(57)【要約】【課題】  連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタの捕集ＰＭを効率良く燃焼除去する排気浄化装置を提供する。【解決手段】  エンジンの排出ガス成分を触媒作用により酸化させる酸化触媒２６と、この酸化触媒２６の下流側に介装され排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ（フィルタ）２５とを備え、ＤＰＦ２５の強制再生時に予め設定された昇温マップに基づいてポスト噴射を行う排気浄化装置において、酸化触媒２６の出口温度を検出するＤＯＣ出口温度センサ３１ａを備え、ＤＰＦ２５の強制再生時に酸化触媒２６の検出出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量を増やす構成とした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排出ガス成分を触媒作用により酸化させる酸化触媒と、この酸化触媒の下流側に介装され排気中に含まれるＰＭを捕集するフィルタとを備え、フィルタの強制再生時にポスト噴射を行う排気浄化装置において、
前記酸化触媒の出口温度を検出する出口温度検出手段と、前記フィルタの強制再生時に前記酸化触媒の検出出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量を増やすポスト噴射量制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記ポスト噴射量制御手段は、前記酸化触媒の出口温度に対応してポスト噴射量を設定した複数の昇温マップを設け、前記酸化触媒の検出出口温度に応じてこの昇温マップを切換える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ポスト噴射量制御手段は、前記エンジンの回転数と負荷と前記酸化触媒の出口温度とに応じてポスト噴射量を設定した昇温マップを設け、この昇温マップに基づいて前記酸化触媒の検出出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量を増やす構成と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】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を除去処理するための排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるＰＭを低減する排気浄化装置として、上流側から酸化触媒（ＤＯＣ）とＰＭを捕集するフィルタ（ＤＰＦ）が並んで設けられた連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＣＲ−ＤＰＦと称する）の開発が注目されている。このＣＲ−ＤＰＦは、エンジンの排気中に含まれるＰＭをフィルタに捕集しつつ、その捕集ＰＭを燃焼除去するものである。酸化触媒はフィルタの上流側に設けられ、酸化触媒において排気中に含まれるＮＯをＮＯ2に変換することによりフィルタにおける捕集ＰＭの酸化反応を促すとともに、酸化触媒における酸化反応熱によりフィルタを加熱する。
【０００３】
特許文献１に開示された排気浄化装置は、メイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うアフタ噴射マップと、メイン噴射の後から圧縮上死点より遅れるタイミングでポスト噴射を行うポスト噴射マップ（昇温マップ）とを切換えてフィルタの再生を行うようになっている。
【０００４】
特許文献２に開示された排気浄化装置は、酸化触媒の入口温度に応じてポスト噴射量を制御するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１５５９１６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された排気浄化装置は、ポスト噴射量が一定に制御されるため、ポスト噴射マップへの切換時にポスト噴射量が過大になって昇温効率が低下し、燃費の悪化、未燃成分の大気への放出、未燃成分のエンジン潤滑油への混入等の問題を生じる可能性があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示された排気浄化装置は、酸化触媒の入口温度に応じてポスト噴射量を制御するため、酸化触媒の活性化状態に応じてポスト噴射量を的確に制御できないという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタの捕集ＰＭを効率良く燃焼除去する排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、エンジンの排出ガス成分を触媒作用により酸化させる酸化触媒と、この酸化触媒の下流側に介装され排気中に含まれるＰＭを捕集するフィルタとを備え、フィルタの強制再生時にポスト噴射を行う排気浄化装置において、酸化触媒の出口温度を検出する出口温度検出手段と、フィルタの強制再生時に前記酸化触媒の検出出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量を増やすポスト噴射量制御手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、フィルタの強制再生時に酸化触媒の検出出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量を増やす制御が行われることにより、酸化触媒の活性化状態に応じた量の未燃成分が酸化触媒に供給される。この未燃成分を酸化触媒にて酸化反応させ、その反応熱を利用することにより、フィルタの捕集ＰＭを効率良く燃焼除去することができる。こうして酸化触媒の活性化状態に応じたポスト噴射量を制御し、無駄なポスト噴射量が削減されることにより、エンジンの燃費を改善し、未燃成分の大気への放出を抑えられるとともに、未燃成分がエンジン潤滑油へ混入することを抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１において、１０はディーゼルエンジンであり、コモンレール式燃料噴射装置（図示せず）を備える。エンジン１０の吸気通路１１にターボ過給機１２のコンプレッサ１２ａ、インタクーラ１３、吸気絞り弁１４が介装される。エンジン１０の排気通路１５にターボ過給機１２のタービン１２ｂ、排気絞り弁１６、ＣＲ−ＤＰＦ１７が介装される。図１において、２２はターボ過給機１２のタービン１２ｂを迂回するターボバイパス通路に設けられる開閉バルブ、２１はＥＧＲ（排気還流）装置のＥＧＲバルブである。
【００１２】
ＣＲ−ＤＰＦ１７は、酸化触媒２６とＤＰＦ２５とから構成される。排気通路１５には酸化触媒２６の下流側にＤＰＦ２５が介装される。
【００１３】
ＤＰＦ（フィルタ）２５は、ハニカム構造体に形成され、その格子状に区画される流路（セル）の入口と出口が交互に目封じされる。つまり、入口の目封じされる流路と出口の目封じされる流路とが交互に隣接され、これらを区画する多孔質の隔壁が排気の通過を許容するようになっている。この例においては、隔壁に捕集されるＰＭの燃焼可能な着火温度を低めに設定するため、触媒（プラチナ等）付きフィルタが採用される。
【００１４】
酸化触媒２６は、触媒と、この触媒を担持するハニカム構造体とを備え、ハニカム構造体の格子状に区画される流路を通過する排気に含まれる主にＨＣ（炭化水素）を酸化処理するものであり、その反応熱により触媒温度が上昇して堆積ＰＭの燃焼を促進するのである。
【００１５】
コモンレール式燃料噴射装置は、コモンレールに燃料を蓄圧する高圧ポンプと、このコモンレールを介して導かれる加圧燃料を各気筒に噴射する燃料噴射ノズルとを備え、この燃料噴射ノズルの作動がコントロールユニット２０によって制御される。コントロールユニット２０の制御に必要な検出手段として、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転センサ（クランク角センサを兼ねる）およびエンジン負荷ｑを検出する負荷センサのほか、ＣＲ−ＤＰＦ１７の入口圧力と出口圧力との差圧を検出する差圧センサ３０、酸化触媒２６の出口温度（ＤＰＦ２５の入口温度）を検出する温度センサ３１ａとＤＰＦ２５の出口温度を検出する温度センサ３１ｂ、吸気流量を検出するエアフローセンサ３２等が設けられる。
【００１６】
コントロールユニット２０は、燃料の噴射制御を行うのにあたり、通常の制御マップと、強制再生用の昇温マップが格納されている。通常運転時にエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷ｑとから通常の制御マップに基づいて燃料噴射ノズルへの燃料噴射信号（噴射量の指令および噴射時期の指令）を決定する。一方、ＤＰＦ２５の強制再生が必要な時期を判定すると、通常の制御マップから強制再生用の昇温マップに切換え、ＣＲ−ＤＰＦ１７の雰囲気温度が所定値（例えば、２３０℃）を下回るときは、触媒の予熱手段を駆動するほか、必要があれば昇温マップに基づいて燃料のメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行う燃料噴射信号を決定する一方、ＣＲ−ＤＰＦ１７の雰囲気温度が所定値以上のときは、昇温マップに基づいてメイン噴射の後から圧縮上死点より大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行う燃料噴射信号を決定する。
【００１７】
ところで、上記ＤＰＦ２５の強制再生時にポスト噴射量が一定に制御されると、昇温マップへの切換時にポスト噴射量が過大になって昇温効率が低下し、燃費の悪化、未燃成分の大気への放出、未燃成分のエンジン潤滑油への混入等の問題を生じる可能性があった。
【００１８】
そこで、コントロールユニット２０は、酸化触媒２６の出口温度を検出する温度センサ（出口温度検出手段）３１ａの出力に基づいて、ＤＰＦ２５の強制再生時に酸化触媒２６の検出出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量を増やすようにポスト噴射量を制御する。これにより、ＤＰＦ２５の強制再生時に酸化触媒２６の活性化状態に応じてＤＰＦ２５の捕集ＰＭを効率良く燃焼除去することができる。
【００１９】
本実施形態では、コントロールユニット２０には酸化触媒２６の出口温度に対応してポスト噴射量を設定した複数の昇温マップを格納し、ＤＰＦ２５の強制再生時に酸化触媒２６の検出出口温度に応じてこの昇温マップを切換える構成とする。
【００２０】
酸化触媒２６の予熱手段については、ＥＧＲバルブ２１、吸気絞り弁１４または排気絞り弁１６、ターボバイパスの開閉バルブ２２がエンジン１０の排気温度を積極的に高める制御に利用される。ターボ過給機１２が可変ノズル式の場合、ターボバイパスの開閉バルブ２２の代わりに可変ノズルを触媒の予熱手段として制御することも考えられる。例えば、ＥＧＲバルブ２１の開度を大きくすることにより、エンジン１０に再循環するＥＧＲガス量が増え、排気の熱によりＤＰＦ２５の温度も上昇する。
【００２１】
ＤＰＦ２５の強制再生が必要な時期の判定については、ＤＰＦ２５のＰＭ堆積量（推定量）が所定値以上のときにＤＰＦ２５の強制再生時期を判定する判定手段と、ＤＰＦ２５前後の差圧（またはＣＲ−ＤＰＦ１７の入口圧力）が所定値以上のときにＤＰＦ２５の強制再生時期を判定する判定手段と、ＰＭ堆積量に基づく強制再生の完了から計測される運転時間（または運転距離）が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間に強制再生の履歴がないときにＤＰＦ２５の強制再生時期を判定する判定手段と、運転時間（または運転距離または強制再生の回数）がＰＭ堆積量を定期的に初期化する０リセット強制再生用のインターバルに達すると強制再生を判定する第二判定手段とが設定されている。
【００２２】
ＤＰＦ２５の強制再生時期はこのような複数の異なる方法に基づいて判定される。コントロールユニット２０は、これら何れかの判定を受けると、そのときの判定方法に対応する強制再生モードとしてＰＭ堆積量に応じた強制再生温度および強制再生時間を設定する。
【００２３】
図２のフローチャートはＤＰＦ２５の強制再生を行う制御ルーチンの例を示しており、これはコントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００２４】
これについて説明すると、まず、ステップ１にて、前回のエンジン運転状況をメモリより読み込む。続くステップ２にて、システムのハード面及びソフト面にて何らかの異常が生じたか否かを判定する。ここで異常が生じたと判定された場合、ステップ９に進んで警告ランプ等を点灯して運転者に異常を知らせる。
【００２５】
異常が生じていないと判定された場合、ステップ３に進んで、ＰＭ捕集量（推定値）を算出する。ここでは、このＰＭ捕集量（推定値）は予め設定されたマップに基づきエンジン１０の回転数等の運転状態に応じてＰＭ排出量を算出し、このＰＭ排出量から加速度補正等の各補正を行い、さらに温度センサ３１ａによって検出される排気温度に応じて算出された自己再生量を差し引いて求められる。
【００２６】
続くステップ４に進んで、強制再生が必要な時期に達したか否かを判定する。ここでは、ＰＭ捕集量（推定値）が閾値を超えるか、走行距離や走行時間が閾値を超えるか、あるいは排気圧力（ＣＲ−ＤＰＦ１７の前後差圧）が閾値を超えるなどの強制再生が必要な時期を判定する。
【００２７】
ここで強制再生が必要な時期に達したと判定された場合、ステップ５に進んで通常の制御マップに基づいて燃料噴射制御を行う捕集モードから、強制再生用の昇温マップに基づいて燃料噴射制御を行う強制再生モードに移行し、ＤＰＦ２５の強制再生が行われる。
【００２８】
図３のフローチャートは強制再生を行うルーチンを示しており、図２のフローチャートにおけるステップ５の処理として実行される。
【００２９】
これについて説明すると、まず、ステップ１１にて、強制再生開始の判定があるか否かを判定する。ここで強制再生開始判定がある場合、ステップ１２に進んで、エンジン１０の冷却水温度等の検出値に応じて強制再生開始許可条件が成立しているか否かを判定する。ここで強制再生開始許可条件が成立している場合、ステップ１３に進んでメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うアフタ噴射マップに切換えるか、ＥＧＲバルブ２１、吸気絞り弁１４または排気絞り弁１６、ターボバイパスの開閉バルブ２２等の作動を制御してエンジン１０の排気温度を積極的に高める昇温制御を行う。
【００３０】
続くステップ１４にて、酸化触媒２６のＤＯＣ出口温度Ｔが所定値Ｔ１を超えるか否かを判定する。このＤＯＣ出口温度Ｔが所定値Ｔ１を超えた場合、ステップ１５に進んで、昇温マップ１に切換え、この昇温マップ１に基づいて所定のポスト噴射量の燃料を噴射する。
【００３１】
続くステップ１６にて、酸化触媒２６のＤＯＣ出口温度Ｔが所定値Ｔ２を超えるか否かを判定する。このＤＯＣ出口温度Ｔが所定値Ｔ２を超えた場合、ステップ１７に進んで、昇温マップ２に切換え、この昇温マップ２に基づいて所定のポスト噴射量の燃料を噴射する。
【００３２】
続くステップ１８にて、酸化触媒２６のＤＯＣ出口温度Ｔが所定値Ｔ３を超えるか否かを判定する。このＤＯＣ出口温度Ｔが所定値Ｔ３を超えた場合、次のステップに進んで、所定の昇温マップ３に切換え、これに設定されたポスト噴射量の燃料を噴射する。
【００３３】
こうして出口温度Ｔが上昇するのに応じてポスト噴射量を段階的に増やす制御を行い、ステップ１９にて強制再生が完了したことを判定すると、この強制再生を終了する。
【００３４】
こうして強制再生モードに移行すると、ステップ６に進んで、強制再生時間が閾値を超えるか、あるいはＰＭ堆積量の算出値が閾値より少なくなったことが判定されるまでＤＰＦ２５の強制再生が行われる。
【００３５】
ステップ７にてイグニッションスイッチがＯＦＦになったエンジン停止時に、ステップ８に進んでシステム終了時におけるエンジン運転状況をメモリに保存し、本ルーチンを終了する。
【００３６】
図４はＤＰＦ２５の強制再生時に酸化触媒２６の検出出口温度に応じてこの昇温マップを切換える構成を示す説明図である。これについて説明すると、コントロールユニット２０には複数の昇温マップ１，２，３…Ｎが格納されており、各昇温マップ１，２，３…Ｎにはエンジン回転数とエンジン負荷に応じたメイン噴射量及びポスト噴射量がそれぞれ設定されている。
【００３７】
コントロールユニット２０は、ＤＰＦ２５の強制再生時に酸化触媒２６の検出出口温度が高まるのに応じてこの昇温マップ１，２，３…Ｎを順に切換える制御を行う。これにより、酸化触媒２６の出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量が段階的に増やされる。
【００３８】
なお、このＤＰＦ２５の強制再生時に昇温マップ１，２，３…Ｎを順に切換える判定は、酸化触媒２６の検出出口温度だけによらず、運転時間に応じて行う構成としても良い。
【００３９】
以上のように、ＤＰＦ２５の強制再生時に酸化触媒２６の検出出口温度が高まるのに応じてこの昇温マップ１，２，３…Ｎを順に切換えてポスト噴射量を段階的に増やす制御が行われることにより、酸化触媒２６の活性化状態に応じた量の未燃成分が酸化触媒２６に供給され、この未燃成分を酸化触媒２６にて酸化反応させ、その反応熱を利用することによりＤＰＦ２５の捕集ＰＭを効率良く燃焼除去することができる。こうして酸化触媒２６の活性化状態に応じたポスト噴射量を制御し、無駄なポスト噴射量が削減されることにより、エンジン１０の燃費を改善し、未燃成分の大気への放出を抑えられるとともに、未燃成分がエンジン潤滑油へ混入することを抑えられる。
【００４０】
図５の（ａ）は、本発明の強制再生制御例を示し、図５の（ｂ）は、従来例の強制再生制御例を示している。これからポスト噴射量を段階的に増やす本発明の強制再生制御は、ポスト噴射量を一定にする従来の強制再生制御に比べて、ＤＯＣ出口温度が短時間で上昇する。
【００４１】
酸化触媒２６のＤＯＣ出口温度は、酸化触媒２６を通過した排気温度であり、酸化触媒２６における触媒の活性化状態を反映しているため、酸化触媒２６の活性化状態に応じてポスト噴射量を的確に制御できる。
【００４２】
次に、他の実施形態を図６〜図８を参照して説明する。コントロールユニット２０は、例えば図６に示すように、エンジン回転数とエンジン負荷と酸化触媒３６の出口温度に応じてポスト噴射量を設定した昇温マップを設け、この昇温マップに基づいて酸化触媒２６の検出出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量を増やす構成としても良い。
【００４３】
図６は上記した昇温マップの概念図である。この昇温マップは、エンジン回転数とエンジン負荷と酸化触媒３６の検出出口温度をそれぞれ３軸にとり、これら各パラメータに応じてポスト噴射量が設定されている。酸化触媒３６の検出出口温度が上昇するのに応じてポスト噴射量が連続的に増えるように設定されている。
【００４４】
図７のフローチャートはＤＰＦ２５の強制再生を行うルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００４５】
これについて説明すると、まず、ステップ２１にて、強制再生開始の判定があるか否かを判定する。ここで強制再生開始判定がある場合、ステップ２２に進んで、エンジン１０の冷却水温度等の検出値に応じて強制再生開始許可条件が成立しているか否かを判定する。ここで強制再生開始許可条件が成立している場合、ステップ２３に進んでメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うアフタ噴射マップに切換えるか、ＥＧＲバルブ２１、吸気絞り弁１４または排気絞り弁１６、ターボバイパスの開閉バルブ２２等の作動を制御してエンジン１０の排気温度を積極的に高める昇温制御を行う。
【００４６】
続くステップ２４にて、このＤＯＣ出口温度Ｔが所定値Ｔ１を超えた場合、昇温マップに切換え、昇温マップに基づいてＤＯＣ出口温度Ｔに応じたポスト噴射量の燃料を噴射する。
【００４７】
こうして出口温度Ｔが上昇するのに応じてポスト噴射量を連続的に増やす制御を行い、ステップ２５にて強制再生が完了したことを判定すると、この強制再生を終了する。
【００４８】
なお、上記図７のフローチャートにしたがって強制再生を行うルーチンは、前記図２のフローチャートにおけるステップ５にて行われる処理として行われる。
【００４９】
以上のように、ＤＰＦ２５の強制再生時に酸化触媒２６の検出出口温度が高まるのに応じてポスト噴射量が連続的に増やす制御が行われることにより、酸化触媒２６の活性化状態に応じた量の未燃成分が酸化触媒２６に供給され、この未燃成分を酸化触媒２６にて酸化反応させることにより、ＤＰＦ２５の捕集ＰＭを効率良く燃焼除去することができる。
【００５０】
図８に示すように、ポスト噴射量を連続的に増やすことにより、ポスト噴射量を一定にする従来の強制再生制御に比べて、ＤＯＣ出口温度が短時間で上昇する。
【００５１】
また、コントロールユニット２０はエンジン回転数とエンジン負荷と強制再生時間に応じてポスト噴射量を設定した昇温マップを設け、この昇温マップに基づいて強制再生時間に応じてポスト噴射量を増やす構成としても良い。
【００５２】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるＰＭを連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタを介して除去処理するものに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態を示す排気浄化装置のシステム図。
【図２】同じく強制再生を行う制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じく強制再生を行う制御内容を示すフローチャート。
【図４】同じく強制再生時に昇温マップを切換える構成を示す説明図。
【図５】同じく（ａ）は本発明の強制再生制御例を示し、（ｂ）は従来例の強制再生制御例を示す特性図。
【図６】他の実施形態の昇温マップの概念図。
【図７】同じく強制再生を行う制御内容を示すフローチャート。
【図８】同じく本発明の強制再生制御例を示す特性図。
【符号の説明】
【００５５】
１０  エンジン
１５  排気通路
１７  ＣＲ−ＤＰＦ
１９  燃料噴射装置
２０  コントロールユニット
２５  ＤＰＦ（フィルタ）
２６  酸化触媒
３１〜３５  温度センサ
【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】
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【図７】
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【図８】
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