(57)【要約】【課題】フィルタ再生中であっても、ＥＧＲガスを吸気通路へ還流させてエンジンの窒素酸化物を低減することができるエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】本発明のエンジンの排気浄化装置は、排気通路８に設けられ排気微粒子を捕獲するフィルタ２０と、フィルタよりも排気通路の上流側に設けられた酸化触媒１８と、酸化触媒よりも排気通路の上流側から排気ガスの一部をエンジンの吸気通路に還流するＥＧＲ装置２３を制御する制御手段４０と、ＥＧＲ装置よりも排気通路の下流側で且つ酸化触媒の上流側に設けられた排気燃料噴射弁３２と、筒内燃料噴射弁３０により主噴射が実行された後、筒内燃料噴射弁により第１後噴射を実行して排気ガスの温度を上昇させると共に排気燃料噴射弁３２により第２後噴射を実行して酸化触媒により第２後噴射による未燃燃料を酸化させてフィルタに捕獲された排気微粒子を燃焼させるフィルタ再生手段と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路中の排気ガスの一部をエンジンの吸気通路に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
排気通路に設けられエンジンから排出される排気ガス中の排気微粒子を捕獲するフィルタと、
このフィルタよりも排気通路の上流側に設けられた酸化触媒と、
この酸化触媒よりも排気通路の上流側から排気ガスの一部をエンジンの吸気通路に還流する上記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ装置制御手段と、
上記ＥＧＲ装置よりも排気通路の下流側で且つ上記酸化触媒の上流側に設けられ燃料を噴射する排気燃料噴射弁と、
筒内燃料噴射弁により圧縮行程上死点付近で燃料の主噴射が実行された後、上記筒内燃料噴射弁により第１後噴射を実行してエンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させると共に上記排気燃料噴射弁により第２後噴射を実行して酸化触媒により第２後噴射による未燃燃料を酸化させて上記フィルタに捕獲された排気微粒子を燃焼させるフィルタ再生手段と、を有し、
上記ＥＧＲ装置制御手段は、上記フィルタ再生手段が実行されているときに、ＥＧＲ装置を実行させることが可能であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
上記エンジンは、複数の気筒を備え、上記フィルタ再生手段は、エンジンの各気筒の排気行程で排出される排気ガスが上記排気燃料噴射弁を通過するタイミングで、上記排気燃料噴射弁による第２後噴射を実行する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
更に、上記排気通路の上記酸化触媒よりも下流側の排気温度を検出する排気温度検出手段と、上記排気燃料噴射弁による第２後噴射が実行されているときの上記排気温度の温度変化に基づいて上記排気燃料噴射弁の異常を検出するする異常検出手段と、を有する請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
上記異常検出手段が上記排気燃料噴射弁の異常を検出したとき、上記フィルタ再生手段は、上記排気燃料噴射弁による第２後噴射を停止し、さらに、上記筒内燃料噴射弁により第２後噴射を実行すると共に上記ＥＧＲ装置制御手段によりＥＧＲ装置の実行を禁止する請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に係り、特に、排気通路中の排気の一部をエンジンの吸気通路に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディ−ゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスに含まれる排気微粒子をフィルタにより捕獲して、外部へ排出される微粒子の量を低減することが行われている。
また、エンジンの窒素酸化物（ＮＯX）を低減するために、排気ガスの一部を吸気通路に還流させて、燃焼を緩慢にさせるエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）が設けられている。
【０００３】
特許文献１には、エンジンの排気通路のフィルタより上流側に酸化触媒を設け、この酸化触媒により、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ2（二酸化窒素）にして、このＮＯ2で、下流側のフィルタに捕獲された排気微粒子を酸化してＣＯ2（二酸化炭素）とし、排気微粒子を除去しているエンジンの排気浄化装置が記載されている。
この特許文献１のエンジンの排気浄化装置においては、さらに、排気微粒子によりフィルタが目詰まりした場合には、燃料の筒内噴射や排気管内へ噴射し、それにより、排気温度を上昇させて、フィルタに捕獲されている排気微粒子を燃焼除去して、フィルタを再生するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５‐２８２４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１のエンジンの排気浄化装置においては、上述したフィルタ再生中の未燃燃料を含んだ排気ガスが排気通路内を流れているとき、ＥＧＲ装置を作動させて吸気側に排気ガスの一部であるＥＧＲガスを流すと、ＥＧＲ通路やエンジンの吸気通路に排気ガス中に含まれる未燃燃料が流れ込み、この未燃燃料が還流することにより、燃焼が不安定になったり、ＥＧＲ通路が目詰まり故障を起すため、フィルタ再生中は、ＥＧＲガスの吸気通路への還流を停止するようにしている。
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されたエンジンの排気浄化装置のように、フィルタ再生中に、ＥＧＲガスの吸気通路への還流を停止したのでは、ＥＧＲ装置の本来の目的であるエンジンの窒素酸化物（ＮＯX）を低減することできなくなるので、問題である。このため、フィルタ再生中であっても、ＥＧＲガスを吸気通路へ還流させてエンジンの窒素酸化物（ＮＯX）を低減することができる、エンジンの排気浄化装置が要望されている。
【０００７】
そこで、本発明は、従来からの要請を満たすためになされたものであり、フィルタ再生中であっても、ＥＧＲガスを吸気通路へ還流させてエンジンの窒素酸化物（ＮＯX）を低減することができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、排気通路中の排気ガスの一部をエンジンの吸気通路に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンの排気浄化装置であって、排気通路に設けられエンジンから排出される排気ガス中の排気微粒子を捕獲するフィルタと、このフィルタよりも排気通路の上流側に設けられた酸化触媒と、この酸化触媒よりも排気通路の上流側から排気ガスの一部をエンジンの吸気通路に還流するＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ装置制御手段と、ＥＧＲ装置よりも排気通路の下流側で且つ酸化触媒の上流側に設けられ燃料を噴射する排気燃料噴射弁と、筒内燃料噴射弁により圧縮行程上死点付近で燃料の主噴射が実行された後、筒内燃料噴射弁により第１後噴射を実行してエンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させると共に排気燃料噴射弁により第２後噴射を実行して酸化触媒により第２後噴射による未燃燃料を酸化させてフィルタに捕獲された排気微粒子を燃焼させるフィルタ再生手段と、を有し、ＥＧＲ装置制御手段は、フィルタ再生手段が実行されているときに、ＥＧＲ装置を実行させることが可能であることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、先ず、フィルタ再生手段が、筒内燃料噴射弁により圧縮行程上死点付近で燃料の主噴射が実行された後、筒内燃料噴射弁により第１後噴射を実行してエンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させて酸化触媒の温度上昇（活性化）を図り、さらに、排気燃料噴射弁により第２後噴射を実行して酸化触媒により第２後噴射による未燃燃料を酸化させてフィルタに流入する排気ガスの温度を急上昇させることにより、フィルタに捕獲された排気微粒子を燃焼させるようにしている。次に、排気燃料噴射弁により、ＥＧＲ装置よりも排気通路の下流側に燃料を噴射してフィルタ再生を行っているので、排気燃料噴射弁による第２後噴射の未燃燃料がＥＧＲ装置を介して吸気通路へ還流することがない。その結果、本発明によれば、ＥＧＲ装置制御手段が、フィルタ再生手段が実行されているときでも、ＥＧＲ装置を実行させることが可能となり、それにより、フィルタ再生中でもＥＧＲ装置によりエンジンの窒素酸化物（ＮＯX）を低減することができる。
【０００９】
本発明において、好ましくは、エンジンは、複数の気筒を備え、フィルタ再生手段は、エンジンの各気筒の排気行程で排出される排気ガスが排気燃料噴射弁を通過するタイミングで、排気燃料噴射弁による第２後噴射を実行する。
このように構成された本発明においては、排気燃料噴射弁による第２後噴射がエンジンから排出された排気ガスと混合されされ、酸化触媒において、良好な酸化反応が可能となる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、更に、排気通路の酸化触媒よりも下流側の排気温度を検出する排気温度検出手段と、排気燃料噴射弁による第２後噴射が実行されているときの排気温度の温度変化に基づいて排気燃料噴射弁の異常を検出するする異常検出手段と、を有する。
このように構成された本発明においては、排気通路中に設けた排気燃料噴射弁の異常判定を容易に行うことができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、異常検出手段が上記排気燃料噴射弁の異常を検出したとき、フィルタ再生手段は、排気燃料噴射弁による第２後噴射を停止し、さらに、筒内燃料噴射弁により第２後噴射を実行すると共にＥＧＲ装置制御手段によりＥＧＲ装置の実行を禁止する。
このように構成された本発明によれば、排気燃料噴射弁が異常であっても、フィルタ再生を実行することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、フィルタ再生中であっても、ＥＧＲガスを吸気通路へ還流させてエンジンの窒素酸化物（ＮＯX）を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。先ず、図１により、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置を説明する。図１は本発明の第１実施形態によるエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。なお、第１実施形態による排気浄化装置が適用されるエンジン（内燃機関）は、ディーゼルエンジンであるが、本発明は他のタイプのエンジンにも適用可能である。
【００１４】
図１に示すように、符号１は、自動車のエンジンを示し、このエンジン１は複数の気筒を備えている。エンジン１には、吸気ポート２と排気ポート４が形成され、吸気ポート２には吸気通路６が、排気ポート４には排気通路８が、それぞれマニホールドを介して接続されている。
吸気通路６には、上流側から、エアクリーナ１０、インタークーラ１２、吸気制御弁１４、サージタンク１６等が設けられている。
【００１５】
また、排気通路８には、上流側から、酸化触媒１８、フィルタ２０（「パティキュレートフィルタ」とも言う）が設けられている。この酸化触媒１８により、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ2（二酸化窒素）にして、このＮＯ2で、下流側のフィルタ２０に捕獲された排気微粒子を酸化してＣＯ2（二酸化炭素）とし、排気微粒子を除去するようになっている。
【００１６】
また、吸気通路６と排気通路８には、ターボ過給機２２が設けられており、このターボ過給機２２の吸気側タービン及び排気側タービンにより、吸気および排気ガスが加圧されるようになっている。
【００１７】
さらに、吸気通路６と排気通路８との間には、ＥＧＲ装置２３が設けられており、このＥＧＲ装置２３は、排気通路８の排気ガスの一部を吸気通路６に還流させるＥＧＲ通路２４、還流する排気ガスの量を制御するＥＧＲバルブ２６、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２８を備えている。このＥＧＲ装置２３により、排気通路８の排気ガスの一部を吸気通路６に還流させることにより、エンジンの窒素酸化物（ＮＯX）を低減させるようになっている。
【００１８】
次に、エンジン１には、燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁３０が設けられ、さらに、排気通路８のＥＧＲ装置２３（ＥＧＲ通路２４）の下流側で且つ酸化触媒１８の上流側には、燃料を噴射して酸化触媒１８での酸化を促進する排気燃料噴射弁３２が設けられている。これらの筒内燃料噴射弁３０と排気燃料噴射弁３２の役割については後述する。
【００１９】
また、エンジン１の回転速度（Ｎｅ）を検出するための速度センサ３３、及び、アクセル開度（θａ）を検出するアクセル開度センサ（図示せず）が設けられている。
さらに、排気通路８のフィルタ２０の上流側及び下流側には、ぞれぞれ、排気ガスの圧力（Ｐ１，Ｐ２）を検出する上流側排気圧力センサ３４と下流側排気圧力センサ３６が設けられ、詳細は後述するように、これらのセンサ３４，３６により得られた排気ガスの差圧（Ｐ１−Ｐ２）から、フィルタ２０により捕獲された微粒子の量を推定するようになっている。なお、フィルタ２０による排気微粒子の捕獲量を算出するために、一つの差圧センサを設けるようにしても良い。
【００２０】
また、排気通路８の酸化触媒１８とフィルタ２０の間には、排気燃料噴射弁３２の異常を判定するための、排気ガスの温度（Ｔ）を検出する排気ガス温度センサ３８が設けられている。
さらに、上述したＥＧＲバルブ２６の開度、筒内燃料噴射弁３０による燃料噴射のタイミング及び噴射量、排気燃料噴射弁３２による燃料噴射のタイミング及び噴射量を制御するためのコントローラ４０が設けられている。
【００２１】
次に、図２により、本実施形態によるフィルタ再生のための制御内容を説明する。図２は、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置によるフィルタ再生の制御内容を示すフローチャートである。図２のフローチャートにおけるＳは、各ステップを示している。
【００２２】
先ず、Ｓ１において、速度センサ３３により検出されたエンジン回転速度（Ｎｅ）、アクセル開度センサにより検出されたアクセル開度（θａ）、上流側排気圧力センサ３４により検出されたフィルタ上流排気圧力（Ｐ１）、下流側排気圧力センサ３６により検出されたフィルタ下流排気圧力（Ｐ２）、排気ガス温度センサ３８により検出された酸化触媒下流温度（Ｔ）を、それぞれ、入力する。
【００２３】
次に、Ｓ２において、フィルタ上流排気圧力（Ｐ１）とフィルタ下流排気圧力（Ｐ２）との差圧（Ｐ１−Ｐ２）により、フィルタ２０における排気微粒子の捕獲量（Ｍ）を算出する。この差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きいほど排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が多くなり、両者の関係は予め算出されている。
【００２４】
次に、Ｓ３において、排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が第１所定値（Ｙ）以下であるか否かを判定し、排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が第１所定値（Ｙ）より多い場合には、Ｓ４に進み、排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が第１所定値（Ｙ）よりも大きな値である第２所定値（Ｘ）以上か否かを判定し、排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が第２所定値（Ｘ）以上の場合には、Ｓ５に進み、再生実行フラグを「１」とする。
一方、Ｓ３において、排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が第１所定値（Ｙ）以下であると判定された場合には、Ｓ６に進み、再生実行フラグを「０」とする。
さらに、Ｓ４において、排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が第２所定値（Ｘ）より少ないと判定された場合には、Ｓ７に進み、再生実行フラグが「１」か否かを判定する。
【００２５】
換言すれば、これらのＳ３〜Ｓ７においては、フィルタによる排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が第２所定値（Ｘ）以上でフィルタの再生を開始し、排気微粒子の捕獲量（Ｍ）が第１所定値（Ｙ）（但し、Ｘ＞Ｙ）以下でフィルタの再生を終了するようになっている。
【００２６】
次に、Ｓ８に進み、異常判定終了フラグが「１」か否かを判定する。この異常判定終了フラグは、詳細は後述するが、排気通路８内に配置される排気燃料噴射弁３２が異常か否かを判定する異常判定が終了しているか否かを判定するためのものである。
【００２７】
スタートした後の最初の状態では、異常判定終了フラグは「０」と設定されているので、Ｓ９に進み、フィルタ再生を実行する。具体的には、筒内燃料噴射弁３０により主噴射が実行された後、筒内燃料噴射弁３０により第１後噴射が実行され、且つ、排気燃料噴射弁３２により第２後噴射が実行されることにより、フィルタ再生が実行されるようになっている。
【００２８】
このフィルタ再生をより具体的に説明すると、図３に示すように、エンジン１の圧縮行程上死点付近で筒内燃料噴射弁３０により主噴射が実行された後、筒内燃料噴射弁３０により、膨張行程で、第１後噴射が実行され、次に、排気燃料噴射弁３２により、排気行程で、第２後噴射が実行されるようになっている。
ここで、排気燃料噴射弁３２による第２後噴射の噴射タイミングは、エンジン１の各気筒の排気行程で排出される排気ガスが排気燃料噴射弁３２を通過するタイミングとなるように制御されるのが好ましい。これにより、排気燃料噴射弁３２による第２後噴射がエンジン１から排出された排気ガスと混合され、酸化触媒１８において、良好な酸化反応が可能となる。
【００２９】
上述したＳ９において説明したように、本実施形態によれば、筒内燃料噴射弁３０により主噴射に続く第１後噴射を実行することで、エンジン１から排出される排気ガスの温度を上昇させて、酸化触媒１８の温度上昇（活性化）を図っている。さらに、排気燃料噴射弁３２により第２後噴射を実行することで、活性化した酸化触媒１８に未燃燃料を供給して酸化させることで、フィルタ２０に流入する排気ガスの温度を急上昇させて、フィルタ２０に捕獲されている排気微粒子を燃焼させている。
【００３０】
次に、Ｓ１０〜Ｓ１７に進み、排気燃料噴射弁３２の異常判定を行う。この異常判定を行うのは、排気燃料噴射弁３２の異常を検知したとき、フィルタ再生中に実行されるＥＧＲガスの吸気通路への還流を中止するためである。
具体的には、Ｓ１０において、タイマを作動させ、Ｓ１１で、タイマ作動時間（ｔ）が所定時間以上か否かを判定する。所定時間より短い場合には、Ｓ１２に進み、異常判断は終了していないので、異常判定フラグを「０」とする。
【００３１】
タイマ作動時間（ｔ）が所定時間を経過している場合には、Ｓ１３に進み、タイマをリセットし、次に、Ｓ１４において、酸化触媒下流温度（Ｔ）の変化が所定温度以下か否かを判定する。酸化触媒下流温度（Ｔ）の変化が所定温度より大きい場合には、排気燃料噴射弁３２が正常に作動していると考えられるので、Ｓ１５において、異常フラグを「０」に設定する。一方、酸化触媒下流温度（Ｔ）の変化が所定温度以下の場合には、排気燃料噴射弁３２が異常であると考えられるので、Ｓ１６において、異常フラグを「１」に設定する。
次に、Ｓ１７に進み、異常判定終了フラグを「１」に設定して、異常判定を終了する。このように、本実施形態によれば、排気通路８中に設けた排気燃料噴射弁３２の異常判定を容易に行うことができる。
【００３２】
次に、Ｓ１８に進み、エンジン回転速度（Ｎｅ）及びアクセル開度（θａ）に基づき、ＥＧＲバルブ２６により、排気ガスの還流量が制御される。
このように、本実施形態によれば、上述したＳ９において説明したように、排気燃料噴射弁３２により、ＥＧＲ装置２３よりも排気通路８の下流側に燃料を噴射してフィルタ再生を行っているので、排気燃料噴射弁３２による第２後噴射の未燃燃料がＥＧＲ装置２３を介して吸気通路６へ還流することがない。その結果、フィルタ再生が実行されているときでも、ＥＧＲ装置２３を実行させることが可能となり、それにより、フィルタ再生中でもＥＧＲ装置２３によりエンジン１の窒素酸化物（ＮＯX）を低減することができる。
【００３３】
次に、Ｓ８、及び、Ｓ１９〜Ｓ２２において実行される、排気燃料噴射弁３２が異常と判定された場合におけるフィルタ再生の内容を説明する。
即ち、Ｓ８において、異常判定終了フラグは「１」である、即ち、排気燃料噴射弁３２の異常判定が終了している場合には、Ｓ１９に進み、異常フラグが「１」か否か、即ち、排気燃料噴射弁３２が異常か否かを判定する。
異常フラグが「１」ではない、即ち、排気燃料噴射弁３２が「異常なし」の場合には、Ｓ２０に進み、Ｓ９と同様に、フィルタ再生を実行する。
【００３４】
異常フラグが「１」である、即ち、排気燃料噴射弁３２が「異常あり」の場合には、Ｓ２１に進み、フィルタ再生を実行する。具体的には、筒内燃料噴射弁３０により主噴射が実行された後、筒内燃料噴射弁３０により、第１後噴射及び第２後噴射が実行される（即ち、排気燃料噴射弁３２の代わりに筒内燃料噴射弁３０により第２後噴射が実行される）。
【００３５】
より具体的に説明すれば、図４に示すように、エンジン１の圧縮行程上死点付近で筒内燃料噴射弁３０により主噴射が実行された後、筒内燃料噴射弁３０により、膨張行程で、第１後噴射が実行され、次ぎに、同様に、筒内燃料噴射弁３０により、排気行程で、第２後噴射が実行されるようになっている。ここで、筒内燃料噴射弁３０による第２後噴射の噴射タイミングは、エンジン１の各気筒の排気行程である。なお、この筒内燃料噴射弁３０による第２後噴射の噴射タイミングは、エンジン１の各気筒の膨張行程でもよい。
次に、Ｓ２２に進み、Ｓ２１においてフィルタ再生中は、ＥＧＲバルブの制御は禁止される。
このように、本実施形態によれば、排気燃料噴射弁３２が異常であっても、フィルタ再生を実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態によるエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置によるフィルタ再生の制御内容を示すフローチャートである。
【図３】図２のＳ９及びＳ２０におけるフィルタ再生を実行するときの燃料噴射を示すタイムチャートである。
【図４】図２のＳ２１におけるフィルタ再生を実行するときの燃料噴射を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１  エンジン
６  吸気通路
８  排気通路
１８  酸化触媒
２０  フィルタ
２３  ＥＧＲ装置
２４  ＥＧＲ通路
２６  ＥＧＲバルブ
３０  筒内燃料噴射弁
３２  排気燃料噴射弁
３４  上流側排気圧力センサ
３６  下流側排気圧力センサ
３８  排気ガス温度センサ
４０  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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