(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒を前段に備えて排気管途中に設けられた触媒再生型のパティキュレートフィルタの上流側で排気ガス中への燃料添加を行い、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内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該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、前段の酸化触媒上で酸化反応させるための燃料添加を行うにあたり、該酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間で測定される排気温度が第一設定温度より低く且つこの第一設定温度より低い第二設定温度以上となっている時に、圧縮上死点付近での燃料のメイン噴射に続く非着火のタイミングでポスト噴射を追加して燃料添加を行い、前記排気温度が第一設定温度以上となっている時には、ポスト噴射を中止して前記酸化触媒より上流側の排気管内に燃料を直噴することで燃料添加を行うことからなる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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１や特許文献２にもとりあげられている。
【特許文献１】特開２００３−８３１３９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５９１３号公報
【０００９】
また、特に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の前段にフロースルー型の酸化触媒を備えた排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの前段の酸化触媒にて添加燃料が酸化反応して反応熱を生じ、その反応熱で昇温した排気ガスがパティキュレートフィルタへと導入されることになるので、より低い排気温度からパティキュレートフィルタの強制再生を実現することが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来におけるパティキュレートフィルタの強制再生は、先の特許文献１や特許文献２でも説明されている通り、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続く非着火のタイミングでポスト噴射を追加して燃料添加を行うようにしたものが一般的であるが、非着火のタイミングで噴射された燃料が気化しないままシリンダライナに直撃して該シリンダライナ上に形成された油膜を洗い流してしまうと、エンジン信頼性を損なうような不具合を招きかねないため、ポスト噴射には一回当たりの噴射に量的な制限がかけられており、しかも、複数回に亘りポスト噴射を実行することで一定量の燃料添加を終えてもパティキュレートフィルタの再生が完了しない場合には、気筒内で許容できる範囲を超えた過剰な量の燃料添加が行われないように、ポスト噴射を一旦中止して所定時間経過後にポスト噴射を再開するようにしているため、このようなポスト噴射の断続的な繰り返しにより燃費の大幅な悪化を招く虞れがあった。【００１１】
また、酸化触媒より上流側の排気管に燃料添加手段としてインジェクタを貫通装着し、該インジェクタにより燃料を排気管内に直噴することで燃料添加を行う方式も既に提案されているが、エンジンから排気管途中のインジェクタまで到達する間に排気ガスが温度低下してしまうため、ポスト噴射で燃料添加を行う場合よりもエンジン出口の排気温度が高い運転条件からでないと燃料添加を開始できないという不具合があった。【００１２】
即ち、インジェクタの添加位置で十分に高い排気温度が保持されていないと、その添加燃料が高濃度ＨＣガスとならずにミスト状のまま排気ガスに搬送されてしまい、未だ触媒活性が十分に高まっていない酸化触媒の前端面に処理しきれない添加燃料のミスト分がＳＯＦ分として溜り、これにより酸化触媒の前端面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の煤分が付着し易くなるからである。【００１３】
尚、ここに堆積した煤分と前記ＳＯＦ分との混合物が不完全燃焼の末に塊状化して各セルの開口部にブリッジを形成してしまうと、このブリッジを起点として塊状化が進行することで酸化触媒の前端面に目詰まりが起こる虞れもある。【００１４】
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を従来よりも効率良く短い時間で再生し得るようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、酸化触媒を前段に備えて排気管途中に設けられた触媒再生型のパティキュレートフィルタの上流側で排気ガス中への燃料添加を行い、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内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該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、前段の酸化触媒上で酸化反応させるための燃料添加を行うにあたり、該酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間で測定される排気温度が第一設定温度より低く且つこの第一設定温度より低い第二設定温度以上となっている時に、圧縮上死点付近での燃料のメイン噴射に続く非着火のタイミングでポスト噴射を追加して燃料添加を行い、前記排気温度が第一設定温度以上となっている時には、ポスト噴射を中止して前記酸化触媒より上流側の排気管内に燃料を直噴することで燃料添加を行うことを特徴とするものである。
【００１６】
このようにすれば、排気管内への燃料の直噴が開始される第一設定温度よりも低い第二設定温度の段階からポスト噴射が開始され、排気管側よりも相対的に温度が高い気筒内で添加燃料が良好に高濃度ＨＣガスとなり、この高濃度ＨＣガスが前段の酸化触媒まで流れて酸化反応を起こし、その反応熱により昇温した排気ガスが後段のパティキュレートフィルタに流入することで該パティキュレートフィルタの触媒床温度が高められる。【００１７】
そして、前段の酸化触媒における触媒床温度が反応熱で上昇して触媒活性が所定レベルまで上がった頃合で、酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間で測定される排気温度が第一設定温度に到達し、ポスト噴射が中止されて排気管内への燃料の直噴が開始され、ポスト噴射の場合に制限されている以上の噴射量で燃料添加を行うことが可能となる。【００１８】
この際、前段の酸化触媒にあっては、既にポスト噴射による燃料添加で触媒活性が所定レベルまで上がっているので、初期のポスト噴射より多い燃料を排気管内へ直噴しても、その添加燃料が処理しきれないまま残存してしまう心配がなく、しかも、その燃料添加が排気管内に向けたものであることから、パティキュレートフィルタの再生が確認されるまで排気管内への燃料の直噴を継続してもエンジン信頼性に影響を及ぼす心配がない。【００１９】
このため、酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間で測定される排気温度が第一設定温度に到達した後に、初期のポスト噴射より多い燃料を中断なく排気管内へ直噴し続ければ、後段のパティキュレートフィルタの触媒床温度を急速に上昇させて該パティキュレートフィルタの再生を効率良く短い時間で終わらせることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
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、従来のポスト噴射だけで行うパティキュレートフィルタの強制再生と変わらない比較的排気温度の低い運転条件からパティキュレートフィルタの強制再生を開始することができ、しかも、酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間で測定される排気温度が第一設定温度に到達した後は、ポスト噴射を中止して該初期のポスト噴射より多い燃料を中断なく排気管内へ直噴し続けることで後段のパティキュレートフィルタの触媒床温度を急速に上昇させることができるので、パティキュレートフィルタを従来よりも効率良く短い時間で再生することができ、燃費の大幅な悪化を抑制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】
【００２１】
【図１】本発明の一実施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の酸化触媒の詳細を示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図４】図１の温度センサの検出温度の経時的な推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２２】
９  排気ガス
１１  排気管
１３  パティキュレートフィルタ
１４  酸化触媒
１５  温度センサ
１８  燃料噴射装置
２０  制御装置
２１  インジェクタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
図１〜図４は本発明の一実施例を示すもので、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。【００２４】
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。【００２５】
そして、この排気管１１の途中には、フィルタケース１２が介装されており、該フィルタケース１２内における後段には、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１３が収容されており、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１３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１３ａ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１３ａ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１３ａを区画する多孔質薄壁１３ｂ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。【００２６】
また、フィルタケース１２内におけるパティキュレートフィルタ１３の直前位置には、図３に拡大して示す如きハニカム構造を有するフロースルー型の酸化触媒１４が収容されている。【００２７】
そして、前記フィルタケース１２における酸化触媒１４とパティキュレートフィルタ１３との間には、排気ガス９の温度をパティキュレートフィルタ１３の触媒床温度の代用値として計測するための温度センサ１５が装備されており、該温度センサ１５の温度信号１５ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２０に対し入力されるようになっている。【００２８】
この制御装置２０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。【００２９】
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。【００３０】
また、本実施例においては、フィルタケース１２の入側に前記燃料噴射装置１８とは別の燃料添加手段としてインジェクタ２１が貫通装着されており、前記制御装置２０からの指令信号２１ａにより前記インジェクタ２１が排気管１１内の排気ガス９中に燃料を直噴して添加し得るようにしてある。【００３１】
そして、前記制御装置２０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１３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゜〜１２０゜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。【００３２】
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気筒８内の排気ガス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、この未燃の燃料が高濃度ＨＣガスとなって前段の酸化触媒１４まで流れて酸化反応を起こし、その反応熱により昇温した排気ガス９が後段のパティキュレートフィルタ１３に流入することで該パティキュレートフィルタ１３の触媒床温度が上昇して内部の捕集済みパティキュレートが燃焼除去されることになる。【００３３】
また、この制御装置２０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。【００３４】
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。【００３５】
更に、前記制御装置２０においては、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１５からの温度信号１５ａに基づきパティキュレートフィルタ１３の入側の排気温度が第一設定温度αより低く且つこの第一設定温度αより低い第二設定温度β以上となる条件下で燃料噴射制御が通常モードから再生モードへ切り替わるようになっており、しかも、パティキュレートフィルタ１３の入側の排気温度が第一設定温度α以上となった時にはポスト噴射を中止し、今度はインジェクタ２１による排気管１１内への燃料の直噴により燃料添加を続行するようにしてある（図４参照）。【００３６】
而して、制御装置２０にてパティキュレートの堆積量が増加してパティキュレートフィルタ１３の強制再生が必要な状態に陥っているものと判断された際に、温度センサ１５の検出温度が第一設定温度αより低く且つ第二設定温度β以上の条件下で再生モードが選択されて、制御装置２０により燃料の噴射パターンが通常モードから再生モードに切り替えられ、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噴射パターンが採用される結果、該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高濃度ＨＣガスとなって酸化触媒１４まで流れて酸化反応を起こし、その反応熱により昇温した排気ガス９が後段のパティキュレートフィルタ１３に流入することで該パティキュレートフィルタ１３の触媒床温度が高められる。【００３７】
そして、前段の酸化触媒１４における触媒床温度が反応熱で上昇して触媒活性が所定レベルまで上がった頃合で、温度センサ１５により測定される排気温度が第一設定温度αに到達し、制御装置２０にてポスト噴射が中止される一方、制御装置２０から指令信号２１ａが出力されて前記インジェクタ２１により排気管１１内への燃料の直噴が開始され、ポスト噴射の場合に制限されている以上の噴射量で燃料添加が行われることになる。【００３８】
この際、前段の酸化触媒１４にあっては、既にポスト噴射による燃料添加で触媒活性が所定レベルまで上がっているので、初期のポスト噴射より多い燃料を排気管１１内へ直噴しても、その添加燃料が処理しきれないまま残存してしまう心配がなく、しかも、その燃料添加が排気管１１内に向けたものであることから、パティキュレートフィルタ１３の再生が確認されるまで排気管１１内への燃料の直噴を継続してもエンジン信頼性に影響を及ぼす心配がない。【００３９】
このため、温度センサ１５により測定される排気温度が第一設定温度αに到達した後に、初期のポスト噴射より多い燃料を中断なく排気管１１内へ直噴し続ければ、後段のパティキュレートフィルタ１３の触媒床温度を急速に上昇させて該パティキュレートフィルタ１３の再生を効率良く短い時間で終わらせることが可能となる。【００４０】
尚、本実施例においては、前段の酸化触媒１４を経て反応熱で昇温した排気ガス９の温度がパティキュレートフィルタ１３の入側で温度センサ１５により検出されることになるが、この温度センサ１５による検出温度は、前段の酸化触媒１４を通過することにより温度変化し終えて実際にパティキュレートフィルタ１３に流入する直前の排気温度であるので、パティキュレートフィルタ１３の触媒床温度に対し高い相関を有するものとなり、この排気温度に基づいてパティキュレートフィルタ１３の触媒床温度を正確に把握することが可能となる。【００４１】
従って、上記実施例によれば、従来のポスト噴射だけで行うパティキュレートフィルタ１３の強制再生と変わらない比較的排気温度の低い運転条件からパティキュレートフィルタ１３の強制再生を開始することができ、しかも、酸化触媒１４とパティキュレートフィルタ１３との間で温度センサ１５により測定される排気温度が第一設定温度αに到達した後は、ポスト噴射を中止して該初期のポスト噴射より多い燃料を中断なく排気管１１内へ直噴し続けることで後段のパティキュレートフィルタ１３の触媒床温度を急速に上昇させることができるので、パティキュレートフィルタ１３を従来よりも効率良く短い時間で再生することができ、燃費の大幅な悪化を抑制することができる。【００４２】
尚、本発明のパティキュレートフィルタの再生方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、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。
【図１】
0004709220.tif 000002
【図２】
0004709220.tif 000003
【図３】
0004709220.tif 000004
【図４】
0004709220.tif 000005