JP2003155914A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 排気ガス３が流通する排気管４の途中に
触媒再生型のパティキュレートフィルタ６を装備した排
気浄化装置に関し、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６を再生する強制再生手段（制
御装置１２及び燃料噴射装置１３）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
（再生ボタン１７）とを備える。

Description

【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ＳＯ
Ｆ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を備えたことを特徴
とするものである。 【００１１】而して、このようにすれば、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、運転者の意志で定期的にパティ
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
運転者の意志で任意に行うことが可能となる。 【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、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。 【００１４】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。 【００１５】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：Electron
ic 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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【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。 【００１９】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。 【００２０】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。 【００２１】つまり、本形態例においては、制御装置１
２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。 【００２２】而して、制御装置１２で各圧力センサ１
０，１１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。 【００２３】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１
７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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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。 【００２８】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。 【００２９】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。 【００３０】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。 【００３１】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、 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。 といった条件が考えられるが、これ以外の条件を適宜に
加えても良い。 【００３２】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。 【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、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。 【００３４】 【発明の効果】上記した本発明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
ができるというという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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｗ Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ // Ｂ０１Ｄ 46/42 53/36 １０３Ｃ (72)発明者 舟橋 博 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA01 BA13 BA15 BA24 DA10 DA28 EC01 FA10 FA33 3G090 AA03 BA02 CA01 CB02 CB08 DA04 DA13 DA18 DA20 3G091 AA02 AA18 AB02 AB13 BA17 CA02 CA18 CB02 CB03 DA02 DC01 EA01 EA03 EA07 EA32 GA06 GA16 HA14 4D048 AA14 AA18 AB01 BB02 BB14 CC41 CC53 DA01 DA02 DA06 DA07 DA20 4D058 JA32 JB06 MA44 SA08

Claims (1)

1. 【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
   作手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。