JP2015055167A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気浄化装置に関し、触媒の内部温度を高精度に検出する。【解決手段】エンジンの排気系に設けられ、少なくともその一部を導電性材料で形成されたＤＰＦ２２，ＳＣＲ３２と、ＤＰＦ２２，ＳＣＲ３２の電気抵抗値を検出する電極２６，２７，３６，３７と、入力される電気抵抗値に基づいて、ＤＰＦ２２，ＳＣＲ３２の内部温度を演算する内部温度演算部４１，４２とを備えた。【選択図】図１
Description
本発明は、排気浄化装置に関し、特に、導電性材料で形成された排気浄化フィルタを備える排気浄化装置に関する。
内燃機関の排気浄化フィルタとして、排気中の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭ）を捕集するディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦ）が知られている。また、尿素水を加水分解して生成されるアンモニア（ＮＨ3）を還元剤として排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を選択的に還元浄化する選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：ＳＣＲ）等も知られている。
ＤＰＦにおいては、排気管内噴射やポスト噴射を用いて排気上流側の酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）に炭化水素（ＨＣ）を供給し、堆積したＰＭをＨＣの酸化熱で燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。一般的に、強制再生時の噴射量や噴射タイミングは、ＤＰＦの上流側に設けられた排気温度センサのセンサ値に基づいて制御される（例えば、特許文献１参照）。また、ＳＣＲにおいても、尿素水の噴射量や噴射タイミングは、ＳＣＲの上流側に設けられた排気温度センサのセンサ値に基づいて制御される（例えば、特許文献２参照）。
ところで、排気温度センサのセンサ値は、実際の排気温度変化に対して応答遅れを生じる課題がある。また、排気温度センサは、ＤＰＦやＳＣＲの内部に直接的に設けることができないため、内部温度を正確に検出できない課題もある。
本発明の目的は、ＤＰＦやＳＣＲの内部温度を高精度に検出することにある。
上述の目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ、少なくともその一部を導電性材料で形成された排気浄化フィルタと、前記排気浄化フィルタの電気抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、前記抵抗値検出手段から入力される電気抵抗値に基づいて、前記排気浄化フィルタの内部温度を演算する内部温度演算手段とを備えることを特徴とする。
また、前記抵抗値検出手段から入力される電気抵抗値に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を診断する故障診断手段をさらに備えてもよい。
また、前記排気浄化フィルタに流入する排気温度を検出する温度センサと、前記内部温度演算手段から入力されるフィルタ内部温度と、前記温度センサのセンサ値とを比較して、当該温度センサの合理性を診断する合理性診断手段とをさらに備えてもよい。
また、前記排気浄化フィルタが、排気中の粒子状物質を捕集するディーゼル・パティキュレイト・フィルタであってもよい。
また、前記排気浄化フィルタが、尿素水を加水分解して生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素化合物を選択的に還元浄化する選択的還元触媒であってもよい。
本発明の排気浄化装置によれば、ＤＰＦやＳＣＲの内部温度を高精度に検出することができる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気を大気に放出する排気通路１２が接続されている。
吸気通路１１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１３、過給機１５のコンプレッサ１５ａ、インタークーラ１７等が設けられている。排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機１５のタービン１５ｂ、前段後処理装置２０、後段後処理装置３０等が設けられている。
前段後処理装置２０は、触媒ケース２０ａ内に排気上流側から順に、ＤＯＣ２１と、ＤＰＦ２２とを配置して構成されている。また、ＤＯＣ２１の排気上流側には排気管内噴射装置２３が設けられている。
排気管内噴射装置２３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０から入力される指示信号に応じて、排気通路１２内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置２３を省略してもよい。
ＤＯＣ２１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。ＤＯＣ２１は、排気管内噴射装置２３又はポスト噴射によってＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
ＤＰＦ２２は、例えば導電性の炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を主成分として含むハニカム構造体で形成されると共に、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止して構成されている。ＤＰＦ２２は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置２３又はポスト噴射によってＤＯＣ２１に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、ＤＰＦ２２に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５００〜６００℃）まで昇温することで行われる。
また、本実施形態のＤＰＦ２２には、電流供給用配線２６ａを介してＥＣＵ４０に接続された電極２６及び、アース用配線２７ａを介して接地された電極２７が取り付けられている。これら一対の電極２６，２７は、本発明の電気抵抗値検出手段の一例として好ましい。
後段後処理装置３０は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置３１と、触媒ケース３０ａ内に配置されたＳＣＲ３２とを備えて構成されている。
尿素水噴射装置３１は、ＥＣＵ４０から出力される指示信号に応じて、前段後処理装置２０と後段後処理装置３０との間の排気通路１２内に、図示しない尿素水タンク内の尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてＮＨ3に生成され、下流側のＳＣＲ３２に還元剤として供給される。
ＳＣＲ３２は、例えば、導電性のＳｉＣ等を主成分として含むハニカム構造体で形成されると共に、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを備えて構成されている。ＳＣＲ３２は、還元剤として供給されるＮＨ3を吸着すると共に、吸着したＮＨ3で通過する排気中からＮＯｘを還元浄化する。
また、本実施形態のＳＣＲ３２には、電流供給用配線３６ａを介してＥＣＵ４０に接続された電極３６及び、アース用配線３７ａを介して接地された電極３７が設けられている。これら一対の電極３６，３７は、本発明の電気抵抗値検出手段の一例として好ましい。
ＥＣＵ４０は、エンジン１０や排気管内噴射装置２３、尿素水噴射装置３１等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。
また、ＥＣＵ４０は、図２に示すように、ＤＰＦ内部温度演算部４１と、ＳＣＲ内部温度演算部４２と、ＤＰＦ故障診断部４３とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
ＤＰＦ内部温度演算部４１は、本発明の内部温度演算手段の一例であって、ＤＰＦ２２に定電流を供給して電極２６，２７間の電圧降下を測定すると共に、測定した電圧降下から得られる電気抵抗値ＲDPFに基づいてＤＰＦ２２の内部温度ＴDPFを演算する。一般的に、ＤＰＦ２２の電気抵抗値ＲDPFは、抵抗率ρ、断面積Ｓ、距離Ｌとする以下の数式１で表される。
数式１において、ＤＰＦ２２の断面積Ｓ及び、電極２６，２７間の距離Ｌは一定であり、抵抗率ρが排気温度の影響を受けて変化すると、これに伴い電気抵抗値Ｒも変化する。すなわち、ＤＰＦ２２の電気抵抗値ＲDPFを求めれば、ＤＰＦ内部温度ＴDPFを演算することができる。ＥＣＵ４０には、予め実験等により求めた電気抵抗値Ｒと内部温度Ｔとの関係を示す抵抗値温度特性マップ（例えば、図３参照）が記憶されている。ＤＰＦ内部温度演算部４１は、この抵抗値温度特性マップからＤＰＦ２２の電気抵抗値ＲDPFに対応する温度値を読み取ることで、ＤＰＦ内部温度ＴDPFを演算する。なお、ＤＰＦ内部温度ＴDPFの演算はマップに限定されず、予め実験等により求めた近似式等から求めてもよい。
ＳＣＲ内部温度演算部４２は、本発明の内部温度演算手段の一例であって、ＳＣＲ３２に定電流を供給して電極３６，３７間の電圧降下を測定すると共に、測定した電圧降下から得られる電気抵抗値ＲSCRに基づいてＳＣＲ３２の内部温度ＴSCRを演算する。上述したＤＰＦ２２と同様に、ＳＣＲ３２の電気抵抗値ＲSCRを求めれば、ＳＣＲ内部温度ＴSCRを演算することができる。ＳＣＲ内部温度演算部４２は、抵抗値温度特性マップ（例えば、図３参照）からＳＣＲ３２の電気抵抗値ＲSCRに対応する温度値を読み取ることで、ＳＣＲ内部温度ＴSCRを演算する。なお、ＳＣＲ内部温度ＴSCRの演算はマップに限定されず、予め実験等により求めた近似式等から求めてもよい。
ＤＰＦ故障診断部４３は、本発明の故障診断手段の一例であって、ＤＰＦ２２の欠損等による故障を診断する。例えば、図４に示すように、ＤＰＦ２２内に穴開き等の欠損が生じると、電極２６，２７間の距離Ｌが長くなると共に、ＤＰＦ２２の断面積Ｓが減少することで、電気抵抗値Ｒを増加させる（数式１参照）。すなわち、電極２６，２７間の電圧降下から得られる電気抵抗値Ｒに基づいて、ＤＰＦ２２内の欠損等を検出することができる。ＤＰＦ故障診断部４３は、ＤＰＦ２２の電気抵抗値ＲDPFが予め実験等により求めたＤＰＦ２２の欠損等を示す上限閾値ＲMAXに達すると、ＤＰＦ２２を故障と判定する。なお、故障診断はＤＰＦ２２に限定されず、ＳＣＲ３２に適用することもできる。
次に、本実施形態に係る排気浄化装置による作用効果を説明する。
一般的に、ＤＰＦ２２やＳＣＲ３２の内部温度は、これらＤＰＦ２２やＳＣＲ３２の入口部に設けられた排気温度センサのセンサ値に基づいて推定される。しかしながら、排気温度センサのセンサ値は、実際の排気温度変化に対して応答遅れを生じる課題がある。また、排気温度センサはＤＰＦ２２やＳＣＲ３２の内部に直接的に設けることができないため、これらの内部温度を正確に検出できない課題もある。
これに対し、本実施形態の排気浄化装置では、温度変化に対して応答性の速い電気抵抗値の変化に基づいて、ＤＰＦ２２やＳＣＲ３２の内部温度を直接的に検出するように構成されている。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＤＰＦ２２やＳＣＲ３２の内部温度を高精度に検出することが可能になる。また、ＤＰＦ２２やＳＣＲ３２の入口部に排気温度センサを設ける必要がなくなり、装置全体のコストを効果的に低減することも可能になる。
また、一般的に、ＤＰＦ２２の故障診断は、ＤＰＦの前後差圧に基づいて行われるが、排気流量の低い運転領域においては差圧の感度が鈍るため、診断を効果的に行えない課題がある。
これに対し、本実施形態の排気浄化装置では、排気流量の影響等を受けない電気抵抗値の変化に基づいて、ＤＰＦ２２の故障を診断するように構成されている。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、排気流量の低い運転領域においても、ＤＰＦ２２の故障を確実に診断することが可能となり、診断頻度を効果的に向上することができる。また、ＤＰＦ２２の前後差圧を検出する差圧センサを設ける必要がなくなり、装置全体のコストを効果的に低減することも可能になる。
なお、本発明は、上述の実施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。
例えば、図５に示す他の実施形態は、ＤＰＦ２２及びＳＣＲ３２の入口部にそれぞれ設けられた排気温度センサ２９，３９の合理性診断を行うものである。この場合は、図６に示すように、ＥＣＵ４０の機能要素として温度センサ診断部４４を追加し、ＤＰＦ内部温度演算部４１から入力されるＤＰＦ内部温度ＴDPFと排気温度センサ２９のセンサ値との温度差及び、ＳＣＲ内部温度演算部４２から入力されるＳＣＲ内部温度ＴSCRと排気温度センサ３９のセンサ値との温度差から、これらセンサ２９，３９の合理性を診断するように構成すればよい。
また、ＤＰＦ２２やＳＣＲ３２を形成する部材はＳｉＣに限定されず、他の導電性材料で形成してもよい。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。
１０ エンジン
１２ 排気通路
２０ 前段後処理装置
２１ ＤＯＣ
２２ ＤＰＦ
２６，２７ 電極
３０ 後段後処理装置
３２ ＳＣＲ
３６，３７ 電極
４０ ＥＣＵ
４１ ＤＰＦ内部温度演算部
４２ ＳＣＲ内部温度演算部
４３ ＤＰＦ故障診断部
４４ 温度センサ診断部
１２ 排気通路
２０ 前段後処理装置
２１ ＤＯＣ
２２ ＤＰＦ
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４３ ＤＰＦ故障診断部
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Claims (5)
- 内燃機関の排気系に設けられ、少なくともその一部を導電性材料で形成された排気浄化フィルタと、
前記排気浄化フィルタの電気抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、
前記抵抗値検出手段から入力される電気抵抗値に基づいて、前記排気浄化フィルタの内部温度を演算する内部温度演算手段と、を備える
ことを特徴とする排気浄化装置。 - 前記抵抗値検出手段から入力される電気抵抗値に基づいて、前記排気浄化フィルタの故障を診断する故障診断手段をさらに備える
請求項１に記載の排気浄化装置。 - 前記排気浄化フィルタに流入する排気温度を検出する温度センサと、
前記内部温度演算手段から入力されるフィルタ内部温度と、前記温度センサのセンサ値とを比較して、当該温度センサの合理性を診断する合理性診断手段と、をさらに備える
請求項１又は２に記載の排気浄化装置。 - 前記排気浄化フィルタが、排気中の粒子状物質を捕集するディーゼル・パティキュレイト・フィルタである
請求項１から３の何れか一項に記載の排気浄化装置。 - 前記排気浄化フィルタが、尿素水を加水分解して生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素化合物を選択的に還元浄化する選択的還元触媒である
請求項１から３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
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2013
- 2013-09-11 JP JP2013187939A patent/JP2015055167A/ja active Pending
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