JP2010101200A

JP2010101200A - 排ガス後処理装置及び排ガス後処理方法

Info

Publication number: JP2010101200A
Application number: JP2008271076A
Authority: JP
Inventors: Tomotsugu Masuda; 具承増田; Kazuki Nishizawa; 和樹西澤; Masaki Toda; 正樹戸田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】ＤＯＣの性能低下を早期に精度良く推定し、適切な処理を行うことが可能である排ガス後処理装置及び排ガス後処理方法を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路３上に、前段側に排ガス中の有害物質を浄化するＤＯＣ７１が配置され且つ後段側にＰＭを捕集するＤＰＦ７２が配置された排ガス後処理装置７が設けられた排ガス後処理装置において、ＤＯＣ出口温度を検出するＤＯＣ出口温度センサ８２と、ＤＯＣ出口温度検出値が入力される制御装置１００とを備え、制御装置１００では、ＤＰＦの再生処理時における燃料噴霧量及び排ガス量に基づき演算により適性ＤＯＣ温度上昇値を求め、該適正ＤＯＣ温度上昇値と前記ＤＯＣ温度検出値から求めた実測ＤＯＣ温度上昇値とを比較し、前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低い時に、ＤＯＣに流入する排ガス温度を上昇させる制御を行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス後処理装置に具備されるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）の再生処理に際して、ＤＰＦの前段に配置されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）の性能低下を早期に推定し、ＤＯＣの性能を回復するための適切な処理を行うようにした排ガス後処理装置及び排ガス後処理方法に関する。

従来、ディーゼルエンジンの排ガス後処理装置として、特許文献１（特開２００３−２０６７２４号公報）等に開示されるように、ＤＯＣとＤＰＦを排気通路上流側から順に配置し、排気中のＰＭ（粒子状物質）を除去する技術が知られている。
ＤＯＣは、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＰＭを白金やパラジウム等の触媒の酸化作用で除去するものである。ＤＰＦは、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭを排気ガスから除去するために使用され、セラミック等をハニカム状モノリスに成形して構成される。運転中にこのＤＰＦにＰＭが堆積していき、やがてその堆積量が許容値を上回ると、目詰まりが生じて排圧が上昇し運転性に悪影響を及ぼすため、ＤＰＦは一定量のＰＭを捕集した後にＰＭを燃焼除去するための再生処理（ＤＰＦ強制再生）が必要である。
ＤＰＦの強制再生の実施にあたっては、ＤＰＦに流入するガス温度を高温に保つ必要があり、ガス温度上昇のために排ガス後処理装置（ＤＯＣ＋ＤＰＦ）への燃料供給、すなわち、燃焼室内のへのポスト噴射、ＤＰＦの上流側の排気通路内への軽油添加等が行われている。

例えば、ＤＰＦの強制再生処理として、メイン噴射直後の比較的早い時期になされるアーリーポスト噴射によりＤＯＣの温度を高めた後（ＤＯＣ昇温ステージ）、噴射時期が遅く燃焼に寄与しないレイトポスト噴射を行い、ＤＰＦ前段のＤＯＣで昇温することでＰＭを燃焼除去することが行われていた。
しかし、レイトポスト噴射を行うと、蒸発していない燃料がＤＯＣに付着し、これは粘性が高いためＳＯＯＴ（ＰＭ中の黒煙分）などがＤＯＣのセル開口部に付着して閉塞することにより、ＤＯＣの性能低下が引き起こされるという問題があった。

そこで、特許文献２（特開２００８−４５４６１号公報）には、排気通路上に配設された排気浄化触媒の閉塞を解消するために、該触媒の前端部の閉塞が検知された場合に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させてＨＣの気化を促進するとともに、該排気ガスの流量を増大することにより触媒に付着しているＰＭを吹き飛ばすようにした構成が開示されている。
また、ＤＯＣの性能低下の他の要因として、硫黄被毒が挙げられる。例えば硫黄成分を含有する燃料が燃焼して排出された排気ガスを処理する場合には、硫黄被毒により触媒性能が劣化するという問題があった。そこで従来、触媒の硫黄被毒の対策として、一酸化炭素や炭化水素等の還元剤により硫黄分を除去する硫黄パージ制御が行われていた。この硫黄パージ制御は、触媒温度を高温にした状態で硫黄分の化合物を熱分解し、硫黄分を酸化物として排気ガス中に放出させるとともに、この硫黄酸化物を還元剤と反応させて還元するものである。

特開２００３−２０６７２４号公報特開２００８−４５４６１号公報

上記した特許文献２に記載されるように、触媒の閉塞を検知して付着物を除去する制御を行うことにより触媒の閉塞は解消されるが、上記したようにＤＯＣの性能低下の原因は閉塞のみではなく、硫黄被毒も考えられる。特許文献２に記載される技術は閉塞には有効であるが、硫黄被毒については考慮されておらず、ＤＯＣの性能低下を全般的に精度良く判断することは困難である。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ＤＯＣの性能低下を早期に精度良く推定し、適切な処理を行うことが可能である排ガス後処理装置及び排ガス後処理方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、内燃機関の排気通路上に、前段側にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）が配置され且つ後段側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）が配置された排ガス後処理装置が設けられ、前記ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼、除去する再生処理を行うようにした排ガス後処理装置において、
前記ＤＯＣの出口温度を検出するＤＯＣ出口温度検出手段と、該ＤＯＣ出口温度検出手段からの検出値が入力される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ＤＰＦの再生処理時における燃料噴霧量及び排ガス量に基づいて演算により適正ＤＯＣ温度上昇値を取得する適性ＤＯＣ温度上昇値取得手段と、前記ＤＯＣ出口温度検出手段で検出された検出値から求められる実測ＤＯＣ温度上昇値を取得する実測ＤＯＣ温度上昇値取得手段と、前記適正ＤＯＣ温度上昇値と前記実測ＤＯＣ温度上昇値とを比較する温度上昇値比較手段と、前記温度上昇値比較手段により前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低いと判断された時に、前記ＤＯＣに流入する排ガス温度を上昇させる制御を行う排ガス温度制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、排ガス後処理装置においてＤＰＦに堆積したＳＯＯＴを燃焼させる強制再生処理を行う際に、燃料噴霧量及び排ガス量から演算により求められる適性ＤＯＣ温度上昇値と、実際に測定されたＤＯＣ出口温度検出値から求められる実測ＤＯＣ温度上昇値とを比較し、前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低い場合には、ＤＯＣが閉塞しているか若しくは硫黄被毒によりＤＯＣ性能が低下していると判断する。ＤＯＣは、排ガス中の酸素を用いて燃料噴霧した炭化水素（ＨＣ）を酸化することによりＰＭを除去するものであり、ＤＯＣを通過することによって排ガス温度は上昇する。そこで燃料噴霧量及び排気ガス量を用いて演算することにより、ＤＯＣ性能が正常である場合における適正ＤＯＣ温度上昇値が求められる。一方、実測ＤＯＣ温度上昇値は、ＤＯＣ出口温度検出手段の検出値を用いて求められる実際のＤＯＣ温度上昇値であり、この実測ＤＯＣ温度上昇値が適正ＤＯＣ温度上昇値より低い場合には、ＤＯＣでの酸化作用が不十分であり、ＤＯＣ性能が低下していると判断することができる。

そこで上記手段によりＤＯＣ性能が低下していると判断された時に、ＤＯＣに流入する排ガス温度を上昇させることにより、ＤＯＣの閉塞に起因するＤＯＣ性能低下の場合にはＤＯＣに堆積したすすの付着性を低減させ閉塞を解消させることができ、また硫黄被毒に起因するＤＯＣ性能低下の場合にはＤＯＣに吸着した硫黄分を加熱処理して硫黄パージし、硫黄被毒を回復させることが可能となる。
このように本発明によれば、排ガス後処理装置を開放してメンテナンスする必要がなく、また圧縮エアーなどの追加設備を導入することなく、ＤＯＣに堆積したＰＭを低減することができる。さらに、閉塞によるＤＯＣの性能劣化と、硫黄被毒による性能劣化を早期に発見でき、ＤＰＦ強制再生処理時の燃料添加量を低減することが可能である。

また、前記ＤＯＣの閉塞の有無を検知する閉塞検知手段を設けるとともに、
前記制御装置は、前記温度上昇値比較手段により前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低いと判断された時、前記閉塞検知手段により閉塞有りと検知された場合には、前記排ガス温度制御手段により所定の第１温度上昇期間だけ排ガス温度を上昇させる制御を行い、一方、前記閉塞検知手段により閉塞無しと検知された場合には、前記排ガス温度制御手段により、前記第１温度上昇期間より短い所定の第２温度上昇期間だけ排ガス温度を上昇させる制御を行うようにしたことを特徴とする。

このように、適性ＤＯＣ温度上昇値と実測ＤＯＣ温度上昇値の比較に基づくＤＯＣ性能低下の判断に併せて、ＤＯＣの閉塞検知を行うことにより、ＤＯＣ性能低下の原因が、ＤＯＣ閉塞によるものか、或いは硫黄被毒による劣化かを切り分けることができ、ＤＯＣ性能低下の原因に合わせた適切な処理を行うことが可能となる。即ち、ＤＯＣの閉塞の場合にはＤＯＣの温度上昇期間を長く取り、一方硫黄被毒の場合にはその温度上昇期間を短くすることにより、加熱パージ時間の適正化を計ることが可能となる。

また、前記排ガス温度制御手段は、前記ＤＯＣの性能低下を回復させる温度となるように、内燃機関のポスト噴射量、噴射タイミング、吸気バルブの開度、排気バルブの開度の少なくとも何れかを組み合わせて制御することにより排ガス温度を上昇させるようにしたことを特徴とする。
このように、ＤＯＣの排ガス温度上昇の制御適正化により、短時間でＤＯＣを加熱処理することが可能となり、燃費悪化分を低減することができる。

さらに、前記閉塞検知手段は、前記ＤＯＣの入口側と出口側の差圧を検出する手段若しくは前記ＤＯＣの入口側の絶対圧力を検出する手段からなり、該検出された差圧若しくは圧力が予め設定された適正圧よりも大きい時に前記ＤＯＣが閉塞していると判断することを特徴とする。
このように、ＤＯＣの入口側と出口側の差圧若しくはＤＯＣの入口側の絶対圧力に基づいて該ＤＯＣの閉塞を検知することにより、容易に酸化触媒の閉塞を検知することが可能となる。

また、前記閉塞検知手段は、前記ＤＯＣの出口側で且つ排ガス流れ方向に対する断面に複数設けられた温度検出手段からなり、前記複数の温度検出手段にて検出されたＤＯＣ断面の温度分布又は温度の追従性に基づいて前記ＤＯＣの閉塞の有無を判断することを特徴とする。
このように、複数の温度検出手段にて検出されたＤＯＣ断面の温度分布又は温度の追従性に基づいて前記ＤＯＣの閉塞の有無を判断することにより、精度良くＤＯＣの閉塞の有無を検知することが可能となる。

また、内燃機関の排気通路上に、前段側にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）が配置され且つ後段側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）が配置された排ガス後処理装置が設けられ、該排ガス後処理装置にて前記ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼、除去する再生処理を行うようにした排ガス後処理方法において、
前記ＤＰＦの再生処理時における燃料噴霧量及び排ガス量に基づいて演算により適性ＤＯＣ温度上昇値を取得するとともに、前記ＤＯＣの出口温度を検出してその検出値から実測ＤＯＣ温度上昇値を取得した後、前記適正ＤＯＣ温度上昇値と前記実測ＤＯＣ温度上昇値とを比較し、前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低い時に、前記ＤＯＣに流入する排ガス温度を上昇させる制御を行うことを特徴とする。

さらに、前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低い時に、前記ＤＯＣの閉塞の有無を検知し、前記ＤＯＣの閉塞が検知された場合には、前記ＤＯＣに流入する排ガスを所定の第１温度上昇期間だけ温度上昇させ、一方、前記ＤＯＣの閉塞が検知されない場合には、前記第１温度上昇期間より短い所定の第２温度上昇期間だけ排ガス温度を上昇させる制御を行うようにしたことを特徴とする。

以上記載のごとく本発明によれば、排ガス後処理装置に具備されるＤＯＣの閉塞又は硫黄被毒によるＤＯＣの性能低下を早期に検出し、ＤＰＦのＳＯＯＴ強制再生処理時の燃費悪化を低減させることが可能となる。また、ＤＯＣの性能低下の原因を判断することができ、適切なＤＯＣ回復処理を行うことが可能である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

本発明の実施形態に係る排ガス後処理装置は、ディーゼルエンジンの排気通路上に配設され、排ガス中のＰＭを除去する装置である。
まず、図１を参照して、ディーゼルエンジンの全体構成につき説明する。同図に示されるように、エンジン１には吸気通路２と排気通路３とが接続されており、排気通路３と吸気通路２は排気再循環通路４で接続されている。吸気通路２と排気通路３上には、過給機６のコンプレッサ６１とタービン６２が夫々配設されている。また、エンジンの排気通路３上には、排ガス後処理装置７が配設されている。さらにこのエンジン１には、コンピュータからなるエンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１００が電気的に接続されている。

前記エンジン１は、ピストン１１と、該ピストン１１を収容するシリンダ１２とを備え、ピストン１１をシリンダ１２内で往復動させるとともに、吸気バルブ１４及び排気バルブ１５を開閉動作させて、シリンダ１２内に形成された燃焼室１３において吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の各行程を行い、ピストン１１の往復動をコンロッドを介してクランク軸の回転運動として出力するものであり、周知の構成である。
該エンジン１の上部には燃料噴射ノズル５３が設けられており、燃料ポンプ５１から送られる高圧燃料がコモンレール５２にて蓄圧され、該コモンレール５２に蓄圧された高圧燃料が前記燃料噴射ノズル５３を介してエンジン１の燃焼室１３に所定のタイミングで噴射されるようになっている。

前記吸気通路２は、エンジン１の燃焼室１３へ空気を給気する通路であり、該吸気通路２上には排ガス流れ方向上流側から順に、エンジン１に吸入される空気量を検出するエアフローメータ２１、コンプレッサ６１、圧縮空気を冷却するインタークーラ２２、吸入空気量を調整するスロットルバルブ２３が配置されている。
前記排気通路３は、エンジン１から排出された排気ガスが通流する通路であり、該排気通路３上には排ガス流れ方向上流側から順に、タービン６２、排ガス後処理装置７が配置されている。
前記排気再循環通路４は、エンジン１から排出された排気ガスを吸気側に戻すための通路であり、該排気再循環通路４上には排ガス流れ方向上流側から順に、ＥＧＲクーラ４１、ＥＧＲバルブ４２が配置されている。

前記ＥＣＵ１００は、上記した構成を備えるディーゼルエンジンにおいて、スロットルバルブ２３の制御、ＥＧＲバルブ４２の制御、燃料噴射量の制御等のエンジン１の各種制御を統合的に行うためのプログラムを内蔵しており、必要に応じて該当するプログラムを実行することによりエンジン１の制御を行う装置である。
また、本実施形態においては、該ＥＣＵ１００は排ガス後処理装置７の制御を行うためのプログラムを備えている。尚、エンジン１の各種制御を行うための制御装置と、排ガス後処理装置７の制御を行うための制御装置は別個に設けてもよい。

前記排ガス後処理装置７は、前段側にＤＯＣ（ディーゼルエンジン酸化触媒）７１が配置され、後段側にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）７２が配置された構成を備える。
該排ガス後処理装置７において、排ガス中のＰＭは、ＤＯＣ７１の酸化作用により一部除去された後、ＤＰＦ７２に捕集されて堆積され、所定量堆積したときに燃焼、除去される。ＤＰＦ７２の再生処理を行う際には、排気通路への軽油添加や燃焼室内へのポスト燃料噴射等が行われ、排ガス流の上流側に設置された前記ＤＯＣ７１にて、排ガス中の燃料が酸化される際に発生する酸化熱によって排ガスが昇温され、該昇温された排ガスによって、ＤＰＦ７２に送り込まれる排ガス温度を、ＰＭが燃焼するのに十分な約６００℃まで上昇せしめて処理する。さらに、ＤＯＣ７１の触媒活性温度に達しない場合には、吸気バルブ１４の絞り、排気バルブ１５の絞り、アーリーポスト噴射量などの制御操作等が行われる。

また、排ガス後処理装置７には各種センサ類が設けられており、ＤＯＣ７１の入口にはＤＯＣ入口圧力センサ８５、ＤＯＣ７１の出口（ＤＰＦ７２の入口）にはＤＯＣ出口温度センサ８２、ＤＰＦ７２の出口にはＤＰＦ出口温度センサ８３、ＤＯＣ７１とＤＰＦ７２の間にはＤＰＦ入口圧力センサ８４、ＤＯＣ７１の前後差圧を検出するＤＯＣ差圧センサ８６、ＤＯＣ７１の出口側の断面温度分布を検出する温度センサ群（図示略）が必要に応じて適宜設けられている。
ＤＰＦ７２に堆積したＰＭの強制再生処理はＥＣＵ１００によって行われ、該ＥＣＵ１００によってＰＭの堆積量が、再生を必要とする規定量まで堆積したかどうかを判定して、その結果によって再生を開始するようになっている。

本実施形態は、このＤＰＦ７２の再生処理時において、排ガス後処理装置７のＤＯＣ性能を監視し、ＤＯＣ７１の閉塞若しくは硫黄被毒によりＤＯＣ性能が低下したことをＥＣＵ１００によってリアルタイムで推定し、性能低下を回復する処理を行うようにしたものである。ＥＣＵ１００内には、ＤＯＣ性能低下の回復処理を行う手段として、ＤＰＦ７２の再生処理時における燃料噴霧量及び排ガス量からＤＯＣ温度上昇値を算出して適性ＤＯＣ温度上昇値を取得する適性ＤＯＣ温度上昇値取得手段と、前記ＤＯＣ出口温度センサ８２で検出された検出値から求められる実測ＤＯＣ温度上昇値を取得する実測ＤＯＣ温度上昇値取得手段と、前記適正ＤＯＣ温度上昇値と前記実測ＤＯＣ温度上昇値とを比較する温度上昇値比較手段と、前記温度上昇値比較手段により前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低いと判断された時に、前記ＤＯＣに流入する排ガス温度を上昇させる制御を行う排ガス温度制御手段と、を備えている。

図２を参照して、本実施形態に係る排ガス後処理方法の具体的な処理フローを説明する。
ＤＰＦ７２の再生処理を開始（Ｓ１）したら、ＥＣＵ１００内の適性ＤＯＣ温度上昇値取得手段により、燃料噴霧量及び排気ガス量に基づいて演算により適正ＤＯＣ温度上昇値ΔＴ_Ａを求める。該適正ＤＯＣ温度上昇値ΔＴ_Ａは、ＤＯＣ性能が正常に稼動している場合における想定されるＤＯＣ温度上昇値である。同時に、ＤＯＣ７１の出口温度をＤＯＣ出口温度センサ８２で検出し、この検出値から実測ＤＯＣ温度上昇値取得手段により実測ＤＯＣ温度上昇値ΔＴを求める。該実測ＤＯＣ温度上昇値ΔＴは、実際のＤＯＣ温度上昇値である。

そして、前記適正ＤＯＣ温度上昇値ΔＴ_Ａと実測ＤＯＣ温度上昇値ΔＴとを比較し、実測ＤＯＣ温度上昇値ΔＴが適正ＤＯＣ温度上昇値ΔＴ_Ａと同等若しくはこれより大きい場合には、ＤＯＣ７１の閉塞や硫黄被毒による性能低下はないものと判断し、通常のＤＰＦ再生処理を実施し、完了させる（Ｓ３）。
一方、実測ＤＯＣ温度上昇値ΔＴが適正ＤＯＣ温度上昇値ΔＴ_Ａより低い場合には、ＤＯＣ７１の閉塞や硫黄被毒による性能低下が発生したものと判断し、ＤＰＦ再生処理を実施して完了（Ｓ４）させた後に、ＤＯＣ性能低下を回復させる処理を行う。

即ち、実測ＤＯＣ温度上昇値ΔＴが適正ＤＯＣ温度上昇値ΔＴ_Ａより低い場合には、ＤＯＣ７１での酸化作用が不十分であり、ＤＯＣ性能が低下していると判断することができる。
図５に示すように、適正ＤＯＣ温度上昇値をΔＴ_１に制御する時、適正な燃料添加量と排気ガス量の関係は図中（Ａ）の実線のようになる。このとき、（Ａ）の実線よりも上の領域が、閉塞若しくは硫黄被毒によるＤＯＣ性能低下の領域を表す。同様に、適正ＤＯＣ温度上昇値をΔＴ_２に制御する時、適正な燃料添加量と排気ガス量の関係は図中（Ｂ）の実線のようになり、（Ｂ）の実線よりも上の領域がＤＯＣ性能低下の領域を表す。同様に、適正ＤＯＣ温度上昇値をΔＴ_３に制御する時、適正な燃料添加量と排気ガス量の関係は図中（Ｃ）の実線のようになり、（Ｃ）の実線よりも上の領域がＤＯＣ性能低下の領域を表す。

上記したように、実測ＤＯＣ温度上昇値ΔＴと適正ＤＯＣ温度上昇値ΔＴ_Ａの比較によりＤＯＣ性能が低下していると判断されたら、ＤＯＣ性能低下を回復させるために、ＥＣＵ１００の排ガス温度制御手段により排ガス処理温度を上昇させる制御を行う。
尚、図２には、ＤＯＣ性能低下の推定を行った後、ＤＯＣ性能低下の原因を判定する処理を行う場合につき示している。

ＤＯＣ性能低下の原因を判定する処理は、まず、閉塞検知手段によりＤＯＣ７１の閉塞の有無を検知する。ここでは閉塞検知手段としてＤＯＣ差圧センサ８６を用いる。ＤＯＣ差圧センサ８６によりＤＯＣ７１の差圧（圧損）を検出し、該差圧を予め設定された適正差圧と比較する（Ｓ５）。ＤＯＣ差圧センサ８６により検出された差圧ΔＰが適正差圧ΔＰ_Ｂより大きい場合には、ＤＯＣ性能低下の原因がＤＯＣ７１の閉塞であると判断し、第１温度上昇期間だけ排気温度を上昇させる操作を実施する（Ｓ６）。
一方、ＤＯＣ差圧センサ８６により検出された差圧ΔＰが適正差圧ΔＰ_Ｂと同等若しくはこれより小さい場合には、ＤＯＣ性能低下の原因が硫黄被毒であると判断し、第２温度上昇期間だけ排気温度を上昇させる操作を実施する（Ｓ６）。
図３に、ＤＯＣ差圧センサ８６により検出された差圧ΔＰの時系列変化のグラフを示す。差圧が上昇することにより閉塞を検知する。さらに差圧が定常時に戻ったことが確認できたら排ガスの昇温制御を終了することが好ましい。

ここで、ＤＯＣ７１の閉塞を原因とする場合の昇温時間である第１温度上昇期間は、硫黄被毒を原因とする場合の昇温時間である第２温度上昇期間より長く設定する。好適には、第１温度上昇期間は、２０〜３０分、第２温度上昇期間は１０分とする。さらに好適には、第１温度上昇期間と第２温度上昇期間の排ガス温度を異ならせ、第１温度上昇期間の方が第２温度上昇期間よりも排ガス温度が高くなるようにする。例えば、第１温度上昇期間の排ガス温度を５００〜５５０℃、第２温度上昇期間の排ガス温度を４００〜４５０℃とする。
また、排ガス温度の制御は、ＤＯＣの性能低下を回復させる温度となるように、エンジン１のポスト噴射量、噴射タイミング、吸気バルブ１４の開度、排気バルブ１５の開度の少なくとも何れかを組み合わせて制御することにより排ガス温度を上昇させることが好ましい。

本実施形態によれば、排ガス後処理装置７においてＤＰＦ７２に堆積したＳＯＯＴを燃焼させる強制再生処理を行う際に、燃料噴霧量及び排ガス量から演算により求められる適性ＤＯＣ温度上昇値と、実際に測定されたＤＯＣ出口温度検出値から求められる実測ＤＯＣ温度上昇値とを比較し、前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低い場合には、ＤＯＣ７１が閉塞しているか若しくは硫黄被毒によりＤＯＣ性能が低下していると判断し、ＤＯＣ７１に流入する排ガス温度を上昇させる制御を行う。これにより、ＤＯＣ７１の閉塞に起因するＤＯＣ性能低下の場合にはＤＯＣ７１に堆積したすすの付着性を低減させ閉塞を解消させることができ、また硫黄被毒に起因するＤＯＣ性能低下の場合にはＤＯＣ７１に吸着した硫黄分を加熱処理して硫黄パージし、硫黄被毒を回復させることが可能となる。
このように本実施形態によれば、排ガス後処理装置７を開放してメンテナンスする必要がなく、また圧縮エアーなどの追加設備を導入することなく、ＤＯＣ７１に堆積したＰＭを低減することができる。また、閉塞によるＤＯＣ７１の性能劣化と、硫黄被毒による性能劣化を早期に発見でき、ＤＰＦ強制再生処理時の燃料添加量を低減することが可能である。

さらに、適性ＤＰＦ温度上昇値と実測ＤＰＦ入口温度上昇値の比較に基づくＤＯＣ性能低下の判断に併せて、ＤＯＣ７１の閉塞検知を行うことにより、７１の閉塞による劣化か、或いは硫黄被毒による性能劣化かを切り分けることができ、ＤＯＣ性能低下の原因に合わせた適切な処理を行うことが可能となる。
尚、上記した構成では、閉塞検知手段としてＤＯＣ差圧センサ８６を用いたが、ＤＯＣ入口圧力センサ８５を用い、ＤＯＣ入口圧力が予め設定した適性圧力値よりも大きい場合に、閉塞が発生したことを検知するようにしてもよい。

また、前記閉塞検知手段は、ＤＯＣの出口側で且つ排ガス流れ方向に対する断面に複数設けられた温度検出センサ（図示略）からなり、該複数の温度検出手段にて検出された温度分布又は温度の追従性に基づいて前記酸化触媒が閉塞していると判断するようにしてもよい。
図４に、複数の温度センサにより検出された温度の時系列変化を示す。酸化触媒出口Ａ、酸化触媒出口Ｂ、酸化触媒出口Ｃの３つの部位に挿入した温度センサにて検出された温度を示す。これによれば、酸化触媒出口Ａ、Ｂの温度変化は追従しているのに対して、酸化触媒出口Ｃは異なる温度変化を示しており、ＤＯＣ断面に温度分布が有り、温度追従性が無いと判断される。これは、酸化触媒出口Ｃにおいてセルの閉塞が発生しているためである。
このように、複数の温度センサを設置して温度分布、温度追従性を判断することにより、ＤＯＣの閉塞を検知することが可能である。

さらにまた、ＤＯＣ性能低下の回復のために排ガス昇温制御を行った際に、上記した複数の温度センサを用いることにより、ＤＯＣ出口側の温度分布又は温度の追従性、或いはＤＯＣの前後差圧を検知し、これに基づいて昇温制御を終了するようにしてもよく、これにより無駄な制御を行う必要がなくなり、燃費の向上に繋がる。

本発明によれば、ＤＯＣの性能低下を早期に推定し、適切な処理を行うことが可能であるため、ディーゼルエンジン全般の排ガス後処理装置に好適に用いることができる。

本発明の実施形態に係る排ガス後処理装置を備えたディーゼルエンジンの構成図である。本発明の実施形態に係る排ガス後処理方法を示すフローチャートである。ＤＯＣの前後差圧の時系列変化を示すグラフである。ＤＯＣ出口温度の時系列変化を示すグラフである。ＤＯＣ温度上昇値に対するＤＯＣ性能低下を説明する図である。

符号の説明

１エンジン
２給気通路
３排気通路
４排気再循環通路
７排ガス後処理装置
７１ＤＯＣ（ディーゼルエンジン酸化触媒）
７２ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
８２ＤＯＣ出口温度センサ
８５ＤＯＣ入口圧力センサ
８６ＤＯＣ差圧センサ
１００ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）

Claims

内燃機関の排気通路上に、前段側にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）が配置され且つ後段側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）が配置された排ガス後処理装置が設けられ、前記ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼、除去する再生処理を行うようにした排ガス後処理装置において、
前記ＤＯＣの出口温度を検出するＤＯＣ出口温度検出手段と、該ＤＯＣ出口温度検出手段からの検出値が入力される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ＤＰＦの再生処理時における燃料噴霧量及び排ガス量に基づいて演算により適正ＤＯＣ温度上昇値を取得する適性ＤＯＣ温度上昇値取得手段と、前記ＤＯＣ出口温度検出手段で検出された検出値から求められる実測ＤＯＣ温度上昇値を取得する実測ＤＯＣ温度上昇値取得手段と、前記適正ＤＯＣ温度上昇値と前記実測ＤＯＣ温度上昇値とを比較する温度上昇値比較手段と、前記温度上昇値比較手段により前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低いと判断された時に、前記ＤＯＣに流入する排ガス温度を上昇させる制御を行う排ガス温度制御手段と、を備えたことを特徴とする排ガス後処理装置。
前記ＤＯＣの閉塞の有無を検知する閉塞検知手段を設けるとともに、
前記制御装置は、前記温度上昇値比較手段により前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低いと判断された時、前記閉塞検知手段により閉塞有りと検知された場合には、前記排ガス温度制御手段により所定の第１温度上昇期間だけ排ガス温度を上昇させる制御を行い、一方、前記閉塞検知手段により閉塞無しと検知された場合には、前記排ガス温度制御手段により、前記第１温度上昇期間より短い所定の第２温度上昇期間だけ排ガス温度を上昇させる制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の排ガス後処理装置。
前記排ガス温度制御手段は、前記ＤＯＣの性能低下を回復させる温度となるように、内燃機関のポスト噴射量、噴射タイミング、吸気バルブの開度、排気バルブの開度の少なくとも何れかを組み合わせて制御することにより排ガス温度を上昇させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の排ガス後処理装置。
前記閉塞検知手段は、前記ＤＯＣの入口側と出口側の差圧を検出する手段若しくは前記ＤＯＣの入口側の絶対圧力を検出する手段からなり、該検出された差圧若しくは圧力が予め設定された適正圧よりも大きい時に前記ＤＯＣが閉塞していると判断することを特徴とする請求項２記載の排ガス後処理装置。
前記閉塞検知手段は、前記ＤＯＣの出口側で且つ排ガス流れ方向に対する断面に複数設けられた温度検出手段からなり、前記複数の温度検出手段にて検出されたＤＯＣ断面の温度分布又は温度の追従性に基づいて前記ＤＯＣの閉塞の有無を判断することを特徴とする請求項２記載の排ガス後処理装置。
内燃機関の排気通路上に、前段側にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）が配置され且つ後段側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）が配置された排ガス後処理装置が設けられ、該排ガス後処理装置にて前記ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼、除去する再生処理を行うようにした排ガス後処理方法において、
前記ＤＰＦの再生処理時における燃料噴霧量及び排ガス量に基づいて演算により適性ＤＯＣ温度上昇値を取得するとともに、前記ＤＯＣの出口温度を検出してその検出値から実測ＤＯＣ温度上昇値を取得した後、前記適正ＤＯＣ温度上昇値と前記実測ＤＯＣ温度上昇値とを比較し、前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低い時に、前記ＤＯＣに流入する排ガス温度を上昇させる制御を行うことを特徴とする排ガス後処理方法。
前記実測ＤＯＣ温度上昇値が前記適正ＤＯＣ温度上昇値より低い時に、前記ＤＯＣの閉塞の有無を検知し、前記ＤＯＣの閉塞が検知された場合には、前記ＤＯＣに流入する排ガスを所定の第１温度上昇期間だけ温度上昇させ、一方、前記ＤＯＣの閉塞が検知されない場合には、前記第１温度上昇期間より短い所定の第２温度上昇期間だけ排ガス温度を上昇させる制御を行うようにしたことを特徴とする請求項６記載の排ガス後処理方法。