(57)【要約】【課題】ＥＧＲ技術が用いられたディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムにおいて、ポスト噴射を伴う強制再生の実施頻度を減少させる。【解決手段】ディーゼルエンジン５６の排気通路５０に設けられてディーゼルエンジン５６の排気ガス中の粒子状物質を捕集し、且つ、捕集した該粒子状物質を酸化する触媒を担持したフィルタ１２と、ディーゼルエンジン５６の排気通路５０および吸気通路４８を短絡する通路であって排気ガスの一部を排気通路５０（５０Ｂ）から吸気通路４８へと送り込むＥＧＲ通路１４と、ＥＧＲ通路１４の中途に設けられ、ＥＧＲ通路１４の連通を制御する開閉手段１６と、フィルタ１２における前記粒子状物質の堆積状況を推定又は検知する手段と、を備え、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定又は検知された場合に開閉手段１６によりＥＧＲ通路１４の連通の程度を小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムにおいて、
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられて該ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集し、且つ、捕集した該粒子状物質を酸化する触媒を担持したフィルタと、
ディーゼルエンジンの排気通路および吸気通路を短絡する通路であって排気ガスの一部を排気通路から吸気通路へと送り込むＥＧＲ通路と、
該ＥＧＲ通路の中途に設けられ、該ＥＧＲ通路の連通を制御する開閉手段と、
前記フィルタにおける前記粒子状物質の堆積状況を推定又は検知する手段と、を備え、
前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定又は検知された場合に前記開閉手段により前記ＥＧＲ通路の連通の程度を小さくすることを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記推定又は検知する手段として、前記フィルタの両面間の圧力差を検出するための圧力センサを備え、
該圧力センサにより検出された前記圧力差が所定の圧力差以上の場合に、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記推定又は検知する手段として、前記ディーゼルエンジンの排気ガスの温度を検出する温度センサを備え、
該温度センサにより検出された前記排気ガスの温度が所定の温度以下の場合に、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記推定又は検知する手段として、前記ディーゼルエンジンの作動時間を検出するタイマーを備え、
該タイマーにより検出された、前記ＥＧＲ通路の連通の程度を小さくする操作または前回のポスト噴射からの前記ディーゼルエンジンの累積作動時間が、所定の時間に到達した場合に、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定又は検知された場合に、前記開閉手段により該ＥＧＲ通路の連通を遮断することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械等の作業機械においてはディーゼルエンジンが広く用いられているが、ディーゼルエンジンの排気ガス中には粒子状物質（particulate matter）が含まれている。この粒子状物質を捕集するため、フィルタ（Diesel Particulate Filter、ＤＰＦ）が用いられている。
【０００３】
このフィルタには、連続再生式のフィルタがある。連続再生式のフィルタは、粒子状物質を捕集する機能と、捕集した粒子状物質を触媒の作用で酸化除去してフィルタを連続的に再生する機能と、を併せ持っており、例えば多孔質セラミックスに酸化触媒が担持されて構成されている。このため、連続再生式のフィルタに捕集された粒子状物質は、触媒の作用で連続的に酸化除去され、フィルタは自己再生される。
【０００４】
しかしながら、この自己再生は必ずしも常に良好に行われるわけではなく、例えばアイドリング状態のようにエンジン負荷が小さく排気ガス温度が十分に上昇しない場合、自己再生が不十分となり、フィルタには粒子状物質が徐々に堆積してしまう。フィルタへの粒子状物質の堆積量が多くなると、排気ガスがフィルタを通過する際の抵抗が大きくなり、排気系の圧力が上昇してしまい、エンジンの本来の性能が得られなくなる。このため、フィルタに堆積した粒子状物質を強制的に除去する強制再生を行う必要がある。
【０００５】
強制再生は、例えば、通常の燃料噴射時期（圧縮行程の上死点付近）とは別に、排気弁が閉止する直前に気筒内の燃焼室へ燃料噴射を行うポスト噴射（後噴射）をすることによりなされる。ポスト噴射（後噴射）により供給された燃料は、未燃のまま燃焼室外に排出され、酸化触媒に供給されて酸化（燃焼）する。このときの酸化反応熱によりフィルタの温度が上昇し、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼除去されて、フィルタが再生する。
【０００６】
一方、ディーゼルエンジンの排気ガス中には粒子状物質だけでなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれており、その低減のためにＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）技術が用いられている（例えば、特許文献１）。ＥＧＲ技術は、ディーゼルエンジンの排気ガスの一部を取り出して吸気側へ導き、吸入空気の酸素濃度を低下させて燃焼温度および燃焼速度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を減少させる技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２２４７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＥＧＲ技術を用いると、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を減少させることができる一方、同時に排気ガスの温度も低下させてしまうため、フィルタへの粒子状物質の堆積が促進してしまい、必要とする強制再生の実施頻度が増加してしまう。
【０００９】
ポスト噴射を伴う強制再生をたびたび行うと、余計な燃料を消費するばかりでなく、エンジンオイルの早期劣化等の悪影響がある。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ＥＧＲ技術が用いられたディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムにおいて、ポスト噴射を伴う強制再生の実施頻度を減少させることができるディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムは、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムにおいて、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられて該ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集し、且つ、捕集した該粒子状物質を酸化する触媒を担持したフィルタと、ディーゼルエンジンの排気通路および吸気通路を短絡する通路であって排気ガスの一部を排気通路から吸気通路へと送り込むＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路の中途に設けられ、該ＥＧＲ通路の連通を制御する開閉手段と、前記フィルタにおける前記粒子状物質の堆積状況を推定又は検知する手段と、を備え、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定又は検知された場合に前記開閉手段により前記ＥＧＲ通路の連通の程度を小さくすることにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明では、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定又は検知された場合に前記開閉手段により前記ＥＧＲ通路の連通の程度を小さくして、前記フィルタに捕集された粒子状物質の燃焼除去を促進する。このため、ポスト噴射を伴う強制再生の実施頻度を減少させることができる。この結果、強制再生を行うことによる弊害（余計な燃料消費がかさむことやエンジンオイルの早期劣化等）を改善することができる。
【００１３】
前記排気ガス浄化システムにおいて、前記推定又は検知する手段として、前記フィルタの両面間の圧力差を検出するための圧力センサを備えさせて、該圧力センサにより検出された前記圧力差が所定の圧力差以上の場合に、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定するように構成してもよい。
【００１４】
また、前記排気ガス浄化システムにおいて、前記推定又は検知する手段として、前記ディーゼルエンジンの排気ガスの温度を検出する温度センサを備えさせて、該温度センサにより検出された前記排気ガスの温度が所定の温度以下の場合に、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定するように構成してもよい。
【００１５】
また、前記排気ガス浄化システムにおいて、前記推定又は検知する手段として、前記ディーゼルエンジンの作動時間を検出するタイマーを備えさせて、該タイマーにより検出された、前記ＥＧＲ通路の連通の程度を小さくする操作または前回のポスト噴射からの前記ディーゼルエンジンの累積作動時間が、所定の時間に到達した場合に、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定するように構成してもよい。
【００１６】
前記排気ガス浄化システムにおいて、前記粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定又は検知された場合に、前記開閉手段により該ＥＧＲ通路の連通を遮断してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポスト噴射を伴う強制再生の実施頻度を減少させることができ、強制再生を行うことによる弊害、例えば、余計な燃料消費がかさむことやエンジンオイルの早期劣化等を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムの構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下図面に基づいて、本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムの好適な実施形態の例について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【００２１】
この排気ガス浄化システム１０は、フィルタ１２と、ＥＧＲ通路１４と、ＥＧＲバルブ１６と、ＥＧＲクーラ１８と、圧力センサ２０、２２と、温度センサ２４と、タイマー２６と、コントローラ２８と、を備える。
【００２２】
フィルタ１２は、排気通路５０のマフラ５０Ａ内に設けられた連続再生式のフィルタであり、粒子状物質を捕集する機能と、捕集した粒子状物質を触媒の作用で酸化除去してフィルタを連続的に再生する機能と、を併せ持っており、例えば多孔質セラミックスに酸化触媒が担持されて構成されている。このため、フィルタ１２に捕集された粒子状物質は、フィルタ１２に担持された触媒の作用で連続的に酸化除去され、フィルタ１２は自己再生する。
【００２３】
マフラ５０Ａ内には、フィルタ１２の他に、フィルタ１２よりも上流側に酸化触媒５２が設けられている。酸化触媒５２は、ポスト噴射（後噴射）により供給される燃料を酸化（燃焼）させて排気ガス温度を上昇させ、フィルタ１２の温度を上昇させる役割を有する。これにより、フィルタ１２に捕集された粒子状物質が燃焼除去されて、フィルタ１２は再生する。
【００２４】
ＥＧＲ通路１４は、ディーゼルエンジン５６の排気マニホールド５０Ｂと吸気通路４８とを短絡する通路であり、ディーゼルエンジン５６からの排気ガスの一部を吸気通路４８に導く役割を有する。ディーゼルエンジン５６の排気ガスの一部が吸気通路４８に導かれることにより、吸入空気の酸素濃度が低下して燃焼温度および燃焼速度が低下し、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が減少する。
【００２５】
なお、マフラ５０Ａおよび排気マニホールド５０Ｂは排気通路５０の一部である。
【００２６】
ＥＧＲ通路１４の中途の地点には、ＥＧＲバルブ（開閉手段）１６およびＥＧＲクーラ１８が設けられている。ＥＧＲバルブ１６はＥＧＲ通路１４の連通を制御する役割を有し、その開度を調整することにより、吸気通路４８に導かれる排気ガス量を調整することができる。ＥＧＲクーラ１８は、吸気通路４８に導く排気ガスの温度を低下させてディーゼルエンジン５６内での燃焼温度が高くなりすぎないようにし、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が多くならないようにする役割を有する。
【００２７】
フィルタ１２の両側（排気ガスの流れの上流側および下流側）には、それぞれ圧力センサ２０、２２が設けられている。上流側の圧力センサ２０は、フィルタ１２に流れ込む排気ガスの圧力を測定する役割を有し、下流側の圧力センサ２２は、フィルタ１２を通過した後の排気ガスの圧力を測定する役割を有する。圧力センサ２０、２２が測定した圧力データは電気信号線２０Ａ、２２Ａを介してコントローラ２８に送られる。
【００２８】
酸化触媒５２の両側（排気ガスの流れの上流側および下流側）には、それぞれ温度センサ５４、２４が設けられている。上流側の温度センサ５４は、酸化触媒５２に流れ込む排気ガスの温度を測定する役割を有し、下流側の温度センサ２４は、フィルタ１２に流れ込む排気ガスの温度を測定する役割を有する。温度センサ５４、２４が測定した温度データは電気信号線５４Ａ、２４Ａを介してコントローラ２８に送られる。
【００２９】
コントローラ２８は、圧力センサ２０、２２が測定した圧力データに基づきフィルタ１２の両面間の圧力差を算出する。フィルタ１２への粒子状物質の堆積量が多くなると、排気ガスがフィルタ１２を通り抜ける際の抵抗が大きくなり、フィルタ１２の下流側の圧力はフィルタ１２の上流側の圧力よりも小さくなる。したがって、コントローラ２８は、フィルタ１２の両面間の圧力差が所定の圧力差以上の場合、フィルタ１２への粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定する。
【００３０】
また、コントローラ２８は、上流側の温度センサ５４が測定した温度データに基づき酸化触媒５２に流れ込む排気ガスの温度を算出し、下流側の温度センサ２４が測定した温度データに基づきフィルタ１２に流れ込む排気ガスの温度を算出する。そして、コントローラ２８は、フィルタ１２に流れ込む排気ガスの温度が所定の温度以下の場合に、フィルタ１２への粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定する。
【００３１】
また、コントローラ２８にはタイマー２６が備えられている。タイマー２６は、ディーゼルエンジン５６が作動している時間を検出する役割を有する。コントローラ２８は、タイマー２６が検出した作動時間データに基づきディーゼルエンジン５６の作動時間を算出し、ＥＧＲバルブ１６の開度を小さくする操作または前回のポスト噴射からのディーゼルエンジン５６の累積作動時間が所定時間に達した場合に、フィルタ１２への粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定する。
【００３２】
さらに、コントローラ２８は、電気信号線１６Ａを介してＥＧＲバルブ１６の開度を制御してＥＧＲ通路１４の連通の程度を調整し、ＥＧＲ通路１４を介して吸気通路４８に流れ込ませる排気ガス量を調整することができるようになっている。
【００３３】
より具体的に説明すると以下のようになる。例えば、圧力センサ２０、２２が測定した圧力データに基づき算出したフィルタ１２の両面間の圧力差が所定の圧力差に達した場合に、コントローラ２８は、フィルタ１２への粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定し、電気信号線１６Ａを介してＥＧＲバルブ１６に指令を行い、その開度を小さくして、吸気通路４８に流れ込ませる排気ガス量を減少させる。これによりディーゼルエンジン５６内での燃焼温度が上昇し、排気ガス温度が上昇して、フィルタ１２に堆積した粒子状物質の燃焼除去が促進される。ここで、前記所定の圧力差は、ポスト噴射を用いる強制再生を行う目安となる圧力差よりも小さい値であり、本実施形態ではポスト噴射を用いる強制再生を行う目安となる圧力差には達しない。したがって、本実施形態ではポスト噴射を用いる強制再生を行う必要性は通常生じない。
【００３４】
また、例えば、温度センサ２４が測定した温度データに基づき算出した温度（フィルタ１２に流れ込む排気ガスの温度）が所定の温度以下の場合に、コントローラ２８は、フィルタ１２への粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定し、電気信号線１６Ａを介してＥＧＲバルブ１６に指令を行い、その開度を小さくして、吸気通路４８に流れ込ませる排気ガス量を減少させる。これによりディーゼルエンジン５６内での燃焼温度が上昇し、排気ガス温度が上昇して、フィルタ１２に堆積した粒子状物質の燃焼除去が促進される。ここで、前記所定の温度は、粒子状物質がフィルタ１２に堆積する速度が実質的に零、即ち、フィルタ１２による粒子状物質の捕集速度が粒子状物質の燃焼除去速度と実質的に同じとなるような温度範囲の下限の温度である。したがって、本実施形態ではポスト噴射を用いる強制再生を行う必要性は通常生じない。
【００３５】
また、例えば、タイマー２６が検出した作動時間データに基づき算出した、ＥＧＲバルブ１６の開度を小さくする操作または前回のポスト噴射からのディーゼルエンジン５６の累積作動時間が、所定時間に達した場合に、コントローラ２８は、フィルタ１２への粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたと推定し、電気信号線１６Ａを介してＥＧＲバルブ１６に指令を行い、その開度を小さくして、吸気通路４８に流れ込ませる排気ガス量を減少させ、ディーゼルエンジン５６内での燃焼温度を上昇させ、フィルタ１２に流れ込む排気ガスの温度を上昇させる。これにより、フィルタ１２に捕集された粒子状物質がフィルタ１２に担持された触媒によって連続的に燃焼除去されていくことが定期的に促進され、粒子状物質のフィルタ１２への堆積が未然に防止されることとなる。
【００３６】
以上説明したように、圧力センサ２０、２２が測定した圧力データ、温度センサ２４が測定した温度データ、タイマー２６が検出した作動時間データに基づき、コントローラ２８は、フィルタ１２への粒子状物質の堆積状況が所定の許容値を超えたかどうかを推定するので、圧力センサ２０、２２、温度センサ２４、タイマー２６は、フィルタ１２における粒子状物質の堆積状況を推定又は検知する手段である。
【００３７】
なお、ＥＧＲバルブ１６の開度を小さくする際には、ＥＧＲバルブ１６の開度を零にして、ＥＧＲ通路１４を完全に遮断し、吸気通路４８にもどされる排気ガス量を零にしてもよい。
【００３８】
また、コントローラ２８は電気信号線６０Ａを介して燃料噴射装置６０を制御してポスト噴射を行わせることができるようになっている。これは、予期せぬ何らかの原因で、ポスト噴射を用いる強制再生を行う必要があるレベルまでフィルタ１２に粒子状物質が堆積した場合にも対処できるようにするためである。
【００３９】
ここで、ポスト噴射された燃料が酸化触媒５２において効率的に酸化（燃焼）するためには、酸化触媒５２に流れ込む排気ガスの温度が酸化触媒５２の活性温度よりも上昇している必要がある。そこで、コントローラ２８は、電気信号線６０Ａを介して燃料噴射装置６０を制御し、酸化触媒５２に流れ込む排気ガスの温度（上流側の温度センサ５４が測定した温度データに基づき算出された排気ガスの温度）に応じてマルチ噴射（多段噴射）を行い、酸化触媒５２に流れ込む排気ガスを昇温させることができるようにもなっている。
【００４０】
なお、符号６２は吸気通路４８を通ってディーゼルエンジン５６へ送り込まれる空気を加圧するターボチャージャであり、符号６４はターボチャージャ６２によって加圧されて高温になった空気を冷却するインタークーラである。
【００４１】
次に、本実施形態に係る排気ガス浄化システム１０の作用について説明する。
【００４２】
ディーゼルエンジン５６には、ターボチャージャ６２により加圧された空気が吸気通路４８を介して供給されるとともに、燃料噴射装置６０から燃料が供給される。これにより、ディーゼルエンジン５６は作動する。ディーゼルエンジン５６が作動すると、ディーゼルエンジン５６からは排気ガスが排出されるが、この排気ガスはまずターボチャージャ６２のタービンを高速回転させる。これによりターボチャージャ６２は、吸気通路４８を介してディーゼルエンジン５６に供給される空気を加圧する。ターボチャージャ６２を通過した排気ガスは排気通路５０およびマフラ５０Ａを通って外部に排出される。マフラ５０Ａ内には酸化触媒５２およびフィルタ１２が配置されているので、排気ガスは酸化触媒５２およびフィルタ１２を通過する。
【００４３】
前述のように、ディーゼルエンジン５６から排出される排気ガスには粒子状物質が含まれており、この粒子状物質はフィルタ１２に捕集されてフィルタ１２上に堆積していく。フィルタ１２への粒子状物質の堆積量が多くなると、排気ガスがフィルタ１２を通過する際の抵抗が大きくなり、排気系の圧力が上昇してしまい、ディーゼルエンジン５６の本来の性能が得られなくなる。
【００４４】
そこで、コントローラ２８は、フィルタ１２の両面間の圧力差が所定の圧力差に達すると、粒子状物質のフィルタ１２への堆積状況が所定の許容値を超えたと推定し、電気信号線１６Ａを介してＥＧＲバルブ１６に指令を行い、その開度を小さくして、吸気通路４８に流れ込ませる排気ガス量を減少させる。これによりディーゼルエンジン５６内での燃焼温度が上昇し、排気ガス温度が上昇して、フィルタ１２に堆積した粒子状物質の燃焼除去が促進される。ここで、本実施形態では、前記所定の圧力差を、ポスト噴射を用いる強制再生を行う目安となる圧力差よりも小さい値としており、ポスト噴射を用いる強制再生を行う目安となる圧力差には通常達しない。
【００４５】
また、本実施形態では、温度センサ２４が測定した温度データに基づき算出した温度（フィルタ１２に流れ込む排気ガスの温度）が所定の温度以下の場合に、粒子状物質のフィルタ１２への堆積状況が所定の許容値を超えたと推定し、電気信号線１６Ａを介してＥＧＲバルブ１６に指令を行い、その開度を小さくして、吸気通路４８に流れ込ませる排気ガス量を減少させる。これによりディーゼルエンジン５６内での燃焼温度が上昇し、排気ガス温度が上昇して、フィルタ１２に堆積した粒子状物質の燃焼除去が促進される。ここで、前記所定の温度は、粒子状物質がフィルタ１２に堆積する速度が実質的に零、即ち、フィルタ１２による粒子状物質の捕集速度が粒子状物質の燃焼除去速度と実質的に同じとなるような温度範囲の下限の温度である。
【００４６】
したがって、本実施形態では、粒子状物質のフィルタ１２への堆積は未然に防止され、ポスト噴射を伴う強制再生が必要なレベルまで粒子状物質はフィルタ１２に堆積せず、ポスト噴射を伴う強制再生を行うことは通常不要である。したがって、本実施形態では、少なくともポスト噴射を伴う強制再生の実施頻度を減少させることができ、強制再生に要するトータルの燃料および時間を減少させることができる。この結果、強制再生を行うことによる弊害（余計な燃料消費がかさむことやエンジンオイルの早期劣化等）を改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
例えば、ディーゼルエンジンが用いられた建設用の作業機械に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…排気ガス浄化システム
１２…フィルタ
１４…ＥＧＲ通路
１６…ＥＧＲバルブ（開閉手段）
１８…ＥＧＲクーラ
２０、２２…圧力センサ
２４、５４…温度センサ
２６…タイマー
２８…コントローラ
４８…吸気通路
５０…排気通路
５０Ａ…マフラ
５０Ｂ…排気マニホールド
５２…酸化触媒
５６…ディーゼルエンジン
６０…燃料噴射装置
６２…ターボチャージャ
６４…インタークーラ
１６Ａ、２０Ａ、２２Ａ、２４Ａ、５４Ａ、６０Ａ…電気信号線
【図１】
2010216310.tif 000003