ディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法
【課題】ＤＯＣの活性状態を、ＤＯＣ出口温度の測定値からＤＯＣの入口温度を推定することで、排ガス温度センサの設置個所を極力少なくして装置を簡素化するとともに、ＤＯＣの触媒活性判定の判定精度を向上するディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法を提供することを目的とする。
【解決手段】吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、ＤＯＣ３の上流側に第１燃料を供給してＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置されたＤＰＦに堆積したＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめるように構成し、ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいてＤＯＣの入口温度を推定する入口温度推定手段７１と、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かに基づいてＤＯＣ３の活性化を判定するＤＯＣ活性判定手段７３とを備えたこと。
【解決手段】吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、ＤＯＣ３の上流側に第１燃料を供給してＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置されたＤＰＦに堆積したＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめるように構成し、ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいてＤＯＣの入口温度を推定する入口温度推定手段７１と、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かに基づいてＤＯＣ３の活性化を判定するＤＯＣ活性判定手段７３とを備えたこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を設けたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される黒煙の対策として、排気中に含まれるＰＭをＤＰＦによって捕集し除去する技術が知られている。
運転中にこのＤＰＦにＰＭが堆積していき、やがてその堆積量が許容値を上回ると、目詰まりが生じて排圧を上昇させて運転性に悪影響を及ぼすため、堆積したＰＭを除去して強制的に再生する必要がある。
ＤＰＦの強制再生の実施にあたっては、ＤＰＦに流入するガス温度を高温に保つ必要があり、ガス温度上昇のために吸気スロットルバルブ、排気ロットルバルブの開度を小さくして、吸気ガス量を少なくしたり、排ガス後処理装置（ＤＯＣ＋ＤＰＦ）（図１参照）への燃料供給、すなわち、ＤＯＣの上流側への燃料の添加または燃焼室内へのポスト噴射等が行われている。
【０００３】
例えば、ＤＰＦの強制再生の実施時には、図３に示すように、強制再生の開始（ｔ１）後に燃焼室内への主噴射後にアーリーポトス噴射を実施して、ＤＯＣの温度を高めて活性化し（ＤＯＣ昇温ステージＡ）、その後（ｔ２以降）、燃焼室内に燃焼に寄与しないタイミングでレイトポスト噴射を実施して、ＤＰＦの前段のＤＯＣにて燃料が酸化されて発生する酸化熱で、ＤＰＦに流入する排ガス温度を上昇せしめて、ＤＰＦでＰＭが燃焼を開始する６００〜６５０℃まで昇温させて、ＰＭを燃焼除去する（ＤＰＦ入口温度制御ステージＢ）ように制御される。
【０００４】
しかし、ＤＯＣが十分活性化していない状態で、ＤＯＣ昇温ステージＡから前記ＤＰＦ入口温度制御ステージＢへ進んで、レイトポスト噴射を行うと、レイトポスト噴射の燃料が十分に蒸発しないで、すなわち液体状態の燃料がＤＯＣの前面に付着し、付着燃料は粘性が高いため、排ガス成分中のＳＯＯＴなどがＤＯＣのセル開口部に付着し開口部を閉塞し、ＤＯＣの酸化触媒機能の低下を引き起こすおそれがある。
すなわち、未反応の燃料がＤＯＣの触媒活性表面に吸着して、触媒活性が低下して酸化触媒に必要な昇温機能が得られず、後段に設置されたＤＰＦの再生処理が実施できなくなるおそれがある。
【０００５】
このため、ＤＯＣ昇温ステージＡにおいて、ＤＯＣが十分活性したかどうかを精度よく判定して、ＤＯＣが十分活性しない状態で次のＤＰＦ入口温度制御ステージＢへ進んでレイトポスト噴射を実施することがないように、また、図３の点線のようにＤＰＦ入口温度制御ステージＢへ進んだ後においてもＤＯＣの活性化が低下してしまった場合において、レイトポスト噴射を継続し続けることがないようにＤＯＣの活性判定の精度を高めて強制再生を中断する必要がある。
【０００６】
一方、酸化触媒の活性判定技術として、例えば、特許文献１（特許第４１４０３９７号公報）、さらに、特許文献２（特開２００４−２５１２３０号公報）が知られている。
特許文献１には、エンジン用酸化触媒の活性判定装置について示されており、酸化触媒の上流側の排ガス温度を検出する排ガス温度センサを設置して、検出された温度を基に酸化触媒の活性度が判定される。
また、特許文献２においても、同様に、酸化触媒の活性度を精度よく検出するために、酸化触媒内を通過する排ガスの排ガス流速と、酸化触媒に流入する排ガス温度と、および膨張行程噴射の噴射時期及び噴射量とに基づいて推定されることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第４１４０３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記特許文献１、２の酸化触媒の活性判定装置は、いずれも、酸化触媒に流入する排ガス温度を検出して、該検出値に基づいて活性状態が判定されるので、酸化触媒の入り口側に排ガス温度センサの設置が必要となり、設置スペースの確保が必要となるとともに装置の大型化を生じる問題がある。
特に、ＤＯＣの後段側にはＤＰＦが設置されて、該ＤＰＦの強制再生制御のためにＤＰＦの入口排ガス温度を検出する必要があるため、排ガス温度センサの設置個数は極力減らして必要最小限の排ガス温度センサで装置を構成することが望ましい。
【０００９】
一方、前記したようにＤＯＣが十分活性化しない温度状態で、ＤＰＦ入口温度制御ステージＢを開始して、レイトポスト噴射を行うと、排気通路内で蒸発しきれない燃料が、ＤＯＣの前面に付着し粘性が高いため、排ガス成分中のＳＯＯＴなどがＤＯＣのセル開口部を閉塞し、ＤＯＣの酸化触媒機能の低下を引き起こしたり、燃料の触媒活性点吸着による一時的な触媒性能劣化のおそれがあるので、より精度の高いＤＯＣの活性判定が必要となる。
また、ＤＯＣは使用時間の経過とともに反応速度、または浄化率が低下するため、ＤＯＣの活性化の判定において、触媒の劣化状態を考慮して判定する必要があるが、前記特許文献１、２に記載の技術においてはこのような、酸化触媒の運転履歴による活性低下を反映しての触媒活性判定については開示されていない。
【００１０】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＤＯＣの活性状態を、ＤＯＣ出口温度の測定値からＤＯＣの入口温度を推定することで、排ガス温度センサの設置個所を極力少なくして装置を簡素化するとともに、ＤＯＣの触媒活性判定の判定精度を向上するディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はかかる課題を解決するもので、ディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置の発明は、排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置において、前記ＤＯＣの上流側に該ＤＯＣを活性化させるため吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、第１燃料を供給して該ＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置された前記ＤＰＦに堆積した前記ＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめるように構成し、前記ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいて該ＤＯＣの入口温度を推定する入口温度推定手段と、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かによって前記ＤＯＣの活性化を判定するＤＯＣ活性判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、ディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法の発明は、排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法において、
前記ＤＯＣの上流側に該ＤＯＣを活性化させるため吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、第１燃料を供給して該ＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置された前記ＤＰＦに堆積した前記ＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめ、前記ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいて該ＤＯＣの入口温度を推定し、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かによって前記ＤＯＣの活性化を判定することを特徴とする。
【００１３】
かかる装置発明および方法発明によれば、ＤＯＣに流入する排ガス温度を、ＤＯＣの入口側に排ガス温度センサを設置することなく、ＤＯＣの出口側に設けた排ガス温度センサによる測定値に基づいて推定して、ＤＯＣの活性状態を判定するため、必要最小限の排ガス温度センサの個数で、ＤＯＣの活性判定を行うことができ、装置を簡素化できる。
【００１４】
また、ＤＯＣの出口側に設けた排ガス温度センサによる測定値に基づいてＤＯＣの入口温度を推定し、その推定した入口温度が、ＤＰＦの強制再生可能領域にあるか否かによって、ＤＯＣの活性状態を判定するため、ＤＯＣの活性状態を早期に正確かつ確実に判定でき、セル開口部の閉塞や活性性能の低下を事前に防止できる。
【００１５】
また、かかる装置発明および方法発明において好ましくは、前記入口温度推定手段は、ＤＯＣの出口温度の測定値、ＤＯＣへの燃料供給量、ＤＯＣを流れる排ガス量、およびＤＯＣの活性低下係数に基づいてＤＯＣの入口温度を算出して推定するとよい。
【００１６】
ＤＯＣの入口温度を算出は、ＤＯＣの酸化作用で、入口温度Ｔ１が出口温度Ｔ２に昇温した場合を例にとると、Ｔ１からＴ２に昇温させるために必要な熱量と、供給された燃料の酸化熱量とがバランスすることから次の式（１）の関係が成り立つ。
Ｃ（Ｔ２−Ｔ１）Ｑ＝ｑ・η …（１）
ここで、Ｃ：排ガス比熱、Ｑ：排ガス量、
ｑ：ＤＯＣ活性化のための供給燃料熱量
η：ＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）
従って、（１）式よりＴ１を算出することで、ＤＯＣの入口温度を算出できる。また、ＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）ηを用いることで、運転履歴によるＤＯＣの酸化触媒機能の低下を考慮した触媒活性判定を行うことができ、活性判定の精度が向上する。
【００１７】
また、かかる装置発明および方法発明において好ましくは、前記ＤＯＣが活性化していないと判定したとき前記第２燃料の供給を停止するとよい。
このように構成することによって、前記ＤＯＣが活性状態にないと判定したときには、ＤＰＦに堆積しているＰＭを燃焼除去する制御（ＤＰＦ入口温度制御ステージＢ）へ進むことを中止し、また、ＤＰＦ入口温度制御ステージＢの制御が開始されている場合には第２燃料の供給を停止して、ＤＰＦの強制再生を中断するため、不要な燃供給が回避されて燃費を改善できる。
【００１８】
また、かかる装置発明において好ましくは、前記第１燃料の供給が燃焼室内への主噴射後のアーリーポスト噴射であり、前記第２燃料の供給が前記アーリーポスト噴射後の燃焼に寄与しないクランク角において噴射するレイトポスト噴射で構成される。
このように構成することによって、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を用いて、ＤＯＣの昇温制御およびＤＰＦの再生制御をおこなうことができるので、ＤＯＣの上流側の排気通路に燃料噴射装置を装着する必要がなく装置を簡単化できる。
【００１９】
また、かかる装置発明において好ましくは、エンジン回転数および負荷の関係より定常運転時のＤＯＣ活性状態がマップによって予め設定されている活性マップを備え、前記ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とを比較する判定結果チェック手段を備えるとよい。
このように前記ＤＯＣ活性判定手段によって、前記式（１）によるＤＯＣの入口温度を基に活性状態を判定した結果と、予めエンジンの運転状態に対応して設定された活性状態による判定結果とを比較することで、判定結果のクロスチェックができ、ＤＯＣの活性判定の精度が向上するとともに、信頼性が高まる。
【００２０】
さらに、前記判定結果チェック手段は、前記ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とが異なっているときに、ＤＯＣの活性以外にエンジン側に故障が存在することを報知するように構成される。
【００２１】
かかる構成によって、ＤＯＣ活性判定手段によって、前記式（１）によるＤＯＣの入口温度を基に活性状態を判定した結果に問題があり、すなわち、燃料噴射装置の異常や排ガス温度センサの故障等の可能性があるため、ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とが異なっているときには、その旨を報知することで、エンジンシステムの重大な故障を未然に防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＤＯＣの活性状態を、ＤＯＣ出口温度の測定値からＤＯＣの入口温度を推定することで、排ガス温度センサの設置個所を極力少なくして装置を簡素化するとともに、ＤＯＣの運転履歴による活性低下を反映すること等によってＤＯＣの触媒活性判定の判定精度を向上するディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２４】
（実施形態）
図１は、排気通路１にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）３及び該ＤＯＣ３の下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）５を備えたディーゼルエンジン（以下エンジン７という）において、排ガス後処理制御装置９が設置された全体構成図を示す。
図１において、エンジン７は、排気タービン１３とこれに同軸駆動されるコンプレッサ１５を有する排気ターボ過給機１７を備えており、該排気ターボ過給機１７のコンプレッサ１５から吐出された空気は空気管１９を通って空気冷却器２１に入り、該空気冷却器２１で冷却された空気は、吸気スロットルバルブ２３で吸気流量が制御された後、吸気マニホールド２５を通り、シリンダ毎に設けられた吸気ポート２７からエンジン７の燃焼室２９内に吸入される。
【００２５】
エンジン７においては、燃料の噴射時期及び噴射量がエンジン制御装置３１の燃料噴射制御手段によって制御されており、かかる噴射時期及び噴射量にてシリンダ毎に設けられた燃料噴射弁３３から燃焼室２９内に噴射される。また、燃料ポンプ３５で加圧された高圧燃料がコモンレール３７内に貯溜され、該コモンレール３７から燃料が噴射時期及び噴射量を制御されて燃料噴射弁３３に供給されるようになっている。これら燃料噴射弁３３、燃料ポンプ３５、コモンレール３７によって燃料噴射装置を構成している。
【００２６】
また、排気通路１の途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）管３９が分岐されて、排ガスの一部（ＥＧＲガス）がＥＧＲ管３９を通り、ＥＧＲクーラ４１降温され、吸気スロットルバルブ２３の下流部位の吸気マニホールド４３にＥＧＲバルブ４５を介して投入されるようになっている。
【００２７】
エンジン７の燃焼室２９で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス４７は、シリンダ毎に設けられた排気ポート４９が集合した排気マニホールド及び排気通路１を通って、前記排気ターボ過給機１７の排気タービン１３を駆動してコンプレッサ１５の動力源となった後、排気通路１を通って排ガス後処理装置５１のＤＯＣ３に入る。この排ガス後処理装置５１はＤＯＣ３とその下流側のＤＰＦ５とによって構成されている。
【００２８】
また、制御装置５３には、吸気スロットルバルブ２３の開度信号、エアフローセンサ５５の信号、ＤＰＦ５の入口、すなわち、ＤＯＣ３の出口の排ガス温度センサ５７からの温度信号（ＤＯＣの出口温度）、およびＤＰＦ５の入口圧力センサ５９と出口圧力センサ６１の圧力信号に基づく差圧センサ６３からの差圧信号がそれぞれ入力されている。
【００２９】
ＤＰＦ５の強制再生時は、図３に示すように、まず、ｔ１時点で強制再生の制御が開始されると、ＤＯＣ３を活性化するためのＤＯＣ昇温ステージＡを行う。このＤＯＣ昇温ステージＡでは吸気スロットルバルブ２３を絞り、さらに、エンジン制御装置３１の燃料噴射制御手段によって燃焼室２９内への主噴射後１０°〜２０°にアーリーポトス噴射（第１燃料の供給）を実施するようになっている。そして、ＤＯＣ３が活性化して、ＤＯＣ３の入口温度が２００〜３００℃に達すると活性化が完了したと判定して、ｔ２時点で次のＤＰＦに堆積しているＰＭを燃焼除去する制御するためのＤＰＦ入口温度制御ステージＢへ進む。
このＤＰＦ入口温度制御ステージＢでは、エンジン制御装置３１の燃料噴射制御手段によってアーリーポトス噴射後の燃焼に寄与しないクランク角において、レイトポスト噴射（第２燃料の供給）を実施する。燃焼室２９内への噴射でなくＤＯＣ３の上流側の排気通路１に噴射してもよい。
そして、活性化されたＤＯＣ３でＤＰＦ５に流入する排ガス温度を上昇せしめて、ＤＰＦ５でＰＭが燃焼する５５０〜７００℃の温度まで昇温して、ＰＭを燃焼除去する。
【００３０】
制御装置５３は、エンジン制御装置３１と排ガス後処理制御装置９とを有して構成されており、図２に、本発明の排ガス後処理制御装置９の構成ブロック図を示す。
入口温度推定手段７１は、ＤＯＣ３の入口温度（ＤＯＣの入口排ガス温度）をＴ１、出口温度（ＤＯＣの出口排ガス温度）をＴ２とすると、すでに（１）式で説明したように、Ｔ１からＴ２に昇温させるために必要な熱量と、供給された燃料からの酸化熱量とがバランスすることから、Ｃ（Ｔ２−Ｔ１）Ｑ＝ｑ・ηの関係式が成立して、この式からＴ１を求めることができる。ここで、Ｃは排ガス比熱、Ｑは排ガス量、ｑはＤＯＣ活性化のために供給された燃料熱量、ηはＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）である。
【００３１】
排ガス量Ｑは、エアフローセンサ５５からの吸気量と燃料供給量より算出される。
また、ＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）ηを用いて運転履歴（温度、燃料消費量）によるＤＯＣ３の酸化触媒機能の低下を考慮した触媒活性判定を行う。図４にそのＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）ηの例を示す。初期性能をＳ１の点線で示し、一定の使用時間後の性能劣化後をＳ２の実戦で示す。同じＤＯＣ入口温度であっても活性率はη１からη２に低下する。従って、この活性低下係数ηを燃料発熱量に乗算して酸化機能の低下を加味する。
【００３２】
排ガス温度や、燃料やオイル中の硫黄分などの使用履歴により、ＤＯＣ３の酸化性能が低下するが、その性能低下を考慮してＤＯＣ入口温度推定を行うので、エンジンの使用履歴毎のＤＯＣ活性判定を適切に行うことができる。
【００３３】
次の、ＤＯＣ活性判定手段７３では、算出された入口温度Ｔ１に基づいて、活性領域にあるか否かを判定する。この判定は、予め、図５に示すように排ガス量Ｑを横軸に、ＤＯＣへの燃料供給量ｑを縦軸にとり、ＤＯＣの出口温度Ｔ２が約６００℃になる場合の入口温度Ｔ１と活性領域Ｙおよび未活性領域Ｚとの関係を示した判定領域マップ７５を用いて判定する。
式（１）で用いて算出する際のＴ２とその時の排ガス量Ｑおよび燃料供給量ｑの条件を基に、算出したＴ１が判定領域マップ７５上のどこに位置するかによって活性状態を判定できる。なお、この判定領域マップ７５の作成においても前記したＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）ηを反映させて作成すると、一層判定精度が高まる。
【００３４】
そして、ＤＯＣ活性判定手段７３での判定結果は、判定結果チェック手段７７において、チェックされる。ＤＯＣ活性マップ７９による判定結果とのクロスチェックによって比較される。
ＤＯＣ活性マップ７９は、図６に示すようにエンジン回転数とエンジン負荷に対応した定常時の活性状態が設定されている。横軸にエンジン回転数をとり、縦軸にエンジン負荷をとり、Ｋ１領域は使用初期の未活性領域を示し、Ｋ２領域は長期使用の未活性領域を示し、Ｋ３は活性領域を示し、排気温度、例えば排ガス温度センサ５７で検出できるＤＯＣ出口温度の高低に応じた活性領域が設定されている。
【００３５】
従って、クロスチェックの結果が共に活性領域あれば、強制再生制御手段８１の制御を継続させ、共に未活性領域であれば、強制再生制御手段８１に対して停止指令を発して、ＤＯＣ昇温ステージＡからＤＰＦ入口温度制御ステージＢへの進行を停止させ、または既にＤＰＦ入口温度制御ステージＢに入っている場合には、レイトポスト噴射およびその他のＤＰＦ入口温度制御ステージＢにおける制御を停止させる。これによって、不要なレイトポスト噴射による燃料供給が回避されて燃費を改善できる。
また、クロスチェックの結果が相違する場合には、ＤＯＣ３の活性化以外にエンジン側に故障が存在することをエンジンシステム故障報知手段８３によって操作者へ知らせる。
【００３６】
判定結果チェック手段７７によって、クロスチェックができ、ＤＯＣの活性判定の精度が向上するとともに、信頼性が高まる。
また、クロスチェックの結果が相違する場合には、ＤＯＣ活性判定手段７３によって行われた判定、すなわち前記式（１）によるＤＯＣの入口温度を基に行った結果に問題がある可能性が大きいため、例えば、燃料噴射装置の異常や排ガス温度センサ５７の故障等の可能性がある。そこで、ＤＯＣ活性判定手段７３による判定結果と前記ＤＯＣ活性マップ７９による判定結果とが異なっているときには、その旨を報知することで、エンジンシステムの重大な故障を未然に防止することができる。
【００３７】
以上のように構成された排ガス後処理制御装置９の制御について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１でＤＰＦの強制再生制御を開始する。この強制再生の開始は、例えば、堆積されたＰＭが一定値以上に達したかを、差圧センサ６３からの差圧信号によって判定して、差圧が一定値以上に達していれば再生が必要と判定して開始する。
【００３８】
ステップＳ２では、前記したように排ガス量Ｑを、エアフローセンサ５５からの吸気量と、燃料供給量より算出する。
次のステップ３では、入口温度推定手段７１によって、ＤＯＣ３の入口温度が推定される。この推定は前記したように（１）式を用いて推定される。
【００３９】
次に、ステップ４で、強制再生を開始してからの時間ｔａが、規定された一定の再生時間ｔｓを超えているかを判定し、超えていればステップＳ５で、強制再生を完了する。超えていなければ、ステップＳ６に進んで、ＤＯＣ活性判定手段７３によってステップＳ３で算出したＤＯＣ３の推定入口温度Ｔｔが、図５に示す判定領域マップ７５の境界温度Ｔａと比較して、境界温度Ｔａを超える温度であるか判定する。Ｔｔ＞Ｔａであれば、活性状態にあると判定して、ステップＳ２に戻って強制再生時間に達するまで繰り返す。
【００４０】
ステップＳ６で、Ｔｔ＞Ｔａでない場合、すなわち、ＤＯＣ３が未活性領域にあると判定した場合には、ステップＳ７に進んで、判定結果チェック手段７７によって、ステップＳ６での判定結果と、ＤＯＣ活性マップ７９に基づく定常時のＤＯＣ判定結果とのクロスチェックを行う。ともに未活性と判定した場合には、ステップＳ９へ進んで、強制再生制御手段８１に対して停止指令を発して、ＤＯＣ昇温ステージＡからＤＰＦ入口温度制御ステージＢへの進行を停止させ、または既にＤＰＦ入口温度制御ステージＢに入っている場合には、レイトポスト噴射等のＤＰＦ入口温度制御ステージＢの制御を停止させる。
【００４１】
また、クロスチェックの結果が相違する場合には、ステップＳ８に進んでＤＯＣ３の活性以外にエンジン側に故障が存在することをエンジンシステム故障報知手段８３によって操作者へ知らせる。
【００４２】
以上の実施形態によれば、ＤＯＣ３に流入する排ガス温度を、ＤＯＣ３の入口側に排ガス温度センサを設置することなく、ＤＯＣ３の出口側に設けた排ガス温度センサ５７による測定値に基づいて推定して、ＤＯＣ３の活性状態を判定するため、必要最小限の排ガス温度センサの個数で、ＤＯＣ３の活性判定を行うことができ、装置を簡素化できる。
【００４３】
また、ＤＯＣ３の出口側に設けた排ガス温度センサ５７による測定値に基づいてＤＯＣ３の入口温度を推定し、その推定した入口温度が、後段に設置されたＤＰＦ５の強制再生に可能な温度（約６００℃）に昇温される領域にあるか否かによって、ＤＯＣ３の活性状態を判定するため、出口側の排ガス温度だけからＤＯＣ３の活性状態を判定するものよりも活性状態を早期に正確にかつ確実に判定できる。
すなわち、入口側の温度変化をとらえることで早い段階で活性状態を把握できる。しかも排ガス温度センサを設置せず行うことができる。
【００４４】
また、活性状態の判定結果に基づいて、ＤＯＣ昇温ステージＡからＤＰＦ入口温度制御ステージＢへの進行を停止させ、または既にＤＰＦ入口温度制御ステージＢに入っている場合には、レイトポスト噴射を停止させることで、未活性時にレイトポスト噴射の未燃燃料分によるＤＯＣ３のセル開口部の閉塞や活性性能の低下を事前に防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、ＤＯＣの活性状態を、ＤＯＣ出口温度の測定値からＤＯＣの入口温度を推定することで、排ガス温度センサの設置個所を極力少なくして装置を簡素化するとともに、ＤＯＣの運転履歴による活性低下を反映すること等によってＤＯＣの触媒活性判定の判定精度を向上できるので、ディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法に適する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】排気通路にＤＯＣ及びＤＰＦを備えたディーゼルエンジンにおいて、排ガス後処理制御装置が設置された全体構成図である。
【図２】排ガス後処理制御装置の構成ブロック図である。
【図３】強制再生時のＤＰＦ入口温度、ＤＯＣ入口温度の変化を示す説明図である。
【図４】ＤＯＣ活性低下係数の変化状態を示す説明図である。
【図５】判定領域マップを示す説明図である。
【図６】ＤＯＣ活性マップを示す説明図である。
【図７】排ガス後処理制御装置の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 排気通路
３ ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）
５ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
９ 排ガス後処理制御装置
２３ スロットルバルブ
３１ エンジン制御装置
３３ 燃料噴射弁
５１ 排ガス後処理装置
５３ 制御装置
５５ エアフローセンサ
５７ 排ガス温度センサ
６３ 差圧センサ
７１ 入口温度推定手段
７３ ＤＯＣ活性判定手段
７５ 判定領域マップ
７７ 判定結果チェック手段
７９ ＤＯＣ活性マップ
８１ 強制再生制御手段
８３ エンジン故障報知手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を設けたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される黒煙の対策として、排気中に含まれるＰＭをＤＰＦによって捕集し除去する技術が知られている。
運転中にこのＤＰＦにＰＭが堆積していき、やがてその堆積量が許容値を上回ると、目詰まりが生じて排圧を上昇させて運転性に悪影響を及ぼすため、堆積したＰＭを除去して強制的に再生する必要がある。
ＤＰＦの強制再生の実施にあたっては、ＤＰＦに流入するガス温度を高温に保つ必要があり、ガス温度上昇のために吸気スロットルバルブ、排気ロットルバルブの開度を小さくして、吸気ガス量を少なくしたり、排ガス後処理装置（ＤＯＣ＋ＤＰＦ）（図１参照）への燃料供給、すなわち、ＤＯＣの上流側への燃料の添加または燃焼室内へのポスト噴射等が行われている。
【０００３】
例えば、ＤＰＦの強制再生の実施時には、図３に示すように、強制再生の開始（ｔ１）後に燃焼室内への主噴射後にアーリーポトス噴射を実施して、ＤＯＣの温度を高めて活性化し（ＤＯＣ昇温ステージＡ）、その後（ｔ２以降）、燃焼室内に燃焼に寄与しないタイミングでレイトポスト噴射を実施して、ＤＰＦの前段のＤＯＣにて燃料が酸化されて発生する酸化熱で、ＤＰＦに流入する排ガス温度を上昇せしめて、ＤＰＦでＰＭが燃焼を開始する６００〜６５０℃まで昇温させて、ＰＭを燃焼除去する（ＤＰＦ入口温度制御ステージＢ）ように制御される。
【０００４】
しかし、ＤＯＣが十分活性化していない状態で、ＤＯＣ昇温ステージＡから前記ＤＰＦ入口温度制御ステージＢへ進んで、レイトポスト噴射を行うと、レイトポスト噴射の燃料が十分に蒸発しないで、すなわち液体状態の燃料がＤＯＣの前面に付着し、付着燃料は粘性が高いため、排ガス成分中のＳＯＯＴなどがＤＯＣのセル開口部に付着し開口部を閉塞し、ＤＯＣの酸化触媒機能の低下を引き起こすおそれがある。
すなわち、未反応の燃料がＤＯＣの触媒活性表面に吸着して、触媒活性が低下して酸化触媒に必要な昇温機能が得られず、後段に設置されたＤＰＦの再生処理が実施できなくなるおそれがある。
【０００５】
このため、ＤＯＣ昇温ステージＡにおいて、ＤＯＣが十分活性したかどうかを精度よく判定して、ＤＯＣが十分活性しない状態で次のＤＰＦ入口温度制御ステージＢへ進んでレイトポスト噴射を実施することがないように、また、図３の点線のようにＤＰＦ入口温度制御ステージＢへ進んだ後においてもＤＯＣの活性化が低下してしまった場合において、レイトポスト噴射を継続し続けることがないようにＤＯＣの活性判定の精度を高めて強制再生を中断する必要がある。
【０００６】
一方、酸化触媒の活性判定技術として、例えば、特許文献１（特許第４１４０３９７号公報）、さらに、特許文献２（特開２００４−２５１２３０号公報）が知られている。
特許文献１には、エンジン用酸化触媒の活性判定装置について示されており、酸化触媒の上流側の排ガス温度を検出する排ガス温度センサを設置して、検出された温度を基に酸化触媒の活性度が判定される。
また、特許文献２においても、同様に、酸化触媒の活性度を精度よく検出するために、酸化触媒内を通過する排ガスの排ガス流速と、酸化触媒に流入する排ガス温度と、および膨張行程噴射の噴射時期及び噴射量とに基づいて推定されることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第４１４０３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記特許文献１、２の酸化触媒の活性判定装置は、いずれも、酸化触媒に流入する排ガス温度を検出して、該検出値に基づいて活性状態が判定されるので、酸化触媒の入り口側に排ガス温度センサの設置が必要となり、設置スペースの確保が必要となるとともに装置の大型化を生じる問題がある。
特に、ＤＯＣの後段側にはＤＰＦが設置されて、該ＤＰＦの強制再生制御のためにＤＰＦの入口排ガス温度を検出する必要があるため、排ガス温度センサの設置個数は極力減らして必要最小限の排ガス温度センサで装置を構成することが望ましい。
【０００９】
一方、前記したようにＤＯＣが十分活性化しない温度状態で、ＤＰＦ入口温度制御ステージＢを開始して、レイトポスト噴射を行うと、排気通路内で蒸発しきれない燃料が、ＤＯＣの前面に付着し粘性が高いため、排ガス成分中のＳＯＯＴなどがＤＯＣのセル開口部を閉塞し、ＤＯＣの酸化触媒機能の低下を引き起こしたり、燃料の触媒活性点吸着による一時的な触媒性能劣化のおそれがあるので、より精度の高いＤＯＣの活性判定が必要となる。
また、ＤＯＣは使用時間の経過とともに反応速度、または浄化率が低下するため、ＤＯＣの活性化の判定において、触媒の劣化状態を考慮して判定する必要があるが、前記特許文献１、２に記載の技術においてはこのような、酸化触媒の運転履歴による活性低下を反映しての触媒活性判定については開示されていない。
【００１０】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＤＯＣの活性状態を、ＤＯＣ出口温度の測定値からＤＯＣの入口温度を推定することで、排ガス温度センサの設置個所を極力少なくして装置を簡素化するとともに、ＤＯＣの触媒活性判定の判定精度を向上するディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はかかる課題を解決するもので、ディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置の発明は、排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置において、前記ＤＯＣの上流側に該ＤＯＣを活性化させるため吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、第１燃料を供給して該ＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置された前記ＤＰＦに堆積した前記ＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめるように構成し、前記ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいて該ＤＯＣの入口温度を推定する入口温度推定手段と、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かによって前記ＤＯＣの活性化を判定するＤＯＣ活性判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、ディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法の発明は、排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法において、
前記ＤＯＣの上流側に該ＤＯＣを活性化させるため吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、第１燃料を供給して該ＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置された前記ＤＰＦに堆積した前記ＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめ、前記ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいて該ＤＯＣの入口温度を推定し、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かによって前記ＤＯＣの活性化を判定することを特徴とする。
【００１３】
かかる装置発明および方法発明によれば、ＤＯＣに流入する排ガス温度を、ＤＯＣの入口側に排ガス温度センサを設置することなく、ＤＯＣの出口側に設けた排ガス温度センサによる測定値に基づいて推定して、ＤＯＣの活性状態を判定するため、必要最小限の排ガス温度センサの個数で、ＤＯＣの活性判定を行うことができ、装置を簡素化できる。
【００１４】
また、ＤＯＣの出口側に設けた排ガス温度センサによる測定値に基づいてＤＯＣの入口温度を推定し、その推定した入口温度が、ＤＰＦの強制再生可能領域にあるか否かによって、ＤＯＣの活性状態を判定するため、ＤＯＣの活性状態を早期に正確かつ確実に判定でき、セル開口部の閉塞や活性性能の低下を事前に防止できる。
【００１５】
また、かかる装置発明および方法発明において好ましくは、前記入口温度推定手段は、ＤＯＣの出口温度の測定値、ＤＯＣへの燃料供給量、ＤＯＣを流れる排ガス量、およびＤＯＣの活性低下係数に基づいてＤＯＣの入口温度を算出して推定するとよい。
【００１６】
ＤＯＣの入口温度を算出は、ＤＯＣの酸化作用で、入口温度Ｔ１が出口温度Ｔ２に昇温した場合を例にとると、Ｔ１からＴ２に昇温させるために必要な熱量と、供給された燃料の酸化熱量とがバランスすることから次の式（１）の関係が成り立つ。
Ｃ（Ｔ２−Ｔ１）Ｑ＝ｑ・η …（１）
ここで、Ｃ：排ガス比熱、Ｑ：排ガス量、
ｑ：ＤＯＣ活性化のための供給燃料熱量
η：ＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）
従って、（１）式よりＴ１を算出することで、ＤＯＣの入口温度を算出できる。また、ＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）ηを用いることで、運転履歴によるＤＯＣの酸化触媒機能の低下を考慮した触媒活性判定を行うことができ、活性判定の精度が向上する。
【００１７】
また、かかる装置発明および方法発明において好ましくは、前記ＤＯＣが活性化していないと判定したとき前記第２燃料の供給を停止するとよい。
このように構成することによって、前記ＤＯＣが活性状態にないと判定したときには、ＤＰＦに堆積しているＰＭを燃焼除去する制御（ＤＰＦ入口温度制御ステージＢ）へ進むことを中止し、また、ＤＰＦ入口温度制御ステージＢの制御が開始されている場合には第２燃料の供給を停止して、ＤＰＦの強制再生を中断するため、不要な燃供給が回避されて燃費を改善できる。
【００１８】
また、かかる装置発明において好ましくは、前記第１燃料の供給が燃焼室内への主噴射後のアーリーポスト噴射であり、前記第２燃料の供給が前記アーリーポスト噴射後の燃焼に寄与しないクランク角において噴射するレイトポスト噴射で構成される。
このように構成することによって、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を用いて、ＤＯＣの昇温制御およびＤＰＦの再生制御をおこなうことができるので、ＤＯＣの上流側の排気通路に燃料噴射装置を装着する必要がなく装置を簡単化できる。
【００１９】
また、かかる装置発明において好ましくは、エンジン回転数および負荷の関係より定常運転時のＤＯＣ活性状態がマップによって予め設定されている活性マップを備え、前記ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とを比較する判定結果チェック手段を備えるとよい。
このように前記ＤＯＣ活性判定手段によって、前記式（１）によるＤＯＣの入口温度を基に活性状態を判定した結果と、予めエンジンの運転状態に対応して設定された活性状態による判定結果とを比較することで、判定結果のクロスチェックができ、ＤＯＣの活性判定の精度が向上するとともに、信頼性が高まる。
【００２０】
さらに、前記判定結果チェック手段は、前記ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とが異なっているときに、ＤＯＣの活性以外にエンジン側に故障が存在することを報知するように構成される。
【００２１】
かかる構成によって、ＤＯＣ活性判定手段によって、前記式（１）によるＤＯＣの入口温度を基に活性状態を判定した結果に問題があり、すなわち、燃料噴射装置の異常や排ガス温度センサの故障等の可能性があるため、ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とが異なっているときには、その旨を報知することで、エンジンシステムの重大な故障を未然に防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＤＯＣの活性状態を、ＤＯＣ出口温度の測定値からＤＯＣの入口温度を推定することで、排ガス温度センサの設置個所を極力少なくして装置を簡素化するとともに、ＤＯＣの運転履歴による活性低下を反映すること等によってＤＯＣの触媒活性判定の判定精度を向上するディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２４】
（実施形態）
図１は、排気通路１にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）３及び該ＤＯＣ３の下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）５を備えたディーゼルエンジン（以下エンジン７という）において、排ガス後処理制御装置９が設置された全体構成図を示す。
図１において、エンジン７は、排気タービン１３とこれに同軸駆動されるコンプレッサ１５を有する排気ターボ過給機１７を備えており、該排気ターボ過給機１７のコンプレッサ１５から吐出された空気は空気管１９を通って空気冷却器２１に入り、該空気冷却器２１で冷却された空気は、吸気スロットルバルブ２３で吸気流量が制御された後、吸気マニホールド２５を通り、シリンダ毎に設けられた吸気ポート２７からエンジン７の燃焼室２９内に吸入される。
【００２５】
エンジン７においては、燃料の噴射時期及び噴射量がエンジン制御装置３１の燃料噴射制御手段によって制御されており、かかる噴射時期及び噴射量にてシリンダ毎に設けられた燃料噴射弁３３から燃焼室２９内に噴射される。また、燃料ポンプ３５で加圧された高圧燃料がコモンレール３７内に貯溜され、該コモンレール３７から燃料が噴射時期及び噴射量を制御されて燃料噴射弁３３に供給されるようになっている。これら燃料噴射弁３３、燃料ポンプ３５、コモンレール３７によって燃料噴射装置を構成している。
【００２６】
また、排気通路１の途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）管３９が分岐されて、排ガスの一部（ＥＧＲガス）がＥＧＲ管３９を通り、ＥＧＲクーラ４１降温され、吸気スロットルバルブ２３の下流部位の吸気マニホールド４３にＥＧＲバルブ４５を介して投入されるようになっている。
【００２７】
エンジン７の燃焼室２９で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス４７は、シリンダ毎に設けられた排気ポート４９が集合した排気マニホールド及び排気通路１を通って、前記排気ターボ過給機１７の排気タービン１３を駆動してコンプレッサ１５の動力源となった後、排気通路１を通って排ガス後処理装置５１のＤＯＣ３に入る。この排ガス後処理装置５１はＤＯＣ３とその下流側のＤＰＦ５とによって構成されている。
【００２８】
また、制御装置５３には、吸気スロットルバルブ２３の開度信号、エアフローセンサ５５の信号、ＤＰＦ５の入口、すなわち、ＤＯＣ３の出口の排ガス温度センサ５７からの温度信号（ＤＯＣの出口温度）、およびＤＰＦ５の入口圧力センサ５９と出口圧力センサ６１の圧力信号に基づく差圧センサ６３からの差圧信号がそれぞれ入力されている。
【００２９】
ＤＰＦ５の強制再生時は、図３に示すように、まず、ｔ１時点で強制再生の制御が開始されると、ＤＯＣ３を活性化するためのＤＯＣ昇温ステージＡを行う。このＤＯＣ昇温ステージＡでは吸気スロットルバルブ２３を絞り、さらに、エンジン制御装置３１の燃料噴射制御手段によって燃焼室２９内への主噴射後１０°〜２０°にアーリーポトス噴射（第１燃料の供給）を実施するようになっている。そして、ＤＯＣ３が活性化して、ＤＯＣ３の入口温度が２００〜３００℃に達すると活性化が完了したと判定して、ｔ２時点で次のＤＰＦに堆積しているＰＭを燃焼除去する制御するためのＤＰＦ入口温度制御ステージＢへ進む。
このＤＰＦ入口温度制御ステージＢでは、エンジン制御装置３１の燃料噴射制御手段によってアーリーポトス噴射後の燃焼に寄与しないクランク角において、レイトポスト噴射（第２燃料の供給）を実施する。燃焼室２９内への噴射でなくＤＯＣ３の上流側の排気通路１に噴射してもよい。
そして、活性化されたＤＯＣ３でＤＰＦ５に流入する排ガス温度を上昇せしめて、ＤＰＦ５でＰＭが燃焼する５５０〜７００℃の温度まで昇温して、ＰＭを燃焼除去する。
【００３０】
制御装置５３は、エンジン制御装置３１と排ガス後処理制御装置９とを有して構成されており、図２に、本発明の排ガス後処理制御装置９の構成ブロック図を示す。
入口温度推定手段７１は、ＤＯＣ３の入口温度（ＤＯＣの入口排ガス温度）をＴ１、出口温度（ＤＯＣの出口排ガス温度）をＴ２とすると、すでに（１）式で説明したように、Ｔ１からＴ２に昇温させるために必要な熱量と、供給された燃料からの酸化熱量とがバランスすることから、Ｃ（Ｔ２−Ｔ１）Ｑ＝ｑ・ηの関係式が成立して、この式からＴ１を求めることができる。ここで、Ｃは排ガス比熱、Ｑは排ガス量、ｑはＤＯＣ活性化のために供給された燃料熱量、ηはＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）である。
【００３１】
排ガス量Ｑは、エアフローセンサ５５からの吸気量と燃料供給量より算出される。
また、ＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）ηを用いて運転履歴（温度、燃料消費量）によるＤＯＣ３の酸化触媒機能の低下を考慮した触媒活性判定を行う。図４にそのＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）ηの例を示す。初期性能をＳ１の点線で示し、一定の使用時間後の性能劣化後をＳ２の実戦で示す。同じＤＯＣ入口温度であっても活性率はη１からη２に低下する。従って、この活性低下係数ηを燃料発熱量に乗算して酸化機能の低下を加味する。
【００３２】
排ガス温度や、燃料やオイル中の硫黄分などの使用履歴により、ＤＯＣ３の酸化性能が低下するが、その性能低下を考慮してＤＯＣ入口温度推定を行うので、エンジンの使用履歴毎のＤＯＣ活性判定を適切に行うことができる。
【００３３】
次の、ＤＯＣ活性判定手段７３では、算出された入口温度Ｔ１に基づいて、活性領域にあるか否かを判定する。この判定は、予め、図５に示すように排ガス量Ｑを横軸に、ＤＯＣへの燃料供給量ｑを縦軸にとり、ＤＯＣの出口温度Ｔ２が約６００℃になる場合の入口温度Ｔ１と活性領域Ｙおよび未活性領域Ｚとの関係を示した判定領域マップ７５を用いて判定する。
式（１）で用いて算出する際のＴ２とその時の排ガス量Ｑおよび燃料供給量ｑの条件を基に、算出したＴ１が判定領域マップ７５上のどこに位置するかによって活性状態を判定できる。なお、この判定領域マップ７５の作成においても前記したＤＯＣ活性低下係数（触媒性能劣化係数）ηを反映させて作成すると、一層判定精度が高まる。
【００３４】
そして、ＤＯＣ活性判定手段７３での判定結果は、判定結果チェック手段７７において、チェックされる。ＤＯＣ活性マップ７９による判定結果とのクロスチェックによって比較される。
ＤＯＣ活性マップ７９は、図６に示すようにエンジン回転数とエンジン負荷に対応した定常時の活性状態が設定されている。横軸にエンジン回転数をとり、縦軸にエンジン負荷をとり、Ｋ１領域は使用初期の未活性領域を示し、Ｋ２領域は長期使用の未活性領域を示し、Ｋ３は活性領域を示し、排気温度、例えば排ガス温度センサ５７で検出できるＤＯＣ出口温度の高低に応じた活性領域が設定されている。
【００３５】
従って、クロスチェックの結果が共に活性領域あれば、強制再生制御手段８１の制御を継続させ、共に未活性領域であれば、強制再生制御手段８１に対して停止指令を発して、ＤＯＣ昇温ステージＡからＤＰＦ入口温度制御ステージＢへの進行を停止させ、または既にＤＰＦ入口温度制御ステージＢに入っている場合には、レイトポスト噴射およびその他のＤＰＦ入口温度制御ステージＢにおける制御を停止させる。これによって、不要なレイトポスト噴射による燃料供給が回避されて燃費を改善できる。
また、クロスチェックの結果が相違する場合には、ＤＯＣ３の活性化以外にエンジン側に故障が存在することをエンジンシステム故障報知手段８３によって操作者へ知らせる。
【００３６】
判定結果チェック手段７７によって、クロスチェックができ、ＤＯＣの活性判定の精度が向上するとともに、信頼性が高まる。
また、クロスチェックの結果が相違する場合には、ＤＯＣ活性判定手段７３によって行われた判定、すなわち前記式（１）によるＤＯＣの入口温度を基に行った結果に問題がある可能性が大きいため、例えば、燃料噴射装置の異常や排ガス温度センサ５７の故障等の可能性がある。そこで、ＤＯＣ活性判定手段７３による判定結果と前記ＤＯＣ活性マップ７９による判定結果とが異なっているときには、その旨を報知することで、エンジンシステムの重大な故障を未然に防止することができる。
【００３７】
以上のように構成された排ガス後処理制御装置９の制御について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１でＤＰＦの強制再生制御を開始する。この強制再生の開始は、例えば、堆積されたＰＭが一定値以上に達したかを、差圧センサ６３からの差圧信号によって判定して、差圧が一定値以上に達していれば再生が必要と判定して開始する。
【００３８】
ステップＳ２では、前記したように排ガス量Ｑを、エアフローセンサ５５からの吸気量と、燃料供給量より算出する。
次のステップ３では、入口温度推定手段７１によって、ＤＯＣ３の入口温度が推定される。この推定は前記したように（１）式を用いて推定される。
【００３９】
次に、ステップ４で、強制再生を開始してからの時間ｔａが、規定された一定の再生時間ｔｓを超えているかを判定し、超えていればステップＳ５で、強制再生を完了する。超えていなければ、ステップＳ６に進んで、ＤＯＣ活性判定手段７３によってステップＳ３で算出したＤＯＣ３の推定入口温度Ｔｔが、図５に示す判定領域マップ７５の境界温度Ｔａと比較して、境界温度Ｔａを超える温度であるか判定する。Ｔｔ＞Ｔａであれば、活性状態にあると判定して、ステップＳ２に戻って強制再生時間に達するまで繰り返す。
【００４０】
ステップＳ６で、Ｔｔ＞Ｔａでない場合、すなわち、ＤＯＣ３が未活性領域にあると判定した場合には、ステップＳ７に進んで、判定結果チェック手段７７によって、ステップＳ６での判定結果と、ＤＯＣ活性マップ７９に基づく定常時のＤＯＣ判定結果とのクロスチェックを行う。ともに未活性と判定した場合には、ステップＳ９へ進んで、強制再生制御手段８１に対して停止指令を発して、ＤＯＣ昇温ステージＡからＤＰＦ入口温度制御ステージＢへの進行を停止させ、または既にＤＰＦ入口温度制御ステージＢに入っている場合には、レイトポスト噴射等のＤＰＦ入口温度制御ステージＢの制御を停止させる。
【００４１】
また、クロスチェックの結果が相違する場合には、ステップＳ８に進んでＤＯＣ３の活性以外にエンジン側に故障が存在することをエンジンシステム故障報知手段８３によって操作者へ知らせる。
【００４２】
以上の実施形態によれば、ＤＯＣ３に流入する排ガス温度を、ＤＯＣ３の入口側に排ガス温度センサを設置することなく、ＤＯＣ３の出口側に設けた排ガス温度センサ５７による測定値に基づいて推定して、ＤＯＣ３の活性状態を判定するため、必要最小限の排ガス温度センサの個数で、ＤＯＣ３の活性判定を行うことができ、装置を簡素化できる。
【００４３】
また、ＤＯＣ３の出口側に設けた排ガス温度センサ５７による測定値に基づいてＤＯＣ３の入口温度を推定し、その推定した入口温度が、後段に設置されたＤＰＦ５の強制再生に可能な温度（約６００℃）に昇温される領域にあるか否かによって、ＤＯＣ３の活性状態を判定するため、出口側の排ガス温度だけからＤＯＣ３の活性状態を判定するものよりも活性状態を早期に正確にかつ確実に判定できる。
すなわち、入口側の温度変化をとらえることで早い段階で活性状態を把握できる。しかも排ガス温度センサを設置せず行うことができる。
【００４４】
また、活性状態の判定結果に基づいて、ＤＯＣ昇温ステージＡからＤＰＦ入口温度制御ステージＢへの進行を停止させ、または既にＤＰＦ入口温度制御ステージＢに入っている場合には、レイトポスト噴射を停止させることで、未活性時にレイトポスト噴射の未燃燃料分によるＤＯＣ３のセル開口部の閉塞や活性性能の低下を事前に防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、ＤＯＣの活性状態を、ＤＯＣ出口温度の測定値からＤＯＣの入口温度を推定することで、排ガス温度センサの設置個所を極力少なくして装置を簡素化するとともに、ＤＯＣの運転履歴による活性低下を反映すること等によってＤＯＣの触媒活性判定の判定精度を向上できるので、ディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法に適する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】排気通路にＤＯＣ及びＤＰＦを備えたディーゼルエンジンにおいて、排ガス後処理制御装置が設置された全体構成図である。
【図２】排ガス後処理制御装置の構成ブロック図である。
【図３】強制再生時のＤＰＦ入口温度、ＤＯＣ入口温度の変化を示す説明図である。
【図４】ＤＯＣ活性低下係数の変化状態を示す説明図である。
【図５】判定領域マップを示す説明図である。
【図６】ＤＯＣ活性マップを示す説明図である。
【図７】排ガス後処理制御装置の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 排気通路
３ ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）
５ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
９ 排ガス後処理制御装置
２３ スロットルバルブ
３１ エンジン制御装置
３３ 燃料噴射弁
５１ 排ガス後処理装置
５３ 制御装置
５５ エアフローセンサ
５７ 排ガス温度センサ
６３ 差圧センサ
７１ 入口温度推定手段
７３ ＤＯＣ活性判定手段
７５ 判定領域マップ
７７ 判定結果チェック手段
７９ ＤＯＣ活性マップ
８１ 強制再生制御手段
８３ エンジン故障報知手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置において、
前記ＤＯＣの上流側に該ＤＯＣを活性化させるため吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、第１燃料を供給して該ＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置された前記ＤＰＦに堆積した前記ＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめるように構成し、前記ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいて該ＤＯＣの入口温度を推定する入口温度推定手段と、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かによって前記ＤＯＣの活性化を判定するＤＯＣ活性判定手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項２】
前記入口温度推定手段は、ＤＯＣの出口温度の測定値、ＤＯＣへの燃料供給量、ＤＯＣを流れる排ガス量、およびＤＯＣの活性低下係数に基づいてＤＯＣの入口温度を算出して推定することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項３】
前記ＤＯＣが活性化していないと判定したとき前記第２燃料の供給を停止するように構成したことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項４】
前記第１燃料の供給が燃焼室内への主噴射後のアーリーポスト噴射であり、前記第２燃料の供給が前記アーリーポスト噴射後の燃焼に寄与しないクランク角において噴射するレイトポスト噴射で構成されることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項５】
エンジン回転数および負荷の関係より定常運転時のＤＯＣ活性状態がマップによって予め設定されている活性マップを備え、前記ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とを比較する判定結果チェック手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項６】
前記判定結果チェック手段は、前記ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とが異なっているときに、ＤＯＣの活性以外にエンジン側に故障が存在することを報知することを特徴とする請求項５記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項７】
排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法において、
前記ＤＯＣの上流側に該ＤＯＣを活性化させるため吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、第１燃料を供給して該ＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置された前記ＤＰＦに堆積した前記ＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめ、
前記ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいて該ＤＯＣの入口温度を推定し、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かによって前記ＤＯＣの活性化を判定することを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法。
【請求項８】
前記入口温度の推定は、ＤＯＣの出口温度の測定値、ＤＯＣへの燃料供給量、ＤＯＣを流れる排ガス量、およびＤＯＣの活性低下係数に基づいてＤＯＣの入口温度を算出して推定することを特徴とする請求項７記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法。
【請求項９】
前記ＤＯＣが活性化していないと判定したとき前記第２燃料の供給を停止することを特徴とする請求項７記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法。
【請求項１】
排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置において、
前記ＤＯＣの上流側に該ＤＯＣを活性化させるため吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、第１燃料を供給して該ＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置された前記ＤＰＦに堆積した前記ＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめるように構成し、前記ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいて該ＤＯＣの入口温度を推定する入口温度推定手段と、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かによって前記ＤＯＣの活性化を判定するＤＯＣ活性判定手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項２】
前記入口温度推定手段は、ＤＯＣの出口温度の測定値、ＤＯＣへの燃料供給量、ＤＯＣを流れる排ガス量、およびＤＯＣの活性低下係数に基づいてＤＯＣの入口温度を算出して推定することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項３】
前記ＤＯＣが活性化していないと判定したとき前記第２燃料の供給を停止するように構成したことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項４】
前記第１燃料の供給が燃焼室内への主噴射後のアーリーポスト噴射であり、前記第２燃料の供給が前記アーリーポスト噴射後の燃焼に寄与しないクランク角において噴射するレイトポスト噴射で構成されることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項５】
エンジン回転数および負荷の関係より定常運転時のＤＯＣ活性状態がマップによって予め設定されている活性マップを備え、前記ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とを比較する判定結果チェック手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項６】
前記判定結果チェック手段は、前記ＤＯＣ活性判定手段による判定結果と前記活性マップによる判定結果とが異なっているときに、ＤＯＣの活性以外にエンジン側に故障が存在することを報知することを特徴とする請求項５記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置。
【請求項７】
排気通路にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）及び該ＤＯＣの下流側にＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法において、
前記ＤＯＣの上流側に該ＤＯＣを活性化させるため吸気バルブもしくは排気バルブの少なくとも一方を絞り、第１燃料を供給して該ＤＯＣを活性化させた後、該ＤＯＣの上流側に第２燃料を供給し、該燃料を前記ＤＯＣによって酸化させることで、後段に配置された前記ＤＰＦに堆積した前記ＰＭの燃焼可能温度まで昇温せしめ、
前記ＤＯＣの出口温度の測定値に基づいて該ＤＯＣの入口温度を推定し、該推定した入口温度が予め設定された触媒活性温度領域内か否かによって前記ＤＯＣの活性化を判定することを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法。
【請求項８】
前記入口温度の推定は、ＤＯＣの出口温度の測定値、ＤＯＣへの燃料供給量、ＤＯＣを流れる排ガス量、およびＤＯＣの活性低下係数に基づいてＤＯＣの入口温度を算出して推定することを特徴とする請求項７記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法。
【請求項９】
前記ＤＯＣが活性化していないと判定したとき前記第２燃料の供給を停止することを特徴とする請求項７記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１４４５２５（Ｐ２０１０−１４４５２５Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１９４６９（Ｐ２００８−３１９４６９）
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]