(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの酸化触媒上で添加燃料が処理しきれなくなるような事態を確実に回避し得るパティキュレートフィルタの再生方法を提供する。【解決手段】排気管１１途中に装備した触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２より上流側で排気ガス９中に燃料を添加し、その添加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た時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタ１２の強制再生を図る方法に関し、添加開始時の燃料添加量がパティキュレートフィルタ１２の触媒床温度に応じ段階的に増加するよう燃料添加を徐変制御する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管途中に装備した触媒再生型のパティキュレートフィルタより上流側で排気ガス中に燃料を添加し、その添加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た時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタの強制再生を図る方法において、添加開始時の燃料添加量がパティキュレートフィルタの触媒床温度に応じ段階的に増加するよう燃料添加を徐変制御することを特徴とするパティキュレートフィルタの再生方法。
【請求項２】
パティキュレートフィルタの触媒床温度が所定温度に到達した後、この温度より高い目標温度に触媒床温度が維持されるよう燃料添加を比例積分制御することを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルタの再生方法。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルタの再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パティキュレートフィルタの再生方法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為、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り、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の強制再生を行うことが考えられている。
【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。
【０００８】
尚、この種のパティキュレートフィルタの強制再生を図る方法に関しては、未公開の先行出願である下記の特許文献１や特許文献２にもとりあげられている。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００１−３５５０６１号
【特許文献２】
特願２００２−２０３７４号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気ガス中に添加し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するに際しては、パティキュレートフィルタの後方部分に向かうにつれて酸化触媒との接触機会が増えて添加燃料の酸化反応が活発化することになるため、パティキュレートフィルタの前方部分は後方部分より温度が上がり難く、ただ単にパティキュレートフィルタの後方部分の触媒床温度を目標温度近辺に上昇させるのに必要な量の燃料を添加するだけでは、その添加終了直後に運転状態が大幅に変化して排気温度が急激に低下してしまったような場合に、あまり温度の高くない（触媒活性の低い）パティキュレートフィルタの前方部分に処理しきれない燃料が溜まり、これによりパティキュレートフィルタの前方部分がべたべたしたウェット状態となってパティキュレートが付着し易くなり、ここにパティキュレートが酸化処理されることなく溜まり続けてパティキュレートフィルタが早期に目詰まりを引き起こす虞れがあった。
【００１１】
また、パティキュレートフィルタの前方部分に燃料が溜まっている状態で運転状態が変化して排気温度が急激に上昇したような場合に、酸化反応の許容量を超えた燃料分がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で処理しきれずにパティキュレートフィルタ後方へ通り抜けて白煙を生じるという虞れもあった。
【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の酸化触媒上で添加燃料が処理しきれなくなるような事態を確実に回避し得るパティキュレートフィルタの再生方法を提供し、その目詰まりや白煙の発生を防止することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気管途中に装備した触媒再生型のパティキュレートフィルタより上流側で排気ガス中に燃料を添加し、その添加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た時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタの強制再生を図る方法において、添加開始時の燃料添加量がパティキュレートフィルタの触媒床温度に応じ段階的に増加するよう燃料添加を徐変制御する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、排気温度が低くて触媒活性の低い状態でも十分に酸化処理することが可能な僅かな量から燃料添加が開始され、その僅かな量の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇したところで当該温度での処理能力に見合う増量分が加算されて次の燃料添加が行われ、これ以降は触媒床温度の上昇（触媒活性の上昇に伴う処理能力の増大）に対応して燃料添加量が段階的に増加されていくことになるので、パティキュレートフィルタの酸化触媒上での処理能力を超えた過剰な量の燃料添加が回避されることになる。
【００１５】
しかも、このように添加開始時の燃料添加をパティキュレートフィルタの酸化触媒上での処理能力に対応させて徐変制御すれば、処理能力を超えた燃料添加による触媒床温度の低下（燃料冷却）が確実に回避され、極めて効率の良い反応熱の発生が促されるので、パティキュレートフィルタの触媒床温度を燃料の添加開始から早期に温度上昇させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明においては、パティキュレートフィルタの触媒床温度が所定温度に到達した後、この温度より高い目標温度に触媒床温度が維持されるよう燃料添加を比例積分制御することが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、実測の触媒床温度（状態変数）と目標温度（制御目標値）との偏差に基づく比例動作により燃料添加量が増減されて不安定な制御変動が収束に向かい、しかも、比例動作では収束しきれずに生じた目標温度に対するオフセットが積分動作により解消されて触媒床温度が目標温度に収束することになるので、捕集済みパティキュレートの燃料除去が最適な温度条件下で効率良く行われ、しかも、パティキュレートフィルタの触媒床温度が溶損を招きかねない危険な温度に異常上昇してしまう事態が未然に回避されることになる。
【００１８】
更に、本発明においては、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と良い。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１〜図６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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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る。
【００２５】
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。
【００２６】
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（開始時期がクランク角９０゜〜１３０゜の範囲）でポスト噴射を行うような燃料噴射信号１８ａが決定されるようになっている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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料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。
【００３１】
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、図３に制御イメージをグラフにして示す如く、燃料噴射装置１８のポスト噴射による燃料添加を実行するにあたり、その添加開始時にパティキュレートフィルタ１２の触媒床温度に応じポスト噴射の噴射量が段階的に増加するよう徐変制御が実行されるようになっており、しかも、パティキュレートフィルタ１２の触媒床温度が所定温度に到達した後は、この温度より高い目標温度に触媒床温度が維持されるよう比例積分制御が実行されるようになっている。
【００３２】
即ち、図４に一例を示す如く、制御装置１５内には、添加開始時のポスト噴射の噴射量の制御マップとして、温度センサ１４の検出温度により代用される触媒床温度が、２３０℃以上２７０℃未満の温度域にある時にインジェクタ１９の一噴射当たりの噴射量を５ｍｍ３とし、２７０℃以上３５０℃未満の温度域にある時にインジェクタ１９の一噴射当たりの噴射量を２０ｍｍ３とし、３５０℃以上の温度域にある時にインジェクタ１９の一噴射当たりの噴射量を４０ｍｍ３とする三枚の制御マップが備えられており、これら三枚の制御マップを触媒床温度に応じ適宜に切り替えて添加開始時のポスト噴射をマップ制御するようにしてあり、しかも、このようなマップ制御の結果、触媒床温度が５００℃近辺の所定温度まで到達したら、６００℃近辺の目標温度に触媒床温度が維持されるよう制御装置１５内でマップ制御から比例積分制御へと切り替えられるようになっている。
【００３３】
ここで、比例積分制御における比例動作では、図５に示す如き目標温度に対する実測の触媒床温度の偏差とポスト噴射の噴射量との比例関数の傾きが調整されて目標温度近辺での不安定な制御変動（図３参照）が収束に向かうことになるが、比例動作のみによるフィードバック制御では、系に定常誤差が加わるために目標温度に収束しないので、図６に示す如く、比例動作では収束しきれずに生じた目標温度に対するオフセットが解消されるよう積分動作を組み合わせて比例関数を上下に調整し、触媒床温度を目標温度に収束させるようにしているのである。
【００３４】
而して、斯かる制御装置１５により排気浄化装置を運転すれば、排気温度が低くて触媒活性の低い状態でも十分に酸化処理することが可能な僅かな量（本形態例の場合は一噴射当たり５ｍｍ３）から燃料添加が開始され、その僅かな量の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇したところで当該温度での処理能力に見合う増量分が加算されて次の燃料添加が行われ、これ以降は触媒床温度の上昇（触媒活性の上昇に伴う処理能力の増大）に対応して燃料添加量が段階的に増加されていくことになるので、パティキュレートフィルタ１２の酸化触媒上での処理能力を超えた過剰な量の燃料添加が回避されることになる。
【００３５】
しかも、このように添加開始時の燃料添加をパティキュレートフィルタ１２の酸化触媒上での処理能力に対応させて徐変制御すれば、処理能力を超えた燃料添加による触媒床温度の低下（燃料冷却）が確実に回避され、極めて効率の良い反応熱の発生が促されるので、パティキュレートフィルタ１２の触媒床温度を燃料の添加開始から早期に温度上昇させることが可能となる。
【００３６】
また、パティキュレートフィルタ１２の触媒床温度が所定温度に到達した後、この温度より高い目標温度に触媒床温度が維持されるよう燃料添加を比例積分制御するようにしているので、実測の触媒床温度（状態変数）と目標温度（制御目標値）との偏差に基づく比例動作により燃料添加量が増減されて不安定な制御変動が収束に向かい、しかも、比例動作では収束しきれずに生じた目標温度に対するオフセットが積分動作により解消されて触媒床温度が目標温度に収束することになるので、捕集済みパティキュレートの燃料除去が最適な温度条件下で効率良く行われ、しかも、パティキュレートフィルタ１２の触媒床温度が溶損を招きかねない危険な温度に異常上昇してしまうといった事態が未然に回避されることになる。
【００３７】
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の酸化触媒上での処理能力を超えた過剰な量の燃料添加を回避することができるので、パティキュレートフィルタ１２の酸化触媒上で添加燃料が処理しきれなくなるような事態を確実に回避でき、パティキュレートフィルタ１２の前方部分に未処理の燃料が溜まることに起因した目詰まりや白煙の発生を確実に防止することができる。
【００３８】
また、パティキュレートフィルタ１２の触媒床温度を燃料の添加開始から早期に温度上昇させることができるので、無駄な燃料添加を回避することにより燃費の悪化を抑制することができる。
【００３９】
更に、特に本形態例においては、パティキュレートフィルタ１２の触媒床温度が所定温度に到達した後、この温度より高い目標温度に触媒床温度が維持されるよう燃料添加を比例積分制御するようにしているので、目標温度近辺での不安定な制御変動を速やかに目標温度に収束させることができ、これによって、捕集済みパティキュレートの燃料除去を最適な温度条件下で効率良く行うことができると共に、パティキュレートフィルタ１２の触媒床温度が溶損を招きかねない危険な温度に異常上昇してしまう事態を未然に回避することができる。
【００４０】
尚、本発明のパティキュレートフィルタの再生方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、パティキュレートフィルタより上流側で排気ガス中に燃料を添加する手段として、燃料噴射装置の噴射パターンを切り替えることによりメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い着火しないタイミングでポスト噴射を行う場合を例示しているが、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、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。
【００４１】
【発明の効果】
上記した本発明のパティキュレートフィルタの再生方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００４２】
（Ｉ）パティキュレートフィルタの酸化触媒上での処理能力を超えた過剰な量の燃料添加を回避することができるので、パティキュレートフィルタの酸化触媒上で添加燃料が処理しきれなくなるような事態を確実に回避でき、パティキュレートフィルタの前方部分に未処理の燃料が溜まることに起因した目詰まりや白煙の発生を確実に防止することができる。
【００４３】
（ＩＩ）処理能力を超えた燃料添加による触媒床温度の低下（燃料冷却）を確実に回避して極めて効率の良い反応熱の発生を促すことができ、これによりパティキュレートフィルタの触媒床温度を燃料の添加開始から早期に温度上昇させることができるので、無駄な燃料添加を回避することにより燃費の悪化を抑制することができる。
【００４４】
（ＩＩＩ）パティキュレートフィルタの触媒床温度が所定温度に到達した後、この温度より高い目標温度に触媒床温度が維持されるよう燃料添加を比例積分制御するようにすれば、目標温度近辺での不安定な制御変動を速やかに目標温度に収束させることができ、これによって、捕集済みパティキュレートの燃料除去を最適な温度条件下で効率良く行うことができると共に、パティキュレートフィルタの触媒床温度が溶損を招きかねない危険な温度に異常上昇してしまう事態を未然に回避することができる。
【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。
【図３】燃料添加と実測の触媒床温度との関係を示すグラフである。
【図４】触媒床温度とポスト噴射量との関係を示すグラフである。
【図５】比例制御に関する説明図である。
【図６】積分制御に関する説明図である。
【符号の説明】
９　　排気ガス
１１　　排気管
１２　　パティキュレートフィルタ
１４　　温度センサ
１４ａ　　温度信号
１５　　制御装置
１８　　燃料噴射装置
１９　　インジェクタ
【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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【図６】
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