JP4356556B2

JP4356556B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4356556B2
Application number: JP2004243488A
Authority: JP
Inventors: 恵信ヶ原; 章飯▲塚▼; 裕樹谷口
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: EP1630373A1; DE602005001992D1; DE602005001992T2; JP2006063801A; EP1630373B1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるディーゼル・パテキュレート・マター（以下、単に「パティキュレート」または「ＰＭ」という）を捕集するパティキュレート・フィルタ（以下、「ＤＰＦ」または「フィルタ」という）が開発され、このフィルタをディーゼルエンジンの排気系に設けることによって排ガスを浄化する技術が存在する。
また、このフィルタによって捕集されたパティキュレートは徐々に堆積量が増加し、いずれはフィルタの目詰まりを生じさせてしまうため、適時、フィルタによって捕集されたパティキュレートを燃焼させる、いわゆる再生処理が強制的に実行されるようになっている。

このようなフィルタの再生処理に関する技術の一例として、以下の特許文献１の技術が存在し、この特許文献１には、パティキュレートが燃焼する温度となるように排ガスの温度を様々な手法（エンジンのメイン噴射時期の遅角、ポスト噴射の実行など）により上昇させることで再生処理を実行する旨が記載されている。
また、この特許文献１には、上記の再生処理実行中に、ドライバがエンジンの運転を停止する操作を行なった場合でも、所定時間はエンジンへの燃料供給を継続することで、フィルタの温度が急上昇するような事態を避けることができる旨が記載されている。
特開２００３−２３９７２４号公報

ところで、再生処理実行中にエンジンが停止する場合として想定されるのは、上記のように、ドライバなどによる任意のエンジン停止だけではなく、例えば、燃料タンク内の燃料残量がゼロになる、いわゆるガス欠が生じることによる場合もありえる。しかしながら、ガス欠が生じた場合には、そもそもエンジンに供給する燃料がタンク内に残っていないのであるから、エンジンの運転を続けることができないため、特許文献１の技術を用いることはできず、フィルタ温度の急上昇を避けることができない。

ここで、図６を用いて、排ガスフィルタの再生処理実行中にガス欠が発生した場合のフィルタ温度の推移について説明すると、符号Ｌ_１で示す実線がディーゼルエンジンのコモンレール圧、符号Ｌ_２で示す鎖線がフィルタの入口に設けられた温度センサにより計測された排ガス温度、符号Ｌ_３で示す一点鎖線がフィルタの出口に設けられた温度センサにより計測された排ガス温度である。また、横軸は時間を示している。

図６中、符号Ｔ_１で示す時点で再生処理の実行が開始され、これにより、フィルタの入口および出口で計測された排ガス温度が上昇していく。しかし、燃料タンク内の燃料残量が減っていくと、やがてコモンレール圧が不安定となり（符号Ｔ_２参照）、その後、符号Ｔ_３で示す時点で完全に燃料が無くなることで、コモンレール圧が実質的にゼロとなり、エンジンの燃料噴射が停止する。

そして、このＴ_３時のフィルタ入口および出口の排気温度に着目すると、フィルタ入口の排ガス温度はガス欠発生前と発生後とで変化していないが、フィルタ出口の排ガス温度は急激に上昇しており、フィルタ内で異常燃焼が発生していることが示されている。
なお、再生処理中にエンジンの運転が停止するとフィルタにおいて異常燃焼が発生する原因としては主に以下の２つの原因が考えられている。
（１）エンジンの運転が停止することによりフィルタには大気相当の酸素が供給されることになるため
（２）エンジンの運転が停止することによってフィルタ内を流れる排ガス流量が急減して、排ガス流によるフィルタ内の熱の持ち去りが無くなるため
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、再生処理中のガス欠に起因する排ガスフィルタの異常燃焼の発生を回避できるようにした、内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項１）は、内燃機関の排ガス通路内に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集する排ガスフィルタと、該排ガスフィルタの再生時期になると燃料制御により排ガスフィルタへ流入する排ガスの温度を上昇させて該排ガスフィルタの再生処理を実行する再生処理手段と、該燃料を貯蔵する燃料タンクの燃料残量を検出する残量検出手段と、該再生時期に至るまでの走行予定距離と該燃料残量に基づく走行可能距離とを算出する距離算出手段と、該排ガスフィルタの再生時期前であっても、特定条件が満たされた場合には該再生処理手段を強制的に作動させる再生繰上げ手段とから構成され、該特定条件は、該距離算出手段によって算出された該予定走行距離と該走行可能距離との差が所定距離以下である場合として設定されていることを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１記載の内容において、該特定条件には、該燃料残量あるいは該燃料残量に相関するパラメータ値が所定の基準値以下の場合という条件が加えられていることを特徴としている。

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料残量あるいは燃料残量に相関するパラメータ値が所定の基準値以下である場合には、燃料制御を用いた再生処理の実行を禁止することで、再生処理中にガス欠が生じても排ガスフィルタで異常燃焼が発生することを回避することができ、また、再生処理の実行により燃料を通常よりも多く消費する事態を避けることにより、走行可能距離が急減するというような事態も防止することができる。
また、再生時期に至るまでの予定走行距離と燃料残量に基づく走行可能距離との差が少ない場合には、実際に再生時期に至っていない場合でも、再生処理手段による燃料制御を用いた再生処理の実行を繰り上げて実行する。このように、再生処理の実行中にガス欠となる事態を未然に防止することで、再生処理中にガス欠が生じて排ガスフィルタで異常燃焼が発生することを回避することができるとともに、排ガスフィルタの浄化性能の低下を防止することができる。（請求項１）
また、燃料残量あるいは燃料残量に相関するパラメータに基づいて、再生処理を繰上げて実行するかを判断することで、過剰な再生処理の実行に伴う燃料の浪費を防ぐことができる。（請求項２）

以下、図面により、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式的なブロック図、図２はその作用を示す模式的なフローチャートである。
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」）１１の排気系１２には酸化触媒１３が設けられ、また、この酸化触媒１３の下流にはＤＰＦ（Diesel Particulate Filter；排ガスフィルタ）１４が備えられている。

このＤＰＦ１４は排ガス中のＰＭを捕集するセラミックフィルタである。なお、詳しくは後述するが、このＤＰＦ１４によって捕集されたＰＭは、排ガス温度を上昇させる再生処理を実行することで強制的に燃焼させることができ、これによりＤＰＦ１４の目詰まりを回避し、このＤＰＦ１４による排ガス浄化機能が低下することを抑制することができるようになっている。

また、ＤＰＦ１４の上流側と下流側との圧力差を計測する差圧センサ１６が設けられており、この差圧センサ１６による計測結果は差圧信号として後述するＥＣＵ２０へ送信されるようになっている。
そして、エンジン１１には電子制御ユニットであるＥＣＵ２１が設けられ、このＥＣＵ２１は、差圧センサ１６と、燃料タンク（図示略）内に貯蔵される燃料の残量を計測する燃料残量センサ１７とが接続されている。また、このＥＣＵ２１には、いずれも図示しないＣＰＵ，メモリ，インターフェースなどが備えられるとともに、ソフトウェアとして、再生処理部（再生処理手段）２２，再生禁止部（再生禁止手段）２３およびＰＭ堆積量推定部（ＰＭ堆積量推定手段）２４が設けられている。

このうち、再生処理部２２は、ＤＰＦ１４の再生処理を実行すべき所定の条件が満たされると、エンジン１１のインジェクタ（図示略）によるメイン噴射時期の遅角、あるいは、ポスト噴射といった、燃料制御を実行することによって、余剰燃料を酸化触媒１３に供給して反応させＤＰＦに流入する排ガスの温度を上昇させるものである。なお、ＤＰＦ１４の再生処理を実行すべき所定の条件が満たされたか否かの判定は、後述するＰＭ堆積量推定部２４によって推定されたＰＭ堆積量が所定量以上になったか否かに基づいて行なわれる。

また、再生禁止部２３は、燃料残量センサ１７により計測された燃料残量が所定量（所定値）Ｆ_１未満である場合には、再生処理部２２の作動を禁止するものである。そして、再生禁止部２３により再生処理部２２の作動が禁止されると、メイン噴射時期の遅角、あるいは、ポスト噴射といった、燃料制御によるＤＰＦ１４の再生処理の実行が禁止されるようになっている。

また、ＰＭ堆積量推定部２４は、差圧センサ１６によって計測されたＤＰＦ１４の上流側および下流側における圧力差とエンジン１１の運転状態から推定される排気流量とに基づき、ＤＰＦ１４に堆積しているＰＭ量を推定するものである。なお、このＰＭ推定量は予めマップ値としてＥＣＵのメモリ（図示略）に記憶されている。
本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。

まず、ステップＳ１１において、再生処理部２２が、ＤＰＦ１４に対する再生処理の実行条件が満たされているか否か、即ち、ＰＭ堆積量推定部２４によって推定されたＤＰＦ１４において堆積しているＰＭの堆積量が所定量以上であるか否かを判定する。ここで、ＰＭの堆積量が所定量以上であると判定されると再生処理実行条件が満たされたこととなり、ステップＳ１２へ進む。

その後、再生禁止部２３が、燃料残量センサ１７により計測された燃料残量を読み込み、ステップＳ１３において、読み込んだ燃料残量が所定値Ｆ_１以上であることが判定された場合には（Ｎｏルート）、通常通り、再生処理部２２がメイン噴射時期を遅角させたりポスト噴射を行なったりすることで再生処理が実行されてＤＰＦ１４に流入する排ガスの昇温が図られ、ＤＰＦ１４に堆積したＰＭを燃焼させる。

一方、燃料残量センサ１７から読み込んだ燃料残量が所定量（所定値）Ｆ_１未満である場合には、再生禁止部２３が実際にガス欠発生前に再生処理部２２の作動を禁止して、メイン噴射時期の遅角、あるいは、ポスト噴射といった、燃料制御によるＤＰＦ１４の再生処理が実行されないようにする（ステップＳ１３〜Ｓ１４）。
このように、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料残量センサ１７によって検出された燃料残量が所定量Ｆ_１未満である場合には、再生処理部２２による燃料制御を用いたＤＰＦ１４の再生処理の実行を禁止することで、再生処理中にガス欠が生じてエンジン１１が停止することを防ぎ、ＤＰＦ１４において異常燃焼が発生するような事態を回避することができる。

また、再生処理を実行すると通常時よりも燃料を多く消費することになって、走行可能距離が急減するような事態も想定しうるが、本実施形態に係る本願発明においては、燃料残量センサ１７によって検出された燃料残量が所定量Ｆ_１未満である場合には、再生処理部２２による燃料制御を用いたＤＰＦ１４の再生処理の実行を禁止するので、走行可能距離が急減するような事態を回避することができる。

次に、図面により、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明すると、図３はその全体構成を示す模式的なブロック図、図４および図５はその作用を示す模式的なフローチャートである。
なお、上述の第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略し、ここでは第１実施形態との相違点に重点を置いて説明する。また、上述の第１実施形態を説明するのに用いた図も併用する。

図３に示すように、第２実施形態のＥＣＵ３１と上述した第１実施形態とのＥＣＵ２１とは部分的に異なっている。つまり、このＥＣＵ３１は、再生処理部２２を備えている点は、第１実施形態のＥＣＵ３１と同様の構成であるが、再生繰上げ部（再生繰上げ手段）３２と距離算出部（距離算出手段）３３と再生禁止部（再生禁止手段）３４とＰＭ堆積量推定部３５とを備えている点で異なっている。

このうち、ＰＭ堆積量推定部３５は、第１実施形態のＰＭ堆積量推定部２４と同様の機能を有するほか、所定距離を走行する間に差圧センサ１６によって計測されたＤＰＦ１４の上流側および下流側における触媒１３内の圧力差の変化量に基づき、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭ量の増加割合を推定するものである。なお、圧力変化量に基づいたＰＭ量の増加割合は予めマップ値としてＥＣＵのメモリ（図示略）に記憶されている。

また、距離算出部３３は、ＰＭ堆積量推定部３５によって推定されたＤＰＦ１４に堆積するＰＭ量の増加割合とＤＰＦ１４の堆積限界量とに基づき、ＤＰＦ１４の再生処理が実行されるべき走行予定距離（即ち、再生時期）Ｙを算出するものである。
さらに、この距離算出部３３は、燃料残量センサ１７によって満タンであることが計測された後にエンジン１１のインジェクタ（図示略）によって噴射された燃料消費量を積算することで燃料消費量積算値として算出し、この燃料消費量積算値に基づいて燃費の平均値（平均燃費）を算出し、この平均燃費と実際の燃料残量とに基づき、車両が残存する燃料によって走行できると予想される距離（走行可能距離）Ｘを算出するものである。

また、再生繰上げ部３２は、ＤＰＦ１４の再生処理が実行されるべき走行予定距離Ｙに達する前であっても、燃料タンクに残存する燃料により走行可能な距離Ｘが所定距離（所定値）Ａ以下であり、且つ、距離算出部３３によって算出された予定走行距離Ｙと走行可能距離Ｘとの差が所定距離Ｃ以下で所定距離Ｂ以上（即ち、Ｘ≦Ａ、且つ、Ｂ≦Ｘ−Ｙ≦Ｃ）であるという特別条件が満たされた場合には、ＰＭの堆積量が所定量以上になっていなくても再生処理部２２による燃料制御を行なうことでＤＰＦ１４の再生処理を強制的に実行させる（即ち、再生処理の繰上げ実行を行なう）ものである。

なお、ここで、Ｘ≦Ａという条件は、燃料残量が十分であって走行可能距離Ｘが長い場合には、再生処理の繰上げ実行は不要であるという観点に基づいて設定された条件である。また、Ｂ≦Ｘ−Ｙ≦Ｃという条件は、現存する燃料残量で走行可能な距離Ｘが再生処理が実行されるべき走行距離Ｙと近似している場合には、再生処理中にガス欠が生じてしまうおそれがあるため、再生処理を繰り上げて実行することが好ましいという観点に基づいて設定された条件である。したがって、各所定距離Ａ，Ｂ，Ｃは、Ａ＞Ｃ＞Ｂという大小関係にある。

また、再生禁止部３４は、上述の特別条件（Ｘ≦Ａ、且つ、Ｂ≦Ｘ−Ｙ≦Ｃ）が満たされた場合であっても、走行可能距離Ｘが所定距離（所定値）Ｄ以下（即ち、Ｘ≦Ｄ）の場合は、再生処理部２２の作動を禁止することで、メイン噴射時期の遅角、あるいは、ポスト噴射といった、燃料制御によるＤＰＦ１４の再生処理の実行を禁止するものである。なお、Ｘ≦Ｄという条件は、残存する燃料量が少ないため間もなくガス欠になるような場合には、再生処理を実行すべきではないという観点に基づいて設定された条件である。

本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
まず、距離算出部３３が、燃料残量センサ１７による燃料残量の計測結果に基づき満タンであることが計測された後にエンジン１１のインジェクタ（図示略）によって噴射された燃料消費量を積算することで燃料消費量積算値として算出する（ステップＳ２１，Ｓ２２）。そして、距離算出部３３は、この燃料消費量積算値に基づいて燃費の平均値（平均燃費）を算出し、この平均燃費と実際の燃料残量とに基づき、車両が残存する燃料によって走行できると予想される距離（走行可能距離）Ｘを算出する（ステップＳ２４）。

また、ステップＳ２５において、ＰＭ堆積量推定部３５が、所定距離を走行する間のＰＭ推定量の変化に基づき、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭ量の増加割合を推定する。
そして、ステップＳ２６において、距離算出部３３が、ＰＭ堆積量推定部３５によって推定されたＤＰＦ１４に堆積するＰＭ量の増加割合と、予めＥＣＵ３１のメモリ内に記憶されていたＤＰＦ１４の堆積限界量とに基づき、ＤＰＦ１４の再生処理が実行されるべき走行予定距離（即ち、再生時期）Ｙを算出する。

その後、図５に示すステップＳ２７において、再生繰上げ部３２が、走行可能距離Ｘが所定距離（所定値）Ａ以下であり、且つ、距離算出部３３によって算出された予定走行距離Ｙと走行可能距離Ｘとの差が所定距離Ｃ以下で所定距離Ｂ以上（即ち、Ｘ≦Ａ、且つ、Ｂ≦Ｘ−Ｙ≦Ｃ）であるという特別条件が満たされているか否かを判定する。
ここで、この特別条件が満たされている場合には（Ｙｅｓルート）再生繰上げ部３２が再生処理部２２を強制的に作動させて、ＤＰＦ１４の再生処理が実行されるべき走行予定距離Ｙに達する前であっても、再生時期が繰り上がったと擬制してＤＰＦ１４の再生処理が実行され（ステップＳ２８）、ステップＳ２９へ進む。

一方、特別条件が満たされていない場合には（ステップＳ２７のＮｏルート）、ステップＳ２８の再生処理の繰上げが実行されず、ステップＳ２９へ進む。
その後、再生禁止部３４が、上述の特別条件を満たすか否かの判定に関わらず、走行可能距離Ｘが所定距離（所定値）Ｄ以下（即ち、Ｘ≦Ｄ）の場合は、再生処理部２２の作動を禁止することで、メイン噴射時期の遅角、あるいは、ポスト噴射といった、再生処理部２２によるＤＰＦ１４の再生処理の実行を禁止し（ステップＳ２９のＹｅｓルートおよびステップＳ３０）、一方、走行可能距離Ｘが所定距離Ｄを超えている場合にはリターンする。

このように、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、再生時期に至るまでの予定走行距離Ｙと燃料残量に基づく走行可能距離Ｘとの差が少ない場合には、ＤＰＦ１４に対する再生処理を実行している間にガス欠が発生するおそれがあるとして、実際に再生時期に至っていない場合でも、既に再生時期に至ったと繰り上げ擬制することで、再生処理部２２による燃料制御を用いた再生処理を強制的に実行する。これにより、再生処理の実行中にガス欠となる事態を未然に防止することが可能となり、再生処理中に生じたガス欠に起因するＤＰＦ１４における異常燃焼を回避することができる。

また、再生処理を実行することで、ＤＰＦ１４の浄化性能の低下を防止することもできる。
また、残存している燃料で走行可能な距離Ｘ（燃料残量に相関するパラメータ）が所定距離Ａ以下である場合という条件を再生処理の繰上げ実行の条件（特別条件）としているので、むやみに再生処理を実行することを防ぎ、燃料の浪費を未然に防ぐことができる。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は係る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種々変形して実施することができる。
例えば、上述の第１実施形態においては、再生禁止部２３が、燃料残量センサ１７により計測された燃料残量が所定の基準値以下の場合は、再生処理手段の作動を禁止する場合について説明したが、燃料残量センサ１７により計測された燃料残量に代えて、満タン給油後にインジェクタによって噴射された燃料量の積算値などの燃料残量に相関するパラメータ値を用いるようにしてもよい。また、ＰＭ堆積量の推定手法は上述の実施形態の手法に限らず他の手法で推定しても良い。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の作用を示す模式的なフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す模式的なブロック図である。本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の作用を示す模式的なフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の作用を示す模式的なフローチャートである。排ガスフィルタにおいてガス欠により発生した異常燃焼を示す模式的なグラフである。

符号の説明

１１ディーゼルエンジン（エンジン，内燃機関）
１２排気系
１３酸化触媒
１４ＤＰＦ（排ガスフィルタ）
１７燃料残量センサ（残量検出手段）
２２再生処理部（再生処理手段）
２３，３４再生禁止部（再生禁止手段）
２４ＰＭ堆積量推定部（ＰＭ堆積量推定手段）
３２再生繰上げ部（再生繰上げ手段）
３３距離算出部（距離算出手段）

Claims

内燃機関の排ガス通路内に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集する排ガスフィルタと、
該排ガスフィルタの再生時期になると燃料制御により排ガスフィルタへ流入する排ガスの温度を上昇させて該排ガスフィルタの再生処理を実行する再生処理手段と、
該燃料を貯蔵する燃料タンクの燃料残量を検出する残量検出手段と、
該再生時期に至るまでの走行予定距離と該燃料残量に基づく走行可能距離とを算出する距離算出手段と、
該排ガスフィルタの再生時期前であっても、特定条件が満たされた場合には該再生処理手段を強制的に作動させる再生繰上げ手段とから構成され、
該特定条件は、該距離算出手段によって算出された該予定走行距離と該走行可能距離との差が所定距離以下である場合として設定されている
ことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
該特定条件には、該燃料残量あるいは該燃料残量に相関するパラメータ値が所定の基準値以下の場合という条件が加えられている
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化装置。