JP2010151058A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＯＣとＤＰＦとを有するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、アーリーポスト噴射時における未燃成分の一部が後方にスリップするのを防止して、ＨＣの排出量を低減した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】ディーゼルエンジンから排出されるＰＭを捕集するＤＰＦ７と、ＤＰＦ７の前段に配置されるＤＯＣ４とを備え、ＤＰＦ７の再生処理を行ゼルエンジンの排気浄化装置において、再生処理の開始後に吸気スロットル弁１０５の開度を絞り、排気温度を上昇させる排気温度上昇手段１ａと、排気温度上昇手段１ａによる排気温度の上昇によりＤＯＣ４がＤＯＣ活性温度以上に達した後に、前記エンジンの主噴射後の時期にアーリータイミングでポスト噴射を行うアーリーポスト噴射手段１ｂとを、備えることを特徴とする。
【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、ディーゼルエンジンの吸気通路に該吸気通路の吸気量を調整する吸気スロットル弁と、該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）と、該ＤＰＦの前段に配置されて酸化触媒の燃焼により排気温度を上昇させるＤＯＣ（前段酸化触媒）とを備え、前記ＤＰＦを前記ＤＯＣの酸化反応熱を用いて昇温させてＤＰＦ再生処理を行う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。

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）と、該ＤＰＦの前段に配置されて酸化触媒の燃焼により排気温度を上昇させるＤＯＣ（前段酸化触媒）とを備え、前記ＤＰＦを前記ＤＯＣの酸化反応熱を用いて排気ガスを昇温させてＤＰＦ再生処理を行う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は、ＤＰＦの再生処理を車両を停車させてアイドリング運転時に手動で行う手動再生処理時、若しくは車両走行時においてエンジンから排出される排気ガスの排気温度が一定温度よりも低くなるような低負荷運転時の自動ＤＰＦ再生処理時においては、排気温度が低いので、吸気スロットル弁を絞って、さらに、アーリーポスト噴射を行ってＤＰＦの入口温度が所定値以上になるようにしている。

図７は、前記のような、ＤＯＣ及びＤＰＦを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置の排気温度、及びＨＣ濃度の時間的変化線図である。
図７に明らかなように、ｔ１で吸気スロットル弁を絞って排気温度を上げても、排気温度が低ければ、吸気スロットル弁の絞り後に、アーリーポスト噴射をｔ２で行っても、未燃燃料成分の一部が後処理装置の後方にスリップしてＨ１で示すようにＨＣとして大気中に放出される。

また、特許文献１（特開２００４−６０４４３号公報）には、ＤＰＦよりも上流にＤＯＣを置き、後噴射燃料がＤＰＦに直接供給されないようにし、このＤＯＣでの後噴射燃料の燃焼反応熱でＤＰＦの温度を上げて、煤を燃焼させるようになっている。

特開２００４−６０４４３号公報

前記ＤＯＣ及びＤＰＦを用いた排ガスの後処理装置としては、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）、この未燃成分をＤＯＣに供給することで発生する反応熱でＤＰＦ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、排気温度が低い場合には、吸気スロットル弁を絞って排気温度を上げ、さらにアーリーポスト噴射を行うと、図７のＨ１のように、未燃成分の一部が後処理装置の後方にスリップしてＨＣとして大気中に放出されるという不具合がある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＤＯＣとＤＰＦとを有するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、アーリーポスト噴射時における未燃成分の一部が後方にスリップするのを防止して、ＨＣの排出量を低減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の吸気通路に該吸気通路の吸気量を調整する吸気スロットル弁と、該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）と、該ＤＰＦの前段に配置される酸化触媒の酸化反応熱により排気温度を上昇させるＤＯＣ（前段酸化触媒）とを備え、前記ＤＰＦを前記ＤＯＣの酸化反応熱によって昇温した排気によって再生処理を行うように構成したディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記再生処理の開始後に吸気スロットル弁の開度を絞り、排気温度を上昇させる排気温度上昇手段と、前記排気温度上昇手段による排気温度の上昇により前記ＤＯＣがＤＯＣ活性温度以上の排気温度に達した後に、前記エンジンの主噴射後の時期にアーリータイミングでポスト噴射を行うアーリーポスト噴射手段とを、備えたことを特徴とする。

本発明は、好ましくは、前記排気温度上昇手段は、前記排気温度をエンジン回転数の検出結果で制御するとともに、前記ＤＰＦの再生処理は、車両を停車させてアイドリング運転から手動で行う手動再生時においては、エンジン回転数を上昇させた後に前記スロットル弁の開度を絞って、さらにアーリーポスト噴射を行う。

また、本発明は、好ましくは、前記ＤＰＦの再生処理は、車両走行時において前記ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの排気温度が一定温度よりも低い低負荷運転時の自動ＤＰＦ再生処理時においては、吸気スロットル弁を絞って、さらに、アーリーポスト噴射を行う。

また、本発明は、好ましくは、前記ＤＯＣ活性温度以上の排気温度に到達し、もしくは、ＤＯＣの活性温度に到達しない排気温度であっても、吸気スロットル弁の絞りの後に、吸気スロットル弁の絞りによって排気温度が上昇した状態となるように一定時間を経過後の、いずれかにおいて、前記アーリーポスト噴射を行うように構成される。

また、本発明は、好ましくは、前記アーリーポスト噴射手段は、アーリーポスト噴射量を目標噴射量まで一定のレーティングで増加するように構成される。

本発明によれば、ディーゼルエンジンの吸気通路に該吸気通路の吸気量を調整する吸気スロットル弁と、該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）と、該ＤＰＦの前段に配置される酸化触媒の酸化反応熱により排気温度を上昇させるＤＯＣ（前段酸化触媒）とを備え、前記ＤＰＦを前記ＤＯＣの酸化反応熱によって昇温した排気によって再生処理を行うように構成したディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記再生処理の開始後に吸気スロットル弁の開度を絞り、排気温度を上昇させる排気温度上昇手段と、前記排気温度上昇手段による排気温度の上昇により前記ＤＯＣがＤＯＣ活性温度以上の排気温度に達した後に、前記エンジンの主噴射後の時期にアーリータイミングでポスト噴射を行うアーリーポスト噴射手段とを、備えたので、
すなわち、ＤＯＣが活性な状態でアーリーポスト噴射が行われるので、ＤＯＣによってＨＣの排出を抑えることができる。
これにより、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、本発明は、前記排気温度上昇手段は、前記排気温度をエンジン回転数の検出結果で制御するとともに、前記ＤＰＦの再生処理は、車両を停車させてアイドリング運転から手動で行う手動再生時においては、エンジン回転数を上昇させた後に前記スロットル弁の開度を絞ることによって、排気温度を上昇させてＤＯＣ活性排気温度に達することができる。
また、本発明は、前記ＤＰＦの再生処理は、車両走行時において前記ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの排気温度が一定温度よりも低い低負荷運転時の自動ＤＰＦ再生処理時においては、吸気スロットル弁の開度を絞ることによって、排気温度を上昇させてＤＯＣ活性排気温度に達することができる。

また、本発明は、前記ＤＯＣ活性温度以上の排気温度に到達し、もしくは、ＤＯＣの活性温度に到達しない排気温度であっても、吸気スロットル弁の絞りの後に、吸気スロットル弁の絞りによって排気温度が上昇した状態となるように一定時間を経過後の、いずれかにおいて、前記アーリーポスト噴射を行うように構成するので、ＤＯＣの活性温度に到達しない排気温度であっても、吸気スロットル弁の絞りの後に、吸気スロットル弁の絞りによって排気温度が上昇した状態となるように一定時間を経過後にアーリーポスト噴射を行うのでＤＯＣによってＨＣの排出を抑えることができる。

また、本発明は、アーリーポスト噴射手段は、アーリーポスト噴射量を目標噴射量まで一定のレーティングで増加するように構成するので、アーリー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として大気中に放出するのを阻止出来る。

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、吸気スロットル弁１０５で開度を制御された後、吸気管１０４を通り、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、図示しないコモンレール制御装置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、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、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）４に入り、該ＤＯＣ４により昇温された後、ＤＰＦ（黒煙除去装置）７に送り込まれる。
ＤＰＦ７においては、後述するように、ＤＯＣ４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。

図２は、代表的な前記ＤＯＣ４及びＤＰＦ７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ＤＯＣ４及びＤＰＦ７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ＤＯＣ４に入り、このＤＯＣ４で酸化され、そのとき発生する酸化熱でＤＰＦ７の温度が上昇し、該ＤＰＦ７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ＤＰＦ７の入口圧力、Ｐ２がＤＰＦ７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ＤＯＣ４及びＤＰＦ７を用いた排ガスの後処理装置としては、図６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（アーリーポスト噴射よりも遅いタイミングで噴射され、ピストン下死点近くで噴射）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と、レイトポスト噴射を行うレイトポスト噴射手段とを備えている。
前記アーリーポスト噴射は、エンジン１００の主噴射後の適当な時期に、コモンレール１０２により各燃料噴射弁１０１からシリンダ内に噴射される。

次に、かかる実施例のディーゼルエンジンの排気浄化装置においては、ＤＰＦ７の再生処理を、エンジン１００が搭載された車両を停車させてアイドリング運転時に手動で行う手動再生時と、車両走行時にエンジン１００の運転時において該エンジン１００から排出される排気ガスの排気温度が一定温度よりも低い低負荷運転時の自動ＤＰＦ７再生処理時とに適用する例として説明する。

制御装置１には、排気温度上昇手段１ａ及びアーリーポスト噴射手段１ｂを備えている。
該制御装置１には、前記吸気スロットル弁センサ６から気スロットル弁１０５の開度の検出値、エンジン回転数検出器５からのエンジン回転数の検出値、前記ＤＯＣ４のＤＯＣ入口温度センサ３からのＤＯＣ４の入口温度の検出値Ｔ１、前記ＤＯＣ４のＤＯＣ出口温度センサ２からのＤＯＣ４の出口温度（即ちＤＰＦ入口温度）の検出値Ｔ２がそれぞれ入力される。
そして、かかる検出値に基づき制御装置１にて算出された算出値を、コモンレール１０２に出力し、アーリーポスト噴射は、該コモンレール１０２により、各燃料噴射弁１０１からシリンダ内に噴射される。

次に、図１、図３〜４を参照してかかる第１実施例の作動を説明する。
図３は第１実施例の作動を示す制御フローチャート、図４は排気温度及びＨＣ濃度の時間変化を示す。
図３（ａ）は、車両を停車させてアイドリング運転時に手動で再生する手動再生時における制御フローを示し、 図３（ｂ）は、車両走行時に排気温度が一定温度よりも低い低負荷運転時の自動ＤＰＦ再生処理時における制御フローを示す。
図３（ａ）において、先ずエンジン回転数制御を行い、エンジン回転数をアイドルから所定の回転数まで上昇させる（ステップＳ１）。
車両走行時における再生では、図３（ｂ）のように、エンジン回転数制御のステップＳ１を省略する。
次に、排気温度上昇手段１ａにより、吸気スロットル弁センサ６からの吸気スロットル弁１０５の開度の検出値に基づき、該吸気スロットル弁１０５の開度を絞って排気温度を上昇させる。吸気スロットル弁の開度の調節は、エンジン回転数と燃料噴射量を入力として、ＤＯＣ入口排気ガス流量（または吸入空気量）、あるいは、ＤＯＣ入口温度を出力とするマップを持たせておいて、ＤＯＣ入口排気ガス流量（または吸入空気量）、あるいは、ＤＯＣ入口温度が目標値となるように、フィードバックで制御する（ステップＳ２）。

ステップＳ３で排気温度を計測する。ＤＯＣ入口温度センサ３からＤＯＣ４の入口温度の検出値Ｔ１、前記ＤＯＣ４のＤＯＣ出口温度センサ２からのＤＯＣ４の出口温度（即ちＤＰＦ入口温度）Ｔ２を検出する。
ステップＳ３で、ＤＯＣ４のＤＯＣ入口温度センサ３からのＤＯＣ４の入口温度の検出値Ｔ１が、図４に示すＤＯＣ昇温ステージのＤＯＣ第１活性温度Ｔａ、またはＴａよりも低いＤＯＣ第２活性温度Ｔｂになったか否かを判断する。また、ＤＯＣ４のＤＯＣ出口温度センサ２からのＤＯＣ４の出口温度の検出値Ｔ２に基づいてもよい。

そして、ステップＳ３で、それぞれＤＯＣ活性温度Ｔａ、またはＴｂに達している場合には、それぞれの温度の経過時間を判定して一定時関以上保持していれば（ステップＳ４）、アーリーポスト噴射手段１ｂは、アーリーポスト噴射信号を前記コモンレール１０２に出力し、該コモンレール１０２により各燃料噴射弁１０１からシリンダ内に、目標噴射量にてアーリーポスト噴射される（ステップＳ５）。

なお、前記一定時間は、活性温度の判定値によって設定することができ、ＤＯＣ第１活性温度Ｔａでの判定の場合には、活性が十分と判定して一定時間の保持条件を経ずにアーリーポスト噴射１ｂを実施させ、ＤＯＣ第２活性温度Ｔｂでの判定の場合には、一定時間の保持条件を設定するように、活性判定の温度条件に応じて設定されている。
前記一定時間を経過後にアーリーポスト噴射を行うようにするので、ＤＯＣ４による活性化によって確実にＨＣを抑えて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。

尚、排気温度及びＨＣ濃度の時間変化を示す図４において、ｔ１が吸気スロットル弁１０５の開度を絞りの発生点、ｔ２がアーリーポスト噴射の実施点である。前記のようなアーリーポスト噴射により、ＨＣ濃度がＨ０のように低減している。なお、図３におけるｔ３は、レイトポスト噴射の実施点を示す。

かかる第１実施例によれば、前記吸気スロットル弁１０５の開度を絞り排気温度を上昇させる排気温度上昇手段１ａと、前記排気温度Ｔの上昇によりＤＯＣ出口の排気温度Ｔ２が前記ＤＯＣ４の活性がなされるＤＯＣ昇温ステージのＤＯＣ活性排気温度Ｔａ、もしくはＴａよりも低いＤＯＣ第２活性時の排気温度Ｔｂになったときに、前記エンジンの主噴射後の時期にアーリーポスト噴射を行うアーリーポスト噴射手段１ｂと備えたので、
ＤＰＦ７の再生処理を車両停車時に手動で行う手動再生時、若しくは車両走行時のエンジン１００の運転時において該エンジン１００から排出される排気ガスの排気温度が一定温度よりも低い低負荷運転時の自動ＤＰＦ７再生処理時の、何れの場合において、ＤＯＣが活性な状態でアーリーポスト噴射が行われるので、ＤＯＣによってＨＣの排出を抑えることができる。
また、ＤＯＣ第１活性温度Ｔａ未満の第２活性温度Ｔｂであっても、一定時間を経過後にアーリーポスト噴射が行われるので、ＤＯＣ４によってＨＣの排出を抑えることができる。

これにより、ＤＯＣ第１活性温度Ｔａに達してから、またはＴａよりも低いＤＯＣ第２活性温度Ｔｂになってから一定時間後にアーリーポスト噴射を行うことによって、アーリーポスト噴射による温度上昇が、緩慢な上昇となり、急激な上昇が抑えられて、これにより、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。
すなわち、吸気スロットル弁１０５の開度を絞りによって、ＤＯＣ４の活性温度以上の排気温度に達した後に、エンジンの主噴射後の時期のアーリーポスト噴射を行うので、該アーリーポスト噴射による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。

（実施例２）
図５は、本発明の第２実施例にかかるアーリーポスト噴射量線図である。
また、この第２実施例においては、アーリーポスト噴射手段１ｂは、アーリーポスト噴射量Ｑを目標噴射量Ｑ０までｔ２で噴射を開始して、ｔ２´まで一定のレーティングをもって増加するように構成している。
このようにすれば、アーリーポスト噴射の噴射量Ｑ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として大気中に放出するのを阻止出来る。
その他の構成は、前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

本発明によれば、ＤＯＣとＤＰＦとを有するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、アーリーポスト噴射時における未燃成分の一部が後方にスリップするのを防止して、ＨＣの排出量を低減したディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供できる。

本発明の第１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。 代表的なＤＯＣ及びＤＰＦの縦断面図である。 （ａ）は、第１実施例の車両を停車させてアイドリング運転時に手動で再生する手動再生時における制御フローであり、（ｂ）は、車両走行時に排気温度が一定温度よりも低い低負荷運転時の自動再生処理時における制御フローである。 排気温度及びＨＣ濃度の時間変化を示す本発明の第１実施例において、アーリーポスト噴射量の時間変化を示す線図である。 本発明の第２実施例いかかるアーリーポスト噴射量線図である。 ＤＰＦ装置を備えたディーゼルエンジンのアーリーポスト噴射線図である。 従来技術にかかるアーリーポスト噴射量の時間変化を示す線図である。

符号の説明

１ 制御装置
１ａ 排気温度上昇手段
１ｂ アーリーポスト噴射手段
２ ＤＯＣ出口温度センサ
３ ＤＯＣ入口温度センサ
４ ＤＯＣ
５ エンジン回転検出器
６ 吸気スロットル弁センサ
７ ＤＰＦ
１００ エンジン
１０１ 燃料噴射弁
１０２ コモンレール
１０５ 吸気スロットル弁
１１０ 排気ターボ過給機
１２０ 排ガス

Claims (5)

1. ディーゼルエンジンの吸気通路に該吸気通路の吸気量を調整する吸気スロットル弁と、該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）と、該ＤＰＦの前段に配置される酸化触媒の酸化反応熱により排気温度を上昇させるＤＯＣ（前段酸化触媒）とを備え、前記ＤＰＦを前記ＤＯＣの酸化反応熱によって昇温した排気によって再生処理を行うように構成したディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   前記再生処理の開始後に吸気スロットル弁の開度を絞り、排気温度を上昇させる排気温度上昇手段と、前記排気温度上昇手段による排気温度の上昇により前記ＤＯＣがＤＯＣ活性温度以上の排気温度に達した後に、前記エンジンの主噴射後の時期にアーリータイミングでポスト噴射を行うアーリーポスト噴射手段とを、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. 前記排気温度上昇手段は、前記排気温度をエンジン回転数の検出結果で制御するとともに、前記ＤＰＦの再生処理は、車両を停車させてアイドリング運転から手動で行う手動再生時においては、エンジン回転数を上昇させた後に前記スロットル弁の開度を絞って、さらにアーリーポスト噴射を行う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ＤＰＦの再生処理は、車両走行時において前記ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの排気温度が一定温度よりも低い低負荷運転時の自動ＤＰＦ再生処理時においては、吸気スロットル弁を絞って、さらに、アーリーポスト噴射を行う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。
4. 前記ＤＯＣ活性温度以上の排気温度に到達し、もしくは、ＤＯＣの活性温度に到達しない排気温度であっても、吸気スロットル弁の絞りの後に、吸気スロットル弁の絞りによって排気温度が上昇した状態となるように一定時間を経過後の、いずれかにおいて、前記アーリーポスト噴射を行うように構成され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。
5. 前記アーリーポスト噴射手段は、アーリーポスト噴射量を目標噴射量まで一定のレーティングで増加するように構成され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。
   
   
   
   
   
   
   

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