JP3933625B2 - ディーゼルエンジンの粒状物低減システム - Google Patents

Description

本発明はディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する技術に係り、より詳しくは、ディーゼル粒子フィルターを利用してディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる粒状物を低減させるシステムに関する。

自動車の有害排気ガスに対する規制が強化されることによって、長い間排気ガスの低減が重要な技術的問題となっている。有害排気ガスの排出が相対的に多いディーゼル車両の場合、排気ガスの浄化は非常に重要な問題である。特に、燃料の不完全燃焼に主に起因する粒状物（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒｓ）の低減が要求されている。そして、これら粒状物の排出を減らすために、多様な技術が導入されている。粒状物を減らすための最も一般的な技術としては、排気ガス成分中、粒状物を捕集し、捕集した粒状物をバーナーやヒーターなどによって発火温度以上に加熱することによって、粒状物を除去するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）技術がある。

ＤＰＦ技術においては、ＤＰＦ内に捕集されたすす（ｓｏｏｔ）を酸化させて、再生する過程が必要であるが、この再生方式によって多様な概念のＤＰＦ技術が開発されている。例えば、添加剤を利用する受動方式のＤＰＦ、受動方式のＣＲＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｔｒａｐ）、能動方式のＣＰＦ（Ｃａｔａｌｙｚｅｄ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）、及び能動方式のＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）などがある。

これらのうち、受動方式は、一定の条件が満たされる運転モードではＤＰＦ内で連続的にすすの酸化が起こるが、一定の条件が満たされないとすすの酸化が起こらないから、例えば、排気ガス温度が相対的に低い市内走行中心の車両には適用することが困難である。通常の乗用車の場合には、再生時、排気ガス温度をヒーターや燃料噴射計の制御を通じて人為的に上昇させる能動方式が適している。つまり、ＣＰＦ及びＤＰＮＲ技術が乗用車により適している。そして、ＣＰＦやＤＰＮＲ技術においては、走行中にＤＰＦの再生が行なわれている。

高速または高負荷状態の排気ガス温度がより高い状態では、円滑なＤＰＦの再生が可能であるが、負荷が低い運転条件である状態では、ＤＰＦの再生のためには、排気ガスの温度を強制的に上昇させなければならないとの問題がある。

そこで、燃焼が終了した状態で再び燃料を噴射するポストインジェクションにより、排気ガス温度を上昇させている。具体的には、ＣＰＦ上流側にＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）が配置されて、排気ガスの温度を上昇させている。

しかし、このようなポストインジェクションが行われると、ＤＰＦの再生のみのために燃料が消耗されるので燃費が悪化する。また、遅すぎる燃料噴射のため燃料がシリンダー内壁の潤滑油層表面に噴射されて、燃料によってオイルが稀薄になる問題が発生することがある。さらにまた、再生時点を決定することも容易ではない。
特開２００３−９０２１０号公報 特開２００２−３４９２４１号公報 特開２００２−３３２８９９号公報

本発明は前述したような問題点を解決するためになされたものであって、給油ノズルの電源から電気の供給を受けて、ディーゼル粒子フィルターを再生することができるディーゼルエンジンの粒状物低減システムを提供することにその目的がある。

上記目的を達成するため、本発明によるディーゼルエンジンの粒状物低減システムは、ディーゼルエンジン（２１）から所定の通路幅を有し複数回屈曲しつつ下流側に延びる最上流側部分（２３ａ）と、この最上流側部分の下流側端部から屈曲して延設され最上流側部分の通路幅より一定幅拡大された通路幅を有し直線的に延びる拡大直線的延設部分（２３ｂ）と、この拡大直線的延設部分から拡大直線的延設部分の延設方向と同一方向に延設され拡大直線的延設部分の通路幅からさらに連続的に拡大する通路幅を有するように直線的に延びる連続拡大延設部分（２３ｃ）と、この連続的拡大延設部分から連続的拡大延設部分の延設方向と同一方向に延設され連続的拡大延設部分の最大通路幅と同一の通路幅を有し直線的に延びる最大通路幅延設部分（２３ｄ）と、この最大通路幅延設部分から最大通路幅延設部分の延設方向と同一方向に延設され最大通路幅延設部分の通路幅から前記拡大直線的延設部分（２３ｂ）と略同一の通路幅にまで連続的に縮小する通路幅を有するように直線的に延びる連続的縮小延設部分（２３ｅ）と、この連続的縮小延設部分から連続的縮小延設部分の延設方向と同一方向に延設され前記拡大直線的延設部分（２３ｂ）の通路幅と略同一の通路幅を有し直線的に延びる下流側直線的延設部分（２３ｆ）と、この下流側直線的延設部分から屈曲して延設され前記最上流側部分（２３ａ）の通路幅と略同一の通路幅を有する最下流側部分（２３ｇ）とから成る排気ガス排出通路（２３）と；燃料注入口（２７）が設けられ外面から凹む平面状部分（２８）と、を有する車両（２５）におけるディーゼルエンジンの粒状物低減システムであって；排気ガス排出通路（２３）の前記最大通路幅延設部分（２３ｄ）における下流側に配設され排気ガスに含まれる粒状物を捕集するディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）（１１）と；電源を含む給油ノズルから構成され、給油ノズルは、長さ方向先端側が鈍角に屈曲する円管状の前端部（１３ａ）と、この前端部の後端位置に前端部外径より大の幅と長さの矩形平面部分を有する前端平面（１３ｂ）を形成するように前端部（１３ａ）の後端から前端部（１３ａ）の長さ方向と同一の長さ方向に延設された後端側部分（１３ｃ）と、前記前端平面（１３ｂ）の矩形平面部分に開口するように設けられた電源供給ソケット（３１）とを備える電源供給装置（１３）と；排気ガス排出通路（２３）の前記最大通路幅延設部分（２３ｄ）に配設されたＤＰＦ（１１）の上流側端面に近接するように最大通路幅延設部分（２３ｄ）の上流側に離隔する下流側端面を有し前記最大通路幅延設部分（２３ｄ）の上流側部分の通路幅全幅に亘り設けられ、前記電源供給装置から電源の供給を受けて、前記ＤＰＦを加熱できるように構成されるヒーター（１５）と；このヒーター（１５）の内部に前記最大通路幅延設部分（２３ｄ）におけるヒーターが専有する通路幅の一部を置換するように設けられ、ヒーターの温度を検出して相当する信号を生成する温度センサー（３３）と；前記拡大直線的延設部分（２３ｂ）における長さ方向中間の外周に拡大直線的延設部分の通路幅方向に向くように開口する通路（１８）により連通され、前記電源供給装置から電源の供給を受けて、前記ＤＰＦに空気を供給できるように構成される送風機（１７）と；給油ノズルの前記前端部（１３ａ）が燃料注入口（２７）に挿入された場合に前記電源供給ソケット（３１）に挿入されるように、車両（２５）の前記平面状部分（２８）における燃料注入口（２７）の近くに配置形成される電源供給プラグ（２９）を含み、この電源供給プラグ（２９）が電源供給ソケット（３１）に挿入され電気的に連結されると給油ノズルの電源から電流の供給を受け、且つ温度センサー（３３）で生成されたヒーター（１５）の温度を示す信号を受信し、受信した信号に基づいて、前記ＤＰＦ（１１）に捕集されている粒状物が燃焼できる温度に設定された温度に到達するまでヒーター（１５）に電流が供給されるように、また、前記設定された温度に到達した後にはヒーター（１５）が駆動されないように制御し、且つ、ＤＰＦ（１１）に存在する燃焼されて残った粒状物がＤＰＦ（１１）から排出されるように、前記供給を受けた電流を送風機（１７）に選択的に供給制御する制御ユニットと、を具備したことを特徴とする。

本発明は、外部電源を利用してＤＰＦを再生することによって、車両が停止中である場合にもＤＰＦを再生することができる。特に、給油ノズルに設けられた外部電源を利用して給油中にＤＰＦを再生することによって、走行中ＤＰＦの再生による排気ガス特性の悪化を防止することができる。さらに、車両の燃料注入口近くに設けられる電源供給プラグと給油ノズルに設けられる電源供給ソケットを利用することによって、給油時に簡便で安全にＤＰＦを再生することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施例による粒状物低減システム１０は、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）１１と、電源供給装置１３と、ヒーター１５と、送風機１７と、制御ユニット１９を含む。

ＤＰＦ１１は、ディーゼルエンジン２１の排気ガス排出通路２３上に配置されて排気ガスに含まれる粒状物を捕集する。ヒーター１５は、電源供給装置１３から供給される電源によって駆動され、電源が供給されるとヒーター１５は熱を発する。例えば、ヒーター１５は大きい電気抵抗を有するコイルとすることができる。ヒーター１５はその発生する熱によりＤＰＦ１１が加熱できるようにＤＰＦ１１の近くに配置されるのが好ましい。ヒーター１５は、ＤＰＦ１１上流側の排気ガス排出通路２３上に配置される。送風機１７は、電源供給装置１３から供給される電源によって駆動され、電源が供給されると送風機１７は空気をＤＰＦ１１に向けて送る。

本実施例においては、電源供給装置１３は電源を含む給油ノズルとして構成されている。給油ノズルは、車両に燃料を注入するために用いられる一般的な給油ノズルとすることができる。給油ノズルは一般にその駆動のために必要な電源を含んでいるので、本発明の実施例ではこれをヒーター１５及び送風機１７を駆動する電源として利用する。制御ユニット１９は、給油ノズルの電源からヒーター１５及び送風機１７への電源供給を制御する。つまり、制御ユニット１９はヒーター１５及び送風機１７の駆動を制御する。制御ユニット１９は、マイクロプロセッサー、メモリ、及び関連ハードウェアとソフトウェアを含み、以下で説明するロジックにしたがう制御方法を行なうようにプログラムされる。

図２に示すように、制御ユニット１９は車両２５の燃料注入口２７近くに設けられる電源供給プラグ２９を含む。そして、給油ノズルには電源供給プラグ２９が挿入できる電源供給ソケット３１が設けられる。電源供給プラグ２９と電源供給ソケット３１は、給油ノズルの前端部１３ａが燃料注入口２７に挿入される場合、電源供給プラグ２９が電源供給ソケット３１に挿入されるように配置される。

電源供給プラグ２９が電源供給ソケット３１に挿入されると、つまり、電源供給プラグ２９と電源供給ソケット３１が電気的に連結されると、給油ノズルの電源が、制御ユニット１９に供給される。つまり、給油ノズルの電源から制御ユニット１９に電流が流れる。つまり、給油ノズルが車両２５の燃料注入口２７に挿入されると、制御ユニット１９は給油ノズルの電源から、電流の供給を受ける。そして、制御ユニット１９は供給を受けた電流がヒーター１５及び送風機１７に選択的に供給されるように制御する。

電流がヒーター１５に供給されると、ヒーター１５は熱を発する。そして、ＤＰＦ１１がヒーター１５から発生した熱によって加熱されることにより、ＤＰＦ１１によって捕集された粒状物が燃焼する。そして、電流が送風機１７に供給されると、送風機１７は空気をＤＰＦ１１に供給する。したがって、ＤＰＦ１１に存在する燃焼されて残った粒状物がＤＰＦ１１から排出される。

本発明の実施例による粒状物低減システム１０は、ヒーター１５の温度を検出して相当する信号を生成する温度センサー３３をさらに含むのが好ましい。制御ユニット１９は、温度センサー３３で生成されたヒーター１５の温度を示す信号を受信し、受信した信号に基づいてヒーター１５の駆動を制御する。制御ユニット１９は、ヒーター１５の温度が設定された温度に到達するまでヒーター１５に電流が供給されるように制御する。設定された温度はＤＰＦ１１に捕集されている粒状物が燃焼できる温度にすることができる。例えば、設定された温度は６００℃とすることができる。

以下、図３を参照して、本発明の実施例によるディーゼルエンジンの粒状物低減方法について説明する。

本発明の実施例による粒状物低減方法は、前記のような実施例による粒状物低減システムを利用することができ、ＤＰＦ１１を利用してエンジン排気ガスに含まれる粒状物を捕集する捕集段階（Ｓ３１０）と、ＤＰＦ１１に捕集された粒状物を除去することによってＤＰＦ１１を再生する再生段階（Ｓ３２０）を含む。

前記のＤＰＦ１１を再生する段階（Ｓ３２０）は、ＤＰＦ１１によって捕集された粒状物が燃焼できるように給油ノズルから供給される電源を利用してＤＰＦ１１を加熱する加熱段階（Ｓ３２１）と、ＤＰＦ１１に空気を送る送風段階（Ｓ３２３）を含む。

ＤＰＦ１１を加熱する段階（Ｓ３２１）は、給油ノズルから供給される電源を利用してＤＰＦ１１の近くに設けられるヒーター１５を駆動することによって行なわれることが好ましい。そして、ＤＰＦ１１を加熱する段階（Ｓ３２１）で、ヒーター１５はその温度が設定された温度に到達するまで駆動されるのが好ましく、その温度が設定された温度に到達した後には駆動されないことが好ましい。また、ＤＰＦ１１に空気を送る段階（Ｓ３２３）は、給油ノズルから供給される電源を利用して送風機１７を駆動することによって行なわれることが好ましい。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その技術的範囲に含まれる全ての変更及び／または修正を含む。

本発明は、ディーゼル車両の排気ガス浄化システムに適用することができる。

本発明の実施例によるディーゼルエンジンの粒状物低減システムを概略的に示す図面である。 図１での電源供給装置を示す図面である。 本発明の実施例によるディーゼルエンジンの粒状物低減方法を概略的に示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 粒状物低減システム
１１ ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）
１３ 電源供給装置
１３ａ 前端部
１３ｂ 前端平面
１３ｃ 後端側部分
１５ ヒーター
１７ 送風機
１８ 通路
１９ 制御ユニット
２１ ディーゼルエンジン
２３ 排気ガス排出通路
２３ａ 最上流側部分
２３ｂ 拡大直線的延設部分
２３ｃ 連続拡大延設部分
２３ｄ 最大通路幅延設部分
２３ｅ 連続的縮小延設部分
２３ｆ 下流側直線的延設部分
２３ｇ 最下流側部分
２５ 車両
２７ 燃料注入口
２８ 平面状部分
２９ 電源供給プラグ
３１ 電源供給ソケット

Claims (1)

1. ディーゼルエンジン（２１）から所定の通路幅を有し複数回屈曲しつつ下流側に延びる最上流側部分（２３ａ）と、この最上流側部分の下流側端部から屈曲して延設され最上流側部分の通路幅より一定幅拡大された通路幅を有し直線的に延びる拡大直線的延設部分（２３ｂ）と、この拡大直線的延設部分から拡大直線的延設部分の延設方向と同一方向に延設され拡大直線的延設部分の通路幅からさらに連続的に拡大する通路幅を有するように直線的に延びる連続拡大延設部分（２３ｃ）と、この連続的拡大延設部分から連続的拡大延設部分の延設方向と同一方向に延設され連続的拡大延設部分の最大通路幅と同一の通路幅を有し直線的に延びる最大通路幅延設部分（２３ｄ）と、この最大通路幅延設部分から最大通路幅延設部分の延設方向と同一方向に延設され最大通路幅延設部分の通路幅から前記拡大直線的延設部分（２３ｂ）と略同一の通路幅にまで連続的に縮小する通路幅を有するように直線的に延びる連続的縮小延設部分（２３ｅ）と、この連続的縮小延設部分から連続的縮小延設部分の延設方向と同一方向に延設され前記拡大直線的延設部分（２３ｂ）の通路幅と略同一の通路幅を有し直線的に延びる下流側直線的延設部分（２３ｆ）と、この下流側直線的延設部分から屈曲して延設され前記最上流側部分（２３ａ）の通路幅と略同一の通路幅を有する最下流側部分（２３ｇ）とから成る排気ガス排出通路（２３）と、
   燃料注入口（２７）が設けられ外面から凹む平面状部分（２８）と、を有する車両（２５）におけるディーゼルエンジンの粒状物低減システムであって、
   排気ガス排出通路（２３）の前記最大通路幅延設部分（２３ｄ）における下流側に配設され排気ガスに含まれる粒状物を捕集するディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）（１１）と、
   電源を含む給油ノズルから構成され、給油ノズルは、長さ方向先端側が鈍角に屈曲する円管状の前端部（１３ａ）と、この前端部の後端位置に前端部外径より大の幅と長さの矩形平面部分を有する前端平面（１３ｂ）を形成するように前端部（１３ａ）の後端から前端部（１３ａ）の長さ方向と同一の長さ方向に延設された後端側部分（１３ｃ）と、前記前端平面（１３ｂ）の矩形平面部分に開口するように設けられた電源供給ソケット（３１）とを備える電源供給装置（１３）と、
   排気ガス排出通路（２３）の前記最大通路幅延設部分（２３ｄ）に配設されたＤＰＦ（１１）の上流側端面に近接するように最大通路幅延設部分（２３ｄ）の上流側に離隔する下流側端面を有し前記最大通路幅延設部分（２３ｄ）の上流側部分の通路幅全幅に亘り設けられ、前記電源供給装置から電源の供給を受けて、前記ＤＰＦを加熱できるように構成されるヒーター（１５）と、
   このヒーター（１５）の内部に前記最大通路幅延設部分（２３ｄ）におけるヒーターが専有する通路幅の一部を置換するように設けられ、ヒーターの温度を検出して相当する信号を生成する温度センサー（３３）と、
   前記拡大直線的延設部分（２３ｂ）における長さ方向中間の外周に拡大直線的延設部分の通路幅方向に向くように開口する通路（１８）により連通され、前記電源供給装置から電源の供給を受けて、前記ＤＰＦに空気を供給できるように構成される送風機（１７）と、
   給油ノズルの前記前端部（１３ａ）が燃料注入口（２７）に挿入された場合に前記電源供給ソケット（３１）に挿入されるように、車両（２５）の前記平面状部分（２８）における燃料注入口（２７）の近くに配置形成される電源供給プラグ（２９）を含み、この電源供給プラグ（２９）が電源供給ソケット（３１）に挿入され電気的に連結されると給油ノズルの電源から電流の供給を受け、且つ温度センサー（３３）で生成されたヒーター（１５）の温度を示す信号を受信し、受信した信号に基づいて、前記ＤＰＦ（１１）に捕集されている粒状物が燃焼できる温度に設定された温度に到達するまでヒーター（１５）に電流が供給されるように、また、前記設定された温度に到達した後にはヒーター（１５）が駆動されないように制御し、且つ、ＤＰＦ（１１）に存在する燃焼されて残った粒状物がＤＰＦ（１１）から排出されるように、前記供給を受けた電流を送風機（１７）に選択的に供給制御する制御ユニットと、を具備したことを特徴とするディーゼルエンジンの粒状物低減システム。

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