(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気管に排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＤを接続し、前記ＤＰＤのＰＭ量が一定量以上になったとき、排気管噴射を行ってディーゼルエンジンの排ガス温度を上昇させてＤＰＤを自動再生する排ガス浄化システムにおいて、自動再生する際の排ガス温度を検知し、検出した排ガス温度と再生目標温度との偏差を求め、この偏差に基づいて、排気管噴射量をＰＩＤ制御するに際して、走行自動再生時に排気ブレーキバルブが閉じられたときに、排気管噴射を停止し、排気ブレーキバルブが閉じられている間、ＰＩＤ制御で積分制御項の演算を継続し、排気ブレーキバルブが開にされたとき、継続して演算された積分制御項を初期操作量とすることを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２】
前記排気ブレーキバルブの閉が、所定時間以上継続されたとき、ＰＩＤ制御をリセットする請求項１記載の排ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集すると共にＮＯｘを浄化して排気する排ガス浄化システムに係り、特にＤＰＤを自動再生時に増・減速された際の排ガス浄化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化して排気する排ガス浄化システムとして、排気管にＤＰＤ（Diesel Particulate Defuser）及びＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択触媒還元）装置を接続した排ガス浄化システムが開発されている。
【０００３】
この排ガス浄化システムでは、ＤＰＤで、排気ガス中のＰＭを捕集する。また、排ガス浄化システムでは、ＳＣＲ装置を備えたＳＣＲシステムで、尿素タンクに貯留された尿素水をＳＣＲの排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによって、ＳＣＲ触媒上でＮＯｘを還元して浄化する（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
ＤＰＤで捕集したＰＭは、フィルタの目詰まりの原因となるため、捕集堆積したＰＭを適宜酸化させ、除去して再生する必要がある。
【０００５】
この目詰まりの検出は、排気圧センサがＤＰＤ前後の差圧を検知し、その差圧が上限値に達したときに、ＥＣＵ（Engine Control Unit）が自動的に、或いは手動で行う場合には、キャビン内に設けられたＤＰＤ警告灯を点灯し、ドライバーが再生実行スイッチを押すことで、ＤＰＤ再生が開始される。
【０００６】
ＤＰＤは、未燃焼燃料を酸化する活性触媒からなるＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）と排ガス中のＰＭを捕集するＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter)からなる。
【０００７】
ＤＰＤ再生は、燃料のマルチ噴射（パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射）を行って排気温度をＤＯＣの触媒活性温度以上に上げた後、ポスト噴射を追加して、排気温度を５００℃以上に上昇させ、この高温の排気ガスでＣＳＦに捕集されたＰＭを燃焼させ、除去して再生する。しかし、ポスト噴射すると、気筒の潤滑油中に燃料油が混入し、潤滑油のダイリューション（希釈）が生じるため、ＤＰＤ上流側の排気管内で燃料（ＨＣ）を噴射する、いわゆる排気管噴射によるＤＰＤ再生が行われるようになってきている。
【０００８】
この排気管噴射でも、ポスト噴射と同様に、ＤＰＤ再生は、走行中に自動再生を行う場合と、車を停止してアイドル回転で手動再生する場合とがある。通常は走行中に自動再生するが、走行中の再生のため、車が加減速を繰り返したときなどには排ガス温度が安定せずＤＰＤ内でＰＭの燃え残りが生じやすい。そこで再生インターバルが短く、ＤＰＤ自動再生が繰り返し行われる場合には、運転手に手動再生を警告し、車を停止した状態で、手動再生実行スイッチを押すことで、手動再生にてＤＰＤのＰＭを除去するようにしている。
【０００９】
また走行中の自動再生で、車の停止時には、アイドル回転でも再生できるように排気ブレーキバルブを閉じて排気温度の低下を防止して、再生を継続するようにしている。
【００１０】
この自動再生は、ＤＯＣの下流側に設けた排気温度センサでＣＳＦに流入する排ガス温度を検知し、その排ガス温度と再生目標温度との偏差を求め、その偏差に基づいて再生目標温度となるよう排気管噴射量がＰＩＤ制御される。ここでＰは比例制御項であり、Ｉは積分制御項であり、Ｄは微分制御項であり、比例制御項（Ｐ項）で偏差に比例させて操作量を変え、積分制御項（Ｉ項）で偏差を足していき、その値に比例して操作量を変えることで、比例制御での残存偏差（定常偏差）を解消させ、さらに微分制御項（Ｄ項）では、偏差の変化率を速度に変え、これに比例した操作量を出すことで、応答速度を速くしていち早く設定値に収束させるように制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３０３８２６号公報
【特許文献２】特許第４１７５２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この走行自動再生中に、減速力を高める為に排気ブレーキバルブを閉じ減速する場合、排気管自体の熱や高排気圧力下等を考慮して排気管インジェクタによる排気管噴射を止める制御を行っている。また、従来においては排気管噴射等を停止する場合には、ＰＩＤ制御を止めることが一般的である。
【００１３】
一方、実際の車両走行において、急加速および車両重量が重いため減速力をより必要とするような排気ブレーキバルブの使用を繰り返すような走り方、または、下り坂等にて減速度維持のために排気ブレーキバルブの使用時などにおいて、排気ブレーキバルブ使用後の急加速時にはＤＰＤを通過する排気ガス量が急増大し、ＤＰＤ内部を掃気してしまい、後者の降坂時にて排気管噴射停止によりＤＰＤ温度が低下してしまう事象が発生する。このような状況の下、従来用いてた排気管噴射停止およびＰＩＤ再演算を行った場合、たとえば短い区間で排気ブレーキバルブの使用および加速を繰り返した場合等にて、走行自動再生中の排気ブレーキバルブの使用毎に、排気管噴射停止によるＰＩＤ制御再演算を行うため、積分制御項が直前まで積分した操作量を０としてしまい再度偏差を積分しなおすため、必要とする積分が足りず排気ガス温度を目標再生温度へ昇温するのに時間を要し、最悪の場合いつまでたっても目標としている再生温度に到達できないという問題が発生する。
【００１４】
また、一方排気管インジェクタにおいてインジェクタ表面に付着するカーボン等により排気管インジェクタ自体の噴射量が下がる可能性があり、再生昇温性向上および排気管インジェクタ異物付着等の耐力向上観点においても適切なＰＩＤ制御性の向上が必要となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、走行自動再生において、加速・減速が繰り返されたり、排気ブレーキバルブが閉じられても、ＰＩＤ制御による排気管噴射を的確に制御できる排ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ディーゼルエンジンの排気管に排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＤを接続し、前記ＤＰＤのＰＭ量が一定量以上になったとき、排気管噴射を行ってディーゼルエンジンの排ガス温度を上昇させてＤＰＤを自動再生する排ガス浄化システムにおいて、自動再生する際の排ガス温度を検知し、検出した排ガス温度と再生目標温度との偏差を求め、この偏差に基づいて、排気管噴射量をＰＩＤ制御するに際して、走行自動再生時に排気ブレーキバルブが閉じられたときに、排気管噴射を停止し、排気ブレーキバルブが閉じられている間、ＰＩＤ制御で積分制御項の演算を継続し、排気ブレーキバルブが開にされたとき、継続して演算された積分制御項を初期操作量とすることを特徴とする排ガス浄化システムである。
【００１７】
請求項２の発明は、前記排気ブレーキバルブの閉が、所定時間以上継続したとき、ＰＩＤ制御をリセットする請求項１記載の排ガス浄化システムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、走行自動再生時の運転状況に応じて排気管噴射量をＰＩＤ制御で的確に制御できるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明における自動再生時の制御チャートを示す図である。
【図３】本発明における自動再生時の走行自動再生とアイドル自動再生時の制御チャートを示す図である。
【図４】本発明と従来における走行自動再生時の排気管噴射と排気ブレーキバルブとＰＩＤ制御の積分制御項と排ガス温度の関係を説明するチャートで、（ａ）は本発明、（ｂ）は従来例のチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１において、ディーゼルエンジン１０の吸気マニホールド１１と排気マニホールド１２は、過給機１３のコンプレッサ１４とタービン１５にそれぞれ連結され、上流側吸気管１６ａからの空気がコンプレッサ１４で昇圧され、下流側吸気管１６ｂのインタークーラ１７を通って冷却されて吸気スロットルバルブ１８を介して吸気マニホールド１１からディーゼルエンジン１０に供給され、ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、タービン１５を駆動した後、排気管２０に排気される。
【００２２】
上流側吸気管１６ａには、吸気量を測定するマスエアフローセンサ（ＭＡＦ）１９が設けられ、そのマスエアフローセンサ（ＭＡＦ）で、吸気スロットルバルブ１８の開度が制御されて吸気量が調整される。また排気マニホールド１２と吸気マニホールド１１には排気ガスの一部をエンジン１０の吸気系に戻してＮＯｘを低減するためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation;排気再循環）管２１が接続され、そのＥＧＲ管２１にＥＧＲクーラ２２とＥＧＲバルブ２３とが接続される。
【００２３】
排気管２０には、排気ブレーキバルブ２４、ＤＰＤ２５、排気スロットルバルブ２６、サイレンサー２７が接続される。ＤＰＤ２５は、未燃焼燃料を酸化する活性触媒からなるＤＯＣ２８と排ガス中のＰＭを捕集するＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter）２９からなる。
【００２４】
排気ブレーキバルブ２４の上流側には、ＤＰＤ再生時に排気ガス温度を昇温させるべく、排気管２０に燃料を噴射（排気管噴射）する排気管インジェクタ３９が設けられる。この排気管インジェクタ３９に図示しない燃料タンクからの燃料を供給する燃料供給ライン４０には、燃料中に混入、発生する異物や水分を除去する燃料フィルタ４１が接続され、その下流側に排気管インジェクタ３９の燃料圧力を測定する燃料圧力センサ４２が設けられる。
【００２５】
また図には示していないが、排気スロットルバルブ２６とサイレンサー２７間に、ＮＯｘをアンモニアで脱硝するＳＣＲ装置が接続される場合もある。
【００２６】
ＤＯＣ２８の前後には、排ガス温度センサ３０ａ、３０ｂが設けられ、ＣＳＦ２９のＰＭ堆積量を検出する差圧センサ３１が設けられ、これら検出値がＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３２に入力される。
【００２７】
ＥＣＵ３２には、エンジンの回転数を検出する回転センサ３３の検出値、車速センサ３４の検出値が入力される。
【００２８】
ＥＣＵ３２は、走行中、アクセル開度に応じて燃料インジェクタ３８での燃料噴射量を制御すると共に、吸気スロットルバルブ１８、排気ブレーキバルブ２４、排気スロットルバルブ２６、ＥＧＲバルブ２３を適宜制御するようになっている。
【００２９】
この排ガス処理システムにおいて、ＥＣＵ３２は、ＣＳＦ２９の前後の差圧を検出する差圧センサ３１の検出値により、ＤＰＤ２５にＰＭが一定量堆積したと判断したとき、又は前回の再生後からの走行距離が所定値に達したときに、排ガス温度を最終的に６００℃程度に昇温してＰＭを燃焼させて再生するようになっている。
【００３０】
この再生は、ＤＯＣ２８の触媒活性温度以上になるよう、燃料インジェクタ３８でマルチ噴射（パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射）を行った後、排気管インジェクタ３９で排気管２０内に燃料を排気管噴射を行って排ガス温度を、一例として５００℃、６００℃に昇温してＰＭを燃焼させるものであり、通常は走行中に自動再生し、その間ＥＣＵ３２は、自動再生ランプ３６ｂを再生中点灯する。自動再生は、走行中に加減速が繰り返されると排ガス温度が安定せず、ＤＰＤ２５内でＰＭの燃え残りが生じ、再生インターバルが短くなったときには、手動再生ランプ３６ａを点灯して運転手に手動再生を警告し、運転手が、車を停止した状態で、手動再生実行スイッチ３７を押すことで、手動再生にてＤＰＤ２５を再生できるようになっている。
【００３１】
さて、自動再生する際のＥＣＵ３２の制御チャートを図２により説明する。
【００３２】
自動再生する際には、ＥＣＵ３２は、吸気スロットルバルブ１８を絞り、マルチ噴射を行って排気ガス温度を触媒活性温度以上に昇温し、次にマルチ噴射に排気管インジェクタ３９による排気管噴射を加えて排ガス温度を最終的には６００℃程度に昇温してＰＭを燃焼させてＤＰＤ２５を再生する。また再生は排気管噴射で行うため、ＥＧＲバルブ２３は、ＮＯｘ低減のために使用される。再生終了後は、吸気スロットルバルブ１８を通常制御に戻す。
【００３３】
この自動再生中、車が信号待ちなどで停車しているときには、エンジン回転を通常アイドル回転から、変速機のギヤがニュートラルのときには再生アイドル回転数を通常より高い回転数とし、ギヤインのときには、停止から走行する際の急発進を防止するために再生アイドル回転数を、ギヤがニュートラルのときより低い回転数に設定される。また自動再生中は、ＥＣＵ３２が自動再生警告ランプ３６ｂを点灯させる。
【００３４】
図３は自動再生する際の排ガス目標温度と排気管噴射量の積算値と再生時間をカウントするチャートを示したものである。
【００３５】
先ず、マルチ噴射に排気管噴射を加えてＤＰＤを再生する際には、排ガス温度を昇温すると堆積したＰＭが一気に燃焼するのを防止すべく、例えば、初期の再生目標温度を５００℃程度とし、ＤＰＤ内のＰＭをある程度燃焼させたならば、目標温度を変更して最終再生目標温度を、初期再生目標温度より高い温度、例えば６００℃程度になるように排気管噴射量を制御する。
【００３６】
この際、ＥＣＵ３２は、初期の再生目標温度Ｔａに対して図示の点線で示した所定温度低いＰＭ燃焼判定温度ＴａPMを設定し、そのＰＭ燃焼判定温度ＴａPM以上に排ガス温度が高いときにはＰＭが燃焼されているとして、その時間を積算し、その積算時間が例えば２〜５分となったときには、次の最終再生目標温度Ｔｂに変更し、その最終再生目標温度Ｔｂに対して同じく低いＰＭ燃焼判定温度ＴｂPMを設定し、そのＰＭ燃焼判定温度ＴｂPM以上に排ガス温度が高いときにはＰＭが燃焼されているとして、その時間を積算し、その積算時間が例えば、温度変更から３〜１０分となったときに再生完了とする。
【００３７】
また、ＥＣＵ３２は、排ガス温度がＰＭ燃焼判定温度ＴａPM、ＴｂPM以上に上がる時間が少なく、積算時間をカウントしない場合には、排気管噴射量を積算した値が排気管噴射設定上限値以上となったときには、再生未完了と判断する。
【００３８】
この自動再生中に再生目標温度Ｔａ、Ｔｂに対して高い、排気管噴射可能上限温度ＴａL、ＴｂLを設定し、排ガス温度が、排気管噴射可能上限温度ＴａL、ＴｂL以上のときには、ＤＰＤ溶損防止のため排気管噴射を中止する。
【００３９】
なお、手動再生する際には、ＥＣＵ３２が手動再生ランプ３６ａを点滅させて手動再生を警告し、この警告を受けて、運転手が、車を停止させると共に、ＤＰＤ２５の手動再生実行スイッチ３７を押すことで手動再生が開始される。
【００４０】
手動再生の際には、ＥＣＵ３２は、エンジン回転数をアイドル回転から再生アイドル回転数に上げ、吸気スロットルバルブ１８を絞り、ＥＧＲバルブ２３を閉じると共に排気ブレーキバルブ２４を閉じて、マルチ噴射を行って排気ガス温度を昇温し、昇温後に、排気ブレーキバルブ２４を開とすると共に排気スロットルバルブ２６を閉じて、マルチ噴射に排気管噴射を加えて排ガス温度を、最終的には６００℃程度に昇温してＰＭを燃焼させてＤＰＤ２５を再生する。この手動再生でも、図３で説明した再生目標温度Ｔａ、Ｔｂを設定すると共に同様に積算時間をカウントする。
【００４１】
次に、排気管噴射量のＰＩＤ制御について説明する。
【００４２】
先ず自動再生中に図１で説明した排ガス温度センサ３０ｂで排ガス温度が検知され、ＥＣＵ３２は、上述した再生目標温度Ｔａ、Ｔｂと排ガス温度の偏差ｅを求めその偏差に基づいてＰＩＤ制御により、排気管インジェクタ３９による排気管噴射の操作量Ｍを決定する。
【００４３】
この操作量Ｍは、下式で表される。
Ｍ＝Ｋｐ・ｅ＋Ｋｉ・（１／Ｔｉ）・∫ｅｄｔ＋Ｋｄ・Ｔｄ（ｄｅ／ｄｔ）
【００４４】
上式中、Ｋｐは、比例制御の比例定数、Ｋｉは積分制御の比例定数、Ｋｄは微分制御の比例定数、Ｔｉは積分時間、Ｔｄは微分時間、ｔは時間である。
【００４５】
ここで、操作量Ｍは、比例制御項と積分制御項と微分制御項の総和で決定される。実際の排気管噴射量は、この操作量Ｍにベース項の操作量を足し合わせて、燃料圧力センサ４２の燃圧と排気管インジェクタ３９の開弁時間にて決定される。
【００４６】
このＰＩＤ制御で、走行自動再生中は、排ガス温度が高く排ガス量も多く、排気管噴射量を調整し、再生目標温度Ｔａ、Ｔｂに正確に制御することができる。
【００４７】
この自動再生中に、車が急加速や急減速を繰り返したり、或いは下り坂を走行して排気ブレーキバルブを運転手が閉としたときには、排気ガス量の増減により排気管噴射を継続するとＤＰＤ２５内の温度が急上昇して排気管噴射可能上限温度ＴａL、ＴｂLを超えるおそれがある。その場合には排気管噴射を中断し、ＤＰＤ２５の溶損を防止する。
【００４８】
従来においては、図４（ｂ）に示すように、排気ブレーキバルブが閉じられたとき、排気管噴射を停止し、同時にＰＩＤ制御も停止し、排気ブレーキバルブが開いたときに、再度ＰＩＤ制御により排気管噴射を行うようにしているが、この場合、ＰＩＤ制御の積分制御項は、ＰＩＤ制御停止のために、ゼロリセットされる。その結果、ＰＩＤ制御開始から再度偏差ｅを積分することとなり、その後、再度排気ブレーキバルブが閉じられると、積分制御項を再度ゼロリセットするため、排気管噴射量の適正な制御が行われずに、排ガス温度が、排気ブレーキバルブの閉のたびに下がり、再生目標温度Ｔａ、Ｔｂに制御することができず、再生時間がかかったり、再生未完了となる問題がある。また一方、排気管インジェクタ３９は、その使用過程において、インジェクタ表面へのカーボン付着等の影響により、排気管インジェクタ３９自体の噴射量が下がる可能性もあり、排気管インジェクタ３９異物付着の耐久向上においても、ＰＩＤ制御スピードの向上が求められる。
【００４９】
そこで本発明は、図４（ａ）に示すように、排気ブレーキバルブが閉じられたとき、排気管噴射を停止するものの、ＰＩＤ制御だけは、リセットせずに継続するようにしたものである。これにより、急加速・急減速を繰り返し、排気ブレーキバルブが頻繁に開閉されても、積分制御項は偏差ｅを積分し続けるため、排気ブレーキバルブが開となったときに、その積分制御項の操作量が、ＰＩＤ制御の初期操作量として排気管噴射量に加わるため、排ガス温度を、再生目標温度Ｔａ、Ｔｂに維持することが可能となり、ＰＩＤ制御性の改善を図った。
【００５０】
また、長い下り坂時の排気ブレーキバルブの使用などにおいて、特に大気温が低い条件が重なった場合、ＤＯＣ２８の触媒表面温度が排気管噴射停止等の影響により、排ガス温度センサ３０ａ、３０ｂで測定している温度よりも降下している場合があり、排気ブレーキバルブ開後の排気管噴射全量をＤＯＣ２８で活性反応できず、白煙等の発生があるため、排気ブレーキバルブをある一定時間以上（所定時間以上）継続して使用した場合には積分制御項をゼロリセットするようにしている。
【００５１】
以上本発明は、走行自動再生時にＰＩＤ制御で排気管噴射量を制御する際に、急減速で排気ブレーキを閉じて排気管噴射を停止しても、ＰＩＤ制御を継続させて積分制御項で偏差を積分することで、減速後の再加速でも適正に排気管噴射量をＰＩＤ制御することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ディーゼルエンジン
２０  排気管
２４  排気ブレーキバルブ
２５  ＤＰＤ
３２  ＥＣＵ
３３  回転センサ
３９  排気管インジェクタ
【図１】
0005585226.tif 000002
【図２】
0005585226.tif 000003
【図３】
0005585226.tif 000004
【図４】
0005585226.tif 000005