WO2004106703A1

WO2004106703A1 - 排気ガス浄化システム

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Publication number: WO2004106703A1
Application number: PCT/JP2004/007254
Authority: WO
Inventors: Masashi Gabe; Yoshihisa Tashiro
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2005-11-28
Also published as: US7337608B2; US20060201144A1; EP1627998A1; CN100427739C; JP4345359B2; EP1627998B1; CN1795320A; JP2004353529A; EP1627998A4

Abstract

　連続再生型ＤＰＦ（３）において、ＤＰＦ再生のための再生制御運転において、トルク変動が少なく、白煙の発生も防止できる排気ガス浄化システムを提供するために、酸化触媒（３Ａａ）をフィルタ（３Ａｂ）の上流側に備えた連続再生型ＤＰＦ（３）の再生制御の際に、酸化触媒（３Ａａ）の入口排気温度（Ｔ１）が酸化触媒の活性温度（Ｔａ）以下である時に、排気通路（２）に設けた排気絞り弁（３１）を閉じて遅延多段噴射制御を行い、排気ガスを昇温させると共に、酸化触媒（３Ａａ）の入口排気温度（Ｔ１）が酸化触媒の活性温度（Ｔａ）以上に昇温した後は、フィルタ（３Ａｂ）の入口の排気温度（Ｔ２）がＰＭ強制燃焼下限温度（Ｔｂ１）以上になるように、排気絞り弁（３１）を段階的若しくは連続的に開くように構成する。

Description

明細書

排気ガス浄化システム

技術分野

[0001] 本発明は、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタを備えて、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。

背景技術

[0002] ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（PM：パティキュレート'マター：以下 PMとする）の排出量は、 N〇x, COそして HC等と共に年々規制が強化されてきている。この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 : D IESEL 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。

[0003] 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ォールフロ一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る。これらの DPFを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄ィ匕システムと同様に、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いる。

[0004] 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。そのため、 DPFに捕集された PMを燃焼させるなどして除去し、 DPFを再生する必要がある。この再生方法に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。

[0005] し力、しながら、これらの再生方法を採用した場合には、外部からエネルギーの供給を受けて PMの燃焼を行う。そのため、燃費の悪化を招くという問題、再生時の制御が難しいという問題、 PM捕集と PM燃焼（DPF再生）を交互に行うような二系統の D PFシステムが必要になるという問題がある。そのため、システムが大きぐ複雑になるという問題が生じる。

[0006] これらの問題を解決するために、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。この技術では、酸化触媒を利用することにより、 PMの酸化温度を下げている。そのため、外部からエネルギーを受けることがなレ、。この技術を使用する DPFシステムは、 DPFの再生作業が基本的には連続的に行なわれるため、連続再生型 DPFシステムと呼ばれている。これらのシステムには、より簡素化されたー系統の DPFシステムとなるという利点と、 DPF再生のための制御も簡素化されるという利点がある。

[0007] 図 8に N〇再生型 DPFシステム IXを一例として示す。この NO 再生型 DPFシステム IXは、 NO (二酸化窒素)により PMを酸化して、 DPFを再生するシステムである。このシステムでは、通常のウォールフローフィルタ 3Abの上流に、排気ガス中の NO ( 一酸化窒素）を酸化する酸化触媒 3Aaを配置している。従って、酸化触媒 3Aa後流の排気ガス中の NOxは殆どが NOになる。下流側のフィルタ 3Abに捕集された PM をこの N〇で酸化して、 CO (二酸化炭素)とする。これにより、 PMを除去している。この NOは、 O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）が低下する。従って、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によつて PMを連続的に燃焼させることができる。

[0008] なお、図 8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。

[0009] また、図 9に、図 8の NO 再生型 DPFシステムを改良した改良システム 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、ウォールフローフィルタ 3Bの多孔質壁面 30に塗布している。この構成により、 NOの酸化と、この酸ィ匕により発生した NOによる PMの酸化を、ウォールフローフィルタ 3Bの壁表面上で行う。この構成によれば、システムが簡素化する。

[0010] そして、図 10に、別のシステム 1Zを示す。このシステム 1Zでは、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、ウォールフローフィルタ 3 Cの多孔質壁面 30に、塗布している。この構成により、フィルタ 3Cに蓄積した PMは低温で燃焼し、 DPFは連続で再生される。

[0011] そして、これらの触媒付き DPFシステムでは、触媒及び NO による PMの酸化反応を利用することによって、通常のフィルタよりも PM酸化開始温度を下げている。そのため、 DPFを連続して再生することができる。

[0012] しかし、 PM酸化開始温度を下げても、まだ、 350°C程度の排気温度は必要である。そのため、低負荷運転やアイドル運転等では、排気温度が低いため、 PMの酸化及び DPFの自己再生が生じない。従って、このようなアイドルや低負荷等のエンジン運転状態が継続する場合には、 PMが蓄積しても、 PMが酸化される状態にならない。そのため、排圧が上昇し、燃費の悪化を招く。また、エンジン停止等のトラブルが生じるおそれがある。

[0013] そこで、これらの連続再生型 DPFシステムでは、 DPFを再生することが必要になる条件を設定している。この条件を満たしているかいないかの判断は、エンジン運転条件からフィルタへの PM蓄積量を算出することや、又は、 PM蓄積量に対応したフィルタ圧損から PM蓄積量を推定することにより、行なわれる。そして、この条件を満たした時に、 DPFを再生するための制御を行う。この制御により、排気温度を強制的に上昇させて、蓄積した PMを強制的に燃焼させて、 PMを除去する。

そして、連続再生型 DPFシステムでは、 PMを強制的に燃焼させるために、コモンレール等の電子制御式燃料噴射システムを使用して、次のような DPFの再生のための制御を行なっている。

[0014] 最初に、遅延多段噴射を行なう。この噴射は、主噴射の前段に行う少噴射量の多段噴射と主噴射の過大な遅延の組合せである。この噴射により、排気温度を酸化触媒の活性温度以上に上昇させる。

[0015] この遅延多段噴射によって排気温度が上昇した後、通常の噴射制御に戻して、ポスト噴射又は排気管内噴射等で軽油等の燃料 (HC)を排気管内に追加する。この燃料を上流側に配置された酸化触媒で燃焼させる。この燃焼により、下流側に配置されたフィルタへ流入する排気ガスの温度を、蓄積された PMが強制的に燃焼する温度以上に昇温する。これにより、 DPFに蓄積された PMを強制燃焼し除去する。

[0016] また、別の方法も提案されている。この方法では、多段噴射で排気ガスの昇温を行うと共に、排気絞りを併用する。この併用により、エンジンの排圧を上昇させて、吸気行程で残留する排気ガスを増し、また、排気ガスを昇温させる。この排気ガスの高温ィ匕によって、噴射燃料の着火性と燃焼性能を向上させる。これにより排気温度を上昇させる。

[0017] この方法を採用したディーゼルエンジンの排気浄化装置が、日本特開平 04— 815 13号公報に、提案されている。この装置では、トラップフィルタ（DPF)の下流側に排気絞り弁を設けている。そして、フィルタを再生している最中に、排気温度を所定の再生温度範囲に保つように、つまり、 DPFの入口排気温度が所定温度になるように、排気絞り弁の弁開度を制御する。

[0018] し力、しながら、これらの排気絞りと共に多段噴射を使用した従来技術における DPF を再生するための制御では、再生するための制御運転を行なっている際に、トルク変動が大きくなつてしまうという問題がある。また、この制御中に、白煙が発生するという問題がある。

[0019] つまり、この再生をするための制御運転時において、排気絞り併用の多段噴射により、排気温度を酸化触媒の活性温度以上に上昇させた後は、通常の噴射制御に戻している。そのため、この通常の噴射制御に戻す時に、排圧の急変によるトルク変動と、噴射時期の大きな変化によるトノレク変動とが生じる。また、酸化触媒に入る排気ガスの温度が通常噴射を行なうことにより低下するので、通常の噴射制御から再び排気絞り併用の多段噴射に戻す必要が生じる場合がある。しかし、この場合もトルク変動が生じる。

[0020] また、排気絞り併用の多段噴射から通常の噴射制御への切り替る時に、噴射量の変化に起因して HC、白煙の発生が生じる場合がある。

発明の開示

[0021] 本発明は、上述の問題を解決するべくなされたものであり、その目的は、連続再生型 DPFで、 DPFを再生するための制御運転において、トルク変動が少なぐ白煙の発生も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。

[0022] 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、内燃機関の排気通路に設けた粒子状物質を捕集するフィルタと、該フィルタの上流側に設けた酸化触媒と、前記酸化触媒の上流側又は前記フィルタの下流側に設けた排気絞り弁と、前記酸化触媒の入口に設けた第 1排気温度センサと、前記酸化触媒と前記フィルタの間に設けた第 2排気温度センサと、フィルタを再生させる制御装置と有する排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、フィルタを再生させる制御を行なう際に、前記第 1排気温度センサで検出した排気温度が所定の第 1判定温度以下である時に、前記排気絞り弁を閉じると共に遅延多段噴射制御を行って、排気ガスを昇温させ

、前記第 1排気温度センサで検出した排気温度が所定の第 2判定温度以上に昇温した後は、前記第 2排気温度センサで検出した排気温度が所定の第 3判定温度以上になるように、前記排気絞り弁を段階的若しくは連続的に開く制御を行なうように構成される。

[0023] この構成によれば、 DPFを再生させるための制御において、酸化触媒入口の排気温度が、酸化触媒の活性温度等の第 1判定温度より低い場合に、次のようなことが行なわれる。つまり、排気温度を昇温させる時に、排気絞りにより、最初に噴射される噴射時期の失火限界を大幅に遅延できるようにする。それと共に、噴射量を増加できるようにする。これらにより、初期に発生する火炎を大きくする。これにより、その後の火炎を伝播する力を向上させ、希薄混合気まで完全に燃焼させることができるようになる。そのため、白煙の発生や失火の発生が防止され、効率よく排気温度を大幅に上昇すること力 Sできるようになる。

[0024] そして、酸化触媒入口の排気温度が酸化触媒の活性温度等の第 2判定温度以上になった場合でも、通常の噴射制御に戻さずに、排気絞り併用の遅延多段噴射を継続させて、排気絞り弁の開度を段階的又は連続的に調整する。これにより、燃焼室内の燃焼状態を制御する。この燃焼状態の制御により、酸化触媒で燃焼させる HCの排気ガス中への供給量を調整する。この供給量により DPF入口の排気温度を制御する。従って、排圧の急激な変化や噴射時期の急激な変化や噴射量の急激な変化を回避できる。そして、出力トルクの変動や白煙の発生を防止できる。

[0025] そして、上記の排気ガス浄化システムにおレ、て、前記酸化触媒の入口の排気温度が前記第 2判定温度以上に昇温した後に、前記第 2排気温度センサで検出した排気温度が前記第 3判定温度以上になった場合には、前記排気絞り弁を段階的若しくは連続的に閉じるように構成される。

[0026] また、前記酸化触媒の入口の排気温度が前記第 2判定温度以上に昇温した後に、前記第 2排気温度センサで検出した排気温度が前記第 3判定温度より高い所定の第 4判定温度以上になった場合には、前記排気絞り弁及び遅延多段噴射制御が解除するように構成される。

[0027] この構成により、排気温度の上昇を制限することができる。従って、 DPFに蓄積された PMが暴走的に燃焼することを回避できると共に、排気温度上昇のための燃料を節約できる。

[0028] また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記 DPFの再生制御の際に、前記第 1排気温度センサで検出した排気温度が前記第 1判定温度よりも高い時には、前記排気絞り弁を開いた遅延多段噴射制御を行って、前記第 2排気温度センサで検出した排気温度が前記第 3判定温度より高くなるように排気ガスを昇温させるように構成される。

[0029] この構成によれば、 DPFを強制的に再生する必要が生じた際に、エンジンの運転状態における排気温度が、所定の第 1判定温度よりも高い時には、排気絞りを行わずに遅延多段噴射により排気ガスを昇温する。そのため、 DPFを強制的に再生する度毎に排気絞りを行うシステムに比較して、著しく燃費が減少する。従って、 DPFに堆積した PMを低燃費で効率よく燃焼除去することができる。

[0030] なお、第 1判定温度と第 2判定温度は、第 1排気温度センサで検出される排気温度と、酸化触媒の活性温度に関係する温度である。これらの判定温度は、測定場所の関係や履歴の関係で、実際の酸化触媒の温度と異なるため、厳密には、酸化触媒の活性温度と異なる。しかし、制御を簡便化するために、第 1判定温度を酸化触媒の活性温度よりやや高い温度とするのが好ましい。また、第 2判定温度を酸化触媒の活性温度とするのが好ましい。

[0031] また、第 3判定温度も、第 2排気温度センサで検出される排気温度は、酸化触媒の活性温度に関係する温度である。この判定温度も、測定場所の関係や履歴の関係で実際の PMの燃焼開始温度と異なるため、厳密には、 PMの燃焼開始温度と異なる。しかし、制御を簡便化するために、第 3判定温度をフィルタに蓄積された粒子状物質が燃焼を開始する排気温度とすることが好ましい。

[0032] そして、前記フィルタを、酸化触媒、 PM酸化触媒、酸化触媒と PM酸化触媒のいずれ力、を担持したフィルタで形成する。この構成により、フィルタに蓄積された粒子状物質が燃焼を開始する排気温度を、触媒を担持しない場合に比べて低くすることができる。そのため、燃費を向上できる。

[0033] そして、本発明の排気ガス浄化システムによれば、従来技術では、排気温度が低くいために、フィルタに蓄積した PMを強制的に燃焼できなかった、アイドルや低負荷域の運転状態においても、効率よく PMを再生するための PMの燃焼を行うことができる。つまり、排気絞り併用の遅延多段噴射と、排気絞りの開度調整による排気温度の調整とにより、噴射燃料の着火性及び燃焼性能の向上を図る。これにより、トルク変動の発生及び極端な白煙の発生を回避しながら、酸化触媒の上流側の排気温度の変化のみならず、下流側の排気温度の変化に、敏感に対応した排気ガス昇温制御を行う。そのため、排気ガス昇温に必要とする燃料が少ない状態で、効率よく排気ガスを大幅に昇温できる。そして、効率よく PMを再生するための PMの燃焼を行うことができる。

[0034] 従って、 DPFを再生するための再生制御の際に、トルク変動が少なぐ白煙の発生も防止できる、連続再生型 DPFを備えた排気ガス浄化システムとなる。

図面の簡単な説明

[0035] [図 1]本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成図である。

[図 2]本発明に係る実施の形態の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。

[図 3]本発明に係る実施の形態の制御系統図である。

[図 4]本発明に係る再生制御フローを示す図である。

[図 5]図 4の一部の制御フローを示す図である。

[図 6]本発明に係る再生制御における多段噴射の一例を示す図である。

[図 7]実施例の酸化触媒温度と排気ガスのフィルタ入口温度を示す図である。

[図 8]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。

[図 9]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。

[図 10]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。発明を実施するための最良の形態

[0036] 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。ここでは、酸化触媒 (DOC)と触媒付きフィルタ（CSF)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）を備えた排気ガス浄化システムを例にする。

[0037] 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では、ディーゼルエンジン Eの排気マ二ホールドに接続する排気通路 (排気管） 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。

[0038] 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る。また、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ォ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等の酸化触媒や酸化セリウム等の PM酸化触媒を担持する。この触媒付きフィルタ 3Abでは、排気ガス G中の PM (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

[0039] この連続再生型 DPF3の下流側の排気通路 2に、排気絞りを行うための排気絞り弁

(ェキゾーストブレーキ） 31が設けられる。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 DPF3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を再生するための制御用に、酸化触媒 3Aaの上流側に設けた酸化触媒入口排気温度センサ（第 1排気温度センサ） 22と、酸化触媒 3Aaの下流側で、かつ、触媒付きフィルタ 3Abの上流側に設けたフィルタ入口排気温度センサ（第 2排気温度センサ） 23とが排気ガス浄化システム 1に備えられる。

[0040] これらのセンサの出力値は、制御装置（電子制御ボックス： ECU :エンジンコント口ールユニット） 5に入力される。この制御装置 5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の再生制御を行う。また、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、排気絞り弁 31や、吸気通路 6に設けられて吸気マ二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 [0041] 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（図示しなレ、）に接続されている。そして、制御装置 5には、ェンジンの運転のために、 PTOのスィッチの ON/OFF,ニュートラルスィッチの ON/0 FF，車両速度，冷却水温度，エンジン回転数，負荷 (アクセル開度）等の情報も入力される。

[0042] この構成では、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 17 a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が設けられている。この燃料噴射弁 15からの燃料噴射により、燃料と吸入空気 Aとが混合する。この混合気が、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に入る。排気ガス Gは、連続再生型 DPF3で、浄化された排気ガス Gcになつて、排気絞り弁 31を通過して消音器 8を経由して大気中に放出される。

[0043] 次に、この排気ガス浄化システム 1における DPFを再生するための制御について説明する。この DPFを再生するための制御は、図 3に示すような制御系統により、図 4及び図 5に示すような制御フローに沿って行われる。この制御フローは、メインの制御フロー力繰り返し呼ばれて実行される制御フローとして示してある。

[0044] つまり、エンジンのスタートと共にエンジン全体を制御するメイン制御プログラムがスタートすると、このメイン制御プログラムから呼ばれて図 4の制御フローがスタートする。そして、この制御フローを実行してメインの制御プログラムにリターンすると、再度メインの制御プログラムから呼ばれる。そして、メインの制御フローが終了するまで、この図 4の制御フローが繰り返し実行される。

[0045] そして、この図 4の制御フローがスタートすると、ステップ S11で、通常の運転制御を所定の時間（再生制御開始の判定を行う時間間隔に関係する時間）の間行う。この通常の運転制御では、再生のための強制的な燃料噴射等を行わずに、要求されるエンジン回転数及び負荷によって決まる燃料噴射、 EGR制御、吸気絞り、排気絞り等に従ってエンジンを制御する。

[0046] 次のステップ S 12で、再生制御開始であるか否かの判定を行う。この判定は、差圧センサ 21の差圧 Δ Ρが所定の差圧判定値 (DPF再生開始用） Δ Ρ0を超えたか否かで判定する。この差圧判定値 Δ Ρ0は、触媒付きフィルタ 3Abにおける PMの蓄積量が限界になって再生が必要となる差圧を示すものである。

[0047] このステップ S 12の再生制御開始の判定で、差圧 Δ Pが差圧判定値 Δ P0を超えていない場合、即ち、再生制御開始でない場合には、ステップ S11に戻り、通常の運転制御を行レ、、差圧 Δ Ρが差圧判定値 Δ Ρ0を超えるまで、繰り返す。

[0048] そして、ステップ S 12の再生制御開始の判定で、差圧 Δ Pが差圧判定値 Δ P0を超えた場合には、ステップ S20に行く。このステップ S20では、酸化触媒 3Aaの入口の排気温度 T1のチェックを行い、排気温度 T1が所定の第 1判定温度 Ta'でない場合には、ステップ S30に行き、第 1DPF再生制御を行う。この所定の第 1判定温度 Ta' は、酸化触媒 3Aaの活性化に関係する温度であり、通常は酸化触媒 3Aaの活性温度 Taとされるが、別の温度、例えば、活性温度 Taより少し高い温度（例えば 210°C) 等であってもよい。

[0049] この第 1DPF再生制御では排気絞り弁 31は全開のままで、ポスト噴射を行う。このポスト噴射で排気通路 2内に HC (燃料)を供給し、その HCを酸化触媒 3Aaで燃焼させる。これにより、触媒付きフィルタ 3Abの入口の排気温度 T2を蓄積された PMの強制燃焼温度以上に上昇させて、 PMを強制燃焼して除去する。

[0050] そして、このステップ S30では、ステップ S31の第 1DPF再生制御を、所定の時間（再生制御終了の判定を行う時間間隔に関係する時間）の間行う。そして、次のステツプ S32で、再生制御終了であるか否かの判定を行う。この判定は、差圧センサ 21の差圧 Δ Ρが所定の差圧判定値 (PM再生終了用） Δ Ρ1を超えたか否かで判定する。この差圧判定値 Δ P1は、触媒付きフィルタ 3Abにおける PMの蓄積量が減少して P Mの捕集を再開してもよい状態の差圧を示すものである。

[0051] このステップ S32で、再生制御終了でないと判定された場合には、ステップ S20に戻り、ステップ S31の第 1DPF再生制御を繰り返しながら、 PMの燃焼除去を行う。そして、ステップ S32で、再生制御終了であると判定された場合には、リターンに行き、メイン制御フローに戻る。

[0052] また、ステップ S20の酸化触媒 3Aaの入口の排気温度 T1のチヱックで、酸化触媒入口排気温度センサ 22で検出された排気温度 Tlが所定の第 1判定温度 Ta' (ここでは 210°C)未満である場合には、ステップ S40力ステップ S50に行き、第 2DPF 再生制御を行う。ステップ S40では、ステップ S41の排気絞り弁併用の遅延多段噴射制御を所定の時間 (排気温度 T1の判定を行う時間間隔に関係する時間）の間行う。この制御を、次のステップ S42の酸化触媒 3Aaの入口の排気温度 T1のチヱックで、排気温度 T1が第 2判定温度 Ta (活性温度、例えば 200°C)以上になるまで行う。そして、第 2判定温度 Ta以上の場合には、ステップ S50のフィルタ入口排気温度 T2の調整制御に行き、 PMの強制燃焼を行う。このステップ S50では、図 5に示す制御フローに従って、遅延多段噴射と共に排気絞り弁 31の開閉制御を行う。

[0053] つまり、ステップ S40の排気絞り併用の遅延多段噴射で、排気温度 T1を第 2判定温度 Ta以上に上昇させる。その後、ステップ S50で排気絞り弁開度を調整して、排気温度 T1を第 2判定温度 Ta以上に維持したまま、排気ガスを昇温させるのに必要な HCを酸化触媒 3Aaに供給する。これにより、フィルタ入口排気温度 T2が PM強制燃焼温度以上になるようにする。

[0054] このステップ S50では、ステップ S51で触媒付きフィルタ 3Abの入口の排気温度 T2 が所定の第 3判定温度（PM強制燃焼下限温度、例えば 500°C)Tbl未満であるか否かの判定を行う。この判定で、フィルタ入口排気温度センサ 23で検出された排気温度 T2が第 3判定温度 Tbl未満である場合には、ステップ S52で排気絞り弁 31を所定角度（ Δ _α )の分だけ開いて（ _α = _α + Δ _α )、所定の時間（排気温度 Τ2の判定を行う時間間隔に関係する時間）の間、遅延多段噴射制御を行い、ステップ S56 に行く。また、排気温度 Τ2が第 3判定温度 Tbl以上の場合には、ステップ S53で排気温度 T2が所定の第 4判定温度（PM強制燃焼上限温度、例えば 650°C)Tb2以上であるか否かの判定を行う。

[0055] このステップ S53で排気温度 T2が第 4判定温度 Tb2未満である場合には、ステツプ S54で排気絞り弁 31を所定角度（Δ ひ）の分だけ閉じて（ひ = ひ—Δ ひ）、所定の時間 (排気温度 T2の判定を行う時間間隔に関係する時間）の間、遅延多段噴射制御を行い、ステップ S56に行く。また、排気温度 T2が第 4判定温度 Tb2以上の場合には、ステップ S55で排気絞り及び遅延多段噴射制御を解除し、ステップ S56に行く [0056] なお、この第 3判定温度 Tblと第 4判定温度 Tb2は共に、触媒付きフィルタ 3Abに蓄積された PMの強制燃焼開始温度に関係する温度である。そして、この温度は、触媒付きフィルタ 3Abに担持された触媒の種類によって決まる温度である。第 3判定温度 Tblは、触媒付きフィルタ 3Abに蓄積された PMが燃焼を開始するのに十分な温度の下限の排気温度とする。第 4判定温度 Tb2は、触媒付きフィルタ 3Abに蓄積された PMが暴走燃焼を開始するのを防止できる排気温度や、排気温度と燃料消費と PM燃焼除去の関係から効率よく PMを燃焼除去できる上限の排気温度とする。

[0057] ステップ S56では再生制御終了であるか否かの判定を行う。この判定は、ステップ S 32の判定と同じである。このステップ S56で再生制御終了でないと判定された場合には、ステップ S51に戻る。そして、ステップ S51 ステップ S56を繰り返しながら排気温度 T2が Tbl≤T2く Tb2となるように制御しつつ、 PMの燃焼除去を行う。そして、 PMの燃焼除去が行われ、触媒付きフィルタ 3Abの再生が十分でステップ S56の判定で再生制御終了であると判定された場合にはリターンに行き、メイン制御フローに戻る。

[0058] そして、メイン制御フローに戻ると、図 4の制御フローが繰り返し呼ばれ、エンジンの停止まで図 4のスタートからリターンまでの制御を繰り返す。

[0059] 次に、本発明の排気絞り併用の遅延多段噴射制御について説明する。以下の説明では、図 6に示すような 3段 (パイロット噴射 2回、主噴射 1回）の多段噴射で説明する力より多段噴射の方がよい。

[0060] エンジン Eの運転において、排気温度を上昇させるために、排気絞り弁 31を閉弁する排気絞りをする。これにより、エンジン出口排気マ二ホールド圧力が上昇する。この排圧上昇により、排気行程の排気ガス排出量が急激に減少し排気効率が激減する。

[0061] 次の吸気行程において、シリンダ 13の燃焼室 14内に残留する排気ガス量が極端に増加する。しかし、噴射時期の遅延のため、排気ガスの温度はある程度上昇している。そのため、吸気行程では高温で大量の排気ガスが燃焼室 14内に残留することになる。 [0062] 次の圧縮、燃焼行程では、燃焼室 14内の温度は更に高温となる。そこに、多段噴射の最初の一段目の噴射をすると、極端な遅延噴射でも確実な着火が得られ、更に確実な燃焼に移行できる。そのため、極端な遅延噴射によって噴射量を増加しても、トルクに変換される燃焼エネルギーは極少量となるので、低トルク変動で大きな初期燃焼が得られる。また、この一段目の噴射の増量された燃料の確実な燃焼によって燃焼室 14内は膨張行程の中盤でも高温に保たれる。

[0063] そこに、更に噴射量を増加して二段目の噴射を行うと、この噴射時期が低圧の膨張行程の後期であっても着火燃焼が生じる。この発熱により排気ガスが昇温され、更に燃焼室 14内は高温となる。しかし、この燃焼エネルギーはトルクの発生には寄与しなレ、。

[0064] 次に、二段目の噴射燃料の燃焼が活発化している時期に三段目の噴射をする。この三段目の噴射（主噴射）では更に噴射量を増加してもトルクの発生に繋がらず、更に大きな火炎に増強できる。この排気弁開時期付近で燃焼した主噴射燃料は、排気ガスの昇温に著しく大きな寄与をする。

[0065] 次に、エンジン回転数が 800rpm付近の具体的な噴射例を例示する。排気絞りによる排圧上昇は、例えば、排気温度を 600°C以上にする場合はエンジン回転数が 80 Orpm付近では、 70kPa以上とする。また、最初の一段目噴射の時期は上死点後 20 。一 30° 、最初の二段目噴射の時期は上死点後 35° — 50° とする。この二段目噴射の噴射燃料量は一段目に対し 3割から 10割程度増量噴射する。

[0066] 次に、排気絞り弁 31の段階的開閉制御によるフィルタ入口排気温度 T2を調整するための制御について説明する。

[0067] 上記の排気絞り弁併用の遅延多段噴射により、高温で大量の排気ガスが燃焼行程の初期に残留し、遅延された噴射でも確実な着火燃焼が得られ排気温度が著しく上昇する。

[0068] ここで、排気絞り弁 31を開いていくと、排圧が減少するため燃焼室 14内の高温の残留排気ガスが減少していくので、噴射燃料の着火燃焼能力が低下し、噴射された燃料の未燃焼分が増加する。そのため、排気ガス中に燃料である HCが増加してレ、く。この場合、排気ガス中へ流入する HCが増加する分、酸化触媒 3Aaの入口の排気温度 Tlは低下する。しかし、酸化触媒 3Aaに流入する HCの量は増加するので、排気温度 T1が活性温度 Ta以上であれば、 HCが酸化触媒 3Aaで燃焼する。従って、酸化触媒 3Aaの後流のフィルタ入口排気温度 T2は上昇する。

[0069] 逆に、排気絞り弁 31を閉じてレ、くと、排圧が増加するため燃焼室 14内の高温の残留排気ガスが増加していくので、噴射燃料の着火燃焼能力が向上していき、噴射された燃料の未燃焼分が減少する。そのため、排気ガス中に燃料である HCが減少してレ、くことになる。この場合、排気ガス中へ流入する HCが減少する分、酸化触媒 3A aの入口の排気温度 T1は上昇する。しかし、酸化触媒 3Aaに流入する HCの量は減少するので、排気温度 T1が活性温度 Ta以上であっても、酸化触媒 3Aaで燃焼する HC量が減少する。従って、酸化触媒 3Aaの後流のフィルタ入口排気温度 T2は下降する。

[0070] この機構を利用して酸化触媒 3Aaの入口の排気温度 T1と酸化触媒 3Aaに供給する HC量を制御して、酸化触媒 3Aaにおける HCの燃焼を制御する。これにより、酸化触媒 3Aaの後流のフィルタ入口排気温度 T2を制御することができる。

[0071] なお、この排気絞り弁 31の開度の調整は、段階的に行っても良ぐ連続的に行ってもよレ、。また、フィルタ入口の排気温度 T2を目標値に一致させたり、目標範囲内に納めたりするフィードバック制御でもよい。また、予め実験等からエンジンの回転数や負荷等に関する排気絞りの開度をマップデータ化しておき、このマップデータを参照して排気絞りの開度を決めるような制御であってもよい。

[0072] 図 7に、実施例として、エンジン回転数が 850rpmのアイドル運転時で排気絞り併用の過大遅延多段噴射を行った。この実施例において、 PM強制再生のための排気絞り弁の段階的開閉制御を行なった時の、酸化触媒温度とフィルタ温度の変化を示す。

[0073] この実施例では 3段の多段噴射を採用している。そして、排気絞りを行うと、排圧が上昇し、酸化触媒が排気絞り開始後 1分程度で活性温度に到達している。しかし、排気絞りを行って排気絞り弁を閉じたままの場合には、 HCの供給量が不足するため、フィルタ内温度は PMの強制燃焼温度まで上昇しないままとなっている。

[0074] その後、排気絞りを解除して排気絞り弁の開度制御を行うと、排圧は急減しシリンダ内で燃焼する燃料の割合が低下して酸化触媒への HCの供給量が増加する。そのため、フィルタ入口温度は急上昇し、 PM強制燃焼開始温度以上に上がる。一方、酸化触媒の入口の排気温度は下がる。従って、排気絞り弁の開度を調整することにより、酸化触媒温度、酸化触媒入口排気温度及びフィルタ入口排気温度を制御できることが分かる。

[0075] 以上の構成の排気ガス浄化システム 1によれば、差圧センサ 21の差圧が上昇して設定量を超えて、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量になった場合において、次のようにして、触媒付きフィルタ 3Abの再生を行うこと力 Sできる。

[0076] 排気温度 T1が第 1判定温度 Ta' (酸化触媒 3Aaの活性温度 Ta以上の温度）以上の場合には、排気絞り弁 31を開いた第 1DPF再生制御で触媒付きフィルタ 3Abの再生を行うことができる。そして、アイドル等の低負荷'低回転数のエンジン運転時のような排気温度が極めて低い温度である場合等の排気温度 T1が第 1判定温度 Ta'より小さい場合には、フィルタ入口排気温度 T2の調整制御により、触媒付きフィルタ 3Ab の再生を行うことができる。この調整制御は、第 2DPF再生制御である排気絞り弁併用の遅延多段噴射制御と排気絞り弁の開閉制御による開度調整を行う制御である。

[0077] 従って、アイドル運転等の低負荷 ·低回転時の排気温度が極めて低いエンジンの運転状態であっても、排気絞り併用の多段遅延噴射と共に排気絞りの開度調整を行うことにより、酸化触媒 3Aaの入口の排気温度 T1と触媒付きフィルタ 3Abの入口温度 T2を同時に調整できる。そして、効率良く排気ガスを昇温して、 PMを強制燃焼して除去し、これにより、触媒付きフィルタ 3Abを再生することができる。

[0078] そのため，再生不能の運転状態の継続による触媒付きフィルタ 3Abへの PMの過剰蓄積を回避できる。また、この過剰蓄積に起因する PMの暴走燃焼による触媒付きフィルタ 3Abの溶損を防止できる。また、触媒付きフィルタ 3Abの目詰まりによる排圧上昇を抑えることができるので、高排圧によるエンジンストール等の不具合の発生を回避でき、燃費も向上できる。

[0079] 更に、排気絞り併用の遅延多段噴射により、排気温度 T1が酸化触媒 3 Aaの活性温度 Ta以下の状態において排気ガス中に高濃度の HCが発生するのを回避できる。そのため、酸化触媒 3Aaへの HCの蓄積を防止でき、酸化触媒 3Aaに蓄積した H

Cの急激燃焼による高温発生を防止できる。従って、この高温発生に起因する触媒の劣化や溶損を防止できる。

[0080] その上、排気絞りを併用しない第 1DPF再生制御と排気絞りを併用する遅延多段噴射の第 2DPF再生制御とを、排気温度 T1によって使い分けているので、排圧の上昇期間を少なくでき、燃費の悪化等を防止できる。

[0081] なお、上記では、触媒付きフィルタ 3Abに酸化触媒と PM酸化触媒を担持させた連続再生型 DPF3で説明したが、本発明は、フィルタに酸化触媒又は PM酸化触媒を担持させた連続再生型 DPF、触媒を担持しなレ、フィルタの連続再生型 DPFに対しても適用可能である。

産業上の利用可能性

[0082] 本発明は、連続再生型 DPFにおいて、 DPFを再生するための制御の時に、トルク変動が少なぐまた、白煙を防止できる排気ガス浄化システムを提供するものである。

[0083] 従って、本発明は、連続再生型 DPFを備えた排気ガス浄化システムに利用することができ、これらの排気ガス浄化システムを搭載した車両等からの排気ガスを効率よく浄化し、大気汚染を防止できる。

Claims

請求の範囲

[1] 内燃機関の排気通路に設けた粒子状物質を捕集するフィルタと、該フィルタの上流側に設けた酸化触媒と、前記酸化触媒の上流側又は前記フィルタの下流側に設けた排気絞り弁と、前記酸化触媒の入口に設けた第 1排気温度センサと、前記酸化触媒と前記フィルタの間に設けた第 2排気温度センサと、フィルタを再生させる制御装置と有する排気ガス浄化システムにおレ、て、

前記制御装置が、フィルタを再生させる制御を行なう際に、前記第 1排気温度センサで検出した排気温度が所定の第 1判定温度以下である時に、前記排気絞り弁を閉じると共に遅延多段噴射制御を行って、排気ガスを昇温させ、前記第 1排気温度センサで検出した排気温度が所定の第 2判定温度以上に昇温した後は、前記第 2排気温度センサで検出した排気温度が所定の第 3判定温度以上になるように、前記排気絞り弁を段階的若しくは連続的に開く制御を行なうことを特徴とする排気ガス浄化システム。

[2] 前記酸化触媒の入口の排気温度が前記第 2判定温度以上に昇温した後に、前記第 2排気温度センサで検出した排気温度が前記第 3判定温度以上になった場合には、前記排気絞り弁を段階的若しくは連続的に閉じる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。

[3] 前記酸化触媒の入口の排気温度が前記第 2判定温度以上に昇温した後に、前記第 2排気温度センサで検出した排気温度が前記第 3判定温度より高い所定の第 4判定温度以上になった場合には、前記排気絞り弁及び遅延多段噴射制御を解除することを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の排気ガス浄化システム。

[4] 前記 DPFの再生制御の際に、前記第 1排気温度センサで検出した排気温度が前記第 1判定温度よりも高い時には、前記排気絞り弁を開いた遅延多段噴射制御を行つて、前記第 2排気温度センサで検出した排気温度が前記第 3判定温度より高くなるように排気ガスを昇温させることを特徴とする請求項 1一請求項 3のいずれ力 1項に記載の排気ガス浄化システム。

[5] 前記第 1判定温度を前記酸化触媒の活性温度以上の温度とし、前記第 2判定温度を前記酸化触媒の活性温度とすることを特徴とする請求項 1一請求項 4のいずれ力 1 項に記載の排気ガス浄化システム。

[6] 前記第 3判定温度を、前記フィルタに蓄積された粒子状物質が燃焼を開始する排気温度とすることを特徴とする請求項 1一請求項 5のいずれかに記載の排気ガス浄ィ匕システム。

[7] 前記フィルタを、酸化触媒、 PM酸化触媒、酸化触媒と PM酸化触媒のレ、ずれかを担持したフィルタで形成することを特徴とする請求項 1一請求項 5のいずれか 1項に記載の排気ガス浄化システム。