JP3890468B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの排気浄化装置、特にディーゼルエンジンから排出される煤を排気系で後処理するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される煤を排気系で後処理する方式として、デーゼルパーテキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」と略称する。）の前段に酸化触媒を装着し、この酸化触媒により排気中の一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2に転換しこの二酸化窒素ＮＯ2の酸化力により通常は６００℃以上の温度が必要な煤の燃焼を２７５℃程度の低温でも可能としたものが提案されている（特許第３０１２２４９号特許公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記装置においては低温の排気状態においても二酸化窒素ＮＯ2の酸化力によりＤＰＦに堆積した煤の燃焼を行わせるようにしているので、ＤＰＦ入口の一酸化窒素ＮＯの量が多いほど一酸化窒素ＮＯより二酸化窒素ＮＯ2へと転換される量が多くなり、その分だけ煤の燃焼が促進される。
【０００４】
しかしながら、ＮＯを含むＮＯｘは有害ガスであることから従来よりＮＯｘ低減のためＥＧＲ装置を設けるなどの対策が施され、できるだけエンジンからＮＯｘが排出されないように図られている。このようなＮＯｘ対策を施したエンジンに上記装置のＤＰＦをそのまま適用したのではＮＯ2へと変換されるＮＯの量が不足し、十分にＤＰＦの再生を行うことができない事態が生じる。
【０００５】
そこで本発明はＤＰＦの再生時期になり十分なＮＯの生成が必要なときには燃料の噴射時期を進角補正することにより、ＮＯｘ対策を施したエンジンに上記装置のＤＰＦを適用する場合にも上記装置のＤＰＦの再生を十分に行わせることを目的とする。
【０００６】
また、上記装置を用いて実験により確認したところ図２に示したようにＮＯをＮＯ2へと転換するのに適した触媒入口温度は実際には３００℃前後が最適であることが判明している。従ってＤＰＦに煤が許容範囲の限界まで堆積したことによりその堆積した煤を燃焼させる時期（再生時期）がきたら排気温度を目標値の３００℃前後にまで高めてやることが必要となる。
【０００７】
しかしながら、ディーゼルエンジンの排気温度はもともと低いので、上記装置により煤の燃焼が２７５℃といった低温でも可能になったとはいえ、再生時期に必ず目標温度を達成できるわけでない。このため再生時期に目標温度を達成できないと酸化触媒の転換効率の低下によりＤＰＦに堆積した煤を燃焼させることができず、ＤＰＦの再生が不完全な状態に終わってしまう。この状態で再びＤＰＦへの煤の堆積を開始すると、次回の再生時には堆積量が限界を超えてしまうことにもなりかねない。限界を超えて煤が堆積すると排気圧が上昇しその分エンジンでの機械仕事が増えて出力が低下し運転性に悪影響を及ぼす。上記装置にこうした問題を示唆する記載はない。
【０００８】
この場合に排気エネルギーを回収して出力を高めるべくターボ過給機の排気タービンをＤＰＦ上流の排気通路に備えるディーゼルエンジンでは排気タービンに使われる排気エネルギーを抑制してやればその抑制した排気エネルギーの分だけＤＰＦ上流の排気温度を上昇させることができる。
【０００９】
そこで本発明はＤＰＦの再生時期になった場合に排気温度が目標値に達していなければ排気タービンに使われる排気エネルギーを抑制することにより、ＤＰＦの前段の酸化触媒の転化効率を向上させることをも目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料の噴射時期を制御可能な噴射時期制御手段と、排気中の煤をトラップするＤＰＦと、その上流にあって排気中の一酸化窒素を二酸化窒素に転換する酸化触媒とを備えるディーゼルエンジンにおいて、排気タービンにより排気エネルギーを回収して過給圧を高めるタ一ボ過給機と、この排気エネルギーの回収度合を制御可能なエネルギー回収制御手段と、前記ＤＰＦの再生時期になった場合に前記噴射時期制御手段により燃料の噴射時期を進角側に補正する進角補正手段と、同じく前記ＤＰＦの再生時期になった場合に前記排気エネルギーの回収を抑制するエネルギー回収抑制手段とを備える。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において前記進角補正手段が、演算周期毎に一定値ずつ進角補正量を大きくする手段である。
【００１２】
第３の発明では、第１の発明において前記ＤＰＦに前記酸化触媒の機能を持たせる（例えばＤＰＦの排気上流面側の表面に酸化触媒をコーティングする）。
【００１３】
第４の発明では、第１の発明において前記ＤＰＦの上流に前記酸化触媒を別体で備える。
【００１４】
第５の発明では、第１の発明において前記排気エネルギーの回収を抑制するのは、実際の排気温度が目標値に達していない場合である。
【００１５】
第６の発明では、第１の発明において前記エネルギー回収制御手段が排気タービンの幾何学形状（ジオメトリー）を制御可能な手段である場合に、前記エネルギー回収抑制手段が、過給圧が低下する側に排気タービンの幾何学的形状を変更する手段である。
【００１６】
第７の発明では、第１または第６の発明において前記進角補正手段が、演算周期毎に一定値ずつ進角補正量を大きくする手段である。
【００１７】
第８の発明では、第６または第７の発明において前記ＤＰＦに前記酸化触媒の機能を持たせる（例えばＤＰＦの排気上流面側の表面に酸化触媒をコーティングする）。
【００１８】
第９の発明では、第１、第６、第７のいずれか一つの発明において前記ＤＰＦの上流に前記酸化触媒を別体で備える。
【００１９】
第１０の発明では、第１、第６、第７、第８、第９のいずれか一つの発明において前記ＤＰＦの再生時期になった場合に、前記酸化触媒の一酸化窒素より二酸化窒素への転換率が最大となる排気温度の付近を目標値として、前記ＤＰＦ上流の排気温度を前記エネルギー回収抑制手段を用いて制御する。
【００２０】
第１１の発明では、第１、第６、第７、第８、第９、第１０のいずれか一つの発明において前記ＤＰＦの再生時期になった場合が、排気圧がエンジンの運転性に影響を与えない限界の排気圧以上となった場合である。
【００２１】
【発明の効果】
ＮＯｘ対策を施したエンジンではもともと一酸化窒素ＮＯの生成量が少ないため一酸化窒素ＮＯより二酸化窒素ＮＯ2への転換量が不足するとＤＰＦの再生時期になった場合に十分にＤＰＦに堆積した煤を燃焼させることができなくなるのであるが、第１、第２の発明によれば、一酸化窒素ＮＯの生成が必要とされるときには燃料の噴射時期の進角補正により一酸化窒素ＮＯの生成量を増やすので、これに伴いＮＯからＮＯ2への転換量が増え、これによってＥＧＲ装置を備えるなどＮＯｘ対策を施したエンジンの場合であってもＤＰＦの再生を十分に行わせることができる。
ＤＰＦの再生時期になったのに排気温度が目標値未満であると酸化触媒の転換効率の低下により一酸化窒素ＮＯより二酸化窒素ＮＯ 2 への転換量が不足してＤＰＦに堆積した煤を十分に燃焼させることができず、このためＤＰＦへの堆積量が限界を超えて増え、限界を超えて煤が堆積すると排気圧が上昇しその分エンジンの機械仕事が増えてエンジン出力が低下することになるのであるが、第１、第６、第７、第１０、第１１の発明によれば、ＤＰＦの再生時期になった場合に排気温度が目標値に達していなければ排気エネルギーの回収を抑制し、その抑制した分の排気エネルギーを排気温度の上昇に用いるので、酸化触媒の転換効率を向上させることができ、これによってＮＯからＮＯ 2 への転換量が増えＤＰＦの再生を十分に行わせることができる。
【００２２】
第３、第８の発明によれば、ＤＰＦに酸化触媒機能を持たせるので、ＤＰＦと酸化触媒の全体を小型化できレイアウトの上で有利となる。
【００２３】
第４、第９の発明によれば、酸化触媒をＤＰＦとは別体に備えるので、酸化触媒の機能スペースを充分確保することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１にＮＯｘ対策を施したエンジンの構成を示す。排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、圧力制御弁５からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。圧力制御弁５は、コントロールユニット２１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。これは燃焼温度が高くなるとＮＯｘが増えるので、燃焼温度を抑制するため排気の一部を吸気通路に還流させることにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘの発生を少なくしようとするものである。
【００２６】
エンジンには燃料供給装置としてのコモンレール式燃料噴射装置１１を備える。この燃料噴射装置１１は、主に燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１２、蓄圧室１３、気筒毎に設けられるノズル１４からなり、サプライポンプ１２により加圧された燃料は蓄圧室１３にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１３の高圧燃料が気筒数分のノズル１４に分配される。
【００２７】
ノズル１４は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に介装される三方弁（電磁弁）１５が介装されている。三方弁１５のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁１５がＯＮ状態になると、針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり、三方弁１５のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１３の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００２８】
アクセル開度センサ２２、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ２３、水温センサ（図示しない）からの信号が入力されるコントロールユニット２１では、エンジン回転速度とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量を演算し、演算した目標燃料噴射量に対応して三方弁１５のＯＮ時間を制御するほか、三方弁１５のＯＮへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期（噴射時期）を得るようにしている。
【００２９】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に可変容量ターボ過給機３１を備える。これは、排気タービン３２のスクロール入口に、アクチュエータ３４により駆動される可変ノズル３３を設けたもので、コントロールユニット２１により、可変ノズル３３は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン３２に導入される排気の流速を高めるノズル開度に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン３２に導入させノズル開度に制御する。
【００３０】
上記のアクチュエータ３４は、制御圧力に応動して可変ノズル３３を駆動するダイヤフラムアクチュエータ３５と、このダイヤフラムアクチュエータ３５への制御圧力を調整する圧力制御弁３６とからなり、可変ノズル３３の実開度が目標ノズル開度となるようにデューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁３６に出力される。
【００３１】
なお、可変ノズル３３は全開時に過給圧が最も小さく、全閉時に過給圧が最も高くなるタイプであり、デューティ制御信号に変換する前のノズル開度指令値についてはこの値が大きくなるほどノズル開度が大きくなるものとする。
【００３２】
このようにターボ過給機が備えられると、排気エネルギーの一部が排気タービンにより回収され、エンジン出力が高められる。
【００３３】
排気タービン３２下流の排気通路２にはＤＰＦ４１と酸化触媒４２とを備えている。上流側の酸化触媒４２は排気中の一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2に転換するためのもので、酸化触媒により転換されたこの二酸化窒素ＮＯ2の酸化力により、通常は６００℃以上の温度が必要な煤の燃焼を２７５℃程度の低温でも可能としている。なお、酸化触媒４２そのものについては特許第３０１２２４９号特許公報により公知であり、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
なお、ここでのＤＰＦ４１は、後述する別実施形態のＤＰＦとの関係では、酸化触媒の機能を有しないＤＰＦを扱っている。すなわち、特開２００１−７３７４３号公報にも記載があるように、全体として略円柱状のＤＰＦ４１には、セラミック等の多孔性部材からなるハニカム状の隔壁により、排気流と略平行なセルが多数形成され、各セルの入口と出口とが封鎖材により交互に目封じされている。排気に含まれるパティキュレートは詳細には、煤と可溶性有機物質（ＳＯＦ）などからなる複合体であり、その大部分は煤である。このため、通常の排気温度では排気が隔壁を介して隣接するセルに流入するときに、煤が隔壁により捕集される。これに対して再生時期となり排気温度を上昇させると、煤は自着火しＣＯ2として排出される。
【００３５】
ここで酸化触媒４２の転換効率の特性を具体的に示すと、図２のように触媒入口温度が例えば３００℃付近でＮＯからＮＯ2への転化率が最大となることを実験により確かめている。従って、ＤＰＦ４１に煤が許容範囲の限界まで堆積したことによりその堆積した煤を燃焼させる時期（再生時期）がきたら排気温度を３００℃前後にまで高めてやると酸化触媒の転換効率が最大となる。
【００３６】
この場合に排気温度を確保するためには過給圧を下げるのが有効である。またＤＰＦ４１の入口のＮＯ量が多いほど煤の再生に有利でありそのためには噴射時期の進角が最も有効である（図３参照）。
【００３７】
このためコントロールユニット２１には圧力センサ２４からの排気圧、温度センサ２５からの排気温度の信号が入力され、ＤＰＦ４１の再生時期になったとき燃料の噴射時期を進角補正することによりＮＯを含む排気中のＮＯｘ量を増やすとともに、実際の排気温度が目標値に達していないときには可変ノズル３３のノズル開度を大きくなる側に補正することにより排気タービン３２に使われる排気エネルギーを抑制して酸化触媒上流の排気温度を高める。
【００３８】
コントロールユニット２１で実行されるこの制御の内容をフローチャートに基づいて説明する。
【００３９】
図４は再生許可フラグを設定するためのもので一定周期で実行する。
【００４０】
ステップ１ではエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷（例えば目標燃料噴射量を用いる）、圧力センサ２４からの実際の排気圧Ｐｅｘｈを読み込む。ステップ２ではエンジン回転速度と負荷から図５を内容とするマップを検索することにより基本排気圧Ｐｅｘｈ０を演算し、この基本排気圧Ｐｅｘｈ０の値に許容値α（一定値）を加算した値と排気圧Ｐｅｘｈとをステップ３において比較する。
【００４１】
ここで基本排気圧Ｐｅｘｈ０はＤＰＦ４１に煤が堆積していない状態でのＤＰＦ４１上流の排気圧である。煤がＤＰＦ４１に堆積することにより実質の排気流路が狭くなってくると排気圧が基本排気圧Ｐｅｘｈ０より上昇し過度の排気圧の上昇は運転性に悪影響を与える。煤がＤＰＦ４１に堆積しても運転性に影響しない最大の排気圧をＰｍａｘとすれば、Ｐｍａｘ−Ｐｅｘｈ０が許容値αである。エンジン機種が同じでも基本排気圧にバラツキがあり、またこの基本排気圧のバラツキはエンジン機種や車種が相違すれば違ってくるので、許容値αはエンジン機種や車種毎にマッチングにより予め適当な値を定めておく。
【００４２】
排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α以上であるときにはＤＰＦ４１の再生時期になったと判断してステップ４に進み再生許可フラグ＝１とする。再生許可フラグは始動時にゼロに初期設定されるもので、再生許可フラグ＝１のときにはＤＰＦ４１の再生ための制御を許可することになる。ここで再生ための制御とは後述する燃料の噴射時期の進角補正とノズル開度指令値を大きくする側へ補正のことである。
【００４３】
一方、排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α未満であるときにはＤＰＦ４１にまだ煤を堆積する余地がある。また後述するようにＤＰＦ４１の再生が終了したときにも排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α未満となり再びＤＰＦ４１に煤を堆積できる。従って排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α未満であるときにはステップ３よりステップ５に進み再生許可フラグ＝０とする。
【００４４】
図６は燃料の噴射時期指令値ＩＴとノズル開度指令値θｖｎｔを演算するためのもので、図４に続けて一定周期で実行する。
【００４５】
ステップ１１ではエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷（例えば目標燃料噴射量）、温度センサ２５からの実際の排気温度Ｔｅｘｈを読み込む。ステップ１２、１３ではエンジン回転速度とエンジン負荷から図７、図８を内容とするマップを検索することにより基本点火時期ＩＴ０、基本ノズル開度θｖｎｔ０を演算する。
【００４６】
ステップ１４では再生許可フラグをみる。再生許可フラグ＝０であるときにはステップ１５、１６に進み進角補正量ΔＩＴ＝０、ノズル開度補正量Δθ＝０とした後、ステップ１７、１８で進角補正量ΔＩＴを基本噴射時期ＩＴ０に加算した値を燃料の噴射時期指令値ＩＴとして、またノズル開度補正量Δθを基本ノズル開度θｖｎｔ０に加算した値をノズル開度指令値θｖｎｔとして算出する。このときにはΔＩＴ＝０、Δθ＝０よりＩＴ＝ＩＴ０、θｖｎｔ＝θｖｎｔ０であり、再生のための制御は行われない。
【００４７】
一方、再生許可フラグ＝１であるときにはステップ１４よりステップ１９に進み噴射時期の進角補正量ΔＩＴ（始動時にゼロに初期設定）を一定値βだけ大きくした後、ステップ１７でこの進角補正量ΔＩＴを基本噴射時期ＩＴ０に加算した値を燃料噴射時期指令値ＩＴとして算出することにより進角補正を行う。この噴射時期の進角補正は排気中のＮＯｘ生成量を増やすための処理である。再生許可フラグ＝１である限り噴射時期が演算周期当たり一定値βずつ進角し、これによってＮＯｘ生成量が増してゆく（図３参照）。このＮＯｘ生成量の増加で酸化触媒によるＮＯからＮＯ2への転換量が増しＤＰＦ４１での煤の燃焼が促進される。煤が燃焼してＤＰＦ４１から消失し排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α未満となれば（再生の終了）、図４において再生許可フラグ＝０となる。再生の終了後には進角補正は必要ないので図６においてステップ１４からステップ１５に進み進角補正量ΔＩＴ＝０とした後ステップ１７の処理を実行する。
【００４８】
説明を飛ばした図６のステップ２０、２１、２２は実際の排気温度Ｔｅｘｈが目標値に達していない場合に排気タービン３２に回収される排気エネルギーを抑制しその分だけ酸化触媒上流の排気温度を上昇させて目標の排気温度が得られるようにする処理部分である。排気温度の目標値は酸化触媒４２によるＮＯからＮＯ2への転化率が最良となる温度である。図２に示す特性を有する酸化触媒４２であれば例えば３００℃の近傍を目標値として設定する。
【００４９】
詳細には再生許可フラグ＝１であるとき図６のステップ１４よりステップ１９に進み進角補正量ΔＩＴをインクリメントするが、その次のステップ２０で排気温度Ｔｅｘｈと目標値（例えば３００℃）を比較する。排気温度Ｔｅｘｈが目標値以上あれば排気温度を上昇させなくとも十分な転化効率が得られるので、ステップ２１に進みノズル開度補正量Δθ＝０としたあと、ステップ１８でこのノズル開度補正量Δθを基本ノズル開度θｖｎｔ０に加算した値をノズル開度指令値θｖｎｔとして算出する。
【００５０】
これに対して排気温度Ｔｅｘｈが目標値未満であるときにはステップ２０よりステップ２２に進みノズル開度補正量Δθ（始動時にゼロに初期設定）を一定値γだけ大きくした後ステップ１８の処理を行うことにより、ノズル開度を過給圧が低下する側に補正する。ノズル開度を一定値γだけ大きくしても排気温度が目標値まで上昇しなければステップ２０、２２、１７、１８の処理を繰り返すことで排気温度が目標値へと近づいてゆく。
【００５１】
ここで本実施形態の作用を説明する。
【００５２】
図１に示したようにＮＯｘ対策のためＥＲＧ装置（５、６）を備えるエンジンではもともと一酸化窒素ＮＯの生成量が少ないため酸化触媒４２による一酸化窒素ＮＯより二酸化窒素ＮＯ2への転換量が不足するので、ＤＰＦ４１の再生時期になった場合に十分にＤＰＦ４１に堆積した煤を燃焼させることができなくなるのであるが、本実施形態によれば一酸化窒素ＮＯの生成が必要とされるときには燃料の噴射時期の進角補正により一酸化窒素ＮＯの生成量を増やすので、酸化触媒によるＮＯからへのＮＯ2への転換量が増え、これによりＥＧＲ装置を備えるなどＮＯｘ対策を施したエンジンの場合であってもＤＰＦ４１の再生を過不足なく行わせることができる。
【００５３】
また、ＤＰＦ４１の再生時期になったのに実際の排気温度Ｔｅｘｈが目標値未満であると酸化触媒４２の転換効率の低下によりＮＯからＮＯ2への転換量が不足してＤＰＦ４１に堆積した煤を十分に燃焼させることができず、このためＤＰＦ４１への煤の堆積量が限界を超えて増すことになり、限界を超えて煤が堆積すると排気圧が上昇しその分だけエンジンの機械仕事が増えてエンジン出力が低下することになるのであるが、本実施形態によれば、ＤＰＦ４１の再生時期になった場合に排気温度が目標値に達していなければノズル開度を大きくして排気エネルギーの回収を抑制し、その抑制した分の排気エネルギーを酸化触媒上流の排気温度の上昇に用いるので、酸化触媒の転換効率を向上させることができ、これによってＮＯからＮＯ2への転換量が増え、ＤＰＦ４１の再生を過不足なく行わせることができる。
【００５４】
実施形態では、ＤＰＦの再生時期になった場合にＤＰＦ上流の排気温度が目標値未満のとき燃料の噴射時期を進角側に補正するとともに、ノズル開度を過給圧が低下する側に補正（排気エネルギーの回収を抑制）したが、いずれか一方の補正を行うだけでもかまわない。
【００５５】
実施形態では、ＤＰＦの再生時期になったかどうかの判定を、実際の排気圧がエンジンの運転性に影響を与えない限界の排気圧以上となったかどうかで判定する場合で説明したが、これに限定されるものでなく周知の判定方法を用いることができる。例えば簡単には始動時からの運転時間の積算値など運転履歴に基づいてＤＰＦの再生時期になったかどうかを判定させてもかまわない。
【００５６】
実施形態では、可変ノズルの開度に応じて過給圧が変化するターボ過給機で説明したが、これに限られるものでなく、以下のものにも適用がある。すなわち、排気タービンではガスが通過する面積を変えてやれば過給圧が変化するので、ノズルのほかスクロールやディフューザの開口割合を変えても過給圧が変化する。これらは結局、排気タービンの幾何学形状（ジオメトリー）を変え得るものであるので、可変ジオメトリックターボ過給機（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）で総称される。本発明はこうした可変ジオメトリックターボ過給機に適用がある。また、ウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機にも適用がある。
【００５７】
実施形態では、ＤＰＦと酸化触媒とが別体になっているもので説明したが、これらを一体にしたＤＰＦについても本発明の適用がある。これについて説明すると、図９は酸化触媒一体型ＤＰＦ５１の断面をモデルで示したものである。
【００５８】
全体として略円柱状の酸化触媒一体型ＤＰＦ５１には、セラミック等の多孔性部材からなるハニカム状のＤＰＦ隔壁５２により、排気流と略平行なセル５３が多数形成され、各セル５３の入口と出口とが封鎖材５４により交互に目封じされている。そして、このハニカム状のＤＰＦ隔壁５２を担体として図１０に示したようにＤＰＦ隔壁５２の排気上流側に酸化触媒５５をコーティングしている。なお、本実施形態のＤＰＦ隔壁５２は先の実施形態のＤＰＦ４１に相当する。
【００５９】
排気に含まれるパティキュレートは前述のように煤（ドライスート）と可溶性有機物質（ＳＯＦ）などからなる複合体であり、その大部分は煤である。このため、通常の排気温度では白抜き矢印で示したように排気がＤＰＦ隔壁５２を介して隣接するセル５３に流入するときに、黒丸で示した煤（図では「スート」で記載）がＤＰＦ隔壁５２により捕集され、不完全燃焼物であるＣＯ、未燃燃料であるＨＣ、上記のＳＯＦは酸化触媒５５の触媒効果によりＣＯ2、Ｈ2Ｏへと浄化される。これに対して再生時期となり排気温度を上昇させると、煤は図１０のように触媒上で酸化され、ＣＯ2として排出される。
【００６０】
このような酸化触媒一体型のＤＰＦ５１を備える場合にも、酸化触媒一体型ＤＰＦ５１に煤が許容範囲の限界まで堆積したことによりその堆積した煤を燃焼させる時期（再生時期）がきたら燃料の噴射時期の進角補正を行って一酸化窒素ＮＯの生成量を増加し酸化触媒５５によるＮＯからＮＯ2への転換量を増やしてやればよく、これによりＮＯ2の強い酸化力により酸化触媒一体型ＤＰＦ５１の再生を過不足なく行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】触媒入口温度と酸化触媒によるＮＯからＮＯ2への転化率との関係を表す特性図。
【図３】燃料の噴射時期とＮＯｘ生成量の関係を表す特性図。
【図４】再生許可フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図５】基本排気圧の特性図。
【図６】燃料噴射時期指令値、ノズル開度指令値の演算を説明するためのフローチャート。
【図７】基本噴射時期の特性図。
【図８】基本ノズル開度の特性図。
【図９】第２実施形態のＤＰＦの断面図。
【図１０】第２実施形態の煤の浄化図。
【符号の説明】
２１ コントロールユニット
４１ ＤＰＦ
４２ 酸化触媒
３３ 可変ノズル
５１ 酸化触媒一体型ＤＰＦ
５５ 酸化触媒
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの排気浄化装置、特にディーゼルエンジンから排出される煤を排気系で後処理するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される煤を排気系で後処理する方式として、デーゼルパーテキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」と略称する。）の前段に酸化触媒を装着し、この酸化触媒により排気中の一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2に転換しこの二酸化窒素ＮＯ2の酸化力により通常は６００℃以上の温度が必要な煤の燃焼を２７５℃程度の低温でも可能としたものが提案されている（特許第３０１２２４９号特許公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記装置においては低温の排気状態においても二酸化窒素ＮＯ2の酸化力によりＤＰＦに堆積した煤の燃焼を行わせるようにしているので、ＤＰＦ入口の一酸化窒素ＮＯの量が多いほど一酸化窒素ＮＯより二酸化窒素ＮＯ2へと転換される量が多くなり、その分だけ煤の燃焼が促進される。
【０００４】
しかしながら、ＮＯを含むＮＯｘは有害ガスであることから従来よりＮＯｘ低減のためＥＧＲ装置を設けるなどの対策が施され、できるだけエンジンからＮＯｘが排出されないように図られている。このようなＮＯｘ対策を施したエンジンに上記装置のＤＰＦをそのまま適用したのではＮＯ2へと変換されるＮＯの量が不足し、十分にＤＰＦの再生を行うことができない事態が生じる。
【０００５】
そこで本発明はＤＰＦの再生時期になり十分なＮＯの生成が必要なときには燃料の噴射時期を進角補正することにより、ＮＯｘ対策を施したエンジンに上記装置のＤＰＦを適用する場合にも上記装置のＤＰＦの再生を十分に行わせることを目的とする。
【０００６】
また、上記装置を用いて実験により確認したところ図２に示したようにＮＯをＮＯ2へと転換するのに適した触媒入口温度は実際には３００℃前後が最適であることが判明している。従ってＤＰＦに煤が許容範囲の限界まで堆積したことによりその堆積した煤を燃焼させる時期（再生時期）がきたら排気温度を目標値の３００℃前後にまで高めてやることが必要となる。
【０００７】
しかしながら、ディーゼルエンジンの排気温度はもともと低いので、上記装置により煤の燃焼が２７５℃といった低温でも可能になったとはいえ、再生時期に必ず目標温度を達成できるわけでない。このため再生時期に目標温度を達成できないと酸化触媒の転換効率の低下によりＤＰＦに堆積した煤を燃焼させることができず、ＤＰＦの再生が不完全な状態に終わってしまう。この状態で再びＤＰＦへの煤の堆積を開始すると、次回の再生時には堆積量が限界を超えてしまうことにもなりかねない。限界を超えて煤が堆積すると排気圧が上昇しその分エンジンでの機械仕事が増えて出力が低下し運転性に悪影響を及ぼす。上記装置にこうした問題を示唆する記載はない。
【０００８】
この場合に排気エネルギーを回収して出力を高めるべくターボ過給機の排気タービンをＤＰＦ上流の排気通路に備えるディーゼルエンジンでは排気タービンに使われる排気エネルギーを抑制してやればその抑制した排気エネルギーの分だけＤＰＦ上流の排気温度を上昇させることができる。
【０００９】
そこで本発明はＤＰＦの再生時期になった場合に排気温度が目標値に達していなければ排気タービンに使われる排気エネルギーを抑制することにより、ＤＰＦの前段の酸化触媒の転化効率を向上させることをも目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料の噴射時期を制御可能な噴射時期制御手段と、排気中の煤をトラップするＤＰＦと、その上流にあって排気中の一酸化窒素を二酸化窒素に転換する酸化触媒とを備えるディーゼルエンジンにおいて、排気タービンにより排気エネルギーを回収して過給圧を高めるタ一ボ過給機と、この排気エネルギーの回収度合を制御可能なエネルギー回収制御手段と、前記ＤＰＦの再生時期になった場合に前記噴射時期制御手段により燃料の噴射時期を進角側に補正する進角補正手段と、同じく前記ＤＰＦの再生時期になった場合に前記排気エネルギーの回収を抑制するエネルギー回収抑制手段とを備える。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において前記進角補正手段が、演算周期毎に一定値ずつ進角補正量を大きくする手段である。
【００１２】
第３の発明では、第１の発明において前記ＤＰＦに前記酸化触媒の機能を持たせる（例えばＤＰＦの排気上流面側の表面に酸化触媒をコーティングする）。
【００１３】
第４の発明では、第１の発明において前記ＤＰＦの上流に前記酸化触媒を別体で備える。
【００１４】
第５の発明では、第１の発明において前記排気エネルギーの回収を抑制するのは、実際の排気温度が目標値に達していない場合である。
【００１５】
第６の発明では、第１の発明において前記エネルギー回収制御手段が排気タービンの幾何学形状（ジオメトリー）を制御可能な手段である場合に、前記エネルギー回収抑制手段が、過給圧が低下する側に排気タービンの幾何学的形状を変更する手段である。
【００１６】
第７の発明では、第１または第６の発明において前記進角補正手段が、演算周期毎に一定値ずつ進角補正量を大きくする手段である。
【００１７】
第８の発明では、第６または第７の発明において前記ＤＰＦに前記酸化触媒の機能を持たせる（例えばＤＰＦの排気上流面側の表面に酸化触媒をコーティングする）。
【００１８】
第９の発明では、第１、第６、第７のいずれか一つの発明において前記ＤＰＦの上流に前記酸化触媒を別体で備える。
【００１９】
第１０の発明では、第１、第６、第７、第８、第９のいずれか一つの発明において前記ＤＰＦの再生時期になった場合に、前記酸化触媒の一酸化窒素より二酸化窒素への転換率が最大となる排気温度の付近を目標値として、前記ＤＰＦ上流の排気温度を前記エネルギー回収抑制手段を用いて制御する。
【００２０】
第１１の発明では、第１、第６、第７、第８、第９、第１０のいずれか一つの発明において前記ＤＰＦの再生時期になった場合が、排気圧がエンジンの運転性に影響を与えない限界の排気圧以上となった場合である。
【００２１】
【発明の効果】
ＮＯｘ対策を施したエンジンではもともと一酸化窒素ＮＯの生成量が少ないため一酸化窒素ＮＯより二酸化窒素ＮＯ2への転換量が不足するとＤＰＦの再生時期になった場合に十分にＤＰＦに堆積した煤を燃焼させることができなくなるのであるが、第１、第２の発明によれば、一酸化窒素ＮＯの生成が必要とされるときには燃料の噴射時期の進角補正により一酸化窒素ＮＯの生成量を増やすので、これに伴いＮＯからＮＯ2への転換量が増え、これによってＥＧＲ装置を備えるなどＮＯｘ対策を施したエンジンの場合であってもＤＰＦの再生を十分に行わせることができる。
ＤＰＦの再生時期になったのに排気温度が目標値未満であると酸化触媒の転換効率の低下により一酸化窒素ＮＯより二酸化窒素ＮＯ 2 への転換量が不足してＤＰＦに堆積した煤を十分に燃焼させることができず、このためＤＰＦへの堆積量が限界を超えて増え、限界を超えて煤が堆積すると排気圧が上昇しその分エンジンの機械仕事が増えてエンジン出力が低下することになるのであるが、第１、第６、第７、第１０、第１１の発明によれば、ＤＰＦの再生時期になった場合に排気温度が目標値に達していなければ排気エネルギーの回収を抑制し、その抑制した分の排気エネルギーを排気温度の上昇に用いるので、酸化触媒の転換効率を向上させることができ、これによってＮＯからＮＯ 2 への転換量が増えＤＰＦの再生を十分に行わせることができる。
【００２２】
第３、第８の発明によれば、ＤＰＦに酸化触媒機能を持たせるので、ＤＰＦと酸化触媒の全体を小型化できレイアウトの上で有利となる。
【００２３】
第４、第９の発明によれば、酸化触媒をＤＰＦとは別体に備えるので、酸化触媒の機能スペースを充分確保することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１にＮＯｘ対策を施したエンジンの構成を示す。排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、圧力制御弁５からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。圧力制御弁５は、コントロールユニット２１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。これは燃焼温度が高くなるとＮＯｘが増えるので、燃焼温度を抑制するため排気の一部を吸気通路に還流させることにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘの発生を少なくしようとするものである。
【００２６】
エンジンには燃料供給装置としてのコモンレール式燃料噴射装置１１を備える。この燃料噴射装置１１は、主に燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１２、蓄圧室１３、気筒毎に設けられるノズル１４からなり、サプライポンプ１２により加圧された燃料は蓄圧室１３にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１３の高圧燃料が気筒数分のノズル１４に分配される。
【００２７】
ノズル１４は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に介装される三方弁（電磁弁）１５が介装されている。三方弁１５のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁１５がＯＮ状態になると、針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり、三方弁１５のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１３の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００２８】
アクセル開度センサ２２、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ２３、水温センサ（図示しない）からの信号が入力されるコントロールユニット２１では、エンジン回転速度とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量を演算し、演算した目標燃料噴射量に対応して三方弁１５のＯＮ時間を制御するほか、三方弁１５のＯＮへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期（噴射時期）を得るようにしている。
【００２９】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に可変容量ターボ過給機３１を備える。これは、排気タービン３２のスクロール入口に、アクチュエータ３４により駆動される可変ノズル３３を設けたもので、コントロールユニット２１により、可変ノズル３３は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン３２に導入される排気の流速を高めるノズル開度に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン３２に導入させノズル開度に制御する。
【００３０】
上記のアクチュエータ３４は、制御圧力に応動して可変ノズル３３を駆動するダイヤフラムアクチュエータ３５と、このダイヤフラムアクチュエータ３５への制御圧力を調整する圧力制御弁３６とからなり、可変ノズル３３の実開度が目標ノズル開度となるようにデューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁３６に出力される。
【００３１】
なお、可変ノズル３３は全開時に過給圧が最も小さく、全閉時に過給圧が最も高くなるタイプであり、デューティ制御信号に変換する前のノズル開度指令値についてはこの値が大きくなるほどノズル開度が大きくなるものとする。
【００３２】
このようにターボ過給機が備えられると、排気エネルギーの一部が排気タービンにより回収され、エンジン出力が高められる。
【００３３】
排気タービン３２下流の排気通路２にはＤＰＦ４１と酸化触媒４２とを備えている。上流側の酸化触媒４２は排気中の一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2に転換するためのもので、酸化触媒により転換されたこの二酸化窒素ＮＯ2の酸化力により、通常は６００℃以上の温度が必要な煤の燃焼を２７５℃程度の低温でも可能としている。なお、酸化触媒４２そのものについては特許第３０１２２４９号特許公報により公知であり、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
なお、ここでのＤＰＦ４１は、後述する別実施形態のＤＰＦとの関係では、酸化触媒の機能を有しないＤＰＦを扱っている。すなわち、特開２００１−７３７４３号公報にも記載があるように、全体として略円柱状のＤＰＦ４１には、セラミック等の多孔性部材からなるハニカム状の隔壁により、排気流と略平行なセルが多数形成され、各セルの入口と出口とが封鎖材により交互に目封じされている。排気に含まれるパティキュレートは詳細には、煤と可溶性有機物質（ＳＯＦ）などからなる複合体であり、その大部分は煤である。このため、通常の排気温度では排気が隔壁を介して隣接するセルに流入するときに、煤が隔壁により捕集される。これに対して再生時期となり排気温度を上昇させると、煤は自着火しＣＯ2として排出される。
【００３５】
ここで酸化触媒４２の転換効率の特性を具体的に示すと、図２のように触媒入口温度が例えば３００℃付近でＮＯからＮＯ2への転化率が最大となることを実験により確かめている。従って、ＤＰＦ４１に煤が許容範囲の限界まで堆積したことによりその堆積した煤を燃焼させる時期（再生時期）がきたら排気温度を３００℃前後にまで高めてやると酸化触媒の転換効率が最大となる。
【００３６】
この場合に排気温度を確保するためには過給圧を下げるのが有効である。またＤＰＦ４１の入口のＮＯ量が多いほど煤の再生に有利でありそのためには噴射時期の進角が最も有効である（図３参照）。
【００３７】
このためコントロールユニット２１には圧力センサ２４からの排気圧、温度センサ２５からの排気温度の信号が入力され、ＤＰＦ４１の再生時期になったとき燃料の噴射時期を進角補正することによりＮＯを含む排気中のＮＯｘ量を増やすとともに、実際の排気温度が目標値に達していないときには可変ノズル３３のノズル開度を大きくなる側に補正することにより排気タービン３２に使われる排気エネルギーを抑制して酸化触媒上流の排気温度を高める。
【００３８】
コントロールユニット２１で実行されるこの制御の内容をフローチャートに基づいて説明する。
【００３９】
図４は再生許可フラグを設定するためのもので一定周期で実行する。
【００４０】
ステップ１ではエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷（例えば目標燃料噴射量を用いる）、圧力センサ２４からの実際の排気圧Ｐｅｘｈを読み込む。ステップ２ではエンジン回転速度と負荷から図５を内容とするマップを検索することにより基本排気圧Ｐｅｘｈ０を演算し、この基本排気圧Ｐｅｘｈ０の値に許容値α（一定値）を加算した値と排気圧Ｐｅｘｈとをステップ３において比較する。
【００４１】
ここで基本排気圧Ｐｅｘｈ０はＤＰＦ４１に煤が堆積していない状態でのＤＰＦ４１上流の排気圧である。煤がＤＰＦ４１に堆積することにより実質の排気流路が狭くなってくると排気圧が基本排気圧Ｐｅｘｈ０より上昇し過度の排気圧の上昇は運転性に悪影響を与える。煤がＤＰＦ４１に堆積しても運転性に影響しない最大の排気圧をＰｍａｘとすれば、Ｐｍａｘ−Ｐｅｘｈ０が許容値αである。エンジン機種が同じでも基本排気圧にバラツキがあり、またこの基本排気圧のバラツキはエンジン機種や車種が相違すれば違ってくるので、許容値αはエンジン機種や車種毎にマッチングにより予め適当な値を定めておく。
【００４２】
排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α以上であるときにはＤＰＦ４１の再生時期になったと判断してステップ４に進み再生許可フラグ＝１とする。再生許可フラグは始動時にゼロに初期設定されるもので、再生許可フラグ＝１のときにはＤＰＦ４１の再生ための制御を許可することになる。ここで再生ための制御とは後述する燃料の噴射時期の進角補正とノズル開度指令値を大きくする側へ補正のことである。
【００４３】
一方、排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α未満であるときにはＤＰＦ４１にまだ煤を堆積する余地がある。また後述するようにＤＰＦ４１の再生が終了したときにも排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α未満となり再びＤＰＦ４１に煤を堆積できる。従って排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α未満であるときにはステップ３よりステップ５に進み再生許可フラグ＝０とする。
【００４４】
図６は燃料の噴射時期指令値ＩＴとノズル開度指令値θｖｎｔを演算するためのもので、図４に続けて一定周期で実行する。
【００４５】
ステップ１１ではエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷（例えば目標燃料噴射量）、温度センサ２５からの実際の排気温度Ｔｅｘｈを読み込む。ステップ１２、１３ではエンジン回転速度とエンジン負荷から図７、図８を内容とするマップを検索することにより基本点火時期ＩＴ０、基本ノズル開度θｖｎｔ０を演算する。
【００４６】
ステップ１４では再生許可フラグをみる。再生許可フラグ＝０であるときにはステップ１５、１６に進み進角補正量ΔＩＴ＝０、ノズル開度補正量Δθ＝０とした後、ステップ１７、１８で進角補正量ΔＩＴを基本噴射時期ＩＴ０に加算した値を燃料の噴射時期指令値ＩＴとして、またノズル開度補正量Δθを基本ノズル開度θｖｎｔ０に加算した値をノズル開度指令値θｖｎｔとして算出する。このときにはΔＩＴ＝０、Δθ＝０よりＩＴ＝ＩＴ０、θｖｎｔ＝θｖｎｔ０であり、再生のための制御は行われない。
【００４７】
一方、再生許可フラグ＝１であるときにはステップ１４よりステップ１９に進み噴射時期の進角補正量ΔＩＴ（始動時にゼロに初期設定）を一定値βだけ大きくした後、ステップ１７でこの進角補正量ΔＩＴを基本噴射時期ＩＴ０に加算した値を燃料噴射時期指令値ＩＴとして算出することにより進角補正を行う。この噴射時期の進角補正は排気中のＮＯｘ生成量を増やすための処理である。再生許可フラグ＝１である限り噴射時期が演算周期当たり一定値βずつ進角し、これによってＮＯｘ生成量が増してゆく（図３参照）。このＮＯｘ生成量の増加で酸化触媒によるＮＯからＮＯ2への転換量が増しＤＰＦ４１での煤の燃焼が促進される。煤が燃焼してＤＰＦ４１から消失し排気圧ＰｅｘｈがＰｅｘｈ０＋α未満となれば（再生の終了）、図４において再生許可フラグ＝０となる。再生の終了後には進角補正は必要ないので図６においてステップ１４からステップ１５に進み進角補正量ΔＩＴ＝０とした後ステップ１７の処理を実行する。
【００４８】
説明を飛ばした図６のステップ２０、２１、２２は実際の排気温度Ｔｅｘｈが目標値に達していない場合に排気タービン３２に回収される排気エネルギーを抑制しその分だけ酸化触媒上流の排気温度を上昇させて目標の排気温度が得られるようにする処理部分である。排気温度の目標値は酸化触媒４２によるＮＯからＮＯ2への転化率が最良となる温度である。図２に示す特性を有する酸化触媒４２であれば例えば３００℃の近傍を目標値として設定する。
【００４９】
詳細には再生許可フラグ＝１であるとき図６のステップ１４よりステップ１９に進み進角補正量ΔＩＴをインクリメントするが、その次のステップ２０で排気温度Ｔｅｘｈと目標値（例えば３００℃）を比較する。排気温度Ｔｅｘｈが目標値以上あれば排気温度を上昇させなくとも十分な転化効率が得られるので、ステップ２１に進みノズル開度補正量Δθ＝０としたあと、ステップ１８でこのノズル開度補正量Δθを基本ノズル開度θｖｎｔ０に加算した値をノズル開度指令値θｖｎｔとして算出する。
【００５０】
これに対して排気温度Ｔｅｘｈが目標値未満であるときにはステップ２０よりステップ２２に進みノズル開度補正量Δθ（始動時にゼロに初期設定）を一定値γだけ大きくした後ステップ１８の処理を行うことにより、ノズル開度を過給圧が低下する側に補正する。ノズル開度を一定値γだけ大きくしても排気温度が目標値まで上昇しなければステップ２０、２２、１７、１８の処理を繰り返すことで排気温度が目標値へと近づいてゆく。
【００５１】
ここで本実施形態の作用を説明する。
【００５２】
図１に示したようにＮＯｘ対策のためＥＲＧ装置（５、６）を備えるエンジンではもともと一酸化窒素ＮＯの生成量が少ないため酸化触媒４２による一酸化窒素ＮＯより二酸化窒素ＮＯ2への転換量が不足するので、ＤＰＦ４１の再生時期になった場合に十分にＤＰＦ４１に堆積した煤を燃焼させることができなくなるのであるが、本実施形態によれば一酸化窒素ＮＯの生成が必要とされるときには燃料の噴射時期の進角補正により一酸化窒素ＮＯの生成量を増やすので、酸化触媒によるＮＯからへのＮＯ2への転換量が増え、これによりＥＧＲ装置を備えるなどＮＯｘ対策を施したエンジンの場合であってもＤＰＦ４１の再生を過不足なく行わせることができる。
【００５３】
また、ＤＰＦ４１の再生時期になったのに実際の排気温度Ｔｅｘｈが目標値未満であると酸化触媒４２の転換効率の低下によりＮＯからＮＯ2への転換量が不足してＤＰＦ４１に堆積した煤を十分に燃焼させることができず、このためＤＰＦ４１への煤の堆積量が限界を超えて増すことになり、限界を超えて煤が堆積すると排気圧が上昇しその分だけエンジンの機械仕事が増えてエンジン出力が低下することになるのであるが、本実施形態によれば、ＤＰＦ４１の再生時期になった場合に排気温度が目標値に達していなければノズル開度を大きくして排気エネルギーの回収を抑制し、その抑制した分の排気エネルギーを酸化触媒上流の排気温度の上昇に用いるので、酸化触媒の転換効率を向上させることができ、これによってＮＯからＮＯ2への転換量が増え、ＤＰＦ４１の再生を過不足なく行わせることができる。
【００５４】
実施形態では、ＤＰＦの再生時期になった場合にＤＰＦ上流の排気温度が目標値未満のとき燃料の噴射時期を進角側に補正するとともに、ノズル開度を過給圧が低下する側に補正（排気エネルギーの回収を抑制）したが、いずれか一方の補正を行うだけでもかまわない。
【００５５】
実施形態では、ＤＰＦの再生時期になったかどうかの判定を、実際の排気圧がエンジンの運転性に影響を与えない限界の排気圧以上となったかどうかで判定する場合で説明したが、これに限定されるものでなく周知の判定方法を用いることができる。例えば簡単には始動時からの運転時間の積算値など運転履歴に基づいてＤＰＦの再生時期になったかどうかを判定させてもかまわない。
【００５６】
実施形態では、可変ノズルの開度に応じて過給圧が変化するターボ過給機で説明したが、これに限られるものでなく、以下のものにも適用がある。すなわち、排気タービンではガスが通過する面積を変えてやれば過給圧が変化するので、ノズルのほかスクロールやディフューザの開口割合を変えても過給圧が変化する。これらは結局、排気タービンの幾何学形状（ジオメトリー）を変え得るものであるので、可変ジオメトリックターボ過給機（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）で総称される。本発明はこうした可変ジオメトリックターボ過給機に適用がある。また、ウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機にも適用がある。
【００５７】
実施形態では、ＤＰＦと酸化触媒とが別体になっているもので説明したが、これらを一体にしたＤＰＦについても本発明の適用がある。これについて説明すると、図９は酸化触媒一体型ＤＰＦ５１の断面をモデルで示したものである。
【００５８】
全体として略円柱状の酸化触媒一体型ＤＰＦ５１には、セラミック等の多孔性部材からなるハニカム状のＤＰＦ隔壁５２により、排気流と略平行なセル５３が多数形成され、各セル５３の入口と出口とが封鎖材５４により交互に目封じされている。そして、このハニカム状のＤＰＦ隔壁５２を担体として図１０に示したようにＤＰＦ隔壁５２の排気上流側に酸化触媒５５をコーティングしている。なお、本実施形態のＤＰＦ隔壁５２は先の実施形態のＤＰＦ４１に相当する。
【００５９】
排気に含まれるパティキュレートは前述のように煤（ドライスート）と可溶性有機物質（ＳＯＦ）などからなる複合体であり、その大部分は煤である。このため、通常の排気温度では白抜き矢印で示したように排気がＤＰＦ隔壁５２を介して隣接するセル５３に流入するときに、黒丸で示した煤（図では「スート」で記載）がＤＰＦ隔壁５２により捕集され、不完全燃焼物であるＣＯ、未燃燃料であるＨＣ、上記のＳＯＦは酸化触媒５５の触媒効果によりＣＯ2、Ｈ2Ｏへと浄化される。これに対して再生時期となり排気温度を上昇させると、煤は図１０のように触媒上で酸化され、ＣＯ2として排出される。
【００６０】
このような酸化触媒一体型のＤＰＦ５１を備える場合にも、酸化触媒一体型ＤＰＦ５１に煤が許容範囲の限界まで堆積したことによりその堆積した煤を燃焼させる時期（再生時期）がきたら燃料の噴射時期の進角補正を行って一酸化窒素ＮＯの生成量を増加し酸化触媒５５によるＮＯからＮＯ2への転換量を増やしてやればよく、これによりＮＯ2の強い酸化力により酸化触媒一体型ＤＰＦ５１の再生を過不足なく行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】触媒入口温度と酸化触媒によるＮＯからＮＯ2への転化率との関係を表す特性図。
【図３】燃料の噴射時期とＮＯｘ生成量の関係を表す特性図。
【図４】再生許可フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図５】基本排気圧の特性図。
【図６】燃料噴射時期指令値、ノズル開度指令値の演算を説明するためのフローチャート。
【図７】基本噴射時期の特性図。
【図８】基本ノズル開度の特性図。
【図９】第２実施形態のＤＰＦの断面図。
【図１０】第２実施形態の煤の浄化図。
【符号の説明】
２１ コントロールユニット
４１ ＤＰＦ
４２ 酸化触媒
３３ 可変ノズル
５１ 酸化触媒一体型ＤＰＦ
５５ 酸化触媒
Claims (11)
- 燃料の噴射時期を制御可能な噴射時期制御手段と、
排気中の煤をトラップするＤＰＦと、
その上流にあって排気中の一酸化窒素を二酸化窒素に転換する酸化触媒と
を備えるディーゼルエンジンにおいて、
排気タービンにより排気エネルギーを回収して過給圧を高めるタ一ボ過給機と、
この排気エネルギーの回収度合を制御可能なエネルギー回収制御手段と、
前記ＤＰＦの再生時期になった場合に前記噴射時期制御手段により燃料の噴射時期を進角側に補正する進角補正手段と、
同じく前記ＤＰＦの再生時期になった場合に前記排気エネルギーの回収を抑制するエネルギー回収抑制手段と
を備え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。 - 前記進角補正手段は、演算周期毎に一定値ずつ進角補正量を大きくする手段であることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記ＤＰＦに前記酸化触媒の機能を持たせることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記ＤＰＦの上流に前記酸化触媒を別体で備えることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記排気エネルギーの回収を抑制するのは、実際の排気温度が目標値に達していない場合であることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記エネルギー回収制御手段が排気タービンの幾何学形状を制御可能な手段である場合に、前記エネルギー回収抑制手段が、過給圧が低下する側に排気タービンの幾何学的形状を変更する手段であることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記進角補正手段は、演算周期毎に一定値ずつ進角補正量を大きくする手段であることを特徴とする請求項１または６に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記ＤＰＦに前記酸化触媒の機能を持たせることを特徴とする請求項６または７に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記ＤＰＦの上流に前記酸化触媒を別体で備えることを特徴とする請求項１、６、７のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記ＤＰＦの再生時期になった場合に、前記酸化触媒の一酸化窒素より二酸化窒素への転換率が最大となる排気温度の付近を目標値として、前記ＤＰＦ上流の排気温度を前記エネルギー回収抑制手段を用いて制御することを特徴とする請求項１、６、７、８、９のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記ＤＰＦの再生時期になった場合は、排気圧がエンジンの運転性に影響を与えない限界の排気圧以上となった場合であることを特徴とする請求項１、６、７、８、９、１０のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
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