(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、
図1〜3に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の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。
【0013】
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、例えば配送車等のトラック(以下、車両という)に搭載されるものである。
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、図示しない吸気バルブの開弁により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、図示しない排気バルブの開弁により排気ガスを排出する排気通路14が接続されている。
【0014】
吸気通路11には、吸気上流側から順に、エアフィルタ15と、ターボ過給機16のコンプレッサ16aと、インタクーラー17とが設けられている。また、排気通路14には、排気上流側から順に、ターボ過給機16のタービン16bと、排気管内噴射装置18と、排気後処理装置30とが設けられている。さらに、排気通路14と吸気通路11とはEGR通路20で接続されており、このEGR通路20にはEGRクーラ21とEGRバルブ22とが設けられている。
【0015】
排気管内噴射装置18は、後述するECU40のDPF再生制御部45から出力される指示信号に応じて、排気下流側に設けられた排気後処理装置30の酸化触媒31に向けて未燃燃料のHC(炭化水素)を噴射する。
【0016】
排気後処理装置30は、排気上流側から順に、酸化触媒31とDPF32とを配置して構成されている。また、排気後処理装置30には、DPF32の排気上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ25が設けられている。
【0017】
酸化触媒31は公知の構造で、コーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に酸化触媒を担持して形成されている。酸化触媒31は、排気管内噴射装置18から未燃燃料が供給されると、これを酸化して、酸化により発生する熱で排気ガスを昇温する。
【0018】
DPF32は公知の構造で、排気ガス中のPMをフィルタに捕集するとともに、PM堆積量が所定の上限値に達すると、堆積したPMを焼却除去する再生が行われる。このDPF32の再生は、排気管内噴射装置18から酸化触媒31に未燃燃料を供給し、供給された未燃燃料の酸化により発生する熱で排気ガスをPM燃焼温度まで昇温することで行われる。
【0019】
再生実行選択スイッチ35は、ドライバーの手動操作による再生実行の選択が可能なスイッチであって、例えば図示しない車両の運転室内に設けられている。この再生実行選択スイッチ35は、詳細を後述するECU40と電気配線を介して接続されており、ドライバーによりオン操作されると、DPF32の再生が実行されるように構成されている。
【0020】
ECU40は、エンジン10の燃料噴射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構成されている。この各種制御を行うために、ECU40には、差圧センサ25や、車速センサ26、図示しないアクセル開度センサ等の各種センサの出力信号がA/D変換された後に入力される。
【0021】
また、
図2に示すように、ECU40は、PM堆積量演算部41と、再生完了判定部42と、燃料供給量判定部43と、再生実行可否判定部44と、DPF再生制御部45とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態で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。
【0022】
PM堆積量演算部41は、DPF32に捕集されて堆積したPMの堆積量を演算する。より詳しくは、ECU40には、予め作成されたDPF32の排気上流側及び下流側の差圧ΔPとPMの堆積量Pとの関係を示すマップ(不図示)が記憶されている。PM堆積量演算部41は、このマップから差圧センサ25の検出値に対応する堆積量Pを読み取ることで、DPF32に堆積したPMの堆積量を演算する。
【0023】
なお、差圧センサ25を用いない場合は、エンジン10の運転状態であるエンジン回転数とエンジン負荷とに応じた単位時間当たりのPM排出量を示すマップ(不図示)を予め記憶させておき、このマップからエンジン10の稼働時間の積算値に対応するPM排出量を読み取ることで、PMの堆積量を演算してもよい。
【0024】
再生完了判定部42は、後述するDPF再生制御部45によるDPF32の再生が完了したか否かを判定する。より詳しくは、ECU40には、DPF32の再生が完了した際のPMの堆積量下限閾値P
MINが予め記憶されている。再生完了判定部42は、PM堆積量演算部41により演算された堆積量Pが堆積量下限閾値P
MINに達した場合(P≦P
MIN)に、DPF再生制御部45によるDPF32の再生を完了したと判定する。
【0025】
燃料供給量判定部43は、DPF再生制御部45による再生制御中に、排気管内噴射装置18から酸化触媒31に供給された燃料の供給量積算値Vが、DPF32を再生させるのに十分な供給量か否かを判定する。より詳しくは、ECU40には、DPF32を再生させることができる酸化触媒31での燃料の消費量下限閾値V
MINが予め記憶されている。また、供給量積算値Vは、温度センサ(不図示)でDPF32の温度をモニタしながら目標温度を維持できる燃料供給量をECU40で計算すると共に、この計算される燃料供給量をDPF再生制御の開始時点(堆積量Pが所定の上限値に達した時点)から現在まで積算することで算出される。燃料供給量判定部43は、この算出された供給量積算値Vが消費量下限閾値V
MIN以上の場合(V≧V
MIN)に、供給量をDPF32の再生に十分と判定する。
【0026】
再生実行可否判定部44は、車両の走行距離が、酸化触媒31の温度を高温状態に維持してDPF32を再生できる所定の走行距離に達した場合にDPF32を「再生可能状態」と判定する。より詳しくは、ECU40には、車両が配送エリアを抜ける走行距離や、営業所に戻ったと想定される走行距離が走行距離判定閾値D
0として予め記憶されている。この走行距離判定閾値D
0は、車両毎に変えられるように、外部ツールから書き換え可能に構成されている。
【0027】
再生実行可否判定部44は、車両が走行を開始してから燃料供給量判定部43が供給量をDPF32の再生に十分(V≧V
MIN)と判定した時点までの絶対走行距離D
1を、車速に走行時間を乗算して得た値を積算する方法や、走行メータの値を取得する方法等の周知の手法を用いて算出すると共に、この絶対走行距離D
1を基準走行距離としてECU40の記憶部に記憶する。さらに、再生実行可否判定部44は、車両が走行を開始してから現在までの絶対走行距離D
2を、車速に現在までの走行時間を乗算して得た値を積算する方法や、走行メータの値を取得する方法等の周知の手法を用いて算出する。そして、再生実行可否判定部44は、算出した絶対走行距離D
2から記憶した絶対走行距離D
1を減算して得られる相対走行距離D
3(=D
2−D
1)が走行距離判定閾値D
0に達した場合(D
3≧D
0)に、DPF32を「再生可能状態」と判定する。なお、ECU40に記憶された絶対走行距離D
1は、車両のイグニッションがOFF操作された場合(例えば、配送のため運転者が車両からキーを抜き取って完全に離れるような場合)も保存されるように構成されている。
【0028】
DPF再生制御部45は、排気管内噴射装置18による燃料噴射を制御して、DPF32の再生を実行する。より詳しくは、ECU40にはDPF32に捕集されて堆積したPMを焼却除去すべき堆積量上限閾値P
MAXが予め記憶されている。DPF再生制御部45は、PM堆積量演算部41により演算されるPMの堆積量Pがこの堆積量上限閾値P
MAXを超えると、排気管内噴射装置18に燃料を噴射させる指示信号を出力する。
【0029】
一方、DPF再生制御部45は、再生完了判定部42がDPF32の再生を未完了(P>P
MIN)と判定し、かつ、燃料供給量判定部43が供給量をDPF32の再生に十分(V≧V
MIN)と判定した場合は、再生実行可否判定部44が「再生可能状態」と判定するまで、DPF32の再生を停止させる。これにより、車両が配達エリア内を走行中など、酸化触媒31の温度が低下した状態における無駄な燃料消費が抑止されるように構成されている。
【0030】
なお、DPF再生制御部45は、ドライバーにより再生実行選択スイッチ35がオン操作された場合は、上述の各条件にかかわらずDPF32の再生を実行する。すなわち、DPF32の再生を実行する前に車両が営業所に戻った場合であっても、ドライバーの手動操作でDPF32の再生を確実に行えるように構成されている。
【0031】
次に、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置による制御フローを
図3に基づいて説明する。なお、本制御はエンジン10の始動(イグニッションのON操作)時に、直前のエンジン10の停止(イグニッションのOFF操作)時の制御状態(制御ステップ、供給量積算値V、絶対走行距離D
1)からスタートする。エンジン10の停止(イグニッションのOFF操作)時の制御状態は、ECU40の記憶部に記憶され、イグニッションOFF操作時においても保存される。
【0032】
ステップ(以下、ステップを単にSと記載する)100では、PM堆積量演算部41により演算されるPMの堆積量Pが堆積量上限閾値P
MAXを超えたか否かが確認される。堆積量Pが堆積量上限閾値P
MAXを超えた場合は、DPF32の再生を実行すべくS110へと進む。
【0033】
S110では、DPF再生制御部45によるDPF32の再生が実行される。すなわち、DPF再生制御部45から排気管内噴射装置18に燃料を噴射させる指示信号が出力されると共に、排気管内噴射装置18から酸化触媒31に未燃燃料が供給される。
【0034】
さらに、S120では、再生完了判定部42によりDPF32の再生が完了したか否かが判定される。PM堆積量演算部41により演算された堆積量Pが堆積量下限閾値P
MINに達した場合は、DPF32の再生は完了と判定されてリターンされる。一方、PM堆積量演算部41により演算された堆積量Pが堆積量下限閾値P
MIN未満の場合は、DPF32の再生は未完了と判定されてS130に進む。
【0035】
S130では、燃料供給量判定部43により、前述のS110で排気管内噴射装置18から酸化触媒31に供給された燃料の供給量積算値Vが、DPF32の再生に十分な供給量か否かが判定される。燃料の供給量積算値Vが消費量下限閾値V
MIN以上の場合(V≧V
MIN)は、燃料の供給量はDPF32の再生に十分と判定されてS140に進む。一方、燃料の供給量積算値Vが消費量下限閾値V
MIN未満の場合(V<V
MIN)は、燃料の供給量はDPF32の再生に不十分と判定されてS110に戻される。すなわち、DPF再生制御部45によるDPF32の再生が再び実行される。
【0036】
S140では、再生実行可否判定部44により、車両が走行を開始してから燃料供給量判定部43が供給量をDPF32の再生に十分(V≧V
MIN)と判定した時点までの絶対走行距離D
1が算出されると共に、この絶対走行距離D
1が基準走行距離としてECU40に記憶される。
【0037】
S150では、再生実行可否判定部44により、車両が走行を開始してから現在までの絶対走行距離D
2が算出されると共に、この絶対走行距離D
2から前述のS140で記憶した絶対走行距離D
1を減算して得られる相対走行距離D
3(=D
2−D
1)が、酸化触媒31の温度を高温状態に維持してDPF32を再生できる走行距離判定閾値D
0に達したか否かが確認される。相対走行距離D
3が走行距離判定閾値D
0に達した場合(D
3≧D
0)は、DPF32は「再生可能状態」と判定されてS110へと戻される。一方、相対走行距離D
3が走行距離判定閾値D
0に達していない場合(D
3<D
0)は、DPF32は「再生可能状態にない」と判定されてS160へと進む。
【0038】
S160では、再生実行選択スイッチ35がドライバーによりオン操作されているか否かが確認される。再生実行選択スイッチ35がオン操作されている場合は、DPF32の再生を実行すべくS110へと戻される。
【0039】
一方、再生実行選択スイッチ35がオン操作されていない場合は、S150へと戻される。すなわち、相対走行距離D
3が走行距離判定閾値D
0に達してDPF32が「再生可能状態」と判定されるか、又は再生実行選択スイッチ35がオン操作されるまで、DPF32の再生は停止される(S150及びS160のステップを繰返す)。
【0040】
次に、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置による作用効果について説明する。
【0041】
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置では、車両の走行距離が、酸化触媒31の温度を高温状態に維持できる走行距離に達するまで、DPF32の再生は停止される。すなわち、車両が配送エリアを走行している際など、酸化触媒31の温度が低下した状態においては、酸化触媒31への未燃燃料の供給は停止されるように構成されている。したがって、DPF32の再生に際し、酸化触媒31への無駄な燃料供給が抑制され、燃費を効果的に向上することができる。
【0042】
また、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置では、イグニッションがOFF操作された場合においても、燃料の供給量積算値Vを消費量下限閾値V
MIN以上と判定した時点での絶対走行距離D
2がECU40に記憶されて保存されるので、DPF32の再生制御を停止した状態で設定された走行距離判定閾値D
0以上の距離を走行しないように構成されている。したがって、燃費の改善が可能であると共に、再生制御の停止中にDPF32が捕集限界に達して故障することを効果的に回避することができる。
【0043】
また、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置では、車両の走行距離が、酸化触媒31の温度を高温状態に維持できる走行距離に達していない場合であっても、ドライバーによる再生実行選択スイッチ35のオン操作でDPF32の再生を実行するように構成されている。したがって、DPF32の再生が実行される前に、車両が営業所に戻った場合であっても、ドライバーの手動操作でDPF32の再生を確実に行うことができる。
【0044】
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。
【0045】
例えば、上述の実施形態において、
図3の制御フローに示すように、DPF32の再生を停止させるロジック(S150)は、1回目のDPF32の再生(S110)が行われた後に機能するものとして説明したが、この1回目のDPF32の再生が行われる前から機能させても良い。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【0046】
また、酸化触媒31への燃料の供給は、排気管内噴射装置18に限られず、例えばエンジン10のポスト噴射を用いてもよい。