(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ＨＣが処理しきれなくなるような事態を確実に回避し得るようにした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４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６より上流側で排出ガス３中にＨＣを添加し、その添加ＨＣが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６の強制再生を図る方法に関し、ＨＣ添加を制御することでフィルタ床温度をパティキュレートの自己燃焼温度より低い触媒活性温度以上の温度条件で所要時間に亘り保持し、これによりパティキュレートの大半を触媒作用による自己着火からの自然延焼で緩慢に焼却せしめ、然る後、更なるＨＣ添加によりフィルタ床温度をパティキュレートの自己燃焼温度以上に昇温させて仕上げ焼却する。【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出ガス中にＨＣを添加し、その添加ＨＣが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、ＨＣ添加を制御することでフィルタ床温度をパティキュレートの自己燃焼温度より低い触媒活性温度以上の温度条件で所要時間に亘り保持し、これによりパティキュレートの大半を触媒作用による自己着火からの自然延焼で緩慢に焼却せしめ、然る後、更なるＨＣ添加によりフィルタ床温度をパティキュレートの自己燃焼温度以上に昇温させて仕上げ焼却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】
パティキュレートの大半を自然延焼により緩慢に焼却させるための温度条件に昇温させるにあたり、当該温度条件に満たない所定温度まではメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでのアフタ噴射、又は該アフタ噴射と排気絞りを併用することにより昇温し、次いで、圧縮上死点後９０〜１２０゜付近でポスト噴射を行うことによりＨＣ添加してパティキュレートフィルタにＨＣミストを含浸せしめ、然る後、圧縮上死点後５０〜７０゜付近でポスト噴射を行うことにより前記温度条件まで昇温させ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】
パティキュレートの大半を自然延焼により緩慢に焼却させるための温度条件が約３５０〜５８０℃であ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。
【請求項４】
パティキュレートを仕上げ焼却させるための更なるＨＣ添加を、圧縮上死点後５０〜１２０゜付近でのポスト噴射により行うことを特徴とする請求項１、２又は３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】
【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、排出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出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、排出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出ガス中にＨＣ（炭化水素）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ＨＣを添加すれば、その添加されたＨＣ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、その反応熱によりフィルタ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積極的な強制再生を図る方法に関しては、下記の特許文献１や特許文献２にも取り上げられており、これらの文献中の説明では、エンジンの燃料噴射装置に対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ＨＣ添加を実行するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−８３１３９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来においては、フィルタ床温度を捕集済みパティキュレートの自己燃焼温度（約６００℃程度）まで上昇させるのに必要な量のＨＣ添加を最初から実行し、これ以降はフィルタ床温度を自己燃焼温度に保持するべく初期のＨＣ添加量より少し減らした量でＨＣ添加を継続してパティキュレートフィルタを強制再生するようにしていたため、パティキュレートフィルタの多孔質薄壁に対するパティキュレートの接触部分が、約６００℃程度の高温下で酸化触媒の助勢を受けて数分のうちに先行焼却されてしまい、ここに大きな隙間が形成されることでパティキュレートの堆積層が浮き上がり且つバラバラに分断され、排出ガスの流れにより多孔質薄壁から剥がれて各流路の後方に吹き溜まり、その吹き溜まったパティキュレートが異常燃焼を起こす結果、この異常燃焼による過熱でパティキュレートフィルタに触媒劣化を招く虞れがあった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートの異常燃焼を未然に回避してパティキュレートフィルタに触媒劣化を招く虞れを解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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出ガス中にＨＣを添加し、その添加ＨＣが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、ＨＣ添加を制御することでフィルタ床温度をパティキュレートの自己燃焼温度より低い触媒活性温度以上の温度条件で所要時間に亘り保持し、これによりパティキュレートの大半を触媒作用による自己着火からの自然延焼で緩慢に焼却せしめ、然る後、更なるＨＣ添加によりフィルタ床温度をパティキュレートの自己燃焼温度以上に昇温させて仕上げ焼却する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、パティキュレートの大半が自然延焼により緩慢に焼却されていき、一気に燃やし尽くせる量まで減少したところで自己燃焼温度で仕上げ焼却されることになるので、従来の如きパティキュレートの堆積層が多孔質薄壁から剥がれて各流路の後方に吹き溜まるような現象が起こらなくなり、パティキュレートの異常燃焼が未然に回避されることになる。
【００１３】
即ち、パティキュレートの自然延焼も酸化触媒の助勢により多孔質薄壁の触媒表面に沿って進行することになるが、最初から高温の自己燃焼温度まで上昇させた場合の如き大きな隙間が多孔質薄壁との間に急速に形成されてしまう現象が起こらず、その所々が多孔質薄壁に接触したまま堆積場所に留まりつつ自然延焼が緩慢に進行していくことになる。
【００１４】
そして、パティキュレートフィルタの多孔質薄壁に堆積しているパティキュレートは、多孔質薄壁からの浮き上がりや分断を起こさずにその層厚が徐々に薄くなるように燃えていき、パティキュレートの大半が自然延焼により焼却されたところで自己燃焼温度で仕上げ焼却されて一気に燃やし尽くされることになる。
【００１５】
尚、パティキュレートの大半を触媒作用による自己着火からの自然延焼により緩慢に焼却させているので、パティキュレートの自己着火や仕上げ焼却を促すようなＨＣ添加を限定的に実行するだけで済み、これによりＨＣ添加量が必要最小限に抑制されて燃費の悪化が極力回避されることになる。
【００１６】
また、本発明においては、パティキュレートの大半を自然延焼により緩慢に焼却させるための温度条件に昇温させるにあたり、当該温度条件に満たない所定温度まではメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでのアフタ噴射、又は該アフタ噴射と排気絞りを併用することにより昇温し、次いで、圧縮上死点後９０〜１２０゜付近でポスト噴射を行うことによりＨＣ添加してパティキュレートフィルタにＨＣミストを含浸せしめ、然る後、圧縮上死点後５０〜７０゜付近でポスト噴射を行うことにより前記温度条件まで昇温させることが好ましい。
【００１７】
更に、本発明をより具体的に実施するに際しては、パティキュレートの大半を自然延焼により緩慢に焼却させるための温度条件が約３５０〜５８０℃であることが好ましく、また、パティキュレートを仕上げ焼却させるための更なるＨＣ添加を、圧縮上死点後５０〜１２０゜付近でのポスト噴射により行うと良い。
【発明の効果】
【００１８】
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、パティキュレートの堆積層が多孔質薄壁から剥がれて各流路の後方に吹き溜まるような現象が起こらなくなり、その吹き溜まったパティキュレートの異常燃焼を未然に回避することができるので、この異常燃焼による過熱でパティキュレートフィルタに触媒劣化を招く虞れを解消することができ、しかも、パティキュレートの自己着火や仕上げ焼却を促すようなＨＣ添加を限定的に実行するだけで済むので、ＨＣ添加量を必要最小限に抑制することができて燃費の悪化を極力回避することもできる等種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例のパティキュレートフィルタの再生方法においては、図１に示す如く、自動車のディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出された排出ガス３が流通している排気管４のマフラ５内に、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６を収容させた場合（パティキュレートフィルタ６の前段に酸化触媒が別途配置することも可）を例示しており、該パティキュレートフィルタ６を抱持するフィルタケース７がマフラ５の外筒を成すようになっている。
【００２１】
即ち、このフィルタケース７の内部には、図２に拡大して示す如きパティキュレートフィルタ６が収容されており、このパティキュレートフィルタ６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６ａ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６ａ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６ａを区画する多孔質薄壁６ｂを透過した排出ガス３のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００２２】
そして、ここに図示している例では、フィルタケース７の出口側に温度センサ８が装備され、該温度センサ８の検出信号８ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置９に対し入力されるようになっており、この制御装置９においては、温度センサ８の検出値をフィルタ床温度の代用値として、以下に詳述する如きパティキュレートフィルタ６の強制再生におけるＨＣ添加制御に利用するようにしてある。
【００２３】
また、この制御装置９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１１（負荷センサ）からのアクセル開度信号１１ａ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１２からの回転数信号１２ａとに基づき、ディーゼルエンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置１０に向け燃料噴射信号１０ａが出力されるようになっている。
【００２４】
ここで、前記燃料噴射装置１０は、各気筒毎に装備される複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号１０ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量が適切に制御されるようになっている。
【００２５】
他方、前記制御装置９では、アクセル開度信号１１ａ及び回転数信号１２ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１０ａ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６の強制再生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適宜な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１０ａが決定されるようになっている。
【００２６】
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出ガス３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６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６内のパティキュレートが燃焼除去されることになる。
【００２７】
ただし、本形態例においては、パティキュレートフィルタ６に堆積したパティキュレートが、自己燃焼温度（約６００℃程度）より低い触媒活性温度以上の温度条件（約３５０〜５８０℃）でパティキュレートが自然延焼していくという知見に基づき、前記制御装置９によりポスト噴射（ＨＣ添加）を制御することでフィルタ床温度を前記温度条件で所要時間に亘り保持し、これによりパティキュレートの大半を触媒作用による自己着火からの自然延焼で緩慢に焼却せしめ、然る後、更なるＨＣ添加によりフィルタ床温度をパティキュレートの自己燃焼温度まで昇温させて仕上げ焼却するようにしている。
【００２８】
また、再生モードに切り替わった際に、パティキュレートを自然延焼させるための温度条件に満たない場合には、制御装置９からの燃料噴射信号１０ａにより、燃料噴射装置１０に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実行させると共に、制御装置９からの開度指令信号１３ａにより、パティキュレートフィルタ６の上流側にある排気ブレーキ１３を排気絞り手段として絞り込ませるようにしてある。
【００２９】
而して、パティキュレートフィルタ６の強制再生が必要となった際に、制御装置９が通常モードから再生モードに切り替わると、パティキュレートを自然延焼させるための温度条件（約３５０〜５８０℃）に満たない所定温度（約２４０℃）までは、燃料噴射装置１０によるアフタ噴射が実行され、アフタ噴射による燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することで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が増えて排気温度の上昇が図られる。
【００３０】
また、このアフタ噴射の実行に対応して排気ブレーキ１３も絞り込まれると更に良く、これより上流側の排出ガス３が昇圧されることで排気温度が上昇され、しかも、排気抵抗が高まることにより気筒内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排出ガス３の残留量が増加し、この比較的温度の高い排出ガス３を多く含む気筒内の空気が次の圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られる。
【００３１】
そして、これらのアフタ噴射及び排気絞りにより排出ガス３が所定温度まで昇温したら、圧縮上死点後９０〜１２０゜付近の比較的遅いタイミングでポスト噴射を約５〜１０秒程度行い、これにより排出ガス３中に添加されたＨＣミストをパティキュレートフィルタ６に含浸せしめ、然る後、圧縮上死点後５０〜７０゜付近の比較的早いタイミングでポスト噴射を約５秒程度行うことで排出ガス３の温度を約３５０〜４００℃程度まで昇温させる。
【００３２】
即ち、圧縮上死点後５０〜７０゜付近の比較的早いタイミングでポスト噴射を実行すると、該ポスト噴射の燃料が気筒内で着火して排出ガス３の温度が約３５０〜４００℃程度まで高まることになる。
【００３３】
この結果、約３５０〜４００℃程度まで昇温した排出ガス３の熱で前記のパティキュレートフィルタ６に含浸させたＨＣミストが酸化反応し、その反応熱により一気にフィルタ床温度が上昇して捕集済みパティキュレートが触媒作用により自己着火し、ここから自然延焼により緩慢に燃え広がっていくことになる。
【００３４】
そして、パティキュレートの自然延焼が本格化するまで前記アフタ噴射及び排気絞りを適宜に併用しながら自然延焼に必要な温度条件を所要時間に亘り保持し、これによりパティキュレートの大半を自然延焼により緩慢に焼却させる。
【００３５】
然る後、パティキュレートフィルタ６の出口温度が３５０℃を超え、図３にグラフで示す如く、パティキュレートフィルタ６の酸化触媒のＨＣ浄化率が１００％を超える温度以上となっていることが温度センサ８の検出値に基づいて確認されたら、圧縮上死点後５０〜１２０゜付近のタイミングで更なるポスト噴射を行い、これによりフィルタ床温度をパティキュレートの約６００℃程度の自己燃焼温度まで昇温させて仕上げ焼却させる。
【００３６】
このようにパティキュレートフィルタ６の強制再生を実行すれば、パティキュレートの大半が自然延焼により緩慢に焼却されていき、一気に燃やし尽くせる量まで減少したところで自己燃焼温度で仕上げ焼却されることになるので、従来の如きパティキュレートの堆積層が多孔質薄壁６ｂから剥がれて各流路６ａの後方に吹き溜まるような現象が起こらなくなり、パティキュレートの異常燃焼が未然に回避されることになる。
【００３７】
即ち、従来においては、最初から高温の自己燃焼温度まで上昇させて一気にパティキュレートを焼却しようとしていたため、図４に模式的に示す如く、黒塗りで示す捕集済みパティキュレートの多孔質薄壁６ｂに対する接触部分が、約６００℃程度の高温下で酸化触媒の助勢を受けて数分のうちに先行焼却されてしまい、ここに大きな隙間が形成されることでパティキュレートの堆積層が浮き上がり且つバラバラに分断され、次いで、図５に模式的に示す如く、排出ガス３の流れにより多孔質薄壁６ｂから剥がれて各流路６ａの後方に吹き溜まり、その吹き溜まったパティキュレートが異常燃焼を起こす虞れがあった。
【００３８】
これに対し、パティキュレートの自然延焼も酸化触媒の助勢により多孔質薄壁６ｂの触媒表面に沿って進行することになるが、最初から高温の自己燃焼温度まで上昇させた場合の如き大きな隙間が多孔質薄壁６ｂとの間に急速に形成されてしまう現象が起こらず、その所々が多孔質薄壁６ｂに接触したまま堆積場所に留まりつつ自然延焼が緩慢に進行していくことになる。
【００３９】
そして、パティキュレートフィルタ６の多孔質薄壁６ｂに堆積しているパティキュレートは、図６〜図８に模式的に示す如く、多孔質薄壁６ｂからの浮き上がりや分断を起こさずにその層厚が徐々に薄くなるように燃えていき、図中に黒塗りで示すパティキュレートの大半が自然延焼により焼却されたところで自己燃焼温度で仕上げ焼却されて一気に燃やし尽くされることになる。尚、例え仕上げ燃焼で、再度図４、５の現象が起こっても、後部に溜まる煤量が少いため、触媒が熱劣化するほどの高温にはならない。
【００４０】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートの堆積層が多孔質薄壁６ｂから剥がれて各流路６ａの後方に吹き溜まるような現象が起こらなくなり、その吹き溜まったパティキュレートの異常燃焼を未然に回避することができるので、この異常燃焼による過熱でパティキュレートフィルタ６に触媒劣化を招く虞れを解消することができる。
【００４１】
しかも、パティキュレートの大半を触媒作用によるＨＣの酸化熱による自己着火からの自然延焼により緩慢に焼却させているので、パティキュレートの自己着火や仕上げ焼却を促すようなＨＣ添加を限定的に実行するだけで済み、これによりＨＣ添加量を必要最小限に抑制することができて燃費の悪化を極力回避することもできる。
【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出ガス中にＨＣ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、この種のＨＣ添加の手段としては、例えば、排気マニホールドから排気管にかけての排気流路中における何れかの場所にＨＣ添加用のインジェクタを別途配設し、このインジェクタによりＨＣを排出ガス中に添加することも可能であること、また、排気流量を適宜に絞り込む排気絞り手段には必ずしも排気ブレーキを利用しなくても良く、排気管の途中に排気絞り弁を別途配設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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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】酸化触媒のＨＣ浄化率と温度との関係を示すグラフである。
【図４】パティキュレートの堆積層が浮き上がり且つバラバラに分断された状態を示す模式図である。
【図５】図４のパティキュレートの堆積層が各流路の後方に吹き溜まった状態を示す模式図である。
【図６】パティキュレートの大半が自然延焼により焼却していく様子を示す模式図である。
【図７】図６から更に自然延焼が進んだ状態を示す模式図である。
【図８】図７から更に自然延焼が進んだ状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
３  排出ガス
４  排気管
６  パティキュレートフィルタ
８  温度センサ
８ａ  検出信号
９  制御装置
１０  燃料噴射装置
１０ａ  燃料噴射信号
１３  排気ブレーキ
１３ａ  開度指令信号
【図１】
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【図２】
2005163699.tif 000004
【図３】
2005163699.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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