(57)【要約】【課題】ＤＰＦの過熱を防止しつつその再生を十分行えるようにする。【解決手段】ディーゼルエンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４に、保持部材１６を介してＤＰＦ１８を配設すると共に、その排気下流に位置する排気管１４に、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２０を取り付ける。そして、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３２は、酸素濃度センサ２０により検出された酸素濃度が目標濃度に近づくように、エアシリンダ，モータなどのアクチュエータ２８に制御信号を出力して、吸気管２４に配設された吸気絞り弁３０の開度を増減制御する。このようにすれば、ＤＰＦ１８に供給される排気中の酸素濃度が目標濃度に近づくため、酸素不足による再生不良、酸素過多による熱害を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管に配設された吸気絞り弁と、
排気管に配設されたディーゼルパティキュレートフィルタと、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの排気下流における排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理が実行中のときに、前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度が目標濃度に近づくように、前記吸気絞り弁の開度を増減制御する制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、排気中の酸素濃度に対応した開度が設定された制御マップを参照し、前記吸気絞り弁の開度を増減制御することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度が目標濃度より大きいときに、前記吸気絞り弁を所定開度閉じる一方、該酸素濃度が目標濃度未満であるときに、前記吸気絞り弁を所定開度開くことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記目標濃度は、下限値及び上限値により画定される幅を有していることを特徴とする請求項３記載のディーゼル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、排気管に配設されたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）により、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気浄化を目的として、排気管に配設されたＤＰＦにより排気中のＰＭを捕集除去する排気浄化装置が公知である。かかる排気浄化装置においては、ＰＭ捕集によりＤＰＦに目詰まりが発生するので、ＤＰＦに堆積したＰＭを適宜焼却する再生処理が不可欠である。その再生処理においては、ＤＰＦが何らかの原因により過熱すると、ＤＰＦに熱害が発生してしまうおそれがある。このため、特開２００３−８３０３０号公報（特許文献１）に記載されるように、ＤＰＦの排気上流における排気温度に基づいて、吸気管に配設された吸気絞り弁の開度を増減制御することで、ＤＰＦが過熱することを防止した技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−８３０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来提案技術においては、ＤＰＦの過熱をある程度防止できるものの、ＰＭ焼却に必要な酸素濃度を考慮していなかったため、酸素不足により再生が十分行われなかったり、酸素過多によりＰＭが一気に燃焼してＤＰＦが過熱するおそれがあった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ＤＦＰ再生時に、その排気下流における酸素濃度に応じて吸気絞り弁の開度を増減制御することで、ＤＦＰの過熱を防止しつつその再生を十分行い得るディーゼルエンジンの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】
【０００４】
このため、請求項１記載の発明では、ディーゼルエンジンの排気浄化装置は、吸気管に配設された吸気絞り弁と、排気管に配設されたディーゼルパティキュレートフィルタと、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの排気下流における排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理が実行中のときに、前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度が目標濃度に近づくように、前記吸気絞り弁の開度を増減制御する制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の発明では、前記制御手段は、排気中の酸素濃度に対応した開度が設定された制御マップを参照し、前記吸気絞り弁の開度を増減制御することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記制御手段は、前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度が目標濃度より大きいときに、前記吸気絞り弁を所定開度閉じる一方、該酸素濃度が目標濃度未満であるときに、前記吸気絞り弁を所定開度開くことを特徴とする。
【０００６】
請求項４記載の発明では、前記目標濃度は、下限値及び上限値により画定される幅を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理が実行されているときには、その排気下流における排気中の酸素濃度が目標濃度に近づくように、吸気管に配設された吸気絞り弁の開度が増減制御される。このため、ディーゼルパティキュレートフィルタに供給される排気中の酸素濃度が目標濃度に近づき、酸素不足による再生不良、酸素過多による熱害を防止することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、排気中の酸素濃度に対応した開度が設定された制御マップを参照して、吸気絞り弁の開度がフィードフォワード制御される。このため、ディーゼルエンジンの負荷が変化する過渡状態においても、ディーゼルパティキュレートフィルタに供給される排気中の酸素濃度を高応答性をもって制御することができる。
請求項３記載の発明によれば、酸素濃度が目標濃度より大きければ吸気絞り弁が所定開度閉じられる一方、酸素濃度が目標濃度未満であれば吸気絞り弁が所定開度開かれ、吸気絞り弁の開度がフィードバック制御される。このため、ディーゼルパティキュレートフィルタに供給される排気中の酸素濃度を高精度で目標濃度に収束させることができる。
【０００９】
請求項４記載の発明によれば、目標濃度は下限値及び上限値により画定される幅を有しているため、吸気絞り弁の機械的なヒステリシスを考慮した開度増減制御が行われ、ハンティングを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す。
ディーゼルエンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、保持部材１６を介してＤＰＦ１８が配設される。ＤＰＦ１８は、セラミックスなどの多孔性部材からなる隔壁により排気流と略平行に延びるセルが多数形成され、各セルの入口と出口とが目封材により互い違いに千鳥格子状に目封じされて形成されたものである。そして、出口が塞がれたセル内の排気が、隔壁を介して、入口が塞がれている隣接セルに流入するとき、排気中のＰＭが隔壁の多孔性部材により捕集されて排気が浄化される。また、ＤＰＦ１８の排気下流に位置する排気管１４には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２０（酸素濃度検出手段）が取り付けられる。
【００１１】
一方、ディーゼルエンジン１０の吸気マニフォールド２２に接続される吸気管２４には、吸気流通方向に沿って、塵，埃などの異物を濾過するエアクリーナ２６と、吸気通路の横断面積を多段階又は連続的に制御可能とすべく、エアシリンダ，モータなどのアクチュエータ２８により開閉駆動される吸気絞り弁３０と、が夫々配設される。
そして、酸素濃度センサ２０の出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３２に入力され、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムにより、ＤＰＦ１８の再生処理が開始されたことを契機として、吸気絞り弁３０の開度が適宜増減制御される。ＤＰＦ１８の再生処理が開始されたか否かは、例えば、（１）ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じたＰＭ排出量を推定し、その累積値が所定値以上になったとき、（２）ＤＰＦ１８の排気上流及び下流の差圧が所定圧力以上になったとき、又は、（３）再生処理を実行してからの走行距離が所定距離に達したときなどにより判定することができる。なお、コントロールユニット３２が制御プログラムを実行することで、制御手段が具現化される。
【００１２】
図２は、コントロールユニット３２において実行される制御プログラムの第１実施形態を示す。なお、かかる制御プログラムは、ＤＰＦ１８の再生処理が開始してから終了するまで、所定時間ごとに繰り返し実行される（以下同様）。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、酸素濃度センサ２０から排気中の酸素濃度を読み込む。
【００１３】
ステップ２では、図３に示すように、酸素濃度に対応した吸気絞り弁開度が設定された制御マップを参照し、排気中の酸素濃度に応じた吸気絞り弁３０の開度を演算する。ここで、制御マップとしては、酸素濃度の増加に伴って吸気絞り弁開度が略線形に減少する特性に設定すればよい。
ステップ３では、ステップ２で演算した開度に応じた制御信号をアクチュエータ２８に出力し、吸気絞り弁３０の開度を増減させる。
【００１４】
かかる排気浄化装置によれば、ＤＰＦ１８にＰＭが堆積して再生処理が開始されると、ＤＰＦ１８の排気下流における排気中の酸素濃度に応じて、吸気絞り弁３０の開度がフィードフォワード制御される。このため、ディーゼルエンジン１０の負荷が変化する過渡状態においても、ＤＰＦ１８に供給される排気中の酸素濃度を高応答性をもって制御可能となり、酸素不足による再生不良、酸素過多による熱害を防止することができる。
【００１５】
図４は、コントロールユニット３２において実行される制御プログラムの第２実施形態を示す。
ステップ１１では、酸素濃度センサ２０から排気中の酸素濃度を読み込む。
ステップ１２では、酸素濃度が目標濃度より大であるか否かを判定する。ここで、目標濃度は、ＤＰＦ１８に堆積したＰＭを焼却するのに必要な酸素濃度であって、酸素不足により再生不良とならず、かつ、酸素過多により熱害が発生しない濃度である。そして、酸素濃度が目標濃度より大であればステップ１３へと進み（Ｙｅｓ）、アクチュエータ２８に制御信号を出力して、吸気絞り弁３０を所定開度閉じる。なお、所定開度は、アクチュエータ２８の制御特性（例えば、最小制御単位）などを考慮して、適宜設定すればよい。一方、酸素濃度が目標濃度以下であればステップ１４へと進む（Ｎｏ）。
【００１６】
ステップ１４では、酸素濃度が目標濃度未満であるか否かを判定する。そして、酸素濃度が目標濃度未満であればステップ１５へと進み（Ｙｅｓ）、アクチュエータ２８に制御信号を出力して、吸気絞り弁３０を所定開度開く。一方、酸素濃度が目標濃度以上、即ち、酸素濃度が目標濃度であれば処理を終了する（Ｎｏ）。
かかる排気浄化装置によれば、ＤＰＦ１８にＰＭが堆積して再生処理が開始されると、ＤＰＦ１８の排気下流における排気中の酸素濃度が目標濃度に近づくように、吸気絞り弁３０の開度がフィードバック制御される。このため、ＤＰＦ１８に供給される排気中の酸素濃度を高精度で目標濃度に収束させることが可能となり、第１実施形態と同様に、酸素不足による再生不良、酸素過多による熱害を防止することができる。
【００１７】
なお、制御プログラムの第２実施形態においては、ハンティングを防止するヒステリシスを確保するために、下限値及び上限値により画定される幅を有する目標濃度を用いて、吸気絞り弁３０の開度を増減制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成図
【図２】制御プログラムの第１実施形態を示すフローチャート
【図３】制御マップの説明図
【図４】制御プログラムの第２実施形態を示すフローチャート
【符号の説明】
【００１９】
１０  ディーゼルエンジン
１４  排気管
１８  ＤＰＦ
２０  酸素濃度センサ
２４  吸気管
２８  アクチュエータ
３０  吸気絞り弁
３２  コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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