JP2017160820A - 排気ガス浄化装置の制御装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの再生後に、フィルタの温度が上昇するのを防ぐようにする。
【解決手段】ＤＰＦ３の再生後に、温度変化率算出部１０２は、ＤＰＦ３の再生後に温度センサ５で検出する排気ガスの温度Ｔ₀と、ＤＰＦ３の再生後から所定の時間Δｔ経過後に温度センサ５で検出する排気ガスの温度Ｔ₁とを取得して、排気ガスの温度の時間変化率ΔＴ／Δｔ＝（Ｔ₁−Ｔ₀）／Δｔを算出する。そして、冷却制御部１０３は、排気ガスの温度の時間変化率ΔＴ／Δｔが０以上である、すなわち温度センサ５で検出する排気ガスの温度が再生後から横ばいか又は上昇傾向にある場合、ＤＰＦ３の冷却制御を実行する。ＤＰＦ３の冷却制御として、ＤＰＦ３の再生後にエンジンの停止指示であるイグニッションキーＯＦＦがあったとしても、所定の条件を満たすまでエンジン１を停止させない。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記フィルタで捕集した粒子状物質を燃焼、除去する再生機能を有する排気ガス浄化装置を制御する制御装置及びプログラムに関する。

環境対策の面から、ディーゼルエンジンから排出される煤等の粒子状物質を低減するために、粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する）を備えた排気ガス浄化装置を排気管に設置することがある。
この場合、ＤＰＦに粒子状物質が堆積すると圧損が生じ、エンジン性能が低下するため、適正な時期に、ＤＰＦで捕集した粒子状物質を燃焼、除去する再生を実行する必要がある。ＤＰＦの再生としては、例えばＤＰＦの前段に触媒を配し、触媒内の温度を上昇維持させて、二酸化窒素の酸化性能で粒子状物質を燃焼させる方式がある。触媒内の温度を上昇維持するために、排気ガスの熱エネルギーやポスト噴射もしくは排気管内噴射により燃料を触媒内で燃焼させることによって得た熱が利用される。また、ＤＰＦの再生としては、ヒータ等により粒子状物質を燃焼させる方式がある。

特許第４０７５５７３号公報

ＤＰＦの再生により、ＤＰＦ内部の温度は６００℃程度の高温にまで達することがある。通常は、排気管を流れる排気ガスがそれよりも低温であるので、再生後に排気ガスが流れることによりＤＰＦが冷却される。
しかしながら、ＤＰＦの再生後に排気ガスの流量が少なかったり、流れが絶たれたりすると、ＤＰＦ内部の温度が下降するどころか、逆に上昇することがある。これは、ＤＰＦ内部がいったん高温になることにより、煤、残留オイルやアッシュ成分、通常のアフター噴射やポスト噴射によりＤＰＦにスリップした残留ＨＣが燃え続けるためである。このようにＤＰＦの高温状態が続くと、ＤＰＦの劣化や破損につながるおそれがある。

例えば特許文献１には、ＤＰＦ温度検出手段を備え、ＤＰＦ温度検出手段により検出されるＤＰＦ温度が閾値以上であるときに、ＤＰＦに流入するガス量を増大させて、ＤＰＦ温度を低下させることが開示されている。
しかしながら、ＤＰＦ温度を閾値と比較するタイミングではＤＰＦ温度が閾値よりもわずかに低かったため、ＤＰＦ温度を低下させる処置を行わなかったが、その後、ＤＰＦ温度が上昇してしまうという事態も生じうる。

本発明に上記の点に鑑みてなされたものであり、フィルタの再生後に、フィルタの温度が上昇するのを防ぐようにすることを目的とする。

本発明の排気ガス浄化装置の制御装置は、内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記フィルタで捕集した粒子状物質を燃焼、除去する再生機能を有する排気ガス浄化装置を制御する制御装置であって、前記フィルタの再生後において、前記フィルタの内部又は下流の温度の時間変化率を算出する温度変化率算出手段と、前記温度変化率算出手段で算出した温度の時間変化率に応じて、前記フィルタの冷却制御を実行する冷却制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の排気ガス浄化装置の制御装置の他の特徴とするところは、前記冷却制御手段は、前記温度変化率算出手段で算出した温度の時間変化率が所定の閾値以上であるとき、前記フィルタの冷却制御を実行する点にある。
また、本発明の排気ガス浄化装置の制御装置の他の特徴とするところは、前記冷却制御手段は、前記フィルタの冷却制御として、前記フィルタの再生後に前記内燃機関の停止指示があったとしても、所定の条件を満たすまで前記内燃機関を停止させない点にある。
また、本発明の排気ガス浄化装置の制御装置の他の特徴とするところは、前記冷却制御手段は、前記フィルタの冷却制御として、前記内燃機関の回転数を上げる点にある。
また、本発明の排気ガス浄化装置の制御装置の他の特徴とするところは、前記フィルタの再生後とは、前記フィルタの再生が完了した場合と、前記フィルタの再生が中断された場合とを含む点にある。
本発明のプログラムは、内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記フィルタで捕集した粒子状物質を燃焼、除去する再生機能を有する排気ガス浄化装置を制御するためのプログラムであって、前記フィルタの再生後において、前記フィルタの内部又は下流の温度の時間変化率を算出する処理と、前記算出した温度の時間変化率に応じて、前記フィルタの冷却制御を実行する処理とをコンピュータに実行させる。

本発明によれば、フィルタの再生後において、フィルタの内部又は下流の温度の時間変化率に応じて、フィルタの冷却制御を実行するようにしたので、フィルタの温度が上昇するのを防ぐことができる。

ＤＰＦを備えた排気ガス浄化装置が設置される排気管、及びエンジンコントロールユニットを示す図である。 エンジンコントロールユニットが実行する排気ガス浄化装置の制御方法を示すフローチャートである。 ＤＰＦ冷却制御の例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、ＤＰＦ３を備えた排気ガス浄化装置が設置される排気管２、及びエンジンコントロールユニット１００（以下、ＥＣＵと称する）を示す図である。
ディーゼルエンジン１に接続する排気管２には、エンジン１から排出される粒子状物質を捕集するＤＰＦ３が設置され、その前段には触媒４が設置される。なお、ＤＰＦ３及び触媒４の構成は公知のものであればよく、ここではその説明は省略する。
また、排気管２には、ＤＰＦ３の下流で排気ガスの温度を検出する温度センサ５が設置される。

ＥＣＵ１００は、ここでは詳細な説明は省略するが、エンジン回転数、車速、アクセル開度、スロットル開度を検出する各種センサからの信号や、イグニッションキー６のＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいてエンジン１の運転状態を検出し、運転状態に応じて点火機構、燃料系統、吸排気系統、動弁機構等の制御を実行する。

また、ＥＣＵ１００は、本発明を適用した排気ガス浄化装置の制御装置として機能する。図１に、排気ガス浄化装置の制御装置として機能するＥＣＵ１００の機能構成を示す。
１０１は再生制御部であり、ＤＰＦ３の再生を制御する。再生制御部１０１は、例えば排気管２を流れる排気ガスの流量とＤＰＦ３前後の差圧とを取得し、その関係に基づいて粒子状物質の捕集量を推定する。そして、粒子状物質の捕集量が所定の量を超えているとき、ＤＰＦ３で捕集した粒子状物質を燃焼、除去する再生を開始する。ＤＰＦ３の再生開始後は、所定の条件を満たしたとき（例えば推定する捕集量が所定の量以下となったときや所定の時間経過したとき）、ＤＰＦ３の再生を完了する。
本実施形態では、ＤＰＦ３の再生として、ＤＰＦ３の前段の触媒４内の温度を上昇維持させて、二酸化窒素の酸化性能で粒子状物質を燃焼させる方式を採用する。触媒４内の温度を上昇維持させる方式は、既述した公知の技術を利用すればよい。なお、ＤＰＦ３の再生としては他の方式、例えばヒータ等により粒子状物質を燃焼させる方式を採用してもよい。

１０２は温度変化率算出部であり、ＤＰＦ３の再生後において、温度センサ５で検出する排気ガスの温度の時間変化率を算出する。
ここで、ＤＰＦ３の再生後とは、再生制御部１０１によるＤＰＦ３の再生が完了した場合と、再生制御部１０１によるＤＰＦ３の再生中に、ドライバの意図によりアイドリングに移行してＤＰＦ３の再生が中断された場合とがある。

１０３は冷却制御部であり、後述するように、温度変化率算出部１０２で算出した排気ガスの温度の時間変化率に応じて、ＤＰＦ３の冷却制御を実行する。

図２は、ＥＣＵ１００が実行する排気ガス浄化装置の制御方法を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、ＤＰＦ３の再生後に開始される。ＤＰＦ３の再生後とは、再生制御部１０１によるＤＰＦ３の再生が完了した場合と、再生制御部１０１によるＤＰＦ３の再生中に、ドライバの意図によりアイドリングに移行してＤＰＦ３の再生が中断された場合である。

ステップＳ１で、温度変化率算出部１０２は、本フローチャートの開始時、すなわちＤＰＦ３の再生後に温度センサ５で検出する排気ガスの温度Ｔ₀を取得する。

ステップＳ２で、温度変化率算出部１０２は、ＤＰＦ３の再生後から所定の時間Δｔ経過後に温度センサ５で検出する排気ガスの温度Ｔ₁を取得する。所定の時間Δｔは予め定められた時間であればよく、例えば３０秒〜６０秒程度に設定される。これは、走行中にＤＰＦ３の再生を開始して完了した後に、排気管２を流れる排気ガスによりＤＰＦ３が十分に冷却されうる時間である。

ステップＳ３で、温度変化率算出部１０２は、ステップＳ１、Ｓ２で取得した排気ガスの温度Ｔ₀、Ｔ₁を用いて、排気ガスの温度の時間変化率ΔＴ／Δｔ＝（Ｔ₁−Ｔ₀）／Δｔを算出する。

ステップＳ４で、冷却制御部１０３は、ステップＳ３で算出した排気ガスの温度の時間変化率ΔＴ／Δｔが０以上であるか否か、すなわち温度センサ５で検出する排気ガスの温度が再生後から横ばいか又は上昇傾向にあるかを判定する。その結果、排気ガスの温度の時間変化率ΔＴ／Δｔが０以上であればステップＳ５に進み、０以上でなければ本処理を終了する。

走行中に、再生制御部１０１によりＤＰＦ３の再生を開始して完了する場合、ＤＰＦ３の完了後に、排気管２を排気ガスが流れることによりＤＰＦ３が冷却される。したがって、ステップＳ３で算出した排気ガスの温度の時間変化率ΔＴ／Δｔは０を下回る、すなわち温度センサ５で検出する排気ガスの温度は下降傾向となる。
この場合は、あらためてＤＰＦ３を冷却する必要がないので、本フローチャートの処理を終了する。

一方、再生制御部１０１によりＤＰＦ３の再生を開始したが、アイドリングに移行してＤＰＦ３の再生が中断された場合、排気管２を流れる排気ガスの流量が少ないため、排気ガスによる冷却作用を超えて、煤等が燃え続けることによりＤＰＦ３内部の温度が横ばい又は上昇傾向となることがある。
また、走行中に、再生制御部１０１によりＤＰＦ３の再生を開始して完了したが、その直後にアイドリングに移行したような場合も同様に、煤等が燃え続けることによりＤＰＦ３内部の温度が横ばい又は上昇傾向となることがある。
このような状況下でさらにエンジン１が停止すると、排気ガスの流れが絶たれるため、ＤＰＦ３内部の温度が上昇してしまう。
この場合は、ＤＰＦ３内部の温度が上昇するのを防ぐ必要があるので、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５で、冷却制御部１０３は、ＤＰＦ３の冷却制御を実行する。
図３に、ＤＰＦ３の冷却制御の例を示す。
冷却制御部１０３は、ＤＰＦ３の再生後に（すなわち、図２のフローチャートの処理を開始した後に）、エンジンの停止指示であるイグニッションキーＯＦＦがあったか否かを判定する（ステップＳ１１）。
イグニッションキーＯＦＦがあった場合、冷却制御部１０３は、例えばエンジン回転数をアイドリング回転数、或いはアイドリング回転数付近の回転数に保ち（ステップＳ１２）、所定の条件を満たすまでエンジン１の回転を継続させて、所定の条件を満たしたならばエンジン１を停止させる（ステップＳ１３、Ｓ１４）。所定の条件としては、例えば温度センサ５で検出する現時点での排気ガスの温度Ｔ₂を取得して、温度Ｔ₂が所定の温度以下となっているという条件や、温度Ｔ₂の温度Ｔ₀又はＴ₁に対する時間変化率が０を下回るという条件が考えられる。或いは、例えばイグニッションキーＯＦＦがあった後、所定の時間経過したという条件でもよい。

また、イグニッションキーＯＦＦがなかった場合、冷却制御部１０３は、アイドリング状態であるか否かを確認し（ステップＳ１５）、アイドリング状態である場合、エンジン回転数をアイドリング回転数よりも上げる（ステップＳ１６）。これにより、排気ガスの流量を確保して、ＤＰＦ３内部の温度が上昇するのを防ぐ。そして、所定の条件を満たすまでエンジン回転を上げた状態を継続させて、所定の条件を満たしたならばアイドリング状態に戻す（ステップＳ１７、Ｓ１８）。所定の条件としては、ステップＳ１３で設定する条件と同様のものとすればよい。

なお、ＤＰＦ３の冷却制御の際にエンジン回転数をアイドリング回転数から変化させる場合は、音や振動によりドライバに違和感を与えないように適宜な回転数とするのが好ましい。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、これらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば上記実施形態では、排気ガスの温度の時間変化率ΔＴ／Δｔに対する閾値を０としたが、それ以外の値を設定してもよい。例えば閾値を負値とし、温度センサ５で検出する排気ガスの温度が再生後から下降傾向にあるが、その下降傾向が緩やかなものである場合にも冷却制御を実行する形態としてもよい。

また、上記実施形態では、温度センサ５によりＤＰＦ３の下流で排気ガスの温度を検出するようにしたが、ＤＰＦ３内部の温度を検出するようにしてもよい。或いは、温度センサ５によりＤＰＦ３の下流で排気ガスの温度を検出し、その温度に基づいてＤＰＦ３内部の温度を推定するアルゴリズムを組み合わせるようにしてもよい。

また、例えば図２のステップＳ１の前段に、温度センサ５で検出する排気ガスの温度Ｔ₀が所定の温度範囲にあるか否かを判定する処理を加え、所定の温度範囲にあるときだけステップＳ１以降の処理を進めるようにしてもよい。例えば煤が燃え続ける温度は５００℃を超える温度領域である。また、燃料が触媒により反応しない温度は２５０℃を下回る温度領域である。そこで、温度Ｔ₀が５００℃を超えているときは、ＤＰＦ３に流入する排気ガス量を増大させて、ＤＰＦ３内部の温度を低下させる冷却を実行する一方、温度Ｔ₀が２５０℃を下回るときは、特に冷却を実施しないようにしてもよい。そして、温度Ｔ₀が２５０℃以上５００℃以下の温度範囲にあるときには、ステップＳ１以降の処理を進めるようにする。

本発明を適用した排気ガス浄化装置の制御装置は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により実現される。
また、本発明は、本発明の排気ガス浄化装置の制御装置の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。

１：ディーゼルエンジン、２：排気管、３：ＤＰＦ、４：触媒、５：温度センサ、６：イグニッションキー、１００：ＥＣＵ、１０１：再生制御部、１０２：温度変化率算出部、１０３：冷却制御部

Claims (6)

1. 内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記フィルタで捕集した粒子状物質を燃焼、除去する再生機能を有する排気ガス浄化装置を制御する制御装置であって、
   前記フィルタの再生後において、前記フィルタの内部又は下流の温度の時間変化率を算出する温度変化率算出手段と、
   前記温度変化率算出手段で算出した温度の時間変化率に応じて、前記フィルタの冷却制御を実行する冷却制御手段とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置の制御装置。
2. 前記冷却制御手段は、前記温度変化率算出手段で算出した温度の時間変化率が所定の閾値以上であるとき、前記フィルタの冷却制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置の制御装置。
3. 前記冷却制御手段は、前記フィルタの冷却制御として、前記フィルタの再生後に前記内燃機関の停止指示があったとしても、所定の条件を満たすまで前記内燃機関を停止させないことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置の制御装置。
4. 前記冷却制御手段は、前記フィルタの冷却制御として、前記内燃機関の回転数を上げることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置の制御装置。
5. 前記フィルタの再生後とは、前記フィルタの再生が完了した場合と、前記フィルタの再生が中断された場合とを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置の制御装置。
6. 内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記フィルタで捕集した粒子状物質を燃焼、除去する再生機能を有する排気ガス浄化装置を制御するためのプログラムであって、
   前記フィルタの再生後において、前記フィルタの内部又は下流の温度の時間変化率を算出する処理と、
   前記算出した温度の時間変化率に応じて、前記フィルタの冷却制御を実行する処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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