(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの再生制御に要する燃料添加量を従来より大幅に抑制し得るようにし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、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１２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（燃料噴射信号１８ａ）を出力する制御装置１５とを備えた排気浄化装置に関し、車速を検出して前記制御装置１５に向け車速信号２０ａを出力する車速センサ２０を設け、該車速センサ２０の車速信号２０ａに基づき所定時間当たりの平均車速が設定値以下となっている条件下で前記制御装置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
2004132223.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、車速を検出して前記制御装置に向け車速信号を出力する車速センサを設け、該車速センサの車速信号に基づき所定時間当たりの平均車速が設定値以下となっ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】
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、渋滞路等で間欠的な徐行運転を繰り返すような排気温度の低い低速運転状態となっている時に再生制御が開始されてしまうと、パティキュレートを効率良く燃焼除去し得る触媒床温度まで上げるのに燃料添加量が多く必要となって、燃費の大幅な悪化を招いてしまう虞れがあった。
【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に要する燃料添加量を従来より大幅に抑制し得るようにし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、車速を検出して前記制御装置に向け車速信号を出力する車速センサを設け、該車速センサの車速信号に基づき所定時間当たりの平均車速が設定値以下となっ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、車速センサにより計測される車速に基づき制御装置で所定時間当たりの平均車速が設定値以下となっているか否かが常に監視され、渋滞路等で間欠的な徐行運転を繰り返すような排気温度の低い低速運転状態となっている時には、その平均車速が設定値以下の条件下となっていることにより、制御装置から新たな燃料添加指令が出力されることがないので、結果的に高い排気温度で一定時間継続して走行しているような好適な定常運転状態で制御装置から燃料添加指令が出力される機会が増え、パティキュレートフィルタの再生制御に要する燃料添加量が従来より少なくて済むことになる。
【００１３】
また、本発明を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。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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の出力に際し、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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燃料噴射信号１８ａが決定されるようになっている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、一般的に車両に装備されている車速センサ２０の車速信号２０ａを制御装置１５に導き、該制御装置１５にて所定時間当たりの平均車速を算出せしめ且つその平均車速が設定値以下となっている条件下で新たな燃料添加指令を出力させないようにインターロックがかかるようにしてあり、より具体的には、平均車速が設定値以下となっている条件下で前記制御装置１５における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してある。
【００２７】
ただし、平均車速が設定値以下となる前の段階で既に再生モードに入っていた場合には、平均車速が設定値以下に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なっている。
【００２８】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、平均車速が設定値以下となっ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。
【００２９】
ここで、平均車速が設定値以下となっているか否かについては、車速センサ２０により計測される車速に基づき制御装置１５で常に監視されており、渋滞路等で間欠的な徐行運転を繰り返すような排気温度の低い低速運転状態となっている時には、その平均車速が設定値以下の条件下となっていることにより、制御装置１５から新たな燃料添加指令が出力されることがなく、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、結果的に高い排気温度で一定時間継続して走行しているような好適な定常運転状態で制御装置１５から燃料添加指令が出力される機会が増え、パティキュレートフィルタの再生制御に要する燃料添加量が従来より少なくて済むことになる。
【００３０】
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、渋滞路等で間欠的な徐行運転を繰り返すような排気温度の低い低速運転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、パティキュレートフィルタ１２の再生制御に要する燃料添加量を従来より大幅に抑制することができるので、この種の再生制御を実施することが可能な排気浄化装置における燃費を著しく向上することができる。
【００３１】
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、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。
【００３２】
【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、渋滞路等で間欠的な徐行運転を繰り返すような排気温度の低い低速運転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、パティキュレートフィルタの再生制御に要する燃料添加量を従来より大幅に抑制することができるので、この種の再生制御を実施することが可能な排気浄化装置における燃費を著しく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
１８　　燃料噴射装置（燃料添加手段）
１８ａ　　燃料噴射信号
２０　　車速センサ
２０ａ　　車速信号
【図１】
2004132223.tif 000003
【図２】
2004132223.tif 000004