JP2003206722A

JP2003206722A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2003206722A
Application number: JP2002007017A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Saito; 真一斎藤; Yoshihisa Takeda; 好央武田; Sei Kawatani; 聖川谷; Satoshi Hiranuma; 智平沼; Kenji Kawai; 健二河合; Takeshi Hashizume; 剛橋詰; Reiko Domeki; 礼子百目木
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-07-25
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: JP4161575B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス
中の微粒子を確実に捕集して適正に浄化すると共に、フ
ィルタの温度上昇による破損を防止する。【解決手段】フィルタ２１の再生処理の実行中に、フ
ィルタ２１に流入する排気ガスの流量が低下する特定運
転状態に移行したら、ポスト噴射により酸化触媒２２に
ＣＯ，ＨＣを供給し、タービン２０の入口における排気
ガスを昇温して排気ガスのエネルギを増大し、タービン
仕事を増加させてフィルタ２１へ流入する排気ガス流量
を増加することで、フィルタ２１での急燃焼により発生
した熱を増加した排気ガスにより持ち去って過昇温を未
然に防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンなどの内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を
捕集するフィルタを有する内燃機関の排気浄化装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等から排出される排
気ガスには、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等のほかにＰＭが多く
含まれており、このＰＭを処理するための後処理装置と
してパティキュレートフィルタが提案されている。この
フィルタは、排気ガスの流れ方向に沿う多数の通路の上
流側と下流側の開口部を交互に閉鎖して、通路を形成す
る多孔質の仕切壁を経て排気ガスを流通させる、所謂、
ウォールフロー式として構成されており、仕切壁を流通
する際に排気ガス中のＰＭを捕集している。

【０００３】従って、ディーゼルエンジンから排出され
る排気ガス中の黒煙などの有害物質はこのフィルタによ
り適正に捕集される。そして、車両の加速時や高速走行
時に、フィルタが捕集した有害物質を高温となった排気
ガスにより再燃焼する。また、フィルタに所定量以上の
有害物質が捕集されたときには、外部の加熱手段により
このフィルタを加熱し、捕集された有害物質を再燃焼す
る。このようにして必要時にフィルタを再生すること
で、排気ガス中の有害物質を確実に捕集することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンで
は運転条件が一定しておらず、例えば、低回転低負荷運
転やアイドル運転中は、回転数の低下に伴って新気流入
量が減少すると共に、燃料供給量が減少するために排気
ガスの流量が極端に少なくなる。そのため、この低回転
低負荷運転やアイドル運転中に、フィルタが加熱されて
再生処理が実行されると、有害物質の再燃焼により発生
する熱を排気ガスが十分に持ち去ることができず、フィ
ルタの温度が上昇して劣化あるいは破損を招いてしまう
恐れがある。そして、この低回転低負荷運転やアイドル
運転中は、排気ガスの酸素濃度も高くなるため、フィル
タに捕集された有害物質は更に燃焼し易くなり、フィル
タが高温となって劣化や破損を招く。

【０００５】また、ディーゼルエンジンの無負荷運転中
に、燃料カットが実行される（モータリング）と、排気
ガスが酸素過剰になって酸素濃度が高くなるため、フィ
ルタの再生処理時には有害物質の再燃焼が促進されて更
にフィルタの温度が上昇し、劣化あるいは破損を招いて
しまう恐れがある。その上、このモータリング時にエキ
ゾーストブレーキが作動すると、フィルタに流入する排
気ガスの流量が極端に少なくなり、前述に比べて更にフ
ィルタの温度が上昇して破損を招いてしまう恐れがあ
る。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するもの
であって、排気ガス中の微粒子を確実に捕集して排気ガ
スを適正に浄化すると共に、フィルタの温度上昇による
破損を防止した内燃機関の排気浄化装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置では、タ
ービン及びコンプレッサを有するターボ過給機を設け、
このタービンの下流に排気ガス中の微粒子を捕集するフ
ィルタを設ける一方、タービンの上流に少なくとも酸化
機能を有する触媒装置を設け、フィルタに堆積した微粒
子が自然着火したか否かあるいはフィルタが強制再生中
か否かを判定するフィルタ再生判定手段と、フィルタに
流入する排気ガスの流量が低下する特定運転状態か否か
を判定する運転状態判定手段とを設け、制御手段は、フ
ィルタ再生判定手段により微粒子が自然着火またはフィ
ルタが強制再生中であると判定され、運転状態判定手段
により特定運転状態であると判定されたとき、触媒装置
に還元剤を供給するようにしている。

【０００８】従って、フィルタに堆積した微粒子が自然
着火あるいはフィルタの強制再生により微粒子が着火し
た後に、内燃機関が低回転低負荷状態やアイドル状態な
どのフィルタに流入する排気ガスの流量が低下する特定
運転状態に移行すると、触媒装置に還元剤を供給するこ
とで、タービン入口における排気ガスを昇温、つまり、
排気ガスのエネルギが増大し、タービン仕事が増加して
ブースト圧が上昇し、即ち、内燃機関への吸入空気量が
増加して排気ガス流量も増加し、フィルタに捕集された
微粒子の急燃焼が生じても、発生した熱は増加した排気
ガスにより持ち去られることとなり、フィルタの過昇温
を未然に防止して破損を防止することができる。

【０００９】請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置
では、ターボ過給機を排気系におけるタービンの上流の
排気ガスを下流にバイパスするウエストゲートバルブあ
るいはブースト圧を可変制御可能なブースト圧調整機構
から構成し、制御手段は、触媒装置に還元剤を供給する
ときにこのウエストゲートバルブを閉止制御あるいはブ
ースト圧調整機構をブースト圧が上昇する方向に制御す
るようにしている。従って、フィルタに堆積した微粒子
が着火した後に特定運転状態に移行すると、触媒装置に
還元剤を供給することで、タービン入口における排気ガ
スを昇温し、且つ、ウエストゲートバルブを閉止あるい
はブースト圧を上昇させることで、ウエストゲートバル
ブあるいはブースト圧調整機構を介して高温の排気ガス
がタービンの下流にバイパスされること等がなくなり、
効果的にタービン仕事を増加し、ブースト圧が上昇す
る。即ち、内燃機関への吸入空気量が増加して排気ガス
流量も増加し、フィルタに捕集された微粒子の急燃焼が
生じても、発生した熱は排気ガスにより持ち去られ、フ
ィルタの過昇温を未然に防止することができる。

【００１０】請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置
では、制御手段は、フィルタ再生判定手段により微粒子
が自然着火またはフィルタが強制再生中であると判定さ
れ、運転状態判定手段により特定運転状態が所定期間以
上継続していると判定されたとき、触媒装置に還元剤を
供給するようにしている。従って、内燃機関の特定運転
状態が所定期間以上継続しているときだけ、触媒装置に
還元剤を供給することで、排気ガス流量を増加してフィ
ルタの過昇温を未然に防止できる一方、内燃機関の特定
運転状態が短いときには、フィルタの過昇温が発生しな
いために排気ガスの流量を増加させる必要はなく、無駄
な還元剤の供給を防止することができる。

【００１１】請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置
では、フィルタに捕集された微粒子の堆積量を推定する
堆積量推定手段を設け、ターボ過給機を排気系における
タービンの上流の排気ガスを下流にバイパスするウエス
トゲートバルブあるいはブースト圧調整機構から構成
し、制御手段は、堆積量推定手段により推定された微粒
子の堆積量が所定値を越えたとき、触媒装置に還元剤を
供給すると共に、ウエストゲートバルブを開放制御ある
いはブースト圧を可変制御可能なブースト圧調整機構を
ブースト圧が低下する方向に制御するようにしている。
従って、フィルタにおける微粒子の堆積量が所定値を越
えてフィルタの強制再生が必要と判定されたとき、触媒
装置に還元剤を供給することで、タービン入口における
排気ガスを昇温し、且つ、ウエストゲートバルブを開放
あるいはブースト圧を低下させることで、ウエストゲー
トバルブあるいはブースト圧調整機構を介して高温の排
気ガスがタービンの下流にバイパスされるため、タービ
ン仕事を増加させることなく効果的に排気ガスを昇温し
て微粒子を燃焼し、フィルタを再生することができる。

【００１２】請求項５の発明の内燃機関の排気浄化装置
では、特定運転状態を、通常運転時及び燃料供給が停止
されたモータリング時にエキゾーストブレーキ作動によ
り排気ガス流量がある特定範囲にまで減少するような運
転状態とし、制御手段は、この特定運転状態にてフィル
タ再生判定手段により微粒子が自然着火またはフィルタ
が強制再生中であると判定されると、触媒装置に還元剤
を供給するようにしている。従って、フィルタに堆積し
た微粒子が自然着火あるいはフィルタの強制再生により
微粒子が着火した後に、内燃機関が通常運転時及び燃料
供給が停止されたモータリング時にエキゾーストブレー
キ作動により排気ガス流量がある特定範囲にまで減少す
るような運転状態に移行すると、触媒装置に還元剤を供
給することで、タービン入口における排気ガスを昇温し
てタービン仕事が増加してブースト圧が上昇する。即
ち、内燃機関への吸入空気量の増加で排気ガス流量も増
加し、フィルタに捕集された微粒子の急燃焼が生じて
も、発生した熱は増加した排気ガスにより持ち去られる
こととなる。また、エキゾーストブレーキのブレーキ特
性を確保しつつ、フィルタの過昇温を未然に防止するこ
とができる。

【００１３】なお、上述した各請求項の発明において、
制御手段が触媒装置に還元剤を供給する具体的な手段
は、主燃料噴射の後の膨張行程または排気行程に追加燃
料を噴射するポスト噴射や、触媒装置の上流の排気系に
主燃料噴射とは別に燃料を噴射する追加噴射でよく、更
に、主燃焼の燃焼状態が半失火運転状態となるように、
例えば、噴射時期や燃料量を制御するようなものであっ
てもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１５】図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関
の排気浄化装置の概略構成、図２に本実施形態の内燃機
関の排気浄化装置によるフィルタの強制再生実行の制御
のフローチャート、図３に本実施形態の内燃機関の排気
浄化装置によるフィルタの強制再生制御のフローチャー
ト、図４に本実施形態の内燃機関の排気浄化装置による
フィルタの強制再生中における破損防止制御のフローチ
ャート、図５にディーゼルエンジンにおける特定運転状
態を説明するためのグラフを示す。

【００１６】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置にお
いて、図１に示すように、内燃機関としてのディーゼル
エンジン１１は、図示しない燃焼室を臨む吸気ポートに
吸気マニホールド１２を介して吸気管１３が接続され、
この吸気管１３の空気取入口にはエアクリーナ１４が取
付けられ、中途部にはインタークーラー１５が取付けら
れている。一方、エンジン１１の図示しない排気ポート
には排気マニホールド１６を介して排気管１７が接続さ
れている。

【００１７】また、このエンジン１１にはターボ過給機
１８が設けられている。このターボ過給機１８は、吸気
管１３に設けられたコンプレッサ１９と排気管１７に設
けられたタービン２０が同軸上に連結されて構成されて
いる。そして、排気管１７にて、ターボ過給機１８のタ
ービン２０の下流側には排気ガス中の微粒子（ＰＭ：パ
ティキュレート、黒煙などの有害物質）を捕集するディ
ーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、以下単にフ
ィルタと称する。）２１が設けられる一方、タービン２
０の上流側には酸化触媒２２が設けられている。また、
排気管１７にはこのターボ過給機１８のタービン２０を
迂回するようにバイパス通路２３が接続され、このバイ
パス通路２３にウエストゲートバルブ２４が設けられて
いる。

【００１８】更に、排気管１７には、フィルタ２１の上
流側及び下流側に位置して排気温センサ２５，２６及び
排気圧センサ２７，２８が装着されている。また、エン
ジン１１にはエンジン回転数を検出するエンジン回転数
センサ２９が設けられている。

【００１９】一方、車両には入出力装置、記憶装置（Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）、タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コント
ロールユニット）３０が設けられており、このＥＣＵ３
０によりエンジン１１を含めた総合的な制御が行われ
る。即ち、ＥＣＵ３０の入力側には、前述した排気温セ
ンサ２５，２６、排気圧センサ２７，２８、エンジン回
転数センサ２９の他に、アクセル開度センサ３１、エキ
ゾーストブレーキスイッチ３２等が接続されており、こ
れらセンサ類からの検出情報が入力する。一方、ＥＣＵ
３０の出力側には、図示しないインジェクタのドライバ
３３等が接続されており、このインジェクタのドライバ
３３等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算
された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力
される。更に、ＥＣＵ３０の出力側にはバイパス通路２
３を開閉するウエストゲートバルブ２４が接続されてお
り、エンジンの運転状態に応じて開閉制御される。

【００２０】このような本実施形態の内燃機関の排気浄
化装置では、エンジン１１からの排気ガスは排気管１７
を通って酸化触媒２２及びフィルタ２１に流入する。こ
の酸化触媒２２では、排気ガス中のＣＯ，ＨＣが浄化さ
れ、フィルタ２１では、排気ガス中の微粒子が捕集され
る。そして、このフィルタ２１に捕集された微粒子は、
自然着火あるいはフィルタ２１の強制再生により再燃焼
され、フィルタ２１は再生処理される。この場合、自然
着火は、エンジン１１が高回転高負荷状態で運転される
と、排気ガス温度が微粒子の着火温度（例えば、６００
℃）となり、微粒子が自然に着火して燃焼するものであ
る。一方、フィルタ２１の強制再生は、フィルタ２１に
堆積した微粒子が所定量以上になると、主燃料噴射の後
の膨張行程または排気行程に追加燃料を噴射するポスト
噴射により、燃料に起因するＣＯ，ＨＣを酸化触媒２２
で燃焼し、排気ガスを昇温してフィルタ２１を加熱する
ことで、堆積した微粒子に強制着火して燃焼するもので
ある。

【００２１】そして、このようなフィルタ２１の再生制
御において、ＥＣＵ（制御手段）３０は、フィルタ２１
に堆積した微粒子が自然着火したか否かあるいはフィル
タ２１が強制再生中か否かを判定（フィルタ再生判定手
段）し、フィルタ２１に流入する排気ガスの流量が低下
する特定運転状態か否かを判定（運転状態判定手段）
し、微粒子が自然着火またはフィルタ２１が強制再生中
で、且つ、特定運転状態であるときには、酸化触媒２２
に還元剤、つまり、ポスト噴射によりＣＯ，ＨＣを供給
するようにしている。

【００２２】即ち、フィルタ２１に流入する排気ガスの
流量が低下する特定運転状態とは、例えば、図５に表す
Ａ領域であって、エンジン回転数Ｎｅが低く、且つ、燃
料噴射量Ｑが少ないエンジン１１の低回転低負荷運転状
態やアイドル運転状態である。このような特定運転状態
では、回転数の低下に伴って新気流入量が減少すると共
に、燃料供給量が減少するために排気ガスの流量が極端
に少なくなると共に酸素濃度が高くなり、このときにフ
ィルタ２１の再生処理が実行されると、フィルタ２１に
堆積した微粒子が燃焼しやすく、微粒子の燃焼により発
生した熱を持ち去ることができず、フィルタ２１の温度
が上昇して劣化あるいは破損してしまう恐れがある。

【００２３】そこで、フィルタ２１に堆積した微粒子に
着火して再生処理が実行された後に、エンジン１１がフ
ィルタ２１に流入する排気ガスの流量が低下する前述し
た特定運転状態に移行したら、ポスト噴射により酸化触
媒２２にＣＯ，ＨＣを供給することで、タービン２０の
入口における排気ガスを昇温、つまり、排気ガスのエネ
ルギを増大し、タービン仕事を増加させてターボ過給機
１８のブースト圧が上昇する。すると、エンジン１１へ
の吸入空気量が増加し、結果としてフィルタ２１へ流入
する排気ガス流量も増加することとなり、フィルタ２１
に捕集された微粒子の急燃焼が生じても、発生して熱は
増加した排気ガスにより持ち去られることとなり、フィ
ルタ２１の過昇温を未然に防止できる。

【００２４】ここで、本実施形態の排気浄化装置による
上述したフィルタ２１の強制再生制御及び破損防止制御
について詳細に説明する。

【００２５】強制再生実行制御において、図２に示すよ
うに、ステップＳ１にて、ＥＣＵ３０が各種センサ類出
力信号の読込を行い、ステップＳ２にて、フィルタ２１
に堆積した微粒子が所定量以上か否かを判定する。この
場合、フィルタ２１におけるＰＭ（微粒子）の堆積量は
フィルタ２１での圧力損失により推定する。即ち、予め
排気ガスの流量に対するフィルタ２１での圧力損失、こ
の圧力損失に対するＰＭ堆積量を算出し、排気ガスの流
量に応じた圧力損失−ＰＭ堆積量のマップを複数設定す
る一方、排気圧センサ２７，２８が検出したフィルタ２
１の上流側及び下流側の排気圧に基づいて圧力損失を算
出し、予め設定された複数にマップからこの圧力損失に
基づいてＰＭ堆積量を推定する。

【００２６】なお、フィルタ２１のＰＭ堆積量は、排気
圧センサ２７，２８の検出結果に基づいて推定する方法
に限らず、フィルタ２１の上流側及び下流側の差圧を検
出可能な差圧センサを用いたり、また、フィルタ２１に
退席した微粒子の自然着火が発生しにくいエンジンの低
回転低負荷運転の累積時間や、フィルタ２１に堆積した
微粒子が燃焼する自然着火の回数とエンジンの運転累積
時間とから推定するようにしてもよい。

【００２７】ステップＳ２では、推定したフィルタ２１
のＰＭ堆積量が所定値、つまり、フィルタ２１での圧力
損失が大きくなって燃焼効率が悪化してしまうようなＰ
Ｍ堆積量以上か否かを判定し、ＰＭ堆積量が所定値以上
であれば、ステップＳ３にて、強制再生モードに移行す
る。

【００２８】ここで強制再生モードに移行すると、図３
に示すように、ＥＣＵ３０は強制再生制御を行う。ステ
ップＳ１１にて、ＥＣＵ３０が各種センサ類出力信号の
読込を行い、ステップＳ１２にて、フィルタ２１に堆積
した微粒子に着火しているか否かを判定する。フィルタ
２１での微粒子の着火は、排気ガス温度が着火温度（例
えば、６００℃）以上で発生するものであり、ＰＭ着火
判定は、排気温センサ２５，２６が検出したフィルタ２
１の上下流側の排気温度Ｔ₁，Ｔ₂の平均値Ｔ _a＝（Ｔ
₁＋Ｔ₂）／２とＰＭ着火温度Ｔ₀との比較により行
う。即ち、ステップＳ１２では、平均排気温度Ｔ_aがＰ
Ｍ着火温度Ｔ₀以上でなければ、フィルタ２１の微粒子
が着火していないと判定し、ステップＳ１３でポスト噴
射を行い、ステップＳ１４でウエストゲートバルブ２４
を作動してバイパス通路２３を開放する。

【００２９】従って、ポスト噴射により排気管１７を通
して酸化触媒２２に還元剤としてのＣＯ，ＨＣが供給さ
れ、この酸化触媒２２ではＣＯ，ＨＣを触媒作用により
燃焼するために排気ガスが昇温される。そして、タービ
ン２０の入口における排気ガスが高温となり、ターボ過
給機１８に対するバイパス通路２３を通してフィルタ２
１に供給されて加熱されるため、フィルタ２１に堆積し
た微粒子が強制着火して燃焼する。

【００３０】そして、ステップＳ１６にて、フィルタ２
１の強制再生が完了したか否かを判定するが、この判定
は、前述した強制再生実行制御のステップＳ２における
ＰＭ堆積堆積量の判定と同様に、排気圧センサ２７，２
８が検出したフィルタ２１の上流側及び下流側の排気圧
の差圧に基づいて判定すればよく、別の方法であっても
よい。このステップＳ１６で、フィルタ２１の強制再生
が完了していなければ、ステップＳ１１に戻り、このス
テップＳ１１〜Ｓ１６までの処理を繰り返す。この処理
の間、ＰＭ着火状態が継続されていれば、ステップＳ１
２からステップＳ１５に移行してポスト噴射を停止す
る。

【００３１】なお、フィルタ２１に堆積する微粒子に着
火させるために、主燃料噴射の後の膨張行程または排気
行程に追加燃料を噴射するポスト噴射を実施したが、酸
化触媒２２にＨＣ，ＣＯなどの還元剤を供給することが
できれば、ポスト噴射に限るものではなく、例えば、酸
化触媒２２の上流の排気系に主燃料噴射とは別に燃料を
噴射する追加噴射でよく、また、主燃焼の燃焼状態が半
失火運転状態となるように噴射時期や燃料量を制御して
もよい。

【００３２】その後、ステップＳ１６で、フィルタ２１
の強制再生が完了したと判定されたら、ステップＳ１７
に移行し、ウエストゲートバルブ２４の強制開弁作動を
停止して通常制御とする。

【００３３】一方、この強制再生モードでの強制再生制
御の実行中に、フィルタ２１の破損防止制御が実行され
る。この破損防止制御では、図４に示すように、ステッ
プＳ２１にて、ＥＣＵ３０が各種センサ類出力信号の読
込を行い、ステップＳ２２にて、フィルタ２１が強制再
生（強制再生モード）中であるか否かを判定する。この
場合、強制再生実行制御のステップＳ３で強制再生モー
ドに移行するときに、強制再生モードフラグをセット
し、強制再生制御のステップＳ１６でフィルタ２１の強
制再生が完了したら、強制再生モードフラグをリセット
するように制御しており、ステップＳ２２での判定は、
強制再生モードフラグがセットされているか否かで行っ
ている。このステップＳ２２にて、フィルタ２１が強制
再生中であると判定されたら、ステップＳ２５に移行し
てエンジン１１が特定運転状態であるか否かを判定す
る。

【００３４】一方、ステップＳ２２でフィルタ２１が強
制再生中でないと判定されたら、ステップＳ２３で、Ｐ
Ｍ堆積量が所定値以上か否かを判定し、ＰＭ堆積量が所
定値以上であればステップＳ２４に移行し、ＰＭ堆積量
が所定値以上でなければ何もしないでこのルーチンを抜
ける。ステップＳ２４では、フィルタ２１に堆積した微
粒子が自然着火しているか否かを判定し、ＰＭ着火して
いれば、ステップＳ２５でエンジン１１が特定運転状態
であるか否かを判定するが、ＰＭ着火していなければ何
もしないでこのルーチンを抜ける。

【００３５】ステップＳ２５で判定する特定運転状態と
は、前述したように、フィルタ２１に流入する排気ガス
の流量が低下するようなエンジン回転数Ｎｅが低く、且
つ、燃料噴射量Ｑが少ないエンジン１１の低回転低負荷
運転状態やアイドル運転状態（図５に表すＡ領域）であ
る。ＥＣＵ３０は、エンジン回転数センサ２９が検出し
たエンジン回転数Ｎｅと、アクセル開度センサ３１が検
出したアクセル開度から算出した燃料噴射量Ｑとから図
５のマップに基づいて領域判定を行い、特定運転状態か
否かを判定する。

【００３６】ステップＳ２５で特定運転状態であると判
定されたら、ステップＳ２６でその継続時間を積算し、
ステップＳ２７で特定運転状態の継続時間が所定時間以
上であるか否かを判定する。即ち、フィルタ２１の微粒
子が燃焼する強制再生中あるいはＰＭ堆積量が所定値以
上で且つ微粒子が自然着火中に、エンジン１１が低回転
低負荷運転状態などに移行すると、フィルタ２１が高温
のままで排気ガス流量が極端に少なくなるため、排気ガ
スが微粒子の燃焼により発生した熱を持ち去ることがで
きず、フィルタ２１の極高温となって破損してしまう恐
れがある。ステップＳ２７で判定する所定時間は、フィ
ルタ２１の高温化による破損を防止するために制限時間
であり、特定運転状態の継続時間が所定時間以上でなけ
れば何もしないでこのルーチンを抜ける。

【００３７】そして、ステップＳ２７で特定運転状態の
継続時間が所定時間以上となったら、ステップＳ２８で
ポスト噴射を行い、ステップＳ２９でウエストゲートバ
ルブ２４を作動してバイパス通路２３を閉止する。従っ
て、ポスト噴射により排気管１７を通して酸化触媒２２
に還元剤としてのＣＯ，ＨＣが供給され、この酸化触媒
２２ではＣＯ，ＨＣを触媒作用により燃焼するために排
気ガスが昇温される。そして、タービン２０の入口にお
ける排気ガスが高温となって体積膨張し、バイパス通路
２３を通らずにターボ過給機１８のタービン２０に流入
する。このターボ過給機１８では流入した排気ガスのエ
ネルギが増大したため、タービン２０の仕事が増加して
ブースト圧が上昇し、即ち、コンプレッサ１９の仕事も
増加して吸入空気量が増加し、排気ガスの流量も増加す
ることとなる。その結果、フィルタ２１に堆積した微粒
子が急燃焼しても、発生した熱は増加した排気ガスによ
り持ち去られることとなり、フィルタ２１の過昇温を抑
制して破損を防止することができる。

【００３８】なお、上述の実施形態では、フィルタ２１
に流入する排気ガスの流量が低下する特定運転状態を、
エンジン回転数Ｎｅが低く、且つ、燃料噴射量Ｑが少な
いエンジン１１の低回転低負荷運転状態やアイドル運転
状態（図５に表すＡ領域）としたが、本発明は、この領
域に限定されるものではない。例えば、エンジン１１の
中・高回転無負荷運転状態にて、燃料カットが実行され
る（モータリング）と、排気ガスの流量が増大すること
となるが、このモータリング時にエキゾーストブレーキ
３２が作動すると、排気管１７のバルブが閉じて排気ガ
スの流れが止められるため、フィルタ２１に流入する排
気ガスの流量が極端に少なくなる特定運転状態となり、
この特定運転状態は、図５にＢ領域として表すことがで
きる。

【００３９】フィルタ２１の微粒子に自然着火あるいは
フィルタ２１が強制再生中であるときに、モータリング
時でエキゾーストブレーキ３２が作動することで、排気
ガス流量が極端に少なくなった特定運転状態に移行して
所定時間継続したら、前述と同様に、ポスト噴射を行う
と共にウエストゲートバルブ２４を作動してバイパス通
路２３を閉止する。従って、ポスト噴射により排気管１
７を通して酸化触媒２２にＣＯ，ＨＣが供給され、この
酸化触媒２２でＣＯ，ＨＣが触媒作用により燃焼して排
気ガスが昇温され、タービン２０の入口における排気ガ
スエネルギが増大し、タービン２０の仕事が増加するた
め、吸入空気量と共に排気ガスの流量が増加する。

【００４０】なお、上記モータリング時でエキゾースト
ブレーキ３２が作動していない状態でも、エンジン回転
数が低下して排気ガスの流量が低下する特定運転では、
ポスト噴射を実施して酸素濃度を低くしてもよい。

【００４１】一方、フィルタ２１が強制再生中でモータ
リング状態となっても、フィルタ２１の温度（平均排気
温度Ｔ_a）が低いときには、ポスト噴射を行うと共にウ
エストゲートバルブ２４を作動してバイパス通路２３を
開放することで、高温の排気ガスをバイパス通路２３を
通してフィルタ２１に供給して加熱することで、このフ
ィルタ２１の過冷却を防止することができる。

【００４２】なお、上述の実施形態では、ターボ過給機
１８をコンプレッサ１９とタービン２０を同軸上に連結
して構成し、排気管１７にバイパス通路２３を接続して
ウエストゲートバルブ２４を設けたが、ターボ過給機を
ブースト圧を調整可能とした可変容量式の過給機として
もよい。この可変容量式の過給機はタービンの周囲に多
数のノズルベーンを回動自在に配設して環状のリングに
より連結して構成され、アクチュエータによりリングを
介して各ノズルベーンの角度を変更することで、過給圧
を調整できる。

【００４３】この可変容量式の過給機を用いた排気浄化
装置では、フィルタ２１の強制再生制御にて、ポスト噴
射を行うと共に可変容量式の過給機によりブースト圧が
低下する方向に制御することで、ポスト噴射により還元
剤としてのＣＯ，ＨＣが酸化触媒２２に供給され、この
酸化触媒２２でＣＯ，ＨＣが触媒作用により燃焼して排
気ガスが昇温され、ブースト圧が低下することで高温の
排気ガスがフィルタ２１に容易に供給されて加熱される
ため、フィルタ２１に堆積した微粒子が強制着火して燃
焼し、フィルタ２１を再生することができる。

【００４４】また、フィルタ２１の破損防止制御にて、
排気ガス流量が極端に少なくなった特定運転状態が所定
時間継続したら、ポスト噴射を行うと共に可変容量式の
過給機によりブースト圧が上昇する方向に制御すること
で、ポスト噴射により還元剤としてのＣＯ，ＨＣが酸化
触媒２２に供給され、この酸化触媒２２でＣＯ，ＨＣが
触媒作用により燃焼して排気ガスが昇温され、ブースト
圧が上昇することでタービン２０の入口における排気ガ
スエネルギが増大し、タービン２０の仕事が増加するた
め、吸入空気量と共に排気ガスの流量が増加する。その
ため、フィルタ２１に堆積した微粒子が急燃焼しても、
発生して熱は増加した排気ガスにより持ち去られること
となり、フィルタ２１の過昇温を抑制して破損を防止す
ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、タービン及びコンプレッサを有するターボ過給機を
設け、このタービンの下流に排気ガス中の微粒子を捕集
するフィルタを設ける一方、タービンの上流に少なくと
も酸化機能を有する触媒装置を設け、フィルタに堆積し
た微粒子が自然着火したか否かあるいはフィルタが強制
再生中か否かを判定するフィルタ再生判定手段と、フィ
ルタに流入する排気ガスの流量が低下する特定運転状態
か否かを判定する運転状態判定手段とを設け、制御手段
は、フィルタ再生判定手段により微粒子が自然着火また
はフィルタが強制再生中であると判定され、運転状態判
定手段により特定運転状態であると判定されたとき、触
媒装置に還元剤を供給するので、タービン入口における
排気ガスを昇温、つまり、排気ガスのエネルギが増大
し、タービン仕事が増加してブースト圧が上昇し、即
ち、内燃機関への吸入空気量が増加して排気ガス流量も
増加し、フィルタに捕集された微粒子の急燃焼が生じて
も、発生して熱は増加した排気ガスにより持ち去られる
ため、フィルタの過昇温を抑制して破損を防止すること
ができる。

【００４６】請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置
によれば、ターボ過給機を排気系におけるタービンの上
流の排気ガスを下流にバイパスするウエストゲートバル
ブあるいはブースト圧調整機構から構成し、制御手段
は、触媒装置に還元剤を供給するときにこのウエストゲ
ートバルブを閉止制御あるいはブースト圧調整機構をブ
ースト圧が上昇する方向に制御するので、フィルタに堆
積した微粒子が着火した後に特定運転状態に移行する
と、触媒装置に還元剤を供給することで、タービン入口
における排気ガスを昇温し、且つ、ウエストゲートバル
ブを閉止あるいはブースト圧を上昇させることで、ウエ
ストゲートバルブあるいはブースト圧調整機構を介して
高温の排気ガスがタービンの下流にバイパスされること
がなくなり、効果的にタービン仕事を増加し、ブースト
圧が上昇する。即ち、内燃機関への吸入空気量が増加し
て排気ガス流量も増加し、フィルタに捕集された微粒子
の急燃焼が生じても、発生した熱は排気ガスにより持ち
去られ、フィルタの過昇温を未然に防止することができ
る。

【００４７】請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置
によれば、制御手段は、フィルタ再生判定手段により微
粒子が自然着火またはフィルタが強制再生中であると判
定され、運転状態判定手段により特定運転状態が所定期
間以上継続していると判定されたとき、触媒装置に還元
剤を供給するので、特定運転状態が所定期間以上継続し
ているときだけ、触媒装置に還元剤を供給することで、
排気ガス流量を増加してフィルタの過昇温を未然に防止
できる一方、内燃機関の特定運転状態が短いときには、
フィルタの過昇温が発生しないために排気ガスの流量を
増加させる必要はなく、無駄な還元剤の供給を防止する
ことができる。

【００４８】請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置
によれば、フィルタに捕集された微粒子の堆積量を推定
する堆積量推定手段を設け、ターボ過給機を排気系にお
けるタービンの上流の排気ガスを下流にバイパスするウ
エストゲートバルブあるいはブースト圧調整機構から構
成し、制御手段は、堆積量推定手段により推定された微
粒子の堆積量が所定値を越えたとき、触媒装置に還元剤
を供給すると共に、ウエストゲートバルブを開放制御あ
るいはブースト圧調整機構をブースト圧が低下する方向
に制御するので、フィルタにおける微粒子の堆積量が所
定値を越えてフィルタの強制再生が必要と判定されたと
き、触媒装置に還元剤を供給することで、タービン入口
における排気ガスを昇温し、且つ、ウエストゲートバル
ブを開放あるいはブースト圧を低下させることで、ウエ
ストゲートバルブあるいはブースト圧調整機構を介して
高温の排気ガスがタービンの下流にバイパスされるた
め、タービン仕事を増加させることなく効果的に排気ガ
スを昇温して微粒子を燃焼し、フィルタを再生すること
ができる。

【００４９】請求項５の発明の内燃機関の排気浄化装置
によれば、特定運転状態を、通常運転時及び燃料供給が
停止されたモータリング時にエキゾーストブレーキ作動
により排気ガス流量がある特定範囲にまで減少するよう
な運転状態とし、制御手段は、この特定運転状態にてフ
ィルタ再生判定手段により微粒子が自然着火またはフィ
ルタが強制再生中であると判定されると、触媒装置に還
元剤を供給するので、フィルタに堆積した微粒子が自然
着火あるいはフィルタの強制再生により微粒子が着火し
た後に、内燃機関が高回転高負荷領域で燃料の供給が停
止され、エキゾーストブレーキが作動してフィルタに流
入する排気ガスの流量が低下する特定運転状態に移行す
ると、触媒装置に還元剤を供給することで、タービン入
口における排気ガスを昇温してタービン仕事が増加して
ブースト圧が上昇する。即ち、内燃機関への吸入空気量
の増加で排気ガス流量も増加し、フィルタに捕集された
微粒子の急燃焼が生じても、発生した熱は増加した排気
ガスにより持ち去られることとなり、エキゾーストブレ
ーキのブレーキ特性を確保しながら、フィルタの過昇温
を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化
装置の概略構成図である。

【図２】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置によるフ
ィルタの強制再生実行の制御のフローチャートである。

【図３】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置によるフ
ィルタの強制再生制御のフローチャートである。

【図４】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置によるフ
ィルタの強制再生中における破損防止制御のフローチャ
ートである。

【図５】ディーゼルエンジンにおける特定運転状態を説
明するためのグラフである。

【符号の説明】

１１ディーゼルエンジン（内燃機関）１７排気管１８ターボ過給機１９コンプレッサ２０タービン２１ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、
フィルタ）２２酸化触媒（触媒装置）２３バイパス通路２４ウエストゲートバルブ２５，２６排気温センサ２７，２８排気圧センサ２９エンジン回転数センサ３０ＥＣＵ、電子コントロールユニット（フィルタ再
生判定手段、運転状態判定手段、制御手段）３１アクセル開度センサ３２エキゾーストブレーキスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/38 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ３Ｇ３０１ 43/00 ３０１３０１Ｒ３０１ＴＦ０２Ｂ 37/12 ３０１Ａ (72)発明者川谷聖東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者平沼智東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者河合健二東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者橋詰剛東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者百目木礼子東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA15 EA16 FA35 GA04 GB25 GB28 GD03 GD08 HA05 HA18 JA02 JA16 JA24 JA28 JA39 3G084 AA01 BA08 BA13 BA15 CA06 DA10 DA19 EB02 EB16 EC03 FA06 FA10 FA27 FA33 3G090 AA02 BA01 CA04 CB02 DA04 DA12 DA18 DB07 EA02 EA05 3G091 AA02 AA10 AA18 AB02 AB13 BA08 CB02 CB03 DA02 DB10 EA01 EA07 EA17 EA32 FA19 HA15 HA36 HA37 HB06 3G092 AA02 AA18 AB03 BB01 BB06 BB13 DB03 DE03S DG07 EA01 FA18 GA13 HD01Z HD08Z HE01Z HF08Z HF26Z 3G301 HA02 HA06 HA11 JA24 KA00 KA16 KA26 LB11 LC01 MA23 NA08 PD11Z PD14Z PE01Z PF03Z PF05Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられたタービン
及び吸気系に設けられたコンプレッサを有するターボ過
給機と、前記排気系における前記タービンの下流に設け
られて排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタと、前記
排気系における前記タービンの上流に設けられて少なく
とも酸化機能を有する触媒装置と、前記フィルタに堆積
した微粒子が自然着火したか否かあるいは前記フィルタ
が強制再生中か否かを判定するフィルタ再生判定手段
と、前記フィルタに流入する排気ガスの流量が低下する
特定運転状態か否かを判定する運転状態判定手段と、前
記フィルタ再生判定手段により微粒子が自然着火または
前記フィルタが強制再生中であると判定されて前記運転
状態判定手段により前記特定運転状態であると判定され
たときに前記触媒装置に還元剤を供給する制御手段とを
具えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】請求項１において、前記ターボ過給機
は、前記排気系における前記タービンの上流の排気ガス
を該タービンの下流にバイパスするウエストゲートバル
ブあるいはブースト圧を可変制御可能なブースト圧調整
機構を有し、前記制御手段は、前記触媒装置に還元剤を
供給するとき、前記ウエストゲートバルブを閉止制御あ
るいは前記ブースト圧調整機構をブースト圧が上昇する
方向に制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項３】請求項１において、前記制御手段は、前
記フィルタ再生判定手段により微粒子が自然着火または
前記フィルタが強制再生中であると判定されて前記運転
状態判定手段により前記特定運転状態が所定期間以上継
続していると判定されたとき、前記触媒装置に還元剤を
供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】請求項１において、前記フィルタに捕集
された微粒子の堆積量を推定する堆積量推定手段を設
け、前記ターボ過給機は、前記排気系における前記ター
ビンの上流の排気ガスを該タービンの下流にバイパスす
るウエストゲートバルブあるいはブースト圧を可変制御
可能なブースト圧調整機構を有し、前記制御手段は、前
記堆積量推定手段により推定された微粒子の堆積量が所
定値を越えたとき、前記触媒装置に還元剤を供給すると
共に、前記ウエストゲートバルブを開放制御あるいは前
記ブースト圧調整機構をブースト圧が低下する方向に制
御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】請求項１において、前記特定運転状態
は、通常運転時及び燃料供給が停止されたモータリング
時にエキゾーストブレーキ作動により排気ガス流量があ
る特定範囲にまで減少するような運転状態であり、前記
制御手段は、この特定運転状態にて前記フィルタ再生判
定手段により微粒子が自然着火または前記フィルタが強
制再生中であると判定されると、前記触媒装置に還元剤
を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。