JP3991382B2

JP3991382B2 - 車両用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP3991382B2
Application number: JP05038897A
Authority: JP
Inventors: 浩之谷口
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2017-03-05
Also published as: JPH10246108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、ディーゼル機関の排気中に含まれる微粒子成分（パティキュレ−ト）を捕集し、再生する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置では、エンジン運転中に常時、フィルタ内のパティキュレ−ト捕集量を計測しておき、それが一定の値に達した場合にオペレータに再生時期の到来を報知し、フィルタ再生を要求している。
フィルタはコージェライトのようなセラミックを素材として形成されているので、パティキュレ−ト燃焼による高温や急激な温度上昇に弱く、フィルタの溶損やクラックなどの可能性が生じた。といって、パティキュレ−ト燃焼温度を好適なレベルより低下させると、フィルタ各部へのパティキュレ−トの延焼が充分に行われず、燃え残りが生じてしまう。このような燃え残りは、次回再生におけるフィルタ特定部位におけるパティキュレ−ト堆積量の増大を招くために、次回再生時におけるフィルタの溶損やクラックなどの可能性が増大する。これらの問題から、排気ガス浄化装置のセラミックフィルタの再生では、極めて非常に狭い範囲に最高燃焼温度を維持する必要があり、このような最高燃焼温度がフィルタに捕集されているパティキュレ−トの量すなわちパティキュレ−ト捕集量に最も強く依存することが判明している。また、パティキュレ−ト捕集量が多いと燃焼時の発熱量が多いので、フィルタの温度上昇速度が高くなり過ぎてクラックが生じる可能性が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、再生時期が到来してオペレータにそれを報知しても、業務遂行に忙しいとか慣れていないなどの様々な理由によりそれが無視され、車両の運転が続行されてしまう場合がある。更には、排気ガス浄化装置のコントローラからの再生時期到来信号によりそれを運転者に報知する報知手段が故障して、報知がなされない場合も考えられる。
【０００４】
すると、上述したように、フィルタに累積されるパティキュレ−ト捕集量が過剰となり、後にフィルタ再生を行うと、フィルタの最高温度や温度上昇速度が異常に増大してセラミックを素材とするフィルタに溶損やクラックが生じるおそれが生じた。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、再生時期の到来後におけるエンジン運転によるフィルタのパティキュレ−ト過捕集を防止し、それによりフィルタの破損を防止可能な排気ガス浄化装置を提供することをその解決すべき課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、ディ−ゼルエンジンの排気経路に配設されたパティキュレ−ト捕集用のフィルタと、前記フィルタのパティキュレ−ト捕集量を推定するパティキュレ−ト捕集量推定手段と、前記フィルタの加熱により前記フィルタに捕集されたパティキュレ−トを燃焼させる電熱手段と、前記パティキュレ−ト捕集量が所定値に達した場合に再生の必要性を報知する再生要求手段と、前記報知に応じてフィルタ再生指令信号が入力された場合に前記フィルタの再生を前記エンジンの停止時に実行するフィルタ再生手段とを備えるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、前記パティキュレ−ト捕集量の過剰量に関連するパラメータを検出する過剰捕集量検出手段と、検出した前記パラメータに基づいて前記過剰量が所定の基準値を超えると判定する場合に前記エンジンの運転を規制するエンジン運転規制手段とを備え、前記エンジン運転規制手段は、前記エンジンの許容最高回転数を所定レベル以下に段階的に規制するものであることをその特徴としている。
つまり、本発明では、パティキュレ−ト捕集量が所定値に達した場合に再生の必要性を報知するとともに更に加えて、捕集されたパティキュレートの過剰量が所定の基準値を超える場合にエンジンの運転を段階的に規制する機能を有している。
したがって、本構成によれば、パティキュレ−ト捕集量がフィルタ再生にとって支障が生じる前に、運転者にとって最もわかりやすいエンジン運転状態の異常によってフィルタ再生時期到来を報知するとともに、このエンジン運転規制によりフィルタへのパティキュレ−トの過剰蓄積を抑止して、その再生時の異常温度上昇を抑止することもできるという相乗効果を奏することができる。
【０００６】
また、本発明の車両用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置によれば、過剰量が所定の基準値を超える場合にエンジンの許容最高回転数をアイドル回転数以上、かつ、所定レベル以下に制限するので、車両速度が一定レベル以上に増大することがない。このため、運転者に明確にフィルタ再生時期の到来を報知することができるとともに、作業中などの車両が所定のフィルタ再生位置までたどりつくことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
過剰捕集量検出手段としては、たとえばエンジン運転中におけるフィルタの排気ガス圧損やその修正値以外に、再生時期の到来時点以後の累計エンジン運転時間などでもよい。
エンジン運転規制手段によるエンジン運転の規制は、ＥＣＵ（エンジン制御装置）に指令してエンジン回転数を階段的に低下させることができる。この場合、指令を受けたＥＣＵ（エンジン制御装置）はスロットルバルブを絞るなどしてエンジン回転数を低下させるが、このようなＥＣＵによるエンジン制御はよく知られている。その他、エンジン制御と排気ガス浄化装置の制御とを同じコントローラで実施してもよい
以下、本発明の好適態様を実施例を参照して説明する。
【０００８】
【実施例】
本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図１に示すブロック図を参照して説明する。
この排気ガス浄化装置は両端密閉のフィルタ収容ケース１を有し、フィルタ収容ケース１内にはセラミックハニカムフィルタ２が収容されている。フィルタ２の上流側端面にはヒータ３が小間隔を隔てて対面配置されており、ケース１内のフィルタ２より上流側に位置するフィルタ収容ケース１のフィルタ前室には温度センサ４が配設されている。
【０００９】
フィルタ収容ケース１の上流側の端壁にはディーゼルエンジン１００の排気主管１０１と送気用枝管１０２とが連結されている。５は電磁弁、６はエアフローメータ、７はエアポンプであり、エアポンプ７のモータＭの駆動により外気が送気用枝管１０２を通じてフィルタ２に送入される。
送気用枝管１０２から圧力ホース１０３が延設されており、圧力ホース１０３の先端には圧力センサ８が設けられている。１０４はフィルタであり、１０５はフィルタ収容ケース１の下流側の端壁から外部に排気ガスを放出する尾管であり、１０６は触媒である。
【００１０】
温度センサ４、エアフローメータ６、圧力センサ８の信号はコントローラ９に入力され、コントローラ９は演算結果に基づいてヒータ３、電磁弁５、モータＭを駆動制御している。また、車両に搭載された車速度センサは他のエンジン情報やオルタネータからの情報とともにエンジン制御装置（ＥＣＵ）を兼ねるコントローラ９に出力され、コントローラ９はエンジン１００に回転抑制指令を出力する。
【００１１】
コントローラ９はＡ／Ｄコンバータ内蔵のマイコン（図示せず）を具備しており、各種データを処理してヒータ３、電磁弁５及びエアポンプ７用のモータＭを駆動制御して再生を実行するともに、異常発生時に異常警報ランプ１２を点灯する。１３は再生時期の到来を報知するランプであり、１４はコントローラ９にフィルタ再生動作を指令する手動スイッチであり、１５は車載バッテリである。
【００１２】
フィルタ２はハニカムセラミックフィルタであって、コ−ジェライトを素材として円柱形状に焼成されている。フィルタ２はその両端面を貫通する多数の通気孔を有し、隣接する通気孔の一方は上流端で封栓され、その他方は下流端で封栓されている。排気ガスは隣接する通気孔間の多孔性隔壁を透過し、パティキュレ−トだけが通気孔内に捕集される。ヒータ３はニクロム線を素材とする電熱抵抗体からなり、その一端は接地され、その他端はコントローラ９の出力ドライバをなすハイサイドのパワートランジスタ（図示せず）により断続制御される。
【００１３】
以下、この装置の動作を説明する。
（パティキュレ−ト捕集動作）
ディ−ゼルエンジン１００から排出された排気ガスは排気管１０１を通じてフィルタ収容ケース１内に導入され、排気ガス中のパティキュレ−トはフィルタ２で捕集され、浄化された排気ガスが尾管１０５から外部に排出される。なお、このパティキュレ−ト捕集動作時に電磁弁５への通電を遮断してそれを閉じること、ヒータ３及びエアポンプ７への通電を遮断することは当然である。
【００１４】
（フィルタ再生時期判定動作）
次に、コントローラ９により実行されるこのフィルタ２の再生時期判定動作を図２のフローチャートに従って説明する。
イグニッションスイチ（図示せず）がオンされると、バッテリ１５からコントローラ９に電源電圧が供給され、これらは初期リセットされて動作を開始する。同時に図示しないスタータがエンジンを起動する。
【００１５】
次に、圧力センサ８から圧力Ｐを読み込み、温度センサ４から温度Ｔを読み込む（Ｓ１００）。次に、エンジン運転中かどうかを調べ（Ｓ１０２）、エンジン運転中でなければステップ１０２へリターンし、運転中であればＳ１０４へ進む。次のＳ１０４では、圧力Ｐが所定のしきい値圧力ＰＬ１を超えるかどうかを判定し（Ｓ１０６）、超えればランプ１３を点灯して再生時期の到来を表示し（Ｓ１０８）、以下であればステップ１０２に戻る。圧力Ｐはフィルタに補集されたパティキュレ−ト量に正の相関を持つので、これにより再生時期の判別が可能となる。なお、排気ガス温度やエンジン回転数などにより圧力Ｐを補正して更に詳細にパティキュレ−ト捕集量を推定することもできるのはもちろんである。
【００１６】
次のステップ１１０では、圧力Ｐが所定のしきい値圧力ＰＬ１より多少高いしきい値圧力ＰＬ２を超えるかどうかを判定し、超えればパティキュレ−ト捕集量が過剰であるものと判定して、エンジン回転数を所定回転数（ここでは１７００回転）以上とならないようにエンジン制御し（Ｓ１１２）、以下であればステップ１０２に戻る。
【００１７】
次のステップ１１４では、圧力Ｐがしきい値圧力ＰＬ２より多少高いしきい値圧力ＰＬ３を超えるかどうかを判定し、超えればパティキュレ−ト捕集量が更に過剰であるものと判定して、エンジン回転数を更に低い所定回転数（ここでは１２００回転）以上とならないようにエンジン制御してステップ１０２に戻り、以下であればそのままステップ１０２に戻る。
【００１８】
このようにすれば、フィルタ再生時期報知後におけるエンジンの更なる運転に対して運転者にわかりやすい方法で警告を与えるとともに、この警告送出動作によりパティキュレ−ト捕集量の過剰蓄積の抑制も行うことができる。
次に、フィルタを再生するためのフィルタ再生ルーチンを簡単に説明する。
オペレータがランプ１３を見てフィルタ再生が必要なことを確認し、エンジン停止期間中にフィルタ再生のためにスイッチ１４をオンすれば、コントローラ９は、所定の通電パターンでヒータ３及びモータＭへの給電を実行して、予熱サブルーチン、燃焼サブルーチン、冷却サブルーチンを順次実行してフィルタ２を再生し、ルーチンを終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】その再生時期到来を判定するとともに再生が実行されない場合にそれを強く警告するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２はフィルタ、３はヒータ（電熱手段）、４は温度センサ、５は電磁弁、６はエアフローメータ（流量検出手段）、７はエアポンプ（給気手段）、８は圧力センサ（圧力検出手段）、９はコントローラ（パティキュレ−ト捕集量推定手段、再生要求手段、フィルタ再生手段、過剰捕集量検出手段、エンジン運転規制手段）

Claims

ディ−ゼルエンジンの排気経路に配設されたパティキュレ−ト捕集用のフィルタと、前記フィルタのパティキュレ−ト捕集量を推定するパティキュレ−ト捕集量推定手段と、前記フィルタの加熱により前記フィルタに捕集されたパティキュレ−トを燃焼させる電熱手段と、前記パティキュレ−ト捕集量が所定値に達した場合に再生の必要性を報知する再生要求手段と、前記報知に応じてフィルタ再生指令信号が入力された場合に前記フィルタの再生を前記エンジンの停止時に実行するフィルタ再生手段とを備えるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、
前記パティキュレ−ト捕集量の過剰量に関連するパラメータを検出する過剰捕集量検出手段と、
検出した前記パラメータに基づいて前記過剰量が所定の基準値を超えると判定する場合に前記エンジンの運転を規制するエンジン運転規制手段と、
を備え、
前記エンジン運転規制手段は、前記エンジンの許容最高回転数を所定レベル以下に段階的に規制するものであることを特徴とする車両用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。