(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを強制的に燃焼除去して前記パティキュレートフィルタを再生する強制再生手段と、該強制再生手段を任意に作動せしめるよう運転席に設けられた操作手段と、アイドリング停車時にパティキュレートを強制的に燃焼除去する場合には、エンジン回転数が所定の回転数以下である、アクセルがオフになっている、ギヤがニュートラルに入っている、クラッチがオフになっている、といった全てのアイドリング停車条件が整っているときは強制再生を行なった後通常モードに復帰し、前記アイドリング停車条件の何れか一つでも整わないときは直ちに通常モードに復帰するようにした停車緊急解除の制御手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
強制再生手段は、
エンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置と、操作手段からの指令により前記燃料噴射装置の制御を通常モードから強制再生モードに切り替える制御装置とを備え、
該制御装置は、
パティキュレートフィルタ入口のガス圧力と出口のガス圧力との差が正常範囲を超えて前記パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥ったものと判定した場合に前記操作手段の操作により前記噴射装置の制御を通常モードから強制再生モードに切り替えて前記各気筒に対し燃料の主噴射に続き圧縮上死点より遅いタイミングでポスト噴射を行なう指令を前記燃料噴射装置に与えるよう構成されている請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
制御装置は、操作手段が操作された後の強制再生モードへの切り替えを複数回に分けて行い、最初の強制再生モードへ切り替えられてから所定回数の強制再生モードでは、燃料のポスト噴射量を抑制し、所定回数の強制再生モード以降の強制再生モードでは、燃料のポスト噴射量の抑制を解除すべく燃料噴射装置を制御するよう構成されている請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
制御装置は、ポスト噴射に先立って強制再生モード時に燃料の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行なう指令を燃料噴射装置に与えるよう構成されている請求項２又は３に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、該パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒には活性温度領域があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態が続くと、酸化触媒が活性化しない為にパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こり得るので、パティキュレートフィルタより上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を用いて、積極的な加熱によるパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが検討されている。
【０００７】
この場合、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料は、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フィルタ内のパティキュレートが燃やし尽くされることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、例えば、パティキュレートフィルタを挟んだ前後に圧力センサを配置して入口側と出口側の差圧を求めることにより過捕集状態を判定したり、走行距離や運転時間等を目安としてパティキュレートフィルタの過捕集状態を判定したりして、走行中に自動的にパティキュレートフィルタの強制再生を行う設計思想が主流となっていたため、何らかの事情によりパティキュレートフィルタに大量のパティキュレートが溜まってしまったような場合に、運転者の意思で直ちにパティキュレートフィルタの強制再生を行うことができないことが懸念された。
【０００９】
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運転者の意思で任意に強制再生し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の排気浄化装置は、排気ガスが流通する排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを強制的に燃焼除去して前記パティキュレートフィルタを再生する強制再生手段と、該強制再生手段を任意に作動せしめるよう運転席に設けられた操作手段と、アイドリング停車時にパティキュレートを強制的に燃焼除去する場合には、エンジン回転数が所定の回転数以下である、アクセルがオフになっている、ギヤがニュートラルに入っている、クラッチがオフになっている、といった全てのアイドリング停車条件が整っているときは強制再生を行なった後通常モードに復帰し、前記アイドリング停車条件の何れか一つでも整わないときは直ちに通常モードに復帰するようにした停車緊急解除の制御手段を備えたものである。
【００１１】
本発明の請求項２の排気浄化装置においては、
強制再生手段は、
エンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置と、操作手段からの指令により前記燃料噴射装置の制御を通常モードから強制再生モードに切り替える制御装置とを備え、
該制御装置は、
パティキュレートフィルタ入口のガス圧力と出口のガス圧力との差が正常範囲を超えて前記パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥ったものと判定した場合に前記操作手段の操作により前記噴射装置の制御を通常モードから強制再生モードに切り替えて前記各気筒に対し燃料の主噴射に続き圧縮上死点より遅いタイミングでポスト噴射を行なう指令を前記燃料噴射装置に与えるよう構成されている。
【００１２】
本発明の請求項３の排気浄化装置においては、制御装置は、操作手段が操作された後の強制再生モードへの切り替えを複数回に分けて行い、最初の強制再生モードへ切り替えられてから所定回数の強制再生モードでは、燃料のポスト噴射量を抑制し、所定回数の強制再生モード以降の強制再生モードでは、燃料のポスト噴射量の抑制を解除すべく燃料噴射装置を制御するよう構成されている。
【００１３】
請求項４の排気浄化装置においては、制御装置は、ポスト噴射に先立って強制再生モード時に燃料の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行なう指令を燃料噴射装置に与えるよう構成されている。
【００１４】
而して、本発明においては、パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥って早期に強制再生を行う必要が生じた場合や、運転者の意思で定期的にパティキュレートフィルタの強制再生を行いたい場合に、運転者が操作手段を操作して強制再生手段を作動させることが可能となり、パティキュレートフィルタの強制再生を運転者の意思で任意に行うことが可能となる。また、運転者が誤ってギヤをニュートラル以外にシフトした場合にも車両が急発進する虞がない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、図１に示す如く、自動車のディーゼルエンジン１（内燃機関）から排気マニホールド２を介して排出された排気ガス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。
【００１７】
即ち、前後に入口パイプ８と出口パイプ９とを備えたフィルタケース７の内部に、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を透過した排気ガス３のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００１８】
そして、フィルタケース７の入口パイプ８と出口パイプ９には、排気ガス３の入口ガス圧力と出口ガス圧力とを計測するための圧力センサ１０，１１が装備され、該各圧力センサ１０，１１の検出信号１０ａ，１１ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１２に対し入力されるようになっており、この制御装置１２においては、各圧力センサ１０，１１からの検出信号１０ａ，１１ａに基づきパティキュレートフィルタ６の入口側と出口側との圧力差が正常範囲内にあるか否が判断され、その圧力差が正常範囲を超えた場合に、パティキュレートフィルタ６が過捕集状態に陥ったものと判定するようになっている。
【００１９】
また、制御装置１２では、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１３に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１３ａが出力されるようになっている。
【００２０】
ここで、前記燃料噴射装置１３は、各気筒毎に装備される図示しない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１３ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング（噴射開始時期と噴射終了時期）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。
【００２１】
また、図示しない運転席のアクセルには、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１４（負荷センサ）が備えられていると共に、ディーゼルエンジン１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ１５が装備されており、これらアクセルセンサ１４及び回転センサ１５からのアクセル開度信号１４ａ及び回転数信号１５ａも前記制御装置１２に入力されるようになっている。
【００２２】
更に、運転席におけるインストルメントパネル等には、前記制御装置１２でパティキュレートフィルタ６が過捕集状態に陥ったものと判定された時に前記制御装置１２から警告信号１６ａを受けて点灯する警告ランプ１６と、後で詳述する強制再生手段を任意に作動させるための操作手段を成す再生ボタン１７とが夫々設けられている。
【００２３】
そして、前記制御装置１２では、アクセル開度信号１４ａ及び回転数信号１５ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１３ａが決定されるようになっている一方、運転者により再生ボタン１７が操作されて再生指令信号１７ａが入力された際に通常モードから強制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主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ような燃料噴射信号１３ａが決定されるようになっている。
【００２４】
つまり、本形態例においては、制御装置１２と燃料噴射装置１３とによりパティキュレートフィルタ６の強制再生手段が構成されるようになっており、前述した如く、主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が行われると、このポスト噴射により排気ガス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。
【００２５】
而して、制御装置１２で各圧力センサ１０，１１からの検出信号１０ａ，１１ａに基づきパティキュレートフィルタ６が過捕集状態に陥ったものと判定され、前記制御装置１２から警告信号１６ａを受けて警告ランプ１６が点灯した場合に、これを確認した運転者が再生ボタン１７を押すと、制御装置１２による燃料噴射装置１３の制御が通常モードから強制再生モードに切り替えられ、主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が行われる結果、排気ガス３中に未燃の燃料が添加されて該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。
【００２６】
ただし、このように既に過捕集状態となっている条件下で強制再生を行うことは、大量のパティキュレートが急激に高温燃焼してパティキュレートフィルタに溶損が生じる虞れを含んでいるので、再生ボタン１７が押された後の強制再生モードへの切り替えを複数回に分けて行い、初期のうちの数回の強制再生モードでは、急激な高温燃焼を招かないようパティキュレートが酸化触媒上で穏やかに酸化反応して二酸化炭素と水に分解されるという程度のレベルに燃料のポスト噴射を抑制し、それ以降の強制再生モードから本格的なポスト噴射を行うようにすることが好ましい。
【００２７】
また、このようにポスト噴射により添加した燃料がパティキュレートフィルタ６の酸化触媒上で酸化反応することができない程の排気温度が極めて低い運転領域で運転が行われている場合には、以下に詳述する如きアフタ噴射を併用するようにしても良い。
【００２８】
即ち、制御装置１２による強制再生モードに関し、燃料の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行い且つ該アフタ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ような燃料噴射信号１３ａが決定されるようにする。
【００２９】
このよう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が行われると、このアフタ噴射の燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することにより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が上昇され、これにより後に続くポスト噴射で添加される燃料がパティキュレートフィルタ６の酸化触媒上で酸化反応するのに必要な温度が確保されることになる。
【００３０】
従って、上記形態例によれば、運転席の再生ボタン１７を操作することによって、パティキュレートフィルタ６を運転者の意思で任意に強制再生することができるので、何らかの事情によりパティキュレートフィルタ６に大量のパティキュレートが溜まってしまったような場合に、直ちに強制再生手段を作動させてパティキュレートフィルタ６を再生したり、或いは、定期的に運転者がパティキュレートフィルタ６の強制再生を実行することで過捕集状態に陥ることを未然に回避することができる。
【００３１】
ここで、再生ボタン１７を押すタイミングとしては、走行時とアイドリング停車時の二通りが考えられるが、アイドリング停車時に強制再生を行う場合には、排気ガス３の温度及び流量が低すぎて良好にパティキュレートの燃焼除去を行うことが難しいため、アイドリング停車時に再生ボタン１７が押された場合には、制御装置１２にてディーゼルエンジン１の回転数を中回転程度まで自動的に上げる必要がある。
【００３２】
ただし、このようにアイドリング停車時に自動的にディーゼルエンジン１の回転数が上がるように設定しておくと、運転者が誤ってギヤをニュートラル以外にシフトしてしまった場合に車両が急発進してしまう虞れがあるため、以下に詳述する如き緊急解除の制御ロジックを制御装置１２内に組み込んでおくと良い。
【００３３】
即ち、図３に示す如く、ステップＳ１の通常モードからステップＳ２の再生ボタン１７が押された状態に移行した後、ステップＳ３にてアイドリング停車条件が確認され、全ての条件が整っていた場合にのみステップＳ４へ進んで強制再生モードが所定時間Ｔだけ継続されて通常モードに復帰する一方、ステップＳ３におけるアイドリング停車条件の何れか一つでも整わない場合には直ちに通常モードに復帰するように制御ロジックを組んでおく。
【００３４】
尚、ステップＳ３におけるアイドリング停車条件としては、例えば、
（Ｉ）エンジン回転数が所定の回転数以下である。
（ＩＩ）アクセルがオフになっている。
（ＩＩＩ）ギヤがニュートラルに入っている。
（ＩＶ）クラッチがオフになっている。
といった条件が考えられる。
【００３５】
また、以上に述べた本形態例の説明では、パティキュレートフィルタ６の強制再生手段として、燃料噴射装置１３の噴射パターンを制御装置１２によりモード切り替えする手段を例示しているが、この種の強制再生手段としては、例えば、排気マニホールド２から排気管４にかけての排気流路中における何れかの場所に燃料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燃料を排気ガス３中に添加する手段を採用することも可能であり、また、電気ヒータ等の加熱装置をパティキュレートフィルタ６に付帯装着する手段を採用することも可能である。
【００３６】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、操作手段は再生ボタン以外にスイッチ形式のものであっても良いこと、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。
【００３７】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１〜４の排気浄化装置によれば、運転席の操作手段を操作することによって、パティキュレートフィルタを運転者の意思で任意に強制再生することができるので、何らかの事情によりパティキュレートフィルタに大量のパティキュレートが溜まってしまったような場合に、直ちに強制再生手段を作動させてパティキュレートフィルタを再生したり、或いは、定期的に運転者がパティキュレートフィルタの強制再生を実行することで過捕集状態に陥ることを未然に回避することができ、又、請求項１の排気浄化装置によれば、運転者が誤ってギヤをニュートラル以外にシフトした場合にも車両が急発進する虞がなく、請求項３の排気浄化装置では、初期のうちの複数回の再生モードでは、パティキュレートは急激な高温燃焼を招かないよう穏やかな反応、分解が行なわれ、請求項の４の排気浄化装置では、アフタ噴射の燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼されるためエンジンの熱効率が下がり、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が上昇され、その結果、ポスト噴射で添加される燃料がパティキュレートフィルタで酸化反応するのに必要な温度が確保される、等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【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】  強制再生の緊急解除に関する制御ロジックの一例を示すフローシートである。
【符号の説明】
３  排気ガス
４  排気管
６  パティキュレートフィルタ
１２  制御装置（強制再生手段）
１３  燃料噴射装置（強制再生手段）
１７  再生ボタン（操作手段）
【図１】
0003938863.tif 000002
【図２】
0003938863.tif 000003
【図３】
0003938863.tif 000004