(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、フィルタを流れる排気流量が急減した状態から再生を再開したときのフィルタの過熱および劣化を防止する。【解決手段】  エンジン排気流量の減少を判定し、排気流量の減少を検出してから所定の期間は再生を抑制する。比較的排気流量が多い再生領域での運転からアイドル等の低負荷運転に移行して排気流量が急減した場合であっても、その状態から所定の期間は再生のための排気温度制御が抑制されるので、排気流量が急減したことによるフィルタの過熱を未然に防止できる。【選択図】        図３
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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、
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、を備えたエンジンの排気浄化装置において、
エンジン排気流量の減少を判定する排気流量判定手段と、
排気流量の減少を検出してから所定時間前記再生を抑制する再生抑制手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記再生抑制手段は、
排気流量の減少を検出したときから所定時間前の期間内に再生が行われ、かつ前記フィルタの温度が所定の判定基準値以上であることを条件として再生を抑制する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記再生抑制手段は、
前記フィルタの微粒子捕集量が所定の判定基準値以下のときには前記再生の抑制を行わない請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記再生抑制手段は、
排気流量の減少を検出して以後の排気中の酸素濃度が所定の基準値以下のときには前記再生の抑制を行わない請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記再生を抑制する所定時間は一定値である請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記再生を抑制する所定時間は、触媒温度が高温であるほど、またはフィルタの捕集微粒子量が多いときほど、長くなるように可変設定される請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記再生を抑制する所定時間は、排気流量が減少している時間が長いときほど、長くなるように可変設定される請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記排気流量判定手段は、
排気流量が所定の判定基準値よりも小さくなったときに排気流量減少と判定する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記排気流量判定手段は、排気流量が所定の判定基準値よりも小さい状態が所定時間以上継続したときに排気流量減少と判定する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記排気流量判定手段は、
排気流量の減少速度が所定の判定基準値よりも小さくなったときに排気流量減少と判定する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
前記排気流量判定手段は、アイドル運転状態を検出したときに排気流量減少と判定する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１２】
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】
特許文献１に示されるように、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。フィルタの再生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ことで行われる。
【特許文献１】特開平５−１０６４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
フィルタ再生時には排気温度の上昇と共に排気微粒子が燃焼することによる燃焼熱が生じ、特に触媒付きフィルタでは排気中のＨＣやＣＯなどが酸化するときの反応熱も加わるため、フィルタ温度は600℃以上もの高温になる場合がある。このような再生による高温状態下でエンジンがアイドル運転に移行すると、再生を停止したとしても、フィルタを流れる排気流量が急減して排気による冷却作用が減少することからフィルタの温度が大きく上昇する。このような過熱状態はフィルタおよび触媒を劣化させる原因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、フィルタ再生時にエンジン制御により排気温度を上昇させるようにした排気浄化装置において、エンジン排気流量の減少を判定し、排気流量の減少を検出してから所定の期間は再生を抑制する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、比較的排気流量が多い再生領域での運転からアイドル等の低負荷運転に移行して排気流量が急減した場合であっても、その状態から所定の期間は再生のための排気温度制御が抑制されるので、排気流量が急減したことによるフィルタの過熱を未然に防止してその耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。
【０００７】
２２はコントロールユニットであり、ＣＰＵ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、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、エンジン排気流量の減少を判定する排気流量判定手段、排気流量の減少を検出してから所定時間前記再生を抑制する再生抑制手段として機能する。
【０００８】
図２〜図４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に関する制御フローを表している。これら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。
【０００９】
図２は再生制御の基本的な動作を示したもので、まずＳ１にて再生禁止フラグR1の状態を調べる。再生禁止フラグR1は、後述する図３の処理により所定の禁止条件のときに１に設定され、禁止条件が解除されているときは０に設定される。R1=0のときはフィルタ１３の再生を行わずに今回のルーチンを終了し、R1=１のときはＳ１０２以下の再生処理を実行する。
【００１０】
再生処理では、まずＳ１０２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捕集量（フィルタへの堆積量）PM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。微粒子捕集量の算出手法は種々知られているが、例えば負荷Qおよび回転数Neに応じて一定時間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予め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微粒子捕集量PMを求める。
【００１１】
Ｓ１０３では前記排気微粒子堆積量PM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このルーチンを終了する。PM≧PMnのときは、Ｓ１０４にて運転状態を判定する。これはQとNeが、例えば図５に示したようなマップ上のどの運転点にあたるかを判定する。
【００１２】
前記領域判定において再生可能領域であると判定されたときは、Ｓ１０５〜Ｓ１０７によりフィルタ再生のための排気温度上昇制御を一定時間実施する。排気温度上昇制御の手法は種々知られているが、図１に示したエンジンシステムにおいては、例えばスロットルバルブ１１による吸気絞り、燃料噴射時期の遅角化、二次噴射、ＥＧＲ量減、可変ノズル２０の開度制御の何れかを実施し、微粒子再生に必要な３００℃以上の排気温度を確保するようにする。前記の他、エアコンコンプレッサやオルタネータなど補機類の負荷を増大することによっても排気温度を高めることが可能である。
【００１３】
ところで前述のようにして再生を行うと排気微粒子等の燃焼作用によりフィルタ１３が高温化する。このため再生直後にアイドリング等の低排気流量の運転状態になると冷却作用が乏しくなることにともない図６に示したようにフィルタの温度が著増する。このように温度上昇しつつあるときに再生を開始すると、図に想像線で示したようにフィルタ温度はさらに上昇し、過熱状態となってフィルタ劣化のおそれを生じる。このような問題を回避するために本発明では、図３に示した処理により低排気流量状態を判定し、前記再生禁止フラグR1を設定することで再生を一時的に抑制するようにしている。
【００１４】
図３において、まずＳ２０１で過去t0時間内での再生の履歴を記憶しておき、次いでＳ２０２にて前記再生履歴の有無を判定する。再生が終了してからある程度の時間が経過すればその間にフィルタ温度が低下するので、その後に排気流量が減少した状態から再び再生を行ったとしてもフィルタが過熱するおそれは少ない。そこでフィルタ冷却所要期間としてt0を設定し、当該時間内の再生の有無を判定するようにしている。すなわち過去t0時間内に再生歴がなければ再生禁止の必要がないので今回のルーチンは終了する。なお、再生禁止フラグR1は制御システム起動時の初期化処理により当初は０に設定されている。また、t0は再生可能領域にあるときのフィルタ１３のベッド温度、微粒子捕集量などのマップとして与え、あるいはその移動平均値として求めるようにしてもよい。
【００１５】
Ｓ２０２の判定にてt0時間内での再生履歴ありと判定された場合には、次にＳ２０３にてフィルタ１３の温度Tdpfを検出する。Tdpfとしては、フィルタ１３自体のベッド温度または入口温度を検出する。Ｓ２０４の判定において、Tdpfが所定の基準温度T0よりも低いときにはフィルタ過熱のおそれは少ないものとして今回のルーチンは終了する。
【００１６】
Ｓ２０４の判定においてTdpf≧T0のときには、次いでＳ２０５にて捕集量PMを演算する。捕集量PMの演算手法は既述したとおりである。微粒子捕集量が少ないときには再生時の燃焼熱の発生も少なくなるので、Ｓ２０６の判定処理において所定の基準値PM0と比較し、PM＜PM0のときは今回のルーチンを終了する。
【００１７】
Ｓ２０６の判定においてPM≧PM0のときには、次いでＳ２０７にて排気流量Qexを演算する。排気流量は例えばエンジン回転数と燃料噴射量を関数とする演算により、またはこれらをパラメータとして予め形成しておいたテーブルを検索することにより求める。Ｓ２０８にてQexを所定の基準値Q0と比較し、Qex≧Q0以上のときにはフィルタ過熱のおそれは少ないので今回のルーチンは終了する。前記低排気流量状態の判定は、排気流量Qexの時間微分値が所定の基準値よりも小さくなったことを条件としてもよいし、これをさらに加えてもよい。または、アクセルペダル開度等から検出したアイドル運転状態を低排気流量を代表する運転状態として検出するようにしてもよい。
【００１８】
Ｓ２０８の判定においてQex＜Q0のときには、次いでＳ２０９にて空燃比Lambdaを所定の基準値L0と比較する。空燃比は排気酸素センサにより直接検出するか、あるいは空燃比制御系の制御指令値から判定する。低排気流量状態となっても排気中の酸素濃度が少ないときには温度上昇量も少なくなるので、Lambda＜L0の低酸素濃度状態のときには今回のルーチンを終了する。
【００１９】
Ｓ２０９の判定においてLambda≧L0のときには、Ｓ２１０にて再生禁止フラグR1を１に設定し、次いでＳ２１１〜Ｓ２１４の処理により、設定時間t1が経過するまでR1=1の状態を維持する。これにより、図２の再生制御によるフィルタ再生がt1時間のあいだ禁止されるので、仮にアイドル運転のような低排気流量となった直後に再び再生可能領域の運転状態に移行したとしてもフィルタ再生が行われることはなく、当該条件下での再生によるフィルタの過熱を防止することができる。
【００２０】
再生禁止フラグR1は設定時間t1が経過すると０に設定されると共に計時用のタイマもリセットされる。前記設定時間t1は一定時間でもよいが、例えば図４に示したような処理により可変設定するようにしてもよい。図４はフィルタに残っている微粒子量PMと入口温度との関係から図７に示したように予め設定されたマップを読み込んでt1を設定するようにしたものである。図７に示したようにt1はフィルタ入口温度が高いほど、またはフィルタ内の微粒子残量が多いほど、長くなるように設定してある。すなわち過熱の原因となる微粒子量と初期温度条件によってt1を可変設定することにより、再生を抑制する時間を必要最小限にして再生効率を確保するようにしている。
【００２１】
図８は前述の再生禁止制御による効果を示している。再生制御を行っている運転状態からアイドル運転に移行した場合、一定時間t1のあいだはエンジンが再生可能運転領域になったとしても再生が禁止される。再生禁止時間t1の経過によりフィルタ１３の温度が低下してから再生が許可されるので、想像線で示したように再生開始後の最高温度は低く抑えられる。
【００２２】
前記実施形態において、制御の安定性を高めるために、図３のＳ２０７〜Ｓ２１０の処理にて低排気流量状態が一定時間以上継続したときに初めて再生を禁止するようにしてもよい。また、図４の処理において、再生禁止時間t1は、所定の低排気流量状態が継続した時間が長いときほど長くなるように設定するものとしてもよい。さらに、前記実施形態ではフィルタ過熱のおそれがある低排気流量条件からの再生処理を完全に禁止するようにしているが、過熱を防止できる限度で排気温度を上昇させる再生制御を許容するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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３】前記再生制御で用いる再生禁止フラグR1を設定するための処理手順を示す流れ図。
【図４】再生禁止時間を設定するための処理手順を示す流れ図。
【図５】エンジンのフィルタ再生可能領域についての説明図。
【図６】低排気流量域で再生を開始したときのフィルタ温度特性図。
【図７】再生禁止時間の設定処理手順を示す流れ図。
【図８】本発明による効果を示すフィルタ温度特性図。
【符号の説明】
【００２４】
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
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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