JP4969225B2

JP4969225B2 - Ｄｐｆ装置をそなえたエンジンの排気装置

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Publication number: JP4969225B2
Application number: JP2006324638A
Authority: JP
Inventors: 哲山田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008138564A

Description

本発明は、エンジンからの排気通路に、排ガス中の煤等の固形排出物を捕獲する黒煙除去装置即ちＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）をそなえたエンジンの排気装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気装置においては、エンジンからの排気通路に、還元触媒コンバータ、酸化触媒コンバータ、これらの上流側に排ガス中の煤等の固形排出物を捕獲する黒煙除去装置即ちＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）をそなえた排ガス浄化システムが多く用いられている。
図１０は、かかるディーゼルエンジン用排気装置における排ガス浄化システムの従来の一例を示す。図１０において、エンジン１には図示しない過給機からの給気が給気通路７を通して供給され、該給気と燃料とによる燃焼後の排ガスは排気通路を通してＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２に入り、該ＤＰＦ２で排ガス中の煤等の固形排出物が捕獲される。
前記ＤＰＦ２にて煤を除去された排ガスは、尿素噴射システム５からの還元作用促進用尿素が混入され還元触媒コンバータ３でＮＯｘが除去された後、酸化触媒コンバータ４でＨＣ，ＣＯ等が除去されてから、大気中に排出される。

図１０に示されるような、排気通路中にＤＰＦ、還元触媒コンバータ、及び酸化触媒コンバータを設置したエンジンの排気装置の一つとして特許文献１（特開２００２−３４９２４１１号公報）の技術が提供されている。
また、特許文献２（特開２００３−２８６８３４号公報）の技術においては、排気通路中に触媒付きのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を設けるとともに、該ＤＰＦをバイパスするバイパス排気通路及びエンジン運転条件により該バイパス排気通路を開閉するＤＰＦバイパス弁を設置している。

特開２００２−３４９２４１号公報特開２００３−２８６８３４号公報

図１０に示されるような、排気通路６中にＤＰＦ２、還元触媒コンバータ３、及び酸化触媒コンバータ４を設置したエンジンの排気装置においては、排気通路６中に流路抵抗の大きいＤＰＦ２、還元触媒コンバータ３、及び酸化触媒コンバータ４を直列に配置しているため、排気系の圧力損失が大きく、エンジンの燃費（燃料消費率）悪化の要因の一つとなっている。
特に、前記ＤＰＦにおいては、煤等の固形排出物（以下煤と総称する）が堆積して行くと、前記圧力損失の増大及び燃費（燃料消費率）悪化が著しくなるため、ＤＰＦに触媒を担持させる方法や、排ガス中にアフター燃料噴射を行なう方法等によって排気温度を上昇させ煤を燃焼させることにより、ＤＰＦを再生させる手段が一般的に採用されている。
しかしながら、このような排気温度を上昇させる手段では、煤の燃焼量が過大になった場合や燃焼速度が過大になった場合、エアフィルタや過給機の能力低減を招きエンジン空気量が減少して排気温度が過度に上昇し、ＤＰＦの溶損が発生することがある。

前記特許文献２（特開２００３−２８６８３４号公報）の技術では、排気通路中に触媒付きのＤＰＦを設けるとともに、該ＤＰＦをバイパスするバイパス排気通路及び該バイパス排気通路を開閉するＤＰＦバイパス弁を設置して、エンジン負荷等のエンジン運転条件により該バイパス排気通路を開閉しており、ＤＰＦバイパス弁の開度を調整することにより、ＤＰＦを流れる排ガス流量を調整できるので、前記のような排気温度の過度の上昇はある程度回避できる。

しかしながら、前記特許文献２の技術にあっては、エンジン負荷及び排気温度の検出値に基づき、触媒付きのＤＰＦ下流の排気温度が所定値以下のときは触媒付きのＤＰＦへの排ガス流量を減少させ、エンジン負荷が所定値以下のときは前記ＤＰＦへの排ガス流量を減少させた後、エンジン負荷が所定値を上回るとＤＰＦへの排ガス流量を増加させる制御を行なっているにとどまり、エンジン回転数、エンジン負荷等のエンジン運転条件、ＤＰＦ出入口の排気温度、ＤＰＦ自体の温度等の広範囲の制御因子によってＤＰＦを通る排ガス量及びＤＰＦの作動を高精度に制御する手段は開示されていない。
等の解決すべき課題を抱えている。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジン回転数、エンジン負荷等のエンジン運転条件とＤＰＦにおける煤除去機能及び圧力損失との最適関係を精緻に設定するとともに、ＤＰＦ出入口の排気温度、ＤＰＦ自体の温度等の広範囲の制御因子によってＤＰＦを通る排ガス量及びＤＰＦの作動を高精度に制御可能として、ＤＰＦ装置の耐久性を向上したＤＰＦ装置をそなえたエンジンの排気装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンからの排気通路に、排ガス中の煤等の固形排出物を捕獲する黒煙除去装置（ＤＰＦ）をそなえたエンジンにおいて、前記排気通路の黒煙除去装置の上流部位から分岐されて該黒煙除去装置の下流部位に接続されるＤＰＦバイパス通路と、該ＤＰＦバイパス通路を開閉するとともに通路面積を調整するＤＰＦバイパス弁と、前記黒煙除去装置の再生時において、ＤＰＦの過熱を防止するように予め設定された排ガス流量とＤＰＦ差圧とバイパス弁開閉の基準関係を用いて、排ガス流量の算出値とＤＰＦ差圧の検出値とを前記基準関係に適応して、前記ＤＰＦ差圧の検出値が基準差圧を超えたとき、ＤＰＦバイパス弁を閉じて前記ＤＰＦの排ガス流量を前記差圧検出値に対応する基準排ガス流量に増加させて前記ＤＰＦから熱を取り去るように制御するコントローラと、をそなえたことを特徴とする。

かかる発明によれば、ＤＰＦ再生時において、ＤＰＦの差圧が基準値（基準差圧）を超えた場合、ＤＰＦバイパス弁を閉じてＤＰＦへの排ガス流量を増加して、ＤＰＦから熱を取り去ることにより、ＤＰＦの過熱による溶損の発生を防止できる。

また本発明において、前記コントローラは、前記ＤＰＦの内部温度の検出値に基づき該ＤＰＦの温度上昇率を算出する温度上昇率算出手段をそなえ、前記黒煙除去装置の再生時において、前記温度上昇率が予め設定された基準温度上昇率を超えるとき、前記ＤＰＦバイパス弁を閉じて前記ＤＰＦへの排ガス流量を増大して前記ＤＰＦから熱を取り去るように制御することを特徴とする。

かかる発明によれば、ＤＰＦ再生時において、ＤＰＦに基準温度上昇率を超える急激な温度上昇があった場合には、ＤＰＦバイパス弁を閉じてＤＰＦへの排ガス流量を増加して、ＤＰＦから熱を取り去ることによりＤＰＦの温度上昇を抑制することにより、ＤＰＦの過熱による溶損の発生を防止できる。

本発明によれば、ＤＰＦ再生時において、ＤＰＦの差圧が基準値（基準差圧）を超えた場合、ＤＰＦバイパス弁を閉じてＤＰＦへの排ガス流量を増加して、ＤＰＦから熱を取り去ることにより、ＤＰＦの過熱による溶損の発生を防止できる。

また本発明によれば、ＤＰＦ再生時において、ＤＰＦに基準温度上昇率を超える急激な温度上昇があった場合には、ＤＰＦバイパス弁を閉じてＤＰＦへの排ガス流量を増加して、ＤＰＦから熱を取り去ることによりＤＰＦの温度上昇を抑制することにより、ＤＰＦの過熱による溶損の発生を防止できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１参考例）
図１は本発明の第１参考例に係るＤＰＦ装置をそなえたディーゼルエンジンの排気装置の構成を示す系統図である。
図１において、ディーゼルエンジン１には図示しない過給機からの給気が給気通路７を通して供給され、該給気と燃料とによる燃焼後の排ガスは排気通路６を通して黒鉛除去装置即ちＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２に入る。該ＤＰＦ２は、排ガス中の煤等の固形排出物（以下煤と総称する）を捕獲するフィルタをそなえ、該フィルタで捕獲した煤を燃焼させるもので、この発明では公知のＤＰＦを用いることができる。
前記ＤＰＦ２の下流側の排気通路６には還元触媒コンバータ３及び酸化触媒コンバータ４が列設され、前記ＤＰＦ２で煤を除去された排ガスは、途中で尿素噴射システム５からの還元作用促進用尿素が混入されて還元触媒コンバータ３に導入される。
そして、排ガスは該還元触媒コンバータ３でＮＯｘが除去された後、酸化触媒コンバータ４でＨＣ，ＣＯ等が除去されてから、大気中に排出される。

前記排気通路６のＤＰＦ２の上流部位からは、符号１０で示されるＤＰＦバイパス通路が分岐されて該ＤＰＦ２をバイパスして、該ＤＰＦ２の下流部位に接続されている。該ＤＰＦバイパス通路１０の途中には、該ＤＰＦバイパス通路１０を開閉するとともに通路面積を調整するＤＰＦバイパス弁１１が設置されている。
前記ＤＰＦバイパス弁１１を、後述する手順で制御するコントローラは符号１４で示され、該コントローラ１４には、エンジン回転数検出器１３から前記ディーゼルエンジン１のエンジン回転数の検出値が、負荷検出器１２から前記ディーゼルエンジン１のエンジン負荷の検出値がそれぞれ入力される。

次に、図２に示すＤＰＦ装置の制御ブロック図に基づき、かかる第１参考例におけるＤＰＦバイパス弁１１の開閉制御について説明する。
図２において、前記エンジン回転数検出器１３からのエンジン回転数の検出値及び負荷検出器１２からのエンジン負荷の検出値は、前記コントローラ１４のトルク算出部１４１に入力され、該トルク算出部１４１においては、前記エンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出値に基づき現在のトルクを算出してＤＰＦバイパス弁開閉判断部１４３に入力する。

前記コントローラ１４には、符号１４２で示されるＤＰＦバイパス弁開度マップ（ＤＰＦバイパスマップ）がそなえられており、該ＤＰＦバイパス弁開度マップ１４２は、図３の（Ａ），（Ｂ）に示されるように、エンジン回転数とエンジントルクに対応してディーゼルエンジン１の煤排出量とＤＰＦバイパス弁１１の開閉条件が設定されている。
かかるＤＰＦバイパス弁開度マップ１４２は、対象エンジンと同形式のエンジンについてシミュレーション計算あるいは実験による算出結果に基づいて設定されたもので、図３(Ａ)は煤排出量の比較的少ない運転条件における設定値、(Ｂ)は煤排出量の多い運転条件における設定値である。

図３（Ａ）の運転領域では、一点鎖線で示すＤＰＦバイパス弁開閉ラインよりも高トルク、低回転数側で煤発生量が多くなった運転領域でＤＰＦバイパス弁１１を閉じてＤＰＦ２への排ガス流量を増加している。図（Ａ），（Ｂ）において、最多煤発生量領域をＺで示す。
図３（Ｂ）の運転領域では、一点鎖線で示すＤＰＦバイパス弁開閉ラインが、あるエンジントルク及び回転数に集中しており、該ＤＰＦバイパス弁開閉ラインよりも図にＺで示す最多煤発生量領域に近づく領域でＤＰＦバイパス弁１１を閉じてＤＰＦ２への排ガス流量を増加するようになっている。

前記ＤＰＦバイパス弁開閉判断部１４３においては、前記ＤＰＦバイパス弁開度マップ１４２と、前記トルク算出部１４１からのエンジントルク算出値及び前記エンジン回転数検出器１３からのエンジン回転数検出値とを突き合わせて、前記エンジントルク及びエンジン回転数に対応するＤＰＦバイパス弁１１の開閉の区別を判定し、前記エンジン回転数及びエンジントルク（つまりエンジン負荷）において煤排出量がＤＰＦバイパス弁１１の開放条件となる煤排出量（つまり図３（Ａ）、（Ｂ）におけるＤＰＦバイパス弁開閉ライン）以下になったとき前記ＤＰＦバイパス弁１１を開き、前記煤排出量を超えるようになったときＤＰＦバイパス弁１１を閉じる。
かかるＤＰＦバイパス弁開閉判断部１４３からの判断信号によって、前記ＤＰＦバイパス弁１１は開閉される。

かかる第１参考例によれば、コントローラ１４において、エンジン回転数及びエンジン負荷（エンジントルク）とエンジン１の煤排出量との関係、並びに該煤排出量によるＤＰＦバイパス弁１１のＤＰＦバイパス通路１０の開閉条件を、シミュレーション計算あるいは実験によって最適値に予め設定したＤＰＦバイパス弁開度マップ１４２を用いて、エンジン回転数及びエンジン負荷の検出値に基づき前記ＤＰＦバイパス弁開度マップ１４２からＤＰＦバイパス弁１１の適正開度を算出して、かかる適正開度によってＤＰＦバイパス弁１１を開閉制御するので、前記ＤＰＦバイパス弁開度マップ１４２に精緻に設定したエンジン回転数及びエンジン負荷等のエンジン運転条件とＤＰＦ２における煤除去機能及び圧力損失との最適関係によって、ＤＰＦバイパス弁１１の開閉制御を行なうことにより、ＤＰＦ２の煤除去機能を高く保持し且つＤＰＦ圧力損失を抑制した運転を行なうことが可能となる。
これにより、ＤＰＦ２の排気抵抗を低減してエンジンの燃費を低減すると共に、ＤＰＦ装置の耐久性を向上できる。

（第２参考例）
図４は本発明の第２参考例を示し、（Ａ）は図１対応図、（Ｂ）はＤＰＦ圧損の変化を示す線図である。
図４において、前記排気通路６のＤＰＦ２入口側にはＤＰＦ入口の排ガス温度を検出するＤＰＦ入口排ガス温度センサ１６が取り付けられ、前記排気通路６のＤＰＦ２出口側にはＤＰＦ出口の排ガス温度を検出するＤＰＦ出口排ガス温度センサ１８が取り付けられ、ＤＰＦ２の内部にはＤＰＦ内部温度センサ１７が取り付けられており、前記ＤＰＦ入口排ガス温度センサ１６からのＤＰＦ入口排ガス温度検出値Ｔ１、ＤＰＦ出口排ガス温度センサ１８からのＤＰＦ出口排ガス温度検検出値Ｔ２、及びＤＰＦ内部温度センサ１７からのＤＰＦ内部温度の検出値Ｔ３は前記コントローラ１４に入力される。
また、前記排気通路６のＤＰＦ２出入口には、該ＤＰＦ２の排ガス出入口間の差圧ΔＰを検出するＤＰＦ差圧計１５が取り付けられて、該ＤＰＦ差圧計１５からのＤＰＦ差圧の検出値ΔＰは前記コントローラ１４に入力される。
その他の構成は、図１に示される第１参考例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

次に、図５に示すＤＰＦ装置の制御ブロック図に基づき、かかる第２参考例におけるＤＰＦバイパス弁１１の開閉制御について説明する。
前記ＤＰＦ差圧計１５からのＤＰＦ差圧の検出値ΔＰは前記コントローラ１４の圧損上昇率算出部に入力される。圧損上昇率算出部１４６においては、図４（Ｂ）に示すような単位時間当たりの圧損上昇率ΔΔＰ＝ｄΔＰ／ｄｔを算出して圧損判断部１４８に入力する。
さらに、前記ＤＰＦ入口排ガス温度センサ１６からのＤＰＦ入口排ガス温度検出値Ｔ１及び、ＤＰＦ出口排ガス温度センサ１８からのＤＰＦ出口排ガス温度検出値Ｔ２は前記コントローラ１４のＤＰＦ出入口温度差算出部１４５に入力される。該ＤＰＦ出入口温度差算出部１４５においては、前記ＤＰＦ２出入口間の排ガス温度差ΔＴを算出してＤＰＦ温度差算出部１５０に入力する。

また前記コントローラ１４は基準圧損上昇率設定部１４７をそなえており、該基準圧損上昇率設定部１４７においては、ＤＰＦ２における圧損上昇率の基準値である基準圧損上昇率つまりエンジンの煤発生量が少なくＤＰＦバイパス弁１１を開放可能とする圧損上昇率が設定されている。
そして前記圧損判断部１４８においては、前記圧損上昇率ΔΔＰの算出値が、前記基準圧損上昇率以下のときはエンジンの煤発生量が少ないと判断して、ＤＰＦバイパス弁１１を開放せしめてＤＰＦへの排ガス流量を減少させる。
一方、前記圧損上昇率ΔΔＰの算出値が、前記基準圧損上昇率を超えるときはエンジンの煤発生量が多いと判断して、ＤＰＦバイパス弁１１を閉鎖あるいは開度を減少せしめてＤＰＦ２への排ガス流量を増加させ、該ＤＰＦにおける煤除去機能を上昇させる。

また前記コントローラ１４は基準ＤＰＦ出入口温度差設定部１４９をそなえており、該基準ＤＰＦ出入口温度差設定部１４９においては、ＤＰＦ２におけるＤＰＦ出入口温度差の基準値である基準ＤＰＦ出入口温度差つまりエンジンの煤発生量が少なくＤＰＦバイパス弁１１を開放可能とするＤＰＦ出入口温度差が設定されている。
そして前記ＤＰＦ温度差判断部１５０においては、ＤＰＦ出入口間排ガス温度差ΔＴの算出値が前記基準ＤＰＦ出入口温度差以下のときは、ＤＰＦ２での煤除去作用が小さいと判断してＤＰＦバイパス弁１１を開放せしめてＤＰＦ２の排ガス流量を減少させる。
一方、前記排ガス出入口温度差ΔＴが前記基準ＤＰＦ出入口温度差を超えるときには、ＤＰＦ２での煤除去作用が活発と判断して、ＤＰＦバイパス弁１１を閉鎖あるいは開度を減少せしめてＤＰＦ２への排ガス流量を増加させる。

また前記コントローラ１４は基準ＤＰＦ内部温度設定部１５１をそなえており、該基準ＤＰＦ内部温度設定部１５１においては、ＤＰＦ２におけるＤＰＦ内部温度の基準値である基準ＤＰＦ内部温度、つまりＤＰＦ内部温度の上昇が小さくＤＰＦバイパス弁１１を開放可能とするＤＰＦ内部温度が設定されている。
そしてＤＰＦ内部温度判断部１５２においては、前記ＤＰＦ内部温度センサ１７からのＤＰＦ内部温度の検出値Ｔ３が前記基準ＤＰＦ内部温度以下のときはＤＰＦ２での煤除去作用が小さいと判断して、ＤＰＦバイパス弁１１を開放せしめてＤＰＦ２の排ガス流量を減少させる。
一方、前記ＤＰＦ内部温度の検出値Ｔ３が前記基準ＤＰＦ内部温度を超えたときにはＤＰＦ２での煤除去作用が活発と判断して、ＤＰＦバイパス弁１１を閉鎖あるいは開度を減少せしめてＤＰ２Ｆへの排ガス流量を増加させる。

前記圧損判断部１４８からの圧損上昇率判断結果、ＤＰＦ温度差判断部１５０からのＤＰＦ出入口間排ガス温度差判断結果、及びＤＰＦ内部温度判断部１５２からのＤＰＦ内部温度の判断結果はＤＰＦバイパス弁開閉判断部１４３に入力される。
該ＤＰＦバイパス弁開閉判断部１４３においては、圧損上昇率ΔΔＰの算出値が基準圧損上昇率以下のときは、エンジンの煤発生量が少ないと判断してＤＰＦバイパス弁１１を開放せしめてＤＰＦへの排ガス流量を減少させ、圧損上昇率ΔΔＰの算出値が基準圧損上昇率を超えるときは、エンジンの煤発生量が多いと判断して、ＤＰＦバイパス弁１１を閉鎖あるいは開度を減少せしめてＤＰＦ２への排ガス流量を増加させ該ＤＰＦにおける煤除去機能を上昇させる。

またＤＰＦバイパス弁開閉判断部１４３においては、
前記圧損上昇率ΔΔＰの算出値が前記基準圧損上昇率以下で、且つ前記ＤＰＦ出入口間排ガス温度差ΔＴの算出値が前記基準ＤＰＦ出入口温度差以下で、且つＤＰＦ内部温度の検出値Ｔ３が前記基準ＤＰＦ内部温度以下の３つの条件を満足したときは、ＤＰＦ２での煤除去作用が小さいと判断して、ＤＰＦバイパス弁１１を開放せしめてＤＰＦ２の排ガス流量を減少させる。
一方、前記圧損上昇率ΔΔＰの算出値が前記基準圧損上昇率を超え、且つ前記ＤＰＦ出入口間排ガス温度差ΔＴの算出値が前記基準ＤＰＦ出入口温度差を超え、且つＤＰＦ内部温度の検出値Ｔ３が前記基準ＤＰＦ内部温度を超える３つの条件を満足したときは、エンジンの煤発生量が多いと判断して、ＤＰＦバイパス弁１１を閉鎖あるいは開度を減少せしめてＤＰＦ２への排ガス流量を増加させ、該ＤＰＦにおける煤除去機能を上昇させる。

以上の第２参考例によれば、ＤＰＦバイパス弁１１の開閉制御にＤＰＦ２における圧損（圧力損失）上昇率ΔΔＰを取り入れ、この圧損上昇率ΔΔＰが前記基準圧損上昇率以下のときはエンジンの煤発生量が少ないと判断してＤＰＦバイパス弁を開放せしめてＤＰＦ２への排ガス流量を減少させ、前記圧損上昇率ΔΔＰが前記基準圧損上昇率超えるときはエンジンの煤発生量が多いと判断してＤＰＦバイパス弁１１を閉鎖あるいは開度を減少せしめてＤＰＦへの排ガス流量を増加させ、ＤＰＦ２における煤除去機能を上昇させることにより、常時ＤＰＦ２の煤除去機能を高く保持し且つＤＰＦ圧力損失を許容値以下に抑制した運転を行なうことが可能となる。
殊に、ＤＰＦバイパス弁１１の開閉制御に、ＤＰＦ２における圧損上昇率ΔΔＰを取り入れたことによって、ＤＰＦ圧損の急変化に迅速に対応してＤＰＦ２の排ガス流量を変化させることが可能となって、ＤＰＦ２の排ガス流量制御の応答性が向上する。

また、かかる第２参考例によれば、ＤＰＦバイパス弁１１の開閉制御に、ＤＰＦ２における圧損上昇率ΔΔＰに加えて、ＤＰＦにおける排ガスの出入口温度差ΔＴ及びＤＰＦ２の内部温度Ｔ３を取り入れたことにより、ＤＰＦ圧損の急変化に迅速に対応してＤＰＦ２の排ガス流量を変化させることが可能となって、ＤＰＦ２の排ガス流量制御の応答性が向上するとともに、排ガスの出入口温度差ΔＴ及びＤＰＦの内部温度Ｔ３によってＤＰＦ２の煤除去作用状態を検知して、該ＤＰＦ２における排ガス流量を行なうことにより、ＤＰＦ２の排ガス流量制御の精度が向上する。

（実施例）
図６は、本発明の実施例を示す図１対応図である。
かかる実施例は、図４に示される第２参考例に、エンジン１の給気圧力を検出する給気圧センサ２３、給気温度を検出する給気温度センサ２４、給気量を検出する給気量センサ２５、燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出器２１、前記ＤＰＦ２の上流の排ガス圧力を検出する排ガス圧力センサ２２、ＤＰＦバイパス弁１１の開度を検出するバイパス弁開度検出器２０を追設し、これら各センサ（検出器）の検出値を前記コントローラ１４に入力して、後述する演算、制御を行なっている。
その他の構成は、前記第１参考例（図１）あるいは第２参考例（図４）と同様であり、これらと同一の部材は同一の符号で示す。

次に、図７に示すＤＰＦ装置の制御ブロック図に基づき、かかる実施例におけるＤＰＦバイパス弁１１の開閉制御について説明する。
前記給気圧センサ２３からの給気圧力検出値、給気温度センサ２４からの給気温度検出値、給気量センサ２５からの給気量検出値、燃料噴射量検出器２１からの燃料噴射量検出値、前記排ガス圧力センサ２２からの排ガス圧力検出値、バイパス弁開度検出器２０からのＤＰＦバイパス弁開度検出値、及びＤＰＦ排ガス入口温度センサ１６からのＤＰＦ排ガス入口温度検出値は、前記コントローラ１４の排ガス流量算出部１５５に入力される。
該排ガス流量算出部１５５においては、前記各検出値を用いて（各検出値の一部を用いてもよい）排ガス流量を算出して、ＤＰＦバイパス弁開閉判断部１４３に入力する。

１５６は圧力損失／排ガス流量設定部１５６で、図８にＷ _２線で示される排ガス流量〜ＤＰＦ圧力損失〜バイパス弁開度の関係が予め設定されており、排ガス流量〜ＤＰＦ圧力損失の関係がＷ_２線よりも上方領域になったときＤＰＦバイパス弁１１を閉とし、それよりも下の領域ではＤＰＦバイパス弁１１を開とするように設定されている。
ＤＰＦバイパス弁開閉判断部１４３においては、前記排ガス流量の算出値（たとえばＱｅｘ）と前記ＤＰＦ差圧計１５からのＤＰＦ差圧（圧力損失）検出値を図８に示される排ガス流量〜ＤＰＦ圧力損失〜バイパス弁開度線図に対応させて、ＤＰＦバイパス弁１１の開閉を決定し、該ＤＰＦバイパス弁１１を開閉せしめる。

このように構成すれば、ＤＰＦ２の再生時等において、該ＤＰＦ２の差圧ΔＰが基準値（つまり図８におけるＷ_２ライン）を超えた場合、ＤＰＦバイパス弁１１を閉じて、ＤＰＦ２への排ガス流量を増加して、ＤＰＦ２から熱を取り去ることにより、ＤＰＦ２の過熱による溶損の発生を防止できる。

一方、前記第２参考例と同様なＤＰＦ内部温度センサ１７からのＤＰＦ内部温度の検出値Ｔ３は、前記コントローラ１４のＤＰＦ温度上昇率算出部１５８に入力される。ＤＰＦ温度上昇率算出部１５８においては、図９に示すＤＰＦ温度変化線図のように、ＤＰＦ内部温度の検出値Ｔ３に基づきＤＰＦ温度上昇率ΔＴ３を算出しＤＰＦ温度上昇率判断部１６０に入力する。
１５９はＤＰＦ温度上昇率設定部で、ＤＰＦ温度上昇率の許容値つまり図９におけるＤＰＦ耐熱温度Ｔ３０が設定されている。
前記ＤＰＦ温度上昇率判断部１６０においては、前記ＤＰＦ温度上昇率ΔＴ３が、ＤＰＦ温度上昇率設定部１５９に設定されているＤＰＦ温度上昇率の許容値を超えるとき、前記ＤＰＦバイパス弁１１を閉じ、前記ＤＰＦ温度上昇率の許容値以下のとき前記ＤＰＦバイパス弁１１を開くように、該ＤＰＦバイパス弁１１を開閉制御する。

このように構成すれば、ＤＰＦ２に基準温度上昇率つまりＤＰＦ温度上昇率の許容値を超える急激な温度上昇があった場合には、ＤＰＦバイパス弁１１を閉じてＤＰＦ２への排ガス流量を増加して、該ＤＰＦ２から熱を取り去ることによりＤＰＦ２の温度上昇を抑制することにより、ＤＰＦ２の過熱による溶損の発生を防止できる。

本発明によれば、エンジン回転数、エンジン負荷等のエンジン運転条件とＤＰＦにおける煤除去機能及び圧力損失との最適関係を精緻に設定するとともに、ＤＰＦ出入口の排気温度、ＤＰＦ自体の温度等の広範囲の制御因子によってＤＰＦを通る排ガス量及びＤＰＦの作動を高精度に制御可能として、ＤＰＦ装置の耐久性を向上したＤＰＦ装置をそなえたエンジンの排気装置を提供できる。

本発明の第１参考例に係るＤＰＦ装置をそなえたディーゼルエンジンの排気装置の構成を示す系統図である。前記第１参考例に係るＤＰＦ装置の制御ブロック図である。（Ａ），（Ｂ）は前記第１参考例に係るＤＰＦ装置の特性線図である。本発明の第２参考例を示し、（Ａ）は図１対応図、（Ｂ）はＤＰＦ圧損の変化を示す線図である。前記第２参考例に係るＤＰＦ装置の制御ブロック図である。本発明の実施例を示す図１対応図である。前記実施例に係るＤＰＦ装置の制御ブロック図である。前記実施例に係るＤＰＦ装置の圧力損失特性線図である。前記実施例に係るＤＰＦ装置の内部温度特性線図である。従来技術に係るＤＰＦ装置をそなえたディーゼルエンジンの排気装置の構成を示す系統図である。

１ディーゼルエンジン
２ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）プランジャ
３還元触媒コンバータ
４酸化触媒コンバータ
６排気通路
７給気通路
１０ＤＰＦバイパス通路
１１ＤＰＦバイパス弁
１２負荷検出器
１３エンジン回転数検出器
１４コントローラ
１５ＤＰＦ差圧計
１６ＤＰＦ入口排ガス温度センサ
１７ＤＰＦ内部温度センサ
１８ＤＰＦ出口排ガス温度センサ

Claims

排気通路に、排ガス中の煤等の固形排出物を捕獲する黒煙除去装置（ＤＰＦ）をそなえたエンジンにおいて、
前記排気通路の黒煙除去装置の上流部位から分岐されて該黒煙除去装置の下流部位に接続されるＤＰＦバイパス通路と、
該ＤＰＦバイパス通路を開閉するとともに通路面積を調整するＤＰＦバイパス弁と、
前記黒煙除去装置の再生時において、ＤＰＦの過熱を防止するように予め設定された排ガス流量とＤＰＦ差圧とバイパス弁開閉の基準関係を用いて、排ガス流量の算出値とＤＰＦ差圧の検出値とを前記基準関係に適応して、前記ＤＰＦ差圧の検出値が基準差圧を超えたとき、ＤＰＦバイパス弁を閉じて前記ＤＰＦの排ガス流量を前記差圧検出値に対応する基準排ガス流量に増加させて前記ＤＰＦから熱を取り去るように制御するコントローラと、をそなえたことを特徴とするＤＰＦ装置をそなえたエンジンの排気装置。
前記コントローラは、前記ＤＰＦの内部温度の検出値に基づき該ＤＰＦの温度上昇率を算出する温度上昇率算出手段をそなえ、前記黒煙除去装置の再生時において、前記温度上昇率が予め設定された基準温度上昇率を超えるとき、前記ＤＰＦバイパス弁を閉じて前記ＤＰＦへの排ガス流量を増大して前記ＤＰＦから熱を取り去るように制御することを特徴とする請求項１記載のＤＰＦ装置をそなえたエンジンの排気装置。