JP2003222040A - パティキュレートフィルタの再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パティキュレートフィルタの酸化触媒上で添
加燃料が処理しきれなくなるような事態を確実に回避し
得るようにしたパティキュレートフィルタの再生方法を
提供する。 【解決手段】 排気管４途中に装備した触媒再生型のパ
ティキュレートフィルタ６より上流側で排気ガス３中に
燃料を添加し、その添加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の強制再生を図る方法に関し、運転状態に基づ
いて決定される燃料添加量の目標値が所定の変化量を超
えて急激に増加する際に、その燃料添加量が徐々に増加
して目標値に達するように燃料添加を徐変制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パティキュレート
フィルタの再生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、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り、パティキュレートの堆積量が増
加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側
の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。

【０００７】つまり、パティキュレートフィルタより上
流側で燃料を添加すれば、その添加された燃料がパティ
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。

【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、ディーゼルエンジンの運転状態に基づいてパ
ティキュレートフィルタの触媒床温度を所定温度まで上
げるのに必要な燃料添加量の目標値を算出し、その目標
値に見合う燃料添加を実行する制御が考えられている
が、燃料添加が制限される走行状態、例えばアイドル、
急加速、減速等の状態から燃料添加が可能な走行状態へ
移行した際に、急激に燃料添加量が増加されてしまう
と、その燃料添加開始直後の触媒床温度が高いほど燃料
冷却による温度低下が激しくなるという不具合が起こ
り、添加燃料がパティキュレートフィルタの酸化触媒上
で処理しきれずにパティキュレートフィルタ後方へ通り
抜けて白煙を生じる虞れがあった。

【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の酸化触媒上で添加燃料
が処理しきれなくなるような事態を確実に回避し得るよ
うにしたパティキュレートフィルタの再生方法を提供す
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、排気管途中に
装備した触媒再生型の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し、その添加燃料がパテ
ィキュレートフィルタの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パ
ティキュレートフィルタの強制再生を図る方法におい
て、運転状態に基づいて決定される燃料添加量の目標値
が所定の変化量を超えて急激に増加する際に、その燃料
添加量が徐々に増加して目標値に達するように燃料添加
を徐変制御する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、燃料添加量の
目標値が所定の変化量を超えて急激に増加する場合であ
っても、パティキュレートフィルタの酸化触媒上での処
理能力に見合う比較的少ない量から燃料添加が開始さ
れ、その燃料添加量が徐々に増加して目標値に達するよ
うに燃料添加が実行されるので、燃料添加量の段階的な
増加に伴い酸化反応熱で触媒床温度が徐々に上昇し、こ
の触媒床温度の上昇に追従してパティキュレートフィル
タの酸化触媒上での処理能力が向上する結果、パティキ
ュレートフィルタの酸化触媒上での処理能力を超えた過
剰な量の燃料添加が回避されることになる。

【００１２】また、本発明においては、パティキュレー
トフィルタ直後の排気温度に応じて当該温度下で確実に
全ての添加燃料を酸化処理することが可能な燃料添加量
の上限値を選定し、その選定された上限値を超えないよ
う燃料添加量を制限して燃料添加の徐変制御を実行する
と良い。

【００１３】このようにすれば、パティキュレートフィ
ルタの触媒床温度が比較的高い時の処理能力を前提とし
て燃料添加量が運転状態から決定されるようになってい
たとしても、パティキュレートフィルタ直後の排気温度
に応じて選定された上限値を超えないように燃料添加量
が制限されるので、パティキュレートフィルタの触媒床
温度が低い場合でも処理能力を超えた過剰な量の燃料添
加が回避されることになる。

【００１４】

【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。

【００１５】図１〜図３は本発明を実施する形態の一例
を示すもので、本形態例のパティキュレートフィルタの
再生方法においては、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。

【００１６】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。

【００１７】そして、フィルタケース７の出口パイプ９
には、排気ガス３の温度を計測するための温度センサ１
０が装備され、該温度センサ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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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に基づき通常マッ
プに基づく燃料噴射信号１２ａが決定されるようになっ
ている一方、パティキュレートフィルタ６の強制再生を
行う際に通常マップから強制再生マップに切り替わり、
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１２ａが決定さ
れるようになっている。

【００２１】つまり、このように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
ュレートが自然燃焼されることになる。

【００２２】ここで、前述した制御装置１１における通
常マップから強制再生マップへの切り替えは、ディーゼ
ルエンジン１の運転状態に基づきパティキュレートフィ
ルタ６内の堆積量を推定し、その推定された堆積量が所
定の上限値を超えた時にマップ切り替えを行うようにす
れば良い。

【００２３】例えば、ディーゼルエンジン１の運転状態
に基づきパティキュレートの発生量を推定する一方、現
在の運転状態についてパティキュレートの処理量が捕集
量を上まわる再生領域にあるか否かを判定し、現在の運
転状態が再生領域にあると判定されている間にパティキ
ュレートの発生量を除外し且つ非再生領域でのパティキ
ュレートの発生量のみを積算してパティキュレートフィ
ルタ６内の堆積量とする機能を全て制御装置１１が兼ね
備えるようにし、該制御装置１１によりパティキュレー
トの堆積量の推定を実行できるようにすれば良い。

【００２４】そして、本形態例においては、制御装置１
１にてパティキュレートフィルタ６の強制再生が実行さ
れるにあたり、図３のフローチャートに示す如き具体的
な制御手順が採られて、パティキュレートフィルタ６へ
の燃料添加量の制御、即ち、燃料噴射装置１２のポスト
噴射の制御が実行されるようになっている。

【００２５】図３のフローチャートに関し、ステップＳ
１にて回転センサ１４からの回転数信号１４ａに基づき
ディーゼルエンジン１の回転数が抽出される一方、ステ
ップＳ２にてアクセルセンサ１３からのアクセル開度信
号１３ａに基づく燃料噴射信号１２ａの決定時に判明し
ている燃料の噴射量が抽出され、これら回転数と噴射量
とによるポスト噴射量マップからステップＳ３にてディ
ーゼルエンジン１の運転状態に基づくポスト噴射量（強
制再生のための燃料添加量）のマップ値が読み出される
ようになっている。

【００２６】他方、このようなステップＳ１〜ステップ
Ｓ３によるポスト噴射量のマップ値の決定手順と並行し
て、以下に詳述する如き手順で徐変時用ポスト噴射量の
今回値が決定されるようになっている。

【００２７】即ち、本形態例では、ポスト噴射量の目標
値が所定の変化量を超えて急激に増加する際に、そのポ
スト噴射量が徐々に増加して目標値に達するように徐変
させる手法を採用しており、先ずステップＳ４におい
て、現在の状態がポスト噴射量の徐変中ではなく、しか
も、ポスト噴射量のマップ値からポスト噴射量の前回値
を減算した値が所定の徐変判定用変化量を超えている、
という二条件が同時に満たされているか否かが判定され
るようになっている。

【００２８】そして、ステップＳ４で二条件が同時に満
たされていると判定された場合には、今回のポスト噴射
を実行するに当たり徐変が必要であるということを意味
しているので、ステップＳ５へと進んでポスト噴射量の
徐変が開始され、次のステップＳ６にて徐変時用ポスト
噴射量の初期設定値がポスト噴射量の前回値（直前に行
われたポスト噴射の量）よりも大きいか否かが判定され
るようになっている。

【００２９】ここで、徐変時におけるポスト噴射量の初
期設定値とは、ポスト噴射量を徐々に増加して目標値に
到達させるための徐変開始噴射量のことを指しており、
この徐変開始噴射量は酸化触媒の反応初期処理可能量よ
り一義的に決まるようになっている。

【００３０】更に、ステップＳ６でポスト噴射量の前回
値よりも初期設定値が大きいと判定された場合には、ス
テップＳ７へと進んで徐変時用ポスト噴射量の今回値と
して前記初期設定値がそのまま選定されるようになって
いる。

【００３１】また、先のステップＳ４で二条件が同時に
満たされていない場合には、ステップＳ８へと進んで、
現在の状態がポスト噴射量の徐変中で、しかも、ポスト
噴射量のマップ値からポスト噴射量の前回値を引算した
値が所定の徐変判定用変化量以下である、という二条件
が同時に満たされているか否かが判定されるようになっ
ている。

【００３２】そして、ステップＳ８で二条件が同時に満
たされていると判定された場合には、今回のポスト噴射
を実行するに当たり徐変が不必要（徐変制御をかけなく
ても不具合が生じない）であるということを意味してい
るので、ステップＳ９へと進んでポスト噴射量の徐変が
終了され、次のステップＳ１０に進んで徐変時用ポスト
噴射量の今回値としてポスト噴射量の前回値が選定され
るようになっている。

【００３３】尚、先のステップＳ６にてポスト噴射量の
前回値が初期設定値以上となっていた場合にもステップ
Ｓ１０へと進んで徐変時用ポスト噴射量の今回値として
ポスト噴射量の前回値が選定されるようになっている。

【００３４】また、先のステップＳ８で二条件が同時に
満たされていない場合には、ステップＳ１１へと進んで
現在の状態がポスト噴射量の徐変中であるか否かが確認
され、ここで徐変中であると確認された場合には、ステ
ップＳ１２へと進んで徐変が継続され、次のステップＳ
１３にて徐変時用ポスト噴射量の今回値としてポスト噴
射量の前回値に徐変ｎ回目増分を加算した値が選定され
るようになっている。

【００３５】ここで、ステップＳ１３における徐変時用
ポスト噴射量の今回値の算出が何回目（ｎ回目）に当る
かは、制御装置１１内のカウンタでカウントされるよう
になっている。

【００３６】尚、先のステップＳ１１にて徐変中ではな
いと判定された場合には、ステップＳ１０へと進んで徐
変時用ポスト噴射量の今回値としてポスト噴射量の前回
値が選定されるようになっている。

【００３７】そして、ステップＳ３からのポスト噴射量
マップ値と、ステップＳ７，ステップＳ１０，ステップ
Ｓ１３の何れかからの徐変時用ポスト噴射量の今回値と
がステップＳ１４へと導かれ、ここで徐変中ではないと
判定された場合に、ステップＳ１５に進んでステップＳ
３からのポスト噴射量マップ値がポスト噴射量選択値と
して採用され、徐変中であると判定された場合には、ス
テップＳ１６に進んでステップＳ７，ステップＳ１０，
ステップＳ１３の何れかからの徐変時用ポスト噴射量の
今回値がポスト噴射量選択値として採用されるようにな
っている。

【００３８】更に、ステップＳ１５，ステップＳ１６の
何れかからのポスト噴射量選択値がステップＳ１７へと
導かれ、ここで排気ブレーキが作動していると判定され
た場合に、ステップＳ１８に進んでポスト噴射量の今回
値が「０」（ポスト噴射量しない）となるが、排気ブレ
ーキが作動していないと判定された場合にはステップＳ
１９に進み、ステップＳ２０で温度センサ１０からの検
出信号１０ａに基づいて排気温度と上限値のテーブルか
ら読み出したポスト噴射量の上限テーブル値と、ステッ
プＳ１５，ステップＳ１６の何れかからのポスト噴射量
選択値とが比較され、このポスト噴射量選択値が上限テ
ーブル値以上であった場合に、ステップＳ２１へと進ん
でポスト噴射量の今回値として上限テーブル値が採用さ
れるようになっている。

【００３９】ここで、ポスト噴射量の上限テーブル値と
は、パティキュレートフィルタ６直後の排気温度に応じ
て当該温度下で確実に全ての添加燃料を酸化処理するこ
とが可能な燃料添加量の上限値のことを指しており、こ
の上限値はテーブルからの読み出しにより排気温度毎に
一義的に決まるようになっている。

【００４０】そして、先のステップＳ１９にてポスト噴
射量選択値が上限テーブル値を下まわっていた場合に
は、ステップＳ１５，ステップＳ１６の何れかからのポ
スト噴射量選択値が採用されるようになっている。

【００４１】尚、ポスト噴射量の今回値として「０」又
は上限テーブル値が採用された場合には徐変が解除さ
れ、ステップＳ１３における徐変時用ポスト噴射量の今
回値の算出が何回目（ｎ回目）に当るかをカウントする
制御装置１１内のカウンタがリセットされるようになっ
ている。

【００４２】而して、斯かる制御装置１１により排気浄
化装置を運転すれば、燃料噴射装置１２によるポスト噴
射の目標値が所定の変化量を超えて急激に増加する場合
であっても、パティキュレートフィルタ６の酸化触媒上
での処理能力に見合う比較的少ない量からポスト噴射量
が開始され、そのポスト噴射量が徐々に増加して目標値
に達するように燃料添加が実行されるので、このような
ポスト噴射量の段階的な増加に伴い酸化反応熱で触媒床
温度が徐々に上昇し、この触媒床温度の上昇に追従して
パティキュレートフィルタ６の酸化触媒上での処理能力
が向上する結果、パティキュレートフィルタ６の酸化触
媒上での処理能力を超えた過剰な量の燃料添加が回避さ
れることになる。

【００４３】また、パティキュレートフィルタ６直後の
排気温度に応じてポスト噴射量の上限値を上限テーブル
値として選定し、その選定された上限テーブル値を超え
ないようポスト噴射量を制限しているので、パティキュ
レートフィルタ６の触媒床温度が比較的高い時の処理能
力を前提としてポスト噴射量が運転状態から決定される
ようになっていたとしても、パティキュレートフィルタ
６の触媒床温度が低い場合に処理能力を超えた過剰な量
の燃料添加が回避されることになる。

【００４４】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の酸化触媒上での処理能力を超えた過
剰な量の燃料添加を回避することにより、パティキュレ
ートフィルタ６の酸化触媒上で添加燃料が処理しきれな
くなるような事態を確実に回避できるので、未処理の添
加燃料による白煙発生を確実に防止することができ、し
かも、無駄な燃焼添加を回避することで燃費の悪化を抑
制することもできる。

【００４５】また、特に本形態例においては、パティキ
ュレートフィルタ６直後の排気温度に応じて選定された
上限テーブル値を超えないようにポスト噴射量が制限さ
れるので、パティキュレートフィルタ６の触媒床温度が
比較的高い時の処理能力を前提としてポスト噴射量が運
転状態から決定されるようになっていたとしても、パテ
ィキュレートフィルタ６の触媒床温度が低い場合に処理
能力を超えた過剰な量の燃料添加が行われる虞れを未然
に回避することができ、より一層確実に白煙発生を防止
し且つ燃費の悪化を抑制することができる。

【００４６】尚、本発明のパティキュレートフィルタの
再生方法は、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より上流側で排気ガス中
に燃料を添加する手段として、燃料噴射装置の噴射パタ
ーンを切り替えることによりメイン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
場合を例示しているが、この種の燃料添加の手段として
は、例えば、排気マニホールドから排気管にかけての排
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
ガス中に添加するようにすることも可能であること、ま
た、具体的に実施する場合の制御手順は図３のフローチ
ャートに限定されないこと、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。

【００４７】

【発明の効果】上記した本発明のパティキュレートフィ
ルタの再生方法によれば、下記の如き種々の優れた効果
を奏し得る。

【００４８】（Ｉ）本発明の請求項１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処理
能力を超えた過剰な量の燃料添加を回避することによ
り、パティキュレートフィルタの酸化触媒上で添加燃料
が処理しきれなくなるような事態を確実に回避できるの
で、未処理の添加燃料による白煙発生を確実に防止する
ことができ、しかも、無駄な燃焼添加を回避することで
燃費の悪化を抑制することもできる。

【００４９】（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明に
よれば、パティキュレートフィルタの触媒床温度が比較
的高い時の処理能力を前提として燃料添加量が運転状態
から決定されるようになっていたとしても、パティキュ
レートフィルタ直後の排気温度に応じて選定された上限
値を超えないように燃料添加量が制限されるので、パテ
ィキュレートフィルタの触媒床温度が低い場合に処理能
力を超えた過剰な量の燃料添加が行われる虞れを未然に
回避することができ、より一層確実に白煙発生を防止し
且つ燃費の悪化を抑制することができる。

【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】図１の制御装置による具体的な制御手順を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１ ディーゼルエンジン ３ 排気ガス ４ 排気管 ６ パティキュレートフィルタ １０ 温度センサ １０ａ 検出信号 １１ 制御装置 １２ 燃料噴射装置 １２ａ 燃料噴射信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡野 隆行 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 DA02 DA10 DA25 EA11 EB09 EB24 EC01 FA10 FA18 FA27 3G090 AA03 EA04 3G301 HA02 JA02 JA26 MA11 MA15 MA18 MA23 MA26 MA27 NA08 NB02 NC04 NC08 NE01 NE03 NE17 PA17Z PD11Z PF03Z

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気管途中に装備した触媒再生型のパテ
   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
   添加し、その添加燃料がパティキュレートフィルタの酸
   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パティキュレートフィルタの
   強制再生を図る方法において、運転状態に基づいて決定
   される燃料添加量の目標値が所定の変化量を超えて急激
   に増加する際に、その燃料添加量が徐々に増加して目標
   値に達するように燃料添加を徐変制御することを特徴と
   するパティキュレートフィルタの再生方法。
2. 【請求項２】 パティキュレートフィルタ直後の排気温
   度に応じて当該温度下で確実に全ての添加燃料を酸化処
   理することが可能な燃料添加量の上限値を選定し、その
   選定された上限値を超えないよう燃料添加量を制限して
   燃料添加の徐変制御を実行することを特徴とする請求項
   １に記載のパティキュレートフィルタの再生方法。