(57)【要約】【課題】フィルタ内に水滴が付着した状態で放置されることを防止する。【解決手段】エンジンの排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するＤＰＦを備えた排気浄化装置において、エンジンの停止時にＤＰＦの温度が所定温度Ｔ1以下である場合に（Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２２）、エンジンの作動を制御して、ＤＰＦに付着した水が蒸発するように排気温度を上昇させる（Ｓ２６）。【選択図】図２
2008190341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
前記フィルタの温度を上昇させる昇温手段と、
前記フィルタの温度を検出する温度検出手段と、
前記内燃機関の停止時に前記温度検出手段により検出したフィルタの温度が所定温度以下である場合に、前記フィルタに付着した水が蒸発するように前記昇温手段を作動させる制御手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
前記フィルタの温度を上昇させる昇温手段と、
前記フィルタの温度を検出する温度検出手段と、
前記内燃機関の運転時において前記温度検出手段により検出したフィルタの温度が所定温度以下である期間が所定以上継続した場合に、前記フィルタに付着した水が蒸発するように前記昇温手段を作動させる制御手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記昇温手段は、前記フィルタに流入する排気の温度が上昇するよう前記内燃機関の運転を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記フィルタに流入する排気の温度を上昇させ、前記フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させて、前記フィルタを強制再生させる強制再生手段を更に備えるとともに、
前記所定温度は、前記強制再生手段により上昇させる排気の温度より低い温度に設定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関の運転停止を指示する停止指示手段を更に備え、
前記制御手段は、前記昇温手段が作動中である場合では、前記停止指示手段による運転停止の指示に拘らず、前記フィルタが所定温度以上に達するまで前記内燃機関の運転を継続させることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、内燃機関停止後のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の損傷を回避する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気を浄化する装置として、ＤＰＦを備えたものが知られている。ＤＰＦは、排気通路に設けられ、排気中のパティキュレート（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＤＰＦに捕集されて堆積したＰＭを除去するために、ＤＰＦの上流に酸化触媒を備え、この酸化触媒に未燃燃料を流入させて排気温度を上昇させることにより、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させる強制再生が知られている。
【０００３】
強制再生は、通常、ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量が許容限界値に達した時点で実行される。このものにおいて、ＰＭの堆積量を知るために、例えばＤＰＦの上流側と下流側との排気の差圧に基づいてＰＭの堆積量を推定する装置が知られている。
更に、フィルタへの堆積物の堆積量に基づき、ＤＰＦ（フィルタ）を昇温させて堆積物を除去する装置が知られている（特許文献１）。この特許文献１には、堆積物が低沸点物質（排気凝縮水や低沸点ＨＣなど）の場合、電熱ヒータで昇温させてＤＰＦから低沸点物質を蒸発させることが記載されている。
【特許文献１】特許第３４７０５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の装置は、ＤＰＦを昇温させて低沸点物質を蒸発させることで、排圧の上昇に伴う運転性の悪化を抑え、ＤＰＦの再生がより正確に行われるとされている。しかしながら、このような低沸点物質を蒸発させる制御は、エンジン運転中に実施されるものであって、エンジン停止後ないし停止中のＤＰＦの状態については何ら考慮されていない。そのため、特許文献１の装置では、ＤＰＦに排気凝縮水が残存したままエンジンが停止されることとなる。このように、ＤＰＦに水分が残存したままエンジンが停止され、寒冷地のように外気温が氷点下に達する環境に放置されると、ＤＰＦの細孔内で水分が凍結して膨張することにより、ＤＰＦが破損する事態を招く虞がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気通路に設けられたフィルタ内に水滴が付着した状態で放置されることを防止して、水滴の凍結によるフィルタの破損を防止可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、フィルタの温度を上昇させる昇温手段と、フィルタの温度を検出する温度検出手段と、内燃機関の停止時に温度検出手段により検出したフィルタの温度が所定温度以下である場合に、フィルタに付着した水が蒸発するように昇温手段を作動させる制御手段と、を含んで内燃機関の排気浄化装置を構成することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明では、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、フィルタの温度を上昇させる昇温手段と、フィルタの温度を検出する温度検出手段と、内燃機関の運転時において温度検出手段により検出したフィルタの温度が所定温度以下である期間が所定以上継続した場合に、フィルタに付着した水が蒸発するように昇温手段を作動させる制御手段と、を含んで内燃機関の排気浄化装置を構成することを特徴とする。
【０００８】
なお、温度検出手段による温度検出は、内燃機関の始動から停止までの一回の運転期間中に常時行われる場合の他、内燃機関の運転時の所定時間毎に行われる場合や、所定時間内に限って行われる場合を含む。
また、請求項３の発明では、請求項１または２に記載の発明において、前記昇温手段は、フィルタに流入する排気の温度が上昇するよう内燃機関の運転を制御することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の発明では、請求項３に記載の発明において、フィルタに流入する排気の温度を上昇させ、フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させて、フィルタを強制再生させる強制再生手段を更に備えるとともに、前記所定温度は、強制再生手段により上昇させる排気の温度より低い温度に設定されることを特徴とする。
また、請求項５の発明では、請求項３または４に記載の発明において、内燃機関の運転停止を指示する停止指示手段を更に備え、前記制御手段は、昇温手段が作動中である場合では、停止指示手段による運転停止の指示に拘らず、フィルタが所定温度に上昇するまで内燃機関の運転を継続させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転停止時にフィルタの温度が所定温度以下であることで、フィルタに水滴が付着していることを推定することができる。そして、この場合に昇温手段によりフィルタの温度を上昇させるので、フィルタに捕集されている水滴を蒸発させ除去することができる。これにより、エンジン停止後にフィルタに水滴が付着した状態で放置されることを防止でき、低温環境下での水滴の凍結によるフィルタの破損を防止することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転時においてフィルタの温度が所定温度以下である期間が所定以上継続したことで、フィルタに水滴が付着していることを推定することができる。そして、この場合にフィルタに捕集されている水滴を蒸発させるまでフィルタの温度を上昇させる昇温手段を作動させるので、エンジン停止後にフィルタに水滴が付着した状態で放置されることを防止できる。
【００１２】
また、内燃機関の運転中においても、フィルタに捕集されている水滴を蒸発させるので、フィルタの前後での排気の差圧の増加を抑制でき、例えば、フィルタの前後での排気の差圧に基づいてパティキュレートの堆積量を推定する場合では、その推定精度を確保することができる。
また、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転を制御してフィルタに流入する排気の温度を上昇させることで、昇温手段を容易に実現することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、昇温手段により水滴を除去する際に上昇させる排気の温度は、パティキュレートを除去する際に上昇させる排気の温度より低く設定されるので、フィルタから水を除去する際に必要以上に排気を昇温させる必要がなく、燃費の悪化を抑制することができる。
また、請求項５に記載の発明では、昇温手段の作動中では、運転停止の指示がなされても、フィルタが所定温度に達するまで内燃機関の運転が継続されるので、確実にフィルタから水滴を除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置が適用されたエンジン（内燃機関）１の排気系の構成図を示している。
エンジン１の排気管２には、上流側から順番に、酸化触媒３、ＤＰＦ（本発明のフィルタに該当する）４が介装されている。酸化触媒３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ２及びＨ２Ｏに変換させるとともに、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する機能を有する。
【００１５】
ＤＰＦ４は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖して、排気中のＰＭを捕集する機能を有しており、更に、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されている。
また、ＤＰＦ４には、ＤＰＦ温度Ｔfを検出する温度センサ５が設けられている。更に、ＤＰＦ４の上流側の排気管２には排気圧Ｐfを検出する第１の圧力センサ６が設けられるとともに、ＤＰＦ４の下流側の排気管２には排気圧Ｐrを検出する第２の圧力センサ７が設けられている。
【００１６】
ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ１０の入力側には、上述した温度センサ５、第１の圧力センサ６及び第２の圧力センサ７の他に、キースイッチ８、図示しないエアフローセンサ、クランク角センサ、アクセルポジションセンサ、及び車速センサ等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００１７】
一方、ＥＣＵ１０の出力側には、燃料噴射弁１１、図示しない吸気絞り弁等の各種出力デバイスが接続されている。ＥＣＵ１０は、キースイッチＯＮ時において、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃料噴射量Ｑf、燃料噴射時期等を演算し、各種出力デバイスにそれぞれ出力することで、適正なタイミングで燃料噴射弁１１、吸気絞り弁等を制御する。
【００１８】
以上のようにＤＰＦ４の上流に酸化触媒３を配置することにより、酸化触媒３からＮＯ２がＤＰＦ４に流入し、ＤＰＦ４に捕集され堆積しているＰＭ中の炭素成分であるすすと反応して酸化させる。酸化したすすはＣＯ２となり、ＤＰＦ４から除去され、ＤＰＦ４が連続的に再生される（連続再生）。
上記の連続再生では、エンジン１の運転状況により十分にＤＰＦ４の再生が行われない場合がある。そこで、ＥＣＵ１０は、第１の圧力センサ６により検出された排気圧Ｐfと第２の圧力センサ７により検出された排気圧Ｐfとの差ΔＰに基づいて、ＤＰＦ４におけるＰＭの堆積量を推定し、この推定した堆積量が所定量以上となったときに強制再生を実施させる。強制再生は、例えばエンジン運転時における燃料の主噴射の後にポスト噴射を行って、未燃燃料を含んだ排気を排気管２に排出させることによって行われる。排気中の未燃燃料は、酸化触媒３に流入して酸化し、排気温度を上昇させる。これにより、ＤＰＦ４に堆積したＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ４を再生させる。なお、この強制再生を行うシステムが本発明の強制再生手段に該当する。
【００１９】
本実施形態では、ＥＣＵ１０は、タイマーを備え、上述の強制再生とは別に、温度センサ５により検出されたＤＰＦ温度及びキースイッチ８の操作信号に基づいてＤＰＦ４を昇温させる昇温制御機能を有している。昇温制御は、例えば上述の強制再生と同様にポスト噴射をしたり、燃料噴射弁１１による燃料噴射とは別に酸化触媒３の上流の排気管２内に燃料を供給したり、電気ヒータ等により直接ＤＰＦ４を昇温させたりして行えばよい。本実施形態では、更に、昇温制御を実施していることを運転者に警告する昇温制御警告手段として警告灯や警告ブザー等の警告装置２０を備えている。
【００２０】
図２及び図３は、本発明の第１の実施形態における昇温制御の制御手順を示すフローチャートであり、以下、同フローチャートに沿って本実施形態におけるＤＰＦの昇温制御を説明する。
本ルーチンは、キースイッチＯＮに伴い実行が開始され、キースイッチＯＮ時には繰り返し実行される。
【００２１】
先ずステップＳ１０では、昇温制御開始フラグＦaが１であるか否かを判別する。昇温制御開始フラグＦaが１でない、即ち昇温制御開始フラグＦaが０である場合は、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、温度センサ５により検出したＤＰＦ温度Ｔf1を入力する。そして、ステップＳ１４に進む。
【００２２】
ステップＳ１４では、ステップＳ１２において入力したＤＰＦ温度Ｔf1が所定温度Ｔ1より高いか否かを判別する。ＤＰＦ温度Ｔf1が所定温度Ｔ1以下である場合は、ステップＳ１６に進む。なお、所定温度Ｔ1は、例えば１００℃のように、水が蒸発する温度に設定すればよく、更にＰＭの燃焼温度より低い温度に設定するとよい。
ステップＳ１６では、昇温準備フラグＦbを１とする。そして、ステップＳ２０に進む。
【００２３】
一方、ステップＳ１４において、ＤＰＦ温度Ｔf1が所定温度Ｔ1より高いと判定された場合は、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、昇温準備フラグＦbを０とする。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、エンジン停止指令があるか否か、詳しくはキースイッチ８がエンジン停止操作されたか否かを判別する。エンジン停止指令がある場合は、ステップＳ２２に進む。
【００２４】
ステップＳ２２では、昇温準備フラグＦbが１であるか否かを判別する。昇温準備フラグＦbが１である場合は、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、昇温制御開始フラグＦaを１とする。そして、ステップＳ２６に進む。
ステップＳ２６では、ＤＰＦ４を昇温させる昇温制御を開始する。更に、警告装置２０を作動させて、運転者に昇温制御中であることを警告する。そして、ステップＳ２８に進む。
【００２５】
一方、ステップＳ１０において、昇温制御開始フラグＦaが１であると判定された場合は、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２８では、温度センサ５により検出したＤＰＦ温度Ｔf2を入力する。そして、ＤＰＦ温度Ｔf2が所定温度Ｔ1より高いか否かを判別する。ＤＰＦ温度Ｔf2が所定温度Ｔ1より高い場合は、ステップＳ３２に進む。
【００２６】
ステップＳ３２では、昇温継続タイマーを起動する。昇温継続タイマーは、昇温制御が開始してからの経過時間Ｔpを計測する。なお、このとき、昇温継続タイマーが作動中である場合は、昇温継続タイマーの作動を継続させる。そして、ステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４では、昇温継続タイマーにより計測された経過時間Ｔpが所定時間Ｔp1より大きいか否かを判別する。経過時間Ｔpが所定時間Ｔp1より大きい場合は、ステップＳ３６に進む。なお、所定時間Ｔp1は、ＤＰＦ４内に付着している水滴が昇温制御によって全て蒸発するように、あらかじめ実験等により確認して適宜設定すればよい。
【００２７】
ステップＳ３６では、昇温継続タイマーをリセットして、経過時間Ｔpを０にするとともに、昇温制御開始フラグＦaを０にする。また、昇温制御を停止させるとともに、警告装置２０による警告を解除する。そして、エンジン１を停止させ、本ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ２８において、ＤＰＦ温度Ｔf2が所定温度Ｔ1以下である場合は、ステップＳ３８に進む。
【００２８】
ステップ３８では、昇温継続タイマーをリセットして、経過時間Ｔpを０にする。そして、本ルーチンを終了する。
ステップＳ３４において経過時間Ｔpが所定時間Ｔp1以下であると判定された場合、あるいはステップＳ２０においてエンジン停止指令がないと判定された場合は、本ルーチンを終了する。
【００２９】
ステップＳ２２において、昇温準備フラグＦbが１でない、即ち昇温準備フラグＦbが０であると判定された場合は、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、エンジン１を停止させる。そして、本ルーチンを終了させる。
以上の制御により、第１の実施形態では、エンジン停止指令があったとき（エンジン作動中に運転者がキースイッチ８をＯＦＦにしたとき）に、ＤＰＦ温度Ｔf1が所定温度Ｔ1を超えていない場合は、エンジン１を停止させる前に昇温制御が所定時間Ｔp1実施される。これにより、例えば低負荷運転の継続により排気中の水分が結露してＤＰＦ４内に水滴となって付着したとしても、エンジン１が停止する際にはＤＰＦ温度Ｔfが必ず水の蒸発温度より高い所定温度Ｔ1を超えるので、ＤＰＦ４内の水滴が蒸発してＤＰＦ４から除去される。したがって、その後低温環境下に放置されても、ＤＰＦ４内で水滴が凍結することがなく、ＤＰＦ４の破損を防止することができる。
【００３０】
図４及び図５は、本発明の第２の実施形態における昇温制御の制御手順を示すフローチャートである。以下、第１の実施形態における図２に示す昇温制御に対する相違点のみ説明する。
第２の実施形態では、ステップＳ１４において、ＤＰＦ温度Ｔf1が所定温度Ｔ1以下であると判定された場合は、ステップＳ５０に進む。
【００３１】
ステップＳ５０では、昇温準備フラグＦbを１とするとともに、積算タイマーを積算させる。積算タイマーは、昇温準備フラグＦbが１である、即ちＤＰＦ温度Ｔf1が所定温度Ｔ1以下である継続時間Ｔcを計測する。そして、ステップＳ５４に進む。
一方、ステップＳ１４において、ＤＰＦ温度Ｔf1が所定温度Ｔ1より高いと判定された場合は、ステップＳ５２に進む。
【００３２】
ステップＳ５２では、昇温準備フラグＦbを０とするとともに、積算タイマーをリセットして継続時間Ｔcを０にする。そして、ステップＳ５４に進む。
ステップＳ５４では、積算タイマーにより計測された継続時間Ｔcが所定時間Ｔc1より大きいか否かを判別する。継続時間Ｔcが所定時間Ｔc1より大きい場合は、ステップＳ５６に進む。なお、所定時間Ｔc1は、昇温制御を実施させるタイミングを設定するものであり、あらかじめ実験等により確認して適宜設定すればよい。
【００３３】
ステップＳ５６では、積算タイマーをリセットして継続時間Ｔcを０にする。また、昇温制御開始フラグＦaを１にする。そして、ステップＳ２６に進む。
一方、ステップＳ１０において、昇温制御開始フラグＦaが１であると判定された場合は、ステップＳ５８に進む。
ステップＳ５８では、エンジン停止指令があるか否かを判別する。エンジン停止指令がある場合は、ステップＳ６０に進む。
【００３４】
ステップＳ６０では、エンジン停止を禁止する。そして、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ５８において、エンジン停止指令がないと判定された場合は、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ３４において、経過時間Ｔpが所定時間Ｔp1より大きいと判定された場合は、ステップＳ６２に進む。
【００３５】
ステップＳ６２では、昇温継続タイマーをリセットして、経過時間Ｔpを０にするとともに、昇温制御開始フラグＦaを０にする。また、昇温制御を停止させるとともに、警告装置２０による警告を解除する。そして、ステップＳ６４に進む。
ステップＳ６４では、エンジン停止指令があるか否かを判別する。エンジン停止指令がある場合は、ステップＳ６６に進む。
【００３６】
ステップＳ６６では、エンジンを停止させる。そして、本ルーチンを終了する。
ステップＳ６４においてエンジン停止指令がないと判定された場合、またはステップＳ５４において継続時間Ｔcが所定時間Ｔc1以下であると判定された場合は、本ルーチンを終了する。
以上のように制御することにより、第２の実施形態では、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1以下である期間が所定時間Ｔc1継続した場合に昇温制御が実施される。これにより、例えば低負荷運転の継続により排気中の水分が結露してＤＰＦ４内に水滴となって付着したとしても、ＤＰＦ４が昇温することで水滴が蒸発しＤＰＦ４から除去される。これにより、ＤＰＦ４の前後での排気の差圧の増加が抑制されるので、ＤＰＦ４の前後での排気の差圧ΔＰに基づいてＰＭの堆積量を推定する強制再生装置を備えたものでは、正確にＰＭの堆積量を推定でき、強制再生を適正に実行させることができる。そして、この昇温制御中にエンジン停止指令があっても、昇温制御が終了するまでエンジンの停止が規制されるので、確実にＤＰＦ４内から水滴が除去され、ＤＰＦ４に水滴が付着した状態で放置されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の排気浄化装置が適用されたエンジンの排気系の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における昇温制御の制御手順を示すフローチャートの一部である。
【図３】本発明の第１の実施形態における昇温制御の制御手順を示すフローチャートの残部である。
【図４】本発明の第２の実施形態における昇温制御の制御手順を示すフローチャートの一部である。
【図５】本発明の第２の実施形態における昇温制御の制御手順を示すフローチャートの残部である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン
４  ＤＰＦ
５  温度センサ
８  キースイッチ
１０  ＥＣＵ
１１  燃料噴射ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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