JP2006046288A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後処理手段の温度低下を防止する排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１からの排気ガス２が流通する排気管４の途中に装備された後処理手段５と、後処理手段５に対し排気ガス２を迂回させて下流へ流すバイパス流路６と、バイパス流路６の排気管４に対する分岐箇所４ａに設けられた流路切換手段７と、走行中の減速を検出する減速検出手段８，９と、減速検出手段８，９で減速を検出した際に流路切換手段７により後処理手段５側の排気管４からバイパス流路６へ切換える制御装置１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。

内燃機関としてのディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（硫酸塩成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。

この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められている。

即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。

ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがあり、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。

つまり、パティキュレートフィルタより上流側で燃料を添加すれば、その添加された燃料がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。

尚、この種のパティキュレートフィルタの積極的な再生を図る方法に関しては、エンジンの燃料噴射装置に対し圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで燃料添加を実行するものがある（例えば、特許文献１参照）。

又、排気温度の極めて低い運転状態であっても、排気絞り弁を絞り込むことにより上流側の排気ガスを昇圧して排気温度を上昇させ、最終的にパティキュレートを燃焼除去するものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２２２０４０号公報 特開２００３−２２７３３０号公報

しかしながら、このようにパティキュレートフィルタを再生している途中で、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、エンジンの各気筒に噴射する燃料の添加が停止になると共に、エンジンに新気を導入する吸気管の吸気絞り弁が全開になるため、新気が燃焼することなく、そのままパティキュレートフィルタ等の後処理手段へ流下して後処理手段の温度低下を招き、排気ガスの浄化能力を好適に保つことができないという問題があった。

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、後処理手段の温度低下を防止する排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明は、エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に装備された後処理手段と、該後処理手段に対し排気ガスを迂回させて下流へ流すバイパス流路と、該バイパス流路の排気管に対する分岐箇所に設けられた流路切換手段と、走行中の減速を検出する減速検出手段と、該減速検出手段で減速を検出した際に流路切換手段により後処理手段側の排気管からバイパス流路へ切換える制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。

又、本発明は、排気管の流路を絞り込む排気絞り手段を備え、前記排気絞り手段により流路を絞り込んだ際には流路切換手段によりバイパス流路を閉じるよう構成することが好ましい。

更に、本発明は、後処理手段をパティキュレートフィルタにすると共に、該パティキュレートフィルタの上流から燃料を添加し得る燃料添加手段を備え、前記燃料添加手段により燃料を添加してパティキュレートフィルタを再生する際に制御手段で処理するよう構成することが好ましい。

而して、このようにすれば、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、流路切換手段により後処理手段側の排気管からバイパス流路へ切換えるので、燃料の添加の停止の状態であっても、新気が後処理手段へ流入することを抑制して後処理手段の温度低下を防止することができる。

排気管の流路を絞り込む排気絞り手段を備え、前記排気絞り手段により流路を絞り込んだ際には流路切換手段によりバイパス流路を閉じるよう構成すると、流路切換手段により排気ガスを後処理手段側の排気管へ流すと共に、排気絞り手段により排気ガスを昇圧して排気温度を上昇させるので、後処理手段の温度低下を防止することができる。

後処理手段をパティキュレートフィルタにすると共に、該パティキュレートフィルタの上流から燃料を添加し得る燃料添加手段を備え、前記燃料添加手段により燃料を添加してパティキュレートフィルタを再生する際に制御手段で処理するよう構成すると、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には流路切換手段によりパティキュレートフィルタ側の排気管からバイパス流路へ切換えるので、パティキュレートフィルタを再生する途中であっても、新気がパティキュレートフィルタへ流入することを抑制し、パティキュレートフィルタの温度低下を防止することができる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、燃料の添加の停止の状態であっても、新気が後処理手段へ流入することを抑制して後処理手段の温度低下を防止することができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１、図２は本発明を実施する形態例を示すもので、図１中における符号１はディーゼルエンジンを示しており、ディーゼルエンジン１の各気筒（図示せず）から排出された排気ガス２は、排気マニホールド３から排気管４を介し車外へ排出されるようにしてある。

又、排気管４の途中には、所定の活性温度域（温度ウィンドウ）で排気ガス２の浄化する後処理手段５が備えられている。ここで、後処理手段５の一つには、パティキュレートを捕集して燃焼させるパティキュレートフィルタ５ａを備えるものがあり、他の一つには、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate and ＮＯx Reduction）として所定の触媒にＮＯxをいったん吸着させておき、その際に生じる反応性の高い活性酸素等でパティキュレートを燃焼させるＮＯx還元触媒を備えるものがあり、別の一つには、アンモニア等の還元剤を吹き込むことによりＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）としてＮＯxをアンモニア等の還元剤と触媒上で反応させて処理する選択還元触媒を備えるものがある。ここで、後処理手段５は上記の例に限定されるものではなく、所定の活性温度域（温度ウィンドウ）で排気ガス２を浄化するものならば特に限定されるものではない。又、パティキュレートフィルタ５ａは、図２に示す如く、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっている。

更に、排気管４には、後処理手段５に対し排気ガス２を迂回させて下流へ流すようバイパス流路６を備えており、バイパス流路６の排気管４に対する分岐箇所４ａには、排気ガス２の流れを適宜にバイパス流路６側に切り換え得るよう切換バルブ等の流路切換手段７が設けられている。ここで、流路切換手段７は、切換バルブに限定されるものではなく、流路を切換えるものならばどのようなものでもよい。

又、ディーゼルエンジン１には、その機関回転数を検出する回転センサ８（減速検出手段）が装備されており、回転センサ８からの回転数信号８ａと、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ９（減速検出手段）からのアクセル開度信号９ａとが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１０に入力されるようになっている。

そして、この制御装置１０は、アクセル開度信号９ａと回転数信号８ａとに基づき、ディーゼルエンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料添加手段の燃料噴射装置１１に向け燃料噴射信号１１ａが出力されるようになっている。ここで、燃料噴射装置１１は、各気筒毎に装備される複数のインジェクタ（図示せず）により構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が燃料噴射信号１１ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング（開弁時期）及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。

又、制御装置１０では、排気管４で流路切換手段７の上流側に設けられた排気絞り手段の排気ブレーキ１２に対し、排気ブレーキレバー１３からの指令信号１３ａにより排気絞り開度指令信号１２ａが出力されるようになっている。

更に、制御装置１０においては、切換バルブ等の流路切換手段７に対し、アクセルセンサ９からのアクセル開度信号９ａと、回転センサ８からの回転数信号８ａと、排気ブレーキレバー１３からの指令信号１３ａとに基づき、流路切換手段７の切換信号７ａが出力されるようになっている。

更に又、制御装置１０では、アクセル開度信号９ａ及び回転数信号８ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１１ａが決定されるようになっており、後処理手段５の一例によっては、パティキュレートフィルタ５ａの強制再生を行う必要が生じた際に、通常モードから強制再生モードに切り替わり、圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うような燃料噴射信号１１ａが決定されている。

以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。

後処理手段５を再生している途中で、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、制御装置１０からの燃料噴射信号１１ａ及び切換信号７ａに基づき、燃料添加手段の燃料噴射装置１１により燃料の添加を停止すると共に流路切換手段７により流路を後処理手段５側の排気管４からバイパス流路６へ切換え、ディーゼルエンジン１からの新気をバイパス流路６へ流すことにより、後処理手段５への新気の流入を防止して後処理手段５を高温を維持する。ここで、後処理手段５がパティキュレートフィルタ５ａであり、パティキュレートフィルタ５ａを再生している途中で減速した際には、バイパス流路６への切換によりパティキュレートフィルタ５ａを高温を維持している。なお、パティキュレートフィルタ５ａを再生している途中でなく、通常の場合には、パティキュレートフィルタ５ａにより排気ガス２中のパティキュレートを適宜捕集している。

又、後処理手段５を再生している途中で、走行中に排気ブレーキレバー１３をオンにした際には、制御装置１０からの開度指令信号１２ａに基づき、流路切換手段７によりバイパス流路６を閉じるよう流路を後処理手段５側の排気管４へ切換えると共に、排気絞り手段の排気ブレーキ１２により流路を絞り込み、排気ガス２を昇圧して排気温度を上昇させ、後処理手段５を高温を維持する。

一方、後処理手段５を再生している途中で、走行中に運転者がアクセルをオフからオンにして加速した際には、制御装置１０から燃料噴射信号１１ａ及び切換信号７ａに基づき、燃料添加手段の燃料噴射装置１１により燃料の添加を開始すると共に、流路切換手段７により流路をバイパス流路６から後処理手段５側の排気管４へ切換え、ディーゼルエンジン１からの高温の排気ガス２を後処理手段５へ流すことにより、後処理手段５を高温を維持する。ここで、後処理手段５がパティキュレートフィルタ５ａであり、アクセルをオンにして減速から加速へ転じる際には、パティキュレートフィルタ５ａへの高温の排気ガス２の流入によってパティキュレートフィルタ５ａの再生を再開している。

而して、このようにすれば、後処理手段５を再生している途中で、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、流路切換手段７により後処理手段５側の排気管４からバイパス流路６へ切換えるので、燃料の添加の停止の状態であっても、新気が後処理手段５へ流入することを抑制して後処理手段５の温度低下を防止し、結果的に、排気ガス２の浄化能力を好適に保つことができる。

排気管４の流路を絞り込む排気絞り手段の排気ブレーキ１２を備え、排気絞り手段の排気ブレーキ１２により流路を絞り込んだ際には流路切換手段７によりバイパス流路６を閉じるよう構成すると、流路切換手段７により排気ガス２を後処理手段５側の排気管４へ流すと共に、排気絞り手段の排気ブレーキ１２により排気ガス２を昇圧して排気温度を上昇させるので、後処理手段５の温度低下を防止することができる。

後処理手段５をパティキュレートフィルタ５ａにすると共に、パティキュレートフィルタ５ａの上流から燃料を添加し得る燃料添加手段の燃料噴射装置１１を備え、燃料添加手段の燃料噴射装置１１により燃料を添加してパティキュレートフィルタ５ａを再生する際に制御手段で処理するよう構成すると、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、流路切換手段７によりパティキュレートフィルタ５ａ側の排気管４からバイパス流路６へ切換えるので、パティキュレートフィルタ５ａを再生する途中であっても、新気がパティキュレートフィルタ５ａへ流入することを抑制し、パティキュレートフィルタ５ａの温度低下を防止し、結果的に、パティキュレートフィルタ５ａの再生を速やかに再開することができる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
２ 排気ガス
４ 排気管
４ａ 分岐箇所
５ 後処理手段
５ａ パティキュレートフィルタ
６ バイパス流路
７ 流路切換手段
８ 回転センサ（減速検出手段）
９ アクセルセンサ（減速検出手段）
１０ 制御装置
１１ 燃料噴射装置（燃料添加手段）
１２ 排気ブレーキ（排気絞り手段）

Claims (3)

1. エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に装備された後処理手段と、該後処理手段に対し排気ガスを迂回させて下流へ流すバイパス流路と、該バイパス流路の排気管に対する分岐箇所に設けられた流路切換手段と、走行中の減速を検出する減速検出手段と、該減速検出手段で減速を検出した際に流路切換手段により後処理手段側の排気管からバイパス流路へ切換える制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 排気管の流路を絞り込む排気絞り手段を備え、前記排気絞り手段により流路を絞り込んだ際には流路切換手段によりバイパス流路を閉じるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 後処理手段をパティキュレートフィルタにすると共に、該パティキュレートフィルタの上流から燃料を添加し得る燃料添加手段を備え、前記燃料添加手段により燃料を添加してパティキュレートフィルタを再生する際に制御手段で処理するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。

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