JP2007040221A

JP2007040221A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2007040221A
Application number: JP2005226595A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Murata; 峰啓村田; Yoshihisa Takeda; 好央武田; Nobuhiro Kondo; 暢宏近藤
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】未燃燃料成分の排出を抑えながら、触媒コンバータを迅速に昇温して排気浄化性能を確保できるようにした排気浄化装置を提供する。
【解決手段】触媒コンバータ（３８）より上流側の排気通路（２０）にフロント酸化触媒（３０）を配設し、触媒コンバータ（３８）の入口側排気温度に基づき推定したフロント酸化触媒（３０）の温度がライトオフ温度に達していないときには、フロント酸化触媒（３０）の温度に応じて設定される燃料供給量及び／又はフロント酸化触媒（３０）の温度に応じて設定される遅角量でポスト噴射を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に触媒コンバータの上流に、この触媒コンバータが排気を浄化可能な温度となるように昇温するためのフロント触媒を備えた排気浄化装置に関する。

エンジンから排出される排気を浄化するための触媒コンバータが良好な排気浄化性能を発揮するためには、触媒コンバータが活性化温度に達している必要がある。しかし、エンジン始動直後や排気温度が低いアイドル運転時などでは、触媒コンバータが活性化温度に達しておらず、十分な排気浄化を行うことができない場合がある。
このような問題を解決するため、触媒コンバータの上流側で比較的エンジンに近い位置に、触媒コンバータを昇温するためのフロント触媒を設けることが知られている。この排気浄化装置では、エンジンの気筒内に主噴射を行った後の膨張行程または排気行程にポスト噴射を行うなどのエンジンの燃焼制御によりフロント酸化触媒にＨＣやＣＯを供給し、フロント酸化触媒でこのＨＣやＣＯが酸化することで高温となった排気によって触媒コンバータを活性化温度まで昇温する。

このようなフロント酸化触媒を備えた排気浄化装置は、例えば特許文献１などに開示されている。
特開２００１−２２７３７９号公報

フロント酸化触媒にポスト噴射でＨＣやＣＯを供給して触媒コンバータを活性化温度に昇温するようにした排気浄化装置では、昇温制御の開始直後などでフロント酸化触媒自体が活性化していない場合がある。この場合に、触媒コンバータを活性化温度に昇温するためのポスト噴射を実行すると、フロント酸化触媒でＨＣやＣＯが酸化されず、そのまま大気中に放出されてしまうという問題がある。

図６は、エンジンがアイドル運転のときに、フロント酸化触媒が活性化していない状態で触媒コンバータの活性化温度への昇温に必要なポスト噴射を実行した場合の、フロント酸化触媒温度とフロント酸化触媒入口側の排気温度、並びにそのときフロント酸化触媒に供給されるＨＣ及びＣＯの量とフロント酸化触媒から排出されるＨＣ及びＣＯの量を時間の経過と共に示す図である。

ポスト噴射による昇温制御を開始する前の時点では、フロント酸化触媒温度が図中に一点鎖線で示すフロント酸化触媒のライトオフ温度（酸化を開始する温度）より低い状態にあり、図中のａの時点でポスト噴射による昇温制御が開始される。
ポスト噴射の開始により、触媒コンバータを活性化温度に昇温するのに必要な量のＨＣが気筒内に供給され、そのごく一部が排気中で燃焼してフロント酸化触媒入口側の排気温度が上昇することによりフロント酸化触媒の温度も徐々に上昇していく。このときポスト噴射で供給されたＨＣ及びＣＯは、ライトオフ温度に達していないフロント酸化触媒を通過し、触媒コンバータに達する。触媒コンバータも活性化温度に達していないため、これらＨＣ及びＣＯはそのまま大気中に排出されてしまうことになる。

やがて排気温度の上昇により、ＨＣ及びＣＯの燃焼量も徐々に増加するため、フロント酸化触媒から排出されるＨＣとＣＯの量は減少し始め、図６中のｂ点でフロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達する。
フロント酸化触媒がライトオフ温度に達した後は、ポスト噴射により供給されたＨＣやＣＯがフロント酸化触媒で酸化されるため、フロント酸化触媒から排出されるＨＣやＣＯの量が急激に減少すると共に、フロント酸化触媒の温度は、ＨＣやＣＯの反応熱によって入口側排気温度より高温となって上昇していくことになる。

このように、フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していない状態で、触媒コンバータを活性化温度に昇温するのに必要なポスト噴射をそのまま実行してしまうと、図６中のａ点からｂ点までの間に、大量のＨＣとＣＯが大気中に放出されてしまうことになる。
特許文献１の排気浄化装置においても、フロント酸化触媒が活性化していない場合に排気温度を上昇させるために、ポスト噴射により一定量の燃料を供給するようにしているので、ポスト噴射でフロント酸化触媒に供給されたＨＣやＣＯがフロント酸化触媒で酸化されずにそのまま大気中に放出されることになる。

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、未燃燃料成分の排出を抑えながら、触媒コンバータを迅速に昇温して排気浄化性能を確保できるようにした排気浄化装置を提供することにある。

前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設され前記エンジンの排気を浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータより上流側の前記排気通路に配設されたフロント酸化触媒と、前記触媒コンバータの入口側排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記排気温度検出手段によって検出された前記触媒コンバータの入口側排気温度に基づき推定した前記フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していないときに、前記フロント酸化触媒の温度に応じて設定される量の燃料を、前記エンジンの気筒内への主噴射の後のポスト噴射により前記気筒内に供給する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成された排気浄化装置によれば、触媒コンバータの入口側排気温度から推定したフロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していないときに、フロント酸化触媒の温度に応じて設定される量の燃料が、主噴射の後のポスト噴射により気筒内に供給される。
また、前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設され前記エンジンの排気を浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータより上流側の前記排気通路に配設されたフロント酸化触媒と、前記触媒コンバータの入口側排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記排気温度検出手段によって検出された前記触媒コンバータの入口側排気温度に基づき推定した前記フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していないときに、前記フロント酸化触媒の温度に応じて設定される遅角量で、前記エンジンの気筒内への主噴射の後のポスト噴射により前記気筒内に燃料を供給する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項２）。

このように構成された排気浄化装置によれば、触媒コンバータの入口側排気温度から推定したフロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していないときに、フロント酸化触媒の温度に応じて設定される遅角量の噴射時期で実行されるポスト噴射により燃料が気筒内に供給される。
また、このような排気浄化装置において、前記制御手段は、前記ポスト噴射の燃料量を前記フロント酸化触媒の温度に応じて設定することを特徴とする（請求項３）。

このように構成された排気浄化装置では、ポスト噴射の際の燃料量についてもフロント酸化触媒の温度に応じて設定される。
また、これらの排気浄化装置のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記フロント酸化触媒の温度が前記ライトオフ温度に達した後は、前記触媒コンバータが前記排気を浄化可能な温度となるように、前記ポスト噴射を行うことを特徴とする（請求項４）。

このように構成された排気浄化装置によれば、フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達した後は、ポスト噴射によってフロント酸化触媒に供給されたＨＣやＣＯがフロント酸化触媒で酸化されることにより、触媒コンバータが排気を浄化可能な温度とされる。

請求項１の排気浄化装置によれば、フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していないときには、フロント酸化触媒の温度に応じた量の燃料が主噴射の後のポスト噴射で気筒内に供給されるので、筒内での膨張行程後期における燃焼が可能で且つフロント触媒で反応可能な燃料量となるようにポスト噴射による燃料供給量を調整することが可能となり、例えばフロント酸化触媒の温度が低いほどポスト噴射による燃料供給量を少なくするように制御することが可能となる。

このようなポスト噴射を行うことにより、ポスト噴射で供給されたＨＣやＣＯがフロント酸化触媒で酸化されずにそのまま大気中に放出されるといった問題を防止しながら、膨張行程後期における筒内燃焼によって排気を昇温させ、またフロント酸化触媒の微量の酸化反応によりフロント酸化触媒や触媒コンバータを迅速に昇温して活性化することができる。

また、請求項２の排気浄化装置によれば、フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していないときには、フロント酸化触媒の温度に応じた遅角量の噴射時期で、主噴射の後のポスト噴射により気筒内に燃料が供給されるので、筒内で膨張行程後期にポスト噴射された燃料が燃焼しやすくなるようにポスト噴射時期の遅角量を調整することが可能となり、例えばフロント酸化触媒の温度が低いほどポスト噴射の遅角量を少なくして、フロント酸化触媒に達するＨＣやＣＯの量を低減させると共にフロント酸化触媒に供給される排気の温度を迅速に上昇させることが可能となる。

このようなポスト噴射を行うことにより、ポスト噴射で供給されたＨＣやＣＯがフロント酸化触媒で酸化されずにそのまま大気中に放出されるといった問題を防止しながら、排気を昇温させ、またフロント酸化触媒の微量の酸化反応によりフロント酸化触媒や触媒コンバータを迅速に昇温して活性化することができる。
更に、請求項３の排気浄化装置によれば、ポスト噴射の遅角量をフロント酸化触媒の温度に応じて設定する際に、ポスト噴射の燃料量もフロント酸化触媒の温度に応じて設定するようにしたので、より一層良好にポスト噴射によるＨＣやＣＯの大気放出を抑制しながら、フロント酸化触媒や触媒コンバータを迅速に昇温して活性化することが可能となる。

また、請求項４の排気浄化装置によれば、フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達した後は、ポスト噴射によってフロント酸化触媒に供給されたＨＣやＣＯがフロント酸化触媒で酸化されることにより、触媒コンバータが排気を浄化可能な温度とされるので、触媒コンバータによる排気の浄化を良好に維持することができる。
更に、触媒コンバータの入口側排気温度に基づきフロント酸化触媒の温度を推定するようにしているので、高負荷運転から低負荷運転への移行時などで実際のフロント酸化触媒の温度がライトオフ温度より低下した場合であっても、触媒コンバータの入口側排気温度に基づくフロント酸化触媒の推定温度がライトオフ温度以上であれば、引き続き触媒コンバータが排気を浄化可能な温度となるようにポスト噴射が行われる。この場合には、フロント酸化触媒ではポスト噴射によるＨＣやＣＯが十分に酸化されずに触媒コンバータに流入することになるが、触媒コンバータに流入する排気の温度が十分高温であるため、触媒コンバータでこれらのＨＣやＣＯが酸化され、大気中にＨＣやＣＯが放出されることがない。

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、燃料噴射ポンプ（図示せず）から供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油が、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給され、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１２を介して吸気マニホールド１４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１６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１８を介して排気管（排気通路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。

タービン８ｂの近傍下流側の排気通路２０には、フロント酸化触媒３０が設けられている。このフロント酸化触媒３０は、エンジン１のアイドル運転時などで排気温度が比較的低い場合に、排気中のＨＣやＣＯを酸化することにより排気温度を上昇させ、排気後処理装置２８の排気浄化機能を維持するために設けられている。
排気後処理装置２８は、上流側ケーシング３２と、上流側ケーシング３２の下流側に連通路３４で連通された下流側ケーシング３６とで構成される。

上流側ケーシング３２内には、吸蔵型のＮＯｘ触媒（触媒コンバータ）３８が収容されると共に、ＮＯｘ触媒３８の下流側にパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）４０が収容されている。
この吸蔵型のＮＯｘ触媒３８は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がリッチであるときに、吸蔵しているＮＯｘを放出して還元する機能を有している。

また、フィルタ４０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おり、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化する。
ＮＯｘ触媒３８へのＮＯｘ吸蔵量が限界量を超えて吸蔵されなくなった排気中のＮＯｘはフィルタ４０に流入し、フィルタ４０に捕捉されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してフィルタ４０から除去してフィルタ４０を連続再生すると共にＮ_２となって大気中に排出される。

上流側ケーシング３２内には、フィルタ４０の前後に、フィルタ４０上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ４２と、フィルタ４０下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ４４とが設けられている。
下流側ケーシング３６内には、後段酸化触媒４６が収容されている。後段酸化触媒４６は、フロント酸化触媒３０やＮＯｘ触媒３８で浄化されずに排気中に残留するＨＣやＣＯを酸化するほか、ＮＯｘ触媒３８のＮＯｘ還元のための間欠的なリッチ運転の際にスリップするＨＣ及びＣＯの浄化や、後述するフィルタ４０の強制再生でスリップしたＨＣ及びＣＯを酸化したり、フィルタ４０の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯを酸化し、ＣＯ_２として大気中に排出する機能などを有している。

排気絞り弁２６と排気後処理装置２８との間の排気管２０には、排気後処理装置２８に流入する排気、即ちＮＯｘ触媒３８に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ（排気温度検出手段）４８と、燃料噴射ポンプ（図示せず）から燃料が供給され、排気管２０内の排気中に燃料を噴射する燃料添加弁５０とが設けられている。
ＮＯｘ触媒３８に流入する排気中に燃料添加弁５０から燃料を噴射して排気空燃比をリッチにすることにより、ＮＯｘ触媒３８に吸蔵されているＮＯｘが放出され還元される。また、後述するフィルタ４０の強制再生の際にも、燃料添加弁５０から排気中に燃料を噴射し、フィルタ４０の昇温を行う。

ＥＣＵ（制御手段）５２は、エンジン１の運転制御をはじめとして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。
ＥＣＵ５２の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１６、上流圧力センサ４２、下流圧力センサ４４、及び排気温度センサ４８のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ５４、及び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５６などの各種センサ類が接続されており、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、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６、及び燃料添加弁５０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ＥＣＵ５２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５４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５６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、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。

またＥＣＵ５２は、フィルタ４０を強制再生するための制御も行う。フィルタ４０に堆積したパティキュレートは、前述したようにフィルタ４０に流入するＮＯ_２との反応による連続再生によって酸化除去されるが、このような連続再生だけでは、堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ４０内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ４０が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ４０におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜フィルタ４０の強制再生が行われる。

即ち、上流圧力センサ４２及び下流圧力センサ４４や吸気流量センサ１６の検出値などに基づきフィルタ４０へのパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断すると、強制再生の制御が開始される。
この強制再生制御では、吸気制御弁１２や排気絞り弁２６を閉方向に制御することにより排気温度を上昇させると共に、インジェクタ４からのポスト噴射や燃料添加弁５０からの排気中への燃料噴射により、パティキュレートを焼却可能な温度までフィルタ４０を昇温する。即ち、燃料添加弁５０によって供給された燃料はＮＯｘ触媒３８に達し、ＮＯｘ触媒３８でのＨＣの酸化反応によって温度の上昇した高温の排気がフィルタ４０内に流入する。フィルタ４０に堆積したパティキュレートは高温の排気により焼却されフィルタ４０から除去される。

以上のように構成された排気浄化装置を備えるエンジン１がアイドル運転状態にある場合には、エンジン１から排出される排気の温度が低く、ＮＯｘ触媒３８が活性化していない場合がある。このような場合には、早急にＮＯｘ触媒を昇温して活性化させ、ＮＯｘが大気中に放出されるのを防止する必要があるため、各気筒の主噴射の後、膨張行程や排気行程でポスト噴射を実行することにより、ＮＯｘ触媒３８の昇温制御を行う。

このＮＯｘ触媒３８の昇温制御では、ポスト噴射によりフロント酸化触媒３０にＨＣ及びＣＯを供給し、フロント酸化触媒３０でのＨＣやＣＯの酸化反応によって温度が上昇した排気をＮＯｘ触媒３８に導入することで、ＮＯｘ触媒３８を昇温して活性化させる。
このようなＮＯｘ触媒３８の昇温制御は、図２に示すフローチャートに従って、所定の制御周期で行われる。

昇温制御がスタートすると、まずステップＳ２で、排気温度センサ４８によって検出されたＮＯｘ触媒３８の入口側排気温度に基づき、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆを推定する。本実施形態では、ＮＯｘ触媒３８の入口側排気温度を、そのままフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆとしている。
次に、ステップＳ４に進むと、ステップＳ２で推定したフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆがフロント酸化触媒３０のライトオフ温度（所定の酸化反応を開始する温度）以上であるか否かを判定する。

昇温制御の開始時点などでは、フロント酸化触媒３０自体も低温の排気により活性化していない可能性がある。フロント酸化触媒３０が活性化していない状態でＮＯｘ触媒３８を活性温度とするのに必要な量の燃料をポスト噴射で供給してしまうと、フロント酸化触媒３０に供給されたＨＣやＣＯが酸化せずにそのままフロント酸化触媒３０から排出されてしまうことになる。

そこで、ステップＳ４ではフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆがライトオフ温度に達しているか否かによって制御を切り換えるようにしているのである。
ステップＳ４でフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆがライトオフ温度に達していないと判定した場合はステップＳ６に進み、ステップＳ２で推定したフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆに対応するポスト噴射の燃料量を、予め記憶したポスト噴射量マップから読み出して設定する。

このポスト噴射量マップでは、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆとポスト噴射の燃料量との関係が図３のように設定されている。図中のＱｐはフロント酸化触媒３０が活性化しているときに、ＮＯｘ触媒３８を活性化温度まで昇温するのに必要な燃料量であって、フロント酸化触媒３０がライトオフ温度に達していない場合には、ポスト噴射による燃料供給量がこのＱｐより少なく、かつフロント酸化触媒３０の温度上昇と共に増大するようになっている。また、このときにポスト噴射で供給される燃料量は、筒内での膨張行程後期における燃焼が可能で且つフロント酸化触媒３０で適度の酸化反応が可能なＨＣ及びＣＯの量に対応するものとなっている。

従って、ステップＳ６では、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆに対応して図３中のＱｐより少ない燃料供給量が設定される。
このようにしてステップＳ６でポスト噴射により燃料供給量を設定した後、ステップＳ８に進んで、ステップＳ２で推定したフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆに対応するポスト噴射時期の遅角量を、予め記憶したポスト噴射遅角量マップから読み出して設定する。

このポスト噴射遅角量マップでは、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆとポスト噴射時期の遅角量との関係が図４のように設定されている。図中のＲｐはフロント酸化触媒３０が活性化しているときに、ＮＯｘ触媒３８を活性化温度まで昇温するのに適切な遅角量であって、フロント酸化触媒３０がライトオフ温度に達していない場合には、ポスト噴射時期の遅角量がこのＲｐより少なく、かつフロント酸化触媒３０の温度上昇と共に増大するようになっている。

昇温制御におけるポスト噴射は、各気筒の膨張行程から排気行程の間に行われるが、比較的早い時期にポスト噴射を行った場合には、主噴射による燃料が燃焼した後の経過時間が短く燃焼後の排気温度の低下が少ないため、ポスト噴射で供給された燃料が筒内で燃焼しやすくなる。
フロント酸化触媒３０が活性化していない状態では、フロント酸化触媒３０にＨＣを供給するのではなく、主に筒内で積極的に燃焼させて排気温度を上昇させ、フロント酸化触媒を活性化する必要がある。このような観点から、図４に示すように、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆが低いほどポスト噴射時期の遅角量を少なくしている。

従って、ステップＳ８では、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆに対応して図４中のＲｐより少ないポスト噴射時期の遅角量が設定される。
このようにしてステップＳ８でポスト噴射時期の遅角量を設定すると、次のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ステップＳ６で設定した量の燃料を、ステップＳ８で設定した遅角量の噴射時期で、各インジェクタ４から各気筒内にポスト噴射し、今回の制御周期を終了する。

このようにしてポスト噴射された燃料は、筒内で膨張行程後期に燃焼し、フロント酸化触媒３０に流入する排気の温度を上昇させる。
次の制御周期以降も、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆがライトオフ温度に達していない場合には、その制御周期のステップＳ２で推定したフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆに基づき、ステップＳ６でポスト噴射量マップから読み出した供給量の燃料を、ステップＳ８でポスト噴射遅角量マップから読み出した遅角量の噴射時期において、ステップＳ１４でポスト噴射する。

このようにして、フロント酸化触媒３０が活性化しているときにＮＯｘ触媒３８を昇温するのに必要なポスト噴射の燃料供給量Ｑｐ及びポスト噴射時期の遅角量Ｒｐに対し、より少ない供給量の燃料をより少ない遅角量で、制御周期ごとに繰り返しポスト噴射することにより、フロント酸化触媒３０の温度を徐々に上昇させる。また、このときポスト噴射で供給されたＨＣ及びＣＯは筒内やフロント酸化触媒３０で燃焼可能な量となるように制限されているので、大気中へのＨＣやＣＯの排出が抑制される。

このときの、フロント酸化触媒３０の温度とフロント酸化触媒３０の入口側排気温度、並びにフロント酸化触媒３０に供給されるＨＣ及びＣＯの量とフロント酸化触媒３０から排出されるＨＣ及びＣＯの量の変化を図５に示す。
図５のａ点において昇温制御が開始され、上述のようにしてポスト噴射により燃料が供給されることにより、筒内での膨張行程後期の燃焼でフロント酸化触媒３０に流入する排気の温度が徐々に上昇していく。このとき、フロント酸化触媒３０はまだライトオフ温度に達していないので、フロント酸化触媒３０の温度は排気温度の上昇とほぼ同様にして徐々に上昇していく。

また、このときポスト噴射により供給されるＨＣ及びＣＯはそのほとんどが筒内の膨張行程後期に燃焼するため、フロント酸化触媒３０に供給されてそのまま排出されるＨＣやＣＯの量はわずかである。
こうしてフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆが上昇し、図２のステップＳ４でフロント酸化触媒３０の温度Ｔｆがライトオフ温度以上であると判定するとステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、フロント酸化触媒３０が既にライトオフ温度に達しているので、ＮＯｘ触媒３８を昇温するために必要な燃料供給量Ｑｐを、今回の制御周期におけるポスト噴射量として設定し、次のステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、同様にフロント酸化触媒３０が既にライトオフ温度に達しているので、ＮＯｘ触媒３８を昇温するために適切なポスト噴射時期の遅角量Ｒｐを、今回の制御周期におけるポスト噴射量の遅角量として設定し、次のステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、ステップＳ１０で設定された燃料供給量及びステップＳ１２で設定された遅角量に基づきポスト噴射を実行し、今回の制御周期を終了する。即ち、このポスト噴射により、ＮＯｘ触媒３８を昇温するために必要な供給量Ｑｐの燃料が、遅角量Ｒｐの噴射時期で各インジェクタ４から各気筒内にポスト噴射される。
次の制御周期以降も、ＮＯｘ触媒３８の昇温が要求されている間は図２のフローチャートによる昇温制御が継続し、フロント酸化触媒３０の温度は既にライトオフ温度に達していることから、ステップＳ１０及びステップＳ１２で設定された供給量Ｑｐ及び遅角量Ｒｐで制御周期ごとにポスト噴射が繰り返される。

このようにしてポスト噴射が行われることにより、ポスト噴射によって生成されたＨＣ及びＣＯが排気と共にフロント酸化触媒３０に流入する。流入したＨＣ及びＣＯは活性化したフロント酸化触媒３０により酸化され、この酸化反応によって温度の上昇した排気がフロント酸化触媒３０からＮＯｘ触媒３８に供給される。この結果、ＮＯｘ触媒３８が昇温されて活性化し、排気中のＮＯｘを浄化可能となる。

このときのフロント酸化触媒３０の温度とフロント酸化触媒３０の入口側排気温度、並びにフロント酸化触媒３０に供給されるＨＣ及びＣＯの量とフロント酸化触媒３０から排出されるＨＣ及びＣＯの量の変化は、図５中のｂ点以降に示される。
即ち、フロント酸化触媒３０がライトオフ温度に達したことにより、ポスト噴射によって排気中に存在するＨＣとＣＯはフロント酸化触媒３０で酸化されるようになり、その酸化反応によってフロント酸化触媒３０の温度は入口側排気温度に比して急激に上昇するようになる。

一方、フロント酸化触媒３０に供給されるＨＣとＣＯの量も、ポスト噴射による燃料供給量がＱｐとされると共に、ポスト噴射時期の遅角量がＲｐとされることにより大きく増大するが、既にフロント酸化触媒３０がライトオフ温度に達しているため、そのほとんどがフロント酸化触媒３０で酸化され、フロント酸化触媒３０から排出するＨＣとＣＯの量はわずかである。

以上のようにしてＮＯｘ触媒３８の昇温制御が行われることにより、制御開始当初にフロント酸化触媒３０が活性化していなかったとしても、ポスト噴射によるＨＣやＣＯの大気中への排出が抑制され、未燃焼成分の大気への放出を防止しながら迅速にＮＯｘ触媒の昇温を行うことができる。
また、ＮＯｘ触媒３８の入口側排気温度に基づきフロント酸化触媒３０の温度を推定するようにしているので、例えば高負荷運転から低負荷運転への移行時などで実際のフロント酸化触媒３０の温度がライトオフ温度より低下した場合であっても、ＮＯｘ触媒触媒３８の入口側排気温度に基づくフロント酸化触媒３０の推定温度がライトオフ温度以上であれば、引き続きＮＯｘ触媒３８が活性化温度を維持するようにポスト噴射が行われる。

この場合には、フロント酸化触媒３０ではポスト噴射によるＨＣやＣＯの多くが酸化されずにＮＯｘ触媒３８に流入することになるが、ＮＯｘ触媒３８に流入する排気の温度が依然として十分高温であるため、ＮＯｘ触媒３８でこれらのＨＣやＣＯが酸化され、大気中へのＨＣやＣＯの放出が抑制される。
特に本実施形態のように、フィルタ４０を排気後処理装置２８に設けている場合には、フィルタ４０の強制再生制御などのために排気後処理装置２８の入口側排気温度を検出するための排気温度センサ４８が既に存在するため、わざわざＮＯｘ触媒３８の昇温制御のために新たな温度センサを設ける必要がなく、コストの面でも有利である。

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、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、触媒コンバータとしてＮＯｘ触媒３８を用いたが、ＮＯｘ触媒３８に代えて前段酸化触媒を用いたものでもよい。この場合、前段酸化触媒は、前記実施形態におけるＮＯｘ触媒と同様にフィルタ４０の強制再生を行うときに、インジェクタ４によるポスト噴射や燃料添加弁５０によって供給されたＨＣを酸化してフィルタ４０を昇温する機能を有するほか、排気中のＮＯを酸化してＮＯ_２を生成し、このＮＯ_２によりフィルタ４０に堆積したパティキュレートを酸化除去して、フィルタ４０の連続再生を行う機能を有する。

また、触媒コンバータはＮＯｘ触媒３８や前段酸化触媒に限られるものではなく、フロント酸化触媒３０との組み合わせにより昇温制御を行うことができるものであればどのようなものでもよい。従って、フィルタ４０や後段酸化触媒４６についても、これらを排気後処理装置２８に設けることは任意であり、本発明の実施に必須のものではない。
更に、前記実施形態では、排気温度センサ４８によって検出されたＮＯｘ触媒３８の入口側排気温度をそのままフロント酸化触媒３０の温度として用いたが、フロント酸化触媒３０の温度の推定方法はこれに限られるものではない。例えば、フロント酸化触媒３０とＮＯｘ触媒３８との間の排気通路２０の容積や熱容量などに基づき予め設定された補正係数を用いてＮＯｘ触媒３８の入口側排気温度を補正することにより、フロント酸化触媒３０の温度を推定するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、排気後処理装置２８を上流側ケーシング３２と下流側ケーシング３６とに分けて構成したが、単一のケーシングで排気後処理装置２８を構成するようにしてもよい。
更に、前記実施形態において、フロント酸化触媒３０がライトオフ温度に達していないときにポスト噴射で供給される燃料量は、図３に示すように、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆに比例して変化させるようにしたが、これに限られるものではなく、フロント酸化触媒３０の温度の上昇と共にポスト噴射による燃料供給量が増加する関係にあればよい。

また、前記実施形態において、フロント酸化触媒３０がライトオフ温度に達した後は、一定量Ｑｐの燃料がポスト噴射により供給されるようにしたが、これに限られるものではなく、エンジン１の運転状態や排気温度などに応じて適宜供給量を調整するようにしてもよい。
ポスト噴射時期の遅角量についても、前記実施形態において、フロント酸化触媒３０がライトオフ温度に達していないときの遅角量は、図４に示すように、フロント酸化触媒３０の温度Ｔｆに比例して変化させるようにしたが、これに限られるものではなく、フロント酸化触媒３０の温度の上昇と共にポスト噴射時期の遅角量が増加するような関係にあればよい。

また、前記実施形態において、フロント酸化触媒３０がライトオフ温度に達した後は、ポスト噴射時期の遅角量を一定量Ｒｐとしたが、これに限られるものではなく、エンジン１の運転状態や排気温度などに応じて適宜遅角量を調整するようにしてもよい。
最後に、前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、エンジンの形式はこれに限定されるものではなく、フロント酸化触媒３０と、その下流側に設けられた触媒コンバータとを備えた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昇温制御のフローチャートである。図２の昇温制御で用いられるポスト噴射量マップの、ポスト噴射量とフロント酸化触媒温度との関係を示すグラフである。図２の昇温制御で用いられるポスト噴射遅角量マップの、ポスト噴射時期遅角量とフロント酸化触媒温度との関係を示すグラフである。図２の昇温制御実行時の、フロント酸化触媒に関する温度変化、並びにＨＣ及びＣＯの供給量と排出量の変化を示す図である。従来の排気浄化装置におけるポスト噴射実行時の、フロント酸化触媒に関する温度変化、並びにＨＣ及びＣＯの供給量と排出量の変化を示す図である。

符号の説明

１エンジン
２０排気管（排気通路）
３０フロント酸化触媒
３８ＮＯｘ触媒（触媒コンバータ）
４８排気温度センサ（排気温度検出手段）
５２ＥＣＵ（制御手段）

Claims

エンジンの排気通路に配設され前記エンジンの排気を浄化する触媒コンバータと、
前記触媒コンバータより上流側の前記排気通路に配設されたフロント酸化触媒と、
前記触媒コンバータの入口側排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気温度検出手段によって検出された前記触媒コンバータの入口側排気温度に基づき推定した前記フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していないときに、前記フロント酸化触媒の温度に応じて設定される量の燃料を、前記エンジンの気筒内への主噴射の後のポスト噴射により前記気筒内に供給する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
エンジンの排気通路に配設され前記エンジンの排気を浄化する触媒コンバータと、
前記触媒コンバータより上流側の前記排気通路に配設されたフロント酸化触媒と、
前記触媒コンバータの入口側排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気温度検出手段によって検出された前記触媒コンバータの入口側排気温度に基づき推定した前記フロント酸化触媒の温度がライトオフ温度に達していないときに、前記フロント酸化触媒の温度に応じて設定される遅角量で、前記エンジンの気筒内への主噴射の後のポスト噴射により前記気筒内に燃料を供給する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
前記制御手段は、前記ポスト噴射の燃料量を前記フロント酸化触媒の温度に応じて設定することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
前記制御手段は、前記フロント酸化触媒の温度が前記ライトオフ温度に達した後は、前記触媒コンバータが前記排気を浄化可能な温度となるように、前記ポスト噴射を行うことを特徴とする請求項１乃至３に記載の排気浄化装置。