(57)【要約】【課題】ＰＭ捕集フィルタの強制再生用のインジェクタの故障を効果的に防止することができる排ガス浄化システムを提供する。【解決手段】ＥＣＵ９は、ＰＭ捕集フィルタ６が強制再生状態でない場合であって、かつディーゼルエンジン１の排気管２に挿入されたインジェクタ４の先端部分４ｂの温度Ｔｂが予め設定された第１しきい値Ｘ超であるとき、又はインジェクタ４の本体部分４ａの温度Ｔａの積算値ΣＴａが予め設定された第２しきい値Ｙ超であるときは、予め設定された車両の走行距離の増分毎の間隔で、インジェクタ４から未燃燃料１０を噴射する制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンの排気管に挿入されたインジェクタと、前記インジェクタよりも下流側の前記排気管に介設されたＰＭ捕集フィルタと、前記インジェクタを制御する制御手段とを備えた排ガス浄化システムにおいて、
前記制御手段は、前記ＰＭ捕集フィルタが強制再生状態でない場合であって、かつ前記インジェクタの先端部分の温度が予め設定された第１しきい値超であるとき、又は該インジェクタの本体部分の温度の積算値が予め設定された第２しきい値超であるときは、
予め設定された前記車両の走行距離の増分毎の間隔で、又は予め設定された前記エンジンの回転数の累積値の増分毎の間隔で、該インジェクタから未燃燃料を噴射する制御を行うことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記未燃燃料の噴射量を、前記ＰＭ捕集フィルタの強制再生に必要な噴射量未満であって、かつ前記未燃燃料の噴射時における前記エンジンの回転数に基づき決定する請求項１に記載の排ガス浄化システム。
【請求項３】
前記エンジンが、前記排気管内を流れる排ガスの一部であるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを備え、
前記制御手段は、前記排ガスの質量流量と、前記ＥＧＲクーラーの入口における前記ＥＧＲガスの温度と、前記エンジンの冷却水の温度とに基づいて、前記インジェクタの先端部分の温度及び該インジェクタの本体部分の温度を推定する請求項１又は２に記載の排ガス浄化システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ＰＭ捕集フィルタが強制再生状態でない場合であって、かつ前記インジェクタの先端部分の温度が予め設定された第１しきい値超であるとき、又は該インジェクタの本体部分の温度の積算値が予め設定された第２しきい値超であるときは、
予め設定された遅れ時間後に前記インジェクタから未燃燃料を噴射する制御を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排ガス浄化システムに関し、更に詳しくは、ＰＭ捕集フィルタの強制再生用のインジェクタの故障を防止できる排ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンを搭載した車両においては、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を除去するための排ガス浄化システムが必要となる。前者のＰＭについては、セラミックス製のハニカム状多孔体のフィルタによりＰＭを捕集するＰＭ捕集フィルタが主に用いられている。また、後者のＮＯｘについては、還元剤触媒システムやＮＯｘ吸蔵還元触媒などが実用化されている。
【０００３】
上記のＰＭ捕集フィルタは、排ガス中のＰＭをフィルタで捕集して浄化するものであるが、フィルタの目詰まりを防ぐために、捕集限界量に達する前にＰＭを燃焼させて除去する必要がある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
排ガスの温度が５００℃以上などの高温であるときには、ＰＭは連続的に自然燃焼する。しかし、排ガスの温度が低温のときには、排気管に挿入されたインジェクタから排ガス中に未燃燃料を噴射して、未燃燃料の炭化水素（ＨＣ）をフィルタの前段に配置された酸化触媒（ＤＯＣ）で燃焼させ、その酸化反応熱を利用してＤＯＣを６００℃程度に加熱することで、排ガスを昇温して捕集されたＰＭを強制的に燃焼させる強制再生が必要となる。
【０００５】
この未燃燃料を噴射するインジェクタは、部品の熱処理の条件より、先端部分の温度に制限（許容温度）が設けられている。しかし、ディーゼルエンジンの全負荷条件下では、排ガスの温度が最大となって、先端部分の温度が許容温度を超えてしまう場合がある。許容温度を超えると、先端部分の部品の硬度が低下して摩耗が進行するため、未燃燃料の噴射流量の変化や、無噴射時の燃料漏れなどの故障が発生するおそれがある。
【０００６】
このような問題を解決するには、例えば特許文献２に示すように、インジェクタから未燃燃料を噴射して、その未燃燃料が高温の排ガスと接触して気化する際の気化熱により先端部分の温度を低下させることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献２の発明では、インジェクタの閉塞防止を主目的としているため、先端部分の温度上昇に対して効果的に燃料を噴射して温度を低下させることが困難であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１６３１７号公報
【特許文献２】特開２００３−２０１８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ＰＭ捕集フィルタの強制再生用のインジェクタの故障を効果的に防止することができる排ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成する本発明の排ガス浄化システムは、車両に搭載されたエンジンの排気管に挿入されたインジェクタと、前記インジェクタよりも下流側の前記排気管に介設されたＰＭ捕集フィルタと、前記インジェクタを制御する制御手段とを備えた排ガス浄化システムにおいて、前記制御手段は、前記ＰＭ捕集フィルタが強制再生状態でない場合であって、かつ前記インジェクタの先端部分の温度が予め設定された第１しきい値超であるとき、又は該インジェクタの本体部分の温度の積算値が予め設定された第２しきい値超であるときは、予め設定された前記車両の走行距離の増分毎の間隔で、又は予め設定された前記エンジンの回転数の累積値の増分毎の間隔で、該インジェクタから未燃燃料を噴射する制御を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の排ガス浄化システムによれば、予め設定された間隔でインジェクタから噴射された未燃燃料が、高温の排ガスと接触して気化する際の気化熱によりインジェクタの先端部分の温度が低下するので、インジェクタの故障を効率的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態からなる排ガス浄化システムの構成図である。
【図２】インジェクタの構造例を示す断面図である。
【図３】外開きノズル型のインジェクタの構造例を示す断面図である。
【図４】ＥＣＵの制御内容を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなる排ガス浄化システムを示す。
【００１４】
この排ガス浄化システムは、車両に搭載されたディーゼルエンジン１の排ガスＧを浄化することを目的としており、排気管２の途中に介設された太径の触媒コンバータ３と、その触媒コンバータ３の上流側の排気管２に挿入されたインジェクタ４とを備えている。
【００１５】
触媒コンバータ３内には、前段に酸化触媒（ＤＯＣ）５が配置されたＰＭ捕集フィルタ６が格納されている。ＤＯＣ５は、排ガスＧの混合機能を有する構造に成形した金属製の担持体に、パラジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。また、ＰＭ捕集フィルタ６は、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフロータイプのフィルターから形成される。
【００１６】
この触媒コンバータ３の入口近傍及び出口近傍の排気管２には、排ガスＧの圧力を測定する入口圧力センサ７及び出口圧力センサ８が、それぞれ設置されており、制御手段であるＥＣＵ９に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続している。ＥＣＵ９は、入口圧力センサ７及び出口圧力センサ８の測定値から算出した触媒コンバータ３における排ガスＧの差圧が、予め設定されたしきい値を超えたときには、ＰＭ捕集フィルタ６が強制再生が必要な状態（強制再生状態）であると判定し、インジェクタ４から未燃燃料１０を排ガスＧ中へ噴射する制御を行う。
【００１７】
インジェクタ４は、例えば図２に示すように、本体部分４ａを形成する有底円筒状のハウジング１１と、そのハウジング１１内を軸方向に移動可能な針状のプランジャ１２とを備えている。インジェクタ４の先端部分４ｂとなるハウジング１１の底面には、プランジャ１２の下端部が着座するバルブシート１３を有する噴射口１４が形成されている。このバルブシート１３については、製造時における熱処理条件から、許容温度が設定されている。バネにより下方へ付勢されているプランジャ１２の下端部がバルブシート１３から離間すると、ハウジング１１内に高圧で貯留されている未燃燃料１０が噴射口１４を通じて排気管２内へ噴射される。
【００１８】
なお、インジェクタ４の構造は、図２の例に限られるものではなく、例えば図３に示すような外開きノズル型のインジェクタを用いることもできる。このインジェクタ４は、底面に噴射口１５が形成された有底円筒状のノズルケース１６と、噴射口１５を貫通してノズルケース１６内を軸方向へ移動可能なプランジャ１７と、プランジャ１７の下端にノズルケース１６の下方に位置するように設けられた笠状の弁体１８とを備えている。噴射口１５の開口側には、弁体１８のテーパ部１８ａが着座するバルブシート１９が設けられている。バネによりプランジャ１７とともに上方へ付勢されている弁体１８のテーパ部１８ａが、バルブシート１９から外側へ離間すると、ノズルケース１６内の未燃燃料１０が噴射口１５を通じて排気管２内へ噴射されるようになっている。
【００１９】
ディーゼルエンジン１においては、吸気管２０を流れる吸入空気Ａは、インテークマニホールド２１を通じてエンジン本体２２に供給され、燃料とともに燃焼して熱エネルギーを発生させた後に、排ガスＧとなってエキゾーストマニホールド２３から排気管２へ排気されるが、その一部は吸気管２に接続するＥＧＲ通路２４にＥＧＲガス２５となって分流する。ＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲクーラー２６とＥＧＲバルブ２７とが、排気管２側から順に介設されている。
【００２０】
そして、インジェクタ４の上流側の排気管２には、排ガスＧの質量流量を測定する流量センサ２８が設置されている。また、エンジン本体２２には、ディーゼルエンジン１のエンジン回転数を検出する回転センサ２９と、エンジン冷却水の水温（例えば、出口温度）を測定する水温センサ３０とが設置されている。更に、ＥＧＲクーラー２６の入口近傍のＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲガス２５の温度を測定する温度センサ３１が設置されている。
【００２１】
これらの流量センサ２８、回転センサ２９、水温センサ３０、温度センサ３１、及び車両の走行距離を計測する走行計３２は、信号線を通じてＥＣＵ９に接続している。
【００２２】
このような排ガス浄化システムにおけるＥＣＵ９の制御内容を、図４に基づいて以下に説明する。
【００２３】
ＥＣＵ９は、入口圧力センサ７及び出口圧力センサ８の測定値から、ＰＭ捕集フィルタ６が強制再生状態であるか否かを判定する（Ｓ１０）。ＰＭ捕集フィルタ６が強制再生状態である場合には、インジェクタ４から規定量の未燃燃料１０を噴射して強制再生を実施する（Ｓ２０）。
【００２４】
その一方で、ＰＭ捕集フィルタ６が強制再生状態でない場合には、流量センサ２８、水温センサ３０及び温度センサ３１の測定値を入力して（Ｓ３０）、インジェクタ４の先端部分４ｂ及び本体部分４ａの温度との関係を示す予め実験等により作成されたマップデータに基づいて、インジェクタ４の先端部分４ｂの温度Ｔｂ及び本体部分４ａの温度Ｔａを推定するとともに、後者の温度Ｔａの積算値ΣＴａを算出する（Ｓ４０）。なお、温度Ｔａの積算期間としては、直前のインジェクタ４からの未燃燃料１０の噴射時からの経過時間を用いることが好ましい。
【００２５】
次に、温度Ｔｂ及び積算値ΣＴａを予め設定された第１しきい値Ｘ及び第２しきい値Ｙとそれぞれ比較して（Ｓ５０）、温度Ｔｂが第１しきい値Ｘ超であるとき、あるいは積算値ΣＴａが第２しきい値Ｙ超であるときは、インジェクタ４から予め規定された量の未燃燃料１０を噴射する（Ｓ６０）。
【００２６】
そして、その後は、走行計３２の計測値及び回転センサ２９の測定値をそれぞれ入力して（Ｓ７０）、予め設定された車両の走行距離の増分毎の間隔で、又は予め設定されたエンジンの回転数の累積値の増分毎の間隔で、インジェクタ４から予め規定された量の未燃燃料１０を繰り返し噴射する（Ｓ８０）。
【００２７】
なお、車両の走行距離の増分毎と、エンジンの回転数の累積値の増分毎とのいずれの間隔を用いるかについては、車両の種類などにより前もって選択しておく必要がある。例えば、走行距離が比較的短くなるＰＴＯ車両などについては、エンジンの回転数の累積値の増分毎の間隔で、インジェクタ４から未燃燃料１０を噴射する。
【００２８】
ＥＣＵ９は、上記のステップ１０〜８０を、所定の周期で実施する。
【００２９】
このような制御を行うことで、予め設定された車両の走行距離の増分毎の間隔で、又は予め設定されたエンジンの回転数の累積値の増分毎の間隔で、インジェクタ４から噴射された未燃燃料１０が、高温の排ガスＧと接触して気化する際の気化熱によりインジェクタ４の先端部分４ｂにあるバルブシート１３、１９が冷却されて許容温度以下に維持されるので、インジェクタ４の故障を効率的に防止することができるのである。
【００３０】
インジェクタ４からの未燃燃料１０の噴射量は、車両の燃費悪化を抑制する観点から、ＰＭ捕集フィルタ６の強制再生に必要な噴射量未満であって、かつ未燃燃料の噴射時におけるエンジンの回転数（ステップ７０で入力した回転センサ２９の測定値）と噴射量とインジェクタ４の温度との関係を示す予め実験等により作成されたマップデータに基づいて決定することが望ましい。
【００３１】
また、上記の未燃燃料１０の噴射要否の判定（Ｓ５０）において噴射が許可された場合には、実際の未燃燃料１０の噴射開始（Ｓ６０）までに、予め設定された遅れ時間を設けることが望ましい。この遅れ時間は、ディーゼルエンジン１の仕様や運転条件に基づいて適当に設定される。
【００３２】
このように遅れ時間を設けることで、ＰＭ捕集フィルタ６の強制再生状態が解除された直後に、インジェクタ４が未燃燃料１０を噴射することを防止できるため、不要な温度上昇によるＤＯＣ５やＰＭ捕集フィルタ６の損傷を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  ディーゼルエンジン
２  排気管
４  インジェクタ
４ａ  本体部分
４ｂ  先端部分
６  ＰＭ捕集フィルタ
９  ＥＣＵ
２２  エンジン本体
２６  ＥＧＲクーラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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