(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に介装された連続再生式フィルタと、
該フィルタに目詰まりが発生しているか否かを判定する目詰まり判定手段と、
排気温度が燃料着火温度よりも低い機関運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、
前記目詰まり判定手段により目詰まりが発生していると判定され、かつ、前記運転状態判定手段により排気温度が燃料着火温度よりも低い状態にあると判定されたときに、前記連続再生式フィルタに捕集されている粒子状物質を未燃燃料でコーティングすべく、該連続再生式フィルタ上流に所定量の未燃燃料を添加する未燃燃料添加手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記連続再生式フィルタの上流及び下流の差圧を検出する差圧検出手段を備え、
前記目詰まり判定手段は、前記差圧検出手段により検出された差圧が所定値より大になったときに、前記フィルタに目詰まりが発生していると判定することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
機関回転速度を検出する回転速度検出手段と、
機関負荷を検出する負荷検出手段と、
を備え、
前記運転状態判定手段は、前記回転速度検出手段により検出された機関回転速度が所定値未満、かつ、前記負荷検出手段により検出された機関負荷が所定値未満のときに、排気温度が燃料着火温度よりも低い機関運転状態にあると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記未燃燃料添加手段は、膨張行程で燃焼室内に燃料を噴射することで、前記連続再生式フィルタ上流に未燃燃料を添加することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記未燃燃料添加手段は、前記連続再生式フィルタ上流の排気通路に燃料を噴射することで、該連続再生式フィルタ上流に未燃燃料を添加することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、特に、連続再生式フィルタの再生技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、排気通路に介装された連続再生式フィルタにより、排気中の粒子状物質（Particulate Matter，以下「ＰＭ」という）を連続的に除去する技術が期待されている。連続再生式フィルタでは、排気中のＰＭを捕集しつつ、捕集したＰＭを触媒作用により燃焼（酸化）させることで、連続的な排気浄化が実現されている。
【０００３】
しかし、触媒作用が充分発揮されるためには、連続再生式フィルタが触媒活性温度以上に昇温されていなければならない。このため、連続再生式フィルタが昇温しにくい条件、例えば、排気温度が低い運転状態が長時間持続すると、触媒作用が充分発揮されず、連続再生式フィルタに捕集されたＰＭが徐々に増加してしまうおそれがある。ＰＭ捕集量の増加は、排気圧力の増加，出力の低下，連続再生式フィルタの溶損などの不具合発生要因となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、連続再生式フィルタであっても、捕集されたＰＭを強制的に燃焼除去し、その再生を行う手段が必要とされている。再生手段として、特開２０００−３０９１９号公報に開示されるように、排気中に添加された未燃燃料を酸化触媒上で燃焼させ、排気温度を昇温させて触媒活性を促進する技術が提案されている。しかし、このような手法により大量の排気を昇温させるためには、排気量に応じた熱量を発生させる未燃燃料を添加しなければならず、特に、中高速域では大幅に燃費が低下してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、連続再生式フィルタ上流に添加された未燃燃料をＰＭの着火材として使用することで、未燃燃料の添加量を低減させ、燃費低下を極力抑制したディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明では、排気通路に介装された連続再生式フィルタと、該フィルタに目詰まりが発生しているか否かを判定する目詰まり判定手段と、排気温度が燃料着火温度よりも低い機関運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、前記目詰まり判定手段により目詰まりが発生していると判定され、かつ、前記運転状態判定手段により排気温度が燃料着火温度よりも低い機関運転状態にあると判定されたときに、前記連続再生式フィルタに捕集されている粒子状物質を未燃燃料でコーティングすべく、該連続再生式フィルタ上流に所定量の未燃燃料を添加する未燃燃料添加手段と、を含んでディーゼルエンジンの排気浄化装置を構成したことを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、排気通路に介装された連続再生式フィルタに目詰まりが発生し、かつ、排気温度が燃料着火温度よりも低い機関運転状態にあると判定されたときには、連続再生式フィルタに捕集されている粒子状物質を未燃燃料でコーティングすべく、その上流に所定量の未燃燃料が添加される。このとき、排気温度が燃料着火温度よりも低いことから、添加された未燃燃料は、連続再生式フィルタに到達するまで着火せず、そこに捕集されている粒子状物質をコーティングするためだけに使用され、フィルタ再生に資することがない未燃燃料の消費が抑制される。そして、排気温度が上昇する機関運転状態、例えば、車両発進時や加速時，高負荷走行時になると、排気温度の上昇により未燃燃料が着火し、これが着火材として作用し粒子状物質の燃焼が開始される。
【０００８】
請求項２記載の発明では、前記連続再生式フィルタの上流及び下流の差圧を検出する差圧検出手段を備え、前記目詰まり判定手段は、前記差圧検出手段により検出された差圧が所定値より大になったときに、前記フィルタに目詰まりが発生していると判定することを特徴とする。
かかる構成によれば、連続再生式フィルタの上流及び下流の差圧、即ち、その圧力損失を介して、目詰まりが発生したか否かが判定される。
【０００９】
請求項３記載の発明では、機関回転速度を検出する回転速度検出手段と、機関負荷を検出する負荷検出手段と、を備え、前記運転状態判定手段は、前記回転速度検出手段により検出された機関回転速度が所定値未満、かつ、前記負荷検出手段により検出された機関負荷が所定値未満のときに、排気温度が燃料着火温度よりも低い機関運転状態にあると判定することを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、機関回転速度が所定値未満、かつ、機関負荷が所定値未満のときに、排気温度が燃料着火温度よりも低い機関運転状態にあると判定される。
【００１１】
請求項４記載の発明では、前記未燃燃料添加手段は、膨張行程で燃焼室内に燃料を噴射することで、前記連続再生式フィルタ上流に未燃燃料を添加することを特徴とする。
かかる構成によれば、膨張行程で燃焼室内に燃料を噴射することで、噴射された未燃燃料が燃焼せずに排気弁から排出され、連続再生式フィルタ上流に添加されることとなる。このため、連続再生式フィルタ上流に未燃燃料を添加するために、例えば、特別な燃料噴射装置を追加する必要はなく、燃料噴射に係る制御内容の変更のみにより対応でき、コスト上昇が極力抑制される。
【００１２】
請求項５記載の発明では、前記未燃燃料添加手段は、前記連続再生式フィルタ上流の排気通路に燃料を噴射することで、該連続再生式フィルタ上流に未燃燃料を添加することを特徴とする。
かかる構成によれば、連続再生式フィルタ上流の排気通路に燃料を噴射することで、連続再生式フィルタ上流に未燃燃料が添加されることとなる。このため、排気通路に燃料噴射装置などを介装する必要があるものの、他の制御内容に手を加える必要がなく、その変更に伴う信頼性の低下が極力抑制される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンを示す。
ディーゼルエンジン１０の排気通路１２には、その上流から下流にかけて、ターボチャージャ１４のタービン１４Ａ，連続再生式フィルタ（以下「フィルタ」という）１６が夫々介装される。フィルタ１６は、セラミックなどの多孔性部材からなる隔壁により排気流と略平行なセルが多数形成され、各セルの入口と出口とが目封材により互い違いに千鳥格子状に目封じされる。そして、出口が塞がれたセル内の排気が、隔壁を介して入口が塞がれている隣接するセルに流入するとき、排気中のＰＭが隔壁を構成する多孔性部材により捕集され、排気が浄化される。また、フィルタ１６には、例えば、アルミナに白金を担持させた酸化触媒が塗布され、捕集されたＰＭが酸化触媒の触媒作用により燃焼（酸化）されることで、連続的な排気浄化が実現される。
【００１４】
一方、ディーゼルエンジン１０の吸気通路１８には、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｂが介装される。
フィルタ１６の上流及び下流には、排気圧力ＰU及びＰLを夫々検出する圧力センサ２０及び２２（差圧検出手段）が夫々介装される。なお、圧力センサ２０及び２２に代えて、フィルタ１６の上流及び下流の差圧ΔＰを直接検出する差圧センサを用いてもよい。また、機関回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２４（回転速度検出手段），燃料噴射量などにより代表される機関負荷Ｑを検出する負荷センサ２６（負荷検出手段）が設けられる。そして、圧力センサ２０及び２２，回転速度センサ２４並びに負荷センサ２６の出力は、マイクロコンピュータを内蔵したエンジンコントロールユニット（以下「コントロールユニット」という）２８に夫々入力され、後述する処理により燃料噴射装置３０が制御される。
【００１５】
なお、コントロールユニット２８におけるソフトウエア的な処理により、目詰まり判定手段，運転状態判定手段及び未燃燃料添加手段が夫々実現される。
図２は、コントロールユニット２８において、所定時間毎に繰り返し実行される制御内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、フィルタ１６の上流及び下流の差圧ΔＰが検出される。即ち、圧力センサ２０及び２２から、フィルタ１６上流及び下流の排気圧力ＰU及びＰLが夫々読み込まれ、その差圧ΔＰが次式により演算される。
【００１６】
ΔＰ＝｜ＰU−ＰL｜
ステップ２では、差圧ΔＰが所定値ΔＰthより大であるか否かが判定される。ここで、所定値ΔＰthは、フィルタ１６に目詰まりが発生したか否かを判定するための閾値であって、例えば、ディーゼルエンジン１０及びフィルタ１６の特性に応じて適切な値に設定される。そして、差圧ΔＰが所定値ΔＰthより大であればステップ３へと進み（Ｙｅｓ）、差圧ΔＰが所定値ΔＰth以下であればステップ１へと戻る（Ｎｏ）。なお、ステップ１及びステップ２に示す処理が、目詰まり判定手段に該当する。
【００１７】
ステップ３では、回転速度センサ２４から機関回転速度Ｎｅ、負荷センサ２６から機関負荷Ｑが夫々検出される。
ステップ４では、機関回転速度Ｎｅが所定値Ｎｅth未満であり、かつ、機関負荷Ｑが所定値Ｑth未満であるか否かが判定される。ここで、所定値Ｎｅth及びＱthは、図３に示すように、未燃燃料をフィルタ１６上流に添加する未燃燃料添加領域を画定する閾値であって、フィルタ再生に要する燃料消費量を抑制すべく、低回転・低負荷である運転領域を画定する値に夫々設定される。そして、かかる条件が成立したならばステップ５へと進み（Ｙｅｓ）、かかる条件が成立しなければステップ３へと戻る（Ｎｏ）。なお、ステップ３及びステップ４に示す処理が、運転状態判定手段に該当する。
【００１８】
ステップ５では、フィルタ１６上流に所定量の未燃燃料が添加される。ここで、所定量としては、フィルタ１６に捕集されたＰＭが未燃燃料によりコーティングされる必要最小限とすることが望ましい。また、未燃燃料の添加は、燃料噴射装置３０を制御して膨張行程で燃焼室内に燃料を噴射することで、フィルタ１６上流に未燃燃料が添加されるようにすればよい。ここで、排気マニホルド１２Ａ又はフィルタ１６上流の排気通路１２内に燃料を直接噴射するようにしてもよい。なお、ステップ５に示す処理が、未燃燃料添加手段に該当する。
【００１９】
ステップ６では、ステップ１と同様にして、フィルタ１６の上流及び下流の差圧ΔＰが検出される。
ステップ７では、差圧ΔＰが所定値ΔＰth未満であるか否かが判定される。そして、差圧ΔＰが所定値ΔＰth未満であればフィルタ再生が完了したと判断し、処理を終了する（Ｙｅｓ）。一方、差圧ΔＰが所定値ΔＰth以上であればフィルタ再生が未完了であると判断し、未燃燃料の添加を継続すべく、ステップ３へと戻る（Ｎｏ）。なお、ステップ６及びステップ７に示す処理が、目詰まり判定手段に該当する。
【００２０】
以上説明した処理によれば、フィルタ１６の上流及び下流の差圧ΔＰが所定値ΔＰthより大となると、フィルタ１６に目詰まりが発生したと判定される。フィルタ１６に目詰まりが発生したときには、ディーゼルエンジン１０が低回転・低負荷領域にあるとき、フィルタ１６上流に未燃燃料が添加される。低回転・低負荷領域では、排気温度が低いため、添加された未燃燃料は着火せずにフィルタ１６まで到達し、そこに捕集されているＰＭが未燃燃料によりコーティングされる。そして、排気温度が上昇する運転状態、例えば、車両発進時や加速時，高負荷走行時になると、排気温度の上昇により未燃燃料が着火し、これが着火材として作用しＰＭの燃焼が開始される。このとき、フィルタ１６の差圧ΔＰを常時検出しつつ、これが所定値ΔＰth未満となるまで、未燃燃料の添加が継続される。このため、フィルタ再生が不充分のまま処理が終了することがなく、効果的な再生が行われる。
【００２１】
従って、未燃燃料は、ＰＭを着火させるための着火材としてのみ機能するので、ＰＭの自然着火温度よりも低温でＰＭを着火させることができると共に、未燃燃料により排気温度を上昇させる必要がない。このため、フィルタ再生に要する燃料が必要最小限で済み、燃費低下を極力抑制することができる。また、未燃燃料の添加は、排気温度が低い低回転・低負荷領域で行われるため、フィルタ１６に到達するまで着火することがなく、フィルタ再生に寄与しない未燃燃料の添加を防止することができる。
【００２２】
なお、本発明は、フィルタ再生だけではなく、例えば、フィルタ１６を触媒活性温度以上に昇温させる、いわゆる「ヒートアップ」としても適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、連続再生式フィルタ上流に添加された未燃燃料は、連続再生式フィルタに到達し、そこに捕集されている粒子状物質をコーティングする。そして、排気温度が上昇する運転状態となると、排気温度により未燃燃料が着火し、これが着火材として作用して粒子状物質の燃焼が開始される。このため、粒子状物質の自然着火温度よりも低温で粒子状物質を着火させることができると共に、未燃燃料により排気を上昇させる必要がなく、フィルタ再生に要する燃料が必要最小限で済み、燃費低下を極力抑制することができる。
【００２４】
請求項２記載の発明によれば、連続再生式フィルタの上流及び下流の差圧、即ち、その圧力損失を介して、目詰まりが発生したか否かを高精度に判定できる。
請求項３記載の発明によれば、機関回転速度が所定値未満、かつ、機関負荷が所定値未満のときに、排気温度が燃料着火温度よりも低い機関運転状態にあると判定することができる。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、連続再生式フィルタ上流に未燃燃料を添加するために、例えば、特別な燃料噴射装置を追加する必要はなく、燃料噴射に係る制御内容の変更のみにより対応でき、コスト上昇を極力抑制できる。
請求項５記載の発明によれば、排気通路に燃料噴射装置を介装する必要があるものの、他の制御内容に手を加える必要がなく、その変更に伴う信頼性の低下を極力抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの構成図
【図２】  同上の制御内容を示すフローチャート
【図３】  未燃燃料添加領域の説明図
【符号の説明】
１０  ディーゼルエンジン
１２  排気通路
１６  フィルタ
２０  圧力センサ
２２  圧力センサ
２４  回転速度センサ
２６  負荷センサ
２８  コントロールユニット
３０  燃料噴射装置
【図１】
0004080235.tif 000002
【図２】
0004080235.tif 000003
【図３】
0004080235.tif 000004