JP2003003830A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、エンジンの排気通路に配置された
第１の連続再生式ＤＰＦと、上流側の排気通路に配設さ
れた第２の連続再生式ＤＰＦを備えたディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置おいて、第２の連続再生式ＤＰＦを常
にフレッシュな状態に保持し、排気ガスの通路が第２の
連続再生式ＤＰＦに切り替えられてもすぐにＤＰＦの連
続再生を支障なく実行させるようにするものである。 【解決手段】エンジンの排気通路に配置された第１の連
続再生式ＤＰＦと、該第１の連続再生式ＤＰＦの容量よ
り小さい容量に構成され上流側の排気通路に配設された
第２の連続再生式ＤＰＦと、該第２の連続再生式ＤＰＦ
の外周部を囲むように配置されるバイパス通路と、該バ
イパス通路を開閉する制御弁と、エンジンの排気温度領
域が所定の温度よりも低い低温領域である場合には該制
御弁がバイパス通路を閉じるように制御する制御手段
と、を具備するようディーゼルエンジンの排気浄化装置
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
の排気ガス中のパティキュレートを除去するための排気
浄化装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】最近の内燃機関、特にディーゼルエンジ
ンの排気ガスに対する規制は年々強化されており、 特に
カーボンを主成分とするパティキュレート（以下、Ｐ
Ｍ）の低減が急務となっている。このＰＭを排気から除
去する装置としてディーゼルパティキュレートフィルタ
（以下、ＤＰＦ）が知られており、ディーゼルエンジン
を搭載した車両にＤＰＦを装備させることを義務づける
動きも本格化してきている。 【０００３】ところで、ディーゼルエンジンを搭載した
車両に装備されるＤＰＦには、エンジンが繰り返し運転
されることによって捕集したＰＭが堆積するため、捕集
したＰＭを燃焼してＤＰＦを再生させる必要がある。こ
の再生の手段としては、電気ヒータやバーナ等で加熱し
てＰＭを燃焼させる方式が知られている。このＰＭを燃
焼させる方式を採用した場合、ＤＰＦの再燃焼中はＰＭ
の捕集が不可能なため、排気通路に複数のＤＰＦを並列
に配設して捕集と燃焼を交互に行うシステムとなり、装
置が大掛かりになってしまうという問題が発生する。ま
た、ＰＭを燃焼させる方式は、ＰＭ燃焼時の温度が高温
になるためフィルタの耐久性確保が問題となってしま
う。このような理由からこの捕集したＰＭを燃焼させる
方式は、広く採用されるに至っていない。 【０００４】そこで、ＰＭを捕集・再生させる別の手段
として、ＤＰＦに対して上流側の排気通路に酸化触媒を
配設し、酸化触媒によって排気ガス中のＮＯをＮＯ２に
酸化させ、ＰＭを捕集しながら捕集したＰＭをＮＯ２に
よって連続的に燃焼させる方式、所謂連続再生式ＤＰＦ
が提案されており、例えば特許第３０１２２４９号等に
開示されている。また、酸化触媒をＤＰＦに直接担持さ
せ、同様の作用効果をねらった連続再生式ＤＰＦも提案
されている。 【０００５】また、別の連続再生式ＤＰＦとしては特許
第２６００４９２号に記載されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒
をＤＰＦに担持させて、ＮＯｘを吸蔵、還元する際に発
生する活性酸素を利用して捕集したＰＭを連続的に燃焼
させる方式も知られている。 【０００６】いずれにしても連続再生式ＤＰＦは触媒の
作用を利用しているためにＰＭを捕集しながら連続的に
ＤＰＦを再生するには排気ガスが所定の温度を有してい
ることが必要であることがよく知られている。とくにエ
ンジンがアイドル運転状態や低負荷運転状態では排気ガ
ス温度が低く、また排気ガスの流量が低いため連続再生
式ＤＰＦに到達する前に温度が低下し、十分ＰＭを捕集
しながら連続的に再生することができないという問題が
あった。 【０００７】ディーゼルエンジンの連続再生式ＤＰＦは
上述したように温度が低すぎると捕集したＰＭを連続的
に再生できないという問題を抱えている。連続再生式Ｄ
ＰＦに流入する排気ガスの温度が低くならないようにす
るためには連続再生式ＤＰＦをエンジンに近づけて配置
すればよいと考えられるがエンジンルームのスペースは
限られており、ＰＭの捕集量と排気ガスの流通抵抗を考
慮した大容量の連続再生式ＤＰＦをエンジンルームに搭
載することは事実上困難であり、エンジンから離れた位
置に載置することが余儀なくされている。 【０００８】また、例え大容量の連続再生式ＤＰＦをエ
ンジンに近いところに配置が可能であったとしても、排
気ガスの温度が低く、排気流量が少ない運転状態が継続
すると大容量の連続再生式ＤＰＦにおいて排気ガスが冷
やされてしまい捕集したＰＭを連続的に完全に燃焼させ
ることが困難であり、部分的にＰＭが残留してしまうこ
とも判明した。 【０００９】以上の問題を踏まえ本出願人は、排気通路
の下流側に容量の大きい第１の連続再生式ＤＰＦを配置
し排気通路の上流側すなわちエンジンに近い部位（例え
ば排気マニホールドの直後）において排気通路をバイパ
スするバイパス通路を設け、バイパス通路には小さい容
量の第２の連続再生式ＤＰＦを配置し、バイパス通路と
並行する排気通路には通路を開閉する制御弁を設け、エ
ンジンの運転状態において排気温度が低い領域では制御
弁を閉じ、排気ガスをバイパス通路上の第２の連続再生
式ＤＰＦに流通させるように構成したディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置を特願２００１−１５５８９４号とし
て提案した。 【００１０】上述したディーゼルエンジンの排気浄化装
置によれば、排気ガス温度が低い場合には、排気ガス流
量が大きい場合に対応した大容量の第１の連続再生式Ｄ
ＰＦよりも容量が小さくエンジンの直後に配置した第２
の連続再生式ＤＰＦに排気ガスを流入させて使用するよ
うにしたので、排気ガスが排気通路上やＤＰＦ上で冷却
されてしまうなどの問題も解決することが可能となっ
た。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】ところで、連続再生式
ＤＰＦは捕集しながら連続的にＰＭを酸化燃焼させてＤ
ＰＦを再生しているためＰＭをＤＰＦに溜め込まないこ
とが特徴となっており、ＤＰＦにおいて捕集されるＰＭ
に対して酸化燃焼されるＰＭの量が上まっていることが
必要である。しかし、排気ガスの温度条件などによりＰ
Ｍが酸化燃焼する効率は変化し、捕集するＰＭの量が酸
化燃焼させられるＰＭの量を上まわると、ＤＰＦ上にＰ
Ｍが堆積しだし、堆積したＰＭがなかなか酸化燃焼でき
ない状態となる。特にＤＰＦ上に触媒を直接担持してい
る連続再生式ＤＰＦでは触媒の反応自体も低下するた
め、一度ＰＭが堆積しだすとなかなか回復することが出
来ない状態となる。そして堆積量が増えると今度は排気
ガスが高温状態の時に着火して一気に温度が上昇しＤＰ
Ｆが溶損する問題が生じる惧れもある。したがってＤＰ
ＦにおいてはＰＭの堆積量が少ない方が好ましく、可能
な限り常にフレッシュな状態であることが望まれてい
る。 【００１２】上述した先の出願におけるディーゼルエン
ジンの排気浄化装置おいては、エンジンに近い位置に配
置された容量の小さい第２の連続再生式ＤＰＦは排気温
度が低い運転状態においてＰＭの捕集ならびにＤＰＦの
連続再生を行い排気ガスを効果的に浄化できるようにな
った。一方、それ以外の運転状態では制御弁が開放さ
れ、排気ガスは第２の連続再生式ＤＰＦを流れず排気通
路を通って第１の連続再生式ＤＰＦに流入し、ここでＰ
Ｍの捕集・ＤＰＦの連続再生が行われる。すなわち第２
の連続再生式ＤＰＦはそのような運転状態では使用され
ない。よって第２の連続再生式ＤＰＦの未使用時には外
気などの影響でＤＰＦ自体の温度がかなり低下してしま
う惧れがあり、こうした状態で第２の連続再生式ＤＰＦ
に排気ガスの通路が切り替えられた場合には、触媒の酸
化反応およびＰＭの酸化燃焼が良好に実行されないこと
となる。 【００１３】本発明は以上の問題点を踏まえ、エンジン
の排気通路に配置された第１の連続再生式ディーゼルパ
ティキュレートフィルタと、該第１の連続再生式ディー
ゼルパティキュレートフィルタより上流側の排気通路に
配設された第２の連続再生式ディーゼルパティキュレー
トフィルタを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置
おいて、第２の連続再生式ＤＰＦを常にＰＭの堆積がな
いフレッシュな状態に保持するとともに、排気ガスの通
路が第２の連続再生式ＤＰＦに切り替えられてもすぐに
触媒の酸化反応およびＤＰＦの連続再生を支障なく実行
させるように構成することを技術課題とするものであ
る。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために、本発明によれば、エンジンの排気通路に
配置された連続再生式ディーゼルパティキュレートフィ
ルタを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置におい
て、エンジンの排気通路に配置された第１の連続再生式
ディーゼルパティキュレートフィルタと、該第１の連続
再生式ディーゼルパティキュレートフィルタの容量より
小さい容量に構成され該第１の連続再生式ディーゼルパ
ティキュレートフィルタより上流側の排気通路に配設さ
れた第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィ
ルタと、該第２の連続再生式ディーゼルパティキュレー
トフィルタの外周部を囲むように配置されるバイパス通
路と、該バイパス通路を開閉する制御弁と、該エンジン
の排気温度領域を検出する排気温度領域検出手段と、該
排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気
温度領域が所定の温度よりも低い低温領域である場合に
は該制御弁がバイパス通路を閉じるように制御する制御
手段と、を具備したことを特徴とするディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置を提供する。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明の好適
な実施形態について詳細に説明する。図１に示すシリン
ダブロックおよびシリンダヘッド等からなるエンジン本
体２には、吸気通路の一部を構成する吸気マニホールド
３および排気通路の一部を構成する排気マニホールド４
が配設されている。吸気マニホールド３には吸気通路の
一部を構成する吸気管５が接続されており、この吸気管
５の最上流部に吸入空気を清浄化するエアクリーナ６が
配設されている。エアクリーナ６で清浄化された吸入空
気は吸気管５を通り吸気マニホールド３を介して図３に
示すシリンダ１内に供給される。上記排気マニホールド
４には排気通路の一部を構成する排気管７が接続されて
おり、シリンダ内で生成された排気ガスは排気マニホー
ルド４および排気管７を通して排出される。 【００１６】図示のディーゼルエンジンは、吸入空気を
過給するためのターボチャージャー８を備えている。こ
のターボチャージャー８は、排気管７に配設された排気
タービン８１と、吸気管５に配設された吸気コンプレッ
サ８２とを有している。また、図示のディーゼルエンジ
ンは、上記排気タービン８１より上流側の排気管７と上
記吸気コンプレッサ８２より下流側の吸気管５とを連絡
する排気ガス環流（以下ＥＧＲとする）通路９を具備し
ている。ＥＧＲ通路９にはＥＧＲバルブ１１が配設され
ている。このＥＧＲバルブ１１は、例えば図示しない負
圧タンクに接続された負圧アクチュエータを備えてお
り、後述する制御手段１０により運転状態に応じて供給
される負圧量が制御されることにより、その開度即ちＥ
ＧＲ率が制御される。なお、ＥＧＲはよく知られている
ように、燃焼後の排気ガスを環流させた吸入空気をシリ
ンダ内に投入してＮＯｘの抑制を図る排気浄化手段であ
る。また、ＥＧＲ通路とエンジン側の連結は図示の実施
形態では吸気管、排気管となっているが吸気通路の一部
を構成する吸気、排気マニホールドでも良いことは明ら
かである。 【００１７】上記排気タービン８１より下流側の排気管
７には、上流側より順に酸化触媒１２１、ＤＰＦ１２２
とを有する第１の連続再生式ディーゼルパティキュレー
トフィルタ１２およびＮＯｘ触媒１４が配設されてい
る。酸化触媒１２１は、例えばハニカム状のコーディエ
ライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性ア
ルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、こ
のコート層に白金、パラジウム、あるいはロジウム等の
貴金属からなる触媒活性成分を担持させたものが使用さ
れる。この酸化触媒１２１は、排気ガス中のＮＯを酸化
してＮＯ２を生成させるとともに、排気ガス中のＨＣと
ＣＯを酸化してＨ２ＯとＣＯ２を生成させる。ＤＰＦ１
２２は、例えば多孔質のコーディエライト、あるいは炭
化珪素によって多数のセルが平行に形成され、セルの入
口と出口が交互に閉鎖された、いわゆるウォールフロー
型と呼ばれるハニカムフィルタや、セラミック繊維をス
テンレス多孔管に何層にも巻き付けた繊維型フィルタが
使用され、排気ガス中のＰＭを捕集する。ＮＯｘ触媒１
４は、その構成や成分は上記酸化触媒１２１と同じよう
なものが使用でき、排気ガス中のＮＯ等のＮＯｘをＮ２
やＨ２Ｏに還元させる。このように少なくとも上記した
酸化触媒１２１及びＤＰＦ１２２により連続再生式ＤＰ
Ｆ１２が構成され、酸化触媒１２１によって排気ガス中
のＮＯをＮＯ２に酸化させ、酸化触媒１２１の下流側に
配設したＤＰＦ１２２に流入するＮＯ２によって捕集さ
れたＰＭを燃焼させる。この時２５０℃から４００℃の
低い温度領域でＰＭが燃焼するため、電気ヒータやバー
ナ等の特別な加熱手段を設ける必要がなく、また、低温
にてＰＭの燃焼を連続的に起こしながら、同時にＰＭの
捕集も行うため装置全体を簡易に且つコンパクトにでき
るという利点を有している。なお、本実施形態における
連続再生式ＤＰＦは４００℃以上では酸化触媒の酸化反
応が低下してしまうためＤＰＦを通過する排気ガス温度
は４００℃以下に維持されることが好ましい。 【００１８】そして本発明に基づくディーゼルエンジン
の排気浄化装置では、第1 の連続再生式ＤＰＦより排気
通路における上流側に第２の連続再生式ＤＰＦ１３が配
置されている。 【００１９】第２の連続再生式ＤＰＦ１３および排気通
路の構成について図２を参照して説明する。排気通路を
形成する排気管７ａと排気管７ｂの間の排気管７ｃに
は、上流側の酸化触媒１３１と下流側のＤＰＦ１３２に
より構成された第２の連続再生式ＤＰＦ１３が配設され
ている。そして、その第２の連続再生式ＤＰＦの外周部
を囲むようにバイパス通路２０が設けられ、バイパス通
路２０は連通路２１により第２の連続再生式ＤＰＦ１３
の上流側の排気管７ａと接続されている。 【００２０】連通路２１には連通路２１の開閉を行う制
御弁２２が設けれらており、制御弁２２は制御手段１０
からの制御信号に基づき作動するアクチュエータ２３に
より駆動される。 【００２１】第２の連続再生式ＤＰＦを保持している排
気管７ｃの下流側にはバイパス通路２０と排気管７ｂを
連通する開口部２４が設けられており、バイパス通路２
０を通過する排気ガスはこの開口部２４から下流側排気
管７ｂへと流れていく。よって連通路２１と開口部２４
はエンジンの排気ガス流量が最大になった時に通過抵抗
にならない様に十分大きく確保される。 【００２２】図２（ａ）は制御弁２２が連通路２１を開
放して入口側排気通路７ａとバイパス通路２０を連通し
ている状態を示す。この制御弁２２はバイパス通路２０
を入口側排気通路７ａに連通するとともに、第２の連続
再生式ＤＰＦ側へ連通する排気管７ｃ側に排気ガスが流
入することを防止するよう切換弁として機能する。この
状態では排気マニホールドを出た排気ガスは全量がバイ
パス通路２０を通過する。 【００２３】図２（ｂ）では制御弁２２が切り替えられ
て入口側排気通路７ａとバイパス通路２０との連通路２
１を閉じている状態を示している。このような状態では
排気ガスは全量が排気管７ｃを通じて第２の連続再生式
ＤＰＦに流入し、第２の連続再生式ＤＰＦによりＰＭの
捕集・燃焼が行われる。 【００２４】以上のように図２に示す実施形態において
は、低負荷運転時のような排気ガス温度が低く排気ガス
の流量が少ないような場合は制御弁２２によりバイパス
通路２０を閉じて排気ガスを排気通路の上流側に配置し
た容量の小さい第２の連続再生式ＤＰＦ１３を通し、ま
た、高負荷運転時のように排気ガスの温度が高く排気ガ
スの流量が大きい場合には制御弁２２を開放して排気ガ
スを第２の連続再生式ＤＰＦの外周を囲むように設けら
れたバイパス通路２０に流通させることにより、第２の
連続再生式ＤＰＦを使用すること無く且つ周りから熱し
つつ第１の連続再生式ＤＰＦを使用してＰＭを捕集、燃
焼させることになる。 【００２５】次に、バイパス通路２０を開閉する制御弁
の他の実施形態について図３を参照して説明する。な
お、図３に示す実施形態においては、図２に実施形態に
おける同一部材には同じ番号を付し説明は省略する。図
３に示す実施形態において、第２の連続再生式ＤＰＦ１
３’はＤＰＦフィルタに直接触媒を担持させたものであ
り排気温度が高い領域（４００℃以上）でもPMの酸化燃
焼作用を有する成分も有しているものである。アクチュ
エータ２５により駆動される制御弁２６が、バイパス通
路２０と連通路２１を通じて第２の連続再生式ＤＰＦ１
３’を通る通路とを切り替えるのではなく連通路２１の
開閉のみを行うように構成される。図３（ａ）は制御弁
２６が連通路２１を開放しており第２の連続再生式ＤＰ
Ｆ１３’側の通路はバイパス通路２０に比して通過抵抗
が大きいため排気ガスは主にバイパス通路２０を通過す
る。しかし、排気通路７ａは第２の連続再生式ＤＰＦ１
３’にも連通されており若干の排気ガスは通過する。 【００２６】図３（ｂ）では制御弁２６により連通路２
１が閉じられており、排気ガスはバイパス通路２０を通
過しない。この場合は図２（ｂ）に示すものと同様に全
量が排気管７ｃを通じて第２の連続再生式ＤＰＦ１３’
を通過する状態となる。 【００２７】図１に戻り説明を続ける。図示のディーゼ
ルエンジンは、エンジンの回転速度を検出するエンジン
回転速度検出センサ１５、アクセルペダルの踏み込み量
（アクセル開度＝ＡＣＬ）を検出するアクセルセンサ１
６、吸気マニホールド３内に配設されシリンダ内に吸入
される吸気の温度を検出する吸気温度センサ１７、該エ
ンジン回転速度検出センサ１５やアクセルセンサ１６お
よび吸気温度センサ１７等からの検出信号に基づいて上
記ＥＧＲバルブ１１や図示しない燃料噴射装置によって
シリンダ内に噴射される燃料の噴射量を制御する制御手
段１０を具備している。制御手段１０はエンジン回転速
度とアクセル開度をパラメータとする燃料噴射量を設定
した図示しない所謂燃料噴射量マップを格納したメモリ
を具備しており、エンジン回転速度検出センサ１５およ
びアクセルセンサ１６からの検出信号に基づいて基本燃
料噴射量を決定する。そして、制御手段１０は、基本燃
料噴射量を吸気温度センサ１５の検出値に基づき補正
し、最終的な燃料噴射量を決定する。なお、最終的な燃
料噴射量は吸気温度のみならず、他の様々なパラメータ
（大気圧やスモーク限界噴射量等）を参照して随時補正
することが可能である。 【００２８】図におけるディーゼルエンジンは、吸気通
路の一部をなす吸気管５におけるＥＧＲ通路９の連結部
よりも上流側に配設され吸入空気量を制限する吸気シャ
ッタ１８を備えている。この吸気シャッタ１８は、通常
は全開に保持されている。また、排気通路の一部を構成
する排気管７におけるＥＧＲ通路９の連結部よりも下流
側には、排気ガスの流出を制限する排気シャッタ１９が
配設されている。この排気シャッタ１９も上記吸気シャ
ッタ１８と同様に、通常状態では全開に保持されてい
る。なお、吸気シャッタ１８および排気シャッタ１９
は、例えば図示しない負圧タンクに接続された負圧アク
チュエータを備えており、制御手段１０により運転状態
に応じて供給される負圧量が制御されることにより、そ
の開度が制御される。 【００２９】本発明に基づくディーゼルエンジンは、図
４に示すように吸気行程中のシリンダー１の排気通路を
シリンダー１に開放する排気導入機構を具備している。
図４には、吸気バルブ３０と吸気バルブ作動機構３１お
よび排気バルブ４０と排気バルブ作動機構４１が示され
ている。排気バルブ作動機構４１を構成する排気カム４
２は、排気行程で排気バルブ４０を作動する通常のカム
プロフィール４２１と、該カムプロフィール４２１と回
転方向後側に略９０°の位相角をもって形成された排気
導入カムプロフィール４２２を備えている。このように
構成された排気カム４２は、カムプロフィール４２１に
よる排気バルブリフトカーブと、吸気行程中（吸気バル
ブ作動機構３１による吸気バルブリフトカーブ中）の短
期間に排気導入カムプロフィール４２２による排気バル
ブリフトカーブをもって排気バルブ４０を作動する。従
って、本実施形態においては、排気カム４２に形成され
た排気導入カムプロフィール４２２は、吸気行程中にシ
リンダー１内に排気ガスを導入するための排気導入機構
として機能する。なお、排気導入カムプロフィール４２
２による排気バルブ４０のリフト量は、１〜３ｍｍ程度
でよい。 【００３０】以上のような第２の連続再生式ＤＰＦ１３
を有するディーゼルエンジンの排気浄化装置の制御につ
いて説明する。 【００３１】図１に示す実施形態においては、ディーゼ
ルエンジンの排気温度領域を検出する排気温度領域検出
手段を具備している。以下に排気温度領域検出手段につ
いて述べる。エンジンの排気温度は、主にエンジンに供
給される燃料噴射量（負荷）とエンジン回転速度により
ほぼ決定される。図示の実施形態における排気浄化装置
の制御手段１０は、図示しない内部メモリに図５に示す
ようなエンジン回転速度とエンジン負荷をパラメータと
する排気温度領域マップを有しており、エンジン回転速
度と燃料噴射量（負荷）から現在の排気温度がどこの領
域にあるかを検出する。ここで示される領域とは、シリ
ンダから排出された排気温度の温度領域を指すものとす
る。 【００３２】図５に示すＸ、Ｙ、Ｚの境界線は主にマッ
プを定義する際のエンジンの排気ガスの温度に関する試
験結果と酸化触媒１２１の活性温度領域を参照して設定
される。Ｘ領域は排気ガスの温度が本実施形態における
第１の連続再生式ＤＰＦ１２の酸化触媒１２１の活性温
度領域よりも高くなる領域であり排気温度は低下させら
れることが望ましい領域である。Ｙ領域は第１の連続再
生式ＤＰＦ１２の酸化触媒１２１の活性温度領域に含ま
れる領域、そしてＺ領域は排気ガスが第１の連続再生式
ＤＰＦ１２の酸化触媒１２１の活性温度領域よりも低く
なる領域である。なお、マップ上の境界線は、排気マニ
ホールドから第１の連続再生式ＤＰＦ１２の酸化触媒１
２１に到達するまでの排気ガス温度の低下分が考慮され
たものであり、さらには連続再生式ＤＰＦ内での排気温
度分布は排気ガスの流量にも影響を受けるため排気ガス
の流量も加味した領域を設定してもよい。 【００３３】次に、図１に示したディーゼルエンジンシ
ステムに図２に示す第２の連続再生式ＤＰＦを搭載した
実施形態における排気浄化装置の作動を図６に示すフロ
ーチャートに基づき説明する。エンジンの運転がスター
トすると図示しない燃料噴射装置によりエンジンに燃料
が供給される。制御手段１０はエンジン回転速度検出セ
ンサ１５およびアクセルセンサ１６からのエンジン回転
速度信号（Ｎｅ）とアクセル開度信号（ＡＣＬ）を読み
込み（ステップＳ１）、図示しない燃料噴射量マップを
参照し燃料噴射量を決定する（ステップＳ２）。制御手
段１０は、この時の燃料噴射量をエンジンの負荷Ｑとし
て検出する。 【００３４】図１に示す実施形態における排気浄化装置
においては、上述したようにエンジン負荷Ｑを検出した
ら、制御手段１０はエンジン負荷と上記のように検出さ
れたエンジン回転速度に基づいて図５に示す排気温度領
域マップより現在の排気温度領域を検出する（ステップ
Ｓ３）。このようにして、現在の排気温度領域を検出し
たならば、制御手段１０は現在の排気温度領域の基づき
上記ＥＧＲバルブ１１、吸気シャッタ１８、排気シャッ
タ１９、そして制御弁２２を制御する。 【００３５】先ず、排気温度領域が第１の連続再生式Ｄ
ＰＦの酸化触媒１２の活性温度以上の領域Ｘにある場合
（ステップＳ４）には、制御手段１０は制御弁２２は連
通路２１を開くとともに第２の連続再生式ＤＰＦ１３側
の排気管７ｃを閉じる（ステップＳ５）。したがって排
気ガスは全量がバイパス通路２０を通過する。制御手段
１０はＥＧＲバルブ１１を全閉とし、吸気シャッタ１
８、排気シャッタ１９を全開に開く（ステップＳ６）。
そして制御手段１０は排気温度低下制御を実行する（ス
テップＳ７）。この排気温度低下制御は、例えば可変タ
ーボチャージャによる吸入空気量の増加制御や冷却水に
よる排気ガスの冷却制御等である。なお、排気温度低下
制御は本発明の主たる構成ではないので説明は省略す
る。また、排気温度低下制御は触媒が高温度領域でも機
能する場合は省略することが出来る。 【００３６】ステップＳ４で排気温度領域がＸ以外の場
合は、制御手段１０はステップＳ４からステップＳ８に
進み排気温度領域が所定の温度（第１の連続再生式ＤＰ
Ｆの酸化触媒１２１の活性温度）よりも低温の領域Ｚか
否かを判断する。そして低温領域ではない（排気温度領
域＝Ｙ）と判断されたら、制御手段１０はステップＳ９
に進んで制御手段１０により制御弁２２を排気温度領域
Ｘと同様に連通路２１を開くとともに第２の連続再生式
ＤＰＦ１３側の排気通路７ｃ側を閉じる。次にステップ
Ｓ１０に進み、吸気シャッタ１８、排気シャッタ１９を
全開とし、ＥＧＲバルブ１１は開とする。この時ＥＧＲ
バルブについて制御手段１０は通常運転時における負荷
とエンジン回転速度に基づくＥＧＲ制御を実行してもよ
い。 【００３７】ステップＳ８にて排気温度領域が所定の温
度（第１の連続再生式ＤＰＦの酸化触媒１２１の活性温
度領域）よりも低温領域（排気温度領域＝Ｚ）と判断さ
れた場合は、制御手段１０はステップＳ１１に進んで制
御弁２２によりバイパス通路へと通じる連通路２１を閉
じてバイパス通路２０を閉鎖し、排気ガスの全量が第２
の連続再生式ＤＰＦのみを通過するようにさせる。そし
てステップ１２へ進み、吸気シャッタ１８及び排気シャ
ッタ１９を作動させて絞り制御を行う。吸気シャッタお
よび排気シャッタを絞ることにより排気導入機構と協働
してシリンダ内の空気量を減らすことになり排気温度上
昇手段として機能する。同時に制御手段１０はＥＧＲバ
ルブ１１を開とする。以上の制御を行い制御フローチャ
ートはスタートに戻る。 【００３８】なお、第２の連続再生式ＤＰＦに関し、Ｐ
Ｍを除去する触媒の酸化反応について反応温度の上限が
あるものを使用する場合には上述した図２に示す実施形
態のように、酸化反応が起きにくい温度領域（高温領
域）で第２の連続再生式ＤＰＦに通じる排気管７ｃを完
全に閉じるように切換える制御弁２２として構成とする
のが好ましい。 【００３９】また、高温度領域でも機能し、反応温度の
上限が無い触媒を利用する場合には図３の実施形態のよ
うに、バイパス通路２０を開放している状態でも排気管
７ｃを閉じることなく第２の連続再生式ＤＰＦに排気ガ
スが流入するように構成するのが好ましい。制御弁２６
は上記制御フローチャートの制御弁２２と全く同じよう
な条件で連通路２１の開閉を行わせればよい。図３に示
す実施形態によれば、排気ガスが高温領域では殆どの排
気ガスがバイパス通路２１側を通過するものの若干の排
気ガスが第２の連続再生式ＤＰＦに流入し、フィルタに
残存したＰＭも燃焼除去するとともに燃焼ガスを排気通
路の下流側７ｂに流出させるので第２の連続再生式ＤＰ
Ｆが未使用時にもよりフレッシュな状態に維持されるこ
とが期待できる。 【００４０】図２、図３に示す実施形態では制御弁が第
２の連続再生式ＤＰＦの上流側に位置するように構成し
たが、バイパス通路に対して連通路及び制御弁を下流側
に配置することも可能である。すなわち第２の連続再生
式ＤＰＦ以外のバイパス通路、連通路及び制御弁の構成
をそのまま前後逆に配置することも可能である。また本
発明の実施形態において制御弁の形式を２通り（図２、
図３）示したがこれに限らず、第２の連続再生式ＤＰＦ
の周囲を囲むようにバイパス通路を設けてバイパス通路
への流入を規制する弁であればその形状方式にはとらわ
れずあらゆる開閉、切換え弁を使用可能であることは言
うまでもない。 【００４１】 【発明の効果】以上のように本発明の構成によれば、排
気温度が低いような領域（図５マップ中Ｚ領域）では排
気通路の上流側に配置された第２の連続再生式ＤＰＦが
使用されるように制御される。そして排気温度が第２の
連続再生式ＤＰＦを使用しなくとも第１の連続再生式Ｄ
ＰＦにより良好にＰＭの捕集・ＤＰＦの連続再生が行わ
れる排気温度の領域では（図５マップ中Ｘ，Ｙ領域）、
第２の連続再生式ＤＰＦの外周部を取り囲むように設け
られたバイパス通路を排気ガスが主に通過するようにし
た。そしてこのような構成により第２の連続再生式ＤＰ
Ｆは使用されていない時も常に外周部を通過する排気ガ
スによって熱せられており、フィルタ中のＰＭは完全に
燃焼除去（６００℃以上でＰＭは燃焼させられる）せし
められると同時に第２の連続再生式ＤＰＦは常に暖めら
れているので制御弁により切り替えられて第２の連続再
生式ＤＰＦが使用されるようになっても排気ガスが冷や
されず触媒の反応を落とすことなくＰＭを捕集燃焼させ
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に基づくディーゼルエンジンの連続再生
式ディーゼルパティキュレートフィルタを搭載したディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置のブロック図。 【図２】本発明に基づくディーゼルエンジンの連続再生
式ディーゼルパティキュレートフィルタの一実施形態を
示す断面図。 【図３】本発明に基づくディーゼルエンジンの連続再生
式ディーゼルパティキュレートフィルタの他の実施形態
を示す断面図。 【図４】本発明における排気導入機構の一実施形態を示
す断面図。 【図５】排気温度領域マップ。 【図６】本発明における制御手段の制御フローチャー
ト。 【符号の説明】 ２ エンジン本体 ３ 吸気マニホールド ４ 排気マニホールド ５ 吸気管 ６ エアクリーナ ７ 排気管 ８ ターボチャージャー ８１ 排気タービン ８２ 吸気コンプレッサ ９ 排気ガス環流（ＥＧＲ）通路 １０ 制御手段（ＥＣＭ） １１ ＥＧＲバルブ １２ 第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフ
ィルタ １２１ 酸化触媒 １２２ ディーゼルパティキュレートフィルタ １３、１３’ 第２の連続再生式ディーゼルパティキュ
レートフィルタ １３１ 酸化触媒 １３２ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰ
Ｆ） １４ ＮＯｘ触媒 １５ エンジン回転速度検出センサ １６ アクセルセンサ １７ 吸気温度センサ １８ 吸気シャッタ １９ 排気シャッタ ２０ バイパス通路 ２１ 連通路 ２２、２６ 制御弁 ２４ 開口部 ２３、２５ アクチュエータ ３０ 吸気バルブ ３１ 吸気カム ４０ 排気バルブ ４１ 排気バルブ作動機構 ４２ 排気カム ４２１ 排気カムプロフィール ４２２ 排気導入カムプロフィール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｊ 3/24 3/24 Ｃ Ｅ // Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ Ｆターム(参考） 3G090 AA01 AA02 AA03 AA04 BA01 CA04 CB23 CB24 DA11 DA12 DA18 DA20 EA02 EA05 EA06 EA07 EA08 3G091 AA10 AA11 AA18 AB02 AB05 AB13 BA00 BA01 BA02 BA14 BA36 CB07 EA00 EA01 EA07 EA17 GA02 GA06 GB05W GB06W GB07W GB17X HA10 HA15 HA16 HB03 HB05 HB06 4D058 JA32 JA42 JB06 JB25 KA25 MA42 MA44 PA04 PA08 SA08 TA06

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 エンジンの排気通路に配置された連続再
    生式ディーゼルパティキュレートフィルタを備えたディ
    ーゼルエンジンの排気浄化装置において、 エンジンの排気通路に配置された第１の連続再生式ディ
    ーゼルパティキュレートフィルタと、該第１の連続再生
    式ディーゼルパティキュレートフィルタの容量より小さ
    い容量に構成され該第１の連続再生式ディーゼルパティ
    キュレートフィルタより上流側の排気通路に配設された
    第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ
    と、該第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフ
    ィルタの外周部を囲むように配置されるバイパス通路
    と、該バイパス通路を開閉する制御弁と、該エンジンの
    排気温度領域を検出する排気温度領域検出手段と、該排
    気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気温
    度領域が所定の温度よりも低い低温領域である場合には
    該制御弁がバイパス通路を閉じるように制御する制御手
    段と、を具備したことを特徴とするディーゼルエンジン
    の排気浄化装置。
JP2001186474A 2001-06-20 2001-06-20 ディーゼルエンジンの排気浄化装置 Expired - Fee Related JP3840923B2 (ja)

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