特開 2017-223180 ディーゼルエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-223180(P2017-223180A)

(43)【公開日】2017年12月21日

(54)【発明の名称】ディーゼルエンジン

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20171124BHJP

   F01N 3/027 20060101ALI20171124BHJP

   F01N 3/023 20060101ALI20171124BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20171124BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20171124BHJP

   F01N 3/025 20060101ALI20171124BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/20 B

   F01N3/027 A

   F01N3/023 A

   F01N3/24 E

   B01D53/94 241

   F01N3/24 L

   F01N3/025 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-120105(P2016-120105)

(22)【出願日】2016年6月16日

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】井上 勝支

(72)【発明者】

【氏名】石田 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】三田村 健太

(72)【発明者】

【氏名】石井 裕喜

【テーマコード（参考）】

3G091

3G190

4D148

【Ｆターム（参考）】

3G091AA18

3G091AB02

3G091AB13

3G091BA07

3G091CA04

3G091FA06

3G091FC05

3G091GA06

3G091GB01X

3G091GB05W

3G091GB06W

3G091GB07W

3G091HA08

3G091HA15

3G091HA36

3G091HA37

3G190AA02

3G190AA12

3G190BA21

3G190CA03

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3G190CB34

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3G190DB02

3G190DB12

3G190DB33

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3G190DB73

3G190EA01

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3G190EA42

4D148AA14

4D148AB01

4D148AB07

4D148BA30Y

4D148BA31Y

4D148BA33Y

4D148BB02

4D148BD01

4D148CC32

4D148CC38

4D148CC43

4D148CC52

4D148CD05

4D148DA01

4D148DA02

4D148DA13

4D148DA20

(57)【要約】

【課題】ＤＯＣ再生処理での電気ヒータの消費電力を小さくすることができるディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】エンジンＥＣＵ５と、ＤＯＣ２と、ＤＯＣ２の排気上流側に配置された電気ヒータ３を備え、エンジンＥＣＵ５の指令で、ＤＯＣ再生処理がなされ、ＤＯＣ再生処理では、電気ヒータ３の発熱で、ＤＯＣ２に詰まったＰＭを焼却するように構成された、ディーゼルエンジンにおいて、エンジン停止操作装置６を備え、電気ヒータ３はＤＯＣ入口２ａに沿って配置され、エンジン停止操作装置６がエンジン停止操作された場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ５の指令で、エンジン停止中に、ＤＯＣ再生処理の実施がなされるように構成されている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンＥＣＵ(５)と、ＤＯＣ(２)と、ＤＯＣ(２)の排気上流側に配置された電気ヒータ(３)を備え、
エンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＯＣ再生処理(Ｓ２３)がなされ、ＤＯＣ再生処理(Ｓ２３)では、電気ヒータ(３)の発熱で、ＤＯＣ(２)に詰まった未燃焼堆積物が焼却されるように構成された、ディーゼルエンジンにおいて、
エンジン停止操作装置(６)を備え、
電気ヒータ(３)はＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置され、
エンジン停止操作装置(６)がエンジン停止操作された場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、エンジン停止中に、ＤＯＣ再生処理(Ｓ２３)がなされるように構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

【請求項2】

請求項１に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
ＤＯＣ(２)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)とその排気下流側に配置された排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)で構成され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)よりも熱容量が小さく、電気ヒータ(３)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

【請求項3】

請求項２に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の排気下流側に配置されたＤＰＦ(７)と、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側に配置された燃料供給装置(８)を備え、
ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)が所定のＤＰＦ再生開始判定値(ＦＳ)に至っているが、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化温度領域(Ｔ２)に至っていない場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＯＣ活性化処理がなされ、
ＤＯＣ活性化処理では、エンジン運転中に、電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ２)まで昇温され、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＰＦ再生処理(Ｓ８)がなされ、ＤＰＦ再生処理では、エンジン運転中、燃料供給装置(８)から排気(９)中に燃料が供給され、この燃料の排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)での触媒燃焼で、排気(９)が昇温され、この排気(９)の熱で、ＤＰＦ(７)に堆積されたＰＭが焼却されるように構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

【請求項4】

請求項３に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
ＤＯＣ活性化処理の実施で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ２)に到った場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)への印加電流値(Ｉ)を減少(Ｓ７)させるように構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

【請求項5】

請求項３または請求項４に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口(２ａ)に沿うハニカム構造体(１０)を備え、ハニカム構造体(１０)は、排気経路(１)の排気通過方向に貫通する多数のセル(１０ａ)(１０ｂ)を備え、ハニカム構造体(１０)のうち、中心ハニカム部(１０ｄ)のみが前記電気ヒータ(３)とされている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

【請求項6】

請求項５に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
電気ヒータ(３)を構成する中心ハニカム部(１０ｄ)は、その周囲を取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)よりも高いセル密度で構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ディーゼルエンジンに関し、詳しくは、ＤＯＣ再生処理での電気ヒータの消費電力を小さくすることができるディーゼルエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンＥＣＵと、ＤＯＣと、ＤＯＣの排気上流側に配置された電気ヒータを備え、エンジンＥＣＵの指令で、ＤＯＣ再生処理の実施がなされ、ＤＯＣ再生処理では、電気ヒータの発熱で、ＤＯＣに詰まった未燃焼堆積物が焼却されるように構成された、ディーゼルエンジの発明がある(例えば、特許文献１参照)。

【0003】

この種の発明では、ＤＯＣ再生処理によりＤＯＣの機能を回復することができる利点がある。

【0004】

特許文献１の発明では、電気ヒータはＤＯＣから離間した位置に配置され、エンジンＥＣＵの指令で、ＤＰＦの再生終了後、エンジン運転中にＤＯＣ再生処理の実施がなされるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−６８１８４号公報(図２，図４参照)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

《問題点》 ＤＯＣ再生処理での電気ヒータの消費電力が大きくなる。
特許文献１の発明では、電気ヒータはＤＯＣから離間した位置に配置されているため、ＤＯＣ再生処理で、電気ヒータの熱は排気を介してＤＯＣに詰った未燃焼堆積物に間接的に伝達され、電気ヒータから未燃焼堆積物への熱の伝達ロスが大きくなる。また、この発明では、エンジン運転中に、ＤＯＣ再生処理の実施がなされるため、電気ヒータから未燃焼堆積物に伝わった熱が排気で持ち去られる。このような理由により、特許文献１の発明では、未燃焼堆積物の焼却に対する電気ヒータの熱効率が低く、その分、ＤＯＣ再生処理での電気ヒータの消費電力が大きくなる。

【0007】

本発明の課題は、ＤＯＣ再生処理での消費電力を小さくすることができる、ディーゼルエンジンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図１に例示するように、エンジンＥＣＵ(５)と、排気経路(１)に配置されたＤＯＣ(２)と、ＤＯＣ(２)の排気上流側に配置された電気ヒータ(３)を備え、
図２に例示するように、エンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＯＣ再生処理の実施(Ｓ２３)がなされ、ＤＯＣ再生処理では、図１に例示する電気ヒータ(３)の発熱で、ＤＯＣ(２)に詰まった未燃焼堆積物が焼却されるように構成された、ディーゼルエンジンにおいて、
図１に例示するように、エンジン停止操作装置(６)を備え、
電気ヒータ(３)はＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置され、
図２に例示するように、エンジン停止操作装置(６)がエンジン停止操作された場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、エンジン停止中に、ＤＯＣ再生処理の実施(Ｓ２３)がなされるように構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

【発明の効果】

【0009】

(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 ＤＯＣ再生処理での電気ヒータの消費電力を小さくすることができる。
本発明では、図１に例示するように、電気ヒータ(３)はＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されるため、電気ヒータ(３)の発熱は、ＤＯＣ(２)に詰った未燃焼堆積物に直接に伝わり、電気ヒータ(３)から未燃焼堆積物への熱の伝達ロスが小さくなる。また、図２に例示するように、エンジン停止中に、ＤＯＣ再生処理(Ｓ２３)がなされるため、電気ヒータ(３)から未燃焼堆積物に伝わった熱が排気(９)で持ち去られることがない。これらの理由から、本発明では、未燃焼堆積物の焼却に対する電気ヒータ(３)の熱効率が高く、その分、ＤＯＣ再生処理(Ｓ２３)での電気ヒータ(３)の消費電力を小さくすることができる。

【0010】

(請求項２に係る発明)
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 排気上流側ＤＯＣの再生時間を短縮することができる。
本発明では、図１に例示するように、ＤＯＣ(２)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)とその排気下流側に配置された排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)で構成され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)よりも熱容量が小さく、電気ヒータ(３)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されているため、電気ヒータ(３)の熱で排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の温度が速やかに上昇し、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)に詰っている未燃焼堆積物が速やかに焼却され、ＤＯＣ(２)の再生時間を短縮することができる。

【0011】

(請求項３に係る発明)
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 ＤＰＦの再生効率を高めることができる。
本発明では、図３に例示するように、ＤＯＣ活性化処理では、エンジン運転中に、電気ヒータ(３)の発熱で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ２)まで昇温された場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＰＦ再生処理(Ｓ８)がなされるため、排気(９)の温度が低い無負荷や軽負荷運転中でも、速やかに排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、排気(９)が昇温され、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)も活性化され、更に排気(９)が昇温され、ＤＰＦ(２)の再生効率を高めることができる。

【0012】

(請求項４に係る発明)
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 電気ヒータによる無駄な電力消費を抑制することができる。
本発明では、図３に例示するように、ＤＯＣ活性化処理の実施で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ２)に到った場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)への印加電流値(Ｉ)を減少(Ｓ７)させるように構成されているため、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化後は、電気ヒータ(３)による無駄な電力消費を抑制することができる。

【0013】

(請求項５に係る発明)
請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 ＤＰＦの再生効率を高めることができる。
本発明では、図５(Ａ)に例示するように、ハニカム構造体(１０)のうち、中心ハニカム部(１０ｄ)のみが前記電気ヒータ(３)とされているため、排気経路(１)外への熱の逃げが起こり難い中心ハニカム部(１０ｄ)の電気ヒータ(３)により排気(９)が昇温され、排気(９)の昇温効率が高まり、排気(９)の温度が低い無負荷や軽負荷運転時でも、速やかに排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、ＤＰＦ(２)の再生効率を高めることができる。

【0014】

(請求項６に係る発明)
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 ＤＰＦの再生効率を高めることができる。
本発明では、図５(Ａ)に例示するように、電気ヒータ(３)を構成する中心ハニカム部(１０ｄ)は、その周囲を取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)よりも高いセル密度で構成されているため、電気ヒータ(３)の放熱面積が広く、排気(９)の昇温効率が高まり、排気(９)温度が低い無負荷や軽負荷運転時でも、速やかに排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、ＤＰＦ(２)の再生効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの模式図である。

【図2】本発明の実施形態で用いるエンジンＥＣＵによるＤＯＣ再生処理のフローチャートである。

【図3】本発明の実施形態で用いるエンジンＥＣＵによるＤＰＦ再生処理とＤＯＣ活性化処理のフローチャートである。

【図4】本発明の実施形態で用いるエンジンＥＣＵによる上流側ＤＯＣの活性化判定と電気ヒータへの印加電流値の説明図で、図４(Ａ)は上流側ＤＯＣ出口排気温度のグラフ、図４(Ｂ)は印加電流値のグラフである。

【図5】本発明の実施形態で用いる電気ヒータと排気上流側ＤＯＣを説明する図で、図５(Ａ)は電気ヒータを備えたハニカム構造体をその中心軸線と平行な向きに見た正面図、図５(Ｂ)は排気上流側ＤＯＣをその中心軸線と平行な向きに見た正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１〜図５は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンエンジンを説明する図であり、この実施形態では、立形の直列４気筒ディーゼルエンジンについて説明する。

【0017】

エンジンの構成は、次の通りである。
クランク軸(１１)の架設方向を前後方向、フライホイール(１２)の配置された側を後側、その反対側を前側、前後方向と直交するエンジン幅方向を横方向とする。
図１に示すように、このエンジンは、シリンダヘッド(１３)の横一側に組みつけられた吸気マニホルド(１４)と、シリンダヘッド(１３)の横他側に組み付けられた排気マニホルド(１５)を備えている。
図１に示すように、このエンジンは、エンジンＥＣＵ(５)を備えている。
エンジンＥＣＵは、電子制御ユニットの略称で、エンジンＥＣＵ(５)はマイコンである。

【0018】

図１に示すように、このエンジンは、排気装置を備えている。
排気装置は、排気マニホルド(１５)と、排気マニホルド(１５)に設けられた過給機(１６)の排気タービン(１６ａ)と、排気タービン(１６ａ)の排気出口(１６ｂ)から導出された排気導出通路(１６ｃ)を備えている。

【0019】

図１に示すように、このエンジンは、吸気装置を備えている。
吸気装置は、過給機(１６)のコンプレッサ(１６ｄ)と、コンプレッサ(１６ｄ)の吸気入口(１６ｅ)の吸気上流側に設けられたエアフローセンサ(１７)と、コンプレッサ(１６ｄ)の過給気出口(１６ｆ)と吸気マニホルド(１４)の間に配置されたインタークーラ(１８)と、インタークーラ(１８)と吸気マニホルド(１４)の間に配置された吸気絞り弁(１９)と、排気マニホルド(１５)と吸気マニホルド(１４)の間に配置されたＥＧＲクーラ(２０)と、ＥＧＲクーラ(２０)と吸気マニホルド(１４)の間に配置されたＥＧＲ弁(２１)を備えている。ＥＧＲは、排気ガス還流の略称である。
吸気絞り弁(１９)とＥＧＲ弁(２１)は、いずれも電動式開閉弁で、これらはエンジンＥＣＵ(５)を介して電源(４)に電気的に接続されている。エアフローセンサ(１７)は吸気温度センサを備え、エンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続されている。電源(５)はバッテリである。

【0020】

図１に示すように、このエンジンは、燃料噴射装置を備えている。
燃料噴射装置は、各燃焼室(２３)に設けられた燃料噴射弁(２４)と、燃料噴射弁(２４)から噴射する燃料を蓄圧するコモンレール(２５)と、コモンレール(２５)に燃料タンク(２６)から燃料を圧送する燃料サプライポンプ(２７)を備えている。
燃料噴射弁(２４)は電磁式開閉弁を備え、燃料サプライポンプ(２７)は、電動式調圧弁を備え、これらはエンジンＥＣＵ(５)を介して電源(４)に電気的に接続されている。

【0021】

図１に示すように、このエンジンは、調速装置を備えている。
調速装置は、エンジンの目標回転数を設定するアクセルレバー(２８)の設定位置を検出するアクセルセンサ(２９)と、エンジンの実回転数を検出する実回転数センサ(３０)を備え、これらセンサ(２９)(３０)はエンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続されている。

【0022】

図１に示すように、このエンジンは、始動装置を備えている。
始動装置は、スタータモータ(３１)と、キースイッチ(２２)を備え、スタータモータ(３１)とキースイッチ(２２)は、エンジンＥＣＵ(５)を介して電源(４)に電気的に接続されている。キースイッチ(２２)は、ＯＦＦ位置と、ＯＮ位置と、スタート位置を備えている。

【0023】

エンジンＥＣＵ(５)は、次のような運転制御を行うように構成されている。
エンジンの目標回転数と実回転数の回転数偏差を小さくするように、燃料噴射弁(２４)からの燃料噴射量や噴射タイミングを設定し、負荷変動によるエンジンの回転数変動を小さくする。
エンジンの回転数と負荷と吸気量と吸気温度に応じ、吸気絞り弁(１９)とＥＧＲ弁(２１)の開度を調節し、吸気量やＥＧＲ率を調節する。
キースイッチ(２２)がスタート位置に投入されると、スタータモータ(３１)を駆動し、エンジンの始動を行う。キースイッチ(２２)がＯＮ位置に投入されると、電源(８)からエンジン各部への通電により、エンジン運転状態が維持され、キースイッチ(２２)がＯＦＦ位置に投入されると、燃料噴射弁(２４)からの燃料噴射が停止され、エンジンが停止される。

【0024】

このエンジンは、排気処理装置を備えている。
図１に示すように、排気処理装置は、エンジンＥＣＵ(５)と、ＤＯＣ(２)と、ＤＯＣ(２)の排気上流側に配置された電気ヒータ(３)を備えている。
図２に示すように、この排気処理装置では、エンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＯＣ再生処理(Ｓ２３)がなされ、ＤＯＣ再生処理(Ｓ２３)では、図１に示す電気ヒータ(３)の発熱で、ＤＯＣ(２)に詰まった未燃焼堆積物を焼却するように構成されているため、ＤＯＣ再生処理でＤＯＣ(２)の機能を回復することができる。
未燃焼堆積物は、未燃焼燃料やＰＭの混合物である。ＰＭは、粒子状物質の略称である。

【0025】

図１に示すように、排気処理装置は、エンジン停止操作装置(６)を備えている。
電気ヒータ(３)はＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されている。
図４に示すように、排気処理装置は、エンジン停止操作装置(６)がエンジン停止操作された場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、エンジン停止中に、ＤＯＣ再生処理の実施(Ｓ２３)がなされるように構成されている。
このように、排気処理装置では、電気ヒータ(３)はＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されているため、電気ヒータ(３)の発熱は、ＤＯＣ(２)に詰った未燃焼堆積物に直接に伝わり、電気ヒータ(３)から未燃焼堆積物への熱の伝達ロスが小さくなる。また、エンジン停止中に、ＤＯＣ再生処理の実施(Ｓ２３)がなされるため、電気ヒータ(３)から未燃焼堆積物に伝わった熱が排気(９)で持ち去られることがない。これらの理由から、本発明では、未燃焼堆積物の焼却に対する電気ヒータ(３)の熱効率が高まり、その分、ＤＯＣ再生処理での電気ヒータ(３)の消費電力を小さくすることができる。

【0026】

図１に示すように、排気処理装置では、ＤＯＣ(２)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)とその排気下流側に配置された排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)で構成され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)よりも熱容量が小さく、電気ヒータ(３)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されている。
このため、この排気処理装置では、電気ヒータ(３)の熱で排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の温度が速やかに上昇し、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)に詰っている未燃焼堆積物が速やかに焼却され、ＤＯＣ(２)の再生時間を短縮することができる。

【0027】

ＤＯＣは、ディーゼル酸化触媒の略称である。
図１に示すように、ＤＯＣ(２)を構成する排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)は、いずれも酸化触媒成分を担持する担体を備えている。
担体は、内部に軸長方向に沿う多数のセルが貫通状に並設されたフロースルー型のメタルハニカムであり、セル内に白金やパラジウムやロジウム等の酸化触媒成分が担持されている。
図１に示すように、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)と、同一素材、同一外形、同一セル密度ではあるが、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)よりも軸長寸法が短く、小容積で、熱容量が小さくなるように構成されている。排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は、電気ヒータ(４)とは電気的に絶縁されている。

【0028】

図１に示すように、エンジン停止操作装置(６)には、キースイッチ(２２)が用いられ、キースイッチ(２２)のＯＦＦ位置への投入操作がエンジン停止操作となる。
図２に示すように、ＤＯＣ再生処理は、キースイッチ(２２)でエンジン停止操作がされた場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令により、エンジン停止処理の度に行われる。
ＤＯＣ再生処理は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)への未燃焼堆積物の堆積量が所定の再生必要値に至り、かつキースイッチ(２２)でエンジン停止操作がされた場合に限り、行うようにしてもよい。排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)への未燃焼堆積物の堆積量は、エンジン運転時の排気温度の累積データに基づいて推定することができる。
エンジン停止処理では、燃料噴射弁(２４)からの燃料噴射が停止され、エンジンが停止される。

【0029】

図２に示すエンジンＥＣＵ(５)によるＤＯＣ再生処理の流れは次の通りである。
ステップ(Ｓ２１)では、エンジン停止操作装置(６)がエンジン停止操作されたか否かが判定され、判定が肯定されるまで、判定が繰り返され、判定が肯定されると、ステップ(Ｓ２２)に進む。
ステップ(Ｓ２２)では、エンジン停止処理がなされ、ステップ(Ｓ２３)に進む。エンジン停止処理では、燃料噴射弁(２４)からの燃料噴射が停止され、エンジンが停止される。
ステップ(Ｓ２３)では、ＤＯＣ再生処理がなされ、処理は終了する。
ＤＯＣ再生処理は、所定時間、電気ヒータ(３)の発熱がなされ、その後、自動的に終了する。
ＤＯＣ再生処理は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)への未燃焼堆積物の堆積量推定値が所定の再生終了値に至った後、終了してもよい。

【0030】

図１に示すように、排気処理装置は、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の排気下流側に配置されたＤＰＦ(７)と、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側に配置された燃料供給装置(８)を備えている。
図３に示すように、排気処理装置は、次のように構成されている。
ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)が所定のＤＰＦ再生開始判定値(ＦＳ)に至っているが、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化温度領域(Ｔ２)に至っていない場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＯＣ活性化処理がなされる。
ＤＯＣ活性化処理では、エンジン運転中に、電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ２)まで昇温され、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＰＦ再生処理(Ｓ８)がなされ、ＤＰＦ再生処理では、エンジン運転中、燃料供給装置(８)から排気(９)中に燃料が供給され、この燃料の排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)での触媒燃焼で、排気(９)が昇温され、この排気(９)の熱で、ＤＰＦ(７)に堆積されたＰＭが焼却されるように構成されている。
このため、排気処理装置では、排気(９)の温度が低い無負荷や軽負荷運転中でも、速やかな排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化で、排気(９)が昇温され、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)も活性化され、更に排気(９)が昇温され、ＤＰＦ(２)の再生効率を高めることができる。

【0031】

ＤＰＦは、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの略称であり、ＤＰＦ(７)は、排気(８)に含まれるＰＭを捕捉する。
ＤＰＦ(７)は、内部に軸長方向に沿う多数のセルが並設され、隣り合うセルの入口と出口が交互に目封じされたウォールフロー型のセラミックハニカムである。

【0032】

図１に示すように、ＤＯＣ(２)とＤＰＦ(７)は、排気経路(１)に配置されている。
排気経路(１)は、排気タービン(１６ａ)の排気出口(１６ｂ)から導出された排気導出通路(１６ｃ)の下流に配置され、途中に上流側ＤＯＣ収容ケース(１ａ)と、その排気下流側に配置された下流側ＤＯＣ収容ケース(１ｂ)を備え、上流側ＤＯＣ収容ケース(１ａ)に電気ヒータ(３)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が収容され、下流側ＤＯＣ収容ケース(１ｂ)に排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)とＤＰＦ(７)が収容され、ＤＰＦ(７)は排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の排気下流側に収容されている。

【0033】

ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量の推定は、次のようにして行われる。
排気処理装置は、ＤＰＦ(７)の出入口の差圧を検出する差圧センサ(３２)を備え、差圧センサ(３２)はエンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続され、ＤＰＦ(７)の出入口の差圧に基づいて、エンジンＥＣＵ(５)がＤＰＦ(７)に堆積したＰＭの堆積量の推定値を演算する。

【0034】

排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の温度推定は、次のようにして行われる。
図１に示すように、排気処理装置は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口側排気温度センサ(３４)とＤＯＣ出口側排気温度センサ(３５)を備え、これらセンサ(３４)(３５)はエンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続されている。エンジンＥＣＵ(５)では、これらセンサ(３４)(３５)からの排気温度の情報に基づいて、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度を演算する。

【0035】

排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化判定は、次のようにして行われる。
図４(Ａ)に示すように、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口側排気温度センサ(３４)やＤＯＣ出口側排気温度センサ(３５)からの温度情報や排気(９)への燃料の供給量の情報に基づいて、エンジンＥＣＵ(５)が排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の出口排気温度の理論温度を演算し、その理論温度が活性化判定温度(ｔ１)に達し、その実測温度が理論温度と一致した時に、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ２)にあるものとして、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化判定がなされる。

【0036】

図４(Ｂ)に示すように、排気処理装置は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化判定があった場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)への印加電流値(Ｉ)を減少(Ｓ７)させるように構成されている。
このため、排気処理装置では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化後は、電気ヒータ(３)による無駄な電力消費を抑制することができる。

【0037】

図４(Ｂ)に示すように、電気ヒータ(３)の発熱処理では、最初、電気ヒータ(３)への印加電流値(Ｉ)が最大値に設定され、図４(Ａ)に示すように、排気(９)への燃料供給が開始され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化判定がなされると、図４(Ｂ)に示すように、電気ヒータ(３)への印加電流値(Ｉ)が減少される。この印加電流値(Ｉ)は、次第に減少され、最終的に０となる。

【0038】

排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の温度推定は、次のようにして行われる。
図１に示すように、排気処理装置は、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)のＤＯＣ入口側排気温度センサ(３９)とＤＯＣ出口側排気温度センサ(３８)を備え、これらセンサ(３９)(３８)はエンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続されている。エンジンＥＣＵ(５)では、これらセンサ(３９)(３８)からの排気温度の情報に基づいて、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の推定温度を演算する。
排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の活性化判定は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化判定と同様にして行うことができる。

【0039】

燃料供給装置(８)には、コモンレール式の燃料噴射装置が用いられ、ＤＰＦ再生処理では、燃料噴射弁(２４)からポスト噴射がなされ、燃料が排気(９)に混入され、この燃料が排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)で触媒燃焼されることにより、排気(９)の昇温で、ＤＰＦ(７)に堆積したＰＭが焼却される。
ポスト噴射とは、燃焼サイクル中、燃料噴射弁(２４)からメイン噴射後、膨張行程または排気行程で燃焼室(２３)に行われる燃料噴射である。
ポスト噴射によるＤＰＦ再生処理は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が所定の活性化温度領域(Ｔ２)まで昇温された後に行われるが、排気(９)の温度が低い場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令により、吸気絞り弁(１９)の開度を絞り、補助的に排気(９)を昇温させる。
ＤＰＦ再生処理では、ＤＰＦ(７)の入口排気温度が所定の再生可能温度を維持するよう、ポスト噴射量が調節される。
ＤＰＦ再生処理では、ポスト噴射に代え、排気管に設けた燃料噴射弁から排気に燃料を噴射する排気管噴射を行ってもよい。

【0040】

ＤＰＦ(７)に堆積するＰＭ堆積量推定値がＤＰＦ(７)の再生終了判定値(ＦＦ)を下回った場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令により、ＤＰＦ再生処理は終了する。
ＤＰＦ再生処理は、ＤＰＦ(７)の再生処理が開始された後、ＤＰＦ(７)の入口排気温度が所定の再生可能温度を維持した時間が所定の再生終了判定値に至った場合に終了させてもよい。ＤＰＦ(７)の入口排気温度は、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)のＤＯＣ出口側排気温度センサ(３８)で検出することができる。
なお、排気処理装置は、ＤＰＦ(７)の出口側排気温度センサ(３３)を備え、ＤＰＦ(７)の排気側出口温度が所定の異常燃焼基準値を越えた場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令により、ＤＰＦ再生処理を緊急終了させる。

【0041】

図１に示すように、排気処理装置は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口(２ａ)に沿うハニカム構造体(１０)を備えている。
図５(Ａ)に示すように、ハニカム構造体(１０)は、排気経路(１)の排気通過方向に貫通する多数のセル(１０ａ)(１０ｂ)を備え、ハニカム構造体(１０)のうち、中心ハニカム部(１０ｄ)のみが前記電気ヒータ(３)とされている。
このため、排気処理装置では、排気経路(１)外への熱の逃げが起こり難い中心ハニカム部(１０ｄ)の電気ヒータ(３)により排気(９)が昇温され、排気(９)の昇温効率が高まり、排気温度が低い無負荷や軽負荷運転時でも、速やかに排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、ＤＰＦ(２)の再生効率を高めることができる。
電気ヒータ(３)を周囲から取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)は、絶縁体(１０ｆ)を介して電気ヒータ(３)と電気的に絶縁されている。

【0042】

図５(Ａ)に示すように、電気ヒータ(３)を構成する中心ハニカム部(１０ｄ)は周囲ハニカム部(１０ｅ)よりも高いセル密度で構成されている。
このため、排気処理装置では、電気ヒータ(３)の放熱面積が広く、排気(９)の昇温効率が高まり、排気温度が低い無負荷や軽負荷運転時でも、速やかに排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、ＤＰＦ(２)の再生効率を高めることができる。
セル密度は、ハニカム構造体(１０)の中心軸線(１０ｃ)と直交する面の単位面積当たりのセルの数で示され、数値が大きい程、セル密度は高くなる。

【0043】

図５(Ａ)(Ｂ)に示すハニカム構造体(１０)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の関係は、次の通りである。
図５(Ａ)に示すハニカム構造体(１０)は、電気ヒータ(３)となる中心ハニカム部(１０ｄ)と、電気ヒータ(３)を周囲から取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)のいずれも、内部に軸長方向に沿う多数のセルが貫通状に並設されたフロースルー式のメタルハニカムである。ハニカム構造体(１０)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)はいずれも円筒径で同じ外径寸法となっており、ハニカム構造体(１０)の中心軸線(１０ｃ)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の中心軸線(２ｄ)は同一の直線状に位置し、ハニカム構造体(１０)の電気ヒータ(３)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の中心部(３６)と対向し、ハニカム構造体(１０)の周囲ハニカム部(１０ｅ)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の中心部(３６)を取り囲む周囲部(３７)と対向している。ハニカム構造体(１０)の周囲ハニカム部(１０ｅ)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のセル密度は同じに設定されている。

【0044】

図３に示すエンジンＥＣＵ(５)によるＤＯＣ活性化処理とＤＰＦ再生処理の流れは、次の通りである。
ステップ(Ｓ１)では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量の推定が行われ、ステップ(Ｓ２)に進む。
ステップ(Ｓ２)では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量の推定値(Ｆ)がＤＰＦ再生開始の判定値(ＦＳ)以上であるか否かが判定され、判定が肯定されるまで、ステップ(Ｓ１)とステップ(Ｓ２)が繰り返され、ステップ(Ｓ２)での判定が肯定されると、ステップ(Ｓ３)に進む。
ステップ(Ｓ３)では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化判定温度(Ｔ１)以上か否かが判定され、判定が否定された場合、すなわち、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化必要温度領域(Ｔ０)にある場合、ステップ(Ｓ４)に進み、ＤＯＣ活性化処理がなされる。

【0045】

ステップ(Ｓ４)では、電気ヒータ(３)が発熱され、ステップ(Ｓ５)に進む。ステップ(Ｓ４)での電気ヒータ(３)への印加電流値(Ｉ)は最大値に設定されている。
ステップ(Ｓ５)では、排気(９)への燃料供給が開始され、ステップ(Ｓ６)に進む。
ステップ(Ｓ６)では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化判定温度(Ｔ１)以上か否かが判定され、判定が肯定された場合、すなわち、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ２)にある場合、ステップ(Ｓ７)に進む。
ステップ(Ｓ７)では、電気ヒータ(３)への印加電流値(Ｉ)を減少させ、ＤＯＣ再生処理を終了し、ステップ(Ｓ８)に進む。

【0046】

ステップ(Ｓ８)では、ＤＰＦ再生処理がなされ、ステップ(Ｓ９)に進む。
ステップ(Ｓ９)では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量の推定が行われ、ステップ(Ｓ１０)に進む。
ステップ(Ｓ１０)では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)がＤＰＦ再生終了判定値(ＦＦ)以下であるか否かが判定され、判定が肯定された場合、ステップ(Ｓ１１)に進む。ステップ(Ｓ１１)では、ＤＰＦ再生処理が終了され、ステップ(Ｓ１)に戻る。

【0047】

ステップ(Ｓ３)で、判定が否定された場合、すなわち、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ２)にある場合、ステップ(Ｓ８)に進み、ＤＯＣ活性化処理を行うことなく、ステップ(Ｓ８)でＤＰＦ再生処理を行う。
ステップ(Ｓ６)で、判定が否定された場合、すなわち、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化必要温度領域(Ｔ０)にある場合、ステップ(Ｓ４)に戻り、ＤＯＣ再生処理を継続する。
ステップ(Ｓ１０)で、判定が否定された場合、すなわち、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)がＤＰＦ再生終了の判定値(ＦＦ)を超えている場合、ステップ(Ｓ３)に戻り、再度、ＤＯＣ活性化処理の要否を判定する。

【符号の説明】

【0048】

(２)…ＤＯＣ、(２ａ)…ＤＯＣ入口、(２ｂ)…排気上流側ＤＯＣ、(２ｃ)…排気下流側ＤＯＣ、(３)…電気ヒータ、(５)…エンジンＥＣＵ、(６)…エンジン停止操作装置、(７)…ＤＰＦ、(８)…燃料供給装置、(９)…排気、(１０)…ハニカム構造体、(１０ａ)…セル、(１０ｂ)…セル、(１０ｄ)…中心ハニカム部、(１０ｅ)…周囲ハニカム部、(Ｆ)…ＰＭ堆積量推定値、(ＦＳ)…ＤＰＦ再生開始判定値、(Ｔ)…ＤＯＣの推定温度、(Ｔ２)…活性化温度領域、(Ｓ２)…電気ヒータの発熱、(Ｓ７)…印加電流値を減少、(Ｓ８)…ＤＰＦ再生処理、(Ｓ２３)…ＤＯＣ再生処理、(Ｉ)…印加電流値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】