JP2003129825A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
し、排気ガス中への燃焼添加を行わずに触媒再生型のパ
ティキュレートフィルタの確実な再生を図り得るように
する。 【解決手段】 ターボチャージャ2を装備したディーゼ
ルエンジン1(内燃機関)からの排気ガス8が流通する
排気管9(排気流路)の途中に触媒再生型のパティキュ
レートフィルタ10を装備した排気浄化装置に関し、デ
ィーゼルエンジン1から排出される排気ガス8の一部を
ターボチャージャ2のタービン2bを迂回させて該ター
ビン2bの出口側へ導くバイパス流路13と、該バイパ
ス流路13の途中に装備された開度調整可能な開閉バル
ブ14とから成り、該開閉バルブ14を排気温度の低い
運転領域にて適宜な開度で開作動し得るように構成す
る。
Description
するものである。
ィキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、
炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSO
F分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)と
を主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸
成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパテ
ィキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する
排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備する
ことが従来より行われている。
ージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム
構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が
交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路につ
いては、その出口が目封じされるようになっており、各
流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下
流側へ排出されるようにしてある。
は、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するの
で、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティ
キュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィ
ルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエン
ジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃
焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、
例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセ
リウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的
に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの
実用化が進められている。
レートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレ
ートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来よ
り低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去するこ
とが可能となるのである。
ートフィルタを採用した場合であっても、該パティキュ
レートフィルタに担持される酸化触媒には活性温度領域
があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度で
の運転状態が続くと、酸化触媒が活性化しない為にパテ
ィキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が
起こり得るので、パティキュレートフィルタより上流側
で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を用いて、
積極的な加熱によるパティキュレートフィルタの強制再
生を行うことが検討されている。
上流側で添加された燃料は、パティキュレートフィルタ
の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温
度が上げられてパティキュレートフィルタ内のパティキ
ュレートが燃やし尽くされることになる。
続き圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴
射を行うように燃料噴射を制御したり、排気流路中の何
れかの場所に燃料添加用のインジェクタを別途配設して
該インジェクタにより燃料添加させたりすることが考え
られている。
チャージャを搭載したディーゼルエンジンにおいては、
排気流路に未燃燃料の焼け焦げが付着することが懸念さ
れ、特に都内の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行
するような車両では、未燃燃料の焼け焦げを良好に酸化
除去してしまえるほど高い排気温度での運転が長く継続
しないため、排気流路に未燃燃料の焼け焦げが付着する
ことによりタービンの効率が低下する虞れがあった。
で、ターボチャージャを搭載した内燃機関に関し、排気
ガス中への燃焼添加を行わずに触媒再生型のパティキュ
レートフィルタの確実な再生を図り得るようにすること
を目的としている。
ジャを装備した内燃機関からの排気ガスが流通する排気
流路の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを
装備した排気浄化装置であって、内燃機関から排出され
る排気ガスの一部をターボチャージャのタービンを迂回
させて該タービンの出口側へ導くバイパス流路と、該バ
イパス流路の途中に装備された開度調整可能な開閉バル
ブとから成り、該開閉バルブを排気温度の低い運転領域
にて適宜な開度で開作動し得るように構成したことを特
徴とするものである。
転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、開
閉バルブが適宜な開度で開作動されてバイパス流路が開
通し、該バイパス流路を通してディーゼルエンジンから
の排気ガスがターボチャージャのタービンを迂回して高
い圧力のまま送り出されることになるので、タービンで
の仕事を行わずに導かれた排気ガスの圧力が結果的に通
常より高められて排気温度が上昇され、これにより酸化
触媒の活性下限温度以上に維持されてパティキュレート
フィルタに捕集されたパティキュレートが良好に燃焼除
去される結果、該パティキュレートフィルタが良好に再
生されることになる。
バルブは、高速域での過剰な過給を回避する過給圧制御
手段を兼ねていても良く、そのようにした場合には、高
速域で過給圧が設定値を超えた時に開閉バルブを開けて
バイパス流路を開通させることにより、高速域での過給
圧を一定レベルに抑制させることが可能となる。
トフィルタの直後に排気温度の低い運転領域で開閉バル
ブと協働して適宜な開度で閉作動する出口絞り弁が設け
られていても良く、このようにすれば、排気温度の低い
運転領域で開閉バルブと協働して出口絞り弁を絞り込む
ことにより、排気圧力を更に高めて排気温度の上昇を図
ることが可能となる。
関の排気抵抗が高まることにより、該内燃機関の気筒内
に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度
の高い排気ガスの残留量が増加し、この比較的温度の高
い排気ガスを多く含む気筒内の空気が更に圧縮行程で圧
縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上
昇が図られる。
側に排気ブレーキが備えられている場合には、該排気ブ
レーキが排気温度の低い運転領域で開閉バルブと協働し
て適宜な開度で閉作動されるように構成されていること
が好ましく、このようにすれば、排気温度の低い運転領
域で開閉バルブと協働して排気ブレーキを絞り込むこと
により、前述した出口絞り弁の場合と同様に排気温度の
更なる上昇を図ることが可能となる。
参照しつつ説明する。
を示すもので、図1中における符号の1はターボチャー
ジャ2を搭載したディーゼルエンジン(内燃機関)を示
しており、エアクリーナ3から導いた吸気4を吸気管5
を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへ導
いて加圧し、その加圧された吸気4をインタークーラ6
を介しディーゼルエンジン1の各気筒に分配して導入す
るようにしてある。
から排気マニホールド7を介し排出された排気ガス8を
排気管9を通して前記ターボチャージャ2のタービン2
bへ送り、該タービン2bを駆動した排気ガス8を触媒
再生型のパティキュレートフィルタ10を通してパティ
キュレートを捕集した上で車外へ排出するようにしてあ
る。
具体的な構造は図2に示す通りであり、このパティキュ
レートフィルタ10は、セラミックから成る多孔質のハ
ニカム構造となっており、格子状に区画された各流路1
1の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていな
い流路11については、その出口が目封じされるように
なっており、各流路11を区画する多孔質薄壁12を透
過した排気ガス8のみが下流側へ排出されるようにして
ある。
エンジン1から排気マニホールド7を介して排出される
排気ガス8の一部をターボチャージャ2のタービン2b
を迂回させて該タービン2bの出口側へ導くバイパス流
路13が設けられており、このバイパス流路13には、
タービン2bを迂回する排気ガス8の再循環量を適宜に
調節し得るよう開度調整可能な常時閉の開閉バルブ14
が装備されている。
制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Uni
t)を成す制御装置15からの開度指令信号14sを受
けたアクチュエータ(図示せず)の作動により、排気温
度が低い運転領域にて適宜な開度で開作動されるように
なっている。
び開閉バルブ14は、高速域での過剰な過給を回避する
過給圧制御手段を兼ねており、高速域で過給圧が設定値
を超えた時にも開閉バルブ14が制御装置15からの開
度指令信号14sを受けて開作動されるようになってい
る。
る過給圧制御手段では、前記バイパス流路13と略同様
のバイパス流路を開閉するバルブ機構が、コンプレッサ
2a側の過給圧が所定値まで上昇した時に、その過給圧
によりリンクロッドを介して機械的に開作動されるよう
になっているが、本形態例においては、開閉バルブ14
をアクチュエータ駆動として、寧ろ低速域で開作動させ
るように意図しているので、これを高速域でも開作動さ
せるようにして過給圧制御手段を兼ねさせているのであ
る。
上流側の適宜位置には、排気管9の流路を適宜な開度に
絞り込む開度調整可能な排気ブレーキ16が装備されて
おり、該排気ブレーキ16は、制御装置15からの開度
指令信号16sにより開度制御されるようになってい
る。
なる排気管9は、ディーゼルエンジン1からの振動によ
り破断応力が作用することを防止するために、該ディー
ゼルエンジン1に近い位置にフレキシブルチューブ17
を介装するようにしてあるが、この種のフレキシブルチ
ューブ17は、可撓性を優先した薄肉構造となっていて
耐圧性がそれほど高くないので、排気ブレーキ16の作
動時における排気圧力の上昇がフレキシブルチューブ1
7に悪影響を及ぼさないよう該フレキシブルチューブ1
7の上流側に前記排気ブレーキ16を配置するようにな
っている。
側の排気管9に装備されているパティキュレートフィル
タ10の直後にも、出口流路を適宜な開度に絞り込む出
口絞り弁18が装備されており、該出口絞り弁18は、
前記制御装置15からの開度指令信号18sにより開度
制御されるようになっている。
ルエンジン1の回転数を検出する回転センサ19からの
回転数信号19sと、図示しない運転席のアクセルの開
度をディーゼルエンジン1の負荷として検出するアクセ
ルセンサ20(負荷センサ)からのアクセル開度信号2
0sとが夫々入力されるようになっており、これら回転
数信号19sとアクセル開度信号20sにより判断され
る現在のディーゼルエンジン1の回転数と負荷とに基づ
き制御マップ(回転数と負荷とによる二次元マップ)で
運転状態を推定し、排気温度が低い運転領域にてパティ
キュレートフィルタ10の再生運転を行うようにしてあ
る。
ートフィルタ10の再生運転とは、アクセル開度信号2
0s及び回転数信号19sに基づいて判断される運転状
態の軽負荷運転領域で開閉バルブ14を開け且つ出口絞
り弁18及び排気ブレーキ16を段階的に絞り込む開度
制御を行うというものである。
運転を極軽負荷の渋滞路走行の場合に行うようにしてあ
り、図3に示す如く、制御装置15には、負荷Bより低
い極軽負荷の領域で且つ過給が必要となる回転数Cより
低い回転数領域の全てを渋滞路判定領域とする制御マッ
プが設定されている。
める負荷AからBまでの網掛けの領域を用いるが、渋滞
路での走行を想定した場合、アクセルを軽く踏む、アク
セルを離す、ブレーキを踏む、といった操作を頻繁に繰
り返すことになるので、発生した動力がエンジンフリク
ションや転がり抵抗だけに消費されてしまう出力零の負
荷領域(斜線を付した負荷A以下の領域)も渋滞路判定
領域として含め、渋滞路走行中の減速時等に渋滞路判定
領域から外れていると判定される不都合が生じないよう
に考慮してある。
御手順を図4によりフローチャートで示すと、ステップ
S1でパティキュレートフィルタ10が過捕集状態にな
っているか否かが判定されるようになっており、この判
定に関しては、ディーゼルエンジン1内の燃焼で発生し
たパティキュレートの大半がパティキュレートフィルタ
10に捕集されるものとして、燃料噴射量の累積値に基
づきパティキュレートの発生量を推定し、その推定され
たパティキュレートの発生量が過剰なレベルに達した時
点でパティキュレートフィルタ10が過捕集状態になっ
たものと判定されてステップS2へと進むようになって
おり、パティキュレートフィルタ10の過捕集状態が判
定されないうちは同様の判定が繰り返されるようになっ
ている。
リング状態(アクセルオフ、車速零、ギヤがニュートラ
ル又はクラッチオフ)が所定時間T0を超えて継続した
か否かが判定され、アイドリング状態が所定時間T0を
超えて継続した場合には、ステップS3へと進んで先の
図3の制御マップに基づき渋滞路走行の判定が所定時間
T1を超えて継続したか否かが判定され、渋滞路走行の
判定が所定時間T1を超えて継続した場合には、ステッ
プS4へと進んで所定時間内に2回以上の同様の判定が
下されたか否かが判定され、2回以上の判定が下されて
いる場合には、ステップS5へと進んでパティキュレー
トフィルタ10の再生運転が開始されるようになってい
る。
走行の判定を受けつけないようにしているのは、信号待
ち等の単発的な停止を除外するためである。尚、ステッ
プS2、ステップS3、ステップS4での判定が「N
O」であった場合には、何れもステップS2へと戻され
て同様の手順が繰り返されるようになっている。
気浄化装置を運転すれば、パティキュレートフィルタ1
0に多くのパティキュレートが捕集されて再生が必要と
なった時に、燃料噴射量の累積値に基づきパティキュレ
ートフィルタ10の過捕集状態が制御装置15に判定さ
れ、パティキュレートフィルタ10の再生運転が実行さ
れる結果、渋滞路走行時における排気温度の低い運転状
態にあっても、開閉バルブ14が開度指令信号14sに
より開作動され、ディーゼルエンジン1からの排気ガス
8がバイパス流路13を通しターボチャージャ2のター
ビン2bを迂回して高い圧力のまま送り出され、しか
も、同時に排気ブレーキ16及び出口絞り弁18により
排気流路が段階的に絞り込まれて前記出口絞り弁18よ
り上流側で排気ガス8が昇圧され、この排気ガス8の昇
圧により排気温度が上昇することになる。
と、流量Vとには、下記の関係式 P・V/T=一定 が決まっており、排気流路を絞り込んで排気圧力Pを大
きくして流量Vを一定に保てば、所定の運転状態に関し
て排気ガス8の温度Tが大きく上昇することになる。
が高まることにより、該ディーゼルエンジン1の気筒内
に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度
の高い排気ガス8の残留量が増加し、この比較的温度の
高い排気ガス8を多く含む気筒内の空気が更に圧縮行程
で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度
の上昇が図られることになる。
酸化触媒の活性下限温度以上に維持されると、パティキ
ュレートフィルタ10に捕集されたパティキュレートが
良好に燃焼除去されて該パティキュレートフィルタ10
が良好に再生されることになる。
の絞り込みでも、該排気ブレーキ16の上流側で排気圧
力の上昇による温度上昇を期待できるが、フレキシブル
チューブ17を経て下流側のパティキュレートフィルタ
10に到達するまでに排気温度がかなり低下してしまう
虞れがあり、他方、出口絞り弁18のみによる排気流路
の絞り込みでは、フレキシブルチューブ17が排気圧力
の上昇に耐えきれずに破損してしまう虞れがあるので、
排気ブレーキ16と出口絞り弁18との協働により排気
流路を段階的に絞り込むことが好ましいのである。
ージャ2を搭載したディーゼルエンジン1に関し、渋滞
路走行時等における排気温度の低い運転状態にあって
も、排気ガス8中への燃焼添加を行わずに適宜に排気温
度を上昇させてパティキュレートフィルタ10の酸化触
媒を安定した活性状態に維持することができるので、パ
ティキュレートフィルタ10に捕集されたパティキュレ
ートをターボチャージャ2に悪影響を及ぼすことなく良
好に燃焼除去することができ、これによりパティキュレ
ートフィルタ10の確実な再生を図ることができる。
例にのみ限定されるものではなく、排気温度の低い軽負
荷運転領域で常に再生運転が実行されるようなモード設
定をしても良いこと、また、パティキュレートフィルタ
の過捕集状態を判定する手段には、前述した如き燃焼噴
射量の累積値に基づいてパティキュレートの捕集量を推
定する手段以外に、圧力センサによるパティキュレート
フィルタの入口ガス圧力と出口ガス圧力との差圧に基づ
いて過捕集状態を判定する手段を採用したり、走行距離
や運転時間等を目安としてパティキュレートフィルタの
過捕集状態を推定する手段等を採用しても良いこと、そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変
更を加え得ることは勿論である。
ば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
れば、ターボチャージャを搭載した内燃機関に関し、軽
負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあって
も、排気ガス中への燃焼添加を行わずに適宜に排気温度
を上昇させてパティキュレートフィルタの酸化触媒を安
定した活性状態に維持することができるので、パティキ
ュレートフィルタに捕集されたパティキュレートをター
ボチャージャに悪影響を及ぼすことなく良好に燃焼除去
することができ、これによりパティキュレートフィルタ
の確実な再生を図ることができる。
よれば、高速域で過給圧が設定値を超えた時に開閉バル
ブを開けてバイパス流路を開通させることにより、高速
域での過給圧を一定レベルに抑制させることにも利用で
きる。
発明によれば、排気温度の低い運転領域で開閉バルブと
協働して出口絞り弁や排気ブレーキを絞り込むことによ
り、排気温度の更なる上昇を図ることができる。
る。
断面図である。
一例を示すグラフである。
すフローチャートである。
Claims (4)
- 【請求項1】 ターボチャージャを装備した内燃機関か
らの排気ガスが流通する排気流路の途中に触媒再生型の
パティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であ
って、内燃機関から排出される排気ガスの一部をターボ
チャージャのタービンを迂回させて該タービンの出口側
へ導くバイパス流路と、該バイパス流路の途中に装備さ
れた開度調整可能な開閉バルブとから成り、該開閉バル
ブを排気温度の低い運転領域にて適宜な開度で開作動し
得るように構成したことを特徴とする排気浄化装置。 - 【請求項2】 バイパス流路及び開閉バルブが、高速域
での過剰な過給を回避する過給圧制御手段を兼ねている
ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 - 【請求項3】 パティキュレートフィルタの直後に排気
温度の低い運転領域で開閉バルブと協働して適宜な開度
で閉作動する出口絞り弁が設けられていることを特徴と
する請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 - 【請求項4】 パティキュレートフィルタより上流側に
排気ブレーキが備えられ、該排気ブレーキが排気温度の
低い運転領域で開閉バルブと協働して適宜な開度で閉作
動されるように構成されていることを特徴とする請求項
1、2又は3に記載の排気浄化装置。
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- 2001-10-24 JP JP2001325957A patent/JP3878833B2/ja not_active Expired - Fee Related
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