(57)【要約】【課題】ＤＰＦ再生時に排気管噴射を行う際に、触媒温度と触媒劣化度に応じて最適な排気管噴射が行える排ガス後処理装置の排気噴射制御方法を提供する。【解決手段】ＤＰＦ２７にＰＭが堆積したとき、マルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を行い、還元ガスをＤＯＣ２５で燃焼させて排ガス温度を上昇させてＤＰＦ２７に堆積したＰＭを燃焼させてＤＰＦ２７を再生するに際し、ポスト噴射と排気管噴射におけるＤＯＣの温度に対する燃焼の効率を、触媒のフレッシュ時と劣化後で求めたライトオフ特性マップ３６を予め作成し、ライトオフ特性マップ３６を基に、触媒の劣化度から排気管噴射可能な触媒温度を設定し、その設定した触媒温度未満のとき、マルチ噴射やポスト噴射を行い、触媒が設定温度以上になったとき排気管噴射を行うものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に、排気管噴射を行う排気管インジェクタを設け、その排気管インジェクタの下流側の排気管に、ＤＯＣ、ＤＰＦを接続して排ガス後処理装置を構成し、そのＤＰＦにＰＭが堆積したとき、マルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を行い、その還元ガスを前記ＤＯＣで燃焼させて排ガス温度を上昇させてＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼させてＤＰＦを再生するに際し、ポスト噴射と排気管噴射におけるＤＯＣの温度に対する燃焼の効率を、触媒のフレッシュ時と劣化後で求めたライトオフ特性マップを予め作成し、ライトオフ特性マップを基に、触媒の劣化度から排気管噴射可能な触媒温度を設定し、その設定した触媒温度未満のとき、マルチ噴射やポスト噴射を行い、触媒が設定温度以上になったとき排気管噴射を行うことを特徴とする排ガス後処理装置の排気噴射制御方法。
【請求項２】
ライトオフ特性マップは、マルチ噴射領域とポスト噴射領域と排気管噴射領域での触媒のライトオフ特性より、それぞれの動作温度を決定しておき、触媒温度に基づいて順次マルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を選択する請求項１記載の排ガス後処理装置の排気噴射制御方法。
【請求項３】
触媒温度からマルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を選択し、触媒後の排ガス温度からライトオフ特性マップを基に触媒の劣化度を求め、その劣化度からライトオフ特性を補正し、その補正したライトオフ特性に応じてマルチ噴射領域とポスト噴射領域と排気管噴射領域を変更して行く請求項２記載の排ガス後処理装置の排気噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＰＦを備えた排ガス後処理装置に係り、特に、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼させて再生する際に、ポスト噴射や排気管噴射を最適に制御できる排ガス後処理装置の排気噴射制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガス後処理装置としてＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ；酸化触媒）、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ：Ｌｅａｎ  ＮＯｘ  ＴｒａｐもしくはＮＳＲ：ＮＯｘ  Ｓｔｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｓｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システム等が実用化されている。
【０００３】
このうちＤＯＣとＤＰＦシステムは、ＰＭ低減のための有力な手段である。排ガス流の前段に設けられるＤＯＣは、固体のＳｏｏｔ自体は酸化できないが、ＰＭ全体の３０〜７０％を占める可溶性有機成分（ＳＯＦ）の大部分を酸化し、ＨＣやＣＯも同時に除去し、後段に設けられるＤＰＦは、細孔径を有する多孔質セラミック等で形成され、排ガス中のＰＭの大部分を捕捉する。
【０００４】
このＤＰＦで捕捉したＰＭが一定量堆積したときは、堆積したＰＭを除去すべくＤＰＦを強制再生することが行われている。ＤＰＦの再生は、多段噴射、ポスト噴射、排気管噴射等を行い、燃料をＤＯＣで酸化燃焼させて排ガス温度を上げ、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するものである。
【０００５】
排気管噴射は、燃焼の膨張行程に筒内への噴射を行う（所謂ポスト噴射）に対して、燃料によるオイル希釈が無い、噴射量の全てを昇温のために使用できるので昇温にかかる燃費悪化を低減できる、等のメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６２５７８号公報
【特許文献２】特開２００９−００２２７０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２７２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、排気管噴射によるＨＣ供給は、排ガス温度が低温程ＨＣへの分解に時間が掛かる問題がある。すなわち排気管噴射の場合、触媒（ＤＯＣ）がフレッシュの状態でも、排ガス温度が２２０℃以下ではライトオフ特性が悪く、筒内へのポスト噴射よりも、活性温度（ライトオフ温度）が高温側にシフトしているため、排ガス温度を２２０℃以上に昇温する必要がある。よって、低温域はポスト噴射を使用し、中・高温域は排気噴射を行ったり、多段噴射（マルチ噴射）等による排気ガス昇温により、排気噴射可能な温度まで昇温してから排気噴射を行わなければならない問題がある。
【０００８】
また、触媒が劣化してくると（貴金属シンタリング等による、活性温度の高温側へのシフト）ライトオフ温度も高温側にシフトするので、ＤＰＦ再生時に排気管噴射による昇温が上手く機能せず、白煙の生成や、ＨＣによる被毒を招いたり、その後の排ガス温度の上昇時にＨＣが一気に燃焼して異常昇温を起こし、最悪の場合触媒が溶損する場合が考えられる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＤＰＦ再生時に排気管噴射を行う際に、触媒温度と触媒劣化度に応じて最適な排気管噴射が行える排ガス後処理装置の排気噴射制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に、排気管噴射を行う排気管インジェクタを設け、その排気管インジェクタの下流側の排気管に、ＤＯＣ、ＤＰＦを接続して排ガス後処理装置を構成し、そのＤＰＦにＰＭが堆積したとき、マルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を行い、その還元ガスを前記ＤＯＣで燃焼させて排ガス温度を上昇させてＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼させてＤＰＦを再生するに際し、ポスト噴射と排気管噴射におけるＤＯＣの温度に対する燃焼の効率を、触媒のフレッシュ時と劣化後で求めたライトオフ特性マップを予め作成し、ライトオフ特性マップを基に、触媒の劣化度から排気管噴射可能な触媒温度を設定し、その設定した触媒温度未満のとき、マルチ噴射やポスト噴射を行い、触媒が設定温度以上になったとき排気管噴射を行うことを特徴とする排ガス後処理装置の排気噴射制御方法である。
【００１１】
ライトオフ特性マップは、マルチ噴射領域とポスト噴射領域と排気管噴射領域での触媒のライトオフ特性より、それぞれの動作温度を決定しておき、触媒温度に基づいて順次マルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を選択するのが好ましい。
【００１２】
触媒温度からマルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を選択し、触媒後の排ガス温度からライトオフ特性マップを基に触媒の劣化度を求め、その劣化度からライトオフ特性を補正し、その補正したライトオフ特性に応じてマルチ噴射領域とポスト噴射領域と排気管噴射領域を変更して行くのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、予め触媒のライトオフ特性を求めたマップを作成し、触媒温度と触媒劣化度に応じてマルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を選択することで最適な状態で排気管噴射が行えるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の排ガス後処理装置の排気噴射制御方法の装置構成を示す図である。
【図２】本発明のライトオフ特性マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒による排ガス後処理装置１０を示したものである。
【００１７】
エンジンＥの吸排気系には、ターボチャージャ１１とＥＧＲ管１２が接続されており、エアクリーナ１３から吸入される空気は、ターボチャージャ１１のコンプレッサ１４で圧縮されると共に吸気通路１５に圧送され、エンジンＥの吸気マニホールド１６からエンジンＥ内に供給される。吸気通路１５には、エンジンＥへの空気量を調節するための吸気バルブ１７が設けられる。
【００１８】
エンジンＥから排出された排ガスは、排気マニホールド１８からターボチャージャ１１のタービン１９に排出されると共にタービン１９を駆動し、排気管２０に排気される。
【００１９】
吸気マニホールド１６と排気マニホールド１８にはＥＧＲ管１２が接続され、ＥＧＲ管１２に、排気マニホールド１８から吸気マニホールド１６に至る排ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１が接続されると共に、ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ２２が接続される。
【００２０】
排ガス後処理装置１０は、タービン１９の下流側の排気管２０に排気管インジェクタ２３が設けられ、その排気管インジェクタ２３の下流側の排気管２０に形成されたキャニング容器２４内に、ＤＯＣ２５、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２６、ＤＰＦ２７が順次キャニングされて構成される。
【００２１】
ＤＯＣ２５の上流側の排気管２０には、ＤＯＣ入口側温度センサ２８、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２６の入口側には触媒入口側温度センサ２９、出口側には触媒出口側温度センサ３０が設けられる。
【００２２】
エンジンＥは、ＥＣＵ３２により運転の全般的な制御がなされる。ＥＣＵ３２には、温度検出手段３３、空燃比制御手段３４、噴射制御手段３５が形成されると共に触媒（ＤＯＣ）のライトオフ特性マップ３６が格納される。
【００２３】
エンジン出口側から触媒出口側の温度センサ２８〜３０の各検出値は、エンジンＥの運転を制御するＥＣＵ３２の温度検出手段３３に入力される。
【００２４】
空燃比制御手段３４は、ＥＧＲバルブ２２、吸気バルブ１７を制御し、噴射制御手段３５は、エンジンＥの燃焼噴射量を制御すると共にインジェクタによるマルチ噴射、ポスト噴射を制御し、さらに排気管インジェクタ２３から噴射する燃料を制御する。
【００２５】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒による排ガス後処理装置１０は、通常は空燃比リーン状態でＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒２６で吸蔵し、その間に排気管インジェクタ２３で燃料ＨＣをパルス的に噴射して空燃比リッチ状態でＮＯｘ還元浄化を行う。
【００２６】
また排ガス中のＰＭは、ＤＰＦ２７で捕捉されるが、ＤＰＦ２７へのＰＭ堆積量が所定量溜まったならば、例えば、ＤＰＦ２７前後の差圧が一定に達したときや、所定の走行距離を走行したとき、ＥＣＵ３２がＰＭの自動再生制御を行う。このＰＭ再生の際には、ポスト噴射や排気管インジェクタ２３による燃料噴射を行って排ガス温度を６００℃に上げることで、ＤＰＦ２７へ堆積したＰＭを燃焼させる。
【００２７】
このＰＭ再生時に燃料ＨＣを噴射するに際し、ＥＣＵ３２は、温度検出手段３３に入力される温度センサ２８〜３０の排ガス温度に基づき、触媒温度（ＤＯＣ温度）を推定し、ライトオフ特性マップ３６からマルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を選択する。この際、触媒温度が低いときマルチ噴射とポスト噴射、或いはマルチ噴射を行い、触媒温度が排気管噴射できる設定温度以上に達したときに排気管噴射を行ってＤＰＦ２７を再生する。
【００２８】
このライトオフ特性マップ３６を図２により説明する。
【００２９】
図２は、触媒温度を横軸にとり、縦軸に燃料のライトオフ特性としての燃焼の効率Ｋをとり、それぞれ触媒温度を変えて、ポスト噴射を行ったときのライトオフ特性曲線Ｌｐと排気管噴射を行ったときのライトオフ特性曲線Ｌｅを示したものである。
【００３０】
このライトオフ特性曲線Ｌｐ、Ｌｅは触媒がフレッシュな状態を実線で示し、劣化後の状態の特性曲線Ｌｐｄ、Ｌｅｄを点線で示している。
【００３１】
このポスト噴射のライトオフ特性曲線Ｌｐは、筒内で燃料のオイル希釈（ダイリューション）が生じるため、排気管噴射のライトオフ特性曲線Ｌｅより５％程度効率が落ちる特性となる。
【００３２】
ここで、触媒がフレッシュな状態のとき、触媒温度Ｔａ（例えば２００℃）に達するまでは、マルチ噴射領域とし、触媒温度Ｔａから触媒温度Ｔｂ（例えば２２０℃）までは、ポスト噴射領域（又はマルチ噴射を継続したマルチ噴射領域）、触媒温度Ｔｂ以上のとき排気管噴射領域と設定する。また触媒の劣化後は、触媒温度Ｔｂに達するまでは、マルチ噴射領域とし、触媒温度Ｔｂから触媒温度Ｔｃ（例えば２５０℃）までは、ポスト噴射領域（又はマルチ噴射を継続したマルチ噴射領域）とし、触媒温度Ｔｂ以上のとき排気管噴射領域として、それぞれの動作温度を設定する。
【００３３】
ＤＰＦを再生する際、ＥＣＵ３２は、温度検出手段３３からの触媒（ＤＯＣ）の出入口温度から触媒温度を推定し、その触媒温度を基に、燃焼の効率Ｋをライトオフ特性マップ３６からマルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を選択する。
【００３４】
すなわち、触媒がフレッシュなとき触媒温度Ｔａ（２００℃）未満のときの劣化前シーケンスでは、マルチ噴射（パイロット、プレ、メイン、アフタを適宜選択して噴射）を行って、排ガス温度を上げ、触媒温度Ｔａ以上となったときポスト噴射を行う。これにより、ライトオフ特性曲線Ｌｐに示したように効率Ｋがアップし、触媒温度Ｔｂ（２２０℃）になったときに排気管噴射を行うことで、ライトオフ特性曲線Ｌｅに示したように高効率でＤＰＦの再生を行うことができる。またマルチ噴射後、ポスト噴射を順次切り換える変わりにマルチ噴射のみで触媒温度Ｔｂを２２０℃に上げた後、排気管噴射を行うようにしてもよい。
【００３５】
また、触媒が劣化した後の劣化後シーケンスでは、例えば触媒温度Ｔｂ（２２０℃）に達するまでマルチ噴射を行い、触媒温度Ｔｂに達した後は、ポスト噴射に切り換え、或いはマルチ噴射を継続して特性曲線Ｌｐｄのように効率Ｋをアップしていき、触媒温度Ｔｃ（２５０℃）になったときに排気管噴射に切り換え、ライトオフ特性曲線Ｌｅｄのように効率を上げ、最終的にライトオフ特性曲線Ｌｅに示した効率でＰＭを燃焼させてＤＰＦを再生する。
【００３６】
触媒のフレッシュな状態から劣化までのライトオフ特性曲線Ｌｐ、Ｌｅの選定は、基本的には触媒の経年数を基に劣化度を決定するが、触媒の出入口の排ガス温度から燃焼の効率を求め、この効率とライトオフ特性マップのライトオフ特性曲線Ｌｐ、Ｌｅを基に触媒の劣化度を設定し、その劣化度からライトオフ特性曲線Ｌｐ、Ｌｅと劣化後の特性曲線Ｌｐｄ、Ｌｅｄを基に、ライトオフ特性を補正し、その補正したライトオフ特性に応じてマルチ噴射領域とポスト噴射領域と排気管噴射領域を変更して行く。
【００３７】
このように、本発明は、触媒が劣化してライトオフ性能が高温側にシフトした場合でも、マルチ噴射、ポスト噴射、排気管噴射を的確に選択することで、低温側での還元効率を向上させることができる。またＤＰＦ再生効率向上のために、低温域では、排気管噴射を行わずにポスト噴射或いはマルチ噴射に切り替えることができるため、触媒のＨＣ被毒やその後の溶損を防止することができる。
【００３８】
上述の実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた排ガス後処理装置のＤＰＦ再生時の排気管噴射の例で説明したが、本発明はＳＣＲ触媒を用いた排ガス後処理装置のＤＰＦ再生にも、その他、排気管噴射でＤＰＦを再生する後処理装置のいずれにも適用できることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
２０  排気管
２３  排気管インジェクタ
２５  ＤＯＣ
２７  ＤＰＦ
３２  ＥＣＵ
３６  ライトオフ特性マップ
Ｅ  エンジン
【図１】
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【図２】
2014208979.tif 000004