(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】前段酸化触媒５とパティキュレートフィルタ６との間に燃料添加弁９（第二燃料添加手段）を設け、パティキュレートフィルタ６の入側と出側に温度センサ１０，１１を夫々設け、燃料添加弁９により燃料を添加してパティキュレートフィルタ６上で酸化処理せしめ且つその酸化処理に見合う温度上昇が前記各温度センサ１０，１１の実測値から確認できない場合にパティキュレートフィルタ６における酸化能力の低下を判定する制御装置１２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前段酸化触媒を入側に備えて排気管途中に介装された触媒再生型のパティキュレートフィルタと、前記前段酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する第一燃料添加手段とを備え、該第一燃料添加手段で添加した燃料が前記前段酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させて前記パティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置であって、前記前段酸化触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に第二燃料添加手段を設けると共に、前記パティキュレートフィルタの入側と出側に温度センサを夫々設け、前記第二燃料添加手段により燃料を添加して前記パティキュレートフィルタ上で酸化処理せしめ且つその酸化処理に見合う温度上昇が前記各温度センサの実測値から確認できない場合に前記パティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定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】
第二燃料添加手段による燃料の添加時にパティキュレートフィルタの入側の温度センサによる実測値に基づいてパティキュレートフィルタの出側の排気温度を推定する一方、その推定値と前記パティキュレートフィルタの出側の温度センサによる実測値とを比較し、該実測値に対し前記推定値が所定の許容範囲を超えて下回っている場合に前記パティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定するように制御装置が構成されている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】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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て、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集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、ＰｔやＰｄ等を活性種とす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、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００７】
そこで、パティキュレートフィルタの直前にフロースルー型の前段酸化触媒を別途装備し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で、ディーゼルエンジン側の燃料噴射制御により排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。
【０００８】
つまり、この燃料添加で生じたＨＣガスが前段酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
【０００９】
このような燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点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ことで排気ガス中に燃料を添加するのが一般的であるが、パティキュレートフィルタの入側に別途配設したインジェクタにより排気ガス中に燃料を直噴して添加することも可能である。
【００１０】
一方、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、排気ガス中のパティキュレートを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）についても除去する必要があるが、この種のＮＯxを除去するにあたっては、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を前記パティキュレートフィルタの後段に装備し、この選択還元型触媒の入側に尿素水を還元剤として添加して該選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減させるようにしている。
【００１１】
ここで、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、毒性のない尿素水を還元剤として使用するようにしており、該尿素水が排気ガス中でアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される。
【００１２】
このようにパティキュレートフィルタの下流側に選択還元型触媒を装備した場合、前段酸化触媒とパティキュレートフィルタ自体に担持された酸化触媒とは、前述の如きパティキュレートフィルタの強制再生に寄与するだけでなく、選択還元型触媒におけるＮＯxの還元浄化性能にも大きく寄与することになる。
【００１３】
即ち、ディーゼルエンジンの排気ガス中に存在するＮＯxの大半はＮＯであるが、前段酸化触媒とパティキュレートフィルタの酸化触媒とにより排気ガス中のＮＯの一部がＮＯ2に酸化され、ＮＯ2の比率が増える結果、選択還元型触媒での反応速度の速い還元反応が促進されて良好なＮＯxの低減化が図られることになる。
【００１４】
即ち、選択還元型触媒に添加された尿素水は、その添加後に排気ガス中で熱を受けて次式
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
によりアンモニアと炭酸ガスに分解され、このアンモニアによりＮＯxが還元浄化されることになるが、ＮＯ2の比率が増えると、最も反応速度の速い次式
［化２］
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
による還元反応が促されて良好なＮＯxの低減化が図られることになる。
【００１５】
尚、この還元反応を促すにあたっては、排気ガス３中のＮＯ／ＮＯ2比が約１〜１．３に近いことが重要であり、ディーゼルエンジンの広範な運転領域で排気ガス中のＮＯ／ＮＯ2比が約１〜１．３となるように、前段酸化触媒とパティキュレートフィルタの酸化触媒とにおける白金等の貴金属量を適切に調整しておく必要がある。
【００１６】
尚、本発明に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−１０６１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、近年においては、車両の排気ガス対策システムにおける故障発生の有無を監視し、故障発生時には警告灯等を点灯させて運転者に故障の発生を報知すると共に、故障内容を記録しておく車載式故障診断装置（オンボードダイアグノーシス：onboard diagnosis:略称ＯＢＤ）の装備が各国で義務付けられており、パティキュレートフィルタ自体に担持された酸化触媒についても、下流側の選択還元型触媒におけるＮＯxの還元浄化性能が適切に発揮されるよう劣化診断を行うことが求められているが、これまでパティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定する既存技術は存在していなかった。
【００１９】
ここで、前記パティキュレートフィルタ自体に担持された酸化触媒の劣化診断を行うにあたっては、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合のように、該パティキュレートフィルタの上流側に所定量の燃料添加を実施して適切な排気温度の上昇が起こるかどうかを確認する手法が考えられるが、パティキュレートフィルタの入側に前段酸化触媒が配置されているため、添加燃料が前段酸化触媒で先行して酸化処理されてしまうことになり、パティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定することができないという問題があった。
【００２０】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたもので、パティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定し得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、前段酸化触媒を入側に備えて排気管途中に介装された触媒再生型のパティキュレートフィルタと、前記前段酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する第一燃料添加手段とを備え、該第一燃料添加手段で添加した燃料が前記前段酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させて前記パティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置であって、前記前段酸化触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に第二燃料添加手段を設けると共に、前記パティキュレートフィルタの入側と出側に温度センサを夫々設け、前記第二燃料添加手段により燃料を添加して前記パティキュレートフィルタ上で酸化処理せしめ且つその酸化処理に見合う温度上昇が前記各温度センサの実測値から確認できない場合に前記パティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定する制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
而して、このようにした場合、パティキュレートフィルタの強制再生のための燃料添加に使用する第一燃料添加手段とは別に、前段酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間に第二燃料添加手段を設けているので、この第二燃料添加手段を使用して燃料添加を実施することにより、その添加燃料を前段酸化触媒で酸化処理させることなくパティキュレートフィルタに全て導くことが可能となる。
【００２３】
この結果、意図した所定量の燃料添加をパティキュレートフィルタに実施して酸化処理させることが可能となるので、その酸化処理に見合う温度上昇が前記各温度センサの実測値から確認できない場合には、前記パティキュレートフィルタにおける酸化能力が低下しているものと制御装置で判定することが可能となる。
【００２４】
また、本発明をより具体的に実施するにあたっては、例えば、第二燃料添加手段による燃料の添加時にパティキュレートフィルタの入側の温度センサによる実測値に基づいてパティキュレートフィルタの出側の排気温度を推定する一方、その推定値と前記パティキュレートフィルタの出側の温度センサによる実測値とを比較し、該実測値に対し前記推定値が所定の許容範囲を超えて下回っている場合に前記パティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定するように制御装置が構成されていると良い。
【発明の効果】
【００２５】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタにおける酸化能力の低下を判定することができるので、パティキュレートフィルタの劣化による大幅な性能低下時に直ちに交換等の措置を採ることができ、パティキュレートフィルタの下流側に該パティキュレートフィルタの酸化能力の影響を受けて排気浄化性能を発揮するような後処理装置、例えば、尿素水を還元剤とする選択還元型触媒が配置されているような場合に、その排気浄化性能（ＮＯxの還元浄化性能）が適切に発揮されないような事態を早期に解決することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】パティキュレートフィルタの出側の排気温度を推定する際のモデルを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１及び図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の途中に、前段酸化触媒５を入側に備えた触媒再生型のパティキュレートフィルタ６がケーシング７により抱持されて介装されている。
【００２９】
ここで、前記ケーシング７における前記前段酸化触媒５の入側に燃料添加弁８が第一燃料添加手段として設けられており、該燃料添加弁８で添加した燃料を前記前段酸化触媒５上で酸化反応させた時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタ６を強制再生し得るようにしてあるが、ディーゼルエンジン１側の燃料噴射装置を第一燃料添加手段としてポスト噴射により燃料添加を実施するようにしても良いことは勿論である。
【００３０】
また、前段酸化触媒５とパティキュレートフィルタ６との間には別の燃料添加弁９が第二燃料添加手段として増設されており、前記前段酸化触媒５入側の燃料添加弁８による燃料添加を止めた状態で前記燃料添加弁９により燃料添加を実施することにより、前段酸化触媒５を経由させずにパティキュレートフィルタ６に対してのみ燃料添加を実施し得るようにしてある。
【００３１】
更に、パティキュレートフィルタ６の入側と出側に温度センサ１０，１１が夫々設けられ、パティキュレートフィルタ６の入側と出側における排気温度が検出されるようになっており、これら各温度センサ１０，１１からの検出信号１０ａ，１１ａは制御装置１２に入力されるようになっている。
【００３２】
尚、従前通り、前段酸化触媒５の入側にも温度センサ１３が設置されていて、その検出信号１３ａが制御装置１２に入力されるようになっているが、この検出信号１３ａは、前段酸化触媒５の入側の排気温度に基づき該前段酸化触媒５が活性状態にあることを確認してから前記燃料添加弁８に指令信号８ａを与えてパティキュレートフィルタ６の強制再生を開始するために用いられるようになっている。
【００３３】
一方、前記各温度センサ１０，１１からの検出信号１０ａ，１１ａは、前記燃料添加弁９に指令信号９ａを与えてパティキュレートフィルタ６の酸化能力を劣化診断するための燃料添加を実行した場合に、その添加燃料のパティキュレートフィルタ６上での酸化処理に見合う温度上昇を確認するために用いられるようになっている。
【００３４】
より具体的には、前記制御装置１２において、燃料添加弁９による燃料の添加時にパティキュレートフィルタ６の入側の温度センサ１０による実測値に基づいてパティキュレートフィルタ６の出側の排気温度を推定する一方、その推定値と前記パティキュレートフィルタ６の出側の温度センサ１１による実測値とを比較し、該実測値に対し前記推定値が所定の許容範囲を超えて下回っている場合に前記パティキュレートフィルタ６における酸化能力の低下を判定するようになっている。
【００３５】
ここで、図２は前記制御装置１２でパティキュレートフィルタ６の出側の排気温度を推定する際のモデルを示すもので、先ずステップＳ１において、吸入空気量（図示しない吸気系の既存のマスフローセンサにより検出されるもの）とディーゼルエンジン１での燃料噴射量（燃料噴射制御での指示値）とに基づいて排気ガス３の流量を算出し、次いで、ステップＳ２において、前記パティキュレートフィルタ６の入側の温度センサ１０による実測値に基づき、前記排気ガス３の流量の算出値、パティキュレートフィルタ６の酸化触媒と排気ガス３との熱伝達、酸化触媒内での熱伝導、酸化触媒上での酸化反応の効率、燃料添加弁８の燃料添加による発熱量等を加味し、パティキュレートフィルタ６の酸化触媒と排気ガス３との伝熱計算を行う一方、ステップＳ３において、車速（既存の車速計により検出されるもの）と吸入空気温度（マスフローセンサに流量の温度補正のために内蔵されている温度センサで検出されるもの）とに基づき、パティキュレートフィルタ６の酸化触媒と外気との熱伝達等を加味し、パティキュレートフィルタ６の酸化触媒と外気との伝熱計算を行い、ステップＳ４において、先のステップＳ２，Ｓ３からのアウトプットに基づきエネルギー収支を計算して、パティキュレートフィルタ６の出側の排気温度を推定するようにしている。
【００３６】
ただし、このようにパティキュレートフィルタ６の酸化能力の劣化診断を行うにあたり、パティキュレートフィルタ６内におけるパティキュレートの堆積量が所定量を超えている場合には、該パティキュレートの燃焼による温度上昇が加わって前記判定に支障をきたす虞れがあるため、パティキュレートフィルタ６内におけるパティキュレートの堆積量が前記判定に支障をきたさない所定量以下の条件を選んで劣化診断を行うことが好ましい。
【００３７】
ここで、パティキュレートフィルタ６内におけるパティキュレートの堆積量は、その堆積量が増えてきた時に強制再生を実施するべく制御装置１２にて推定して管理されるようになっているのが通常であり、例えば、ディーゼルエンジン１の現在の運転状態に基づくパティキュレートの基本的な発生量を推定し、その基本的な発生量に対しパティキュレートの発生にかかわる各種の条件を考慮した補正係数を掛け且つ現在の運転状態におけるパティキュレートの処理量を減算して最終的な発生量を求め、この最終的な発生量を時々刻々積算してパティキュレートの堆積量を推定するようにしているが、強制再生の実施によりパティキュレートの堆積量がリセットされるので、このリセットからパティキュレートの堆積量が所定量を超えないうちに温度条件の良いところを選んでパティキュレートフィルタ６の酸化能力の劣化診断を行うようにすれば良い。尚、温度条件の良いところとは、パティキュレートフィルタ６の触媒床温度が活性温度以上で且つ燃料添加の実施により過剰な高温化を招く虞れがない温度域のことを指す。
【００３８】
而して、このようにした場合、パティキュレートフィルタ６の強制再生のための燃料添加に使用する燃料添加弁８とは別に、前段酸化触媒５とパティキュレートフィルタ６との間に燃料添加弁９を設けているので、この燃料添加弁９を使用して燃料添加を実施することにより、その添加燃料を前段酸化触媒５で酸化処理させることなくパティキュレートフィルタ６に全て導くことが可能となる。
【００３９】
この結果、意図した所定量の燃料添加をパティキュレートフィルタ６に実施して酸化処理させることが可能となるので、その酸化処理に見合う温度上昇が前記各温度センサ１０，１１の実測値から確認できない場合には、前記パティキュレートフィルタ６における酸化能力が低下しているものと制御装置１２で判定することが可能となる。
【００４０】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ６における酸化能力の低下を判定することができるので、パティキュレートフィルタ６の劣化による大幅な性能低下時に直ちに交換等の措置を採ることができ、パティキュレートフィルタ６の下流側に該パティキュレートフィルタ６の酸化能力の影響を受けて排気浄化性能を発揮するような後処理装置、例えば、尿素水を還元剤とする選択還元型触媒が配置されているような場合に、その排気浄化性能（ＮＯxの還元浄化性能）が適切に発揮されないような事態を早期に解決することができる。
【００４１】
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、パティキュレートフィルタの下流側に尿素水を還元剤とする選択還元型触媒が配置されている場合のみを対象とするものではないこと、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。
【符号の説明】
【００４２】
３      排気ガス
４      排気管
５      前段酸化触媒
６      パティキュレートフィルタ
８      燃料添加弁（第一燃料添加手段）
９      燃料添加弁（第二燃料添加手段）
１０    温度センサ
１１    温度センサ
１２    制御装置
【図１】
2016044655.tif 000003
【図２】
2016044655.tif 000004