JP5049951B2 - 排気後処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気通路に噴射供給される燃料の酸化反応熱によってフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去する排気後処理装置に関するものである。

ディーゼルエンジン等の排出ガスに含まれるパティキュレート（ＰＭ、ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ、微粒子物質ともいう）をフィルタ（パティキュレートフィルタ）で捕集し、所定のタイミングでフィルタを加熱し、蓄積したパティキュレートを消失させフィルタを再生することが行われている。

特許文献１には、エンジンの排気通路に燃料（軽油）を噴射供給するインジェクタを備え、インジェクタから噴射された燃料が酸化触媒にて酸化し、その酸化反応熱によってフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去することが記載されている。

この種の排気後処理装置として、従来、排気通路に臨むノズルに加圧燃料と加圧空気をそれぞれ導き、ノズルから燃料と空気を混合して噴射供給するものがあった。
特開２００５−９８１８４号公報

しかしながら、このような従来の排気後処理装置にあっては、加圧空気を供給する空気供給系統に異常が生じたり、ノズルに詰まり等の異常が生じる可能性がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ノズルに対する空気供給系統の異常を診断する排気後処理装置を提供することを目的とする。

本発明では、エンジンの排気通路に介装されるフィルタと、排気通路のフィルタより上流側に臨むノズルと、ノズルに加圧燃料を導く燃料供給通路と、ノズルに加圧空気を導く空気供給通路とを備え、排気通路のフィルタより上流側に燃料と空気を噴射し、ノズルから噴射される燃料の酸化反応熱によってフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去する排気後処理装置であって、燃料供給通路に導かれる燃料圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサより上流側で燃料供給通路を遮断する上流側燃料遮断弁と、圧力センサより下流側で燃料供給通路を遮断する下流側燃料遮断弁と、空気供給通路を遮断する空気遮断弁とを備え、上流側燃料遮断弁を閉弁し下流側燃料遮断弁と空気遮断弁をそれぞれ開弁させた状態で圧力センサによって検出される空気供給圧力に応じて空気供給系統の異常を診断する構成とした。

本発明によると、燃料供給通路に介装された圧力センサによって空気供給通路から燃料供給通路に導かれる空気供給圧力を検出し、検出される空気供給圧力に応じて空気供給系統の異常を的確に診断することができる。

本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、排気後処理装置の概略構成を示すブロック図である。排気後処理装置は、ディーゼルエンジン１０の排気通路２に、酸化触媒（ＤＯＣ）３、フィルタ（ＤＰＦ）４、尿素ＳＣＲ触媒５が順に介装される。

酸化触媒３は、例えばハニカム状のコーディライトまたは耐熱鋼の担体の表面に活性アルミナなどをコーティングし、このコーティング層に白金、パラジウムまたはロジウムなどの貴金属の触媒活性成分を含ませている。酸化触媒３は、排出ガス中のＮＯ、ＨＣ、ＣＯを酸化して、ＮＯ２、Ｈ２、ＣＯ２に変換する。

フィルタ４は、排出ガス中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するフィルタであり、例えばセラミック等の耐熱性の多孔質のフィルタ壁からなる。

酸化触媒３の温度が高い触媒の活性状況下では、フィルタ４に捕捉したパティキュレートが酸化除去される、連続再生が行われる。

酸化触媒３の温度が低い触媒の不活性状況下では、パティキュレートが十分に処理されず堆積量が増大することがある。これに対処して、フィルタ４に捕捉されたパティキュレートが所定量に達すると、パティキュレートを強制的に燃焼除去すべく強制再生が行われる。

排気通路２の酸化触媒３よりも上流側には、燃料と空気を噴射するノズル６が設けられる。強制再生時にて、ノズル６から噴射された燃料が酸化触媒３にて酸化し、その酸化反応熱によってフィルタ４に堆積したパティキュレートを焼却除去する強制再生が行われる。

図２は、ノズル６から燃料と空気を噴射する強制再生装置２０の構成を示す回路図である。

この強制再生装置２０は、加圧燃料を導く燃料供給通路２１と、加圧空気を導く空気供給通路２２と、加圧燃料と加圧空気を混合してノズル６へと導く燃料空気混合通路２３とを備える。

燃料供給通路２１は、図示しない燃料ポンプを介して燃料タンクに連通し、燃料ポンプから吐出される加圧燃料が供給される。燃料供給通路２１に供給される燃料の圧力は、例えば１００ｋＰａ程度に調節される。

燃料供給通路２１には、上流側燃料遮断弁（ＳＯＶ）３１、チェックバルブ３２、圧力センサ３３、下流側燃料遮断弁（ＡＨＩ）３４が順に介装される。

上流側燃料遮断弁３１と下流側燃料遮断弁３４とは、それぞれ電磁弁によって構成され、図示しないコントローラから送られる駆動電流によって開閉作動する。

チェックバルブ３２は、上流側燃料遮断弁３１と圧力センサ３３の間に介装され、燃料供給通路２１における燃料の逆流を止める。

圧力検出手段として設けられる圧力センサ３３は、燃料供給通路２１におけるチェックバルブ３２と下流側燃料遮断弁３４との間に生じる燃料圧力を検出し、その検出信号をコントローラに出力する。

空気供給通路２２は、図示しない空気ポンプを介して外気を取り込み、空気ポンプから吐出される加圧空気が供給される。空気供給通路２２に供給される空気の圧力は、例えば２００ｋＰａ程度に調節される。

空気供給通路２２には、オリフィス２６、空気遮断弁（ＡＩＲ）２７、チェックバルブ２８が順に介装される。

空気遮断弁２７とは、電磁弁によって構成され、コントローラから送られる駆動電流によって開閉作動する。

チェックバルブ２８は、空気供給通路２２における空気の逆流を止める。

ノズル６は、燃料空気混合通路２３の下流端の通路断面積を縮小する噴口（絞り）を有する。ノズル６は、この噴口が排気通路２を画成する排気管内に臨み、排気通路２を流れる排出ガス中に燃料を噴霧状にして噴射する。

コントローラは、エンジン１０の運転状態検出信号に応じてフィルタ４の強制再生時期を判定し、強制再生時にて、上流側燃料遮断弁３１、下流側燃料遮断弁３４、空気遮断弁２７をそれぞれ開弁させる。これにより、燃料供給通路２１から導かれる加圧燃料と、空気供給通路２２から導かれる加圧空気とが混合し、これが燃料空気混合通路２３を通ってノズル６へと導かれ、ノズル６から排気通路２を流れる排出ガス中に燃料が噴霧状になって噴射される。噴射された燃料が酸化触媒３にて酸化し、その酸化反応熱によってフィルタ４に堆積したパティキュレートを焼却除去する強制再生が行われる。

ところで、強制再生装置２０は、燃料供給系統の異常、空気供給系統の異常、ノズル６の詰まり等が生じる可能性がある。

これに対処して、本発明は、コントローラが、上流側燃料遮断弁３１、下流側燃料遮断弁３４、空気遮断弁２７を所定の手順で開閉作動させ、その過程にて圧力センサ３３の検出信号に応じて燃料供給系統の異常、空気供給系統の異常、ノズル６の詰まりをそれぞれ診断する。

次に、コントローラで実行されるこの制御動作を図３のフローチャートにしたがって説明する。

ここで、強制再生装置２０は、燃料供給系統が正常に作動する場合、燃料供給通路２１には１００ｋＰａの加圧燃料が導かれ、空気供給系統が正常に作動する場合、空気供給通路２２には２００ｋＰａの加圧空気が導かれるように設定されている。

所定の診断条件（上流側燃料遮断弁３１が開弁し、下流側燃料遮断弁３４が閉弁した運転状態）が成立したエンジン１０の運転状態にて、まず、ステップＳ１〜Ｓ５にて、空気供給系統の異常を診断する。

ステップＳ１にて、上流側燃料遮断弁３１、下流側燃料遮断弁３４、空気遮断弁２７を全て閉弁させる。

続く、ステップＳ２にて、圧力センサ３３によって検出される燃料供給圧力Ｐ₀を読み込む。燃料供給系統が正常に作動する場合、読み込まれる燃料供給圧力Ｐ₀は１００ｋＰａの値になる。

続く、ステップＳ３にて、上流側燃料遮断弁３１を引き続いて閉弁させた状態で、下流側燃料遮断弁３４と空気遮断弁２７をそれぞれ開弁させ、空気供給通路２２から導かれる空気供給圧力を燃料供給通路２１を介して圧力センサ３３に導く。

このとき、空気供給通路２２から供給される加圧空気が燃料空気混合通路２３からノズル６に導かれ、ノズル６から空気のみを噴射する。これによってノズル６内に付着したコンタミ等を空気流によって吹き飛ばし、ノズル６の詰まりを解消するパージ処理が行われる。

続く、ステップＳ４にて、圧力センサ３３によって検出される空気供給圧力Ｐ₁を読み込む。

ここで、空気供給系統が正常に作動する場合、読み込まれる空気供給圧力Ｐ₁は２００ｋＰａの値になる。

続く、ステップＳ５にて、読み込まれた空気供給圧力Ｐ₁が読み込まれた燃料供給圧力Ｐ₀より高いか否かを判定する。

空気供給圧力Ｐ₁が燃料供給圧力Ｐ₀より高いと判定された場合に、空気供給系統が正常に作動していると判定し、ステップＳ６に進む。

一方、空気供給圧力Ｐ₁が燃料供給圧力Ｐ₀以下と判定された場合に、空気供給系統に異常が生じていると判定し、テップＳ６に進む。

ステップＳ６にて、空気供給系統に異常が生じていることを示す空気供給系統異常フラグをたてる。図示しない別のルーチンにて、空気供給系統異常フラグがたっていることを判定した場合に、図示しない表示器に空気供給系統の異常表示を出力し、運転者に空気供給系統の異常が生じていることを知らせる。

ステップＳ１〜Ｓ５にて、空気供給系統が正常に作動していると判定された場合、ステップＳ６〜Ｓ９にて、ノズル６の異常を診断する。

まず、ステップＳ６にて、上流側燃料遮断弁３１を引き続いて閉弁させ、かつ下流側燃料遮断弁３４を引き続いて開弁させた状態で、空気遮断弁２７を閉弁させる。これにより、圧力センサ３３には空気供給通路２２から導かれていた空気供給圧力が遮断され、ノズル６の上流側の燃料空気混合通路２３に生じる空気残留圧力が導かれる。

続く、ステップＳ７にて、圧力センサ３３によって検出される空気残留圧力Ｐ₂を読み込む。

ここで、ノズル６に詰まりが生じていない正常時、読み込まれる空気残留圧力Ｐ₂は排気通路２の排気圧力に略０ｋＰａに低下する。ノズル６に詰まりが生じた異常時、読み込まれる空気残留圧力Ｐ₂はほとんど低下せず、空気供給通路２２から導かれていた２００ｋＰａ相当の空気圧力が残留する。

続く、ステップＳ８にて、読み込まれた空気供給圧力Ｐ₁が空気残留圧力Ｐ₂より高いか否かを判定する。

空気供給圧力Ｐ₁が空気残留圧力Ｐ₂より高いと判定された場合に、ノズル６に詰まりが生じていない正常に作動していると判定し、ステップＳ９に進む。

一方、空気供給圧力Ｐ₁が空気残留圧力Ｐ₂以下と判定された場合に、ノズル６に詰まりが生じて燃料空気混合通路２３に空気残留圧力Ｐ₂が高くなっている異常時と判定し、テップＳ１１に進む。

ステップＳ１１にて、ノズル６に異常が生じていることを示すノズル異常フラグをたてる。図示しない別のルーチンにて、ノズル異常フラグがたっていることを判定した場合に、図示しない表示器にノズルの異常表示を出力し、運転者にノズルの異常が生じていることを知らせる。

また、図示しない別のルーチンにて、圧力センサ３３の検出信号に応じて燃料系統に異常が生じたか否かが判定されるようになっている。この制御内容の説明は省略する。

本実施の形態では、エンジン１０の排気通路２に介装されるフィルタ４と、排気通路２のフィルタ４より上流側に臨むノズル６と、ノズル６に加圧燃料を導く燃料供給通路２１と、ノズル６に加圧空気を導く空気供給通路２２とを備え、排気通路２のフィルタ４より上流側に燃料と空気を噴射し、ノズル６から噴射される燃料の酸化反応熱によってフィルタ４に堆積したパティキュレートを焼却除去する排気後処理装置であって、
燃料供給通路２１に導かれる燃料圧力を検出する圧力センサ３３と、この圧力センサ３３より上流側で燃料供給通路２１を遮断する上流側燃料遮断弁３１と、圧力センサ３３より下流側で燃料供給通路２１を遮断する下流側燃料遮断弁３４と、空気供給通路２２を遮断する空気遮断弁２７とを備え、上流側燃料遮断弁３１を閉弁し下流側燃料遮断弁３４と空気遮断弁２７をそれぞれ開弁させた状態で圧力センサ３３によって検出される空気供給圧力Ｐ₁に応じて空気供給系統の異常を診断する構成とした。

上記構成に基づき、燃料供給通路２１に介装された圧力センサ３３によって空気供給通路２２から燃料供給通路２１に導かれる空気供給圧力Ｐ₁を検出し、検出される空気供給圧力Ｐ₁に応じて空気供給系統の異常を的確に診断することができる。

本実施の形態では、上流側燃料遮断弁３１、下流側燃料遮断弁３４、空気遮断弁２７を全て閉弁させて燃料供給圧力と空気供給圧力の両方を遮断した状態にて圧力センサ３３によって検出される燃料供給圧力Ｐ₀を読み込み、上流側燃料遮断弁３１を引き続いて閉弁させて燃料供給通路２１から導かれる燃料供給圧力を遮断し下流側燃料遮断弁３４と空気遮断弁２７をそれぞれ開弁させて空気供給通路２２から導かれる空気供給圧力が圧力センサ３３とノズル６にそれぞれ導かれる状態にて圧力センサ３３によって検出される空気供給圧力Ｐ₁を読み込み、検出された空気供給圧力Ｐ₁が燃料供給圧力Ｐ₀以上の場合に空気供給系統が正常に作動していると判定し、検出された空気供給圧力Ｐ₁が燃料供給圧力Ｐ₀より低い場合に空気供給系統に異常が生じていると判定する構成とした。

上記構成に基づき、読み込まれた空気供給圧力Ｐ₁と燃料供給圧力Ｐ₀とを比較して空気供給系統の異常を的確に診断することができる。

本実施の形態では、空気供給系統が正常に作動していると判定された後、上流側燃料遮断弁３１を引き続いて閉弁させ下流側燃料遮断弁３４を引き続いて開弁させ空気遮断弁２７を閉弁させた状態にて圧力センサ３３によって検出される空気残留圧力Ｐ₂を検出し、検出された空気供給圧力Ｐ₁が空気残留圧力Ｐ₂以下の場合にノズル６に異常が生じていると判定する
上記構成に基づき、空気供給圧力Ｐ₁と空気残留圧力Ｐ₂を比較して、ノズル６に詰まりが生じて燃料空気混合通路２３に空気残留圧力Ｐ₂が高くなっている異常時を的確に診断することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施形態を示す排気後処理装置の概略構成を示すブロック図。 同じく強制再生装置の構成を示す回路図。 コントローラで実行されるこの制御内容を示すフローチャート。

符号の説明

３ 酸化触媒
４ フィルタ
６ ノズル
１０ エンジン
２０ 強制再生装置
２１ 燃料供給通路
２２ 空気供給通路
２３ 燃料空気混合通路
２６ オリフィス
２７ 空気遮断弁
２８ チェックバルブ
３１ 上流側燃料遮断弁
３２ チェックバルブ
３３ 圧力センサ
３４ 下流側燃料遮断弁

Claims (3)

1. エンジンの排気通路に介装されるフィルタと、前記排気通路の前記フィルタより上流側に臨むノズルと、前記ノズルに加圧燃料を導く燃料供給通路と、前記ノズルに加圧空気を導く空気供給通路とを備え、前記排気通路の前記フィルタより上流側に燃料と空気を噴射し、前記ノズルから噴射される燃料の酸化反応熱によって前記フィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去する排気後処理装置であって、前記燃料供給通路に導かれる燃料圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサより上流側で前記燃料供給通路を遮断する上流側燃料遮断弁と、前記圧力センサより下流側で前記燃料供給通路を遮断する下流側燃料遮断弁と、前記空気供給通路を遮断する空気遮断弁とを備え、前記上流側燃料遮断弁を閉弁し前記下流側燃料遮断弁と前記空気遮断弁をそれぞれ開弁させた状態で前記圧力センサによって検出される空気供給圧力に応じて空気供給系統の異常を診断することを特徴とする排気後処理装置。
2. 前記上流側燃料遮断弁と前記下流側燃料遮断弁と前記空気遮断弁とを全て閉弁させた状態にて前記圧力センサによって検出される燃料供給圧力を検出し、前記上流側燃料遮断弁を引き続いて閉弁させて前記燃料供給通路から導かれる燃料供給圧力を遮断し前記下流側燃料遮断弁と前記空気遮断弁をそれぞれ開弁させて前記空気供給通路から導かれる空気供給圧力が前記圧力センサと前記ノズルにそれぞれ導かれる状態にて前記圧力センサによって検出される空気供給圧力を検出し、検出された前記空気供給圧力が前記燃料供給圧力以上の場合に空気供給系統が正常に作動していると判定し、検出された前記空気供給圧力が前記燃料供給圧力より低い場合に空気供給系統に異常が生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載の排気後処理装置。
3. 前記空気供給系統が正常に作動していると判定された後、前記上流側燃料遮断弁を引き続いて閉弁させ前記下流側燃料遮断弁を引き続いて開弁させ前記空気遮断弁を閉弁させた状態にて前記圧力センサによって検出される空気残留圧力を検出し、読み込まれた前記空気供給圧力が前記空気残留圧力以下の場合に前記ノズルに異常が生じていると判定することを特徴とする請求項２に記載の排気後処理装置。

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