JP5049951B2 - Exhaust aftertreatment device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気通路に噴射供給される燃料の酸化反応熱によってフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去する排気後処理装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust aftertreatment device that incinerates and removes particulates accumulated on a filter by oxidation reaction heat of fuel injected and supplied to an exhaust passage of an engine.
ディーゼルエンジン等の排出ガスに含まれるパティキュレート(PM、particulate matter、微粒子物質ともいう)をフィルタ(パティキュレートフィルタ)で捕集し、所定のタイミングでフィルタを加熱し、蓄積したパティキュレートを消失させフィルタを再生することが行われている。 Particulates (also referred to as PM, particulate matter) contained in exhaust gas from diesel engines, etc. are collected by a filter (particulate filter), and the filter is heated at a predetermined timing to eliminate accumulated particulates. Playing the filter has been done.
特許文献1には、エンジンの排気通路に燃料(軽油)を噴射供給するインジェクタを備え、インジェクタから噴射された燃料が酸化触媒にて酸化し、その酸化反応熱によってフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去することが記載されている。
この種の排気後処理装置として、従来、排気通路に臨むノズルに加圧燃料と加圧空気をそれぞれ導き、ノズルから燃料と空気を混合して噴射供給するものがあった。
しかしながら、このような従来の排気後処理装置にあっては、加圧空気を供給する空気供給系統に異常が生じたり、ノズルに詰まり等の異常が生じる可能性がある。 However, in such a conventional exhaust aftertreatment device, there is a possibility that an abnormality occurs in the air supply system that supplies pressurized air or an abnormality such as clogging of the nozzles.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ノズルに対する空気供給系統の異常を診断する排気後処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust aftertreatment device that diagnoses an abnormality in an air supply system with respect to a nozzle.
本発明では、エンジンの排気通路に介装されるフィルタと、排気通路のフィルタより上流側に臨むノズルと、ノズルに加圧燃料を導く燃料供給通路と、ノズルに加圧空気を導く空気供給通路とを備え、排気通路のフィルタより上流側に燃料と空気を噴射し、ノズルから噴射される燃料の酸化反応熱によってフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去する排気後処理装置であって、燃料供給通路に導かれる燃料圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサより上流側で燃料供給通路を遮断する上流側燃料遮断弁と、圧力センサより下流側で燃料供給通路を遮断する下流側燃料遮断弁と、空気供給通路を遮断する空気遮断弁とを備え、上流側燃料遮断弁を閉弁し下流側燃料遮断弁と空気遮断弁をそれぞれ開弁させた状態で圧力センサによって検出される空気供給圧力に応じて空気供給系統の異常を診断する構成とした。 In the present invention, a filter interposed in the exhaust passage of the engine, a nozzle facing the upstream side of the filter of the exhaust passage, a fuel supply passage that guides pressurized fuel to the nozzle, and an air supply passage that guides pressurized air to the nozzle And an exhaust aftertreatment device that injects fuel and air upstream of the filter in the exhaust passage and burns and removes particulates deposited on the filter by oxidation reaction heat of the fuel injected from the nozzle. A pressure sensor for detecting the fuel pressure guided to the passage; an upstream fuel shut-off valve for shutting off the fuel supply passage upstream of the pressure sensor; and a downstream fuel shut-off valve for shutting off the fuel supply passage downstream of the pressure sensor And an air shut-off valve that shuts off the air supply passage, and closes the upstream fuel shut-off valve and opens the downstream fuel shut-off valve and the air shut-off valve. And configured to diagnose an abnormality in the air supply system according to the air supply pressure detected Te.
本発明によると、燃料供給通路に介装された圧力センサによって空気供給通路から燃料供給通路に導かれる空気供給圧力を検出し、検出される空気供給圧力に応じて空気供給系統の異常を的確に診断することができる。 According to the present invention, the air supply pressure led from the air supply passage to the fuel supply passage is detected by the pressure sensor interposed in the fuel supply passage, and the abnormality of the air supply system is accurately determined according to the detected air supply pressure. Can be diagnosed.
本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、排気後処理装置の概略構成を示すブロック図である。排気後処理装置は、ディーゼルエンジン10の排気通路2に、酸化触媒(DOC)3、フィルタ(DPF)4、尿素SCR触媒5が順に介装される。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust aftertreatment device. In the exhaust aftertreatment device, an oxidation catalyst (DOC) 3, a filter (DPF) 4, and a
酸化触媒3は、例えばハニカム状のコーディライトまたは耐熱鋼の担体の表面に活性アルミナなどをコーティングし、このコーティング層に白金、パラジウムまたはロジウムなどの貴金属の触媒活性成分を含ませている。酸化触媒3は、排出ガス中のNO、HC、COを酸化して、NO2、H2、CO2に変換する。
In the
フィルタ4は、排出ガス中のパティキュレート(PM)を捕集するフィルタであり、例えばセラミック等の耐熱性の多孔質のフィルタ壁からなる。
The
酸化触媒3の温度が高い触媒の活性状況下では、フィルタ4に捕捉したパティキュレートが酸化除去される、連続再生が行われる。
Under active conditions of the catalyst having a high temperature of the
酸化触媒3の温度が低い触媒の不活性状況下では、パティキュレートが十分に処理されず堆積量が増大することがある。これに対処して、フィルタ4に捕捉されたパティキュレートが所定量に達すると、パティキュレートを強制的に燃焼除去すべく強制再生が行われる。
Under the inactive state of the catalyst having a low temperature of the
排気通路2の酸化触媒3よりも上流側には、燃料と空気を噴射するノズル6が設けられる。強制再生時にて、ノズル6から噴射された燃料が酸化触媒3にて酸化し、その酸化反応熱によってフィルタ4に堆積したパティキュレートを焼却除去する強制再生が行われる。
A
図2は、ノズル6から燃料と空気を噴射する強制再生装置20の構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a forced
この強制再生装置20は、加圧燃料を導く燃料供給通路21と、加圧空気を導く空気供給通路22と、加圧燃料と加圧空気を混合してノズル6へと導く燃料空気混合通路23とを備える。
The forced
燃料供給通路21は、図示しない燃料ポンプを介して燃料タンクに連通し、燃料ポンプから吐出される加圧燃料が供給される。燃料供給通路21に供給される燃料の圧力は、例えば100kPa程度に調節される。
The
燃料供給通路21には、上流側燃料遮断弁(SOV)31、チェックバルブ32、圧力センサ33、下流側燃料遮断弁(AHI)34が順に介装される。
In the
上流側燃料遮断弁31と下流側燃料遮断弁34とは、それぞれ電磁弁によって構成され、図示しないコントローラから送られる駆動電流によって開閉作動する。
The upstream side
チェックバルブ32は、上流側燃料遮断弁31と圧力センサ33の間に介装され、燃料供給通路21における燃料の逆流を止める。
The
圧力検出手段として設けられる圧力センサ33は、燃料供給通路21におけるチェックバルブ32と下流側燃料遮断弁34との間に生じる燃料圧力を検出し、その検出信号をコントローラに出力する。
The
空気供給通路22は、図示しない空気ポンプを介して外気を取り込み、空気ポンプから吐出される加圧空気が供給される。空気供給通路22に供給される空気の圧力は、例えば200kPa程度に調節される。
The
空気供給通路22には、オリフィス26、空気遮断弁(AIR)27、チェックバルブ28が順に介装される。
In the
空気遮断弁27とは、電磁弁によって構成され、コントローラから送られる駆動電流によって開閉作動する。
The air shut-off
チェックバルブ28は、空気供給通路22における空気の逆流を止める。
The
ノズル6は、燃料空気混合通路23の下流端の通路断面積を縮小する噴口(絞り)を有する。ノズル6は、この噴口が排気通路2を画成する排気管内に臨み、排気通路2を流れる排出ガス中に燃料を噴霧状にして噴射する。
The
コントローラは、エンジン10の運転状態検出信号に応じてフィルタ4の強制再生時期を判定し、強制再生時にて、上流側燃料遮断弁31、下流側燃料遮断弁34、空気遮断弁27をそれぞれ開弁させる。これにより、燃料供給通路21から導かれる加圧燃料と、空気供給通路22から導かれる加圧空気とが混合し、これが燃料空気混合通路23を通ってノズル6へと導かれ、ノズル6から排気通路2を流れる排出ガス中に燃料が噴霧状になって噴射される。噴射された燃料が酸化触媒3にて酸化し、その酸化反応熱によってフィルタ4に堆積したパティキュレートを焼却除去する強制再生が行われる。
The controller determines the forced regeneration timing of the
ところで、強制再生装置20は、燃料供給系統の異常、空気供給系統の異常、ノズル6の詰まり等が生じる可能性がある。
By the way, the forced
これに対処して、本発明は、コントローラが、上流側燃料遮断弁31、下流側燃料遮断弁34、空気遮断弁27を所定の手順で開閉作動させ、その過程にて圧力センサ33の検出信号に応じて燃料供給系統の異常、空気供給系統の異常、ノズル6の詰まりをそれぞれ診断する。
In response to this, in the present invention, the controller opens and closes the upstream side
次に、コントローラで実行されるこの制御動作を図3のフローチャートにしたがって説明する。 Next, this control operation executed by the controller will be described with reference to the flowchart of FIG.
ここで、強制再生装置20は、燃料供給系統が正常に作動する場合、燃料供給通路21には100kPaの加圧燃料が導かれ、空気供給系統が正常に作動する場合、空気供給通路22には200kPaの加圧空気が導かれるように設定されている。
Here, the forced
所定の診断条件(上流側燃料遮断弁31が開弁し、下流側燃料遮断弁34が閉弁した運転状態)が成立したエンジン10の運転状態にて、まず、ステップS1〜S5にて、空気供給系統の異常を診断する。
In an operating state of the
ステップS1にて、上流側燃料遮断弁31、下流側燃料遮断弁34、空気遮断弁27を全て閉弁させる。
In step S1, the upstream side
続く、ステップS2にて、圧力センサ33によって検出される燃料供給圧力P0を読み込む。燃料供給系統が正常に作動する場合、読み込まれる燃料供給圧力P0は100kPaの値になる。
In step S2, the fuel supply pressure P 0 detected by the
続く、ステップS3にて、上流側燃料遮断弁31を引き続いて閉弁させた状態で、下流側燃料遮断弁34と空気遮断弁27をそれぞれ開弁させ、空気供給通路22から導かれる空気供給圧力を燃料供給通路21を介して圧力センサ33に導く。
Subsequently, in step S3, with the upstream side
このとき、空気供給通路22から供給される加圧空気が燃料空気混合通路23からノズル6に導かれ、ノズル6から空気のみを噴射する。これによってノズル6内に付着したコンタミ等を空気流によって吹き飛ばし、ノズル6の詰まりを解消するパージ処理が行われる。
At this time, the pressurized air supplied from the
続く、ステップS4にて、圧力センサ33によって検出される空気供給圧力P1を読み込む。
In step S4, the air supply pressure P 1 detected by the
ここで、空気供給系統が正常に作動する場合、読み込まれる空気供給圧力P1は200kPaの値になる。 Here, when the air supply system operates normally, the read air supply pressure P 1 has a value of 200 kPa.
続く、ステップS5にて、読み込まれた空気供給圧力P1が読み込まれた燃料供給圧力P0より高いか否かを判定する。 Subsequent step S5, it is determined whether or not higher than the fuel supply pressure P 0 of the air supply pressure P 1 is read to read.
空気供給圧力P1が燃料供給圧力P0より高いと判定された場合に、空気供給系統が正常に作動していると判定し、ステップS6に進む。 When it is determined that the air supply pressure P 1 is higher than the fuel supply pressure P 0, it is determined that the air supply system is operating normally, and the process proceeds to step S6.
一方、空気供給圧力P1が燃料供給圧力P0以下と判定された場合に、空気供給系統に異常が生じていると判定し、テップS6に進む。 On the other hand, when it is determined that the air supply pressure P 1 is equal to or lower than the fuel supply pressure P 0, it is determined that an abnormality has occurred in the air supply system, and the process proceeds to step S6.
ステップS6にて、空気供給系統に異常が生じていることを示す空気供給系統異常フラグをたてる。図示しない別のルーチンにて、空気供給系統異常フラグがたっていることを判定した場合に、図示しない表示器に空気供給系統の異常表示を出力し、運転者に空気供給系統の異常が生じていることを知らせる。 In step S6, an air supply system abnormality flag indicating that an abnormality has occurred in the air supply system is set. When it is determined in another routine (not shown) that the air supply system abnormality flag is set, an abnormality display of the air supply system is output to a display (not shown), and the abnormality of the air supply system occurs to the driver. Let them know.
ステップS1〜S5にて、空気供給系統が正常に作動していると判定された場合、ステップS6〜S9にて、ノズル6の異常を診断する。
If it is determined in steps S1 to S5 that the air supply system is operating normally, an abnormality of the
まず、ステップS6にて、上流側燃料遮断弁31を引き続いて閉弁させ、かつ下流側燃料遮断弁34を引き続いて開弁させた状態で、空気遮断弁27を閉弁させる。これにより、圧力センサ33には空気供給通路22から導かれていた空気供給圧力が遮断され、ノズル6の上流側の燃料空気混合通路23に生じる空気残留圧力が導かれる。
First, in step S6, the
続く、ステップS7にて、圧力センサ33によって検出される空気残留圧力P2を読み込む。
Followed at step S7, read air residual pressure P 2 detected by the
ここで、ノズル6に詰まりが生じていない正常時、読み込まれる空気残留圧力P2は排気通路2の排気圧力に略0kPaに低下する。ノズル6に詰まりが生じた異常時、読み込まれる空気残留圧力P2はほとんど低下せず、空気供給通路22から導かれていた200kPa相当の空気圧力が残留する。
Here, when the
続く、ステップS8にて、読み込まれた空気供給圧力P1が空気残留圧力P2より高いか否かを判定する。 Subsequent step S8, the air supply pressure P 1 read is equal to or higher than or air residual pressure P 2.
空気供給圧力P1が空気残留圧力P2より高いと判定された場合に、ノズル6に詰まりが生じていない正常に作動していると判定し、ステップS9に進む。
When it is determined that the air supply pressure P 1 is higher than the residual air pressure P 2, it is determined that the
一方、空気供給圧力P1が空気残留圧力P2以下と判定された場合に、ノズル6に詰まりが生じて燃料空気混合通路23に空気残留圧力P2が高くなっている異常時と判定し、テップS11に進む。
On the other hand, when it is determined that the air supply pressure P 1 is equal to or lower than the residual air pressure P 2, it is determined that the
ステップS11にて、ノズル6に異常が生じていることを示すノズル異常フラグをたてる。図示しない別のルーチンにて、ノズル異常フラグがたっていることを判定した場合に、図示しない表示器にノズルの異常表示を出力し、運転者にノズルの異常が生じていることを知らせる。
In step S11, a nozzle abnormality flag indicating that an abnormality has occurred in the
また、図示しない別のルーチンにて、圧力センサ33の検出信号に応じて燃料系統に異常が生じたか否かが判定されるようになっている。この制御内容の説明は省略する。
Further, in another routine (not shown), whether or not an abnormality has occurred in the fuel system is determined according to the detection signal of the
本実施の形態では、エンジン10の排気通路2に介装されるフィルタ4と、排気通路2のフィルタ4より上流側に臨むノズル6と、ノズル6に加圧燃料を導く燃料供給通路21と、ノズル6に加圧空気を導く空気供給通路22とを備え、排気通路2のフィルタ4より上流側に燃料と空気を噴射し、ノズル6から噴射される燃料の酸化反応熱によってフィルタ4に堆積したパティキュレートを焼却除去する排気後処理装置であって、
燃料供給通路21に導かれる燃料圧力を検出する圧力センサ33と、この圧力センサ33より上流側で燃料供給通路21を遮断する上流側燃料遮断弁31と、圧力センサ33より下流側で燃料供給通路21を遮断する下流側燃料遮断弁34と、空気供給通路22を遮断する空気遮断弁27とを備え、上流側燃料遮断弁31を閉弁し下流側燃料遮断弁34と空気遮断弁27をそれぞれ開弁させた状態で圧力センサ33によって検出される空気供給圧力P1に応じて空気供給系統の異常を診断する構成とした。
In the present embodiment, a
A
上記構成に基づき、燃料供給通路21に介装された圧力センサ33によって空気供給通路22から燃料供給通路21に導かれる空気供給圧力P1を検出し、検出される空気供給圧力P1に応じて空気供給系統の異常を的確に診断することができる。
Based on the above configuration, the
本実施の形態では、上流側燃料遮断弁31、下流側燃料遮断弁34、空気遮断弁27を全て閉弁させて燃料供給圧力と空気供給圧力の両方を遮断した状態にて圧力センサ33によって検出される燃料供給圧力P0を読み込み、上流側燃料遮断弁31を引き続いて閉弁させて燃料供給通路21から導かれる燃料供給圧力を遮断し下流側燃料遮断弁34と空気遮断弁27をそれぞれ開弁させて空気供給通路22から導かれる空気供給圧力が圧力センサ33とノズル6にそれぞれ導かれる状態にて圧力センサ33によって検出される空気供給圧力P1を読み込み、検出された空気供給圧力P1が燃料供給圧力P0以上の場合に空気供給系統が正常に作動していると判定し、検出された空気供給圧力P1が燃料供給圧力P0より低い場合に空気供給系統に異常が生じていると判定する構成とした。
In this embodiment, the upstream side
上記構成に基づき、読み込まれた空気供給圧力P1と燃料供給圧力P0とを比較して空気供給系統の異常を的確に診断することができる。 Based on the above configuration, the read air supply pressure P 1 and the fuel supply pressure P 0 can be compared to accurately diagnose an abnormality in the air supply system.
本実施の形態では、空気供給系統が正常に作動していると判定された後、上流側燃料遮断弁31を引き続いて閉弁させ下流側燃料遮断弁34を引き続いて開弁させ空気遮断弁27を閉弁させた状態にて圧力センサ33によって検出される空気残留圧力P2を検出し、検出された空気供給圧力P1が空気残留圧力P2以下の場合にノズル6に異常が生じていると判定する
上記構成に基づき、空気供給圧力P1と空気残留圧力P2を比較して、ノズル6に詰まりが生じて燃料空気混合通路23に空気残留圧力P2が高くなっている異常時を的確に診断することができる。
In this embodiment, after it is determined that the air supply system is operating normally, the upstream side
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
3 酸化触媒
4 フィルタ
6 ノズル
10 エンジン
20 強制再生装置
21 燃料供給通路
22 空気供給通路
23 燃料空気混合通路
26 オリフィス
27 空気遮断弁
28 チェックバルブ
31 上流側燃料遮断弁
32 チェックバルブ
33 圧力センサ
34 下流側燃料遮断弁
3
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