特許 6384196 排気浄化装置の再生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6384196

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】排気浄化装置の再生装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/36 20060101AFI20180827BHJP

   F01N 3/025 20060101ALI20180827BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20180827BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20180827BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/36 D

   F01N3/025 101

   F02D41/02 375

   F02D45/00 340D

   F02D45/00 360F

   F02D45/00 368S

   F01N3/20 B

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-167674(P2014-167674)

(22)【出願日】2014年8月20日

(65)【公開番号】特開2016-44565(P2016-44565A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】長岡 大治

(72)【発明者】

【氏名】坂本 隆行

【審査官】 首藤 崇聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３４６７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２５５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６４２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２０８７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／３６

Ｆ０１Ｎ ３／０２

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０２Ｄ ４１／０４

Ｆ０２Ｄ ４１／３８

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｐ １９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気系に設けられた排気浄化装置の再生装置であって、
前記内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタと、
通電により発熱して前記筒内を昇温するグロープラグと、
前記インジェクタの燃料噴射及び前記グロープラグの通電を制御して、前記排気浄化装置の浄化能力を回復させる再生処理を実行する再生制御手段と、を備え、
前記再生制御手段は、前記再生処理に際し、前記インジェクタの燃料噴射を少なくともポスト噴射を含む多段噴射で制御すると共に、前記グロープラグを所定のデューティ比で通電して前記ポスト噴射による供給燃料を筒内燃焼させ、
前記再生装置は、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じたデューティ比が設定された通電量マップと、をさらに備え、
前記再生制御手段は、前記運転状態検出手段で検出される運転状態に基づいて前記通電量マップを参照することで前記グロープラグに通電するデューティ比を設定し、
前記再生装置は、
前記筒内の圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサの検出値に基づいて前記ポスト噴射の実熱発生率を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定した実熱発生率と所定の目標熱発生率との差に基づいて前記通電量マップのデューティ比を学習補正する学習補正手段と、をさらに備える
ことを特徴とする排気浄化装置の再生装置。

【請求項2】

前記内燃機関の実吸気温度を検出する吸気温度センサと、
前記吸気温度センサで検出される実吸気温度が所定の目標吸気温度よりも低い場合に当該実吸気温度と当該目標吸気温度との差に応じて前記グロープラグに通電するデューティ比を増加補正する補正手段と、をさらに備える
請求項１に記載の排気浄化装置の再生装置。

【請求項3】

前記通電量マップ上のデューティ比は、前記内燃機関の運転状態が低負荷側になるほど増加するように設定されている
請求項１または２に記載の排気浄化装置の再生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気浄化装置の再生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気浄化装置として、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）や、排気ガス中の窒素化合物（以下、ＮＯｘという）を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒が知られている。

【0003】

これらフィルタやＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、定期的に浄化能力を回復させる再生処理が必要になる。一般的な再生処理は、これらフィルタやＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に配置した酸化触媒にポスト噴射による未燃燃料を供給し、酸化反応熱によって排気温度を再生に必要な高温まで昇温することで行われる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２１５０８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のような再生処理時のポスト噴射は、圧縮上死点から１２０度ほど遅角したタイミングで行われる。しかしながら、圧縮上死点後の約１２０度付近では、排気バルブの開弁によって筒内圧が略ゼロとなり、ポスト噴射の供給燃料が筒内燃焼しない。このため、エンジン出口の排気温度を効果的に上昇させることは難しく、再生処理に酸化触媒が必須となる。

【0006】

一方、ポスト噴射による供給燃料を確実に筒内燃焼させるには、圧縮上死点後の早期にポスト噴射を行うことが考えられる。しかしながら、例えば、圧縮上死点後約１５度の早期のタイミングでは、ポスト噴射による供給燃料の燃焼エネルギがトルクとなるため、排気ガスの昇温幅は小さくなる可能性がある。

【0007】

これらを解消するには、例えば、圧縮上死点から４０〜５０度ほど遅角したタイミングでポスト噴射を行うことが好ましい。しかしながら、圧縮上死点後の４０〜５０度付近では、筒内圧が圧縮上死点よりも約半分程度に低下しているため、ポスト噴射による供給燃料を確実に筒内燃焼させられない可能性がある。

【0008】

開示のシステムは、ポスト噴射による供給燃料を筒内燃焼させて排気温度を効果的に上昇させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

開示のシステムは、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化装置の再生装置であって、前記内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタと、通電により発熱して前記筒内を昇温するグロープラグと、前記インジェクタの燃料噴射及び前記グロープラグの通電を制御して、前記排気浄化装置の浄化能力を回復させる再生処理を実行する再生制御手段と、を備え、前記再生制御手段は、前記再生処理に際し、前記インジェクタの燃料噴射を少なくともポスト噴射を含む多段噴射で制御すると共に、前記グロープラグを所定のデューティ比で通電して前記ポスト噴射による供給燃料を筒内燃焼させる。

【発明の効果】

【0010】

開示のシステムによれば、ポスト噴射による供給燃料を筒内燃焼させて排気温度を効果的に上昇させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態に係るディーゼルエンジンの吸排気系の一例を示す概略構成図である。

【図2】本実施形態に係る再生制御の一燃焼サイクルにおける筒内の熱発生率、筒内圧及び、燃料噴射タイミングを説明する図である。

【図3】本実施形態に係る通電量マップの一例を示す模式的な図である。

【図4】本実施形態に係る再生制御を説明するフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の再生装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及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】

図１は、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンとう）１０の吸排気系の一例を示す概略構成図である。図１中において、符号１１は筒内に燃料を直噴するインジェクタ、符号１２は筒内に臨むグロープラグ、符号３０は筒内圧センサ、符号３１はエンジン回転数センサ、符号３２はアクセル開度センサ、符号５０は電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）をそれぞれ示している。

【0014】

吸気マニホールド１０Ａには、筒内に吸気を導入する吸気通路１３が接続されている。この吸気通路１３には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１４、過給機のコンプレッサ１５Ａ、インタークーラ１６、吸気温度センサ１７等が設けられている。また、吸気マニホールド１０Ａには、ブースト圧センサ１８が設けられている。

【0015】

排気マニホールド１０Ｂには、筒内から排気を導出する排気通路２０が接続されている。この排気通路２０には、排気上流側から順に、過給機のタービン１５Ｂ、排気温度センサ２１、排気浄化装置４０、ＮＯｘセンサ２２等が設けられている。

【0016】

排気浄化装置４０は、ケース４０Ａ内に排気上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元型触媒４１、フィルタ４２を配置して構成されている。また、フィルタ４２の上流側及び下流側には、フィルタ４２の前後差圧を検出する差圧センサ４３が設けられている。

【0017】

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４１は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にアルカリ金属等を担持して形成されている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒４１は、排気がリーン雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、排気がリッチ雰囲気のときに排気中に含まれる還元剤（ＨＣ等）で吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。

【0018】

フィルタ４２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ４２は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆるフィルタ再生が実行される。

【0019】

ＥＣＵ５０は、エンジン１０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。また、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４１からＮＯｘやＳＯｘを離脱させる触媒再生制御及び、フィルタ４２から堆積したＰＭを燃焼除去するフィルタ再生制御を実行する再生制御手段としても機能する。以下、これら再生制御の詳細について説明する。

【0020】

[再生制御の開始条件]
触媒再生制御は、エンジン１０の運転状態やＮＯｘセンサ２２のセンサ値等に基づいて推定したＮＯｘ吸蔵量やＳＯｘ吸着量が所定の上限閾値に達すると、触媒再生フラグＦ_LNTをオン（Ｆ_LNT＝１）にすることで開始される。

【0021】

フィルタ再生制御は、差圧センサ４３で検出されるフィルタ４２の前後差圧に基づいて推定したＰＭ堆積量が所定の上限閾値に達した場合、あるいは、車両の走行距離が前回のフィルタ再生終了から所定の走行距離に達すると、フィルタ再生フラグＦ_DPFをオン（Ｆ_DPF＝１）にすることで開始される。

【0022】

［再生制御時の燃料噴射］
再生制御中の燃料噴射は、図２（ｃ）に示すように、少なくともメイン噴射を含むマルチ噴射に、圧縮上死点から約４０〜５０度ほど遅角したタイミングで所定量の燃料を噴射するポスト噴射を実行することで制御される。このポスト噴射の燃料噴射量は、排気温度センサ２１の検出値に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４１やフィルタ４２に流入する排気温度が触媒再生やフィルタ再生に必要な所定の目標温度（例えば、約５５０〜６５０℃）に維持されるようにフィードバック制御される。

【0023】

［グロープラグの通電制御］
再生制御中は、ポスト噴射による供給燃料を筒内燃焼させるグロープラグ１２の通電制御が実行される。本実施形態において、通電制御は図３に示すエンジン１０の運転状態（負荷ＱＮ）に基づいて参照される通電量マップＭで制御される。この通電量マップＭ上には、予め実験等により求めたグロープラグ１２の昇温補助が必要となるエンジン１０の負荷ＱＮに対応する通電領域Ａと、ポスト噴射による供給燃料が筒内燃焼する所定温度まで筒内ガス温度を上昇させるのに必要になるグロープラグ１２の通電量（デューティ比Ｄ）との関係が規定されている。通電量マップＭ上のデューティ比Ｄは、エンジン１０の負荷ＱＮが低負荷側になるほど増加するように設定されている。

【0024】

ＥＣＵ５０は、再生制御が開始されると、エンジン回転数センサ３１やアクセル開度センサ３２から取得されるエンジン１０の運転状態が、通電量マップＭ上の通電領域Ａ内にあるか否かを判定する。そして、運転状態が通電領域Ａにあれば、通電量マップＭからその時の運転状態に対応するデューティ比Ｄを読み取ると共に、読み取ったデューティ比Ｄでグロープラグ１２を通電する。これにより、ポスト噴射が確実に筒内燃焼されて、エンジン１０の出口排気温度は触媒再生やフィルタ再生に必要な所定の目標温度まで急速に昇温される。

【0025】

なお、図３には通電量マップＭが１個のみ示されているが、ＮＯｘパージ用、ＳＯｘパージ用、フィルタ再生用の３種類の通電量マップを個別に備えてもよい。また、エンジン１０の各気筒毎にそれぞれ通電量マップを備えてもよい。

【0026】

［デューティ比の増加補正］
低温環境下等、吸気温度が低下する状態や、過給機１５の応答遅れ等が生じると、通電量マップＭに基づいて設定したデューティ比Ｄでグロープラグ１２を通電しても、ポスト噴射による供給燃料を確実に筒内燃焼させられない可能性がある。

【0027】

このような現象を解消すべく、ＥＣＵ５０は、吸気温度センサ１７で検出される実吸気温度が所定の目標吸気温度よりも低い場合又は、ブースト圧センサ１８で検出される実吸気圧が所定の目標吸気圧よりも低い場合に、グロープラグ１２に通電するデューティ比Ｄを増加補正する。増加補正量αは、予め実験等により作成した実吸気温度と目標吸気温度との偏差又は、実吸気圧と目標吸気圧との偏差に基づいて参照される図示しない補正量マップや近似式等から求めればよい。

【0028】

［通電量マップの学習補正］
通電量マップＭから設定したデューティ比Ｄでグロープラグ１２を通電しても、グロープラグ１２の経年劣化や特性変化等の影響を受けると、図２（ａ）に示すように、ポスト噴射の筒内燃焼によって生じる実際の熱発生率が目標とする熱発熱率から乖離する可能性がある。

【0029】

このような現象を解消すべく、ＥＣＵ５０は、再生制御中に筒内圧センサ３０のセンサ値から推定したポスト噴射の実熱発生率と目標熱発生率との偏差ΔＱに基づいてデューティ比Ｄの学習補正値を演算すると共に、演算した学習補正値で通電量マップＭ上のデューティ比Ｄを更新する学習補正を実行する。

【0030】

［再生制御の終了条件］
触媒再生制御は、エンジン１０の運転状態やＮＯｘセンサ２２のセンサ値等に基づいて推定したＮＯｘ吸蔵量やＳＯｘ吸着量が所定の下限閾値まで低下すると、触媒再生フラグＦ_LNTをオフ（Ｆ_LNT＝０）にすることで終了される。

【0031】

フィルタ再生制御は、差圧センサ４３で検出されるフィルタ４２の前後差圧に基づいて推定したＰＭ堆積量が所定の下限閾値まで低下した場合に、フィルタ再生フラグＦ_DPFをオフ（Ｆ_DPF＝０）にすることで終了される。

【0032】

また、これら触媒再生制御やフィルタ再生制御は、再生制御開始から積算した累積時間が所定の上限時間に達した場合、あるいは、再生制御開始から積算したポスト噴射の累積噴射量が所定の上限噴射量に達した場合も終了される。

【0033】

次に、図４に基づいて、本実施形態に係る再生制御のフローを説明する。

【0034】

ステップＳ１００では、再生制御の開始条件が成立したか否かが判定される。ＮＯｘ吸蔵量やＳＯｘ吸着量が所定の上限閾値に達した場合は、ステップＳ１１０に進んで触媒再生フラグＦ_LNTがオン（Ｆ_LNT＝１）にされる。また、ＰＭ堆積量が所定の上限閾値に達した場合は、ステップＳ１１０に進んでフィルタ再生フラグＦ_DPFがオン（Ｆ_DPF＝１）にされる。

【0035】

ステップＳ１２０では、エンジン回転数センサ３１やアクセル開度センサ３２から取得されるエンジン１０の運転状態が、通電量マップＭ上の通電領域Ａの範囲内にあるか否かが判定される。エンジン１０の運転状態が通電領域Ａにある場合（Ｙｅｓ）は、昇温補助を実行すべくステップＳ１３０に進む。一方、エンジン１０の運転状態が通電領域Ａにない場合（Ｎｏ）は、昇温補助を行うことなくステップＳ１６０に進む。

【0036】

ステップＳ１３０では、吸気温度センサ１７で検出される実吸気温度が所定の目標吸気温度よりも低いか否かが判定される。実吸気温度が目標吸気温度よりも低くない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１４０に進み、通電量マップＭから読み取ったデューティ比Ｄでグロープラグ１２が通電される。

【0037】

一方、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１５０に進み、通電量マップＭから読み取ったデューティ比Ｄに実吸気温度と目標吸気温度との偏差に応じた増加補正量αを加算した値でグロープラグ１２が通電される。

【0038】

ステップＳ１６０では、圧縮上死点から約４０〜５０度ほど遅角したタイミングで所定量の燃料を噴射するポスト噴射が開始される。

【0039】

ステップＳ１７０では、筒内圧センサ３０のセンサ値から推定したポスト噴射の実熱発生率が目標熱発生率よりも低いか否かが判定される。実熱発生率が目標熱発生率よりも低い場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１８０に進み、実熱発生率と目標熱発生率との偏差ΔＱに基づいてデューティ比Ｄの学習補正値が演算されると共に、学習補正値で通電量マップＭ上のデューティ比Ｄを更新する学習補正が実行される。

【0040】

ステップＳ１９０では、再生制御の終了条件が成立したか否かが判定される。ＮＯｘ吸蔵量やＳＯｘ吸着量が所定の下限閾値まで低下した場合、ＰＭ堆積量が所定の下限閾値まで低下した場合、再生制御の累積時間が所定の上限時間に達した場合、あるいは、ポスト噴射の累積噴射量が所定の上限噴射量に達した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２００に進み、触媒再生フラグＦ_LNTあるいは、フィルタ再生フラグＦ_DPFをオフ（Ｆ_LNT＝０，Ｆ_DPF＝０）にして、グロープラグ１２の通電及びポスト噴射が終了される。

【0041】

次に、本実施形態に係る再生装置の作用効果を説明する。

【0042】

本実施形態の再生装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４１やフィルタ４２の再生処理に際し、圧縮上死点から約４０〜５０度ほど遅角したタイミングでポスト噴射が実行されると共に、グロープラグ１２の昇温補助によってポスト噴射の供給燃料が効果的に筒内燃焼されるように構成されている。したがって、可変バルブタイミング機構等の追加の装置や酸化触媒を用いることなく、排気温度を急速に上昇させることが可能となり、装置の大型化やコストの上昇を効果的に抑制することができる。

【0043】

また、低温環境下等、吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合は、グロープラグ１２に通電するデューティ比Ｄを実吸気温度と目標吸気温度との偏差に応じ増加補正するように構成されている。したがって、低温環境下においても、ポスト噴射による供給燃料を確実に筒内燃焼させることが可能となり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４１やフィルタ４２の再生処理を確実に行うことができる。

【0044】

また、再生制御中は、ポスト噴射による実熱発生率と目標熱発生率との偏差ΔＱに基づいて通電量マップＭ上のデューティ比Ｄを学習補正するように構成されている。したがって、グロープラグ１２の経年劣化や特性変化、個体差等の影響を効果的に排除することができる。

【0045】

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。

【0046】

例えば、ＮＯｘ触媒はＮＯｘ吸蔵還元型触媒４１に限定されず、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤とするＮＯｘ選択還元型触媒であってよい。ＮＯｘ選択還元型触媒の場合は、再生処理としてＳＯｘパージを行うように構成すればよい。

【符号の説明】

【0047】

１０ エンジン（内燃機関）
１１ インジェクタ
１２ グロープラグ
１３ 吸気通路
１７ 吸気温度センサ
２０ 排気通路（排気系）
３０ 筒内圧センサ
３１ エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）
３２ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
４０ 排気浄化装置
４１ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
４２ フィルタ
５０ ＥＣＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】