JP2004060582A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＤＰＦ１３の温度を上昇させて煤を燃焼させるべく、燃料の後噴射を行なうようにしたエンジンにおいて、この後噴射燃料がＤＰＦ１３に付着し急激に燃焼して該ＤＰＦ１３が割れてしまうことを防止する。
【解決手段】ＤＰＦ１３よりも上流側の排気通路１１に酸化触媒１２を配置し、酸化触媒１２及びＤＰＦ１３の温度が低いときは後噴射時期を進角させて後噴射燃料を気筒内で燃焼させることにより、後噴射燃料がＤＰＦ１３に流れることを防止するとともに、排気温度を高めて酸化触媒１２及びＤＰＦ１３の早期昇温を図る。酸化触媒１２の温度が高くなった後は後噴射時期を遅角させて後噴射燃料を酸化触媒１２に供給し、そこでの触媒反応熱を利用してＤＰＦ１３の昇温を図る。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気通路にＤＰＦを備えたディーゼルエンジンに関し、特開２００１−３０３９８０号公報には、ＤＰＦに捕集された煤の低減が要求されたときに、該ＤＰＦの温度を上昇させて煤を燃焼させることが記載されている。すなわち、それは、燃料噴射弁により、気筒の圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射を行なうとともに、この主噴射後の膨張行程で燃料を噴射する後噴射を実行して該燃料をＤＰＦに供給する、というものである。この場合、燃料はＤＰＦによって酸化され、その際の反応熱でＤＰＦの温度が上昇し、煤が燃焼することになる。
【０００３】
また、上記後噴射に先駆けて、排気通路の排気流量を絞ることによって排気温度を上昇させることも同公報には記載されている。さらに、同公報には、ＤＰＦ温度が所定温度未満のときに上記排気流量の絞りによって排気温度を上昇させ、ＤＰＦ温度が所定温度以上になったときに上記後噴射による燃料の供給を行なうことも記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記後噴射はＤＰＦの温度上昇に有効であるものの、この後噴射された燃料がそのままＤＰＦに到達して付着すると、ＤＰＦの温度が高くなったときに先の付着燃料が急激に燃焼してＤＰＦの割れを招くおそれがある。特に、ＤＰＦがモノリスハニカム型のセラミック製フィルタであって、そのハニカムのセルの入口と出口とが交互に目封じされたウォールフロータイプのものであると、付着燃料の急激な燃焼によって生ずる燃焼圧力や温度の急上昇により、ＤＰＦが割れ易い。
【０００５】
本発明の課題は、このような後噴射によるＤＰＦの割れの問題を解決することにある。
【０００６】
また、本発明の課題は、ＤＰＦの煤の低減が要求されたときにその温度を速やかに上昇させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題に対して、ＤＰＦの煤の低減が要求されたときでも後噴射燃料の供給によるＤＰＦの昇温が図れない状況にあるときは、この後噴射を進角させて実行するようにした。
【０００８】
まず、請求項１に係る発明は、ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、
上記エンジンの排気通路に配置され排気中の煤を捕集するＤＰＦと、
上記ＤＰＦに捕集された煤の低減が要求されたときに、該ＤＰＦの温度を上昇させるべく、上記燃料噴射弁により圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後の膨張行程又は圧縮行程に燃料を噴射する後噴射を実行する噴射制御手段とを備えているエンジンの排気浄化装置において、
上記ＤＰＦの温度を検出する検出手段を備え、
上記噴射制御手段は、上記検出手段によって検出されたＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときは該所定温度Ｔｆｏより高いときよりも上記後噴射の時期を進角させることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、燃料の後噴射を実行する場合、その噴射時期が進角するほど（早くなるほど）、気筒内で燃焼する燃料の割合が多くなり、気筒から排出される未燃燃料が少なくなる。そこで、本発明では、ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときは、後噴射時期を進角させることによって、ＤＰＦに未燃焼のまま供給される燃料を少なくし、ＤＰＦに付着した燃料が急激に燃焼してＤＰＦが割れる、という問題を解消するようにした。また、後噴射時期の進角によって圧縮行程上死点後に気筒内で燃焼する後噴射燃料が多くなり、それだけ排気温度が高くなるから、ＤＰＦの温度を煤の燃焼が可能になる温度まで速やかに上昇させる上で有利になる。
【００１０】
そうして、ＤＰＦの温度が上記所定温度Ｔｆｏより高くなると、後噴射時期の遅角によって未燃焼のまま排気通路に排出される後噴射燃料の量が多くなり、該後噴射燃料の燃焼を利用してＤＰＦに捕集されている煤を燃焼させ、該ＤＰＦの再生（煤捕集能力の回復）を図ることができる。ＤＰＦの温度が高いときは、後噴射燃料がＤＰＦに到達しても直ちに燃焼するから（ＤＰＦ温度が低いときのように後噴射燃料がＤＰＦに多量に付着してその付着燃料が一気に燃焼する、ということがないから）、過大な燃焼圧力が発生したり、温度が急上昇することがなく、ＤＰＦの割れを招くことは避けられる。
【００１１】
この場合、上記所定温度Ｔｆｏとしては、上記ＤＰＦが煤を燃焼を開始するようになる温度又はその温度近傍に定めればよく、ＤＰＦに酸化触媒を塗布していないケースでは例えば５００〜５５０℃付近、酸化触媒を塗布したケースではそれよりも低い温度に設定すればよい。また、ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときの後噴射時期は例えばＡＴＤＣ（圧縮行程上死点後）３０゜ＣＡ以上６０゜ＣＡ未満（ＣＡはクランク角度のこと。）とすればよい。ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏより高くなったときの後噴射時期は例えばＡＴＤＣ６０゜ＣＡ以上１２０゜ＣＡ以下（好ましくは、８０゜ＣＡ以上１００゜ＣＡ以下）にすればよい。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記噴射制御手段は、上記ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときは、上記主噴射された燃料の燃焼による熱発生率が略零になるクランク角度の５度前から該クランク角度の１０度後までの期間に、上記燃焼室において上記後噴射された燃料の燃焼が開始するように、該後噴射を実行することを特徴とする。
【００１３】
すなわち、ＤＰＦに捕集された煤の低減が要求されたときでも、ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときは、煤の燃焼除去が困難であるから、エンジンから排出される煤の量をできるだけ少なくする必要があり、また、未燃燃料の排出も少なくする必要がある。そこで、本発明では、そのようなときは、主燃焼（主噴射された燃料の燃焼）の熱発生率が略零になる頃に燃焼室において後噴射燃料の燃焼が開始するように、当該後噴射を実行するようにしたものである。
【００１４】
この点を具体的に説明すると、ディーゼルエンジンにおける煤の生成機構は、気筒内において局所的に生じた過濃混合気の熱分解によって一次粒子が形成され、これが重・縮合を繰り返すことによって煤の核が生成し、それが高温雰囲気において成長・凝集することによって所謂煤を生ずる、と一般には考えられている。そうして、このような煤核の成長・凝縮は、燃料の拡散燃焼が終わりに近付く頃まで、つまり、熱発生率が略零になる頃まで続いていると考えられる。
【００１５】
そこで、主燃焼の熱発生率が略零になった頃に後噴射燃料の燃焼が開始するようにして、上記拡散燃焼によって生ずる煤の再燃焼を促してその量を低減するようにしたものである。また、後噴射燃料の燃焼によって未燃燃料の排出量が少なくなるとともに、排気温度が上昇するから、ＤＰＦの温度を速やかに上昇させる上でも有利である。
【００１６】
請求項３に係る発明は、ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、
上記エンジンの排気通路に配置され排気中の煤を捕集するＤＰＦと、
上記ＤＰＦに捕集された煤の低減が要求されたときに、該ＤＰＦの温度を上昇させるべく、上記燃料噴射弁により圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後の膨張行程又は圧縮行程に燃料を噴射する後噴射を実行する噴射制御手段とを備えているエンジンの排気浄化装置において、
上記ＤＰＦよりも上流側の排気通路に配置され、上記燃料噴射弁によって供給された燃料を燃焼させる燃焼手段と、
上記燃焼手段の、燃料の燃焼性の高低に関する状態を検出する検出手段とを備え、
上記噴射制御手段は、上記検出手段によって検出された上記燃焼手段の燃料燃焼性の高低に関する状態が所定レベル以下のときは該所定レベルより高いときよりも上記後噴射の時期を進角させることを特徴とする。
【００１７】
従って、ＤＰＦよりも上流側において後噴射燃料が燃焼して排気温度が上昇する。そのことによってＤＰＦの温度が上昇して該ＤＰＦに捕集されている煤が燃焼し、該ＤＰＦの再生（煤捕集能力の回復）が図れることになる。また、ＤＰＦに後噴射燃料が付着してから着火燃焼することが避けられるから、該ＤＰＦの割れを防止することができる。
【００１８】
そうして、上記燃焼手段が燃料を燃焼し難い状態にあるときは、後噴射時期が進角されるため、上記燃焼手段やＤＰＦに後噴射燃料が未燃焼のまま多量に供給されることが避けられ、燃焼手段に悪影響を及ぼしたり、ＤＰＦに付着した燃料が急激に燃焼してＤＰＦが割れることが防がれる。また、後噴射時期の進角によって排気温度が高くなるから、燃焼手段の燃料燃焼性を速やかに高める、さらにはＤＰＦの温度を煤の燃焼が可能になる温度まで速やかに上昇させる上で有利になる。
【００１９】
上記燃焼手段としては、次の請求項４に記載の酸化触媒の他、グロープラグ、スパークプラグ、セラミック製蓄熱体などの燃料着火手段を採用することができる。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項３において、
上記燃焼手段は酸化触媒であり、
上記検出手段は、上記酸化触媒の温度を検出する温度検出手段であり、
上記噴射制御手段は、上記温度検出手段によって検出された上記酸化触媒の温度が所定温度Ｔｃｏ以下のときに上記後噴射の時期を進角させることを特徴とする。
【００２１】
この場合は、後噴射燃料が酸化触媒で酸化され、その反応熱で排気温度が上昇してＤＰＦ温度が上昇することになる。しかし、酸化触媒の温度が低いとき、すなわち、酸化触媒が未だ十分に活性を発現する温度になっておらず、後噴射燃料を燃焼させることができないときは、後噴射を実行しても、この後噴射された燃料が酸化されずにＤＰＦに供給されてしまい、その後に該ＤＰＦにおいて着火燃焼して該ＤＰＦの割れを招くおそれがある。そこで、本発明では、酸化触媒の温度が所定温度Ｔｃｏ以下のときは上記後噴射の時期を進角させるようにしたものである。
【００２２】
請求項５に係る発明は、請求項４において、
上記ＤＰＦの温度を検出する検出手段を備え、
上記噴射制御手段は、上記酸化触媒の温度が所定温度Ｔｃｏよりも高いときにおいて、上記検出手段によって検出された上記ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下ときは、該所定温度Ｔｆｏより高いときよりも、所定時間当たりの上記後噴射の量を少なくすることを特徴とする。
【００２３】
従って、酸化触媒が後噴射燃料を燃焼することができる活性状態になったときは、少量の後噴射燃料の供給によって触媒反応を促進させ、その反応熱によってＤＰＦの温度を煤の燃焼が可能になる温度に速やかに上昇させることができ、ＤＰＦの温度が上昇した後は、後噴射燃料の増量によりＤＰＦへも後噴射燃料を供給して燃焼させ、煤を速やかに燃焼除去することができる。
【００２４】
所定時間当たりの後噴射量を少なくするとは、例えば多気筒エンジンにおいて１つの気筒に対する１回の後噴射量を減少させる場合と、この１回の後噴射量は変えずに、主噴射後に後噴射を実行する気筒数を減少させる場合とを含む意味である。
【００２５】
請求項６に係る発明は、請求項３において、
上記噴射制御手段は、上記燃焼手段の燃料燃焼性の高低に関する状態が所定レベル以下のときは、上記主噴射された燃料の燃焼による熱発生率が略零になるクランク角度の５度前から該クランク角度の１０度後までの期間に、上記燃焼室において上記後噴射された燃料の燃焼が開始するように、該後噴射を実行することを特徴とする。
【００２６】
従って、上記燃焼手段が燃料を燃焼し難い状態にあるときは、主燃焼の熱発生率が略零になった頃に後噴射燃料の燃焼が開始するから、主噴射燃料の拡散燃焼によって生ずる煤の再燃焼を促してその量を低減することができるとともに、未燃燃料の排出量を減らすことができ、さらに排気温度が上昇するから、ＤＰＦの温度を速やかに上昇させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、ＤＰＦに捕集された煤の低減が要求されたときに、後噴射を実行して該ＤＰＦの温度を上昇させるようにしたエンジンの排気浄化装置において、ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときは該所定温度ｆｏより高いときよりも後噴射時期を進角させるようにしたから、ＤＰＦに未燃燃料が付着した後に一気に燃焼してＤＰＦが割れる、という問題を解消することができるとともに、排気温度を高めてＤＰＦの温度を煤の燃焼が可能になる温度まで速やかに上昇させることができる。
【００２８】
請求項２に係る発明によれば、上記ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときは主燃焼の熱発生率が略零になる頃に後噴射燃料の燃焼が開始するようにしたから、煤の排出量を減らすことができるとともに、未燃燃料の排出量を減らすことができ、さらに排気温度を高めてＤＰＦの温度を煤の燃焼が可能になる温度まで速やかに上昇させることができる。
【００２９】
請求項３に係る発明によれば、ＤＰＦに捕集された煤の低減が要求されたときに、後噴射を実行して該ＤＰＦの温度を上昇させるようにしたエンジンの排気浄化装置において、上記ＤＰＦよりも上流側の排気通路に燃料の燃焼手段を配置したから、ＤＰＦよりも上流側において後噴射燃料を燃焼させることにより、ＤＰＦの割れを防止しながら、排気温度を高めてＤＰＦの再生を図ることができ、また、燃焼手段が後噴射燃料をよく燃焼させることができない状態にあるときには後噴射時期を進角させるようにしたから、燃焼手段やＤＰＦに後噴射燃料が付着することを防止しながら、排気温度を高めてＤＰＦを煤の燃焼が可能になる温度まで速やかに上昇させることができる。
【００３０】
請求項４に係る発明によれば、上記燃焼手段として酸化触媒を採用し、該酸化触媒の温度が所定温度Ｔｃｏ以下のときに後噴射時期を進角させるようにしたから、未燃燃料がＤＰＦに供給されてしまうことを避けながら、排気温度を高めて該ＤＰＦ温度を上昇させることができ、酸化触媒の温度が高くなった後は、後噴射時期の遅角により後噴射燃料を酸化触媒に供給し、該酸化触媒が後噴射燃料を燃焼させるときに発生する反応熱で排気温度を高めてＤＰＦ温度を上昇させることできる。
【００３１】
請求項５に係る発明によれば、上記酸化触媒の温度が所定温度Ｔｃよりも高いときにおいて、上記ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下ときは、該所定温度Ｔｆｏより高いときよりも、所定時間当たりの上記後噴射の量を少なくするようにしたから、酸化触媒が活性状態になっているにも拘わらずＤＰＦの温度が低いときは、少量の後噴射燃料の供給によって触媒反応を促進させ、その反応熱によってＤＰＦの速やかな昇温を図ることができ、その昇温後は、後噴射燃料の増量によりＤＰＦへも後噴射燃料を供給して燃焼させ、煤を速やかに燃焼除去することができる。
【００３２】
請求項６に係る発明によれば、請求項３において、上記燃焼手段が後噴射燃料をよく燃焼させることができない状態にあるときには、主燃焼の熱発生率が略零になる頃に後噴射燃料の燃焼が開始するようにしたから、煤の排出量を減らすことができるとともに、未燃燃料の排出量を減らすことができ、さらに排気温度を高めてＤＰＦの温度を煤の燃焼が可能になる温度まで速やかに上昇させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１は本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の一例を示し、１は車両に搭載されたディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内にピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン３とシリンダヘッドとにより各気筒２内に燃焼室４が区画形成されている。また、燃焼室４の天井部にはインジェクタ５（燃料噴射弁）が配設されていて、その先端部の噴口から高圧の燃料を燃焼室４に直接噴射するようになっている。
【００３５】
各気筒２の燃焼室４には空気（新気）を供給するための吸気通路６が接続されている。吸気通路６には、後述のタービン７により駆動されて吸気を圧縮して燃焼室４に供給するブロワ８と、このブロワ８により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ９とが設けられている。
【００３６】
一方、気筒２の燃焼室４には燃焼ガス（排気）を排出する排気通路１１が接続されている。この排気通路１１には上流側から下流側に向かって順に、排気流を受けて回転されるタービン７と、酸化触媒１２と、ＤＰＦ１３とが配設されている。タービン７とブロワ８とによってターボ過給機が構成されている。
【００３７】
酸化触媒１２は、排気中のＨＣ（未燃焼燃料成分）やＣＯの酸化に働くものであって、ハニカム状のコージェライト製担体に貴金属系触媒（例えばγ−アルミナにＰｔ及びＰｄを担持させたもの）をコーティングして形成されており、該担体のセルは全てその両端が開口している。ＤＰＦ１３は、コージェライト製のハニカム状ウォールフロータイプのものであり、フィルタを構成する各セルの端面は交互に目封じされている。また、このＤＰＦ１３には酸化触媒がコーティングされている。なお、酸化触媒１２の担体やＤＰＦ１３はコージェライト製に代えてシリカ、その他の無機多孔質体で形成することもできる。
【００３８】
そうして、上記酸化触媒１２にはその温度を検出する温度センサ１４が設けられ、ＤＰＦ１３の上流側と下流側とには排気圧力を検出する排圧センサ１５，１６が設けられ、さらにＤＰＦ１３にはその温度を検出する温度センサ１９が設けられている。
【００３９】
排気通路１１のタービン７よりも上流側の部位には排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）１７の上流端が接続され、ＥＧＲ通路１７の下流端はインタークーラ９よりも下流の吸気通路６に接続されていて、排気の一部を吸気通路６に還流させるようになっている。また、ＥＧＲ通路１７には、排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）１８が設けられている。
【００４０】
そして、上記インジェクタ５及びＥＧＲ弁１８は、コントロールユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｏｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：以下ＥＣＵという）２０からの制御信号を受けて作動する。このＥＣＵ２０には、上記温度センサ１４，１９、排圧センサ１５，１６の他、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ、冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ、吸気の圧力状態を検出する吸気圧センサ、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローセンサ、アクセルペダルの踏み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ等からの出力信号がそれぞれ入力される。
【００４１】
（燃料噴射制御）
ＥＣＵ２０による燃料噴射制御（インジェクタ５の制御）手順を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。スタート後のステップＳ１において、クランク角センサ、エンジン水温センサ、吸気圧センサ、エアフローセンサ、アクセル開度センサ、温度センサ１４，１９、排圧センサ１５，１６等からの信号等を入力する（データ入力）。続くステップＳ２において、クランク角信号から求めたエンジン回転速度とアクセル開度とに基づいてエンジン１の目標トルクを設定する。この目標トルクは予めエンジン回転速度とアクセル開度とに対応させて作成して電子的に格納したトルクマップにより設定する。そのマップでは、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転速度が高いほど、目標トルクＴｒが大きくなるようにしている。
【００４２】
続くステップＳ３において、目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて燃料の主噴射量Ｑｍを設定するとともに、主噴射時期Ｉｍを設定する。主噴射量Ｑｍ及び主噴射時期Ｉｍは予め目標トルクやエンジン回転速度当に対応させて作成して電子的に格納した各マップにより設定する。主噴射量Ｑｍは目標トルクが高くなるほど、またエンジン回転速度が高くなるほど大きくなるようにしている。主噴射時期Ｉｍはエンジン水温やエンジン回転速度が異なれば、燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるので、そのことを考慮して定めている。
【００４３】
続くステップＳ４では、ＤＰＦ１３の再生条件が成立しているか否か、つまり、ＤＰＦ１３に捕集された煤の低減が要求されているか否かを判別する。この場合、排圧センサ１５，１６により、ＤＰＦ１３の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差が所定値以上で且つエンジン負荷が所定値以上（又はエンジン回転速度が所定値以上）あるときに、再生条件成立とする。
【００４４】
上記差圧が所定値以上ということは、排気のウォールフローが悪くなっている、つまり、排気の流れが悪くなるほどＤＰＦ１３に捕集された煤の量が多くなっている、ということであり、従って、煤を燃焼除去する必要があるものである。エンジンの運転状態を再生条件とするのは、排気温度がある程度高くないと、ＤＰＦ１３での煤の燃焼が効率良く行なわれないからであり、アイドル運転のときにはＤＰＦ１３の再生は行なわない。
【００４５】
続くステップＳ５では、温度センサ１４，１９の出力に基づいて酸化触媒１２の温度Ｔｃ及びＤＰＦ１３の温度Ｔｆを検出する。なお、エンジンの運転状態から触媒温度Ｔｃ及びＤＰＦ温度Ｔｆを推定するようにしてもよい。続くステップＳ６では酸化触媒１２の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｏよりも高いか否かを判定する。この所定温度Ｔｃｏは、酸化触媒１２が比較的高い活性を発現する温度（例えば２００℃前後）に対応して設定している。
【００４６】
ステップＳ６において触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｏよりも高くなっていると判定されたときは、ステップＳ７に進んでＤＰＦ温度Ｔｆが所定温度Ｔｆｏよりも高くなっているか否かを判定する。所定温度Ｔｆｏは、ＤＰＦ１３が後噴射燃料を燃焼させて煤の燃焼除去が可能になる温度、つまり再生温度に対応する。なお、この場合、「Ｔｆｏ＞Ｔｃｏ」である。
【００４７】
ステップＳ７においてＤＰＦ温度Ｔｆが所定温度Ｔｆｏよりも高くなっていると判定されたときは、ステップＳ８に進んで燃料の後噴射量ＱｐをＱｐ１に、後噴射時期ＩｐをＩｐ１にそれぞれ設定する。この後噴射は、ＤＰＦ１３の温度を高めるべく、未燃ＨＣ（燃料）を酸化触媒１２に供給して酸化させ、反応熱を得るためであり、さらには酸化触媒１２を通過してＤＰＦ１３に到達させて燃焼させ、煤を除去するためである。
【００４８】
従って、後噴射時期Ｉｐ１は燃焼室内で後噴射燃料が燃焼してしまわないように、圧縮行程上死点後の６０〜１２０゜ＣＡ（好ましくは８０〜１００゜ＣＡ）に設定する。
【００４９】
続くステップＳ９において、ステップＳ３で設定した主噴射量Ｑｍ及び主噴射時期Ｉｍに従って燃料の主噴射を実行し、さらに、ステップＳ８で設定した後噴射量Ｑｐ１及び後噴射時期Ｉｐ１に従って燃料の後噴射を実行する。この後噴射は、主噴射に続けて後噴射を行なうことが４回続いたら次の主噴射では後噴射を行なわない、つまり後噴射が４回続いたら１回休む、というように、間引いて実行する。もちろん、主噴射後に必ず後噴射を実行する、換言すれば全て気筒に対して後噴射を実行するようにしてもよい。
【００５０】
一方、ステップＳ７において、ＤＰＦ温度Ｔｆが所定温度Ｔｆｏ以下であると判定されたときは、ステップＳ１０に進んで燃料の後噴射量ＱｐをＱｐ２に、後噴射時期ＩｐをＩｐ２にそれぞれ設定してステップＳ９に進む。この場合の後噴射は、ＤＰＦ１３が再生温度に達していないことから、未燃ＨＣ（燃料）を酸化触媒１２に供給して酸化させ、その反応熱によってＤＰＦ１３の温度を再生温度に速やかに上昇させるためである。後噴射量Ｑｐ２はステップＳ８の後噴射量Ｑｐ１よりも少なくする。また、後噴射時期Ｉｐ２はステップＳ８の後噴射時期Ｉｐ１と同じにするか、その近傍に設定する。
【００５１】
また、ステップＳ６において酸化触媒１２の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｏ以下であると判定されたときは、ステップＳ１１に進んで燃料の後噴射量ＱｐをＱｐ３に、後噴射時期ＩｐをＩｐ３にそれぞれ設定してステップＳ９に進む。この場合の後噴射は、エンジンからの煤排出量及びＨＣ排出量を抑えながら、排気温度を高めて酸化触媒１２の温度を所定温度Ｔｃｏに速やかに上昇させるためである。後噴射量Ｑｐ３はステップＳ１１の後噴射量Ｑｐ２よりも少なくする。また、後噴射時期Ｉｐ３はステップＳ８の後噴射時期Ｉｐ１よりも進角させて、主燃焼（上記主噴射燃料の燃焼）の熱発生率が略零になった頃（主噴射の熱発生率が略零になるクランク角度の５度前から該クランク角度の１０度後までの期間）に当該後噴射燃料の燃焼が開始するように設定する。
【００５２】
また、ステップＳ４でＤＰＦ１３の再生条件が成立していないと判定されたときは、ステップＳ３で設定した主噴射量Ｑｍ及び主噴射時期Ｉｍに基づいて燃料の主噴射を行なう（ステップＳ４→Ｓ９）。
【００５３】
上記主燃焼の熱発生率が略零になる時点は、主噴射の開始時期、主噴射量、噴射の形態（燃料を一括して噴射するか分割して噴射するか）、分割噴射の場合の最後の噴射時期等によって異なる。また、後噴射を行なっても、直ちに着火するわけではなく、着火遅れがあり、さらにインジェクタ５に対する駆動信号の出力から実際に開弁するまでには駆動遅れがある。
【００５４】
従って、予め実験により各エンジン運転状態での主燃焼の熱発生率が零になる時点を求め、これに上記着火遅れ及び駆動遅れを考慮して、当該熱発生率が略零になった時点、又は該時点近傍の所定期間内に後噴射燃料の燃焼が開始するように、後噴射時期を定め、これをエンジン運転状態に対応させてマップ化して電子的に格納し、このマップにより後噴射時期をエンジン運転状態に応じて設定すればよい。
【００５５】
上記主燃焼の熱発生率が零になる時点は、実験によって各エンジン運転状態での各クランク角毎の筒内圧力データを求め、これに基づいて熱発生率を熱力学的に計算しグラフ化することによって求めることができる。
【００５６】
このようにして求めた熱発生率を図示すると、図３のようになり、燃料の主噴射開始後、着火遅れ期間τｍを経て着火燃焼を開始し、熱発生率が正の方向に大きな値を示した後、その拡散燃焼の終了に応じて熱発生率が０となるため、この熱発生率が略０となる時点ｔ１を基準に後噴射時期を定めることになる。図３はエンジン中回転中負荷時（エンジン回転数Ｎｅ；２０００ｒｐｍ，平均有効圧力Ｐｅ；０．５７Ｍｐａ）を示す。
【００５７】
また、後噴射燃料の着火遅れ時間τｆは、エンジンの排気量、燃料噴射圧力等によって異なるが、排気量１〜３Ｌクラスのエンジンでは、燃料噴射圧力が５０〜２００ＭＰａ程度のときは０．４〜０．７ｍｓ程度となる。
【００５８】
因みに、実験によると、上記中回転中負荷運転時では、後噴射時期をＡＴＤＣ３５゜ＣＡ（クランク角）としたときに、主燃焼の熱発生率が略零になった時点で当該後噴射燃料が着火燃焼した。後噴射燃料の着火遅れ時間τｆは約０．５ｍｓである。
【００５９】
なお、燃焼室４内の温度を検出する温度センサの検出信号、燃焼光センサの検出信号、または燃焼室４内に存在する電荷が偏った反応性の高い水素や炭化水素等の量を検出するセンサの検出信号等に応じて上記拡散燃焼状態を判別する燃焼状態判別手段を設け、この燃焼状態判別手段において、燃料の主噴射後の温度が所定温度以下の低温となった否か、燃焼光の発光がなくなったか否か、または水素や炭化水素の量が急減したか否か等を判別することにより、上記拡散燃焼による熱発生率が零になる時点を求め、これに基づいて次の燃焼サイクルでの後噴射時期を設定するように構成してもよい。さらに、温度センサによって検出された気筒内温度から断熱膨張温度を減算した値の微分値を求め、この微分値がマイナスの値から零になった時点を検出することによって上記拡散燃焼による熱発生率が零になる時点を判別するようにしてもよい。
【００６０】
従って、ＤＰＦ１３の再生条件が成立していない（煤の捕集量が未だ少ない、或いはエンジン負荷が所定値未満（又はエンジン回転速度が所定値未満）ときは、要求されるエンジンの運転状態に応じた燃料の主噴射が行なわれるだけであるが、ＤＰＦ１３の再生条件が成立すると、燃料の後噴射が実行されることになる。
【００６１】
但し、ＤＰＦ１３の再生条件が成立しても、酸化触媒１２の温度が低いときは（Ｔｃ≦Ｔｃｏ）、燃料の後噴射量Ｑｐは少なくされる（Ｑｐ←Ｑｐ３）とともに、主燃焼の熱発生率が略零になった頃に後噴射燃料の燃焼が開始するように後噴射時期が設定される（Ｉｐ←Ｉｐ３）。
【００６２】
従って、後噴射燃料は、気筒内で燃焼することになって、未燃状態のまま酸化触媒１２やＤＰＦ１３に到達して付着することがない。このため、酸化触媒１２が付着燃料の燃焼によって過度に温度上昇して劣化したり、ＤＰＦ１３が付着燃料の燃焼によって急激に温度上昇したり過大な燃焼圧力を受けることがなくなり、その破損を生ずることが防がれる。
【００６３】
そうして、主噴射燃料の拡散燃焼によって生ずる煤が上記後噴射燃料の供給によって筒内で再燃焼し、煤の排出量が低減する。また、後噴射燃料が筒内で燃焼することにより、ＨＣ排出量は少なくなる。さらに、この後噴射燃料の燃焼によって排気温度が高くなり、酸化触媒１２及びＤＰＦ１３の早期昇温を図ることができる。
【００６４】
すなわち、エンジンの中回転中負荷時（エンジン回転数Ｎｅ；２０００ｒｐｍ，平均有効圧力Ｐｅ；０．５７Ｍｐａ）において、燃料の主噴射後に、燃料の後噴射時期を種々に変化させて煤排出量を測定する実験を行った。後噴射量は主噴射量の６分の１とした。この測定においては、ＮＯｘ排出量は１２０ｐｐｍになるように排気還流率を調節した。結果は図４に示されている。後噴射時期を圧縮行程上死点後３５゜ＣＡ〜４０゜ＣＡに設定した場合に、煤の排出量が顕著に低減されることが確認された。後噴射時期が０゜ＣＡの箇所に付した白抜き丸は後噴射量零の場合を示す。
【００６５】
また、上記中回転中負荷運転において、後噴射時期、後噴射量を種々に変化させて排気温度を測定する実験を行なったところ、図５に示すように、ＡＴＤＣ３５゜ＣＡ付近に後噴射時期を設定したときに排気温度が最も高くなった。また、後噴射時期がＡＴＤＣ３５゜ＣＡよりも遅くなってくると、排気温度が緩やかに低下することがわかった。また、後噴射量が多いほど排気温度が高くなることがわかった。
【００６６】
また、後噴射時期と排気中のＨＣ量との関係を調べると、上記中回転中負荷運転時には、図６に示すように、ＡＴＤＣ３５゜ＣＡ付近まではＨＣ量が急上昇することがなかった。
【００６７】
以上から、主燃焼の熱発生率が略零になる頃に後噴射燃料の燃焼が開始するようにすると、煤の排出量を減らし、さらにＨＣ排出量の増大を抑えながら、排気温度を高めることができることがわかる。
【００６８】
次に酸化触媒１２の温度が高くなっても（Ｔｃ＞Ｔｃｏ）、ＤＰＦ１３の温度が未だ低いときは（Ｔｆ≦Ｔｆｏ）、燃料の後噴射量ＱｐがＱｐ３からＱｐ２に増量されるとともに、後噴射時期ＩｐがＩｐ３からＩｐ２に遅角される。これにより、後噴射燃料は気筒内で燃焼することなく、排気通路１１に排出されることになる。従って、酸化触媒１２では後噴射によって供給される燃料の酸化反応が進み、その反応熱によってＤＰＦ１３の温度が上昇していくことになる。この場合の後噴射量の増量度合は大きくないから、未燃燃料がＤＰＦ１３に流れて付着することが避けられる。
【００６９】
次にＤＰＦ１３の温度が再生温度にまで上昇すると（Ｔｆ＞Ｔｆｏ）、燃料の後噴射量ＱｐがＱｐ２からＱｐ１に増量されるとともに、後噴射時期ＩｐがＩｐ２からＩｐ１にされる。従って、ＤＰＦ１３において煤の燃焼が始まるとともに、後噴射燃料の一部が酸化触媒１２を通過してＤＰＦ１３にも供給され、このＤＰＦ１３で後噴射燃料が燃焼することによって煤の燃焼が促進され、それによってＤＰＦ１３の速やかな再生が図れる。
【００７０】
また、上記実施形態のようにＤＰＦ１３よりも上流側に酸化触媒１２を設けると、排気中のＮＯが酸化触媒１２においてＮＯ２　に酸化され、このＮＯ２　によってＤＰＦ１３の煤を燃焼させることができる。このＮＯ２　による煤の燃焼は２５０〜３００℃で生ずるから、酸化触媒１２での反応熱によってＤＰＦ１３の温度が高くなった後は、後噴射量をそれほど多くしなくても、ＤＰＦ１３の再生が図れ、燃費向上に有利になる。
【００７１】
なお、上記実施形態ではＤＰＦ１３前後の圧力差に基づいて該ＤＰＦ１３における煤の堆積量を検出するようにしたが、煤発生量はエンジン運転状態に依存するので、エンジンの運転履歴に基づいてＤＰＦ１３の煤堆積量を求めるようにしてもよい。
【００７２】
また、酸化触媒１２はタービン７よりも上流側の排気通路１１に配置してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では後噴射燃料をＤＰＦ１３に到達する前に着火燃焼させる燃焼手段として、酸化触媒１２を採用したが、グロープラグ、スパークプラグ、又はセラミック蓄熱体を用いる場合、それらの温度が低く、ないしは排気温度が低く、着火性が悪いときは後噴射を禁止するようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成図。
【図２】同実施形態に係る燃料噴射制御のフロー図。
【図３】同実施形態に係る燃料噴射及び熱発生率のタイムチャート図。
【図４】同実施形態に係る後噴射時期と煤排出量との関係を示すグラフ図。
【図５】同実施形態に係る後噴射時期と排気温度との関係を示すグラフ図。
【図６】同実施形態に係る後噴射時期とＨＣ排出量との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
１　エンジン
２　気筒
３　ピストン
４　燃焼室
５　インジェクタ
１１　排気通路
１２　酸化触媒
１３　ＤＰＦ
１４　温度センサ
１５　排圧センサ
１６　排圧センサ
１７　ＥＧＲ通路
１８　ＥＧＲ弁
１９　温度センサ
２０　ＥＣＵ

Claims (6)

  1. ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、
    上記エンジンの排気通路に配置され排気中の煤を捕集するＤＰＦと、
    上記ＤＰＦに捕集された煤の低減が要求されたときに、該ＤＰＦの温度を上昇させるべく、上記燃料噴射弁により圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後の膨張行程又は圧縮行程に燃料を噴射する後噴射を実行する噴射制御手段とを備えているエンジンの排気浄化装置において、
    上記ＤＰＦの温度を検出する検出手段を備え、
    上記噴射制御手段は、上記検出手段によって検出されたＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときは該所定温度Ｔｆｏより高いときよりも上記後噴射の時期を進角させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. 請求項１において、
    上記噴射制御手段は、上記ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下のときは、上記主噴射された燃料の燃焼による熱発生率が略零になるクランク角度の５度前から該クランク角度の１０度後までの期間に、上記燃焼室において上記後噴射された燃料の燃焼が開始するように、該後噴射を実行するエンジンの排気浄化装置。
  3. ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、
    上記エンジンの排気通路に配置され排気中の煤を捕集するＤＰＦと、
    上記ＤＰＦに捕集された煤の低減が要求されたときに、該ＤＰＦの温度を上昇させるべく、上記燃料噴射弁により圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後の膨張行程又は圧縮行程に燃料を噴射する後噴射を実行する噴射制御手段とを備えているエンジンの排気浄化装置において、
    上記ＤＰＦよりも上流側の排気通路に配置され、上記燃料噴射弁によって供給された燃料を燃焼させる燃焼手段と、
    上記燃焼手段の、燃料の燃焼性の高低に関する状態を検出する検出手段とを備え、
    上記噴射制御手段は、上記検出手段によって検出された上記燃焼手段の燃料燃焼性の高低に関する状態が所定レベル以下のときは該所定レベルより高いときよりも上記後噴射の時期を進角させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  4. 請求項３において、
    上記燃焼手段は酸化触媒であり、
    上記検出手段は、上記酸化触媒の温度を検出する温度検出手段であり、
    上記噴射制御手段は、上記温度検出手段によって検出された上記酸化触媒の温度が所定温度Ｔｃｏ以下のときに上記後噴射の時期を進角させるエンジンの排気浄化装置。
  5. 請求項４において、
    上記ＤＰＦの温度を検出する検出手段を備え、
    上記噴射制御手段は、上記酸化触媒の温度が所定温度Ｔｃｏよりも高いときにおいて、上記検出手段によって検出された上記ＤＰＦの温度が所定温度Ｔｆｏ以下ときは、該所定温度Ｔｆｏより高いときよりも、所定時間当たりの上記後噴射の量を少なくするエンジンの排気浄化装置。
  6. 請求項３において、
    上記噴射制御手段は、上記燃焼手段の燃料燃焼性の高低に関する状態が所定レベル以下のときは、上記主噴射された燃料の燃焼による熱発生率が略零になるクランク角度の５度前から該クランク角度の１０度後までの期間に、上記燃焼室において上記後噴射された燃料の燃焼が開始するように、該後噴射を実行するエンジンの排気浄化装置。
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