(57)【要約】【課題】  エンジンの排気微粒子を捕捉するフィルタを排気温度上昇により再生するようにした排気浄化装置において、再生による燃費の悪化を抑制しつつアイドル運転の継続による微粒子の堆積を防止する。【解決手段】  アイドル運転状態が継続したときには、排気微粒子の堆積量が高負荷での再生の判定基準となる第１の堆積量基準値ＰＭｎよりも高い第２の堆積量基準値ＰＭｅ以上となったときに初めてフィルタ再生を行う。再生を開始する基準値をエンジン運転状態に応じて段階的に設定したことにより、アイドル運転時において燃費悪化傾向となる排気温度上昇を行う機会を少なくしつつ排気微粒子の堆積を抑制することが可能となる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気微粒子を捕集するフィルタと、
負荷を含むエンジン運転状態を検出する手段と、
エンジン運転状態に基づいてフィルタの微粒子堆積量を算出する堆積量演算手段と、
エンジン制御により排気温度を上昇させるフィルタ再生制御手段と、を備え、
前記再生制御手段は、高負荷の運転状態において再生を開始する第１の堆積量基準値と、アイドル運転状態において再生を開始する第２の堆積量基準値とを有し、かつ前記第２の堆積量基準値は第１の堆積量基準値よりも大に設定されていること
を特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記再生制御手段は、
再生を開始する第２の堆積量基準値を適用する運転状態として、アイドル運転状態と所定の低負荷運転状態が設定されている請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記再生制御手段は、
第２の堆積量基準値を適用する低負荷の運転状態では、フィルタに流入して堆積する微粒子量と燃焼により消失する微粒子量とを一致させるバランスポイント再生を行う請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記再生制御手段は、
第１の堆積量基準値を適用する高負荷の運転状態では完全再生を行う請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記再生制御手段は、
前記何れの堆積量基準値を適用するかを、運転状態を所定時間平均した結果に基づいて決定し、ただし第２の堆積量基準値に基づく再生中は、運転状態が第１の堆積量基準値を適用すべき高負荷の運転状態となったときただちに第１の堆積量基準値による再生制御に移行する請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気温度を上昇させるエンジン制御は、
燃料噴射時期制御、燃料噴射量制御、可変ノズル排気ターボチャージャのノズル開度制御、ＥＧＲ制御、吸気量制御、補機類負荷制御、の何れかを適用して行う請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記再生制御手段は、
エンジン運転状態を負荷とエンジン回転数とに基づいて判定する請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記堆積量演算手段は、
エンジン負荷と回転数とから微粒子堆積量を与えるテーブルを参照することにより堆積量を算出する請求項１または請求項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】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、詳しくはエンジン排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタの再生処理技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等から排出される微粒子状物質（以下「排気微粒子」という。）を浄化処理するためにエンジン排気系統にフィルタを設け、捕捉した排気微粒子を所定のインターバルで酸化もしくは焼却することによりフィルタ再生するようにした装置が知られている。
【特許文献１】特開平６−５８１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
フィルタで捕捉した排気微粒子の処理には従来は電気ヒータを用いるものが多く提案されているが、近年では燃料噴射時期の遅角化や二次噴射などエンジン制御により排気温度を上昇させるようにしたものが構造、信頼性、コストの面から注目されている。しかしながら、従来のエンジン制御による処理手法では、発生熱量が少ないアイドル運転時には燃費悪化を避けるために再生を行わないようにしていたので、アイドル運転が長時間続くとフィルタ内に排気微粒子が過度に堆積してしまうおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、エンジン制御によりフィルタ再生を開始する基準値として、負荷の高いエンジン運転状態にて再生を開始させるための第１の堆積量基準値に加えて、これよりも大きな第２の堆積量基準値を設定し、アイドル時など負荷の低いエンジン運転状態では微粒子堆積量がこの第２の堆積量基準値以上となったときにフィルタ再生を開始させる。
【０００５】
負荷の高い運転状態のときは排気微粒子の堆積量が第１の堆積量基準値以上となったときに排気温度上昇によりフィルタ再生が行われ、排気微粒子の堆積が抑制される。一方、アイドル時など負荷の低い運転状態が継続したときには、排気微粒子の堆積量が第１の堆積量基準値よりも高い第２の堆積量基準値以上となったときに初めてフィルタ再生が開始される。
【発明の効果】
【０００６】
このように、フィルタ再生のためのエンジン制御を開始する基準値をエンジン運転状態に応じて段階的に設定したことにより、低負荷運転時において燃費悪化傾向となる排気温度上昇を行う機会を少なくしつつ排気微粒子の堆積を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用可能なエンジンシステムの一例を示している。図において、１はエンジンの本体、２は吸気通路、３は排気通路である。エンジン本体１には燃料噴射弁４と燃料噴射ポンプ５が取り付けられている。吸気通路２には、上流側からエアクリーナ６、エアフロメータ７、排気ターボチャージャ８のコンプレッサ９、インタークーラ１０、スロットルバルブ１１が介装されている。排気通路３には、上流側から排気ターボチャージャ８のタービン１２、排気微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）１３が介装されている。１４と１５はそれぞれフィルタ１３の入口温度と出口温度を検出する温度センサ、１６はフィルタ１２の前後圧力差を検出する圧力センサである。１７は吸気通路２と排気通路３とを連通するＥＧＲ通路であり、その途中にＥＧＲバルブ１８とＥＧＲクーラ１９が介装されている。排気ターボチャージャ８はそのタービン１２に流入する排気の流速を加減することができる可変ノズル２０を備えている。２１はエンジン回転数およびクランク位置を検出するクランク角センサである。
【０００８】
２２はコントロールユニットであり、ＣＰＵ、メモリおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されている。コントロールユニット２２は、前記各種センサからの信号に基づき、燃料噴射時期、燃料噴射量、スロットルバルブ開度、ＥＧＲ量、可変ノズル開度等を制御すると共に、フィルタ１３の微粒子堆積量を算出する堆積量算出手段およびエンジン制御により排気温度を上昇させる再生制御手段として機能する。
【０００９】
図２は、前記コントロールユニット２２により実行されるフィルタ再生制御のフローを表している。このフローは一定時間ごとに周期的に実行される。以下の説明およびフロー中で符号Ｓを付して示した数字は処理ステップ番号である。
【００１０】
この制御では、まずＳ１にてエンジン運転状態としてバックグラウンドで常時的に検出している負荷Ｑと回転数Ｎｅとを用いて排気微粒子の堆積量ＰＭ１を算出する。負荷Ｑはその代表値として燃料噴射量指令値又はアクセルペダル開度を使用し、回転数Ｎｅはクランク角センサ２１の信号を読み取っている。微粒子堆積量の算出手法は種々知られているが、例えば図３に示したように負荷Ｑおよび回転数Ｎｅに応じて一定時間Δt１内にエンジンから排出される排気微粒子量（排出ＰＭ量）を割り当てたテーブルを実験的に作成しておき、その一定時間毎の読み取り値を積算することで、例えば、PM1=PM1(i)=PM(i-1)+f(Q,Ne)のように微粒子堆積量ＰＭ１を求められる。ここで、PM(i-1)は、前回、ステップＳ１で計算された微粒子堆積量である。PM1(i)は、現在の微粒子堆積量である。ＰＭ排出レートf(Q,Ne)は一定時間Δt１内にエンジンから排出される微粒子状物質量である。一定時間は、ステップＳ１が繰り返される時間間隔である。ＰＭ排出レートf(Q,Ne)は、図３のマップをルックアップして、エンジン負荷ＱおよびエンジンスピードＮｅに基づいて定められる。制御ルーチンスタート時にPM(i-1)は初期値PM0に設定されている。フィルタが完全に再生された後（ステップＳ１０の後）制御ルーチンがスタートする場合、初期値PM0はゼロである。フィルタが不完全に再生された後（ステップＳ８の後）制御ルーチンがスタートする場合、初期値PM0はゼロでない。
【００１１】
Ｓ２では前記排気微粒子堆積量ＰＭ１が堆積量基準値ＰＭｎ以上であるか否かを判定する。ＰＭｎはフィルタ再生を行う必要があるか否かの第１の判定基準値となるものであり、ＰＭ＜ＰＭｎのときはフィルタ再生をする必要がないので何もせずにフローの初めに戻る。ＰＭ≧ＰＭｎのときは、Ｓ３にて平均運転状態を判定する。これは制御の安定性を確保するために、例えば過去５分間の運転状態（Ｑ，Ｎｅ）の平均値を算出し、それが図４に示したようなマップ上のどの点にあたるかを判定する。
【００１２】
前記領域判定においてアイドルを含む低負荷領域（図４のＡ領域）であると判定された場合には、次いでＳ４にて低負荷領域での堆積量ＰＭ２を前記ＰＭ１と同様のテーブル検索の手法で運転状態に応じて算出し、Ｓ５にてこれをＰＭ１に加えたものを新たにＰＭ１とする。
【００１３】
Ｓ６では現在の運転状態が低負荷領域(図４のＡ領域)内に維持されているかを判定し、維持されていればＳ７にて前記ＰＭ１を第２の堆積量基準値ＰＭｅと比較する。ＰＭｅは図５にも示したように第１の基準値ＰＭｎよりも大きく、フィルタ１３の許容最大堆積量Ｐｍａｘよりも小さな値に設定されている。例えば、ＰＭｅは、Ｐｍａｘの９０％、ＰＭｎはＰｍａｘの７０％に設定される。許容最大堆積量Ｐｍａｘは、それ以上ではフィルタの詰りによりエンジントラブルが発生する堆積量であるか、或いはそれ以上では微粒子がフィルタを通って外部に排出される堆積量である。この判定においてＰＭ１＜ＰＭｅであるときはＳ４の処理に戻り、低負荷領域である限りＰＭ２の算出およびＰＭ１の更新を繰り返す。
【００１４】
Ｓ７の判断においてＰＭ１≧ＰＭｅとなったときには、Ｓ８においてバランスポイント再生処理（ＢＰＴ再生処理）を実施する。ＢＰＴ再生処理とは、この再生モード（Ｓ８）に入ったときに残存するフィルタ１３の微粒子堆積量を増やしもせず減らしもしないようにする制御のことである。これは、低車速走行の多い運転モードでは、フィルタ１３に堆積している微粒子のすべてを例えば５分間連続走行で燃焼し切るには無理があるので、フィルタ１３の微粒子堆積量を増やすこともせず減らすこともしないように現状を維持させ、車速が高速度側の再生モード（Ｓ１０）になったときに、フィルタ１３に堆積している微粒子のすべてを例えば５分間連続走行で燃焼し切るようにするものである。
【００１５】
具体的には、再生処理を開始し、排気温度を目標値（約４００℃）へと上昇させると、フィルタ１３に堆積している微粒子が穏やかに燃焼する。その一方で、フィルタ１３の再生処理中にも排気中の微粒子が流入してきてフィルタ１３のベッドに堆積する。そこで、フィルタ１３に流入してきてベッドに堆積する微粒子の量と、燃焼によりベッドより消失する微粒子量とが一致するようにフィルタ１３に流入してくる微粒子量を調整する（減少させる）。
【００１６】
図２Ａ内、Ｓ１１、１２、１３がＢＰＴ再生処理のフローチャートである。Ｓ１１では排気温度を目標値（約４００℃に設定）まで昇温手段を用いて上昇させる。昇温手段としては、メイン噴射を制御するもの、メイン噴射時期をリタードするもの、吸気絞り（吸気量制御）を行うもの、燃料のポスト噴射量を増加させるもの、ポスト噴射時期をリタードさせるもの、可変ノズル排気ターボチャージャのノズル開度制御、ＥＧＲ制御が考えられる。また、昇温手段として、エアコンプレッサやオルタネータなどの補機類の負荷を増大すること（補機類負荷制御）も考えられる。なお、ＢＰＴ再生では、排気温度上昇制御に伴う燃費の悪化を最小限に抑制できる。
【００１７】
Ｓ１２では、スモーク低減運転を行い、Ｓ１３ではフィルタ１３の前後差圧が増加したかどうかをみる。フィルタ１３前後差圧が増加すれば、フィルタ１３に流入してベッドに堆積する微粒子量のほうが、燃焼によりベッドより消失する微粒子量を上回っていると判断してＳ１２に戻りスモーク低減運転を継続する。
【００１８】
ここで、スモーク低減とは微粒子低減の別表現であり、フィルタ１３前後差圧が増加すればスモーク低減運転を行うことで、この再生モードに入ったときに残存するフィルタ１３の微粒子堆積量を、増やしもせず減らしもしないようにすることができる。
【００１９】
Ｓ１２の機能を果たす手段（スモーク低減運転手段）としては、ＥＧＲ量を低減するもの、パイロット噴射量を低減するもの（ディーゼルエンジンの場合）、パイロット噴射のインターバルを大きくするもの、吸気ポートのすぐ上流位置に設けているスワールコントロールバルブを閉じてスワール強さを強化するものが考えられる。
【００２０】
また、Ｓ１３でフィルタ前後差圧が増加したか否かを判断するには、例えば次のようにすればよい。すなわち、この再生モードに入った直後のフィルタ１３の前後差圧を差圧センサ１６により検出してこれをメモリに記憶しておき、その後に差圧センサ１６により検出される実際のフィルタ前後差圧とこのメモリ値を比較し、実際のフィルタ前後差圧がこのメモリ値より増えるとフィルタ前後差圧が増加したと、この逆に実際のフィルタ前後差圧がこのメモリ値以下であればフィルタ前後差圧が増加していないと判断させればよい。
【００２１】
一方、前記Ｓ３またはＳ６の運転領域判断において高負荷領域と判定された場合には、Ｓ１０の高負荷領域での再生処理のサブルーチンを実施する。これは、例えば図４に示した比較的低負荷のＢ領域では燃費悪化を抑制するために定量再生を行い、より負荷が高く排気の熱量も大きいＣ領域では再生のための燃費の負担が少ないことから堆積微粒子がなくなるまで処理を続ける完全再生を行う。なお、Ｄ領域は排気温度制御を行うまでもなく再生に十分な排気温度が得られる自然再生領域である。
【００２２】
この制御では、低負荷領域内での運転域判断処理（Ｓ６）では瞬時運転状態にて高負荷時再生処理に移行させているが、これにより再生効率の高い高負荷運転状態への移行に対応して速やかに再生を行わせることができる。この高負荷時再生処理が終了した後は再び図２の処理の当初に戻り、微粒子堆積量と運転領域に応じた再生処理を繰り返す。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の排気浄化装置は、ディーゼルエンジンなどの自動車エンジンの排気浄化装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用可能なエンジンシステムの概略図。
【図２】本発明の一実施形態に係る再生制御の処理手順を示す流れ図。
【図２Ａ】ＢＰＴ再生処理の処理手順を示す流れ図。
【図３】前記再生制御で用いる堆積量算出のためのテーブルの説明図。
【図４】運転領域の説明図。
【図５】堆積量の基準値の説明図。
【符号の説明】
【００２５】
１  エンジン本体
２  吸気通路
３  排気通路
４  燃料噴射弁
５  燃料噴射ポンプ
７  エアフロメータ
８  排気ターボチャージャ
９  コンプレッサ
１１  スロットルバルブ
１２  タービン
１３  フィルタ
１７  ＥＧＲ通路
１８  ＥＧＲバルブ１８
２０  ターボチャージャの可変ノズル
２１  クランク角センサ
２２  コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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