JP4228690B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路に排気中の粒子状物質であるＰＭ（Particulate Matter）を捕集するフィルタを備える内燃機関の排気浄化装置に関し、特にそのフィルタの再生技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特許文献１に示されるように、排気通路にＰＭ捕集用フィルタを配置し、所定の再生時期に、フィルタの温度を上昇させる再生処理を行ってフィルタに捕集されているＰＭを燃焼除去することが行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−５８１３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＭ捕集用フィルタの再生中に、減速して、アイドル運転に移行すると、ＰＭの燃焼は継続するものの、排気ガス流量が減少するので、ガス冷却が減少する分、フィルタ温度が急激に上昇し、限界温度を超えてしまうことがあるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ＰＭ捕集用フィルタの再生中に減速してアイドル運転に移行した場合のフィルタ温度の急上昇を抑制できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、ＰＭ捕集用フィルタの再生中、減速運転時の燃料カットリカバー回転数を非再生中よりも上昇させると共に、アイドル運転時のアイドル回転数を非再生中よりも上昇させる構成とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、再生中に減速してアイドル運転に移行するときに、減速運転時及びアイドル運転時のエンジン回転数を比較的高く維持することができ、排気流量の減少を抑制し、これにより必要なガス冷却を確保してフィルタ温度の急激な上昇を抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す車両用ディーゼルエンジンのシステム図である。
【０００９】
ディーゼルエンジン１の各気筒の燃焼室２には、吸気系のエアクリーナ３から、可変ノズル型過給機４の吸気コンプレッサ５、インタークーラ６、吸気絞り弁７、及び、吸気マニホールド８を経て、空気が吸入される。燃料供給系は、コモンレール（図示せず）からこれに蓄圧された高圧燃料を導いて各気筒の燃焼室２内に任意のタイミングで燃料噴射可能な燃料噴射弁９を備えて構成され、各気筒の圧縮行程にて燃料噴射（メイン噴射）がなされ、圧縮着火により燃焼する。燃焼後の排気は、排気系の排気マニホールド１０、可変ノズル型過給機４の排気タービン１１を経て排出される。また、排気の一部は排気マニホールド１０からＥＧＲ通路１２より取出され、ＥＧＲクーラ１３、ＥＧＲ弁１４を介して吸気マニホールド８に還流される。
【００１０】
ここで、ディーゼルエンジン１から排出される排気中のＰＭを浄化するため、排気タービン１１下流の排気通路には、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１５を設け、これによりＰＭを捕集する。
【００１１】
ＤＰＦ１５でのＰＭの捕集によりＰＭ堆積量が増加すると、排気抵抗が増大して、運転性が悪化する。よって、所定の再生時期か否かを判断し、再生時期の場合は、再生処理手段（ＤＰＦ１５の温度、より具体的にはＤＰＦ１５に流入する排気温度を上昇させる手段）、例えば燃料噴射弁９の燃料噴射時期（メイン噴射時期）の遅角、燃料噴射弁９による膨張行程もしくは排気行程での追加的な燃料噴射であるポスト噴射、吸気絞り弁７の開度減少（吸気量減少→空燃比リッチ化→排気温度上昇）、可変ノズル型過給機４による過給圧の低下（吸気量減少→空燃比リッチ化→排気温度上昇）、及び／又は、ＥＧＲ弁１４によるＥＧＲ率増大などを用いて、ＰＭを燃焼させることにより、ＤＰＦ１５を再生する。
【００１２】
このため、燃料噴射弁９、吸気絞り弁７、可変ノズル型過給機４、ＥＧＲ弁１４の作動を制御するエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０に、エンジン回転に同期したクランク角信号を発生しこれによりエンジン回転数を検出可能なクランク角センサ２１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検出するアクセル開度センサ（アクセルＯＦＦ状態でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）２２、吸入空気量を検出するエアフローメータ２３、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ２４、車速を検出する車速センサ２５などの他、ＤＰＦ１５での圧力損失の検出のためＤＰＦ１５の前後差圧を検出する差圧センサ２６の信号を入力してある。
【００１３】
ここにおいて、ＥＣＵ２０では、差圧センサ２６の信号に基づいてＤＰＦ１５の前後差圧を検出し、検出された前後差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する。そして、推定されたＰＭ堆積量に基づいて再生時期を判断し、再生時期と判断されたときに、再生処理を行う。
【００１４】
次に、ＥＣＵ２０による具体的な制御内容を図２及び図３のフローチャートにより説明する。
図２はＤＰＦ再生制御ルーチンであり、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００１５】
Ｓ１では、差圧センサ２６の信号を読込んで、ＤＰＦ１５の前後差圧を検出する。
Ｓ２では、ＤＰＦ前後差圧からＰＭ堆積量を推定するためのテーブルを参照し、Ｓ１で検出されたＤＰＦ前後差圧より、ＰＭ堆積量を推定する。尚、フローチャート上では省略したが、ＤＰＦ前後差圧は、排気流量に応じても変化し、同一のＰＭ堆積量のときは、排気流量が増加するほど、大きくなるので、エンジン回転数及び負荷（アクセル開度）を検出し、これらに基づき、所定のマップを参照するなどして、排気流量を推定し、これに応じて、ＰＭ堆積量の推定値を補正するのが望ましい。
【００１６】
Ｓ３では、再生中フラグの値を判定し、０（非再生中）の場合はＳ４へ進む。Ｓ４では、Ｓ２で推定したＰＭ堆積量を再生時期判断用の所定値Ｍ１と比較して、ＰＭ堆積量≧Ｍ１か否かを判定する。
【００１７】
ＰＭ堆積量＜Ｍ１の場合は、再生時期ではないと判断して、リターンするが、ＰＭ堆積量≧Ｍ１の場合は、再生時期（要再生）と判断して、Ｓ５へ進む。
Ｓ５では、現在の運転条件が再生実施条件（再生可能な運転状態）を満足しているかどうかの判定を行い、アイドル運転時などを除き、ある程度の高回転、高負荷条件又は高車速条件で運転されているときなど、再生実施条件を満たすときには、再生処理を開始すべく、Ｓ６へ進む。
【００１８】
Ｓ６では、再生中フラグを１にセットして、Ｓ７へ進む。尚、このようにして再生中フラグが１にセットされた後は、次回以降の本ルーチンの実行時に、Ｓ３での判定でＹＥＳとなるので、Ｓ３からＳ７へ進む。
【００１９】
Ｓ７では、ＤＰＦ１５の再生のため、ＤＰＦ１５の温度（ＤＰＦ１５に流入する排気温度）を上昇させる再生処理を行って、ＤＰＦ１５に捕集されているＰＭを燃焼除去する。具体的には、例えば燃料噴射弁９の燃料噴射時期（メイン噴射時期）の遅角、燃料噴射弁９による膨張行程もしくは排気行程での追加的な燃料噴射であるポスト噴射、吸気絞り弁７の開度減少、可変ノズル型過給機４による過給圧の低下、及び／又は、ＥＧＲ弁１４によるＥＧＲ率増大などを用いて、排気温度を上昇させることで、ＤＰＦ１５内の温度をＰＭの燃焼可能な温度まで上昇させて、ＤＰＦ１５に捕集されているＰＭを燃焼除去する。この場合に、目標再生処理温度を設定し、これに基づいて、燃料噴射時期（メイン噴射時期）、ポスト噴射量あるいはポスト噴射時期、吸気絞り弁開度、過給圧、及び／又は、ＥＧＲ率を設定するのが望ましい。
【００２０】
Ｓ８では、所定の再生終了条件（完全再生条件）を満たしているか否かを判定するため、Ｓ２により推定される最新のＰＭ堆積量を完全再生判断用の所定値Ｍ２（当然にＭ２＜Ｍ１）と比較して、ＰＭ堆積量≦Ｍ２か否かを判定する。又は、所定の再生時間が経過したか否かを判定する。
【００２１】
ＰＭ堆積量＞Ｍ２の場合（又は所定の再生時間が経過していない場合）は、完全再生ではないと判断して、再生を続行すべく、リターンする。
Ｓ８での判定でＰＭ堆積量≦Ｍ２となった場合（又は所定の再生時間が経過した場合）は、完全再生と判断して、Ｓ９へ進む。
【００２２】
Ｓ９では、再生処理を終了する。すなわち、Ｓ７で再生処理用の値に変更したパラメータを全て元の値（運転状態の応じた通常値）に戻す。そして、Ｓ１０では、再生中フラグを０にリセットして、リターンする。
【００２３】
図３は再生中の減速・アイドル御御ルーチンであり、図２のルーチンと並行して、所定時間毎に繰り返し実行される。
Ｓ１１では、再生中フラグ＝１（再生中）か否かを判定する。再生中フラグ＝０（非再生中）の場合は、Ｓ２１で燃料カット（Ｆ／Ｃ）リカバー回転数を通常値に設定し、また、Ｓ２２で目標アイドル回転数を通常値に設定して、リターンする。
【００２４】
再生中フラグ＝１（再生中）の場合は、Ｓ１２へ進む。
Ｓ１２では、再生開始後既に減速判定がなされているか否かを判定し、減速判定がなされていない場合は、Ｓ１３へ進む。
【００２５】
Ｓ１３では、減速判定を行う。具体的には、例えばアイドルスイッチがＯＦＦ→ＯＮになったか否かを判定する。又は、エンジン回転数の低下量より、減速判定を行うようにしてもよい。
【００２６】
減速判定がなされたときは、Ｓ１４〜Ｓ１６を実行する。
Ｓ１４では、燃料カット（Ｆ／Ｃ）リカバー回転数を通常値（非再生中の値）により高めに設定する。この部分が燃料カットリカバー回転数上昇手段に相当する。
【００２７】
Ｓ１５では、目標アイドル回転数を通常値（非再生中の値）より高めに設定する。この部分がアイドル回転数上昇手段に相当する。
Ｓ１６では、再生中のアイドル運転継続時間を計時するためのタイマＴＭを０にリセットして、リターンする。
【００２８】
減速運転時には、アイドルスイッチＯＮで、かつエンジン回転数が所定の燃料カット回転数以上であることをトリガーとして、燃料カット（燃料噴射弁９による燃料噴射の停止）がなされ、その後、アクセルＯＮ（アイドルスイッチＯＦＦ）、又は、エンジン回転数が所定の燃料カットリカバー回転数以下となったときに、燃料カットリカバー（燃料カット終了；燃料噴射再開）となるが、燃料カットリカバー回転数をアップさせておくことで、再生中に減速運転に移行して燃料カットがなされても、比較的高いエンジン回転数で燃料カットリカバーがなされ、減速運転からアイドル運転に移行する際のエンジン回転数をより高めに維持することができる。よって、排気流量の減少を抑制し、ＤＰＦ温度の急激な上昇を抑制できる。
【００２９】
また、減速運転後、アイドル運転に移行すると、アイドル運転時には、実際のエンジン回転数と目標アイドル回転数とを比較して、目標アイドル回転数が得られるように、燃料噴射弁９の燃料噴射量（及び／又は吸気絞り弁７の開度）をフィードバック制御するが、目標アイドル回転数をアップしておくことで、再生中に減速運転からアイドル運転に移行した場合のアイドル回転数を上昇させることができる。よって、排気流量の減少を抑制し、ＤＰＦ温度の急激な上昇を抑制できる。
【００３０】
再生中の減速判定後は、次回以降の本ルーチンの実行時に、Ｓ１２での判定でＹＥＳとなるので、Ｓ１７へ進む。
Ｓ１７では、アイドル運転中か否かを判定する。具体的には、例えばアイドルスイッチＯＮで、エンジン回転数が目標アイドル回転数により定まる範囲内のときに、アイドル運転中と判定する。
【００３１】
アイドル運転中でない場合はリターンするが、アイドル運転中の場合はＳ１８へ進む。
Ｓ１８では、アイドル運転継続時間を計時するためのタイマＴＭを本ルーチンの実行時間隔（Δｔ）分カウントアップする（ＴＭ＝ＴＭ＋Δｔ）。そして、Ｓ１９へ進む。
【００３２】
Ｓ１９では、タイマ（アイドル運転継続時間）ＴＭの値が所定時間（数分）を超えたか否かを判定する。
アイドル運転継続時間が所定時間内であれば、そのままリターンすることで、目標アイドル回転数を高めに維持して、アイドルアップ状態を継続する。
【００３３】
これに対し、アイドル運転継続時間が所定時間を超えた場合は、Ｓ２０へ進んで、目標アイドル回転数を通常値に戻し、アイドルアップを終了させた後に、リターンする。排気温度が急上昇するおそれがなくなっているので、燃費の悪化を抑制するためである。
【００３４】
次に再生中に減速してアイドル運転に移行した場合について図４のタイムチャートにより説明する。
所定の再生時期となって、ＤＰＦの再生を開始した後、減速運転に移行すると、燃料カットがなされ、エンジン回転数が所定の燃料カット（Ｆ／Ｃ）リカバー回転数まで低下したところで、燃料カットリカバーとなる。ここで、再生中は燃料カットリカバー回転数を通常値より上昇させるので、減速運転時のエンジン回転数を比較的高く維持することができる。
【００３５】
また、減速運転からアイドル運転に移行すると、エンジン回転数を目標アイドル回転数に一致させるように、燃料噴射量を増減して、アイドル回転数のフィードバック制御がなされるが、再生中は、アイドル運転開始から所定時間、目標アイドル回転数を通常値より上昇させるので、アイドル運転時のエンジン回転数（アイドル回転数）を比較的高く維持することができる。
【００３６】
従って、燃料カットリカバー回転数の上昇、及び、目標アイドル回転数の上昇により、エンジン回転数を比較的高めにして、排気ガス流量の低下を抑制することで、ＤＰＦの急激な温度上昇を抑制することができる。その一方、再生を一旦開始した後に、減速してアイドル運転に移行しても、再生を中断することなく、再生を継続することができるので、ＤＰＦを確実かつ速やかに再生することができる。
【００３７】
アイドル運転に移行してから、所定時間経過した後は、ＤＰＦの急激な温度上昇の恐れがなくなるので、アイドルアップを終了させることで、燃費の悪化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すディーゼルエンジンのシステム図
【図２】 ＤＰＦ再生制御ルーチンのフローチャート
【図３】 再生中の減速・アイドル制御のフローチャート
【図４】 再生中に減速してアイドルに移行した場合のタイムチャート
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
４ 可変ノズル型過給機
７ 吸気絞り弁
９ 燃料噴射弁
１４ ＥＧＲ弁
１５ ＤＰＦ
２０ ＥＣＵ
２１ クランク角センサ
２２ アクセル開度センサ
２６ 差圧センサ

Claims (2)

1. 排気通路に排気中のＰＭを捕集するフィルタを備える一方、前記フィルタの再生時期と判断されたときに前記フィルタの温度を上昇させる再生処理を行って前記フィルタに捕集されているＰＭを燃焼除去する再生処理手段とを備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   減速運転時に、機関回転数が所定の燃料カット回転数以上であることを条件として燃料カットを行い、その後、機関回転数が所定の燃料カットリカバー回転数以下となったときに燃料カットを終了させる燃料カット制御手段を備えるものにおいて、
   前記再生処理手段による前記フィルタの再生中に限り、減速運転時の燃料カットリカバー回転数を非再生時よりも上昇させる手段と、
   前記再生処理手段による前記フィルタの再生中、減速運転がないときのアイドル運転時のアイドル回転数よりも、減速運転後のアイドル運転時のアイドル回転数を上昇させる手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記アイドル回転数上昇手段は、前記フィルタの再生中のアイドル運転時にアイドル運転開始から所定時間アイドル回転数を上昇させ、所定時間経過後はアイドル回転数を通常値に戻すものであ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。

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