(57)【要約】【課題】ＤＰＦ再生時における燃費性能を改善し、さらにバッテリ劣化を抑制することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ３２を備え、フィルタ再生時に排気温度を上昇させてフィルタ３２に堆積した粒子状物質を燃焼させるエンジン１０の排気浄化装置１００であって、エンジン１０によって駆動されて発電し、目標バッテリ充電量に基づいてバッテリに電力を供給する発電装置１１と、フィルタ再生時に、発電装置１１の発電負荷の増加によって排気温度が上昇するように、目標バッテリ充電量を増加させる充電量制御手段Ｓ３０３と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、フィルタ再生時に排気温度を上昇させて前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させるエンジンの排気浄化装置であって、
エンジンによって駆動されて発電し、目標バッテリ充電量に基づいてバッテリに電力を供給する発電装置と、
前記フィルタ再生時に、前記発電装置の発電負荷の増加によって排気温度が上昇するように、前記目標バッテリ充電量を増加させる充電量制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記充電量制御手段は、フィルタ再生前に前記目標バッテリ充電量を低下させ、前記フィルタ再生時に前記目標バッテリ充電量を増加させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記フィルタ再生時に、排気温度が上昇するように、メイン燃料噴射後にポスト燃料噴射する燃料噴射制御手段をさらに備え、
前記充電量制御手段は、ポスト燃料噴射制御時に前記目標バッテリ充電量を増加させる、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排気を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ディーゼルエンジンの排気に含まれる粒子状物質（Particulate Matter；以下「ＰＭ」という）を捕集して、排気を浄化するディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；以下「ＤＰＦ」という）を備えた排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、ＤＰＦに所定量のＰＭが堆積した時に排気温度を上昇させ、ＰＭが自己着火し始める６００℃程度にＤＰＦ温度を維持することで、ＤＰＦの機能を再生するＤＰＦ再生制御を実施する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９０４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の排気浄化装置は、ＤＰＦ再生時にオルタネータの発電負荷を大きくしてエンジン負荷を増大させ、メイン燃料噴射における燃料噴射量を増加させることで、排気温度を上昇させる。
【０００５】
オルタネータの発電負荷を大きくするためには、ＤＰＦ再生時にデフォッガ等を強制的に作動させることが考えられるが、デフォッガ等を不必要に作動させてしまうおそれがある。これでは単に排気温度を上昇させるために燃料噴射量を増加させることになり、ＤＰＦ再生時の燃費性能が悪化してしまう。
【０００６】
また、オルタネータによって発電した電気を、バッテリ充電量を考慮せずにバッテリに充電すると、過充電となってバッテリを劣化させるおそれもある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ＤＰＦ再生時における燃費性能を改善し、さらにバッテリ劣化を抑制することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（３２）を備え、フィルタ再生時に排気温度を上昇させてフィルタ（３２）に堆積した粒子状物質を燃焼させるエンジン（１０）の排気浄化装置（１００）であって、エンジン（１０）によって駆動されて発電し、目標バッテリ充電量に基づいてバッテリに電力を供給する発電装置（１１）と、フィルタ再生時に、発電装置（１１）の発電負荷の増加によって排気温度が上昇するように、目標バッテリ充電量を増加させる充電量制御手段（Ｓ３０３）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フィルタ再生時に目標バッテリ充電量を増大させ、発電装置の発電負荷を増加させることで、バッテリを充電しつつ、排気温度を高めてフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させる。発電装置の発電負荷増加によってエンジン負荷が増加するので、燃料噴射量を増加させることになるが、バッテリの充電と排気昇温の両方を行うため、フィルタ再生時における燃費性能の悪化を抑制することが可能となる。また、目標バッテリ充電量に基づいてバッテリへの充電が行われるので、過充電となることがなく、バッテリ劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】車両用ディーゼルエンジンの排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】ＤＰＦ再生制御を実行するためのメインルーチンについて説明するフローチャートである。
【図３】ＤＰＦ再生制御の詳細を説明するフローチャートである。
【図４】ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量の変化を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、車両用ディーゼルエンジンの排気浄化装置１００の概略構成図である。
【００１４】
図１を参照すると、排気浄化装置１００は、エンジン１０と、外部からの新気をエンジン１０へ流す吸気通路２０と、エンジン１０からの排気を外部に流す排気通路３０と、コントローラ４０とを備える。
【００１５】
吸気通路２０には、吸気絞り弁２１が設けられる。
【００１６】
吸気絞り弁２１は、吸気通路２０の吸気流通面積を変化させることで、エンジン１０に供給される吸気量を調整する。吸気絞り弁２１を通過した吸気は、吸気コレクタを介してエンジン１０の各気筒に分配される。
【００１７】
エンジン１０は、オルタネータ１１と、インジェクタ１２とを備える。
【００１８】
オルタネータ１１は、クランクシャフトの回転によって駆動されて発電する発電機である。オルタネータ１１は、電装部品であるデフォッガやヘッドライト等の電気負荷５１に電力を供給するとともに、バッテリ充電量が目標値となるようにバッテリ５２を充電する。オルタネータ１１は電圧レギュレータを内蔵し、電圧レギュレータによって電気負荷５１の状態やバッテリ５２のバッテリ充電量に応じて発電電圧が調整される。
【００１９】
バッテリ５２は、エンジン運転状態に応じて、蓄えた電力を電気負荷５１に供給する。
【００２０】
インジェクタ１２は、エンジン１０の各気筒の燃焼室に臨むように設けられ、燃焼室内に燃料を噴射する。噴射された燃料は、燃焼室内で高圧縮化されて高温になった吸気によって燃焼する。燃焼により生じた排気は、エンジン１０から排気通路３０に排出される。
【００２１】
排気通路３０には、上流から順にＮＯｘ触媒コンバータ３１と、ＤＰＦ３２とが設けられる。
【００２２】
ＮＯｘ触媒コンバータ３１は、コージェライト製のモノリス担体にＮＯｘ触媒を担持する。ＮＯｘ触媒コンバータ３１のＮＯｘ触媒は、排気空燃比がストイキよりもリーンの時に排気中のＮＯｘを捕捉し、排気空燃比がストイキよりもリッチのときにＮＯｘを脱離・還元する。
【００２３】
ＤＰＦ３２は、コージェライト製の多孔質のハニカム構造体であって、排気が流れる流路を多孔質薄壁によって格子状に仕切る。各流路の入口は交互に目封じされ、入口が目封じされない流路は出口が目封じされるので、ＤＰＦ３２に流入した排気に含まれるＰＭは多孔質薄壁を通過する際に、その内側表面で捕集される。したがって、ＤＰＦ３２は、エンジン１０から排出された排気に含まれるＰＭを捕集し、ＰＭを除去した排気を下流に流す。
【００２４】
上記したオルタネータの発電負荷やインジェクタ１２の燃料噴射時期は、コントローラ４０によって制御される。
【００２５】
コントローラ４０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００２６】
コントローラ４０には、エンジン回転速度を検出するクランク角度センサ４１と、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ４２と、エンジン１０を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ４３と、ＤＰＦ３２の入口側排気圧力と出口側排気圧力との差を検出する差圧センサ４４からの検出データがそれぞれ信号として入力する。
【００２７】
コントローラ４０は、これらの入力信号に基づいて、ＤＰＦ３２におけるＰＭ堆積量を算出し、ＤＰＦ３２の再生制御を実施する。ＤＰＦ再生制御は、ＤＰＦ３２に所定量のＰＭが堆積した時に排気温度を上昇させることで、ＤＰＦ温度を６００℃以上にしてＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ３２の機能を再生する制御である。
【００２８】
従来手法の排気浄化装置では、ＤＰＦ再生時に、オルタネータの発電負荷を増加させることで排気温度を上昇させる。
【００２９】
しかしながら、例えば、ＤＰＦ再生時にデフォッガ等を強制的に作動させてオルタネータの発電負荷を増加させる場合には、不必要にデフォッガ等を作動させる可能性がある。このような場合、単に排気温度を上昇させるためにメイン燃料噴射の燃料噴射量を増加させることになり、ＤＰＦ再生時の燃費性能が悪化するという問題がある。また、オルタネータによって発電した電気を、バッテリ充電量を考慮せずにバッテリに充電する場合には、過充電となってバッテリ劣化を招くという問題もある。
【００３０】
そこで、排気浄化装置１００では、ＤＰＦ再生前に目標バッテリ充電量を低下させた後、ＤＰＦ再生時に目標バッテリ充電量を増大させ、オルタネータ１１の発電負荷を増加させることで、バッテリ５２を充電にしつつ、排気温度を高めてＰＭを燃焼除去するので、ＤＰＦ再生時の燃費性能改善とバッテリ劣化抑制との両立を図る。
【００３１】
図２及び図３を参照して、ＤＰＦ３２を再生するためにコントローラ４０が実行する制御について説明する。
【００３２】
図２は、コントローラ４０が実行するメインルーチンについて説明するフローチャートである。メインルーチンは、エンジン１０の運転中に一定間隔、例えば１０ｍｓで繰り返し実行される。
【００３３】
ステップＳ１０１では、コントローラ４０は、水温特性異常又はバッテリ劣化の有無を判定する。
【００３４】
水温特性異常又はバッテリ劣化がない場合には、コントローラ４０はステップＳ１０２の処理を実行する。これに対して、水温特性異常又はバッテリ劣化がある場合には、コントローラ４０は処理を終了する。
【００３５】
サーモスタットが故障したり、冷却水通路につまりが生じたりした場合には、冷却水温度が高くなる。このような状態でＤＰＦ再生のために排気温度を上昇させると、エンジン１０がオーバーヒートするおそれがある。したがって、水温特性異常がある場合には、ＤＰＦ３２の再生を実施しないようにする。なお、水温センサ４３によって検出される冷却水温度が所定温度よりも高い場合に、水温特性異常があると判定する。
【００３６】
また、バッテリ５２が劣化している場合には、電気負荷５１や補機類の使用状態によってはバッテリ上がりのおそれがある。したがって、バッテリ劣化がある場合には、ＤＰＦ３２の再生を実施しないようにする。なお、エンジン始動時におけるクランキング中のバッテリ電圧の低下度合いが小さい場合に、バッテリ５２が劣化していると判定する。
【００３７】
ステップ１０２では、コントローラ４０は、ＤＰＦ再生フラグＦが１であるか否かを判定する。
【００３８】
コントローラ４０は、ＤＰＦ再生フラグＦが１に設定されている場合にはステップＳ１０３の処理を実行し、ＤＰＦ再生フラグＦが０に設定されている場合にはステップＳ１０４の処理を実行する。
【００３９】
ステップＳ１０３では、コントローラ４０は、ＤＰＦ再生制御を実行して処理を終了する。ＤＰＦ再生制御の詳細については、図３を参照して後述する。
【００４０】
ステップＳ１０４では、コントローラ４０は、ＤＰＦ３２におけるＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ１よりも大きいか否かを判定する。
【００４１】
ＰＭ堆積量は、差圧センサ４４の検出値に基づいて算出される。なお、クランク角度センサ４１の検出値とアクセルペダルセンサ４２の検出値とから求められるＰＭ量を積算してＰＭ堆積量を算出するようにしてもよい。
【００４２】
コントローラ４０は、ＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ１より大きい場合にはステップＳ１０５の処理を実行し、それ以外の場合には処理を終了する。
【００４３】
ステップＳ１０５では、コントローラ４０は、ＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ２よりも大きいか否かを判定する。所定堆積量ＰＭ２は、ステップＳ１０４における所定堆積量ＰＭ１よりも大きい値であって、ＰＭを強制的に燃焼させることが必要となるＰＭ堆積量の限界値である。
【００４４】
コントローラ４０は、ＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ２よりも小さい場合にはステップＳ１０６の処理を実行し、それ以外の場合にはステップＳ１０７の処理を実行する。
【００４５】
ステップＳ１０６では、コントローラ４０は、バッテリ５２の目標バッテリ充電量を所定充電量ＳＯＣ１から所定充電量ＳＯＣ２に低下させて、処理を終了する。
【００４６】
ＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ１よりも小さい通常運転時には、バッテリ５２の目標バッテリ充電量は所定充電量ＳＯＣ２よりも大きい所定充電量ＳＯＣ１に設定されている。ＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ１よりも大きくなって、ステップＳ１０６で目標バッテリ充電量が所定充電量ＳＯＣ２に低下すると、バッテリ５２は放電して電気負荷５１に電力を供給する。したがって、ＤＰＦ再生前に、バッテリ５２の実バッテリ充電量は所定充電量ＳＯＣ２まで低下する。
【００４７】
ステップＳ１０７では、コントローラ４０は、ＤＰＦ再生フラグＦを１に設定して処理を終了する。
【００４８】
図３は、ＤＰＦ再生制御のサブルーチンについて説明するフローチャートである。
【００４９】
ステップＳ３０１では、コントローラ４０は、クランク角度センサ４１の検出値とアクセルペダルセンサ４２の検出値とに基づいて、エンジン１０が低エンジン回転速度かつ低エンジン負荷で運転しているか否かを判定する。
【００５０】
エンジン１０が低エンジン回転速度かつ低エンジン負荷で運転している場合には、コントローラ４０はステップＳ３０２〜Ｓ３０３の処理を実行して、排気温度を上昇させる。これに対して、エンジン１０が高エンジン回転速度又は高エンジン負荷で運転している場合には、コントローラ４０はステップＳ３０７〜Ｓ３０９の処理を実行して、排気温度を上昇させる。
【００５１】
ステップＳ３０２では、コントローラ４０は、ポスト燃料噴射を実施するようにインジェクタ１２を制御する。
【００５２】
ポスト燃料噴射は、エンジン出力に寄与するメイン燃料噴射とは別に、排気温度を上昇させるためにメイン燃料噴射後に行われる燃料噴射である。
【００５３】
ステップＳ３０３では、コントローラ４０は、バッテリ５２の目標バッテリ充電量を所定充電量ＳＯＣ１に設定する。
【００５４】
バッテリ５２の目標バッテリ充電量は所定充電量ＳＯＣ２から所定充電量ＳＯＣ１に増加すると、オルタネータ１１は、実バッテリ充電量が所定充電量ＳＯＣ１となるようにバッテリ５２の充電を開始する。このように目標バッテリ充電量を増加制御してオルタネータ１１の発電負荷を増加させると、メイン燃料噴射の燃料噴射量が増大するので、排気温度が上昇する。
【００５５】
低エンジン回転速度かつ低エンジン負荷時は、エンジン排出直後の排気の温度が比較的低いので、ステップＳ３０２及びＳ３０３のように、ポスト燃料噴射を実施し、目標バッテリ充電量を高めてオルタネータ１１の発電負荷を増加させることで、排気温度を上昇させる。このように排気温度を上昇させることで、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する。
【００５６】
ステップＳ３０４では、コントローラ４０は、ＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ３よりも小さいか否かを判定する。所定堆積量ＰＭ３は、所定堆積量ＰＭ１よりも小さな値であって、ゼロに近い値である。
【００５７】
ＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ３よりも小さい場合には、コントローラ４０はＤＰＦ３２が再生したと判定して、ステップＳ３０５の処理を実施する。これに対して、ＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ３よりも大きい場合には、コントローラ４０はＤＰＦ３２の再生を継続する必要があると判定して、処理を終了する。
【００５８】
ステップＳ３０５では、コントローラ４０は、ＤＰＦ再生フラグＦを０に設定して、ステップＳ３０６の処理を実施する。
【００５９】
ステップＳ３０６では、コントローラ４０は、ＤＰＦ再生のための排気温度上昇制御を停止するとともに、目標バッテリ充電量を所定充電量ＳＯＣ１に設定し、エンジン１０を通常運転させる。
【００６０】
一方、エンジン１０が高エンジン回転速度又は高エンジン負荷で運転している場合には、ステップＳ３０７において、コントローラ４０は、目標バッテリ充電量を所定充電量ＳＯＣ２に設定する。これにより、バッテリ５２の実バッテリ充電量は所定充電量ＳＯＣ２まで低下する。
【００６１】
ステップＳ３０８では、コントローラ４０は、メイン燃料噴射時期を遅角制御して、ステップＳ３０４の処理を実施する。
【００６２】
エンジン１０が高エンジン回転速度又は高エンジン負荷で運転している場合には、エンジン排出直後の排気温度が比較的高いので、燃料噴射量を増加させることなく、メイン燃料噴射時期を遅角することで、ＤＰＦ再生可能な排気温度まで上昇させることができる。
【００６３】
次に、図４を参照して、排気浄化装置１００のＤＰＦ３２のＰＭ堆積量の変化について説明する。図４は、ＤＰＦ３２のＰＭ堆積量の変化を示すタイミングチャートである。
【００６４】
図４（Ａ）に示すように、エンジン通常運転時はＤＰＦ３２におけるＰＭ堆積量は増加する。
【００６５】
時刻ｔ１でＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ１を越えると、図４（Ｄ）に示すように目標バッテリ充電量を所定充電量ＳＯＣ２に低下させる。そうすると、図４（Ｅ）に示すようにオルタネータ１１の発電電圧値が抑制され、バッテリ５２が放電して電気負荷５１に電力を供給する。これにより、バッテリ５２の実バッテリ充電量が所定充電量ＳＯＣ２まで低下する。
【００６６】
時刻ｔ２でＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭ２を超えると、ＤＰＦ再生制御が開始される。
【００６７】
時刻ｔ２からｔ３の間は、図４（Ｂ）に示すように高エンジン負荷状態にあるので、メイン燃料噴射を遅角して排気温度を高めることでＰＭを燃焼させる。そのため図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ２からＰＭ堆積量が減少し始める。
【００６８】
時刻ｔ３から時刻ｔ４において、エンジン１０が低エンジン回転速度かつ低エンジン負荷で運転されると、図４（Ｃ）に示すように排気昇温用のポスト燃料噴射が行われる。また、図４（Ｄ）に示すように目標バッテリ充電量が所定充電量ＳＯＣ１まで増加されるので、図４（Ｅ）に示すようにオルタネータ１１の発電電圧値が高められる。オルタネータ１１は、実バッテリ充電量が所定充電量ＳＯＣ１となるようにバッテリ５２の充電を開始する。このようにオルタネータ１１の発電負荷が増加すると、図４（Ｂ）の矢印に示すようにエンジン負荷が増加して、メイン燃料噴射量が増大されるので、排気温度が上昇する。
【００６９】
排気浄化装置１００では、ポスト燃料噴射と同時にオルタネータ１１の発電負荷を増加して排気温度を上昇させるので、図４（Ｃ）の矢印に示すようにポスト燃料噴射量を抑制しても、ＤＰＦ再生可能な排気温度まで上昇させることができる。
【００７０】
上記の通り、時刻ｔ３から時刻ｔ４では、ポスト燃料噴射を実施するとともにオルタネータ１１の発電負荷を増加させて、排気温度を上昇させることで、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する。
【００７１】
時刻ｔ４で、再び高エンジン負荷状態となると、メイン燃料噴射を遅角して排気温度を上昇させることで、ＰＭを燃焼させる。そして、時刻ｔ５でＰＭ堆積量が所定堆積量ＰＭよりも小さくなってＤＰＦ再生制御が終了すると、エンジン１０は通常運転を開始する。
【００７２】
以上により、本実施形態の排気浄化装置１００では、下記の効果を得ることができる。
【００７３】
排気浄化装置１００では、ＤＰＦ再生前に所定充電量ＳＯＣ２まで低下させた目標バッテリ充電量を、ＤＰＦ再生時に所定充電量ＳＯＣ１に増大させ、オルタネータ１１の発電負荷を増加させることで、バッテリ５２を充電しつつ、排気温度を高めてＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼させる。オルタネータ１１の発電負荷増加によってエンジン負荷が増加するので、燃料噴射量を増加させることになるが、バッテリ５２の充電と排気昇温の両方を行うため、フィルタ再生時における燃費性能の悪化を抑制することが可能となる。また、目標バッテリ充電量に基づいてバッテリ５２への充電が行われるので、過充電となることがなく、バッテリ劣化を抑制することが可能となる。
【００７４】
排気浄化装置１００では、ポスト燃料噴射制御の実施と同時に、目標バッテリ充電量を増大させるように構成するので、ポスト燃料噴射制御のみによって排気昇温する場合よりもポスト燃料噴射量を低減することができる。これにより、ＤＰＦ再生時の燃費効率を向上させつつ、速やかに排気温度を上昇させることが可能となる。
【００７５】
なお、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。
【符号の説明】
【００７６】
１００  排気浄化装置
１０  エンジン
１１  オルタネータ（発電装置）
１２  インジェクタ
３０  排気通路
３２  ディーゼルパティキュレートフィルタ（フィルタ）
４０  コントローラ
４１  クランク角度センサ
４２  アクセルペダルセンサ
４３  水温センサ
４４  差圧センサ
５１  電気負荷
５２  バッテリ
Ｓ１０６、Ｓ３０３  充電量制御手段
Ｓ３０２  燃料噴射制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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