JP4285162B2

JP4285162B2 - 排気ガス浄化システム

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Publication number: JP4285162B2
Application number: JP2003316574A
Authority: JP
Inventors: 正志我部; 欣久田代
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: JP2005083262A

Description

本発明は、グロープラグ付きのディーゼルエンジンにおいて、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えて、エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンから排出される微粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは、対応できなくなってきている。そこで、エンジンから排出されるＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。

直接、このＰＭを捕集するＤＰＦにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化して排出している。

ＤＰＦはフィルタがＰＭを捕集すると捕集量に比例して排圧が上昇するので、捕集されたＰＭを燃焼させるなどして除去し、ＤＰＦを再生する必要があり、この再生方法は色々な方法が提案されており、電気ヒーター加熱タイプ、バーナー加熱タイプ、逆洗タイプ等がある。

しかしながら、これらの再生方法をとる場合には、外部からエネルギーの供給を受けてＰＭの燃焼を行うので、燃費の悪化を招き、また、再生時の制御が難しく、ＰＭ捕集、ＰＭ燃焼（ＤＰＦ再生）を交互に行うような二系統のＤＰＦシステムが必要になる等、システムが大きく複雑になるという問題がある。

この問題を解決するために、酸化触媒を利用しＰＭの酸化温度を下げ、外部からエネルギーを受けることなく、エンジンからの排気熱でＰＭを酸化してＤＰＦを再生する技術が提案されている。この場合には、ＤＰＦ再生が基本的には連続的になるため連続再生型ＤＰＦシステムと呼ばれているが、これらのシステムは、より簡素化された一系統のＤＰＦシステムとなり、再生制御も簡素化されるという利点がある。

図９に一例として示すＮＯ₂再生型ＤＰＦシステム１Ｘは、ＮＯ₂（二酸化窒素）によりＰＭを酸化し、ＤＰＦを再生するシステムであり、通常のウオールフローフィルタ３Ａｂの上流に酸化触媒３Ａａを配置し、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化する。従って、酸化触媒３Ａａ後流の排気ガス中のＮＯｘは殆どがＮＯ₂になる。このＮＯ₂で、下流側のフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを酸化してＣＯ₂（二酸化炭素）とし、ＰＭを除去している。このＮＯ₂は、Ｏ₂よりエネルギー障壁が小さいため、ＰＭ酸化温度（ＤＰＦ再生温度）を低下させ、外部からエネルギーの供給なしに排気ガス中の熱エネルギーで連続的にＰＭ燃焼が生じる。

なお、図９のＥはディーゼルエンジン、２は排気通路、４は燃料ポンプシステム、５は電子制御ボックス、７はバッテリー、８は消音器、９は燃料タンクである。

また、図１０に、図９のＮＯ₂再生型ＤＰＦシステムの改良システム１Ｙを示す。この改良システム１Ｙは、酸化触媒３２Ａの多孔質触媒コート層３１をウオールフローフィルタ３Ｂの多孔質壁面３０に塗布し、ＮＯの酸化とこれにより発生したＮＯ₂によるＰＭの酸化を、ウオールフローフィルタ３Ｂの壁表面上で行うように構成し、システムを簡素化している。

そして、図１１に、ウオールフローフィルタ３Ｃの多孔質壁面３０に、酸化触媒３２Ａと酸化物等のＰＭ酸化触媒３２Ｂとの多孔質触媒コート層３１を塗布し、フィルタ３Ｃに蓄積したＰＭを低温で燃焼し、連続再生するシステム１Ｚを示す。

そして、これらの触媒付きＤＰＦシステムは、触媒及びＮＯ₂によるＰＭの酸化反応によって通常のフィルタよりもＰＭ酸化開始排気温度を下げてＰＭの連続再生を実現するシステムである。

しかしながら、ＰＭ酸化開始排気温度を下げても、まだ、３５０℃程度の排気ガス温度は必要であり、アイドルや低負荷のエンジン運転条件では、排気ガス温度が不足し、ＰＭの酸化及びＤＰＦの再生が生じない。

従って、このようなアイドルや低負荷のエンジン運転条件を継続するとＰＭが蓄積してもＰＭ酸化状態にならないため、排圧が上昇し、燃費の悪化を招き、また、エンジン停止等のトラブルが生じるおそれがある。

そこで、これらの連続再生型ＤＰＦシステムでは、エンジン運転条件からフィルタへのＰＭ蓄積量を算出したり、又は、ＰＭ蓄積量に対応したフィルタ圧損からＰＭ蓄積量を推定したりして、ＤＰＦ再生必要条件を設定し、このＤＰＦ再生必要条件を満たした時に、蓄積したＰＭを強制的に燃焼させて除去するＤＰＦ再生制御を行っている。

このＤＰＦ再生制御は、コモンレール等の電子制御式燃料噴射システムにおいて、燃料噴射タイミングを進角方向またはタイミングを遅らせる方向にしてＰＭの酸化燃焼除去に適当な温度等の条件を排気ガス中に一時的に発生している（例えば、特許文献１参照。）。

また、噴射時期遅延や、主噴射の前段に少噴射量の多段噴射を行うことにより、過大な主噴射時期遅延が可能となる多段遅延噴射で、酸化触媒の触媒活性温度以上に排気ガス温度を上昇させて、その後、ポスト噴射又は排気管内噴射等で軽油等の燃料を排気管内に追加し、酸化触媒でその燃料を燃焼させ、フィルタ入口の排気ガス温度を蓄積されたＰＭの強制燃焼温度以上に昇温して、ＰＭを強制燃焼して除去し、ＤＰＦを再生している。

そして、グロープラグ（予熱栓、加熱栓）を具備し、触媒付きＤＰＦの上流に酸化触媒を配設したディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦの再生のためにフィルタ入口の排気ガスを蓄積されたＰＭが燃焼を開始するＰＭの強制燃焼温度以上に昇温する際に、遅延噴射又はポスト噴射を行う多段噴射で排気ガス昇温を行うと共に、グロープラグによる筒内（シリンダ内）のアシスト加熱も併用して、エンジンの燃焼行程の初期温度を上げ、噴射燃料の着火性、燃焼性能を向上させながら、排気ガス温度を上昇させる排気ガス浄化システムが提案されている（特許文献２参照。）。

この排気ガス浄化システムでは、グローアシスト加熱を併用した多段噴射制御で排気温度を酸化触媒の活性温度以上に上昇させた後、通常噴射制御に戻し、ポスト噴射又は排気管内噴射等で軽油を排気管内の排気ガス中に追加し、その軽油を酸化触媒で燃焼させて、ＤＰＦに流入する排気ガスをＰＭの強制燃焼温度以上に昇温し、ＤＰＦに蓄積されたＰＭを燃焼除去して、ＤＰＦを再生している。

しかしながら、この場合に、グローアシスト加熱を併用した遅延多段噴射制御から通常噴射制御に戻す時に、噴射時期に大きな変化が生じるためトルク変動が大きくなるという問題がある。また、酸化触媒に入る排気ガスの温度が通常噴射制御で低下して、再度グローアシスト加熱を併用した遅延多段噴射制御を行う必要が生じる場合があり、この場合にもトルク変動を生じるという問題がある。

更に、このトルク変動の問題の他にも、グローアシスト加熱を併用した遅延多段噴射制御と通常噴射制御との切替時に際して、燃料噴射量が大きく変化するために未燃焼ＨＣや白煙が排気通路中に放出される場合もある。
特開２００１−７３７４８号公報（第７頁右欄）特願２００３−１２２７７号公報

本発明は、上述の問題を解決するすべくなされたものであり、その目的は、連続再生型ＤＰＦにおいて、グローアシスト加熱を併用した遅延多段噴射制御を伴うＤＰＦ再生制御に際して、出力トルクの変動やＨＣや白煙の発生を防止できる排気ガス浄化システムを提供することにある。

以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、グロープラグを具備した内燃機関の排気通路に上流側から順に酸化触媒と触媒付きＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記酸化触媒の入口の排気温度を検出する第１温度センサを配設し、前記前記触媒付きＤＰＦの再生に際して、前記第１温度センサで検出された排気温度が前記酸化触媒の活性温度以下の時に、前記グロープラグをオンした遅延多段噴射制御を行って、前記第１温度センサで検出される排気温度を前記酸化触媒の活性温度以上にした後に、前記遅延多段噴射制御における前記グロープラグの印加電流を段階的若しくは連続的に減少させるように構成される。

そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒付きＤＰＦの入口の排気温度を検出する第２温度センサを配設し、前記遅延多段噴射制御における前記グロープラグの印加電流の段階的若しくは連続的減少を、前記第２温度センサで検出された排気温度が前記触媒付きＤＰＦで捕集されたＰＭの強制燃焼温度以下の時に行うように構成される。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記第１温度センサで検出される排気温度を前記酸化触媒の活性温度以上にした後において、前記グロープラグをオンして遅延多段噴射制御を行っている際に、前記第２温度センサで検出された排気温度がＰＭ強制燃焼温度以上の所定の判定温度より大きくなった時に、グロープラグの印加電流を段階的若しくは連続的に増加させるように構成される。

あるいは、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記第１温度センサで検出される排気温度を前記酸化触媒の活性温度以上にした後において、前記グロープラグをオンして遅延多段噴射制御を行っている際に、前記第１温度センサで検出された排気温度が前記酸化触媒の活性温度より下がった時に、前記グロープラグの印加電流を段階的若しくは連続的に増加させるように構成される。

つまり、酸化触媒入口の排気温度が酸化触媒活性温度以下の時に、これを活性温度以上にするために遅延多段噴射を行い、その際筒内温度を高めて着火を安定させるために、グロープラグによる筒内加熱を行う。

そして、本発明では、筒内から排出される排気ガスを昇温して酸化触媒入口の排気温度を活性温度以上にした後にグロープラグをオフにした多段噴射制御等の通常ＰＭ再生制御運転に戻さずに、グロープラグをオンした遅延多段噴射制御を継続しながらグロープラグの印加電流を制御することによって、筒内から排出される排気ガスの温度と排気ガス中のＨＣ濃度を調整し、このＨＣが酸化触媒で燃焼する際の発熱量を調整してＤＰＦ入口の排気温度を調整する。これにより、触媒付きＤＰＦに流入する排気ガスの温度をＰＭ強制燃焼温度以上に上昇及び維持して、触媒付きＤＰＦに蓄積されたＰＭを燃焼除去し、ＤＰＦを再生させる。

具体的には、活性温度以上に酸化触媒入口の排気温度を昇温させたら、グロープラグの印加電流を段階的に減少させ、筒内温度を下げてＨＣ濃度を高め、ＤＰＦ入口温度がＰＭ強制燃焼温度まで上がったら、今度は段階的に印加電流を上げ筒内温度を上げて着火を安定させて酸化触媒入口排気温度が活性温度以下まで下がらないようにする。

上記の構成によれば、ＤＰＦの再生制御に際して、グロープラグをオンした遅延多段噴射制御、即ち、グローアシスト加熱併用遅延多段噴射制御で、排気温度を酸化触媒の活性温度以上に上昇させた後、このグロープラグをオンした遅延多段噴射制御を継続しながらグロープラグへの印加電流（グロー加熱電流）を段階的若しくは連続的に調整してグローアシスト加熱温度を変えることができる。

これにより、筒内（シリンダ内）の燃焼状態を制御して、排気ガス中に排出され、酸化触媒で燃焼するＨＣの量を増減させることにより、酸化触媒の下流に配置された触媒付きＤＰＦに入る排気ガスの温度を、ＤＰＦに蓄積されたＰＭの強制燃焼温度以上に昇温及び維持して、ＰＭを燃焼除去し、ＤＰＦを効率よく再生できる。

そして、グロープラグをオンした遅延多段噴射制御においては、グロープラグの印加電流を段階的又は連続的に減少させて筒内温度を下げて、排出されるＨＣ濃度を高めることにより、酸化触媒でＨＣの燃焼で発生する熱量を増やして、ＤＰＦに流入する排気ガスを昇温でき、排気温度をＰＭの強制燃焼温度以上に上昇及び維持できる。

また、段階的又は連続的に印加電流を上げて筒内温度を上げることにより、筒内での噴射燃料の着火を安定させて、筒内から排出される排気ガスの温度を上げることができるので、酸化触媒の入口の排気温度が活性温度以下まで下がらないようにすることができる。これにより、筒内から排出される未燃焼ＨＣの酸化触媒における燃焼を維持でき、ＤＰＦに流入する排気ガスの温度をＰＭの強制燃焼温度以上に維持できる。

本発明の排気ガス浄化システムによれば、酸化触媒と触媒付きＤＰＦを備えた連続再生型ＤＰＦにおいて、従来技術では排気ガス温度が不足してＤＰＦのＰＭ強制再生燃焼が行えなかったアイドル、低負荷域等におけるエンジンの運転条件でも、極端な白煙の生成無しに、また、昇温に必要な燃料も少量で、確実にＤＰＦの再生を行えるようになる。

特に、グロープラグの印加電流の制御により、遅延多段噴射制御における燃料噴射のタイミングや噴射量の変化を抑えながら、酸化触媒の入口の排気温度とフィルタ入口の排気温度を制御できるので、白煙の発生及びトルク変動が殆ど無い状態で、各温度変化に敏感に対応した排気ガス昇温制御が可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１は、酸化触媒３Ａａと触媒付きフィルタ３Ａｂの組合せで構成される連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３を備えた排気ガス浄化システムであり、ディーゼルエンジンＥの排気マニホールド１１に接続する排気通路２に連続再生型ＤＰＦ３が設けられている。この連続再生型ＤＰＦ３は、上流側に酸化触媒３Ａａを下流側に触媒付きフィルタ３Ａｂを有して構成される。

この酸化触媒３Ａａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ３Ａｂは、多孔質のセラミックの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モノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタで形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。この触媒付きフィルタ３Ａｂでは、排気ガスＧ中のＰＭ（微粒子状物質）は多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。

そして、触媒付きフィルタ３ＡｂのＰＭの堆積量を推定するために、連続再生型ＤＰＦ装置３の前後に接続された導通管に差圧センサ２１が設けられる。また、触媒付きフィルタ３Ａｂの再生制御用に、酸化触媒３Ａａの入口近傍に、第１温度センサ２２が、また、触媒付きフィルタ３Ａｂの入口近傍に第２温度センサ２３が設けられる。

これらのセンサの出力値は、エンジンＥの運転の全般的な制御を行うと共に、触媒付きフィルタ３Ａｂの再生制御も行う制御装置（電子制御ボックス：ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）５に入力され、この制御装置５から出力される制御信号により、エンジンＥの燃料噴射弁１５や、吸気通路６に設けられ、吸気マニホールドへの吸気量を調整する吸気弁１１等が制御される。

この燃料噴射弁１５は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール（図示しない）に接続されており、制御装置５には、エンジンの運転のために、ＰＴＯのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，ニュートラルスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，車両速度，冷却水温度，エンジン回転数，アクセル開度等の情報も入力される。

そして、吸入空気Ａは、吸気通路６でターボチャージャ１７のコンプレッサ１７ａとインタークーラ１２を経由して、吸気弁１１で吸気量を調整された後、シリンダ１３内の燃焼室１４に入る。この燃焼室１４には、燃料噴射弁１５とグロープラグ１６が設けられている。この燃料噴射弁１５から燃料噴射により、燃料と吸入空気Ａとが混合し、ピストン１８の圧縮により、自然発火して燃焼し、排気ガスＧを発生する。この排気ガスＧは、排気通路２のターボチャージャ１７のタービン１７ｂを経由して、連続再生型ＤＰＦ３に入り、浄化された排気ガスＧｃになって、消音器８を経由して大気中に放出される。

この排気ガス浄化システム１において、差圧センサ２１の差圧が上昇し、連続再生型ＤＰＦ装置３の触媒付きフィルタ３ＡｂのＰＭ蓄積量が再生が必要な設定量を超えたが、エンジン運転条件がアイドルや低負荷等でＰＭの酸化及びＤＰＦ再生に必要な排気温度に達していない場合に、排気ガス昇温制御を行って、連続再生型ＤＰＦ装置３を再生する。

この排気ガス浄化システム１における再生制御は、図３に示すように差圧センサ２１，第１温度センサ２２，第２温度センサ２３の検出値ΔＰ，Ｔ１，Ｔ２を、制御装置５に入力し、燃料噴射弁１５とグロープラグ１６や吸気弁１１等を制御して行う。

次に、この排気ガス浄化システム１における連続再生型ＤＰＦ装置３の再生制御を図４に例示する制御フローに従って説明する。

この図４の制御フローは、エンジンＥを含む車両全体を制御するメイン制御フローに組み込まれた再生制御フローとして例示する制御スローであり、エンジンＥのスタートスイッチオンと共にスタートするメイン制御フローから繰り返し呼ばれて実行を繰り返す。

図４の制御フローがメイン制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１０で、通常噴射制御運転を所定の時間（再生開始か否かの判定を行う時間間隔に関係する時間）の間行う。この通常噴射制御運転は、ＤＰＦの再生に関係なく、エンジンに要求される回転数と負荷に対して通常の燃料噴射が行われ、グロープラグも冷寒期の暖機始動時等の予熱以外ではオフで運転される。

次のステップＳ１１で、触媒付きＤＰＦ３ＡｂのＰＭ捕集状態が再生制御が必要な再生開始の状態になったか否かを、差圧センサ２１で検出される差圧ΔＰが所定の再生開始用差圧判定値ΔＰ０以上になったか否かで判定する。

この再生開始の判定で、差圧ΔＰが再生開始用差圧判定値ΔＰ０より小さい間は、再生開始ではないとして、ステップＳ１０に戻り、通常噴射制御運転を繰り返す。そして、この再生開始の判定で、差圧ΔＰが再生開始用差圧判定値ΔＰ０以上となり、再生開始となった場合はステップＳ１２に行く。

ステップＳ１２では、第１温度センサ２２で検出された排気温度（酸化触媒入口排気温度）Ｔ１が酸化触媒３Ａａの活性温度（酸化触媒活性温度）Ｔdoc よりも小さいか否かを判定する。この判定で、排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc 以上の場合は、ステップＳ１７のグロープラグオフの通常ＰＭ再生制御運転を所定の時間（ＤＰＦの再生終了か否かの判定を行う時間間隔に関係する時間）の間行い、ステップＳ１８のＤＰＦの再生終了か否かの判定に行き、ＤＰＦの前後差圧ΔＰが再生終了用差圧判定値ΔＰ１０より小さくなったか否か判定する。

ＤＰＦの前後差圧ΔＰが再生終了用差圧判定値ΔＰ１より小さくなければ、ステップＳ１７に戻り、通常ＰＭ再生制御運転を繰り返し行い、触媒付きＤＰＦ３Ａｂに蓄積されたＰＭを燃焼除去する。そして、ステップＳ１８の判定でＤＰＦの前後差圧ΔＰが再生終了用差圧判定値ΔＰ１より小さくなれば、再生が終了したとしてリターンに行く。

この通常ＰＭ再生制御運転では、エンジンＥの燃料噴射のメイン噴射（主噴射）のタイミングを遅延操作（リタード）したり、ポスト噴射（後噴射）を行ったり、吸気絞りを行ったりして、排気ガス温度を上昇させ、ＰＭの酸化除去に適した温度や環境になるようにし、連続再生型ＤＰＦ３に捕集されたＰＭを酸化除去する。

例えば、吸気絞り、ＥＧＲ、ＶＮＴ等の空気系の装置で、排気ガス中のＮＯｘ濃度を増加させ、ポスト噴射を行うことで目標温度を５００℃程度にして設定時間の間その状態を保持し、その後同様な制御を行いながら、目標温度を６００℃程度にして設定時間の間その状態を保持することで、ＰＭを燃焼させて再生を行う。

また、ステップＳ１２の判定で、排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc よりも小さい場合は、大きくなるまでステップＳ１３のグロープラグオンの遅延多段噴射制御を所定の時間（排気温度Ｔ１のチェックを行う時間間隔に関係する時間）の間行い、再度、ステップＳ１４の排気温度のチェックを行うことを繰り返し、排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc より大きくなったらステップＳ１５に行く。

このステップＳ１３のグロープラグオンの遅延多段噴射制御では、図５に例示するように、パイロット噴射とメイン噴射の多段噴射を行うが、多段で燃料噴射すると同時に、エンジン始動時の予備加熱と同様に、グロープラグ１６に通電して発熱させ、グロープラブ１６による噴霧燃料に対する加熱を行う。なお、図５では、パイロット噴射三回、主噴射一回の四段の多段噴射を示しているが、より段数の多い多段噴射の方がより好ましい。

そして、図５に示すように、グロープラグ１６による加熱を併用することにより、最初の一段目のパイロット噴射の失火限界を大きくでき、上死点後２０°ＣＡ（クランク角）以上の遅延噴射とすることができる。この遅延噴射は、膨張行程の中盤になるので、燃料噴射量を大きくしてもトルク発生に影響しなくなる。そのため、燃料噴射量をグロー加熱なしの場合に比較して増量できるので、初期噴射量を多くできる。従って、初期火炎を大きな火炎にすることができる。

この一段目で噴射した燃料の燃焼が活発化する時期に、二段目の噴射を行う。この二段目の噴射時期はピストンが更に下降している時期となるので、一段目の噴射よりも更に多い燃料を噴射してもトルクの発生は抑えられる。また、一段目の噴射の初期火炎が大きく、安定して燃焼しているので、二段目の噴射により更に火炎を大きくすることができる。

次に、二段目で噴射した燃料の燃焼が活発化する時期に三段目の噴射を行う。この三段目の噴射は、更に噴射量を増加してもトルクの発生に繋がらないので、更に大きな火炎にすることができる。

そして、四段目の主噴射の噴射時期まで、シリンダ内の燃焼火炎を引き継いで継続させ、大幅遅延噴射で燃焼火炎の大きな主噴射を行って確実な主燃焼火炎を発生させる。これにより、希薄混合気まで火炎を伝播させることができるので、白煙の発生や失火を防止でき、効率よく排気ガス温度を大幅に上昇させることができる。

次に、ステップＳ１５では、グロー加熱電流の制御を伴う遅延多段噴射制御運転を所定の時間（ＤＰＦの再生終了を判定する時間間隔に関係する時間）の間行う。このステップＳ１５の制御運転では、図４に示すように、ステップＳ１５ａで、第２温度センサ２３で検出される排気温度（フィルタ入口排気温度）Ｔ２が触媒付きＤＰＦ３Ａｂに捕集されたＰＭの強制燃焼温度Ｔpmより小さいか否かを判定し、小さい場合にはステップＳ１５ｂでグロー加熱電流（グロープラグへの印加電流）Ｉを所定値下げた（Ｉ＝Ｉ−ΔＩ）後、ステップＳ１５ｄのグロープラグをオンにした遅延多段噴射制御を所定の時間の間行い、ステップＳ１５ａで排気温度Ｔ２がＰＭ強制燃焼温度Ｔpm以上の場合には、ステップＳ１５ｃでグロー加熱電流Ｉを所定値上げた（Ｉ＝Ｉ＋ΔＩ）後、ステップＳ１５ｄのグロープラグをオンにした遅延多段噴射制御を所定の時間の間行う。

このステップＳ１５のグロー加熱電流の制御を伴う遅延多段噴射制御運転では、第２温度センサ２３で検出された排気温度（フィルタ入口排気温度）Ｔ２が触媒付きＤＰＦ３Ａｂに捕集されたＰＭが燃焼を開始するＰＭ強制燃焼温度Ｔpmより小さい場合にはグロー加熱電流、即ち、グロープラグの印加電流を所定値下げ、排気温度Ｔ２がＰＭ強制燃焼温度（所定の判定温度）Ｔpm以上の場合にはグロー加熱電流を所定値上げる制御を行う。

次に、このステップＳ１５のグロー加熱電流の制御によって、排気温度が制御される機構について説明する。

グローアシスト加熱すると、高温に加熱された新気が燃焼行程初期に存在することになるので、遅延された噴射でも確実な着火燃焼が得られるようになり排気温度は極端に上昇する。従って、グロー加熱電流を段階的又は連続的に減少してグローアシスト加熱を減少すると、燃焼行程初期の新気の温度が低下するので、噴射燃料の着火燃焼能力が低下し、エンジンから排出される未燃焼燃料（未燃ＨＣ）が増加し排気ガス中のＨＣが増加していく。それと共に、この場合未燃ＨＣが増加した分筒内から排出される排気ガスの温度は低下する。一方、排気ガス中のＨＣは酸化触媒３Ａａの入口の排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc 以上となっているので、酸化触媒３Ａａで燃焼し、排気ガスは昇温するので触媒付きＤＰＦ３Ａｂの入口の排気温度Ｔ２が上昇する。

また、逆にグロー加熱電流を段階的又は連続的に増加してグローアシスト加熱を増加すると、燃焼行程初期の新気の温度が高くなるので、噴射燃料の着火燃焼能力が向上し、筒内から排出される未燃ＨＣが減少し排気ガス中のＨＣが減少していく。それと共に、噴射燃料の燃焼状態が向上した分排気温度は上昇する。そのため、酸化触媒３Ａａの入口の排気温度Ｔ１は上昇する。一方、未燃ＨＣが減少しているため、酸化触媒３ＡａにおけるＨＣの燃焼による発熱量は減少するので、酸化触媒３Ａａにおける排気ガスの昇温が少なくなり、触媒付きＤＰＦ３Ａｂの入口の排気温度Ｔ２は降下する。

このグロー加熱電流による排気温度の調整機構を利用して、筒内から排出される排気ガスの温度と酸化触媒３Ａａに供給するＨＣ量を制御して、酸化触媒３Ａａの入口の排気温度Ｔ１と触媒付きＤＰＦ３Ａｂの入口の排気温度Ｔ２を制御する。

このステップＳ１５の遅延多段噴射制御を行ってから、ステップＳ１６のＤＰＦの再生終了か否かの判定に行く。この再生終了の判定では、ＤＰＦの前後差圧ΔＰが再生終了用差圧判定値ΔＰ１より小さくなったか否か判定する。ＤＰＦの前後差圧ΔＰが再生終了用差圧判定値ΔＰ１より小さくなければ、ステップＳ１５に戻り、小さくなるまでグロー加熱電流の制御を伴う遅延多段噴射制御運転を繰り返し行い、触媒付きＤＰＦ３Ａｂに蓄積されたＰＭが燃焼除去されて、ステップＳ１６の判定でＤＰＦの前後差圧ΔＰが再生終了用差圧判定値ΔＰ１より小さくなれば再生が終了したとして、リターンに行く。

そして、図４のＤＰＦの再生制御フローが終了して、メイン制御フローに戻り、再度呼ばれて、エンジンが停止されるまで、繰り返される。そして、特に図示していないが、エンジンキーがオフにされると、制御フローの実行途中でも割り込みが生じ、メインの制御フローに戻る。

上記の構成の排気ガス浄化システム１によれば、ＤＰＦの再生制御において、第１温度センサ２２で検出された酸化触媒３Ａａの入口の排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc 以下の時に、グロープラグ１６をオンして遅延多段噴射制御を行うことができ、このグロー加熱併用遅延多段噴射制御により、アイドルや低負荷域において、極端な白煙の発生無しに、また、昇温に必要な燃料を節約しながら、効率よく排気ガスの温度を昇温できる。その上、排気ガスの温度が低い状態の時から排気ガス中に高濃度のＨＣが存在しなくなるため、酸化触媒３Ａａに蓄積したＨＣが急激に燃焼して高温になることを回避できるので、高温による触媒の劣化や溶損を防止できる。また、排気ガスの急激な高温化を回避できるので、触媒付きＤＰＦ３ＡｂにおけるＰＭの暴走燃焼及びこの暴走燃焼に起因する溶損を回避できる。

そして、第１温度センサ２２で検出された排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc 以上になった後において、第２温度センサ２３で検出された排気温度Ｔ２がＰＭ強制燃焼温度Ｔpm以下の時に、グロープラグ１６の印加電流を段階的（所定値毎）に減少させることができ、この印加電流の減少制御により排気温度Ｔ２を上昇させて、ＰＭ強制燃焼温度Ｔpm以上にすることができるので、アイドルや低負荷域においても確実に触媒付きＤＰＦ３Ａｂに蓄積されたＰＭを強制燃焼してＤＰＦを再生できる。

また、その後、グロープラグ１６をオンして遅延多段噴射制御を行っている際に、第２温度センサ２３で検出された排気温度Ｔ２がＰＭ強制燃焼温度Ｔpmより大きい時に、グロープラグ１６の印加電流を段階的（所定値毎）に増加させることができ、排気温度Ｔ２がＰＭ強制燃焼温度Ｔpmの近傍となるようにすることができる。これにより、排気温度Ｔ２が上昇しすぎて触媒付きＤＰＦ３Ａｂに蓄積されたＰＭが暴走燃焼するのを防止できる。また、先の印加電流の減少制御による排気温度Ｔ１の下がり過ぎを防止して、排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc よりも下がることを防止できる。

特に、グロープラグの印加電流の制御により、遅延多段噴射制御における燃料噴射のタイミングや噴射量の変化を抑えながら、酸化触媒の入口の排気温度Ｔ１とフィルタ入口の排気温度Ｔ２を制御できるので、トルク変動が殆ど無い状態で、各温度変化に敏感に対応した排気ガス昇温制御が可能となる。

このグロープラグによる加熱を伴う多段噴射による排気ガス昇温の実施例として、図６に、エンジン回転数が８５０ｒｐｍのアイドル時でグローアシスト加熱併用遅延多段噴射を行うと共に、グロープラグへの印加電流（グロー加熱電流）の調整を行った場合の酸化触媒入口の排気温度Ｔ１とフィルタ入口の排気温度Ｔ２の変化を示す。この実施例における試験は、いずれも、パイロット噴射二回、主噴射一回の三段の多段噴射である。

図６によれば、グロー加熱電流３０Ａでグローアシスト加熱を行った場合には、酸化触媒入口の排気温度Ｔ１が１分程度で活性温度Ｔdoc に到達している。しかし、グロー加熱電流３０Ａとしたままでは、供給ＨＣが不足しているため、フィルタ入口の排気温度Ｔ２はＰＭ強制燃焼温度Ｔpmまで上昇していない。

その後、グロー加熱電流を段階的（１０Ａ毎）に減少及びオフ（０Ａ）にし、グローアシスト加熱を段階的に減少及び中止にすると、シリンダ内の燃焼が低下し発生ＨＣが増加するため、フィルタ入口の排気温度Ｔ２が段階的に上昇し、ＰＭ強制再生温度Ｔpm以上に到達する。それと共に、エンジン直後の排気温度Ｔ０と酸化触媒入口の排気温度Ｔ１が下がる。

従って、グロー加熱電流を調整することにより、酸化触媒の入口の排気温度Ｔ１とフィルタ入口の排気温度Ｔ２を制御できることが分かる。

なお、ステップＳ１５のグロー加熱電流の制御を伴う遅延多段噴射制御運転において、図４の制御では、ステップＳ１５ａの判定で、グロー加熱電流を所定値上げるグロー加熱電流の制御を、第２温度センサ２３で検出された排気温度（フィルタ入口排気温度）Ｔ２が触媒付きＤＰＦ３Ａｂに捕集されたＰＭが燃焼を開始するＰＭ強制燃焼温度Ｔpmより大きい場合とし、排気温度Ｔ２がＰＭ強制燃焼温度Ｔpmの近傍となるようにしているが、図７や図８に示すステップＳ２５やステップＳ３５のグロー加熱電流の制御を伴う遅延多段噴射制御運転のようにしてもよい。

この図７の制御フローでは、グロー加熱電流を所定値上げるグロー加熱電流の制御を、第２温度センサ２３で検出された排気温度（フィルタ入口排気温度）Ｔ２が触媒付きＤＰＦ３Ａｂに捕集されたＰＭが燃焼を開始するＰＭ強制燃焼温度Ｔpmより大きい排気上限温度（所定の判定温度）Ｔupより大きい場合とし、排気温度Ｔ２がＰＭ強制燃焼温度Ｔpmと排気上限温度Ｔupの間となるようにしている。

また、図８の制御フローでは、グロー加熱電流を所定値上げるグロー加熱電流の制御を、第１温度センサ２２で検出された排気温度（酸化触媒入口排気温度）Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc より低くなった時に行い、排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc より下がらないようにしている。

なお、図４や図７や図８の制御フローの例では、グロー加熱電流を段階的（所定値毎）に減少又は増加しているが、連続的に減少又は増加してもよい。また、グロー加熱電流を所定値上げるグロー加熱電流の制御を、排気温度Ｔ１が酸化触媒活性温度Ｔdoc より低くなった時、又は、排気温度Ｔ２がＰＭ強制燃焼温度Ｔpm以上の所定の判定温度Ｔpm（又はＴup）より大きい時のいずれかの場合とすることもできる。

本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムのシステム構成図である。本発明に係る排気ガス浄化システムのエンジン部分の構成を示す図である。本発明に係る排気ガス浄化システムのＤＰＦの再生制御のセンサ及び制御機器の構成を示す図である。本発明に係る再生制御の制御フローの一例を示す図である。本発明に係る再生制御における遅延多段噴射の一例を示す図である。本発明のグロー加熱電流の制御を伴う遅延多段噴射の実施例における排気ガスの温度の変化を示す図である。本発明に係る再生制御のグロー加熱電流の制御を伴う遅延多段噴射の制御フローの他の例を示す図である。本発明に係る再生制御のグロー加熱電流の制御を伴う遅延多段噴射の制御フローの他の例を示す図である。従来技術の排気ガス浄化システムの一例を示すシステム構成図である。従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。従来技術の排気ガス浄化システムの他の一例を示すシステム構成図である。

符号の説明

１排気ガス浄化システム
２排気通路
３連続再生型パティキュレートフィルタ
３Ａａ酸化触媒
３Ａｂ触媒付きフィルタ
１３シリンダ
１５燃料噴射弁
１６グロープラグ
Ｅディーゼルエンジン
Ｇ排気ガス
Ｇｃ浄化された排気ガス
Ｔ１酸化触媒入口排気温度
Ｔ２フィルタ入口排気温度
Ｔdoc 酸化触媒活性温度
Ｔpm ＰＭ強制燃焼温度

Claims

グロープラグを具備した内燃機関の排気通路に上流側から順に酸化触媒と触媒付きＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記酸化触媒の入口の排気温度を検出する第１温度センサを配設し、前記触媒付きＤＰＦの再生に際して、前記第１温度センサで検出された排気温度が前記酸化触媒の活性温度以下の時に、前記グロープラグをオンした遅延多段噴射制御を行って、前記第１温度センサで検出される排気温度を前記酸化触媒の活性温度以上にした後に、前記遅延多段噴射制御における前記グロープラグの印加電流を段階的若しくは連続的に減少させることを特徴とする排気ガス浄化システム。
前記触媒付きＤＰＦの入口の排気温度を検出する第２温度センサを配設し、前記遅延多段噴射制御における前記グロープラグの印加電流の段階的若しくは連続的減少を、前記第２温度センサで検出された排気温度が前記触媒付きＤＰＦで捕集されたＰＭの強制燃焼温度以下の時に行うことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システム。
前記第１温度センサで検出される排気温度を前記酸化触媒の活性温度以上にした後において、前記グロープラグをオンして遅延多段噴射制御を行っている際に、前記第２温度センサで検出された排気温度がＰＭ強制燃焼温度以上の所定の判定温度より大きくなった時に、グロープラグの印加電流を段階的若しくは連続的に増加させることを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化システム。
前記第１温度センサで検出される排気温度を前記酸化触媒の活性温度以上にした後において、前記グロープラグをオンして遅延多段噴射制御を行っている際に、前記第１温度センサで検出された排気温度が前記酸化触媒の活性温度より下がった時に、前記グロープラグの印加電流を段階的若しくは連続的に増加させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。