(57)【要約】【課題】オーバーヒートを防止しつつＤＰＦを再生する。【解決手段】吸気管５の途中にインタークーラ３を設けるとともに、排気管７の途中にＤＰＦ９を設ける。水温センサ１３により検出されたエンジン冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０以下のときはインジェクタ６から燃料をポスト噴射させ、ＤＰＦ９を再生する（通常再生モード）。エンジン冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０より高いと電動ポンプ８を停止し、吸気温度を上昇させるとともに、通常再生モード時よりもポスト噴射量を減少させた状態でＤＰＦ９を再生する（高水温再生モード）。これにより高水温再生モード時のエンジン１の放熱量を通常再生モード時よりも抑える。【選択図】図１
2005016345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガス中の微粒子状物質を捕集するフィルター装置と、
捕集された微粒子状物質を、前記内燃機関からの熱エネルギにより燃焼して前記フィルター装置を再生する再生手段と、
前記内燃機関に送り込まれる吸気の温度を変更する温度変更手段と、
前記内燃機関冷却用の冷却媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された冷却媒体の温度が高いほど、前記フィルター装置の再生時における前記内燃機関からの放熱量が低減するように前記再生手段を制御するとともに、吸気温度が上昇するように前記温度変更手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された冷却媒体の温度が所定値以下のとき、前記内燃機関からの放熱量を増加するとともに吸気温度を減少し（以下、第１の再生モード）、冷却媒体の温度が前記所定値より高いとき、少なくとも前記第１の再生モード時よりも放熱量の増加および吸気温度の減少の程度が低減するように（以下、第２の再生モード）、前記再生手段および前記温度変更手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の出力トルク領域を判定する判定手段を有し、
前記制御手段は、（１）前記判定手段により高トルク領域と判定されると、前記再生手段による再生を行うことなく、前記温度変更手段により吸気温度を減少し、（２）前記判定手段により中トルク領域と判定されると、冷却媒体の温度に応じて前記第１の再生モードまたは前記第２の再生モードを実行し、（３）前記判定手段により低トルク領域と判定されると、冷却媒体の温度に拘わらず前記第１の再生モードを実行するように、前記再生手段および前記水温変更手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス中の微粒子をフィルタで捕集し、その捕集した微粒子を高温で燃焼させてフィルタを再生する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排気浄化装置として、排気行程の途中で燃料噴射用のインジェクタから燃料をポスト噴射して排気温度を上昇させ、フィルタ内の微粒子を焼却してフィルタを再生するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平２００２−２８５８９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報記載の装置のように、フィルタの再生のために燃料をポスト噴射すると、エンジンからエンジン冷却水への放熱量が増加する。その結果、夏場の高負荷走行時等においてエンジンがオーバーヒートするおそれがある。
【０００５】
本発明は、オーバーヒートを防止しつつフィルタを再生することができる内燃機関の排気浄化装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関から排出された排気ガス中の微粒子状物質を捕集するフィルター装置と、捕集された微粒子状物質を、内燃機関からの熱エネルギにより燃焼してフィルター装置を再生する再生手段と、内燃機関に送り込まれる吸気の温度を変更する温度変更手段と、内燃機関冷却用の冷却媒体の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された冷却媒体の温度が高いほど、フィルター装置の再生時における内燃機関からの放熱量が低減するように再生手段を制御するとともに、吸気温度が上昇するように温度変更手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関冷却用の冷却媒体の温度が高いほど、フィルター装置の再生時における内燃機関からの放熱量が低減するように再生手段を制御するとともに、吸気温度が上昇するように温度変更手段を制御するので、内燃機関からの放熱量の増加を抑えながら排気温度が上昇し、オーバーヒートを防止しつつフィルタを再生することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照して本発明による排気浄化装置の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係わる排気浄化装置の概略構成を示す図である。エンジン１にはターボチャージャーなどの過給器２と、水冷式のインタークーラ３が設けられている。吸気フィルタ４を介して取り込まれた空気は、過給器２で加圧され、吸気管５を介してインタークーラ３に導かれる。この吸気はインタークーラ３でインタークーラ冷却水と熱交換して冷却され、エンジン１に導かれる。エンジン１はディーゼルエンジンであり、シリンダー内のピストンで圧縮された空気にインジェクタ６から燃料を噴射して自然発火させ、駆動力を得る。
【０００９】
インタークーラ冷却水は電動ポンプ８により圧送され、インタークーラ３とラジエータ１１の間を循環する。インタークーラ３での熱交換により加熱されたインタークーラ冷却水はラジエータ１１で放熱され、冷却される。一方、エンジン冷却水は図示しないウォーターポンプにより圧送され、エンジン１のウォータージャケット内を循環し、エンジン１を冷却する。エンジン１で加熱されたエンジン冷却水はラジエータで放熱され、冷却される。
【００１０】
排気管７の途中には、排気ガス中の微粒子状物質であるＰＭ（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｔｅｒ）を捕集し、除去する微粒子除去装置、いわゆるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）９が設けられている。本実施の形態のＤＰＦ９は、ＰＭの捕集と除去を交互に行う交互再生式である。すなわち、通常はインジェクタ６からエンジン駆動のためのみの燃料を噴射し、再生時にはこの燃料噴射後にさらに燃料を噴射（ポスト噴射）し、エンジン１の排気行程の途中で燃焼させる。これにより駆動力にあまり寄与することなく排気温度を上昇させ、ＤＰＦ９内のＰＭを焼却、つまりフィルタ９を再生する。なお、再生時に燃料の噴射時期を通常よりも遅らせることで（噴射時期の遅角化）、排気温度を上昇させるようにしてもよい。このような燃料のポスト噴射や噴射時期の遅角化によりＤＰＦ９を再生すると、エンジン１からの放熱量が増加する。
【００１１】
ところで、エンジン冷却水温が高い状態で、燃料のポスト噴射または噴射時期の遅角化を行うと、エンジン冷却水温が所定値以上に上昇し、エンジン１がオーバーヒートするおそれがある。これを避けるため本実施の形態では、エンジン冷却水温が所定値Ｔｗ０より高いときは燃料のポスト噴射量を通常よりも少なくし、エンジン１の放熱量を抑える。このようにポスト噴射量を通常よりも低減してＤＰＦ再生を行うモードを以下では「高水温再生モード」と呼ぶ。これに対して、通常のポスト噴射量によりＤＰＦ再生を行うモードを「通常再生モード」と呼ぶ。高水温再生モードでは、ポスト噴射量を低減しつつ排気温度をＰＭが燃焼する温度まで上昇させるため、後述するように電動ポンプ８を所定時間ｔ０停止させ、エンジン１の吸入空気温度を上昇させる。
【００１２】
ＥＣＵ１０には、インタークーラ冷却水温を検出する水温センサ１２からの信号と、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１３からの信号と、ＤＰＦ９の上流の排気温度を検出する温度センサ１４からの信号がそれぞれ入力される。ＥＣＵ１０では以下のような処理を実行し、電動ポンプ８の駆動と、インジェクタ６からの噴射状態をそれぞれ制御する。
【００１３】
図２は、ＥＣＵ１０で実行される再生制御の一例を示すフローチャートである。このフローチャートはエンジン出力トルクが後述する所定領域（図３の領域ＩＩ）にあるときにスタートし、スタート時に電動ポンプ８が通常制御により駆動する。なお、再生制御においては電動ポンプ８の駆動と燃料のポスト噴射量のみを制御し、インジェクタ６からは再生制御に拘わらずエンジン駆動のための燃料が噴射されている。
【００１４】
まず、ステップＳ１で高水温再生モードと通常再生モードを切り換えるためのエンジン冷却水温の閾値Ｔｗ０を設定する。閾値Ｔｗ０は例えば１０５℃に設定される。次いで、ステップＳ２で高水温再生モードの前の電動ポンプ８の停止時間ｔ０を設定する。停止時間ｔ０は吸気温度が上昇するのに要する時間、例えば１分に設定される。
【００１５】
次いで、ステップＳ３でＤＰＦ９の再生が要求されているか否かを判定する。この判定は、例えば車両が一定距離（３００ｋｍ程度）を走行したか否かの判定により行う。すなわち車両が一定距離を走行した場合にはＤＰＦ９にＰＭが相当量堆積していると推定されるため、ＤＰＦ９を再生する。車両が一定時間走行したか否かによりＤＰＦ９の再生要求を判定してもよい。ステップＳ３は肯定されるまで繰り返され、ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進む。ステップＳ４では水温センサ１３により検出されたエンジン冷却水温Ｔｗを読み込み、ステップＳ５でエンジン冷却水温ＴｗとステップＳ１の閾値Ｔｗ０との大小を比較する。
【００１６】
ステップＳ５でエンジン冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗ０以下と判定されるとステップＳ６に進み、通常再生モードを実行する。すなわち排気温度が所定温度（例えば６００℃）となるようにＣＰＵ１０からの制御信号によってインジェクタ６から燃料をポスト噴射させる。これにより排気温度が上昇し、ＤＰＦ９内のＰＭが燃焼する。ステップＳ７では再生制御の終了、すなわちＤＰＦ９内のＰＭの燃焼が終了したか否かを判定する。この判定は、例えばフィルタ９の再生によりＤＰＦ前後の圧力差が所定値以下となったか否かにより行う。通常再生モードはステップＳ７が肯定されるまで継続され、ステップＳ７が肯定されると通常再生モードを終了して、ステップＳ３に戻る。
【００１７】
一方、ステップＳ５でエンジン冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗ０より高いと判定されるとステップＳ８に進み、電動ポンプ８の駆動を停止するとともに、タイマをスタートする。これによりインタークーラ３における熱交換効率が低下し、吸入空気温度が上昇する。次いで、ステップＳ９でタイマｔがステップＳ２の所定時間ｔ０を計時したか否かを判定する。所定時間ｔ０の計時が終了するとステップＳ１０に進み、高水温再生モードを実行する。すなわち排気温度が所定温度となるように燃料をポスト噴射させる。この場合、吸気温度が高い分、ポスト噴射量は通常再生モードのときよりも少量、場合によっては０で済み、これにより通常再生モード時よりもエンジン１の放熱量が減少する。次いで、ステップＳ１１でステップＳ７と同様に再生制御の終了を判定し、ステップＳ１１が肯定されると高水温再生モードを終了し、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では電動ポンプ８を通常制御により駆動し、ステップＳ３に戻る。
【００１８】
以上の処理は、エンジン回転数に対するエンジン１の出力トルク（軸トルク）が図３の領域ＩＩにあるときに実行される。図３の特性Ａ１はエンジン１の最大軸トルクを示すトルク線図である。排気温度は出力トルクが大きいほど上昇し、図３の特性Ａ２はＰＭが燃焼を開始する排気温度に対応する。すなわち特性Ａ１とＡ２の間の領域Ｉ（高負荷領域）では、排気温度がＤＰＦ９の再生に必要な温度よりも高い。したがって、燃料をポスト噴射しなくてもＤＰＦ９は再生されるので、領域Ｉではポスト噴射を行わない。
【００１９】
一方、図３の特性Ａ３はエンジン１の放熱量がポスト噴射により所定量（例えば１５％）増加したときのオーバーヒートの発生を示す限界線であり、エンジン放熱量とラジエータ放熱量のバランスにより決定される。特性Ａ３よりも下方の領域ＩＩＩ（低負荷領域）では、エンジン１の放熱量が小さく、通常のポスト噴射を行ってもオーバーヒートするおそれがない。したがって、領域ＩＩＩではエンジン冷却水温Ｔｗに拘わらず、上述したステップＳ１〜ステップＳ６と同様、通常再生モードによりＤＰＦ９の再生を行う。図３の特性Ａ１〜Ａ３は予めメモリに記憶されており、ＥＣＵ１０ではエンジン回転数の検出値と燃料噴射量から推定した軸トルクによりエンジン出力トルクが領域Ｉ〜ＩＩＩのどの領域にあるかを判定する。
【００２０】
次に、本実施の形態に係わる排気浄化装置の動作をより具体的に説明する。
（１）領域Ｉ
エンジン１が高負荷領域Ｉで運転されているときは、燃料のポスト噴射を行わない。この場合、燃料をポスト噴射しなくても排気温度は高いため、ＤＰＦ９内のＰＭを燃焼することができ、ＤＰＦ９内にＰＭは堆積されない。
【００２１】
（２）領域ＩＩＩ
エンジン１が低負荷領域ＩＩＩで運転されているときは、排気ガス中のＰＭはＤＰＦ９で捕集され、ＤＰＦ９は通常再生モードにより再生される。すなわち、一定距離の走行後にインジェクタ６は燃料をポスト噴射し、排気温度を所定値（例えば６００℃程度）まで上昇させて、ＤＰＦ９内のＰＭを燃焼する（ステップＳ６）。なお、ここでは排気温度の上昇を温度センサ１４により検出し、その検出値をフィードバックして排気温度が所定値となるようにポスト噴射量が制御される。このときエンジン冷却水への放熱量は増加するが、エンジン１の放熱量は元々少ないため、通常のポスト噴射を行ってもエンジン１がオーバーヒートすることはない。ＤＰＦ前後の圧力差が所定値以下となり、ＰＭの燃焼が終了すると、インジェクタ６はポスト噴射を終了する（ステップＳ７）。
【００２２】
（３）領域ＩＩ
エンジン１が高負荷領域Ｉと低負荷領域ＩＩＩの間の中負荷領域ＩＩで運転されているとき、排気ガス中のＰＭはＤＰＦ９で捕集される。このとき、一定距離走行後のエンジン冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗ０より高いと、電動ポンプ８を停止し、インタークーラ３へのインタークーラ冷却水の圧送を停止する（ステップＳ８）。これにより吸気温度が上昇する。そして電動ポンプ８の停止から所定時間ｔ０が経過すると、高水温再生モードによりインジェクタ６は通常再生モードよりも少量の燃料をポスト噴射する（ステップＳ１０）。その結果、排気温度が上昇し、ＤＰＦ９内のＰＭが焼却される。
【００２３】
この場合、吸気温度が高いため、排気温度を所定値まで上昇させるために要するエネルギは通常再生モード時よりも少なくて済み、その分、エンジン１からの放熱量は通常再生モード時よりも少ない。一般に、吸気温度の増加によりエンジン冷却水への放熱量は２〜３％程度増加するが、ポスト噴射量の減少により放熱量の増加が抑えられるため、高水温再生モードのエンジン放熱量は通常再生モードのエンジン放熱量よりも全体として７〜１０％程度減少する。これによりエンジン１のオーバーヒートを良好に抑制することができる。
【００２４】
高水温再生モードによるＰＭの燃焼が終了すると、燃料のポスト噴射を終了するとともに、電動ポンプ８を通常制御により駆動する（ステップＳ１１，ステップＳ１２）。これによりインタークーラ３にラジエータ１１からの冷却水が圧送され、インタークーラ３での吸気の冷却が可能となる。
【００２５】
一方、エンジン１が領域ＩＩで運転され、一定距離走行後のエンジン冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗ０以下のときは、通常再生モードにより燃料がポスト噴射される。この場合、高水温再生モード時よりもエンジン冷却水への放熱量が増加するが、ポスト噴射前のエンジン冷却水温は低いため、エンジン１のオーバーヒートには至らない。また、通常再生モード時には電動ポンプ８を強制停止させないので、エンジン１にはインタークーラ３で冷却された吸気が送り込まれ、十分なエンジン出力を得ることができる。
【００２６】
以上の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏する。
（１）エンジン冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗ０より高いとき、電動ポンプ８を停止して吸気温度を上昇させるとともに、高水温再生モードにより燃料のポスト噴射量を通常よりも減少するようにした（第２の再生モード）。これによりエンジン冷却水への放熱量が低減され、ＤＰＦ再生時のエンジン１のオーバーヒートを抑制することができる。
（２）領域ＩＩでエンジン１を運転中に、エンジン冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗ０以下のときは、電動ポンプ８を停止することなく、通常再生モードにより燃料をポスト噴射するようにした（第１の再生モード）。これによりオーバーヒートのおそれがないときはインタークーラ３で吸気が冷却され、十分なエンジン出力を発揮することができる。
（３）エンジン冷却水温に応じてＤＰＦ９の再生モードを切り換える制御を、高負荷領域Ｉと低負荷領域ＩＩＩの間の中負荷領域ＩＩで行うようにした。すなわち領域ＩではＤＰＦ９の再生制御を行わず、領域ＩＩＩでは通常再生モードによる再生制御のみを行い、領域ＩＩで通常再生モードと高水温再生モードによる再生制御を行うので、エンジン１の適合が容易である。
（４）電動ポンプ８の停止により吸気温度を上昇させるので、部品点数を増加することなく高水温再生モードが可能となる。
（５）電動ポンプ８を所定時間ｔ０停止し、吸気温度が上昇した後、高水温再生モードにより燃料をポスト噴射するので、排気温度を確実に所定温度まで上昇させることができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、エンジン冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０以下のときに第１の再生モードを実行し、エンジン冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０より高いときに第２の再生モードを実行するようにしたが、制御形態はこれに限らない。すなわち、エンジン冷却水温Ｔｗが高いほど、エンジン１の放熱量が減少するようにポスト噴射量等を制御するとともに、吸気温度が上昇するように電動ポンプ８の駆動等を制御するのであれば、制御手段は種々の制御を行うことができる。
【００２８】
上記実施の形態では、燃料のポスト噴射または噴射時期の遅角化により排気温度を上昇させてＰＭを燃焼するようにしたが、エンジン１からの熱エネルギによりＤＰＦ９を再生するのであれば、再生手段は上述したものに限らない。電動ポンプ８の停止により吸気温度を上昇させるようにしたが、他の温度変更手段を用いてもよい。したがって、インタークーラ付き車両でなくても本発明を実現できる。温度検出手段として水温センサ１３を用いたが、エンジン冷却水温Ｔｗと相関関係のある物理量からエンジン冷却水温を求めてもよい。また、冷却水以外の冷却媒体によりエンジン１を冷却してもよい。図３の特性に基づきエンジン出力トルクの領域を判定し、中負荷領域ＩＩのときに図２の再生制御を行うようにしたが、判定手段の基礎となる特性は図３のものに限らない。
【００２９】
フィルター装置としてのＤＰＦ９の形状や材質は種々のものがあり、その全てに本発明を適用できる。また、上記実施の形態では、交互再生方式によりＤＰＦ９を再生するようにしたが、連続再生方式で再生するようにしてもよい。ディーゼルエンジン以外の内燃機関にも本発明を適用できる。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の排気浄化装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる排気浄化装置の概略構成を示す図。
【図２】図１のＥＣＵで実行される処理の一例を示すフローチャート。
【図３】本実施の形態に係わる排気浄化装置による再生制御の制御領域を示す図。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン              ３  インタークーラ
６  インジェクタ                    ８  電動ポンプ
９  ＤＰＦ                        １０  ＥＣＵ
１３  水温センサ                    １４  温度センサ
【図１】
2005016345.tif 000003
【図２】
2005016345.tif 000004
【図３】
2005016345.tif 000005