(57)【要約】【課題】フィルタの異常状態を正確に検出する排気浄化装置を提供する。【解決手段】  エンジンの排気中に含まれるＰＭを捕集しつつ触媒作用により燃焼させる排気浄化装置において、前記フィルタの強制再生状態を判定する強制再生状態判定手段Ｓ２０と、前記フィルタの温度を検出する温度検出手段３１ｂと、前記フィルタの強制再生時に、前記フィルタの検出温度に応じてフィルタの加熱状態を制御する加熱制御手段Ｓ２１〜Ｓ２３と、前記フィルタが加熱状態にない場合において、前記フィルタの検出温度と所定温度とを比較し、前記フィルタの検出温度が所定温度を超えた回数をカウントするカウント手段Ｓ２４、Ｓ２５と、カウント回数が所定回数を越えた場合に前記フィルタに異常が発生したと判定する異常発生判定手段Ｓ２６と、を備える。【選択図】図４
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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を捕集しつつ触媒作用により燃焼させる排気浄化装置において、
前記フィルタの強制再生状態を判定する強制再生状態判定手段と、
前記フィルタの温度を検出する温度検出手段と、
前記フィルタの強制再生時に、前記フィルタの検出温度に応じてフィルタの加熱状態を制御する加熱制御手段と、
前記フィルタが加熱状態にない場合において、前記フィルタの検出温度と所定温度とを比較し、前記フィルタの検出温度が所定温度を超えた回数をカウントするカウント手段と、
カウント回数が所定回数を越えた場合に前記フィルタに異常が発生したと判定する異常発生判定手段と、
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記所定温度は、前記フィルタの異常状態に応じて設定される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】
前記所定温度は、強制再生時の許容温度、酸化触媒の劣化温度及びフィルタの溶損温度の少なくとも一つに応じて設定したことを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記異常発生手段が前記フィルタの異常を判定した時に、前記フィルタの異常を外部に報知する異常報知手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記異常報知手段は、前記フィルタの異常状態に応じて報知方法が異なることを特徴とする請求項４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粒子状物質（ＰＭ）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を低減する排気浄化装置のひとつとして、連続再生式フィルタ装置（ＣＲ−ＤＰＦ）の開発が注目される。連続再生式フィルタ装置は、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して、再生するものである。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、フィルタの過剰に堆積する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、ＰＭ堆積量やフィルタ前後差圧に応じて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。しかしながら堆積ＰＭの燃焼温度を制御することは難しく、強制再生中の燃焼温度を検出し、検出した温度が所定温度を越えた場合にフィルタが溶損したと判定する技術がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１５５９１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術においては、検出した燃焼温度から異常状態を推定して、対処しているのみであり、異常を生じた原因を特定することはできない。
【０００４】
この発明は、強制再生制御に異常が発生していることを的確に検知し、異常の原因を特定し、フィルタ装置の性能の維持を図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を捕集しつつ触媒作用により燃焼させる排気浄化装置において、前記フィルタの強制再生状態を判定する強制再生状態判定手段と、前記フィルタの温度を検出する温度検出手段と、前記フィルタの強制再生時に、前記フィルタの検出温度に応じてフィルタの加熱状態を制御する加熱制御手段と、前記フィルタが加熱状態にない場合において、前記フィルタの検出温度と所定温度とを比較し、前記フィルタの検出温度が所定温度を超えた回数をカウントするカウント手段と、カウント回数が所定回数を越えた場合に前記フィルタに異常が発生したと判定する異常発生判定手段と、を備える。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明において、前記所定温度は、前記フィルタの異常状態に応じて設定される。
【０００７】
第３の発明は、第２の発明において、前記所定温度は、強制再生時の許容温度、酸化触媒の劣化温度及びフィルタの溶損温度の少なくとも一つに応じて設定する。
【０００８】
第４の発明は、第１から３のうちいずれか一つの発明において、前記異常発生手段が前記フィルタの異常を判定した時に、前記フィルタの異常を外部に報知する異常報知手段を備える。
【０００９】
第５の発明は、第４の発明において、前記フィルタの異常状態に応じて報知方法が異なる。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明においては、フィルタが加熱状態にない場合において、フィルタの検出温度が所定温度を越えた回数をカウントして、カウント数が所定回数を越えた場合に、フィルタ装置に異常が発生したと判断するため、フィルタ装置に異常を正確に判定できる。また、異常判定を強制再生中で、かつフィルタを加熱状態にないときに異常判定を行うため、異常の原因をエンジンの噴射系、または強制再生の制御ロジックに特定することができる。
【００１１】
第２と第３の発明は、フィルタの異常状態、つまり強制再生時の許容温度、酸化触媒の劣化温度及びフィルタの溶損温度に応じて所定温度を設定したため、フィルタの異常発生時にフィルタの異常状態を認識することができ、異常認識後の対処を速やかに行うことができる。
【００１２】
第４の発明は、異常発生時にフィルタの異常を運転者等に確実に報知することとしたので、異常発生後速やかに異常を運転者等が認識でき、異常による排ガスの悪化や燃費の悪化を抑制することができる。
【００１３】
第５の発明は、フィルタの異常状態に応じて報知方法を異ならせたため、フィルタの異常発生時にフィルタの異常状態を認識することができ、異常認識後の対処を速やかに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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、連続再生式フィルタ装置（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。
【００１６】
ＣＲ−ＤＰＦ１７は、ディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）２５と、その上流側に設置される酸化触媒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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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。
【００１９】
触媒の予熱手段として、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としてを用い、これらをエンジン１０の排気温度を積極的に高める制御を行い、触媒を加熱する。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。
【００２０】
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手段（図２のＳ２）と、ＤＰＦ２５の前後差圧（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手段（図２のＳ８）と、が設定される。
【００２１】
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。
【００２２】
ＤＰＦ２５の前後差圧（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。
【００２３】
ＰＭ堆積量の算出（図２のＳ１）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。
【００２４】
図２は、コントロールユニット２０の強制再生制御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の前後差圧を読み込む。Ｓ４においては、前後差圧が所定圧を超過した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）のカウント値を読み込む。Ｓ６においては、運転時間（または運転距離）のカウント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）のカウント値を読み込む。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）のカウント値が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。
【００２５】
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〜Ｓ８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３参照）。
【００２６】
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、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アフタ噴射からポスト噴射へ切り替わり、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。
【００２７】
Ｓ１１においては、ＤＰＦ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。
【００２８】
図４は、本発明の特徴的な制御である、強制再生中に実施されるＣＲ−ＤＰＦ１７の異常高温判定の制御内容を説明するためのフローチャートである。この制御内容はコントロールユニット２０によって制御され、ＣＲ−ＤＰＦ１７が強制再生状態にあるときに実施される。
【００２９】
Ｓ２０でＣＲ−ＤＰＦ１７の状態が強制再生状態にあるかどうかを、例えば、強制再生モードの入っているかどうかにより判定し、ｙｅｓの場合にはＳ２１に進み、ｎｏの場合には制御を終える。Ｓ２１では、ＤＰＦ２５の出口温度を検出する温度センサ３１ｂの検出温度を読み込み、検出した温度が第１所定温度（例えば６５０℃）を超えるかどうかを判定する。ここで第１所定温度は強制再生モードの再生温度であり、このステップでＤＰＦ２５を加熱すべきかどうかを判断する。この第１所定温度を越える場合にはＳ２２に進み、ＤＰＦ２５の温度を低下させる温度制御を行う標準マップに基づいて温度制御を行い、Ｓ２４に進む。一方、第１所定温度以下の場合にはＳ２３に進み、ＤＰＦ２５を加熱する昇温マップに基づいてＤＰＦ２５の温度制御を行う。
【００３０】
Ｓ２４では、Ｓ２２で標準マップに基づいて温度制御されたＤＰＦ２５の温度をセンサ３１ｂから読み込み、ＤＰＦ２５の検出温度が第２所定温度を越えているかどうかを判定する。ここで第２所定温度は、強制再生温度の許容上限温度であり、ＤＰＦ２５が溶損しない温度、例えば、７００℃に設定する。検出温度が第２所定温度を超えた場合にＳ２５に進む。
【００３１】
Ｓ２５では、ＤＰＦ２５の検出温度が第２所定温度を超えた回数をカウントする（図５、図６参照）。図５は正常温度制御状態を示し、図６はＤＰＦ２５の温度状態に異常が生じている状態である。そして続くＳ２６でカウント数が第１所定回数を超えたかどうかを判定する。ここで、第１所定回数は例えば、３回に設定する。つまり標準マップに基づいてＤＰＦ２５の温度を低下させる温度制御中であるにもかかわらず、ＤＰＦ２５の温度が第２所定温度を第１所定回数越える状態になっているということは、ＤＰＦ２５の温度制御に異常が生じていることであり、第１所定回数を越えていれば、Ｓ２７でＤＰＦ２５の異常を例えば、ランプの点灯やブザーの音により運転者に報知する。
【００３２】
ここで、ＤＰＦ２５の温度制御がＤＰＦ２５を低下させる温度制御であるにもかかわらず、ＤＰＦ２５の温度が上昇しているため、ＤＰＦ２５の温度制御に異常が生じる原因は、エンジン１０への燃料量や燃料噴射時期の異常であるエンジンの噴射系の異常またはＤＰＦ２５の強制再生制御ロジックの異常と特定することができ、異常原因の特定から問題解消までの時間を短縮することができる。これにより、ＣＲ−ＤＰＦ１７のシステムとしての浄化性能を維持することができ、ＤＰＦ２５の異常による排ガスの悪化や燃費の悪化を抑制することができる。
【００３３】
なお、Ｓ２６で第２所定温度を越えた回数をカウントしたが、第２所定温度を超えた時間を計測し、所定時間を越えた時にＤＰＦ２５に異常が生じていると判定してもよい。
【００３４】
図７は、第２の実施形態としての、強制再生中に実施されるＣＲ−ＤＰＦ１７の異常高温判定の制御内容を説明するためのフローチャートである。この制御内容はコントロールユニット２０によって制御され、ＣＲ−ＤＰＦ１７が強制再生状態にあるときに実施される。
【００３５】
図４に示した第１の実施形態の制御に対して、本実施形態は、ＣＲ−ＤＰＦ１７の異常温度がＣＲ−ＤＰＦ１７に及ぼす影響を判断する制御とした点が異なる。
【００３６】
Ｓ２０からＳ２５までの制御内容は第１の実施形態と同様であり、Ｓ２５に続くＳ３０では、ＤＰＦ２５の温度が前述の第２所定温度を越える回数が第１所定回数（例えば、３回）未満かどうかを判定する。第１所定回数未満であれば、Ｓ３１に進み、ＤＰＦ２５の温度が第３所定温度を越えるかどうかを判定する。第１所定回数以上であれば、Ｓ３２に進み、ランプを点灯して異常を運転者等に通知する。
【００３７】
Ｓ３１では、ＤＰＦ２５の入口温度を検出する温度センサ３１ａから酸化触媒２６の温度を読み込み、酸化触媒２６の温度を第３所定温度と比較する。ここで第３所定温度は、酸化触媒２６の触媒が劣化する温度、例えば８００℃に設定する。酸化触媒２６の温度が第３所定温度を越えていればＳ３３に進み、第３所定温度を越えた回数をカウントする。続くＳ３４では、Ｓ３３でカウントした回数が第２所定回数（例えば、２回）未満かどうかを判定し、第２所定回数未満であればＳ３５に進み、第２所定回数以上であればＳ３６に進み、ランプを点灯して異常を運転者等に通知する。なお、酸化触媒２６の温度はセンサ３１ｂの検出温度から推定してもよい。
【００３８】
Ｓ３５では、ＤＰＦ２５の温度を第４所定温度と比較する。ここで第４所定温度は、ＤＰＦ２５が溶損する温度、例えば１０００℃に設定する。ＤＰＦ２５の温度が第４所定温度を越えていればＳ３７に進み、第４所定温度を越えた回数をカウントする。続くＳ３８では、Ｓ３７でカウントした回数が第３所定回数（例えば、２回）未満かどうかを判定し、第３所定回数未満であれば制御を繰り返し、第３所定回数以上であればＳ３９に進み、ランプを点灯して異常を運転者等に通知する。
【００３９】
なお、Ｓ３２、Ｓ３６、Ｓ３９それぞれでランプを点灯するが、色を変えることで、異常の原因を特定することができる。また図８に、各所定温度の関係を示す。
【００４０】
このようにＣＲ−ＤＰＦ１７の異常状態毎に閾値（所定温度）を設定して、ＤＰＦ２５または酸化触媒２６の検出温度と比較することにより、ＣＲ−ＤＰＦ１７の異常状態をより正確に把握することができ、異常時の対応を効率よく進めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
排気浄化装置の異常を確実に判断できるため、低公害ディーゼル車両に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】排気浄化装置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】強制再生モードの一例を示す図である。
【図４】強制再生時の異常高温を検出する制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】第１所定温度と第２所定温度の関係を示す図である。
【図６】異常高温時のカウントの概念図である。
【図７】強制再生時の異常高温を検出する制御内容を説明する他のフローチャートである。
【図８】各所定温度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
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
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
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】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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