JP2011169161A - ディーゼルエンジンのフィルタ再生装置、及び再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼル燃料としてバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）を採用した場合であっても、フィルタ（ＤＰＦ）の目詰まりが検出された場合は、ＤＰＦに堆積されているＰＭを除去することができるようにする。
【解決手段】排気通路７に設けられてＢＤＦ２９を燃焼させた後の排気に含まれている粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ１７と、フィルタ１７の上流側に設けられている酸化触媒１６とを有し、差圧センサ２０でフィルタ１７の目詰まりを検出した場合、エンジンに供給する燃料をＢＤＦ２９から、このＢＤＦ２９よりも低い沸点を有する軽油３１に切換えると共に、軽油３１をポスト噴射させ、軽油３１の未燃料ガスを酸化触媒１６で酸化させそのとの反応熱で排気温度を昇温させてＤＰＦ１７に堆積されているＰＭを燃焼除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、通常時はバイオディーゼル燃料を含有する主燃料で運転し、フィルタの目詰まりを検出した場合は、バイオディーゼル燃料よりも沸点の低い従燃料をフイルタに供給してフィルタに堆積する粒状物質を燃焼除去するディーゼルエンジンのフィルタ再生装置、及び再生方法に関する。

ディーゼルエンジン用排気浄化装置として、粒子状物質（ＰＭ:Particulate Matter）を捕集して燃焼除去するフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）が知られている。更に、最近では、ＤＰＦの上流側に酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）を設け、この酸化触媒に未燃ガスを送り、酸化反応により排気温度を昇温させ、高温化された排気熱によってＤＰＦに堆積するＰＭを燃焼除去する連続再生式ＤＰＦ（ＤＰＲ：Diesel Particulate active Reduction）が広く採用されている。

例えば下記特許文献１（特開２００５−７６４９５号公報）には、ＤＰＦの上流側と下流側との差圧を差圧センサにて検出し、この差圧に基づいて、ＤＰＦのＰＭ堆積量を推定し、推定したＰＭ堆積量が所定判定値を超えた場合、ＤＰＦの目詰まりと判定し、上述したＤＰＦの再生処理を開始する技術が開示されている。

特開２００５−７６４９５号公報

ところで、最近では、ディーゼル燃料として、従来から採用されている軽油に代えて、廃食油等から製造されたバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）を採用する試みがなされている。バイオディーセル燃料としては、油脂等とメタノールのエステル交換反応によりメチルエステル化して精製した脂肪酸メチルエステル燃料（ＦＡＭＥ）が知られている。

図９に示すように、軽油とバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）との特質を、分留性状[％]で比較すると、軽油の蒸留温度が約１７０〜３５０[℃]と比較的広い幅を有しているのに対し、バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）の蒸留温度は約３６０[℃]と高温でしかも幅の狭い特性を有している。

一方、ディーゼルエンジンの排気温度は、巡航状態にある車両では、約１００〜２００[℃]程度であり、それよりも沸点の高いバイオディーゼル燃料をポスト噴射しても気化しないため酸化触媒が活性化せず、この酸化触媒を通過する排気を反応熱により昇温させることができない。

その結果、ディーゼル燃料としてバイオディーゼル燃料を採用した場合、ＤＰＦ再生処理について、上述した特許文献１に開示されている技術をそのまま適用して実行しても、当該ＤＰＦに堆積されているＰＭを燃焼除去することはできないと云う不都合がある。

尚、バイオディーゼル燃料は、化学構造内に酸素を含む含酸素燃料であり、硫黄分をほとんど含まないため、燃焼しても炭素成分を代表とするＰＭの排出量は少ないが、ＰＭが全く発生しないわけではないので、ＤＰＦを省略することはできない。

従って、本発明の目的は、ディーゼル燃料としてバイオディーゼル燃料を採用した場合であっても、フィルタ（ＤＰＦ）の目詰まりが検出された場合は、このＤＰＦに堆積されているＰＭを除去することができ、排気浄化処理を継続的に維持することのできるディーゼルエンジンのフィルタ再生装置、及び再生方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１は、排気通路に設けられてバイオディーゼル燃料を含有する主燃料を燃焼させた後の排気に含まれている粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側に設けられている酸化触媒と、前記フィルタの目詰まりを検出する目詰まり検出手段と、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記フィルタの再生処理を行う制御手段とを備えるディーゼルエンジンのフィルタ再生装置において、前記制御手段は、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記酸化触媒に前記バイオディーゼル燃料よりも沸点の低い従燃料を供給し反応熱で排気温度を昇温させて前記フィルタに堆積されている前記粒状物質を燃焼除去することを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生装置を提供するものである。

上記発明では、バイオディーゼル燃料を含有する主燃料から発生する粒状物質を捕集するフィルタの目詰まりを目詰まり検出手段が検出すると、制御手段は、フィルタの上流側に配設されている酸化触媒に対してバイオディーゼル燃料よりも沸点の低い従燃料を供給し、反応熱で排気を加熱昇温させ、昇温した排気熱によりフィルタに堆積されている粒状物質を燃焼除去する。

本発明の第２は、前記主燃料を貯留する主燃料タンクと前記従燃料を貯留する従燃料タンクとが、燃料供給系に連通する燃料供給通路と燃料戻り通路とに、燃料供給側切換弁と燃料戻り側切換弁とを介して各々連通されており、前記制御手段は、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記切換弁を切換え動作させて前記燃料供給通路と前記燃料戻り通路に対して前記従燃料タンクを連通させ、インジェクタから前記従燃料タンクに貯留されている前記従燃料を噴射させると共に、該従燃料を燃焼行程終了から排気行程にかけて追加噴射させることを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生装置を提供するものである。

上記発明では、目詰まり検出手段でフィルタの目詰まりを検出した場合、制御手段は、インジェクタに連通する燃料供給通路と燃料戻り通路とを、燃料供給側切換弁と燃料戻り側切換弁を切換え動作させて従燃料タンクに連通させる。そして、この従燃料タンクに貯留されている従燃料をインジェクタへ供給し、所定タイミングで噴射させると共に、この従燃料を燃焼行程終了から排気行程にかけて追加噴射させる。その結果、追加噴射された従燃料が未燃状態で、排気通路に設けられている酸化触媒に送られて、酸化するときに発生する反応熱で排気を加熱昇温させる。

本発明の第３は、前記制御手段は、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記燃料供給側切換弁を切換え動作させて前記燃料供給通路に前記従燃料タンクを連通させ、又前記フィルタの目詰まり検出後、設定時間経過後に前記燃料戻り側切換弁を切換え動作させて前記燃料戻り通路を前記従燃料タンクに連通させることを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生装置を提供するものである。

上記発明では、目詰まり検出手段がフィルタの目詰まりを検出した場合、制御手段は、先ず、燃料供給側切換弁を切換え動作させて燃料供給通路に従燃料タンクを連通させ、インジェクタに対して従燃料の供給を開始する。そして、従燃料がインジェクタに到達すると、インジェクタから噴射される燃料が主燃料から従燃料に切り替わる。又、インジェクタから噴射されなかった余剰燃料は燃料戻り通路を経て戻される。その際、燃料戻り側切換弁を、燃料供給側切換弁を切換え動作させた後の所定時間経過後に切換え動作させているため、供給側切換弁が切換えられるまでにインジェクタ側へ供給された主燃料の余剰燃料は主燃料タンク側へ戻される。

本発明の第４は、前記設定時間は、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出したときから前記燃料供給系に供給した前記従燃料の余剰燃料が前記燃料戻り側切換弁の直上流の燃料戻り通路に達するまでの時間であることを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生装置を提供するものである。

上記発明では、設定時間が、目詰まり検出手段でフィルタの目詰まりを検出したときから燃料供給系に供給した従燃料の余剰燃料が燃料戻り側切換弁の直上流の燃料戻り通路に達するまでの時間であるため、供給側切換弁が切換えられるまでにインジェクタ側へ供給された主燃料の余剰燃料は、その殆どが主燃料タンク側へ戻される。

本発明の第５は、バイオディーゼル燃料を含有する主燃料を燃焼させた後の排気に含まれている粒子状物質を捕集するフィルタの目詰まりを検出した場合、該フィルタに堆積されている粒子状物質を除去して再生させるディーゼルエンジンのフィルタ再生方法において、前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記主燃料よりも沸点の低い従燃料を、前記フィルタの上流に配設されている酸化触媒に供給し、その反応熱で排気温度を昇温させて、前記フィルタに堆積されている前記粒状物質を燃焼除去することを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生方法を提供するものである。

上記発明では、バイオディーゼル燃料を含有する主燃料から発生する粒状物質を捕集するフィルタの目詰まりが検出されると、フィルタの上流側に配設されている酸化触媒に対して主燃料よりも沸点の低い従燃料を供給し、反応熱で排気を加熱昇温させ、昇温した排気熱によりフィルタに堆積されている粒状物質を燃焼除去する。

本発明の第６は、前記主燃料を貯留する主燃料タンクと前記従燃料を貯留する従燃料タンクとが、燃料系に連通する燃料供給通路と燃料戻り通路とに燃料供給側切換弁と燃料戻り側切換弁とを介して各々連通されており、前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記切換弁を切換え動作させて前記燃料供給通路と前記燃料戻り通路に対して前記従燃料タンクを連通させ、インジェクタから前記従燃料タンクに貯留されている前記従燃料を噴射させると共に、該従燃料を燃焼行程終了から排気行程にかけて追加噴射させることを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生方法を提供するものである。

上記発明では、バイオディーゼル燃料を含有する主燃料から発生する粒状物質を捕集するフィルタの目詰まりが検出されると、先ず、インジェクタに連通する燃料供給通路と燃料戻り通路とを、燃料供給側切換弁と燃料戻り側切換弁を切換え動作させて、従燃料タンクに連通させ、この従燃料タンクに貯留されている従燃料をインジェクタへ供給して所定タイミングで噴射させると共に、この従燃料を燃焼行程終了から排気行程にかけて追加噴射させる。その結果、追加噴射された従燃料が未燃状態で排気通路に設けられている酸化触媒に送られ、酸化される際に発生する反応熱にて排気が加熱昇温される。

本発明の第７は、前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記燃料供給側切換弁を切換え動作させて前記燃料供給通路に前記従燃料タンクを連通させ、次いで設定時間経過後に前記燃料戻り側切換弁を切換え動作させて前記燃料戻り通路を前記従燃料タンクに連通させることを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生方法を提供するものである。

上記発明では、フイィルタの目詰まりが検出された場合、先ず、燃料供給側切換弁を切換え動作させて燃料供給通路に従燃料タンクを連通させて、インジェクタに対して従燃料の供給を開始する。そして、従燃料がインジェクタに到達すると、インジェクタから噴射される燃料が主燃料から従燃料に切り替わる。又、インジェクタから噴射されなかった余剰燃料は燃料戻り通路を経て戻される。その際、燃料戻り側切換弁を、燃料供給側切換弁を切換え動作させた後、所定時間経過後に切換え動作させているため、供給側切換弁が切換えられるまでにインジェクタ側へ供給された主燃料の余剰燃料は主燃料タンク側へ戻される。

本発明の第８は、前記設定時間は、前記フィルタの目詰まりを検出したときから前記燃料供給系に供給した前記従燃料の余剰燃料が前記燃料戻り側切換弁の直上流の燃料戻り通路に達するまでの時間であることを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生方法を提供するものである。

上記発明では、設定時間が、目詰まり検出手段でフィルタの目詰まりを検出したときから燃料供給系に供給した従燃料の余剰燃料が燃料戻り側切換弁の直上流の燃料戻り通路に達するまでの時間であるため、供給側切換弁が切換えられるまでにインジェクタ側へ供給された主燃料の余剰燃料は、その殆どが主燃料タンク側へ戻される。

本発明の第９は、前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記主燃料よりも沸点の低い従燃料を、エンジンのインジェクタを経ず、排気弁直後の排気マニホルド集合部付近に設けた直接別のインジェクタにより噴射することで、前記フィルタの上流に配設されている酸化触媒に該従燃料を供給する。

上記発明では、エンジンＥＣＵが差圧を検出する閾値より少し低めの圧力の閾値で差圧を検出し、排気マニホルド集合部付近に直接別のインジェクタより従燃料を噴射することにより、粒状物質を燃焼除去するので、主燃料のボスト噴射が消滅し、その分主燃料の燃費が向上し、かつポスト噴射に依る潤滑油希釈などの弊害も阻止出来る。また、主燃料より従燃料の単位当たりの値段が安い場合には、燃料費用が軽減される。

本発明によれば、通常運転時においては、バイオディーゼル燃料が含有されている主燃料にてディーゼルエンジンを運転し、フィルタ（ＤＰＦ）の目詰まりを検出したときは、バイオディーゼル燃料よりも沸点の低い従燃料を酸化触媒に供給し、そのときの反応熱で排気温度を昇温させて前記フィルタに堆積されている前記粒状物質を燃焼除去させるようにしたので、ディーゼル燃料としてバイオディーゼル燃料を採用した場合であっても、フィルタに堆積されている粒子状物質（ＰＭ）を除去することができ、排気浄化処理を継続的に維持することができる。

第１実施形態によるディーゼルエンジンの吸排気系の概略構成図である。 同、ディーゼルエンジンの燃料系の回路図である。 同、エンジン制御装置の構成図である。 同、ＤＰＦ再生処理ルーチンを示すフローチャート（その１）である。 同、ＤＰＦ再生処理ルーチンを示すフローチャート（その２）である。 同、吸排気弁の開閉タイミング、シリンダ内圧変化、燃料噴射タイミングを示すタイミングチャートである。 主燃料供給弁、従燃料供給弁、主燃料戻り弁、従燃料戻り弁の開閉タイミングを示すタイミングチャートである。 第２実施形態によるディーゼルエンジンの概略構成図である。 バイオディーゼル燃料の成分と軽油の成分との蒸留温度を比較する説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１〜図７に本発明の第１実施形態を示す。尚、本実施形態では、ディーゼルエンジンとして、ターボ過給器を備えたコモンレール式のディーゼルエンジンを示す。

図１の符号１はディーゼルエンジンのエンジン本体であり、本実施形態では、直列４気筒エンジンが示されている。このエンジン本体１に形成されている各気筒の吸気ポートに吸気マニホルド２が連通され、この吸気マニホルド２の上流端が集合されて、吸気通路３に連通されている。更に、この吸気通路３の中途にスロットル弁４が介装され、上流端にエアクリーナ５が配設されている。

一方、エンジン本体１に形成されている各気筒の排気ポートに排気マニホルド６が連通され、この排気マニホルド６の下流端が集合されて排気通路７に連通され、この排気通路７の下流側にマフラ（図示せず）が介装されている。

又、吸気通路３のスロットル弁４の上流にターボ過給機９のコンプレッサ９ａが介装されている。ターボ過給機９は排気通路７に介装されている排気タービン９ｂを有し、エンジン本体１から排出される排気エネルギを受けて排気タービン９ｂが回転すると、その排気タービン９ｂと同軸に連結されたコンプレッサ９ａが回転して吸気を加圧する。このターボ過給機９は、例えば過給圧をコントロール可能な可変容量ターボ過給機（ＶＧＴ：Variable Geometry Turbo）であり、排気タービン９ｂに、この排気タービン９ｂに流れる排気量を制御する可変容量機構（図示せず）が備えられている。

更に、吸気通路３のコンプレッサ９ａとスロットル弁４との間に、コンプレッサ９ａによって加圧されて高温化された吸気を冷却するインタークーラ１０が介装されている。又、吸気通路３のスロットル弁４の下流側と、排気通路７の排気タービン９ｂの上流側とが、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）通路１１を介して連通されている。ＥＧＲ通路１１は排気の一部を吸気側へ循環させて再燃させることで、燃焼温度を下げ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させる。このＥＧＲ通路１１に、排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ１２が介装され、吸気通路３側にＥＧＲ制御弁１３が介装されており、ＥＧＲ制御弁１３とスロットル弁４との開度を制御することで、吸気系に供給されるＥＧＲ量が調整される。

又、排気通路の排気タービン９ｂの下流に、ＤＰＲ（Diesel Particulate active Reduction）１４が配設され、その上流に排気ブレーキ弁１５が介装されている。ＤＰＲ１４は排気を浄化するものであり、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１６と、その下流側に配設されている、粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するためのフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）１７とで構成されている。酸化触媒１６は排気中の未燃ガスに含まれているＣＯ，ＨＣを排気中の酸素と反応させて酸化処理するものである。又、ＤＰＦ１７を再生処理するに際しては、酸化触媒１６に比較的多くの未燃ガスを送り、酸化する際の反応熱で排気を昇温し、高温化（例えば６００[℃]以上）された排気熱にてＤＰＦ１７に堆積されているＰＭを燃焼除去し再生させる。

又、センサ類として、エアクリーナ５の直下流に、吸入空気量を計測する吸入空気量センサ１９が配設され、一方、排気通路７には、ＤＰＲ１４の流入口と流出口との排気圧の差圧を検出する差圧センサ２０が配設され、更に、ＤＰＦ１７の流入口と流出口とに、ＤＰＦ１７に流入する排気の温度とＤＰＦ１７から流出する排気の温度とを検出する排気温センサ２１ａ，２１ｂが各々臨まされている。更に、エンジン本体１には、図３に示す、クランク軸の回転からエンジン回転数等を検出するクランク角センサ２２、カム角の回転から気筒判別を行うカム角センサ２３等が配設されている。

又、エンジン本体１の各気筒にインジェクタ２４が臨まされ、このインジェクタ２４が、燃料系２５のコモンレール２６に連通されており、このコモンレール２６にサプライポンプ３０から高圧の燃料が供給される。

図２に示すように、燃料系２５は、主燃料タンク２７と従燃料タンク２８とを有し、主燃料タンク２７に主燃料としてバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）２９が貯留され、従燃料タンク２８に従燃料として軽油３１が貯留されている。ＢＤＦ２９は、例えば脂肪酸メチルエステル化燃料（ＦＡＭＥ）であり、廃食油等とメタノールのエステル交換反応により精製される。尚、後述するように、通常時は主燃料タンク２７に貯留されているＢＤＦ２９で運転し、ＤＰＦ１７の目詰まりが検出された場合、従燃料タンク２８に貯留されている軽油３１で運転する。

この主燃料タンク２７に主燃料供給通路３２ａと主燃料戻り通路３２ｂとが連通され、又、従燃料タンク２８に従燃料供給通路３３ａと従燃料戻り通路３３ｂとが連通されている。主燃料供給通路３２ａは主燃料フィルタ３４を介してサプライポンプ３０に連通され、又、従燃料供給通路３３ａは直接サプライポンプ３０に連通されていると共に、この従燃料供給通路３３ａに従燃料フィルタ３５が介装されている。

一方、主燃料戻り通路３２ｂは燃料系２５に供給したＢＤＦ２９の余剰燃料を主燃料タンク２７に戻すものであり、インジェクタ２４、コモンレール２６、サプライポンプ３０のリターン側に各々連通されている。同様に、従燃料戻り通路３３ｂは燃料系２５に供給する軽油３１の余剰燃料を従燃料タンク２８に戻すものであり、インジェクタ２４、コモンレール２６、サプライポンプ３０のリターン側に各々連通されている。

更に、主燃料供給通路３２ａと主燃料戻り通路３２ｂとに、主燃料供給側切換弁としての主燃料供給弁３６ａと、主燃料戻り側切換弁としての主燃料戻り弁３６ｂが介装されている。一方、従燃料供給通路３３ａと従燃料戻り通路３３ｂとに従燃料供給側切換弁としての従燃料供給弁３７ａと、従燃料戻り側切換弁としての従燃料戻り弁３７ｂとが介装されている。主燃料供給弁３６ａと主燃料戻り弁３６ｂとは常開型であり、一方、従燃料供給弁３７ａと従燃料戻り弁３７ｂとは常閉型であり、これらは、後述する電子制御装置（ＥＣＵ）４１からの信号で開閉動作される。

ところで、図９に示すように、従燃料タンク２８に貯留されている軽油３１の分留性状［％］は、初留点が約１７０[℃]で終点が約３５０[℃]と比較的広い幅を有している。これに対し、主燃料タンク２７に貯留されているＢＤＦ２９の分留性状［％］は、初留点は約３２０[℃]で、終点が約４３０［℃］であり、分留性状［％］が、５〜７［％］での沸点は３６０［℃］とほぼ一定している。車両が巡航走行しているときの排気温度は約１００〜２００[℃]程度であり、従って、排気中にＢＤＦ２９の未燃ガスを混入させても気化されず液状のままで酸化触媒１６に送られるため、酸化触媒１６は活性化せず酸化反応が発生しないので、排気を昇温させることができず、ＤＰＦ１７に堆積するＰＭを燃焼除去することができない。

そのため、本実施形態では、ＤＰＦ１７の目詰まりが検出された場合、燃料系２５に供給する燃料をＢＤＦ２９から軽油３１に切換えて運転し、ＢＤＦ２９よりも沸点が低く、しかも通常の排気温度よりも低い沸点を有する軽油３１の未燃ガスを酸化触媒１６に送り、酸化する際の反応熱で排気温度を昇温させる。

燃料系２５に対してＢＤＦ２９と軽油３１との何れを供給するかは、各弁３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂの開閉制御によって選択される。この各弁３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂの開閉制御は、エンジン全体を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）４１で実行される。ＥＣＵ４１は、マイクロコンピュータを主体に構成され、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有している。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従い、各センサ類で検出したエンジン運転状態を示すパラメータに基づき燃料噴射制御を行うと共に、ＤＰＦ１７の目詰まりを監視する。

ＤＰＦ１７が目詰まりを起こしておらず正常な状態では、主燃料タンク２７に連通する主燃料供給通路３２ａと主燃料戻り通路３２ｂにそれぞれ介装されている主燃料供給弁３６ａと主燃料戻り弁３６ｂとが開弁され、又、従燃料タンク２８に連通する従燃料供給通路３３ａと従燃料戻り通路３３ｂにそれぞれ介装されている従燃料供給弁３７ａと従燃料戻り弁３７ｂとが閉弁されて遮断されている。

従って、サプライポンプ３０に対しては主燃料タンク２７に貯留されているＢＤＦ２９が供給される。サプライポンプ３０に供給されたＢＤＦ２９は所定に昇圧されてコモンレール２６に送給され、燃料噴射対象気筒のインジェクタ２４から当該気筒の燃焼室に対して所定タイミングで噴射される。

図６に示すように、インジェクタ２４からは、１サイクル毎に、吸気ポートと排気ポートとをそれぞれ開閉する吸気弁と排気弁とが共に閉弁される圧縮行程から燃焼行程にかけて、パイロット噴射(Pilot)、プレ噴射(Pre)、メイン噴射(Main)、アフタ噴射(After)の各燃料噴射が実行され、各燃料噴射毎に所定に計量されたＢＤＦ２９が噴射される。そして、インジェクタ２４から噴射されなかった余剰のＢＤＦ２９は、主燃料戻り通路３２ｂを経て主燃料タンク２７に戻される。

一方、ＤＰＦ１７の目詰まりが検出された場合、ＤＰＦ再生処理が実行される。すると、主燃料供給弁３６ａと主燃料戻り弁３６ｂとが閉弁されて、主燃料供給通路３２ａと主燃料戻り通路３２ｂとが共に遮断され、又、従燃料供給弁３７ａと従燃料戻り弁３７ｂとが開弁されて、従燃料供給通路３３ａと従燃料戻り通路３３ｂとを介して従燃料タンク２８に貯留されている軽油３１がサプライポンプ３０に吸引され、この軽油３１がインジェクタ２４から所定タイミングで噴射される。インジェクタ２４から噴射される軽油３１は、図６に示すように、上述したパイロット噴射(Pilot)、プレ噴射(Pre)、メイン噴射(Main)、アフタ噴射(After)に加え、燃焼行程から排気行程へ移行する下死点付近でポスト噴射(Post)が追加実行される。ポスト噴射は燃焼工程終了の下死点付近で行われるため、燃焼に寄与せず未燃ガスの状態で排出されてＤＰＲ１４の酸化触媒１６に送られる。そして、インジェクタ２４から噴射されなかった余剰の軽油３１は、従燃料戻り通路３３ｂを経て従燃料タンク２８に戻される。

ＥＣＵ４１で実行するＤＰＦ再生処理は、具体的には図４、図５に示すＤＰＦ再生処理ルーチンに従って実行される。

このルーチンは、エンジン始動後実行され、先ず、ステップＳ１で、エンジンの運転領域がＤＰＦ再生処理領域にあるか否かを調べる。ＤＰＦ再生処理領域を判定する条件は、例えば排気温センサ２１ａ，２１ｂで検出した排気温度が設定温度以上、すなわち、軽油３１の少なくとも初留点（約１７０[℃]）以上あるか否かを判定する。そして、エンジンの運転領域がＤＰＦ再生処理領域にないと判定した場合、そのままルーチンを抜ける。

一方、エンジンの運転領域がＤＰＦ再生処理領域にあると判定した場合は、ステップＳ２へ進み、差圧センサ２０で検出したＤＰＲ１４の流入口と流出口との排気圧の差圧ΔＰｆ（＝流入口排気圧−流出口排気圧）を読込み、ステップＳ３で、この差圧ΔＰｆと目詰まり判定しきい値Ｐｏとを比較する。そして、差圧ΔＰｆが目詰まり判定しきい値Ｐｏ未満の場合（ΔＰｆ＜Ｐｏ）、ＤＰＦ１７は正常と判定し、ルーチンを抜ける。一方、差圧ΔＰｆが目詰まり判定しきい値Ｐｏ以上の場合（ΔＰｆ≧Ｐｏ）、ＤＰＦ１７に目詰まりが発生していると判定し、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４へ進むと、主燃料供給弁３６ａを閉弁し、続くステップＳ５で従燃料供給弁３７ａを開弁させて、ステップＳ６へ進む。主燃料供給弁３６ａが閉弁されると主燃料供給通路３２ａが遮断されるため、主燃料タンク２７に貯留されているＢＤＦ２９の供給が遮断される。一方、従燃料供給弁３７ａが開弁されると従燃料供給通路３３ａが開放されるため、従燃料タンク２８に貯留されている軽油３１がサプライポンプ３０に吸引される。

その後、ステップＳ６へ進み、経過時間ｔｉｍが第１の設定時間ｔ１を経過するまで待機し、第１の設定時間ｔ１に達した後（ｔｉｍ≧ｔ１）、ステップＳ７へ進む。この第１の設定時間ｔ１は、燃料供給経路を主燃料タンク２７から従燃料タンク２８に切換えた後、従燃料タンク２８に貯留されている軽油３１がインジェクタ２４から噴射され、余剰のＢＤＦ２９が全て主燃料タンク２９に戻されるまでの時間であり、予め実験などから求めて設定されている。尚、主燃料タンク２７に戻される余剰のＢＤＦ２９に、多少の軽油３１が混入されていても、この軽油３１は主燃料タンク２７にＢＤＦ２９を補給する都度に希釈されるため問題はない。

そして、ステップＳ７へ進むと、主燃料戻り弁３６ｂを閉弁し、続くステップＳ８で従燃料戻り弁３７ａを開弁させて（図７参照）、ステップＳ９へ進む。主燃料戻り弁３６ｂの閉弁により主燃料戻り通路３２ｂが遮断され、又、従燃料戻り弁３７ｂの開弁により従燃料戻り通路３３ｂが開放されるため、インジェクタ２４から噴射されなかった余剰の軽油３１が従燃料タンク２８に戻される。

その結果、エンジンを稼働させる燃料がＢＤＦ２９から軽油３１に切り替わり、上述したように、噴射タイミングが、通常のパイロット噴射(Pilot)、プレ噴射(Pre)、メイン噴射(Main)、アフタ噴射(After)に加え、燃焼行程から排気行程へ移行する下死点付近で噴射されるポスト噴射(Post)が追加される（図６参照）。

すると、燃焼に寄与しないポスト噴射により噴射された軽油３１は、未燃ガスの状態でＤＰＲ１４の酸化触媒１６に供給される。排気温度は、少なくとも軽油３１の初留点（約１７０[℃]）以上であるため、軽油３１は気化された状態で酸化触媒１６に送られ、ここで酸化され、そのときの反応熱によって排気が昇温される。そして、この昇温された排気にてＤＰＦ１７に堆積するＰＭが燃焼除去される。又、本実施形態では、ポスト噴射を燃焼行程から排気行程へ移行する下死点付近で実行しているため、軽油３１を未燃状態で酸化触媒１６へ確実に送り出すことができる。

そして、ステップＳ９で、主燃料戻り弁３６ｂが閉弁した後の経過時間ｔｉｍが第２の経過時間ｔ２を経過するまで待機し、第２の設定時間ｔ２に達した後（ｔｉｍ≧ｔ２）、ステップＳ１０へ進む。この第２の設定時間ｔ１は、ＤＰＦ１７に堆積されているＰＭが、排気熱により燃焼除去されるまでの時間（５〜１５[min]程度）であり、予め実験などから求めて設定されている。

そして、経過時間ｔｉｍが第２の経過時間ｔ２に達したと判定して、ステップＳ１０へ進むと、主燃料供給弁３６ａを開弁し、続くステップＳ１１で従燃料供給弁３７ａを閉弁して（図７参照）、ステップＳ１２へ進む。すると、主燃料供給通路３２ａが開放され、従燃料供給通路３３ａが遮断されるため、従燃料タンク２８に貯留されている軽油３１の供給が遮断されると共に、サプライポンプ３０に対して主燃料タンク２７に貯留されているＢＤＦ２９の供給が開始される。

そして、ステップＳ１２へ進むと、主燃料戻り弁３６ｂが開弁したの後の経過時間ｔｉｍが第３の経過時間ｔ３を経過するまで待機し、第３の設定時間ｔ３に達した後（ｔｉｍ≧ｔ３）、ステップＳ１３へ進む。この第３の設定時間ｔ１は、燃料供給経路を従燃料タンク２８から主燃料タンク２７に切換えた後、従燃料タンク２８に貯留されている軽油３１がインジェクタ２４から噴射され、余剰の軽油３１が全て従燃料タンク２８に戻されるよりも若干早い時期であり、予め実験などから求めて設定されている。

そして、経過時間ｔｉｍが第３の経過時間ｔ３に達したと判定して、ステップＳ１３へ進むと、主燃料戻り弁３６ａを開弁し、続くステップＳ１４で従燃料戻り弁３７ａを閉弁して（図７参照）、ルーチンを抜ける。すると、主燃料戻り通路３２ｂが開放され、従燃料戻り通路３３ｂが遮断されるため、インジェクタ２４から噴射されなかった余剰の燃料は主燃料タンク２７に戻され、ＢＤＦ２９を燃料とする通常運転に戻される。尚、上述したように主燃料タンク２７に戻される余剰のＢＤＦ２９に、多少の軽油３１が混入されていても、この軽油３１は主燃料タンク２７にＢＤＦ２９を補給する都度に希釈されるので問題はない。

このように、本実施形態によれば、通常は、排気温度よりも沸点の高いＢＤＦ２９を燃料にエンジンを駆動させ、ＤＰＦ１７の目詰まりが検出されたときは、エンジンを排気温度よりも少なくとも初留点（約１７０[℃]）の低い軽油３１にて駆動させると共に、当該軽油３１をポスト噴射させるようにしたので、ＤＰＦ１７に堆積されているＰＭを確実に燃焼除去することができる。又、ＤＰＦ再生処理中は軽油３１を燃料としてエンジンを稼働しているので、ＤＰＦ再生処理中で会ってもエンジンを停止することなく、連続運転が可能であり、使い勝手が良い。
［第２実施形態］
図８に本発明の第２実施形態によるディーゼルエンジンの概略構成図を示す。上述した第１実施形態では、各通路３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂの中途に開閉弁（３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ）を配設したが、本実施形態では、主燃料供給通路３２ａと従燃料供給通路３３ａとの接続部分、及び主燃料戻り通路３２ｂと従燃料戻り通路３３ｂとの接続部分に三方弁３９，３８を各々介装し、この各三方弁３９，３８の切換えにより流路を切換えるようにしたものであり、流路の切換えタイミングは、上述した第１実施形態と同じである。

本実施形態では、三方弁により流路を切換えるようにしたので、上述した第１実施形態に比し部品点数が削減され、構造の簡素化、コストの低減を実現することができる。

本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば従燃料は軽油３１に限らず、排気温度よりも低い沸点を有していれば、灯油やジェット燃料やメタノール、エタノールなどであっても良い。更に、ＤＰＦ１７の目詰まりが検出された場合、酸化触媒１６の上流に、軽油３１等、ＢＤＦ２９よりも沸点の低い燃料を直接噴射させるようにしても良い。

１ エンジン本体
７ 排気通路
１４ 連続再生式ＤＰＦ（ＤＰＲ）
１６ 酸化触媒
１７ フィルタ（ＤＰＦ）
２０ 差圧センサ
２４ インジェクタ
２５ 燃料系
２７ 主燃料タンク
２８ 従燃料タンク
２９ バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）
３１ 軽油
３２ａ 主燃料供給通路
３２ｂ 主燃料戻り通路
３３ａ 従燃料供給通路
３３ｂ 従燃料戻り通路
３６ａ 主燃料供給弁
３６ｂ 主燃料戻り弁
３７ａ 従燃料供給弁
３７ｂ 従燃料戻り弁
３８，３９ 三方弁
４１ 電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (9)

1. 排気通路に設けられてバイオディーゼル燃料を含有する主燃料を燃焼させた後の排気に含まれている粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタの上流側に設けられている酸化触媒と、
   前記フィルタの目詰まりを検出する目詰まり検出手段と、
   前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記フィルタの再生処理を行う制御手段とを備えるディーゼルエンジンのフィルタ再生装置において、
   前記制御手段は、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記酸化触媒に前記バイオディーゼル燃料よりも沸点の低い従燃料を供給し反応熱で排気温度を昇温させて前記フィルタに堆積されている前記粒状物質を燃焼除去することを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生装置。
2. 前記主燃料を貯留する主燃料タンクと前記従燃料を貯留する従燃料タンクとが、燃料供給系に連通する燃料供給通路と燃料戻り通路とに、燃料供給側切換弁と燃料戻り側切換弁とを介して各々連通されており、
   前記制御手段は、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記切換弁を切換え動作させて前記燃料供給通路と前記燃料戻り通路に対して前記従燃料タンクを連通させ、インジェクタから前記従燃料タンクに貯留されている前記従燃料を噴射させると共に、該従燃料を燃焼行程終了から排気行程にかけて追加噴射させることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生装置。
3. 前記制御手段は、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記燃料供給側切換弁を切換え動作させて前記燃料供給通路に前記従燃料タンクを連通させ、又前記フィルタの目詰まり検出後、設定時間経過後に前記燃料戻り側切換弁を切換え動作させて前記燃料戻り通路を前記従燃料タンクに連通させることを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生装置。
4. 前記設定時間は、前記目詰まり検出手段で前記フィルタの目詰まりを検出したときから前記燃料供給系に供給した前記従燃料の余剰燃料が前記燃料戻り側切換弁の直上流の燃料戻り通路に達するまでの時間であることを特徴とする請求項３記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生装置。
5. バイオディーゼル燃料を含有する主燃料を燃焼させた後の排気に含まれている粒子状物質を捕集するフィルタの目詰まりを検出した場合、該フィルタに堆積されている粒子状物質を除去して再生させるディーゼルエンジンのフィルタ再生方法において、
   前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記主燃料よりも沸点の低い従燃料を、前記フィルタの上流に配設されている酸化触媒に供給し、その反応熱で排気温度を昇温させて、前記フィルタに堆積されている前記粒状物質を燃焼除去することを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生方法。
6. 前記主燃料を貯留する主燃料タンクと前記従燃料を貯留する従燃料タンクとが、燃料系に連通する燃料供給通路と燃料戻り通路とに燃料供給側切換弁と燃料戻り側切換弁とを介して各々連通されており、
   前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記切換弁を切換え動作させて前記燃料供給通路と前記燃料戻り通路に対して前記従燃料タンクを連通させ、インジェクタから前記従燃料タンクに貯留されている前記従燃料を噴射させると共に、該従燃料を燃焼行程終了から排気行程にかけて追加噴射させることを特徴とする請求項５記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生方法。
7. 前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記燃料供給側切換弁を切換え動作させて前記燃料供給通路に前記従燃料タンクを連通させ、次いで設定時間経過後に前記燃料戻り側切換弁を切換え動作させて前記燃料戻り通路を前記従燃料タンクに連通させることを特徴とする請求項６記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生方法。
8. 前記設定時間は、前記フィルタの目詰まりを検出したときから前記燃料供給系に供給した前記従燃料の余剰燃料が前記燃料戻り側切換弁の直上流の燃料戻り通路に達するまでの時間であることを特徴とする請求項７記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生方法。
9. 前記フィルタの目詰まりを検出した場合、前記主燃料よりも沸点の低い従燃料を、エンジンのインジェクタを経ず、排気弁直後の排気マニホルド集合部付近に直接別のインジェクタにより噴射することで、前記フィルタの上流に配設されている酸化触媒に該従燃料を供給する請求項５記載のディーゼルエンジンのフィルタ再生方法。