JP3876134B2 - 排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(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SOF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。
【0003】
この種のパティキュレートフィルタは、コ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。
【0004】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、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パティキュレートフィルタに一体的に担持させたり、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別体で配置するようにした触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用することが検討されている。
【0005】
即ち、このような触媒再生型のパティキュ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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、斯かる触媒再生型のパティキュレ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付帯して装備される酸化触媒には活性温度領域があり、一般的に、その活性下限温度は約300℃程度であるので、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、パティキュレートフィルタが目詰まりを起こしてしまう虞れがあった。
【0007】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、触媒再生型のパティキュレートフィルタの目詰まりを確実に回避し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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、ターボチャージャのコンプレッサの吐出空気の一部を該コンプレッサの入口側へ戻す吸気循環流路を吸気流路に付設すると共に、該吸気循環流路の途中に開度調整可能な常時閉の開閉バルブを装備し、内燃機関の回転数と負荷とに基づき現在の運転状態がパティキュレートフィルタの連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に前記開閉バルブを適宜な開度で開作動し得るよう該開閉バルブに向け開度指令信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【0009】
従って、本発明では、内燃機関の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、内燃機関の回転数と負荷とに基づき現在の運転状態がパティキュレートフィルタの連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に開閉バルブに向け開度指令信号が出力され、これにより開閉バルブが適宜な開度で開作動されて吸気循環流路が開通し、該吸気循環流路を通してターボチャージャのコンプレッサの吐出空気の一部が該コンプレッサの入口側へ戻され、これによりコンプレッサの吐出空気の流量が減少して内燃機関側における空燃比が小さくなるので、該内燃機関における燃焼状態が燃料の濃い混合気によるリッチ燃焼側へと移行して排気温度が上昇し、この排気温度の上昇によりパティキュレートフィルタの内部温度が酸化触媒の活性下限温度以上に維持され、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ことになる。
【0010】
更に、本発明においては、パティキュレートフィルタの過捕集状態を判定する過捕集判定手段を備え、該過捕集判定手段によりパティキュレートフィルタの過捕集状態が検知された条件下でのみ開閉バルブが開作動し得るように構成することが好ましい。
【0011】
このようにすれば、パティキュレートフィルタの過捕集状態が過捕集判定手段に検知された時だけ開閉バルブが開作動するように制御範囲が限定される結果、空燃比が小さくなることによる燃費の低下が極力抑制されることになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0013】
図1〜図3は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中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、図示しないエアクリーナから導いた吸気3を吸気流路4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3をインタークーラ5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。
【0014】
また、このディーゼルエンジン1の各気筒から排出された排気ガス6を排気流路7を通して前記ターボチャージャ2のタービン2bへ送り、該タービン2bを駆動した排気ガス6を触媒再生型のパティキュレートフィルタ8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。
【0015】
ここで、触媒再生型のパティキュレートフィルタ8とは、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付帯して装備したものを指し、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ8に酸化触媒を一体的に担持させるようにした場合を例示しているが、図2に示す如きフロースルー方式のハニカム構造とした酸化触媒9をパティキュレートフィルタ8の前段に別体で配置するようにしても良い。
【0016】
尚、パティキュレートフィルタ8の具体的な構造は図3に示す通りであり、このパティキュレートフィルタ8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10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10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10を区画する多孔質薄壁11を透過した排気ガス6のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【0017】
そして、本形態例においては、前述した吸気流路4におけるコンプレッサ2aの入口側と出口側との間が吸気循環流路12により接続されており、コンプレッサ2aから吐出される加圧済みの吸気3(吐出空気)の一部をコンプレッサ2aの入口側へ戻し得るようにしてある。
【0018】
また、この吸気循環流路12には、コンプレッサ2aの入口側に戻される吸気3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13が装備されている。
【0019】
ここで、前記開閉バルブ13は、エンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置14からの開度指令信号15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。
【0020】
他方、制御装置14においては、ディーゼルエンジン1の回転数を検出する回転センサ16からの回転数信号17と、ディーゼルエンジン1の負荷を検出する負荷センサ18(アクセル開度を検出するアクセルセンサや、燃料噴射ポンプのコントロールラックの移動量を検出するセンサ等)からの負荷信号19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17と負荷信号19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)で排気温度を推定し、その排気温度の低い領域のうちで特にパティキュレートフィルタ8の連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に開度指令信号15を出力するようにしてある。
【0021】
また、特に本形態例においては、パティキュレートフィルタ8の過捕集状態を判定する過捕集判定手段として、パティキュレートフィルタ8を挟んだ前後位置に圧力センサ20,21が夫々装備されており、これら圧力センサ20,21からの圧力信号22,23が前記制御装置14に入力されるようになっている。
【0022】
そして、制御装置14では、圧力センサ20,21からの圧力信号22,23に基づいて、パティキュレートフィルタ8の過捕集状態が検知された場合にのみ開閉バルブ13へ向けた開度指令信号15が出力されるように制限がかけられている。
【0023】
尚、図中24はシリンダ、25はピストン、26は排気弁、27は図示しないカムの駆動により傾動してクロスヘッド28を介し前記排気弁26を押し下げて開作動させるロッカーアーム(同様に図示しない吸気弁用のロッカーアームも存在する)を示している。
【0024】
図4は制御装置14の具体的な制御手順に関するフローチャートを示しており、先ずステップS1にて圧力センサ20,21からの圧力信号22,23が取り込まれ、次いで、ステップS2にて前記圧力信号22,23に基づきパティキュレートフィルタ8の入口側と出口側との圧力差が算出され、更に、ステップS3にて前記圧力差が正常範囲内にあるかどうかが判別されるようになっている。
【0025】
即ち、パティキュレートフィルタ8の入口側と出口側とには、通気抵抗を要因とする圧力差が元々存在しているが、パティキュレートフィルタ8に捕集されたパティキュレートの残留量(燃え残り)が多い場合には、パティキュレートフィルタ8の入口側と出口側との圧力差が増大するので、この圧力差に基づいてパティキュレートフィルタ8の再生状態が間接的に把握できるのである。
【0026】
そして、ステップS3にてパティキュレートフィルタ8の入口側と出口側との圧力差が正常範囲内にあると判別された場合には、パティキュレートフィルタ8がパティキュレートの残留なく良好に再生されたものとして「START」に戻されて所定時間毎にステップS1〜ステップS3の手順が繰り返されるようになっている。
【0027】
他方、ステップS3にて圧力差が正常範囲を超えていると判別された場合には、ステップS4へと進んで回転センサ16の回転数信号17と負荷センサ18からの負荷信号19とが取り込まれ、次いで、ステップS5にて回転数信号17と負荷信号19から判断される現在のディーゼルエンジン1の運転状態が制御マップ内の排気温度の低い連続再生不可領域にあるか否かが判定されるようにしてある。
【0028】
即ち、回転数と負荷の二次元マップから成る制御マップでは、負荷の比較的低い領域(軽負荷領域)で排気温度が低くなることから、この排気温度の低い領域のうちで特にパティキュレートフィルタ8の連続再生が見込めない領域、つまり、パティキュレートフィルタ8に担持されている酸化触媒の活性下限温度より低い排気温度領域を連続再生不可領域として定めてあり、回転センサ16及び負荷センサ18により検出されたディーゼルエンジン1の回転数と負荷とを制御マップに照らし合わせることにより直ちに現在の運転状態が連続再生不可領域にあるか否かが判断されるようになっている。
【0029】
そして、ステップS5にて現在の運転状態が連続再生不可領域にあると判断された場合には、ステップS6へと進んで吸気循環流路12の開閉バルブ13に向けた開度指令信号15が出力され、これにより一連の制御手順が終了して再び「START」から同様の手順が繰り返されることになり、他方、ステップS5にて現在の運転状態が連続再生不可領域にないと判断された場合には、ステップS4へと戻されてディーゼルエンジン1の運転状態が引き続き監視されることになる。
【0030】
而して、このように制御装置14により排気浄化装置を運転すれば、ディーゼルエンジン1の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、ディーゼルエンジン1の回転数と負荷とに基づき現在の運転状態がパティキュレートフィルタ8の連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に開閉バルブ13に向け開度指令信号15が出力され、これにより開閉バルブ13が適宜な開度で開作動されて吸気循環流路12が開通し、該吸気循環流路12を通してターボチャージャ2のコンプレッサ2aから吐出される吸気3(吐出空気)の一部が該コンプレッサ2aの入口側へ戻され、これによりコンプレッサ2aから吐出される吸気3の流量が減少してディーゼルエンジン1側における空燃比が小さくなるので、該ディーゼルエンジン1における燃焼状態が燃料の濃い混合気によるリッチ燃焼側へと移行して排気温度が上昇し、この排気温度の上昇によりパティキュレートフィルタ8の内部温度が酸化触媒の活性下限温度以上に維持され、パティキュレートフィルタ8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。
【0031】
従って、上記形態例によれば、ディーゼルエンジン1の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、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8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8に捕集されたパティキュレートを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8の目詰まりを確実に回避することができる。
【0032】
また、特に本形態例においては、パティキュレートフィルタ8の過捕集状態を判定する過捕集判定手段として圧力センサ20,21を備え、該各圧力センサ20,21によりパティキュレートフィルタ8の過捕集状態が検知された条件下でのみ開閉バルブ13が開作動し得るように構成しているので、パティキュレートフィルタ8の過捕集状態が検知された時だけ開閉バルブ13が開作動するように制御範囲を限定することができ、空燃比が小さくなることによる燃費の低下を極力抑制することができる。
【0033】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、過捕集判定手段を装備せずに、排気温度の低い運転領域で常に開度指令信号を制御装置から出力させるようなモード設定をしても良く、また、過捕集判定手段を装備する場合には、前述した如きパティキュレートフィルタの前後位置に圧力センサを夫々装備して圧力差を検出する手段以外にも、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を採用し得ること、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。
【0034】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【0035】
(I)本発明の請求項1に記載の排気浄化装置によれば、内燃機関の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、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再生用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目詰まりを確実に回避することができる。
【0036】
(II)本発明の請求項2に記載の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの過捕集状態が検知された時だけ開閉バルブが開作動するように制御範囲を限定することができ、空燃比が小さくなることによる燃費の低下を極力抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図2】別体で配置する場合の酸化触媒の一例を一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図3】図1のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【図4】図1の制御装置で行われる具体的な制御手順に関するフローチャートである。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
2 ターボチャージャ
2a コンプレッサ
2b タービン
3 吸気
4 吸気流路
6 排気ガス
7 排気流路
8 触媒再生型のパティキュレートフィルタ
12 吸気循環流路
13 開閉バルブ
14 制御装置
15 開度指令信号
20 圧力センサ(過捕集判定手段)
21 圧力センサ(過捕集判定手段)
22 圧力信号
23 圧力信号
Claims (2)
- 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、ターボチャージャのコンプレッサの吐出空気の一部を該コンプレッサの入口側へ戻す吸気循環流路を吸気流路に付設すると共に、該吸気循環流路の途中に開度調整可能な常時閉の開閉バルブを装備し、内燃機関の回転数と負荷とに基づき現在の運転状態がパティキュレートフィルタの連続再生が見込めない連続再生不可領域にあると判断された時に前記開閉バルブを適宜な開度で開作動し得るよう該開閉バルブに向け開度指令信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
- パティキュレートフィルタの過捕集状態を判定する過捕集判定手段を備え、該過捕集判定手段によりパティキュレートフィルタの過捕集状態が検知された条件下でのみ開閉バルブが開作動し得るように構成したことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
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