場合には、吸気絞弁１０の吸気絞り量補正値を算出し、目標絞り量を補正し、その後失火判定を行うことで、ディーゼルエンジン１の失火を防ぎ、排気ガスの温度を再生温度まで上昇させることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ再生制御装置に利用することができる。

本発明の構成概略図である。 本発明のＤＰＦ再生制御時の昇温制御を示すフローチャートである。 本発明の吸気温度と進角補正量の関係を示すマップである。 本発明の温度差と吸気絞り量補正値の関係を示すマップである。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路（エンジン排気通路）
４ 燃料噴射弁
５ クランク角度検出センサ
１０ 吸気絞弁（吸気制御手段）
１１ 温度センサ（吸気温度検出手段）
１２ ＤＰＦ
１５ 差圧センサ
１６ 温度センサ（排気温度検出手段）
２０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. ディーゼルエンジンの排気通路に介装したＤＰＦと、
   少なくとも燃料噴射時期を遅角して前記ＤＰＦの再生制御を行うＤＰＦ再生制御手段と、を備えたＤＰＦ再生制御装置において、
   前記ＤＰＦ再生制御時の前記ディーゼルエンジンへの吸気量を算出する吸気量算出手段と、
   前記ＤＰＦ再生制御時に前記吸気量に基づいて前記ディーゼルエンジンの着火遅れ期間を算出する着火遅れ算出手段と、
   前記着火遅れ期間と失火が起きる失火判定期間を比較し前記ディーゼルエンジンの失火判定を行う失火判定手段と、
   前記着火遅れ期間が前記失火判定期間よりも長い場合に前記燃料噴射時期を進角補正し、前記ディーゼルエンジンの失火を防止する失火防止手段と、を備えたＤＰＦ再生制御装置。
2. 前記ディーゼルエンジンへの吸気温度を検出する吸気温度検出手段を備え、
   前記着火遅れ算出手段は、前記吸気量と前記燃料噴射時期と前記吸気温度に基づいて前記着火遅れ期間を前記吸気量が少ない程、または前記燃料噴射時期が遅い程、または前記吸気温度が低い程、長くなるように算出することを特徴とする請求項１に記載のＤＰＦ再生制御装置。
3. 前記失火判定手段は、前記吸気量と前記燃料噴射時期と前記吸気温度に基づいて算出する前記失火判定期間を前記吸気量が少ない程、または前記燃料噴射時期が遅い程、または前記吸気温度が低い程、短くなるように算出することを特徴とする請求項２に記載のＤＰＦ再生制御装置。
4. 前記ＤＰＦ再生制御時にディーゼルエンジンへの吸気量を制御する吸気制御手段を備え、
   前記吸気制御手段による吸気量の絞り制御は、前記燃料噴射時期の補正後に実行されることを特徴とする１から３のいずれか一つに記載のＤＰＦ再生制御装置。
5. 前記ディーゼルエンジンの排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、
   前記排気温度が前記ＤＰＦ再生制御を行う再生温度よりも低い場合に、前記排気温度に基づいて前記吸気量を減少する吸気量補正手段と、を備えることを特徴とする請求項４に記載のＤＰＦ再生制御装置。

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