(57)【要約】【課題】  ＤＰＦにおいて、アイドル運転等の低負荷・低回転数時の排気温度が極めて低い時でも、効率良く排気ガスを昇温して、ＰＭ強制再生ができる排気ガス浄化システムを提供する。【解決手段】  排気絞り弁３１とＤＰＦ３を排気通路に備えると共に、該ＤＰＦ３の再生のための再生制御手段Ｐ１を備えた排気浄化システム１において、前記再生制御手段Ｐ１が、排気温度検出手段Ｐ２２と燃料噴射制御手段Ｐ１１と排気絞り制御手段Ｐ１２とを具備し、前記ＤＰＦ３の再生に際して、前記燃料噴射制御手段Ｐ１１による多段遅延噴射と前記排気絞り制御手段Ｐ１２による前記排気絞り弁３１の排気絞りによる排気ガス昇温制御を行う再生制御を含んで構成する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気絞り弁とディーゼルパティキュレートフィルタを排気通路に備えると共に、該ディーゼルパティキュレートフィルタの再生のための再生制御手段を備えた排気浄化システムにおいて、前記再生制御手段が、排気温度検出手段と燃料噴射制御手段と排気絞り制御手段とを具備し、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生に際して、前記燃料噴射制御手段による多段遅延噴射と前記排気絞り制御手段による前記排気絞り弁の排気絞りによる排気ガス昇温制御を行う再生制御を含むことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生に際して、前記排気温度検出手段により、排気温度が所定の第１温度領域にあることを検出した時は、前記燃料噴射制御手段による多段遅延噴射と前記排気絞り制御手段による前記排気絞り弁の排気絞りによる排気ガス昇温制御を行い、排気温度が前記第１温度領域よりも温度が高い所定の第２温度領域にあることを検出した時は、排気絞りを行わずに前記燃料噴射制御手段による多段遅延噴射による排気ガス昇温制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記排気温度検出手段が、エンジン回転数と負荷とから、予め設定したエンジン回転数と負荷に対応させて区分した所定の温度領域のマップデータを参照して、排気温度が所定の温度領域にあるか否かを検出することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記燃料噴射制御手段による多段遅延噴射と前記排気絞り制御手段による前記排気絞り弁の排気絞りによる排気ガス昇温制御を行う再生制御において、エンジンの運転領域がアイドリング状態にある時は、前記排気絞り弁の絞り量を固定し、エンジンの運転領域がアイドリング状態にない時は、前記排気絞り弁の絞り量を可変にして排気ガス昇温制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタを備えて、エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは、対応できなくなってきている。そこで、エンジンから排出されるＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。
【０００３】
直接、このＰＭを捕集するＤＰＦにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化している。
【０００４】
ＤＰＦがＰＭを捕集すると捕集量に比例して排圧が上昇する燃費悪化の問題や捕集過多後の急激燃焼による溶損等が発生する問題などがあるので、捕集されたＰＭを燃焼させるなどして除去し、ＤＰＦを再生する必要がある。この再生方法には色々な方法が提案されており、電気ヒーター加熱タイプ、バーナー加熱タイプ、逆洗タイプ等がある。
【０００５】
しかしながら、これらの再生方法をとる場合には、外部からエネルギーの供給を受けてＰＭの燃焼を行うので、燃費の悪化を招き、また、再生時の制御が難しく、ＰＭ捕集、ＰＭ燃焼（ＤＰＦ再生）を交互に行うような二系統のＤＰＦシステムが必要になる等、システムが大きく複雑になるという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するために、酸化触媒を利用しＰＭの酸化温度を下げ、外部からエネルギーを受けることなく、エンジンからの排気熱でＰＭを酸化してＤＰＦを再生する技術が提案されている。この場合には、ＤＰＦ再生が基本的には連続的になるため連続再生型ＤＰＦシステムと呼ばれているが、これらのシステムは、より簡素化された一系統のＤＰＦシステムとなり、再生制御も簡素化されるという利点がある。
【０００７】
図７に一例として示すＮＯ2 再生型ＤＰＦシステム１Ｘは、ＮＯ2 （二酸化窒素）によりＰＭを酸化して、ＤＰＦを再生するシステムであり、通常のウオールフローフィルタ３Ａｂの上流に酸化触媒３Ａａを配置し、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化する。従って、酸化触媒３Ａａ後流の排気ガス中のＮＯｘは殆どがＮＯ2 になる。このＮＯ2 で、下流側のフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを酸化してＣＯ2 （二酸化炭素）とし、ＰＭを除去している。このＮＯ2 は、Ｏ2 よりエネルギー障壁が小さいため、ＰＭ酸化温度（ＤＰＦ再生温度）を低下させるので、外部からエネルギーの供給なしに排気ガス中の熱エネルギーで連続的にＰＭ燃焼が生じる。
【０００８】
なお、図７のＥはディーゼルエンジン、２は排気通路、４は燃料ポンプシステム、５は電子制御ボックス、７はバッテリー、８は消音器、９は燃料タンクである。
【０００９】
また、図８に、図７のＮＯ2 再生型ＤＰＦシステムの改良システム１Ｙを示す。この改良システム１Ｙは、酸化触媒３２Ａの多孔質触媒コート層３１をウオールフローフィルタ３Ｂの多孔質壁面３０に塗布し、ＮＯの酸化とこれにより発生したＮＯ2 によるＰＭの酸化を、ウオールフローフィルタ３Ｂの壁表面上で行うように構成し、システムを簡素化している。
【００１０】
そして、図９に、ウオールフローフィルタ３Ｃの多孔質壁面３０に、酸化触媒３２Ａと酸化物等のＰＭ酸化触媒３２Ｂとの多孔質触媒コート層３１を塗布し、フィルタ３Ｃに蓄積したＰＭを低温で燃焼し、連続再生するシステム１Ｚを示す。
【００１１】
そして、これらの触媒付きＤＰＦシステムは、触媒及びＮＯ2 によるＰＭの酸化反応によって通常のフィルタよりもＰＭ酸化開始排気温度を下げてＰＭの連続再生を実現するシステムである。
【００１２】
これらの連続再生型ＤＰＦシステムでは、排気温度が約３５０℃以上の場合には、ＤＰＦの温度がＰＭ燃焼温度以上になっているため、ＤＰＦに捕集されたＰＭは燃焼して除去され、自己再生する。しかし、連続再生型ＤＰＦシステムにしてＰＭ酸化開始排気温度を下げても、まだ、３５０℃程度の排気温度は必要であるため、低負荷運転やアイドル運転等で、排気温度が約３５０℃に達しない場合には、排気温度が低いため、ＰＭの酸化及びＤＰＦの自己再生が生じない。
【００１３】
従って、このようなアイドルや低負荷等の排気温度が低いエンジン運転状態が継続するとＰＭが蓄積してもＰＭ酸化状態にならないため、排圧が上昇し、燃費の悪化を招き、また、捕集過多によるＤＰＦの異常燃焼等が生じるおそれがある。
【００１４】
そこで、これらの連続再生型ＤＰＦシステムでは、エンジン運転条件からフィルタへのＰＭ蓄積量を算出したり、又は、ＰＭ蓄積量に対応したフィルタ圧損からＰＭ蓄積量を推定したりして、ＤＰＦ再生必要条件を設定し、このＤＰＦ再生必要条件を満たした時に、排気温度を強制的に上昇させて、蓄積したＰＭを強制的に燃焼させて除去するＤＰＦ再生制御を行っている。                            
【００１５】
このＤＰＦ再生制御に際して、排気温度を上昇させるための方法の一つに、ＥＧＲバルブと共に、排気絞りを行って排気温度を上昇させる方法がある（例えば、特許文献１参照。）。また、トラップフィルタ（ＤＰＦ）の下流側に排気絞り弁を設けて、フィルタ再生中に排気温度を所定の再生温度範囲に保つように弁開度を制御する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１６】
しかしながら、これらのＤＰＦ再生制御は、エンジン運転領域の大きな部分を占める排気温度が２００℃〜３５０℃の範囲では有効であるが、排気温度が約２００℃以下の、アイドル等の低負荷・低回転数におけるエンジン運転時のような排気温度が極めて低い温度領域では、通常のポスト噴射等によるＤＰＦ再生制御を行っても排気温度を再生に必要な温度まで上昇させることが困難で、ＤＰＦを強制再生できないという問題がある。
【００１７】
そして、ＤＰＦを強制再生できない状態が継続した後に、排気温度が上昇すると、上流側に酸化触媒を設けたＮＯ2 再生型ＤＰＦシステムの場合には、酸化触媒に蓄積された燃料が急激に燃焼し、酸化触媒が高温となるため、触媒の劣化や溶損が発生すると問題がある。また、この急激燃焼によって高温となった排気ガスが下流のＤＰＦに流入すると、ＤＰＦ内に堆積されたＰＭも急激な燃焼をするため、ＤＰＦの溶損が生じるという問題がある。
【００１８】
更に、前者の排気絞りとＥＧＲとの組合せにより、排気ガスを昇温させる場合には、強制再生の度毎に排気温度上昇のために排気絞りを行うので、排圧を上昇させる期間が多くなり、燃費の悪化が生じるという問題がある。また、後者の強制再生の際に所定の温度範囲にするために排気絞り制御を行う場合には、排気絞りを行う領域、即ち、閉弁する領域が広く、前者と同様に排圧を上昇させる期間が多くなり、燃費の悪化が生じるという問題がある。
【００１９】
また、アイドリング運転時等で、温度が高い大流量の排気ガスを排出すると周辺環境に対して好ましくないという問題がある。
【特許文献１】特開昭６３−２０１３０９号公報
【特許文献２】特開平０４−８１５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上述の問題を解決するべくなされたものであり、その目的は、ＤＰＦにおいて、アイドル運転等の低負荷・低回転数時の排気温度が極めて低い温度領域にある時でも、多段遅延噴射と共に排気絞りを行うことにより、エンジン排気圧力を上昇させて吸気行程に残留する排気ガスの増量と昇温を行って噴射燃料の着火性及び燃焼性能を向上させながら排気温度上昇を行うことで、効率良く排気ガスを昇温してＰＭ強制再生ができ、また、排気ガス量の低減によるテールパイプ出口温度を低下でき熱影響を少なくすることができる排気ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、排気絞り弁とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を排気通路に備えると共に、該ＤＰＦの再生のための再生制御手段を備えた排気浄化システムにおいて、前記再生制御手段が、排気温度検出手段と燃料噴射制御手段と排気絞り制御手段とを具備し、前記ＤＰＦの再生に際して、前記燃料噴射制御手段による多段遅延噴射と前記排気絞り制御手段による前記排気絞り弁の排気絞りによる排気ガス昇温制御を行う再生制御を含むように構成される。
【００２２】
この排気絞り弁は、ＤＰＦの上流側に配置されていても下流側に配置されていてもよい。また、この多段遅延噴射は、コモンレール等の電子制御式燃料噴射システムにおいて、噴射時期遅延や、主噴射の前段に噴射量の少ない多段のパイロット噴射を行うことにより、過大な主噴射時期の遅延を可能とする燃料噴射である。
【００２３】
この構成によれば、ＤＰＦに堆積したＰＭの強制燃焼及びＤＰＦ再生の時に、遅延噴射やポスト噴射の多段遅延噴射で排気ガス昇温を行う場合に、並行して排気絞りを行い、この排気絞りにより、最初に噴射される噴射時期の失火限界を大幅に遅延可能にすると共に、噴射量を増強可能にし、大きな初期発生火炎を作り、その後の火炎伝播力を向上させ、希薄混合気まで完全に燃焼させる。これにより、白煙の発生や失火が防止され、効率よく排気温度が大幅に上昇する。
【００２４】
その結果、今まで、排気温度が不足してＰＭの強制燃焼が行えなかった、アイドル運転等の低負荷・低回転数の低排気温度領域におけるエンジンの運転条件でも、極端な白煙の発生無しで、また、昇温に必要な燃料も少量でＰＭの強制燃焼が行えるようになり、何時でもＤＰＦの再生が可能となる。
【００２５】
つまり、アイドリング運転等の排気温度が非常に低い温度領域にある場合に、排気絞りを行って遅延噴射の安定化と、エンジンへの負荷を掛けることで排気温度を上昇させ、排気温度の高い排気ガスをエンジン内に還流させて、燃焼改善により排気温度を上昇でき、ＤＰＦの強制再生を行うことができる。そのため、アイドル運転等の低負荷・低回転数の運転領域を含む全てのエンジンの運転状態で、ＤＰＦに堆積したＰＭを低燃費で効率よく燃焼除去することができる。
【００２６】
従って、ＰＭの堆積に起因するＤＰＦの目詰まりによる排圧上昇をＤＰＦ再生により抑制して、高排圧によるエンジンストール等の不具合を無くすと共に、燃費の向上を図ることができる。更に、ＤＰＦ再生不能のためにＰＭが過大に蓄積し、この過大蓄積のＰＭが暴走燃焼することにより発生するＤＰＦ溶損事故を防げる。また、この排気絞りにより、排気ガス量を減少できるので、排気ガスのテールパイプ出口温度を低減でき、強制再生時の熱害に対応できる。
【００２７】
そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記ＤＰＦの再生に際して、前記排気温度検出手段により、排気温度が所定の第１温度領域にあることを検出した時は、前記燃料噴射制御手段による多段遅延噴射と前記排気絞り制御手段による前記排気絞り弁の排気絞りによる排気ガス昇温制御を行い、排気温度が前記第１温度領域よりも温度が高い所定の第２温度領域にあることを検出した時は、排気絞りを行わずに前記燃料噴射制御手段による多段遅延噴射による排気ガス昇温制御を行うように構成される。
【００２８】
この構成によれば、ＤＰＦの強制再生の必要が生じた際に、アイドリング運転や低負荷運転等のエンジンの運転状態における排気温度が極めて低い所定の第１温度領域にある時のみ、多段遅延噴射と共に排気絞りを行い、第２温度領域では、排気絞りを行わずに多段遅延噴射により排気ガスを昇温するので、ＤＰＦの強制再生の度毎に排気絞りを行うシステムに比較して著しく燃費が減少する。
【００２９】
この第１温度領域において、極めて低い温度から排気温度を大幅に上昇させるために、多段遅延噴射のみで燃料噴射制御で燃焼噴射を大幅に遅延すると、燃料の殆どの量が筒内圧力の極端に低い膨張行程で燃焼することになるため、白煙の多量発生の原因となると共に、排気温度の上昇を効率よく行えないという問題が生じるが、これを排気絞りを併用することで回避できる。
【００３０】
そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気温度検出手段が、エンジン回転数と負荷とから、予め設定したエンジン回転数と負荷に対応させて区分した所定の温度領域のマップデータを参照して、排気温度が所定の温度領域にあるか否かを検出するように構成される。
【００３１】
この構成によれば、新たに、排気温度センサを設けることなく、エンジンの制御で使用しているエンジン回転数センサの検出値と、負荷センサの検出値とから排気温度を検出することができる。従って、制御の入出力の減少及び部品点数の減少により、製造工数やコスト等を節約できる。
【００３２】
更に、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記燃料噴射制御手段による多段遅延噴射と前記排気絞り制御手段による前記排気絞り弁の排気絞りによる排気ガス昇温制御を行う再生制御において、エンジンの運転領域がアイドリング状態にある時は、前記排気絞り弁の絞り量を固定し、エンジンの運転領域がアイドリング状態にない時は、前記排気絞り弁の絞り量を可変にして排気ガス昇温制御を行うように構成する。
【００３３】
これにより、エンジンがアイドリング運転している場合には排気絞り弁３１の絞り量を固定して最低限の排気ガス量にすることにより、排気ガス温度を著しく上昇させることができると共に、排気ガス量を低減させつつ、ＤＰＦ位置での昇温を行っているので、テールパイプ出口温度を低下でき、停車時の周囲の環境への熱影響を少なくすることができる。また、走行を開始した後の低負荷運転においては、排気絞り弁３１の排気絞り量を少なくして走行に必要なエンジン出力を大きくすることができる。
【００３４】
なお、このＤＰＦとしては、フィルタのみからなる連続再生型ではないＤＰＦ、フィルタに酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ、フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ、フィルタに触媒を担持させると共に該フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ等がある。
【発明の効果】
【００３５】
以上に説明をしたように、本発明の排気ガス浄化システムによれば、ＤＰＦの再生のための排気ガス昇温制御に際し、多段遅延噴射と排気絞りを併用して排気温度を上昇するので、エンジンの排気圧力を上昇させて吸気行程で残留する排気ガス量を増加すると共に排気温度を上げて、噴射燃料の着火性及び燃焼性能の向上を図ることができ、効率よく排気ガスを大幅に昇温できる。
【００３６】
その結果、今まで、排気温度が不足してＰＭの強制燃焼及びＤＰＦ再生が行えなかったアイドル運転等の低負荷・低回転数領域におけるエンジンの運転条件でも、極端な白煙の生成無しで、また、昇温に必要な燃料も少量で、ＤＰＦ再生を行うことができる。
【００３７】
また、ＤＰＦの強制再生の必要が生じた際に、エンジンの運転状態における排気温度が極めて低い所定の第１温度以下でない時は、排気絞りを行わずに多段遅延噴射により排気ガスを昇温し、排気温度が所定の第１温度以下である場合のみ、多段遅延噴射と共に排気絞りを行う構成とすることにより、ＤＰＦの強制再生の度毎に排気絞りを行うシステムに比較して著しく燃費が減少し、ＤＰＦに堆積したＰＭを低燃費で効率よく燃焼除去することができる。
【００３８】
そして、何時でもＰＭの燃焼及びＤＰＦの再生を行えるようになるので、ＤＰＦの目詰まりによる排圧上昇を抑えることができ、高排圧による走行不良等の不具合をなくせる。また、それと共に燃費の向上を図ることができる。
【００３９】
また、排気温度が酸化触媒の活性温度以下の状態から排気ガス中に高濃度のＨＣが存在しなくなるため、酸化触媒に蓄積したＨＣが急激に燃焼することが無くなり、高温による触媒の劣化や溶損も防止でき、更に、酸化触媒のみならず、下流側のＤＰＦにおけるＰＭの暴走燃焼によるフィルタ溶損も回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムについて、酸化触媒（ＤＯＣ）と触媒付きフィルタ（ＣＳＦ）の組合せで構成される連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えた排気ガス浄化システムを例にして、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
図１及び図２に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１では、ディーゼルエンジンＥの排気マニホールドに接続する排気通路（排気管）２に連続再生型ＤＰＦ３が設けられている。この連続再生型ＤＰＦ３は、上流側に酸化触媒３Ａａを下流側に触媒付きフィルタ３Ａｂを有して構成される。
【００４２】
この酸化触媒３Ａａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ３Ａｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタで形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。この触媒付きフィルタ３Ａｂでは、排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。
【００４３】
この連続再生型ＤＰＦ３の上流側の排気通路２に、排気絞りを行うための排気絞り弁（エキゾーストブレーキ）３１が設けられる。そして、触媒付きフィルタ３ＡｂのＰＭの堆積量を推定するために、連続再生型ＤＰＦ３の前後に接続された導通管に差圧センサ２１が設けられる。また、触媒付きフィルタ３Ａｂの再生制御用に、連続再生型ＤＰＦ３の上流側に、ＤＰＦ入口排気温度センサ２２が設けられる。
【００４４】
これらのセンサの出力値は、エンジンＥの運転の全般的な制御を行うと共に、触媒付きフィルタ３Ａｂの再生制御も行う制御装置（電子制御ボックス：ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）５に入力され、この制御装置５から出力される制御信号により、エンジンＥの燃料噴射弁１５や、排気絞り弁３１や、吸気通路６に設けられて吸気マニホールドへの吸気量を調整する吸気弁１１等が制御される。
【００４５】
この燃料噴射弁１５は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール（図示しない）に接続されており、制御装置５には、エンジンの運転のために、ＰＴＯのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，ニュートラルスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，車両速度，冷却水温度，エンジン回転数，指示噴射量（Ｑ）等の情報も入力される。
【００４６】
この構成では、吸入空気Ａは、吸気通路６でターボチャージャ１７のコンプレッサ１７ａとインタークーラ１２を経由して、吸気弁１１で、吸気量を調整された後、シリンダ１３内の燃焼室１４に入る。この燃焼室１４には、燃料噴射弁１５が設けられており、この燃料噴射弁１５からの燃料噴射により、燃料と吸入空気Ａとが混合し、ピストン１８の圧縮により、自然発火して燃焼し、排気ガスＧを発生する。この排気ガスＧは、排気通路２のターボチャージャ１７のタービン１７ｂを経由して、排気絞り弁３１を通過して連続再生型ＤＰＦ３に入り浄化された排気ガスＧｃになって、消音器８を経由して大気中に放出される。
【００４７】
また、制御装置５は、連続再生型ＤＰＦ３の再生のために、図３に示すように、燃料噴射制御手段Ｐ１１と排気絞り制御手段Ｐ１２を有する再生制御手段Ｐ１を備えている。この再生制御手段Ｐ１は、更に、再生開始判断手段Ｐ２１、排気温度検出手段Ｐ２２、第１再生制御手段Ｐ２３、第２再生制御Ｐ２４、第３再生制御Ｐ２５、再生終了判断手段Ｐ２６等を具備して構成される。
【００４８】
この排気温度検出手段Ｐ２２は、ＤＰＦ入口排気温度センサ２２で検出された排気温度Ｔｇが所定の第１温度領域、即ち、所定の第１温度Ｔｇ１以下であるか否かを判断したり、所定の第２温度領域、即ち、所定の第１温度Ｔｇ１より大きくかつ所定の第２温度Ｔｇ２以下であるか否かを判断したり、所定の第３温度領域、即ち、所定の第２温度Ｔｇ２より大きくかつ所定の第３温度Ｔｇ３以下であるか否かを判断したり、所定の第４温度領域、即ち、所定の第３温度Ｔｇ３より大きいか否かを判断したりする手段である。
【００４９】
この所定の第１温度Ｔｇ１は、エンジンによって多少異なるが、１５０℃前後程度の温度であり、酸化触媒が活性温度以下となるような極めて低い温度である。また、所定の第２温度Ｔｇ２は、エンジンによって多少異なるが２００℃前後程度の温度であり、酸化触媒が活性温度以下となるような低い温度であり、所定の第３温度Ｔｇ３は、エンジンによって多少異なるが３５０℃前後程度の温度であり、酸化触媒が活性温度以上となるような比較的高い温度である。
【００５０】
この第１温度領域Ｚ１は、排気温度が極めて低い温度領域であり、酸化触媒３Ａａが活性温度以下で、第１再生制御でなければ、活性温度以上に排気ガスを昇温することが困難であるような温度領域であり、第２温度領域Ｚ２は、排気温度が低い温度領域であり、酸化触媒３Ａａが活性温度以下で、第２再生制御で活性温度以上に排気ガスを昇温することができる温度領域である。
【００５１】
また、第３温度領域Ｚ３とは排気温度が、酸化触媒３ａが活性温度以下であるが、第３再生制御で、容易に活性温度以上にしてＤＰＦ再生できる温度領域であり、第４温度領域Ｚ４は排気温度が酸化触媒３Ａａが活性温度以上となり、再生制御なしにＰＭが燃焼除去される排気ガスの温度領域である。
【００５２】
また、この排気温度検出手段Ｐ２２は、ＤＰＦ入口排気温度センサ２２で排気温度Ｔｇを検出する代りに、図６に示すように、予め、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑと、排気温度Ｔｇとの関係を調査し、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑから、排気温度Ｔｇの第１温度領域（極低温度領域）Ｚ１、第２温度領域（低温度領域）Ｚ２、第３温度領域（中温度領域）Ｚ３、第４温度領域（高温度領域）Ｚ４との関係をマップデータとして、制御装置５に入力し、排気温度検出手段Ｐ２２が、エンジン回転数センサで検出したエンジン回転数Ｎｅと、負荷センサで検出した負荷Ｑとから、この温度領域のマップデータを参照することにより、所定の温度領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４のいずれにあるかを検出するように構成してもよい。
【００５３】
そして、再生制御手段Ｐ１は、連続再生型ＤＰＦ３の再生に際して、排気温度検出手段Ｐ２２により、排気温度Ｔｇが所定の第１温度領域Ｚ１にあることを検出した時は、第１再生制御手段Ｐ２３が燃料噴射制御手段Ｐ１１による多段遅延噴射と排気絞り制御手段Ｐ１２による排気絞りで第１排気ガス昇温制御を行い、排気温度Ｔｇが所定の第２温度領域Ｚ２にあることを検出した時は、第２再生制御手段Ｐ２４が燃料噴射制御手段Ｐ１１による多段遅延噴射で第２排気ガス昇温制御を行い、排気温度Ｔｇが所定の第３温度領域Ｚ３にあることを検出した時は、第３再生制御手段Ｐ２４が燃料噴射制御手段Ｐ１１によるポスト噴射で第３排気ガス昇温制御を行うように構成される。
【００５４】
この再生制御手段Ｐ１は、図４に示すような制御フローに沿って再生制御を行う。先ず、この再生制御が、エンジンのスタートと共にスタートすると、ステップＳ１１で、再生開始であるか否かの判定を行う。この判定は、差圧センサ２１の差圧ΔＰが所定の判定値ΔＰ０を超えたか否かで判定する。なお、この再生開始の判定は、エンジンの運転状態から算出されるＰＭ蓄積量を累積したＰＭ累積量と所定の判定値とを比較して判定してもよい。
【００５５】
このステップＳ１１の再生開始の判定で、差圧ΔＰが所定の判定値ΔＰ０を超えていない場合、即ち、再生開始でない場合には、ステップＳ１２に行き、通常の運転制御を所定の時間（再生開始の判定を行う時間間隔に関係する時間）の間行い、ステップＳ１１に戻る。
【００５６】
この通常の運転制御では、再生のための強制的な燃料噴射等を行わずに、要求されるエンジン回転数及び負荷によって決まる燃料噴射、ＥＧＲ制御、吸気絞り、排気絞り等に従ってエンジンを制御する。
【００５７】
また、ステップＳ１１の再生開始の判定で、差圧ΔＰが所定の判定値ΔＰ０以上になっている場合、即ち、再生開始である場合には、ステップＳ１３で、排気温度の判定を行う。
【００５８】
このステップＳ１３の排気温度の判定で、排気温度Ｔｇが所定の第１温度Ｔｇ１以下で第１温度領域（極低温度領域）Ｚ１にある場合には、ステップＳ１４に行き第１再生制御を行う。この第１再生制御では、燃料噴射制御手段Ｐ１１よる、エンジンＥの燃料噴射のメイン噴射（主噴射）のタイミングを大幅に遅延操作（リタード）した過大遅延多段噴射と共に、排気絞り制御手段Ｐ１２による排気絞り弁３１を閉弁する吸気絞りを行う第１排気ガス昇温制御を行う。これによって、排気ガスを昇温させ、ＰＭの酸化除去に適した温度や環境になるようにし、連続再生型ＤＰＦ３に捕集されたＰＭを酸化除去する。
【００５９】
この過大遅延多段噴射は、図５に例示するように、パイロット噴射とメイン噴射の多段噴射によって行われる。主噴射の前段に噴射量の少ない多段のパイロット噴射や噴射時期遅延を行うことにより、過大な主噴射時期の遅延が可能となり、例えば、図５に示すようなパイロット噴射２回、主噴射１回の多段遅延噴射を行う。なお、より段数の多い多段噴射の方がより好ましい。
【００６０】
そして、この多段遅延噴射時において、排気絞りを併用することにより、エンジンの出口の排気マニホールドの圧力を上昇させる。例えば、エンジン回転数が８００ｒｐｍ付近の低回転数領域において、排気ガスを６００℃以上に昇温する場合は、排気絞りにより排圧を７０ｋＰａ以上とする。
【００６１】
この第１再生制御は、排気絞り制御を併用しながら、一段階又は何段階かに分けて排気ガスの昇温及びＨＣの排気通路２への供給を行い、連続再生型ＤＰＦ３に捕集されたＰＭを燃焼除去して、再生終了判断手段Ｐ２６により、再生の完了の判断が出るまで行う。この再生完了の判断は、所定の時間を経過したか否かで判断したり、差圧ΔＰが所定の判定値ΔＰ１以下になったか否か等で判断したりする。そして、再生の終了の判断が出たらステップＳ１１に戻る。
【００６２】
そして、このステップＳ１３の排気温度の判定で、排気温度Ｔｇが所定の第１温度Ｔｇ１より高い場合には、ステップＳ１４の排気温度判定を行う。このステップＳ１４の排気温度領域の検出で、排気温度Ｔｇが所定の第２温度Ｔｇ２以下で第２温度領域（低温度領域）Ｚ２にある場合には、ステップＳ１５に行き、第２再生制御を行う。
【００６３】
この第２再生制御では、排気絞り制御手段Ｐ１２による吸気絞りは行わなわずに、燃料噴射制御手段Ｐ１１より、エンジンＥの燃料噴射のメイン噴射（主噴射）のタイミングを大幅に遅延操作（リタード）した過大遅延多段噴射を行う第２排気ガス昇温制御を行う。なお、このリタード量は第１排気ガス昇温制御より小さくなる。これによって、排気ガスを昇温させ、ＰＭの酸化除去に適した温度や環境になるようにし、連続再生型ＤＰＦ３に捕集されたＰＭを酸化除去する。
【００６４】
そして、このステップＳ１４の排気温度の判定で、排気温度Ｔｇが所定の第２温度Ｔｇ２より高い場合には、ステップＳ１５の排気温度判定を行う。このステップＳ１５の排気温度領域の検出で、排気温度Ｔｇが所定の第３温度Ｔｇ３以下で第３温度領域（中温度領域）Ｚ３にある場合には、ステップＳ１５に行き、第３再生制御を行う。
【００６５】
この第３再生制御では、排気絞り制御手段Ｐ１２による排気絞りは行わなわずに、燃料噴射制御手段Ｐ１１より、エンジンＥの燃料噴射においてポスト噴射を行う第３排気ガス昇温制御を行う。このポスト噴射により排気通路２内に燃料を供給し、その燃料を酸化触媒３Ａａで燃焼させることにより、触媒付きフィルタ３Ａｂの入口の排気温度を上昇させて、ＰＭの酸化除去に適した温度や環境になるようにし、連続再生型ＤＰＦ３に捕集されたＰＭを酸化除去する。
【００６６】
そして、このステップＳ１５の排気温度の判定で、排気温度Ｔｇが所定の第３温度Ｔｇ３より高く、第４温度領域（高温度領域）Ｚ４にある場合には、排気温度を昇温させる制御を行うことなく、ＰＭの燃焼除去が行われるので、ステップＳ１６でステップＳ１２と同様の通常の運転制御を行う。なお、この場合には、ＰＭの燃焼除去が行われるので、通常は、ステップＳ１１の再生開始の判定で、再生開始でないと判定され、このステップＳ１６には至らない。  
【００６７】
また、これらの第１〜第３の排気温度上昇制御に加えて、吸気絞り、ＥＧＲ、ＶＮＴ等の空気系の装置による排気ガス中のＮＯｘ濃度の増加等により、捕集されたＰＭの強制燃焼を促進させる。
【００６８】
そして、これらの第１〜第３再生制御は、第１〜第３排気ガス昇温制御で一段階又は何段階かに分けて排気ガスの昇温及びＨＣの排気通路２への供給を行い、連続再生型ＤＰＦ３に捕集されたＰＭを燃焼除去して、再生終了判断手段Ｐ２６により、再生の完了の判断が出るまで行う。この再生完了の判断は、所定の時間を経過したか否かで判断したり、差圧ΔＰが所定の判定値ΔＰ１以下になったか否か等で判断したりする。そして、再生の終了の判断が出たら、ステップＳ１１に戻る。
【００６９】
以上の図４の制御フローに従う制御により、ステップＳ１１〜ステップＳ１２，ステップＳ１１〜ステップＳ１９の内ののいずれかの経路を通って、ステップＳ１１に戻り、エンジンキーＯＦＦによるステップＳ２０の割り込みが発生するまで、これらを繰り返す。そして、割り込みの発生により、ステップＳ２１で、割り込み発生時の状態の記憶等の終了作業を行って、この制御フローを終了する。
【００７０】
なお、上記の第１再生制御の第１排気ガス昇温制御において、エンジンの運転領域がアイドリング状態Ｚｉにある時は、排気絞り弁３１の絞り量を固定し、エンジンの運転領域がアイドリング状態Ｚｉにない時は、排気絞り弁３１の絞り量を可変にして排気ガス昇温制御を行うように構成してもよい。この場合には、エンジンがアイドリング運転中の時は排気絞り弁３１の絞り量を最大絞り量に固定して最低限の排気ガス量にすることにより、排気ガス温度を著しく上昇させることができると共に、排気ガス量の低減によるテールパイプ出口温度を低下できる。そのため、停車時の周囲の環境への熱影響を少なくすることができる。また、、走行を開始した後の低負荷運転では、再生制御時においても排気絞り量を少なくしてエンジン出力を大きくしてスムーズに走行することができる。
【００７１】
次に多段遅延噴射制御に排気絞り制御を併用した場合の作用効果について説明する。
【００７２】
多段遅延噴射制御に排気絞り制御を併用すると、排気絞りによる排圧上昇により、エンジンの排気行程における排気ガス排出量が急激に減少して排気効率が激減するので、次の吸気行程ではシリンダ内に残留する排気ガス量が極端に増加する。また、一方で、燃料の噴射時期を遅延しているため、排気ガスの温度はある程度上昇している。そのため、吸気行程では高温で大量の排気ガスが残留することになる。
【００７３】
そして、次の圧縮行程及び燃焼行程ではシリンダ内はより高温となり、そこに、一段目のパイロット噴射を行うと、大幅な遅延噴射でも高温となっているため確実な着火が得られ、更に確実な燃焼に移行でき、この確実な燃焼によってシリンダ内は膨張行程の中盤でも高温に保てる。この遅延噴射は、膨張行程の中盤になるので、燃料噴射量を大きくしてもトルク発生に影響しなくなる。そのため、燃料噴射量を排気絞り無しの場合に比較して増量できるので、初期噴射量を多くでき、極端な低負荷で初期火炎を大きな火炎にすることができる。
【００７４】
この一段目で噴射した燃料の燃焼が活発化する時期に、更に噴射量を増加した二段目のパイロット噴射を行う。この二段目噴射の燃料は、膨張行程後期のピストンが更に下降している時期となるが、低圧状態でも一段目の安定した火炎により着火して発熱し、シリンダ内は更に火炎を大きくすることができ、より高温となる。なお、この燃焼もトルクの発生には寄与せず、排気ガスの昇温に寄与する。
【００７５】
次に、三段目の主噴射を、二段目の噴射燃料の燃焼が活発化している時期に噴射する。この三段目噴射では、更に噴射量を増加し、燃焼火炎の大きな主噴射を行って確実な主燃焼火炎を発生させる。これにより、希薄混合気まで火炎を伝播させることができるので、白煙の発生や失火を防止でき、効率よく排気温度を大幅に上昇させることができる。なお、この排気弁開時期付近で燃焼した主噴射燃料は排気温度の上昇に極端に大きく寄与するが、トルクの発生に繋がらない。
【００７６】
この時、連続再生型ＤＰＦ３の酸化触媒３Ａａの入口温度は、燃料噴射が段階的に行われるに連れて、段階的に上昇する。
【００７７】
また、メイン噴射の後にポスト噴射を行う場合には、ポスト噴射に際しても、排気絞りを併用することにより、失火限界を大きくでき、大幅な遅延で燃焼でき、排気温度の昇温を、トルクの増加無しに効率よく行うことができる。
【００７８】
そして、この最後の噴射燃料量によって、負荷、回転数制御を行うと、効率的な排気温度上昇と、滑らかなエンジン制御が行える。
【００７９】
従って、排気絞りの併用により、負荷増加と燃料噴射量の増加で排気温度が上昇し、また、排気ガス量低減でテールパイプ出口温度が低下するので熱害の対応も可能となる。
【００８０】
以上の構成の排気ガス浄化システム１によれば、差圧センサ２１の差圧が上昇して設定量を超えて、連続再生型ＤＰＦ装置３の触媒付きフィルタ３ＡｂのＰＭ蓄積量が再生が必要となった場合において、排気温度Ｔｇが所定の第１温度Ｔｇ１以下の場合、即ち、アイドル等の低負荷・低回転数のエンジン運転時のような排気温度Ｔｇが極めて低い温度である第１温度領域Ｚ１の場合には、排気絞りを併用する多段遅延噴射による第１再生制御を行うことができ、エンジン運転条件がＰＭの酸化及びＤＰＦ再生に必要な排気温度に達しにくい第２温度領域Ｚ２の時には、排気絞り制御を併用しない多段遅延噴射による第２再生制御を行うことができ、更に、エンジン運転条件がＰＭの酸化及びＤＰＦ再生に必要な排気温度に達し易い第３温度領域Ｚ３の時には、排気絞り制御を併用しない多段遅延噴射による第３再生制御を行うことができる。
【００８１】
従って、アイドル運転等の低負荷・低回転数時の排気温度Ｔｇが極めて低い場合であっても、多段遅延噴射と共に排気絞りを行うことにより、エンジン排気圧力を上昇させて吸気行程に残留する排気ガスの増量と昇温を行って噴射燃料の着火性及び燃焼性能を向上させて、効率良く排気ガスを昇温して、ＰＭ強制再生をすることができる。
【００８２】
更に、排気絞りを併用する第１再生制御と排気絞りを併用しない第２再生制御とを排気温度Ｔｇが所定の第１温度Ｔｇ１を超えるか否かによって使い分けているので、排圧の上昇期間を少なくでき、燃費の悪化等を防止できる。また、多段遅延噴射制御とポスト噴射制御とを排気温度Ｔｇが所定の第２温度Ｔｇ２を超えるか否かによって使い分けているので、燃費の悪化等を防止できる。
【００８３】
なお、上記では、触媒を担持させたフィルタ３Ａｂとこの触媒付きフィルタ３Ａｂの上流側に酸化触媒３Ａａを設けた連続再生型ＤＰＦ３で説明したが、本発明は、この連続再生型ＤＰＦ３以外の、フィルタだけの連続再生型でないＤＰＦ、フィルタに酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ、フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ等に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムのエンジン部分の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る再生制御手段の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る再生制御のフローを示す図である。
【図５】本発明に係る再生制御における多段噴射の一例を示す図である。
【図６】エンジン回転数と負荷と、排気温度領域の関係を示す図である。
【図７】従来技術の排気ガス浄化システムの一例を示すシステム構成図である。
【図８】従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。
【図９】従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００８５】
１    排気ガス浄化システム
２    排気通路
３    連続再生型ＤＰＦ
３Ａａ    酸化触媒
３Ａｂ    触媒付きフィルタ
３１    排気絞り弁
Ｅ    ディーゼルエンジン
Ｇ    排気ガス
Ｔｇ    排気温度
Ｔｇ１    所定の第１温度
Ｔｇ２    所定の第２温度
Ｔｇ３    所定の第３温度
Ｚ１    第１温度領域（極低温度領域）
Ｚ２    第２温度領域（低温度領域）
Ｚ３    第３温度領域（中温度領域）
Ｚ４    第４温度領域（高温度領域）
【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】
2005076604.tif 000008
【図７】
2005076604.tif 000009
【図８】
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【図９】
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