(57)【要約】【課題】  後処理装置の昇温制御を終了した後の触媒の過昇温を防止する。【解決手段】  昇温制御装置の電子制御ユニット（１０）は、後処理装置（４０）の触媒（４２）またはＤＰＦ（４１）の再生のための昇温制御が終了した後、触媒出口排気温度センサ（６０）によって検出される触媒温度が閾値以下になるまで排気流量維持制御を実施して触媒（４２）の冷却を促進する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気浄化触媒およびディーゼルパティキュレートフィルタを含む後処理装置の昇温制御装置において、
前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記排気浄化触媒または前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に昇温制御を行う触媒昇温制御手段と、
前記昇温制御の終了後に前記排気浄化触媒の温度が閾値以下になるまで前記排気浄化触媒の冷却を促進する触媒冷却促進手段と
を備えることを特徴とする後処理装置の昇温制御装置。
【請求項２】
前記触媒冷却促進手段が、前記昇温制御の終了後に前記排気浄化触媒の温度が前記閾値以下になるまで排気流量を維持することを特徴とする請求項１に記載の後処理装置の昇温制御装置。
【請求項３】
前記触媒冷却促進手段が、前記昇温制御の終了後に前記排気浄化触媒の温度が前記閾値以下になるまで前記昇温制御中のアイドル回転数を維持することを特徴とする請求項２に記載の後処理装置の昇温制御装置。
【請求項４】
前記触媒冷却促進手段が、前記昇温制御の終了後に前記排気浄化触媒の温度が前記閾値以下になるまで、燃料噴射時期の進角、吸入空気量の増大、およびＥＧＲ量の低減のうちの少なくとも一つを含むエンジン燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の後処理装置の昇温制御装置。
【請求項５】
前記触媒冷却促進手段が、前記昇温制御の終了後に前記排気浄化触媒の温度が前記閾値以下になるまで、運転者に対してエンジン停止操作を禁止する旨の警告を発することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の後処理装置の昇温制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後処理装置の触媒昇温制御装置に関し、特に、排気浄化触媒とディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）を含む後処理装置の昇温制御を終了した後の触媒の過昇温を防止するようにした昇温制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）の排出を抑制するため、ＰＭを捕集するＤＰＦを備えた後処理装置をエンジン排気系に設けることがある。この場合、ＰＭの捕集に伴うＤＰＦの目詰まりによる排圧上昇を防止するため、電気ヒータやバーナーでＤＰＦを加熱してＰＭを燃焼除去するシステムや、エンジンからの排気熱を利用してＤＰＦを再生する連続再生型ＤＰＦシステムなどが用いられている。この連続再生型ＤＰＦシステムでは、ＰＭが閾値以上堆積した場合は強制的なＤＰＦ昇温によりＰＭ再生を行う必要がある。そのためにはＤＰＦの温度を再生可能温度まで昇温させ、且つ、その温度を維持する必要があり、燃料噴射時期の遅延、多段噴射、ポスト噴射、排気管内噴射などによって排ガス温度をＰＭ再生に必要な温度に上昇させ、且つ、維持するようにしている。しかしながら、フィルタ再生中に排ガス量の少ない運転条件に急変したり、排ガス量が少ない運転条件たとえばアイドル運転状態でＤＰＦ再生制御が行われると、ＤＰＦ内部が高温になってＤＰＦの溶損等の問題が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載の排ガス浄化システムでは、ＤＰＦ再生制御運転の開始時と再生制御運転中にアイドル運転を判定したときにアイドル回転数を所定の回転数に上昇させる制御を行うことにより、アイドル運転時であっても適切な排ガス流量を確保して排ガス流量の減少によるＤＰＦの過昇温を防止するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１６１１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の排ガス浄化システムは、ＤＰＦ再生のための昇温制御中、アイドルアップによりＤＰＦの過昇温を防止するようにしているが、ＤＰＦを備えた排ガス浄化システム（後処理装置）の構成は種々であり、その構成によっては昇温制御終了後における排気浄化触媒の過昇温が問題になることがある。
例えば、ＤＰＦの前段に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒に対してＨＣなどの還元剤を供給するようにした後処理装置においても、ＤＰＦ再生やＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージのためのＨＣ供給による昇温制御中にアイドルアップによってＤＰＦの過昇温を防止することが考えられるが、その様な構成の場合、昇温制御の終了に伴う通常制御への復帰時にアイドル回転数を通常のアイドル回転数まで低減させるので排気流量が急激に減少することになり、その際、触媒に供給されたＨＣが残存していると、触媒への排気流入の低下などに起因して、触媒に残存しているＨＣが急激に反応して触媒温度が過上昇し、触媒が劣化するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、後処理装置の昇温制御を終了した後の触媒の過昇温を防止するようにした昇温制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、排気浄化触媒およびＤＰＦを含む後処理装置の昇温制御装置において、触媒またはＤＰＦの再生のための昇温制御手段による昇温制御が終了した後、触媒温度検出手段によって検出される触媒温度が閾値以下になるまで触媒冷却促進手段により触媒の冷却を促進することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載のものにおいて、触媒冷却促進手段が排気流量を維持することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２記載のものにおいて、触媒冷却促進手段が昇温制御中のアイドル回転数を維持することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のものにおいて、触媒冷却促進手段が、燃料噴射時期の進角、吸入空気量の増大およびＥＧＲ量の低減のうちの少なくとも一つを含むエンジン燃焼制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のものにおいて、触媒冷却促進手段が運転者に対してエンジン停止操作を禁止する旨の警告を発することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明は、昇温制御終了後に触媒温度が閾値以下になるまで触媒の冷却を促進するので、昇温制御終了後の触媒の過昇温を防止することができる。特に、ＨＣ供給による昇温制御の終了後、触媒に残存するＨＣの反応を抑制して触媒の過昇温を防止することができる。
請求項２の発明は、昇温制御終了後に触媒温度が閾値以下になるまで触媒への排気流入量を維持するので、触媒内を排気が充分に流れて触媒の冷却を促進し、触媒の過昇温を防止することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、昇温制御終了後に触媒温度が閾値以下になるまで昇温制御中のアイドル回転数を維持するので、触媒内を排気が充分に流れて触媒の冷却を促進し、触媒の過昇温を防止することができる。
請求項４の発明は、昇温制御終了後に触媒温度が閾値以下になるまで、燃料噴射時期の進角、吸入空気量の増大、ＥＧＲ量の低減のいずれか一つ以上を含むエンジン燃焼制御を行うので、排気温度の低減または排気流量の増大の一方または双方が達成されて触媒の冷却が促進され、これにより所要冷却時間を短縮して、触媒の過昇温を防止することができる。
【００１１】
請求項５の発明は、昇温制御終了後に触媒温度が閾値以下になるまで、運転者に対してエンジン停止操作を禁止する旨の警告を発するので、触媒温度が充分に低下するまでエンジン停止操作を行わないように運転者を促して触媒冷却時間を確保し、触媒の過昇温を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による後処理装置の触媒昇温制御装置を説明する。
図１において、参照符号１は、エンジンたとえばコモンレール式ディーゼルエンジンを示し、参照符号１０は、エンジン制御装置および昇温制御装置の主要部をなす電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を示す。
【００１３】
詳細な図示を省略するが、コモンレール式ディーゼルエンジン１は、例えば、ニードル弁ならびにニードル弁の先端側及び基端側に設けられた燃料室および制御室を有する燃料インジェクタを気筒毎に備えており、燃料室及び制御室は燃料通路を介して蓄圧室に接続され、制御室は燃料戻し通路を介して燃料タンクに接続されている。そして、ＥＣＵ１０の制御下で、燃料インジェクタに設けられた電磁弁が開くと、蓄圧室内から供給された高圧燃料が燃料インジェクタを通じてエンジン１の燃焼室に噴射され、電磁弁が閉じると燃料噴射が終了するものとなっており、このように電磁弁の開弁時期を制御することで燃料噴射時期を調節することができる。
【００１４】
エンジン１は、吸気マニホールド１１に接続された吸気管１２と、排気マニホールド１３に接続された排気管１４とを有している。
吸気管１２の途中には、過給機２０のコンプレッサ２１とインタークーラ３１と吸気スロットル弁３２が配されている。吸気スロットル弁３２の開度は、吸気スロットル弁駆動部３３を介してＥＣＵ１０により調節可能である。
【００１５】
一方、排気管１４の途中には、過給機２０のタービン２２、軽油添加インジェクタ５０、後処理装置４０、および図示しないマフラが設けられている。
過給機２０のコンプレッサ２１とタービン２２は同期回転可能に連結され、エンジン１から排出される排気ガスの流れにより発生したタービン２２の回転力によりコンプレッサ２１を回転させ、コンプレッサ２１により加圧された吸気をエンジン１に供給するようになっている。また、コンプレッサ２１により加圧されて高温になった空気はインタークーラ３１で冷却され、これにより吸入空気の密度を高めて充填効率を向上させて、エンジン出力を増大するようにしている。そして、過給機２０にはタービン２２をバイパスするバイパス通路が設けられ、このバイパス通路の途中に設けられたウエイストゲート２３を開閉することによりタービン２２を通過する排ガス量を増減させ、タービン２２の回転を変化させることにより吸気管１２に供給される吸気の圧力を増減できる。また、ウエイストゲート２３は、ウエイストゲート駆動部２４を介してＥＣＵ１０により開閉される。
【００１６】
図１中、参照符号３６は、排気マニホールド１３から吸気管１２に延びるＥＧＲ通路を示し、このＥＧＲ通路３６を介して排ガスの一部を再還流ガスとしてエンジン１に供給するようになっている。ＥＧＲ通路３６の途中には、再還流ガスを冷却してエンジン１へのガス充填密度を高めるＥＧＲクーラ３７と、再還流ガスのエンジン１への供給および供給遮断のためのＥＧＲ弁３８が設けられている。ＥＧＲ弁駆動部３９を介してＥＣＵ１０によりＥＧＲ弁３８の開閉あるいはその開度が調節される。
【００１７】
後処理装置４０は、これに流入した排ガスに含まれるＮＯｘ及びＰＭを低減するものである。本実施形態の後処理装置４０は、ＰＭを捕集して燃焼除去するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４１と、ＤＰＦ４１の前段に配され軽油添加インジェクタ５０から供給された軽油（ＨＣ）を還元剤として用いて排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵触媒４２と、ＤＰＦ４１の後段に配され余剰のＨＣなどを酸化する後段触媒４３とを有している。
【００１８】
軽油添加インジェクタ５０は、ＮＯｘ吸蔵触媒４２に軽油（ＨＣ）を噴射するもので、軽油添加インジェクタ駆動部５１を介してＥＣＵ１０により開閉制御される。軽油添加インジェクタ５０からの軽油の噴射量は、例えばエンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて決定される。
ＥＣＵ１０は、負荷センサ及びエンジン回転数センサ（共に図示略）により検出されたエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて判別したエンジン１の運転領域に応じて各気筒の燃料インジェクタ（図示略）の電磁弁をオンオフして燃料噴射時期および燃料噴射量を制御するものになっている。
【００１９】
図１中、参照符号６０は触媒出口排気温度センサ（触媒温度検出手段）であり、ＮＯｘ吸蔵触媒４２とＤＰＦ４１との間に挿入された温度検出端を有し、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の出口側における排気温度（広義には触媒温度）を検出するようになっている。また、符号７０は、ＥＣＵ１０により駆動される警報ブザー、警報表示装置などの警報装置である。
上記構成のディーゼルエンジン１は、リーン空燃比で運転され、このリーン空燃比運転中、エンジン１から排出される排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）がＮＯｘ吸蔵触媒４２に吸蔵される。そして、ＮＯｘ吸蔵量が一定以上まで増大すると、公知のようにエンジン１のリッチスパイク運転が行われ、ＮＯｘ吸蔵触媒４２に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、還元除去される。また、燃料中に含まれる硫黄分によりＮＯｘ吸蔵触媒４２がＳ被毒されるとＮＯｘ吸蔵触媒４２の排ガス浄化作用が低下するので、ＮＯｘ吸蔵触媒４２に吸着されたＳ成分を還元除去するＳパージを行うべく、燃料噴射時期を遅角したり膨張行程後半で追加燃料を噴射するなどの、排気温度（触媒温度）を上昇させる従来公知の昇温制御が実施される。
【００２０】
また、排ガス中に含まれるＰＭの大気中への排出量を低減するため、ＰＭがＤＰＦ４１により捕集されるが、ＰＭ捕集量が一定以上まで増大するとＤＰＦ４１の目詰まりによる排圧上昇によってエンジン運転性能が低下するおそれがあるので、捕集されたＰＭを燃焼除去してＤＰＦ４１を再生するため、従来公知の昇温制御が実施される。
本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒４２のＳパージ時やＤＰＦ４１の再生時の昇温制御にあたり、ＥＣＵ１０（昇温制御手段）の制御下で軽油添加インジェクタ５０を開いて排ガス中に軽油（ＨＣ）を噴射し、これによりＨＣ供給を行って排気温度（触媒温度）を目標温度に上昇させる一方、排気流量を確保してＮＯｘ吸蔵触媒４２の過昇温を防止するため、エンジン１のアイドル回転数を所定回転数だけ増大させるようにしている。なお、ＨＣ供給による昇温制御中、触媒出口排気温度センサ６０により検出される触媒の実際温度（図２に実線で例示する）と目標温度（図２に破線で例示する）との差に応じてＨＣ供給量を補正するなどして触媒温度を目標温度に制御することができる。
【００２１】
上記の触媒昇温制御自体は基本的には従来の昇温制御と変わるところはないが、本発明は昇温制御の終了後に触媒の冷却を促進する点に特徴がある。
すなわち、Ｓパージ時やＤＰＦ再生時にＨＣ供給による昇温制御を行った場合、昇温制御の終了に伴って通常制御に直ちに復帰すると、排気流量が急減し、ＮＯｘ吸蔵触媒４２に残存しているＨＣが急激に反応して触媒温度が急上昇するおそれがある。図３は、昇温制御中にアイドル回転数を上昇させる一方、昇温制御の終了直後からアイドル回転数を通常回転数まで低下させた場合における時間経過に伴う排気流量および触媒温度の変化を示す。図３に示すように、昇温制御終了時からアイドル回転数を直ちに通常回転数まで低下させると、排気流量の急減に伴って残存ＨＣの反応により触媒温度が過上昇することがあり、この場合、触媒が劣化して排ガス性能が損なわれるという不具合が生じる。
【００２２】
そこで、本発明では、ＥＣＵ１０（触媒冷却促進手段）の制御下で、昇温制御の終了後に触媒温度がＮＯｘ吸蔵触媒４２（排気浄化触媒）が充分に冷却されたことを表す閾値以下になるまで、触媒の冷却を促進するようにしている。より具体的には、本実施形態では、昇温制御終了時点以降、ＥＣＵ１０（触媒冷却促進手段）は、触媒出口排気温度センサ６０により検出される触媒出口排気温度すなわち触媒温度をモニタし、この触媒温度がＮＯｘ吸蔵触媒４２が充分に冷却されたことを表す閾値以下になるまで排気流量維持制御によって昇温制御中のアイドル回転数を昇温制御終了後も維持し、これにより排気流量を維持してＮＯｘ吸蔵触媒４２の冷却を促進するものになっている（図２を参照）。なお、上記の閾値（昇温制御終了後の温度低減閾値）を図２に一点鎖線で例示する。
【００２３】
更に、ＥＣＵ１０（触媒冷却促進手段）の制御下で、燃料噴射時期の進角、吸入空気量の増大、およびＥＧＲ量の低減のうちの少なくとも一つを含むエンジン燃焼制御を行い、これにより排気温度の低減または排気流量の増大の一方または双方を達成してＮＯｘ吸蔵触媒４２の冷却を促進するようにしている。そして更に、ＥＣＵ１０（触媒冷却促進手段）は、警報装置７０を駆動して運転者に対してエンジン停止操作を禁止する旨の警告を発するものになっている。この結果、運転者はイグニッションキーオフなどのエンジン停止操作（排ガス流量をゼロとする操作）を行わないように促されるので、触媒冷却時間が確保されてＮＯｘ吸蔵触媒４２の過昇温が防止される。
【００２４】
上述のように、ＨＣ供給による昇温制御が終了した後、排気流量維持制御による排ガス流入によりＮＯｘ吸蔵触媒４２の冷却が促進され、これによりＮＯｘ吸蔵触媒４２に残存したＨＣの反応を抑制しつつ触媒出口排気温度センサ６０によって検出される触媒温度が閾値以下まで低下すると、排気流量維持制御を終了して通常制御に復帰する（図２を参照）。
【００２５】
以上で本発明の好適実施形態による昇温制御装置についての説明を終了するが、本発明はこれに限定されず、種々に変形可能である。
例えば、上記実施形態では、ＤＰＦの前段に配される排気浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵触媒を用いたが、酸化触媒を前段触媒として用いても良い。また、後段触媒を設けることは必須ではない。また、上記実施形態では、ＨＣ供給による昇温制御を行うようにしたが、吸気スロットル弁、ＥＧＲ弁、過給機ウエイストゲートなどの吸排気アクチュエータを動作させることにより排気昇温を行うこともできる。また、昇温制御中に排気流量を確保するため、上記実施形態ではアイドル回転数を増大させたが、ＥＧＲ弁を閉じるなどのその他の手段を講じても良い。また、上記実施形態では、排気流量維持制御（アイドルアップ維持）に加えて、排気温度の低減や排気流量の増大を実現するためのエンジン燃焼制御や、エンジン停止操作を阻止するための警報制御を行うようにしたが、その様な制御を行うことは必須ではない。上記以外の点についても本発明は変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態による後処理装置の昇温制御装置を示す概略図である。
【図２】図１に示した昇温制御装置による昇温制御およびそれに続く排気流量維持制御ならびに通常制御の実施中における時間経過に伴う排気流量および触媒温度の変化を示す図である。
【図３】昇温制御の終了に伴って通常制御に復帰する場合における排気流量および触媒温度の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    エンジン
１０  ＥＣＵ（昇温制御手段、触媒冷却促進手段）
２３  過給機ウエイストゲート
３２  吸気スロットル弁
３８  ＥＧＲ弁
４０  排ガス後処理装置
４１  ＤＰＦ
４２  ＮＯｘ吸蔵触媒（排気浄化触媒）
５０  軽油添加インジェクタ
６０  触媒出口排気温度センサ（触媒温度検出手段）
７０  警報装置
【図１】
2006266221.tif 000003
【図２】
2006266221.tif 000004
【図３】
2006266221.tif 000005