JPH0447120A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はエンジンの排気浄化装置、特にフィルタの再
生に関する。

（従来の技術） ディーゼルエンノンでは、排気中に含まれるカーボン等
の微粒子（パーティキュレート）を大気中に放出させな
いよう排気通路に備えたフィルタで捕集するものがある
。このものでは、パーティキュレートがある程度以上ま
で堆積すると、排気圧力が過度に上昇し、エンジンおよ
びエミッション性能を低下させるため、これを避けるべ
く堆積したパーティキュレートを定期的に燃焼してフィ
ルタを再生する必要がある、。

このため、吸気や排気を絞って、カーボン微粒子が再１
１焼しうる温度にまで排気温度を上昇させるようにした
装置が提案されている（特開昭５９−１２２７２１号、
同６２−２９１４１５号、実開昭６１−１７３７１２号
公報参照）。

（発明が解決しようとするＩＥｌｉ） ところで、ディーゼルエンジンでは、そのｔ用運転域（
低速低負荷時）での排気温度が１００〜２００℃程度で
あり、カーボンが再燃焼する温度（たとえば４００℃以
上）よりもずっと低いので、安定燃焼限界まで吸気絞り
を強くしても、この温度に及ばない。また、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！激に悪くなり、運転フィーリングに与え
る影響が大きい。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、再生時期でも、有機可溶成分５ＯＦ（主に未燃燃
料成分からなる）が再燃焼しうる温度域でかつ吸気を絞
っても運転性に影響を与えない減速時に限って、フィル
タに未燃燃料を供給し、この燃料を種火としで燃やして
やることで、フィルタの確実な再生をはかる装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、ＮＩＪｉ図で示すように、エンジンから排
気通路３１へと排出されるパーティキュレートを捕集す
るフィルタ３２と、吸気通路３３を所定の開度まで絞る
弁３４と、この吸気絞り弁３４を駆動する装置３５と、
前記吸気通路３３にセタン価の低い補助燃料を供給しう
る装置３６と、前記フィルタ３２の再生時期にあるかど
うかを判定する手段３７と、同じくフィルタ３２上流の
排気温度Ｔｅｘを検出するセンサ３８からの信号に基づ
き有機可溶成分ＳＯＦが再燃焼しうる温度域にあるかど
うかを判定する手段３つと、エンジンの負荷を検出する
センサ（たとえばコントロールレバー閏度センサ）４０
からの信号に基づき減速時にあるかどうかを判定する手
段４１と、これらの判定結果よりフィルタ３２の再生時
期になり、さらに減速時でかつ有機可溶成分ＳＯＦの再
燃焼可能温度域にあると判定された場合に、前記吸気通
路３３にセタン価の低い補助燃料が供給されるように前
記補助燃料供給装置３６を作動し、かつこの作動により
フィルタ３２に供給される有機可溶成分ＳＯＦとフィル
タ３２に堆積しているパーティキュレートが再燃焼する
に十分な空気量がフィルタ３２に供給されるように前記
吸気絞９弁駆動装置３５を作動する手段４２とを設けた
。

（作用） ３つの判定手段３７，３９．４１における判定結果より
、再生時期でさらに有機可溶成分ＳＯＦの再燃焼しうる
温度域でかつ減速時になると、作動手段４２により吸気
通路３３に補助燃料が噴かれる。この場合の燃料は、セ
タン価の低いものであるため、燃焼室においても着火す
ることなく、微粒化して未燃のままフィルタ３２まで供
給され、フィルタ３２にＳＯＦとして捕集される。

また、この燃料供給と同時に、作動手段４２により吸気
絞り弁駆動装置３５を介して吸気が紋られ、フィルタ３
２に堆積しているパーティキュレトの燃焼に必要となる
空気量がフィルタ３２に供給される。

この場合の排気温度は、ＳＯＦの再燃焼しうる温度域で
あるため、フィルタ３２ではＳＯＦが再燃焼を始め、こ
の燃焼に誘起されてカーボンの再燃焼が確実に開始され
る。

また、減速時に限って吸気絞りが行なわれると、大きく
絞っても運転性に悪影響を及ぼすことがなＸＪ）。

（実施例） 第２図はこの発明の一実施例のシステム図である。図に
おいて、吸気通路２にバタフライ型の紋り弁３が設けら
れ、この吸気絞り弁３にはダイア７ラムアクチユエータ
４が連結される。アクチュエータ４の圧力室と負圧源（
たとえば負圧ポンプ）とを連通する通路には三方電磁弁
５が介装され、この電磁弁５をＯＦＦからＯＮにすると
、アクチュエータ４の圧力室に大気圧に代えて一定圧の
負圧が導入され、吸気絞り弁３が所定の開度までＭじら
れる。なお、吸気絞り弁３は常開のタイプであり、全開
と所定開度閉じられる状態との２位置をとる。アクチュ
エータ４と電磁弁５は第１図の吸気絞り弁駆動装置３５
を構成する。

吸気絞り弁３の下流には補助燃料噴射弁８が設けられ、
この噴射弁８に燃料タンク６内のセタン価の低い燃料（
たとえば通常の燃料のセタン価が５０〜６０程度である
のに対し、２０〜３０程度のものを選択する）が燃料ポ
ンプ７によって圧送される。この燃料ポンプ７、燃料タ
ンク６、補助燃料噴射弁８は第１図の補助燃料供給装置
３６を構成する。

ここで、セタン価の低い燃料としたのは、この燃料が未
燃のままフィルタ１０に供給されるように、つまりＳＯ
Ｆとしてフィルタ１０に捕集させたいからである。

排気通路９にはフィルタ１０が配置される。このフィル
タ１０はパーティキュレートのうち主にカーボンを捕集
するためのもので、三次元網目構造を有するセラミック
やワイヤメツシュからなるフィルタあるいは各セルのガ
ス入口および出口に交互に栓をしたフォールスルータイ
ブのフィルタのいずれであってもかまわない。

フィルタ１０の前面にはヒータ１１が設けられ、コント
ロールユニット２７からの通電信号を受けるとフィルタ
１０を加熱する。このヒータ１１はフィルタ１０の内部
に組み込むこともできる。

２１は半導体式圧力センサで、フィルタ１０の前後差圧
ΔＰを検出する。２２は熱電対からなる温度センサで、
排気温度Ｔｅにを検出する。２４はエンノン１の回転数
Ｎｅを検出するセンサ（クランク角センサ）、２５はボ
テフシ５メータから構成され燃料噴射ポンプのコントロ
ールレバー開度（エンジン負荷相当量）Ｑを検出するセ
ンサ、２６は冷却水温Ｔｗを検出するセンサである。

これらセンサ２１，２２．２４〜２６からの信号は、マ
イクロコンピュータからなるコントロールユニ、）２７
に入力され、コントロールユニット２７では第３図に示
すところにしたがって、三方電磁弁５とヒータ１１にＯ
Ｎ、ＯＦＦ信号を、補助燃料噴射弁８に噴射信号を出力
する。

第３図はフィルタ１０を再生させるためのルーチンで、
所定の時間ごと（たとえば１０輸Ｓｅｅごと）に演算さ
れる。

Ｓｌではエンノン回転数Ｎ　ｅ　、コントロールレバー
開度Ｑ、排気温度Ｔ　ｅｘ、冷却水温Ｔｗおよびフィル
タ１０の前後差圧△Ｐを読み込む。

Ｓ２は第１図の再生時期判定手段３７の機能を果たす部
分である。ここでは再生時期であるかどうかをみて、再
生時期にあると判断すればＳ３に進む。この場合、フラ
グにて再生時期を判断するようにしてあり、再生時期に
ある場合はフラグがセットされている。

なお、このフラグは、実際のフィルタ前後差圧ΔＰと予
め定めた捕集限界時のフィルタ前後差圧ΔＰ　ｖｌａｘ
との比較により、ΔＰ≧ΔＰ　ｓ＋ａｘであれば再生時
期にあると判断され、フラグがセットされる。再生時期
の判断はこれに限らず捕集量履歴や走行ｙ巨離、走行時
間に基づくものであってもかまわない。

Ｓ３は第１図の再燃焼温度域判定手段３９、Ｓ４は減速
時ｆｌＩ定千収４１の機能を果たす部分である。

Ｓ３では排気温度Ｔｅにが有機可溶成分ＳＯＦが再燃焼
を始める温度（の下限値）ＴＳＯＦより大きいかどうか
、Ｓ４ではエンノンの運転条件が減速時にあるかどうか
、さらにＳ５ではコントロールレバー開度Ｑが基準値Ｑ
ｒ以下であるかどうかをみて、Ｔｅｘ≧Ｔ　ＳＯＦであ
ること、減速時にあることおよびＱ≦Ｑｒであることの
３つの条件をすべてを満たす場合に再生操作に入る場合
であると判断して、Ｓ６以降に進む。

この場合、Ｓ３での温度Ｔ　ＳＯＦはたとえば２００′
Ｃである。Ｔｅｙ≧Ｔ　ＳＯＦであることを条件として
再生操作に入らせるのは次の理由による。エンノンから
排出されるパーティキュレートは、大別してカーボンと
ＳＯＦに分けられる。このうち、カーボンは比較的高い
温度（たとえば４００℃以」二）にならないと再燃焼し
ないのに対し、ＳＯＦは比較的低い温度（２００℃程度
以上）から再燃焼する。これより、比較的低い温度でも
まずＳＯＦを燃やしてやれば、フィルタ１０の温度が上
昇し、やがてはフィルタ１０に堆積しているカーボンを
再燃焼させることができる。言い替えるならば、ＳＯＦ
の再燃焼する温度未満（Ｔｅｘ＜ＴｓＯＦ）では、再生
操作を行ってもカーボンの再燃焼を誘発することはでき
ないのである。

Ｓ４での減速時にあるかどうかの判定は、たとえば所定
時間ごとのコントロールレバーｆｌｌＨｔＱノ変化量が
所定値以下（負の値）の場合に、減速状態にあると判断
させるものでかまわない。減速時以外に吸気絞りを行う
と、運転性に影響するので、運転性に影響のない減速時
を条件とするものである。

Ｓ５での基準値Ｑｒにはアイドル条件をわずかに越える
程度のコントロールレバー開度を設定する。たとえば車
速を合わせるためごくわずかアクセルペダル操作を行っ
た場合（Ｑ＞Ｑｒの場合）にもＳ６以降に進むと、車速
を合わせることができなくなるので、こうした運転性の
悪化を防止するためＱ≦Ｑｒを条件とするものである。

Ｓ６ではヒータ１１にＯＮ信号を出力する。これは、ヒ
ータ１１でフィルタ１０を加熱することによりフィルタ
１０に捕集されているＳＯＦの再燃焼を確実にするため
のものであり、フィルタ上流でのＳＯＦの燃焼促進効果
をねらったものである。

Ｓ７と８１０は第１図の作動手段４２の機能を果たす部
分で、ここではフィルタ１０の再生が開始されるように
、三方電磁弁５および補助燃料噴射弁８に指示を与える
。

Ｓ７では吸気絞りが行なわれるように、三方電磁弁５に
ＯＮ信号を出力する。この吸気絞９によりフィルタ１０
でのパーティキュレー）　（Ｓ　ＯＦとカーボン）の再
生反応に必要となる空気量であってフィルタ１０を冷却
してしまうほどには多くない空気量がフィルタ１０に供
給されるように、この場合の吸気絞り弁３の閉じ角を設
定する。

Ｓ８では補助燃料フラグをチエツクをして、このフラグ
がリセットされていれば再生操作に入った直後にあると
判断してＳ９に進む、このフラグは減速条件が長時間に
およんだ場合でも、噴射弁８からの補助燃料の供給を１
度だけにするために導入したフラグである。すなわち、
補助燃料は７・ルタ１０での再生開始を確実にするため
のものであり、いったん再生が開始されれば、その後に
補助燃料の供給を行うことは必要ないからである。

なお、ここでは補助燃料の噴射回数を一回に限定しであ
るが、微小燃料流量の管理が可能であるタイプの噴射弁
であれば、−回に限定せず数回にわけて噴射してもかま
わない。

Ｓ９では、冷却水温Ｔｗからマツプを参照して補助燃料
量を読み出す。この量はフィルタ１０の再生開始に必要
となるＳＯＦの量に相当する。この補助燃料量の特性を
第４図に示す。図示の特性としたのは、冷却水温Ｔｗが
低い場合は燃焼状態が悪く、排気中の５ＯＦｆ）量も多
いため、補助燃料量を少なくしでも、冷却水温Ｔｗが高
い場合と同様の効果が得られるためである。

ＳＩＯでは、Ｓ９で求められた補助燃料量に対応する期
間だけ噴射弁８が開かれるように、噴射孔０ｌ−ＩＲ１
Ｉｋｆｆ唇す中＋　＋　Ｌ　　Ｃ１１弔！↓謔鮪嬶釘フ
ラグをセットする。

一方、再生時期にあっても、Ｓ３〜Ｓ５でＴｅｘ＜　Ｔ
　ＳＯＦであったり、Ｔｅｘ≧Ｔ　ＳＯＦでも減速時に
なかったり、あるいは減速時でもＱ＞Ｑｒの場合は３１
２〜Ｓ１４に進み、再生操作を止める（ヒータにＯＦＦ
信号を、吸気絞り弁３が開かれるように電磁弁５にＯＦ
、Ｆ信号をそれぞれ出力し、また補助燃料フラグをリセ
ットする）。たとえば、減速を終了して加速あるいは定
常運転になった場合にまで吸気を紋っていると失火する
可能性があるので、これを避けるため、吸気絞りを解除
するのである。

なお、ヒータ１１については、ヒータ１：にＯＮ信号を
出力すると同時にカウンタを起動し、定時間後にヒータ
１１をＯＦＦにするようにしてもよい。

ここで、この例の作用を説明する。

ディーゼルエンノンでは、その常用域である低速低負荷
時の排気温度がほば１００　’Ｃ〜２００℃しψ−リト
ノｆ・７°ｆ着／ｌ−／７−−づ一１ｒＬｈ−±−７゜
ルタ１０に堆積しているカーボンはほぼ４００℃以上に
ならないと再燃焼しないのであるから、そのままではフ
ィルタ１０を十分に再生することができない。

これに対して、この例では再生時期になったと判断され
た後で、ＳＯＦの燃焼がお二りうル排気温度域にありか
つ減速時になると、補助燃焼噴射弁８より補助燃料が噴
かれる。この場合の燃料は、セタン価の低いものである
ため、燃焼室においても着火することなく、未燃のま＊
フィルタ１０に供給され、フィルタ１０にＳＯＦとして
捕集される。

しかも、吸気通路２内に燃料を噴射するのであれば、こ
の燃料が燃焼室等の熱により、排気通路途中のフィルタ
１０に到達するまでに十分気化しあるいはミスト化する
ので、フィルタ１０に均質なＳＯＦを供給することがで
きる。

一方、この燃料供給と同時に、吸気絞りによりフィルタ
１０に堆積しでいるパーティキュレート（Ｓ　ＯＦとカ
ーボン）の再燃焼に必要となる空気量で、しかもフィル
タ１０を冷却してしまうほどには多くない空気量がフィ
ルタ１０に供給されると、フィルタ１０ではＳＯＦがま
ず再燃焼を始め、フィルタ１０の温度をカーボンが再燃
焼しうる温度にまで上昇させる。このＳＯＦの燃焼によ
る昇温により、また吸気絞りによる排気温度の上昇にも
助けられて、ついにはカーボンが燃え始める。つまり、
良質なＳＯＦの燃焼を種火としてカーボンが燃やされる
のであり、これによりフィルタ１０の再生が開始される
。なお、再生の開始にあたってはヒータ１１によっても
フィルタ１０が加熱されるので、ＳＯＦの燃焼が確実に
行なわれる。

また、補助燃料を雰囲気温度の低い吸気通路２内に噴射
するのであれば、噴射弁８に対して特に耐熱性の高い高
価なものが必要とされることがなＳＯＦの量については
、冷却水温Ｔ−が相違しでも、はぼ同じ量のＳＯＦがフ
ィルタ１０に捕集されるように、冷却水温Ｔｗに応じて
噴射量を定めていることから、そのときの冷却水温Ｔｗ
に関係なく、フィルタ１０の再生開始に必要となるＳＯ
Ｆの量を安定して供給することができる。

さらに、再生開始に際しての吸気絞りが減速時に行なわ
れるのであれば、吸気を大きく紋っても運転性に悪い影
響がない。

（発明の効果） この発明は、再生時期である場合においてＳＯＦが再燃
焼する温度域でかつ減速時に、セタン価の低い補助燃料
を吸気通路に供給するととらに、吸気を絞ることによっ
て、フィルタに導いたＳ。

Ｆとフィルタに堆積しているカーボンが燃焼するのに十
分な空気量をフィルタに供給したため、運転性に影響を
与えることなく、また特別に耐熱性の高い部品を必要と
することなく、フィルタの再生を確実に行わせることが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図は一実施例
のシステム図、第３図はこの実施例の制御動作を説明す
るための流れ図、第４図はこの制御に必要となるマツプ
の特性図である。 １・・・エンノン、２・・・吸気通路、３・・・吸気絞
り弁、４・・・ダイアプラムアクチュエータ、５・・二
三方電磁弁、６・・・燃料タンク、７・・・燃料ポンプ
、８・・・補助燃料噴射弁、９・・・排気通路、１０・
・・フィルタ、１１・・・ヒータ、２１・・・圧力セン
サ、２２・・・排気温度センサ、２４・・・クランク角
センサ、２５・・・コントロールレバー閏度センサくエ
ンノン負荷センサ）、２６・・・水温センサ、２７・・
・コントロールユニット、３１・・・排気通路、３２・
・・フィルタ、３３・・・吸気通路、３４・・・吸気絞
り弁、３５・・・吸気絞り弁駆動装置、３６・・・補助
燃料供給装置、３７・・・再生時期判定手段、３８・・
・温度センサ、３９・・・再燃焼温度域判定手段、４０
・・・エンノン負荷センサ、４１・・・減速時判定手段
、４２・・・作動手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　エンジンから排気通路へと排出されるパーティキュレ
   ートを捕集するフィルタと、吸気通路を所定の開度まで
   絞る弁と、この吸気絞り弁を駆動する装置と、前記吸気
   通路にセタン価の低い補助燃料を供給しうる装置と、前
   記フィルタの再生時期にあるかどうかを判定する手段と
   、同じくフィルタ上流の排気温度を検出するセンサから
   の信号に基づき有機可溶成分が再燃焼しうる温度域にあ
   るかどうかを判定する手段と、エンジンの負荷を検出す
   るセンサからの信号に基づき減速時にあるかどうかを判
   定する手段と、これらの判定結果よりフィルタの再生時
   期になり、さらに減速時でかつ有機可溶成分の再燃焼可
   能温度域にあると判定された場合に、前記吸気通路にセ
   タン価の低い補助燃料が供給されるように前記補助燃料
   供給装置を作動し、かつこの作動によりフィルタに供給
   される有機可溶成分とフィルタに堆積しているパーティ
   キュレートが再燃焼するに十分な空気量がフィルタに供
   給されるように前記吸気絞り弁駆動装置を作動する手段
   とを設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。