JP4525147B2

JP4525147B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP4525147B2
Application number: JP2004115765A
Authority: JP
Inventors: 秀池田; 維伍; 尊史長谷山; 拓朗岩下; 厚松沼; 貴夫小野寺
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-04-09
Also published as: JP2005299476A

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関する。

車両に搭載されるディーゼルエンジン（以下、エンジン）の排ガス規制は年々厳しくなっており、粒子状物質（以下、ＰＭ）の排出量も抑制しなければならなくなってきている。近年、このＰＭを浄化する、エンジンの排気浄化装置が実用化されている。

この排気浄化装置の一例としては、エンジンの排気通路に設けられる触媒担持フィルタ（フィルタ）と、この触媒担持フィルタの上流側に設けられる酸化触媒とを備えたものがある。触媒担持フィルタは排気ガス中のＰＭを捕集し、エンジンの排気ガスの温度が比較的高温のときに捕集したＰＭを触媒の酸化作用によって燃焼させて除去することにより再生を行うものである。

ところで、エンジンが低速低負荷で運転されているとき等、エンジンの排気ガスの温度が比較的低温であるときには触媒担持フィルタの再生が行われず、触媒担持フィルタにＰＭが蓄積されて触媒担持フィルタが目詰りしてしまう。触媒担持フィルタが目詰りすると、エンジンの排圧が上昇してしまう。

この触媒担持フィルタの目詰りを防止するためには、触媒担持フィルタにおけるＰＭの堆積量が所定量以上となったら排気ガスの温度を昇温させて、触媒担持フィルタの再生を行うことが考えられる。触媒担持フィルタにおけるＰＭの堆積量は触媒担持フィルタの上流側と下流側との差圧で推測することができる。触媒担持フィルタの再生が必要と判定されたときには、通常の燃料噴射の終了後であって、燃料の燃焼が継続しているうちに燃料を噴射することで、動力に変換されない廃熱を増やして、排気ガスの温度を昇温させる筒内連続噴射（マルチ噴射）や、膨張行程中に燃料を噴射することで、未燃燃料を触媒担持フィルタに供給して、排気ガスの温度を昇温させる筒内後噴射（ポスト噴射）を行う。

特開２００４−１９５２４号公報

ところで、触媒担持フィルタの上流側と下流側との差圧と、所定の閾値との比較により触媒担持フィルタの再生をするか否かを判定する排気浄化装置において、エンジンの吸気絞り弁が閉じ側に制御されたとき、エンジンのＥＧＲ弁が開き側に制御されたとき、エンジンの回転数が低下したとき等、排気ガス流量が低下したときには触媒担持フィルタの上流側と下流側との差圧の値は小さい。そのため、差圧の値と閾値との差が小さくなり過ぎて誤検知し、触媒担持フィルタの再生が必要以上に頻繁に行われてしまう。触媒担持フィルタの再生を実行する際に行われるマルチ噴射やポスト噴射を必要以上に頻繁に行うとエンジンの燃費が悪化してしまうため、触媒担持フィルタの再生頻度を適正に設定する必要がある。

そこで、本発明の目的は、フィルタの再生頻度を適正にすることができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、車両に搭載されたエンジンの排気通路に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を除去することで再生を行うフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置であって、上記車両の走行距離を検出する距離センサと、上記フィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、上記フィルタを通過する排気ガス流量を求めるための流量検出手段と、所定排気ガス流量において上記フィルタが目詰まりしたと判定する上記差圧の閾値を有していると共に、該閾値が排気ガス流量の減少に伴い小さくなるように設定されているマップと、上記流量検出手段で検出された排気ガス流量に対応する、上記差圧検出手段で検出された差圧が、上記マップの閾値を超えたとき、上記フィルタを再生すると判定する判定手段と、上記距離センサで検出した上記走行距離が所定の再生距離を越える毎、及び、上記判定手段にて上記フィルタを再生するとの判定が為される毎に上記フィルタを再生する制御装置とを備え、該制御装置は、上記流量検出手段で検出された排気ガス流量が、上記差圧検出手段によるばらつきが上記フィルタが目詰まりをしていないと判定される差圧と上記マップの閾値との差よりも大きいと判断される流量以下であるときに、上記判定手段による判定を禁止することを特徴とするエンジンの排気浄化装置である。

請求項２の発明は、上記排気ガス流量の代用値としてエンジンの吸入空気流量が用いられる請求項１記載のエンジンの排気浄化装置である。

本発明によれば、フィルタの再生頻度を適正にすることができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明の一実施の形態に係る排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンの概略図である。このディーゼルエンジンは車両に搭載されるものである。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、エンジン）は、エンジン本体１に、吸入空気が流通する吸気通路２と、エンジン本体１の燃焼室からの排気ガスが流通する排気通路３とが設けられている。エンジン本体１の燃焼室内にはインジェクタ４から燃料が直接噴射される。インジェクタ４はコモンレール５に接続されている。エンジン本体１は、排気ガスの一部を燃焼室内に還流する外部ＥＧＲ装置６を備えている。ＥＧＲ装置６は、吸気通路２と排気通路３とを結ぶＥＧＲ通路７と、ＥＧＲ通路７の通路面積を変えてＥＧＲ率を調節するためのＥＧＲ弁８と、ＥＧＲ弁８の上流側にてＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ９とを備える。吸気通路２においては、ＥＧＲ通路７との接続部の上流側にて吸入空気を適宜絞るための吸気絞り弁１０が設けられる。

エンジンを電子制御するためのＥＣＵ（制御装置）１１が設けられる。ＥＣＵ１１は各種センサ類からエンジンの運転状態を読み取り、そのエンジンの運転状態に基づいてインジェクタ４、ＥＧＲ弁８、吸気絞り弁１０等を制御する。前記センサ類としては、吸気絞り弁１０の上流側の吸気通路２にて吸入空気流量を検出する吸入空気流量センサ１２、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１３、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転センサ１４、車両の走行距離を検出する距離センサ１５等が含まれ、それら各センサの検出値がＥＣＵ１１に入力される。

エンジンの排気通路３には排気浄化ユニット１６が設けられている。この排気浄化ユニット１６内には、排気ガスの昇温を行う酸化触媒１７と、酸化触媒１７の下流側にて排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集し、捕集したＰＭを除去することで再生を行う、所謂連続再生式の触媒担持フィルタ１８とが設けられている。本実施の形態における触媒担持フィルタ１８が本発明のフィルタをなす。触媒担持フィルタ１８には、複数の通路が設けられており、各通路は上流側又は下流側が交互に目封じされており、通路壁の微細な孔を通過して隣の通路に抜ける際に排気ガス中のＰＭが捕集される。触媒担持フィルタ１８は排気ガスの温度が比較的高温のときに捕集したＰＭを触媒の酸化作用によって燃焼させて除去することにより再生を行う。

排気浄化ユニット１６には、酸化触媒１７の上流側にて排気ガスの温度を検出する第一の排気温度センサ１９と、酸化触媒１７と触媒担持フィルタ１８との間にて排気ガスの温度を検出する第二の排気温度センサ２０とが設けられている。これら第一の排気温度センサ１９及び第二の排気温度センサ２０はＥＣＵ１１に接続されている。

排気浄化ユニット１６には、触媒担持フィルタ１８の上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段が設けられている。本実施の形態の差圧検出手段は、酸化触媒１７の上流側に接続された上流導圧管２１ａと触媒担持フィルタ１８の下流側に接続された下流導圧管２１ｂとが接続される差圧センサ２２である。差圧センサ２２はＥＣＵ１１に接続されている。差圧センサ２２により検出される差圧は吸入空気流量、排気ガスの温度等により補正される。

本実施の形態の排気浄化装置には、触媒担持フィルタ１８を通過する排気ガス流量を求めるための流量検出手段が設けられている。排気ガス流量は吸入空気流量と略等しいため、本実施の形態では、排気ガス流量の代用値として吸入空気流量が用いられる。従って、流量検出手段は、上記の吸入空気流量センサ１２を利用する。

ところで、エンジンが低速低負荷で運転されているとき等、エンジンの排気ガスの温度が比較的低温であるときには触媒担持フィルタ１８の再生が行われず、この状態が長時間続くと、触媒担持フィルタ１８にＰＭが蓄積されて触媒担持フィルタ１８が目詰りしてしまう。この触媒担持フィルタ１８の目詰りを防止するため、本実施の形態においては、所定の時期に触媒担持フィルタ１８の再生を行う。

本実施の形態においては、通常の燃料噴射の終了後であって、燃料の燃焼が継続しているうちに燃料を噴射することで、動力に変換されない廃熱を増やして、排気ガスの温度を昇温させる筒内連続噴射（マルチ噴射）や、膨張行程中に燃料を噴射することで、未燃燃料を酸化触媒１７に供給して、排気ガスの温度を昇温させる筒内後噴射（ポスト噴射）を行って、触媒担持フィルタ１８の再生を行う。

本実施の形態では、ＥＣＵ１１は距離センサ１５で車両の走行距離を検出して、この走行距離が所定の再生距離を越える毎に、必要に応じてマルチ噴射やポスト噴射を行って、触媒担持フィルタ１８の再生を行う。

また、本実施の形態においては、車両の走行距離が上記の再生距離に達する前に、触媒担持フィルタ１８が目詰りすることを防止するため、触媒担持フィルタ１８の上流側と下流側との差圧により、触媒担持フィルタ１８の目詰りを判定している。この判定はＥＣＵ１１に予め入力されたマップに基づいてなされる。このマップを図２により説明する。

図２中、横軸が吸入空気流量を、縦軸が触媒担持フィルタ１８の上流側と下流側との差圧をそれぞれ示す。マップには、触媒担持フィルタ１８が目詰りしたときの差圧と、吸入空気流量との関係に応じた閾値３１が予め入力されている。参考のために、符号３２で、触媒担持フィルタ１８が目詰りしていないときの差圧と、吸入空気流量との関係を表したラインを示す。閾値３１は予め実験等により求めておく。

まず、ＥＣＵ１１は吸入空気流量センサ１２で吸入空気流量を検出すると共に、差圧センサ２２で差圧を検出する。ＥＣＵ１１は、吸入空気流量の検出値に対応する差圧の検出値と、マップの閾値３１とを比較し、その差圧の検出値が閾値３１を越えたとき、触媒担持フィルタ１８を再生すると判定する。

触媒担持フィルタ１８の再生が判定されると、ＥＣＵ１１は第一の排気温度センサ１９により検出された排気ガス温度が酸化触媒１７の活性温度よりも低い場合には、マルチ噴射を行って排気ガスの温度を活性温度まで昇温させる。その後、ＥＣＵ１１はポスト噴射を行って、触媒担持フィルタ１８における排気ガスの温度をさらに昇温させる。これにより、触媒担持フィルタ１８の再生を行う。

ところで、触媒担持フィルタ１８の上流側と下流側との差圧の検出値（図２の符号３３で示す）は、エンジンの運転状態や燃焼の脈動により振れるものである。特に、エンジンの吸気絞り弁１０が閉じ側に制御されたとき、エンジンのＥＧＲ弁８が開き側に制御されたとき、エンジンの回転数が低下したとき等、排気ガス流量が低下したときに差圧の振れが大きくなる。また、排気ガス流量が小流量側では、閾値３１と、触媒担持フィルタ１８が目詰りしていないことを示すライン３２との差が小さくなる。そのため、排気ガス流量が小流量側では、差圧が閾値３１を越えやすく、触媒担持フィルタ１８の不必要な再生が行われてしまうおそれがある。また、触媒担持フィルタ１８の再生を実行する際に行われるマルチ噴射やポスト噴射を必要以上に頻繁に行うとエンジンの燃費が悪化してしまうため、触媒担持フィルタ１８の再生頻度を適正にする必要がある。

そこで、本実施の形態においては、吸入空気流量が所定値（図２の符号３４で示す）以下のとき、ＥＣＵ１１は触媒担持フィルタ１８を再生するか否かの判定を禁止する。吸入空気流量の所定値３４はセンサばらつき等を考慮し、誤検知しない値に設定する。吸入空気流量の所定値３４はマップに予め入力しておく。

ここで、本実施の形態におけるＥＣＵ１１が本発明の判定手段及び禁止手段をなす。

要するに、本実施の形態によれば、排気ガス流量が小流量側で、触媒担持フィルタ１８の不必要な再生が行われてしまうことを避け、触媒担持フィルタ１８の再生頻度を適正にすることができる。そのため、触媒担持フィルタ１８の再生を実行する際に行われるマルチ噴射やポスト噴射を必要以上に頻繁に行うことはなく、エンジンの燃費が悪化することを防止することができる。

本発明は以上説明した実施の形態に限定はされない。

例えば、上記の実施の形態においては、排気浄化ユニット１６内に、酸化触媒１７と、酸化触媒１７の下流側に触媒担持フィルタ１８とを設けるとしたが、酸化触媒１７を設けずに、触媒担持フィルタ１８のみを設けた構成としても良く、酸化触媒１７と、酸化触媒１７の下流側に触媒を担持しないフィルタとを設けた構成としても良い。

本発明の一実施の形態に係る排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンの概略図である。差圧と排気ガス流量との関係に応じた閾値を有するマップである。

符号の説明

３排気通路
１１ＥＣＵ（判定手段、禁止手段）
１２吸入空気流量センサ（流量検出手段）
１６排気浄化ユニット
１７酸化触媒
１８触媒担持フィルタ（フィルタ）
２２差圧センサ（差圧検出手段）
３１閾値

Claims

車両に搭載されたエンジンの排気通路に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を除去することで再生を行うフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置であって、
上記車両の走行距離を検出する距離センサと、
上記フィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、
上記フィルタを通過する排気ガス流量を求めるための流量検出手段と、
所定排気ガス流量において上記フィルタが目詰まりしたと判定する上記差圧の閾値を有していると共に、該閾値が排気ガス流量の減少に伴い小さくなるように設定されているマップと、
上記流量検出手段で検出された排気ガス流量に対応する、上記差圧検出手段で検出された差圧が、上記マップの閾値を超えたとき、上記フィルタを再生すると判定する判定手段と、
上記距離センサで検出した上記走行距離が所定の再生距離を越える毎、及び、上記判定手段にて上記フィルタを再生するとの判定が為される毎に上記フィルタを再生する制御装置と、
を備え、該制御装置は、上記流量検出手段で検出された排気ガス流量が、上記差圧検出手段によるばらつきが上記フィルタが目詰まりをしていないと判定される差圧と上記マップの閾値との差よりも大きいと判断される流量以下であるときに、上記判定手段による判定を禁止することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
上記排気ガス流量の代用値としてエンジンの吸入空気流量が用いられる請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。