(57)【要約】【課題】未処理の添加燃料により引き起こされる目詰まりの問題を確実に回避しながらポスト噴射による燃料添加を実現する。【解決手段】触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２を排気管１１の途中に装備し、ディーゼルエンジン１側でメイン噴射に続き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９中に燃料を未燃のまま添加し、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パティキュレートフィルタ１２の触媒床温度を上げる昇温方法に関し、排気ガス９が所定温度以下となる運転状態で、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行い且つ該アフタ噴射からポスト噴射までの間に膨張行程での温度低下を抑制し得る程度に残り火を継続せしめるプリポスト噴射を追加する。【選択図】        図１
2004316441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒再生型のパティキュレートフィルタを排気管の途中に装備し、エンジン側でメイン噴射に続き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未燃のまま添加し、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パティキュレートフィルタの触媒床温度を上げる昇温方法において、排気ガスが所定温度以下となる運転状態で、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行い且つ該アフタ噴射からポスト噴射までの間に膨張行程での温度低下を抑制し得る程度に残り火を継続せしめるプリポスト噴射を追加することを特徴とするパティキュレートフィルタの昇温方法。
【請求項２】
前段にフロースルー型の酸化触媒を付帯した触媒再生型のパティキュレートフィルタを排気管の途中に装備し、エンジン側でメイン噴射に続き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未燃のまま添加し、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタの触媒床温度を上げる昇温方法において、排気ガスが所定温度以下となる運転状態で、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行い且つ該アフタ噴射からポスト噴射までの間に膨張行程での温度低下を抑制し得る程度に残り火を継続せしめるプリポスト噴射を追加することを特徴とするパティキュレートフィルタの昇温方法。
【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昇温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り、更には、ディーゼルエンジン側でメイン噴射に続き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未燃のまま添加し、その添加燃料（炭化水素）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パティキュレートフィルタの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たり、滞留サルフェートを脱離させたりすることが可能となるのである。
【０００６】
尚、この種のディーゼルエンジン側でのポスト噴射による燃料添加の手法に関しては、下記の先行出願１や先行出願２にもとりあげられている。
【０００７】
【先行出願１】
特願２００１−３５５０６１号明細書
【先行出願２】
特願２００２−２０３７４号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポスト噴射により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約６００℃以上に上昇させるのに必要な量の燃料を添加するだけでは、排気ガスの温度が低い運転状態の場合に、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で処理しきれない添加燃料が溜まり、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という問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、未処理の添加燃料により引き起こされる目詰まりの問題を確実に回避しながらポスト噴射による燃料添加を実現することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、触媒再生型のパティキュレートフィルタを排気管の途中に装備し、エンジン側でメイン噴射に続き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未燃のまま添加し、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パティキュレートフィルタの触媒床温度を上げる昇温方法において、排気ガスが所定温度以下となる運転状態で、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行い且つ該アフタ噴射からポスト噴射までの間に膨張行程での温度低下を抑制し得る程度に残り火を継続せしめるプリポスト噴射を追加することを特徴とするものである。
【００１１】
而して、このようにすれば、アフタ噴射による添加燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりエンジンの熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量分が増えて気筒内での排気温度が上昇し、しかも、このアフタ噴射からポスト噴射までの間にプリポスト噴射が追加されることで、気筒内で失火せずに残り火が継続されて膨張行程での排気温度低下が抑制されるので、本来ならば排気温度が低いはずの運転状態にあっても、エンジンから排出される排気ガスの大幅な昇温化が図られることになる。
【００１２】
そして、排気弁の開弁時に合わせて非着火のタイミングで行われるポスト噴射での添加燃料が高温の排気ガスに随伴されることになり、パティキュレートフィルタにおける前方部分の触媒床温度が上がり且つ添加燃料が排気ガス中で良好にガス化する結果、前記パティキュレートフィルタの前方部分にて添加燃料が効率良く酸化処理されて未処理のまま溜り続けるような虞れが回避され、ここにパティキュレートが付着することによる目詰まりの問題が起こらなくなる。
【００１３】
また、本発明は、前段にフロースルー型の酸化触媒を付帯した触媒再生型のパティキュレートフィルタを排気管の途中に装備し、エンジン側でメイン噴射に続き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未燃のまま添加し、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタの触媒床温度を上げる昇温方法において、排気ガスが所定温度以下となる運転状態で、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行い且つ該アフタ噴射からポスト噴射までの間に膨張行程での温度低下を抑制し得る程度に残り火を継続せしめるプリポスト噴射を追加することを特徴とするものでもある。
【００１４】
而して、このようにした場合も、アフタ噴射による添加燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりエンジンの熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量分が増えて気筒内での排気温度が上昇し、しかも、このアフタ噴射からポスト噴射までの間にプリポスト噴射が追加されることで、気筒内で失火せずに残り火が継続されて膨張行程での排気温度低下が抑制されるので、本来ならば排気温度が低いはずの運転状態にあっても、エンジンから排出される排気ガスの大幅な昇温化が図られることになる。
【００１５】
そして、排気弁の開弁時に合わせて非着火のタイミングで行われるポスト噴射での添加燃料が高温の排気ガスに随伴されることになり、前段の酸化触媒における前方部分の触媒床温度が上がり且つ添加燃料が排気ガス中で良好にガス化する結果、前記前段の酸化触媒の前方部分にて添加燃料が効率良く酸化処理されて未処理のまま溜り続けるような虞れが回避され、ここにパティキュレートが付着することによる目詰まりの問題が起こらなくなる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
そして、フィルタケース１３の入口部分には、排気ガス９の温度を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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、ポスト噴射による燃料添加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。
【００２４】
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。
【００２５】
ただし、この制御装置１５においては、アクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａ、更には、温度センサ１４からの温度信号１４ａに基づいて、ディーゼルエンジン１からの排気ガス９の温度が、パティキュレートフィルタ１２に担持された酸化触媒の活性を得るのに必要な目標温度（約３００℃程度）に達しないほど低い運転状態にあるか否かを判定し、このような排気温度の低い運転状態にあると判定された条件下でポスト噴射を行うにあたり、図３に制御イメージを示す如く、メイン噴射Ａ直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射Ｂを行い且つ該アフタ噴射Ｂからポスト噴射Ｄまでの間に膨張行程での温度低下を抑制し得る程度に残り火を継続せしめるプリポスト噴射Ｃを追加するようにしてある。
【００２６】
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、アフタ噴射Ｂによる添加燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン１の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量分が増えて気筒内での排気温度が上昇し、しかも、このアフタ噴射Ｂからポスト噴射Ｄまでの間にプリポスト噴射Ｃが追加されることで、気筒内で失火せずに残り火が継続されて膨張行程での排気温度低下が抑制されるので、本来ならば排気温度が低いはずの運転領域にあっても、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス９の大幅な昇温化が図られることになる。
【００２７】
ここで、メイン噴射Ａとアフタ噴射Ｂの総量は、アクセルセンサ１６からのアクセル開度信号１６ａに基づき必要な出力が得られるように制御装置１５にて決定されるが、これを仮に一回のメイン噴射Ａだけで実行してしまうと、図３中に二点鎖線で示すように、ピーク温度は高くなるものの直ぐに温度低下してしまう結果となり、しかも、この後にプリポスト噴射Ｃを追加しないと、そのまま温度低下し続けてしまうので、排気弁の開弁時に合わせて非着火のタイミングで行われるポスト噴射Ｄの実行時に、本形態例よりも大幅に低い気筒内温度となって温度差Ｔ（図３参照）が生じてしまうのである。
【００２８】
これに対し、本形態例では、排気弁の開弁時に合わせて非着火のタイミングで行われるポスト噴射Ｄでの添加燃料が高温の排気ガス９に随伴されることになり、パティキュレートフィルタ１２における前方部分の触媒床温度が上がり且つ添加燃料が排気ガス９中で良好にガス化する結果、前記パティキュレートフィルタ１２の前方部分にて添加燃料が効率良く酸化処理されて未処理のまま溜り続けるような虞れが回避され、ここにパティキュレートが付着することによる目詰まりの問題が起こらなくなる。
【００２９】
従って、上記形態例によれば、ポスト噴射Ｄによる燃料添加でパティキュレートフィルタ１２の触媒床温度を上昇させるに際し、排気温度が低い運転状態にあっても、アフタ噴射Ｂによる動力に利用されない熱量分で排気温度を上昇し且つプリポスト噴射Ｃによる残り火の継続により膨張行程での排気温度低下を抑制してディーゼルエンジン１から排出される排気ガス９の大幅な昇温化を図ることができるので、パティキュレートフィルタ１２の前方部分に添加燃料が未処理のまま溜り続ける虞れを解消することができ、この未処理の添加燃料により引き起こされる目詰まりの問題を確実に回避することができる。
【００３０】
また、以上は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を単独で使用する形態の場合を例示しているが、捕集済みパティキュレートの酸化反応を支援する目的でパティキュレートフィルタ１２の前段にフロースルー型の酸化触媒２０を備えた形態にも本発明が有効であることは勿論である。
【００３１】
即ち、図４に示してある通り、その上段におけるパティキュレートフィルタ１２の前段に酸化触媒２０を備えた形態の場合も、その下段におけるパティキュレートフィルタ１２を単独で使用する形態の場合も、最初に排気ガス９が流入する最上流側の端部から後方部分に向かうにつれて添加燃料の酸化反応が活発化して内部温度が上昇してくる理屈は同じであり、パティキュレートフィルタ１２の前段に酸化触媒２０を備えた形態では、この前段の酸化触媒２０の前方部分で処理しきれない添加燃料が溜まり、これにより前段の酸化触媒２０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溜まることで早期に目詰まりを引き起こすことが懸念される。
【００３２】
そこで、このようなパティキュレートフィルタ１２の前段に酸化触媒２０を備えた形態に関し、排気温度の低い運転状態にあると判定された条件下でポスト噴射Ｄを行うにあたり、メイン噴射Ａ直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射Ｂを行い且つ該アフタ噴射Ｂからポスト噴射Ｄまでの間に膨張行程での温度低下を抑制し得る程度に残り火を継続せしめるプリポスト噴射Ｃを追加するようにすれば、前述と同様に、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス９の大幅な昇温化を図ることができるので、前段の酸化触媒２０の前方部分に添加燃料が未処理のまま溜り続ける虞れを解消することができ、この未処理の添加燃料により引き起こされる目詰まりの問題を確実に回避することができる。
【００３３】
尚、本発明のパティキュレートフィルタの昇温方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、ポスト噴射により燃料を添加した後もアフタ噴射とプリポスト噴射を所定時間だけ継続させて排気温度を高く維持し続けることにより、パティキュレートフィルタ又はその前段の酸化触媒における前方部分のウェット状態を早期に解消させ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。
【００３４】
【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昇温方法によれば、ポスト噴射による燃料添加でパティキュレートフィルタの触媒床温度を上昇させるに際し、排気温度が低い運転状態にあっても、アフタ噴射による動力に利用されない熱量分で排気温度を上昇し且つプリポスト噴射による残り火の継続により膨張行程での排気温度低下を抑制してディーゼルエンジンから排出される排気ガスの大幅な昇温化を図ることができるので、パティキュレートフィルタ又はその前段の酸化触媒における前方部分に添加燃料が未処理のまま溜り続ける虞れを解消することができ、この未処理の添加燃料により引き起こされる目詰まりの問題を確実に回避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。
【図３】図１の制御装置による燃料噴射の制御イメージを示すグラフである。
【図４】本発明の別の形態例に関する説明図である。
【符号の説明】
１    ディーゼルエンジン（エンジン）
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
２０    酸化触媒
【図１】
2004316441.tif 000003
【図２】
2004316441.tif 000004
【図３】
2004316441.tif 000005
【図４】
2004316441.tif 000006