(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタ等の排気浄化材がターゲット温度を超えて過剰に加熱してしまうことを防止しつつ昇温時間を極力短くする。【解決手段】排気管１１の途中に装備したパティキュレートフィルタ１２（排気浄化材）の上流にバーナ１４を設け、該バーナ１４の燃焼によりパティキュレートフィルタ１２を昇温するようにした後処理バーナシステムの燃焼昇温制御方法に関し、バーナ１４を着火してパティキュレートフィルタ１２をターゲット温度まで昇温する際に、該パティキュレートフィルタ１２の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保ち且つターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナ１４の燃料噴射制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に装備した排気浄化材の上流にバーナを設け、該バーナの燃焼により排気浄化材を昇温するようにした後処理バーナシステムの燃焼昇温制御方法であって、バーナを着火して排気浄化材をターゲット温度まで昇温する際に、該排気浄化材の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保ち且つターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナの燃料噴射制御を行うことを特徴とする後処理バーナシステムの燃焼昇温制御方法。
【請求項２】
排気管の途中に装備した排気浄化材の上流にバーナを設け、該バーナの燃焼により排気浄化材を昇温するようにした後処理バーナシステムの燃焼昇温制御装置であって、排気浄化材の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段からの検出信号に基づき前記排気浄化材の温度を監視しながら必要時にバーナを着火して排気浄化材をターゲット温度まで昇温する制御装置本体とを備え、該制御装置本体が排気浄化材の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保ち且つターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナの燃料噴射制御を行い得るよう構成されていることを特徴とする後処理バーナシステムの燃焼昇温制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後処理バーナシステムの燃焼昇温制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中にパティキュレートフィルタを装備し、該パティキュレートフィルタを通して排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するようにしているが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させるようにしている。
【０００３】
即ち、このような酸化触媒を担持させたパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。
【０００４】
ただし、斯かるパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００５】
そこで、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を付帯装備させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。
【０００６】
つまり、酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加すれば、その添加燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応するので、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
【０００７】
ただし、渋滞路ばかりを走行する都市部の路線バス等のように排気温度の低い運転状態が長く続く運行形態の車輌にあっては、前段の酸化触媒が十分な触媒活性を発揮し得る触媒床温度まで昇温し難く、該酸化触媒における添加燃料の酸化反応が活発化してこないため、パティキュレートフィルタを短時間のうちに効率良く再生することができないという問題があった。
【０００８】
このため、近年においては、パティキュレートフィルタの入側にバーナを設け、車輌の運転状態に拘わらず前記バーナの燃焼により捕集済みパティキュレートを焼却し、パティキュレートフィルタを短時間のうちに効率良く再生させることが検討されている。
【０００９】
尚、この種の排気浄化触媒や排気ガスをバーナを用いて加熱する技術に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１や特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−８６８４５号公報
【特許文献２】特開平６−１６７２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来においては、図４にグラフで示すように、パティキュレートフィルタの温度をバーナの着火からターゲット温度に上げる昇温スピードが一定であったため、パティキュレートフィルタの温度を早くターゲット温度に到達させようとして昇温スピードを上げると、図５にグラフで示すように、ターゲット温度付近でパティキュレートフィルタの温度がオーバーシュートしてターゲット温度を超えた過剰な加熱状態となり、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートが異常燃焼を起こす虞れがあった。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートフィルタ等の排気浄化材がターゲット温度を超えて過剰に加熱してしまうことを防止しつつ昇温時間を極力短くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、排気管の途中に装備した排気浄化材の上流にバーナを設け、該バーナの燃焼により排気浄化材を昇温するようにした後処理バーナシステムの燃焼昇温制御方法であって、バーナを着火して排気浄化材をターゲット温度まで昇温する際に、該排気浄化材の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保ち且つターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナの燃料噴射制御を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
而して、このようにすれば、排気浄化材の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保つようにバーナの燃料噴射制御を行っているので、バーナを着火してからの少なくとも初期のうちに昇温時間の大幅な短縮が図られることになり、しかも、ターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナの燃料噴射制御を行っているので、排気浄化材の温度がオーバーシュートせずにターゲット温度に留められることになる。
【００１５】
また、本発明は、排気管の途中に装備した排気浄化材の上流にバーナを設け、該バーナの燃焼により排気浄化材を昇温するようにした後処理バーナシステムの燃焼昇温制御装置であって、排気浄化材の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段からの検出信号に基づき前記排気浄化材の温度を監視しながら必要時にバーナを着火して排気浄化材をターゲット温度まで昇温する制御装置本体とを備え、該制御装置本体を排気浄化材の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保ち且つターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナの燃料噴射制御を行い得るよう構成したことを特徴とするものでもある。
【発明の効果】
【００１６】
上記した本発明の後処理バーナシステムの燃焼昇温制御方法及び装置によれば、排気浄化材の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保つようにバーナの燃料噴射制御を行うことで、バーナを着火してからの少なくとも初期のうちに昇温時間の大幅な短縮を図ることができ、しかも、ターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナの燃料噴射制御を行うことで、排気浄化材の温度をオーバーシュートさせずにターゲット温度に留めることができるので、排気浄化材がターゲット温度を超えて過剰に加熱してしまうことを防止しつつ昇温時間を極力短くすることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】本形態例における昇温スピードと時間との関係を示すグラフである。
【図３】本形態例における温度と時間との関係を示すグラフである。
【図４】従来における昇温スピードと時間との関係を示すグラフである。
【図５】従来における温度と時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっており、また、前記ディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へと送り出されるようになっている。
【００２０】
そして、前記排気管１１の途中に、酸化触媒を一体的に担持したパティキュレートフィルタ１２（排気浄化材）がマフラ１３に抱持されて装備されていると共に、該パティキュレートフィルタ１２の前段には、適量の燃料を噴射して着火燃焼せしめるバーナ１４が装備されており、該バーナ１４は、ここには図示されていない適量の燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、その噴射口から噴射された燃料に点火するための点火プラグとを備えて構成されている。
【００２１】
ここで、前記バーナ１４に対しては、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａの下流から分岐した燃焼用空気供給管１５が接続されており、該燃焼用空気供給管１５により前記コンプレッサ２ａで過給された吸気４の一部を抜き出して燃焼用空気として導き得るようにしてある。
【００２２】
また、前記マフラ１３には、パティキュレートフィルタ１２の温度を検出する温度センサ１６（温度検出手段）が装備されており、該温度センサ１６により検出されたパティキュレートフィルタ１２の温度が検出信号１６ａとして制御装置本体１７に入力されるようにしてある。
【００２３】
尚、図１に図示している例では、温度センサ１６によりパティキュレートフィルタ１２の温度を直接検出するように図示しているが、パティキュレートフィルタ１２の入側直近の温度、或いは、パティキュレートフィルタ１２の入側排気温度と出側排気温度の両方を検出してパティキュレートフィルタ１２の温度を推定する検出方式を採用することも可能である。
【００２４】
更に、前記制御装置本体１７においては、前記温度センサ１６からの検出信号１６ａに基づき前記パティキュレートフィルタ１２の温度を監視しながら必要時に制御信号１４ａによりバーナ１４を着火して前記パティキュレートフィルタ１２をターゲット温度まで昇温させるようにしてある。
【００２５】
また、前記制御装置本体１７には、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１８（負荷センサ）からの負荷信号１８ａと、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ１９からの回転数信号１９ａが制御装置本体１７に入力されるようにしてあり、これら負荷信号１８ａ及び回転数信号１９ａから判るディーゼルエンジン１の現在の運転状態に基づきパティキュレートの基本的な発生量を推定し、その基本的な発生量に対しパティキュレートの発生にかかわる各種の条件を考慮した補正係数を掛け且つ現在の運転状態におけるパティキュレートの処理量を減算して最終的な発生量を求め、この最終的な発生量を時々刻々積算してパティキュレートの堆積量を推定するようにもなっている。
【００２６】
ただし、このようなパティキュレートの堆積量を推定する方法には各種の考え方があり、ここに例示した推定方法以外の手法を用いてパティキュレートの堆積量を推定することも勿論可能であり、パティキュレートフィルタ１２の前後の差圧に基づいてパティキュレートの堆積量を推定したり、運転時間や走行距離を目安としてパティキュレートの堆積量を推定したりすることも可能である。
【００２７】
そして、パティキュレートの堆積量が所定量に達したものと推定された際に、前記制御信号１４ａが出力されてバーナ１４が着火され、パティキュレートフィルタ１２がターゲット温度まで昇温されることになるが、この際に、図２にグラフで示す通り、パティキュレートフィルタ１２の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保ち且つターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナ１４の燃料噴射が制御されるようになっている。
【００２８】
特に図２のグラフで示している例では、パティキュレートフィルタ１２の温度がターゲット温度に近づいたところで昇温速度が遅くなるようにバーナ１４の燃料噴射量を絞り込む制御が成されるようになっているが、このように昇温速度を二段階で制御する以外に、昇温速度を三段階以上で制御するようにしても良いことは勿論である。
【００２９】
而して、このように後処理バーナシステムの燃焼昇温制御装置を構成すれば、パティキュレートフィルタ１２の昇温スピードをターゲット温度に近づくまで相対的に速く保つようにバーナ１４の燃料噴射制御を行うことで、バーナ１４を着火してからの少なくとも初期のうちに昇温時間の大幅な短縮を図ることができ、しかも、ターゲット温度に近づいたところで段階的に遅くなるようにバーナ１４の燃料噴射制御を行うことで、パティキュレートフィルタ１２の温度をオーバーシュートさせずにターゲット温度に留めることができるので、パティキュレートフィルタ１２がターゲット温度を超えて過剰に加熱し、該パティキュレートフィルタ１２に堆積したパティキュレートが異常燃焼を起こしてしまう虞れを防止することができると共に、バーナ１４の着火からパティキュレートフィルタ１２をターゲット温度に上げるまでの昇温時間を極力短くすることができる。
【００３０】
尚、本発明の後処理バーナシステムの燃焼昇温制御方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、上述の形態例に関する説明では、排気浄化材がパティキュレートフィルタの場合について説明しているが、本発明の後処理バーナシステムは、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒や、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒等といった各種の排気浄化触媒を排気浄化材とする場合にも同様に適用できる、即ち、これらの排気浄化触媒を冷間時に活性温度域まで昇温させるためにバーナを使用する形態の後処理バーナシステムにも同様に適用できることは勿論であり、このような後処理バーナシステムに適用した場合には、排気浄化触媒がターゲット温度を超えて過剰に加熱してしまうことを防止できるので、該排気浄化触媒の熱劣化等を回避することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１１  排気管
１２  パティキュレートフィルタ（排気浄化材）
１４  バーナ
１６  温度センサ（温度検出手段）
１７  制御装置本体 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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