JP6729473B2

JP6729473B2 - フィルタ再生制御装置およびフィルタ再生制御方法

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Publication number: JP6729473B2
Application number: JP2017084767A
Authority: JP
Inventors: 遊大景山; 和貴大石
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2037-04-21
Also published as: JP2018178979A; CN110546353A; CN110546353B; WO2018194160A1

Description

本発明は、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタの再生を制御するフィルタ再生制御装置およびフィルタ再生制御方法に関する。

従来、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭという）を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が知られている。

ＤＰＦで捕集されたＰＭのうち、一部は、ディーゼルエンジンから排出される高温の排ガスによって燃焼し（パッシブ再生、または、連続再生と呼ばれる）、残りは、ＤＰＦに堆積する。そして、ＰＭの堆積量が一定量を超えると、例えば、ディーゼルエンジンの出力の低下、燃費の低下、および、ＰＭの異常燃焼によるＤＰＦの損傷などが発生する。

そこで、ＤＰＦに堆積したＰＭを、燃料噴射（例えば、ポスト噴射または排気管噴射）により強制的に燃焼させることで、フィルタを再生させるフィルタ再生（強制再生ともいう）を実行することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−５４６３１号公報

しかしながら、硫黄濃度が高い燃料を使用した場合、ＤＰＦが硫黄被毒し、ＤＰＦの性能が著しく低下するという問題がある。

本発明の目的は、フィルタの硫黄被毒を防止できるフィルタ再生制御装置およびフィルタ再生制御方法を提供することである。

本発明のフィルタ再生制御装置は、車両の内燃機関の排ガスの流路において触媒の下流側に設けられ、前記排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタを、燃料の噴射により強制的に再生させるフィルタ再生の実行を制御するフィルタ再生制御装置であって、前記フィルタ再生の実行条件が満たされたときに、前記燃料または前記排ガスの硫黄濃度が閾値以上であるか否かを判定する濃度判定部と、前記硫黄濃度が閾値以上ではない場合、通常フィルタ再生を実行するように燃料噴射装置を制御する一方、前記硫黄濃度が閾値以上である場合、特別フィルタ再生を実行するように前記燃料噴射装置を制御する再生制御部と、を有し、前記通常フィルタ再生は、第１の時間の間、第１の量の前記燃料を噴射する動作であり、前記特別フィルタ再生は、前記第１の時間よりも長い第２の時間の間、前記第１の量の前記燃料を噴射する動作、前記第１の時間の間、前記第１の量よりも多い第２の量の前記燃料を噴射する動作、または、前記第２の時間の間、前記第２の量の前記燃料を噴射する動作、のいずれかである。

本発明のフィルタ再生制御方法は、車両の内燃機関の排ガスの流路において触媒の下流側に設けられ、前記排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタを、燃料の噴射により強制的に再生させるフィルタ再生の実行を制御するフィルタ再生制御方法であって、
前記フィルタ再生の実行条件が満たされたときに、前記燃料または前記排ガスの硫黄濃度が閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記硫黄濃度が閾値以上ではない場合、通常フィルタ再生を実行するように燃料噴射装置を制御する一方、前記硫黄濃度が閾値以上である場合、特別フィルタ再生を実行するように前記燃料噴射装置を制御するステップと、を有し、前記通常フィルタ再生は、第１の時間の間、第１の量の前記燃料を噴射する動作であり、前記特別フィルタ再生は、前記第１の時間よりも長い第２の時間の間、前記第１の量の前記燃料を噴射する動作、前記第１の時間の間、前記第１の量よりも多い第２の量の前記燃料を噴射する動作、または、前記第２の時間の間、前記第２の量の前記燃料を噴射する動作、のいずれかである。

本発明によれば、フィルタの硫黄被毒を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る後処理装置とその周辺構成の一例を示す概念図本発明の実施の形態に係るＥＣＵの構成例を示すブロック図本発明の実施の形態に係るＥＣＵの動作例を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る後処理装置とその周辺構成について、図１を用いて説明する。

図１は、本実施の形態に係る後処理装置とその周辺構成の一例を示す概念図である。図１において、実線の矢印は気体の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示している。

図１に示す各構成要素は、例えば、車両に搭載される。

ディーゼルエンジン（内燃機関の一例。以下、エンジンという）１の上流側には給気通路（吸気通路）２が接続され、エンジン１の下流側には排気通路３が接続されている。

給気通路２と排気通路３との間には、ターボチャージャ（過給機）４が設けられている。ターボチャージャ４は、給気通路２に配置されたコンプレッサ４ａと、排気通路３に配置された排気タービン４ｂとを有する。コンプレッサ４ａは、排気タービン４ｂによって同軸駆動される。

給気通路２には、インタークーラ５が設けられている。コンプレッサ４ａから吐出された空気は、インタークーラ５で冷却され、エンジン１の各シリンダ（図示略）内の燃焼室（図示略）に流入する。

エンジン１には、各シリンダ内の燃焼室に燃料を噴射するコモンレール燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置という）６が設けられている。燃料噴射装置６は、ポンプ６ａ、コモンレール６ｂ、および燃料噴射弁（インジェクタ）６ｃを有する。

例えば、燃料噴射装置６において、ポンプ６ａは、ＥＣＵ７（詳細は図２を用いて後述）からの制御信号に基づいて、所定のタイミングで所定量の燃料を、燃料タンク８から汲み上げ、コモンレール６ｂを介して燃料噴射弁６ｃに供給する。燃料噴射弁６ｃは、供給された燃料を、燃焼室に噴射する。

燃料タンク８には、燃料が貯留されている。また、燃料タンク８には、貯留されている燃料に含まれる硫黄分の濃度（以下、硫黄濃度という）を検出する濃度センサが設けられている。濃度センサ９は、検出した硫黄濃度を示す信号を、適宜、ＥＣＵ７へ出力する。

なお、図１の例では、濃度センサ９を燃料タンク８に設けたが、濃度センサ９の設置位置は、燃料の硫黄濃度を検出できる位置であればよく、図１の位置に限定されない。

排気通路３には、後処理装置として、酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣという）１０およびＤＰＦ１１が設けられている。ＤＯＣ１０は、ＤＰＦ１１の上流側に設けられている。

ＤＯＣ１０は、排ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ_２）を生成する。

ＤＰＦ１１は、上述したとおり、排ガス中に含まれるススなどのＰＭを捕集し、排ガスから除去する。

エンジン１から排出された排ガスは、排気通路３を通って、排気タービン４ｂを駆動してコンプレッサ４ａを同軸駆動させる。その後、排ガスは、ＤＯＣ１０、ＤＰＦ１１の順に流れる。

以上、本実施の形態に係る後処理装置とその周辺構成について説明した。

次に、本実施の形態に係るＥＣＵ７（フィルタ再生制御装置の一例）の構成について、図２を用いて説明する。

ＥＣＵ７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路を有する。以下に説明する図２の各部の機能は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。

ＥＣＵ７は、ＤＰＦ１１を強制的に再生させるフィルタ再生の実行を制御する。具体的には、ＥＣＵ７は、燃料噴射装置６の燃料噴射（例えば、ポスト噴射）の実行を制御する。

図２に示すように、ＥＣＵ７は、濃度判定部１１０および再生制御部１２０を有する。

濃度判定部１１０は、所定の実行条件が満たされたときに、濃度センサ９により検出された硫黄濃度（以下、検出硫黄濃度という）が予め定められた閾値を超えているか否かを判定する。

上記所定の実行条件とは、フィルタ再生の実行に必要な条件であり、例えば、車両の走行距離が予め定められた距離を超えること、または、ＤＰＦ１１に堆積したＰＭの推定量が予め定められた量を超えること、などである。

また、上記閾値は、例えば、硫黄被毒が生じうる硫黄濃度（例えば、実験やシミュレーションで得られた値）よりも小さい値である。ただし、閾値が小さすぎると、後述の特別フィルタ再生が実行される頻度が多くなり、燃費の悪化等を招く。そのため、閾値は、硫黄被毒が生じる硫黄濃度に近い値に設定されることが望ましい。

再生制御部１２０は、濃度判定部１１０により検出硫黄濃度が閾値未満であると判定された場合、燃料噴射装置６に対し、通常フィルタ再生の実行を指示する通常制御信号を出力する。

通常フィルタ再生とは、所定時間（以下、第１の時間という）の間、所定量（以下、第１の量という）の燃料を噴射する動作である。

燃料噴射装置６は、通常制御信号を受け取った場合、通常フィルタ再生を実行する。

一方、再生制御部１２０は、濃度判定部１１０により検出硫黄濃度が閾値以上であると判定された場合、燃料噴射装置６に対し、特別フィルタ再生の実行を指示する特別制御信号を出力する。

特別フィルタ再生とは、第１の時間よりも長い時間（以下、第２の時間という）の間、第１の量の燃料を噴射する動作、第１の時間の間、第１の量よりも多い量（以下、第２の量という）の燃料を噴射する動作（通常フィルタ再生時よりも排ガスの温度を高くする動作）、または、第２の時間の間、第２の量の燃料を噴射する動作、のいずれかである。これらの動作のうちどの動作を特別フィルタ再生とするかは、例えば、ＥＣＵ７の製造時に設定されてもよいし、車両のユーザ等により設定されてもよい。また、その設定を適宜変更できるようにしてもよい。

燃料噴射装置６は、特別制御信号を受け取った場合、特別フィルタ再生を実行する。

以上、本実施の形態に係るＥＣＵ７の構成について説明した。

次に、本実施の形態に係るＥＣＵ７（フィルタ再生制御方法の一例）の動作について、図３を用いて説明する。図３のフローは、車両の走行中、繰り返し行われる。

まず、濃度判定部１１０は、上記所定の実行条件が満たされたときに、検出硫黄濃度が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

検出硫黄濃度が閾値以上ではない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、再生制御部１２０は、通常フィルタ再生を実行するように燃料噴射装置６を制御する（ステップＳ１０２）。

具体的には、上述したとおり、再生制御部１２０は、通常フィルタ再生の実行を指示する通常制御信号を燃料噴射装置６へ出力する。そして、燃料噴射装置６は、再生制御部１２０から受け取った通常制御信号に基づいて、通常フィルタ再生を実行する。

一方、検出硫黄濃度が閾値以上である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、再生制御部１２０は、特別フィルタ再生を実行するように燃料噴射装置６を制御する（ステップＳ１０３）。

具体的には、上述したとおり、再生制御部１２０は、特別フィルタ再生の実行を指示する特別制御信号を燃料噴射装置６へ出力する。そして、燃料噴射装置６は、再生制御部１２０から受け取った特別制御信号に基づいて、特別フィルタ再生を実行する。

以上、本実施の形態に係るＥＣＵ７の動作について説明した。

詳述してきたように、本実施の形態によれば、燃料の硫黄濃度が閾値以上である場合に、通常フィルタ再生に比べて、燃料噴射時間および燃料噴射量のうち少なくとも一方の値が大きい特別フィルタ再生を実行することを特徴とする。これにより、ＤＰＦ１１の硫黄被毒を防止することができる。また、ＤＯＣ１０の硫黄被毒も防止できる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。

［変形例１］
上記実施の形態では、フィルタ再生時の燃料噴射がポスト噴射である場合を例に挙げて説明したが、排気通路３に設けられた燃料噴射弁（図示略）により燃料噴射（いわゆる排気管噴射）を行ってもよい。

［変形例２］
上記実施の形態では、濃度センサ９により燃料の硫黄濃度を検出する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ＥＣＵ７は、排ガスに含まれる硫黄濃度を算出（測定、推定）してもよい。

［変形例３］
上記実施の形態では、ＤＰＦ１１の上流側にＤＯＣ１０が備えられる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、図１において、ＤＯＣ１０の代わりに、吸蔵型窒素酸化物還元触媒（ＬＮＴ）が備えられてもよい。その場合、ＬＮＴの硫黄被毒を防止できる。

［変形例４］
上記実施の形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明したが、内燃機関はガソリンエンジンであってもよい。その場合、図１において、ＤＰＦ１１の代わりに、ガソリンエンジンの排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）が備えられる。よって、ＧＰＦの硫黄被毒を防止できる。

［変形例５］
上記実施の形態において、第２の時間または第２の量は、固定値であってもよいし、閾値以上の検出硫黄濃度に応じて可変する可変値であってもよい。

＜本開示のまとめ＞
本発明のフィルタ再生制御装置は、車両の内燃機関の排ガスの流路において触媒の下流側に設けられ、前記排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタを、燃料の噴射により強制的に再生させるフィルタ再生の実行を制御するフィルタ再生制御装置であって、前記フィルタ再生の実行条件が満たされたときに、前記燃料または前記排ガスの硫黄濃度が閾値以上であるか否かを判定する濃度判定部と、前記硫黄濃度が閾値以上ではない場合、通常フィルタ再生を実行するように燃料噴射装置を制御する一方、前記硫黄濃度が閾値以上である場合、特別フィルタ再生を実行するように前記燃料噴射装置を制御する再生制御部と、を有し、前記通常フィルタ再生は、第１の時間の間、第１の量の前記燃料を噴射する動作であり、前記特別フィルタ再生は、前記第１の時間よりも長い第２の時間の間、前記第１の量の前記燃料を噴射する動作、前記第１の時間の間、前記第１の量よりも多い第２の量の前記燃料を噴射する動作、または、前記第２の時間の間、前記第２の量の前記燃料を噴射する動作、のいずれかである。

なお、上記フィルタ再生制御装置において、前記第２の時間または前記第２の量は、前記閾値以上の前記硫黄濃度に応じて可変する値であってもよい。

また、上記フィルタ再生制御装置において、前記燃料の硫黄濃度は、燃料タンクに貯留されている前記燃料の硫黄濃度を検出する濃度センサにより検出された値であってもよい。

また、上記フィルタ再生制御装置において、前記触媒は、酸化触媒または吸蔵型窒素酸化物還元触媒であってもよい。

また、上記フィルタ再生制御装置において、前記内燃機関は、ディーゼルエンジンであり、前記フィルタは、ＤＰＦであってもよい。

また、上記フィルタ再生制御装置において、前記内燃機関は、ガソリンエンジンであり、前記フィルタは、ＧＰＦであってもよい。

本発明のフィルタ再生制御方法は、車両の内燃機関の排ガスの流路において触媒の下流側に設けられ、前記排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタを、燃料の噴射により強制的に再生させるフィルタ再生の実行を制御するフィルタ再生制御方法であって、前記フィルタ再生の実行条件が満たされたときに、前記燃料または前記排ガスの硫黄濃度が閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記硫黄濃度が閾値以上ではない場合、通常フィルタ再生を実行するように燃料噴射装置を制御する一方、前記硫黄濃度が閾値以上である場合、特別フィルタ再生を実行するように前記燃料噴射装置を制御するステップと、を有し、前記通常フィルタ再生は、第１の時間の間、第１の量の前記燃料を噴射する動作であり、前記特別フィルタ再生は、前記第１の時間よりも長い第２の時間の間、前記第１の量の前記燃料を噴射する動作、前記第１の時間の間、前記第１の量よりも多い第２の量の前記燃料を噴射する動作、または、前記第２の時間の間、前記第２の量の前記燃料を噴射する動作、のいずれかである。

本発明は、排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタの強制再生を制御するフィルタ再生制御装置およびフィルタ再生制御方法に適用できる。

１ディーゼルエンジン（内燃機関の一例）
２給気通路
３排気通路
４ターボチャージャ
４ａコンプレッサ
４ｂ排気タービン
５インタークーラ
６燃料噴射装置
６ａポンプ
６ｂコモンレール
６ｃ燃料噴射弁
７ＥＣＵ（フィルタ再生制御装置の一例）
８燃料タンク
９濃度センサ
１０ＤＯＣ（触媒の一例）
１１ＤＰＦ（フィルタの一例）
１１０濃度判定部
１２０再生制御部

Claims

車両の内燃機関の排ガスの流路において触媒の下流側に設けられ、前記排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタを、燃料の噴射により強制的に再生させるフィルタ再生の実行を制御するフィルタ再生制御装置であって、
前記フィルタ再生の実行条件が満たされたときに、前記燃料または前記排ガスの硫黄濃度が閾値以上であるか否かを判定する濃度判定部と、
前記硫黄濃度が閾値以上ではない場合、通常フィルタ再生を実行するように燃料噴射装置を制御する一方、前記硫黄濃度が閾値以上である場合、特別フィルタ再生を実行するように前記燃料噴射装置を制御する再生制御部と、を有し、
前記通常フィルタ再生は、
第１の時間の間、第１の量の前記燃料を噴射する動作であり、
前記特別フィルタ再生は、
前記第１の時間よりも長い第２の時間の間、前記第１の量の前記燃料を噴射する動作、前記第１の時間の間、前記第１の量よりも多い第２の量の前記燃料を噴射する動作、または、前記第２の時間の間、前記第２の量の前記燃料を噴射する動作、のいずれかである、
フィルタ再生制御装置。
前記第２の時間または前記第２の量は、前記閾値以上の前記硫黄濃度に応じて可変する値である、
請求項１に記載のフィルタ再生制御装置。
前記燃料の硫黄濃度は、燃料タンクに貯留されている前記燃料の硫黄濃度を検出する濃度センサにより検出された値である、
請求項１または２に記載のフィルタ再生制御装置。
前記触媒は、酸化触媒または吸蔵型窒素酸化物還元触媒である、
請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルタ再生制御装置。
前記内燃機関は、ディーゼルエンジンであり、
前記フィルタは、ＤＰＦである、
請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルタ再生制御装置。
前記内燃機関は、ガソリンエンジンであり、
前記フィルタは、ＧＰＦである、
請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルタ再生制御装置。
車両の内燃機関の排ガスの流路において触媒の下流側に設けられ、前記排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタを、燃料の噴射により強制的に再生させるフィルタ再生の実行を制御するフィルタ再生制御方法であって、
前記フィルタ再生の実行条件が満たされたときに、前記燃料または前記排ガスの硫黄濃度が閾値以上であるか否かを判定するステップと、
前記硫黄濃度が閾値以上ではない場合、通常フィルタ再生を実行するように燃料噴射装置を制御する一方、前記硫黄濃度が閾値以上である場合、特別フィルタ再生を実行するように前記燃料噴射装置を制御するステップと、を有し、
前記通常フィルタ再生は、
第１の時間の間、第１の量の前記燃料を噴射する動作であり、
前記特別フィルタ再生は、
前記第１の時間よりも長い第２の時間の間、前記第１の量の前記燃料を噴射する動作、前記第１の時間の間、前記第１の量よりも多い第２の量の前記燃料を噴射する動作、または、前記第２の時間の間、前記第２の量の前記燃料を噴射する動作、のいずれかである、
フィルタ再生制御方法。