JP3951899B2 - 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】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレートを除去するための排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガスに対する規制は年々強化されており、特にカーボンを主成分とするパティキュレート・マター（以下、ＰＭ）の低減が急務となっている。このＰＭを排気から除去する装置としてディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）が知られており、ディーゼルエンジンを搭載した車両にＤＰＦを装備させることを義務づける動きも本格化してきている。
【０００３】
ところで、ディーゼルエンジンを搭載した車両に装備されるＤＰＦには、エンジンが繰り返し運転されることによって捕集したＰＭが堆積するため、捕集したＰＭを燃焼してＤＰＦを再生させる必要がある。この再生の手段としては、電気ヒータやバーナ等で加熱してＰＭを燃焼させる方式が知られている。
【０００４】
このＰＭを燃焼させる方式を採用した場合、ＤＰＦの再燃焼中はＰＭの捕集が不可能なため、排気通路に複数のＤＰＦを並列に配設して捕集と燃焼を交互に行うシステムとなり、装置が大掛かりになってしまうという問題が発生する。また、ＰＭ燃焼時の温度が高温になるためフィルタの耐久性確保が問題となってしまう。このような理由からこの方式は、広く採用されるに至っていない。
【０００５】
上記のような問題を踏まえ、近年ではディーゼルエンジンの排気浄化装置として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（例えば、特許文献１を参照。）をＤＰＦに担持させて、ＮＯｘを吸蔵、還元する際に発生する活性酸素を利用して捕集したＰＭを連続的に燃焼させる方式のものが知られている。また、ＤＰＦの上流に酸化触媒を設けた方式のものも知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００６】
図１２に従来より知られる連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、連続再生式ＤＰＦ）を装備したディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す。以下、図１２に基づいて連続再生式ＤＰＦを装備したディーゼルエンジンの排気浄化装置について説明する。
【０００７】
シリンダブロック及びシリンダヘッド等からなるエンジン本体２には、吸気通路の一部を構成する吸気マニホールド３及び排気通路の一部を構成する排気マニホールド４が配設されている。吸気マニホールド３には吸気通路の一部を構成する吸気管５が接続されており、この吸気管５の最上流部に吸入空気を清浄化するエアクリーナ６が配設されている。エアクリーナ６で浄化された吸入空気は吸気管５を通り吸気マニホールド３を介して図示しないシリンダ内に供給される。上記排気マニホールド４には排気通路の一部を構成する排気管７が接続されており、シリンダ内で生成された排気ガスは排気マニホールド４及び排気管７を通して排出される。
【０００８】
図示のディーゼルエンジンは、吸入空気を過給するためのターボチャージャー８を備えている。このターボチャージャー８は、排気管７に配設された排気タービン８１と、吸気管５に配設された吸気コンプレッサ８２とを有している。また、図示のディーゼルエンジンは、上記排気タービン８１より上流側の排気管７と上記吸気コンプレッサ８２より下流側の吸気管５とを連絡する排気ガス還流（以下、ＥＧＲ）通路９を具備している。
【０００９】
ＥＧＲ通路９にはＥＧＲバルブ１１が配設されている。このＥＧＲバルブ１１は、例えば図示しない負圧タンクに接続された負圧アクチュエータを備えており、後述する制御手段１０により運転状態に応じて供給される負圧量が制御されることにより、その開度即ちＥＧＲ率が制御される。
【００１０】
なお、ＥＧＲはよく知られているように、燃焼後の排気ガスを還流させた吸入空気をシリンダ内に投入してＮＯｘの抑制を図る排気浄化手段である。また、ＥＧＲ通路とエンジン側の連結は本従来例では吸気管、排気管となっているが吸気通路の一部を構成する吸気、排気マニホールドでも良いことは明らかである。
【００１１】
上記排気タービン８１より下流側の排気管７には、上流側より順に酸化触媒１２１、ＤＰＦ１２２とを有する連続再生式ＤＰＦ１２及びＮＯｘ触媒１４が配設されている。
【００１２】
酸化触媒１２１は、例えばハニカム状のコーディエライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に白金、パラジウム、あるいはロジウム等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させたものが使用される。この酸化触媒１２１は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2 を生成させると共に、排気ガス中のＨＣとＣＯを酸化してＨ2 ＯとＣＯ2 を生成させる。
【００１３】
ＤＰＦ１２２は、例えば多孔質のコーディエライト、あるいは炭化珪素によって多数のセルが平行に形成され、セルの入口と出口が交互に閉鎖された、いわゆるウォールフロー型と呼ばれるハニカムフィルタや、セラミック繊維をステンレス多孔管に何層にも巻き付けた繊維型フィルタが使用され、排気ガス中のＰＭを捕集する。
【００１４】
ＮＯｘ触媒１４は、その構成や成分は上記酸化触媒１２１と同じようなものが使用でき、排気ガス中のＮＯ等のＮＯｘをＮ2 やＨ2 Ｏに還元させる。このように少なくとも上記した酸化触媒１２１及びＤＰＦ１２２により連続再生式ＤＰＦ２１が構成され、酸化触媒１２１によって排気ガス中のＮＯをＮＯ2 に酸化させ、酸化触媒１２１の下流側に配設したＤＰＦ１２２に流入するＮＯ2 によって捕集されたＰＭを燃焼させる。
【００１５】
この時、４００℃以下の低い温度でＰＭが燃焼するため、電気ヒータやバーナ等の特別な加熱手段を設ける必要がなく、また、低温にてＰＭの燃焼を連続的に起こしながら、同時にＰＭの捕集も行うため装置全体を簡易に且つコンパクトにできるという利点を有している。
【００１６】
図示のディーゼルエンジンは、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサ１５、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度＝ＡＣＬ）を検出するアクセルセンサ１６、吸気マニホールド３内に配設されシリンダ内に吸入される吸気の温度を検出する吸気温度センサ１７、該エンジン回転速度検出センサ１５やアクセルセンサ１６及び吸気温度センサ１７等からの検出信号に基づいて上記ＥＧＲバルブ１１や図示しない燃料噴射装置によってシリンダ内に噴射される燃料の噴射量を制御する制御手段１０を具備している。
【００１７】
制御手段１０はエンジン回転速度とアクセル開度をパラメータとする燃料噴射量を設定した図１５に示すようないわゆる燃料噴射量を格納したメモリを具備しており、エンジン回転速度検出センサ１５及びアクセルセンサ１６からの検出信号に基づいて基本燃料噴射量を決定する。そして、制御手段１０は、基本燃料噴射量を吸気温度センサ１５の検出値に基づき補正し、最終的な燃料噴射量を決定する。なお、最終的な燃料噴射量は吸気温度のみならず、他の様々なパラメータ（大気圧やスモーク限界噴射量等）を参照して随時補正することが可能である。
【００１８】
【特許文献１】
特許第２６００４９２号公報 （第３頁〜第６頁）
【特許文献２】
特許第３０１２２４９号公報 （第２頁、第３頁）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した酸化触媒１２１におけるＮＯをＮＯ2 に酸化する反応の効率、いわゆる転化率は、現状の触媒では触媒温度によって大きく変化する。例えば２５０℃から４００℃の間における活性領域では良好な酸化反応を見ることができるが、それ以外の領域では十分にＮＯからＮＯ2 への転化が行われない。つまりＰＭを酸化させるだけの十分なＮＯ2 成分が発生しないのである。
【００２０】
図１３はＰＭの酸化燃焼によって発生するＣＯ2 の発生量をエンジンの排気温度と対比して示したものである。これをみると２５０℃から４００℃の間で活発にＰＭが燃焼してフィルタが再生されていることがわかる。逆にいえばそれ以外の温度領域ではＰＭの燃焼、即ちＤＰＦの再生は殆ど行われない。つまり、２５０℃から４００℃以外の温度領域では、再生が行われないままＤＰＦにＰＭが捕集され続けることになる。そのＰＭが多量に溜め込まれた状態でＰＭの燃焼が発生するとＤＰＦ内で一気に燃焼が進行しフィルタの耐久性を著しく損ねるなどの問題も発生する。
【００２１】
車両に搭載されるディーゼルエンジンは、運転状態によってエンジン回転速度やエンジン負荷が刻々と変化し、そこから排出される排気ガス温度も運転状態に応じて変化する。図１４にはエンジン回転速度とエンジン負荷をパラメータとする排気ガスの温度領域が示されている。図１４からもわかるようにエンジンが高負荷時で回転速度が高い時、及びエンジンが低負荷で回転速度が低い時には触媒の温度が活性温度領域（２５０℃から４００℃）から外れてしまい酸化触媒でＮＯが十分にＮＯ2 に酸化しない。よってＤＰＦにより捕集されたＰＭが十分に燃焼されないのでフィルタのＰＭ捕集効率も落ち、フィルタ自体の目詰まりを早めるなど好ましくない結果となってしまう。更には排気温度が触媒の活性温度領域に入っていても排気温度が低い場合は、排気マニホールドから酸化触媒に至る間に外気などに放熱してしまうため結果的に活性温度領域以下に下がってしまうことがあった。
【００２２】
そして、特に、極寒地や高地等の環境では、完全に全運転領域で、捕集されたＰＭを燃焼除去させることは困難な状況にある。
【００２３】
なお、上記の従来技術は連続再生式ＤＰＦとして、酸化触媒とディーゼルパティキュレートフィルタにより構成される連続再生式ＤＰＦに基づき説明したが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒をＤＰＦに担持させて、ＮＯｘを吸蔵、還元する際に発生する活性酸素を利用して捕集したＰＭを連続的に燃焼させる方式においても触媒が有効に機能する温度領域が限定されており同様の問題が発生している。
【００２４】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、その主たる技術的課題は極寒地や高地等の環境下においても、車両に搭載されたディーゼルエンジンの全運転領域においてＤＰＦに捕集されたＰＭを確実に連続的に燃焼させることを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するために、本発明によれば、 エンジンの排気通路に配置された第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタと、該第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に配設された第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタと、該バイパス通路間の該排気通路に配設され排気ガスの流路を切り換える切替弁と、該エンジンの排気温度を上昇せしめるための排気温度上昇手段と、該エンジンの排気温度領域を検出する排気温度領域検出手段と、該排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気温度領域に対応して該排気温度上昇手段及び該切替弁を制御する制御手段と、を具備し、該制御手段は、該排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気温度領域が所定の温度領域よりも低い極低温領域である場合には、該排気温度上昇手段を作動させるとともに、ポスト噴射を行い、更に、排気ガスが該第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタを通過するように該切替弁を制御するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタの容量を前記第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタの容量より小さく構成するとともに、前記第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタを排気マニホールド直下に配置す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が提供される。
【００２６】
そして、該制御手段は、該排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気温度領域が低温領域で、かつ、該極低温領域よりも高い領域にある場合には、該排気温度上昇手段を作動させるとともに、排気ガスが該第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタを通過するように該切替弁を制御するように構成されることが望ましい。
【００２７】
上記ポスト噴射を、８０°ＢＴＤＣ〜１２０°ＢＴＤＣの範囲でポスト噴射することが望ましく、また、上記前記ポスト噴射において、ポスト噴射量をメイン噴射量の１０％〜２０％とすることが望ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明に好適な実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に基づき構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置の一実施形態を示す概略構成図である。なお、図１に示す実施形態においては上記図１２で示した従来の排気浄化装置と同じ構成部材には同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００２９】
図１に示す実施形態におけるディーゼルエンジンの排気浄化装置は、吸気通路の一部をなす吸気管５におけるＥＧＲ通路９の連結部よりも上流側に配設され吸入空気量を制限する吸気シャッタ２２を備えている。この吸気シャッタ２２は、通常は全開に保持されている。また、排気通路の一部を構成する排気管７におけるＥＧＲ通路９の連結部よりも下流側には、排気ガスの流出を制限する排気シャッタ２３が配設されている。この排気シャッタ２３も上記吸気シャッタ２２と同様に、通常状態では全開に保持されている。なお、吸気シャッタ２２及び排気シャッタ２３は、例えば図示しない負圧タンクに接続された負圧アクチュエータを備えており、制御手段１０により運転状態に応じて供給される負圧量が制御されることにより、その開度が制御される。
【００３０】
排気通路の一部を構成する排気マニホールド４の直後の排気管７には、排気通路をバイパスするバイパス通路１０１が配設されている。このバイパス通路１０１には、図２に示すように上述した酸化触媒１２１及びパティキュレートフィルタ１２２を有する第１の連続再生式ＤＰＦ１２と同様に酸化触媒１３１及びパティキュレートフィルタ１３２を有する第２の連続再生式ＤＰＦ１３が配設されている。この第２の連続再生式ＤＰＦ１３の容量は、第１の連続再生式ＤＰＦ１２の容量より小さく構成されている。上記バイパス通路１０１間の排気管７には、排気ガスの流路を切り換える切替弁１０２が配設されている。この切替弁１０２は制御手段１０により制御され、排気管７を閉じると排気マニホールド４から排出される排気ガスをバイパス通路１０１、即ち第２の連続再生式ＤＰＦ１３に流入せしめる。
【００３１】
また、本実施形態のディーゼルエンジンは、燃料噴射系としてコモンレールシステムを採用し、シリンダ内への燃料噴射において、主噴射のリタード（遅延）やポスト噴射（後噴射）等を細かく行うことができるように構成される。
【００３２】
本実施形態のディーゼルエンジンは、図３に示すように吸気行程中のシリンダの排気通路をシリンダに開放する排気導入機構を具備している。図３には、吸気バルブ３０と吸気バルブ作動機構３１および排気バルブ４０と排気バルブ作動機構４１が示されている。排気バルブ作動機構４１を構成する排気カム４２は、排気行程で排気バルブ４０を作動する通常のカムプロフィール４２１と、該カムプロフィール４２１と回転方向後側に略９０°の位相角をもって形成された排気導入カムプロフィール４２２を備えている。
【００３３】
このように構成された排気カム４２は、図４に示すようにカムプロフィール４２１による排気バルブリフトカーブ（１）と、吸気行程中（吸気バルブ作動機構３１による吸気バルブリフトカーブ中）の短期間に排気導入カムプロフィール４２２による排気バルブリフトカーブ（２）をもって排気バルブ４０を作動する。
【００３４】
従って、図３に示す実施形態においては、排気カム４２に形成された排気導入カムプロフィール４２２は、吸気行程中にシリンダ内に排気ガスを導入するための排気導入機構として機能する。なお、 排気導入カムプロフィール４２２による排気バルブ４０のリフト量は、１〜３ｍｍ程度でよい。
【００３５】
次に、排気導入機構の他の実施形態について、図５を参照して説明する。なお、図５に示す実施形態においては、図３の実施形態における同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
図５に示す実施形態においては、排気バルブ作動機構４１を構成する排気カム４２は、通常のカムプロフィール４２１だけを備えている。そして、図４に示す実施形態における排気導入機構５０は、吸気行程中に同一シリンダ内の排気通路内をシリンダに開放する排気導入バルブ５１と、該排気導入バルブ５０を作動する電磁ソレノイド５２とからなっている。このように構成された排気導入機構５０は、エンジンの排気温度領域が所定の温度領域より低温領域である場合に、制御手段１０から制御信号が電磁ソレノイド５２に与えられ排気導入バルブ５１が吸気行程中に開弁駆動される。
【００３７】
図１に示す実施形態においては、ディーゼルエンジンの排気温度領域を検出する排気温度領域検出手段を具備している。以下に排気温度領域検出手段について述べる。
【００３８】
エンジンの排気温度は、主にエンジンに供給される燃料噴射量（負荷）とエンジン回転速度によりほぼ決定される。図示の実施形態における排気浄化装置の制御手段１０は、図示しない内部メモリに図６に示すようなエンジン回転速度とエンジン負荷をパラメータとする排気温度領域マップを有しており、エンジン回転速度と燃料噴射量（負荷）から現在の排気温度がどこの領域にあるかを検出する。あるいは、排気温度センサを設けて、それぞれの所定の排気温度以下のときにそれぞれの排気温度領域にあると判断するように構成してもよい。なお、ここで示される領域とは、シリンダから排出された排気温度の温度領域を指すものとする。
【００３９】
図６に示すＸ、Ｙ、Ｚの境界線は主にマップを定義する際のエンジンの排気温度に関する試験結果と酸化触媒１２１の活性温度領域を参照して設定される。Ｘ領域は酸化触媒１２１の活性温度領域よりも高くなる領域であり、Ｙ領域は酸化触媒１２１の活性温度領域に含まれる領域、そしてＺ領域は酸化触媒１２１の活性温度領域よりも低くなる領域であり、このＺ領域は、Ｚ１領域とＺ２領域に更に細分される。このＺ２領域はＺ１領域よりも更に排気温度が低い領域であり、極寒地や高地等におけるアイドリング運転や極軽負荷運転の際に入り込む領域である。
【００４０】
なお、この境界線は採用するディーゼルエンジンの運転特性、採用する酸化触媒１２１の特性によって使用者が適宜変更できることは言うまでもない。更に、上記温度領域は必ずしも４つである必要はなく、もっと細分化してもよいし、あるいは３つの領域を定義することも可能である。
【００４１】
次に、図１に示す実施形態における排気浄化装置の作動を図９に示すフローチャートに基づき説明する。エンジンの運転がスタートすると図示しない燃料噴射装置によりエンジンに燃料が供給される。制御手段１０はエンジン回転速度検出センサ１５及びアクセルセンサ１６からのエンジン回転速度信号（Ｎｅ）とアクセル開度信号（ＡＣＬ）を読み込み（ステップＳ１）、上記図１３に示すいわゆる燃料噴射量マップを参照し燃料噴射量を決定する（ステップＳ２）。制御手段１０は、この時の燃料噴射量をエンジンの負荷Ｑとして検出する。
【００４２】
図１に示す実施形態における排気浄化装置においては、上述したようにエンジン負荷Ｑを検出したら、制御手段１０はエンジン負荷と上記のように検出されたエンジン回転速度に基づいて図６に示す排気温度領域マップより現在の排気温度領域を検出する（ステップＳ３）。このようにして、現在の排気温度領域を検出したならば、制御手段１０は現在の排気温度領域に基づき図７に示す制御マップに従って、上記ＥＧＲバルブ１１及び吸気シャッタ２２と排気シャッタ２３を制御する。
【００４３】
先ず、ステップＳ４の判断で、排気温度領域が酸化触媒の活性温度領域Ｘにある場合には、ステップＳ５で、制御手段１０は図７の制御マップに従って、吸気シャッタ２２、排気シャッタ２３、切替弁１０２を全開に開き、ＥＧＲバルブ１１を全閉とする。そして制御手段１０は、次のステップＳ６で排気温度低下制御を実行する。この排気温度低下制御は、例えば可変ターボチャージャーによる吸入空気量の増加制御や冷却水による排気ガスの冷却制御等である。なお、排気温度低下制御は本発明の主たる構成ではないので説明は省略する。
【００４４】
ステップＳ４で排気温度領域がＸ以外の場合は、制御手段１０はステップＳ４からステップＳ７に進み排気温度領域が低温領域Ｚか否かを判断する。そして低温領域Ｚではない（排気温度領域＝Ｙ）と判断されたら、制御手段１０はステップＳ８に進んで吸気シャッタ２２、排気シャッタ２３及び切替弁１０２を全開に開き、また、ＥＧＲバルブ１１は開とされるが、制御手段１０は通常運転時におけるＥＧＲ制御を実行してもよい。このステップＳ８の後リターンする。
【００４５】
ステップＳ７にて排気温度領域が低温領域（排気温度領域＝Ｚ）と判断された場合は、制御手段１０はステップＳ１０に進んで排気温度上昇制御を行う。
【００４６】
この排気温度上昇制御では、先ず、ステップＳ１１で、吸気シャッタ２２を作動させて図８（ａ）の吸気シャッタ開度マップに基づいて絞り制御と、排気シャッタ２３を作動させて図８（ｂ）の排気シャッタ開度マップに基づいて排気シャッタ２３の絞り制御を行い、排気ガスの通路をバイパス通路１０１に切り替える切替弁１０２を閉弁させると共にＥＧＲバルブ１１を開とする。
【００４７】
なお、図８の（ａ）及び図８の（ｂ）に示すマップはいずれも図６で示した排気温度領域検出手段に用いたマップのＺの領域をさらに分割して吸気・排気シャッタの開作動を段階的に設定したものである。”３／４開度”とは全開位置に対して１／４閉じているということであり”１／４開度”とは３／４閉じているということである。
【００４８】
そして、排気温度領域が、ステップＳ１１の後のステップＳ１２では低温領域Ｚにおける極低温温度Ｚ２か否かを判断し、極低温領域Ｚ２であると判断された場合の時だけ、ステップＳ１３に進んで、更に、ポスト噴射制御を行う。このステップＳ１３の後リターンする。
【００４９】
このポスト噴射は、排気温度を上昇させて完全にＰＭを再燃焼させるための制御で、図１０に示すように、メイン噴射（主噴射）に加えて、ピストンの上死点（ＴＤＣ）からクランク角度で８０°〜１２０°遅れて、即ち、８０°ＢＴＤＣ〜１２０°ＢＴＤＣの範囲でポスト噴射させることが好ましく、また、ポスト噴射量はメイン噴射量の１０％〜２０％とすることが好ましい。
【００５０】
このポスト噴射で噴射された燃料は、８０°ＢＴＤＣ〜１２０°ＢＴＤＣで噴射されるため、図１１に示すように、ほとんどシリンダ内でピストンへの仕事にならず、気化した燃料として排気され、酸化触媒１２１（図１）で使用されるＨＣとして供給され、排気温度の上昇に寄与することになる。
【００５１】
以上の制御を行い制御フローチャートはスタートに戻る。
【００５２】
以上のように排気温度領域が低温領域（排気温度領域＝Ｚ）の場合は、吸気シャッタ２２を絞る制御を行うことにより新気の吸入空気が制限されると共にＥＧＲ通路９の出口付近の吸気通路内圧力が低下するため、ＥＧＲガス還流量も増加する。また、排気シャッタ２３を絞る制御を行うことにより排気通路の一部を構成する排気管７とＥＧＲ通路９の連結部の排圧が高まり更にＥＧＲガスの還流量が増大する。
【００５３】
排気ガスの温度はシリンダ内の燃焼時に空気過剰率（λ）が１に近い程、また吸入空気の温度が高い程高くなる。従って通常であれば低回転、低負荷状態で排気温度が酸化触媒１２１の活性温度領域に達しない運転領域であっても上記のような制御を実施することで吸入空気温度を上げて、吸入空気中の新気量を減らし、排気温度を活性温度領域Ｙまで高めることが可能となる。
【００５４】
図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各マップに示すように排気温度領域が酸化触媒の活性温度領域Ｙから離れている領域つまり排気温度がより低い領域では吸気シャッタ２２及び排気シャッタ２３がより絞られる制御が行われ、排気温度がより一層上昇させられることになる。そして、図示の実施形態においては、図３に示す排気導入機構を構成する排気カム４２の排気導入カムプロフィール４２２の作用によって吸気行程中に排気バルブ４０が開弁されシリンダ内に排気ガスが導入される。
【００５５】
また、図５に示す排気導入機構５０を備えた場合には、吸気行程中に電磁ソレノイド５２が駆動され排気導入バルブ５１が開弁されてシリンダ内に排気ガスが導入される。このように排気温度領域が低温領域（排気温度領域＝Ｚ）の場合は、排気通路中の高温の排気ガスが吸気行程でシリンダ内に逆流させられるので結果的に排気温度が上昇させられる。更に上記のように排気シャッタを閉じるような制御を行っている場合には、排気通路中の排圧が高くなっているので、シリンダ内に逆流する排気ガスが増加し排気温度を上昇させることが可能になる。従って、排気温度領域が低温領域（排気温度領域＝Ｚ）の場合に、吸気シャッタ２２を絞る制御、排気シャッタ２３を絞る制御及び排気導入機構の作動は、エンジンの排気温度を上昇せしめるための排気温度上昇手段として機能する。
【００５６】
そして、排気温度領域がＺ領域の場合には、上記した排気温度上昇手段で作動させると同時に、排気管７に配設された切替弁１０２を閉弁し、排気ガスがバイパス通路１０１、即ち第２の連続再生式ＤＰＦ１３を流れるように制御を行う。第２の連続再生式ＤＰＦ１３は排気マニホールド４の略直下に配置され、排気温度上昇手段により上昇させた排気温度が外気等により低下させられることなく排気ガスを通過させることができる位置に配置されている。これにより排気温度を排気温度上昇手段により上昇させたにもかかわらず従来からの第１の連続再生式ＤＰＦ１２に到達する前に第１の連続再生式ＤＰＦ１２の酸化触媒１２１の活性温度領域以下に低下してしまうという問題が回避される。つまり少なくとも排気温度領域がＹ領域、Ｚ領域にあるときは常にＰＭが捕集されると同時に連続的に再生が実行されることとなる。
【００５７】
そして、本願発明では、排気温度領域が、Ｚ領域の中でも、極低温領域であるＺ２領域にある場合に、更に、ポスト噴射制御を行うので、極寒地や高地等におけるアイドリング運転や極軽負荷運転に際しても、排気温度を上昇でき、エンジンの運転領域の全域において、ＤＰＦに溜め込まれたＰＭを再燃焼が可能となる。
【００５８】
第２の連続再生式ＤＰＦ１３は従来から設置されている第１の連続再生式ＤＰＦ１２よりも容量の小さいものが採用される。第２の連続再生式ＤＰＦ１３は排気温度が低い場合に使用されるものであり比較的低負荷（噴射燃料量が少ない）領域に限られて使用するものである。即ち排気流量そのものが少なく排気ガス中のＰＭも全運転領域で見れば少ない領域となるうえ、排気マニホールド４の直下に配置されることも鑑みれば小さい容量にすることが好ましいものである。
【００５９】
以上、図示の本実施形態では、排気温度領域をエンジン回転速度と負荷により検出したがこれに限るものではなく、エンジンの酸化触媒１２１に直接的に設けられる排気温度センサ２７によって検出してもよい。また、酸化触媒とＤＰＦを別体で形成しているが、ＤＰＦに酸化触媒となる材料を直接担持させて一体的に構成された連続再生式ＤＰＦや、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒をＤＰＦに担持させた連続再生式ＤＰＦ、更には有効に機能する温度領域が限られた触媒を利用した他の連続再生式ＤＰＦについても同様に本発明が適用可能であることは言うまでもない。なお、ＥＧＲ通路９と排気導入機構を併設するように説明したが必ずしもＥＧＲ通路９は必須ではなく特に排気導入機構を設けた場合はＥＧＲ通路９を省略してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明に基づくディーゼルエンジンの排気浄化装置によれば、排気温度上昇手段により排気温度を上昇させると共に、従来の第１の連続再生式ＤＰＦとは別に容積の小さい第２の連続再生式ＤＰＦを第１の連続再生式ＤＰＦの上流側に配設し、排気ガスを第２の連続再生式ＤＰＦを通過させるようにしたので、排気温度上昇手段により上昇させた排気ガスを外気などで低下させることなくＰＭを捕集し、かつ連続的に再生することができるようになった。
【００６１】
そして、更に、極寒地や高地等におけるアイドリング運転や極軽負荷運転に際して、排気温度領域が低温領域の中でも特に極低温領域にある場合に、ポスト噴射制御を行うので、排気温度を上昇でき、完全にエンジンの全運転領域で、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わるディーゼルエンジンの排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタの拡大図である。
【図３】本発明に係る排気導入機構の一実施形態を示す図である。
【図４】図３の構成における吸気バルブ、排気バルブのリフトカーブを示す図である。
【図５】本発明に係る排気導入機構の他の実施形態を示す図である。
【図６】本発明に係る排気温度領域マップを示す図である。
【図７】本発明に係る排気温度領域別の制御マップを示す図である。
【図８】本発明に係る吸気及び排気シャッタの開度制御マップをを示す図である。
【図９】本発明に係る制御手段の制御フローチャートを示す図である。
【図１０】ポスト噴射を示す図である。
【図１１】本発明に係るポスト噴射とシリンダ内圧力の関係を示す図である。
【図１２】従来技術のディーゼルエンジンの排気浄化装置の構成を示す図である。
【図１３】連続再生式ＤＰＦにおける排気ガス温度とＰＭの燃焼特性を示す図である。
【図１４】ディーゼルエンジンのエンジン回転速度と負荷に対する排気ガス温度の関係をを示す図である。
【図１５】エンジン回転速度とアクセル開度から燃料噴射量を演算する燃料噴射量を示す図である。
【符号の説明】
２ エンジン本体
３ 吸気マニホールド
４ 排気マニホールド
５ 吸気管
６ エアクリーナ
７ 排気管
８ ターボチャージャー
８１ 排気タービン
８２ 吸気コンプレッサ
９ 排気ガス還流（ＥＧＲ）通路
１０ 制御ッ主段（ＥＣＭ）
１１ ＥＧＲバルブ
１２ 第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ
１２１ 酸化触媒
１２２ ディーゼルパティキュレートフィルタ
１３ 第２の連続際正式ディーゼルパティキュレートフィルタ
１３１ 酸化触媒
１３２ ディーゼルパティキュレートフィルタ
１４ ＮＯｘ触媒
１５ エンジン回転速度検出センサ
１６ アクセルセンサ
１７ 吸気温度センサ
２２ 吸気シャッタ
２３ 排気シャッタ
３０ 吸気バルブ
３１ 吸気カム
４０ 排気バルブ
４１ 排気バルブ作動機構
４２ 排気カム
４２１ 排気カムプロフィール
４２２ 排気導入カムプロィール
５０ 排気導入機構
５１ 排気導入バルブ
５２ 電磁ソレノイド

Claims (4)

  1. エンジンの排気通路に配置された第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタと、該第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に配設された第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタと、該バイパス通路間の該排気通路に配設され排気ガスの流路を切り換える切替弁と、該エンジンの排気温度を上昇せしめるための排気温度上昇手段と、該エンジンの排気温度領域を検出する排気温度領域検出手段と、該排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気温度領域に対応して該排気温度上昇手段及び該切替弁を制御する制御手段と、を具備し、該制御手段は、該排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気温度領域が所定の温度領域よりも低い極低温領域である場合には、該排気温度上昇手段を作動させるとともに、ポスト噴射を行い、更に、排気ガスが該第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタを通過するように該切替弁を制御するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタの容量を前記第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタの容量より小さく構成するとともに、前記第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタを排気マニホールド直下に配置す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. 該制御手段は、該排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気温度領域が低温領域で、かつ、該極低温領域よりも高い領域にある場合には、該排気温度上昇手段を作動させるとともに、排気ガスが該第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタを通過するように該切替弁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。
  3. 該ポスト噴射を、８０°ＢＴＤＣ〜１２０°ＢＴＤＣの範囲でポスト噴射することを特徴とする請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  4. 該ポスト噴射において、ポスト噴射量をメイン噴射量の１０％〜２０％とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
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