JP6477621B2 - 内燃機関の浄化装置 - Google Patents
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Description
この粒子フィルタ7は、微粒子を捕集するために多孔質セラミックによって形成されている。すなわち、排気ガスが多孔質セラミックに流入すると、多孔質セラミック表面の細孔に微粒子が捕集され、それによって排気ガス中の微粒子が低減される。
ところで、粒子フィルタ7上に多量の微粒子が捕集されると、背圧が上昇し、機関出力の低下を引き起こす。そこで、粒子フィルタ7上に多量の微粒子が捕集されたときには、粒子フィルタ7に捕集された微粒子を除去するために、再生処理が行われる。本発明による実施例では、粒子フィルタ7を加熱することにより、粒子フィルタ7に捕集された微粒子を除去するための再生処理が実施される。
ところで、本発明による実施例では、粒子フィルタ7に捕集された微粒子の量は、差圧センサ8およびエアフロメータ3から求められる差圧値ΔP/Gaに基づいて推測される。図3Aには、この差圧値ΔP/Gaの時間変化が示されている。
この再生開始差圧値PSは、例えば、予め定められた一定量の微粒子が粒子フィルタ7に集積されるときの差圧値として設定される。このように再生開始差圧値PSが定められた場合には、再生処理一回あたりに除去される微粒子量が一定となる。
図3Aを参照すると、再生処理の開始(時刻T2)後、再生処理の進行に伴って集積された微粒子の量が徐々に減少し、それに従い、差圧値ΔP/Gaも徐々に低下していく。その後、差圧値ΔP/Gaが予め定められた差圧値PBに到達する、すなわち、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が予め定められた量に達すると、再生処理が終了される。このように再生処理を終了されるための差圧値PBを、基本再生完了差圧値PBと称する。
この基本再生完了差圧値PBは、例えば、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が、再生処理開始時点において粒子フィルタ7に捕集されている微粒子のうちの90%が除去されたときの差圧値として設定される。このように基本再生完了差圧値PBを設定することにより、差圧センサ8の出力に検出誤差が含まれている場合であっても確実に再生処理を完了させることができる。
上述したように、再生処理が行われたとしても、粒子フィルタ7にはアッシュが残存し、堆積せしめられる。アッシュが大量に堆積したときは、たとえ粒子フィルタ7に煤などの微粒子が集積されていない場合であっても、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PB以上になることがある。このような場合は、再生処理によって集積微粒子を除去しても、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBまで低下しなくなり、再生処理が終了できなくなる。従って、再生処理が終了できるように、次回の再生処理時に用いられる基本再生完了差圧値PBがアッシュの堆積量に応じて新たに設定される。このとき新たに設定される基本再生完了差圧値PBは現在の記基本再生完了差圧値PBに対して増大される。
図4Aは次回の基本再生完了差圧値PBの設定を説明するための図である。上述のとおり、差圧値ΔP/Gaが予め定められた差圧値PBに到達した時刻、すなわち、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が予め定められた量まで減少した時刻を時刻T4とすると、時刻T4において新しい基本再生完了差圧値PB’が設定される。
このようなアッシュの予測増加量ΔM1は、燃料に混入されるエンジンオイルの量に比例しており、従って、走行距離に基づいて推定される。なお、アッシュの生成量が少ないときは、必ずしも再生処理を完了するたびにアッシュの予測増加量ΔM1に対応する差圧値の増加分ΔP1を、基本再生完了差圧値PBに加算させる必要はない。例えば再生処理の完了回数が10回につき1回だけ、差圧値の増加分ΔP1を基本再生完了差圧値PBに加算することができ、または、予め定められた走行距離(例えば500km)ごとに差圧値の増加分ΔP1を基本再生完了差圧値PBに加算することができる。
非定常的に発生する不燃堆積物として、過給機10から排出される摩耗粉が挙げられる。そこで、まずは過給機10から摩耗粉が発生する理由について説明する。図5に過給機10の断面図を示す。過給機10は、排気側インペラ11と、排気側インペラ11を囲む排気側ハウジング12と、排気側インペラ11を支えるシャフト13とを有する。さらに、排気側ハウジング12の内側表面には、排気側インペラ11に対向する領域にアブレータブルシールの層が形成されている。このアブレータブルシールの層は、過給機10の効率を向上させるために設けられている。すなわち、このようなアブレータブルシールの層を設けると、排気側インペラ11と排気側ハウジング12との隙間を狭くすることができる。その結果、排気側インペラ11は、排気ガスから力を受けやすくなり、それにより過給機10の効率が向上される。
このように排気側インペラ11と排気側ハウジング12との間の距離が変動すると、排気側ハウジング12に形成されたアブレータブルシールの層と排気側インペラ11とが接触することがある。このような接触が生じたときに、排気側インペラ11が削れてしまわないように、アブレータブルシールの層はNiなどの柔らかい金属により形成されている。その結果、排気側インペラ11とアブレータブルシールの層が接触したときには、アブレータブルシールの層が切削され、それにより摩耗粉が生成される。
なお、図3Bにおいて、時刻T0’ は、前回の再生処理が完了したときを示しており、時刻T2’は、今回の再生処理が開始されたときを示している。時刻T0’ から時刻T2’の間では、時間の経過と伴に、粒子フィルタ7に煤などの微粒子が次第に集積され、粒子フィルタ7に煤などの粒子が集積されるにつれて、差圧値ΔP/Gaが増大する。一方、時刻T1’は、摩耗粉が発生したときを示している。なお、図3Bは、時刻T1’において短時間の間に大量の摩耗粉が発生した場合を示している。従って、時刻T1’では、過給機10から排出された摩耗粉が短時間の間に大量に粒子フィルタ7へ堆積するために、差圧値ΔP/Gaは時刻T1’において急激に増加する。
摩耗粉のように非定常的に発生する不燃堆積物の量が多いときには、図3Bに示されるように、差圧値ΔP/Gaは基本再生完了差圧値PBまで低下せず、基本再生完了差圧値PB付近において基本再生完了差圧値PBよりも若干高い値で停滞する。このときには、長時間経ても差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBまで低下することがなく、従って、再生処理が継続されることになる。
なお、補正再生完了差圧値PCは、例えば、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が、再生処理開始時点において粒子フィルタ7に捕集されている微粒子のうちの80%が除去されたときの差圧値として設定される。
すなわち、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下したという条件が満たされるときは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子の燃焼が進行していること、すなわち、微粒子の除去作用が進んでいると推定される。一方、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下したときから基本再生差圧値PB以上に維持される時間が再生完了時間ΔT続くという条件が満たされるときは、不燃堆積物による差圧値ΔP/Gaの増加により差圧値ΔP/Gaの低下が抑制されていると推定される。したがって、この2つの条件が満たされるときは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子の除去は終了しているが、不燃堆積物によって差圧値ΔP/Gaが下がらないときであると推定される。本発明による実施例では、このとき、再生処理が終了されるので、再生処理時間が延びることを抑制でき、従って、エネルギーの消費を抑制することができる。
図4Bは次回の基本再生完了差圧値PB’の設定を説明するための図である。上述のとおり、時刻T3’+ΔTにおいて再生処理は終了され、このとき図4Bに示されるように、新たな基本再生完了差圧値PB’が設定される。この場合、
次回の再生処理が行われたときに、差圧値ΔP/Gaが基本再生差圧値PBまで低下しなくなることを防ぐため、粒子フィルタ7に堆積されている不燃堆積物の量を考慮して、基本再生差圧値PBが増大される。この場合、すなわち、再生完了時間ΔTに基づいて再生処理が終了された場合には、不燃堆積物として、アッシュのような定常的に発生される不燃堆積物と、摩耗粉のような非定常的に発生される不燃堆積物の両方が考慮される。
図7を参照すると、まず初めに、ステップ101では、再生処理中フラグがセットされるか否かが判別される。再生処理中フラグは、再生処理が実行されている間にセットされる。すなわちステップ101では、粒子フィルタ7の再生処理が行われているか否かが判別される。再生処理中フラグがセットされていないときはステップ102へ進む。ステップ102では、差圧センサ8により検出された差圧ΔPおよびエアフロメータ3により検出された吸入空気量Gaから算出された、粒子フィルタ7前後の差圧値ΔP/Gaが、再生開始差圧値PS以上か否かが判別される。差圧値ΔP/Gaが再生開始差圧値PS以上であるときは、ステップ103に進み、差圧値ΔP/Gaが再生開始差圧値PS未満であるときには処理サイクルが終了される。
ステップ103では、再生処理中フラグがセットされる。再生処理中フラグがセットされているときには、再生処理を実行するルーチン(例えばポスト噴射制御を実行するルーチン)によって、再生処理が実行される。
再生カウンタのカウント値Crが再生中断カウント値Cx以上になったときはステップ106へ進み、再生カウンタのカウント値Crが再生中断カウント値Cx未満であるときはステップ108へ進む。
ステップ106では、再生処理中フラグがリセットされる。再生処理中フラグがリセットされると再生処理を実行するルーチンによって、再生処理が終了される。その後ステップ107へ進む。ステップ107では、再生カウンタのカウント値Crおよびカウント値Ccがクリアされ、処理サイクルが終了される。
ステップ109では、正常完了フラグがセットされる。正常完了フラグとは、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PB以下になったことにより、再生処理が終了されたときにセットされるフラグである。このフラグがセットされるときは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子は除去され、かつ、粒子フィルタ7に非定常的に発生する不燃堆積物がほとんど堆積されていない。ステップ109の処理が終了されるとステップ200に進む。
ステップ111では、補正カウンタのカウント値Ccが1だけインクリメントされ、ステップ112へ進む。この補正カウンタのカウント値Ccは、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PC以下に維持されている時間を表している。ステップ112では、補正カウンタのカウント値Ccが再生完了カウント値Cf以上になったか否かが判別される。補正カウンタのカウント値Ccが再生完了カウント値Cf以上になったときには、ステップ113に進み、補正カウンタのカウント値Ccが再生完了カウント値Cf未満のときには、処理サイクルは終了される。この再生完了カウンタのカウント値Cfは、再生完了時間ΔTを表している。
ステップ113では、みなし完了フラグがセットされる。みなし完了フラグがセットされるときは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が除去され、かつ、粒子フィルタ7に非定常的に発生した不燃堆積物が堆積されているときである。ステップ113の処理が終了されるとステップ200に進む。ステップ200の処理が終了されるとステップ106に進んで,みなし完了フラグがリセットされる。次いで、ステップ107と進み、次いで処理サイクルが終了される。
図8を参照すると、ステップ201では、正常完了フラグがセットされているか否かが判別される。ステップ201において正常完了フラグがセットされているときは、ステップ202に進み、正常完了フラグがセットされていないときはステップ206に進む。
ステップ202では、非定常的に発生させられる不燃堆積物の増加量ΔM2が0とされる。正常完了フラグがセットされているときは、非定常的に発生させられる不燃堆積物はほとんど堆積されていないと推定されるため、増加量ΔM2は0とされる。ステップ202の処理が終了されるとステップ203に進む。
ステップ205では、ステップ204において得られたΔMに対応する差圧値の増加量ΔPが算出され、現在の再生開始差圧値PS、基本再生完了差圧値PB、補正再生完了差圧値PCにそれぞれ、差分差圧値ΔPが加算される。それにより、次回の再生処理が行われたときの新たな再生開始差圧値PS’、基本再生完了差圧値PB’、補正再生完了差圧値PC’が設定される。ステップ205の処理が終了されると、図7のステップ106に進む。
例えば、車両の使用が開始されてから暫くの間は、過給機10のアブレータブルシールの層が削られて過給機10から摩耗粉が排出されるが、このようなアブレータブルシールの層の削り取り作用は次第に弱まり、車両が長期間に亘って使用されると、過給機10からの摩耗粉の排出は停止する。摩耗粉の排出が停止すれば、補正再生完了差圧値PCを用いる意味がなくなる。この場合、摩耗粉がほとんど発生しなくなる車両の総走行距離が存在しており、本発明による実施例では、摩耗粉がほとんど発生しなくなる車両の走行距離を、摩耗粉発生終了距離Dxと称している。
補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理が停止されると、再生完了時間ΔTを過ぎても再生処理が継続されるので、一回あたりの再生処理の時間は長くなる。しかしながら、再生処理が行われる回数が少なくなるので、粒子フィルタ7を再生温度まで加熱する回数を低減でき、結果として、消費エネルギーが低減されることになる。
なお、摩耗粉発生終了距離Dxは、例えば、1000kmに設定される。この摩耗粉発生終了距離Dxは、エンジンの型式や過給機の型式によって相違するため、経験的、実験的に定められる。
図7に示される処理ルーチンと図9に示される処理ルーチンとの相違点は、図9に示される処理ルーチンでは、ステップ110の前にステップ110aが追加されているだけであり、残りのステップ101から113およびステップ200については、図7に示される処理ルーチンと図9に示される処理ルーチンとで全く同一である。従って、以下、ステップ101から113およびステップ200についての説明は省略し、ステップ110aのみについて説明する。
従って、この第2の実施形態では、ひとたび総走行距離Dが摩耗粉発生終了距離Dx以上になると、補正再生完了差圧値PCに基づいて再生処理が終了されることがなくなる。すなわち、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PC以下となる状態が維持されながら、再生完了時間ΔTが経過したとしても、再生処理は終了されることなく継続される。
この場合、みなし完了回数は車両の使用が開始されてから累積して計測される、摩耗粉の発生回数を表しており、摩耗粉の発生回数は、排気側インペラ11と排気側ハウジング12との接触回数を表している。すなわち、排気側インペラ11と排気側ハウジング12との接触回数が増えるにつれ、摩耗粉の発生量は減り、一定回数を超えると摩耗粉は発生しなくなる。従って、この変形例では、このとき補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理が停止される。なお、みなし完了回数に対して予め定められた回数は、例えば3回である。
7 粒子フィルタ
8 差圧センサ
10 過給機
11 排気側インペラ
12 排気側ハウジング
20 制御ユニット
Claims (6)
- 排気内の微粒子を捕集する粒子フィルタと、
前記粒子フィルタに捕集された微粒子を除去するための再生処理を行うための再生処理装置と、
前記粒子フィルタの上流と、下流との差圧を取得する差圧センサと、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記差圧に基づいて、前記粒子フィルタに堆積した堆積物の量を表す差圧値を求め、
前記粒子フィルタにおいて定常的に生成せしめられる不燃堆積物の予測堆積量に基づいて、基本再生完了差圧値を設定し、
前記粒子フィルタにおいて非定常的に堆積せしめられる不燃堆積物の堆積量に基づいて、基本再生完了差圧値よりも高い補正再生完了差圧値を設定し、
前記再生処理装置による前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、予め定められた再生完了時間が経過する前に、前記基本再生完了差圧値まで低下した場合には、前記差圧値が前記基本再生完了差圧値以下まで低下したときに前記再生処理を終了し、
前記再生処理装置による前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が前記再生完了時間を越えた場合には、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が前記再生完了時間を越えたときに前記再生処理を終了する内燃機関の浄化装置。 - 前記制御装置は、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が前記再生完了時間を越えたことにより、前記再生処理が終了せしめられたときは、前記基本再生完了差圧値と、再生処理を終了したときの前記差圧値との差分差圧値に基づいて、次回の再生処理における基本再生完了差圧値および、補正再生完了差圧値を設定する請求項1に記載の内燃機関の浄化装置。
- 前記補正再生完了差圧値は、機関排気系に設けられた過給機から排出される摩耗粉が前記粒子フィルタに堆積したときに増大する差圧値と前記基本再生完了差圧値との和以上に設定される請求項1又は2に記載の内燃機関の浄化装置。
- 前記制御装置は、前記過給機から前記摩耗粉が排出されなくなる車両の総走行距離を摩耗粉発生終了距離として記録しており、車両の総走行距離が、前記摩耗粉発生終了距離以下であるときに限り、前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が前記再生完了時間を越えたときに、前記再生処理を終了する請求項3に記載の内燃機関の浄化装置。
- 前記制御装置は、前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が、前記再生完了時間を越えた累積回数をみなし完了回数として記録し、前記みなし完了回数が予め定められた累積回数以下であるときに限り、前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が、前記再生完了時間を越えたときに、再生処理を終了する請求項1に記載の内燃機関の浄化装置。
- 前記再生処理装置は、燃料噴射弁からポスト噴射を行うことによって再生処理を行い、前記制御装置は、前記ポスト噴射制御によるエンジンオイルへの燃料の混入を抑制するために再生中断時間を設定し、前記再生処理が開始されてからの経過時間が、前記再生中断時間以上となったときには、前記再生処理を終了する請求項1に記載の内燃機関の浄化装置。
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