JP2003206726A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP2003206726A JP2002009159A JP2002009159A JP2003206726A JP 2003206726 A JP2003206726 A JP 2003206726A JP 2002009159 A JP2002009159 A JP 2002009159A JP 2002009159 A JP2002009159 A JP 2002009159A JP 2003206726 A JP2003206726 A JP 2003206726A
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健二 河合
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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 DPFの再生中にエンジンの排気流量が低下
する低負荷低回転域に移行したときに、DPFの過昇温
による焼損を未然に防止できる内燃機関の排気浄化装置
を提供する。 【解決手段】 DPF8の再生中に低負荷低回転域に移
行したとき、バーナ14を作動させてターボ過給機4の
タービン4bに燃焼ガスを供給する。これによりタービ
ン仕事を増加させて過給を促進し、エンジン1の排気流
量の増加に伴ってDPF8の放熱を促進して過昇温を抑
制する。

Description

【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(以下、
エンジンという)の排気系に設けられて、排気中のパテ
ィキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備
えた排気浄化装置に関するものである。
【0002】
【関連する背景技術】ディーゼルエンジン等から排出さ
れる排ガスには、HC、CO、NOx等のほかにパティ
キュレートが含まれており、このパティキュレートを処
理するための後処理装置としてパティキュレートフィル
タが提案されている。例えば、触媒を担持したフィルタ
がエンジンの排気系に設けられて、排ガス中に含まれる
パティキュレートを捕集する一方、排気温度が比較的高
い運転状態のときに、堆積したパティキュレートを触媒
の効果により酸化・焼却除去している(連続再生)。
又、この連続再生作用が得られない運転状態が継続され
て、パティキュレート堆積量が許容量を越えたときに
は、例えばポスト噴射により膨張行程或いは排気行程で
追加燃料を噴射し、これによりフィルタを昇温して、パ
ティキュレートを強制的に焼却除去している(強制再
生)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記した再生時のフィ
ルタは、パティキュレートの燃焼熱を受けて昇温される
一方、内部を流通する排ガスに放熱して冷却され、双方
の作用が均衡することで、適切な温度、つまり、着火後
のパティキュレートの燃焼が継続され、且つ自己の過熱
による焼損が防止される温度に保たれる。
【0004】しかしながら、車両の走行状態に応じてエ
ンジンの運転状態は大きく変化し、例えばアイドル運転
を含む低負荷低回転域では、排気流量が極端に減少する
と共に、排ガス中の酸素濃度が増加する現象が生じる。
排気流量の減少は、放熱不足によりフィルタを昇温させ
る方向に作用し、酸素濃度の増加は、パティキュレート
の燃焼促進により同じくフィルタを昇温させる方向に作
用するため、このような運転状態にエンジンが移行する
と、フィルタが過昇温されて焼損する虞があった。
【0005】本発明の目的は、パティキュレートを焼却
除去するフィルタ再生時に、エンジンの運転状態に関わ
らずフィルタの過昇温による焼損を未然に防止すること
ができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、内燃機関の排気系に設けられて
排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、排
気系のフィルタ上流側に設けられたタービン、及び内燃
機関の吸気系に設けられ、タービンに駆動されて内燃機
関に導入される吸気を過給するコンプレッサから構成さ
れるターボ過給機と、排気系のタービン上流側に燃焼ガ
スを供給する燃焼ガス供給手段と、フィルタが再生中か
否かを判定するフィルタ再生判定手段と、内燃機関が排
気流量低下を生じる所定運転状態にあるか否かを判定す
る運転状態判定手段と、フィルタ再生判定手段によりフ
ィルタが再生中と判定され、且つ運転状態判定手段によ
り所定運転状態と判定されたとき、燃焼ガス供給手段を
作動させる制御手段とを備えたものである。
【0007】従って、排ガス中のパティキュレートはフ
ィルタに捕集されて次第に堆積し、堆積したパティキュ
レートは、例えば内燃機関が排気温度の比較的高い運転
状態のときに触媒作用により酸化・焼却除去される一方
(連続再生)、積極的に排気温度の上昇やフィルタへの
未燃燃料の供給が実施されたときに強制的に酸化・焼却
除去され(強制再生)、このフィルタの再生がフィルタ
再生判定手段により判定される。
【0008】一方、例えば内燃機関がアイドル運転を含
む低負荷低回転域にあるとき、或いは車両減速に伴う燃
料供給の中止時、又は排気ブレーキの作動により排気流
量が絞られたとき等には、内燃機関の排気流量が低下す
ると共に排気中の酸素濃度が増加する所定運転状態とな
り、この所定運転状態が運転状態判定手段により判定さ
れる。
【0009】そして、フィルタの再生中に内燃機関が所
定運転状態に移行すると、排気流量の低下によりフィル
タの放熱不足が生じるが、このときには制御手段により
燃焼ガス供給手段が作動されて、タービン上流側に燃焼
ガスを供給するため、タービン仕事の増加により過給が
促進されて内燃機関の排気流量が増加し、結果としてフ
ィルタの放熱不足が解消されて、フィルタの過昇温が抑
制される。
【0010】加えて、内燃機関の排ガスに酸素の少な
い、若しくは含まない燃焼ガスが混合されるため、排ガ
スの酸素濃度が低減されて、フィルタでパティキュレー
トの燃焼が抑制され、上記フィルタの過昇温の抑制がよ
り確実なものとなる。請求項2の発明は、内燃機関の排
気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集す
るフィルタと、排気系のフィルタ上流側に燃焼ガスを供
給する燃焼ガス供給手段と、フィルタが再生中か否かを
判定するフィルタ再生判定手段と、内燃機関が燃料供給
を中止する特定運転状態にあるか否かを判定する運転状
態判定手段と、フィルタ再生判定手段によりフィルタが
再生中と判定され、且つ運転状態判定手段により特定運
転状態と判定されたとき、燃焼ガス供給手段を作動させ
る制御手段とを備えたものである。
【0011】従って、排ガス中のパティキュレートはフ
ィルタに捕集されて次第に堆積し、堆積したパティキュ
レートは、例えば内燃機関が排気温度の比較的高い運転
状態のときに触媒作用により酸化・焼却除去される一方
(連続再生)、積極的に排気温度の上昇やフィルタへの
未燃燃料の供給が実施されたときに強制的に酸化・焼却
除去され(強制再生)、このフィルタの再生がフィルタ
再生判定手段により判定される。
【0012】一方、例えば車両減速に伴って内燃機関の
燃料供給は中止され、このときの運転状態が特定運転状
態として運転状態判定手段により判定される。特定運転
状態では、吸入空気が燃焼に利用されずにそのまま排出
されて、排ガスに十分な酸素が含まれている。従って、
フィルタの再生中に内燃機関が特定運転状態に移行する
と、排ガス中の酸素によりパティキュレートの燃焼が過
度に促進されるが、このときには制御手段により燃焼ガ
ス供給手段が作動されて、フィルタ上流側に燃焼ガスを
供給するため、酸素をほとんど含まない、若しくは過濃
な燃焼ガスの混合により排ガスの酸素濃度が低減され、
結果としてパティキュレートの燃焼が抑制されて、フィ
ルタの過昇温が抑制される。
【0013】請求項3の発明は、ターボ過給機が、排気
系のタービン上流側の排ガスを排気系のタービン下流側
にバイパスさせるウエストゲート弁を含み、制御手段
が、燃焼ガス供給手段の作動時にウエストゲート弁を閉
弁させるものである。従って、燃焼ガス供給手段の作動
時にはウエストゲート弁が閉弁されるため、燃焼ガス供
給手段からの全ての燃焼ガスがタービン側に供給され
て、効果的にタービン仕事の増加に利用される。その結
果、ターボ過給機による過給を一層促進して内燃機関の
排気流量を増加させ、フィルタの放熱不足がより確実に
解消される。
【0014】請求項4の発明は、ターボ過給機が、排気
系のタービン上流側の排ガスを排気系のタービン下流側
にバイパスさせるウエストゲート弁を含み、燃焼ガス供
給手段の空気取入れ口を吸気系のコンプレッサ下流側に
連通させ、空気取入れ口と吸気系との間に燃焼ガス供給
手段への吸入空気量を制御する切換弁を備え、更に、フ
ィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定す
る堆積量推定手段を備え、制御手段が、堆積量推定手段
により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を
越えたとき、切換弁を開弁すると共にウエストゲート弁
を開弁し、且つ燃焼ガス供給手段を作動させ、一方、フ
ィルタ再生判定手段によりフィルタが再生中と判定さ
れ、且つ運転状態判定手段により所定運転状態と判定さ
れたとき、切換弁を開弁すると共にウエストゲート弁を
閉弁し、且つ燃焼ガス供給手段を作動させるものであ
る。
【0015】従って、堆積量推定手段により推定された
パティキュレートの堆積量が所定値を越えたときには、
制御手段により切換弁が開弁されて、吸入空気の一部が
燃焼ガス供給手段に供給され、燃焼ガス供給手段から発
生した燃焼ガスにより排気昇温が行われ、これによりフ
ィルタ上のパティキュレートが強制的に焼却除去され
る。そして、このときのウエストゲート弁は開弁されて
いるため、昇温された排ガスの大半はタービンを通過す
ることなく、タービン下流側にバイパスされ、タービン
仕事がほとんど増加しないことから、排ガスが有するエ
ネルギが効果的にフィルタの昇温に利用される。
【0016】一方、フィルタの再生中に内燃機関が所定
運転状態に移行したときには、燃焼ガス供給手段の作動
と共にウエストゲート弁が閉弁されるため、燃焼ガス供
給手段からの全ての燃焼ガスがタービン側に供給され
て、タービン仕事の増加に利用され、過給を一層促進し
て排気流量を増加させ、フィルタの放熱不足がより確実
に解消される。
【0017】又、このように燃焼ガス供給手段を利用し
て、強制再生時のフィルタの昇温を行っているため、強
制再生を実施するための専用の昇温手段を省略可能とな
る。請求項5の発明は、制御手段が、フィルタ再生判定
手段によりフィルタが再生中と判定され、且つ運転状態
判定手段により所定運転状態が所定時間以上継続してい
ると判定されたとき、燃焼ガス供給手段を作動させるも
のである。
【0018】従って、フィルタの再生中において内燃機
関が所定運転状態に移行しても、その継続時間が短いと
きにはフィルタが放熱不足の事態に陥る虞がないため、
この場合には燃焼ガス供給手段が停止保持されて、その
不要な作動が未然に防止される。
【0019】
【発明の実施の形態】[第1実施形態]以下、本発明を
ディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化した第1
実施形態を説明する。図1は本実施形態のディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。本実施
形態のエンジン1はコモンレール式ディーゼルエンジン
として構成されており、図示しないコモンレールに蓄圧
された高圧燃料を各気筒の燃料噴射弁2に供給し、任意
の噴射時期及び噴射量で燃料噴射弁2から各気筒の筒内
に噴射可能に構成されている。
【0020】エンジン1の吸気通路3には、上流側よ
り、ターボ過給機4のコンプレッサ4a、インタークー
ラ5が設けられている。図示しないエアクリーナから導
入された吸入空気は、コンプレッサ4aにより過給され
てインタークーラ5で冷却された後、各気筒の筒内に導
入されて、上記燃料噴射弁2から噴射された燃料の燃焼
に利用される。
【0021】又、エンジン1の排気通路6には、上流側
より、上記コンプレッサ4aと同軸上に連結されたター
ボ過給機4のタービン4b、酸化触媒7、ディーゼル・
パティキュレート・フィルタ(以下、DPFと略す)8
が設けられ、酸化触媒7とDPF8(フィルタ)により
後処理装置9が構成されている。排気通路6のタービン
4b上流とタービン4b下流側とはバイパス通路10に
より連結され、バイパス通路10にはウエストゲート弁
11が設けられている。ウエストゲート弁11の開度に
応じて排ガスの一部がバイパス通路10側にバイパスさ
れ、これによりターボ過給機4の過給圧が調整される。
【0022】上記DPF8はハニカム型のセラミック担
体からなり、多数の排ガス通路の上流側と下流側の開口
部を交互に閉鎖して、排ガス通路を形成する多孔質の壁
面を経て排ガスを流通させる。そして、各気筒から排出
された排ガスは、排気通路6を経てタービン4bを回転
駆動した後に酸化触媒7及びDPF8を経て大気中に排
出され、DPF8を通過する際に含有するパティキュレ
ートが捕集される。
【0023】上記コンプレッサ4a下流側の吸気通路3
と上記タービン4b上流側の排気通路6とはバーナ通路
12を介して連結され、このバーナ通路12の吸気通路
3側には切換弁13が設けられ、排気通路6側にはバー
ナ14(燃焼ガス供給手段)が設けられている。切換弁
13の開弁時には、吸気通路3を流通する吸入空気の一
部がバーナ14に供給され、その空気を利用してバーナ
14内で燃料が燃焼されて、燃焼ガスが排気通路6側に
供給される。
【0024】一方、車室内には、図示しない入出力装
置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記
憶装置(ROM,RAM等)、中央処理装置(CP
U)、タイマカウンタ等を備えたECU(電子制御ユニ
ット)21が設置されている。ECU21の入力側に
は、アクセル操作量APSを検出するアクセルセンサ2
2、エンジン回転速度Neを検出する回転速度センサ2
3、上記DPF8の上流側及び下流側の排ガス温度T1,
T2を検出する温度センサ24a,24b等の各種セン
サ類が接続され、出力側には、上記燃料噴射弁2、ウエ
ストゲート弁11、切換弁13、バーナ14等の各種デ
バイス類が接続されている。
【0025】そして、ECU21はアクセル操作量AP
Sやエンジン回転速度Ne等の検出情報に基づいて燃料
噴射弁2の噴射時期や噴射量、ターボ過給機4の過給
圧、図示しないEGR弁によるEGR率等の目標値を設
定し、それらの目標値に基づいて燃料噴射弁2、ウエス
トゲート弁11、EGR弁等を制御する。一方、パティ
キュレートの捕集によりDPF8上のパティキュレート
堆積量は次第に増加するが、堆積したパティキュレート
は、エンジン1が所定の運転状態(例えば、排気温度が
比較的高い運転状態)のときに連続的に酸化・焼却除去
される。
【0026】又、連続再生作用が得られない運転状態が
継続されると、DPF8でのパティキュレート堆積量が
次第に増加して許容量を越えてしまうため、このような
状況を想定して、ECU21は積極的にパティキュレー
トを焼却除去する強制再生を実行しており、以下、その
詳細を説明する。図2はECU21が実行するパティキ
ュレート堆積量判定ルーチンを示すフローチャートであ
り、ECU21はエンジン1の運転中に常にこのルーチ
ンを所定の制御インターバルで実行する。まず、ステッ
プS2で各センサ類からの検出情報を入力し、ステップ
S4でDPF8のパティキュレート堆積量Aが予め設定
された再生開始判定値A1以上か否かを判定する(堆積
量推定手段)。パティキュレート堆積量Aは、DPF8
の前後差圧(つまり、DPF8の圧損)及び排気流量に
対して相関することから、例えば、これらの関係を規定
したマップに基づいて堆積量Aを推定する。
【0027】パティキュレート堆積量Aが再生開始判定
値A1未満のときには、ステップS4でNO(否定)の
判定を下してルーチンを終了する。そして、運転の継続
によりパティキュレート堆積量Aが次第に増加して再生
開始判定値A1以上になると、ECU21はステップS
4でYES(肯定)の判定を下し、ステップS6で強制
再生処理を実行した後、ルーチンを終了する。
【0028】図3はECU21が実行する強制再生ルー
チンを示すフローチャートであり、上記ステップS6で
強制再生処理が実行されると、ECU21は当該ルーチ
ンを開始し、まず、ステップS12で検出情報を入力
し、ステップS14でパティキュレートが着火している
か否かを判定する。この判定は、上記温度センサ24
a,24bにより検出されたDPF8の上流側及び下流
側の排ガス温度T1,T2に基づいて行われ、排ガス温度
T1,T2の平均値が所定温度、例えば600℃以上の状
態が所定時間に亘って継続したときに、着火と判定す
る。
【0029】ステップS14の判定がNOのときには、
ステップS16で上記切換弁13を開弁すると共に、バ
ーナ14を大出力で作動させ(供給熱量大)、その後、
ステップS18でウエストゲート弁11を開弁する。E
CU21は続くステップS20でパティキュレート堆積
量Aが再生終了判定値A2(<A1)以下か否かを判定
し、判定がNOのときにはルーチンを終了する。
【0030】切換弁13の開弁により吸入空気の一部が
バーナ14に供給されて、バーナ14から発生した燃焼
ガスにより排気昇温が行われる。そして、ウエストゲー
ト弁11が開弁されているため、昇温された排ガスの大
半はタービン4bを通過することなく、バイパス通路1
0を経てタービン4b下流側にバイパスされる。従っ
て、このときのタービン仕事はほとんど増加せず、排ガ
スが有するエネルギが効果的に酸化触媒7及びDPF8
の昇温に利用される。
【0031】以上のステップS12〜20の処理が繰り
返されることで、酸化触媒7やDPF8が次第に昇温さ
れ、DPF8上のパティキュレートが着火すると、EC
U21は上記ステップS14でYESの判定を下し、ス
テップS22で切換弁13を開弁のまま、バーナ14を
小出力で作動させる(供給熱量小)。その結果、バーナ
14によるDPF8の昇温効果は減少するが、パティキ
ュレートは既に着火されているため、燃焼を継続して焼
却除去される。
【0032】パティキュレート堆積量Aが次第に減少し
て再生終了判定値A2以下になると、ECU21はステ
ップS20でYESの判定を下し、ステップS24でウ
エストゲート弁11の強制開弁制御を停止し、続くステ
ップS26で切換弁13の閉弁とバーナ14の停止を行
った後、ルーチンを終了する。尚、本実施形態では、強
制再生のためにバーナ14による燃焼ガスを利用した
が、これに限定されるものではなく、例えば、主噴射後
の膨張行程や排気行程でポスト噴射を実施して、追加燃
料の燃焼により排気昇温させたり、或いは追加燃料を直
接DPF8上で燃焼させたりして、パティキュレートを
酸化・焼却除去してもよい。又、ポスト噴射に代えて排
気通路6に設けた未燃燃料供給手段から未燃燃料を供給
して、ポスト噴射と同様の作用を得てもよい。
【0033】一方、本実施形態では、以上の強制再生、
或いは上記した連続再生によりパティキュレートが焼却
除去されているとき、DPF8の過昇温を抑制するため
の過昇温抑制処理を実行する。図4はECU21が実行
する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートであり、
ECU21はこのルーチンを上記パティキュレート堆積
量判定ルーチンと並行して実行する。まず、ECU21
はステップS32で検出情報を入力し、続くステップS
34で強制再生中か否か(より具体的には、強制再生に
よるパティキュレートの着火後か否か)を判定する(フ
ィルタ再生判定手段)。判定がYESのときにはステッ
プS36に移行し、現在のエンジン1の運転状態が図5
にaで示す所定の低負荷低回転域(アイドル運転を含
む)にあるか否かを判定する(運転状態判定手段)。
【0034】この判定は、例えば回転速度センサ23に
より検出されたエンジン回転速度Ne、及びエンジン負
荷と相関する燃料噴射量に基づいて行われ、上記した低
負荷低回転域にないときには、ステップS36でNOの
判定を下してルーチンを終了する。この場合には、切換
弁13は閉弁状態に、バーナ14は停止状態に保持され
る一方、ウエストゲート弁11の開度は本来の過給圧制
御に基づいて調整される。
【0035】一方、低負荷低回転域にあるとして上記ス
テップS36でYESの判定を下すと、ECU21はス
テップS38に移行してタイマtをインクリメントし、
続くステップS40でタイマtが所定値t0に達したか
否かを判定し、判定がNOのときにはルーチンを終了す
る。又、上記ステップS40の判定がYESのとき、つ
まり、低負荷低回転域での運転が所定値t0に相当する
期間に亘って継続したときには、ステップS42に移行
して過給圧制御に関係なくウエストゲート弁11を閉弁
し、続くステップS44で切換弁13を開弁すると共
に、バーナ14を作動させる(制御手段)。
【0036】ウエストゲート弁11の閉弁により、バー
ナ14が発生した全ての燃焼ガスはタービン4b側に供
給されて、タービン入口の排ガスの温度が上昇し、これ
により排ガスからタービン4bに付与されるエネルギが
増大する。その結果、タービン仕事が増加してコンプレ
ッサ4aによる過給を促進するため、エンジン1の吸入
空気量が増加し、通常の低負荷低回転域のときに比較し
て排気流量が大幅に増加する。
【0037】又、エンジン1の排ガスに、酸素の少ない
若しくはほとんど含まないバーナ14からの燃焼ガスが
混合されるため、排ガスの酸素濃度は、通常の低負荷低
回転域のときに比較して大幅に低減される。尚、タービ
ン4bの過回転を防止すべく、タービン回転速度が許容
値を超えてしまう場合にはウエストゲート弁11を開弁
する処理を加えてもよい。
【0038】一方、強制再生中でないとして上記ステッ
プS34でNOの判定を下したときには、ステップS4
6でパティキュレートが着火しているか否かを判定する
(フィルタ再生判定手段)。このときの着火は上記連続
再生によって生じる着火であり、例えば上記ステップS
14と同じく排ガス温度T1,T2に基づいて判定し、N
Oのときにはルーチンを終了する。
【0039】又、判定がYESのときにはステップS4
8に移行して、パティキュレート堆積量Aが急燃焼判定
値A3以上か否かを判定する。急燃焼判定値A3として
は、例えば上記強制再生の開始及び終了判定値A1,A2
の中間値(A2<A3<A1)が設定され、判定がNOのと
きには、堆積しているパティキュレートが少量のため急
燃焼しないと見なし、ルーチンを終了する。一方、ステ
ップS48の判定がYESのときには、多量のパティキ
ュレートにより急燃焼が起こり得ると見なして上記ステ
ップS36に移行し、以降は強制再生中の場合と同様の
ステップS38〜44の処理を行う。
【0040】以上のECU21による処理の結果、以下
に述べるようにしてパティキュレートの急燃焼が抑制さ
れる。周知のようにアイドル運転を含む低負荷低回転域
では、エンジン1の排気流量が極端に減少すると共に、
排ガス中の酸素濃度が増加する。よって、強制再生や連
続再生によるパティキュレートの酸化・焼却除去中に、
エンジン1が低負荷低回転域に至ると、排気流量の減少
によりDPF8の放熱不足が生じると共に、酸素濃度の
増加によりパティキュレートの燃焼が過度に促進される
ため、DPF8の過昇温の懸念が生じる。
【0041】ここで、上記のようにバーナ14からの燃
焼ガスがタービン4bに供給されると、過給の促進に伴
ってエンジン1の排気流量が大幅に増加するため、DP
F8の放熱が促進される一方、燃焼ガスの混合により排
ガスの酸素濃度が大幅に低減されるため、パティキュレ
ートの燃焼が抑制され、結果としてDPF8の過昇温が
抑制される。よって、本実施形態の排気浄化装置によれ
ば、強制再生や連続再生によりパティキュレートを焼却
除去する際に、DPF8の過昇温による焼損を未然に防
止することができる。
【0042】又、DPF8の再生時においてエンジン1
が低負荷低回転域に移行しても、その継続時間が短いと
きにはDPF8の熱容量相当分の温度上昇が遅れるた
め、DPF8が放熱不足の事態に陥る虞がないが、この
ような場合にはバーナ14が停止保持されるため、バー
ナ14の不要な作動を未然に防止できるという利点もあ
る。
【0043】一方、再生中のDPF8の過昇温を抑制す
るためのバーナ14を利用して、強制再生時のDPF8
の昇温を行っているため、強制再生を実施するための専
用の昇温手段、例えば上記ポスト噴射や未燃燃料供給手
段等を省略することができる。尚、上記実施形態では、
DPF8の上流側に酸化触媒7を設けているが、DPF
8に酸化機能を奏する金属を担持してもよい。
【0044】[第2実施形態]次に、本発明を別のディ
ーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化した第2実施
形態を説明する。尚、本実施形態では、上記第1実施形
態の低負荷低回転域に代えて、特に車両減速に伴って燃
料噴射を中止するフューエルカット(以下、F/Cとい
う)時に発生するDPF8の過昇温を抑制することを目
的としており、その全体的な構成、及び図2,3の強制
再生制御については同一のため説明を省略し、相違点を
重点的に説明する。
【0045】図6は本実施形態のECU21が実行する
過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートであり、EC
U21は図4に示した第1実施形態と同様に、ステップ
S52で検出情報を入力した後、強制再生中と見なして
ステップS56でYESの判定を下したとき、若しく
は、急燃焼判定値A3以上のパティキュレートが着火と
見なして、ステップS56,58でYESの判定を下し
たときには、ステップS60に移行する。
【0046】ステップS60では、第1実施形態の低負
荷低回転域に代えて、F/Cを実行中か否かを判定し
(運転状態判定手段)、NOのときにはルーチンを終了
する。又、F/C中であるとしてYESの判定を下し、
続くステップS62,64の処理で、F/Cが所定値t
0に相当する期間に亘って継続したと判定したときに
は、ステップS66に移行して排気ブレーキが作動中で
あるか否かを判定する。
【0047】排気ブレーキの作動は図示しないスイッチ
で運転者が任意にキャンセル可能であり、キャンセル操
作により排気ブレーキが作動していないときには、NO
の判定を下してステップS68でウエストゲート弁11
を開弁し、続くステップS70で切換弁13を開弁する
と共に、バーナ14を作動させた後、ルーチンを終了す
る。
【0048】一方、排気ブレーキの作動中として上記ス
テップS66でYESの判定を下したときには、ステッ
プS72に移行してウエストゲート弁11を閉弁し、そ
の後、上記ステップS70で切換弁13を開弁すると共
に、バーナ14を作動させる(制御手段)。尚、バーナ
14からの燃焼ガスは排気ブレーキによる制動を低下さ
せるため、運転者が空走感を抱く虞がある。従って、こ
の場合には、空走感を与えない程度にバーナ14からの
燃焼ガスを適宜制限することが望ましい。
【0049】ここで、排気ブレーキの作動状態に関係な
く、図5にbで示すF/Cが行われる領域では、吸入空
気の大部分が燃焼に利用されずにそのまま排出されるた
め、排ガスには十分な酸素が含まれ、パティキュレート
の燃焼が過度に促進される虞がある。しかしながら、上
記ステップS70の処理により排ガスに燃焼ガスが混合
されるため、酸素濃度は大幅に低減され、パティキュレ
ートの燃焼が抑制されることになる。
【0050】一方、F/C中で排気ブレーキの非作動時
には、モータリングによりエンジン1の排気流量がエン
ジン回転速度Neにほぼ比例して変化し、例えばアイド
ル回転速度が650rpmの小型エンジンの場合、定格回
転3200rpmの無負荷時には排気流量が約5倍に増加
する。従って、この場合にはステップS68でウエスト
ゲート弁11を開弁しても、上記低負荷低回転域に比較
して十分な排気流量が確保される。
【0051】尚、この場合には逆にDPF8が過冷却と
なってパティキュレートの燃焼が途絶える可能性もある
ため、例えば排ガス温度T1,T2の平均値が所定温度未
満になると、バーナ14を作動させる共にウエストゲー
ト弁11を開弁する処理を加え、排ガスの昇温を図って
もよい。又、F/C中で排気ブレーキの作動時には、排
気流量が例えば排気ブレーキの非作動時の30%程度ま
で絞られるため、エンジン回転速度Neが上記定格回転
より低い場合には排気流量が減少するが、ステップS7
2でウエストゲート弁11が閉弁されるため、過給が促
進されて十分な排気流量が確保される。
【0052】よって、F/C中には排気ブレーキの作動
状態に関わらず、バーナ14を作動させることによって
排ガスの酸素濃度が低減されて、パティキュレートの燃
焼が抑制される一方、排気流量が減少する排気ブレーキ
の作動時には、過給の促進により排気流量の増加が図ら
れて、DPF8の放熱が促進され、もって、DPF8の
過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【0053】以上で実施形態の説明を終えるが、本発明
の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例え
ば、上記各実施形態では、コモンレール式ディーゼルエ
ンジン用の排気浄化装置に具体化したが、エンジンの形
式等はこれに限ることはなく、例えば、通常のディーゼ
ルエンジン用の排気浄化装置として具体化してもよい。
【0054】又、上記各実施形態では、エンジン1にタ
ーボ過給機4を備え、バーナ14による過給促進を利用
してDPF8の放熱不足を解消したが、必ずしもターボ
過給機4を備える必要はなく、自然吸気式のエンジンと
してもよい。この場合であっても、バーナ14からの燃
焼ガスにより排ガスの酸素濃度を低減できるため、第2
実施形態で述べたようにF/C時に伴う排ガスの酸素濃
度の増加を抑制し、これによるDPF8の過昇温を防止
することができる。
【0055】一方、上記実施形態では、排気温度が比較
的高い運転状態のときに連続再生を行うべくDPF8の
上流側に酸化触媒7を設けたが、必ずしも酸化触媒7を
備える必要はなく、酸化触媒7を省略して、パティキュ
レートの焼却除去を電気ヒータ等の外部熱源により実施
する装置にも適用可能である。又、上記各実施形態で
は、吸気通路3を流通する吸入空気をバーナ14の燃焼
に利用したが、吸入空気に代えて排気通路6側を流通す
る排ガスを利用してもよい。この場合でも、低負荷低回
転域やF/C域では排ガス中に十分な酸素が含まれるた
め、支障なくバーナ14を作動させることができる。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明の内
燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタの再生中に内
燃機関が排気流量低下を生じる所定運転状態に移行した
ときに、フィルタの過昇温による焼損を未然に防止する
ことができる。請求項2の発明の内燃機関の排気浄化装
置によれば、フィルタの再生中に内燃機関が燃料供給を
中止する特定運転状態に移行したときに、フィルタの過
昇温による焼損を未然に防止することができる。
【0057】請求項3の発明の内燃機関の排気浄化装置
によれば、請求項1の発明に加えて、ターボ過給機によ
る過給を一層促進して排気流量を増加させ、もって、フ
ィルタの放熱不足をより確実に解消することができる。
請求項4の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請
求項1の発明に加えて、フィルタの強制再生時には、燃
焼ガス供給手段を利用してフィルタを昇温することによ
り、強制再生のための専用の昇温手段を省略できると共
に、排ガスが有するエネルギにより効果的にフィルタを
昇温でき、一方、フィルタ再生中の所定運転状態のとき
には、フィルタの放熱不足をより確実に解消することが
できる。
【0058】請求項5の発明の内燃機関の排気浄化装置
によれば、請求項1の発明に加えて、燃焼ガス供給手段
の不要な作動を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化
装置を示す全体構成図である。
【図2】ECUが実行するパティキュレート堆積量判定
ルーチンを示すフローチャートである。
【図3】ECUが実行する強制再生ルーチンを示すフロ
ーチャートである。
【図4】ECUが実行する過昇温抑制ルーチンを示すフ
ローチャートである。
【図5】バーナの作動領域を示すマップである。
【図6】第2実施形態のECUが実行する過昇温抑制ル
ーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関) 4 ターボ過給機 4a コンプレッサ 4b タービン 8 DPF(フィルタ) 11 ウエストゲート弁 13 切換弁 14 バーナ(燃焼ガス供給手段) 21 ECU(フィルタ再生判定手段、運転状態判定手
段、制御手段、堆積量推定手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02B 37/18 F02D 23/02 D F02D 23/02 41/02 380D 41/02 380 43/00 301R 43/00 301 301T 45/00 314Z 45/00 314 F02B 37/12 301A (72)発明者 橋詰 剛 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 百目木 礼子 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 河合 健二 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 斎藤 真一 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 Fターム(参考) 3G005 DA02 EA04 EA16 FA35 GA02 GB17 GB28 GD12 GD13 GD17 GD22 HA18 JA02 JA06 JA16 JA39 3G084 AA01 BA08 BA24 CA03 DA37 EC01 EC03 FA00 FA10 FA27 FA33 3G090 AA02 BA02 CA01 CA04 CB02 CB05 CB23 DA12 DA18 DA20 DB03 DB07 EA04 EA05 3G092 AA02 AA18 DB03 DF01 DF02 DF09 FA20 HD01Z HE01Z HF09Z 3G301 HA02 JA33 KA08 KA24 LA00 PD11Z PD14Z PE01Z PF03Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気系に設けられて排ガス中
    のパティキュレートを捕集するフィルタと、 上記排気系の上記フィルタ上流側に設けられたタービ
    ン、及び上記内燃機関の吸気系に設けられ、上記タービ
    ンに駆動されて内燃機関に導入される吸気を過給するコ
    ンプレッサから構成されるターボ過給機と、 上記排気系の上記タービン上流側に燃焼ガスを供給する
    燃焼ガス供給手段と、 上記フィルタが再生中か否かを判定するフィルタ再生判
    定手段と、 上記内燃機関が排気流量低下を生じる所定運転状態にあ
    るか否かを判定する運転状態判定手段と、 上記フィルタ再生判定手段により上記フィルタが再生中
    と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定
    運転状態と判定されたとき、上記燃焼ガス供給手段を作
    動させる制御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。
  2. 【請求項2】 内燃機関の排気系に設けられて排ガス中
    のパティキュレートを捕集するフィルタと、 上記排気系の上記フィルタ上流側に燃焼ガスを供給する
    燃焼ガス供給手段と、 上記フィルタが再生中か否かを判定するフィルタ再生判
    定手段と、 上記内燃機関が燃料供給を中止する特定運転状態にある
    か否かを判定する運転状態判定手段と、 上記フィルタ再生判定手段により上記フィルタが再生中
    と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記特定
    運転状態と判定されたとき、上記燃焼ガス供給手段を作
    動させる制御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。
  3. 【請求項3】 上記ターボ過給機は、上記排気系のター
    ビン上流側の排ガスを該排気系のタービン下流側にバイ
    パスさせるウエストゲート弁を含み、 上記制御手段は、上記燃焼ガス供給手段の作動時に上記
    ウエストゲート弁を閉弁させることを特徴とする請求項
    1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項4】 上記ターボ過給機は、上記排気系のター
    ビン上流側の排ガスを該排気系のタービン下流側にバイ
    パスさせるウエストゲート弁を含み、 上記燃焼ガス供給手段の空気取入れ口を上記吸気系のコ
    ンプレッサ下流側に連通させ、該空気取入れ口と上記吸
    気系との間に上記燃焼ガス供給手段への吸入空気量を制
    御する切換弁を備え、更に、上記フィルタに捕集された
    パティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を
    備え、 上記制御手段は、上記堆積量推定手段により推定された
    パティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、上記
    切換弁を開弁すると共に上記ウエストゲート弁を開弁
    し、且つ上記燃焼ガス供給手段を作動させ、一方、上記
    フィルタ再生判定手段により上記フィルタが再生中と判
    定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転
    状態と判定されたとき、上記切換弁を開弁すると共に上
    記ウエストゲート弁を閉弁し、且つ上記燃焼ガス供給手
    段を作動させることを特徴とする請求項1に記載の内燃
    機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項5】 上記制御手段は、上記フィルタ再生判定
    手段により上記フィルタが再生中と判定され、且つ上記
    運転状態判定手段により上記所定運転状態が所定時間以
    上継続していると判定されたとき、上記燃焼ガス供給手
    段を作動させることを特徴とする請求項1に記載の内燃
    機関の排気浄化装置。
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