JP4311253B2

JP4311253B2 - 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム

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Publication number: JP4311253B2
Application number: JP2004098318A
Authority: JP
Inventors: 厚松沼; 維伍; 尊史長谷山; 拓朗岩下; 貴夫小野寺; 秀池田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005282479A

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスに対して、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置による粒子状物質（ＰＭ）の浄化を行う排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムに関するものである。

ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、このＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。

このＰＭを捕集するＤＰＦにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化して排出している。

これらのＤＰＦ装置に、ＤＰＦの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ装置や、触媒付きフィルタに担持させた触媒の作用によってＰＭの燃焼温度を低下させ、排気ガスによってＰＭを焼却する連続再生型ＤＰＦ装置等がある。

この上流側酸化触媒の連続再生型ＤＰＦ装置は、ＮＯ₂（二酸化窒素）によるＰＭの酸化が、排気ガス中の酸素によりＰＭを酸化することにより、低温で行われることを利用したもので、酸化触媒とフィルタとから構成され、この上流側の白金等を担持した酸化触媒により、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ₂にして、このＮＯ₂で、下流側のフィルタに捕集されたＰＭを酸化してＣＯ₂（二酸化炭素）とし、ＰＭを除去している。

また、触媒付きフィルタの連続再生型ＤＰＦ装置は、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）等の触媒を有する触媒付きフィルタで構成され、低温域（３００℃〜６００℃程度）では、触媒付きフィルタにおける排気ガス中のＯ₂（酸素）を使用した反応（４ＣｅＯ₂＋Ｃ→２Ｃｅ₂Ｏ₃＋ＣＯ₂，２Ｃｅ₂Ｏ₃＋Ｏ₂→４ＣｅＯ₂等）によりＰＭを酸化し、ＰＭが排気ガス中のＯ₂で燃焼する温度より高い高温域（６００℃程度以上）では、排気ガス中のＯ₂によりＰＭを酸化している。

そして、この触媒付きフィルタの連続再生型ＤＰＦ装置等でも、上流側に酸化触媒を設けて、排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯの酸化反応により、これらの大気中への放出を防止しながら、後段ＰＭフィルタ入口排気ガス温度を上昇させて、ＰＭの酸化除去を促進することが行われている。

しかしながら、これらの連続再生型ＤＰＦ装置においても、排気ガス温度が３５０℃以上の時には、このフィルタに捕集されたＰＭは連続的に燃焼して浄化され、フィルタは自己再生するが、排気温度が低い場合やＮＯの排出が少ないエンジンの運転状態、例えば、エンジンのアイドル運転や低負荷・低速度運転等の低排気温度状態が継続した場合においては、排気ガス温度が低く触媒の温度が低下して活性化しないため、酸化反応が促進されず、また、ＮＯが不足するので、上記の反応が生ぜず、ＰＭを酸化してフィルタを再生できないため、ＰＭのフィルタへの堆積が継続されて、フィルタが目詰まりが進行する。そのため、このフィルタの目詰まりによる排圧上昇の問題が生じる。

そのため、これらの連続再生型ＤＰＦ装置では、目詰まりが所定の目詰まり量を超えた時に排気温度を強制的に昇温させて捕集されているＰＭを強制的に燃焼除去することが考えられており、ＰＭの蓄積量が予め設定したＰＭの蓄積限界値に到達した時に、自動的に、エンジンの運転状態を強制再生モード運転に変更して排気温度を強制的に上昇させたり、ＮＯやＮＯ₂の量を増加させたりして、フィルタに捕集されたＰＭを酸化して除去して再生処理を行っている。

この再生処理に関しては、再生開始時期の検出手段としては、フィルタの前後差圧で検出する方法や、走行距離で検出する方法や、エンジンの運転状態から捕集されるＰＭ量を予め設定したマップデータ等から算出してＰＭ累積量を求めて検出する方法等があり、また、排気温度の昇温手段としては、筒内（シリンダ内）噴射における噴射制御による方法や排気管内への直接燃料噴射における燃料制御による方法がある。

この筒内噴射制御では、排気温度がフィルタの上流に設けた酸化触媒又はフィルタに担持された酸化触媒の活性温度よりも低い場合に、マルチ噴射（多段噴射）を行って排気ガスを昇温し、その活性温度よりも上昇したらポスト噴射（後噴射）を行って、排気ガス中の燃料を酸化触媒で燃焼して排気ガスをフィルタに捕集されたＰＭが燃焼する温度以上に昇温して、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼除去してフィルタを強制再生させる。

また、更に、車両停止状態でかつエンジンアイドル状態、即ち停車アイドル状態においては、低速・低負荷状態のエンジンの運転状態のため排気温度が低いので、内燃機関の排気系に排気絞り弁を設けて、ＤＰＦ再生時の筒内噴射制御と共に、この排気絞り弁を閉弁して負荷を増加させたり、排気を保温したりして、排気温度の低下を防止することも行われている。

例えば、アイドリング状態が長く継続した後の走行開始時における水分の蒸発や未燃燃料の中途半端な酸化反応による排気ガスの白煙化を未然に防止するために、所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認された時に、排気ブレーキ等の排気絞り弁を使用した排気絞りとアフタ噴射（ポスト噴射）を追加する燃料噴射を併用した排気昇温手段を作動するて、排気白煙化防止装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されるＤＰＦの過熱による溶損を確実に防止するために、内燃機関（エンジン）が無負荷あるいはアイドル運転状態にある時に、ＥＧＲ弁を開弁すると共に、吸気絞り弁と排気絞り弁等で形成される排気流量低減手段を作動させる制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＰＭの堆積量が所定量以上でかつＤＰＦ温度が所定温度以上である場合に、ＥＧＲ弁を閉弁すると共に、排気流量の低減を禁止して、排気通路内の排気流量を維持して、熱の持ち去りによってＤＰＦが良好に冷却されるようにした内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、内燃機関の排気ガス通路に連続再生型ＤＰＦ装置と排気絞り弁を上流側から順に備えた排気ガス浄化システムにおいて、停車アイドル状態でＤＰＦ再生用のポスト噴射を行っている時に、ＤＰＦの下流側の排気絞り弁を閉弁した場合に、ポスト噴射を継続すると、このポスト噴射により連続再生型ＤＰＦ装置に流入した未燃燃料が酸化触媒により酸化されるので、排気管内圧が増加して、燃焼が不安定になると共に、その後の排気絞り弁の開弁による圧力開放時に、極めて短時間にこの排気管内圧が開放されることになるので、大音響が発生するという問題がある。
特開２００３−２８６８８７号公報特開２００３−２７９２１号公報

本発明の目的は、連続再生型ＤＰＦ装置のＤＰＦを再生するためのポスト噴射等の筒内燃料噴射制御を行う強制再生制御に関して、ＤＰＦの強制再生制御中に停車アイドル状態に移行し、この停車アイドル状態が解除された時の排気絞り弁の開弁の際に生じる大音響を防止することができる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムの制御方法は、車両に搭載されたエンジンの排気ガス通路に連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と排気絞り弁を上流側から順に備えると共に、排気温度を検出する排気温度センサを備え、該連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置における粒子状物質の捕集量を検出する捕集量検出手段と、車両停止でエンジンがアイドリング運転状態である停車アイドリング状態を検出する停車アイドリング状態検出手段と、マルチ噴射とポスト噴射を含む筒内燃料噴射制御により排気温度を上昇させて強制的に捕集された粒子状物質を燃焼して該連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を再生させる強制再生手段とを有するディーデルパティキュレートフィルタ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、強制再生中において、前記停車アイドル状態検出手段により停車アイドル状態が検出されている場合には、排気温度が所定温度以上のときはポスト噴射を禁止すると共に前記排気絞り弁を閉じて、排気温度が前記所定温度よりも小さいときはマルチ噴射を行うと共に前記排気絞り弁を開いて、前記停車アイドル状態が解除した場合には前記強制再生手段により強制再生を継続するように構成される。

また、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、車両に搭載されたエンジンの排気ガス通路に連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と排気絞り弁を上流側から順に備えると共に、排気温度を検出する排気温度センサを備え、該連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置における粒子状物質の捕集量を検出する捕集量検出手段と、車両停止でエンジンがアイドリング運転状態である停車アイドリング状態を検出する停車アイドリング状態検出手段と、マルチ噴射とポスト噴射を含む筒内燃料噴射制御により排気温度を上昇させて強制的に捕集された粒子状物質を燃焼して該連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を再生させる強制再生手段とを有するディーデルパティキュレートフィルタ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ディーデルパティキュレートフィルタ制御手段が、前記強制再生手段による強制再生中において、前記停車アイドル状態検出手段により停車アイドル状態が検出されている場合には、排気温度が所定温度以上のときはポスト噴射を禁止すると共に前記排気絞り弁を閉じて、排気温度が前記所定温度よりも小さいときはマルチ噴射を行うと共に前記排気絞り弁を開いて、前記停車アイドル状態が解除した場合には前記強制再生手段により強制再生を継続するように制御するように構成される。

つまり、再生時に、ポスト噴射を伴う再生制御を行う場合において、この再生中に車両が停止し、停車アイドル状態になった時には、排気絞り弁を閉にすると共にポスト噴射を禁止することを特徴とする。

なお、上記の排気ガス浄化システムにおける連続再生型ＤＰＦ装置としては、フィルタに酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ装置、フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ装置、フィルタに触媒を担持させると共に該フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ装置等がある。

本発明の排気ガス浄化システムの制御方法と排気ガス浄化システムによれば、連続再生型ＤＰＦ装置のＤＰＦを再生するためのポスト噴射等の筒内燃料噴射制御を行う再生制御に関して、ＤＰＦの強制再生制御中に停車アイドル状態に移行し、この停車アイドル状態が解除された時の排気絞り弁の開弁の際に生じる大音響を防止することができる

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法と排気ガス浄化システムについて、酸化触媒と触媒付きフィルタの組合せで構成される連続再生型ＤＰＦ装置を備えた排気ガス浄化システムを例にして、図面を参照しながら説明する。

図１に、この実施の形態のエンジンの排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン１０の排気マニホールド１１に接続する排気通路１２に連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置１３とこの連続再生型ＤＰＦ装置１３の下流側の排気絞り弁（エキゾーストスロットル）１６を設けて構成されている。この連続再生型ＤＰＦ装置１３は、上流側に酸化触媒（ＤＯＣ）１３ａを下流側に触媒付きフィルタ（ＣＳＦ）１３ｂを有して構成される。

この酸化触媒１３ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ１３ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、アルミナ等の無機繊維をランダムに積層したフェルト状のフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。

そして、触媒付きフィルタ１３ｂに、モノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタを採用した場合には、排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）され、繊維型フィルタタイプを採用した場合には、フィルタの無機繊維でＰＭを捕集する。

そして、触媒付きフィルタ１３ｂのＰＭの堆積量を推定するために、連続再生型ＤＰＦ装置１３の前後に接続された導通管に差圧センサ２１が設けられる。また、触媒付きフィルタ１３ｂの再生制御用に、酸化触媒１３ａと触媒付きフィルタ１３ｂの上流側、中間及び下流側に、それぞれ、酸化触媒入口排気温度センサ２２、フィルタ入口排気温度センサ２３が設けられる。なお、吸気通路１７には、エアクリーナー１８が設けられている。

これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、連続再生型ＤＰＦ装置１３の再生制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）３０に入力され、この制御装置３０から出力される制御信号により、エンジン１０の燃料噴射装置（噴射ノズル）１４や、排気絞り弁１６や、図示しないＥＧＲ通路にＥＧＲクーラと共に設けられたＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ等が制御される。

この燃料噴射装置１４は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール噴射システム（図示しない）に接続されており、制御装置３０には、エンジンの運転のために、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）３１からのアクセル開度、エンジン回転数センサ３２からのエンジン回転数、走行距離センサ３３からの走行距離、水温センサ３４からのエンジンの冷却水の温度、車速センサ３５からの車両速度等の情報及びその情報も入力される。

そして、制御装置３０は、図２に示すように、エンジンの運転を制御するエンジン制御手段２０Ｃと、排気ガス浄化システム１のためのＤＰＦ制御手段３０Ｃ等を有して構成される。そして、このＤＰＦ制御手段３０Ｃは、通常運転制御手段３１Ｃ、ＰＭ捕集量検出手段３２Ｃ、走行距離検出手段３３Ｃ、強制再生手段３４Ｃ、警告手段３５Ｃ等を有して構成される。

通常運転検出手段３１Ｃは、特に、連続再生型ＤＰＦ装置１３の再生に関係なしに行われる通常の運転を行うための手段であり、アクセルポジションセンサ３１の信号及びエンジン回転数センサ３２の信号に基づいて制御装置３０で演算された通電時間信号により、所定量の燃料が燃料噴射装置１４から噴射される通常の噴射制御が行われる。

ＰＭ捕集量検出手段３２Ｃは、連続再生型ＤＰＦ装置１３の触媒付きフィルタ１３ｂに捕集されるＰＭ（粒子状物質）の捕集量ΔＰm を検出する手段であり、この捕集量ΔＰm の検出は、エンジンの回転数（回転速度）や負荷から推定した堆積量の累積計算値や、エンジンの回転累積時間や、連続再生型ＤＰＦ装置１３の前後の差圧等で検出する。この実施の形態では、連続再生型ＤＰＦ装置１３の前後の差圧、即ち、差圧センサ２１による測定値を基にして検出する。

走行距離検出手段３３Ｃは、ＤＰＦ再生の後に車両が走行した距離ΔＭc を検出する手段であり、走行距離センサ３３で計測される走行距離を基にして求められ、強制再生が行われた場合には、再生の開始時から再生終了時までの適当な時期にリセットされる。

強制再生手段３４Ｃは、連続再生型ＤＰＦ装置１３の種類に応じて多少制御が異なるが、エンジン１０の筒内（シリンダ内）噴射においてマルチ噴射（多段噴射）を行って、排気温度を酸化触媒１３ａの活性温度まで上昇させ、その後ポスト噴射（後噴射）を行ってフィルタ入口排気温度センサ２３で検知されるフィルタ入口排気温度Ｔfiを５００℃〜６００℃に上げて、ＰＭの酸化除去に適した温度や環境になるようにし、触媒付きフィルタ１３ｂに捕集されたＰＭを強制的に燃焼除去して触媒付きフィルタ１３ｂを強制再生する。なお、排気絞り弁１６やＥＧＲ等の吸気系制御を必要に応じて併用する。

そして、本発明においては、更に、この強制再生手段３４Ｃは、車両停止でエンジンがアイドリング運転状態である停止アイドリング状態を検出する停車アイドル状態検出手段３４１Ｃを有して構成され、この停車アイドル状態検出手段３４１Ｃで停車アイドル状態が検出された場合には、ポスト噴射制御を行わずに、排気温度の低下を防止するために、排気絞り弁１６を閉鎖するように構成される。これにより、ポスト噴射を継続した場合に発生する排気絞り弁１６の開弁時の大音響を防止することができ、それと共に、排気温度の低下を防止することができる。

この停車アイドル状態の検出方法としては、エンジン回転数センサ３２、車速センサ３５からの出力を制御装置（ＥＣＵ）に入力し、これらのエンジン回転数Ｎem、車両速度Ｖvmを、事前に設定してある停車アイドル状態か否かを判定するための判定用の数値（閾値）Ｎe0，Ｖv0と比較する方法や、アクセル開度、アイドルスイッチの位置検出や、ニュートラルスイッチの位置検出、ギヤ位置の検出等様々な方法がある。また、判定用の数値Ｎe0，Ｖv0も、エンジン回転数Ｎem、車両速度Ｖvmに対応させてある範囲内で変化させて設定するようにしてもよい。

警告手段３５Ｃは、点滅灯（ＤＰＦランプ）４１、警告灯（警告ランプ）４２等で構成され、ドライバー（運転者）に、点滅灯４１の点滅により手動による強制再生手段３４Ｃの作動を促す警告を行ったり、警告灯４２の点灯によりドライバーに車両をサービスセンターに持っていくように促す手段である。なお、この警告を受けたドライバーは手動再生スイッチ４３を操作することにより、強制再生手段３４Ｃを作動することができる。

そして、これらの各種手段を有するＤＰＦ制御手段３０Ｃは、ＰＭ捕集量検出手段３２Ｃで検出されたＰＭの捕集量ΔＰm と、走行距離検出手段３３Ｃで検出されたＤＰＦ再生の後の走行距離ΔＭc に基づいて、通常運転制御手段３１Ｃによる通常の運転を継続したり、ドライバーに対して手動による強制再生手段３４Ｃの作動を促す警告を行ったり、自動的に強制再生手段３４Ｃを作動させたりする手段として構成される。

次に、この排気ガス浄化システム１の再生制御について説明する。この排気ガス浄化システム１の制御においては、通常運転制御手段３１Ｃによって通常の運転が行われ、ＰＭを捕集するが、この通常の運転において、適当な時間間隔で、図３及び図４に例示するような再生制御フローに従った制御を行う。この制御で、ＰＭ捕集量検出手段３１Ｃで検出されたＰＭの捕集量ΔＰm と走行距離検出手段３２Ｃで検出された走行距離ΔＭc が、所定の範囲内に入るか否か、手動再生の可否、走行自動再生の可否を判断して、必要に応じて、各種の処理を行った後戻って、更に、通常運転制御手段３１Ｃによる通常の運転を行う。そして、通常の運転と再生制御を繰り返しながら、車両の運転が行われる。

この図３及び図４の再生制御フローについて、強制再生制御の要否を判定するために用いる図５の再生制御用マップを参照しながら説明する。

最初に、図５の再生制御用マップについて説明すると、この図５の模式的に示した再生制御用マップは、縦軸はＰＭ（捕集物）の捕集量（この実施の形態では差圧）ΔＰを示し、この捕集量ΔＰの領域を第１閾値（所定の判定用捕集量）ΔＰ1 、第２閾値ΔＰ2 、第３閾値ΔＰ3 の三つの閾値で、第１捕集量領域Ｒp1，第２捕集量領域Ｒp2，第３捕集量領域Ｒp3，第４捕集量領域Ｒp4の四つの領域に区分する。また、横軸は走行距離ΔＭを示し、この走行距離ΔＭの領域を第１閾値（所定の判定用走行距離）ΔＭ1 、第２閾値ΔＭ2 、第３閾値ΔＭ3 の三つの閾値で、第１走行距離領域Ｒm1，第２走行距離領域Ｒm2，第３走行距離領域Ｒm3，第４走行距離領域Ｒm4の四つの領域に区分する。そして、再生制御によって現在の状態がどの領域にあるかを判断し、必要に応じて、次のような処理が行われる。

なお、この第１閾値（所定の判定用走行距離）ΔＭ1 は、手動による強制再生を行う場合のオイルダイリューションによる問題が生じない下限を示す値であり、また、第２閾値ΔＭ2 は、走行中に自動的に強制再生を行う場合のオイルダイリューションによる問題が生じない下限を示す値である。更に、第３閾値ΔＭ3 は、触媒付きフィルタ１３ｂにおけるＰＭの偏積に起因する熱暴走及びＤＰＦの溶損を防止するために強制再生を行う値である。また、この第４走行距離領域Ｒm4は、第３閾値ΔＭ3 を超えた領域のことであり、自動的に強制再生を行ったり、自動的に警告灯を点灯したりする。

最初に、検出された走行距離ΔＭc が第１閾値ΔＭ1 を超えずに第１走行距離領域Ｒm1にある場合は、手動（マニュアル）による強制再生を行うと、オイル中の燃料の蒸発が不十分であるため、オイルダイリューションの問題が生じる。そのため、この場合には手動による強制再生を禁ずる。また、この場合でも、走行パターンによっては、走行距離当たりのＰＭの蓄積量が多くて、検出された捕集量ΔＰm が、第３閾値ΔＰ3 を超えて第４捕集量領域Ｒp4に入ってしまうことが生じる時があるが、この時には、連続再生型ＤＰＦ装置１３に捕集されたＰＭが自己燃焼を開始して急激なＰＭの燃焼である熱暴走を回避するために、手動再生及び走行自動再生を禁止した状態にすると共に、ドライバーにディーラー等のサービスセンターに持っていくことを促すための警告灯４２を点灯する。サービスセンターでは、例えば、エアによる逆洗や中温での長時間の焼き出し等を行って、フィルタの溶損を回避しながら、フィルタを再生する。

次に、検出された走行距離ΔＭc が第１閾値ΔＭ1 を超えて第２走行距離領域Ｒm2に入った時には、まだ、走行が不十分でエンジンオイルに混入した燃料分の蒸発が十分に行われていないため自動強制再生は行わずに、車両を停止して手動で強制再生を行う手動再生を促す警告を行うが、検出された捕集量ΔＰm の大きさによって異なる警告を行う。

検出された捕集量ΔＰm が、第１閾値（所定の判定用捕集量）ΔＰ1 より小さい間は、触媒付きフィルタ１３ｂの目詰まりは小さく、強制再生手段３４Ｃの作動の必要は無いので、そのまま、通常の運転を継続する。また、検出された捕集量ΔＰm が、第１閾値（所定の判定用捕集量）ΔＰ1 を超えているが、第２閾値ΔＰ2 を超えていないという第２差圧領域Ｒp2に入った時には、強制再生時のオイルダイリューションの問題を回避するために走行自動再生を禁止すると共に、点滅灯（ＤＰＦランプ）４１をゆっくり点滅（マニュアル点滅１）させ、ドライバーに対して、車両を停止しての手動による強制再生（手動再生：マニュアル再生）を促す。

更に、検出された捕集量ΔＰm が、第２閾値ΔＰ2 を超えているが、第３閾値ΔＰ3 を超えていないという第３差圧領域Ｒp3に入った時には、強制再生時のオイルダイリューションの問題を回避するために走行自動再生を禁止すると共に、点滅灯４１を早く点滅（マニュアル点滅２）させ、ドライバーに対して、車両を停止しての手動による強制再生を強く促す。この第３差圧領域Ｒp3に入った場合には、運転状態によっては、連続再生型ＤＰＦ装置１３に捕集されたＰＭが自己燃焼を開始して急激なＰＭの燃焼である熱暴走を起こし、触媒付きフィルタ１３ｂの溶損が生じる可能性が大きくなるので、この自己着火を懸念して噴射燃料量の絞りを併せて行う。

そして、検出された捕集量ΔＰm が、第３閾値ΔＰ3 を超えて第４差圧領域Ｒp4に入った時には、熱暴走を回避するために、手動再生及び走行自動再生を行わないようにして、警告灯４２を点灯し、運転者にサービスセンターに持っていくことを促す。

次に、検出された走行距離ΔＭc が第２閾値ΔＭ2 を超えて第３走行距離領域Ｒm3に入った時には、エンジンオイルに混入した燃料分の蒸発が十分に行われ、走行中の自動強制再生（走行自動再生）が可能になっているので、検出された捕集量ΔＰm が、第１閾値（所定の判定用捕集量）ΔＰ1 を超えて第２捕集量領域Ｒp2に入った時には、走行中において自動的に強制再生手段３４Ｃを作動させる走行自動再生を行う。この走行自動再生により、運転者に手動による強制再生、即ち、手動再生スイッチ４３のＯＮ／ＯＦＦ操作に関する負担をかけることのないようにする。なお、検出された捕集量ΔＰm が、第１閾値（所定の判定用捕集量）ΔＰ1 より小さい間は、触媒付きフィルタ１３ｂの目詰まりは小さく、強制再生手段３４Ｃの作動の必要は無いので、そのまま、通常の運転を継続する。

そして、検出された走行距離ΔＭc が第３閾値ΔＭ3 を超えて第４走行距離領域Ｒm4に入った時には、エンジンオイルに混入した燃料分の蒸発が十分に行われ、走行中の自動強制再生が可能になっているので、検出された捕集量ΔＰm が、第３閾値ΔＰ3 を超えない範囲では、検出された差圧ΔＰm に関係なく必ず走行中の自動強制再生を行って偏積されたＰＭを焼却する。しかし、検出された捕集量ΔＰm が、第３閾値ΔＰ3 を超えて第４差圧領域Ｒp4に入った時には、熱暴走を回避するために手動再生及び走行自動再生を禁止した状態にすると共に、警告灯４２を点灯し、運転者にサービスセンターに持っていくことを促す。

上記の図５に示すような再生制御マップに示された制御は、図３に例示したような再生制御フローによって実施できる。この図３の再生制御フローがスタートすると、ステップＳ１０で、検出された走行距離ΔＭc が第１閾値（所定の判定用走行距離）ΔＭ1 を超ているか否かを判定する。この判定で、超えておらずに第１走行距離領域Ｒm1にある場合には、ステップＳ１１で、検出された捕集量ΔＰm が、第３閾値ΔＰ3 を超えているか否かを判定し、超えていない場合にはそのままでリターンし、通常の運転を継続する。また、超えている場合にはステップＳ１２で警告灯４２を点灯してリターンする。

従って、ステップＳ１０の判定で第１走行距離領域Ｒm1にあると判定された場合には、手動による強制再生手段３４Ｃの作動は禁止される。なお、車両の走行中に自動的に強制再生手段３４Ｃの作動を行う走行自動再生も行われない。

そして、ステップＳ１０で、走行距離ΔＭc が第１閾値（所定の判定用走行距離）ΔＭ1 を超えている場合には、ステップＳ２０で、走行距離ΔＭc が第２閾値ΔＭ2 を超えているか否かを判定する。この判定で、超えていない場合には、ステップＳ２１で捕集量ΔＰm が第１閾値（所定の判定用捕集量）ΔＰ1 を超えているか否かを判定し、超えていない場合にはそのままリターンし通常の運転を継続する。

そして、ステップＳ２１で捕集量ΔＰm が第１閾値（所定の判定用捕集量）ΔＰ1 を超えている場合には、ステップＳ２２で捕集量ΔＰm が第２閾値ΔＰ2 を超えているか否かを判定し、超えていない場合には、ステップＳ２４で、点滅灯（ＤＰＦランプ）４１をゆっくり点灯し、ステップＳ２６で手動再生スイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定する。

また、ステップＳ２２の判定で捕集量ΔＰm が第２閾値ΔＰ2 を超えている場合には、ステップＳ２３で捕集量ΔＰm が第３閾値ΔＰ3 を超えているか否かを判定し、超えていない場合には、ステップＳ２５で、点滅灯（ＤＰＦランプ）４１を早く点灯し、ステップＳ２６で手動再生スイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定する。

ステップＳ２６で手動再生スイッチ４３がＯＮである場合には、ステップＳ２６の手動再生スイッチ４３のＯＮによって強制再生手段３４Ｃを作動させる手動再生を行い、ステップＳ２８で、走行距離ΔＭc のカウンタをリセットしてリターンする。また、捕集量ΔＰm を差圧ではなく、ＰＭの累積量で判定する場合には、このＰＭの累積量もリセットする。また、ステップＳ２６で手動再生スイッチ４３がＯＮでない場合には、そのままリターンし、この再生制御フローの繰り返し中にドライバーによって手動再生スイッチ４３がＯＮされるのを待つ。

そして、ステップＳ２３の判定で、捕集量ΔＰm が第３閾値ΔＰ3 を超えている場合には、手動再生と走行自動再生を禁止した状態で、ステップＳ２９で、警告灯４２を点灯してリターンする。

また、ステップＳ２０の判定で、走行距離ΔＭc が第２閾値ΔＭ2 を超えている場合には、ステップＳ３０で、走行距離ΔＭc が第３閾値ΔＭ3 を超えているか否かを判定する。このステップＳ３０の判定で、超えている場合には、ステップＳ３１で捕集量ΔＰm が第１閾値（所定の判定用捕集量）ΔＰ1 を超えているか否かを判定する。このステップＳ３１の判定で、超えていない場合にはそのままリターンし通常の運転を継続する。また、ステップＳ３１の判定で超えている場合には、ステップＳ３２の判定に行く。そして、ステップＳ３０の判定で、超えていない場合もステップＳ３２の判定に行く。

ステップＳ３２で、捕集量ΔＰm が第３閾値ΔＰ3 を超えているか否かを判定し、超えている場合には、手動再生と走行自動再生を禁止した状態で、ステップＳ３５で、警告灯４２を点灯してリターンする。

また、ステップＳ３２の判定で、捕集量ΔＰm が第３閾値ΔＰ3 を超えていない場合には、ステップＳ３３で走行中に自動的に強制再生手段３４Ｃを作動させる走行自動再生を行い、ステップＳ３４で、走行距離ΔＭc のカウンタをリセットし、リターンする。また、捕集量ΔＰm を差圧ではなく、ＰＭの累積量で判定する場合には、このＰＭの累積量もリセットする。

そして、本発明においては、強制再生手段３４Ｃを作動させるステップＳ２７の手動再生及びステップＳ３３の走行自動再生においては、図４に示すような制御フローで、マルチ噴射制御とポスト噴射制御と排気絞り弁制御が行われ、触媒付きフィルタ１３ｂを再生する。

この図４に示す制御フローでは、図３の制御フローのステップＳ２７やステップＳ３３で呼ばれてスタートすると、ステップＳ４１で排気温度のチェックを行う。即ち、酸化触媒入口排気温度センサ２２で検出される排気温度Ｔdiが所定の判定温度Ｔd0よりも小さいか否かを判定する。

そして、ステップＳ４１の排気温度のチェックで、排気温度Ｔdiが所定の判定温度Ｔd0よりも小さい場合には、ステップＳ４２の第１排気昇温制御を、再生制御の完了を判定するインターバルに関係する所定の時間の間行う。その後、ステップＳ４６で、再生制御が完了したか否かを判定する。この第1 排気昇温制御は、エンジン１０の筒内（シリンダ内）噴射においてマルチ噴射（多段噴射）を行うと共に排気絞り弁１６を開弁して、排気温度Ｔdiを酸化触媒１３ａの活性温度Ｔd0まで上昇させる制御である。

また、ステップＳ４１の排気温度のチェックで、排気温度Ｔdiが所定の判定温度Ｔd0以上の場合には、ステップＳ４３の停車アイドル状態のチェックで、車両速度Ｖvmが所定の判定用速度Ｖv0以上でかつエンジン回転数Ｎemが所定の判定用回転数Ｎe0以上であるか否かをチェックする。

このステップＳ４３の停車アイドル状態のチェックで、車両速度Ｖvmが所定の判定用速度Ｖv0以上でかつエンジン回転数Ｎemが所定の判定用回転数Ｎe0以上である場合には、ステップＳ４４のポスト噴射を行うと共に排気絞り弁１６を開弁する第２排気昇温制御を、再生制御の完了を判定するインターバルに関係する所定の時間の間行う。この第２排気昇温制御では、ポスト噴射（後噴射）を行ってフィルタ入口排気温度センサ２３で検知されるフィルタ入口排気温度Ｔfiを５００℃〜６００℃に上げて、ＰＭの酸化除去に適した温度や環境になるようにし、触媒付きフィルタ１３ｂに捕集されたＰＭを強制的に燃焼除去して触媒付きフィルタ１３ｂを強制再生する。その後、ステップＳ４７で、再生制御が完了したか否かを判定する。

なお、この強制再生に際しては、ＥＧＲ等の吸気系制御を必要に応じて併用する。また、ポスト噴射の代わりに、排気通路内直接燃料噴射により、排気ガス中に未燃燃料を供給するようにしてもよい。また、マルチ噴射も併用する場合もある。

そして、ステップＳ４３の停車アイドル状態のチェックで、車両速度Ｖvmが所定の判定用速度Ｖv0より小さいか、エンジン回転数Ｎemが所定の判定用回転数Ｎe0より小さい場合には、ステップＳ４５のポスト噴射を停止すると共に排気絞り弁１６を閉弁する大音響防止制御を、再生制御の完了を判定するインターバルに関係する所定の時間の間行う。なお、この大音響防止制御においてはマルチ噴射も併用する場合もある。

ステップＳ４６の強制再生完了の判定は、予め設定した再生処理時間を経過したか否か、差圧センサ２１で検出した差圧ΔＰm が、所定の完了判定用差圧値ΔＰm1以下になったか否か等により行う。

そして、このステップＳ４６の強制再生の完了の判定で、完了していないと判定された場合には、ステップＳ４１に戻って、ステップＳ４１〜ステップＳ４６を、完了の判定が得られるまで繰り返す。

このステップＳ４６の再生制御の完了の判定で、完了していると判定された場合には、この図４の制御フローを終了してリターンし、図３の制御フローに戻る。

上記の排気ガス浄化システムの制御によれば、ＤＰＦの強制再生中に、停車アイドル状態検出手段３４１Ｃにより停車アイドル状態を検出した場合には、ポスト噴射と排気絞り弁開の第２排気昇温制御を中断し、ポスト噴射の停止と排気絞り弁閉の大音響防止制御を行うことができる。また、停車アイドル状態では排気絞り弁１６を閉じるので排気温度の低下を防止できる。

なお、大音響防止制御を行った後、車両走行を開始して、停車アイドル状態が解除したら、第２排気昇温制御に戻り、ポスト噴射を再開すると共に排気絞り弁を開弁し、強制再生制御を行い、強制再生制御を終了する。

従って、連続再生型ＤＰＦ装置１３の触媒付きフィルタ１３ｂを再生するための筒内燃料噴射制御を行う再生制御に関して、ＤＰＦの再生制御中で停車アイドル状態に関係する、排気絞り弁の開弁の際に生じる大音響を防止することができる。

つまり、ＤＰＦの再生制御中で、アイドル停車時に、排気保温のために排気絞り弁を閉弁した状態でポスト噴射を実施した後に、排気絞り弁を開弁する際に生じる大音響を防止できる。

なお、上記の説明では、排気ガス浄化システムにおける連続再生型ＤＰＦ装置として、フィルタに触媒を担持させると共に該フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ装置を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フィルタに酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ装置、フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ装置等の他のタイプの連続再生型ＤＰＦ装置にも適用可能である。

本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムのシステム構成図である。本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御手段の構成を示す図である。本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの再生制御フローを示す図である。本発明に係る実施の形態の強制再生制御の制御フローを示す図である。本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの再生制御用マップを模式的に示す図である。

符号の説明

１排気ガス浄化システム
１０ディーゼルエンジン（内燃機関）
１３連続再生型ＤＰＦ装置
１３ａ酸化触媒
１３ｂ触媒付きフィルタ
３０制御装置（ＥＣＵ）
３２エンジン回転数センサ
３５車速センサ
３０ＣＤＰＦ制御手段
３１Ｃ通常運転制御手段
３２ＣＰＭ捕集量検出手段
３３Ｃ走行距離検出手段
３４Ｃ強制再生手段
３４１Ｃ停車アイドル状態検出手段
３５Ｃ警告手段

Claims

車両に搭載されたエンジンの排気ガス通路に連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と排気絞り弁を上流側から順に備えると共に、排気温度を検出する排気温度センサを備え、該連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置における粒子状物質の捕集量を検出する捕集量検出手段と、車両停止でエンジンがアイドリング運転状態である停車アイドリング状態を検出する停車アイドリング状態検出手段と、マルチ噴射とポスト噴射を含む筒内燃料噴射制御により排気温度を上昇させて強制的に捕集された粒子状物質を燃焼して該連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を再生させる強制再生手段とを有するディーデルパティキュレートフィルタ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
強制再生中において、前記停車アイドル状態検出手段により停車アイドル状態が検出されている場合には、排気温度が所定温度以上のときはポスト噴射を禁止すると共に前記排気絞り弁を閉じて、排気温度が前記所定温度よりも小さいときはマルチ噴射を行うと共に前記排気絞り弁を開いて、前記停車アイドル状態が解除した場合には前記強制再生手段により強制再生を継続することを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
車両に搭載されたエンジンの排気ガス通路に連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と排気絞り弁を上流側から順に備えると共に、排気温度を検出する排気温度センサを備え、該連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置における粒子状物質の捕集量を検出する捕集量検出手段と、車両停止でエンジンがアイドリング運転状態である停車アイドリング状態を検出する停車アイドリング状態検出手段と、マルチ噴射とポスト噴射を含む筒内燃料噴射制御により排気温度を上昇させて強制的に捕集された粒子状物質を燃焼して該連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を再生させる強制再生手段とを有するディーデルパティキュレートフィルタ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記ディーデルパティキュレートフィルタ制御手段が、前記強制再生手段による強制再生中において、
前記停車アイドル状態検出手段により停車アイドル状態が検出されている場合には、排気温度が所定温度以上のときはポスト噴射を禁止すると共に前記排気絞り弁を閉じて、排気温度が前記所定温度よりも小さいときはマルチ噴射を行うと共に前記排気絞り弁を開いて、前記停車アイドル状態が解除した場合には前記強制再生手段により強制再生を継続するように制御することを特徴とする排気ガス浄化システム。