JP4045764B2 - 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、エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、その排気通路に排気ガス中のパティキュレートを捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を設けることは知られている。また、このＤＰＦの再生のために、ＤＰＦよりも上流側の排気通路に酸化触媒を設け、この酸化触媒によって排気ガス中のＮＯを酸化させて排気ガス中のＮＯ２ 量を増やし、ＤＰＦに捕集されているパティキュレートをＮＯ２ によって燃焼させるという提案もある。
【０００３】
また、特開平１１−３３６５３０号公報には、酸化触媒によるＮＯ→ＮＯ２ の酸化は１５０℃付近から始まること、パティキュレートとＮＯ２ との反応は２５０℃から３００℃以上の温度にならないと連続的に進まないこと、そこで、圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後に燃料を噴射する後噴射によって排気ガス温度を高め、それによってＤＰＦの温度を上昇させること、ＤＰＦの温度が６００℃以上になると、その後噴射を停止すること、上記酸化触媒として、ゼオライトにＣｕやＰｔを担持させたＮＯｘ触媒を用いることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＰＦのパティキュレート捕集量が多くなると、それだけエンジンの背圧が高まり、エンジンの動力性能が低下する。従って、ＤＰＦにパティキュレートがある程度溜まったら、ＤＰＦの温度を高めてパティキュレートを燃焼除去し、当該ＤＰＦの再生を図る必要がある。
【０００５】
上述の如くＮＯ２ でパティキュレートを燃焼除去するのであれば、ＤＰＦ温度を２５０℃から３００℃程度まで上昇させればよいが、パティキュレートを着火燃焼させるにはＤＰＦを５００℃以上に昇温させる必要がある。しかし、自動車のディーゼルエンジンの場合、４０ｋｍ／ｈ前後の市街地走行では排気ガス温度が低いので、パティキュレートを着火燃焼させるには別に電気ヒータ等の加熱手段を設ける必要があり、多量のエネルギーが必要になる。また、上述の後噴射によって排気ガス温度を５００℃程度まで上昇させることは難しく、また、後噴射量を多くする必要があって燃費の面で不利になる。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の如きＤＰＦやＮＯｘ吸収触媒のような排気ガス浄化手段の再生を効率良く行なうことができるようにすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題の解決のために、上記加熱再生を必要とする排気ガス浄化手段よりも上流側の排気通路にＨＣ（炭化水素）を吸着するＨＣ吸着材を配置し、このＨＣ吸着材にＨＣを蓄積し、これを一気に放出させて触媒金属で酸化浄化し、その際の反応熱を利用して上記排気ガス浄化手段の再生を図るようにした。
【０００８】
すなわち、請求項１に係る発明は、エンジンの排気通路に設けられ、第１温度以上になると再生する排気ガス浄化手段と、
上記排気ガス浄化手段よりも上流側の上記排気通路に設けられ、上記第１温度よりも低い第２温度以下の温度で排気ガス中のＨＣを吸着し第２温度を越えると吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着材と、このＨＣ吸着材から放出されるＨＣを酸化浄化するための触媒金属とを備えたＨＣ吸着触媒と、
上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上か否かを判定するＨＣ量判定手段と、
上記触媒金属が不活性状態にあること、又は活性の度合が低い所定の低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ量判定手段によってＨＣ量が所定値以上であると判定されていることを必要条件として、上記触媒金属の活性が高くなるように上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させる昇温手段とを備え、
上記昇温手段が、上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させることによって、上記ＨＣ吸着材に吸着されていたＨＣを上記触媒金属によって酸化浄化させ、その反応燃により上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度上昇させて該排気ガス浄化手段の温度を上記第１温度以上に高めることを特徴とするエンジンの排気浄化装置である。
【０００９】
この発明の場合、排気ガス温度が低いときにＨＣ吸着材によって排気ガス中のＨＣが吸着されていく。触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態にあり且つＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上であるという２つの条件が揃うと、昇温手段の作動が可能になる。この昇温手段が働くと、ＨＣ吸着触媒の温度が上昇して触媒金属の活性が高くなり、ＨＣ吸着材から多量のＨＣが放出されて酸化浄化されるため、そのときの反応熱で排気ガス温度が高くなる。よって、ＨＣ吸着触媒の下流側に存する排気ガス浄化手段の温度が高まり、その再生を図ることができる。
【００１０】
上記昇温手段は、上記２つの条件が揃ったことを契機として働かせてもよいが、排気ガス浄化手段の再生の要否を判定する手段を設け、再生要が判定されるという条件も揃ったときに昇温手段を働かせるようにしてもよい。
【００１１】
再生の要否を問わずに上記２つの条件のみで昇温手段を働かせるようにした場合は、排気ガス浄化手段の再生頻度が多くなるため、その浄化性能を比較的高い状態に維持する上で有利になる。一方、この２つの条件に上記再生要の判定を加えた場合は、昇温手段が働く回数を少なくすることができるから、エネルギー効率の面で有利になるとともに、排気ガス浄化手段の加熱回数が少なくなり、その熱劣化防止に有利になる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを含むことを特徴とする。
【００１３】
β型ゼオライトは、他のゼオライト、例えばＭＦＩに比べて細孔径が大きい。従って、排気ガス中のＨＣの吸着性能に優れ、ＨＣの酸化浄化時の反応熱で排気ガス浄化手段を再生する上で有利になる。ディーゼルエンジンの排気ガスは大型のＨＣが多く含まれることから、特にディーゼルエンジンの排気ガス浄化手段の再生に有利になる。
【００１４】
請求項３に係る発明、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ量判定手段は、上記ＨＣ吸着材下流側の排気通路に配設され排気ガスのＨＣ濃度関連値を測定するセンサを備え、このセンサの出力に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、ＨＣ吸着材のＨＣ量が多くなると、それだけこのＨＣ吸着材の吸着能が低くなってくるため、該ＨＣ吸着材下流側の排気通路を流れる排気ガスのＨＣ濃度が高くなってくる。そこで、本発明は、このＨＣ濃度関連値（ＨＣ濃度、又はＨＣ濃度を知ることができる排気ガス中の他の成分濃度）を測定し、それに基づいてＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定するようにしたものである。そうして、このＨＣ量関連値はＨＣ吸着材のＨＣ量を直接反映したものであるから、判定の信頼性が高いものになる。
【００１６】
また、ＨＣ吸着材におけるＨＣの吸着が飽和した状態になると、このＨＣ吸着材では排気ガス中のＨＣが殆ど吸着されないから、該ＨＣ吸着材下流側のＨＣ濃度はそのときのエンジンから排出される排気ガスのＨＣ濃度に略等しくなる。従って、上記「ＨＣ量が所定値以上になった」状態を「ＨＣの吸着が飽和した」状態とするときは、ＨＣ吸着材下流側の排気ガスのＨＣ濃度がそのときのエンジン運転状態から推測される排気ガスのＨＣ濃度になったときに、「ＨＣ量が所定値以上になった」と判定することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ量判定手段は、エンジンの運転状態の推移に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定することを特徴とする。
【００１８】
すなわち、排気ガスのＨＣ濃度はエンジンの運転状態から推測することができ、また、ＨＣ吸着材がＨＣを吸着している状態か、ＨＣを放出している状態か、現時点までにどの程度の期間ＨＣを吸着し続けているかはエンジン運転状態の推移によってわかる。そこで、本発明は、エンジンの運転状態の推移に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定するようにしたものである。従って、ＨＣ濃度関連値を測定するセンサ類は不要になる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
燃料をエンジンの気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて圧縮行程上死点付近で燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御する噴射制御手段とを備え、
上記昇温手段は、上記圧縮行程上死点付近での燃料噴射時期をリタードさせることによって排気ガス温度を高め、それによって上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させることを特徴とする。
【００２０】
すなわち、圧縮行程上死点付近での燃料噴射時期をリタードさせると、それだけ燃料の燃焼によってエンジンに供給される熱量のうち仕事に使用される熱量の割合が少なくなって放出熱量が多くなり、排気ガスの温度が上昇してＨＣ吸着触媒の温度を上昇させることができる。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記排気ガス浄化手段は、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捕集するフィルタ（以下、ＤＰＦという。）であることを特徴とする。
【００２２】
すなわち、ＤＰＦのパティキュレート捕集量が多くなると、それだけエンジンの背圧が高まり、エンジンの動力性能が低下する。従って、ＤＰＦにパティキュレートがある程度溜まったら、ＤＰＦの温度を高めてパティキュレートを燃焼除去し、当該ＤＰＦの再生を図る必要がある。
【００２３】
これに対して、上述の如く、ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上になったときに昇温手段を働かせて触媒金属の活性を高めるとともに、ＨＣ吸着材からのＨＣの放出を促すと、放出された多量のＨＣが酸化されることによって、その反応熱で排気ガス温度が上昇し、それに伴ってＤＰＦの温度が高まり、該ＤＰＦを再生することができる。この場合、ＤＰＦの再生温度が第１温度になる。
【００２４】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記触媒金属が不活性状態にあること又は活性の度合が低い所定の低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ吸着材に吸着されているＨＣ量が上記所定値未満であることを必要条件として、上記ＨＣ吸着材にＨＣを供給するＨＣ供給手段を備えていることを特徴とする。
【００２５】
従って、ＨＣ供給手段により、ＨＣ吸着材のＨＣ量を必要なときに所定値以上にまで高めて、多量のＨＣを放出させて排気ガス浄化手段の確実な再生を図る上で有利になる。
【００２６】
なお、ＨＣ供給手段は、排気ガス浄化手段の再生を図る直前に働かせることもできるが、その再生に備えて予めＨＣ供給手段を働かせるようにしてもよい。
【００２７】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置において、
燃料をエンジンの気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて圧縮行程上死点付近で燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御する噴射制御手段とを備え、
上記ＨＣ供給手段は、上記噴射制御手段に、上記圧縮行程上死点付近での燃料噴射後、膨張行程又は排気行程においてさらに燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御させることにより、上記ＨＣ吸着材に未燃燃料を供給するものであることを特徴とする。
【００２８】
このように、膨張行程又は排気行程において気筒内に燃料を噴射すると、その一部は燃焼することなくエンジンから排出され、排気ガスのＨＣ濃度が高まってＨＣ吸着材に多量のＨＣを供給することができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、排気ガス浄化手段よりも上流側の排気通路に、ＨＣ吸着材と触媒金属とを備えたＨＣ吸着触媒を配置し、触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上であることを必要条件として、昇温手段を作動させて上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させ、ＨＣ吸着材に吸着されていたＨＣを酸化浄化させ、その反応燃により上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度上昇させて該排気ガス浄化手段の温度を上記第１温度以上に高めるようにしたから、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを排気ガス浄化手段の再生に有効に利用することができる。
【００３０】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、上記ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを含むから、排気ガス中のＨＣを効率良く吸着することができ、多量のＨＣを一気に酸化させて排気ガス浄化手段の再生を図る上で有利になり、特にディーゼルエンジンの排気ガス浄化手段の再生に有利になる。
【００３１】
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、上記ＨＣ吸着材下流側の排気通路に排気ガスのＨＣ濃度関連値を測定するセンサを配設し、このセンサの出力に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定するようにしたから、判定の信頼性が高いものになり、排気ガス浄化手段の再生に有利になる。
【００３２】
請求項４に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、エンジンの運転状態の推移に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定するようにしたから、センサを用いることなく当該判定を行なうことができ、コスト低減に有利になる。
【００３３】
請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、圧縮行程上死点付近での燃料噴射時期をリタードさせることによって排気ガス温度を高め、それによって上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させるようにしたから、ＨＣ吸着触媒の昇温が容易に且つ迅速になるとともに、電気ヒータ等の加熱手段を補助的に利用する場合でも、その小型化、作動時間の短縮が図れ、効率的になる。
【００３４】
請求項６に係る発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、上記排気ガス浄化手段としてＤＰＦを採用したから、エンジンの背圧の上昇及びそれに伴うエンジン動力性能の低下を防止することができる。
【００３５】
請求項７に係る発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、上記触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ吸着材に吸着されているＨＣ量が上記所定値未満であることを必要条件として、上記ＨＣ吸着材にＨＣを供給するＨＣ供給手段を備えているから、ＨＣ吸着材のＨＣ量を必要なときに所定値以上にまで高めて、多量のＨＣを放出させて排気ガス浄化手段の迅速確実な再生を図る上で有利になる。
【００３６】
請求項８に係る発明によれば、請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置において、圧縮行程上死点付近での燃料噴射後の膨張行程又は排気行程において燃料を噴射することにより、ＨＣの供給を行なうようにしたから、ＨＣ供給量及び供給時間の制御が容易であり、必要量だけＨＣを供給する上で有利になる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１に記載されている多気筒ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、１はエンジン本体、２は気筒、３はピストン、４は燃焼室、５は気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁、６は吸気通路、７は排気通路である。排気通路７にはＨＣ吸着触媒８と排気ガス浄化手段としてのＤＰＦ９とが前者を上流側に後者を下流側にして直列的に配置されている。
【００３９】
ＨＣ吸着触媒８は、ＨＣ吸着材としてのβ型ゼオライトにＨＣ酸化浄化用の触媒金属としてＰｔを担持させてなる触媒粉を多孔質コージェライト製ハニカム担体にバインダによって担持させたものである。ＤＰＦ９は、ハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたウォールフロー型の多孔質コージェライト製フィルタである。もちろん、モノリスハニカム型ＳｉＣフィルタなど他のフィルタを用いることもできる。ＤＰＦ９にはパティキュレートが自然着火温度（５８０℃程度）よりも低い温度（例えば４００〜５００℃）で着火するように触媒を担持させることが好ましい。
【００４０】
上記ＨＣ吸着材は、ＤＰＦ９のパティキュレートの着火温度（再生開始温度である第１温度）よりも低い第２温度（本実施形態の場合は約２００℃）よりも低い温度では排気ガス中のＨＣを吸着し、この第２温度を越えると、ＨＣの放出が盛んになってＨＣ吸着速度よりもＨＣ放出速度の方が大きくなるものである。また、触媒金属（Ｐｔ）は、その温度を上昇させていったときに、その触媒の最高ＨＣ浄化率の半分程度の浄化率を示すようになる温度（以下、これを活性温度という）が上記第２温度よりも少し低いものである。
【００４１】
本発明の特徴とするところは、ＨＣ吸着材にＨＣを吸着して蓄積し、このＨＣを酸化浄化するときの反応熱を利用してＤＰＦ９のような排気ガス浄化手段の加熱再生を行なうようにした点にある。そうして、この実施形態では、ＨＣ吸着材にＨＣを積極的に蓄積していくためのＨＣ供給手段１１と、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの放出と触媒金属の活性を高めるための昇温手段１２とが設けられている。
【００４２】
また、ＨＣ供給手段１１及び昇温手段１２の作動のために、ＤＰＦ９の目詰まり状態を判定する手段１３、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量を判定する手段１４、触媒金属の活性を判定する手段１５、並びにＤＰＦ９の温度上昇率を算出するＤＰＦ昇温率算出手段１６が設けられている。さらに、ＨＣ吸着触媒８とＤＰＦ９との間の排気通路７には、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ１７と、排気ガスのＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度センサ１８とが設けられ、ＤＰＦ９の下流側の排気通路７には排気圧力を検出する排圧センサ１９が設けられ、ＤＰＦ９にはその温度を検出する温度センサ２０が設けられている。
【００４３】
ＨＣ供給手段１１は、上記燃料噴射弁５による主噴射（圧縮行程上死点付近で行なう要求出力確保のための主たる燃料噴射）後に燃料を噴射する後噴射によりＨＣ吸着材にＨＣを供給するものである。そのために、ＨＣ供給手段１１は、燃料噴射弁５の作動を制御する噴射制御手段２１の後噴射量を補正するようになっている。昇温手段１２は、上記主噴射の時期をリタードさせることによって排気ガス温度を高めてＨＣ吸着触媒８の温度を上昇させるものであり、噴射制御手段２１の主噴射時期を補正するようになっている。
【００４４】
噴射制御手段２１は、エンジン運転状態に応じて、すなわち、エンジン回転数とエンジン負荷（アクセル開度）とエンジンの吸入空気量とに基づいて、主噴射量、主噴射時期、後噴射量及び後噴射時期を設定し、燃料噴射弁５を作動させて主噴射を実行し、必要に応じて後噴射を実行する。
【００４５】
目詰まり状態判定手段１３は、温度センサ１７で検出される排気ガス温度、排圧センサ１９で検出される排気圧力、エンジン回転数、並びにエンジン負荷に基づき、ＤＰＦ９が所定程度以上に目詰まりを生じている（第１の程度のパティキュレート堆積量になっている）か否か、並びにＤＰＦ９の目詰まりが解消されている（パティキュレート堆積量が上記第１の程度よりも低い第２の程度よりも少なくなっている）か否かを判定する。
【００４６】
なお、本実施形態では排圧センサ１９をＤＰＦ９の下流側のみに設けているが、上流側と下流側の双方に設け、その差圧に基づいて上記判定を行なうようにしてもよい。
【００４７】
また、ＤＰＦ９が加熱再生されることなくエンジンが運転された時間が所定時間に達したか否かでパティキュレート堆積量が第１の程度以上になったか否か、つまりは排気ガス浄化手段（ＤＰＦ）の再生が必要か否かの判定を行なうようにしてもよい。
【００４８】
ＨＣ量判定手段１４は、ＨＣ濃度センサ１８の出力に基づいて、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上か否か、すなわち、本実施形態の場合はＨＣ吸着材におけるＨＣの吸着が飽和したか否かを判定する。この場合、ＨＣ濃度センサ１８によって検出されるＨＣ吸着触媒下流側の排気ガスのＨＣ濃度がエンジン運転状態から推定される排気ガスのＨＣ濃度に略等しくなったとき、ＨＣの吸着が飽和したと判定することができる。
【００４９】
ＨＣ量判定手段１４としては、エンジンの運転状態の推移に基づいてＨＣ量を判定するものであってもよい。すなわち、エンジンの回転数と負荷とを監視し、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量を積算して推定するものである。この場合、ＨＣの放出が行なわれた場合は、その放出後に吸着されるＨＣ量を積算していくことになる。これにより、ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定することができる。また、ＨＣ量が所定値に達する途中のＨＣ量を推定することができる。
【００５０】
触媒活性判定手段１５は、排気ガス温度センサ１７の出力に基づき、ＨＣ吸着触媒下流側の排気ガスの温度がＨＣ吸着触媒８の活性温度に達したときに触媒は活性状態にあると判定する。ＤＰＦ昇温率算出手段２０は、ＤＰＦ温度センサ２０の出力に基づいて、ＤＰＦ９の昇温率（単位時間当たりの温度上昇量）を算出する。
【００５１】
ＨＣ供給手段１１は、目詰まり状態判定手段１３によって第１の程度の目詰まりが判定されていること、ＤＰＦ温度センサ２０によって検出されるＤＰＦ９の温度が着火温度Ａになっていないこと、触媒活性判定手段１５によってＨＣ吸着触媒８が不活性ないしは低活性状態（上記活性温度に達していない）にあると判定されていること、ＨＣ量判定手段１４によってＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以下であると判定されていることを条件として、ＨＣの供給を実行する。
【００５２】
具体的には、ＨＣ供給手段１１は、噴射制御手段２１の後噴射量を所定量だけ増量補正する、若しくはエンジン運転状態に対応する後噴射量が零のときは噴射制御手段２１に所定量の後噴射を実行させることによって、ＨＣをＨＣ吸着材に供給する。上述の如くエンジン運転状態の推移に基づいてＨＣ量を推定するようにした場合は、現時点のＨＣ量に基づいて上記所定値に達するに不足するＨＣ量を求め、その不足分を補うことができるように後噴射の補正量を設定する方式を採用してもよい。
【００５３】
昇温手段１２は、目詰まり状態判定手段１３によって第１の程度の目詰まりが判定されていること、ＤＰＦ温度センサ２０によって検出されるＤＰＦ９の温度が着火温度Ａになっていないこと、触媒活性判定手段１５によってＨＣ吸着触媒８が不活性ないしは低活性状態（上記活性温度に達していない）にあると判定されていること、ＨＣ量判定手段１４によってＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値に達したことが判定されたことを条件として、噴射制御手段２１の主噴射時期のリタード補正を開始する。
【００５４】
但し、ＨＣ吸着触媒８が活性状態になった場合でも、また、ＤＰＦ９の温度が着火温度に達した場合でも、目詰まり状態判定手段１３によって第２の程度の目詰まりが生じている判定されるときは、昇温手段１２は上記リタード補正を継続する。リタード量は一定でもよいが、リタード補正の開始時は予め設定したリタード量とし、その後は排気ガス温度センサ１７によって検出される排気ガス温度に基づいて触媒金属を活性状態にするに必要な昇温量を求め、該昇温量に応じてリタード量を決定するようにしてもよい。また、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて触媒金属が活性状態に昇温するまでの時間を求め、リタード量を補正するようにしてもよい。
【００５５】
主噴射時期をリタードするときは、該リタードによるエンジン出力トルクの落ち込みを避けるために、主噴射量の増量補正を行なう。
【００５６】
また、昇温手段１２は、目詰まり状態判定手段１３によってパティキュレート堆積量が第２の程度よりも少なくなったことが判定されたときにリタード補正を終了し、また、ＤＰＦ昇温率算出手段２０によってＤＰＦ９の昇温率が所定値以下であることが判定されたときにもリタード補正を終了する。
【００５７】
以上において、上記目詰まり状態判定手段１３は、排気ガス浄化手段（ＤＰＦ９）の再生が必要か否かを判定する第１の判定手段を構成し、触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態にあるときに当該再生が可能になるから、上記触媒活性判定手段１５は、排気ガス浄化手段の再生が可能か否かを判定する第２の判定手段を構成し、上記ＨＣ供給手段１１は、第１の判定手段で再生が必要と判定され且つ第２の判定手段で再生可能と判定されたときに、ＨＣ吸着材にＨＣを供給するものである、ということができる。
【００５８】
以上の各手段１１〜１６，２１はマイクロコンピュータを利用して構成されている。
【００５９】
次に以上のような排気浄化装置によるＤＰＦ９の再生制御について図２に示すフローに従って説明する。
【００６０】
スタート後のステップＳ１では、クランク角信号、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン負荷、排気ガス温度など制御に必要なデータを入力する。続くステップＳ２及びＳ３では、噴射制御手段２１により、エンジン運転状態に応じて主噴射量、主噴射時期、後噴射量及び後噴射時期を設定する。
【００６１】
すなわち、アクセル負荷とエンジン回転数とに基づいて予め作成したマップにより目標トルクを設定する。アクセル開度が大きくなるほど、また、エンジン回転数が高くなるほど目標トルクが高くなるように設定する。この目標トルクとエンジン回転数と吸入空気量とに基づいて、予め作成したマップにより主噴射量を設定する。主噴射時期は、予め作成したマップによりエンジン運転状態に応じて設定する。例えば、エンジン水温やエンジン回転数が異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるので、そのことを考慮して主噴射時期を設定する。また、燃焼室で生成した煤の低減等を目的として必要に応じて後噴射量及び後噴射時期を設定する。
【００６２】
続くステップＳ４では、排圧センサ１９等の出力に基づいてＤＰＦ９に目詰まりを生じているか（パティキュレート堆積量が第１の程度以上で再生が必要か）否かを判定する。目詰まりを生じているときはステップＳ５に進み、ＤＰＦ温度センサ２０の出力に基づいてＤＰＦ９の温度がパティキュレートの着火温度以下であるか否かを判定する。着火温度以下であるときはステップＳ６に進み、排気ガス温度センサ１７の出力に基づいてＨＣ吸着触媒８の触媒金属が活性状態になっているか否かを判定する。
【００６３】
上記触媒金属が不活性状態であるときはステップＳ７に進み、ＨＣ吸着材に吸着されているＨＣ量を推定し、続くステップＳ８においてＨＣ濃度センサ１８等の出力に基づいて当該ＨＣ量が所定値Ｂ未満であるか否かを判定する。ＨＣ量が所定値Ｂ未満であるときはステップＳ９に進んで後噴射量の増量補正を行ない、続くステップＳ１０において、先に設定された主噴射量及び主噴射時期、並びに補正された後噴射量及び後噴射時期での燃料噴射を実行する。
【００６４】
これにより、排気ガス中のＨＣ量が多くなり、ＨＣ吸着材へのＨＣ量の蓄積が促進される。その結果、上記ステップＳ９においてＨＣ量が所定値Ｂ以上になったことが判定されると、後噴射量の増量補正はされずにステップＳ１１に進み、主噴射時期のリタード及び主噴射量の増量補正が行なわれてステップＳ１０の燃料噴射が実行される。このリタードにより、排気ガスの温度が高くなり、ＨＣ吸着触媒８の温度上昇が促進され、触媒金属が活性状態になるとともに、ＨＣ吸着材からのＨＣ放出量が多くなり、この放出ＨＣの酸化浄化が始まる。そうして、このＨＣの酸化浄化の際の反応熱によってＨＣ吸着触媒８の下流側の排気ガス温度が上昇し、ＤＰＦ９の温度が上昇していく。
【００６５】
ステップＳ６において触媒金属が活性状態になったことが判定されたときは、ステップＳ１２に進んでＤＰＦ温度センサ２０の出力に基づいてＤＰＦ９の温度上昇率を算出する。そうして、続くステップＳ１３においてその昇温率が所定値Ｃ以上であるか否かを判定する。この所定値Ｃは、ＤＰＦ９がパティキュレートの着火温度に達するまで温度上昇するような昇温率である。この昇温率が所定値Ｃ未満であれば、主噴射時期のリタードはされずにステップＳ１０に進み、ステップＳ２及びＳ３で設定された噴射量及び噴射時期での燃料噴射が実行される（通常の燃料噴射制御）。
【００６６】
すなわち、ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値Ｂに達しないときでも、エンジンの一時的な加速運転が行なわれて排気ガス温度が上昇し、触媒金属が活性状態になることがある。その場合は、ＨＣ量が少ないから、ＤＰＦ９は着火温度Ａになるまで上昇しないことが多いが、着火温度にまで昇温しないことが予測されるときは主噴射時期の無駄なリタードを避けるものである。従って、リタードによるエンジン出力トルクの落ち込みや、該落ち込み防止のための主噴射量の増量補正による燃費の悪化が避けられる。
【００６７】
ステップＳ１３においてＤＰＦ９の昇温率が所定値Ｃ以上であると判定されたとき（ＤＰＦ９の温度が着火温度Ａまで上昇すると予測されたとき）はステップＳ１４に進み、排圧センサ１９の出力に基づいて排圧が低下したか、つまり、ＤＰＦ９のパティキュレート堆積量が第２の程度よりも少なくなって再生が終了したか否かを判定する。再生が終了していないときはステップＳ１１に進んで主噴射時期のリタード及び主噴射量の増量補正を行なう。再生が終了しているときは、主噴射時期のリタードはされずにステップＳ１０に進み、ステップＳ２及びＳ３で設定された噴射量及び噴射時期での燃料噴射が実行される（通常の燃料噴射制御）。
【００６８】
また、ステップＳ４においてＤＰＦ９が目詰まり状態でない（パティキュレート堆積量が第１の程度よりも少ない）と判定されたときは、ステップＳ１５に進んでＤＰＦ９の温度が着火温度Ａよりも高くなっているか否かを判定する。その温度が着火温度Ａ以下であるときは、ＤＰＦ９の再生中でないため、ステップＳ１０に進む（通常の燃料噴射制御）。ステップＳ５又はステップＳ１５においてＤＰＦ９の温度が着火温度Ａよりも高いと判定されたときはＤＰＦ９の再生中であり、そのときはステップＳ１４に進み、排圧が低下していない、つまり再生が終了していなければ、ステップＳ１１に進んで主噴射時期のリタード及び主噴射両の増量補正を続行する。
【００６９】
図３はＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを用い、図４はＨＣ吸着材としてＭＦＩを用い、それぞれエンジンを同じテストモードで運転したときのＤＰＦ９の入口及び出口の排気ガス温度の経時変化を調べた結果である。
【００７０】
触媒金属としてはいずれもＰｔを用いた。テストモードはヨーロッパにおいて自動車のエミッション検査に用いられている「ＥＣＥ１５＋ＥＵＤＣ」を採用した。ＥＣＥ１５は、２００秒の間に車速を段階的に高めて間欠的に３回走行する低速モードであり、最高速度は５０ｋｍ／ｈである。ＥＵＤＣは４００秒の間に車速を１２０ｋｍ／ｈまで高める高速モードである。低速モードを４回繰り返した後、高速モード（１回）に移行した。
【００７１】
図３及び図４によれば、ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを用いた場合及びＭＦＩを用いた場合のいずれも、低速モードの間はＤＰＦ９の入口温度は、テスト開始直後を除いて大体２００℃以下、従って、ＨＣ吸着触媒８の温度も２００℃以下であり、この間にＨＣ吸着材にＨＣが吸着されていることがわかる。
【００７２】
高速モードに移行すると、β型ゼオライトの場合は、ＤＰＦ９の入口温度が４５０℃を越える温度まで上昇している。これは、高速走行への移行に伴い排気ガス温度が上昇して触媒金属が活性状態になるとともに、β型ゼオライトからＨＣが大量に放出され、この放出されたＨＣが酸化するときに大量の反応熱が発生したためである。
【００７３】
従って、上述の再生制御のように、ＨＣ吸着材にＨＣを蓄積し、昇温手段１２によってＨＣ吸着触媒８の温度を高めて当該ＨＣを放出させ、これを酸化させるようにすれば、この再生制御単独でも、ＤＰＦ９の温度を着火温度Ａまで上昇させて該ＤＰＦ９を再生できるようになることがわかる。
【００７４】
また、本発明は、当該再生制御と、電気ヒータ、その他の加熱手段による加熱とを併用して再生することを排除するものではないが、そのような併用を行なう場合の加熱手段の小型化、作動時間の短縮が図れ、エネルギー及びコストの面で有利になる。
【００７５】
一方、ＭＦＩの場合も、β型ゼオライトほどではないが、高速モードに移行したときにＤＰＦ９の入口温度が３５０℃近くまで上昇している。従って、ＨＣ吸着材としてＭＦＩを用いた場合、上記再生制御単独でのＤＰＦ９の再生は難しいが、上記併用を行なえばよく、その場合、少ないエネルギーでＤＰＦ９の再生が図れることがわかる。もちろん、ＨＣ吸着材としては、β型ゼオライトやＭＦＩ以外のＨＣ吸着材、例えばＹ型ゼオライトなどを採用することもできる。また、触媒金属としても、Ｐｔ以外に、Ｐｄ等の酸化触媒として有効な貴金属ないしは遷移金属を採用することができる。
【００７６】
また、上記再生制御は、ＤＰＦ９の目詰まりを判定して該ＤＰＦ９の加熱再生を行なうものであるから、ＤＰＦ９が頻繁に加熱されることがなく、つまり、ＤＰＦ９の加熱回数が必要最小限に抑えられ、該ＤＰＦ９の熱損傷防止、燃費の上昇防止に有利になる。
【００７７】
但し、ＤＰＦ９の目詰まりを判定することなく、触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態であること、ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上であることを条件として、ＤＰＦ９の加熱再生を行なうようにしてもよい。
【００７８】
また、上記制御フローにおいては、主噴射時期のリタードによるＤＰＦ９の加熱再生が開始された後、ＤＰＦ９の目詰まりが解消される（パティキュレート堆積量が第２の程度以下になる）までは、主噴射時期のリタードを続行することによってＤＰＦ９の加熱を促進するようにしたが（ステップＳ１４→Ｓ１５）、後噴射量の増量補正によってＤＰＦ９の加熱を促進するようにしてもよい。すなわち、後噴射によって触媒金属にＨＣが供給されるため、ＤＰＦ９の加熱が維持されることになり、また、後噴射時期を膨張行程の比較的早い時期に設定することによって後噴射燃料の一部を筒内で燃焼させて排気ガス温度を高めることができ、ＤＰＦ９の加熱に有利になる。
【００７９】
また、ＨＣ量判定手段としては、エンジンが触媒金属不活性の状態で運転された時間に基づいて、該時間が所定時間以上になったときにＨＣ量が所定値以上になったと判定するものであってもよい。
【００８０】
また、エンジン排気通路の最上流位置に（例えば排気マニホールドの集合部に直結して）ＮＯｘ還元機能を有する触媒を配置し、その下流側に（例えばアンダーフロア位置に）上記ＨＣ吸着触媒８を配置するようにしてもよい。その場合、上流側触媒としては、β型ゼオライト、ＭＦＩ、Ｙ型ゼオライト等のゼオライトをサポート材として、これにＰｔ等の貴金属を担持させたものを採用すればよい。
【００８１】
上流側触媒のサポート材としてＭＦＩを採用し、上記ＨＣ吸着触媒のＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを採用すると、上流側触媒のＭＦＩもＨＣ吸着材として働くが、β型ゼオライトよりも細孔径が小さいから、上流側触媒のＭＦＩでは低分子量のＨＣが吸着され、ＨＣ吸着触媒８のβ型ゼオライトでは上流側触媒で吸着できなかった主として高分子量のＨＣが吸着されることになる。そうして、上流側触媒ではＭＦＩに吸着されたＨＣをＰｔ等の貴金属が酸化する際に同時に排気ガス中のＮＯｘを還元する酸化還元反応を生ずることになる。
【００８２】
もちろん、下流側のＨＣ吸着触媒８でもそのβ型ゼオライトが吸着するＨＣを還元剤とする酸化還元反応により、ＮＯｘが還元浄化される。
【００８３】
ＤＰＦ９の再生は、上述の実施形態と同様に下流側のＨＣ吸着触媒８の活性状態及び吸着ＨＣ量に基づいて行なうことができる。
【００８４】
なお、上流側触媒をＨＣ吸着触媒８と温度条件が略同等の位置に配置し、この上流側触媒及びＨＣ吸着触媒８のいずれか一方若しくは両方の活性状態及び吸着ＨＣ量に基づいて昇温手段を働かせるようにすれば、この両触媒での反応熱を利用して排気ガス温度を高め、ＤＰＦの再生をより効率的に行なうことも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成を示す図。
【図２】 同排気浄化装置のＤＰＦ再生制御のフロー図。
【図３】 ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを用いて低速モードから高速モードに移行するテストモードで自動車を走行させた時のＤＰＦの入口温度と出口温度の経時変化を示すグラフ図。
【図４】 ＨＣ吸着材としてＭＦＩを用いて低速モードから高速モードに移行するテストモードで自動車を走行させた時のＤＰＦの入口温度と出口温度の経時変化を示すグラフ図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 気筒
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 燃料噴射弁
６ 吸気通路
７ 排気通路
８ ＨＣ吸着触媒
９ ＤＰＦ（排気ガス浄化手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、その排気通路に排気ガス中のパティキュレートを捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を設けることは知られている。また、このＤＰＦの再生のために、ＤＰＦよりも上流側の排気通路に酸化触媒を設け、この酸化触媒によって排気ガス中のＮＯを酸化させて排気ガス中のＮＯ２ 量を増やし、ＤＰＦに捕集されているパティキュレートをＮＯ２ によって燃焼させるという提案もある。
【０００３】
また、特開平１１−３３６５３０号公報には、酸化触媒によるＮＯ→ＮＯ２ の酸化は１５０℃付近から始まること、パティキュレートとＮＯ２ との反応は２５０℃から３００℃以上の温度にならないと連続的に進まないこと、そこで、圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後に燃料を噴射する後噴射によって排気ガス温度を高め、それによってＤＰＦの温度を上昇させること、ＤＰＦの温度が６００℃以上になると、その後噴射を停止すること、上記酸化触媒として、ゼオライトにＣｕやＰｔを担持させたＮＯｘ触媒を用いることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＰＦのパティキュレート捕集量が多くなると、それだけエンジンの背圧が高まり、エンジンの動力性能が低下する。従って、ＤＰＦにパティキュレートがある程度溜まったら、ＤＰＦの温度を高めてパティキュレートを燃焼除去し、当該ＤＰＦの再生を図る必要がある。
【０００５】
上述の如くＮＯ２ でパティキュレートを燃焼除去するのであれば、ＤＰＦ温度を２５０℃から３００℃程度まで上昇させればよいが、パティキュレートを着火燃焼させるにはＤＰＦを５００℃以上に昇温させる必要がある。しかし、自動車のディーゼルエンジンの場合、４０ｋｍ／ｈ前後の市街地走行では排気ガス温度が低いので、パティキュレートを着火燃焼させるには別に電気ヒータ等の加熱手段を設ける必要があり、多量のエネルギーが必要になる。また、上述の後噴射によって排気ガス温度を５００℃程度まで上昇させることは難しく、また、後噴射量を多くする必要があって燃費の面で不利になる。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の如きＤＰＦやＮＯｘ吸収触媒のような排気ガス浄化手段の再生を効率良く行なうことができるようにすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題の解決のために、上記加熱再生を必要とする排気ガス浄化手段よりも上流側の排気通路にＨＣ（炭化水素）を吸着するＨＣ吸着材を配置し、このＨＣ吸着材にＨＣを蓄積し、これを一気に放出させて触媒金属で酸化浄化し、その際の反応熱を利用して上記排気ガス浄化手段の再生を図るようにした。
【０００８】
すなわち、請求項１に係る発明は、エンジンの排気通路に設けられ、第１温度以上になると再生する排気ガス浄化手段と、
上記排気ガス浄化手段よりも上流側の上記排気通路に設けられ、上記第１温度よりも低い第２温度以下の温度で排気ガス中のＨＣを吸着し第２温度を越えると吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着材と、このＨＣ吸着材から放出されるＨＣを酸化浄化するための触媒金属とを備えたＨＣ吸着触媒と、
上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上か否かを判定するＨＣ量判定手段と、
上記触媒金属が不活性状態にあること、又は活性の度合が低い所定の低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ量判定手段によってＨＣ量が所定値以上であると判定されていることを必要条件として、上記触媒金属の活性が高くなるように上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させる昇温手段とを備え、
上記昇温手段が、上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させることによって、上記ＨＣ吸着材に吸着されていたＨＣを上記触媒金属によって酸化浄化させ、その反応燃により上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度上昇させて該排気ガス浄化手段の温度を上記第１温度以上に高めることを特徴とするエンジンの排気浄化装置である。
【０００９】
この発明の場合、排気ガス温度が低いときにＨＣ吸着材によって排気ガス中のＨＣが吸着されていく。触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態にあり且つＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上であるという２つの条件が揃うと、昇温手段の作動が可能になる。この昇温手段が働くと、ＨＣ吸着触媒の温度が上昇して触媒金属の活性が高くなり、ＨＣ吸着材から多量のＨＣが放出されて酸化浄化されるため、そのときの反応熱で排気ガス温度が高くなる。よって、ＨＣ吸着触媒の下流側に存する排気ガス浄化手段の温度が高まり、その再生を図ることができる。
【００１０】
上記昇温手段は、上記２つの条件が揃ったことを契機として働かせてもよいが、排気ガス浄化手段の再生の要否を判定する手段を設け、再生要が判定されるという条件も揃ったときに昇温手段を働かせるようにしてもよい。
【００１１】
再生の要否を問わずに上記２つの条件のみで昇温手段を働かせるようにした場合は、排気ガス浄化手段の再生頻度が多くなるため、その浄化性能を比較的高い状態に維持する上で有利になる。一方、この２つの条件に上記再生要の判定を加えた場合は、昇温手段が働く回数を少なくすることができるから、エネルギー効率の面で有利になるとともに、排気ガス浄化手段の加熱回数が少なくなり、その熱劣化防止に有利になる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを含むことを特徴とする。
【００１３】
β型ゼオライトは、他のゼオライト、例えばＭＦＩに比べて細孔径が大きい。従って、排気ガス中のＨＣの吸着性能に優れ、ＨＣの酸化浄化時の反応熱で排気ガス浄化手段を再生する上で有利になる。ディーゼルエンジンの排気ガスは大型のＨＣが多く含まれることから、特にディーゼルエンジンの排気ガス浄化手段の再生に有利になる。
【００１４】
請求項３に係る発明、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ量判定手段は、上記ＨＣ吸着材下流側の排気通路に配設され排気ガスのＨＣ濃度関連値を測定するセンサを備え、このセンサの出力に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、ＨＣ吸着材のＨＣ量が多くなると、それだけこのＨＣ吸着材の吸着能が低くなってくるため、該ＨＣ吸着材下流側の排気通路を流れる排気ガスのＨＣ濃度が高くなってくる。そこで、本発明は、このＨＣ濃度関連値（ＨＣ濃度、又はＨＣ濃度を知ることができる排気ガス中の他の成分濃度）を測定し、それに基づいてＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定するようにしたものである。そうして、このＨＣ量関連値はＨＣ吸着材のＨＣ量を直接反映したものであるから、判定の信頼性が高いものになる。
【００１６】
また、ＨＣ吸着材におけるＨＣの吸着が飽和した状態になると、このＨＣ吸着材では排気ガス中のＨＣが殆ど吸着されないから、該ＨＣ吸着材下流側のＨＣ濃度はそのときのエンジンから排出される排気ガスのＨＣ濃度に略等しくなる。従って、上記「ＨＣ量が所定値以上になった」状態を「ＨＣの吸着が飽和した」状態とするときは、ＨＣ吸着材下流側の排気ガスのＨＣ濃度がそのときのエンジン運転状態から推測される排気ガスのＨＣ濃度になったときに、「ＨＣ量が所定値以上になった」と判定することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ量判定手段は、エンジンの運転状態の推移に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定することを特徴とする。
【００１８】
すなわち、排気ガスのＨＣ濃度はエンジンの運転状態から推測することができ、また、ＨＣ吸着材がＨＣを吸着している状態か、ＨＣを放出している状態か、現時点までにどの程度の期間ＨＣを吸着し続けているかはエンジン運転状態の推移によってわかる。そこで、本発明は、エンジンの運転状態の推移に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定するようにしたものである。従って、ＨＣ濃度関連値を測定するセンサ類は不要になる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
燃料をエンジンの気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて圧縮行程上死点付近で燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御する噴射制御手段とを備え、
上記昇温手段は、上記圧縮行程上死点付近での燃料噴射時期をリタードさせることによって排気ガス温度を高め、それによって上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させることを特徴とする。
【００２０】
すなわち、圧縮行程上死点付近での燃料噴射時期をリタードさせると、それだけ燃料の燃焼によってエンジンに供給される熱量のうち仕事に使用される熱量の割合が少なくなって放出熱量が多くなり、排気ガスの温度が上昇してＨＣ吸着触媒の温度を上昇させることができる。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記排気ガス浄化手段は、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捕集するフィルタ（以下、ＤＰＦという。）であることを特徴とする。
【００２２】
すなわち、ＤＰＦのパティキュレート捕集量が多くなると、それだけエンジンの背圧が高まり、エンジンの動力性能が低下する。従って、ＤＰＦにパティキュレートがある程度溜まったら、ＤＰＦの温度を高めてパティキュレートを燃焼除去し、当該ＤＰＦの再生を図る必要がある。
【００２３】
これに対して、上述の如く、ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上になったときに昇温手段を働かせて触媒金属の活性を高めるとともに、ＨＣ吸着材からのＨＣの放出を促すと、放出された多量のＨＣが酸化されることによって、その反応熱で排気ガス温度が上昇し、それに伴ってＤＰＦの温度が高まり、該ＤＰＦを再生することができる。この場合、ＤＰＦの再生温度が第１温度になる。
【００２４】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記触媒金属が不活性状態にあること又は活性の度合が低い所定の低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ吸着材に吸着されているＨＣ量が上記所定値未満であることを必要条件として、上記ＨＣ吸着材にＨＣを供給するＨＣ供給手段を備えていることを特徴とする。
【００２５】
従って、ＨＣ供給手段により、ＨＣ吸着材のＨＣ量を必要なときに所定値以上にまで高めて、多量のＨＣを放出させて排気ガス浄化手段の確実な再生を図る上で有利になる。
【００２６】
なお、ＨＣ供給手段は、排気ガス浄化手段の再生を図る直前に働かせることもできるが、その再生に備えて予めＨＣ供給手段を働かせるようにしてもよい。
【００２７】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置において、
燃料をエンジンの気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて圧縮行程上死点付近で燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御する噴射制御手段とを備え、
上記ＨＣ供給手段は、上記噴射制御手段に、上記圧縮行程上死点付近での燃料噴射後、膨張行程又は排気行程においてさらに燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御させることにより、上記ＨＣ吸着材に未燃燃料を供給するものであることを特徴とする。
【００２８】
このように、膨張行程又は排気行程において気筒内に燃料を噴射すると、その一部は燃焼することなくエンジンから排出され、排気ガスのＨＣ濃度が高まってＨＣ吸着材に多量のＨＣを供給することができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、排気ガス浄化手段よりも上流側の排気通路に、ＨＣ吸着材と触媒金属とを備えたＨＣ吸着触媒を配置し、触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上であることを必要条件として、昇温手段を作動させて上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させ、ＨＣ吸着材に吸着されていたＨＣを酸化浄化させ、その反応燃により上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度上昇させて該排気ガス浄化手段の温度を上記第１温度以上に高めるようにしたから、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを排気ガス浄化手段の再生に有効に利用することができる。
【００３０】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、上記ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを含むから、排気ガス中のＨＣを効率良く吸着することができ、多量のＨＣを一気に酸化させて排気ガス浄化手段の再生を図る上で有利になり、特にディーゼルエンジンの排気ガス浄化手段の再生に有利になる。
【００３１】
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、上記ＨＣ吸着材下流側の排気通路に排気ガスのＨＣ濃度関連値を測定するセンサを配設し、このセンサの出力に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定するようにしたから、判定の信頼性が高いものになり、排気ガス浄化手段の再生に有利になる。
【００３２】
請求項４に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、エンジンの運転状態の推移に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定するようにしたから、センサを用いることなく当該判定を行なうことができ、コスト低減に有利になる。
【００３３】
請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、圧縮行程上死点付近での燃料噴射時期をリタードさせることによって排気ガス温度を高め、それによって上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させるようにしたから、ＨＣ吸着触媒の昇温が容易に且つ迅速になるとともに、電気ヒータ等の加熱手段を補助的に利用する場合でも、その小型化、作動時間の短縮が図れ、効率的になる。
【００３４】
請求項６に係る発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、上記排気ガス浄化手段としてＤＰＦを採用したから、エンジンの背圧の上昇及びそれに伴うエンジン動力性能の低下を防止することができる。
【００３５】
請求項７に係る発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、上記触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ吸着材に吸着されているＨＣ量が上記所定値未満であることを必要条件として、上記ＨＣ吸着材にＨＣを供給するＨＣ供給手段を備えているから、ＨＣ吸着材のＨＣ量を必要なときに所定値以上にまで高めて、多量のＨＣを放出させて排気ガス浄化手段の迅速確実な再生を図る上で有利になる。
【００３６】
請求項８に係る発明によれば、請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置において、圧縮行程上死点付近での燃料噴射後の膨張行程又は排気行程において燃料を噴射することにより、ＨＣの供給を行なうようにしたから、ＨＣ供給量及び供給時間の制御が容易であり、必要量だけＨＣを供給する上で有利になる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１に記載されている多気筒ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、１はエンジン本体、２は気筒、３はピストン、４は燃焼室、５は気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁、６は吸気通路、７は排気通路である。排気通路７にはＨＣ吸着触媒８と排気ガス浄化手段としてのＤＰＦ９とが前者を上流側に後者を下流側にして直列的に配置されている。
【００３９】
ＨＣ吸着触媒８は、ＨＣ吸着材としてのβ型ゼオライトにＨＣ酸化浄化用の触媒金属としてＰｔを担持させてなる触媒粉を多孔質コージェライト製ハニカム担体にバインダによって担持させたものである。ＤＰＦ９は、ハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたウォールフロー型の多孔質コージェライト製フィルタである。もちろん、モノリスハニカム型ＳｉＣフィルタなど他のフィルタを用いることもできる。ＤＰＦ９にはパティキュレートが自然着火温度（５８０℃程度）よりも低い温度（例えば４００〜５００℃）で着火するように触媒を担持させることが好ましい。
【００４０】
上記ＨＣ吸着材は、ＤＰＦ９のパティキュレートの着火温度（再生開始温度である第１温度）よりも低い第２温度（本実施形態の場合は約２００℃）よりも低い温度では排気ガス中のＨＣを吸着し、この第２温度を越えると、ＨＣの放出が盛んになってＨＣ吸着速度よりもＨＣ放出速度の方が大きくなるものである。また、触媒金属（Ｐｔ）は、その温度を上昇させていったときに、その触媒の最高ＨＣ浄化率の半分程度の浄化率を示すようになる温度（以下、これを活性温度という）が上記第２温度よりも少し低いものである。
【００４１】
本発明の特徴とするところは、ＨＣ吸着材にＨＣを吸着して蓄積し、このＨＣを酸化浄化するときの反応熱を利用してＤＰＦ９のような排気ガス浄化手段の加熱再生を行なうようにした点にある。そうして、この実施形態では、ＨＣ吸着材にＨＣを積極的に蓄積していくためのＨＣ供給手段１１と、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの放出と触媒金属の活性を高めるための昇温手段１２とが設けられている。
【００４２】
また、ＨＣ供給手段１１及び昇温手段１２の作動のために、ＤＰＦ９の目詰まり状態を判定する手段１３、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量を判定する手段１４、触媒金属の活性を判定する手段１５、並びにＤＰＦ９の温度上昇率を算出するＤＰＦ昇温率算出手段１６が設けられている。さらに、ＨＣ吸着触媒８とＤＰＦ９との間の排気通路７には、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ１７と、排気ガスのＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度センサ１８とが設けられ、ＤＰＦ９の下流側の排気通路７には排気圧力を検出する排圧センサ１９が設けられ、ＤＰＦ９にはその温度を検出する温度センサ２０が設けられている。
【００４３】
ＨＣ供給手段１１は、上記燃料噴射弁５による主噴射（圧縮行程上死点付近で行なう要求出力確保のための主たる燃料噴射）後に燃料を噴射する後噴射によりＨＣ吸着材にＨＣを供給するものである。そのために、ＨＣ供給手段１１は、燃料噴射弁５の作動を制御する噴射制御手段２１の後噴射量を補正するようになっている。昇温手段１２は、上記主噴射の時期をリタードさせることによって排気ガス温度を高めてＨＣ吸着触媒８の温度を上昇させるものであり、噴射制御手段２１の主噴射時期を補正するようになっている。
【００４４】
噴射制御手段２１は、エンジン運転状態に応じて、すなわち、エンジン回転数とエンジン負荷（アクセル開度）とエンジンの吸入空気量とに基づいて、主噴射量、主噴射時期、後噴射量及び後噴射時期を設定し、燃料噴射弁５を作動させて主噴射を実行し、必要に応じて後噴射を実行する。
【００４５】
目詰まり状態判定手段１３は、温度センサ１７で検出される排気ガス温度、排圧センサ１９で検出される排気圧力、エンジン回転数、並びにエンジン負荷に基づき、ＤＰＦ９が所定程度以上に目詰まりを生じている（第１の程度のパティキュレート堆積量になっている）か否か、並びにＤＰＦ９の目詰まりが解消されている（パティキュレート堆積量が上記第１の程度よりも低い第２の程度よりも少なくなっている）か否かを判定する。
【００４６】
なお、本実施形態では排圧センサ１９をＤＰＦ９の下流側のみに設けているが、上流側と下流側の双方に設け、その差圧に基づいて上記判定を行なうようにしてもよい。
【００４７】
また、ＤＰＦ９が加熱再生されることなくエンジンが運転された時間が所定時間に達したか否かでパティキュレート堆積量が第１の程度以上になったか否か、つまりは排気ガス浄化手段（ＤＰＦ）の再生が必要か否かの判定を行なうようにしてもよい。
【００４８】
ＨＣ量判定手段１４は、ＨＣ濃度センサ１８の出力に基づいて、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上か否か、すなわち、本実施形態の場合はＨＣ吸着材におけるＨＣの吸着が飽和したか否かを判定する。この場合、ＨＣ濃度センサ１８によって検出されるＨＣ吸着触媒下流側の排気ガスのＨＣ濃度がエンジン運転状態から推定される排気ガスのＨＣ濃度に略等しくなったとき、ＨＣの吸着が飽和したと判定することができる。
【００４９】
ＨＣ量判定手段１４としては、エンジンの運転状態の推移に基づいてＨＣ量を判定するものであってもよい。すなわち、エンジンの回転数と負荷とを監視し、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量を積算して推定するものである。この場合、ＨＣの放出が行なわれた場合は、その放出後に吸着されるＨＣ量を積算していくことになる。これにより、ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定することができる。また、ＨＣ量が所定値に達する途中のＨＣ量を推定することができる。
【００５０】
触媒活性判定手段１５は、排気ガス温度センサ１７の出力に基づき、ＨＣ吸着触媒下流側の排気ガスの温度がＨＣ吸着触媒８の活性温度に達したときに触媒は活性状態にあると判定する。ＤＰＦ昇温率算出手段２０は、ＤＰＦ温度センサ２０の出力に基づいて、ＤＰＦ９の昇温率（単位時間当たりの温度上昇量）を算出する。
【００５１】
ＨＣ供給手段１１は、目詰まり状態判定手段１３によって第１の程度の目詰まりが判定されていること、ＤＰＦ温度センサ２０によって検出されるＤＰＦ９の温度が着火温度Ａになっていないこと、触媒活性判定手段１５によってＨＣ吸着触媒８が不活性ないしは低活性状態（上記活性温度に達していない）にあると判定されていること、ＨＣ量判定手段１４によってＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以下であると判定されていることを条件として、ＨＣの供給を実行する。
【００５２】
具体的には、ＨＣ供給手段１１は、噴射制御手段２１の後噴射量を所定量だけ増量補正する、若しくはエンジン運転状態に対応する後噴射量が零のときは噴射制御手段２１に所定量の後噴射を実行させることによって、ＨＣをＨＣ吸着材に供給する。上述の如くエンジン運転状態の推移に基づいてＨＣ量を推定するようにした場合は、現時点のＨＣ量に基づいて上記所定値に達するに不足するＨＣ量を求め、その不足分を補うことができるように後噴射の補正量を設定する方式を採用してもよい。
【００５３】
昇温手段１２は、目詰まり状態判定手段１３によって第１の程度の目詰まりが判定されていること、ＤＰＦ温度センサ２０によって検出されるＤＰＦ９の温度が着火温度Ａになっていないこと、触媒活性判定手段１５によってＨＣ吸着触媒８が不活性ないしは低活性状態（上記活性温度に達していない）にあると判定されていること、ＨＣ量判定手段１４によってＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値に達したことが判定されたことを条件として、噴射制御手段２１の主噴射時期のリタード補正を開始する。
【００５４】
但し、ＨＣ吸着触媒８が活性状態になった場合でも、また、ＤＰＦ９の温度が着火温度に達した場合でも、目詰まり状態判定手段１３によって第２の程度の目詰まりが生じている判定されるときは、昇温手段１２は上記リタード補正を継続する。リタード量は一定でもよいが、リタード補正の開始時は予め設定したリタード量とし、その後は排気ガス温度センサ１７によって検出される排気ガス温度に基づいて触媒金属を活性状態にするに必要な昇温量を求め、該昇温量に応じてリタード量を決定するようにしてもよい。また、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて触媒金属が活性状態に昇温するまでの時間を求め、リタード量を補正するようにしてもよい。
【００５５】
主噴射時期をリタードするときは、該リタードによるエンジン出力トルクの落ち込みを避けるために、主噴射量の増量補正を行なう。
【００５６】
また、昇温手段１２は、目詰まり状態判定手段１３によってパティキュレート堆積量が第２の程度よりも少なくなったことが判定されたときにリタード補正を終了し、また、ＤＰＦ昇温率算出手段２０によってＤＰＦ９の昇温率が所定値以下であることが判定されたときにもリタード補正を終了する。
【００５７】
以上において、上記目詰まり状態判定手段１３は、排気ガス浄化手段（ＤＰＦ９）の再生が必要か否かを判定する第１の判定手段を構成し、触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態にあるときに当該再生が可能になるから、上記触媒活性判定手段１５は、排気ガス浄化手段の再生が可能か否かを判定する第２の判定手段を構成し、上記ＨＣ供給手段１１は、第１の判定手段で再生が必要と判定され且つ第２の判定手段で再生可能と判定されたときに、ＨＣ吸着材にＨＣを供給するものである、ということができる。
【００５８】
以上の各手段１１〜１６，２１はマイクロコンピュータを利用して構成されている。
【００５９】
次に以上のような排気浄化装置によるＤＰＦ９の再生制御について図２に示すフローに従って説明する。
【００６０】
スタート後のステップＳ１では、クランク角信号、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン負荷、排気ガス温度など制御に必要なデータを入力する。続くステップＳ２及びＳ３では、噴射制御手段２１により、エンジン運転状態に応じて主噴射量、主噴射時期、後噴射量及び後噴射時期を設定する。
【００６１】
すなわち、アクセル負荷とエンジン回転数とに基づいて予め作成したマップにより目標トルクを設定する。アクセル開度が大きくなるほど、また、エンジン回転数が高くなるほど目標トルクが高くなるように設定する。この目標トルクとエンジン回転数と吸入空気量とに基づいて、予め作成したマップにより主噴射量を設定する。主噴射時期は、予め作成したマップによりエンジン運転状態に応じて設定する。例えば、エンジン水温やエンジン回転数が異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるので、そのことを考慮して主噴射時期を設定する。また、燃焼室で生成した煤の低減等を目的として必要に応じて後噴射量及び後噴射時期を設定する。
【００６２】
続くステップＳ４では、排圧センサ１９等の出力に基づいてＤＰＦ９に目詰まりを生じているか（パティキュレート堆積量が第１の程度以上で再生が必要か）否かを判定する。目詰まりを生じているときはステップＳ５に進み、ＤＰＦ温度センサ２０の出力に基づいてＤＰＦ９の温度がパティキュレートの着火温度以下であるか否かを判定する。着火温度以下であるときはステップＳ６に進み、排気ガス温度センサ１７の出力に基づいてＨＣ吸着触媒８の触媒金属が活性状態になっているか否かを判定する。
【００６３】
上記触媒金属が不活性状態であるときはステップＳ７に進み、ＨＣ吸着材に吸着されているＨＣ量を推定し、続くステップＳ８においてＨＣ濃度センサ１８等の出力に基づいて当該ＨＣ量が所定値Ｂ未満であるか否かを判定する。ＨＣ量が所定値Ｂ未満であるときはステップＳ９に進んで後噴射量の増量補正を行ない、続くステップＳ１０において、先に設定された主噴射量及び主噴射時期、並びに補正された後噴射量及び後噴射時期での燃料噴射を実行する。
【００６４】
これにより、排気ガス中のＨＣ量が多くなり、ＨＣ吸着材へのＨＣ量の蓄積が促進される。その結果、上記ステップＳ９においてＨＣ量が所定値Ｂ以上になったことが判定されると、後噴射量の増量補正はされずにステップＳ１１に進み、主噴射時期のリタード及び主噴射量の増量補正が行なわれてステップＳ１０の燃料噴射が実行される。このリタードにより、排気ガスの温度が高くなり、ＨＣ吸着触媒８の温度上昇が促進され、触媒金属が活性状態になるとともに、ＨＣ吸着材からのＨＣ放出量が多くなり、この放出ＨＣの酸化浄化が始まる。そうして、このＨＣの酸化浄化の際の反応熱によってＨＣ吸着触媒８の下流側の排気ガス温度が上昇し、ＤＰＦ９の温度が上昇していく。
【００６５】
ステップＳ６において触媒金属が活性状態になったことが判定されたときは、ステップＳ１２に進んでＤＰＦ温度センサ２０の出力に基づいてＤＰＦ９の温度上昇率を算出する。そうして、続くステップＳ１３においてその昇温率が所定値Ｃ以上であるか否かを判定する。この所定値Ｃは、ＤＰＦ９がパティキュレートの着火温度に達するまで温度上昇するような昇温率である。この昇温率が所定値Ｃ未満であれば、主噴射時期のリタードはされずにステップＳ１０に進み、ステップＳ２及びＳ３で設定された噴射量及び噴射時期での燃料噴射が実行される（通常の燃料噴射制御）。
【００６６】
すなわち、ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値Ｂに達しないときでも、エンジンの一時的な加速運転が行なわれて排気ガス温度が上昇し、触媒金属が活性状態になることがある。その場合は、ＨＣ量が少ないから、ＤＰＦ９は着火温度Ａになるまで上昇しないことが多いが、着火温度にまで昇温しないことが予測されるときは主噴射時期の無駄なリタードを避けるものである。従って、リタードによるエンジン出力トルクの落ち込みや、該落ち込み防止のための主噴射量の増量補正による燃費の悪化が避けられる。
【００６７】
ステップＳ１３においてＤＰＦ９の昇温率が所定値Ｃ以上であると判定されたとき（ＤＰＦ９の温度が着火温度Ａまで上昇すると予測されたとき）はステップＳ１４に進み、排圧センサ１９の出力に基づいて排圧が低下したか、つまり、ＤＰＦ９のパティキュレート堆積量が第２の程度よりも少なくなって再生が終了したか否かを判定する。再生が終了していないときはステップＳ１１に進んで主噴射時期のリタード及び主噴射量の増量補正を行なう。再生が終了しているときは、主噴射時期のリタードはされずにステップＳ１０に進み、ステップＳ２及びＳ３で設定された噴射量及び噴射時期での燃料噴射が実行される（通常の燃料噴射制御）。
【００６８】
また、ステップＳ４においてＤＰＦ９が目詰まり状態でない（パティキュレート堆積量が第１の程度よりも少ない）と判定されたときは、ステップＳ１５に進んでＤＰＦ９の温度が着火温度Ａよりも高くなっているか否かを判定する。その温度が着火温度Ａ以下であるときは、ＤＰＦ９の再生中でないため、ステップＳ１０に進む（通常の燃料噴射制御）。ステップＳ５又はステップＳ１５においてＤＰＦ９の温度が着火温度Ａよりも高いと判定されたときはＤＰＦ９の再生中であり、そのときはステップＳ１４に進み、排圧が低下していない、つまり再生が終了していなければ、ステップＳ１１に進んで主噴射時期のリタード及び主噴射両の増量補正を続行する。
【００６９】
図３はＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを用い、図４はＨＣ吸着材としてＭＦＩを用い、それぞれエンジンを同じテストモードで運転したときのＤＰＦ９の入口及び出口の排気ガス温度の経時変化を調べた結果である。
【００７０】
触媒金属としてはいずれもＰｔを用いた。テストモードはヨーロッパにおいて自動車のエミッション検査に用いられている「ＥＣＥ１５＋ＥＵＤＣ」を採用した。ＥＣＥ１５は、２００秒の間に車速を段階的に高めて間欠的に３回走行する低速モードであり、最高速度は５０ｋｍ／ｈである。ＥＵＤＣは４００秒の間に車速を１２０ｋｍ／ｈまで高める高速モードである。低速モードを４回繰り返した後、高速モード（１回）に移行した。
【００７１】
図３及び図４によれば、ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを用いた場合及びＭＦＩを用いた場合のいずれも、低速モードの間はＤＰＦ９の入口温度は、テスト開始直後を除いて大体２００℃以下、従って、ＨＣ吸着触媒８の温度も２００℃以下であり、この間にＨＣ吸着材にＨＣが吸着されていることがわかる。
【００７２】
高速モードに移行すると、β型ゼオライトの場合は、ＤＰＦ９の入口温度が４５０℃を越える温度まで上昇している。これは、高速走行への移行に伴い排気ガス温度が上昇して触媒金属が活性状態になるとともに、β型ゼオライトからＨＣが大量に放出され、この放出されたＨＣが酸化するときに大量の反応熱が発生したためである。
【００７３】
従って、上述の再生制御のように、ＨＣ吸着材にＨＣを蓄積し、昇温手段１２によってＨＣ吸着触媒８の温度を高めて当該ＨＣを放出させ、これを酸化させるようにすれば、この再生制御単独でも、ＤＰＦ９の温度を着火温度Ａまで上昇させて該ＤＰＦ９を再生できるようになることがわかる。
【００７４】
また、本発明は、当該再生制御と、電気ヒータ、その他の加熱手段による加熱とを併用して再生することを排除するものではないが、そのような併用を行なう場合の加熱手段の小型化、作動時間の短縮が図れ、エネルギー及びコストの面で有利になる。
【００７５】
一方、ＭＦＩの場合も、β型ゼオライトほどではないが、高速モードに移行したときにＤＰＦ９の入口温度が３５０℃近くまで上昇している。従って、ＨＣ吸着材としてＭＦＩを用いた場合、上記再生制御単独でのＤＰＦ９の再生は難しいが、上記併用を行なえばよく、その場合、少ないエネルギーでＤＰＦ９の再生が図れることがわかる。もちろん、ＨＣ吸着材としては、β型ゼオライトやＭＦＩ以外のＨＣ吸着材、例えばＹ型ゼオライトなどを採用することもできる。また、触媒金属としても、Ｐｔ以外に、Ｐｄ等の酸化触媒として有効な貴金属ないしは遷移金属を採用することができる。
【００７６】
また、上記再生制御は、ＤＰＦ９の目詰まりを判定して該ＤＰＦ９の加熱再生を行なうものであるから、ＤＰＦ９が頻繁に加熱されることがなく、つまり、ＤＰＦ９の加熱回数が必要最小限に抑えられ、該ＤＰＦ９の熱損傷防止、燃費の上昇防止に有利になる。
【００７７】
但し、ＤＰＦ９の目詰まりを判定することなく、触媒金属が不活性状態ないしは低活性状態であること、ＨＣ吸着材のＨＣ量が所定値以上であることを条件として、ＤＰＦ９の加熱再生を行なうようにしてもよい。
【００７８】
また、上記制御フローにおいては、主噴射時期のリタードによるＤＰＦ９の加熱再生が開始された後、ＤＰＦ９の目詰まりが解消される（パティキュレート堆積量が第２の程度以下になる）までは、主噴射時期のリタードを続行することによってＤＰＦ９の加熱を促進するようにしたが（ステップＳ１４→Ｓ１５）、後噴射量の増量補正によってＤＰＦ９の加熱を促進するようにしてもよい。すなわち、後噴射によって触媒金属にＨＣが供給されるため、ＤＰＦ９の加熱が維持されることになり、また、後噴射時期を膨張行程の比較的早い時期に設定することによって後噴射燃料の一部を筒内で燃焼させて排気ガス温度を高めることができ、ＤＰＦ９の加熱に有利になる。
【００７９】
また、ＨＣ量判定手段としては、エンジンが触媒金属不活性の状態で運転された時間に基づいて、該時間が所定時間以上になったときにＨＣ量が所定値以上になったと判定するものであってもよい。
【００８０】
また、エンジン排気通路の最上流位置に（例えば排気マニホールドの集合部に直結して）ＮＯｘ還元機能を有する触媒を配置し、その下流側に（例えばアンダーフロア位置に）上記ＨＣ吸着触媒８を配置するようにしてもよい。その場合、上流側触媒としては、β型ゼオライト、ＭＦＩ、Ｙ型ゼオライト等のゼオライトをサポート材として、これにＰｔ等の貴金属を担持させたものを採用すればよい。
【００８１】
上流側触媒のサポート材としてＭＦＩを採用し、上記ＨＣ吸着触媒のＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを採用すると、上流側触媒のＭＦＩもＨＣ吸着材として働くが、β型ゼオライトよりも細孔径が小さいから、上流側触媒のＭＦＩでは低分子量のＨＣが吸着され、ＨＣ吸着触媒８のβ型ゼオライトでは上流側触媒で吸着できなかった主として高分子量のＨＣが吸着されることになる。そうして、上流側触媒ではＭＦＩに吸着されたＨＣをＰｔ等の貴金属が酸化する際に同時に排気ガス中のＮＯｘを還元する酸化還元反応を生ずることになる。
【００８２】
もちろん、下流側のＨＣ吸着触媒８でもそのβ型ゼオライトが吸着するＨＣを還元剤とする酸化還元反応により、ＮＯｘが還元浄化される。
【００８３】
ＤＰＦ９の再生は、上述の実施形態と同様に下流側のＨＣ吸着触媒８の活性状態及び吸着ＨＣ量に基づいて行なうことができる。
【００８４】
なお、上流側触媒をＨＣ吸着触媒８と温度条件が略同等の位置に配置し、この上流側触媒及びＨＣ吸着触媒８のいずれか一方若しくは両方の活性状態及び吸着ＨＣ量に基づいて昇温手段を働かせるようにすれば、この両触媒での反応熱を利用して排気ガス温度を高め、ＤＰＦの再生をより効率的に行なうことも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成を示す図。
【図２】 同排気浄化装置のＤＰＦ再生制御のフロー図。
【図３】 ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを用いて低速モードから高速モードに移行するテストモードで自動車を走行させた時のＤＰＦの入口温度と出口温度の経時変化を示すグラフ図。
【図４】 ＨＣ吸着材としてＭＦＩを用いて低速モードから高速モードに移行するテストモードで自動車を走行させた時のＤＰＦの入口温度と出口温度の経時変化を示すグラフ図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 気筒
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 燃料噴射弁
６ 吸気通路
７ 排気通路
８ ＨＣ吸着触媒
９ ＤＰＦ（排気ガス浄化手段）
Claims (8)
- エンジンの排気通路に設けられ、第１温度以上になると再生する排気ガス浄化手段と、
上記排気ガス浄化手段よりも上流側の上記排気通路に設けられ、上記第１温度よりも低い第２温度以下の温度で排気ガス中のＨＣを吸着し第２温度を越えると吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着材と、このＨＣ吸着材から放出されるＨＣを酸化浄化するための触媒金属とを備えたＨＣ吸着触媒と、
上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上か否かを判定するＨＣ量判定手段と、
上記触媒金属が不活性状態にあること、又は活性の度合が低い所定の低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ量判定手段によってＨＣ量が所定値以上であると判定されていることを必要条件として、上記触媒金属の活性が高くなるように上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させる昇温手段とを備え、
上記昇温手段が、上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させることによって、上記ＨＣ吸着材に吸着されていたＨＣを上記触媒金属によって酸化浄化させ、その反応燃により上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度上昇させて該排気ガス浄化手段の温度を上記第１温度以上に高めることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを含むことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ量判定手段は、上記ＨＣ吸着材下流側の排気通路に配設され排気ガスのＨＣ濃度関連値を測定するセンサを備え、このセンサの出力に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記ＨＣ量判定手段は、エンジンの運転状態の推移に基づいて上記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ量が所定値以上になったか否かを判定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
燃料をエンジンの気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて圧縮行程上死点付近で燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御する噴射制御手段とを備え、
上記昇温手段は、上記圧縮行程上死点付近での燃料噴射時期をリタードさせることによって排気ガス温度を高め、それによって上記ＨＣ吸着触媒の温度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記排気ガス浄化手段は、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捕集するフィルタであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記触媒金属が不活性状態にあること又は活性の度合が低い所定の低活性状態にあること、並びに上記ＨＣ吸着材に吸着されているＨＣ量が上記所定値未満であることを必要条件として、上記ＨＣ吸着材にＨＣを供給するＨＣ供給手段を備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置において、
燃料をエンジンの気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて圧縮行程上死点付近で燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御する噴射制御手段とを備え、
上記ＨＣ供給手段は、上記噴射制御手段に、上記圧縮行程上死点付近での燃料噴射後、膨張行程又は排気行程においてさらに燃料を噴射するように上記燃料噴射弁の作動を制御させることにより、上記ＨＣ吸着材に未燃燃料を供給するものであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
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