JP2004339971A - 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】連続再生型ＤＰＦにおいて、炭化水素を触媒付きＤＰＦに供給することにより、この炭化水素の触媒による低温酸化反応を利用して、低温の排気温度でもＰＭ再生燃焼を行うことができる排気ガス浄化方法等及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】内燃機関Ｅの排気通路２に設けた触媒付きＤＰＦ３Ａｂの上流側に炭化水素Ｆを添加するための炭化水素添加手段４１，４２，４３を具備し、前記炭化水素添加手段４１，４２，４３により添加された炭化水素ＦがＰＭと共に前記触媒付きＤＰＦ３Ａｂに吸着することが可能な温度領域で炭化水素Ｆの添加を行い、前記触媒付きＤＰＦ３Ａｂに吸着された炭化水素Ｆの酸化反応により前記触媒付きＤＰＦ３Ａｂ上のＰＭを燃焼除去する。
【選択図】 図７
【解決手段】内燃機関Ｅの排気通路２に設けた触媒付きＤＰＦ３Ａｂの上流側に炭化水素Ｆを添加するための炭化水素添加手段４１，４２，４３を具備し、前記炭化水素添加手段４１，４２，４３により添加された炭化水素ＦがＰＭと共に前記触媒付きＤＰＦ３Ａｂに吸着することが可能な温度領域で炭化水素Ｆの添加を行い、前記触媒付きＤＰＦ３Ａｂに吸着された炭化水素Ｆの酸化反応により前記触媒付きＤＰＦ３Ａｂ上のＰＭを燃焼除去する。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタを備えて、エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される微粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、窒素酸化物（以下ＮＯｘ），一酸化炭素（以下ＣＯ）そして炭化水素（ＨＣ）等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは、対応できなくなってきている。そこで、エンジンから排出されるＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。
【０００３】
直接、このＰＭを捕集するＤＰＦにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化している。
【０００４】
ＤＰＦはフィルタがＰＭを捕集すると捕集量に比例して排圧（排気ガス圧力）が上昇するので、捕集されたＰＭを燃焼させるなどして除去し、ＤＰＦを再生する必要がある。この再生方法には色々な方法が提案されており、電気ヒーター加熱タイプ、バーナー加熱タイプ、逆洗タイプ等がある。
【０００５】
しかしながら、これらの再生方法をとる場合には、外部からエネルギーの供給を受けてＰＭの燃焼を行うので、燃費の悪化を招き、また、再生時の制御が難しく、ＰＭ捕集、ＰＭ燃焼（ＤＰＦ再生）を交互に行うような二系統のＤＰＦシステムが必要になる等、システムが大きく複雑になるという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するために、触媒を利用しＰＭの酸化温度を下げ、外部からエネルギーを受けることなく、エンジンからの排気熱でＰＭを酸化してＤＰＦを再生する技術が提案されている。この場合には、ＤＰＦ再生が基本的には連続的になるため連続再生型ＤＰＦシステムと呼ばれているが、これらのシステムは、より簡素化された一系統のＤＰＦシステムとなり、再生制御も簡素化されるという利点がある。
【０００７】
図１１に一例として示すＮＯ２ 再生型ＤＰＦシステム１Ｘは、ＮＯ２ （二酸化窒素）によりＰＭを酸化して、ＤＰＦを再生するシステムであり、通常のウオールフローフィルタ３Ａｂの上流に酸化触媒３Ａａを配置し、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化する。従って、酸化触媒３Ａａ後流の排気ガス中のＮＯｘは殆どがＮＯ２ になる。このＮＯ２ で、下流側のフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを酸化してＣＯ２ （二酸化炭素）とし、ＰＭを除去している。このＮＯ２ は、Ｏ２ よりエネルギー障壁が小さいため、ＰＭ酸化温度（ＤＰＦ再生温度）を低下させるので、外部からエネルギーの供給なしに排気ガス中の熱エネルギーで連続的にＰＭ燃焼が生じる。
【０００８】
なお、図１１のＥはディーゼルエンジン、２は排気通路、４は燃料ポンプシステム、５は電子制御ボックス、７はバッテリー、８は消音器、９は燃料タンクである。
【０００９】
また、図１２に、図１１のＮＯ２ 再生型ＤＰＦシステムの改良システム１Ｙを示す。この改良システム１Ｙは、酸化触媒３２Ａの多孔質触媒コート層３１をウオールフローフィルタ３Ｂの多孔質壁面３０に塗布し、ＮＯの酸化とこれにより発生したＮＯ２ によるＰＭの酸化を、ウオールフローフィルタ３Ｂの壁表面上で行うように構成し、システムを簡素化している。
【００１０】
そして、図１３に、ウオールフローフィルタ３Ｃの多孔質壁面３０に、酸化触媒３２Ａと酸化物等のＰＭ酸化触媒３２Ｂとの多孔質触媒コート層３１を塗布し、フィルタ３Ｃに蓄積したＰＭを低温で燃焼し、連続再生するシステム１Ｚを示す。
【００１１】
そして、これらの触媒付きＤＰＦシステムは、触媒及びＮＯ２ によるＰＭの酸化反応によって通常のフィルタよりもＰＭ酸化開始排気温度を下げてＰＭの連続再生を実現するシステムである。
【００１２】
しかし、ＰＭ酸化開始排気温度を下げても、まだ、３５０℃程度の排気温度は必要であるため、アイドルや低負荷のエンジン運転条件では、排気温度が低いため、ＰＭの酸化及びＤＰＦの自己再生が生じない。
【００１３】
従って、このようなアイドルや低負荷等の排気温度が低いエンジン運転条件が継続するとＰＭが蓄積してもＰＭ酸化状態にならないため、排圧が上昇し、燃費の悪化を招き、また、エンジン停止等のトラブルが生じるおそれがある。
【００１４】
そこで、これらの連続再生型ＤＰＦシステムでは、エンジン運転条件からフィルタへのＰＭ蓄積量を算出したり、又は、ＰＭ蓄積量に対応したフィルタ圧損からＰＭ蓄積量を推定したりして、ＤＰＦ再生必要条件を設定し、このＤＰＦ再生必要条件を満たした時に、排気温度を強制的に上昇させて、蓄積したＰＭを強制的に燃焼させて除去するＤＰＦ再生制御を行っている。
【００１５】
このＤＰＦ再生制御では、アイドルや低負荷等のエンジン運転条件の場合でも、コモンレール等の電子制御式燃料噴射システム等を利用して、噴射時期遅延や多段噴射等で排気温度を上昇させたり、また、ＤＰＦ前段の酸化触媒に、ポスト噴射や排気管内噴射によって供給した燃料の燃焼で排気温度を上昇させたりして、捕集されたＰＭを再燃焼温度以上にして燃焼除去しＤＰＦの再生を行っている。
【００１６】
例えば、上流側の酸化触媒と下流側のＤＰＦと電子制御蓄圧式インジェクタを備えたエンジンの排ガス浄化装置において、圧力センサでＰＭの捕集量が所定量以上になったことを検出した時に、気筒（シリンダ）の排気弁の閉止直前に気筒に燃料を噴射する制御を行い、この噴射された未燃の燃料が上流側の酸化触媒で酸化されて燃焼し、排ガス温度を高温して、この高温の排ガスで、下流側のＤＰＦに捕集されたＰＭを焼却してＤＰＦを再生することが提案されている（特許文献１参照。）。
【００１７】
【特許文献１】
特開平０８−４２３２６号公報 （第２頁）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＰＦの再生のためには、３５０℃程度の排気温度が必要であるため、アイドルや低負荷のエンジン運転条件では、排気ガスの昇温幅が大きくなり、しかも、大量の排気ガスを高温にする必要があるため、多大の燃費悪化を招くという問題がある。
【００１９】
本発明は、上述の問題を解決するべくなされたものであり、その目的は、連続再生型ＤＰＦにおいて、メイン噴射装置のポスト噴射又は排気管に設置した炭化水素添加装置からの噴射等により、炭化水素を触媒付きＤＰＦに供給することにより、この炭化水素の触媒による低温酸化反応を利用して、低温の排気温度でもＰＭ再生燃焼を行うことができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に設けた触媒付きＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）に捕集されるＰＭ（パティキュレート・マター：微粒子状物質）を燃焼除去する方法であって、前記触媒付きＤＰＦの上流側に炭化水素（ＨＣ）を添加するための炭化水素添加手段を具備し、前記炭化水素添加手段により添加された炭化水素がＰＭと共に前記触媒付きＤＰＦに吸着することが可能な温度領域で炭化水素の添加を行い、前記触媒付きＤＰＦに吸着された炭化水素の酸化反応により前記触媒付きＤＰＦ上のＰＭを燃焼除去することを特徴とする。
【００２１】
この炭化水素は、内燃機関等に用いられる燃料等であり、ガソリン、軽油、灯油、Ａ重油等の一般的な炭化水素である。
【００２２】
この排気ガス浄化方法によれば、排気ガス中に添加された炭化水素が触媒付きＤＰＦの触媒近傍に吸着し、この気体吸着の炭化水素は触媒活性が非常に大きく、低温域（例えば、約２００℃程度）から触媒と反応するので、その反応熱を着火源にして、触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを低温域から燃焼させて除去することができる。
【００２３】
そのため、ＰＭ再生のための燃焼開始温度を下げることができ、低い排気温度でもＰＭを燃焼除去できるようになり、ＤＰＦ再生のために行う強制的な排気昇温の回数を減少し、排気昇温の温度幅も著しく低くすることができるため、燃料を節約でき、ＤＰＦ再生による燃費の悪化を防ぐことができる。
【００２４】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記炭化水素添加手段による、前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中への炭化水素の添加を、排気温度が所定の温度よりも低い時に行って、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去すると共に、前記所定の温度を、炭化水素を添加しない場合において、排気温度がこの温度以上では触媒付きＤＰＦにおいてＰＭが燃焼除去され、排気温度がこの温度より低い温度ではＰＭが触媒付きＤＰＦに捕集されて蓄積する温度であるバランスポイント温度とするように構成する。
【００２５】
この構成により、触媒付きＤＰＦの上流側に酸化触媒を設けない場合や酸化触媒を設けても触媒付きＤＰＦの直前に炭化水素添加手段を設ける場合等では、所定の温度をバランスポイント温度とすることにより、供給した炭化水素が捕集されたＰＭの酸化燃焼に寄与できる場合のみに、炭化水素が供給されるので、無駄な炭化水素の供給を回避できる。
【００２６】
あるいは、上記の排気ガス浄化方法において、前記炭化水素添加手段を、前記触媒付きＤＰＦの上流側に配置し、前記触媒付きＤＰＦに炭化水素を添加する場合は、前記炭化水素添加手段による、前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中への炭化水素の添加を、排気温度が前記酸化触媒の活性温度よりも低い時に行って、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去するように構成する。
【００２７】
この構成により、触媒付きＤＰＦの上流側に酸化触媒を設けた場合は、この温度以上では炭化水素が燃焼する酸化触媒の活性温度（酸化触媒ライトオフ緒温度）よりも低い時に炭化水素を添加することにより、供給した炭化水素が酸化触媒で燃焼することが防止され、無駄なく炭化水素を触媒付きＤＰＦに供給できるようになる。
【００２８】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記炭化水素添加手段が、ポスト噴射により排気ガス中に炭化水素を添加する手段、又は、前記触媒付きＤＰＦの上流側に設けた炭化水素添加装置から排気通路内への噴射により排気ガス中に炭化水素を添加する手段で構成される。これにより、容易に触媒付きＤＰＦの上流側に炭化水素を供給できる。
【００２９】
このポスト噴射により炭化水素を添加する手段は、エンジンがコモンレール等の電子制御式燃料噴射システムを有している場合に制御のみで添加できるようになるので好ましい。また、炭化水素添加装置から排気通路内へ噴射をする手段では、エンジンに供給する燃料を使用してもよく、別置きタンクで炭化水素を用意してもよい。
【００３０】
また、排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気管に触媒付きＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒付きＤＰＦの上流側に炭化水素を供給するための炭化水素添加手段と該炭化水素添加手段を制御するための炭化水素添加制御手段を具備すると共に、該炭化水素添加制御手段が、排気温度が所定の温度以下の時に、前記炭化水素添加手段により炭化水素を前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中に添加する制御を行うように構成される。
【００３１】
この排気ガス浄化システムによれば、排気ガス中に添加された炭化水素が触媒付きＤＰＦの触媒近傍に吸着し、低温域から触媒と反応するので、その反応熱を着火源にして、触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを低温域から燃焼させて除去することができるようになるので、ＤＰＦ再生による燃費の悪化を防ぐことができる。
【００３２】
なお、この所定の温度としては、バランスポイント温度や酸化触媒の活性温度等があり、また、この触媒付きＤＰＦとしては、連続再生型ＤＰＦで使用され、酸化触媒を担持したＤＰＦ、酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持したＤＰＦ等があり、この触媒付きＤＰＦの上流側に酸化触媒（前段酸化触媒）を設ける場合もある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムについて、酸化触媒（ＤＯＣ）と触媒付きフィルタ（ＣＳＦ）の組合せで構成される連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えた排気ガス浄化システムを例にして、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１に、この第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１では、ディーゼルエンジンＥの排気マニホールドに接続する排気通路（排気管）２に連続再生型ＤＰＦ３が設けられている。この連続再生型ＤＰＦ３は、上流側に酸化触媒３Ａａを下流側に触媒付きフィルタ３Ａｂを有して構成される。
【００３５】
この酸化触媒３Ａａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ３Ａｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタで形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。この触媒付きフィルタ３Ａｂでは、排気ガスＧ中のＰＭ（微粒子状物質）は多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。
【００３６】
図４に、この触媒付きフィルタ３Ａｂの外形を示し、図５に、目封じの様子が分かる入口部分の拡大図を示し、図６にフィルタの壁断面の詳細構造を示す。図６に示すように、アルミナ等の触媒担体３０の壁面に白金等の酸化触媒３２Ａやメタル酸化物等のＰＭ酸化触媒３２Ｂを担持したコート層３１が設けられ、これらの酸化触媒３２ＡやＰＭ酸化触媒３２Ｂは、触媒担体３０の表面に高分散されて担持されている。
【００３７】
そして、触媒付きフィルタ３ＡｂのＰＭの堆積量を推定するために、図１に示すように、連続再生型ＤＰＦ３の前後に、ＤＰＦ入口排気圧力センサ５１、ＤＰＦ出口排気圧力センサ５２やＤＰＦ入口排気温度センサ５３、ＤＰＦ出口排気温度センサ５４がそれぞれ設けられる。
【００３８】
これらのセンサの出力値は、負荷センサや回転センサ等の出力値と共に、エンジンＥの運転の全般的な制御と触媒付きフィルタ３Ａｂの再生制御を行う制御装置（電子制御ボックス：ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）５に入力され、この制御装置５から出力される制御信号により、エンジンＥのコモンレール等の電子制御式燃料噴射システム４１や排気ガス浄化システム１等が制御される。
【００３９】
この制御装置５には、エンジンの運転のために、ＰＴＯのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，ニュートラルスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，車両速度，冷却水温度，エンジン回転数，負荷（アクセル開度）等の情報も入力される。
【００４０】
また、第２の実施の形態では、図２に示すように、排気通路２に炭化水素添加装置である燃料噴射弁４２を酸化触媒３Ａａの上流側に設置する。また、第３の実施の形態では、炭化水素添加装置である燃料噴射弁４３を酸化触媒３Ａａの下流側でかつ触媒付きフィルタ３Ａｂの上流側に設置する。なお、これらの燃料噴射弁４２，４３は、エンジンＥの燃料タンクの燃料を使用してもよいが、これとは別置きのタンクから炭化水素を供給するようにしてもよい。
【００４１】
次に、本発明における触媒付きフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭの燃焼除去について説明する。
【００４２】
図９（ａ）に示すように、炭化水素（ＨＣ）Ｆを触媒３２Ａ，３２Ｂの近傍に吸着させていない場合には、固体のＰＭが固体の触媒金属３２Ａに触媒反応を起こす距離まで接近することができず、酸化反応は殆ど発生しない。そのため、ＰＭ再生燃焼開始温度は触媒３２Ａ，３２Ｂを担持していないＤＰＦと殆ど変わらない。
【００４３】
一方、図９（ｂ）に示すように、炭化水素（ＨＣ）Ｆを触媒３２Ａ，３２Ｂの近傍に吸着させた場合には、気体の炭化水素Ｆが低温域から触媒金属３２Ａと反応するので、その反応熱を着火源にしてＰＭの酸化を開始させることができ、ＰＭ再生燃焼開始温度を大きく低下させることができる。
【００４４】
図１０に炭化水素を吸着させた場合（実線）Ａと炭化水素を吸着させない場合（一点鎖線）Ｂの、排気温度（℃）に対するＰＭ燃焼速度（ｇ／ｓ）を示す模擬ガス試験結果を示す。炭化水素を吸着させた場合（実線）Ａは、低温域からＰＭ再生燃焼速度が増加しており、再生開始温度が低くなっていることが分かる。
【００４５】
従って、炭化水素が燃焼しないような低い排気温度状態の時に供給して、炭化水素Ｆを触媒付きフィルタ３Ａｂに吸着させておけば、排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１より高くなった時に、ＰＭを燃焼除去できる。また、排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１より高い温度の時に、触媒付きフィルタ３Ａｂに炭化水素Ｆを供給すればＰＭを燃焼除去できる。
【００４６】
本発明では、この炭化水素を触媒近傍に吸着させた時にＰＭ酸化除去の開始温度が低下することを利用して、低排気温度であっても、触媒付きフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを燃焼除去しながら、排気ガスを浄化することができる。
【００４７】
次に、これらの排気ガス浄化システムにおける排気ガス浄化方法について、説明する。
【００４８】
第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１では、ＤＰＦ入口排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度（酸化触媒ライトオフ緒温度：約２００℃）Ｔ２よりも低いエンジンの運転条件の場合に、電子制御式燃料噴射システム４１により、ポスト噴射を行って、排気通路２中の排気ガス中に炭化水素Ｆを供給し、触媒付きフィルタ３Ａｂ、及び、この触媒付きフィルタ３Ａｂに蓄積されたＰＭに吸着させる。
【００４９】
また、第２の実施の形態では、エンジンの運転条件がＤＰＦ入口排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２よりも低い場合に、燃料噴射弁４２から炭化水素Ｆを噴射して排気通路２中の排気ガス中に炭化水素Ｆを供給し、触媒付きＤＰＦ３Ａｂの上流側に配置した酸化触媒３Ａａを通過させてから、触媒付きフィルタ３Ａｂ及びこの触媒付きフィルタ３Ａｂに蓄積されたＰＭに吸着させる。
【００５０】
この第１及び第２の実施の形態では、ＤＰＦ入口排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２よりも高い場合には、排気ガス中に供給した炭化水素Ｆが酸化触媒３Ａａによって酸化されてしまい、触媒付きフィルタ３Ａｂに供給されないので、これを避けるために、ＤＰＦ入口排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２よりも低い場合に炭化水素Ｆを供給する。
【００５１】
そして、第３の実施の形態では、エンジンの運転条件がＤＰＦ入口排気温度Ｔｇがバランスポイント温度（約３５０℃）Ｔ３よりも低い場合に、燃料噴射弁４３から炭化水素Ｆを噴射して排気通路２中の排気ガス中に炭化水素Ｆを供給し、触媒付きＤＰＦ３Ａｂの上流側に配置した酸化触媒３Ａａを通過させずに、触媒付きフィルタ３Ａｂ及びこの触媒付きフィルタ３Ａｂに蓄積されたＰＭに吸着させる。
【００５２】
この第３の実施の形態の場合では、炭化水素添加装置４３が酸化触媒３Ａａの下流に配置されているので、酸化触媒３Ａａで消費される恐れがない。しかし，バランスポイント温度Ｔ３以上の場合には、ＰＭは、炭化水素Ｆを燃焼補助に使用しなくても酸化して燃焼除去されるので、炭化水素Ｆを供給しない。
【００５３】
なお、触媒付きＤＰＦ３Ａｂの上流側に酸化触媒３Ａａを配置しない連続再生型ＤＰＦでは、この第３の実施の形態と同様に扱うことができる。
【００５４】
次に、これらの炭化水素の供給方法に関して、より詳細に説明する。
【００５５】
第１及び第２の実施の形態の炭化水素供給の制御フローを図７に示す。このＨＣ供給制御が、エンジンのスタートと共にスタートすると、ステップＳ１１で、通常運転を所定の時間（再生開始の判定を行う時間間隔に関係する時間）Δｔａの間行い、この通常運転において、ステップＳ１２で排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度（ＨＣ酸化燃焼温度：約２００℃）Ｔ１より小さいか否かを判定し、炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１以上であれば、ステップＳ１３で超温時間ｔａをカウントし、小さければ超温時間ｔａをカウントしない。
【００５６】
そして、次のステップＳ１４で、カウントしている超温時間ｔａが所定の時間ｔ１を経過したか否かをチェックし、経過していなければステップＳ１１に戻り、経過するまで、ステップＳ１１〜ステップＳ１４を繰り返す。
【００５７】
これは、排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１以上の時間ｔａが所定の時間ｔ１以上になると、ＰＭに付着していたＨＣが炭化してｄｒｙ Ｓｏｏｔになってしまい低温度で酸化しなくなるため、ＰＭに新たな炭化水素Ｆを付着させる必要が生じるためである。なお、この所定の時間ｔ１は実験によって予め求めておく。
【００５８】
ステップＳ１４の判定で、超温時間ｔａが所定の時間ｔ１以上となった場合には、次のステップＳ１５で排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度（約２００℃）Ｔ２以下であるか否かの判定を行う。この判定で、以下で無ければ、ステップＳ１１に戻る。即ち、排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２より大きいと酸化触媒３Ａａで供給した炭化水素Ｆが酸化されてしまうからである
このステップＳ１５の排気温度Ｔｇの判定で、排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２以下である場合には、ステップＳ１６に行き、添加設定時間ｔ２を算出して設定する。この添加設定時間ｔ２の設定は、所定の炭化水素添加量を排気管２内に供給するための制御を、時間当たりの噴射量が一定であるとして添加時間ｔｃで制御するために行われる。また、ステップＳ１６では、超温時間ｔａをリセットする（ｔａ＝０）。
【００５９】
この添加時間ｔｃは、エンジンの回転数と負荷により、エンジンから排出される炭化水素量が変化するため、エンジン回転数と負荷を変数とするマップデータにから算出する。つまり、低負荷では、一般的に炭化水素濃度が高くなるので添加設定時間ｔ２は短くなり、高負荷では、一般的に炭化水素濃度が低くなるので添加設定時間ｔ２は長くなる。
【００６０】
次のステップＳ１７で排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２以下であるか否かの判定を行う。この判定で、以下で無ければ、以下になるまで、ステップＳ１９の炭化水素Ｆを添加しない運転を行ってステップＳ１７に戻り、このステップＳ１７の判定で、以下であれば、ステップＳ１８で、排気管２内に炭化水素Ｆを添加する運転を行うと共に、添加時間ｔｃをカウントする。
【００６１】
そして、ステップＳ２０で、この添加時間ｔａが添加設定時間ｔ２を超えたか否かを判定し、超えていなければステップＳ１７に行き、超えるまでステップＳ１７〜ステップＳ２０を繰り返す。また、ステップＳ２０で、この添加時間ｔｃが添加設定時間ｔ２を超えていれば、ステップＳ２１で、添加時間ｔａのリセット（ｔａ＝０）等の添加の終了作業を行って、ステップＳ１１に戻る。
【００６２】
以上の図７の制御フローに従う制御により、ステップＳ１１〜ステップＳ１４，ステップＳ１１〜ステップＳ１５，ステップＳ１１〜ステップＳ２１のいずれかの経路を通って、ステップＳ１１に戻り、エンジンキーＯＦＦによるステップＳ２２の割り込みが発生するまで、これらを繰り返す。そして、割り込みの発生により、ステップＳ２３で割り込み発生時の状態の記憶等の終了作業を行い、この制御フローを終了する。
【００６３】
また、第３の実施の形態の炭化水素供給の制御フローを図８に示す。この図８の制御フローは、図７の制御フローのステップＳ１５、ステップＳ１７の排気温度の判定における判定値Ｔ２を、酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２からバランスポイント温度（約３５０℃）Ｔ３に変更したものである。
【００６４】
そして、第１及び第２の実施の形態の場合には、排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２以下の時に、炭化水素Ｆを触媒付きフィルタ３Ａｂに供給して吸着させておくことにより、排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１に到達した時に、炭化水素Ｆが酸化触媒３２Ａの触媒作用によって酸化を開始して、この反応熱によりＰＭも酸化触媒３２ＡやＰＭ酸化触媒３２Ｂの触媒作用により酸化するので、燃焼除去できる。
【００６５】
なお、排気温度Ｔｇが、酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２以下で、かつ、炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１以上の時は、炭化水素Ｆを触媒付きフィルタ３Ａｂに供給することにより、炭化水素Ｆが触媒付きフィルタ３Ａｂの酸化触媒３２Ａによって酸化するので、この反応熱によりＰＭも触媒作用により酸化し、燃焼除去される。
【００６６】
また、第３の実施の形態の場合には、排気温度Ｔｇがバランスポイント温度Ｔ３以下の時に、炭化水素Ｆを触媒付きフィルタ３Ａｂに供給することにより、炭化水素Ｆが触媒付きフィルタ３Ａｂの酸化触媒３２Ａによって酸化を開始して、この反応熱によりＰＭも触媒作用により酸化するので、燃焼除去できる。
【００６７】
なお、図７及び図８の制御フローは、炭化水素の供給制御であり、この制御は、触媒付きフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭの燃焼開始温度を低下させるための制御であり、従来のＤＰＦの再生制御と並行して行われるものとして示してある。
【００６８】
従って、これらの制御では、図７又は図８の制御フローに従って、炭化水素が供給されると共に、これらの制御フローとは別のＤＰＦの再生制御フローに従って、ＤＰＦにＰＭが蓄積されたＰＭ量が所定の値以上になったことをＤＰＦ前後差圧や算出されたＰＭ蓄積量等で検出した場合には、ポスト噴射や多段噴射や吸気絞りやＥＧＲ制御等による強制的な排気昇温制御を行い、ＤＰＦの再生を行う。
【００６９】
本発明では、炭化水素を触媒付きフィルタに供給することにより、ＤＰＦに捕集されたＰＭを低い排気温度でも燃焼除去できるので、この強制的な排気昇温制御の回数及びその時の昇温幅が少なくなり、ＤＰＦ再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明をしたように、本発明の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、気体吸着の炭化水素は触媒活性が非常に大きく、低温域（例えば、約２００℃程度）から触媒と反応することを利用して、炭化水素を排気ガス中に添加して触媒付きＤＰＦの触媒近傍に吸着させることにより、低排気温度で燃焼を開始する炭化水素の反応熱を着火源にして、触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させて除去することができる。
【００７１】
従って、ＤＰＦ再生のためのＰＭの燃焼開始の排気温度を下げることができ、低排気温度からＰＭの再生燃焼が可能となり、低い排気温度でもＰＭが燃焼除去されるので、ＰＭ蓄積による排気ガス圧力上昇を回避でき、また、ＤＰＦ再生制御のインターバルが延びてＤＰＦ再生のために行う強制的な排気昇温制御の回数が減少し、更に、この排気昇温制御における昇温幅も著しく小さくすることができるため、燃費の低減を図ることができる。
【００７２】
そして、酸化触媒を経由せずに、炭化水素を直接触媒付きＤＰＦに供給する場合は、排気温度がバランスポイント温度以上の時には供給せずに、供給した炭化水素が捕集されたＰＭの酸化燃焼に寄与できる場合のみに、炭化水素を供給することにより、無駄な炭化水素の供給を回避できる。
【００７３】
また、酸化触媒を経由して触媒付きＤＰＦに炭化水素を供給する場合には、排気温度が酸化触媒の活性温度以上の場合には、炭化水素の供給をしないことにより、供給した炭化水素が酸化触媒で燃焼することを防止できるので、無駄なく炭化水素を触媒付きＤＰＦに供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施の形態の排気ガス浄化システムの構成図である。
【図２】本発明に係る第２実施の形態の排気ガス浄化システムの炭化水素供給装置の配置を示す図である。
【図３】本発明に係る第３実施の形態の排気ガス浄化システムの炭化水素供給装置の配置を示す図である。
【図４】モノリスハニカム型ウオールフロータイプの触媒付きフィルタの外形を示す図である。
【図５】図４の入口部分の拡大図である。
【図６】触媒付きフィルタの壁断面を示す図である。
【図７】第１及び第２の実施の形態における炭化水素の供給の制御フローの一例を示す図である。
【図８】第３の実施の形態における炭化水素の供給の制御フローの一例を示す図である。
【図９】本発明における炭化水素吸着によるＰＭの燃焼除去温度低下の説明図であり、（ａ）は、炭化水素を吸着したいない場合の壁表面の状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は、炭化水素を吸着した場合の壁表面の状態を模式的に示す図である。
【図１０】炭化水素を供給した場合と供給しない場合のＰＭ燃焼速度と排気温度との関係を示す図である。
【図１１】従来技術の排気ガス浄化システムの一例を示すシステム構成図である。
【図１２】従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。
【図１３】従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気通路
３ 連続再生型ＤＰＦ
３Ａａ 酸化触媒
３Ａｂ 触媒付きフィルタ
Ｅ ディーゼルエンジン
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ 浄化された排気ガス
Ｔｇ 排気温度
Ｔ１ 炭化水素酸化燃焼温度
Ｔ２ 酸化触媒の活性温度（所定の温度）
Ｔ３ バランスポイント温度（所定の温度）
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタを備えて、エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される微粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、窒素酸化物（以下ＮＯｘ），一酸化炭素（以下ＣＯ）そして炭化水素（ＨＣ）等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは、対応できなくなってきている。そこで、エンジンから排出されるＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。
【０００３】
直接、このＰＭを捕集するＤＰＦにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化している。
【０００４】
ＤＰＦはフィルタがＰＭを捕集すると捕集量に比例して排圧（排気ガス圧力）が上昇するので、捕集されたＰＭを燃焼させるなどして除去し、ＤＰＦを再生する必要がある。この再生方法には色々な方法が提案されており、電気ヒーター加熱タイプ、バーナー加熱タイプ、逆洗タイプ等がある。
【０００５】
しかしながら、これらの再生方法をとる場合には、外部からエネルギーの供給を受けてＰＭの燃焼を行うので、燃費の悪化を招き、また、再生時の制御が難しく、ＰＭ捕集、ＰＭ燃焼（ＤＰＦ再生）を交互に行うような二系統のＤＰＦシステムが必要になる等、システムが大きく複雑になるという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するために、触媒を利用しＰＭの酸化温度を下げ、外部からエネルギーを受けることなく、エンジンからの排気熱でＰＭを酸化してＤＰＦを再生する技術が提案されている。この場合には、ＤＰＦ再生が基本的には連続的になるため連続再生型ＤＰＦシステムと呼ばれているが、これらのシステムは、より簡素化された一系統のＤＰＦシステムとなり、再生制御も簡素化されるという利点がある。
【０００７】
図１１に一例として示すＮＯ２ 再生型ＤＰＦシステム１Ｘは、ＮＯ２ （二酸化窒素）によりＰＭを酸化して、ＤＰＦを再生するシステムであり、通常のウオールフローフィルタ３Ａｂの上流に酸化触媒３Ａａを配置し、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化する。従って、酸化触媒３Ａａ後流の排気ガス中のＮＯｘは殆どがＮＯ２ になる。このＮＯ２ で、下流側のフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを酸化してＣＯ２ （二酸化炭素）とし、ＰＭを除去している。このＮＯ２ は、Ｏ２ よりエネルギー障壁が小さいため、ＰＭ酸化温度（ＤＰＦ再生温度）を低下させるので、外部からエネルギーの供給なしに排気ガス中の熱エネルギーで連続的にＰＭ燃焼が生じる。
【０００８】
なお、図１１のＥはディーゼルエンジン、２は排気通路、４は燃料ポンプシステム、５は電子制御ボックス、７はバッテリー、８は消音器、９は燃料タンクである。
【０００９】
また、図１２に、図１１のＮＯ２ 再生型ＤＰＦシステムの改良システム１Ｙを示す。この改良システム１Ｙは、酸化触媒３２Ａの多孔質触媒コート層３１をウオールフローフィルタ３Ｂの多孔質壁面３０に塗布し、ＮＯの酸化とこれにより発生したＮＯ２ によるＰＭの酸化を、ウオールフローフィルタ３Ｂの壁表面上で行うように構成し、システムを簡素化している。
【００１０】
そして、図１３に、ウオールフローフィルタ３Ｃの多孔質壁面３０に、酸化触媒３２Ａと酸化物等のＰＭ酸化触媒３２Ｂとの多孔質触媒コート層３１を塗布し、フィルタ３Ｃに蓄積したＰＭを低温で燃焼し、連続再生するシステム１Ｚを示す。
【００１１】
そして、これらの触媒付きＤＰＦシステムは、触媒及びＮＯ２ によるＰＭの酸化反応によって通常のフィルタよりもＰＭ酸化開始排気温度を下げてＰＭの連続再生を実現するシステムである。
【００１２】
しかし、ＰＭ酸化開始排気温度を下げても、まだ、３５０℃程度の排気温度は必要であるため、アイドルや低負荷のエンジン運転条件では、排気温度が低いため、ＰＭの酸化及びＤＰＦの自己再生が生じない。
【００１３】
従って、このようなアイドルや低負荷等の排気温度が低いエンジン運転条件が継続するとＰＭが蓄積してもＰＭ酸化状態にならないため、排圧が上昇し、燃費の悪化を招き、また、エンジン停止等のトラブルが生じるおそれがある。
【００１４】
そこで、これらの連続再生型ＤＰＦシステムでは、エンジン運転条件からフィルタへのＰＭ蓄積量を算出したり、又は、ＰＭ蓄積量に対応したフィルタ圧損からＰＭ蓄積量を推定したりして、ＤＰＦ再生必要条件を設定し、このＤＰＦ再生必要条件を満たした時に、排気温度を強制的に上昇させて、蓄積したＰＭを強制的に燃焼させて除去するＤＰＦ再生制御を行っている。
【００１５】
このＤＰＦ再生制御では、アイドルや低負荷等のエンジン運転条件の場合でも、コモンレール等の電子制御式燃料噴射システム等を利用して、噴射時期遅延や多段噴射等で排気温度を上昇させたり、また、ＤＰＦ前段の酸化触媒に、ポスト噴射や排気管内噴射によって供給した燃料の燃焼で排気温度を上昇させたりして、捕集されたＰＭを再燃焼温度以上にして燃焼除去しＤＰＦの再生を行っている。
【００１６】
例えば、上流側の酸化触媒と下流側のＤＰＦと電子制御蓄圧式インジェクタを備えたエンジンの排ガス浄化装置において、圧力センサでＰＭの捕集量が所定量以上になったことを検出した時に、気筒（シリンダ）の排気弁の閉止直前に気筒に燃料を噴射する制御を行い、この噴射された未燃の燃料が上流側の酸化触媒で酸化されて燃焼し、排ガス温度を高温して、この高温の排ガスで、下流側のＤＰＦに捕集されたＰＭを焼却してＤＰＦを再生することが提案されている（特許文献１参照。）。
【００１７】
【特許文献１】
特開平０８−４２３２６号公報 （第２頁）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＰＦの再生のためには、３５０℃程度の排気温度が必要であるため、アイドルや低負荷のエンジン運転条件では、排気ガスの昇温幅が大きくなり、しかも、大量の排気ガスを高温にする必要があるため、多大の燃費悪化を招くという問題がある。
【００１９】
本発明は、上述の問題を解決するべくなされたものであり、その目的は、連続再生型ＤＰＦにおいて、メイン噴射装置のポスト噴射又は排気管に設置した炭化水素添加装置からの噴射等により、炭化水素を触媒付きＤＰＦに供給することにより、この炭化水素の触媒による低温酸化反応を利用して、低温の排気温度でもＰＭ再生燃焼を行うことができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に設けた触媒付きＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）に捕集されるＰＭ（パティキュレート・マター：微粒子状物質）を燃焼除去する方法であって、前記触媒付きＤＰＦの上流側に炭化水素（ＨＣ）を添加するための炭化水素添加手段を具備し、前記炭化水素添加手段により添加された炭化水素がＰＭと共に前記触媒付きＤＰＦに吸着することが可能な温度領域で炭化水素の添加を行い、前記触媒付きＤＰＦに吸着された炭化水素の酸化反応により前記触媒付きＤＰＦ上のＰＭを燃焼除去することを特徴とする。
【００２１】
この炭化水素は、内燃機関等に用いられる燃料等であり、ガソリン、軽油、灯油、Ａ重油等の一般的な炭化水素である。
【００２２】
この排気ガス浄化方法によれば、排気ガス中に添加された炭化水素が触媒付きＤＰＦの触媒近傍に吸着し、この気体吸着の炭化水素は触媒活性が非常に大きく、低温域（例えば、約２００℃程度）から触媒と反応するので、その反応熱を着火源にして、触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを低温域から燃焼させて除去することができる。
【００２３】
そのため、ＰＭ再生のための燃焼開始温度を下げることができ、低い排気温度でもＰＭを燃焼除去できるようになり、ＤＰＦ再生のために行う強制的な排気昇温の回数を減少し、排気昇温の温度幅も著しく低くすることができるため、燃料を節約でき、ＤＰＦ再生による燃費の悪化を防ぐことができる。
【００２４】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記炭化水素添加手段による、前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中への炭化水素の添加を、排気温度が所定の温度よりも低い時に行って、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去すると共に、前記所定の温度を、炭化水素を添加しない場合において、排気温度がこの温度以上では触媒付きＤＰＦにおいてＰＭが燃焼除去され、排気温度がこの温度より低い温度ではＰＭが触媒付きＤＰＦに捕集されて蓄積する温度であるバランスポイント温度とするように構成する。
【００２５】
この構成により、触媒付きＤＰＦの上流側に酸化触媒を設けない場合や酸化触媒を設けても触媒付きＤＰＦの直前に炭化水素添加手段を設ける場合等では、所定の温度をバランスポイント温度とすることにより、供給した炭化水素が捕集されたＰＭの酸化燃焼に寄与できる場合のみに、炭化水素が供給されるので、無駄な炭化水素の供給を回避できる。
【００２６】
あるいは、上記の排気ガス浄化方法において、前記炭化水素添加手段を、前記触媒付きＤＰＦの上流側に配置し、前記触媒付きＤＰＦに炭化水素を添加する場合は、前記炭化水素添加手段による、前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中への炭化水素の添加を、排気温度が前記酸化触媒の活性温度よりも低い時に行って、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去するように構成する。
【００２７】
この構成により、触媒付きＤＰＦの上流側に酸化触媒を設けた場合は、この温度以上では炭化水素が燃焼する酸化触媒の活性温度（酸化触媒ライトオフ緒温度）よりも低い時に炭化水素を添加することにより、供給した炭化水素が酸化触媒で燃焼することが防止され、無駄なく炭化水素を触媒付きＤＰＦに供給できるようになる。
【００２８】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記炭化水素添加手段が、ポスト噴射により排気ガス中に炭化水素を添加する手段、又は、前記触媒付きＤＰＦの上流側に設けた炭化水素添加装置から排気通路内への噴射により排気ガス中に炭化水素を添加する手段で構成される。これにより、容易に触媒付きＤＰＦの上流側に炭化水素を供給できる。
【００２９】
このポスト噴射により炭化水素を添加する手段は、エンジンがコモンレール等の電子制御式燃料噴射システムを有している場合に制御のみで添加できるようになるので好ましい。また、炭化水素添加装置から排気通路内へ噴射をする手段では、エンジンに供給する燃料を使用してもよく、別置きタンクで炭化水素を用意してもよい。
【００３０】
また、排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気管に触媒付きＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒付きＤＰＦの上流側に炭化水素を供給するための炭化水素添加手段と該炭化水素添加手段を制御するための炭化水素添加制御手段を具備すると共に、該炭化水素添加制御手段が、排気温度が所定の温度以下の時に、前記炭化水素添加手段により炭化水素を前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中に添加する制御を行うように構成される。
【００３１】
この排気ガス浄化システムによれば、排気ガス中に添加された炭化水素が触媒付きＤＰＦの触媒近傍に吸着し、低温域から触媒と反応するので、その反応熱を着火源にして、触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを低温域から燃焼させて除去することができるようになるので、ＤＰＦ再生による燃費の悪化を防ぐことができる。
【００３２】
なお、この所定の温度としては、バランスポイント温度や酸化触媒の活性温度等があり、また、この触媒付きＤＰＦとしては、連続再生型ＤＰＦで使用され、酸化触媒を担持したＤＰＦ、酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持したＤＰＦ等があり、この触媒付きＤＰＦの上流側に酸化触媒（前段酸化触媒）を設ける場合もある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムについて、酸化触媒（ＤＯＣ）と触媒付きフィルタ（ＣＳＦ）の組合せで構成される連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えた排気ガス浄化システムを例にして、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１に、この第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１では、ディーゼルエンジンＥの排気マニホールドに接続する排気通路（排気管）２に連続再生型ＤＰＦ３が設けられている。この連続再生型ＤＰＦ３は、上流側に酸化触媒３Ａａを下流側に触媒付きフィルタ３Ａｂを有して構成される。
【００３５】
この酸化触媒３Ａａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ３Ａｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタで形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。この触媒付きフィルタ３Ａｂでは、排気ガスＧ中のＰＭ（微粒子状物質）は多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。
【００３６】
図４に、この触媒付きフィルタ３Ａｂの外形を示し、図５に、目封じの様子が分かる入口部分の拡大図を示し、図６にフィルタの壁断面の詳細構造を示す。図６に示すように、アルミナ等の触媒担体３０の壁面に白金等の酸化触媒３２Ａやメタル酸化物等のＰＭ酸化触媒３２Ｂを担持したコート層３１が設けられ、これらの酸化触媒３２ＡやＰＭ酸化触媒３２Ｂは、触媒担体３０の表面に高分散されて担持されている。
【００３７】
そして、触媒付きフィルタ３ＡｂのＰＭの堆積量を推定するために、図１に示すように、連続再生型ＤＰＦ３の前後に、ＤＰＦ入口排気圧力センサ５１、ＤＰＦ出口排気圧力センサ５２やＤＰＦ入口排気温度センサ５３、ＤＰＦ出口排気温度センサ５４がそれぞれ設けられる。
【００３８】
これらのセンサの出力値は、負荷センサや回転センサ等の出力値と共に、エンジンＥの運転の全般的な制御と触媒付きフィルタ３Ａｂの再生制御を行う制御装置（電子制御ボックス：ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）５に入力され、この制御装置５から出力される制御信号により、エンジンＥのコモンレール等の電子制御式燃料噴射システム４１や排気ガス浄化システム１等が制御される。
【００３９】
この制御装置５には、エンジンの運転のために、ＰＴＯのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，ニュートラルスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，車両速度，冷却水温度，エンジン回転数，負荷（アクセル開度）等の情報も入力される。
【００４０】
また、第２の実施の形態では、図２に示すように、排気通路２に炭化水素添加装置である燃料噴射弁４２を酸化触媒３Ａａの上流側に設置する。また、第３の実施の形態では、炭化水素添加装置である燃料噴射弁４３を酸化触媒３Ａａの下流側でかつ触媒付きフィルタ３Ａｂの上流側に設置する。なお、これらの燃料噴射弁４２，４３は、エンジンＥの燃料タンクの燃料を使用してもよいが、これとは別置きのタンクから炭化水素を供給するようにしてもよい。
【００４１】
次に、本発明における触媒付きフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭの燃焼除去について説明する。
【００４２】
図９（ａ）に示すように、炭化水素（ＨＣ）Ｆを触媒３２Ａ，３２Ｂの近傍に吸着させていない場合には、固体のＰＭが固体の触媒金属３２Ａに触媒反応を起こす距離まで接近することができず、酸化反応は殆ど発生しない。そのため、ＰＭ再生燃焼開始温度は触媒３２Ａ，３２Ｂを担持していないＤＰＦと殆ど変わらない。
【００４３】
一方、図９（ｂ）に示すように、炭化水素（ＨＣ）Ｆを触媒３２Ａ，３２Ｂの近傍に吸着させた場合には、気体の炭化水素Ｆが低温域から触媒金属３２Ａと反応するので、その反応熱を着火源にしてＰＭの酸化を開始させることができ、ＰＭ再生燃焼開始温度を大きく低下させることができる。
【００４４】
図１０に炭化水素を吸着させた場合（実線）Ａと炭化水素を吸着させない場合（一点鎖線）Ｂの、排気温度（℃）に対するＰＭ燃焼速度（ｇ／ｓ）を示す模擬ガス試験結果を示す。炭化水素を吸着させた場合（実線）Ａは、低温域からＰＭ再生燃焼速度が増加しており、再生開始温度が低くなっていることが分かる。
【００４５】
従って、炭化水素が燃焼しないような低い排気温度状態の時に供給して、炭化水素Ｆを触媒付きフィルタ３Ａｂに吸着させておけば、排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１より高くなった時に、ＰＭを燃焼除去できる。また、排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１より高い温度の時に、触媒付きフィルタ３Ａｂに炭化水素Ｆを供給すればＰＭを燃焼除去できる。
【００４６】
本発明では、この炭化水素を触媒近傍に吸着させた時にＰＭ酸化除去の開始温度が低下することを利用して、低排気温度であっても、触媒付きフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを燃焼除去しながら、排気ガスを浄化することができる。
【００４７】
次に、これらの排気ガス浄化システムにおける排気ガス浄化方法について、説明する。
【００４８】
第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１では、ＤＰＦ入口排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度（酸化触媒ライトオフ緒温度：約２００℃）Ｔ２よりも低いエンジンの運転条件の場合に、電子制御式燃料噴射システム４１により、ポスト噴射を行って、排気通路２中の排気ガス中に炭化水素Ｆを供給し、触媒付きフィルタ３Ａｂ、及び、この触媒付きフィルタ３Ａｂに蓄積されたＰＭに吸着させる。
【００４９】
また、第２の実施の形態では、エンジンの運転条件がＤＰＦ入口排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２よりも低い場合に、燃料噴射弁４２から炭化水素Ｆを噴射して排気通路２中の排気ガス中に炭化水素Ｆを供給し、触媒付きＤＰＦ３Ａｂの上流側に配置した酸化触媒３Ａａを通過させてから、触媒付きフィルタ３Ａｂ及びこの触媒付きフィルタ３Ａｂに蓄積されたＰＭに吸着させる。
【００５０】
この第１及び第２の実施の形態では、ＤＰＦ入口排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２よりも高い場合には、排気ガス中に供給した炭化水素Ｆが酸化触媒３Ａａによって酸化されてしまい、触媒付きフィルタ３Ａｂに供給されないので、これを避けるために、ＤＰＦ入口排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２よりも低い場合に炭化水素Ｆを供給する。
【００５１】
そして、第３の実施の形態では、エンジンの運転条件がＤＰＦ入口排気温度Ｔｇがバランスポイント温度（約３５０℃）Ｔ３よりも低い場合に、燃料噴射弁４３から炭化水素Ｆを噴射して排気通路２中の排気ガス中に炭化水素Ｆを供給し、触媒付きＤＰＦ３Ａｂの上流側に配置した酸化触媒３Ａａを通過させずに、触媒付きフィルタ３Ａｂ及びこの触媒付きフィルタ３Ａｂに蓄積されたＰＭに吸着させる。
【００５２】
この第３の実施の形態の場合では、炭化水素添加装置４３が酸化触媒３Ａａの下流に配置されているので、酸化触媒３Ａａで消費される恐れがない。しかし，バランスポイント温度Ｔ３以上の場合には、ＰＭは、炭化水素Ｆを燃焼補助に使用しなくても酸化して燃焼除去されるので、炭化水素Ｆを供給しない。
【００５３】
なお、触媒付きＤＰＦ３Ａｂの上流側に酸化触媒３Ａａを配置しない連続再生型ＤＰＦでは、この第３の実施の形態と同様に扱うことができる。
【００５４】
次に、これらの炭化水素の供給方法に関して、より詳細に説明する。
【００５５】
第１及び第２の実施の形態の炭化水素供給の制御フローを図７に示す。このＨＣ供給制御が、エンジンのスタートと共にスタートすると、ステップＳ１１で、通常運転を所定の時間（再生開始の判定を行う時間間隔に関係する時間）Δｔａの間行い、この通常運転において、ステップＳ１２で排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度（ＨＣ酸化燃焼温度：約２００℃）Ｔ１より小さいか否かを判定し、炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１以上であれば、ステップＳ１３で超温時間ｔａをカウントし、小さければ超温時間ｔａをカウントしない。
【００５６】
そして、次のステップＳ１４で、カウントしている超温時間ｔａが所定の時間ｔ１を経過したか否かをチェックし、経過していなければステップＳ１１に戻り、経過するまで、ステップＳ１１〜ステップＳ１４を繰り返す。
【００５７】
これは、排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１以上の時間ｔａが所定の時間ｔ１以上になると、ＰＭに付着していたＨＣが炭化してｄｒｙ Ｓｏｏｔになってしまい低温度で酸化しなくなるため、ＰＭに新たな炭化水素Ｆを付着させる必要が生じるためである。なお、この所定の時間ｔ１は実験によって予め求めておく。
【００５８】
ステップＳ１４の判定で、超温時間ｔａが所定の時間ｔ１以上となった場合には、次のステップＳ１５で排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度（約２００℃）Ｔ２以下であるか否かの判定を行う。この判定で、以下で無ければ、ステップＳ１１に戻る。即ち、排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２より大きいと酸化触媒３Ａａで供給した炭化水素Ｆが酸化されてしまうからである
このステップＳ１５の排気温度Ｔｇの判定で、排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２以下である場合には、ステップＳ１６に行き、添加設定時間ｔ２を算出して設定する。この添加設定時間ｔ２の設定は、所定の炭化水素添加量を排気管２内に供給するための制御を、時間当たりの噴射量が一定であるとして添加時間ｔｃで制御するために行われる。また、ステップＳ１６では、超温時間ｔａをリセットする（ｔａ＝０）。
【００５９】
この添加時間ｔｃは、エンジンの回転数と負荷により、エンジンから排出される炭化水素量が変化するため、エンジン回転数と負荷を変数とするマップデータにから算出する。つまり、低負荷では、一般的に炭化水素濃度が高くなるので添加設定時間ｔ２は短くなり、高負荷では、一般的に炭化水素濃度が低くなるので添加設定時間ｔ２は長くなる。
【００６０】
次のステップＳ１７で排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２以下であるか否かの判定を行う。この判定で、以下で無ければ、以下になるまで、ステップＳ１９の炭化水素Ｆを添加しない運転を行ってステップＳ１７に戻り、このステップＳ１７の判定で、以下であれば、ステップＳ１８で、排気管２内に炭化水素Ｆを添加する運転を行うと共に、添加時間ｔｃをカウントする。
【００６１】
そして、ステップＳ２０で、この添加時間ｔａが添加設定時間ｔ２を超えたか否かを判定し、超えていなければステップＳ１７に行き、超えるまでステップＳ１７〜ステップＳ２０を繰り返す。また、ステップＳ２０で、この添加時間ｔｃが添加設定時間ｔ２を超えていれば、ステップＳ２１で、添加時間ｔａのリセット（ｔａ＝０）等の添加の終了作業を行って、ステップＳ１１に戻る。
【００６２】
以上の図７の制御フローに従う制御により、ステップＳ１１〜ステップＳ１４，ステップＳ１１〜ステップＳ１５，ステップＳ１１〜ステップＳ２１のいずれかの経路を通って、ステップＳ１１に戻り、エンジンキーＯＦＦによるステップＳ２２の割り込みが発生するまで、これらを繰り返す。そして、割り込みの発生により、ステップＳ２３で割り込み発生時の状態の記憶等の終了作業を行い、この制御フローを終了する。
【００６３】
また、第３の実施の形態の炭化水素供給の制御フローを図８に示す。この図８の制御フローは、図７の制御フローのステップＳ１５、ステップＳ１７の排気温度の判定における判定値Ｔ２を、酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２からバランスポイント温度（約３５０℃）Ｔ３に変更したものである。
【００６４】
そして、第１及び第２の実施の形態の場合には、排気温度Ｔｇが酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２以下の時に、炭化水素Ｆを触媒付きフィルタ３Ａｂに供給して吸着させておくことにより、排気温度Ｔｇが炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１に到達した時に、炭化水素Ｆが酸化触媒３２Ａの触媒作用によって酸化を開始して、この反応熱によりＰＭも酸化触媒３２ＡやＰＭ酸化触媒３２Ｂの触媒作用により酸化するので、燃焼除去できる。
【００６５】
なお、排気温度Ｔｇが、酸化触媒３Ａａの活性温度Ｔ２以下で、かつ、炭化水素酸化燃焼温度Ｔ１以上の時は、炭化水素Ｆを触媒付きフィルタ３Ａｂに供給することにより、炭化水素Ｆが触媒付きフィルタ３Ａｂの酸化触媒３２Ａによって酸化するので、この反応熱によりＰＭも触媒作用により酸化し、燃焼除去される。
【００６６】
また、第３の実施の形態の場合には、排気温度Ｔｇがバランスポイント温度Ｔ３以下の時に、炭化水素Ｆを触媒付きフィルタ３Ａｂに供給することにより、炭化水素Ｆが触媒付きフィルタ３Ａｂの酸化触媒３２Ａによって酸化を開始して、この反応熱によりＰＭも触媒作用により酸化するので、燃焼除去できる。
【００６７】
なお、図７及び図８の制御フローは、炭化水素の供給制御であり、この制御は、触媒付きフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭの燃焼開始温度を低下させるための制御であり、従来のＤＰＦの再生制御と並行して行われるものとして示してある。
【００６８】
従って、これらの制御では、図７又は図８の制御フローに従って、炭化水素が供給されると共に、これらの制御フローとは別のＤＰＦの再生制御フローに従って、ＤＰＦにＰＭが蓄積されたＰＭ量が所定の値以上になったことをＤＰＦ前後差圧や算出されたＰＭ蓄積量等で検出した場合には、ポスト噴射や多段噴射や吸気絞りやＥＧＲ制御等による強制的な排気昇温制御を行い、ＤＰＦの再生を行う。
【００６９】
本発明では、炭化水素を触媒付きフィルタに供給することにより、ＤＰＦに捕集されたＰＭを低い排気温度でも燃焼除去できるので、この強制的な排気昇温制御の回数及びその時の昇温幅が少なくなり、ＤＰＦ再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明をしたように、本発明の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、気体吸着の炭化水素は触媒活性が非常に大きく、低温域（例えば、約２００℃程度）から触媒と反応することを利用して、炭化水素を排気ガス中に添加して触媒付きＤＰＦの触媒近傍に吸着させることにより、低排気温度で燃焼を開始する炭化水素の反応熱を着火源にして、触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させて除去することができる。
【００７１】
従って、ＤＰＦ再生のためのＰＭの燃焼開始の排気温度を下げることができ、低排気温度からＰＭの再生燃焼が可能となり、低い排気温度でもＰＭが燃焼除去されるので、ＰＭ蓄積による排気ガス圧力上昇を回避でき、また、ＤＰＦ再生制御のインターバルが延びてＤＰＦ再生のために行う強制的な排気昇温制御の回数が減少し、更に、この排気昇温制御における昇温幅も著しく小さくすることができるため、燃費の低減を図ることができる。
【００７２】
そして、酸化触媒を経由せずに、炭化水素を直接触媒付きＤＰＦに供給する場合は、排気温度がバランスポイント温度以上の時には供給せずに、供給した炭化水素が捕集されたＰＭの酸化燃焼に寄与できる場合のみに、炭化水素を供給することにより、無駄な炭化水素の供給を回避できる。
【００７３】
また、酸化触媒を経由して触媒付きＤＰＦに炭化水素を供給する場合には、排気温度が酸化触媒の活性温度以上の場合には、炭化水素の供給をしないことにより、供給した炭化水素が酸化触媒で燃焼することを防止できるので、無駄なく炭化水素を触媒付きＤＰＦに供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施の形態の排気ガス浄化システムの構成図である。
【図２】本発明に係る第２実施の形態の排気ガス浄化システムの炭化水素供給装置の配置を示す図である。
【図３】本発明に係る第３実施の形態の排気ガス浄化システムの炭化水素供給装置の配置を示す図である。
【図４】モノリスハニカム型ウオールフロータイプの触媒付きフィルタの外形を示す図である。
【図５】図４の入口部分の拡大図である。
【図６】触媒付きフィルタの壁断面を示す図である。
【図７】第１及び第２の実施の形態における炭化水素の供給の制御フローの一例を示す図である。
【図８】第３の実施の形態における炭化水素の供給の制御フローの一例を示す図である。
【図９】本発明における炭化水素吸着によるＰＭの燃焼除去温度低下の説明図であり、（ａ）は、炭化水素を吸着したいない場合の壁表面の状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は、炭化水素を吸着した場合の壁表面の状態を模式的に示す図である。
【図１０】炭化水素を供給した場合と供給しない場合のＰＭ燃焼速度と排気温度との関係を示す図である。
【図１１】従来技術の排気ガス浄化システムの一例を示すシステム構成図である。
【図１２】従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。
【図１３】従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気通路
３ 連続再生型ＤＰＦ
３Ａａ 酸化触媒
３Ａｂ 触媒付きフィルタ
Ｅ ディーゼルエンジン
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ 浄化された排気ガス
Ｔｇ 排気温度
Ｔ１ 炭化水素酸化燃焼温度
Ｔ２ 酸化触媒の活性温度（所定の温度）
Ｔ３ バランスポイント温度（所定の温度）
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に設けた触媒付きＤＰＦに捕集されるＰＭを燃焼除去する方法であって、前記触媒付きＤＰＦの上流側に炭化水素を添加するための炭化水素添加手段を具備し、前記炭化水素添加手段により添加された炭化水素がＰＭと共に前記触媒付きＤＰＦに吸着することが可能な温度領域で炭化水素の添加を行い、前記触媒付きＤＰＦに吸着された炭化水素の酸化反応により前記触媒付きＤＰＦ上のＰＭを燃焼除去することを特徴とする排気ガス浄化方法。
- 前記炭化水素添加手段による、前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中への炭化水素の添加を、排気温度が所定の温度よりも低い時に行って、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去すると共に、前記所定の温度を、炭化水素を添加しない場合において、排気温度がこの温度以上では触媒付きＤＰＦにおいてＰＭが燃焼除去され、排気温度がこの温度より低い温度ではＰＭが触媒付きＤＰＦに捕集されて蓄積する温度であるバランスポイント温度とすることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
- 前記炭化水素添加手段を、前記触媒付きＤＰＦの上流側に配置し、前記触媒付きＤＰＦに炭化水素を添加する場合は、前記炭化水素添加手段による、前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中への炭化水素の添加を、排気温度が前記酸化触媒の活性温度よりも低い時に行って、炭化水素の低温酸化反応を利用して前記触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
- 前記炭化水素添加手段が、ポスト噴射により排気ガス中に炭化水素を添加する手段、又は、前記触媒付きＤＰＦの上流側に設けた炭化水素添加装置から排気通路内への噴射により排気ガス中に炭化水素を添加する手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化方法。
- 内燃機関の排気管に触媒付きＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒付きＤＰＦの上流側に炭化水素を供給するための炭化水素添加手段と該炭化水素添加手段を制御するための炭化水素添加制御手段を具備すると共に、該炭化水素添加制御手段が、排気温度が所定の温度以下の時に、前記炭化水素添加手段により炭化水素を前記触媒付きＤＰＦの上流側の排気ガス中に添加する制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
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