(57)【要約】【課題】  エンジンに起因したＰＭ排出量の異常を検知する排気浄化装置を提供する。【解決手段】  ＤＰＦ２５の強制再生時期が判定される再生間隔時間が閾値より短くなる再生頻繁時を判定し、この再生頻繁時が連続して生じる連続再生回数をカウントし、カウントされた連続再生回数が閾値を越えた場合にエンジン１０に起因したＰＭ排出量の異常と判定する構成とした。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気中に含まれるＰＭをフィルタに捕集し、捕集されたＰＭを触媒作用により燃焼させる排気浄化装置において、
フィルタ上流の排気圧力またはフィルタ前後の差圧が設定値を越えたときにフィルタの強制再生時期を判定する第一判定手段と、この第一判定手段と異なる方法に基づいてフィルタの強制再生時期を判定する第二判定手段と、フィルタの強制再生時期が判定される再生間隔時間が閾値より短くなる再生頻繁時を判定する再生間隔時間判定手段と、この再生頻繁時が連続して生じる連続再生回数をカウントするカウント手段と、カウントされた連続再生回数が閾値を越えた場合にＰＭ排出量の異常と判定するエンジン異常判定手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記第二判定手段は前記フィルタのＰＭ堆積量が所定値以上のときに強制再生時期を判定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第二判定手段は前記フィルタの強制的な昇温制御の解除から計測される運転時間または運転距離が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間にフィルタの強制的な昇温制御の履歴がないときに強制再生時期を判定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第二判定手段は運転時間または運転距離または前記フィルタの強制的な昇温制御の回数がＰＭ堆積量を定期的に初期化する０リセット強制再生用に設定のインターバルに達すると強制再生時期を判定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を除去処理するための排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるＰＭの有望な低減手段のひとつとして、排気浄化装置（ＣＲ−ＤＰＦ）の開発が注目される（特許文献１〜特許文献７、参照）。排気浄化装置は、エンジンの排気中に含まれるＰＭをフィルタに捕集しつつ、その捕集ＰＭを触媒作用により連続的に燃焼除去するものである。このようなフィルタ装置においても、触媒には活性温度領域があり、これを下回るような排気温度での運転状態が長く継続すると、フィルタの連続再生が十分に行われず、ＰＭ堆積量が過剰になり、エンジン性能に悪影響を及ぼしかねない。また、フィルタにＰＭ堆積量が過剰な状態で触媒の活性温度領域に入るような排気温度での運転状態へ移行すると、フィルタに過剰に堆積したＰＭが急激に燃焼する可能性があり、フィルタの溶損や亀裂を生じやすくなる。そのため、必要な時期に強制的な堆積ＰＭの燃焼除去（フィルタの強制再生）が行われるのである。
【特許文献１】特開２００３−１５５９１５号
【特許文献２】特開２００３−１５５９１６号
【特許文献３】特開２００３−１５５９１９号
【特許文献４】特開２００３−１２９８３５号
【特許文献５】特開２００３−３８３３号
【特許文献６】特開２００３−８３０３５号
【特許文献７】特開２００３−４９６３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらは、エンジンから排出されるＰＭがフィルタに堆積する量を検知する制御を行うが、ＰＭを排出するエンジンの管理はできておらず、エンジンの異常や劣化等に起因してＰＭが大量に発生することに対処できないという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンに起因したＰＭ排出量の異常を検知す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】
【０００５】
第１の発明は、エンジンの排気中に含まれるＰＭをフィルタに捕集し、捕集されたＰＭを触媒作用により燃焼させる排気浄化装置に適用する。
【０００６】
そして、フィルタ上流の排気圧力またはフィルタ前後の差圧が設定値を越えたときにフィルタの強制再生時期を判定する第一判定手段と、この第一判定手段と異なる方法に基づいてフィルタの強制再生時期を判定する第二判定手段と、フィルタの強制再生時期が判定される再生間隔時間が閾値より短くなる再生頻繁時を判定する再生間隔時間判定手段と、この再生頻繁時が連続して生じる連続再生回数をカウントするカウント手段と、カウントされた連続再生回数が閾値を越えた場合にＰＭ排出量の異常と判定するエンジン異常判定手段とを備えたことを特徴とするものとした。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、第二判定手段はフィルタのＰＭ堆積量が所定値以上のときに強制再生時期を判定する構成としたことを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、第二判定手段はフィルタの強制的な昇温制御の解除から計測される運転時間または運転距離が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間にフィルタの強制的な昇温制御の履歴がないときに強制再生時期を判定する構成としたことを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１の発明において、第二判定手段は運転時間または運転距離またはフィルタの強制的な昇温制御の回数がＰＭ堆積量を定期的に初期化する０リセット強制再生用に設定のインターバルに達すると強制再生時期を判定する構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によると、エンジンの異常や劣化等に起因してＰＭが大量に発生するような場合、フィルタ前後の差圧が上昇して強制再生開始の判定が行われ、この再生間隔時間が通常の間隔（例えば５０時間）より短くなるため、この再生頻繁時が連続して生じる連続再生回数をカウントし、カウントした連続再生回数が閾値を越えた場合にエンジンに起因したＰＭ排出量の異常と的確に判定できる。この判定結果を知らせることにより、エンジンの点検、修理を行うことが促され、エンジンの燃費等が悪化したまま放置されることを防止できる。
【００１１】
第２の発明においては、強制再生時期の判定にＰＭ堆積量に基づく判定方法とフィルタ上流の排気圧力またはフィルタ前後の差圧に基づく判定方法とが併用され、これらのチェックが働くため、フィルタのＰＭ堆積量が過剰に至るのを未然に回避しえる確率を高められる。
【００１２】
ＰＭ堆積量に基づく判定方法では、再生間隔時間が通常の間隔（例えば５０時間）以上になるため、連続判定回数がクリアされ、この場合をエンジンに起因したＰＭ排出量の異常と誤って判定することを回避できる。
【００１３】
第３の発明においては、強制再生時期の判定にフィルタ上流の排気圧力またはフィルタ前後の差圧に基づく判定方法と強制再生用のインターバルに基づく判定方法とが併用され、これらのチェックが働くため、フィルタのＰＭ堆積量が過剰に至るのを未然に回避しえる確率を高められる。
【００１４】
強制再生用のインターバルに基づく判定方法では、再生間隔時間が通常の間隔（例えば５０時間）以上になるため、連続判定回数がクリアされ、この場合をエンジンに起因したＰＭ排出量の異常と誤って判定することを回避できる。
【００１５】
第４の発明においては、強制再生時期の判定にフィルタ上流の排気圧力またはフィルタ前後の差圧に基づく判定方法と０リセット強制再生用のインターバルに基づく判定方法とが併用され、これらのチェックが働くため、フィルタのＰＭ堆積量が過剰に至るのを未然に回避しえる確率を高められる。
【００１６】
０リセット強制再生用のインターバルに基づく判定方法では、再生間隔時間が通常の間隔（例えば５０時間）以上になるため、連続判定回数がクリアされ、この場合をエンジンに起因したＰＭ排出量の異常と誤って判定することを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１において、１０はディーゼルエンジンであり、コモンレール式燃料噴射装置（図示せず）を備える。エンジン１０の吸気通路１１にターボ過給機１２のコンプレッサ１２ａ、インタクーラ１３、吸気絞り弁１４が介装される。エンジン１０の排気通路１５にターボ過給機１２のタービン１２ｂ、排気絞り弁１６、排気浄化装置（ＣＲ−ＤＰＦ）１７、が介装される。コモンレール式燃料噴射装置は、コモンレールに燃料を蓄圧する高圧ポンプと、コモンレールに各気筒の噴射ノズルを接続する燃料供給管と、を備える。燃料噴射装置および後述の予熱手段を制御するのがコントロールユニット２０であり、通常の制御マップのほか、強制再生用の昇温制御マップが格納される。２１はＥＧＲ（排気還流）装置のＥＧＲバルブ、２２はターボ過給機１２のタービン１２ｂを迂回するターボバイパスの開閉バルブである。
【００１９】
ＣＲ−ＤＰＦ１７は、ＤＰＦ２５と酸化触媒２６とから構成される。ＤＰＦ２５は、ハニカム構造体に形成され、その格子状に区画される流路（セル）の入口と出口が交互に目封じされる。つまり、入口の目封じされる流路と出口の目封じされる流路とが交互に隣接され、これらを区画する多孔質の隔壁が排気の通過を許容するようになっている。この例においては、隔壁に捕集されるＰＭの燃焼可能な着火温度を低めに設定するため、触媒（アルミナ等）付きフィルタが採用される。酸化触媒２６は、触媒を担持するハニカム構造体に形成され、ハニカム構造体の格子状に区画される流路を通過する排気に含まれる主にＨＣ（炭化水素）を酸化処理するものであり、その反応熱により触媒温度が上昇して堆積ＰＭの燃焼を促進するのである。
【００２０】
コントロールユニット２０の制御に必要な検出手段として、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転センサ（クランク角センサを兼ねる）およびエンジン負荷ｑを検出する負荷センサのほか、ＣＲ−ＤＰＦ１７の入口圧力と出口圧力との差圧を検出する差圧センサ３０、ＤＰＦ２５の入口温度を検出する温度センサ３１ａとＤＰＦ２５の出口温度を検出する温度センサ３１ｂ、吸気流量を検出するエアフローセンサ３２、等が設けられる。
【００２１】
コントロールユニット２０は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷ｑとから通常の制御マップに基づいて噴射ノズルへの燃料噴射信号（噴射量の指令および噴射時期の指令）を決定する。ＤＰＦ２５の強制再生が必要な時期を判定すると、通常の制御マップから強制再生用の昇温マップに切り替わり、ＣＲ−ＤＰＦ１７の雰囲気温度が所定値（例えば、２３０℃）を下回るときは、触媒の予熱手段を駆動するほか、必要があれば昇温マップに基づいて燃料のメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うような燃料噴射信号を決定する一方、ＣＲ−ＤＰＦの雰囲気温度が所定値以上のときは、昇温マップに基づいてメイン噴射から大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行うような燃料噴射信号を決定するのである。
【００２２】
触媒の予熱手段については、ＥＧＲバルブ２１、吸気絞り弁１４または排気絞り弁１６、ターボバイパスの開閉バルブ２２、がエンジン１０の排気温度を積極的に高める制御に利用される。ターボ過給機１２が可変ノズル式の場合、ターボバイパスの開閉バルブ２２の代わりに可変ノズルを触媒の予熱手段として制御することも考えられる。
【００２３】
ＤＰＦ２５の強制再生が必要な時期の判定については、ＤＰＦ２５のＰＭ堆積量（推定量）が所定値以上のときに強制再生時期を判定する第二判定手段（図２のＳ２）と、ＤＰＦ２５前後の差圧（またはＣＲ−ＤＰＦ１７の入口圧力）が所定値以上のときに強制再生時期を判定する第一判定手段（図２のＳ４）と、ＰＭ堆積量に基づく強制再生の完了から計測される運転時間（または運転距離）が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間に強制再生の履歴がないときに強制再生時期を判定する第二判定手段（図２のＳ６）と、運転時間（または運転距離または強制再生の回数）がＰＭ堆積量を定期的に初期化する０リセット強制再生用のインターバルに達すると強制再生を判定する第二判定手段（図２のＳ８）と、が設定される。
【００２４】
ＤＰＦ２５の強制再生時期は、このような複数の異なる方法に基づいて判定され、これら何れかの判定を受けると、そのときの判定方法に対応する強制再生モード（図４参照）としてＰＭ堆積量に応じた強制再生温度および強制再生時間を設定する手段（図２のＳ９）が設定される。
【００２５】
ＤＰＦ２５前後の差圧（またはＣＲ−ＤＰＦ１７の入口圧力）から強制再生時期を判定する手段においては、強制再生時期の判定基準となる所定値としてレベル１とこれより高いレベル２が設定され、これらレベル１、レベル２に基づく強制再生時期の判定毎に異なる強制再生モードとしてＰＭ堆積量に応じた強制再生時間および強制再生温度が設定されるのである。
【００２６】
ＰＭ堆積量の算出（図２のＳ１）については、吸気流量（エアフローセンサ３２の検出信号）と燃料流量（エンジン負荷ｑの検出信号）とから空気過剰率を求め、空気過剰率からスモーク濃度を求め、スモーク濃度と吸気流量とから単位時間あたりのＰＭ排出量を求める。その一方、ＤＰＦのＰＭ燃焼特性マップに基づいて、触媒の酸化作用により堆積ＰＭの燃焼が開始される排気条件において、単位時間あたりのＰＭ燃焼量を求める。具体的には、触媒による酸化反応の効率に影響を与える空間速度を求め、ＤＰＦ２５の触媒温度（ＤＰＦ２５の出口温度またはＤＰＦ２５の入り口温度と出口温度との平均値）と空間速度とからＰＭ燃焼速度を求め、単位時間あたりのＰＭ燃焼量に変換する。そして、ＰＭ排出量からＰＭ燃焼量を引く減算値を順次に積算することにより、ＤＰＦのＰＭ堆積量を求めるのである。減算値は、負になる可能性があるので、負の減算値＝０に修正する処理が設定される。
【００２７】
図２、図３は、コントロールユニット２０の制御内容を説明するフローチャートであり、Ｓ１においては、ＤＰＦ２５のＰＭ堆積量を算出する。Ｓ２においては、ＰＭ堆積量の算出値（推定量）が所定値以上かどうかを判定する。Ｓ３においては、ＤＰＦ２５前後の差圧を読み込む。Ｓ４においては、差圧がレベル１またはレベル２を超過かどうかを判定する。Ｓ５においては、運転時間（または運転距離）の計測値を読み込む。Ｓ６においては、運転時間（または運転距離）の計測値が強制再生用のインターバルに達したかどうかを判定する。Ｓ７においては、運転時間（または運転距離または強制再生回数）の計測値を読み込む。Ｓ８においては、運転時間（または運転距離または強制再生回数）の計測値が０リセット強制再生用のインターバルに達したかどうかを判定する。
【００２８】
Ｓ２の判定がｎｏかつＳ４の判定がｎｏかつＳ６の判定がｎｏかつＳ８の判定がｎｏのときは、Ｓ１へ戻る。Ｓ２の判定がｙｅｓまたはＳ４の判定がｙｅｓまたはＳ６の判定がｙｅｓまたはＳ８の判定がｙｅｓのときは、Ｓ９へ進む。Ｓ９においては、強制再生時期の判定（ｙｅｓ）がＳ２の判定〜Ｓ８４の判定の何れかに拠るのかに応じて強制再生モードを選定する（図４参照）。Ｓ６の判定に拠る場合、強制再生用のインターバルに対応する強制再生モードにより、強制再生温度Ｔｒｅｇ４および強制再生時間Ｔ４をＰＭ堆積量に応じて設定する。Ｓ８の判定に拠る場合、０リセット強制再生用のインターバルに対応する強制再生モードにより、強制再生温度Ｔｒｅｇ５および強制再生時間Ｔ５をＰＭ堆積量に応じて設定する。
【００２９】
Ｓ１０においては、選定の強制再生モードに基づいて強制再生を実行する。触媒の酸化反応に十分な排気温度の運転状態のときは、ＤＰＦ２５の出口温度を監視しながら、昇温マップに基づいてメイン噴射から大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行うように燃料噴射装置を制御する。触媒の酸化反応に必要な排気温度を下回る運転状態のときは、ＣＲ−ＤＰＦ１７の雰囲気温度を監視しながら、触媒の予熱手段を制御するほか、必要があれば昇温マップに基づいてメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うように燃料噴射装置を制御する。アフタ噴射においては、燃料の発熱量のうちの動力に使用されない熱量が増えて排気温度が上昇するため、ＤＰＦ２５の触媒も堆積ＰＭの酸化処理に必要な温度へ高められるのである。触媒温度が酸化処理に必要な温度に至ると昇温マップを切り替えてポスト噴射により、排気中に添加される未燃燃料が触媒上で酸化反応され、その反応熱により触媒温度を上昇させるため、堆積ＰＭの燃焼処理が促進される。
【００３０】
Ｓ１１においては、ＤＰＦ２５の出口温度が強制再生温度に達するかどうか、を判定する。Ｓ１１の判定がｙｅｓになると、Ｓ１２へ進む一方、Ｓ１１の判定がｎｏのときは、ｙｅｓになるまで判定を繰り返す。Ｓ１２においては、ＤＰＦ２５の出口温度が強制再生温度以上の継続時間が強制再生時間に達したかどうかを判定する。Ｓ１２の判定がｙｅｓになると、Ｓ１３へ進む一方、Ｓ１２の判定がｎｏのときは、ｙｅｓになるまで判定を繰り返す。Ｓ１３においては、強制再生モードをリセットする。Ｓ１４においては、強制再生の昇温制御を解除すると共に通常の燃料噴射へ復帰するのである。
【００３１】
なお、差圧センサ３０、温度センサ３１ａ、温度センサ３１ｂ、エアフローセンサ３２等を含むＣＲ−ＤＰＦ１７のシステムの異常は別のルーチンで処理され、このシステムの異常があると判定された場合は図示しない異常ランプを点灯し、これを知らせるようになっている。
【００３２】
そして、本発明は、エンジン１０に起因したＰＭ排出量の異常を検知するために、ＤＰＦ２５の強制再生時期が判定される再生間隔時間が閾値より短くなる再生頻繁時を判定する再生間隔時間判定手段と、この再生頻繁時が連続して生じる連続再生回数をカウントするカウント手段と、カウントされた連続再生回数が閾値を越えた場合にエンジン１０に起因したＰＭ排出量の異常と判定するエンジン異常判定手段とを備える。なお、再生間隔時間が閾値以上となったことが判定された場合は、連続再生回数はクリアされる。
【００３３】
図５のフローチャートはエンジン１０に起因したＰＭ排出量の異常を検知するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００３４】
これについて説明すると、まずステップ１において、ＤＰＦ２５の強制再生開始の判定があるかどうかを判定する。
【００３５】
この強制再生開始の判定があった場合、ステップ２に進んで、ＤＰＦ２５の強制再生時期が判定される再生間隔時間を計測し、この再生間隔時間が閾値（例えば５０時間）より短くなる再生頻繁時かどうかを判定する。なお、このステップ２において行われる処理が再生間隔時間判定手段に相当する。
【００３６】
ステップ２において再生頻繁時と判定された場合、ステップ３に進んで、この再生頻繁時が連続して生じる連続再生回数をカウントする。なお、このステップ２において行われる処理がカウント手段に相当する。
【００３７】
一方、ステップ２において再生間隔時間が閾値以上となると判定された場合は、連続再生回数をクリアする。
【００３８】
続いてステップ４に進んで、カウントした連続再生回数が閾値（例えば３回）を越えたかどうかを判定する。なお、このステップ４において行われる処理がエンジン異常判定手段に相当する。
【００３９】
ここで連続再生回数が閾値以下の場合、ステップ６に進んで、前述した強制再生モードに基づいて強制再生を実行する。
【００４０】
一方、連続再生回数が閾値を超えた場合、エンジン１０に起因したＰＭ排出量の異常が生じたものとして、ステップ５に進んで、異常ランプを点灯する。これにより、エンジン１０の点検、修理を行うことが促され、エンジン１０の燃費等が悪化したまま放置されることを防止できる。
【００４１】
以上のように、エンジンの異常や劣化等に起因してＰＭが大量に発生するような場合、ＤＰＦ２５前後の差圧が上昇して強制再生開始の判定が行われ、この再生間隔時間が通常の間隔（例えば５０時間）より短くなるため、この再生頻繁時が連続して生じる連続再生回数をカウントし、カウントした連続再生回数が閾値を越えた場合にエンジン１０に起因したＰＭ排出量の異常と的確に判定できる。
【００４２】
これに対して、次の条件を満たしてＤＰＦ２５の強制再生開始の判定が行われた場合には、再生間隔時間が通常の間隔（例えば５０時間）以上になるため、連続判定回数がクリアされる。
・ＤＰＦ２５のＰＭ堆積量（推定量）が所定値以上となって強制再生に到る場合。
・ＰＭ堆積量に基づく強制再生の完了から計測される運転時間（または運転距離）が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間に強制再生の履歴がないときに強制再生に到る場合。
・運転時間（または運転距離または強制再生の回数）がＰＭ堆積量を定期的に初期化する０リセット強制再生用のインターバルに達して強制再生に到る場合。
これにより、これらの場合をエンジン１０に起因したＰＭ排出量の異常と誤って判定することを回避できる。
【００４３】
本発明は上記の実施の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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ディーゼルエンジンに備えられる排気浄化装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】システムの構成を説明する概要図である。
【図２】コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。
【図３】コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。
【図４】コントロールユニットの制御内容に係る強制再生モード設定例である。
【図５】コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ディーゼルエンジン
１１  吸気通路
１２  ターボ過給機
１４  吸気絞り弁
１５  排気通路
１６  排気絞り弁
１７  ＣＲ−ＤＰＦ（排気浄化装置）
２０  コントロールユニット
２１  ＥＧＲバルブ
２２  ターボバイパスの開閉バルブ
２５  ＤＰＦ（フィルタ）
２６  酸化触媒
３０  差圧センサ
３１ａ，３１ｂ  温度センサ
３２  エアフローセンサ
【図１】
2005054631.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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