(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装され、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、
排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲガスの流通量を調節するＥＧＲ弁と、
内燃機関からの排気流量を低減させる排気流量低減手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量を検出するパティキュレートマター堆積量検出手段と、
前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるとき、前記ＥＧＲ弁を開弁するとともに前記排気流量低減手段を作動させる制御手段と、
前記内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるときに、前記パティキュレートマター堆積量検出手段によりパティキュレートマターの堆積量が所定量以上であることが検出され、且つ、前記フィルタ温度検出手段によりパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であることが検出されたときには、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに前記排気流量低減手段による排気流量の低減を禁止する制御禁止手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気流量低減手段が、内燃機関の吸気通路に介装された吸気絞り弁及び排気通路に設けられた排気絞り弁により構成されることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
さらに、前記制御禁止手段により前記ＥＧＲ弁が閉弁されるとともに前記排気流量低減手段による排気流量の低減が禁止されるとき、無負荷或いはアイドル運転状態における内燃機関の機関回転速度を高回転側に変更する機関回転速度変更手段を備えることを特徴とする、請求項１または２記載の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、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されるパティキュレートフィルタの過熱溶損を防止する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
バス、トラック等に搭載されるディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほか、パティキュレートマター（ＰＭと略す）が多く含まれている。そこで、ディーゼルエンジンの後処理装置として、ＰＭを捕捉し外部熱源により焼却除去するディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦと略す）やＨＣ、ＣＯを処理する酸化触媒が実用化されている。また、最近では、外部熱源の代わりにＤＰＦの上流側にＰＭを酸化除去するための酸化剤を供給する酸化触媒を設け、連続的にＤＰＦ上のＰＭを処理する連続再生式ＤＰＦが開発されている。
【０００３】
ところで、このような連続再生式ＤＰＦであっても、高負荷運転直後のようにＤＰＦの温度が高温にまで上昇しているような場合には、ＤＰＦに捕捉されたＰＭが加熱されて燃焼している場合があり、このような状況下で高負荷運転直後にエンジンが無負荷或いはアイドル運転状態に移行すると、排気流速が遅くなるために熱の持ち去り量が急減し、酸素存在の下でＰＭの燃焼が促進されてＤＰＦが過熱、溶損するという問題がある。
【０００４】
そこで、エンジンが無負荷或いはアイドル運転状態にあるときには、排気流量を絞るとともにＥＧＲ量を増加させ、これによりＤＰＦに供給される酸素量を低減してＰＭの燃焼の促進を抑制し、ＤＰＦの過熱を防止する技術が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、出願人の実験によれば、上記のように排気流量を絞り且つＥＧＲ量を増加させてＤＰＦに供給される酸素量を低減しても、ＤＰＦが過熱して溶損する可能性があることが確認された。
従って、このようなＤＰＦの溶損が如何なる条件のもとで発生しているのかをつきとめ、ＤＰＦの溶損を確実に防止することが課題となる。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されるパティキュレートフィルタの過熱による溶損を確実に防止可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に介装され、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲガスの流通量を調節するＥＧＲ弁と、内燃機関からの排気流量を低減させる排気流量低減手段と、前記パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量を検出するパティキュレートマター堆積量検出手段と、前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるとき、前記ＥＧＲ弁を開弁するとともに前記排気流量低減手段を作動させる制御手段と、前記内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるときに、前記パティキュレートマター堆積量検出手段によりパティキュレートマターの堆積量が所定量以上であることが検出され、且つ、前記フィルタ温度検出手段によりパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であることが検出されたときには、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに前記排気流量低減手段による排気流量の低減を禁止する制御禁止手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２の発明では、前記排気流量低減手段が、内燃機関の吸気通路に介装された吸気絞り弁及び排気通路に設けられた排気絞り弁により構成されることを特徴としている。
従って、内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるときには、ＥＧＲ弁が開弁されるとともに吸気絞り弁または排気絞り弁、もしくは両絞り弁が閉弁されて排気通路内の排気流量が低減され、パティキュレートフィルタに供給される酸素量が低減され、これにより、パティキュレートフィルタが高温であっても、酸素量が低減されることでパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートマターが燃焼することが抑制されパティキュレートフィルタの過熱が防止されるが、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であることが検出され、且つ、パティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であることが検出された場合には、ＥＧＲ弁が開弁されることなく、吸気絞り弁及び排気絞り弁が閉弁されることなく排気通路内の排気流量が維持され、熱の持ち去りによってパティキュレートフィルタが良好に冷却され、パティキュレートフィルタの過熱、溶損が防止される。
【０００９】
即ち、ＥＧＲ弁が開弁されるとともに吸気絞り弁及び排気絞り弁が閉弁されて排気通路内の排気流量が低減されると酸素量が低減され、一方で排気流量が減少して熱の持ち去りが少なくなり、故に、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であり且つパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であるような場合には、パティキュレートフィルタの昇温が進行してしまうのであるが、このような場合に、排気通路内の排気流量を維持してパティキュレートフィルタを積極的に冷却することにより、確実にパティキュレートフィルタの過熱、溶損が防止可能とされる。
【００１０】
また、請求項３の発明では、さらに、前記制御禁止手段により前記ＥＧＲ弁が閉弁されるとともに前記排気流量低減手段による排気流量の低減が禁止されるとき、無負荷或いはアイドル運転状態における内燃機関の機関回転速度を高回転側に変更する機関回転速度変更手段を備えることを特徴としている。
従って、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であり且つパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であって、ＥＧＲ弁が閉弁されるとともに排気流量の低減が禁止されるときには、無負荷或いはアイドル運転状態における内燃機関の機関回転速度が高回転側に変更（例えば、アイドルアップ）されることになり、排気通路内の排気流量が増加し、パティキュレートフィルタがさらに積極的に冷却され、より一層確実にパティキュレートフィルタの過熱、溶損が防止可能とされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例を説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
【００１２】
エンジン１としては、ここでは直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採用される。
エンジン１の燃料供給系は例えばコモンレールシステムからなり、このシステムでは、各気筒毎にインジェクタ（燃料噴射ノズル）２が設けられており、これらのインジェクタ２はコモンレール４に接続されている。そして、各インジェクタ２は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０に接続されており、ＥＣＵ３０からの燃料噴射指令に基づいて開閉弁し、コモンレール４内の燃料を所望のタイミングで各燃焼室に高圧で噴射可能である。即ち、当該インジェクタ２は、主燃焼用の主噴射の他、追加燃料のポスト噴射（副噴射）や燃料噴射の休止等を自在に実施可能である。なお、当該コモンレールシステムは公知であり、該コモンレールシステムの構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１３】
エンジン１の吸気ポートには、吸気マニホールド６を介して吸気管８が接続されており、吸気入口側には吸気絞り弁９が設けられている。
一方、排気ポートには、排気マニホールド１０を介して排気管１２が接続されている。
排気マニホールド１０からはＥＧＲ通路１４が延びており、該ＥＧＲ通路１４の終端は吸気マニホールド６に接続されている。そして、ＥＧＲ通路１４には、電磁式のＥＧＲ弁１６が介装されている。
【００１４】
また、排気管１２には、排気の流通を遮断する排気絞り弁１８が設けられている。この排気絞り弁１８は、閉弁状態でエキゾーストブレーキ（エキブレと略す）としても機能する。
同図に示すように、排気管１２には後処理装置２０が介装されている。後処理装置２０は、排ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）やＰＭ（パティキュレートマター）を浄化処理するための触媒コンバータやディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化装置であり、ここでは、ＤＰＦ２４の上流に酸化触媒２６を備えた、所謂、連続再生式ディーゼル・パティキュレートフィルタ（連続再生式ＤＰＦ）２２として構成されている。
【００１５】
連続再生式ＤＰＦ２２は、酸化触媒２６によって酸化剤（ＮＯ2）を生成し、このＮＯ2をＤＰＦ２４に供給することで連続的にＤＰＦ２４上に堆積するＰＭを酸化反応させ、浄化処理するような装置である。
また、排気管１２のＤＰＦ２４の下流の部分には、排気温度、ひいてはＤＰＦ２４や酸化触媒２６の温度を検出する排気温度センサ３２が設けられている。
【００１６】
ＥＣＵ３０は、エンジン１を含めた本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置である。
ＥＣＵ３０の入力側には、エンジン１に設けられたエンジン回転速度等を検出する各種センサ類とともに、上記排気温度センサ３２が接続されている。また、アクセルペダル３４の操作量、即ちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３６が接続されている。
【００１７】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、各種デバイスとともに、上記燃料噴射弁２やＥＧＲ弁１６、吸気絞り弁９、排気絞り弁１８が接続されている。
以下、上記のように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
一般に、連続再生式ＤＰＦ２２では、触媒温度ＴcatやＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ0（例えば、３５０℃）以上であって、酸化触媒２６が活性化した状態にある場合には、排気中のＰＭがＤＰＦ２４に捕捉され、さらに酸化触媒２６において、酸化反応により、ＣＯやＨＣが酸化除去されるとともに、酸化剤として例えば排気中の窒素成分Ｎの酸化物であるＮＯ2が生成される。
【００１８】
そして、酸化触媒２６で生成されたＮＯ2は、ＤＰＦ２４に供給されることになり、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭがＮＯ2によって酸化処理される。つまり、連続再生式ＤＰＦ２２では、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭは、酸化触媒２６で生成された酸化剤としてのＮＯ2によって連続的に酸化され、除去される。
また、例えば車両が登坂路を走行してエンジン１が高負荷運転をしている場合のように、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1（例えば、６００℃）以上であってＤＰＦ２４が非常に高温である場合には、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭはＮＯ2によらずとも加熱されて燃焼し、やはり除去される。
【００１９】
しかしながら、例えばエンジン１が高負荷運転直後に車両を停止させる等してアイドル運転に移行した場合のように、ＤＰＦ２４上でＰＭが燃焼している状態で排気流量が急減したような場合には、熱の持ち去りが少なくなり、ＤＰＦ２４が過熱して溶損してしまう可能性がある。
そこで、本発明では、このようなＤＰＦ２４の過熱による溶損を確実に防止するように図っている。
【００２０】
図２を参照すると、本発明に係るＤＰＦ溶損防止制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに基づき説明する。
先ず、ステップＳ１０では、アクセル開度センサ３６からの情報に基づき、エンジン１の運転状態が無負荷状態或いはアイドル運転状態に移行したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合はそのまま当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、エンジン１の運転状態が無負荷状態或いはアイドル運転状態に移行したと判定された場合には、次にステップＳ１２に進む。
【００２１】
ステップＳ１２では、エキゾーストブレーキ（エキブレ）を使用する指示の有無を判別する。つまり、運転者が排気絞り弁１８を閉弁して排気圧を上昇させ、エキブレを使用する意思を有しているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエキブレを使用する指示が有る場合には、ステップＳ１４に進み、ＥＧＲ弁１６を全閉とし、ＥＧＲガスを吸気マニホールド６に還流させないようにするとともに、ステップＳ２０において、排気絞り弁１８を閉弁してエキブレを閉状態とする。これにより、排気絞り弁１８がエキゾーストブレーキとして機能する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で、エキブレを使用する指示が無い場合には、次にステップＳ１６に進む。
【００２２】
ステップＳ１６では、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1（例えば、６００℃）以上であり、且つ、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1以上であるか否かを判別する。ここに、ＤＰＦ温度Ｔfは排気温度センサ３２からの温度情報に基づき検出され、ＰＭ堆積量Ｑpmは、例えばエンジン１の運転状況等に基づき推定される。判別結果が偽（Ｎｏ）、即ちＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1よりも小さく、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1よりも小さい場合には、ステップＳ１８に進み、ＥＧＲ弁１６を全開としてＥＧＲガスを還流させ、ステップＳ２０において、排気絞り弁１８を閉弁してエキブレを閉状態とする。
【００２３】
このように、ＥＧＲガスを還流させて排気絞り弁１８を閉弁すると、排気絞り弁１８よりも下流の排気管１２における排気流量が減少してＤＰＦ２４に供給される排気中の酸素量が低減され、ＤＰＦ２４上におけるＰＭの燃焼が抑制される。これにより、ＤＰＦ２４の過熱、溶損が防止される。
一方、ステップＳ１６の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1以上であり、且つ、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1以上であると判定された場合には、ステップＳ２２に進んでＥＧＲ弁１６を全閉にするとともに、ステップＳ２４において、排気絞り弁１８を開弁してエキブレを開状態とする。
【００２４】
即ち、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1以上であり、且つ、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1以上であるような場合には、ＥＧＲ弁１６の閉弁及び排気絞り弁１８の閉弁を禁止するようにする。
つまり、図３を参照すると、実験により得られた排気流量及びＰＭ堆積量とＤＰＦ２４が溶損するＤＰＦ温度Ｔf（溶損領域）との関係が示されているが、同図に示すように、エンジン１がアイドル運転状態にあってＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1である場合（指標が点Ｐである場合）において、ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1よりも小さいとき（例えば、５５０℃（破線））には、上述したように排気流量を低下（左にシフト）させるようにしてもＤＰＦ２４は溶損しないのであるが、一方ＤＰＦ温度Ｔfが所定温度Ｔ1（例えば、６００℃（実線））以上では、排気流量を同様に低下させるとＤＰＦ２４の溶損領域に入ってしまうため、この場合には、溶損領域に入らないよう、ＥＧＲ弁１６の閉弁及び排気絞り弁１８の閉弁を禁止して排気流量を低下させないようにするのである。
【００２５】
また、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1より大きく、指標が既に溶損領域に入ってしまっている場合を考慮し、ステップＳ２６では、エンジン１のアイドル回転速度を高回転側に変更する。即ちアイドルアップを行う。この際、所定量Ｑ1以上であるＰＭ堆積量Ｑpmが溶損領域に入らなくなる程度まで排気流量が増大するようアイドル回転速度を上昇させる（図３参照）。実際には、溶損領域に入らないよう予め設定した設定量だけアイドル回転速度を上昇させるようにする。
【００２６】
これにより、排気流速が維持されて排気流量が十分に確保され、所定温度Ｔ1以上にまで上昇したＤＰＦ２４の熱が良好に持ち去られることになり、以後ＤＰＦ２４が良好に冷却され、やはりＤＰＦ２４の過熱、溶損が防止されることになる。
なお、ＰＭ堆積量Ｑpmが所定量Ｑ1直近であって、指標が既に溶損領域に入っていない場合であっても、アイドルアップを行うようにするのがよい。この場合にも、実際には、溶損領域に入らないよう予め設定した設定量だけアイドル回転速度を上昇させるようにする。これにより、排気流量が増大し、所定温度Ｔ1以上にまで上昇したＤＰＦ２４の熱がより一層良好に持ち去られることになり、以後ＤＰＦ２４がさらに冷却されてＤＰＦ２４の過熱、溶損がより良好に防止されることになる。
【００２７】
即ち、本発明によれば、ＤＰＦ温度Ｔfがいかなる温度状況であっても、ＤＰＦ２４に供給する酸素量を低減し、或いはＤＰＦ２４の冷却を促進することにより、確実にＤＰＦ２４の過熱、溶損を防止することができることとなる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
【００２８】
例えば、上記実施形態では、排気流量低減手段としてエキゾーストブレーキである排気絞り弁１８を例に説明したが、吸気絞り弁９のみを、もしくは両絞り弁を開閉制御してＤＰＦ２４の過熱、溶損を防止するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ＤＰＦ２４の過熱、溶損を防止するため、排気絞り弁１８の閉弁により酸素量を低減し、或いは排気流量を増加させるようにしたが、これらと併せて上記ポスト噴射（副噴射）を実施するようにしてもよい。このようにすれば、ポスト噴射による追加燃料と排気中の酸素とが反応して酸素量が良好に低下し、ＰＭの燃焼が抑制されてＤＰＦ２４の過熱、溶損がより一層確実に防止され効果的である。
【００２９】
また、上記実施形態では、ＤＰＦ温度Ｔfを排気温度センサ３２からの排気温度情報に基づき判定するようにしたが、ＤＰＦ２４の温度を直接検出するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１または２の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が無負荷或いはアイドル運転状態にあるときには、ＥＧＲ弁が開弁されるとともに吸気絞り弁や排気絞り弁が閉弁されて排気通路内の排気流量が低減され、パティキュレートフィルタに供給される酸素量が低減され、これによりパティキュレートフィルタが高温であっても酸素量が低減されてパティキュレートフィルタ上のパティキュレートマターの燃焼が抑制され、パティキュレートフィルタの過熱が防止されるが、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であることが検出され且つパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であることが検出されたときには、ＥＧＲ弁を開弁せず吸気絞り弁及び排気絞り弁を閉弁しないようにしたので、排気通路内の排気流量を維持し、熱の持ち去りによってパティキュレートフィルタを良好に冷却するようにでき、パティキュレートフィルタの過熱、溶損を確実に防止することができる。
【００３１】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレートマターの堆積量が所定量以上であり且つパティキュレートフィルタの温度が所定温度以上であってＥＧＲ弁が閉弁されるとともに排気流量の低減が禁止されるときには、無負荷或いはアイドル運転状態における内燃機関の機関回転速度を高回転側に変更（例えば、アイドルアップ）するようにしたので、排気通路内の排気流量を増加させ、パティキュレートフィルタをさらに積極的に冷却でき、より一層確実にパティキュレートフィルタの過熱、溶損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るＤＰＦ溶損防止制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】排気流量及びＰＭ堆積量とＤＰＦが溶損するＤＰＦ温度Ｔf（溶損領域）との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  インジェクタ（燃料噴射ノズル）
９  吸気絞り弁
１２  排気管
１４  ＥＧＲ通路
１６  ＥＧＲ弁
１８  排気絞り弁
２４  ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
３０  電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
３２  排気温度センサ
３６  アクセル開度センサ
【図１】
0003959600.tif 000002
【図２】
0003959600.tif 000003
【図３】
0003959600.tif 000004