(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パティキュレートフィルタの酸化触媒上での燃料の酸化反応が困難な排気温度の極めて低い運転領域で、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噴射パターンを採用し、アフタ噴射により出力に転換され難いタイミングで燃料を燃焼させて排気温度を上げる一方、ポスト噴射により排気ガス中に未燃のまま添加された燃料をパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートを燃焼させることを特徴とする排気浄化方法。
【請求項２】
パティキュレートフィルタの酸化触媒上での燃料の酸化反応が困難な排気温度の極めて低い運転領域で、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う噴射パターンを採用し、該アフタ噴射により出力に転換され難いタイミングで燃料を燃焼させて排気温度を上げ、この排気昇温により触媒床温度が燃料の酸化反応を可能ならしめる温度に到達した後に、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噴射パターンに切り替え、該ポスト噴射により排気ガス中に未燃のまま添加された燃料をパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートを燃焼させることを特徴とする排気浄化方法。
【請求項３】
ポスト噴射の開始時期をクランク角が７０〜１５０゜の範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化方法。
【請求項４】
アフタ噴射の開始時期をクランク角が０〜３０゜の範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化方法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（一般的に軽負荷の運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）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、電気ヒータや燃料添加装置等を付属させて強制的な加熱を行うことが検討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気ヒータや燃料添加装置等を付属させた場合には、電気ヒータに通電を行うための電気系統や、燃料添加装置に燃料を供給するための燃料系統等を新たに敷設しなければならず、これによりパティキュレートフィルタの再生に関するシステムが複雑なものとなってコストが高騰するという問題があり、他方、電気ヒータや燃料添加装置等による強制的な加熱を行わない場合には、パティキュレートフィルタが短期間に過捕集状態に陥って排圧上昇によりエンジン性能に悪影響を及ぼしたり、大量に堆積したパティキュレートが急激に燃焼してパティキュレートフィルタが溶損したりする虞れがあった。
【０００８】
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の酸化触媒上での燃料の酸化反応が困難な排気温度の極めて低い運転領域でもパティキュレートフィルタの良好な再生を図ることができ、電気ヒータや燃料添加装置等の強制的な加熱手段を不要としてコストの低減化を図りつつ、パティキュレートフィルタが短期間のうちに過捕集状態に陥ることを確実に回避し得るようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、パティキュレートフィルタの酸化触媒上での燃料の酸化反応が困難な排気温度の極めて低い運転領域で、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噴射パターンを採用し、アフタ噴射により出力に転換され難いタイミングで燃料を燃焼させて排気温度を上げる一方、ポスト噴射により排気ガス中に未燃のまま添加された燃料をパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートを燃焼させることを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、パティキュレートの自然燃焼が困難な排気温度の極めて低い運転領域であっても、アフタ噴射により出力に転換され難いタイミングで燃料を燃焼させて排気温度を上げる一方、ポスト噴射により排気ガス中に未燃のまま添加された燃料をパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートを燃焼させる結果、パティキュレートフィルタ内に捕集されたパティキュレートが前記燃料の酸化反応により酸素を消費された酸欠雰囲気下で緩慢に自然燃焼されることになり、パティキュレートの急激な高温燃焼によるパティキュレートフィルタの溶損を回避しつつ該パティキュレートフィルタの良好な再生を図ることが可能となる。
【００１１】
更に、本発明においては、パティキュレートフィルタの酸化触媒上での燃料の酸化反応が困難な排気温度の極めて低い運転領域で、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う噴射パターンを採用し、該アフタ噴射により出力に転換され難いタイミングで燃料を燃焼させて排気温度を上げ、この排気昇温により触媒床温度が燃料の酸化反応を可能ならしめる温度に到達した後に、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噴射パターンに切り替え、該ポスト噴射により排気ガス中に未燃のまま添加された燃料をパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートを燃焼させることも可能である。
【００１２】
尚、ポスト噴射の開始時期については、クランク角が７０〜１５０゜の範囲で設定することが好ましく、また、アフタ噴射の開始時期については、クランク角が０〜３０゜の範囲で設定することが好ましい。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１、図２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方法においては、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。
【００１５】
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。
【００１６】
そして、フィルタケース７の入口パイプ８には、入口ガス圧力を計測する圧力センサ１０が過捕集判定手段として装備され、該圧力センサ１０の検出信号１０ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１１に対し入力されるようになっており、他方、この制御装置１１においては、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１２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１２ａが出力されるようになっている。
【００１７】
ここで、前記燃料噴射装置１２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１２ａ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。
【００１８】
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１３（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１４が装備されており、これらアクセルセンサ１３及び回転センサ１４からのアクセル開度信号１３ａ及び回転数信号１４ａも前記制御装置１１に入力されるようになっている。
【００１９】
そして、前記制御装置１１では、アクセル開度信号１３ａ及び回転数信号１４ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１２ａが決定されるようになっている一方、圧力センサ１０からの検出信号１０ａにより入口ガス圧力の異常な上昇が確認された際に、通常モードから強制再生モードに切り替わり、図３に示す如く、圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて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１２ａが決定されるようになっている。尚、ポスト噴射の開始時期については、クランク角が７０〜１５０゜の範囲で設定すると良い。
【００２０】
つまり、このようにメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火の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自然燃焼されることになる。
【００２１】
尚、ここで、前述した制御装置１１の通常モードから強制再生モードへの切り替えについて補足説明しておくと、本形態例においては、圧力センサ１０からの検出信号１０ａにより入口ガス圧力の実測の圧力値を監視する一方、アクセル開度信号１３ａ及び回転数信号１４ａに基づく現在の運転状態での入口ガス圧力の予測値を推定し、その予測値と実測の圧力値との偏差が正常範囲内にあるかどうかが制御装置１１内で判別されるようになっており、パティキュレートフィルタ６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６の入口ガス圧力が正常範囲を超えて上昇するので、パティキュレートフィルタ６が過捕集状態に陥っているものと判断し、通常モードから強制再生モードへの切り替わりが行われるようにしてある。
【００２２】
図４は前記強制再生モードにおけるポスト噴射の制御マップの一例を示すもので、所定回転数以上の軽負荷領域にて負荷の大きさに応じた三段階の噴射量を設定するようにしてある。尚、ポスト噴射の噴射量の単位は、一気筒当たりにインジェクタの一回の噴射で投入される燃料の体積で示してある。
【００２３】
而して、パティキュレートの自然燃焼が困難な排気温度の低い運転領域で運転が行われている場合に、制御装置１１により燃焼の噴射パターンを通常モードから強制再生モードに切り替え、メイン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噴射パターンを採用すると、該ポスト噴射により排気ガス３中に未燃のまま添加され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して反応熱を生じ、この反応熱により触媒床温度が酸化触媒の活性下限温度以上に維持される結果、パティキュレートフィルタ６内に捕集されたパティキュレートが前記燃料の酸化反応により酸素を消費された酸欠雰囲気下で緩慢に自然燃焼されることになり、パティキュレートの急激な高温燃焼によるパティキュレートフィルタ６の溶損を回避しつつ該パティキュレートフィルタ６の良好な再生を図ることが可能となる。
【００２４】
特に上記説明においては、ポスト噴射の開始時期をクランク角が７０〜１５０゜の範囲で設定するようにしているので、このようなタイミングでポスト噴射を開始することにより、パティキュレートの自然燃焼時の雰囲気を確実に酸欠雰囲気とすることができ、パティキュレートの急激な高温燃焼を抑制してパティキュレートフィルタ６の溶損を一層確実に回避することができる。
【００２５】
一方、上記した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（例えば約２００℃以下の排気温度の運転領域）で運転が行われる場合がある。
【００２６】
このように排気温度が極めて低い運転領域においてもパティキュレートフィルタの良好な再生を図ることができるようにするために、本発明では以下のような方法を採用した。
【００２７】
即ち、制御装置１１による強制再生モードに関し、図５に示す如く、圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる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１２ａが決定されるようにしている。アフタ噴射の開始時期については、クランク角が０〜３０゜の範囲で設定すると良い。
【００２８】
この種のアフタ噴射の制御マップとしては、例えば、図６に一例を示す如きものを採用すれば良く、ここに図示している例では、所定回転数以上の軽負荷領域にて負荷の大きさに応じた二段階の噴射量を設定するようにしてある。
【００２９】
要するに、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】
而して、このようにアフタ噴射とポスト噴射を併用すれば、パティキュレートフィルタ６の酸化触媒上での燃料の酸化反応が困難な排気温度の極めて低い運転領域であっても、アフタ噴射により適宜に排気温度を高めてポスト噴射の燃料を良好にパティキュレートフィルタ６の酸化触媒上で酸化反応させてパティキュレートフィルタ６を再生することができるので、従来の電気ヒータや燃料添加装置等の強制的な加熱手段を不要としてコストの低減化を図りつつ、パティキュレートフィルタ６が短期間のうちに過捕集状態に陥る虞れを確実に回避することができる。
【００３１】
また、パティキュレートフィルタ６の酸化触媒上での燃料の酸化反応が困難な排気温度の極めて低い運転領域では、図５に示す如きアフタ噴射の併用を行う方法以外にも、前記図３に示したように圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて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噴射パターンと、図７に示す如きメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射だけを行う噴射パターンによる排気昇温モードを別に設定し、図７の噴射パターンによる排気昇温モードにて排気温度を上げて触媒床温度が燃料の酸化反応を可能ならしめる温度に到達した後に、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図３の噴射パターンに切り替え、ポスト噴射により排気ガス中に未燃のまま添加された燃料をパティキュレートフィルタ６の酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートを燃焼させることも可能である。
【００３２】
尚、本発明の排気浄化方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、圧力センサ等の過捕集判定手段を装備せずに、排気温度の低い軽負荷運転領域で常に強制再生モードへの切り替えが行われるようなモード設定を採用しても良く、また、過捕集判定手段を装備する場合には、前述した如き圧力センサによる入口ガス圧力の実測値と現在の運転状態における予測値とを比較して判定する手段以外にも、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推定する手段等を採用しても良いこと、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。
【００３３】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３４】
（Ｉ）本発明の請求項１及び２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの酸化触媒上での燃料の酸化反応が困難な排気温度の極めて低い運転領域であっても、アフタ噴射により適宜に排気温度を高めることによってポスト噴射の燃料を良好にパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応させてパティキュレートフィルタを再生することができるので、従来の電気ヒータや燃料添加装置等の強制的な加熱手段を不要としてコストの低減化を図りつつ、パティキュレートフィルタが短期間のうちに過捕集状態に陥る虞れを確実に回避することができる。更に、パティキュレートフィルタ内に捕集されたパティキュレートが燃料の酸化反応により酸素が消費された酸欠雰囲気下で緩慢に自然燃焼されることになるため、パティキュレートの急激な高温燃焼によるパティキュレートフィルタの溶損を回避することができる。
【００３５】
（ＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、ポスト噴射をクランク角７０〜１５０゜の範囲で開始することにより、パティキュレートの自然燃焼時の雰囲気を確実に酸欠雰囲気とすることができ、パティキュレートの急激な高温燃焼を抑制してパティキュレートフィルタの溶損を一層確実に回避することができる。
【００３６】
（ＩＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、アフタ噴射をクランク角０〜３０゜の範囲で開始することにより、より効果的に排気温度を上昇させることができる。
【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】  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】  メイン噴射に続きポスト噴射を行う噴射パターンの一例を示すグラフである。
【図４】  ポスト噴射の制御マップの一例を示すグラフである。
【図５】  アフタ噴射とポスト噴射を併用した本発明の噴射パターンの一例を示すグラフである。
【図６】  アフタ噴射の制御マップの一例を示すグラフである。
【図７】  ポスト噴射と組み合わせるようにしている本発明のメイン噴射後にアフタ噴射だけを行う噴射パターンの一例を示すグラフである。
【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
１１  制御装置
１２  燃料噴射装置
１２ａ  燃料噴射信号
【図１】
0003914751.tif 000002
【図２】
0003914751.tif 000003
【図３】
0003914751.tif 000004
【図４】
0003914751.tif 000005
【図５】
0003914751.tif 000006
【図６】
0003914751.tif 000007
【図７】
0003914751.tif 000008