JP2008180107A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの再生機会を増大できるようにする。
【解決手段】エンジンＥの排気通路２１に、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタ２４およびフィルタ２４の温度を上昇させるための酸化触媒２２が配設される。フィルタ２４に捕集された微粒子が所定量以上となったときに、燃料噴射弁９からの燃料噴射として、エンジン燃焼室４での燃焼を行わせるためのメイン噴射以外に、メイン噴射よりも遅れた時期において酸化触媒２２での燃焼を行わせるためのポスト噴射が行われる。エンジンの減速が検出されたときは、メイン噴射が停止される一方、減速開始から所定期間においてはポスト噴射が継続して実行される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンにおいては、排気ガス中の微粒子（パティキュレート）が大気に放出されるのを防止するために、排気通路に微粒子を捕集するためのフィルタを設けることが一般的となっている。そして、フィルタに捕集された微粒子が所定量以上になると、フィルタの目詰まり防止のために、この微粒子を燃焼させてフィルタを再生させる必要がある。このフィルタの再生のため、フィルタに酸化触媒を担持させたりフィルタの上流の排気通路に酸化触媒を配設して、排気通路に供給した未燃燃料を酸化触媒で燃焼させることによって発生する高温を利用して、フィルタに捕集された微粒子を燃焼させることも行われている（例えば、特許文献１参照）。フィルタ再生のための未燃燃料の排気通路への供給は、エンジン燃焼室での燃焼を意図したメイン噴射の噴射時期よりも遅れた時期に、酸化触媒での燃焼を意図したポスト噴射によって行なわれる。

なお、特許文献２には、エンジンの減速時には、酸化触媒を冷却することになる排気ガスの流量が低下することに起因して酸化触媒が高温になり過ぎる事態を防止するために、減速時に排気流量を増量補正することが開示されているが、この特許文献１に開示の技術は、フィルタの再生機会を増大させるという技術とは相違するものである。
特開平８−４２３２６号公報 特開２００４−１９０６６８号公報

ところで、フィルタの再生のためには、エンジンが暖機状態で、酸化触媒つまりフィルタがある程度以上高温である必要がある。したがって、短時間走行（短距離走行）を繰り返すのみで、長時間走行を行わないときは、酸化触媒の温度は勿論のこと、エンジンの温度そのものも十分上昇しない状態が継続され、フィルタの再生を行う機会が極めて限定されることとなって、フィルタの目詰まりという問題が深刻になる。特に、エンジンの減速時には、メイン噴射およびポスト噴射の両方の噴射が共に停止されて、フィルタの再生を行わないということが一般的となっていた。つまり、フィルタの再生中であってもエンジンの減速が検出されると、フィルタの再生を中止することとなっていた。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、フィルタの再生機会を増大できるようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
エンジンの排気通路に設けられ、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタおよび該フィルタの温度を上昇させるための酸化触媒と、
前記フィルタに捕集された微粒子が所定量以上となったときに、燃料噴射弁からの燃料噴射を、エンジン燃焼室での燃焼を行わせるためのメイン噴射よりも遅れた時期において酸化触媒での燃焼を行わせるためのポスト噴射を行わせる再生手段と、
を備え、
前記再生手段は、エンジンの減速が検出されたときは、前記メイン噴射を停止させると共に、減速開始から所定期間は前記ポスト噴射を継続して実行させるように設定されている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、従来は、再生を停止していたエンジンの減速中であっても、減速開始から所定期間は再生が継続されるので、この分再生の機会が増大されて、フィルタの目詰まり防止の上で好ましいものとなる。特に、減速開始後でもしばらくの期間は、酸化触媒の温度も高く、しかもメイン噴射が停止されて排気ガス中の酸素濃度も高いために、再生を効果的に行うことが可能であり、しかも再生のための酸化触媒での燃焼によってその温度を高温に維持できることになる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記再生手段は、前記所定期間において、前記ポスト噴射の噴射時期を減速でないときに比して進角させる、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、ポスト噴射によるオイル希釈の問題を防止あるいは低減する上で好ましいものとなる。すなわち、通常のポスト噴射による燃料噴射時期は、燃焼室での燃焼に関与しないようにメイン噴射に比してかなり遅れた時期となるので、ポスト噴射された燃料（燃料噴霧）がシリンダ内壁に到達する割合が高くなって、シリンダ内壁に付着したオイルが燃料でもって希釈されるというオイル希釈の問題を生じるが、減速時にはメイン噴射が停止されることによって筒内温度が低下されるので、ポスト噴射の噴射時期を進角させても燃焼室で燃焼されてしまうことがなく、オイル希釈の問題を防止あるいは低減させつつ、ポスト噴射された燃料を未燃燃料として排気通路へ確実に供給することが可能となる。

前記再生手段は、前記所定期間において、前記ポスト噴射の噴射時期を、オイル希釈に影響の少ない所定クランク角度よりも進角させる、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、ポスト噴射の噴射時期を十分に進角させて、オイル希釈の問題をより確実に防止あるいは低減することができる。

前記再生手段は、前記所定期間において、前記ポスト噴射の噴射量を、減速でない場合に比して増量させる、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、ポスト噴射の噴射時期が進角されているので、ポスト噴射の噴射量を増大させても、オイル希釈の問題を防止あるいは低減しつつ、排気通路へ供給する未燃燃料量を増大させて、フィルタ再生をより効果的に行うことが可能となる。

前記再生手段は、前記酸化触媒の温度が所定温度以上のときを条件として、減速時における前記ポスト噴射を実行させるように設定されている、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、酸化触媒の温度が高いときに限定してポスト噴射を実行させることによりフィルタの再生を効果的に行いつつ、酸化触媒が低温で未燃燃料を十分に燃焼させることが難しい状況においては、ポスト噴射を実行しないことにより、燃料を無駄に消費してしまう事態を防止することができる。

本発明によれば、フィルタの再生機会を増大させて、フィルタの目詰まり防止の上で好ましいものとなる。

図１において、Ｅは、多気筒ディーゼルエンジン（エンジン本体）で、１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３はピストン、４は燃焼室である。シリンダヘッド２には、吸気ポート５および排気ポート６が形成され、吸気ポート５は吸気弁７によって開閉され、排気ポート６は排気弁８によって開閉される。また、シリンダヘッド２には、燃焼室４に臨ませて、燃料噴射弁９が配設されている。

吸気ポート５に連なる吸気通路１１は、その途中にサージタンク１２を有する。サージタンク１２の上流側の吸気通路は１本の共通吸気通路１１Ａとされて、この共通吸気通路１１Ａには、上流側から下流側へ順次、エアクリーナ１３、吸気量センサ１４，排気ターボ式過給機１５のコンプレッサホイール１５ａ、インタークーラ１６，吸気絞り弁１７，吸気温度センサ１８，吸気圧力センサ１９が配設されている。また、サージタンク１２よりも下流側の吸気通路は、各気筒に対して個々独立して連なる独立吸気通路１１Ｂとされている。

排気ポート６に連なる排気通路２１（各気筒からの独立排気通路が合流された共通排気通路）には、その上流側から下流側へ順次、排気ターボ式過給機１５のタービンホイール１５ｂ、酸化触媒２２，圧力センサ２３，微粒子を捕集するためのフィルタ２４，圧力センサ２５，温度センサ２６，酸素濃度センサ２７が配設されている。

前記燃料噴射弁９は、高圧で燃料噴射を行うもので、このため、燃料ポンプ３１からの高圧燃料を貯溜したコモンレール３２が設けられて、このコモンレール３２に対して、燃料配管３３を介して燃料噴射弁９が接続されている。なお、図１中、３４はエンジン回転数センサ、３５はクランク角センサ、３６はエンジン冷却水温度センサである。

吸気通路１１と排気通路２１とは、ＥＧＲ通路４１を介して接続されている。ＥＧＲ通路４１の吸気通路１１への接続部位は、吸気圧力センサ１９とサージタンク１２との間に設定されている。また、ＥＧＲ通路４１の排気通路２１への接続部位は、タービンホイール１５ｂの上流側（排気ポート６側）に設定されている。このＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲクーラ４２とＥＧＲ弁４３とが接続されている。

図２は、フィルタ２４の再生に関連した制御を行うための制御系統をブロック図的に示すもので、Ｕはマイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵには、前述した各種センサ等２３，２５，２６，３４〜３６からの信号の他、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ４５からの信号が入力される。また、コントローラＵは、燃料噴射弁９、吸気絞り弁１７およびＥＧＲ弁４３を制御する。なお、図２では、フィルタ２４の再生に直接的には関係しない部分の入出力関係は省略してある。

コントローラＵは、フィルタ２４での微粒子捕集量を、排気圧力センサ２３での検出圧力と排気圧力センサ２５での検出圧力との差圧に基づいて決定するものとなっている。

コントローラＵによる燃料噴射制御は、例えば次のように実行される。まず、フィルタ２４での微粒子捕集量が所定量（例えば最大捕集量の７０％）未満のときは、メイン噴射のみを行って、排気通路への未燃燃料を積極的に供給するためのポスト噴射は実行されないものとなる。メイン噴射の燃料噴射時期は、燃焼室４で噴射燃料が燃焼されるタイミングとされる。また、メイン噴射での燃料噴射量は、基本的にアクセル開度とエンジン回転数とによって決定された後、冷却水温度や吸気温度等による補正が行われて最終噴射量とされ、この最終噴射量でもって燃料噴射弁９から燃料噴射される。なお、実施形態では、図４に示すように、メイン噴射の前に少量のパイロット噴射を実行するようにしてあり、図４におけるパイロット噴射とメイン噴射との合計した噴射量が、上記最終噴射量となるように設定されている（パイロット噴射なしのときは、最終噴射量が全てメイン噴射量とされる）。

フィルタ２４での捕集量が所定量以上になると、フィルタ２４を再生させるために、ポスト噴射が実行されるが、再生実行条件として、例えばエンジン冷却水温度が所定温度（例えば６０度Ｃ）以上というように条件設定することもできる。減速時以外のときのポスト噴射の態様が、図４に示される。この図４に示す実施形態では、ポスト噴射は、膨張行程（つまり燃焼室４での燃焼に関与しないタイミング）に実行されて、ポスト噴射１からポスト噴射３までの３回に分けての分割噴射とされている。このポスト噴射によって噴射された燃料は、燃焼室４では燃焼されずに、全てそのまま排気通路２１へ供給されて、酸化触媒２２で燃焼されることになる。そして、酸化触媒２２での燃焼によって、フィルタ２４に導入される排気ガス温度が十分に高温となって、フィルタ２４に捕集されていた微粒子が燃焼され、フィルタ２４の再生が行われることになる。ポスト噴射での噴射量は、例えばアクセル開度とエンジン回転数とに基づいてオープン制御するようにしてもよく、あるいは酸素濃度センサ２７で検出される酸素濃度が目標酸素濃度となるようにフィードバック制御するようにしてもく、このようなオープン制御とフィードバック制御とを温度センサ２６で検出される温度に応じて選択的に使い分けるようにしてもよい（温度センサ２６で検出される温度が所定温度以上のときフィードバック制御を選択）。

上述したフィルタ２４の再生中に、エンジンの減速が検出されたときは、次のような燃料噴射制御が実行されるが、吸気絞り弁１７およびＥＧＲ弁４３はそれぞれ全閉とされる。まず、燃焼室４での燃焼が行われないようにメイン噴射が停止される（パイロット噴射が行われている場合はパイロット噴射も停止される）。そして、減速開始から所定期間は、ポスト噴射が継続して実行される。上記所定期間としては、減速検出からあらかじめ設定された所定時間（例えば４０秒）というように設定することができる。

また、減速時でのポスト噴射実行条件として、温度センサ２６での検出される温度（酸化触媒２２やフィルタ２４の温度に相当）が所定温度以上のときという条件設定が行われる。より具体的には、図３に示すように、エンジン回転数をパラメータとして、上記所定温度が変更されて、エンジン回転数が所定回転数（実施形態では約２５００ｒｐｍ）未満のときほぼ一定の約２６０度Ｃとされ、上記所定回転数以上のときは、エンジン回転数の増大に応じて徐々に所定温度が高くなるように変更される。そして、温度センサ２６での検出温度が上記所定温度未満のときは、他の実行条件が満足されていても、ポスト噴射は実行されないものとされる。

図５に示すように、減速時におけるポスト噴射は、減速時以外のときと同様に３回に分けての分割噴射とされるが、３回に分割された各ポスト噴射共にそれぞれ、噴射時期が進角されると共に増量補正される。進角後の噴射時期は、実施形態では、クランク角で圧縮上死点後５０度付近よりも進角側とされる。この進角された時期でのポスト噴射では、燃料噴射弁９からの噴射燃料（燃料噴霧）が、シリンダ内壁に到達しないかあるいは到達したとしても極く少量となるので、これにより燃料によるオイルが希釈が防止あるいは低減されることになる。

ポスト噴射による噴射量増大は、酸化触媒２２の燃焼温度を上昇させて、フィルタ２４の再生をより効果的に行うためである。この増量分の噴射量は、例えば、エンジン回転数をパラメータとして決定することができる。

エンジン減速中でのポスト噴射によるフィルタ２４の再生実行中に、前記所定期間が経過したとき、あるいは温度センサ２６で検出される温度が図３に示す所定温度未満になると、ポスト噴射が停止される（メイン噴射およびポスト噴射の両方共に停止された状態）。

図６は、前述した減速時でのフィルタ２４の再生を行う制御例を示すフローチャートであり、以下このフローチャートについて説明する。なお、以下の説明でＳはステップを示す。まず、Ｓ１でデータ入力された後、Ｓ２において、メイン噴射量が決定される。この後、Ｓ３において、２つの圧力センサ２３と２５との検出値の差圧に基づいて、フィルタ２４での微粒子の捕集量が決定（推定）される。

上記Ｓ３の後、Ｓ４において、Ｓ３で決定された微粒子の捕集量が、第１所定量β（実施形態ではほぼ０に近い値に設定）未満であるか否かが判別される。このＳ４の判別でＹＥＳのときは、Ｓ５において、再生フラグが０にリセットされた後、Ｓ６においてメイン噴射が実行され、この後Ｓ７においてポスト噴射を停止させる処理が行われた後、リターンされる。

前記Ｓ４の判別でＮＯのときは、Ｓ８において、Ｓ３で決定された捕集量が第２所定量α（例えば最大捕集量の７０％）以上であるか否かが判別される。このＳ８の判別でＹＥＳのときは、フィルタ２４の再生を実行すべきときであり、このときは、まずＳ９において再生フラグが１にセットされる。この後、Ｓ１１において、減速時であるか否かが判別される。このＳ１１での判別は、例えば、アクセル開度が零でかつエンジン回転数が所定回転数（例えばアイドル回転数よりも若干大きい回転数）以上のときに、減速時であると判別される。

上記Ｓ１１の判別でＮＯのとき、つまり減速時ではないと判別されたときは、Ｓ１２，Ｓ１３の処理によって、図４に示す通常時での燃料噴射が実行される（メイン噴射およびポスト噴射の両方の燃料噴射ありの状態）。

前記Ｓ１１の判別でＹＥＳのとき、つまり減速時であると判別されたときは、Ｓ１４において、メイン噴射が停止される。この後、Ｓ１５において、減速検出から所定期間内であるか否かが判別される。このＳ１５の判別でＹＥＳのときは、Ｓ１６において、温度センサ２６で検出される温度つまり酸化触媒２２やフィルタ２４の温度が所定温度γ（図３に示す所定温度）以上であるか否かが判別される。このＳ１６の判別でＹＥＳのときは、Ｓ１７において、ポスト噴射が実行され、しかもその噴射時期が進角されると共に噴射量が増大補正される。

前記Ｓ１５の判別でＮＯのとき、あるいはＳ１６の判別でＮＯのときは、Ｓ７に移行して、ポスト噴射が停止される。

前記Ｓ８の判別でＮＯのときは、Ｓ１８において、再生フラグが１であるか否かが判別される。このＳ１８の判別でＹＥＳのときはＳ１１へ移行され、Ｓ１８の判別でＮＯのときはＳ５へ移行される。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。ポスト噴射は、１回のみの噴射としてもよく、また分割噴射するときは分割回数を適宜変更できる。ポスト噴射を実行する減速検出からの所定期間は、例えばエンジン回転数や、減速検出時のエンジン冷却水温度等の適宜のパラメータに応じて変更することもできる（例えば、冷却水温度が高いほど、またエンジン回転数が大きいほど所定期間を長くする）。減速時でのポスト噴射を、進角させないようにしてもよく、また増量補正しないようにすることもできる。酸化触媒２２は、フィルタ２４と別個に設けることなく、フィルタ２４に担持させることによってフィルタ２４と一体的に設けるようにしてもよい。フローチャートに示す各ステップあるいはステップ群は、その機能内容を示す名称に手段の文字を付して表現できるものである。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明が適用されたエンジンの全体系統図。 本発明による制御系統例を示すブロック図。 減速時にポスト噴射を行うときの酸化触媒の温度を示す特性図。 通常時においてフィルタ再生を行うときの燃料噴射態様の一例を示す図。 減速時においてフィルタ再生を行うときの燃料噴射態様の一例を示す図。 本発明の制御例を示すフローチャート。

符号の説明

Ｅ：エンジン本体
Ｕ：コントローラ
４：燃焼室
９：燃料噴射弁
１１：吸気通路
２１：排気通路
２２：酸化触媒
２３：排気圧力センサ
２４：フィルタ
２５：排気圧力センサ
２６：排気温度センサ

Claims (5)

1. エンジンの排気通路に設けられ、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタおよび該フィルタの温度を上昇させるための酸化触媒と、
   前記フィルタに捕集された微粒子が所定量以上となったときに、燃料噴射弁からの燃料噴射を、エンジン燃焼室での燃焼を行わせるためのメイン噴射よりも遅れた時期において酸化触媒での燃焼を行わせるためのポスト噴射を行わせる再生手段と、
   を備え、
   前記再生手段は、エンジンの減速が検出されたときは、前記メイン噴射を停止させると共に、減速開始から所定期間は前記ポスト噴射を継続して実行させるように設定されている、
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１において、
   前記再生手段は、前記所定期間において、前記ポスト噴射の噴射時期を減速でないときに比して進角させる、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項２において、
   前記再生手段は、前記所定期間において、前記ポスト噴射の噴射時期を、シリンダ内での噴射燃料によるオイル希釈に影響の少ない所定クランク角度よりも進角させる、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
4. 請求項２または請求項３において、
   前記再生手段は、前記所定期間において、前記ポスト噴射の噴射量を、減速でない場合に比して増量させる、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記再生手段は、前記酸化触媒の温度が所定温度以上のときを条件として、減速時における前記ポスト噴射を実行させるように設定されている、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。

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