WO2013077028A1 - 排気管噴射によるｄｐｆ再生制御システムと再生方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、走行時においても安定した昇温を行うことができ、停車時のＤＰＦ再生の頻度を減らすことができるＤＰＦの走行時再生制御システムの提供を目的としている。本発明では、ＤＰＦ（５）を再生する必要があり、車両がオートクルーズ走行中であり、前記排気温度センサ（１１）で検出した排気温度がしきい値よりも高温である場合に、燃料噴射手段（７）により排気管内への燃料噴射を行ない、排気温度がしきい値より低い場合には、排気管内への燃料噴射を行なわずに排気ブレーキを作動して排気温度を昇温する。

Description

排気管噴射によるＤＰＦ再生制御システムと再生方法

　本発明は、ディーゼルエンジン搭載車における排気管内への燃料噴射によるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を、当該車両の走行時に再生するための技術に関する。

　従来、ディーゼルエンジン搭載車におけるＤＰＦの再生技術としては、エンジンシリンダ内へのインジェクタによるポスト噴射（排気温度昇温のために噴射タイミングを遅らせた燃料噴射）により排気温度を昇温する技術と、排気管内へ直接燃料噴射をすることにより昇温する技術が、良く知られている。
　しかし、前者（エンジンシリンダ内へのインジェクタによるポスト噴射）は、シリンダ内への燃料噴射により、エンジン潤滑油の希釈（いわゆる「オイルダイリューション」）の問題を有している。
　一方、後者（排気管内へ直接燃料噴射）は、走行中の負荷変動に起因して、排気温度を安定して昇温することが困難であり、車両の停止中でしかＤＰＦ再生を行なうことが出来ない、問題が存在する。

　従来技術としては、その他にもＤＰＦの再生に係る技術が提案されており（特許文献１および特許文献２参照）、例えば、車両の停止を検出し排気ブレーキを用いて昇温を図る技術が開示されている（特許文献２参照）。
　しかし、これらの従来技術（特許文献１および特許文献２）には、いずれも、走行中に排気温度を安定して昇温するＤＰＦ再生技術については開示されていない。

特開２０１１－１１１９４９号公報 特開２００５－２８２５４５号公報

　本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、車両走行時においても排気温度を安定して昇温し、以ってＤＰＦ再生を実施することができるＤＰＦ再生システム及びＤＰＦ再生方法の提供を目的としている。

　本発明のＤＰＦ再生システムは、ディーゼルエンジン搭載車における排気管内燃料噴射による（走行時の）ＤＰＦ再生システムにおいて、車両をオートクルーズ走行させるための操作装置（オートクルーズ作動スイッチ１３）を備え、排気管（３）には排気ブレーキ（６）および燃料噴射手段（７）が介装され、燃料噴射手段（７）よりも下流側の領域にはＤＰＦ（５）が設けられ、前記ＤＰＦ（５）の上流側の領域には排気温度センサ（１１）が介装され、そしてＤＰＦ（５）の上流側及び下流側には圧力センサ（１２、１２）が設けられており、前記排気温度センサ（１１）および圧力センサ（１２）の検出信号に応答して排気ブレーキ（６）および燃料噴射手段（７）を制御する制御ユニット（１０）が設けられ、当該制御ユニット（１０）は、
　前記圧力センサ（１２、１２）で計測されたＤＰＦ（５）の上流側と下流側の差圧がしきい値以上であり、車両がオートクルーズ走行中であり（オートクルーズ作動スイッチ１３が操作されており）、前記排気温度センサ（１１）で検出した排気温度がしきい値よりも高温である場合に、燃料噴射手段（７）により排気管（３）内への燃料噴射を行なう機能と、
　前記差圧がしきい値以上であり、車両がオートクルーズ走行中であるが、排気温度がしきい値より低ければ、（排気管３内への燃料噴射を行なわずに）排気ブレーキを作動（して排気温度を昇温）する機能を有している。

　また、本発明のＤＰＦ再生方法は、排気管（３）には排気ブレーキ（６）および燃料噴射手段（７）が介装され、燃料噴射手段（７）よりも下流側の領域にはＤＰＦ（５）が設けられ、ＤＰＦ（５）の上流側の領域には排気温度センサ（１１）が介装され、そしてＤＰＦ（５）の上流側及び下流側には圧力センサ（１２、１２）が設けられているディーゼルエンジン搭載車における排気管内燃料噴射によるＤＰＦ再生方法において、
　前記圧力センサ（１２、１２）でＤＰＦ（５）の上流側と下流側の差圧としきい値を比較して、ＤＰＦ（５）の再生が必要か否かを決定する工程（ステップＳ１）と、
　車両をオートクルーズ走行させるための操作装置（オートクルーズ作動スイッチ１３）の作動状態から車両がオートクルーズ走行中である（オートクルーズ作動スイッチ１３が操作させている）か否かを判断する工程（ステップＳ２）と、
　前記排気温度センサ（１１）で検出した排気温度をしきい値と比較する工程（ステップＳ３）と、
　ＤＰＦ（５）を再生する必要があり（ステップＳ１がＹＥＳ）、車両がオートクルーズ走行中であり（オートクルーズ作動スイッチ１３が操作されており）（ステップＳ２がＹＥＳ）、前記排気温度センサ（１１）で検出した排気温度がしきい値よりも高温である場合（ステップＳ３がＹＥＳ）に、燃料噴射手段（７）により排気管（３）内への燃料噴射を行なう工程（ステップＳ４）と、
　ＤＰＦ（５）を再生する必要があり（ステップＳ１がＹＥＳ）、車両がオートクルーズ走行中である（ステップＳ２がＹＥＳ）が、排気温度がしきい値より低い場合（ステップＳ３がＮＯ）に、（排気管３内への燃料噴射を行なわずに）排気ブレーキを作動（して排気温度を昇温）する工程（ステップＳ５）を有している。

　上述した様に、従来技術においては、排気管（３）内へ燃料を噴射して排気温度を昇温してＤＰＦを再生する技術では、車両走行中には車両のエンジン負荷が一定ではないため、排気温度を安定して昇温させることが困難であった。
　それに対して、本発明によれば、車両がオートクルーズ走行中である（オートクルーズ作動スイッチ１３が操作されている）場合にのみ、燃料噴射手段（７）により排気管内への燃料噴射を行なっている。ここで、オートクルーズでは運転者のペダル操作によらず定速での走行が行われているので、車両のエンジンにおける負荷変動が小さく、安定した燃焼が可能であるため、排気管内で排気温度が一定に保たれる。そのため、車両走行中においてオートクルーズ走行を検出することにより、従来の排気管内へ燃料を噴射してＤＰＦを再生する技術とは異なり、車両走行中であっても車両のエンジン負荷が一定となり、排気温度を安定して昇温させることが出来る。従って、車両停止中に限らず、車両走行中（オートクルーズ走行中）にＤＰＦを再生することが可能である。

　また、本発明によれば、車両がオートクルーズ走行中であるが、排気温度がしきい値より低ければ、（排気管内への燃料噴射を行なわずに）排気ブレーキを作動して、排気温度を昇温している。これにより、排気温度をＤＰＦ再生が可能なレベルまで昇温することが出来る。
　これにより、車両の走行中においても排気温度を上昇して、ＤＰＦの再生が必要な状態になった場合に、安定したＤＰＦの再生を実行することが出来る。それにより、車両の停車時に頻繁にＤＰＦを再生する必要もなくなる。また、排気ブレーキの作動も、ＤＰＦの再生が必要か否かの判断に連動して自動的に行うことが出来て、運転者の操作を必要としていない。すなわち、ＤＰＦ再生により、運転者に余計な操作をさせることがなく、運転者の疲労を増大することが防止される。

本発明の実施形態のブロック図である。 実施形態における制御ユニットのブロック図である。 実施形態の制御を示すフローチャートである。

　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本発明によるＤＰＦ再生制御システムの構成を示している。なお、本システムを搭載した車両は、オートクルーズ（定速走行）制御装置を備えているが、図１において、オートクルーズ制御装置の図示は省略する。
　図１において、エンジン１からターボチャージャ２を介して、排気管３が延在している。

　排気管３には、ターボチャージャ２よりも下流側（図１では右側）の領域に排気ブレーキ６が介装されており、排気ブレーキ６よりも下流側には酸化触媒４とＤＰＦ５とが一体的に設けられている。そして、排気管３において、排気ブレーキ６の下流側の領域には、燃料噴射手段７（排気管３内に燃料を噴射する装置：例えばノズル）が設けられている。なお、燃料噴射手段７と排気ブレーキ６の相対的な位置関係は、図１に図示される態様に限定されるものではない。
　排気管３において、酸化触媒４とＤＰＦ５との間の領域（ＤＰＦ５よりも上流側の領域）と、ＤＰＦ５よりも下流側の領域には、それぞれ排気温度センサ１１、１１が設けられている。図示はされていないが、排気温度センサ１１は、酸化触媒４とＤＰＦ５との間の領域（ＤＰＦ５よりも上流側の領域）にのみ介装しても良い。
　ＤＰＦ５の上流側と下流側には、それぞれ圧力センサ１２、１２が設けられている。ＤＰＦ５の上流側の圧力センサ１２の測定値と、ＤＰＦ５の下流側の圧力センサ１２の測定値の差より、ＤＰＦ５の上流側と下流側における圧力差を検出することが出来る。

　排気温度センサ１１、１１および圧力センサ１２、１２は、信号伝達ラインによって制御ユニット１０に接続され、それぞれの検知信号が制御ユニット１０に入力される。
　制御ユニット１０は、オートクルーズ作動スイッチ１３（車両をオートクルーズ走行させるための操作装置）とも接続され、車両がオートクルーズ走行状態であるのか否かについての情報が、制御ユニット１０に入力されている。
　制御ユニット１０は、信号伝達ラインを介して、燃料噴射手段７および排気ブレーキ６の制御手段へ接続され、それぞれに対して制御信号を出力する機能を有している。

　図２において、制御ユニット１０の詳細を、機能ブロック図として示す。
　オートクルーズ作動スイッチ１３が、信号伝達ラインを介して、制御ユニット１０内のオートクルーズ判断ユニット１０Ａに接続している。オートクルーズ判断ユニット１０Ａは、オートクルーズ作動スイッチ１３からの信号（車両がオートクルーズ走行をしているか否かの信号）に応答して、車両がオートクルーズ走行を行なっている状態であるのか否かに関する信号（オートクルーズの作動信号）を、排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃへ出力する。
　また、圧力センサ１２、１２には、信号伝達ラインを介してＤＰＦ再生判断ユニット１０Ｂに接続されている。ＤＰＦ再生判断ユニット１０Ｂは、圧力センサ１２、１２の測定値の差からＤＰＦ５の上流側と下流側の圧力差を演算し、演算された圧力差からＤＰＦを再生する必要があるか否かを判断する機能を有している。そして、ＤＰＦ再生判断ユニット１０Ｂは、ＤＰＦを再生する必要があるか否かの判断結果（再生判断信号）を、排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃに出力する。

　排気温度センサ１１は、信号伝達ラインを介して排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃに接続されている。排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃは、排気温度センサ１１により計測された排気温度と、前記オートクルーズ判断ユニット１０Ａの作動信号と、ＤＰＦ再生判断ユニット１０Ｂの再生判断信号を受信して、燃料噴射手段制御ユニット１０Ｄあるいは排気ブレーキ制御ユニット１０Ｅへ制御信号を出力する。
　図３を参照して後述するが、排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃは、車両がオートクルーズ走行をしている旨のオートクルーズの作動信号を受信し、ＤＰＦ５を再生する必要がある旨の再生判断信号を受信し、且つ、排気温度センサ１１により計測された排気温度が高温な場合（しきい値よりも高温である場合）に、排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃは、燃料噴射手段制御ユニット１０Ｄに対して、燃料噴射手段７から排気管３内に燃料を噴射する旨の制御信号を出力する。その場合には、排気ブレーキ制御ユニット１０Ｅに制御信号は出力しない。
　一方、車両がオートクルーズ走行をしている旨のオートクルーズの作動信号を受信し、ＤＰＦを再生する必要がある旨の再生判断信号を受信しているが、排気温度センサ１１により計測された排気温度が低温な場合（しきい値以下の低温である場合）には、排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃは、排気ブレーキ制御ユニット１０Ｅに対して、排気ブレーキ６を作動させる旨の制御信号を出力する。その場合には、燃料噴射手段制御ユニット１０Ｄに制御信号は出力しない。

　次に、図３を参照して、図示の実施形態における制御について説明する。
　図３のステップＳ１では、ＤＰＦ再生判断ユニット１０ＢにおいてＤＰＦ前後差圧からＤＰＦ５の再生が必要か否か判断される。例えば、圧力センサ１２、１２の測定値からＤＰＦ５の上流側と下流側の圧力差を演算し、演算された圧力差をしきい値と比較して、しきい値よりも圧力差が大きい場合には、ＤＰＦ５を再生する必要があると判断して（ステップＳ１がＹ）、ステップＳ２に進む。
　一方、前記圧力差がしきい値以下である場合には、ＤＰＦ５を再生する必要はないと判断して（ステップＳ１がＮ）、ステップＳ６に進む。
　ここで、しきい値は、図示しない車両の仕様、ＤＰＦ５の仕様、走行条件、その他に起因して、ケース・バイ・ケースで設定される。

　ステップＳ２（ステップＳ１で「ＤＰＦ再生が必要」と判断された場合）において、オートクルーズ判断ユニット１０Ａ（図２参照）により、車両がオートクルーズ走行状態であるか否かが判断される。すなわち、オートクルーズ作動スイッチ１３からの信号（車両がオートクルーズ走行をしているか否かの信号）により、車両がオートクルーズ走行を行なっている状態であるか否かを判断する。
　オートクルーズ作動スイッチ１３が操作されていれば（オートクルーズ作動スイッチ１３がＯＮ）、車両がオートクルーズ走行状態であると判断して（ステップＳ２がＹ）、ステップＳ３に進む。
　一方、オートクルーズ作動スイッチ１３が操作されていなければ（オートクルーズ作動スイッチ１３がＯＦＦ）、車両がオートクルーズ走行状態ではないと判断して（ステップＳ２がＮ）、ステップＳ６に進む。車両がオートクルーズ走行状態ではないと、車両のエンジン負荷が一定ではないので、排気管３に燃料を噴射しても排気温度が上昇しないことや、排気温度が高くなり過ぎることを防止するため、排気管３内に燃料を噴射しない。

　ステップＳ３（車両がオートクルーズ走行状態であると判断された場合）においては、排気温度センサ１１で検出された排気温度がしきい値よりも高温であるか否かが判断される。
　排気温度がしきい値よりも高温であれば（ステップＳ３がＹ）、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、車両がオートクルーズ走行をしており（ステップＳ１がＹ）、ＤＰＦ５を再生する必要があると判断されており（ステップＳ２がＹ）、排気温度センサ１１により計測された排気温度が高温である（ステップＳ３がＹ）ため、排気管３内に燃料を噴射することにより、ＤＰＦ５が再生できると判断される。そして、排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃ（図２）は、燃料噴射手段制御ユニット１０Ｄ（図２）に対して制御信号を出力し、燃料噴射手段７から排気管３内に燃料を噴射する（排気管内燃料噴射実施）。この場合、排気ブレーキ制御ユニット１０Ｅに制御信号は出力されず、排気ブレーキ６は作動しない（排気ブレーキＯＦＦ）。
　燃料噴射手段７から排気管３内に燃料が噴射されると、噴射された燃料により排気管３内の排気温度が上昇し、ＤＰＦ５が再生される（排気温度上昇によりＤＰＦ再生）。そして、ステップＳ１に戻る。

　一方、排気温度がしきい値以下の低温であれば（ステップＳ３がＮ）、ステップＳ５に進む。ステップＳ５においては、車両がオートクルーズ走行をしており（ステップＳ１がＹ）、ＤＰＦ５を再生する必要があると判断されている（ステップＳ２がＹ）が、排気温度センサ１１により計測された排気温度が低温であり、ＤＰＦ５の再生は出来ないため、排気温度を昇温する必要があると判断される。そのため、排気ブレーキ作動判断ユニット１０Ｃ（図２）は、排気ブレーキ制御ユニット１０Ｅに対して、排気ブレーキ６を作動させる旨の制御信号を出力するが、燃料噴射手段制御ユニット１０Ｄに制御信号は出力せず、排気管３内に燃料は噴射されない。
　排気ブレーキ６を作動させることにより、車両のエンジン負荷を増加させてエンジンへの燃料供給量を増加させ、排気温度を上昇させることが出来る。そしてステップＳ１に戻る。
　排気温度のしきい値についても、車両の仕様、ＤＰＦ５の特性、その他に基づいて、ケース・バイ・ケースで設定されるべきである。
　なお、この排気ブレーキを作動させた結果、排気温度が上昇してしきい値よりも高温になれば（ステップＳ３でＹ）、排気ブレーキ６は非作動となり、排気管３内に燃料が噴射される（ステップＳ４）。

　ステップＳ１でＤＰＦ再生が必要でないと判断された場合（ステップＳ１がＮ）、また、ステップＳ２でオートクルーズ中でない場合（ステップＳ２がＮ）は、ＤＰＦ５の再生は行なわれず、燃料噴射７および排気ブレーキ６はいずれも作動しない（ステップＳ６）。そして、ステップＳ１へ戻る。

　図示の実施形態によれば、オートクルーズ作動スイッチ１３が操作されており（オートクルーズ作動スイッチ１３がＯＮ）、車両が比較的安定した走行状態である旨を検出し（ステップＳ２がＹ）、且つ、排気温度が高い場合（ステップＳ３がＹ）に、排気管３内に燃料を噴射してＤＰＦ５の再生を行なっている。そのため、車両が走行中であっても、排気管３内に燃料を噴射することによって、ＤＰＦ５を再生することが出来る。
　ここで、排気温度の低い場合（ステップＳ３がＮ）には、排気ブレーキ６を作動してエンジンの負荷を増大し、それにより排気温度を昇温する。そして排気温度がＤＰＦ５の再生に十分なレベル（しきい値よりも高温）まで昇温した段階で、排気管３内に燃料を噴射してＤＰＦ５を再生している。
　そのため、排気管３内へ燃料を噴射してＤＰＦ５を再生しているにも拘らず、車両の走行中にＤＰＦ再生操作を実行することが出来る。

　図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。

１・・・エンジン
２・・・ターボチャージャ
３・・・排気管
４・・・酸化触媒
５・・・ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
６・・・排気ブレーキ
７・・・燃料噴射手段
１０・・・制御ユニット
１１・・・排気温度センサ
１２・・・圧力センサ
１３・・・オートクルーズ作動スイッチ

Claims (2)

1. 　ディーゼルエンジン搭載車における排気管内燃料噴射によるＤＰＦ再生システムにおいて、車両をオートクルーズ走行させるための操作装置を備え、排気管には排気ブレーキおよび燃料噴射手段が介装され、燃料噴射手段よりも下流側の領域にはＤＰＦが設けられ、ＤＰＦの上流側の領域には排気温度センサが介装され、そしてＤＰＦの上流側及び下流側には圧力センサが設けられており、前記排気温度センサおよび圧力センサの検出信号に応答して排気ブレーキおよび燃料噴射手段を制御する制御ユニットが設けられ、当該制御ユニットは、
   　前記圧力センサで計測されたＤＰＦの上流側と下流側の差圧がしきい値以上であり、車両がオートクルーズ走行中であり、前記排気温度センサで検出した排気温度がしきい値よりも高温である場合に、燃料噴射手段により排気管内への燃料噴射を行なう機能と、
   　前記差圧がしきい値以上であり、車両がオートクルーズ走行中であるが、排気温度がしきい値より低ければ排気ブレーキを作動する機能を有していることを特徴とするＤＰＦ再生システム。
2. 　排気管には排気ブレーキおよび燃料噴射手段が介装され、燃料噴射手段よりも下流側の領域にはＤＰＦが設けられ、ＤＰＦの上流側の領域には排気温度センサが介装され、そしてＤＰＦの上流側及び下流側には圧力センサが設けられているディーゼルエンジン搭載車における排気管内燃料噴射によるＤＰＦ再生方法において、
   　前記圧力センサでＤＰＦの上流側と下流側の差圧としきい値を比較して、ＤＰＦの再生が必要か否かを決定する工程と、
   　車両をオートクルーズ走行させるための操作装置の作動状態から車両がオートクルーズ走行中であるか否かを判断する工程と、
   　前記排気温度センサで検出した排気温度をしきい値と比較する工程と、
   　ＤＰＦを再生する必要があり、車両がオートクルーズ走行中であり、前記排気温度センサで検出した排気温度がしきい値よりも高温である場合に、燃料噴射手段により排気管内への燃料噴射を行なう工程と、
   　ＤＰＦを再生する必要があり、車両がオートクルーズ走行中であるが、排気温度がしきい値より低い場合に、排気ブレーキを作動する工程を有していることを特徴とするＤＰＦ再生方法。

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