(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを装備した内燃機関からの排気ガスが流通する排気流路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、ターボチャージャのコンプレッサの吐出空気の一部を該コンプレッサの入口側へ戻す吸気循環流路を吸気流路に付設すると共に、該吸気循環流路の途中に開度調整可能な常時閉の開閉バルブを装備し、内燃機関の回転数と負荷とに基づき現在の運転状態がパティキュレートフィルタの連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に前記開閉バルブを適宜な開度で開作動し得るよう該開閉バルブに向け開度指令信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
パティキュレートフィルタの過捕集状態を判定する過捕集判定手段を備え、該過捕集判定手段によりパティキュレートフィルタの過捕集状態が検知された条件下でのみ開閉バルブが開作動し得るように構成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】
【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パティキュレートフィルタに一体的に担持させたり、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別体で配置するようにした触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用することが検討されている。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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付帯して装備される酸化触媒には活性温度領域があり、一般的に、その活性下限温度は約３００℃程度であるので、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、パティキュレートフィルタが目詰まりを起こしてしまう虞れがあった。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、触媒再生型のパティキュレートフィルタの目詰まりを確実に回避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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボチャージャを装備した内燃機関からの排気ガスが流通する排気流路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、ターボチャージャのコンプレッサの吐出空気の一部を該コンプレッサの入口側へ戻す吸気循環流路を吸気流路に付設すると共に、該吸気循環流路の途中に開度調整可能な常時閉の開閉バルブを装備し、内燃機関の回転数と負荷とに基づき現在の運転状態がパティキュレートフィルタの連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に前記開閉バルブを適宜な開度で開作動し得るよう該開閉バルブに向け開度指令信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
従って、本発明では、内燃機関の軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、内燃機関の回転数と負荷とに基づき現在の運転状態がパティキュレートフィルタの連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に開閉バルブに向け開度指令信号が出力され、これにより開閉バルブが適宜な開度で開作動されて吸気循環流路が開通し、該吸気循環流路を通してターボチャージャのコンプレッサの吐出空気の一部が該コンプレッサの入口側へ戻され、これによりコンプレッサの吐出空気の流量が減少して内燃機関側における空燃比が小さくなるので、該内燃機関における燃焼状態が燃料の濃い混合気によるリッチ燃焼側へと移行して排気温度が上昇し、この排気温度の上昇によりパティキュレートフィルタの内部温度が酸化触媒の活性下限温度以上に維持され、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が良好に燃焼除去されることになる。
【００１０】
更に、本発明においては、パティキュレートフィルタの過捕集状態を判定する過捕集判定手段を備え、該過捕集判定手段によりパティキュレートフィルタの過捕集状態が検知された条件下でのみ開閉バルブが開作動し得るように構成することが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、パティキュレートフィルタの過捕集状態が過捕集判定手段に検知された時だけ開閉バルブが開作動するように制御範囲が限定される結果、空燃比が小さくなることによる燃費の低下が極力抑制されることになる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジン（内燃機関）を示しており、図示しないエアクリーナから導いた吸気３を吸気流路４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気３をインタークーラ５を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００１４】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排出された排気ガス６を排気流路７を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス６を触媒再生型のパティキュレートフィルタ８を通してパティキュレートを捕集した上で車外へ排出するようにしてある。
【００１５】
ここで、触媒再生型のパティキュレートフィルタ８とは、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付帯して装備したものを指し、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ８に酸化触媒を一体的に担持させるようにした場合を例示しているが、図２に示す如きフロースルー方式のハニカム構造とした酸化触媒９をパティキュレートフィルタ８の前段に別体で配置するようにしても良い。
【００１６】
尚、パティキュレートフィルタ８の具体的な構造は図３に示す通りであり、このパティキュレートフィルタ８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１０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１０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１０を区画する多孔質薄壁１１を透過した排気ガス６のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００１７】
そして、本形態例においては、前述した吸気流路４におけるコンプレッサ２ａの入口側と出口側との間が吸気循環流路１２により接続されており、コンプレッサ２ａから吐出される加圧済みの吸気３（吐出空気）の一部をコンプレッサ２ａの入口側へ戻し得るようにしてある。
【００１８】
また、この吸気循環流路１２には、コンプレッサ２ａの入口側に戻される吸気３の再循環量を適宜に調節し得るよう開度調整可能な常時閉の開閉バルブ１３が装備されている。
【００１９】
ここで、前記開閉バルブ１３は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１４からの開度指令信号１５により、排気温度が低い運転領域にて適宜な開度で開作動されるようになっている。
【００２０】
他方、制御装置１４においては、ディーゼルエンジン１の回転数を検出する回転センサ１６からの回転数信号１７と、ディーゼルエンジン１の負荷を検出する負荷センサ１８（アクセル開度を検出するアクセルセンサや、燃料噴射ポンプのコントロールラックの移動量を検出するセンサ等）からの負荷信号１９とが夫々入力されるようになっており、これら回転数信号１７と負荷信号１９により判断される現在のディーゼルエンジン１の回転数と負荷とに基づき制御マップ（回転数と負荷とによる二次元マップ）で排気温度を推定し、その排気温度の低い領域のうちで特にパティキュレートフィルタ８の連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に開度指令信号１５を出力するようにしてある。
【００２１】
また、特に本形態例においては、パティキュレートフィルタ８の過捕集状態を判定する過捕集判定手段として、パティキュレートフィルタ８を挟んだ前後位置に圧力センサ２０，２１が夫々装備されており、これら圧力センサ２０，２１からの圧力信号２２，２３が前記制御装置１４に入力されるようになっている。
【００２２】
そして、制御装置１４では、圧力センサ２０，２１からの圧力信号２２，２３に基づいて、パティキュレートフィルタ８の過捕集状態が検知された場合にのみ開閉バルブ１３へ向けた開度指令信号１５が出力されるように制限がかけられている。
【００２３】
尚、図中２４はシリンダ、２５はピストン、２６は排気弁、２７は図示しないカムの駆動により傾動してクロスヘッド２８を介し前記排気弁２６を押し下げて開作動させるロッカーアーム（同様に図示しない吸気弁用のロッカーアームも存在する）を示している。
【００２４】
図４は制御装置１４の具体的な制御手順に関するフローチャートを示しており、先ずステップＳ１にて圧力センサ２０，２１からの圧力信号２２，２３が取り込まれ、次いで、ステップＳ２にて前記圧力信号２２，２３に基づきパティキュレートフィルタ８の入口側と出口側との圧力差が算出され、更に、ステップＳ３にて前記圧力差が正常範囲内にあるかどうかが判別されるようになっている。
【００２５】
即ち、パティキュレートフィルタ８の入口側と出口側とには、通気抵抗を要因とする圧力差が元々存在しているが、パティキュレートフィルタ８に捕集されたパティキュレートの残留量（燃え残り）が多い場合には、パティキュレートフィルタ８の入口側と出口側との圧力差が増大するので、この圧力差に基づいてパティキュレートフィルタ８の再生状態が間接的に把握できるのである。
【００２６】
そして、ステップＳ３にてパティキュレートフィルタ８の入口側と出口側との圧力差が正常範囲内にあると判別された場合には、パティキュレートフィルタ８がパティキュレートの残留なく良好に再生されたものとして「ＳＴＡＲＴ」に戻されて所定時間毎にステップＳ１〜ステップＳ３の手順が繰り返されるようになっている。
【００２７】
他方、ステップＳ３にて圧力差が正常範囲を超えていると判別された場合には、ステップＳ４へと進んで回転センサ１６の回転数信号１７と負荷センサ１８からの負荷信号１９とが取り込まれ、次いで、ステップＳ５にて回転数信号１７と負荷信号１９から判断される現在のディーゼルエンジン１の運転状態が制御マップ内の排気温度の低い連続再生不可領域にあるか否かが判定されるようにしてある。
【００２８】
即ち、回転数と負荷の二次元マップから成る制御マップでは、負荷の比較的低い領域（軽負荷領域）で排気温度が低くなることから、この排気温度の低い領域のうちで特にパティキュレートフィルタ８の連続再生が見込めない領域、つまり、パティキュレートフィルタ８に担持されている酸化触媒の活性下限温度より低い排気温度領域を連続再生不可領域として定めてあり、回転センサ１６及び負荷センサ１８により検出されたディーゼルエンジン１の回転数と負荷とを制御マップに照らし合わせることにより直ちに現在の運転状態が連続再生不可領域にあるか否かが判断されるようになっている。
【００２９】
そして、ステップＳ５にて現在の運転状態が連続再生不可領域にあると判断された場合には、ステップＳ６へと進んで吸気循環流路１２の開閉バルブ１３に向けた開度指令信号１５が出力され、これにより一連の制御手順が終了して再び「ＳＴＡＲＴ」から同様の手順が繰り返されることになり、他方、ステップＳ５にて現在の運転状態が連続再生不可領域にないと判断された場合には、ステップＳ４へと戻されてディーゼルエンジン１の運転状態が引き続き監視されることになる。
【００３０】
而して、このように制御装置１４により排気浄化装置を運転すれば、ディーゼルエンジン１の軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、ディーゼルエンジン１の回転数と負荷とに基づき現在の運転状態がパティキュレートフィルタ８の連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に開閉バルブ１３に向け開度指令信号１５が出力され、これにより開閉バルブ１３が適宜な開度で開作動されて吸気循環流路１２が開通し、該吸気循環流路１２を通してターボチャージャ２のコンプレッサ２ａから吐出される吸気３（吐出空気）の一部が該コンプレッサ２ａの入口側へ戻され、これによりコンプレッサ２ａから吐出される吸気３の流量が減少してディーゼルエンジン１側における空燃比が小さくなるので、該ディーゼルエンジン１における燃焼状態が燃料の濃い混合気によるリッチ燃焼側へと移行して排気温度が上昇し、この排気温度の上昇によりパティキュレートフィルタ８の内部温度が酸化触媒の活性下限温度以上に維持され、パティキュレートフィルタ８に捕集されたパティキュレートが良好に燃焼除去される。
【００３１】
従って、上記形態例によれば、ディーゼルエンジン１の軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、適宜に排気温度を上昇させてパティキュレートフィルタ８の酸化触媒を安定した活性状態に維持することができるので、パティキュレートフィルタ８に捕集されたパティキュレートを良好に燃焼除去することができ、これによりパティキュレートフィルタ８の目詰まりを確実に回避することができる。
【００３２】
また、特に本形態例においては、パティキュレートフィルタ８の過捕集状態を判定する過捕集判定手段として圧力センサ２０，２１を備え、該各圧力センサ２０，２１によりパティキュレートフィルタ８の過捕集状態が検知された条件下でのみ開閉バルブ１３が開作動し得るように構成しているので、パティキュレートフィルタ８の過捕集状態が検知された時だけ開閉バルブ１３が開作動するように制御範囲を限定することができ、空燃比が小さくなることによる燃費の低下を極力抑制することができる。
【００３３】
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、過捕集判定手段を装備せずに、排気温度の低い運転領域で常に開度指令信号を制御装置から出力させるようなモード設定をしても良く、また、過捕集判定手段を装備する場合には、前述した如きパティキュレートフィルタの前後位置に圧力センサを夫々装備して圧力差を検出する手段以外にも、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推定する手段を採用し得ること、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。
【００３４】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３５】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の排気浄化装置によれば、内燃機関の軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、適宜に排気温度を上昇させてパティキュレートフィルタ再生用の酸化触媒を安定した活性状態に維持することができるので、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良好に燃焼除去することができ、これによりパティキュレートフィルタの目詰まりを確実に回避することができる。
【００３６】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの過捕集状態が検知された時だけ開閉バルブが開作動するように制御範囲を限定することができ、空燃比が小さくなることによる燃費の低下を極力抑制することができる。
【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】別体で配置する場合の酸化触媒の一例を一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図３】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４】図１の制御装置で行われる具体的な制御手順に関するフローチャートである。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  ターボチャージャ
２ａ  コンプレッサ
２ｂ  タービン
３  吸気
４  吸気流路
６  排気ガス
７  排気流路
８  触媒再生型のパティキュレートフィルタ
１２  吸気循環流路
１３  開閉バルブ
１４  制御装置
１５  開度指令信号
２０  圧力センサ（過捕集判定手段）
２１  圧力センサ（過捕集判定手段）
２２  圧力信号
２３  圧力信号
【図１】
0003876134.tif 000002
【図２】
0003876134.tif 000003
【図３】
0003876134.tif 000004
【図４】
0003876134.tif 000005