JP2005155443A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料添加の徐変制御と非徐変制御を適切に行なえる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１の排気管１１に組み込んだパティキュレートフィルタ１３と、触媒床温度を検知する温度センサ１５と、燃料主噴射後の燃料が着火しない時期に燃料ポスト噴射を行なう制御装置２０とを有し、燃料添加量の目標値が急増した場合に燃料添加量が徐々に増えて目標値に至るように徐変制御する機能と、温度センサ１５の検出値がしきい値を上回った状態で燃料添加量の目標値が急増した場合に燃料添加量が速やかに増えて目標値に至るよう制御する機能とを、制御装置２０に具備させている。
【選択図】図１

Description

本発明は排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの排気（軽油の燃焼ガス）には、炭素質よりなる煤と、高沸点炭化水素成分からなるＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）を主な成分として、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）が加わった組成のパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）が含まれている。

パティキュレートの大気中への拡散を抑制する対策として、パティキュレート捕集用のフィルタを車両用ディーゼルエンジンの排気系統に組み込むことが行なわれている。

パティキュレートフィルタとしては、コージェライトなどのセラミックスによりハニカムコアを形成し、当該ハニカムコアの多孔質薄壁で区分される多数の流路にエンジンからの排気を流通させるものがある。

上記パティキュレートフィルタでは、平行に並んだ多数の流路の一端部分を１つおきに封鎖して、これに隣接する流路の非封鎖の一端部分へエンジンから排気を導くようにし、エンジンから排気が流入する流路の他端部分を封鎖して、これに隣接する流路の他端部分をマフラなどに接続して大気開放させている。

すなわち、エンジン排気に含まれているパティキュレートを多孔質薄壁で捕集し、当該多孔質薄壁を透過した排気だけが大気中へ放出されることになる。

また、排気抵抗が増大しないように、多孔質薄壁に堆積したパティキュレートを燃焼により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、ディーゼルエンジンが通常運転されている状態では、パティキュレートが自然着火し得る程度にまで排気温度が上がる機会が少ない。

そこで、白金を担持したアルミナにセリウムなどの希土類元素を添加した酸化触媒を、パティキュレートフィルタ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おり、これを用いれば、捕集し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、自然着火に至らない排気温度であってもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。

上記の酸化触媒には活性温度領域があり、排気温度が活性下限温度に達しない運転状態（一般的に軽負荷の運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、酸化触媒が活性化しないためにパティキュレートが良好に燃焼除去されないという事象が起きる。

この解消策として、圧縮上死点（ピストン圧縮行程の上死点）付近における燃料主噴射後の燃料が着火しない時期に、排気に燃料を添加するためのポスト噴射を行ない、触媒で酸化する燃料の反応熱によりフィルタ床温度を上げるパティキュレートフィルタの再生方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、ディーゼルエンジンの運転状態に基づき、触媒床温度を活性温度領域に保つのに必要な燃料添加量の目標値を算出し、当該目標値に見合う燃料添加を実行するようにしている。

また、アイドル、急加速、急減速などのような燃料添加を抑止すべき運転状態から燃料添加が可能な運転状態に移行した際に燃料添加量を急増すると、燃料添加によって触媒床温度が低下し、未反応の燃料がパティキュレートフィルタを通り抜けて白煙が生じることがある。

このため、燃料添加量の目標値が所定の変化量を超えて急増した場合には、燃料添加量が徐々に増えて目標値に至るような徐変制御を行なって、未反応の燃料に起因する白煙の発生を防止している。
特開２００３−２２２０４０号公報

しかしながら特許文献１においては、触媒床温度が燃料を酸化させるのに充分な状態であっても、燃料添加量の目標値が急増した場合にはポスト噴射が徐変制御されてしまうため、フィルタの昇温にかかる時間が長くなってしまう。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、燃料添加の徐変制御と非徐変制御を適切に行なえる排気浄化装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、エンジン排気系統に組み込んだ触媒再生型パティキュレートフィルタと、当該フィルタの上流側で排気に燃料を添加する燃料添加手段と、触媒床温度を検知する温度センサとを有し、運転状態に基づき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増した場合に燃料添加量が徐々に増えて目標値に至るように徐変制御する機能と、温度センサの検出値がしきい値を上回った状態で燃料添加量の目標値が所定の変化量を超えて急増した場合に燃料添加量が速やかに増えて目標値に至るように制御する機能とを、燃料添加手段に具備させている。

請求項２に記載の発明は、エンジン排気系統に組み込んだ触媒再生型パティキュレートフィルタと、当該フィルタの上流側で排気に燃料を添加する燃料添加手段と、触媒床温度を検知する温度センサとを有し、運転状態に基づき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減した場合に燃料添加量が徐々に減って目標値に至るように徐変制御する機能と、温度センサの検出値がしきい値を下回った状態で燃料添加量の目標値が所定の変化量を超えて急減した場合に燃料添加量が速やかに減って目標値に至るように制御する機能とを、燃料添加手段に具備させている。

請求項１に記載の発明では、燃料添加量の目標値が急増した際に、温度センサの検出値がしきい値を上回っていないと、燃料添加手段が燃料添加量を目標値に見合うように徐々に増やす徐変制御を実行する。

また、温度センサの検出値がしきい値を上回っていると、燃料添加手段が燃料添加量を目標値に見合ように速やかに増やす制御を実行する。

請求項２に記載の発明では、燃料添加量の目標値が急減した際に、温度センサの検出値がしきい値を下回っていないと、燃料添加手段が燃料添加量を目標値に見合うように徐々に減らす徐変制御を実行する。

また、温度センサの検出値がしきい値を下回っていると、燃料添加手段が燃料添加量を目標値に見合ように速やかに減らす制御を実行する。

（１）請求項１に記載の発明においては、触媒床温度がしきい値を上回った状態で燃料添加量の目標値が急増した場合に、燃料添加量を速やかに増やす非徐変制御を行なうので、フィルタの昇温にかかる時間を短縮することができる。

（２）請求項２に記載の発明においては、触媒床温度がしきい値を下回った状態で燃料添加量の目標値が急減した場合に、燃料添加量を速やかに減らす非徐変制御を行なうので、燃料の添加に起因した触媒床温度の低下を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態を図示例とともに説明する。

図１乃至図４は本発明の排気浄化装置の実施の形態の一例であり、ディーゼルエンジン１はターボチャージャ２を装備しており、エアクリーナ３から導入される吸気４が吸気管５を経てターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送給され、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へ流入し、ここで冷却された吸気４が吸気マニホールド７へ送給されてディーゼルエンジン１のそれぞれの気筒８（図１では直列６気筒）に分配される。

更に、ディーゼルエンジン１の気筒８から排出される排気９は、排気マニホールド１０を経てターボチャージャ２のタービン２ｂへ送給され、当該タービン２ｂを駆動した後、排気管１１を経て大気中に放出される。

排気管１１にはフィルタケース１２が組み込んであり、該フィルタケース１２内の後段部分には、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１３が収容されている。

パティキュレートフィルタ１３は、セラミックスによってハニカムコアを形成し、当該ハニカムコアの多孔質薄壁１３ｂで区分される平行な多数の流路１３ａの一端部分を１つおきに封鎖して、これに隣接する流路１３ａの非封鎖の一端部分へディーゼルエンジン１から排気９を導くようにし且つ当該流路１３ａの他端部分を封鎖している（図２参照）。

すなわち、排気９に含まれているパティキュレートを多孔質薄壁１３ｂで捕集し、当該多孔質薄壁１３ｂを透過した排気９だけが下流側へ進んで大気中へ放出される。

フィルタケース１２内の前段部分には、ハニカム構造のフロースルー型の酸化触媒１４が収容されている（図３参照）。

この酸化触媒１４により酸化する燃料の反応熱で昇温された排気９がパティキュレートフィルタ１３へと導入されるので、より低い排気温度からパティキュレートフィルタ１３の強制再生を実現することが可能となる。

更に、フィルタケース１２の中間部分には、触媒床温度の代用値として、酸化触媒１４とパティキュレートフィルタ１３の間で排気９の温度を計測する温度センサ１５が設けられており、当該温度センサ１５の温度信号１５ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）をなす制御装置２０へ送信されるようになっている。

制御装置２０は燃料噴射制御を担い、アクセルの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１６（負荷センサ）の開度信号１６ａ、及びエンジン回転数を検出する回転センサ１７の回転数信号１７ａと、前記温度センサ１５の温度信号１５ａに基づき、噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する。

燃料噴射装置１８は、ディーゼルエンジン１の気筒８ごとに装備したインジェクタ１９を有し、これらのインジェクタ１９の電磁弁が前記噴射信号１８ａに応じて開き、燃料の噴射時期、及び噴射量（開弁時間）を制御する。

制御装置２０は、
Ａ．開度信号１６ａから算定したエンジン負荷と回転数信号１７ａから算定したエンジン回転数に応じて、圧縮上死点付近で主噴射が行なわれるように通常モードの噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能、
Ｂ．エンジン運転状態に基づき、触媒床温度を活性温度領域に保つのに必要な燃料添加量の目標値を算出し、当該目標値に見合う燃料添加がポスト噴射によって行なわれるように強制再生モードの噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能、
Ｃ．燃料添加量の目標値がＱ１へ急増し且つ触媒床温度がしきい値（増方向徐変許可温度上限）Ｔ１を上回っていない場合に、ポスト噴射による燃料添加量が徐々に増えて目標値Ｑ１に至るように噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能（図４参照）、
Ｄ．燃料添加量の目標値がＱ２へ急増し且つ触媒床温度がしきい値Ｔ１を上回る場合に、ポスト噴射による燃料添加量が速やかに増えて目標値Ｑ２に至るように噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能（図４参照）、
Ｅ．燃料添加量の目標値がＱ３へ急減し且つ触媒床温度がしきい値（減方向徐変許可温度下限）Ｔ２を下回っていない場合に、ポスト噴射による燃料添加量が徐々に減って目標値Ｑ３に至るように噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能（図４参照）、
Ｆ．燃料添加量の目標値がＱ４へ急減し且つ触媒床温度がしきい値Ｔ２を下回る場合に、ポスト噴射による燃料添加量が速やかに減って目標値Ｑ４に至るように噴射信号１８ａを燃料噴射装置１８へ送信する機能（図４参照）、
などを具備しており、ポスト噴射の徐変制御と非徐変制御を適切に行なうことができる。

特に、触媒床温度がしきい値Ｔ１を上回る状態で燃料添加量の目標値がＱ２に急増した場合には、ポスト噴射による燃料添加量を速やかに増やすような非徐変制御が実行されるので、フィルタの昇温にかかる時間を短縮することができる。

また、触媒床温度がしきい値Ｔ２を下回る状態で燃料添加量の目標値がＱ４に急減した場合には、ポスト噴射による燃料添加量を速やかに減らすような非徐変制御が実行されるので、燃料の添加に起因した触媒床温度の低下を回避することができる。

なお、本発明の排気浄化装置は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更を加え得ることは勿論である。

本発明の排気浄化装置は、様々な車種に適用することができる。

本発明の排気浄化装置の実施の形態の一例を示す概念図である。 図１に関連するパティキュレートフィルタの断面図である。 図１に関連する酸化触媒の部分切断斜視図である。 ポスト噴射による燃料添加量の目標値と触媒床温度を関係を示す線図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
１１ 排気管（エンジン排気系統）
１３ パティキュレートフィルタ
１５ 温度センサ
１８ 燃料噴射装置（燃料添加御手段）
２０ 制御装置（燃料添加手段）

Claims (2)

1. エンジン排気系統に組み込んだ触媒再生型パティキュレートフィルタと、当該フィルタの上流側で排気に燃料を添加する燃料添加手段と、触媒床温度を検知する温度センサとを有し、運転状態に基づき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増した場合に燃料添加量が徐々に増えて目標値に至るように徐変制御する機能と、温度センサの検出値がしきい値を上回った状態で燃料添加量の目標値が所定の変化量を超えて急増した場合に燃料添加量が速やかに増えて目標値に至るよう制御する機能とを、燃料添加手段に具備させたことを特徴とする排気浄化装置。
2. エンジン排気系統に組み込んだ触媒再生型パティキュレートフィルタと、当該フィルタの上流側で排気に燃料を添加する燃料添加手段と、触媒床温度を検知する温度センサとを有し、運転状態に基づき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減した場合に燃料添加量が徐々に減って目標値に至るように徐変制御する機能と、温度センサの検出値がしきい値を下回った状態で燃料添加量の目標値が所定の変化量を超えて急減した場合に燃料添加量が速やかに減って目標値に至るように制御する機能とを、燃料添加手段に具備させたことを特徴とする排気浄化装置。

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