JP2006274979A

JP2006274979A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2006274979A
Application number: JP2005098003A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kodama; 健司児玉
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】エンジン停止時のパティキュレートフィルタの温度低下を抑制し、パティキュレートフィルタの強制再生を効率よく行うことが可能な排気浄化装置を提供する。
【解決手段】パティキュレートフィルタ（３０）の下流側の排気通路（１８）に設けられ、前記排気通路（１８）を開閉する下流側排気絞り弁（４０）と、
パティキュレートフィルタ（３０）の強制再生を行っているときに、エンジン（１）が停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁（４０）を閉じる排気制御手段（５２）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は排気浄化装置に関し、より詳しくはエンジンから排出される排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。

従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）を設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
このようなフィルタでは、捕集したパティキュレートがフィルタ内に堆積することにより、次第に排気抵抗が増大するため、適宜堆積したパティキュレートを何らかの方法で強制的に焼却してフィルタを再生する、即ちフィルタを強制再生しなければならない。

フィルタを強制再生するにはフィルタ温度を上昇させる必要があるが、そのためには排気通路に電気ヒータを設けたり、排気通路に設けた燃料添加弁から供給したＨＣや、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射することにより排気通路に供給したＨＣを燃焼させたりして排気温度を上昇させることが知られている。
このように、フィルタを強制再生する際には、電気エネルギや燃料を消費するため、できるだけ効率よくフィルタの温度を上昇させる必要がある。その１つの手法として、フィルタ下流側の排気通路に排気絞り弁を設け、車両が停止してエンジンがアイドル運転状態にあるときに、所定時間にわたり排気絞り弁を閉じると共にエンジンへの燃料供給量を増大させてエンジン回転数を上昇させることにより、フィルタの温度を速やかに上昇させるようにした排気浄化装置が知られている（特許文献１）。
特開平４−８６３１９号公報

しかしながら、近年ではアイドルストップの励行などで車両停止時にはエンジンも停止させる場合が多く、特に宅配業務に使用される車両では、頻繁に車両停止とそれに伴うエンジンストップが繰り返される。
このため、特許文献１の排気浄化装置のように、エンジン運転中に効率よくフィルタの温度上昇を行ってフィルタの強制再生を実施することができたとしても、車両停止時にエンジンを止めてしまうことによりフィルタの温度が低下してしまい、低下したフィルタ温度を上昇させるために、次にエンジンを始動した後に再び余分な燃料や電気エネルギを消費しなければならず、燃費が悪化するといった問題があった。

また、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に追加燃料を噴射することにより排気通路に供給したＨＣを燃焼させて排気温度を上昇させるようにした場合には、エンジンの始動と停止が頻繁に繰り返され、その都度フィルタの昇温のために追加燃料を噴射することで、燃料の一部がエンジンの潤滑油中に混入して潤滑油を希釈化し、エンジンの潤滑不良を招く恐れがあった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン停止時のパティキュレートフィルタの温度低下を抑制し、パティキュレートフィルタの強制再生を効率よく行うことが可能な排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配置され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、予め定められた条件が成立すると前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う再生制御手段と、前記パティキュレートフィルタ下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する下流側排気絞り弁と、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンが停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁を閉じる排気制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成した排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときにエンジンが停止すると、排気制御手段がパティキュレートフィルタ下流側の排気通路に設けられた下流側排気絞り弁を閉じる。
また、前記パティキュレートフィルタ上流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する上流側排気絞り弁を更に備え、前記排気制御手段は、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンが停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁と前記上流側排気絞り弁とを共に閉じることを特徴とする（請求項２）。

このように構成した排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときにエンジンが停止すると、排気制御手段がパティキュレートフィルタ下流側の排気通路に設けられた下流側排気絞り弁と、パティキュレートフィルタ上流側の排気通路に設けられた上流側排気絞り弁とを共に閉じる。
更に、前記排気制御手段は、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンがアイドル運転状態になったことを検知すると、前記上流側排気絞り弁のみを閉じることを特徴とする（請求項３）。

また具体的には、前記パティキュレートフィルタは、炭化珪素により形成されることを特徴とする（請求項４）。

請求項１の排気浄化装置によれば、強制再生中にエンジンが停止すると排気制御手段が下流側排気絞り弁を閉じるので、それまでに行われていた強制再生で温度が上昇しているパティキュレートフィルタの熱が、排気通路から大気中へと放出されず、パティキュレートフィルタの温度低下が抑制される。従って、その後にエンジンが再始動されてパティキュレートフィルタの強制再生を行うときに、パティキュレートフィルタを強制再生可能な温度まで昇温する時間が短縮されることになる。これにより、パティキュレートフィルタ昇温のために消費される電気エネルギや燃料を低減し、燃費の悪化を防止することができる。

また、請求項２の排気浄化装置によれば、強制再生中にエンジンが停止すると排気制御手段が上流側排気絞り弁と下流側排気絞り弁の両方を閉じるので、パティキュレートフィルタが密閉状態となり、より一層効果的にパティキュレートフィルタの保温が行われる。このため、パティキュレートフィルタ昇温のために消費される電気エネルギや燃料をより一層低減し、燃費の悪化を防止することができる。

更に、請求項３の排気浄化装置によれば、強制再生を行っているときに、エンジンがアイドル運転状態になったことを検知すると、上流側排気絞り弁のみを閉じるようにしたので、アイドル運転によって温度が低下した排気がパティキュレートフィルタに流入して、パティキュレートフィルタの温度が低下してしまうのを防止することができる。また、このとき下流側排気絞り弁も閉じてしまうと排気圧力が上昇するため、パティキュレートフィルタを収容するケーシングの耐圧性能を向上させなければならないが、下流側排気絞り弁は開いたままであるため、ケーシングの耐圧性能を向上させるような構造とする必要がない。

また、請求項４の排気浄化装置によれば、従来から広く用いられているコージェライトで形成されたパティキュレートフィルタに比べ、炭化珪素で形成されたパティキュレートフィルタは熱容量が大きいため、エンジン停止時に下流側排気絞り弁を閉じるのと相俟って、パティキュレートフィルタの温度低下をより一層良好に抑制することが可能となる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒に共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、コモンレール２に蓄えられた高圧の軽油を各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。

吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁５４を介して吸気マニホールド１２に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ１４が設けられている。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１６を介して排気管（排気通路）１８に接続されている。なお、排気マニホールド１６と吸気マニホールド１２との間には、ＥＧＲ弁２０を介して排気マニホールド１６と吸気マニホールド１２とを連通するＥＧＲ通路２２が設けられている。
排気管１８はターボチャージャ８のタービン８ｂを経て排気後処理装置２４に接続されている。タービン８ｂはコンプレッサ８ａと連結されており、排気管１８内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。

また、タービン８ｂと排気後処理装置２４との間には、車両の減速時に排気管１８を閉じて排気ブレーキとして作動する上流側排気絞り弁２６が介装されている。
排気後処理装置２４は、ケーシング内の上流側に酸化触媒２８が収容されると共に、この酸化触媒２８の下流側には、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３０が収容されている。

酸化触媒２８は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ₂を生成し、このＮＯ₂を酸化剤としてフィルタ３０に供給するものである。また、フィルタ３０は、ハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。なお、フィルタ３０は炭化珪素を素材としており、コージェライトを素材とするフィルタに比して熱容量が大きく、保温性が向上している。

フィルタ３０に堆積しているパティキュレートは、酸化触媒２８から供給されたＮＯ₂と反応して酸化し、フィルタ３０の連続再生が行われるようになっている。
酸化触媒２８とフィルタ３０との間には、酸化触媒２８の出口側の排気温度を酸化触媒２８の温度として検出する触媒温度センサ３２と、フィルタ３０上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ３４とが設けられている。また、フィルタ３０の下流側には、フィルタ３０下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ３６と、フィルタ３０の出口側の排気温度をフィルタ３０の温度として検出するフィルタ温度センサ３８とが設けられている。

排気後処理装置２４の下流側の排気管１８には、排気管１８を開閉する下流側排気絞り弁４０が設けられており、下流側排気絞り弁４０が排気後処理装置２４の下流側の排気管１８を閉じることにより、フィルタ３０の熱が排気管１８から大気中に逃げるのを防止するようにしている。
ＥＣＵ４２は、エンジン１を含め、本発明に係る排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。

ＥＣＵ４２の入力側には、各種制御を行うのに必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１４、触媒温度センサ３２、上流圧力センサ３４、下流圧力センサ３６、及びフィルタ温度センサ３８のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ４４、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ４６などの各種センサ類やエンジン１の運転時にオンとなり停止時にオフとなるエンジンキースイッチ４８などが接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４やＥＧＲ弁２０、吸気制御弁５４、上流側排気絞り弁２６、及び下流側排気絞り弁４０などの各種デバイス類が接続されている。

エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ４２によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ４４によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ４６によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動される。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒２８を用いた連続再生により、フィルタ３０に堆積したパティキュレートの酸化除去が行われるが、エンジン１の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒２８の活性化温度まで上昇せず、排気中のＮＯが酸化されずに連続再生が行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ３０内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ３０が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ３０におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。

この強制再生の制御は、図２に示すように、ＥＣＵ４２内の再生制御部（再生制御手段）５０によって行われる。即ち、再生制御部５０には回転数センサ４４、触媒温度センサ３２、フィルタ温度センサ３８、上流圧力センサ３４、下流圧力センサ３６、及び吸気流量センサ１４からの検出信号が入力されており、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁４からエンジン１の各気筒に供給される燃料を制御することにより、フィルタ３０の強制再生制御を行う。

再生制御部５０による強制再生制御は、図３に示すフローチャートに従い、エンジン１が運転中であるときにＥＣＵ４２によって所定の制御周期で実行される。
まず、図３のステップＳ２において、強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１は強制再生を実行中であるか否かを示すものであり、値が１であると強制再生を実行中であり、値が０であると強制再生を実行していないことを示す。強制再生フラグＦ１の初期設定値は０となっており、最初の制御周期ではステップＳ２からステップＳ４へと進む。

ステップＳ４では、フィルタ３０の強制再生が必要であるか否かの判断がなされる。具体的には、上流圧力センサ３４と下流圧力センサ３６の検出値から求めたフィルタ３０前後の差圧と、吸気流量センサ１４の検出値から算出したフィルタ３０への排気流量とに基づき、フィルタ３０へのパティキュレートの堆積量を推定し、この堆積推定量が強制再生開始判定値以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。この場合にはステップＳ６に進み、強制再生フラグＦ１の値を１とし、強制再生フラグＦ１が強制再生実行中であることを示すように変更する。一方、パティキュレートの推定堆積量が強制再生開始判定値未満である場合は、現時点での強制再生が不要であると判定し、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップＳ２から処理を行う。

ステップＳ４で強制再生が必要であると判断してステップＳ６に進み、強制再生フラグＦ１の値を１とした後、ステップＳ８に進むと、触媒温度センサ３２の検出値に基づき、酸化触媒２８の温度Ｔｃが２５０℃以上となって、酸化触媒２８が活性化したか否かを判定する。
触媒温度Ｔｃが２５０℃未満である場合にはステップＳ１０に進み、酸化触媒２８の昇温制御が行われる。

この昇温制御は、酸化触媒２８に高温の排気を供給することにより、酸化触媒２８の温度を活性化温度（例えば２５０℃）まで昇温するものであり、吸気制御弁５４や上流側排気絞り弁２６を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程において第１の追加燃料噴射を行う。第１の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド１６内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒２８に供給されることにより、酸化触媒２８の温度が上昇する。

次にステップＳ１８に進むと、ステップＳ４の時と同様に、フィルタ３０前後の差圧とフィルタ３０への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。
上述のように酸化触媒２８は十分活性化していない状況であるため、パティキュレートの焼却は行われておらず、パティキュレートの推定堆積量は強制再生終了判定値より大であると判定されて今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップＳ２から制御を行う。

この場合、既に強制再生フラグＦ１の値は１となっているので、ステップＳ２からステップＳ８へと進み、酸化触媒２８の温度Ｔｃが２５０℃未満である場合には、再びステップＳ１０で吸気制御弁５４及び上流側排気絞り弁２６の制御と第１追加燃料の噴射による触媒昇温制御が行われる。従って、酸化触媒２８の温度Ｔｃが２５０℃未満である間は、ステップＳ１０による触媒昇温制御が行われる。

このようにして触媒昇温制御が繰り返され、酸化触媒２８の温度Ｔｃが２５０℃以上になると、ステップＳ８からステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、触媒温度センサ３２の検出値に基づき、酸化触媒２８の温度Ｔｃが所定温度以上であるか否かが判定される。この所定温度は、フィルタ３０でパティキュレートが最も効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では６００℃を所定温度としている。

ステップＳ１２で触媒温度Ｔｃが６００℃以上であると判定するとステップＳ１４に進み、触媒温度Ｔｃが６００℃未満であると判定するとステップＳ１６に進む。
ステップＳ１４及びＳ１６は、フィルタ３０に供給される排気の温度を６００℃に維持するように、第２の追加燃料を各気筒に噴射するものであって、第２の追加燃料は排気行程で噴射されるようになっている。このような噴射タイミングで第２の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第２の追加燃料は気筒内や排気マニホールド１６内で燃焼することなく酸化触媒２８に達し、活性化温度にある酸化触媒２８及びフィルタ３０で燃焼する。この燃焼により排気温度が６００℃まで上昇し、フィルタ３０に堆積したパティキュレートが焼却される。

第２の追加燃料は回転数センサ４４によって検出されたエンジン回転数とＥＣＵ４２で決定される主噴射量（負荷）とをパラメータとするマップに記憶されており、このマップは第２の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、比較的少なめに設定された減量マップの２種類が用意されている。そして、ステップＳ１４では触媒温度Ｔｃが６００℃以上あるため、減量マップを用いて比較的少なめの第２の追加燃料を噴射し、ステップＳ１６では触媒温度Ｔｃが６００℃未満であるため、増量マップを用いて比較的多めの第２の追加燃料を噴射する。これによって酸化触媒２８から排出されてフィルタ３０に供給される排気の温度が６００℃前後に維持される。

ステップＳ１４又はＳ１６で第２の追加燃料を噴射すると、ステップＳ１８に進み、前述したように、フィルタ３０前後の差圧とフィルタ３０への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。パティキュレートの推定堆積量が強制再生終了判定値より大である場合には、依然としてフィルタ３０の強制再生が必要であると判断し、この制御周期を終えて、次の制御周期で再びステップＳ２から制御を行う。

一方、ステップＳ１８で、パティキュレートの推定堆積量が強制再生終了判定値以下となり、フィルタ３０の強制再生が完了したと判断されると、ステップＳ２０に進み、強制再生フラグＦ１の値を０として、今回の制御周期を終了する。このようにして強制再生フラグＦ１の値が０になると、次の制御周期ではステップＳ２からステップＳ４へと進むので、再びフィルタ２の強制再生が必要となるまでは、ステップＳ２からステップＳ４の処理が繰り返され、制御周期毎に強制再生の要否が判断される。

以上が再生制御部５０による強制再生制御の内容であるが、フィルタ３０の強制再生が完了する前、即ち、図３のフローチャートのステップＳ１８で強制再生完了と判断してステップＳ２０で強制再生フラグＦ１の値を１から０に変更する前に、エンジンキースイッチ４８がオフにされてエンジン１が停止すると、その時点で図３のフローチャートに基づく強制再生制御は一旦終了する。このとき、強制再生フラグＦ１の値は１とされたままの状態で再生制御部５０によって記憶されている。

ＥＣＵ４２内の排気制御部（排気制御手段）５２は、エンジンキースイッチ４８からの信号を受け、エンジン１が停止したことを検知すると共に、再生制御部５０に記憶されている強制再生フラグＦ１の値が１であることを受け、強制再生中にエンジン１が停止したため、フィルタ３０を保温すべきであると判断し、図４に示すフローチャートに従ってフィルタ３０の保温制御を行う。

即ち、まずステップＳ１０２において、再生制御部５０に記憶されている強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かの判断を行う。そして、強制再生フラグＦ１の値が０である場合は、強制再生中ではないのでフィルタ３０の保温は不要であるとして、ステップＳ１０６に進んで下流側排気絞り弁４０を全開にすると共に、ステップＳ１０８で上流側排気絞り弁２６を全開にする。なお、上流側排気絞り弁２６は排気ブレーキとしても作動するため、車両減速時などで排気ブレーキを使用する必要が生じた場合は、ステップＳ１０８の制御に優先して排気ブレーキとして上流側排気絞り弁２６の開閉制御が行われるようになっている。

一方、強制再生フラグＦ１の値が１である場合は強制再生中であり、ステップＳ１０４に進んでエンジン１が運転中であるか否かの判断を、エンジンキースイッチ４８からの信号に基づき行う。エンジンキースイッチ４８がオン状態にあり、エンジン１が運転中であると判断した場合には、再生制御部５０による強制再生制御の実行中であり、フィルタ３０の昇温制御が行われているので、フィルタ３０の保温は不要であるとして、ステップＳ１０６に進んで下流側排気絞り弁４０を全開にすると共に、ステップＳ１０８で上流側排気絞り弁２６を全開にする。このとき、上流側排気絞り弁２６は排気ブレーキとしても作動するため、車両減速時などで排気ブレーキを使用する必要が生じた場合は、ステップＳ１０８の制御に優先して排気ブレーキとして上流側排気絞り弁２６の開閉制御が行われるようになっている。

ステップＳ１０４で、エンジンキースイッチ４８がオフ状態にあり、エンジン１が停止中であると判断した場合には、ステップＳ１０２における判断結果と併せ、強制再生中にエンジン１が停止したことから、フィルタ３０の保温が必要であるとして、ステップＳ１１０に進んで下流側排気絞り弁４０を全閉にすると共に、ステップＳ１１２で上流側排気絞り弁２６を全閉にする。

この状態はエンジン１が再始動されるまで継続し、エンジン１が再始動されると、ステップＳ１０２からステップＳ１０４に進んだ際に、エンジン１が運転中であると判断してステップＳ１０６に進み、下流側排気絞り弁４０を全開にすると共に、ステップＳ１０８で上流側排気絞り弁２６を全開にする。
このようにして、フィルタ３０の強制再生を行っているときにエンジン１が停止状態になると、排気後処理装置２４の上流側及び下流側の排気管１８が閉じられるので、排気後処理装置２４が密閉され、酸化触媒２８及びフィルタ３０の熱が排気管１８から大気中に漏れず、強制再生制御によって上昇したフィルタ３０の温度の低下が抑制される。

このときのフィルタ３０の入口温度の変化を図５に示す。図５は、上から、強制再生フラグＦ１の値、エンジン状態、フィルタ入口温度、及び下流側排気絞り弁のそれぞれの状態を時間経過と共に示している。図５に示すように、エンジン１が運転中に時刻ｔ１において、強制再生フラグＦ１の値が０から１に変わり、フィルタ３０の強制再生が必要になると、再生制御部５０で実行される強制再生制御により、フィルタ３０の入口温度が上昇して６００℃を超えるようになる。

この強制再生制御を実行中に、時刻ｔ２でエンジンキースイッチ４８がオフにされてエンジン１が停止すると、排気制御部５２の保温制御により下流側排気絞り弁４０と上流側排気絞り弁２６が全閉となって排気後処理装置２４が密閉状態となることにより、図中に実線で示すように、フィルタ入口温度は徐々に低下するものの、時刻ｔ３でも５００℃を幾分下回る程度となる。

そして、時刻ｔ３でエンジン１が再始動されると、下流側排気絞り弁４０と上流側排気絞り弁２６が全開とされ、強制再生フラグＦ１の値が１のままであるので、再生制御部５０による強制再生制御が再開されて、フィルタ入口温度が再び上昇してフィルタ３０の強制再生が行われる。
図５中に一点鎖線で示すフィルタ入口温度は、排気制御部５２による保温制御が行われない場合の変化を表すものである。この場合には、時刻ｔ２でエンジン１が停止すると、保温制御が行われる場合に比べてフィルタ入口温度が急激に低下し、時刻ｔ３では４００℃を大きく下回るようになる。この結果、時刻ｔ３でエンジン１が再始動された後、再生制御部５０による強制再生制御が再開されてフィルタ入口温度が強制再生可能な温度まで上昇するにはかなりの時間を要することになる。

以上のように、フィルタ３０の強制再生実施中にエンジン１が停止した場合には、排気制御部５２の保温制御により下流側排気絞り弁４０と上流側排気絞り弁２６が全閉となって排気後処理装置２４が密閉状態となることにより、強制再生で上昇したフィルタ３０の温度の低下が抑制されるので、エンジン１の再始動後のフィルタ３０の再昇温時間が短縮され、燃料の消費量を低減することができる。

更に、フィルタ３０がコージェライトに比して熱容量が大きい炭化珪素を素材としているため、フィルタ３０の温度が良好に保持されて効率のよい強制再生を実現することができる。
また、エンジンの始動と停止が頻繁に繰り返されても、エンジンの膨張行程や排気行程における追加燃料の噴射を長時間継続する必要がないため、燃料の一部がエンジンの潤滑油中に混入することによる潤滑油の希釈化を抑制することができる。

以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、フィルタ３０の強制再生実施中にエンジン１が停止した場合、下流側排気絞り弁４０を閉じると共に、排気ブレーキとして作動する上流側排気絞り弁２６も閉じたが、下流側排気絞り弁４０のみを閉じるようにしてもよい。

この場合、排気後処理装置２４は密閉状態とはならないものの、フィルタ３０の熱が最も逃げやすい大気との連通が下流側排気絞り弁４０の全閉によって防止されるので、フィルタ３０の温度低下を良好に抑制することができる。
また、上記実施形態では、フィルタ３０の強制再生実施中にエンジン１が停止した場合に、上流側排気絞り弁２６と下流側排気絞り弁４０を共に閉じ、それ以外の場合には共に開くようにしたが、強制再生中のエンジン１のアイドル運転時にこれらを開閉制御するようにしてもよい。

例えば、エンジン１のアイドル運転時は排気温度が大きく低下することから、強制再生実施中にアイドル状態となった場合には一旦強制再生を中断するようにし、アイドル運転中はフィルタ３０の保温制御を実行する。この場合、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ８の前にエンジン１がアイドル運転か否かを判断するステップを追加し、エンジン１がアイドル運転である場合には、その制御周期における処理を終了する一方、エンジン１がアイドル運転ではない運転状態の場合にはステップＳ８に進んで酸化触媒２８の昇温制御を行うようにする。このようにすることにより、ステップＳ４でフィルタ３０の強制再生が必要と判断してステップＳ６から進んだ場合と、既に強制再生フラグＦ１の値が１となってステップＳ２から進んだ場合のいずれも、エンジン１がアイドル運転である場合には強制再生が一旦中断されるようになる。

そして、排気制御部５２によって行われる保温制御については、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１０４でエンジン１が停止状態か否かを判断する代わりに、エンジン１が停止状態又はアイドル運転状態であるか否かを判断するようにして、いずれかの状態である場合には下流側排気絞り弁４０と上流側排気絞り弁２６の両方を閉じるようにしてもよいが、アイドル運転中に下流側排気絞り弁４０を閉じてしまうと、排気後処理装置２４内の排気圧力も上昇するため、排気後処理装置２４のケーシングの耐圧性を向上させる必要がある。そこで、そのような必要性が生じないような保温制御を、変形例として図６のフローチャートに示す。

図６のフローチャートにおいて、図４のフローチャートと同じ処理を行うステップには図４と同じ符号を用いており、図４のフローチャートに対してステップＳ１１４、ステップＳ１１６及びステップＳ１１８が追加されている。
従って、ステップＳ１０２からステップＳ１０６及びステップＳ１０８に進んで行われる処理、及びステップＳ１０２からステップＳ１０４を経てステップＳ１１０及びステップＳ１１１２に進んで行われる処理は、図４のフローチャートによるものと全く同じである。

一方、図４のフローチャートでは、ステップＳ１０４でエンジン１が停止状態にないと判断すると、直ちに下流側排気絞り弁４０と上流側排気絞り弁２６とを全開としたが、図６のフローチャートでは、ステップＳ１０４からステップＳ１１４に進み、ステップＳ１１４でエンジン１がアイドル運転状態であるか否かを判断する。なお、アイドル運転か否かの判断は、アクセル開度センサ４６の検出結果に基づいて行われる。

そして、ステップＳ１１４でエンジン１がアイドル運転状態であると判断すると、ステップＳ１１６に進んで下流側排気絞り弁４０を全開とすると共に、ステップＳ１１８に進んで上流側排気絞り弁２６を全閉とする。一方、エンジン１がアイドル運転状態ではない場合には、ステップＳ１１４からステップＳ１０６に進んで下流側排気絞り弁４０を全開とすると共に、ステップＳ１０８に進んで上流側排気絞り弁２６を全開とする。

このように、強制再生中にエンジン１がアイドル運転状態になると、上流側排気絞り弁２６のみを全閉とし、アイドル運転により温度が低下した排気がフィルタ３０内に流入してフィルタ３０の温度が低下してしまうのを防止する。このとき、下流側排気絞り弁４０は全開になっているので、排気後処理装置２４内の排気圧力が上昇することはなく、排気亜路処理装置２４のケーシングについて耐圧性を向上させる必要はない。

上記実施形態では、エンジン１の膨張行程や排気行程における追加燃料の噴射によりフィルタ３０の強制再生を行うようにしたが、フィルタ３０の強制再生の方法はこれに限られるものではなく、電気ヒータを用いてフィルタ３０を過熱するものや、排気管１８に燃料添加弁を設け、排気中に直接燃料を添加するようにしたものなど、フィルタ３０の温度を上昇させてパティキュレートを焼却するようにしたものであれば、どのようなものでも適用可能である。

また、フィルタ３０の強制再生開始及び終了の判断を、フィルタ３０前後の差圧とフィルタ３０への排気流量とから推定したパティキュレートの堆積量を強制再生開始判定値や強制再生終了判定値と比較することにより行っていたが、判断の方法はこれに限られるものではなく、エンジン１への燃料供給量や、エンジン１の運転時間等に基づいてパティキュレート堆積量を推定して判断するようにしてもよいし、種々知られている方法を用いて強制再生の開始及び終了を判断することができる。

更に、フィルタ３０の素材を炭化珪素としたが、コージェライトを素材とするものであっても、それ自体の保温性は幾分低下するものの、保温制御による効果は同様に得ることができる。
最後に、上記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジン形式はこれに限定されるものではなく、フィルタを用いてパティキュレートの除去を行い、パティキュレートの焼却によりフィルタの再生を行うエンジンであればどのようなものでも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成図である。図１の排気浄化装置で行われる強制再生制御及び保温制御の制御ブロック図である。図１の排気浄化装置で行われる強制再生制御のフローチャートである。図１の排気浄化装置で行われる保温制御のフローチャートである。図１の排気浄化装置で行われる保温制御に関するタイムチャートである。図１の排気浄化装置で行われる保温制御の変形例のフローチャートである。

符号の説明

１エンジン
１８排気管（排気通路）
２６上流側排気絞り弁
３０フィルタ（パティキュレートフィルタ）
４０下流側排気絞り弁
５０再生制御部（再生制御手段）
５２排気制御部（排気制御手段）

Claims

エンジンの排気通路に配置され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
予め定められた条件が成立すると前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う再生制御手段と、
前記パティキュレートフィルタ下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する下流側排気絞り弁と、
前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンが停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁を閉じる排気制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタ上流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する上流側排気絞り弁を更に備え、
前記排気制御手段は、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンが停止したことを検知すると、前記下流側排気絞り弁と前記上流側排気絞り弁とを共に閉じることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
前記排気制御手段は、前記強制再生手段によって前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記エンジンがアイドル運転状態になったことを検知すると、前記上流側排気絞り弁のみを閉じることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタは、炭化珪素により形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化装置。