(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの再生制御で発生する高温の排気ガスについての安全性を高めた排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管１１の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２を装備し、その上流側で排気ガス９中に燃料を添加する燃料添加手段（燃料噴射装置１８）と、パティキュレートフィルタ１２の再生を図る必要が生じた際に燃料添加手段に向け燃料添加指令を出力する制御装置１５とを備えた排気浄化装置に関し、車両がアイドリング状態にあることを判定するアイドリング判定手段（回転センサ１７，アクセルセンサ１６，ニュートラルスイッチ２０，サイドブレーキスイッチ２１，車速センサ２２）を設け、これにより所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認されている条件下で制御装置１５に新たな燃料添加指令を出力させないように構成する。【選択図】　　　　図１
2004132202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガスが流通する排気管の途中に触媒再生型の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の上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段と、捕集済みパティキュレートを燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要が生じた際に前記燃料添加手段に向け燃料添加指令を出力する制御装置とを備えた排気浄化装置において、車両がアイドリング状態にあることを判定するアイドリング判定手段を設け、該アイドリング判定手段により所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認されている条件下で前記制御装置に新たな燃料添加指令を出力させないように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサ，ギヤ位置がニュートラルポジションにあることを検出するニュートラルスイッチ，サイドブレーキが引かれていることを検出するサイドブレーキスイッチ，車速を検出する車速センサのうちの何れか一つ以上との組み合わせによりアイドリング判定手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置を燃料添加手段として採用し、制御装置により気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実行するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Ｓｏｌｕｂｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、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することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、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、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型の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のである。
【０００６】
ただし、斯かる触媒再生型の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ことになり、このような低い排気温度での運転状態が続いた場合に、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに目詰まりが起こる虞れは依然として残っているので、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側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検討されている。
【０００７】
つまり、パティキュレートフィルタより上流側で燃料を添加すれば、その添加された燃料がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により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（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−４２３２６号公報
【特許文献２】
特開２００２−３０９１９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した如き再生制御を実施するに際し、例えば、車両が長距離輸送トラックであるような場合、運転者が高速道路のサービスエリア等で空調をかけたままアイドリング状態で休息したり、アイドリング状態のまま車両から離れたりする状況が想定されるが、このように運転者が周辺の安全を確認できない状況下で燃料添加手段による燃料添加が自動的に実行されてしまうと、高温の排気ガスが車外に排出されて排気口周辺を通る歩行者等にあたる虞れがある。
【００１０】
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の再生制御で発生する高温の排気ガスについての安全性を高めた排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関からの排気ガスが流通する排気管の途中に触媒再生型の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の上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段と、捕集済みパティキュレートを燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要が生じた際に前記燃料添加手段に向け燃料添加指令を出力する制御装置とを備えた排気浄化装置において、車両がアイドリング状態にあることを判定するアイドリング判定手段を設け、該アイドリング判定手段により所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認されている条件下で前記制御装置に新たな燃料添加指令を出力させないように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
而して、このようにすれば、アイドリング判定手段により所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認された時に、制御装置から燃料添加手段に向けた新たな燃料添加指令の出力が阻止されるので、運転者がアイドリング状態で休息している場合や、アイドリング状態のまま車両から離れている場合等といった運転者が周辺の安全を確認できない状況下で、燃料添加手段による燃料添加が実行されて高温の排気ガスが車外に排出されてしまう事態が起こらなくなり、排気口周辺を通る歩行者等に高温の排気ガスがあたる虞れが未然に回避されることになる。
【００１３】
また、本発明において、アイドリング判定手段は、エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサ，ギヤ位置がニュートラルポジションにあることを検出するニュートラルスイッチ，サイドブレーキが引かれていることを検出するサイドブレーキスイッチ，車速を検出する車速センサのうちの何れか一つ以上との組み合わせにより構成することが可能である。
【００１４】
更に、本発明をより具体的に実施するにあたっては、内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置を燃料添加手段とし、制御装置により気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実行するように構成すると良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１及び図２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いる。
【００１７】
更に、この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を駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００１８】
また、この排気管１１の途中には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２がフィルタケース１３に抱持されて装備されており、図２に拡大して示す如く、このパティキュレートフィルタ１２は、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路１２ａの入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路１２ａについては、その出口が目封じされるようになっており、各流路１２ａを区画する多孔質薄壁１２ｂを透過した排気ガス９のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００１９】
そして、フィルタケース１３の出口部分には、パティキュレートフィルタ１２を通過した排気ガス９の温度を触媒床温度の代用値として計測する温度センサ１４が装備されており、該温度センサ１４の温度信号１４ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）を成す制御装置１５に対し入力されるようになっている。
【００２０】
この制御装置１５は、エンジン制御コンピュータを兼ねていることから燃料の噴射に関する制御も担うようになっており、より具体的には、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１６（負荷センサ）からのアクセル開度信号１６ａ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１７からの回転数信号１７ａとに基づき、ディーゼルエンジン１の各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置１８に向け燃料噴射信号１８ａが出力されるようになっていて、この燃料噴射信号１８ａに出力に際し、ディーゼルエンジン１の運転状態が制御装置１５に常時把握されるようになっている。
【００２１】
ここで、前記燃料噴射装置１８は、各気筒８毎に装備される複数のインジェクタ１９により構成されており、これら各インジェクタ１９の電磁弁が前記燃料噴射信号１８ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング（開弁時期）及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。
【００２２】
他方、前記制御装置１５では、アクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１８ａが決定されるようになっている一方、パティキュレートフィルタ１２の再生制御を行う必要が生じた際に、通常モードから再生モードに切り替わり、圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うような噴射パターンの燃料噴射信号１８ａが決定されるようになっている。
【００２３】
つまり、このようにメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気ガス９中に未燃の燃料（主としてＨＣ：炭化水素）が添加されることになり、この未燃の燃料がパティキュレートフィルタ１２表面の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上昇してパティキュレートフィルタ１２内のパティキュレートが燃焼除去されることになる。
【００２４】
また、この制御装置１５においては、回転センサ１７からの回転数信号１７ａに基づきディーゼルエンジン１の回転数を抽出すると共に、アクセルセンサ１６からのアクセル開度信号１６ａに基づく燃料噴射信号１８ａの決定時に判明している燃料の噴射量を抽出し、これら回転数と噴射量とによるパティキュレートの発生量マップからディーゼルエンジン１の現在の運転状態に基づくパティキュレートの基本的な発生量を推定し、こ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なっている。
【００２５】
尚、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る。
【００２６】
更に、前記制御装置１５でパティキュレートの堆積量が所定の目標値に達したものと推定された後、温度センサ１４からの温度信号１４ａに基づきパティキュレートフィルタ１２の出口排気温度が所定温度以上の条件となるのを待って燃焼噴射制御が通常モードから再生モードへ切り替わり、パティキュレートフィルタ１２の上流側の排気ガス９中に燃料が添加されるようになっている。
【００２７】
そして、以上に述べた如きパティキュレートフィルタ１２の上流側の排気ガス９中に燃料を添加し得るようにした排気浄化装置に関し、本形態例においては、先に説明したアクセルセンサ１６、回転センサ１７のほか、ギヤ位置がニュートラルポジションにあることを検出するニュートラルスイッチ２０、サイドブレーキが引かれていることを検出するサイドブレーキスイッチ２１、車速を検出する車速センサ２２の夫々からの検出信号２０ａ，２１ａ及び車速信号２２ａも制御装置１５に入力されるようになっており、これらの信号に基づき車両がアイドリング状態にあるか否かが前記制御装置１５にて判定されるようになっている。
【００２８】
即ち、前記制御装置１５においては、回転センサ１７により比較的低い所定の回転数域であることが確認され、アクセルセンサ１６によりアクセルオフ（負荷が零）が確認され、ニュートラルスイッチ２０によりギヤ位置がニュートラルポジションにあることが確認され、サイドブレーキスイッチ２１によりサイドブレーキが引かれていることが確認され、車速センサ２２により車速が零であることが確認された時に現在の運転状態がアイドリング状態にあると判定し、そのアイドリング状態の継続時間をカウントするようになっている。
【００２９】
尚、アイドリング状態の判定にあたっては、これらのセンサ類やスイッチ類からの信号を必ずしも全て必要とするわけではなく、少なくとも回転センサ１７と、アクセルセンサ１６，ニュートラルスイッチ２０，サイドブレーキスイッチ２１，車速センサ２２の何れかとの組み合わせによりアイドリング判定手段を構成することが可能である。
【００３０】
そして、前記制御装置１５では、所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認されている条件下で新たな燃料添加指令が出力されないようにインターロックがかかるようになっており、より具体的には、所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認されている条件下で燃焼噴射制御が通常モードから再生モードへ切り替わらないようになっている。
【００３１】
ただし、所定時間以上のアイドリング状態が確認される前の段階で既に再生モードに入っていた場合には、車両が所定時間以上のアイドリング状態となっても再生モードをそのまま継続してパティキュレートフィルタ１２の再生制御を完了してしまうようにしてある。
【００３２】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認されていない条件下で前記制御装置１５にてパティキュレートの堆積量が所定の目標値に達したものと推定されると、温度センサ１４からの温度信号１４ａに基づきパティキュレートフィルタ１２の出口排気温度が所定温度以上の条件となるのを待って燃焼噴射制御が通常モードから再生モードへ切り替わり、メイン噴射に続くポスト噴射により排気ガス９中に未燃のまま添加された燃料がパティキュレートフィルタ１２の酸化触媒上で酸化反応して反応熱を生じ、この反応熱により触媒床温度が大幅に上昇してパティキュレートが良好に燃焼除去され、パティキュレートフィルタ１２の再生が図られることになる。
【００３３】
他方、回転センサ１７，アクセルセンサ１６，ニュートラルスイッチ２０，サイドブレーキスイッチ２１，車速センサ２２から成るアイドリング判定手段により所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認された時には、制御装置１５から燃料噴射装置１８に向けた新たな燃料添加指令の出力が阻止され、燃焼噴射制御が通常モードから再生モードへ切り替わらないので、運転者がアイドリング状態で休息している場合や、アイドリング状態のまま車両から離れている場合等といった運転者が周辺の安全を確認できない状況下で、燃料噴射装置１８のポスト噴射による燃料添加が実行されて高温の排気ガス９が車外に排出されてしまう事態が起こらなくなり、排気口周辺を通る歩行者等に高温の排気ガスがあたる虞れが未然に回避されることになる。
【００３４】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ１２の上流側で排気ガス９中に燃料を添加し、該燃料をパティキュレートフィルタ１２の酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて積極的に捕集済みパティキュレートを燃焼除去させる再生制御を実施するにあたり、その再生制御で発生する高温の排気ガス９についての安全性を大幅に向上することができる。
【００３５】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、先の形態例においては、燃料添加手段として燃料噴射装置を採用し、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気ガス中に燃料を添加するようにしているが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良く、更には、このように気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことにより燃料添加を行う手段だけでなく、排気管の適宜位置（排気マニホールドでも可）に燃料添加手段としてインジェクタを貫通装着し、このインジェクタにより排気ガス中に燃料を直噴して添加するようにしても良いこと、また、アイドリング状態の判定にあたっては、より確実な判定を行う目的でクラッチ信号等の更なる別の信号を考慮するようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの上流側で排気ガス中に燃料を添加し、該燃料をパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて積極的に捕集済みパティキュレートを燃焼除去させる再生制御を実施するにあたり、車両が所定時間以上のアイドリング状態となっている時に新たに再生制御が開始されてしまう事態を未然に回避することができるので、運転者がアイドリング状態で休息している場合や、アイドリング状態のまま車両から離れている場合等といった運転者が周辺の安全を確認できない状況下にて新たに再生制御が開始されて高温の排気ガスが排気口周辺の歩行者等にあたるといった事態を未然に回避することができ、パティキュレートフィルタの再生制御で発生する高温の排気ガスについての安全性を大幅に向上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】
【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】図１のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　ディーゼルエンジン（内燃機関）
８　　気筒
９　　排気ガス
１１　　排気管
１２　　パティキュレートフィルタ
１５　　制御装置
１６　　アクセルセンサ（アイドリング判定手段）
１７　　回転センサ（アイドリング判定手段）
１８　　燃料噴射装置（燃料添加手段）
２０　　ニュートラルスイッチ（アイドリング判定手段）
２１　　サイドブレーキスイッチ（アイドリング判定手段）
２２　　車速センサ（アイドリング判定手段）
【図１】
2004132202.tif 000003
【図２】
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