JP2008267159A - 内燃機関の排出ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦが破損する虞のある場合、ＤＰＦの破片が、ＥＧＲによってエンジンの吸気系に再循環されるのを防止する。
【解決手段】ＥＣＵ１７は、ＤＰＦ１２の再生中に、排気温度センサ１５が検出した検出値（排気温度ＴＤＰＦ）と閾値Ｔ１とに基づいてＤＰＦ１２が破損する虞があるか否かを判断し、ＤＰＦ１２が破損する虞があると判断した場合には、直ちに、ＥＧＲバルブ１６１に閉制御信号を出力して、ＥＧＲバルブ１６１を全閉する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の排出ガス浄化装置に関し、さらに詳しくは、エンジン排気系に、粒子状物質捕集装置（所謂ＤＰＦ）と、排出ガス再循環装置（所謂ＥＧＲ）とを備えた過給器付きディーゼルエンジンの排出ガス浄化装置に関する。

従来、この種のディーゼルエンジンの排出ガス浄化装置にあっては、排気マニホールドよりも下流側の排気通路に、排出ガス中の粒子状物質（所謂ＰＭ）を捕集するＤＰＦを介設すると共に、このＤＰＦよりも下流側の排気通路とエンジンの吸気通路との間にＥＧＲを設けることによって、ＰＭを除去した排出ガスの一部をエンジンの吸気系に再循環することが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３２４６３０号公報

ところで、上記した従来のディーゼルエンジンの排出ガス浄化装置にあっては、次のような問題がある。すなわち、ＤＰＦにて捕集されたＰＭは、加熱ヒータ、或いは燃料噴射制御（ポスト噴射）によりＤＰＦの温度を上昇させ、触媒反応で燃焼させるようになっているが、多量のＰＭが急激に燃焼した際に温度が上がり過ぎてしまい、ＤＰＦが破損（溶損及びクラック）する虞があった。
そして、ＤＰＦが破損した際の破片が、ＥＧＲによってエンジンの吸気系に再循環されてしまうと、エンジン部品が損傷したり、吸排出バルブや燃焼室に詰まってエンジンロックさせるという問題が発生する。

本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、ＤＰＦが破損する虞のある場合、ＤＰＦの破片が、ＥＧＲによってエンジンの吸気系に再循環されるのを防止することができる内燃機関の排出ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排出ガス中から粒子状物質を捕集し、捕集した前記粒子状物質を燃焼させてフィルタの再生を図る粒子状物質捕集手段と、前記粒子状物質捕集手段よりも上流側及び下流側の排出ガス圧を検出する排気圧検出手段と、前記粒子状物質捕集手段よりも下流側の排出ガス温度を検出する排気温度検出手段と、前記粒子状物質捕集手段より粒子状物質が捕集された排出ガスの一部を前記内燃機関の吸気系に再循環可能とする開閉弁、及び前記開閉弁を開閉制御する制御手段を備えた排出ガス再循環装置と、を備えた内燃機関の排出ガス浄化装置において、
前記制御手段は、前記排気圧検出手段と前記排気温度検出手段との検出値及び閾値に基づいて、前記粒子状物質捕集手段に捕集された粒子状物質の燃焼状態を判断し、前記燃焼状態が、前記粒子状物資捕集手段が破損する虞があると判断すると、前記開閉弁を全閉制御する閉制御信号を出力することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、制御手段は、粒子状物質捕集手段が破損する虞があると判断すると、直ちに、開閉弁に閉制御信号を出力して、開閉弁を全閉する。これにより、粒子状物質捕集手段において多量の粒子状物質が急激に燃焼した際に温度が上がり過ぎて、粒子状物質捕集手段が破損したとしても、その際の破片が、排出ガス再循環装置によってエンジン吸気系に再循環されるのを確実に防止することができる。

上記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記排気圧温度検出手段によって検出された上流側排出ガス圧と下流側排出ガス圧との差圧が所定圧力を上回り、かつ前記排気温度検出手段によって検出された排出ガス温度が所定温度を上回ったならば、前記粒子状物質捕集手段の再生を検知することを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記粒子状物質捕集手段の再生中に、前記排気温度検出手段によって検出された排出ガス温度が所定温度を上回ると、前記粒子状物質捕集手段が溶損する虞があると判断することを特徴とする。

本発明の内燃機関の排出ガス浄化装置によれば、制御ユニットは、ＤＰＦが破損する虞があると判断すると、直ちにＥＧＲバルブを全閉とするので、ＤＰＦが破損した際の破片が、ＥＧＲによってエンジン吸気系に再循環されるのを防止することができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の排出ガス浄化装置を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明が適用された内燃機関の排出ガス浄化装置の構成図である。

図１に示されるように、内燃機関の排出ガス浄化装置１０は、内燃機関としての過給器付きディーゼルエンジン１１、粒子状物質捕集装置１２、第１及び第２の排出圧センサ１３，１４、排気温度センサ１５、排出ガス再循環装置１６、制御装置としてのＥＣＵ１７、を備えて構成されている。

詳述すると、過給器付きディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１１は、ＥＣＵ１７の制御下で、エンジン１１の燃焼室内において圧縮した空気に燃料が噴射されることによって、出力と回転数とが制御される。燃料の噴射量は、ＥＣＵ１７内部のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）が、アクセルペダル開度、エンジン回転数、及び多くの追加補正係数を、メモリに保存されているマップデータと比較して適切に算出する。そして、燃焼室内の燃焼ガスは、排出ガスとしてエンジン１１から排出されると、過給器１１０のタービン１１１と同軸のコンプレッサ１１２を駆動し、吸入空気量を増大する。また、このコンプレッサ１１２よりも上流側の吸気通路１８には、エアクリーナ１９が介設されており、吸入空気を濾過するようになっている。

粒状物質捕集装置（以下、ＤＰＦ）１２は、コンプレッサ１１２よりも下流側の排気通路２０に介設されており、エンジン１１の排出ガス中に含まれている粒子状物質（以下、ＰＭ）を、例えば、セラミックファィバ製（炭化珪素モノリス）のフィルタによって捕集する。このＤＰＦ１２が捕集したＰＭは、所定量に達したとＥＣＵ１７が判断すると、燃料の通常噴射に加えてポスト噴射が行われ、未燃の燃料が、排出ガスと共にＤＰＦ１２に供給されてＤＰＦ１２が担持した触媒上で反応し、その反応熱により燃焼することとなる。

第１及び第２の排出圧センサ１３，１４は、ＤＰＦ１２を通過する前後、すなわちＤＰＦ１２の上流側排出ガス圧ＰＦと下流側排出ガス圧ＰＡとをそれぞれ検出するように排気通路２０に設けられている。これら第１及び第２の排出圧センサ１３，１４が検出した検出値は、ＥＣＵ１７に入力されて、ＰＭ堆積量を推定したり、ＥＧＲバルブ制御を行う際に用いられる。
なお、第１及び第２の排出圧センサ１３，１４の代わりに、ＤＰＦ１２を通過する前後の排出圧力差を検出する排出差圧センサを用いてもよい。

排気温度センサ１５は、熱電対を用いた温度センサであって、ＤＰＦ１２よりも下流側の排気通路２０に取り付けられて、ＤＰＦ１２を通過した排出ガスの排気温度ＴＤＰＦを検出する。この排気温度センサ１５が検出した検出値は、ＥＣＵ１７に入力されて、ＰＭ堆積量の推定や、ＤＰＦ１２を再生するための温度制御（ＤＰＦ１２の温度が必要以上に上昇すると触媒が劣化するため）、さらには、ＥＧＲバルブ開閉制御等に用いられるようになっている。

排出ガス再循環装置としてのＥＧＲ１６は、ＥＧＲガス通路１６０、ＥＧＲバルブ１６１、ＥＧＲクーラ１６２、ＥＣＵ１７を備えている。

ＥＧＲガス通路１６０は、ＤＰＦ１２よりも下流側の排気通路２０と、コンプレッサ１１２よりも上流側の吸気通路１８とを連通するように配設されており、ＤＰＦ１２によりＰＭが除去された排出ガスの一部がＥＧＲガスとして再び吸入空気と混合するようになっている。吸入空気と混合したＥＧＲガスは、燃焼室内の酸素濃度を下げ、燃焼を穏やかにし、ＮＯｘを低減させる。
なお、ＥＧＲ１６には、吸気通路１８の吸入空気がＥＧＲガス通路１６０に流入するのを防止するための図示しない逆止弁や加圧装置等が備えられている。

ＥＧＲバルブ１６１は、ＥＣＵ１７の制御下で、排気温度ＴＤＰＦ、時期、流量等に基づいて開閉制御される電子制御式開閉弁である。このＥＧＲバルブ１６１が開制御されると、吸気系にＥＧＲガスが供給され、また、閉制御（全閉制御）されると、吸気系へのＥＧＲガスの供給が直ちに停止される。

ＥＧＲクーラ１６２は、高温のＥＧＲガスが内部を通過する際に、エンジン冷却水により冷却する。このＥＧＲクーラ１６２によって冷却されたＥＧＲガスは、吸入空気と混合することで、通常のＥＧＲガスよりもさらに燃焼温度を低下させるので、ＮＯｘをより低減させると共に、吸入空気の密度を増加させて、空気量を増やし、完全な燃焼に近づけることにより、ＰＭ・黒煙をより低減させる。

ＥＣＵ１７は、燃料噴射制御、ＰＭ堆積量の推定処理やＰＭの燃焼処理、ＥＧＲバルブ制御を行うためのコンピュータプログラムに従って動作するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）を備えた回路で形成されている。すなわち、このＥＣＵ１７は、アクセルペダル開度、エンジン回転数、及び多くの追加補正係数を、図示しないメモリに保存されているマップデータと比較し、適切な燃料噴射量を演算し、実行させるように設定されている。

また、ＥＣＵ１７は、メモリに保存されている複数のマップデータ（数値テーブル）と、第１及び第２の排出圧センサ１３，１４の検出値（ＤＰＦ上流側排出ガス圧ＰＦ，ＤＰＦ下流側排出ガス圧ＰＡ）と、排気温度センサ１５の検出値（排気温度ＴＤＰＦ）とに基づいてＰＭ堆積量の推定を行うように設定されている。そして、推定したＰＭ堆積量が所定値に達したと判断すると、ＥＣＵ１７は、ＰＭを燃焼により除去するため、燃料の通常噴射に加えてポスト噴射を行って、ＤＰＦ１２に流入する排出ガスの温度をＰＭの燃焼温度まで上昇させる。

さらに、ＥＣＵ１７は、冷間時、アイドル時、高負荷時には、排気再循環しないように、ＥＧＲバルブ１６１を閉制御する。さらには、このＥＣＵ１７は、ＤＰＦ１２の再生のためのポスト噴射が行われている状態にあっては、排気温度センサ１５の検出値（排気温度ＴＤＰＦ）と閾値Ｔ１とに基づいて、ＥＧＲバルブ１６１の開閉制御を行うか否かを判断し、排気温度ＴＤＰＦが閾値Ｔ１よりも高い場合には、ＥＧＲバルブ１６１を閉制御（全閉制御）し、排気温度ＴＤＰＦが閾値Ｔ１よりも低ければ、ＥＧＲバルブ１６１を開制御するように設定されている。

ここで、ＥＣＵ１７にて行われるＥＧＲバルブ１６１の開閉制御について図２（ａ）のフローチャートに沿って説明する。
まず、ＥＣＵ１７は、ステップ１０において、ＥＣＵ内部の情報信号、或いは、第１及び第２の排出圧センサ１３，１４の検出値（排出ガス圧ＰＦ，ＰＡ）と排気温度センサ１５の検出値（排気温度ＴＤＰＦ）とに基づいて、ポスト噴射を行っているか否か、つまり、ＤＰＦ１２の再生、つまりＰＭの焼却処理を行っているか否かを判断する。

ＤＰＦ１２の再生を行っていると判断すると、ステップ１１において、排気温度センサ１５が検出した検出値が、所定の閾値Ｔ１よりも大きいか否かを判断する。この閾値Ｔ１は、ＤＰＦ１２の温度がそれ以上となるとＤＰＦ１２が破損（溶損及びクラック）する虞があるものとして設定されている。ここで、排気温度ＴＤＰＦが閾値Ｔ１より小さければ、ルーチンを抜ける。また、排気温度ＴＤＰＦが閾値Ｔ１より大きければ、ＤＰＦ１２が破損する虞があると判断して、次のステップ１２に移行して、直ちに、ＥＧＲバルブ１６１に閉制御信号を出力して、ＥＧＲバルブ１６１を全閉とする。

なお、本実施形態にあっては、燃料噴射制御とＥＧＲバルブ１６１の開閉制御とをＥＣＵ１７で行うように構成したが、これに限定されるものではなく、燃料噴射制御とＥＧＲバルブ１６１の開閉制御とをそれぞれ独立した制御ユニットで行うように構成してもよい。ＥＧＲバルブ１６１の開閉制御を行う制御ユニットにおいて行われる制御フローを図２（ｂ）に示す。

すなわち、図２（ｂ）に示されるように、この制御フローによると、まず、第１及び第２の排出圧センサ１３，１４が検出した検出値（排出ガス圧ＰＦ，ＰＡ）、排気温度センサ１５が検出した検出値（排気温度ＴＤＰＦ）をそれぞれ読み込む（ステップ１０１）。
そして、第１及び第２の排出圧センサ１３，１４の検出した検出値の差が所定の閾値Ｐ１よりも大きいか否かを判断する（ステップ１０２）。これは、ＤＰＦ１２で捕集したＰＭ量が増えると、ＤＰＦ１２を通過する前後で排出ガスの圧力差が上昇するためである。

ここで、排出ガスの圧力差が閾値Ｐ１よりも大であれば、排気温度センサ１５の検出値が所定の閾値Ｔ２よりも大きいか否かを判断し（ステップ１０３）、排気温度ＴＤＰＦが閾値Ｔ２より高ければ、ＤＰＦ１２の再生が行われていると判断して（ステップ１０４）、ステップ１１に移行する。ステップ１１以降は、図２（ａ）の制御フロートと同じなので、ここでの説明は省略する。なお、閾値Ｔ２は、ＰＭが燃焼する温度に達しているものとして設定されている。

以上説明したように本発明によれば、ＥＣＵ１７は、ＤＰＦ１２が破損する虞があると判断すると、直ちに、ＥＧＲバルブ１６１に閉制御信号を出力して、ＥＧＲバルブ１６１を全閉とする。これにより、多量のＰＭが急激に燃焼した際に温度が上がり過ぎて、ＤＰＦが破損したとしても、その際の破片が、ＥＧＲ１６によってエンジン１１の吸気系に再循環されるのを防止することができる。従って、ＤＰＦ１２が破損した際の破片により、エンジン部品が損傷したり、吸排出バルブや燃焼室に詰まってエンジンロックするようなことはない。

本発明が適用された内燃機関の排出ガス浄化装置の構成図である。 （ａ）は、ＥＣＵにて行われるＥＧＲバルブの開閉制御を示したフローチャート、（ｂ）は、（ａ）とは異なるＥＧＲバルブの開閉制御を示したフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関の排出ガス浄化装置
１１…過給器付きディーゼルエンジン（内燃機関）
１２…ＤＰＦ（粒子状物質捕集装置）
１３…第１の排出圧センサ（排気圧検出手段）
１４…第２の排出圧センサ（排気圧検出手段）
１５…排気温度センサ（排気温度検出手段）
１６…ＥＧＲ（排出ガス再循環装置）
１６１…ＥＧＲバルブ
１７…ＥＣＵ（制御装置）
１８…吸気通路
２０…排気通路
ＰＭ…粒子状物質

Claims (3)

1. 内燃機関の排出ガス中から粒子状物質を捕集し、捕集した前記粒子状物質を燃焼させてフィルタの再生を図る粒子状物質捕集手段と、
   前記粒子状物質捕集手段よりも上流側及び下流側の排出ガス圧を検出する排気圧検出手段と、
   前記粒子状物質捕集手段よりも下流側の排出ガス温度を検出する排気温度検出手段と、
   前記粒子状物質捕集手段によって粒子状物質が捕集された排出ガスの一部を前記内燃機関の吸気系に再循環するための開閉弁、及び前記開閉弁を開閉制御する制御手段を備えた排出ガス再循環装置と、
   を備えた内燃機関の排出ガス浄化装置において、
   前記制御手段は、前記排気圧検出手段と前記排気温度検出手段との検出値及び閾値に基づいて、前記粒子状物質捕集手段に捕集された粒子状物質の燃焼状態を判断し、前記燃焼状態が、前記粒子状物資捕集手段が破損する虞があると判断すると、前記開閉弁を全閉制御する閉制御信号を出力することを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。
2. 前記制御手段は、前記排気圧温度検出手段によって検出された上流側排出ガス圧と下流側排出ガス圧との差圧が所定圧力を上回り、かつ前記排気温度検出手段によって検出された排出ガス温度が所定温度を上回ったならば、前記粒子状物質捕集手段の再生を検知することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
3. 前記制御手段は、前記粒子状物質捕集手段の再生中に、前記排気温度検出手段によって検出された排出ガス温度が所定温度を上回ると、前記粒子状物質捕集手段が溶損する虞があると判断することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。

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