JP2842072B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気浄化装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気中に含まれるパーティキュレート
（カーボン等の微粒子）を排気通路に備えたトラップで
捕集するようにしてあるエンジン（特にディーゼルエン
ジン）では、パーティキュレートの堆積により排気圧力
が過度に上昇し、エンジン及びエミッション性能を低下
させるため、捕集されたパーティキュレートを所定の時
期に燃焼させてトラップを再生する装置が設けられてい
る（特開昭５８−５１２３５号公報等参照）。

【０００３】これを図６で説明すると、エンジン１から
排出される排気中のパーティキュレートは排気通路２に
介装される耐熱性フィルタ構造のトラップ３にて捕集さ
れる。そして、トラップ３の再生のため、トラップ３に
捕集されたパーティキュレートを着火燃焼させるための
ヒータ４を備えている。

【０００４】一方、吸気通路５に吸気流量を絞るバタフ
ライ型絞り弁６が設けられ、この絞り弁６にはリンク７
を介してダイアフラムアクチュエータ８が連結されてい
る。このダイアフラムアクチュエータ８の圧力室には、
三方電磁弁９のＯＮ・ＯＦＦにより、負圧ポンプ10から
の負圧、又は大気圧が選択的に導かれるようになってお
り、コントロールユニット11からの電磁弁10へのデュー
ティ信号のデューティ値（ＯＮ時間割合）を増加させ
て、圧力室への負圧を強めると、絞り弁６が閉じてい
く。

【０００５】コントロールユニット11には、燃料噴射ポ
ンプ12にそれぞれ設けられた回転数センサ13及び負荷セ
ンサ14、更に吸気通路５の絞り弁６下流に設けられた吸
気圧センサ15等からの信号が入力され、コントロールユ
ニット11では以下の制御を行う。走行距離や走行時間等
からトラップ３の再生時期にあると判断された場合に、
そのときのエンジン１の回転数と負荷とから定まる運転
条件が、多量の余剰空気がエンジン１に流入する運転状
態にあるかどうかを判定する。この運転状態にあること
が判定されると、ヒータ４に通電すると共に、絞り弁６
が所定の角度まで閉じられるように、電磁弁９に対しデ
ューティ信号を出力し、かつ制御精度を高めるため吸気
圧センサ15からの信号に基づいて絞り弁６下流の吸気負
圧が略一定となるようにフィードバック制御する。

【０００６】このようにして、エンジン１への空気量を
減少させると、排気温度が上昇するので、温度上昇した
排気の熱でトラップ３に捕集されたパーティキュレート
が再燃焼され、トラップ３が再生される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ヒータ等の
着火装置は、堆積したパーティキュレートを再燃焼させ
るのに必要な温度（いわゆる再生温度で、通常触媒付で
400℃程度）まで上昇させるためのものであるが、この
温度上昇幅には限度があるので、再生時期になり、着火
装置を働かせても、トラップを再生できない場合があ
る。

【０００８】このため、吸気絞り弁とその駆動装置とを
設けて、排気温度自体を上昇させているが、例えば、デ
ィーゼルエンジンの常用運転域である低速低負荷時は排
気温度が 100〜 200℃程度と再生温度よりずっと低いの
で、安定燃焼限界まで吸気絞りを強くしても、再生温度
には及ばない。尚、それ以上に吸気絞りを強くすると、
圧縮着火燃焼が安定しないので、動力性能が急激に悪く
なり、運転フィーリングに与える影響が大きいので、安
定燃焼限界以上に吸気絞りを強くすることはできない。

【０００９】つまり、吸気絞り弁とその駆動装置とを用
いたとしても、温度上昇幅に限りがあることに変わりは
なく、吸気絞り、あるいは排気絞りの併用は、却って運
転性や燃費の著しい悪化を招く。本発明は、このような
実情に鑑み、吸気絞りや排気絞りを除去可能として簡素
にし、再生時の運転性悪化及び燃費悪化を防止すること
のできるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、図
１に示すように、排気通路に排気中のパーティキュレー
トを捕集するトラップを備えると共に、トラップの再生
のためトラップに捕集されたパーティキュレートを着火
燃焼させる着火装置を備えるエンジンの排気浄化装置に
おいて、トラップの再生時期か否かを判定する手段Ａ
と、再生時期と判定された場合に、パーティキュレート
中の有機可溶成分（ＳＯＦ：Soluble Organic Fractio
n）がトラップに吸着される条件か否かを判定する手段
Ｂと、吸着条件と判定された場合に、燃料噴射ポンプに
備えられたタイマ機構を駆動して燃料の噴射時期を遅角
させる手段Ｃと、燃料の噴射時期を遅角させた状態で所
定時間経過した後に、遅角を停止させてから、着火装置
を作動させる手段Ｄとを設ける構成とする。

【００１１】ここで、吸着条件判定手段Ｂは、具体的に
は、定地走行以下又はアクセル戻しの条件にて吸着条件
と判定する。

【００１２】

【作用】本発明では、トラップに捕集されたパーティキ
ュレート中に有機可溶成分が多く含まれると、パーティ
キュレートへの着火と燃焼伝播が容易に行われることを
利用する。このため、再生時期と判定された場合に、パ
ーティキュレート中の有機可溶成分がトラップに吸着さ
れる条件か否かを判定し、この条件において燃料の噴射
時期を遅角することにより、トラップに捕集されるパー
ティキュレート中の有機可溶成分割合を増加させる。

【００１３】吸着条件は、具体的には、定地走行以下
（降坂時）又はアクセル戻し（減速時）の条件で、排気
温度では 200℃以下のときであり、このときにパーティ
キュレート中の有機可溶成分がトラップに吸着する。こ
のため、この条件で噴射時期を遅角すると、増加した有
機可溶成分がトラップに吸着し、有機可溶成分割合が増
加する。

【００１４】そして、所定時間の吸着後、着火装置を作
動させれば、パーティキュレートへの着火、燃焼伝播が
容易に行える。このように本発明では有機可溶成分が気
化しない運転条件（ 200℃以下）で噴射時期の遅角を行
うため、トラップに堆積したパーティキュレート層に確
実に有機可溶成分を吸着できる。この結果、パーティキ
ュレート層が有機可溶成分の含有率の高いウェットな状
態になるので、着火装置によって着火されやすく、燃焼
伝播が良好に行われ、トラップの再生効率を高くするこ
とができる。

【００１５】一方、再生中に常時噴射時期を遅角すると
燃費の悪化が大きくなり、また噴射時期の遅角は常時行
う必要はないので、再生直前（着火装置の作動前）の短
時間にのみ噴射時期の遅角を行う。また、パーティキュ
レート層を有機可溶成分の含有率の高いウェットで着火
燃焼伝播しやすい状態にするためには、有機可溶成分が
気化せず、かつ運転性能の悪化を生じない（運転者が遅
角を感じない）条件、すなわち排気温度 200℃以下にな
る定地走行以下又はアクセル戻しの条件（降坂条件又は
減速条件）を選び、噴射時期の遅角を行う。

【００１６】

【実施例】図２は本発明の一実施例のシステム図であ
る。エンジン21からの排気通路22の途中にトラップ23が
設けられ、トラップ23上流には常閉のバタフライ型排気
通路弁24が設けられている。また、排気通路22に対し排
気通路弁24及びトラップ23をバイパスするバイバス通路
25が設けられ、このバイパス通路25の途中に常閉のバタ
フライ型バイパス弁26が設けられている。

【００１７】排気通路弁24は、ダイアフラムアクチュエ
ータ27に連結され、このダイアフラムアクチュエータ27
への制御負圧が三方電磁弁28により制御されて開閉され
る。また、バイパス弁26は、ダイアフラムアクチュエー
タ29に連結され、このダイアフラムアクチュエータ29へ
の制御負圧が三方電磁弁30により制御されて開閉され
る。

【００１８】トラップ23の上流側にはこれに近接して着
火装置としてのヒータ31が設けられ、通電により赤熱し
てトラップ23に捕集されているパーティキュレートに着
火せしめ、燃焼伝播させてトラップ23を再生する。コン
トロールユニット32には次の33〜37のセンサから信号が
入力されている。33は半導体式の圧力センサで、トラッ
プ23の前後差圧ΔＰを検出する。34は熱電対からなる温
度センサで、排気温度Ｔexを検出する。35は回転数セン
サ（クランク角センサ）で、エンジン21の回転数Ｎｅを
検出する。36はポテンショメータ式の負荷センサで、ア
クセルレバー開度（エンジン負荷）Ｑを検出する。37は
水温センサで、冷却水温Ｔｗを検出する。

【００１９】ここにおいて、コントロールユニット32
は、内蔵のマイクロコンピュータにより、図４及び図５
に示すところに従って、三方電磁弁28，30及びヒータ31
にそれぞれＯＮ・ＯＦＦ信号を出力する。更に燃料噴射
ポンプ38に備えられるタイマ機構50の電磁弁59に対して
もデューティ信号を出力する。図３はタイマ機構50の断
面図で、構成自体は公知である。

【００２０】タイマピストン52の一端側（図で左側）に
形成された高圧室53に、オリフィス54を介してポンプ室
（フィードポンプ吐出側）の燃料圧力が、これに対して
タイマピストン52の他端側に形成される低圧室55に、フ
ィードポンプの吸込み側の圧力がそれぞれ導かれ、これ
ら両室53，55の圧力差によりタイマピストン52の左右位
置が定められる。56はタイマピストン52を高圧室53の側
に付勢するタイマスプリングである。

【００２１】高圧室53と低圧室55を連通する燃料通路58
には、デューティ制御可能な常閉の電磁弁59が設けら
れ、この電磁弁59に与えるデューティ信号のデューティ
値（開弁時間割合）を大きくすると、高圧室53の高圧燃
料が低圧室55の側に流れるので、両室53，55の圧力差が
小さくなり、タイマピストン52が図で左に変位する。タ
イマピントン52が変位すると、連結レバー51を介してロ
ーラホルダが円周方向に回動し、ローラとフェイスカム
の接触位置が移動するので、燃料の噴射時期が遅角され
る。つまり、デューティ値に応じて燃料の噴射時期が調
整される。

【００２２】図４及び図５はトラップを再生させるため
のルーチンである。Ｓ１では、各種信号、具体的には、
エンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷Ｑ、冷却水温Ｔｗ、
排気温度Ｔex及びトラップ前後差圧ΔＰを読込む。Ｓ２
では、すでに再生操作に入っているかどうかを判定し、
再生操作中でなければＳ３に進み、再生操作中であれば
Ｓ４に進む。

【００２３】Ｓ３では、再生時期であるかどうかをみ
て、再生時期にあると判定すればＳ４に進む。この部分
が再生時期判定手段に相当する。この場合、再生時期フ
ラグＦの値にて再生時期を判断するようにしてあり、再
生時期にある場合はＦ＝１となっている。尚、この再生
時期フラグＦは、実際のトラップ前後差圧ΔＰと予め定
めた捕集限界時のトラップ前後差圧ΔＰmax との比較に
より、ΔＰ≧ΔＰmax であれば再生時期にあると判定さ
れ、Ｆの値が０から１に変更される。再生時期の判断は
これに限らず捕集量履歴や走行距離、走行時間に基づく
ものであってもかまわない。

【００２４】一方、Ｓ３で再生時期になければＳ20に進
む。Ｓ20では、排気通路弁24を開き、バイパス弁26を閉
じ、またヒータ31をＯＦＦの状態にして、トラップ23に
パーティキュレートが捕集されるようにし、ルーチンの
スタート点へ戻る。Ｓ４では、トラップ23への有機可溶
成分の吸着操作が終了したか否かを判定し、吸着操作が
終了していなければＳ５へ進み、吸着操作が終了してい
ればＳ12へ進む。

【００２５】Ｓ５及びＳ６は、出力の低下があっても運
転者が運転性の悪化を感じない運転条件であって、かつ
有機可溶成分の吸着条件であるかを判定する部分であ
る。従って、吸着条件判定手段に相当する。Ｓ５では、
エンジンの回転数Ｎｅと負荷Ｑとから定まる運転点が、
一般路での定地走行（Ｒ／Ｌ）以下の運転条件（降坂条
件）にあるかどうかをみて、そうであればＳ７に進む。
また、一般路での定地走行以下の運転条件になくとも、
Ｓ６でアクセルレバーが戻されたことにより減速時であ
ると判断すれば、Ｓ７に進む。すなわち、降坂条件もア
クセル戻し条件も共にエンジンブレーキ状態であって、
噴射時期を遅角しても運転者が運転性の悪化を感じない
運転条件であって、かつ低負荷運転であるため排気温度
が低く、有機可溶成分がトラップに吸着する条件であ
る。

【００２６】Ｓ６でアクセルレバーが戻されていないと
判断されると、吸着操作を中断すべく、Ｓ10へ進んで噴
射時期の遅角を停止し、次にＳ11へ進んで排気通路弁24
を閉じ、バイパス弁26を閉じ、ヒータ31はＯＦＦの状態
に保つ。これは、トラップ23に未燃成分の少ない比較的
高温の排気が流れることを防止し、トラップ23に吸着さ
れた有機可溶成分が気化してパーティキュレートの有機
可溶成分割合が減少するのを防止するためである。この
後は、ルーチンのスタート点へ戻る。

【００２７】Ｓ７では、冷却水温Ｔｗが所定値（例えば
45℃）以上かどうかをみて、そうである場合に限ってＳ
８に進み、噴射時期を遅角させるようにしている。これ
は、冷却水温Ｔｗが高いかどうかによりエンジンが安定
しているかどうかをみているのであり、Ｔｗ＜45℃とな
る低温時はエンジンが不安定な状態にあるので、噴射時
期を遅角すると著しい減速ショックを運転者が感じるた
め噴射時期を遅角させないようにしてある。Ｓ８の部分
が噴射時期遅角手段に相当する。

【００２８】Ｓ８で噴射時期を遅角させた後、Ｓ９へ進
み、噴射時期遅角、すなわち有機可溶成分の吸着操作が
所定の積算時間行われ終了したかを判断し、終了してい
ない場合はＳ20へ、終了した場合はＳ12へ進んで噴射時
期遅角を停止した後、Ｓ13へ進む。Ｓ13では、排気温度
Ｔexが所定値以上、具体的にはカーボンの反応温度（触
媒付で 400℃）以上かどうかをみて、そうであれは何も
しなくともパーティキュレートが再燃焼してトラップ23
が再生されるので、Ｓ15で排気通路弁24を開き、バイパ
ス弁26を閉じ、ヒータ31をＯＦＦにし、これにより高温
排気をトラップ23に流してパーティキュレートを再燃焼
させる。

【００２９】この逆に排気温度Ｔexがカーボンの反応温
度に達していないのであれば、Ｓ14に進み、冷却水温Ｔ
ｗが所定値（例えば45℃）以上かどうかをみて、そうで
あればＳ16に進む。Ｓ16では、排気通路弁24を閉じ、バ
イパス弁26を開き、ヒータ31をＯＮにする。これらによ
り、排気に冷却されることなく、ヒータ31により加熱さ
れ、パーティキュレートの着火、燃焼伝播が行われる。
尚、Ｓ９，Ｓ12，Ｓ13，Ｓ14，Ｓ16の部分が着火装置作
動手段に相当する。

【００３０】Ｓ14で冷却水温Ｔｗが所定値（例えば45
℃）以上でない場合は、エンジンが不安定な状態にある
ので、ヒータ31をＯＮにするとエンジン負荷が高くなっ
て運転者が運転性悪化を感じることになる（例えば有機
可溶成分の吸着操作が終了した後、エンジンが停止さ
れ、翌朝運転が再開された場合）ため、Ｓ17に進んで、
ヒータ31をＯＦＦにし、排気通路弁24を閉じ、バイパス
弁26を開いて、排気がトラップ23に流れないようにす
る。すなわち、エンジンの暖機が完了していないときは
排気中に水分が多く含まれているため、水分がトラップ
23に吸着し、再生操作時にパーティキュレートの着火、
燃焼伝播が不良となるためである。この操作は冷却水温
Ｔｗが所定値に達するまで継続される。

【００３１】Ｓ15，Ｓ16で再生操作が行われた後は、Ｓ
18へ進む。Ｓ18では、再生操作が所定時間（例えば10
分）行われたかを判断し、所定時間経過すれば、再生を
終了したと判断して、Ｓ19に進む。Ｓ19では、再生中を
示すフラグ、再生時期を示すフラグ、有機可溶成分の吸
着操作終了フラグ及び再生終了フラグをゼロクリアし
て、ルーチンのスタート点に戻る。

【００３２】Ｓ18での判定で再生が終了していない場合
は、そのままルーチンのスタート点に戻り、再生が終了
するまで継続される。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ト
ラップに捕集されたパーティキュレートに有機可溶成分
が多く含まれると、パーティキュレートへの着火と燃焼
伝播とが容易に行われることを利用し、再生時期と判定
された場合にトラップに捕集されたパーティキュレート
中の有機可溶成分を増加させてから、着火することによ
り、吸気絞りや排気絞りを除去可能として簡素にし、再
生時の運転性悪化及び燃費悪化を防止することができ
る。また、パーティキュレートの着火、燃焼伝播が良好
であることはパーティキュレートの燃え残しの割合が減
り、トラップの再生効率が良好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図

【図２】 本発明の一実施例のシステム図

【図３】 タイマ機構の詳細図

【図４】 トラップ再生ルーチンのフローチャート（そ
の１）

【図５】 トラップ再生ルーチンのフローチャート（そ
の２）

【図６】 従来例を示す図

【符号の説明】

21 エンジン 22 排気通路 23 トラップ 24 排気通路弁 25 バイパス通路 26 バイパス弁 31 ヒータ 32 コントロールユニット 38 燃料噴射ポンプ 50 タイマ機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 3/02 341

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路に排気中のパーティキュレートを
   捕集するトラップを備えると共に、トラップの再生のた
   めトラップに捕集されたパーティキュレートを着火燃焼
   させる着火装置を備えるエンジンの排気浄化装置におい
   て、 トラップの再生時期か否かを判定する手段と、 再生時期と判定された場合に、パーティキュレート中の
   有機可溶成分がトラップに吸着される条件か否かを判定
   する手段と、 吸着条件と判定された場合に、燃料噴射ポンプに備えら
   れたタイマ機構を駆動して燃料の噴射時期を遅角させる
   手段と、 燃料の噴射時期を遅角させた状態で所定時間経過した後
   に、遅角を停止させてから、着火装置を作動させる手段
   と、 を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 【請求項２】吸着条件判定手段は、定地走行以下又はア
   クセル戻しの条件にて吸着条件と判定するものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装
   置。