JP2010031833A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーリーポスト噴射によるＤＯＣの昇温排ガスとレイトポスト噴射による未燃成分の供給とを組み合わせた排ガス浄化装置において、ＨＣ（炭化水素）の大気中への放出を低減し得るディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】アーリーポスト噴射により前記前段酸化触媒を昇温させる酸化触媒昇温手段２００と、排ガス中に未燃成分のＨＣ（炭化水素）成分を供給して前記前段酸化触媒で発生する酸化反応熱によりＤＰＦの温度を上昇せしめるレイトポスト噴射手段２０２と、レイトポスト噴射手段による目標レイトポスト噴射量に対して、一定時間の遅れを持たせて到達せしめるレーティング手段２０６を有したレイトポスト噴射コントローラ２０４を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンのＤＰＦ（黒煙除去装置）の再生装置等に用いられ、レイトポスト噴射（主噴射後に燃焼に寄与しないタイミングのレイトタイミング行うポスト噴射）により前記排ガス中に未燃成分のＨＣ（炭化水素）成分を供給し、供給された未燃成分が前段酸化触媒で発生する反応熱で温度を上げて前記ＤＰＦに捕集されたＰＭ（粒子状物質）を燃焼処理するように構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。

図９はＤＰＦ装置を備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。
図９において、ディーゼルエンジン（以下エンジン１００という）は、排気タービン１０９とこれに同軸駆動されるコンプレッサ１０８を有する排気ターボ過給機１１０を備えており、該過給機１１０のコンプレッサ１０８から吐出された空気は空気管１０７を通って空気冷却器１０６に入り、該空気冷却器１０６で冷却される。
該空気冷却器１０６で冷却された空気は、吸気スロットルバルブ１０５で開度を制御された後、吸気管１０４を通り、各シリンダ毎に設けられた吸気ポートからエンジン１００に吸入される。
エンジン１００においては、コモンレール（蓄圧器）１０２にて蓄圧された高圧燃料が、コモンレール制御装置１０３により噴射時期及び噴射量を制御され、かかる噴射時期及び噴射量にて、各シリンダ毎に設けられた燃料噴射弁１０１から噴射される。噴射された高圧燃料は前記空気との混合によって燃焼される。

かかる燃焼された燃焼ガス即ち排ガス１２０は、各シリンダ毎に設けられた排気ポートが集合した排気集合管１１１を通って、前記排気ターボ過給機１１０の排気タービン１０９を駆動して前記コンプレッサ１０８の動力源となった後、排気管１１２を通ってＤＯＣ（前段酸化触媒）１２１に入り、該ＤＯＣ１２１で該昇温された後、ＤＰＦ装置１２２に送り込まれる。
ＤＰＦ装置１２２においては、ＤＯＣでＨＣ（炭化水素）成分が酸化され、このとき発生する反応熱で、捕集されたＰＭを燃焼処理し、排ガスは排気出口管１１３から外部に排出される。図９において、Ｐ１がＤＰＦ１２２の入口圧力、Ｐ２がＤＰＦ１２２の出口圧力である。

尚、特許文献（特開２００６−２９０９２号公報）においては、インジェクタの主噴射における燃料噴射量及びエンジン回転数からＤＰＦにおけるＰＭの堆積し易さを数値情報として積算してゆき、この積算値が所定値に達すると、ＰＭの堆積量が過剰になったと判断して、インジェクタからのレイトポスト噴射を開始するように構成されている。

特開２００６−２９０９２号公報

前記ＤＯＣ１２１及びＤＰＦ１２２を用いた排ガスの後処理装置としては、図１０に示すように、通常の主噴射、ＤＯＣ（前段酸化触媒）を活性温度に上昇させるアーリーポスト噴射（主噴射後にアーリータイミングで行うポスト噴射）、ついで未燃成分を供給するレイトポスト噴射とつづく。該レイトポスト噴射により前記排ガス中に未燃成分を供給し、この未燃成分をＤＯＣ１２１に供給することで発生する反応熱でＤＰＦ１２２の温度を上げてＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼処理するように構成されたものが用いられている。
しかしながら、かかる排ガスの後処理装置においては、次のような問題がある。

（１）排ガス温度が低く、触媒活性が低い温度でレイトポスト噴射を行なうと、レイトポスト噴射開始直後に排ガス中のＨＣ（炭化水素）濃度が高くなる。
（２）排ガス温度が触媒の活性温度に到達していても、ＤＯＣ１２１の昇温ステージからＤＰＦ１２２の入口温度制御ステージに切換った直後に、レイトポスト噴射がなされると未燃成分の一部がＨＣ（炭化水素）として、大気中に放出される。
（３）上記とは逆に、ＤＯＣ１２１にて触媒の活性が高い温度状態であっても、レイトポスト噴射の噴射量が過剰であると、レイトポスト噴射の噴射された未燃成分の一部が触媒反応に寄与せずＨＣ（炭化水素）スリップして大気中に放出される可能性が大きい。

尚、特許文献（特開２００６−２９０９２号公報）においては、ＰＭの堆積量が過剰になったのを判定して、インジェクタからのレイトポスト噴射を開始するように構成されているが、前記のような大気に放出されるＨＣ（炭化水素）濃度の低減に主眼をおいたものではない。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＤＯＣ（前段酸化触媒）とＤＰＦ（黒煙除去装置）とを有し、アーリーポスト噴射によるＤＯＣの昇温とレイトポスト噴射による未燃成分の供給とを組み合わせたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ＨＣ（炭化水素）の大気中への放出を低減し得る排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するもので、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（黒煙除去装置）およびその前段に前段酸化触媒が配置され、前記ＤＰＦを前記前段酸化触媒の酸化反応熱を用いて昇温させて再生処理するように構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記前段酸化触媒を昇温させる酸化触媒昇温手段と、燃焼室内に未燃成分のＨＣ（炭化水素）成分を供給して前記前段酸化触媒の酸化反応熱によりＤＰＦの温度を上昇せしめるように主噴射後にレイトタイミングで噴射するレイトポスト噴射手段と、該レイトポスト噴射手段によるレイトポスト噴射量および噴射時期を制御して前記未燃ＨＣ成分が前記前段酸化触媒および前記ＤＰＦを通過して大気に放出されることを抑制するレイトポスト噴射コントローラを備えたことを特徴とする。

かかる発明において、好ましくは、前記レイトポスト噴射コントローラは、エンジンの運転状態およびＰＭ堆積量に基づいてＤＰＦの強制再生開始時の目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）を設定し、該目標レイトポスト噴射量に対して、一定時間の遅れを持たせて到達せしめるレーティング手段を備えたことを特徴とする。

さらに、好ましくは、前記レーティングの一定時間を、前記目標レイトポスト噴射量をステップ状に噴射したときに排出されるＨＣ濃度の変化特性のピークとなる時間を基に設定するとよい。

さらに、本発明において好ましくは、前記レイトポスト噴射コントローラは、前記前段酸化触媒によるＨＣの浄化率を算出する第１ＨＣ浄化率算出手段を有し、該第１ＨＣ浄化率算出手段によるＨＣ浄化率と大気への排出可能な目標ＨＣ濃度とに基づいて、許容レイトポスト噴射量を求め、該許容レイトポスト噴射量以下になるようにレイトポスト噴射量を制御するとよい。

また、本発明において好ましくは、前記ＤＰＦには触媒が担持され、前記レイトポスト噴射コントローラは、前記前段酸化触媒の後段に残存するＨＣに対して前記触媒が担持されたＤＰＦにおける浄化率を算出する第２ＨＣ浄化率算出手段を有し、前記第１および第２浄化率算出手段によるＨＣ浄化率と大気への排出可能な目標ＨＣ濃度とに基づいて、許容レイトポスト噴射量を求め、該許容レイトポスト噴射量以下になるようにレイトポスト噴射量を制御するとよい。

また、本発明において好ましくは、前記第１ＨＣ浄化率算出手段または第２ＨＣ浄化率算出手段には、それぞれ、酸化触媒の熱劣化後の浄化率を算出する手段を備え、該熱劣化後の浄化率によって前記許容レイトポスト噴射量が求められるとよい。

また、本発明において好ましくは、前記レイトポスト噴射コントローラは、前記ＤＰＦの下流側に設置されたＨＣセンサで検出したＨＣ濃度が、大気への排出可能な目標ＨＣ濃度以下かどうかを判定して、該目標ＨＣ濃度以下になるようにレイトポスト噴射量を制御するとよい。

本発明によれば、前記前段酸化触媒を昇温させる酸化触媒昇温手段と、燃焼室内に未燃成分のＨＣ（炭化水素）成分を供給して前記前段酸化触媒の酸化反応熱によりＤＰＦの温度を上昇せしめるように主噴射後にレイトタイミングで噴射するレイトポスト噴射手段とを備え、さらにレイトポスト噴射コントローラによって、レイトポスト噴射手段によるレイトポスト噴射量および噴射時期を制御して、前記未燃ＨＣ成分が前記前段酸化触媒および前記ＤＰＦを通過して大気に放出されることを抑制するので、すなわち、具体的には、エンジンの運転状態およびＰＭ堆積量に基づいて設定されたＤＰＦの強制再生開始時の目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）に対して、一定時間の遅れを持たせて到達せしめるレーティング手段を備えて、レイトポスト噴射の噴射量を徐々に増加させるように制御する。

これにより、レイトポスト噴射の噴射量の急激な上昇が抑えられてＨＣ濃度の上昇を抑制するので、未燃成分の一部がＨＣ（炭化水素）として大気中に放出するのを阻止出来る。

また、本発明においては、排ガス温度が低く前段酸化触媒の触媒活性が低い温度でも、レイトポスト噴射を徐々に増加するため前段酸化触媒の活性化が進行するとともに、レイトポスト噴射開始直後における排ガス中のＨＣ濃度の上昇を抑えることが出来る。

また、本発明においては、前段酸化触媒の触媒活性が高い温度状態であっても、レイトポスト噴射の初期の一定時期まではレイトポスト噴射の噴射量を抑制できるので、レイトポスト噴射の噴射された未燃成分の一部がスリップして、ＨＣとして大気中に放出されることが防止される。

また、前記レーティングの一定時間を、前記目標レイトポスト噴射量をステップ状に噴射したときに排出されるＨＣ濃度の変化特性のピークとなる時間を基に設定するので、すなわち、目標レイトポスト噴射量の噴射に関連した時間として把握できるため、該ＨＣ濃度の変化特性のピークとなる時間を基に設定することで、目標レイトポスト噴射量に応じた時間として可変設定が可能になり、レーティング手段における制御の簡単化が図れる。また、ステップ状の噴射に対する応答時間より長く設定することでレーティングする効果を確実に得ることができる。

また、本発明においては、前記レイトポスト噴射コントローラは、前記前段酸化触媒によるＨＣの浄化率を算出する第１ＨＣ浄化率算出手段を有し、該第１ＨＣ浄化率算出手段によるＨＣ浄化率と大気への排出可能な目標ＨＣ濃度とに基づいて、許容レイトポスト噴射量を求め、該許容レイトポスト噴射量以下になるようにレイトポスト噴射量を制御するので、前段酸化触媒の浄化能力の余裕部分と、さらに目標ＨＣ濃度とを考慮して、レイトポスト噴射量を制御できるため、前段酸化触媒の活性化を行いつつ、ＨＣ排出量を極力抑えるレイトポスト噴射の噴射量の制御が可能となる。

さらに、前記ＤＰＦには触媒が担持され、前記レイトポスト噴射コントローラは、前記前段酸化触媒の後段に残存するＨＣに対して前記触媒が担持されたＤＰＦにおける浄化率を算出する第２ＨＣ浄化率算出手段を有し、前記第１および第２浄化率算出手段によるＨＣ浄化率と大気への排出可能な目標ＨＣ濃度とに基づいて、許容レイトポスト噴射量を求め、該許容レイトポスト噴射量以下になるようにレイトポスト噴射量を制御するので、前段酸化触媒およびＤＰＦの浄化能力の余裕部分と、目標ＨＣ濃度とを考慮して、レイトポスト噴射量を制御できるので、ＨＣ排出量を極力抑えるレイトポスト噴射の噴射量の制御を効率よく行うことができる。

さらに、前記第１ＨＣ浄化率算出手段または第２ＨＣ浄化率算出手段には、それぞれ、酸化触媒の熱劣化後の浄化率を算出する手段を備え、該熱劣化後の浄化率によって前記許容レイトポスト噴射量が求められるので、長期間使用の後処理装置からもＨＣの排出が抑制される。

また、本発明においては、前記レイトポスト噴射コントローラは、前記ＤＰＦの下流側に設置されたＨＣセンサで検出した濃度が、大気への排出可能な目標ＨＣ濃度以下かどうかを判定して、該目標ＨＣ濃度以下になるようにレイトポスト噴射量を制御するので、レイトポスト噴射による未燃ＨＣが前段酸化触媒およびＤＰＦを通過して大気に排出される量を正確に制御できる。さらに、ＨＣセンサで検出した濃度に基づくのみであるため、制御を簡単に構成できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（実施例１）
図１は、本発明の第１〜第４実施例に係るＤＰＦ装置を備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。
図１において、ディーゼルエンジン（以下エンジン１００という）は、排気タービン１０９とこれに同軸駆動されるコンプレッサ１０８を備えた排気ターボ過給機１１０を備えており、該過給機１１０のコンプレッサ１０８から吐出された空気は空気管１０７を通って空気冷却器１０６に入り、該空気冷却器１０６で冷却される。
該空気冷却器１０６で冷却された空気は、吸気スロットルバルブ１０５で開度を制御された後、吸気管１０４を通り、各シリンダ毎に設けられた吸気ポートからエンジン１００に吸入される。

エンジン１００においては、コモンレール（蓄圧器）１０２にて蓄圧された高圧燃料が、コモンレール制御装置１０３により噴射時期及び噴射量を制御され、かかる噴射時期及び噴射量にて、各シリンダ毎に設けられた燃料噴射弁１０１から噴射される。噴射された高圧燃料は前記空気との混合によって燃焼される。

かかる燃焼された燃焼ガス即ち排ガス１２０は、各シリンダ毎に設けられた排気ポートが集合した排気集合管１１１を通って、前記排気ターボ過給機１１０の排気タービン１０９を駆動して前記コンプレッサ１０８の動力源となった後、排気管１１２を通ってＤＯＣ（前段酸化触媒）１２１に入り、該ＤＯＣ１２１により昇温された後、ＤＰＦ（黒煙除去装置）１に送り込まれる。
ＤＰＦ１においては、後述するように、ＤＯＣ１２１でＨＣ（炭化水素）成分を酸化しこのとき発生する反応熱で、捕集されたＰＭ（粒子状物質）を燃焼処理し、燃焼処理された排ガスは排気出口管１１３から外部に排出される。
また、排気集合管１１１の途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）管１１６が分岐されて、排ガス１２０の一部（ＥＧＲガス）はＥＧＲ管１１６を通り、ＥＧＲクーラ１１５で降温され、ＥＧＲ弁１１４で流量を制御されて、吸気管１０４の吸気スロットルバルブ１０５に下流部位に投入される。

図２は、代表的な前記ＤＯＣ１２１及びＤＰＦ１の縦断面図であり、図２において、前記排気管１１２を通った排ガスは入口室１２３から前記ＤＯＣ１２１及びＤＰＦ１に入る。
即ち、前記エンジン１００からの排ガスは、前記排気管１１２から入口室１２３を通ってＤＯＣ１２１に入り、このＤＯＣ１２１で酸化され、そのとき発生する酸化熱でＤＰＦ１の温度が上昇し、該ＤＰＦ１に堆積したＰＭを燃焼させ、燃焼ガスは出口室１２４から排気出口管１１３に排出される。
尚、図２において、Ｐ１がＤＰＦ１２２の入口圧力、Ｐ２がＤＰＦ１の出口圧力である。

図１に示すようなディーゼルエンジン１００において、比較的中、小型の前記ＤＯＣ１２１及びＤＰＦ１を用いた排ガスの後処理装置としては、図１０に示すように、通常の主噴射と、主噴射後のアーリーポスト噴射と、アーリーポスト噴射後のレイトポスト噴射（下死点に近くで噴射）とを行い、アーリーポスト噴射を行い排ガスの温度を上昇させる酸化触媒昇温手段２００と、レイトポスト噴射を行うレイトポスト噴射手段２０２とを備え、該レイトポスト噴射手段２０２によるレイトポスト噴射により前記排ガス中に未燃成分を供給し、この未燃成分をＤＯＣ１２１に供給することで未燃成分を酸化し、発生する反応熱で該ＤＰＦ１の温度を上げて、前記ＤＰＦ１に堆積されているＰＭを燃焼処理して該ＤＰＦ１を再生処理する。

図１において、本発明は以下の制御を行う燃料噴射コントローラ２を備える。また、該燃料噴射コントローラ２には、レイトポスト噴射手段２０２によって行われるレイトポスト噴射の噴射量および噴射時期を制御するレイトポスト噴射コントローラ２０４を備えている。
該燃料噴射コントローラ２には、排ガスのＤＯＣ１２１入口の温度を検出するＤＯＣ入口温度センサ３からのＤＯＣ入口温度の検出値Ｔ１、排ガスのＤＰＦ１入口の温度を検出するＤＰＦ入口温度センサ４からのＤＰＦ入口温度の検出値Ｔ２、ＤＰＦ１２２の出口圧力Ｐ２とＤＰＦ１２２の入口圧力Ｐ１との圧力差ΔＰ、前記ＤＰＦを通過した後の排ガス中に含まれるＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度センサ６からのＨＣ濃度検出値が、それぞれ入力されている。
そして、前記燃料噴射コントローラ２における演算結果は、前記コモンレール制御装置１０３、及び吸気スロットルバルブ１０５に出力される。

次に、図３〜図４を参照して、かかる第１実施例の動作について説明する。
図３は、本発明と従来技術との、ＨＣ濃度：Ｈ（Ｈ_Ａは本発明、Ｈ_Ｂは従来技術）と、ＤＰＦ入口温度：Ｔ（Ｔ_Ａは本発明、Ｔ_Ｂは従来技術）とを、レイトポスト噴射量Ｑを従来技術のようにほぼステップ的にＱ_Ｂ（図４）のように変化させた場合と、本発明のＱ_Ａ（図４）のように、目標噴射量Ｑ_ｔａｒに向かってｔ_０時間かけて変化させた場合とを比較して示している。
図３に示すように、ＤＰＦ入口温度Ｔ_Ａは、従来技術のＤＰＦ入口温度Ｔ_Ｂに比べて抑制されて上昇が抑えられる。また、ＨＣ濃度は、従来技術のＨＣ濃度Ｈ_Ｂから本発明のＨＣ濃度Ｈ_Ａのように、低下することができる。

即ち、図４において、レイトポスト噴射の噴射量Ｑをほぼステップ的にＱ_Ｂのように、変化させるのに対して、本発明においてはＱ_Ａのように、目標噴射量Ｑ_ｔａｒに向かってｔ_０時間掛けて変化させる。
この目標噴射量Ｑ_ｔａｒは、エンジンの運転状態（回転速度、負荷、大気条件等）、およびＰＭの堆積量（回転速度、負荷、差圧センサ５からの信号等を基に算出）に基づいて、ＤＰＦの強制再生開始時に設定された目標レイトポスト噴射量である。

本実施例においてレイトポスト噴射コントローラ２０４には、レーティング手段２０６が備えられ、該レーティング手段２０６によって、ｔ_０時間かけて目標噴射量Ｑ_ｔａｒに向かってレイトポスト噴射の噴射量ＱをＱ_Ａのように変化させている。
変化させる手法としては、図５に示すように、ステップ的な噴射量の供給を行った場合のＨＣ濃度の変化状態を予め検出して、ＨＣ濃度がピークを越える時間ｔｓを求め、このＨＣ濃度がピークを越えるまでの時間ｔｓ、またはピークに達する時間ｔｓ／２よりも長い時間としてｔ_０を設定する。すなわち、レーティングの効果を得ることができる時間としてｔ_０を設定する。
そして、次の式（１）、（２）に基づいて、レイトポスト噴射の噴射量Ｑ_Ａを算出する。

Ｑ_Ａ＝Ｋ・Ｑ_ｔａｒ …（１）
Ｋ＝ｔ／ｔ_０（０≦ｔ≦ｔ_０） …（２）

次いで、前記一定時期ｔ_０を越えた場合は、前記ＤＰＦ入口温度Ｔ_Ａが上昇するように、レイトポスト噴射の噴射量を目標噴射量Ｑ_ｔａｒで噴射を続行する。
また、前記レイトポスト噴射の噴射量Ｑ_Ａを、前記のように比例的ではなく図４のＱ_ＡＣのように階段状に変化させても良く、該階段状の方が制御される噴射量が安定する。

また、ｔ_０時間の設定として、図３に示すＤＰＦ入口温度はＴ_Ａが、従来のステップ的な噴射を行った場合のＤＰＦ入口温度Ｔ_Ｂと略同等の温度になる時間をｔ_０時間として設定してもよい。そして、前記式（１）、（２）によって、レイトポスト噴射の噴射量Ｑ_Ａを算出してもよい。

さらに、前記レイトポスト噴射コントローラ２０４は、図３に示すように、ＤＰＦ入口温度センサ４からのＤＰＦ入口温度の検出値と、ＨＣ濃度センサ６からのＨＣ濃度の検出値と、前記レイトポスト噴射の噴射量Ｑ_Ａとの関係を、レイトポスト噴射の噴射直後の初期の一定時間ｔ_０まで、従来技術に比べてＨＣ濃度Ｈ_ＡおよびＤＰＦ入口温度の検出値Ｔ_Ａが小さくなるように、予め設定したマップ（設定手段）に設定して備えるのがよい。
すなわち、レイトポスト噴射の噴射直後の初期の一定時間ｔ_０までのレイトポスト噴射量Ｑ_Ａを、予め設定したマップの噴射量に基づいて基に徐々に増加させる。

以上のように、かかる第１実施例によれば、レイトポスト噴射の噴射量Ｑ_Ａを目標噴射量Ｑ_ｔａｒまで、ステップ的に増加せずに、一定時間ｔ_０持たせてレーティングすることによって、従来、図３のＨ_Ｂのように局部的に大きくなる初期のＨＣ濃度の上昇を抑制することができる。排ガス温度がＤＰＦ１の入口部でＰＭを燃焼する温度に到達して、ＤＯＣ１２１の昇温からＤＰＦ１の入口温度によるＰＭの燃焼制御に切換った直後のようなケースでも、レイトポスト噴射の噴射量Ｑを抑えてＨＣ濃度Ｈの上昇を抑制するので、未燃成分の一部がＨＣ（炭化水素）として大気中に放出するのを阻止出来る。

また、かかる第１実施例においては、一定時間ｔ_０持たせて目標噴射量Ｑ_ｔａｒへの到達をレーティングする簡単な手法によって、レイトポスト噴射の噴射された未燃成分の一部がスリップして、ＨＣになって大気中に放出されることを防止できる。

（実施例２）
本発明の第２実施例を、図６示す制御フローチャートにより説明する。
この第２実施例においては、レイトポスト噴射コントローラ２０４は、ＤＯＣ（前段酸化触媒）１２１の入口温度Ｔ１及びＤＯＣ１２１の出口温度（即ちＤＰＦ１の入口温度）Ｔ２および排ガス流量Ｗから、ＤＯＣ１２１としてのＨＣの浄化率を算出する第１ＨＣ浄化率算出手段を有し、該第１ＨＣ浄化率算出手段によるＨＣ浄化率と排出可能な目標ＨＣ量とに基づいて、許容レイトポスト噴射量を求め、常時該許容レイトポスト噴射量以内になるように制御する。

図６及び図１において、前記ＤＯＣ入口温度センサ３でＤＯＣ１２１の入口温度Ｔ１を、ＤＯＣ出口温度センサ４でＤＯＣの出口温度Ｔ２を、排ガス流量センサ９ａで排ガス流量Ｗをそれぞれ検出して、燃料噴射コントローラ２に入力する（ステップ（１））。排ガス流量は排ガス流量センサ９ａを用いずにエンジン運転条件から算出してもよい。
第１ＨＣ浄化率算出手段は、予め設定された空間速度ＨＣ浄化率のテーブル（図６（Ｂ））から、前記ＤＯＣ１２１の入口温度Ｔ１、ＤＯＣの出口温度Ｔ２及び排ガス流量Ｗに対応するＨＣ浄化率を算出する（ステップ（２））。

算出した現在のＨＣ浄化率と、排出可能な目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）とに基づいて、目標ＨＣ濃度以下になるレイトポスト噴射の許容噴射量Ｑｃ（許容Ｑｃ）を算出する（ステップ（３））。
この許容Ｑｃの算出方法の１例は、次の方法による。
Ｓｖ（空間速度）＝排ガス流量Ｗ（排ガス流量センサ９ａの検出値）／Ｖ（ＤＯＣ１２１の体積）で、かかるＳｖ値をパラメータにした前記温度Ｔ（ＤＯＣ１２１の入口温度Ｔ１とＤＯＣの出口温度Ｔ２との平均温度を取るのがよい）と前記ＨＣ浄化率との関係は、図６（Ｂ）に示すようになっており、前記排ガス流量Ｗが多くなるに従いＳｖ（空間速度）が大きくなって、ＨＣ浄化率が遅くなる傾向を有し、従って、排ガス流量Ｗが多くなるに従って温度Ｔを高めなければならない傾向にある。
なお、図６（Ｂ）に示すようなＨＣ浄化率の特性は、排気浄化装置として設置される前段酸化触媒の性能仕様に基づいて設定されている。

このようにして算出したＤＯＣ１２１のＨＣ浄化率の算出結果と、排出可能な目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）とに基づいて、許容できるレイトポスト噴射量である許容噴射量Ｑｃを算出する。

エンジンの運転状態（回転速度、負荷、大気条件等）、およびＰＭの堆積量（回転速度、負荷、差圧センサ５からの信号等を基に算出）に基づいて、ＤＰＦの強制再生開始時に設定された目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）を、前記算出した許容噴射量Ｑｃと比較し（ステップ（４））、常時許容噴射量Ｑｃ以下になるように前記目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）に制限をかける制御を行う（ステップ（５））。

従って、かかる第２実施例によれば、アーリーポスト噴射（該アーリーポスト噴射に吸気スロットルバルブ１０５の開度制御を付加することもできる）によって活性化されるＤＯＣ１２１を備え、レイトポスト噴射コントローラ２０４が、第１ＨＣ浄化率算出手段によって、ＤＯＣ１２１におけるＤＯＣ温度検出センサ３、４と、排ガス流量センサ９ａと、からの信号に基づいて、ＤＯＣ１２１によるＨＣ浄化率を算出し、該算出結果と、排出可能な目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）から、許容できるレイトポスト噴射量である許容噴射量Ｑｃを算出し、噴射量を該許容噴射量Ｑｃ以下に制御するように構成したので、アーリーポスト噴射によって活性化されたＤＯＣ１２１におけるＨＣ浄化率を把握した上で、レイトポスト噴射量を制御できるため、ＤＯＣ１２１の活性化を行いつつ、ＨＣ排出量を極力抑えるレイトポスト噴射量に制御できる。

また、前記第２実施例の変形例としてＤＰＦ１には、ＤＯＣ１２１と同様の酸化触媒が担持されており、ＤＯＣ１２１の後段に残存するＨＣに対して前記触媒が担持されたＤＰＦ１におけるＨＣ浄化率を算出する第２ＨＣ浄化率算出手段を有していてもよい。
すなわち、第２ＨＣ浄化率算出手段によるＤＰＦ１におけるＨＣ浄化率と、さらに前記第１浄化率算出手段によるＤＯＣ１２１におけるＨＣ浄化率との合計値、および大気への排出可能な目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）とに基づいて、レイトポスト噴射の許容噴射量Ｑｃを求め、該許容噴射量Ｑｃ以下になるようにレイトポスト噴射量を制御してもよい。
このようにＤＯＣ１２１およびＤＰＦ１に担持された酸化触媒でのＨＣ浄化能力と、目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）とを考慮して、レイトポスト噴射量を制御するので、ＨＣ排出量を抑えたレイトポスト噴射量の制御を一層効率よく行うことができる。

（実施例３）
次に、本発明の第３実施例について図７のフローチャートを参照して説明する。
前記実施例２においては、レイトポスト噴射量（許容Ｑｃ）の算出方法の一例として、ＨＣ浄化率とＤＯＣ温度との関係が、排ガス流量Ｗに関連したＳｖ（空間速度）値の大小に応じて予め空間速度ＨＣ浄化率テーブル（図６（Ｂ））に設定されており、該テーブルを用いてＨＣ浄化率を求めて、許容Ｑ_Ｃを算出するものであった。
これに対して、本実施例３は、ＤＯＣ１２１の触媒性能が、長期間の使用によって熱劣化することを考慮して、ＤＯＣの使用履歴（例えば、温度、時間、燃料成分等の履歴）に応じた浄化率の特性を予め熱劣化ＨＣ浄化率テーブル（図７（Ｂ））として用意しておき、該テーブルを用いてＨＣ浄化率を求めて、許容Ｑ_Ｄを算出する。図７（Ｂ）において、触媒性能劣化後（実線の特性）は、ＤＯＣ温度Ｔが同一温度でも浄化率がη１からη２に低下するため、予め性能劣化を加味したテーブル（性能劣化後の特性）を設定しておく。

図７のフローチャートは、図６と基本的に同じであり、ステップ（１１）で、ＤＯＣ（前段酸化触媒）１２１の入口温度Ｔ１及びＤＯＣ１２１の出口温度（即ちＤＰＦ１の入口温度）Ｔ２、およびＤＯＣ１２１の使用履歴（例えば使用時間の累積値）を検出して、燃料噴射コントローラ２に入力する。
その後、第１ＨＣ浄化率算出手段は、予め設定された熱劣化ＨＣ浄化テーブル（図７（Ｂ））から、前記ＤＯＣ１２１の入口温度Ｔ１、ＤＯＣの出口温度Ｔ２及び使用履歴（使用時間）に対応するＨＣ浄化率を算出する（ステップ（１２））。次に、ステップ（１３）において、算出した現在のＨＣ浄化率と、排出可能な目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）とに基づいて、目標ＨＣ濃度以下になるレイトポスト噴射の許容噴射量Ｑ_Ｄ（許容Ｑ_Ｄ）を算出する（ステップ（１３））。

そして、実施例３と同様に、エンジンの運転状態（回転速度、負荷、大気条件等）、およびＰＭの堆積量（回転速度、負荷、差圧センサ５からの信号等を基に算出）に基づいて、ＤＰＦの強制再生開始時に設定された目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）を、前記算出した許容噴射量Ｑ_Ｄと比較し（ステップ（１４））、常時許容噴射量Ｑ_Ｄ以下になるように前記目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）に制限をかける制御を行う（ステップ（１５））。

従って、かかる実施例３によれば、ＤＯＣ１２１、またはＤＰＦ１に担持された触媒でのＨＣ浄化能力の熱劣化後の浄化能力によって許容レイトポスト噴射量が求められるので、長期間使用の後処理装置からもＨＣの排出が抑制される。

また、本第３実施例の熱劣化に対するＨＣ浄化率と、前記第２実施例の空間速度（排ガス流量）に対するＨＣ浄化率とを組み合わせてＨＣ浄化率を算出してもよく、ＨＣ排出量を抑えたレイトポスト噴射量が一層効率よく行うことができる。

（実施例４）
本発明の第４実施例は、図８に示す制御フローチャートにより説明する。
この第４実施例においては、レイトポスト噴射コントローラ２０４は、レイトポスト噴射後のＤＰＦ１を通過して排出されたＨＣ濃度をＨＣセンサ６で検出し、該検出ＨＣ濃度が排出可能な目標ＨＣ量（目標ＨＣｏｕｔ）以下になるように制御する。
すなわち、まず、ＤＰＦの強制再生開始時に設定された目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）で噴射を開始し強制再生をスタートさせる。
次に、ＨＣセンサ６で検出した濃度が、目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）以下かどうかを判定して（図８のステップ（２１））、超えている場合には、前記目標ＨＣ濃度となるまで、レイトポスト噴射量Ｑを絞り（ステップ（２３））、目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）以下の場合には、前記目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）で噴射を継続する（ステップ（２２））。

従って、かかる実施例４によれば、前記レイトポスト噴射コントローラ２０４は、ＨＣセンサ６で検出した濃度が、目標ＨＣ濃度（目標ＨＣｏｕｔ）以下かどうかを判定して目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）での噴射を継続するか絞るかを制御するため、すなわち直接大気に排出されるＨＣ濃度に基づいて制御するため、レイトポスト噴射による未燃ＨＣがＤＯＣ１２１およびＤＰＦ１を通過して大気に排出される量を正確かつ確実に制御できる。さらに、ＨＣセンサ６で検出した濃度に基づくのみであるため、制御が簡単化される。

本発明によれば、アーリーポスト噴射によるＤＯＣの昇温排ガスとレイトポスト噴射による未燃成分の供給とを組み合わせた排ガス浄化装置において、ＨＣ（炭化水素）の大気中への放出を低減し得るディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供できる。

本発明の第１〜第４実施例に係るＤＰＦ装置を備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。 本発明の第１〜第４実施例に係る代表的なＤＯＣ及びＤＰＦの縦断面図である。 本発明の第１実施例において、燃料噴射コントローラに、本発明と従来技術とのＨＣ濃度とＤＰＦ入口温度との関係を、レイトポスト噴射量をベースにして示した線図である。 本発明の第１実施例において、レイトポスト噴射量の時間変化を示す線図である。 本発明の第１実施例において、ＨＣ濃度がピークになる時間を示す線図である。 本発明の第２実施例における、（Ａ）は制御フローチャート（Ｂ）はＳｖ値に応じたＨＣ浄化率の変化を示す線図である。 本発明の第３実施例における、（Ａ）は制御フローチャート（Ｂ）は熱劣化に応じたＨＣ浄化率の変化を示す線図である。 本発明の第４実施例における、制御フローチャートである。 ＤＰＦ装置を備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。 ＤＰＦ装置を備えたディーゼルエンジンのレイトポスト噴射の説明線図である。

符号の説明

１ ＤＰＦ
２ 燃料噴射コントローラ
３ ＤＯＣ入口温度センサ
４ ＤＯＣ出口温度センサ、ＤＰＦ入口温度センサ
６ ＨＣ濃度センサ
１００ エンジン
１０１ 燃料噴射弁
１０２ コモンレール（蓄圧器）
１０３ コモンレール制御装置
１０５ 吸気スロットルバルブ
１１０ 排気ターボ過給機
１１６ ＥＧＲ（排ガス再循環）管
１２０ 排ガス
１２１ ＤＯＣ （前段酸化触媒）
２００ 酸化触媒昇温手段
２０２ レイトポスト噴射手段
２０４ レイトポスト噴射コントローラ
２０６ レーティング手段
Ｑ_Ａ レイトポスト噴射の噴射量

Claims (7)

1. ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（黒煙除去装置）およびその前段に前段酸化触媒が配置され、前記ＤＰＦを前記前段酸化触媒の酸化反応熱を用いて昇温させて再生処理するように構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   前記前段酸化触媒を昇温させる酸化触媒昇温手段と、燃焼室内に未燃成分のＨＣ（炭化水素）成分を供給して前記前段酸化触媒の酸化反応熱によりＤＰＦの温度を上昇せしめるように主噴射後にレイトタイミングで噴射するレイトポスト噴射手段と、該レイトポスト噴射手段によるレイトポスト噴射量および噴射時期を制御して前記未燃ＨＣ成分が前記前段酸化触媒および前記ＤＰＦを通過して大気に放出されることを抑制するレイトポスト噴射コントローラを備えた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. 前記レイトポスト噴射コントローラは、エンジンの運転状態およびＰＭ堆積量に基づいてＤＰＦの強制再生開始時の目標レイトポスト噴射量（Ｑ_ｔａｒ）を設定し、該目標レイトポスト噴射量に対して、一定時間の遅れを持たせて到達せしめるレーティング手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
3. 前記レーティングの一定時間を、前記目標レイトポスト噴射量をステップ状に噴射したときに排出されるＨＣ濃度の変化特性のピークとなる時間を基に設定することを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
4. 前記レイトポスト噴射コントローラは、前記前段酸化触媒によるＨＣの浄化率を算出する第１ＨＣ浄化率算出手段を有し、該第１ＨＣ浄化率算出手段によるＨＣ浄化率と大気への排出可能な目標ＨＣ濃度とに基づいて、許容レイトポスト噴射量を求め、該許容レイトポスト噴射量以下になるようにレイトポスト噴射量を制御することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
5. 前記ＤＰＦには触媒が担持され、前記レイトポスト噴射コントローラは、前記前段酸化触媒の後段に残存するＨＣに対して前記触媒が担持されたＤＰＦにおける浄化率を算出する第２ＨＣ浄化率算出手段を有し、前記第１および第２浄化率算出手段によるＨＣ浄化率と大気への排出可能な目標ＨＣ濃度とに基づいて、許容レイトポスト噴射量を求め、該許容レイトポスト噴射量以下になるようにレイトポスト噴射量を制御することを特徴とする請求項４記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
6. 前記第１ＨＣ浄化率算出手段または第２ＨＣ浄化率算出手段には、それぞれ、酸化触媒の熱劣化後の浄化率を算出する手段を備え、該熱劣化後の浄化率によって前記許容レイトポスト噴射量が求められることを特徴とする請求項４または５記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
7. 前記レイトポスト噴射コントローラは、前記ＤＰＦの下流側に設置されたＨＣセンサで検出したＨＣ濃度が、大気への排出可能な目標ＨＣ濃度以下かどうかを判定して、該目標ＨＣ濃度以下になるようにレイトポスト噴射量を制御することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
   

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