JP5543725B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンの排気管の途中に後処理装置を装備して排気浄化を図ることが行われており、この種の後処理装置としては、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するパティキュレートフィルタや、酸素共存下でも選択的にＮＯx（窒素酸化物）を還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒が知られている。

前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体を主構成とし、該フィルタ本体における格子状に区画された各流路の入口が栓体により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が栓体により目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排出ガスのみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集されるようになっている。そして、排出ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼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。

一方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニアを用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し問題があるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、該排出ガス中で尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。尚、尿素水は−１３．５［℃］以下で凍ってしまうため、寒冷地での使用を想定した車両については、尿素水タンク内や尿素水供給ラインの途中で凍りついた尿素水を解凍する対策を施す必要がある。このため、前記尿素水タンクや尿素水供給ラインの外周に、内部にエンジンクーラントが流通するクーラント配管を巻き付け、該クーラント配管内を流通するクーラントを昇温させることにより、前記凍りついた尿素水を解凍することが行われている。

そして、前記後処理装置としてのパティキュレートフィルタの再生や選択還元型触媒のための尿素水の解凍を行うために、アイドリング時に排気絞り手段により排気流量を絞り込むことにより、該排気絞り手段より上流側の排出ガスを昇圧させることで排気温度を上昇させ、しかも、排気抵抗を高めることにより気筒内に比較的温度の低い吸気を流入し難くさせて比較的温度の高い排出ガスの残留量を増加せしめ、この比較的温度の高い排出ガスを多く含む気筒内の空気を次の圧縮行程で圧縮して爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇を図ると共に、これに伴うディーゼルエンジンの暖機運転により前記クーラントを昇温させることが行われるが、前記排気絞り手段としては、通常、排気管の途中に設けられるエキゾーストブレーキが利用されている。

ここで、仮に前記排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキが閉じ過ぎていると、負荷が高くなり過ぎてディーゼルエンジンがうまく回らなくなり、逆に開き過ぎていると、排気温度を上昇させることができなくなるため、前記排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキによる負荷の増加が適切であるか否かは、サービス技術者がツールを使って判断していた。

尚、エキゾーストブレーキの故障を検出する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開平１０−１６９４７１号公報

しかしながら、前述の如く、排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキによる負荷の増加が適切であるかをサービス技術者がツールを使って判断するのでは、実際の運転時に異常が生じた場合には対処できず、改善が望まれているのが現状であった。

又、特許文献１に開示されているものでは、積分補正噴射量という値を使ってエキゾーストブレーキの故障を検出しているが、該積分補正噴射量を求めるのに複雑な演算が必要となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、複雑な演算等を行うことなく、実際の運転時に排気絞り手段による負荷の増加が適切であるかを判断し得る排気浄化装置を提供しようとするものである。

本発明は、エンジンの排気管途中に設けられる排気浄化用の後処理装置と、
該後処理装置をアイドリング時に所要温度に昇温させるよう排気流量を絞り込む排気絞り手段と、
該排気絞り手段の作動要求が出力された際に、実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動前燃料噴射量Ｆ１を算出し、前記排気絞り手段を作動させた後、実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動後燃料噴射量Ｆ２を算出し、該作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えていない、即ち
第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
である場合に、前記排気絞り手段が正常であるとする一方、前記作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えている、即ち
第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
ではない場合（Ａ＞Ｆ２−Ｆ１又はＦ２−Ｆ１＞Ｂである場合）に、前記排気絞り手段が異常であると判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前記異常判定手段において、エンジンのアイドリング時に排気絞り手段の作動要求が出力されると、実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動前燃料噴射量Ｆ１が算出され、前記排気絞り手段が作動した後、実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動後燃料噴射量Ｆ２が算出され、該作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えていない、即ち
第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
である場合には、前記排気絞り手段が正常であると判定される一方、前記作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えている、即ち
第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
ではない場合（Ａ＞Ｆ２−Ｆ１又はＦ２−Ｆ１＞Ｂである場合）に、前記排気絞り手段が異常であると判定され、前記排気絞り手段の作動による負荷の増加が適切でないと判断することが可能となる。

前記排気浄化装置においては、排気絞り手段をエキゾーストブレーキとすることができる。

本発明の排気浄化装置によれば、複雑な演算等を行うことなく、実際の運転時に排気絞り手段による負荷の増加が適切であるかを判断し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施例を示す概要構成図である。 本発明の実施例における制御の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の実施例であって、図示しているディーゼルエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。

前記ディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７はエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。

前記排出ガス７が流通する排気管９の途中には、排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキ３０と、ケーシング４１により抱持された後処理装置としてのパティキュレートフィルタ４０と、ケーシング１１により抱持された後処理装置としての選択還元型触媒１０とが装備されている。尚、前記パティキュレートフィルタ４０は、コージェライト等のセラミックスから成る多孔質のハニカム構造で、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排出ガス７のみが下流側へ排出されるようにしてある。又、前記選択還元型触媒１０は、例えば、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。

更に、尿素水１２が貯留される尿素水タンク２０から延ばした尿素水供給ライン１５の途中には、尿素水タンク２０の尿素水１２を圧送する供給ポンプ２１と、該供給ポンプ２１によって圧送される尿素水１２の圧力を調整するレギュレータ２２と、該レギュレータ２２によって圧力が調整された尿素水１２を添加ノズル１６から選択還元型触媒１０の上流側における排気管９内へ噴射させるインジェクタ２３とを設けるようにしてある。

一方、制御装置２４からは、前記供給ポンプ２１に対し駆動指令信号２１ａが出力され、前記レギュレータ２２に対し調圧指令信号２２ａが出力され、前記インジェクタ２３に対し開弁指令信号２３ａが出力されるようになっており、該インジェクタ２３の開弁作動により尿素水１２の添加量が適切に制御され、その添加時に必要な噴射圧力が前記供給ポンプ２１の駆動とレギュレータ２２の作動により適宜得られるようになっている。又、前記制御装置２４からは、前記エキゾーストブレーキ３０に対し開度制御信号３０ａが出力されるようになっている。

尚、前記制御装置２４においては、図示していないエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）との間でディーゼルエンジン１の回転数及び負荷がやり取りされるようになっており、これらから判断される現在の運転状態に基づきＮＯxの発生量が推定され、その推定されたＮＯxの発生量に見合う尿素水１２の添加量が算出されて必要量の尿素水１２の添加が実行されるようになっている。

そして、前記後処理装置としてのパティキュレートフィルタ４０の再生を行うために、アイドリング時に排出ガス温度を所要温度に昇温させる際、或いは、前記尿素水タンク２０の尿素水１２が凍結していたときに、該尿素水１２を解凍するために、尿素水タンク２０や尿素水供給ライン１５の外周に巻き付けられたクーラント配管（図示せず）内を流通するクーラントを昇温させるようディーゼルエンジン１の暖機運転を行う際には、前記排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキ３０の作動要求が出力され、該エキゾーストブレーキ３０によるディーゼルエンジン１の負荷の増加が適切であれば、前記開度制御信号３０ａにて作動するエキゾーストブレーキ３０の作動前後で燃料噴射量に大きな変化は生じないが、仮に前記エキゾーストブレーキ３０が閉じ過ぎていたり、逆に開き過ぎていたりすると、エキゾーストブレーキ３０の作動前後で燃料噴射量に大きな変化が生じるため、本実施例の場合、前記制御装置２４においては、図２に示す如く、ステップＳ１としてディーゼルエンジン１のアイドリング時に前記排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキ３０の作動要求が出力された際に、ステップＳ２として実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動前燃料噴射量Ｆ１を算出し、ステップＳ３として前記排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキ３０を作動させた後、ステップＳ４として実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動後燃料噴射量Ｆ２を算出し、ステップＳ５として該作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えているか否かの判断を行い、（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えていない、即ち
第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
である場合には、正常であるとしてステップＳ６へ進むようにし、一方、前記ステップＳ５として前記作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えているか否かの判断を行い、（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えている、即ち
第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
ではない場合（Ａ＞Ｆ２−Ｆ１又はＦ２−Ｆ１＞Ｂである場合）には、異常であるとしてステップＳ７へ進み、次のステップＳ８として警報を発し、運転者に異常を知らせるようにし、これにより、前記制御装置２４を異常判定手段として用いるようにしてある。

尚、前記ステップＳ２及びステップＳ４において必要となる実際の燃料噴射量は、前記エンジン制御コンピュータ（図示せず）から出力される値、或いは実測値のいずれを用いることも可能である。

次に、上記実施例の作用を説明する。

前記異常判定手段としての制御装置２４において、ディーゼルエンジン１のアイドリング時に前記排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキ３０の作動要求が出力さると（図２のステップＳ１参照）、実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動前燃料噴射量Ｆ１が算出され（図２のステップＳ２参照）、前記排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキ３０が作動（図２のステップＳ３参照）した後、実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動後燃料噴射量Ｆ２が算出され（図２のステップＳ４参照）、該作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えているか否かの判断が行われ（図２のステップＳ５参照）、（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えていない、即ち
第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
である場合（図２のステップＳ５の「ＹＥＳ」参照）には、正常であると判定される（図２のステップＳ６参照）。

一方、前記作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えているか否かの判断が行われ（図２のステップＳ５参照）、（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えている、即ち
第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
ではない場合（Ａ＞Ｆ２−Ｆ１又はＦ２−Ｆ１＞Ｂである場合）（図２のステップＳ５の「ＮＯ」参照）には、異常である判定され（図２のステップＳ７参照）、警報が発せられ（図２のステップＳ８参照）、運転者に異常が知らせられる形となり、これにより、前記排気絞り手段としてのエキゾーストブレーキ３０の作動による負荷の増加が適切でないと判断することが可能となる。

こうして、複雑な演算等を行うことなく、実際の運転時に排気絞り手段による負荷の増加が適切であるかを判断し得る。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、排気絞り手段としては、エキゾーストブレーキに限らず、排気系に装着され且つ負荷を上昇させ得るものであればどのようなものでも適用可能なこと、又、排気絞り手段により排気温度を上昇させる要素としては、排圧上昇に伴う負荷増加による燃料噴射量増加が挙げられること等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
７ 排出ガス
９ 排気管
１０ 選択還元型触媒（後処理装置）
１５ 尿素水供給ライン
２０ 尿素水タンク
２４ 制御装置（異常判定手段）
３０ エキゾーストブレーキ（排気絞り手段）
３０ａ 開度制御信号
４０ パティキュレートフィルタ（後処理装置）
Ａ 第一閾値
Ｂ 第二閾値
Ｆ１ 作動前燃料噴射量
Ｆ２ 作動後燃料噴射量

Claims (2)

1. エンジンの排気管途中に設けられる排気浄化用の後処理装置と、
   該後処理装置をアイドリング時に所要温度に昇温させるよう排気流量を絞り込む排気絞り手段と、
   該排気絞り手段の作動要求が出力された際に、実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動前燃料噴射量Ｆ１を算出し、前記排気絞り手段を作動させた後、実際の燃料噴射量に基づき数秒間の平均化処理により作動後燃料噴射量Ｆ２を算出し、該作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えていない、即ち
   第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
   である場合に、前記排気絞り手段が正常であるとする一方、前記作動後燃料噴射量Ｆ２から前記作動前燃料噴射量Ｆ１を差し引いた値（Ｆ２−Ｆ１）が許容範囲を越えている、即ち
   第一閾値Ａ≦Ｆ２−Ｆ１≦第二閾値Ｂ
   ではない場合（Ａ＞Ｆ２−Ｆ１又はＦ２−Ｆ１＞Ｂである場合）に、前記排気絞り手段が異常であると判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 排気絞り手段をエキゾーストブレーキとした請求項１記載の排気浄化装置。

Images