JP4261325B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、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。

但し、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、該パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒には活性温度領域があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度の低い運転領域では、パティキュレートが良好に燃焼除去されず、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、酸化触媒が活性化しないために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ることから、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で燃料噴射装置を用いて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、パティキュレートフィルタの再生を行う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が図られることになる。

又、エンジンには、排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出してエンジンの吸気マニホールド側へ再循環させるようＥＧＲパイプやＥＧＲバルブ等のＥＧＲ手段を備え、パティキュレートフィルタを再生する場合には、燃料添加手段により燃料を添加し且つＥＧＲバルブを閉じて排気ガスの再循環を停止し、パティキュレートフィルタを再生しない場合には、燃料添加手段を停止し且つＥＧＲバルブを開いて排気ガスを再循環させることが考えられている。

なお、ここで、このような排気浄化装置の一般的な例を示すものは既に特許公報として幾つか示されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００３−１５５９１５号公報

しかしながら、パティキュレートフィルタの再生する場合からパティキュレートフィルタを再生しない場合に移行する際には、燃料添加手段の燃料噴射装置により燃料を添加し且つＥＧＲ手段による再循環を停止している状態から、燃料添加手段の燃料噴射装置を停止し且つＥＧＲ手段により排気ガスを再循環させる状態へ直ちに移行するため、排気マニホールド等に付着していた未燃の燃料がＥＧＲ手段や吸気マニホールドへ流れ込み、それが何度も繰り返されることによりＥＧＲ手段の性能を低下させてしまうという問題があった。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、排気マニホールド等に付着していた未燃の燃料がＥＧＲ手段や吸気マニホールドへ流れ込むこと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。

本発明の請求項１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パティキュレートフィルタと、前記エンジンの排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出してエンジンの吸気マニホールド側へ再循環させるＥＧＲ手段と、前記パティキュレートフィルタとＥＧＲ手段の上流に配置して燃料を添加する燃料添加手段とを備え、
燃料添加手段により燃料を添加し且つＥＧＲ手段を停止している状態から、燃料添加手段を停止し且つＥＧＲ手段により排気ガスを再循環させる状態へ移行する際に、燃料添加手段を停止すると共にＥＧＲ手段を停止している状態をしばらく設け、
燃料添加手段を停止すると共にＥＧＲ手段を停止している状態を、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて終了するよう構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。

このように、本発明によれば、燃料添加手段により燃料を添加し且つＥＧＲ手段を停止している状態から、燃料添加手段を停止し且つＥＧＲ手段により排気ガスを再循環させる状態へ移行する際に、燃料添加手段を停止すると共にＥＧＲ手段を停止している状態をしばらく設けるので、排気マニホールド等に付着していた未燃の燃料を取り除き、ＥＧＲ手段や吸気マニホールドに対する未燃の燃料の流れ込みを防止し、結果的にＥＧＲ手段の性能を好適に維持することができる。

燃料添加手段を停止すると共にＥＧＲ手段を停止している状態を、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて終了するよう構成すると、燃料添加手段を停止すると共にＥＧＲ手段を停止する状態を適切に終了し得るので、排気マニホールド等に付着していた未燃の燃料を取り除き、ＥＧＲ手段や吸気マニホールドに対する未燃の燃料の流れ込みを好適に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、燃料添加手段を停止すると共にＥＧＲ手段を停止している状態をしばらく設けるので、排気マニホールド等に付着していた未燃の燃料を取り除き、ＥＧＲ手段に対する未燃の燃料の流れ込み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示例とともに説明する。

図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１は本発明を実施する形態の一例を示す概略図、図２は図１のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図、図３は、図１の酸化触媒の詳細を示す一部を切り欠いた斜視図、図４は、再生制御から通常制御に移行する際の処理の一例を示すフロー図である。

図１中における１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。

更に、このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１（排気流路）を介し車外へ排出されるようにしてある。

そして、この排気管１１の途中には、フィルタケース１２が介装されており、該フィルタケース１２内における後段には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３が収容されており、図２に拡大して示す如く、このパティキュレートフィルタ１３は、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１３ａ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１３ａ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１３ａを区画する多孔質薄壁１３ｂを透過した排気ガス９のみが下流側へ排出されるようにしてある。

又、フィルタケース１２内におけるパティキュレートフィルタ１３の上流側の直前位置には、図３に拡大して示す如きハニカム構造を有するフロースルー型の酸化触媒１４が収容されている。

更に、図１に示している例では、排気マニホールド１０における各気筒８の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５の一端部との間をＥＧＲ手段のＥＧＲパイプ１５で接続し、排気マニホールド１０から抜き出した排気ガス９の一部を水冷式でＥＧＲ手段のＥＧＲクーラ１６及びＥＧＲバルブ１７を介して吸気管５に再循環するようになっており、排気側から吸気側へ再循環された排気ガス９で各気筒８内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減し得るようにしてある。

そして、前記フィルタケース１２における酸化触媒１４とパティキュレートフィルタ１３との間には、排気ガス９の温度を触媒床温度の代用値として計測するための温度センサ１８が装備されており、該温度センサ１８の温度信号１８ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１９に対し入力されるようになっている。

この制御装置１９は、エンジン制御コンピュータを兼ねていることから燃料の噴射に関する制御も担うようになっており、より具体的には、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２０（負荷センサ）からのアクセル開度信号２０ａと、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ２１からの回転数信号２１ａとに基づき、ディーゼルエンジン１の各気筒８に燃料を噴射する燃料添加手段の燃料噴射装置２２に向け燃料噴射信号２２ａが出力されるようになっている。

ここで、前記燃料噴射装置２２は、各気筒８毎に装備される複数のインジェクタ２３により構成されており、これら各インジェクタ２３の電磁弁が前記燃料噴射信号２２ａ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、前記制御装置１９においては、インタークーラ６下流の吸気管５に設けられた吸気絞り２４と、パティキュレートフィルタ１３より上流側の排気管１１に設けられた排気ブレーキ２５と、ＥＧＲパイプ１５のＥＧＲバルブ１７とに対し夫々の開度を指令する開度指令信号２４ａ，２５ａ，１７ａが出力されるようになっている。

ここで、吸気絞り２４は、アイドリングストップ装置と併用されるインテークシャッタや、補助ブレーキと併用されるノイズサプレッサ等を機能的に兼用するもので良く、本形態例においては、このような吸気絞り２４やＥＧＲバルブ１７に本来の作動から独立した別の作動を指令することにより、後述する如き触媒床温度を上げるための吸気絞り手段（昇温手段）として活用するようにしているのである。又、排気ブレーキ２５は、吸気絞り２４と略同様に構成してもよい。

尚、アイドリングストップ装置とは、低公害を目的として停車中にエンジン１を止めることで排出ガス量を減らす装置のことを指し、このようなアイドリングストップ装置では、エンジン１を滑らかに止めるために吸気を遮断し得るようインテークシャッタが設けられているのが通常であり、又、排気ブレーキ２５やエンジンリターダ等の補助ブレーキには、その作動時の騒音を外部に極力漏らさないようにするために吸気管５内にノイズサプレッサが設けられているのが通常である。

そして、前記制御装置１９では、アクセル開度信号２０ａ及び回転数信号２１ａに基づき通常モードの燃料噴射信号２２ａが決定されるようになっている一方、パティキュレートフィルタ１３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２２ａが決定されるようになっている。

つまり、このように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が行われると、このポスト噴射により排気ガス９中に未燃の燃料（主としてＨＣ：炭化水素）が酸化触媒とパティキュレートフィルタ１３より上流側で添加されることになり、この未燃の燃料がパティキュレートフィルタ１３表面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昇してパティキュレートフィルタ１３内のパティキュレートが燃焼除去されることになる。

ここで、パティキュレートを燃焼除去してパティキュレートフィルタ１３を再生する再生制御の際には、燃料添加手段の燃料噴射装置２２により燃料を添加し、且つＥＧＲ手段のＥＧＲバルブ１７を閉じてＥＧＲパイプ１５等による再循環の処理を停止しており、一方、パティキュレートフィルタ１３を再生しない通常制御の際には、燃料添加手段の燃料噴射装置２２による燃料の添加を停止し、且つＥＧＲ手段のＥＧＲバルブ１７を開いてＥＧＲパイプ１５等により再循環をしており、制御装置１９は、適宜、燃料噴射装置２２、吸気絞り２４、排気ブレーキ２５、ＥＧＲバルブ１７を制御している。

又、制御装置１９は、再生制御から通常制御へ切り替る際に、下記の作用で説明する図４の如きフローの処理を備えている。

以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。

すなわちパティキュレートフィルタ１３の再生制御から通常制御へ切り替る際には、制御装置１９において、図４に示す如く、初めにステップＳ１でパティキュレートフィルタ１３の再生制御が要求されているか否かを判断し、パティキュレートフィルタ１３の再生制御の要求がある場合にはステップ２へ進み、再生制御を行って終了する。一方、パティキュレートフィルタ１３の再生制御の要求がない場合にはステップ３へ進み、ステップ３では、直前まで再生制御をしていたか否かを判断し、直前まで再生制御をしていた場合にはステップＳ４へ進み、ステップ４で掃気制御に移行し終了する。

ここで、掃気制御は、燃料添加手段の燃料噴射装置２２による燃料の添加を停止すると共に、ＥＧＲ手段のＥＧＲバルブ１７を閉じてＥＧＲパイプ１５等による再循環の処理を停止している状態をしばらく続け、排気マニホールド１０等に付着していた未燃の燃料を取り除いて問題のないレベルにしている。

又、掃気制御の終了は、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて判定されており、具体的には、エンジン負荷とエンジン回転数を所定の間隔で抽出し、この抽出値に基づき、車両の走行状態に対応したエンジン負荷とエンジン回転数のマップに付した係数を積算して、その値が閾値を超えた際に、車両が通常の運転状態に復帰したとの判定を下して掃気制御が終了するように設定してある。

一方、パティキュレートフィルタ１３の再生制御から通常制御へ切り替る際のフローにおいて、ステップ３で、直前まで再生制御をしていない場合にはステップＳ５へ進み、ステップ５では掃気制御中であるか否かを判断し、掃気制御中でない場合にはステップＳ７へ進み、ステップ７で通常制御へ移行して終了する。又、掃気制御中である場合にはステップＳ６へ進み、ステップ６では掃気制御を終了しているか否かを判断し、掃気制御を終了していない場合にはステップＳ４へ進み、ステップ４で掃気制御を続け、掃気制御を終了している場合にはステップＳ７へ進み、ステップ７で通常制御へ移行して終了する。

このように、本実施例によれば、燃料添加手段の燃料噴射装置２２により燃料添加をし且つＥＧＲ手段のＥＧＲバルブ１７を閉じて再循環の処理を停止している状態から、燃料噴射装置２２の燃料添加を停止し且つＥＧＲバルブ１７等により排気ガス９を再循環させる状態へ移行する際に、燃料噴射装置２２による燃料添加を停止すると共にＥＧＲバルブ１７等による再循環を停止している状態をしばらく設けるので、排気マニホールド１０等に付着していた未燃の燃料を取り除き、ＥＧＲバルブ１７や吸気マニホールド７に対する未燃の燃料の流れ込みを防止し、結果的にＥＧＲバルブ１７等の性能を好適に維持することができる。

燃料添加手段の燃料噴射装置２２による燃料添加を停止すると共にＥＧＲバルブ１７等による再循環を停止している状態を、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて終了するよう構成すると、燃料噴射装置２２による燃料添加を停止すると共にＥＧＲバルブ１７等による再循環を停止する状態を適切に終了し得るので、排気マニホールド１０等に付着していた未燃の燃料を取り除き、ＥＧＲバルブ１７や吸気マニホールド７に対する未燃の燃料の流れ込みを好適に防止することができる。

又、本形態例においては、パティキュレートフィルタ１３より上流側で排気ガス９中に燃料を添加する燃料添加手段として、燃料噴射装置２２を例示しているが、この種の燃料添加手段としては、例えば、排気ポート１０ａから排気マニホールド１０にかけての排気流路中における何れかの場所に燃料添加用のインジェクタを別途配設し、このインジェクタにより燃料を排気ガス９中に添加するようにすることも可能である。更には、前述した如きポスト噴射だけを行う場合や、アフタ噴射とポスト噴射を併用する場合や、昇温手段として用いる場合よりも噴射量を大幅に増やしたアフタ噴射で行う場合等も燃料添加手段として有効である。

なお、本発明の排気浄化装置は、上述した実施の形態のみに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。 図１の酸化触媒の詳細を示す一部を切り欠いた斜視図である。 再生制御から通常制御に移行する際の処理の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
９ 排気ガス
１１ 排気管
１３ パティキュレートフィルタ
１５ ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ手段）
１６ ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ手段）
１７ ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ手段）
２２ 燃料噴射装置（燃料添加手段）

Claims (1)

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パティキュレートフィルタと、前記エンジンの排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出してエンジンの吸気マニホールド側へ再循環させるＥＧＲ手段と、前記パティキュレートフィルタとＥＧＲ手段の上流に配置して燃料を添加する燃料添加手段とを備え、
   燃料添加手段により燃料を添加し且つＥＧＲ手段を停止している状態から、燃料添加手段を停止し且つＥＧＲ手段により排気ガスを再循環させる状態へ移行する際に、燃料添加手段を停止すると共にＥＧＲ手段を停止している状態をしばらく設け、
   燃料添加手段を停止すると共にＥＧＲ手段を停止している状態を、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて終了するよう構成したことを特徴とする排気浄化装置。

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