排ガス浄化システム
【課題】酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加することによりＤＰＦを再生することを前提として、ＤＰＦ内の温度ムラが起因したＤＰＦのクラックの発生を抑制することができる排ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】排ガスに未燃燃料を添加する燃料添加装置１３と、燃料添加装置１３の下流に配置され、前記排ガスを浄化する酸化触媒１５と、酸化触媒１５の下流に配置され、粒子状物質を捕獲するＤＰＦ１７とを備えた排ガス浄化システム１であって、排ガス浄化システム１は、未燃燃料を添加したときの前記排ガス中に含まれるＨＣが前記酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、前記燃料添加装置の未燃燃料添加を休止することを特徴とする。
【解決手段】排ガスに未燃燃料を添加する燃料添加装置１３と、燃料添加装置１３の下流に配置され、前記排ガスを浄化する酸化触媒１５と、酸化触媒１５の下流に配置され、粒子状物質を捕獲するＤＰＦ１７とを備えた排ガス浄化システム１であって、排ガス浄化システム１は、未燃燃料を添加したときの前記排ガス中に含まれるＨＣが前記酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、前記燃料添加装置の未燃燃料添加を休止することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の排ガスを浄化するシステムに係り、特に、排ガスに未燃燃料を添加することにより、ＤＰＦで捕獲された粒子状物質を未燃燃料と共に燃焼させて、ＤＰＦを好適に再生することができる排ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上と二酸化炭素排出量の削減の効果を有するために、リーンバーンエンジンが広く普及している。その代表的なものとして、ディーゼルエンジンがある。このようなディーゼルエンジンの排気系には、排ガス浄化システムとして、燃焼室から排出される排ガスを浄化すべく、排ガスの流れ方向に酸化触媒およびＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）が、順次配列されている。
【０００３】
酸化触媒は、排ガス中の少なくとも酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を酸化して無害化する触媒であり、ＤＰＦは、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕獲して、排ガス内のＰＭを減少させるフィルタである。
【０００４】
そして、このような、酸化触媒およびＤＰＦのそれぞれの上流側に、ヒータを備えた排ガス浄化システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。これにより、酸化触媒に流入する排ガス温度及びＤＰＦに流入する排ガス温度を個別に制御することができると共に、ＤＰＦの温度をある一定の温度以上に維持することができるので、ＤＰＦの再生を可能にすると共に、ＤＰＦの熱衝撃を緩和してＤＰＦの破損を防止することができる。
【０００５】
また、別の浄化システムとして、酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加し、酸化触媒において、未燃燃料を燃焼させる（酸化する）ことにより酸化触媒内において排ガスを昇温するとともに、昇温された排ガスをＤＰＦ内に導入することにより捕獲された粒子状物質を燃焼し、ＤＰＦの再生を行う排ガス浄化システムが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６１２３６号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の如く、酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加することによりＤＰＦの再生を行った場合には、ＤＰＦ内の内部発熱により、ＤＰＦの表面と内部との温度分布、あるいはＤＰＦの上流側と下流側の温度分布にムラが生じることがある。この温度分布のムラが熱応力となって、ＤＰＦに繰り返し作用し、その結果、ＤＰＦにクラックが発生することがあった。
【０００８】
このような場合、例えば特許文献１の如く、ＤＰＦの上流にヒータを設けて、排ガス温度を管理したとしても、ＤＰＦの表面と内部との温度ムラを抑制することは難しく、ＤＰＦのクラックの発生を回避することができない場合があった。
【０００９】
本発明は、このような点を鑑みて、その目的とするところは、酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加することによりＤＰＦを再生することを前提として、ＤＰＦ内の温度ムラに起因したＤＰＦのクラックの発生を抑制することができる排ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、発明者らが、鋭意検討を重ねた結果、ＤＰＦの表面と内部とに発生する温度分布のムラは、排ガスに添加された未燃燃料の一部が酸化触媒内で燃焼せず（酸化せず）にすり抜けることに起因すると考えた。具体的には、酸化触媒をすり抜けた未燃燃料のＨＣがＤＰＦ内部で酸化され、これによりＤＰＦが発熱することで、ＤＰＦの表面と内部とに発生する温度分布のムラが発生するとの新たな知見を得た。
【００１１】
本発明は、発明者らの前記新たな知見によるものであり、本発明に係る排ガス浄化システムは、排ガスに未燃燃料を添加する燃料添加装置と、該燃料添加装置の下流に配置され、前記排ガスを浄化する酸化触媒と、該酸化触媒の下流に配置され、粒子状物質を捕獲するＤＰＦとを備え、前記燃料添加装置からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、前記酸化触媒内において未燃燃料を燃焼させて、前記排ガスの温度を昇温し、該昇温した排ガスにより前記ＤＰＦの内部に捕獲された前記粒子状物質を燃焼させて、前記ＤＰＦを再生させる排ガス浄化システムであって、前記排ガス浄化システムは、前記未燃燃料を添加したときの前記排ガス中に含まれるＨＣが前記酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、前記燃料添加装置の未燃燃料添加を休止することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、燃料添加装置からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、酸化触媒内において未燃燃料を燃焼させる。これにより、酸化触媒内において、排ガスの温度が昇温し、昇温した排ガスによりＤＰＦの内部に捕獲された粒子状物質を燃焼させる。このようにして、ＤＰＦ内部の粒子状物質により目詰まりからＤＰＦを再生させることができる。
【００１３】
ここで、本発明では、燃料添加装置から未燃燃料を添加したときの排ガス中に含まれるＨＣが酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、燃料添加装置の未燃燃料添加を休止する。すなわち、ＨＣすり抜け量が多い場合には、酸化触媒をすり抜けたＨＣが起因となって、ＤＰＦの内部の発熱量が増大し、ＤＰＦの表面と内部に、ＤＰＦにクラックが発生する程度の温度ムラが生じるところ、このような場合には、燃料添加装置からの未燃燃料の添加を休止するので、ＤＰＦの温度ムラを抑制することができる。
【００１４】
このようなＨＣすり抜け量は、酸化触媒とＤＰＦとの間で直接的に、排ガスに含まれるＨＣの含有量を測定してもよい。しかしながら、より好ましくは、前記ＨＣすり抜け量を、前記ＤＰＦに流入する排ガスの温度と、前記ＤＰＦの内部温度との温度差に基づいて推定し、該温度差に基づいて前記未燃燃料添加の休止を行う。
【００１５】
本発明によれば、前記ＤＰＦに流入する排ガスの温度と、前記ＤＰＦの内部温度との温度差に基づいて、クラックの起因となるＨＣすり抜け量を推定できるので、クラックが発生する温度ムラが発生する前に、未燃燃料添加を休止できる。
【００１６】
さらに好ましい態様としては、前記酸化触媒は、前記ＨＣを吸着するためＨＣ吸着材を含む。この態様によれば、酸化触媒をすり抜けるＨＣを、ＨＣ吸着材で吸着することができるので、酸化触媒からのＨＣのすり抜けを抑制することができる。これにより、燃料添加装置からの未燃燃料添加時間を延長することができる（未燃燃料添加の休止時間を短縮することができる）。このような結果、ＤＰＦを目標温度までより速く昇温させ、ＤＰＦの再生時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加することによりＤＰＦを再生することを前提として、ＤＰＦ内の温度ムラが起因したＤＰＦのクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る本実施形態に係る排ガス浄化システムの模式的概念図。
【図２】図１に示す排ガス浄化システムが行うフローチャートを示した図。
【図３】図１に示す排ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの再生を行う際のＤＰＦ内部温度（ＤＰＦ床温）を示したタイミングチャート。
【図４】図１に示す排ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの再生を行う際のＨＣ吸着材の有無によるＨＣすり抜け量を示したタイミングチャート。
【図５】図４に示すＨＣ吸着材の有無によるＤＰＦの再生を行う際のＤＰＦ内部温度（ＤＰＦ床温）を示したタイミングチャート。
【図６】参考例１〜３に係る酸化触媒のＨＣすり抜け挙動を示したタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る本実施形態に係る排ガス浄化システムの模式的概念図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る排ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン（図示せず）の排ガスを浄化するためのシステムである。具体的には、排気管１１に配置された燃料添加装置１３と、燃料添加装置１３の下流に配置され、排気管１１に接続された金属製の筒体１２とを備えており、筒体１２の内部には、酸化触媒１５と、酸化触媒１５の下流に配置されたＤＰＦ１７とを備えている。また、酸化触媒１５とＤＰＦ１７との間には、上流側温度計１６が配置されており、さらにＤＰＦ１７の下流には下流側温度計１９が配置されている。
【００２１】
ここで、燃料添加装置１３は、排ガスに未燃燃料を添加する装置であり、いわゆる燃料噴射弁と同じ構成である。燃料添加装置１３は、未燃燃料ポンプ（図示ぜず）に接続されており、コントローラ２０からの制御信号により開弁し、ディーゼルエンジンから排出された排ガスに未燃燃料を噴射する。
【００２２】
酸化触媒１５は、排ガス中の少なくとも酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を酸化して無害化する触媒であり、本実施形態では、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に白金／パラジウムを担持した触媒であり、触媒の表層には、例えば、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３からなるベータゼオライト（ＢＥＡ）がコーティングされている。このベータゼオライトは、ＨＣを吸着する吸着材となる。なお、ＨＣを吸着することができるのであれば、ことなる成分のベータゼオライトを二層構造にしてコーティングされていてもよい。
【００２３】
さらに、ＤＰＦ１７は、セラミックからなるフィルタであり、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕獲して、排ガス内のＰＭを減少させる一般的に知られたフィルタである。
【００２４】
このような排ガス浄化システムは、コントローラ２０を備えており、コントローラ２０は、上述した、上流側温度計１６と下流側温度計１９の温度信号が入力されるように、これらの温度計１６，１７に接続され、燃料添加装置１３に未燃燃料の添加およびその添加休止がされるように制御信号を出力すべく、燃料添加装置１３に接続されている。
【００２５】
コントローラ２０は、ハードウエアとしてＣＰＵなどの演算装置、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置を基本構成とするものであり、ＥＣＵそのものの構成であってもよい。これらのハードウエアの構成により、ＣＰＵ内で、温度信号およびその内部において、これらの温度信号から、酸化触媒１５をすり抜けたＨＣのすり抜け量を推定し、燃料添加装置１３に未燃燃料の添加およびその添加の休止のための制御信号を出力する。
【００２６】
コントローラ２０は、流入温度推定手段２１と、床温推定手段２２と、ＨＣすり抜け量推定手段２３と、燃料添加判定手段２４と、燃料添加実行手段２５とを備えており、本発明では、通常の未燃燃料の添加の制御に加え、未燃燃料を添加したときの排ガス中に含まれるＨＣが酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、前記燃料添加装置の未燃燃料の添加を休止する。
【００２７】
流入温度推定手段２１は、上流側温度計１６からの温度信号に基づいて、ＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度を推定する。床温推定手段２２は、上流側温度計１６と下流側温度計１９の温度信号、ＤＰＦ１７を通過する排ガス流量等に基づいて、ＤＰＦ１７内部（中心）の温度（以下ＤＰＦ床温度という）を推定する。ここでは、上述した温度信号と排ガス流量等から、一般的に知られた方法でＤＰＦ床温を推定しているが、特にこの方法に限定されるものではなく、ＤＰＦ床温を推定する必要はなく、たとえば、直接的にＤＰＦ床温の温度を測定してもよい。
【００２８】
ＨＣすり抜け量推定手段２３は、流入温度推定手段２１により推定されたＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度と、床温推定手段２２により推定されたＤＰＦ床温との温度差から、酸化触媒１５からすり抜けたＨＣの量（酸化触媒１５の下流の排ガスに含まれるＨＣ濃度）を推定する。すなわち、ＤＰＦ１７には、Ｐｔおよび／またはＰｄが担持されたアルミナなどの酸化物がコートされており、燃料添加装置１３により未燃燃料を添加したときに、酸化触媒１５をすり抜けた排ガス中のＨＣの量に応じて、ＨＣが燃焼（酸化）し、ＤＰＦ内部で発熱する。したがって、ＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度と、ＤＰＦ床温とから、ＨＣすり抜け量を推定することができる。なお、本実施形態では、上述した温度差から、ＨＣすり抜け量を推定しているが、直接的に、上流側温度計１６の位置において、ＨＣ濃度測定センサ等を用いて、ＨＣすり抜け量推定手段２３により、ＨＣすり抜け量を測定してもよい。
【００２９】
燃料添加判定手段２４は、運転条件等が入力され、この運転条件からＤＰＦの再生を判断し、燃料の添加を判定する手段である。また、ＨＣすり抜け量推定手段２３によりすり抜けたＨＣの量に基づいて、燃料添加判定手段２４は、未燃燃料を排ガスに添加している燃料添加装置１３が未燃燃料の添加を休止すべきか否かも、判定する。
【００３０】
具体的には、燃料添加判定手段２４は、ＨＣすり抜け量リミットを設定し、推定したＨＣすり抜け量よりも推定したＨＣすり抜け量が少ない場合には、その他の運転条件（具体的には、一般的に知られたＤＰＦを再生するための条件）等を加味して、燃料添加装置１３による未燃燃料の添加を判定する。一方、未燃燃料の添加時に、推定したＨＣすり抜け量が多い場合には、未燃燃料添加の休止（禁止）を判断する。
【００３１】
燃料添加実行手段２５は、燃料添加判定手段２４の結果に基づいて、未燃燃料を添加すると判定したときは、燃料添加装置１３へ未燃燃料を添加する制御信号（開弁信号）を出力し、未燃燃料の添加を休止すると判定した場合には、燃料添加装置１３への未燃燃料を添加する制御信号（開弁信号）を出力しない（出力を停止する）。
【００３２】
図２は、図１に示す排ガス浄化システムが行うフローチャートを示した図であり、以下に図１に示す排ガス浄化システム１が実行するフローを説明する。図３は、図１に示す排ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの再生を行う際のＤＰＦ内部温度（ＤＰＦ床温）を示したタイミングチャートである。
【００３３】
まず、Ｓ２０１において、ＤＰＦ再生を開始する。具体的には、ＤＰＦ１７の再生は、燃料添加装置１３からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、酸化触媒１５内において未燃燃料を燃焼させて、排ガスの温度を昇温し、昇温した排ガスによりＤＰＦ１７の内部に捕獲された粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させる制御である。
【００３４】
そして、このＤＰＦ１７を再生するにあたっては、上述した燃料添加判定手段２４で、車両の運転条件などから、一般的に知られた再生条件で、その再生の開始（未燃燃料の添加）を判定するものであり、例えば、ＤＰＦ１７を流れる排ガスの圧損、酸化触媒の上流の温度などを計測することにより、ＤＰＦ内で捕獲されたＰＭによる目詰りの状態に応じて行うものである。
【００３５】
次に、Ｓ２０２では、燃料添加判定手段２４の判定結果により、燃料添加実行手段２５が、燃料添加装置１３に、排ガスに対して燃料を添加させる制御信号を出力する。これにより、燃料添加装置１３は開弁し、排ガスに燃料を添加する。
【００３６】
次に、Ｓ２０３で、ＤＰＦ床温、排ガス温度を測定する。具体的には、上流側温度計１６と下流側温度計１９の温度信号により、流入温度推定手段２１によりＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度を推定（測定）し、床温推定手段２２によりＤＰＦ床温を推定（測定）する。
【００３７】
ここでは、Ｓ２０２で未燃燃料を添加しており、酸化触媒１５を添加した未燃燃料のＨＣがすり抜けている場合には、ＤＰＦ床温のほうが、ＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度よりも上昇する。
【００３８】
次に、Ｓ２０４に進み、まず、ＨＣすり抜け量推定手段２３により、ＤＰＦ発熱温度（すなわち、（ＤＰＦ床温）−（ＤＰＦを流入する排ガス温度）で求められる温度差）を算出する。すなわち、このＤＰＦ発熱温度は、酸化触媒１５をすり抜けたＨＣすり抜け量に応じた温度である。ＨＣすり抜け量が多い場合には、ＤＰＦ発熱量が高くなり、一方、ＨＣすり抜け量が少ない場合には、ＤＰＦ発熱量が低くなる。
【００３９】
そして、燃料添加判定手段２４により、未燃燃料の添加を継続するか、未燃燃料の添加を休止するかを判定する。具体的には、ＤＰＦ発熱温度が、ＤＰＦ発熱温度以上である場合、または、ＤＰＦ床温がＤＰＦ床温リミット以上である場合には、未燃燃料の添加を休止すると判定する。ＤＰＦ床温リミットは、表面と内部の温度差によりＤＰＦにクラックが発生する発熱温度よりもやや低い値である。また、ＤＰＦ床温リミットは、ＤＰＦが熱より破損する温度よりもやや低い値である。
【００４０】
なお、ここでは、ＨＣすり抜け量を間接的に発熱温度から推定したが、直接ＨＣすり抜け量を測定する場合には、ＨＣすり抜け量がＨＣすり抜け量リミット以上であるときに、添加燃料を休止すると判断してもよい。ＨＣすり抜け量リミットは、このＨＣすり抜け量リミットのＨＣがＤＰＦに導入されたときに、ＤＰＦ床温リミットまでＤＰＦが発熱するようなＨＣすり抜け量である。
【００４１】
そして、ＤＰＦ発熱温度≧ＤＰＦ発熱温度リミット、または、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ床温リミットの条件を満たしたときは、酸化触媒１５をすり抜けるＨＣすり抜け量が多い（内部発熱によりＤＰＦにクラックが発生するおそれのあるＨＣすり抜け量である）、または、ＤＰＦが熱により破損すると判断し、燃料添加判定手段２４により未燃燃料を休止すると判断し、これにより、燃料添加実行手段２５からの制御信号の出力を禁止（停止）する。
【００４２】
次に、Ｓ２０６に進み、Ｓ２０３と同様に、ＤＰＦの床温を測定する。このとき、Ｓ２０５で未燃燃料の添加を休止しているので、ＤＰＦ床温は低下している。次に、Ｓ２０７に進み、燃料添加判定手段２４により、ＤＰＦ床温がＤＰＦ目標床温以上であるかを判定する。このＤＰＦ目標床温は、ＤＰＦが再生可能なＤＰＦの内部温度である。したがって、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温の条件が成立している場合には、Ｓ２０８に進む。
【００４３】
Ｓ２０８では、この目標温度到達積算時間を加算する。具体的には、目標温度到達積算時間とは、ＤＰＦ目標床温以上にＤＰＦ床温がなった時間を積算した時間である。そして、Ｓ２０９で、加算した目標温度到達積算時間が、ＤＰＦ再生要求時間以上であるかを判定する。目標温度到達積算時間≧ＤＰＦ再生要求時間である場合には、ＤＰＦは再生できていると判断し、Ｓ２１０に進み、未燃燃料の添加を休止し、ＤＰＦ再生を終了する。
【００４４】
一方、Ｓ２０７において、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温の条件を満たしていない、または、Ｓ２０９において、目標温度到達時間≧ＤＰＦ再生要求温度を満たしてない場合には、Ｓ２１１に進む。
【００４５】
ステップ２１１では、ＤＰＦ発熱温度＜ＤＰＦ発熱温度リミット、および、ＤＰＦ床温＜ＤＰＦ目標床温の条件を満たしているかを判定する。ここで、この２つの条件を満たしていない場合、すなわち、ＤＰＦ発熱温度≧ＤＰＦ発熱温度リミットまたはＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温となっている場合、未燃燃料の添加からＤＰＦ発熱までの時間ラグが発生した、または、エンジンの運転条件等により未燃燃料を休止した状態で排ガス温度が上昇したと判断し、再度、ステップＳ２０５に戻る。
【００４６】
一方、ＤＰＦ発熱温度＜ＤＰＦ発熱温度リミット、および、ＤＰＦ床温＜ＤＰＦ目標床温の条件を満たしている場合には、Ｓ２０２に戻り、未燃燃料の添加を行う。
【００４７】
なお、Ｓ２０４に戻り、ＨＣすり抜け量推定手段２３により、ＤＰＦ発熱温度≧ＤＰＦ発熱リミット、または、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ床温リミットを満たさない場合には、未燃燃料の添加をすべきかを判断すべく、Ｓ２１２〜Ｓ２１４までのステップを行う。
【００４８】
すなわち、Ｓ２１２に進み、燃料添加判定手段２４により、ＤＰＦ床温がＤＰＦ目標床温以上であるかを判定する。このＤＰＦ目標床温は、ＤＰＦが再生可能なＤＰＦの内部温度である。したがって、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温の条件が成立している場合には、Ｓ２１３に進む。
【００４９】
Ｓ２１３では、この目標温度到達積算時間を加算する。具体的には、目標温度到達積算時間とは、ＤＰＦ目標床温以上にＤＰＦ床温がなった時間を積算した時間である。そして、Ｓ２１４で、加算した目標温度到達積算時間が、ＤＰＦ再生要求時間以上であるかを判定する。目標温度到達積算時間≧ＤＰＦ再生要求時間である場合には、ＤＰＦは再生できていると判断し、Ｓ２１５に進み、未燃燃料の添加を休止し、ＤＰＦ再生を終了する。
【００５０】
一方、Ｓ２１２において、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温の条件を満たしていない、または、Ｓ２１４において、目標温度到達積算時間≧ＤＰＦ再生要求温度を満たしてない場合には、ＤＰＦ１７の再生が十分でないと判断し、Ｓ２０２に戻り、未燃時間燃料の添加を行う。
【００５１】
このような結果、本実施形態では、図３の実線（１）に示すように、図２のＳ２０１〜２０４までで進み、さらに、Ｓ２０５〜Ｓ２１１まで進み（Ｓ２０７でＮｏの判定，またはＳ２０９でＮｏの判定となり、さらにＳ２１１でＹｅｓの判定となったとき）、Ｓ２０２に戻って、再度、未燃燃料を添加し、これらのステップを、ＤＰＦ床温が、目標床温リミットとなるまで、繰り返す。
【００５２】
このようにして、燃料添加装置１３からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、酸化触媒１５内において未燃燃料を燃焼させる。これにより、酸化触媒１５内において、排ガスの温度が昇温し、昇温した排ガスによりＤＰＦ１７の内部に捕獲された粒子状物質を燃焼させる。このようにして、ＤＰＦ１７内部の粒子状物質により目詰まりからＤＰＦ１７を再生させることができる。
【００５３】
そして、Ｓ２０４の判定により、燃料添加装置１３から未燃燃料を添加したときの排ガス中に含まれるＨＣが酸化触媒１５をすり抜けるＨＣすり抜け量（具体的には、ＤＰＦに流入する排ガスの温度と、前記ＤＰＦの内部温度との温度差（すなわちＤＰＦ発熱温度））に基づいて、燃料添加装置１３の未燃燃料の添加を休止する。
【００５４】
ＨＣすり抜け量が多い場合（ＤＰＦ発熱温度がＤＰＦ発熱温度リミット以上の場合）には、酸化触媒１５をすり抜けたＨＣが起因となって、ＤＰＦ１７の内部の発熱量が増大し、ＤＰＦの表面と内部に、ＤＰＦ１７にクラックが発生する程度の温度ムラが生じるところ、このような場合には、燃料添加装置１３からの未燃燃料の添加を休止するので、ＤＰＦ１７の温度ムラを抑制することができる。
【００５５】
そして、図３の破線（２）の如く、ＤＰＦ床温が十分高い場合には、Ｓ２１１でＮｏの判定となり、Ｓ２０５〜Ｓ２１０までの一連のステップを進み、未燃燃料の添加の休止の状態を維持して、ＤＰＦ１７の再生を終了する。
【００５６】
一方、Ｓ２０４でＮｏの判定となり、Ｓ２１２〜Ｓ２１４までを繰り返し、Ｓ２０２に戻り、未燃燃料の添加を繰り返す場合には、ＤＰＦ１７の再生を行う場合には、ＤＰＦ床温は、図３の一点鎖線（３）のように、ＤＰＦ１７が再生されるまで、ＤＰＦ目標床温と、ＤＰＦ床温リミットとの間を上下する。
【００５７】
図４は、図１に示す排ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの再生を行う際のＨＣ吸着材の有無によるＨＣすり抜け量を示したタイミングチャートである。図５は、図４に示すＨＣ吸着材の有無による、ＤＰＦの再生を行う際のＤＰＦ内部温度（ＤＰＦ床温）を示したタイミングチャートである。
【００５８】
図４に示すように、本実施形態の如く酸化触媒１５に上述したＨＣ吸着材を設けた場合には、ＨＣ吸着材なしのものに比べて、ＤＰＦ１７の再生時において、酸化触媒１５のＨＣすり抜け量が少ない。
【００５９】
そのため、本実施形態の場合には、ＨＣすり抜け量は、ＨＣすり抜け量リミットに到達するまで、未燃燃料を添加することができる時間を、ＨＣ吸着材なしのものに比べて、より長くすることができる（未燃燃料の添加休止回数を低減できる）。なお、すり抜け量が低下するまでの燃料休止の時間は、ＨＣ吸着材の有無にかかわらず一定である。
【００６０】
このような結果、図５に示すように、本実施形態の如く酸化触媒１５に上述したＨＣ吸着材を設けた場合には、ＨＣ吸着材なしのものに比べて、未燃燃料を添加する時間を長くすることができることから、ＤＰＦ再生時に、ＤＰＦ目標床温に到達する時間が短くなり、ＤＰＦの再生時間を短縮することができる。
【００６１】
（参考例）
以下に、酸化触媒にＨＣ吸着材を設けたときのＨＣすり抜け量を確認した。
＜参考例１＞
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）にＰｔ／Ｐｄを担持した、容量１．１Ｌの触媒を準備して、６５０℃×５０時間、６６０℃×１０時間の簡易耐久を施して、参考例１の酸化触媒を得た。
【００６２】
＜参考例２＞
参考例１と同じように酸化触媒を製作した。参考例１と相違する点は、参考例２の酸化触媒は、その表面に、ＨＣ吸着材として、ゼオライトをコーティングした点である。なお、ゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３＝４０からなるベータゼオライト（ＢＥＡ）をコーティングした。
【００６３】
＜参考例３＞
参考例１と同じように酸化触媒を製作した。参考例１と相違する点は、参考例２の酸化触媒は、その表面に、ＨＣ吸着材として以下に示すゼオライトをコーティングした点である。なお、ゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３＝２８にＦｅを４質量％添加したベータゼオライト（Ｆｅ−ＺＳＭ５）をコーティングして下層とし、さらに、参考例２のベータゼオライト（ＢＥＡ）をコーティングして上層とした。
【００６４】
なお、以下の表１には、それぞれの成分とその割合を示しており、その数値の単位はｇ／Ｌである。
【００６５】
【表１】
【００６６】
このような酸化触媒を、実機のディーゼルエンジンの排気管に接続した。そして、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、トルク１００Ｎ・ｍ、吸入空気量５２〜５３ｇ／秒、ＥＧＲ開度０％、燃料噴射量３２．８ｍｍ３／ｓｔ、排気系の燃料添加装置からの燃料添加量１６８．５ｍｍ３／回、ターボ直下の温度３５０℃、触媒前端面より１０ｍｍ前の位置の入温約３４０〜３５０度の条件で、ディーゼルエンジンを駆動し、参考例１〜３にかかるそれぞれの酸化触媒のＨＣのすり抜け量を測定した。この結果を、図６示す。
【００６７】
＜結果＞
参考例２および３の如く、ＨＣ吸着材ありの酸化触媒は、参考例１の如く、ＨＣ吸着材なしの酸化触媒に比べて、ＨＣすり抜け量は少なかった。このことから、ＨＣ吸着材ありの酸化触媒を用いることにより、ＤＰＦ再生時の、酸化触媒からの未燃燃料のＨＣすり抜け量を抑制することができる。これにより、酸化触媒をすり抜けたＨＣに起因したＤＰＦ床温の上昇を低減でき、この結果、ＤＰＦの再生時間を短縮することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１：排ガス浄化システム，１１：排気管，１２：筒体，１３：燃料添加装置，１５：酸化触媒，１６：上流側温度計，１７：ＤＰＦ，１９：下流側温度計，２０：コントローラ，２１：流入温度推定手段，２２：床温推定手段，２３：ＨＣすり抜け量推定手段，２４：燃料添加判定手段，２５：燃料添加実行手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の排ガスを浄化するシステムに係り、特に、排ガスに未燃燃料を添加することにより、ＤＰＦで捕獲された粒子状物質を未燃燃料と共に燃焼させて、ＤＰＦを好適に再生することができる排ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上と二酸化炭素排出量の削減の効果を有するために、リーンバーンエンジンが広く普及している。その代表的なものとして、ディーゼルエンジンがある。このようなディーゼルエンジンの排気系には、排ガス浄化システムとして、燃焼室から排出される排ガスを浄化すべく、排ガスの流れ方向に酸化触媒およびＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）が、順次配列されている。
【０００３】
酸化触媒は、排ガス中の少なくとも酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を酸化して無害化する触媒であり、ＤＰＦは、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕獲して、排ガス内のＰＭを減少させるフィルタである。
【０００４】
そして、このような、酸化触媒およびＤＰＦのそれぞれの上流側に、ヒータを備えた排ガス浄化システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。これにより、酸化触媒に流入する排ガス温度及びＤＰＦに流入する排ガス温度を個別に制御することができると共に、ＤＰＦの温度をある一定の温度以上に維持することができるので、ＤＰＦの再生を可能にすると共に、ＤＰＦの熱衝撃を緩和してＤＰＦの破損を防止することができる。
【０００５】
また、別の浄化システムとして、酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加し、酸化触媒において、未燃燃料を燃焼させる（酸化する）ことにより酸化触媒内において排ガスを昇温するとともに、昇温された排ガスをＤＰＦ内に導入することにより捕獲された粒子状物質を燃焼し、ＤＰＦの再生を行う排ガス浄化システムが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６１２３６号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の如く、酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加することによりＤＰＦの再生を行った場合には、ＤＰＦ内の内部発熱により、ＤＰＦの表面と内部との温度分布、あるいはＤＰＦの上流側と下流側の温度分布にムラが生じることがある。この温度分布のムラが熱応力となって、ＤＰＦに繰り返し作用し、その結果、ＤＰＦにクラックが発生することがあった。
【０００８】
このような場合、例えば特許文献１の如く、ＤＰＦの上流にヒータを設けて、排ガス温度を管理したとしても、ＤＰＦの表面と内部との温度ムラを抑制することは難しく、ＤＰＦのクラックの発生を回避することができない場合があった。
【０００９】
本発明は、このような点を鑑みて、その目的とするところは、酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加することによりＤＰＦを再生することを前提として、ＤＰＦ内の温度ムラに起因したＤＰＦのクラックの発生を抑制することができる排ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、発明者らが、鋭意検討を重ねた結果、ＤＰＦの表面と内部とに発生する温度分布のムラは、排ガスに添加された未燃燃料の一部が酸化触媒内で燃焼せず（酸化せず）にすり抜けることに起因すると考えた。具体的には、酸化触媒をすり抜けた未燃燃料のＨＣがＤＰＦ内部で酸化され、これによりＤＰＦが発熱することで、ＤＰＦの表面と内部とに発生する温度分布のムラが発生するとの新たな知見を得た。
【００１１】
本発明は、発明者らの前記新たな知見によるものであり、本発明に係る排ガス浄化システムは、排ガスに未燃燃料を添加する燃料添加装置と、該燃料添加装置の下流に配置され、前記排ガスを浄化する酸化触媒と、該酸化触媒の下流に配置され、粒子状物質を捕獲するＤＰＦとを備え、前記燃料添加装置からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、前記酸化触媒内において未燃燃料を燃焼させて、前記排ガスの温度を昇温し、該昇温した排ガスにより前記ＤＰＦの内部に捕獲された前記粒子状物質を燃焼させて、前記ＤＰＦを再生させる排ガス浄化システムであって、前記排ガス浄化システムは、前記未燃燃料を添加したときの前記排ガス中に含まれるＨＣが前記酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、前記燃料添加装置の未燃燃料添加を休止することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、燃料添加装置からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、酸化触媒内において未燃燃料を燃焼させる。これにより、酸化触媒内において、排ガスの温度が昇温し、昇温した排ガスによりＤＰＦの内部に捕獲された粒子状物質を燃焼させる。このようにして、ＤＰＦ内部の粒子状物質により目詰まりからＤＰＦを再生させることができる。
【００１３】
ここで、本発明では、燃料添加装置から未燃燃料を添加したときの排ガス中に含まれるＨＣが酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、燃料添加装置の未燃燃料添加を休止する。すなわち、ＨＣすり抜け量が多い場合には、酸化触媒をすり抜けたＨＣが起因となって、ＤＰＦの内部の発熱量が増大し、ＤＰＦの表面と内部に、ＤＰＦにクラックが発生する程度の温度ムラが生じるところ、このような場合には、燃料添加装置からの未燃燃料の添加を休止するので、ＤＰＦの温度ムラを抑制することができる。
【００１４】
このようなＨＣすり抜け量は、酸化触媒とＤＰＦとの間で直接的に、排ガスに含まれるＨＣの含有量を測定してもよい。しかしながら、より好ましくは、前記ＨＣすり抜け量を、前記ＤＰＦに流入する排ガスの温度と、前記ＤＰＦの内部温度との温度差に基づいて推定し、該温度差に基づいて前記未燃燃料添加の休止を行う。
【００１５】
本発明によれば、前記ＤＰＦに流入する排ガスの温度と、前記ＤＰＦの内部温度との温度差に基づいて、クラックの起因となるＨＣすり抜け量を推定できるので、クラックが発生する温度ムラが発生する前に、未燃燃料添加を休止できる。
【００１６】
さらに好ましい態様としては、前記酸化触媒は、前記ＨＣを吸着するためＨＣ吸着材を含む。この態様によれば、酸化触媒をすり抜けるＨＣを、ＨＣ吸着材で吸着することができるので、酸化触媒からのＨＣのすり抜けを抑制することができる。これにより、燃料添加装置からの未燃燃料添加時間を延長することができる（未燃燃料添加の休止時間を短縮することができる）。このような結果、ＤＰＦを目標温度までより速く昇温させ、ＤＰＦの再生時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、酸化触媒の上流側の排ガスに未燃燃料を添加することによりＤＰＦを再生することを前提として、ＤＰＦ内の温度ムラが起因したＤＰＦのクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る本実施形態に係る排ガス浄化システムの模式的概念図。
【図２】図１に示す排ガス浄化システムが行うフローチャートを示した図。
【図３】図１に示す排ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの再生を行う際のＤＰＦ内部温度（ＤＰＦ床温）を示したタイミングチャート。
【図４】図１に示す排ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの再生を行う際のＨＣ吸着材の有無によるＨＣすり抜け量を示したタイミングチャート。
【図５】図４に示すＨＣ吸着材の有無によるＤＰＦの再生を行う際のＤＰＦ内部温度（ＤＰＦ床温）を示したタイミングチャート。
【図６】参考例１〜３に係る酸化触媒のＨＣすり抜け挙動を示したタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る本実施形態に係る排ガス浄化システムの模式的概念図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る排ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン（図示せず）の排ガスを浄化するためのシステムである。具体的には、排気管１１に配置された燃料添加装置１３と、燃料添加装置１３の下流に配置され、排気管１１に接続された金属製の筒体１２とを備えており、筒体１２の内部には、酸化触媒１５と、酸化触媒１５の下流に配置されたＤＰＦ１７とを備えている。また、酸化触媒１５とＤＰＦ１７との間には、上流側温度計１６が配置されており、さらにＤＰＦ１７の下流には下流側温度計１９が配置されている。
【００２１】
ここで、燃料添加装置１３は、排ガスに未燃燃料を添加する装置であり、いわゆる燃料噴射弁と同じ構成である。燃料添加装置１３は、未燃燃料ポンプ（図示ぜず）に接続されており、コントローラ２０からの制御信号により開弁し、ディーゼルエンジンから排出された排ガスに未燃燃料を噴射する。
【００２２】
酸化触媒１５は、排ガス中の少なくとも酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を酸化して無害化する触媒であり、本実施形態では、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に白金／パラジウムを担持した触媒であり、触媒の表層には、例えば、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３からなるベータゼオライト（ＢＥＡ）がコーティングされている。このベータゼオライトは、ＨＣを吸着する吸着材となる。なお、ＨＣを吸着することができるのであれば、ことなる成分のベータゼオライトを二層構造にしてコーティングされていてもよい。
【００２３】
さらに、ＤＰＦ１７は、セラミックからなるフィルタであり、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕獲して、排ガス内のＰＭを減少させる一般的に知られたフィルタである。
【００２４】
このような排ガス浄化システムは、コントローラ２０を備えており、コントローラ２０は、上述した、上流側温度計１６と下流側温度計１９の温度信号が入力されるように、これらの温度計１６，１７に接続され、燃料添加装置１３に未燃燃料の添加およびその添加休止がされるように制御信号を出力すべく、燃料添加装置１３に接続されている。
【００２５】
コントローラ２０は、ハードウエアとしてＣＰＵなどの演算装置、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置を基本構成とするものであり、ＥＣＵそのものの構成であってもよい。これらのハードウエアの構成により、ＣＰＵ内で、温度信号およびその内部において、これらの温度信号から、酸化触媒１５をすり抜けたＨＣのすり抜け量を推定し、燃料添加装置１３に未燃燃料の添加およびその添加の休止のための制御信号を出力する。
【００２６】
コントローラ２０は、流入温度推定手段２１と、床温推定手段２２と、ＨＣすり抜け量推定手段２３と、燃料添加判定手段２４と、燃料添加実行手段２５とを備えており、本発明では、通常の未燃燃料の添加の制御に加え、未燃燃料を添加したときの排ガス中に含まれるＨＣが酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、前記燃料添加装置の未燃燃料の添加を休止する。
【００２７】
流入温度推定手段２１は、上流側温度計１６からの温度信号に基づいて、ＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度を推定する。床温推定手段２２は、上流側温度計１６と下流側温度計１９の温度信号、ＤＰＦ１７を通過する排ガス流量等に基づいて、ＤＰＦ１７内部（中心）の温度（以下ＤＰＦ床温度という）を推定する。ここでは、上述した温度信号と排ガス流量等から、一般的に知られた方法でＤＰＦ床温を推定しているが、特にこの方法に限定されるものではなく、ＤＰＦ床温を推定する必要はなく、たとえば、直接的にＤＰＦ床温の温度を測定してもよい。
【００２８】
ＨＣすり抜け量推定手段２３は、流入温度推定手段２１により推定されたＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度と、床温推定手段２２により推定されたＤＰＦ床温との温度差から、酸化触媒１５からすり抜けたＨＣの量（酸化触媒１５の下流の排ガスに含まれるＨＣ濃度）を推定する。すなわち、ＤＰＦ１７には、Ｐｔおよび／またはＰｄが担持されたアルミナなどの酸化物がコートされており、燃料添加装置１３により未燃燃料を添加したときに、酸化触媒１５をすり抜けた排ガス中のＨＣの量に応じて、ＨＣが燃焼（酸化）し、ＤＰＦ内部で発熱する。したがって、ＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度と、ＤＰＦ床温とから、ＨＣすり抜け量を推定することができる。なお、本実施形態では、上述した温度差から、ＨＣすり抜け量を推定しているが、直接的に、上流側温度計１６の位置において、ＨＣ濃度測定センサ等を用いて、ＨＣすり抜け量推定手段２３により、ＨＣすり抜け量を測定してもよい。
【００２９】
燃料添加判定手段２４は、運転条件等が入力され、この運転条件からＤＰＦの再生を判断し、燃料の添加を判定する手段である。また、ＨＣすり抜け量推定手段２３によりすり抜けたＨＣの量に基づいて、燃料添加判定手段２４は、未燃燃料を排ガスに添加している燃料添加装置１３が未燃燃料の添加を休止すべきか否かも、判定する。
【００３０】
具体的には、燃料添加判定手段２４は、ＨＣすり抜け量リミットを設定し、推定したＨＣすり抜け量よりも推定したＨＣすり抜け量が少ない場合には、その他の運転条件（具体的には、一般的に知られたＤＰＦを再生するための条件）等を加味して、燃料添加装置１３による未燃燃料の添加を判定する。一方、未燃燃料の添加時に、推定したＨＣすり抜け量が多い場合には、未燃燃料添加の休止（禁止）を判断する。
【００３１】
燃料添加実行手段２５は、燃料添加判定手段２４の結果に基づいて、未燃燃料を添加すると判定したときは、燃料添加装置１３へ未燃燃料を添加する制御信号（開弁信号）を出力し、未燃燃料の添加を休止すると判定した場合には、燃料添加装置１３への未燃燃料を添加する制御信号（開弁信号）を出力しない（出力を停止する）。
【００３２】
図２は、図１に示す排ガス浄化システムが行うフローチャートを示した図であり、以下に図１に示す排ガス浄化システム１が実行するフローを説明する。図３は、図１に示す排ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの再生を行う際のＤＰＦ内部温度（ＤＰＦ床温）を示したタイミングチャートである。
【００３３】
まず、Ｓ２０１において、ＤＰＦ再生を開始する。具体的には、ＤＰＦ１７の再生は、燃料添加装置１３からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、酸化触媒１５内において未燃燃料を燃焼させて、排ガスの温度を昇温し、昇温した排ガスによりＤＰＦ１７の内部に捕獲された粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させる制御である。
【００３４】
そして、このＤＰＦ１７を再生するにあたっては、上述した燃料添加判定手段２４で、車両の運転条件などから、一般的に知られた再生条件で、その再生の開始（未燃燃料の添加）を判定するものであり、例えば、ＤＰＦ１７を流れる排ガスの圧損、酸化触媒の上流の温度などを計測することにより、ＤＰＦ内で捕獲されたＰＭによる目詰りの状態に応じて行うものである。
【００３５】
次に、Ｓ２０２では、燃料添加判定手段２４の判定結果により、燃料添加実行手段２５が、燃料添加装置１３に、排ガスに対して燃料を添加させる制御信号を出力する。これにより、燃料添加装置１３は開弁し、排ガスに燃料を添加する。
【００３６】
次に、Ｓ２０３で、ＤＰＦ床温、排ガス温度を測定する。具体的には、上流側温度計１６と下流側温度計１９の温度信号により、流入温度推定手段２１によりＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度を推定（測定）し、床温推定手段２２によりＤＰＦ床温を推定（測定）する。
【００３７】
ここでは、Ｓ２０２で未燃燃料を添加しており、酸化触媒１５を添加した未燃燃料のＨＣがすり抜けている場合には、ＤＰＦ床温のほうが、ＤＰＦ１７に流れ込む排ガス温度よりも上昇する。
【００３８】
次に、Ｓ２０４に進み、まず、ＨＣすり抜け量推定手段２３により、ＤＰＦ発熱温度（すなわち、（ＤＰＦ床温）−（ＤＰＦを流入する排ガス温度）で求められる温度差）を算出する。すなわち、このＤＰＦ発熱温度は、酸化触媒１５をすり抜けたＨＣすり抜け量に応じた温度である。ＨＣすり抜け量が多い場合には、ＤＰＦ発熱量が高くなり、一方、ＨＣすり抜け量が少ない場合には、ＤＰＦ発熱量が低くなる。
【００３９】
そして、燃料添加判定手段２４により、未燃燃料の添加を継続するか、未燃燃料の添加を休止するかを判定する。具体的には、ＤＰＦ発熱温度が、ＤＰＦ発熱温度以上である場合、または、ＤＰＦ床温がＤＰＦ床温リミット以上である場合には、未燃燃料の添加を休止すると判定する。ＤＰＦ床温リミットは、表面と内部の温度差によりＤＰＦにクラックが発生する発熱温度よりもやや低い値である。また、ＤＰＦ床温リミットは、ＤＰＦが熱より破損する温度よりもやや低い値である。
【００４０】
なお、ここでは、ＨＣすり抜け量を間接的に発熱温度から推定したが、直接ＨＣすり抜け量を測定する場合には、ＨＣすり抜け量がＨＣすり抜け量リミット以上であるときに、添加燃料を休止すると判断してもよい。ＨＣすり抜け量リミットは、このＨＣすり抜け量リミットのＨＣがＤＰＦに導入されたときに、ＤＰＦ床温リミットまでＤＰＦが発熱するようなＨＣすり抜け量である。
【００４１】
そして、ＤＰＦ発熱温度≧ＤＰＦ発熱温度リミット、または、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ床温リミットの条件を満たしたときは、酸化触媒１５をすり抜けるＨＣすり抜け量が多い（内部発熱によりＤＰＦにクラックが発生するおそれのあるＨＣすり抜け量である）、または、ＤＰＦが熱により破損すると判断し、燃料添加判定手段２４により未燃燃料を休止すると判断し、これにより、燃料添加実行手段２５からの制御信号の出力を禁止（停止）する。
【００４２】
次に、Ｓ２０６に進み、Ｓ２０３と同様に、ＤＰＦの床温を測定する。このとき、Ｓ２０５で未燃燃料の添加を休止しているので、ＤＰＦ床温は低下している。次に、Ｓ２０７に進み、燃料添加判定手段２４により、ＤＰＦ床温がＤＰＦ目標床温以上であるかを判定する。このＤＰＦ目標床温は、ＤＰＦが再生可能なＤＰＦの内部温度である。したがって、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温の条件が成立している場合には、Ｓ２０８に進む。
【００４３】
Ｓ２０８では、この目標温度到達積算時間を加算する。具体的には、目標温度到達積算時間とは、ＤＰＦ目標床温以上にＤＰＦ床温がなった時間を積算した時間である。そして、Ｓ２０９で、加算した目標温度到達積算時間が、ＤＰＦ再生要求時間以上であるかを判定する。目標温度到達積算時間≧ＤＰＦ再生要求時間である場合には、ＤＰＦは再生できていると判断し、Ｓ２１０に進み、未燃燃料の添加を休止し、ＤＰＦ再生を終了する。
【００４４】
一方、Ｓ２０７において、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温の条件を満たしていない、または、Ｓ２０９において、目標温度到達時間≧ＤＰＦ再生要求温度を満たしてない場合には、Ｓ２１１に進む。
【００４５】
ステップ２１１では、ＤＰＦ発熱温度＜ＤＰＦ発熱温度リミット、および、ＤＰＦ床温＜ＤＰＦ目標床温の条件を満たしているかを判定する。ここで、この２つの条件を満たしていない場合、すなわち、ＤＰＦ発熱温度≧ＤＰＦ発熱温度リミットまたはＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温となっている場合、未燃燃料の添加からＤＰＦ発熱までの時間ラグが発生した、または、エンジンの運転条件等により未燃燃料を休止した状態で排ガス温度が上昇したと判断し、再度、ステップＳ２０５に戻る。
【００４６】
一方、ＤＰＦ発熱温度＜ＤＰＦ発熱温度リミット、および、ＤＰＦ床温＜ＤＰＦ目標床温の条件を満たしている場合には、Ｓ２０２に戻り、未燃燃料の添加を行う。
【００４７】
なお、Ｓ２０４に戻り、ＨＣすり抜け量推定手段２３により、ＤＰＦ発熱温度≧ＤＰＦ発熱リミット、または、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ床温リミットを満たさない場合には、未燃燃料の添加をすべきかを判断すべく、Ｓ２１２〜Ｓ２１４までのステップを行う。
【００４８】
すなわち、Ｓ２１２に進み、燃料添加判定手段２４により、ＤＰＦ床温がＤＰＦ目標床温以上であるかを判定する。このＤＰＦ目標床温は、ＤＰＦが再生可能なＤＰＦの内部温度である。したがって、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温の条件が成立している場合には、Ｓ２１３に進む。
【００４９】
Ｓ２１３では、この目標温度到達積算時間を加算する。具体的には、目標温度到達積算時間とは、ＤＰＦ目標床温以上にＤＰＦ床温がなった時間を積算した時間である。そして、Ｓ２１４で、加算した目標温度到達積算時間が、ＤＰＦ再生要求時間以上であるかを判定する。目標温度到達積算時間≧ＤＰＦ再生要求時間である場合には、ＤＰＦは再生できていると判断し、Ｓ２１５に進み、未燃燃料の添加を休止し、ＤＰＦ再生を終了する。
【００５０】
一方、Ｓ２１２において、ＤＰＦ床温≧ＤＰＦ目標床温の条件を満たしていない、または、Ｓ２１４において、目標温度到達積算時間≧ＤＰＦ再生要求温度を満たしてない場合には、ＤＰＦ１７の再生が十分でないと判断し、Ｓ２０２に戻り、未燃時間燃料の添加を行う。
【００５１】
このような結果、本実施形態では、図３の実線（１）に示すように、図２のＳ２０１〜２０４までで進み、さらに、Ｓ２０５〜Ｓ２１１まで進み（Ｓ２０７でＮｏの判定，またはＳ２０９でＮｏの判定となり、さらにＳ２１１でＹｅｓの判定となったとき）、Ｓ２０２に戻って、再度、未燃燃料を添加し、これらのステップを、ＤＰＦ床温が、目標床温リミットとなるまで、繰り返す。
【００５２】
このようにして、燃料添加装置１３からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、酸化触媒１５内において未燃燃料を燃焼させる。これにより、酸化触媒１５内において、排ガスの温度が昇温し、昇温した排ガスによりＤＰＦ１７の内部に捕獲された粒子状物質を燃焼させる。このようにして、ＤＰＦ１７内部の粒子状物質により目詰まりからＤＰＦ１７を再生させることができる。
【００５３】
そして、Ｓ２０４の判定により、燃料添加装置１３から未燃燃料を添加したときの排ガス中に含まれるＨＣが酸化触媒１５をすり抜けるＨＣすり抜け量（具体的には、ＤＰＦに流入する排ガスの温度と、前記ＤＰＦの内部温度との温度差（すなわちＤＰＦ発熱温度））に基づいて、燃料添加装置１３の未燃燃料の添加を休止する。
【００５４】
ＨＣすり抜け量が多い場合（ＤＰＦ発熱温度がＤＰＦ発熱温度リミット以上の場合）には、酸化触媒１５をすり抜けたＨＣが起因となって、ＤＰＦ１７の内部の発熱量が増大し、ＤＰＦの表面と内部に、ＤＰＦ１７にクラックが発生する程度の温度ムラが生じるところ、このような場合には、燃料添加装置１３からの未燃燃料の添加を休止するので、ＤＰＦ１７の温度ムラを抑制することができる。
【００５５】
そして、図３の破線（２）の如く、ＤＰＦ床温が十分高い場合には、Ｓ２１１でＮｏの判定となり、Ｓ２０５〜Ｓ２１０までの一連のステップを進み、未燃燃料の添加の休止の状態を維持して、ＤＰＦ１７の再生を終了する。
【００５６】
一方、Ｓ２０４でＮｏの判定となり、Ｓ２１２〜Ｓ２１４までを繰り返し、Ｓ２０２に戻り、未燃燃料の添加を繰り返す場合には、ＤＰＦ１７の再生を行う場合には、ＤＰＦ床温は、図３の一点鎖線（３）のように、ＤＰＦ１７が再生されるまで、ＤＰＦ目標床温と、ＤＰＦ床温リミットとの間を上下する。
【００５７】
図４は、図１に示す排ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの再生を行う際のＨＣ吸着材の有無によるＨＣすり抜け量を示したタイミングチャートである。図５は、図４に示すＨＣ吸着材の有無による、ＤＰＦの再生を行う際のＤＰＦ内部温度（ＤＰＦ床温）を示したタイミングチャートである。
【００５８】
図４に示すように、本実施形態の如く酸化触媒１５に上述したＨＣ吸着材を設けた場合には、ＨＣ吸着材なしのものに比べて、ＤＰＦ１７の再生時において、酸化触媒１５のＨＣすり抜け量が少ない。
【００５９】
そのため、本実施形態の場合には、ＨＣすり抜け量は、ＨＣすり抜け量リミットに到達するまで、未燃燃料を添加することができる時間を、ＨＣ吸着材なしのものに比べて、より長くすることができる（未燃燃料の添加休止回数を低減できる）。なお、すり抜け量が低下するまでの燃料休止の時間は、ＨＣ吸着材の有無にかかわらず一定である。
【００６０】
このような結果、図５に示すように、本実施形態の如く酸化触媒１５に上述したＨＣ吸着材を設けた場合には、ＨＣ吸着材なしのものに比べて、未燃燃料を添加する時間を長くすることができることから、ＤＰＦ再生時に、ＤＰＦ目標床温に到達する時間が短くなり、ＤＰＦの再生時間を短縮することができる。
【００６１】
（参考例）
以下に、酸化触媒にＨＣ吸着材を設けたときのＨＣすり抜け量を確認した。
＜参考例１＞
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）にＰｔ／Ｐｄを担持した、容量１．１Ｌの触媒を準備して、６５０℃×５０時間、６６０℃×１０時間の簡易耐久を施して、参考例１の酸化触媒を得た。
【００６２】
＜参考例２＞
参考例１と同じように酸化触媒を製作した。参考例１と相違する点は、参考例２の酸化触媒は、その表面に、ＨＣ吸着材として、ゼオライトをコーティングした点である。なお、ゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３＝４０からなるベータゼオライト（ＢＥＡ）をコーティングした。
【００６３】
＜参考例３＞
参考例１と同じように酸化触媒を製作した。参考例１と相違する点は、参考例２の酸化触媒は、その表面に、ＨＣ吸着材として以下に示すゼオライトをコーティングした点である。なお、ゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３＝２８にＦｅを４質量％添加したベータゼオライト（Ｆｅ−ＺＳＭ５）をコーティングして下層とし、さらに、参考例２のベータゼオライト（ＢＥＡ）をコーティングして上層とした。
【００６４】
なお、以下の表１には、それぞれの成分とその割合を示しており、その数値の単位はｇ／Ｌである。
【００６５】
【表１】
【００６６】
このような酸化触媒を、実機のディーゼルエンジンの排気管に接続した。そして、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、トルク１００Ｎ・ｍ、吸入空気量５２〜５３ｇ／秒、ＥＧＲ開度０％、燃料噴射量３２．８ｍｍ３／ｓｔ、排気系の燃料添加装置からの燃料添加量１６８．５ｍｍ３／回、ターボ直下の温度３５０℃、触媒前端面より１０ｍｍ前の位置の入温約３４０〜３５０度の条件で、ディーゼルエンジンを駆動し、参考例１〜３にかかるそれぞれの酸化触媒のＨＣのすり抜け量を測定した。この結果を、図６示す。
【００６７】
＜結果＞
参考例２および３の如く、ＨＣ吸着材ありの酸化触媒は、参考例１の如く、ＨＣ吸着材なしの酸化触媒に比べて、ＨＣすり抜け量は少なかった。このことから、ＨＣ吸着材ありの酸化触媒を用いることにより、ＤＰＦ再生時の、酸化触媒からの未燃燃料のＨＣすり抜け量を抑制することができる。これにより、酸化触媒をすり抜けたＨＣに起因したＤＰＦ床温の上昇を低減でき、この結果、ＤＰＦの再生時間を短縮することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１：排ガス浄化システム，１１：排気管，１２：筒体，１３：燃料添加装置，１５：酸化触媒，１６：上流側温度計，１７：ＤＰＦ，１９：下流側温度計，２０：コントローラ，２１：流入温度推定手段，２２：床温推定手段，２３：ＨＣすり抜け量推定手段，２４：燃料添加判定手段，２５：燃料添加実行手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスに未燃燃料を添加する燃料添加装置と、該燃料添加装置の下流に配置され、前記排ガスを浄化する酸化触媒と、該酸化触媒の下流に配置され、粒子状物質を捕獲するＤＰＦとを備え、前記燃料添加装置からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、前記酸化触媒内において未燃燃料を燃焼させて、前記排ガスの温度を昇温し、該昇温した排ガスにより該前記ＤＰＦの内部に捕獲された前記粒子状物質を燃焼させて、前記ＤＰＦを再生させる排ガス浄化システムであって、
前記排ガス浄化システムは、前記未燃燃料を添加したときの前記排ガス中に含まれるＨＣが前記酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、前記燃料添加装置の未燃燃料添加を休止することを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２】
前記ＨＣすり抜け量を、前記ＤＰＦに流入する排ガスの温度と、前記ＤＰＦの内部温度との温度差に基づいて推定し、該温度差に基づいて前記未燃燃料添加の休止を行うことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化システム。
【請求項３】
前記酸化触媒は、前記ＨＣを吸着するためＨＣ吸着材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化システム。
【請求項１】
排ガスに未燃燃料を添加する燃料添加装置と、該燃料添加装置の下流に配置され、前記排ガスを浄化する酸化触媒と、該酸化触媒の下流に配置され、粒子状物質を捕獲するＤＰＦとを備え、前記燃料添加装置からの未燃燃料を排ガスに添加することにより、前記酸化触媒内において未燃燃料を燃焼させて、前記排ガスの温度を昇温し、該昇温した排ガスにより該前記ＤＰＦの内部に捕獲された前記粒子状物質を燃焼させて、前記ＤＰＦを再生させる排ガス浄化システムであって、
前記排ガス浄化システムは、前記未燃燃料を添加したときの前記排ガス中に含まれるＨＣが前記酸化触媒をすり抜けるＨＣすり抜け量に基づいて、前記燃料添加装置の未燃燃料添加を休止することを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２】
前記ＨＣすり抜け量を、前記ＤＰＦに流入する排ガスの温度と、前記ＤＰＦの内部温度との温度差に基づいて推定し、該温度差に基づいて前記未燃燃料添加の休止を行うことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化システム。
【請求項３】
前記酸化触媒は、前記ＨＣを吸着するためＨＣ吸着材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８７７６０（Ｐ２０１３−８７７６０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２０７３（Ｐ２０１１−２３２０７３）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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