JP6213260B2 - 排ガス浄化システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は排ガス浄化システム及びその制御方法に関し、更に詳しくは、燃費を悪化させることなく、ＰＭ捕集フィルタの熱暴走による破損を防止する排ガス浄化システム及びその制御方法に関する。

ディーゼルエンジンを搭載した車両においては、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を除去するための排ガス浄化システムが必要となる。前者のＰＭについては、セラミックス製のハニカム状多孔体のフィルタによりＰＭを捕集するＰＭ捕集フィルタが主に用いられている。また、後者のＮＯｘについては、還元剤触媒システムやＮＯｘ吸蔵還元触媒などが実用化されている。

上記のＰＭ捕集フィルタは、排ガス中のＰＭをフィルタで捕集して浄化するものであるが、フィルタの目詰まりを防ぐために、捕集限界量に達する前にＰＭを燃焼させて除去する必要がある（例えば、特許文献１を参照）。

排ガスの温度が５００℃以上などの高温であるときには、ＰＭは連続的に自然燃焼する。しかし、排ガスの温度が低温のときには、排ガス中に未燃燃料を供給して、未燃燃料の炭化水素（ＨＣ）をフィルタの前段に配置された酸化触媒（ＤＯＣ）で燃焼させ、その酸化反応熱を利用してＤＯＣを６００℃程度に加熱することで、排ガスを昇温して捕集されたＰＭを強制的に燃焼させる強制再生が必要となる。

この強制再生は、車両の停車時（アイドリング時）に行われる手動再生と、走行時に行われる自動再生とに大きく分けられる。後者の自動再生においては、故障などにより人為的にディーゼルエンジンを停止した場合であっても、ＰＭ捕集フィルタ内にＰＭの堆積があってかつ酸化反応に十分な温度場になっていると、ＰＭ捕集フィルタ内でのＰＭの燃焼が継続することになる。このＰＭの燃焼は発熱を伴うため、ディーゼルエンジンが停止して排気通路内を排ガスが流れていないと、ＰＭ捕集フィルタ内に滞留したガスが昇温し続けて、熱暴走によりＰＭ捕集フィルタが破損するおそれがある。

特に、過給器を備えた車両においては、過渡運転時において過給器の応答遅れが発生して、適切な運転制御が困難になるため、ＰＭの多量排出を招くことになる。このような過渡運転時でのＰＭの多量排出を抑制するには、現在のアクセル開度に対する燃焼噴射量の過渡変化を抑制すればよいが、自動車などの用途においては、トルクの応答性の悪化によるドライバビリティの低下や、一時的なトルク及び車速の低下を招くことになる。

そこで、過渡運転時において、過給器のタービンの上流に水蒸気等のガスを外部から供給してタービンの仕事量を増加させ、一時的にコンプレッサの過給圧を回復させることにより、過給器の応答遅れを防止して目的の機関性能を発揮させることで、ＰＭの多量排出を防ぐことが考えられる（例えば、特許文献２を参照）。

しかしながら、上記の特許文献２に係る発明においては、ガスをタービン入口に噴射するので、エンジン出力を用いて圧縮して高圧にする必要があるが、エンジン停止時には減圧しなければならないため、エンジンによる圧縮仕事が無駄になり、車両の燃費が悪化してしまうという問題がある。

特開２００５−１６３１７号公報 実開昭６１−５５１３２号公報

本発明の目的は、燃費を悪化させることなく、ＰＭ捕集フィルタの熱暴走による破損を防止することができる排ガス浄化システム及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の排ガス浄化システムは、車両に搭載されたディーゼルエンジンの吸気通路に介設された吸気スロットルバルブと、前記ディーゼルエンジンの排気通路に上流側から順に配置されたターボ式過給器のタービン及びＰＭ捕集フィルタと、前記排気通路から前記吸気通路へ連通するＥＧＲ通路に介設されたＥＧＲバルブと、前記タービンの上流側の排気通路に取り付けられたガス供給手段とを備えた排ガス浄化システムにおいて、前記吸気スロットルバルブ、ＥＧＲバルブ及びガス供給手段を制御する制御手段を設け、前記制御手段は、前記車両の走行中に前記ディーゼルエンジンが停止したときは、前記吸気スロットルバルブ及びＥＧＲバルブを全閉した後に、前記ガス供給手段により前記排気通路内にガスを供給することを特徴とするものである。

また、上記の目的を達成する本発明の排ガス浄化システムの制御方法は、車両に搭載されたディーゼルエンジンの吸気通路に介設された吸気スロットルバルブと、前記ディーゼルエンジンの排気通路に上流側から順に配置されたターボ式過給器のタービン及びＰＭ捕集フィルタと、前記排気通路から前記吸気通路へ連通するＥＧＲ通路に介設されたＥＧＲバルブとを備えた排ガス浄化システムの制御方法であって、前記車両の走行中に前記ディーゼルエンジンが停止したときは、前記吸気スロットルバルブ及びＥＧＲバルブを全閉した後に、前記タービンの上流側の排気通路内にガスを供給することを特徴とするものである。

本発明の排ガス浄化システム及びその制御方法によれば、車両走行中のディーゼルエンジンの停止時に、排気通路に外部からガスを供給することで、ＰＭ捕集フィルタ内に滞留する高温の排ガスを強制的に排気させるようにしたので、燃費を悪化させることなくＰＭ捕集フィルタの熱暴走による破損を防止することができる。

本発明の実施形態からなる排ガス浄化システムの構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなる排ガス浄化システムを示す。

この排ガス浄化システム１が装備されるディーゼルエンジン２では、吸入口３から吸気通路４内へ吸入された空気は、エアクリーナー５を通過してからターボ式過給器６のコンプレッサ７により圧縮され、インタークーラー８で冷却されてから吸気スロットルバルブ９において流量を調整された後に、吸気バルブ１０を経て気筒１１内へ供給される。

そして、気筒１１内に形成された燃焼室１２において、燃料インジェクタ１３から噴射された燃料と混合・燃焼し、その燃焼圧力によってピストン１４を押し下げた後に、排気バルブ１５を経て排ガスとなって排気通路１６へ排気され、ターボ式過給器６のタービン１７を回転駆動させてから、ＤＯＣ１８とＰＭ捕集フィルタ１９とを順に通過して排気口２０から放出される。なお、ＤＯＣ１８とＰＭ捕集フィルタ１９との間に、あるいはＰＭ捕集フィルタ１９の後流側に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒などのＮＯｘ浄化触媒を配置する場合もある。

ＤＯＣ１８は、排ガスの混合機能を有する構造に成形した金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。また、ＰＭ捕集フィルタ１９は、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフローフィルタから形成される。

ＤＯＣ１８への未燃燃料の供給は、上流側の排気通路１６に設けた燃料噴射ノズル２１で排ガス中に軽油燃料を噴射することにより行われるが、気筒１１内への燃料噴射におけるポスト噴射により行うこともできる。

上記のＰＭ捕集フィルタ１９の上流側及び下流側の排気通路１６には、差圧測定手段２２である入口排ガス圧力センサ２３及び出口排ガス圧力センサ２４が、それぞれ設置されている。

なお、図１の構成では、ＤＯＣ１８とＰＭ捕集フィルタ１９とを別体としているが、フィルタに酸化触媒を担持させたＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter）として一体で用いるようにしても良い。

また、ディーゼルエンジン２からの排ガスの一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路２５に分流し、吸気スロットルバルブ９の下流側の吸気通路４へ再循環する。このＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー２６と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２７とが、排気通路１６側から順に配置されている。

更に、タービン１７の上流側の排気通路１６には、蓄圧タンク２８と、その蓄圧タンク２８に接続するガスインジェクタ２９とからなるガス供給手段３０が取り付けられている。蓄圧タンク２８内には、ディーゼルエンジン２の出力により駆動する圧縮機（図示せず）により圧縮されたガスが貯留している。このガスの種類としては、空気、水蒸気若しくは排ガス、又はそれらのうちから選ばれる少なくとも２つからなる混合ガスなどが例示される。

このガス供給手段３０は、車両の過渡運転時において、蓄圧タンク２８内に貯留するガスをガスインジェクタ２９を通じて排気通路１６内に供給することで、タービン１７の仕事量を増加させ、一時的にコンプレッサ７の過給圧を回復させて、ターボ式過給器６の応答遅れを抑制する機能を有している。

上記の吸気スロットルバルブ９、燃料インジェクタ１３、入口排ガス圧力センサ２３、出口排ガス圧力センサ２４、ＥＧＲバルブ２７及びガスインジェクタ２９は、制御手段であるＥＣＵ３１に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続している。

このような排ガス浄化システム１において、ＥＣＵ３１は、車両の走行中にディーゼルエンジン２が停止したときは、例えば燃料インジェクタ１３からの燃料噴射が停止したときは、吸気スロットルバルブ９及びＥＧＲバルブ２７を全閉した後に、ガスインジェクタ２９によりガスを排気通路１６内に供給する制御を行う。

そのような制御を行うことで、排気通路１６内に供給されたガスが、吸気通路４やＥＧＲ通路２５に流出することなくＰＭ捕集フィルタ１９へ流入するので、ＰＭ捕集フィルタ１９内に滞留する高温の排ガスが強制的に排気されるため、ＰＭ捕集フィルタ１９の熱暴走による破損を防止することができる。また、蓄圧タンク２８内でガスを圧縮したディーゼルエンジン２による圧縮仕事が無駄にならないので、車両の燃費が悪化することはない。

更には、ガス供給手段３０がターボ式過給器６の応答遅れを抑制する必要がない場合でも、蓄圧タンク２８内に貯留されたガスを有効利用することができる。

上述した制御に加えて、ＥＣＵ３１は、ガスインジェクタ２９から排気通路１６にガスを供給するに際しては、入口排ガス圧力センサ２３及び出口排ガス圧力センサ２４の測定値からＰＭ捕集フィルタ１９の差圧を求め、予め実験又は計算により設定されたマップ等に基づいて供給するガス量を調節する制御を行うことが望ましい。なお、上記のマップ等においては、差圧とガス量とは基本的に正の相関となる。

そのような制御を行うことで、ＰＭ捕集フィルタ１９に滞留する高温の排ガス量に対して、排気に適量なガスを排気通路１６に供給するので、ＰＭ捕集フィルタ１９の熱暴走による破損を効率的に防止することができる。

１ 排ガス浄化システム
２ ディーゼルエンジン
４ 吸気通路
６ ターボ式過給器
７ コンプレッサ
９ 吸気スロットル
１６ 排気通路
１７ タービン
１９ ＰＭ捕集フィルタ
２２ 差圧測定手段
２３ 入口排ガス圧力センサ
２４ 出口排ガス圧力センサ
２５ ＥＧＲ通路
２７ ＥＧＲバルブ
２８ 蓄圧タンク
２９ ガスインジェクタ
３０ ガス供給手段
３１ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 車両に搭載されたディーゼルエンジンの吸気通路に介設された吸気スロットルバルブと、前記ディーゼルエンジンの排気通路に上流側から順に配置されたターボ式過給器のタービン及びＰＭ捕集フィルタと、前記排気通路から前記吸気通路へ連通するＥＧＲ通路に介設されたＥＧＲバルブと、前記タービンの上流側の排気通路に取り付けられたガス供給手段とを備えた排ガス浄化システムにおいて、
   前記吸気スロットルバルブ、ＥＧＲバルブ及びガス供給手段を制御する制御手段を設け、
   前記制御手段は、前記車両の走行中に前記ディーゼルエンジンが停止したときは、前記吸気スロットルバルブ及びＥＧＲバルブを全閉した後に、前記ガス供給手段により前記排気通路内にガスを供給することを特徴とする排ガス浄化システム。
2. 前記ＰＭ捕集フィルタの差圧を測定する差圧測定手段を設け、前記制御手段は、前記差圧測定手段の測定値に応じて、前記排気通路に供給するガス量を調節する請求項１に記載の排ガス浄化システム。
3. 前記ガスが、水蒸気、圧縮空気若しくは前記ディーゼルエンジンの排ガス、又はそれらのうちから選ばれる少なくとも２つからなる混合ガスである請求項１又は２に記載の排ガス浄化システム。
4. 車両に搭載されたディーゼルエンジンの吸気通路に介設された吸気スロットルバルブと、前記ディーゼルエンジンの排気通路に上流側から順に配置されたターボ式過給器のタービン及びＰＭ捕集フィルタと、前記排気通路から前記吸気通路へ連通するＥＧＲ通路に介設されたＥＧＲバルブとを備えた排ガス浄化システムの制御方法であって、
   前記車両の走行中に前記ディーゼルエンジンが停止したときは、前記吸気スロットルバルブ及びＥＧＲバルブを全閉した後に、前記タービンの上流側の排気通路内にガスを供給することを特徴とする排ガス浄化システムの制御方法。

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