(57)【要約】【課題】ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）に堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量を必要かつ十分な再生時間で確実に燃焼除去できる排気ガス浄化システム及びＤＰＦの強制再生方法を提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気通路１１に、上流側から順に、酸化触媒１２、ターボ式過給機１３のタービン１３ａ、ＤＰＦ１４、尿素供給装置１５、選択還元触媒１６を配置した内燃機関の排気ガス浄化システム１において、当該排気ガス浄化システム１の制御装置を、前記ＤＰＦ１４の強制再生時において、内燃機関１０で発生する一酸化窒素を増加させて、前記ＤＰＦ１４に堆積されたＳＯＯＴを酸化すると共に、この強制再生時の一酸化窒素の増加時点からの二酸化窒素の発生量を累積し、該二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ＤＰＦ１４に堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了する。【選択図】図２
2012154238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒、ターボ式過給機のタービン、ディーゼルパティキュレートフィルタ、尿素供給装置、選択還元触媒を配置した内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
当該排気ガス浄化システムの制御装置を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、内燃機関で発生する一酸化窒素を増加させて、この一酸化窒素を前記酸化触媒で二酸化窒素に酸化し、該二酸化窒素で前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴを酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した窒素酸化物を前記選択還元触媒で窒素に還元する制御を行うと共に、
この強制再生時の前記一酸化窒素の増加時点からの二酸化窒素の発生量を累積し、該二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了するように構成したことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記酸化触媒と前記タービンの間に第１排気ガス温度センサを、前記タービンと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの間に第２排気ガス温度センサをそれぞれ設け、これらの検出信号を内燃機関の運転と当該排気ガス浄化システムを制御する制御装置に入力するように構成すると共に、
前記制御装置を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、
ＥＧＲ弁を閉じてＥＧＲを停止し、吸気スロットルを閉じ、前記第１排気ガス温度センサで検出される第１排気ガス温度が所定の第１判定温度以上になるまで、空気過剰率を１．３以上かつ１．６以下の範囲内にする排気昇温制御を行い、前記第１排気ガス温度が前記所定の第１判定温度以上になったら、前記第２排気ガス温度センサで検出される第２排気ガス温度が所定の第２判定温度以上かつ所定の第３判定温度以下の範囲内になるように、シリンダ内燃料噴射のパイロット噴射とメイン噴射を進角させてポスト噴射を行う排気温度維持制御を行うと共に、該排気温度維持制御では、燃料噴射時期を算出するためのＮＯｘマップを、通常運転時のＮＯｘマップから、タイミングを通常運転時よりも進角させてＮＯｘ発生量を増加させる強制再生用のＮＯｘマップに切り替えて、該強制再生用のＮＯｘマップのデータに基づいて発生するＮＯｘ量に対応させて、前記尿素供給装置からの尿素の供給量を調整する尿素量調整制御を行い、
この強制再生時の前記一酸化窒素の増加時点からの各負荷毎のＮＯｘマップより二酸化窒素の発生量を算出し、その負荷の間の時間を乗じて、その負荷の時間内の二酸化窒素の発生量を算出して累積し、該累積した二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了する制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒、ターボ式過給機のタービン、ディーゼルパティキュレートフィルタ、尿素供給装置、選択還元触媒を配置した内燃機関の排気ガス浄化システムにおけるディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法において、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、内燃機関で発生する一酸化窒素を増加させて、この一酸化窒素を前記酸化触媒で二酸化窒素に酸化し、該二酸化窒素で前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴを酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した窒素酸化物を前記選択還元触媒で窒素に還元すると共に、
この強制再生時の前記一酸化窒素の増加時点からの二酸化窒素の発生量を累積し、該二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了することを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法。
【請求項４】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、ＥＧＲ弁を閉じてＥＧＲを停止し、吸気スロットルを閉じ、前記酸化触媒と前記タービンの間の第１排気ガス温度が所定の第１判定温度以上になるまで、空気過剰率を１．３以上かつ１．６以下の範囲内にする排気昇温制御を行い、前記第１排気ガス温度が前記所定の第１判定温度以上になったら、前記タービンと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの間の第２排気ガス温度が所定の第２判定温度以上かつ所定の第３判定温度以下の範囲内になるように、シリンダ内燃料噴射のパイロット噴射とメイン噴射を進角させてポスト噴射を行う排気温度維持制御を行うと共に、該排気温度維持制御では、燃料噴射時期を算出するためのＮＯｘマップを、通常運転時のＮＯｘマップから、タイミングを通常運転時よりも進角させてＮＯｘ発生量を増加させる強制再生用のＮＯｘマップに切り替えて、該強制再生用のＮＯｘマップのデータに基づいて発生するＮＯｘ量に対応させて前記尿素供給装置からの尿素の供給量を調整する尿素量調整制御を行うと共に、
この強制再生時の前記一酸化窒素の増加時点からの各負荷毎のＮＯｘマップより二酸化窒素の発生量を算出し、その負荷の間の時間を乗じて、その負荷の時間内の二酸化窒素の発生量を算出して累積し、該累積した二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了することを特徴とする請求項３記載のディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法。
【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の強制再生時に溶損やクラック等が発生することを防止できると共に、強制再生に伴う燃費の悪化を抑制できる排気ガス浄化システム及びディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter：パティキュレート・マタ―：粒子状物質）を除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）を備えた排気ガス浄化システムが用いられている。このディーゼルパティキュレートフィルタはＰＭを捕集し、このＰＭの捕集量が増加すると排圧が上昇して燃費悪化等が生じるため、ＰＭの捕集量が限界量に達する前にディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＰＭを処理する必要がある。
【０００３】
このＰＭの成分の一つであるＳＯＯＴ（スート、煤）は、ＰＭの中でも特に燃焼が難しいと言われる、炭素（Ｃ）を主成分とするエンジン排出物質であり、ＳＯＯＴの酸化除去方法には、酸素（Ｏ2）で６００℃以上の温度において燃焼させる方法と、図７及び図８に示すように二酸化窒素（ＮＯ2）で３００℃程度の温度において燃焼させる方法が知られている。
【０００４】
図７は、上流側の酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）で一酸化窒素（ＮＯ)が排気ガス中の酸素（Ｏ2）で酸化されて、二酸化窒素（ＮＯ2）になり、この二酸化窒素（ＮＯ2）が下流側のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）で、ＳＯＯＴ（Ｃ）を「Ｃ＋２ＮＯ2→ＣＯ2＋２ＮＯ」の反応で酸化して、一酸化窒素（ＮＯ)に戻ることを示している。このＳＯＯＴ（Ｃ）の酸化には、理論上、重量で７．６６倍の二酸化窒素（ＮＯ2）が必要となる。
【０００５】
また、図８は、炭素（Ｃ）の酸化能力を温度と二酸化炭素（ＣＯ2）濃度との関係で示したものであり、酸素（Ｏ2）の場合が、４００℃〜６００℃で二酸化炭素（ＣＯ2）濃度が増加しているのに対して、二酸化窒素（ＮＯ2）の場合は、２００℃〜３００℃で急激に二酸化炭素（ＣＯ2）濃度が増加していることが分かる。
【０００６】
これに関連して、エンジン本体の稼働状況にかかわらず、ＳＣＲ触媒の浄化効率が最大化されることを目的にして、排気経路に上流側から酸化触媒、ＤＰＦ、尿素水添加手段、ＳＣＲ触媒、酸化触媒を設けた排気ガス浄化装置と、ＮＯとＮＯ2のモル比率が１：１になるように酸化触媒の温度を調整する排気ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら、強制再生でディーゼルパティキュレータフィルタ内に堆積したＳＯＯＴを、二酸化窒素で酸化除去するためには多量の二酸化窒素が必要であり、そのため、窒素酸化物（ＮＯｘ）を多量に排出させようとしてシリンダ内における燃料の噴射時期を進角させると、この進角により排気温度が低下してしまうという問題が生じる。また、排気ガス中の窒素酸化物対策が強化されてきているので排気ガス中の窒素酸化物の量が低下しており、多量の二酸化窒素の発生は殆ど期待できなくなっている。
【０００８】
そのため、従来技術では、ディーゼルパティキュレータフィルタの温度を６００℃以上に上昇させて酸素でＳＯＯＴを燃焼させており、これにより、ディーゼルパティキュレータフィルタ内のＳＯＯＴを燃やし切って、ＰＭ計算累積値をリセットしている。
【０００９】
しかしながら、この酸素によるＳＯＯＴ酸化除去方法においては、６００℃以上でＳＯＯＴを燃焼させるため、溜め込まれたＳＯＯＴが想定以上に多い場合には、ディーゼルパティキュレータフィルタ内の温度が６００℃より高い温度になり、場合によっては溶損またはクラック等を生ずる温度に達してしまうので、これを防ぐために様々な対策を行って安全性を高める必要があるという問題がある。更に、高温度までディーゼルパティキュレータフィルタの温度を上昇させるため、排気ガス昇温のための燃料噴射量を多量に増やす制御を行うので大幅に燃費が悪化するという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２６５８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この状況を鑑みて、本発明者は、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時にディーゼルパティキュレートフィルタが高温化して、ディーゼルパティキュレートフィルタに溶損やクラック等が発生することを防止し、また、ディーゼルパティキュレートフィルタを高温にするための燃料が少なくて済み、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生に伴う燃費の悪化を抑制することを目的に、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒、ターボ式過給機のタービン、ディーゼルパティキュレートフィルタ、尿素供給装置、選択還元触媒を配置した内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、当該排気ガス浄化システムの制御装置を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、内燃機関で発生する一酸化窒素を増加させて、この一酸化窒素を前記酸化触媒で二酸化窒素に酸化し、該二酸化窒素で前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴを酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した窒素酸化物を前記選択還元触媒で窒素に還元する制御を行う排気ガス浄化システムを考えた。
【００１２】
また、それと共に、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒、ターボ式過給機のタービン、ディーゼルパティキュレートフィルタ、尿素供給装置、選択還元触媒を配置した内燃機関の排気ガス浄化システムにおけるディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法において、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、内燃機関で発生する一酸化窒素を増加させて、この一酸化窒素を前記酸化触媒で二酸化窒素に酸化し、該二酸化窒素で前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴを酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した窒素酸化物を前記選択還元触媒で窒素に還元するディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法を考えた。
【００１３】
本発明者は、更に、これらの排気ガス浄化システム及びディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法の強制再生の終了方法に関する改良を図り、本発明を行った。
【００１４】
本発明の目的は、ディーゼルパティキュレートフィルタのＳＯＯＴの燃焼除去に必要な二酸化窒素の確保ができた時点で強制再生を終了することができ、ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量を必要かつ十分な再生時間で確実に燃焼除去できる排気ガス浄化システム及びディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒、ターボ式過給機のタービン、ディーゼルパティキュレートフィルタ、尿素供給装置、選択還元触媒を配置した内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、当該排気ガス浄化システムの制御装置を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、内燃機関で発生する一酸化窒素を増加させて、この一酸化窒素を前記酸化触媒で二酸化窒素に酸化し、該二酸化窒素で前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴを酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した窒素酸化物を前記選択還元触媒で窒素に還元する制御を行うと共に、この強制再生時の前記一酸化窒素の増加時点からの二酸化窒素の発生量を累積し、該二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了するように構成される。
【００１６】
このＳＯＯＴは、内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（粒子状物質）の成分のひとつであり、炭素（Ｃ）を主成分とするエンジン排出物質で、ＰＭの中でも特に燃焼が難しいと言われる物質であり、スート、煤等と呼ばれている。
【００１７】
この構成によれば、酸化触媒（ＤＯＣ）をタービンの前方に配置することにより、排気マニホールドと酸化触媒の距離が短くなり排気ガスの温度が低下する量が少なくなるので、吸気スロットルを閉じることで、酸化触媒に流入する排気ガスの温度を酸化触媒の活性温度まで上昇させることが容易にできるようになる。
【００１８】
そして、酸素（Ｏ2）よりも、二酸化窒素（ＮＯ2）でＳＯＯＴを酸化する方が、より低温で酸化して除去できるため、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時にディーゼルパティキュレートフィルタが高温化して溶損やクラック等が発生することを防止できる。また、ディーゼルパティキュレートフィルタを高温にするための燃料が少なくて済み、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。  更に、ディーゼルパティキュレートフィルタのＳＯＯＴの燃焼除去に必要な二酸化窒素の確保ができた時点で強制再生を終了するので、つまり、強制再生時間が固定ではなく、二酸化窒素の累積発生量に応じて決まるので、ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量を必要かつ十分な再生時間で確実に燃焼除去できる。例えば、二酸化窒素の発生量が多い高負荷運転領域で強制再生が行われるときには再生時間を短くすることができる。
【００１９】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記酸化触媒と前記タービンの間に第１排気ガス温度センサを、前記タービンと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの間に第２排気ガス温度センサをそれぞれ設け、これらの検出信号を内燃機関の運転と当該排気ガス浄化システムを制御する制御装置に入力するように構成すると共に、前記制御装置を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、ＥＧＲ弁を閉じてＥＧＲを停止し、吸気スロットルを閉じ、前記第１排気ガス温度センサで検出される第１排気ガス温度が所定の第１判定温度以上になるまで、空気過剰率を１．３以上かつ１．６以下の範囲内にする排気昇温制御を行い、前記第１排気ガス温度が前記所定の第１判定温度以上になったら、前記第２排気ガス温度センサで検出される第２排気ガス温度が所定の第２判定温度以上かつ所定の第３判定温度以下の範囲内になるように、シリンダ内燃料噴射のパイロット噴射とメイン噴射を進角させてポスト噴射を行う排気温度維持制御を行うと共に、該排気温度維持制御では、燃料噴射時期を算出するためのＮＯｘマップを、通常運転時のＮＯｘマップから、タイミングを通常運転時よりも進角させてＮＯｘ発生量を増加させる強制再生用のＮＯｘマップに切り替えて、該強制再生用のＮＯｘマップのデータに基づいて発生するＮＯｘ量に対応させて、前記尿素供給装置からの尿素の供給量を調整する尿素量調整制御を行い、この強制再生時の前記一酸化窒素の増加時点からの各負荷毎のＮＯｘマップより二酸化窒素の発生量を算出し、その負荷の間の時間を乗じて、その負荷の時間内の二酸化窒素の累積発生量を算出して累積し、該累積した二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了する制御を行うように構成すると、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、内燃機関で発生する一酸化窒素を増加させて、この一酸化窒素を前記酸化触媒で二酸化窒素に酸化し、この二酸化窒素でディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴを酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した窒素酸化物を選択還元触媒で窒素に還元する制御を容易に行うことができるようになる。
【００２０】
つまり、ＥＧＲ停止によりＮＯｘを増加でき、パイロット噴射とメイン噴射の進角により更にＮＯｘの発生量を増加できる。また、吸気スロットルを閉じることで排気温度を上昇でき、ポスト噴射により供給された未燃燃料を酸化触媒で酸化することにより排気ガスの温度を更に上昇できる。また、第２排気ガス温度が所定の第３判定温度を越えないように、越えた場合はポスト噴射を停止するように制御しているので、ポスト噴射による排気ガスの温度の上昇し過ぎを防止できる。
【００２１】
また、燃料噴射時期を算出するためのＮＯｘマップを切り替えて、尿素の噴射量を、強制再生用のＮＯｘマップのデータに基づいて発生するＮＯｘ量に対応させて制御することにより、シリンダ内の燃焼で多量のＮＯｘを発生してＳＯＯＴを酸化除去できると共に、この多量に発生したＮＯｘを適正な量の尿素により選択還元触媒で浄化できる。
【００２２】
更に、ディーゼルパティキュレートフィルタのＳＯＯＴの燃焼除去に必要な二酸化窒素の量が発生した時点を正確に把握して強制再生を終了できる。
【００２３】
そして、上記の目的を達成するための本発明のディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法は、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒、ターボ式過給機のタービン、ディーゼルパティキュレートフィルタ、尿素供給装置、選択還元触媒を配置した内燃機関の排気ガス浄化システムにおけるディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法において、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、内燃機関で発生する一酸化窒素を増加させて、この一酸化窒素を前記酸化触媒で二酸化窒素に酸化し、該二酸化窒素で前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴを酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した窒素酸化物を前記選択還元触媒で窒素に還元すると共に、この強制再生時の前記一酸化窒素の増加時点からの二酸化窒素の発生量を累積し、該二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了することを特徴とする方法である。
【００２４】
この方法によれば、酸素よりも、二酸化窒素でＳＯＯＴを酸化する方が、より低温で酸化して除去できるため、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時にディーゼルパティキュレートフィルタが高温化して溶損やクラック等が発生することを防止できる。また、ディーゼルパティキュレートフィルタを高温にするための燃料が少なくて済み、強制再生に伴う燃費悪化を抑制できる。
【００２５】
更に、ディーゼルパティキュレートフィルタのＳＯＯＴの燃焼除去に必要な二酸化窒素の量が確保ができた時点で強制再生を終了するので、つまり、強制再生時間が固定ではなく、二酸化窒素の累積発生量に応じて決まるので、ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量を必要かつ十分な再生時間で確実に燃焼除去できる。
【００２６】
上記のディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法において、ＥＧＲ弁を閉じてＥＧＲを停止し、吸気スロットルを閉じ、前記酸化触媒と前記タービンの間の第１排気ガス温度が所定の第１判定温度以上になるまで、空気過剰率を１．３以上かつ１．６以下の範囲内にする排気昇温制御を行い、前記第１排気ガス温度が前記所定の第１判定温度以上になったら、前記タービンと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの間の第２排気ガス温度が所定の第２判定温度以上かつ所定の第３判定温度以下の範囲内になるように、シリンダ内燃料噴射のパイロット噴射とメイン噴射を進角させてポスト噴射を行う排気温度維持制御を行うと共に、該排気温度維持制御では、燃料噴射時期を算出するためのＮＯｘマップを、通常運転時のＮＯｘマップから、タイミングを通常運転時よりも進角させてＮＯｘ発生量を増加させる強制再生用のＮＯｘマップに切り替えて、該強制再生用のＮＯｘマップのデータに基づいて発生するＮＯｘ量に対応させて前記尿素供給装置からの尿素の供給量を調整する尿素量調整制御を行うと共に、この強制再生時の前記一酸化窒素の増加時点からの各負荷毎のＮＯｘマップより二酸化窒素の発生量を算出し、その負荷の間の時間を乗じて、その負荷の時間内の二酸化窒素の発生量を算出して累積し、該累積した二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了すると、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生時において、内燃機関で発生する一酸化窒素を増加させて、この一酸化窒素を前記酸化触媒で二酸化窒素に酸化し、該二酸化窒素で前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴを酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した窒素酸化物を前記選択還元触媒で窒素に還元する制御を容易に行うことができる。また、ディーゼルパティキュレートフィルタのＳＯＯＴの燃焼除去に必要な二酸化窒素の量が発生した時点を正確に把握して強制再生を終了できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の排気ガス浄化システム及びディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法によれば、ディーゼルパティキュレートフィルタのＳＯＯＴの燃焼除去に必要な二酸化窒素の量の確保ができた時点で強制再生を終了するので、つまり、強制再生時間が固定ではなく、二酸化窒素の累積発生量に応じて決まるので、ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量を必要かつ十分な再生時間で確実に燃焼除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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を示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態のディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法のフローを示した図である。
【図３】第１排気ガス温度の目標温度の変化を示す模式的な図である。
【図４】第２排気ガス温度の目標温度の変化を示す模式的な図である。
【図５】パイロット噴射とメイン噴射の進角の様子を模式的に示した図である。
【図６】エンジン回転数と負荷に対する第２排気ガス温度の所定の第２判定温度と所定の第３判定温度の関係を示す図である。
【図７】酸化触媒における一酸化窒素（ＮＯ）の酸化とディーゼルパティキュレートフィルタにおけるＳＯＯＴ（Ｃ）の酸化の様子を模式的に示した図である。
【図８】酸素（Ｏ2）と二酸化窒素（ＮＯ2）によるＳＯＯＴ（Ｃ）の酸化と温度の関係を二酸化炭素（ＣＯ2）濃度で示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及びディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１に示すように、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１は、内燃機関（ディーゼルエンジン）１０の排気通路１１に、上流側から順に、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１２、ターボ式過給機１３のタービン１３ａ、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）１４、尿素供給装置１５、選択還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）１６を配置して構成される。更に、吸気通路１７に、ターボ式過給機１３のコンプレッサ１３ｂと吸気スロットル１８が設けられ、ＥＧＲ通路１９にはＥＧＲ弁２０が設けられている。
【００３１】
また、酸化触媒１２とタービン１３ａの間に第１排気ガス温度センサ２１を、タービン１３ａとディーゼルパティキュレートフィルタ１４の間に第２排気ガス温度センサ２２を、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４と選択還元触媒１５の間に第３排気ガス温度センサ２３をそれぞれ設け、これらの検出信号を内燃機関１０の運転と排気ガス浄化システム１を制御する制御装置（図示しない）に入力するように構成する。
【００３２】
そして、排気ガス浄化システムの制御装置は、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４の強制再生時において、内燃機関１０で発生する一酸化窒素（ＮＯ）を増加させて、この一酸化窒素を酸化触媒１２で二酸化窒素（ＮＯ2）に酸化し、この二酸化窒素でディーゼルパティキュレートフィルタ１４に堆積されたＳＯＯＴ（Ｃ）を酸化し、このＳＯＯＴの酸化で発生した一酸化窒素を含む窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択還元触媒１６で窒素（Ｎ2）に還元する制御を行うように構成される。
【００３３】
更に、制御装置は、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４の強制再生時においてこの強制再生時の一酸化窒素の増加時点からの二酸化窒素の発生量を累積し、この二酸化窒素の累積発生量が、重量比で、当該強制再生の開始直前の前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了するように構成される。
【００３４】
より具体的には、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４の強制再生時において、次の排気昇温制御、排気温度維持制御等を含む強制再生制御を行うように構成される。
【００３５】
ＥＧＲ弁２０を閉じてＥＧＲを停止し、吸気スロットル１８を閉じ、第１排気ガス温度センサ２１で検出される第１排気ガス温度Ｔ１が所定の第１判定温度Ｔ１ａ以上になるまで、空気過剰率λを１．３以上かつ１．６以下の範囲内にする排気昇温制御を行う。
【００３６】
そして、第１排気ガス温度Ｔ１が所定の第１判定温度Ｔ１ａ以上になったら、第２排気ガス温度センサ２２で検出される第２排気ガス温度Ｔ２が所定の第２判定温度Ｔ２ａ以上かつ所定の第３判定温度Ｔ２ｂ以下の範囲内になるように、シリンダ内燃料噴射のパイロット噴射とメイン噴射を進角させてポスト噴射を行う排気温度維持制御を行う。
【００３７】
それと共に、この排気温度維持制御では、燃料噴射時期を算出するためのＮＯｘマップを、通常運転時のＮＯｘマップから、タイミングを通常運転時よりも進角させてＮＯｘ発生量を増加させる強制再生用のＮＯｘマップに切り替えて、この強制再生用のＮＯｘマップのデータに基づいて発生するＮＯｘ量に対応させて、尿素供給装置１５からの尿素の供給量を調整する尿素量調整制御を行う。
【００３８】
また、この強制再生時の一酸化窒素の増加時点からの各負荷毎の強制再生用のＮＯｘマップより二酸化窒素の発生量ｂｎを算出し、その負荷の間の時間ｔｎを乗じて、その負荷の時間内の二酸化窒素の発生量Ｂｎ（＝ｂｎ×αｎ×ｔｎ）を算出して累積する（Ｂ＝ΣＢｎ＝Σ｛ｂｎ×αｎ×ｔｎ｝）。ここで、αｎは酸化触媒１２における一酸化窒素から二酸化窒素への変換率である。また、Σはｎ＝１〜Ｎまでの累積を示す。この変換率αｎは酸化触媒１２の触媒温度等に依存するので、各負荷毎に算定される。この累積した二酸化窒素の累積発生量（Ｂ）が、重量比で、強制再生の開始直前のディーゼルパティキュレートフィルタ１４に堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量（Ａ）の７．６６以上になった場合に当該強制再生を終了する制御を行う。
【００３９】
次に、本発明に係るディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法について、図２のフローを参照しながら説明する。図２のフローは、内燃機関１０及び排気ガス浄化システム１を制御する上位のフローにおいて、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４の強制再生が必要と判断されたときに呼ばれて実施され、この図２のフローの実施が終了したら、上位のフローに戻り、強制再生時に繰返し呼ばれるものとして示している。
【００４０】
なお、この強制再生の必要なときとは、例えば、通常走行運転やアイドル運転をしているときに、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４に堆積されているＰＭ（粒子状物質）の量を推定し、この推定量を累積したＰＭ計算累積値が所定の累積判定量を越えるか、又は、排圧値が所定の排圧判定値を越えるかしたとき等である。
【００４１】
ディーゼルパティキュレートフィルタ１４の強制再生を行わない通常運転時では、上流側のディーゼルパティキュレートフィルタ１４でＳＯＯＴを捕集し、下流側の選択還元型触媒１６に尿素供給装置１５から尿素を供給して、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化処理している。この通常運転時では、通常運転時のＮＯｘマップのデータに基づいて発生するＮＯｘ量に対応させて尿素供給装置１５からの尿素の供給量を調整して、ＮＯｘを浄化している。
【００４２】
そして、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４に溜め込まれたＳＯＯＴの量（ＰＭ計算累積値）がある規定量（排圧、計算、距離で規定量を推定）を越えると、強制再生が必要とされ、強制再生モードに入り、図２のフローが呼ばれることになる。
【００４３】
強制再生が必要であると判定されて、図２のフローが呼ばれると、図２のフローがスタートし、ステップＳ１１で、ＮＯｘを増大するためにＥＧＲ弁２０を閉じてＥＧＲを停止し、続いて排気温度を上げるために吸気スロットル１８を閉じ、空気過剰率λを１．３以上かつ１．６以下の範囲内に調整する排気昇温制御を、所定の時間（ステップＳ１２の温度チェックのインターバルに関係する時間）の間行う。
【００４４】
この強制再生制御中における第１排気ガス温度Ｔ１の変化を図３に、第２排気ガス温度Ｔ２の変化を図４に、模式的に示す。図３に示すように、この第１排気ガス温度Ｔ１は、強制再生制御に入った時点Ａから上昇し（実際には時間遅れがあるので温度上昇は傾斜する）、所定の第１判定温度Ｔ１ａ以上の温度になるように排気昇温制御がなされる。なお、この第１排気ガス温度Ｔ１は、この強制再生制御が終了する時点Ｃで元に戻る（実際には時間遅れがあるので温度低下は傾斜する）。また、第２排気ガス温度Ｔ２はこの時点では、図４のＡ〜Ｂに示すように、第１排気ガス温度Ｔ１の上昇に伴って上昇する（実際には時間遅れがあるので温度上昇は傾斜する）。
【００４５】
次のステップＳ１２で、第１排気ガス温度センサ２１で検出される第１排気ガス温度Ｔ１が所定の第１判定温度Ｔ１ａ以上であるか否かを判定し、以上でない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１１に戻り、以上である場合（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１３に行く。これにより、ステップＳ１１の排気昇温制御は、第１排気ガス温度Ｔ１が所定の第１判定温度Ｔ１ａ以上になるまで行われる。この所定の第１判定温度Ｔ１ａは酸化触媒１２の触媒の種類にもよるが、例えば、２００℃に設定される。
【００４６】
次のステップＳ１３では、排気温度維持制御と尿素量調整制御と二酸化窒素の発生量の累積を、所定の時間（ステップＳ１４のＮＯ2の累積発生量のチェックのインターバルに関係する時間）の間行う。
【００４７】
この排気温度維持制御では、更にＮＯｘを発生させるために、図５に示すように、シリンダ内燃料噴射のパイロット噴射Ｆｐとメイン噴射Ｆｍを進角させる。それと共に、第２排気ガス温度センサ２２で検出される第２排気ガス温度Ｔ２が所定の第２判定温度Ｔ２ａ以上かつ所定の第３判定温度Ｔ２ｂ以下の範囲内になるようにポスト噴射を行う。このポスト噴射は、第２排気ガス温度Ｔ２が所定の第３判定温度Ｔ２ｂを越えた場合には停止され、第２排気ガス温度Ｔ２が所定の第３判定温度Ｔ２ｂ以下になるように制御される。なお、所定の第２判定温度Ｔ２ａは、例えば３００℃に、所定の第３判定温度Ｔ２ｂは例えば４００℃に設定される。
【００４８】
第２排気ガス温度Ｔ２は、図４のＢ〜Ｃに示すように、排気温度維持制御に入った時点Ｂからは、所定の第２判定温度Ｔ２ａ以上かつ所定の第３判定温度Ｔ２ｂ以下の範囲内の温度になる（実際には時間遅れがあるので温度上昇は傾斜する）ように排気温度維持制御され、この強制再生制御が終了する時点Ｃで元に戻る（実際には時間遅れがあるので温度低下は傾斜する）。
【００４９】
なお、この排気温度維持制御のポスト噴射の制御では、第２排気ガス温度Ｔ２を所定の第２判定温度Ｔ２ａ以上かつ所定の第３判定温度Ｔ２ｂ以下の範囲内の温度に設定した第２目標温度Ｔ２ｔになるようにフィードバック制御等で制御してもよい。この第２目標温度Ｔ２ｔは、例えば３５０℃に設定される。
【００５０】
また、尿素量調整制御では、燃料噴射時期を算出するためのＮＯｘマップを、通常運転時のＮＯｘマップから、タイミングを通常運転時よりも進角させてＮＯｘ発生量を増加させる強制再生用のＮＯｘマップに切り替えて、この強制再生用のＮＯｘマップのデータに基づいて発生するＮＯｘ量に対応させて、尿素供給装置１５からの尿素の供給量を調整する制御を行う。
【００５１】
また、二酸化窒素の発生量の累積では、強制再生時の一酸化窒素の増加時点からの、ステップＳ１３における各負荷毎の強制再生用のＮＯｘマップより二酸化窒素の発生量ｂｎを算出し、その負荷の間の時間ｔｎを乗じて、その負荷の時間内の二酸化窒素の発生量Ｂｎ（＝ｂｎ×αｎ×ｔｎ）を算出して累積する（Ｂ＝ΣＢｎ＝Σ｛ｂｎ×αｎ×ｔｎ｝）。ここで、αｎは酸化触媒１２における一酸化窒素から二酸化窒素への変換率である。また、Σはｎ＝１〜Ｎまでの累積を示す。この変換率αｎは酸化触媒１２の触媒温度等に依存するので、各負荷毎に算定される。
【００５２】
次のステップＳ１４では、この累積した二酸化窒素の累積発生量（Ｂ）が、重量比で、強制再生の開始直前のディーゼルパティキュレートフィルタ１４に堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量（Ａ）の７．６６以上になったか、否かを判定し、以上ではない場合（ＮＯ）はステップＳ１３に戻り、以上である場合（ＹＥＳ）は次のステップＳ１５に行く。これにより、ステップＳ１３の排気温度維持制御は、二酸化窒素の累積発生量（Ｂ）がＳＯＯＴの堆積推定量（Ａ）に見合う量以上になるまで行われる。この強制再生の終了方法により、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３に堆積されたＳＯＯＴを燃焼仕切ることができる。
【００５３】
ステップＳ１５では、強制再生制御の終了作業を行う。この強制再生制御の終了作業では、ＥＧＲ弁２０と吸気スロットル１８の弁開度を通常運転制御の弁開度に戻したり、パイロット噴射とメイン噴射の進角を戻したり、ポスト噴射を停止したり、ＰＭ計算累積値、ＳＯＯＴの推定量（Ａ）、二酸化窒素の累積発生量（Ｂ）をゼロにリセットしたりする。この強制再生制御の終了作業の後、上位のフローにリターンする。なお、この通常運転とは、通常走行運転又はアイドリング運転であり、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４の強制再生制御を行っていない運転状態で（非ＤＰＦ強制再生制御時）、且つ、選択還元型触媒１６の硫黄被毒に対する強制再生制御を行っていない運転状態（非ＳＣＲ硫黄被毒再生制御時）である。
【００５４】
上記の排気ガス浄化システム１及びディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法により、酸化触媒１２をタービン１３ａの前方に配置することにより、排気マニホールドと酸化触媒１２の距離が短くなり排気ガスの温度低下量が少なくなるので、吸気スロットル１８を閉じることで、酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度を酸化触媒１２の活性温度まで上昇させることが容易にできるようになる。
【００５５】
更に、シリンダ内燃料噴射のパイロット噴射Ｆｐとメイン噴射Ｆｍの噴射時期を進角しながらポスト噴射することで、多量の一酸化窒素を発生させると共に、酸化触媒１２で一酸化窒素を二酸化窒素に酸化して二酸化窒素を多量に排出させて、ＳＯＯＴを所定の第２判定温度Ｔ２ａ以上かつ所定の第３判定温度Ｔ２ｂ以下の範囲内、例えば、３００℃〜４００℃の範囲内の比較的低い温度で酸化して除去でき、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４を強制再生できるようになる。また、このＳＯＯＴの酸化等によって多量に発生する一酸化窒素を含む窒素酸化物を除去するため、通常運転時のＮＯｘマップよりからタイミング進角させたＮＯマップに切り替え、それに適合した尿素噴射を行う。つまり、窒素酸化物は、尿素供給装置１５から最適な供給量に調整された尿素と排気温度により選択還元型触媒１６で還元除去される。
【００５６】
そして、ディーゼルパティキュレートフィルタのＳＯＯＴの燃焼除去に必要な二酸化窒素の確保ができた時点で強制再生を終了するので、つまり、強制再生時間が固定ではなく、二酸化窒素の累積発生量に応じて決まるので、ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量を必要かつ十分な再生時間で確実に燃焼除去できる。例えば、二酸化窒素の発生量が多い高負荷運転領域で強制再生が行われるときには再生時間を短くすることができる。
【００５７】
従って、酸素よりも、二酸化窒素でＳＯＯＴを酸化するので、より低温で酸化して除去でき、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４の強制再生時にディーゼルパティキュレートフィルタ１４が高温化して溶損やクラック等が発生することを防止できる。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ１４を高温にするための燃料が少なくて済み、強制再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の排気ガス浄化システム及びディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法によれば、ディーゼルパティキュレートフィルタのＳＯＯＴの燃焼除去に必要な二酸化窒素の量の確保ができた時点で強制再生を終了して、ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積されたＳＯＯＴの堆積推定量を必要かつ十分な再生時間で確実に燃焼除去できるので、自動車搭載のディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス浄化システム及びディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生方法として利用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１  排気ガス浄化システム
１０  内燃機関
１１  排気通路
１２  酸化触媒（ＤＯＣ）
１３  ターボ式過給機
１３ａ  タービン
１３ｂ  コンプレッサ
１４  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
１５  尿素供給装置
１６  選択還元型触媒（ＳＣＲ）
１７  吸気通路
１８  吸気スロットル
１９  ＥＧＲ通路
２０  ＥＧＲ弁
２１  第１排気ガス温度センサ
２２  第２排気ガス温度センサ
Ａ    ＳＯＯＴの堆積推定量
Ｂ    二酸化窒素の累積発生量
Ｂｎ  負荷の時間内の二酸化窒素の発生量
ｂｎ  強制再生用のＮＯｘマップより算出した二酸化窒素の発生量
Ｔ１  第１排気ガス温度
Ｔ１ａ  所定の第１判定温度
Ｔ２  第２排気ガス温度
Ｔ２ａ  所定の第２判定温度
Ｔ２ｂ  所定の第３判定温度
ｔｎ  負荷の間の時間
αｎ  酸化触媒における変換率
【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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