JPH05312109A

JPH05312109A - ディーゼル機関の排気制御装置

Info

Publication number: JPH05312109A
Application number: JP4117671A
Authority: JP
Inventors: Eiji Aiyoshizawa; 英二相吉澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-11-22
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JP2932828B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ディーゼル機関の排気雰囲気中でＮＯｘを還
元可能な触媒の十分な機能を確保する。【構成】機関の運転条件を検出する手段１０と、機関
の排気通路から排気の一部を吸気系に還流する排気還流
通路とを備え、機関の運転条件に基づいて排気還流制御
手段１１が排気還流通路からの排気還流量を制御するデ
ィーゼル機関において、前記排気通路の下流にディーゼ
ル機関の排気雰囲気中でＮＯｘを還元可能な触媒１２を
介装し、該触媒温度を検出する手段１３と、機関の運転
条件から排気中のＨＣの濃度とＮＯｘの濃度を推定する
排気濃度推定手段１４と、前記触媒温度が所定値以上の
場合に、排気中のＨＣとＮＯｘの濃度比が所定値以上と
なるように前記排気還流通路からの排気還流量を増量補
正する排気還流補正制御手段１５とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼル機関の排
気制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関から排出されるＮＯｘを
低減するために、排気通路から排気の一部を吸気中に還
流する排気還流装置（ＥＧＲ装置）が設けられている
が、この排気還流装置だけではＮＯｘの低減に必ずしも
十分ではない。

【０００３】これに対し、ディーゼル機関のように酸素
の存在する排気雰囲気中でもＮＯｘを還元可能な触媒が
開発されてきており、この場合北海道大学等において、
排気中に燃料を噴射し、燃料（ＨＣ）を還元剤として用
いることで、ＮＯｘの還元率を向上する方法が報告され
ている（日刊工業新聞１９９０年９月２０日発行等参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした触媒
を用いても、この場合機関の他に排気管に燃料噴射装置
を設け、排気中に直接燃料を噴射する方式であるため、
システムが複雑化し、コストが大幅に上昇してしまう。

【０００５】また、還元剤として燃料を消費する分、燃
費が悪化すると共に、排気中に燃料を噴射するために、
排気管が高温になり、熱劣化が避けられない。

【０００６】この発明は、排気の制御によって、このよ
うな問題を招くことなく、ＮＯｘを的確に低減すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図１のよ
うに機関の運転条件を検出する手段１０と、機関の排気
通路から排気の一部を吸気系に還流する排気還流通路と
を備え、機関の運転条件に基づいて排気還流制御手段１
１が排気還流通路からの排気還流量を制御するディーゼ
ル機関において、前記排気通路の下流にディーゼル機関
の排気雰囲気中でＮＯｘを還元可能な触媒１２を介装
し、該触媒温度を検出する手段１３と、機関の運転条件
から排気中のＨＣの濃度とＮＯｘの濃度を推定する排気
濃度推定手段１４と、前記触媒温度が所定値以上の場合
に、排気中のＨＣとＮＯｘの濃度比が所定値以上となる
ように前記排気還流通路からの排気還流量を増量補正す
る排気還流補正制御手段１５とを設ける。

【０００８】第２の発明は、図２のように機関の運転条
件を検出する手段２０と、機関の運転条件に基づいて燃
料噴射ポンプの燃料噴射時期を制御する噴射時期制御手
段２１と、機関の排気通路から排気の一部を吸気系に還
流する排気還流通路と、機関の運転条件に基づいて排気
還流通路からの排気還流量を制御する排気還流制御手段
２２とを備えたディーゼル機関において、前記排気通路
の下流にディーゼル機関の排気雰囲気中でＮＯｘを還元
可能な触媒２３を介装し、該触媒温度を検出する手段２
４と、機関の運転条件から排気中のＨＣの濃度とＮＯｘ
の濃度を推定する排気濃度推定手段２５と、前記触媒温
度が所定値以上の場合に、排気中のＨＣとＮＯｘの濃度
比が所定値以上となるように前記燃料噴射ポンプの燃料
噴射時期を遅角補正する噴射時期補正制御手段２６とを
設ける。

【０００９】第３の発明は、図３のように機関の運転条
件を検出する手段３０と、機関の運転条件に基づいて燃
料噴射ポンプの燃料噴射時期を制御する噴射時期制御手
段３１と、燃料噴射率の可変機構３２と、機関の排気通
路から排気の一部を吸気系に還流する排気還流通路と、
機関の運転条件に基づいて排気還流通路からの排気還流
量を制御する排気還流制御手段３３とを備えたディーゼ
ル機関において、前記排気通路の下流にディーゼル機関
の排気雰囲気中でＮＯｘを還元可能な触媒３４を介装
し、該触媒温度を検出する手段３５と、機関の運転条件
から排気中のＨＣの濃度とＮＯｘの濃度を推定する排気
濃度推定手段３６と、前記触媒温度が所定値以上の場合
に、排気中のＨＣとＮＯｘの濃度比が所定値以上となる
ように前記燃料噴射ポンプの燃料噴射時期を遅角補正す
ると共に燃料噴射率を低減補正する噴射補正制御手段３
７とを設ける。

【００１０】

【作用】排気還流によってＮＯｘの発生を抑制するが、
排気還流を増量するとＨＣが増加する。また、燃料噴射
時期を遅角することで、あるいは燃料噴射率の低減によ
ってＨＣが増加する。

【００１１】一方、酸素の存在する排気雰囲気中でＮＯ
ｘを還元可能な触媒は、温度が高いときに活性化、かつ
排気中のＨＣ／ＮＯｘ濃度比が所定値以上のときにＮＯ
ｘの還元率が高くなる。

【００１２】即ち、第１の発明では、排気還流を行うこ
とでＮＯｘの発生を抑えると共に、触媒温度が高いとき
に排気還流を増量することで排気中のＨＣ／ＮＯｘ濃度
比を所定値以上に保ち、これによって触媒でのＮＯｘの
高い還元率を得る。

【００１３】第２の発明では、同じく排気還流にてＮＯ
ｘの発生を抑えると共に、燃料噴射ポンプの燃料噴射時
期を遅角することで、排気中のＨＣ／ＮＯｘ濃度比を所
定値以上に保ち、触媒でのＮＯｘの高い還元率を得る。

【００１４】第３の発明では、同じく排気還流によって
ＮＯｘの発生を抑えると共に、燃料噴射ポンプの燃料噴
射時期を遅角かつ燃料噴射率を低減することで、排気中
のＨＣ／ＮＯｘ濃度比を所定値以上に保ち、触媒でのＮ
Ｏｘの高い還元率を得る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】図４、図５に排気還流装置５０ならびに酸
素の存在する排気雰囲気中でＮＯｘを還元可能な触媒
（ゼオライト触媒等）５１を示す。

【００１７】５２は機関の排気通路、５３は機関の吸気
通路、５４は排気通路５２を分岐して吸気通路５３に接
続する排気還流通路、５５は排気還流通路５４の途中に
介装された排気還流弁、５６は排気還流弁５５の作動負
圧を制御する負圧制御弁、５７は排気還流通路５４の合
流部よりも上流側にて吸気通路５３に設けられた吸気絞
り弁である。

【００１８】負圧制御弁５６は、排気圧力に応じた基本
的な負圧制御を行う下部のダイヤフラム弁部５８と、可
変制御機構としてその制御特性をさらに所望の特性に変
化させるための上部のステップモータ５９とに大別され
る。

【００１９】ダイヤフラム弁部５８は、ケーシング６０
内部に配設されたダイヤフラム６１を主体としており、
このダイヤフラム６１によって下部に排気圧室６２が、
上部に吸気圧室６３がそれぞれ隔成されている。

【００２０】ダイヤフラム６１には、排気圧室６２内に
圧縮状態で配設されたセットスプリング６４によって所
定のセット荷重が付与されており、その吸気圧室６３側
に弁体６５が取付けられている。

【００２１】吸気圧室６３は、吸気圧通路６６を介して
吸気絞り弁５７上流の吸気通路５３に連通している。吸
気圧室６３には、弁体６５に対抗して吸気導入ポート６
７が形成されており、吸気導入ポート６７は負圧通路６
８に連通している。

【００２２】ステップモータ５９は、ケーシング６９に
固定された一対のステータ７０と、ベアリング７１，７
２を介して回転自在に支持されたロータ７３とを有して
いる。このステップモータ５９は、ステータ７０のコイ
ルに所定のパルス信号を印加することで回転角がステッ
プ的に制御されるもので、例えば４ステップでロータ７
３が１回転する構成となっている。ロータ７３は円筒状
をなし、その内周面に雌ねじ７４が形成されている。

【００２３】７５はケーシング６９のベアリング７２内
周側に固定されたガイド部材、７６はガイド部材７５に
よって非回転かつ軸方向に摺動可能にガイドされたプラ
ンジャであって、プランジャ７６は上部に雄ねじ７７が
形成されており、これがロータ７３の雌ねじ７４に螺合
している。

【００２４】このプランジャ７６は、ステップモータ５
９の回転角に応じて軸方向に直線運動する構成となって
おり、ダイヤフラム６１の中心線上に位置している。プ
ランジャ７６の下部には円盤状のスプリングシート７８
が固定され、プランジャ７６の先端はスプリングシート
７８を貫通して所定量だけ下方に突出している。

【００２５】７９はプランジャ７６の作動をダイヤフラ
ム６１に伝達する中間部材を示している。この中間部材
７９は、円盤状のスプリングシート部７９ａと、スプリ
ングシート部７９ａの一側部からプランジャ７６軸方向
に延びたプッシュロッド部７９ｂとからなり、プッシュ
ロッド部７９ｂがケーシング６０の吸気圧室６３上面部
分を貫通して配設されている。

【００２６】スプリングシート部７９ａとスプリングシ
ート７８との間には補助スプリング８０が圧縮状態で配
設されており、この付勢力によって中間部材７９のプッ
シュロッド部７９ａ先端がダイヤフラム６１上のリテー
ナ８１に圧接している。

【００２７】この補助スプリング８０の付勢力は、ステ
ップモータ５９が回転してスプリングシート７８が上方
に移動すると弱くなり、逆にスプリングシート７８が下
方に移動すると強くなる。図６にステップモータ５９の
ステップ数と補助スプリング８０のセット荷重の関係を
示す。

【００２８】排気還流通路５４の途中に介装された排気
還流弁５５は、ダイヤフラム式の弁で、その負圧室８２
には負圧通路８３を介して信号負圧、例えば機関のバキ
ュームタンクからの負圧が導入されるようになってい
る。

【００２９】この負圧通路８３は負圧制御弁５６の負圧
通路６８に接続されており、負圧制御弁５６で吸気を適
宜に導入して信号負圧を希釈することによって、排気還
流弁５５の開度が制御される。

【００３０】排気還流弁５５下流側の排気還流通路５４
には、吸気通路５３（吸気マニホールド）の合流側にオ
リフィス８４が設けられており、排気還流弁５５とオリ
フィス８４の間の排気圧力が排気圧力通路８５を介して
負圧制御弁５６の排気圧室６２に導入されている。

【００３１】吸気通路５３の吸気絞り弁５７は、吸気通
路面積を絞ることで特に大量の排気還流量の制御を行う
もので、ステップモータ８６によりその開度が制御され
る。

【００３２】図５の負圧制御弁５６は、ステップモータ
５９のステップ数が適宜な中間値にある状態を示してお
り、ダイヤフラム６１には排気圧力と吸気圧力との差圧
が作用すると共に、セットスプリング６４によって閉方
向へ付勢され、かつ補助スプリング８０によって開方向
へ付勢されている。

【００３３】この補助スプリング８０の付勢力を弱める
と、弁体６５が吸気導入ポート６７の閉側に動いて、吸
気導入ポート６７から負圧通路８３への吸気導入量が減
少することで、排気還流弁５５の開度は減少し、補助ス
プリング８０の付勢力を強めると、弁体６５が吸気導入
ポート６７の開側に動いて、吸気導入ポート６７から負
圧通路８３への吸気導入量が増加することで、排気還流
弁５５の開度は増加する。

【００３４】即ち、負圧制御弁５６のステップモータ５
９の回転角制御によって排気還流弁５５の開閉特性を制
御でき、これによって吸気絞り弁５７のステップモータ
８６を介しての開度制御と負圧制御弁５６のステップモ
ータ５９の回転角制御によって所望の排気還流量特性を
得ることができる。

【００３５】なお、何らかの原因によって排気圧力が高
くなったとき等、負圧制御弁５６の弁体６５が吸気導入
ポート６７の閉側に動いて排気還流弁５５の開度が減少
するため、排気還流量が過大になることはない。また、
負圧制御弁５６に吸気圧力を導いているため、過給機付
き機関でも排気還流弁５５を制御でき、所定の排気還流
を行える。

【００３６】酸素の存在する排気雰囲気中でＮＯｘを還
元可能な触媒５１は、排気還流通路５４の分岐部よりも
下流側にて排気通路５２に設置される。

【００３７】この触媒５１は、排気中のＨＣ／ＮＯｘ濃
度比が所定値以上のときにＮＯｘの高い還元率が保たれ
る。具体的には図３２の示したように、ＮＯｘ低減率と
して必要とされる１０％程度の値が得られるＨＣ／ＮＯ
ｘ濃度比は０．５であり、これ以上でＨＣ／ＮＯｘ濃度
比＝３以下までは低減率の向上が見られる。ＨＣ／ＮＯ
ｘ濃度比が３を越えるとエンジンの運転性が良好でなく
なるため、結局ＨＣ／ＮＯｘ濃度比を０．５〜３の間で
制御することにより、ＮＯｘの高い還元率が保たれる。

【００３８】図７は機関に燃料を噴射する列型の燃料噴
射ポンプ９０を示し、機関に駆動されるカム９１の回転
によりプランジャ９２が上下し、加圧室９３の燃料を燃
料弁９４を介して、噴射ノズル１００に圧送する。

【００３９】プランジャ９２の周囲には制御スリーブ９
５が装着され、このスリーブ９５の位置により燃料圧送
の開始時期が決まる。

【００４０】スリーブ９５は、燃料が送り込まれる燃料
室９６と加圧室９３との間を連通するプランジャ９２に
設けた通路９７の燃料室側への開口部分を開閉し、プラ
ンジャ９２が上昇する過程で、スリーブ９５の下端によ
り通路９７の開口が閉じられると、燃料室９６との連通
が遮断されて加圧室９３の圧力が高まり始め、燃料の圧
送が開始される。

【００４１】プランジャ９２の上昇により、通路９７か
ら分岐するポート９７ａがスリーブ９５の途中に設けた
通口９５ａに連通すると、加圧室９３が再び燃料室９６
と連通して、燃料の圧送が終了される。

【００４２】そして、位置制御機構９８によりスリーブ
９５の位置を上下させることにより、燃料の圧送開始時
期を進めたり、遅らせたりすることができる。

【００４３】また、分岐ポート９７ａはプランジャ周囲
に傾斜溝として開口しているので、プランジャ９２の軸
線まわりの回転位置を回転制御機構９９によって変化さ
せることにより、通口９５ａに対する連通時期が変化
し、燃料の圧送終了時期を変化させることができる。

【００４４】即ち、回転制御機構９９によって燃料噴射
時期が制御され、位置制御機構９８によって燃料噴射量
が制御される。

【００４５】図８、図９には、燃料噴射ポンプ９０のカ
ム９１の位相を進角、遅角させることで、送油率（燃料
噴射率）を変える可変機構１０１を示す。

【００４６】これは燃料噴射ポンプ９０のポンプ軸（カ
ム軸）９０ａと、機関回転が伝達される回転体１０２と
の連結部分に介装され、機関回転のポンプ軸９０ａに対
する伝達位相を可変的に調整する。

【００４７】ポンプ軸９０ａに同軸結合される回転盤１
０４の軸部１０３には、これと回転自由に回転体１０２
が支持される。

【００４８】そして、回転体１０２から回転盤１０４に
伝達される回転に必要に応じて位相差を付与するため、
回転盤１０４と回転体１０２とを回転（円周）方向に相
対変位可能に連結する機構として、まず回転盤１０４に
はその回転中心から等距離位置に一対の円形穴１０４ａ
が開けられ、ここに第１の偏心カム１０５が挿入され
る。また、この偏心カム１０５に設けた円形穴１０５ａ
には第２の偏心カム１０６が挿入される。

【００４９】第２の偏心カム１０６の偏心ピン１０６ｂ
は、前記回転体１０２に側面から貫入し、また第１の偏
心カム１０５の偏心ピン１０５ｂは、シリンダ１０７に
収装したピストン１０７ａに連結する。

【００５０】シリンダ１０７は、軸部１０３の放射方向
に回転盤１０４に一体に取付けられ、その油室１０７ｂ
には、軸部１０３の内周通路１０３ａを介して供給され
る圧油が導かれる。ピストン１０７ａはこの供給圧力
と、リターンスプリング１０７ｃとがバランスする位置
へと移動する。

【００５１】したがって、ピストン１０７ａの位置に応
じて偏心ピン１０５ｂにより第１の偏心カム１０５が回
動し、これにより第２の偏心カム１０６が回転盤１０４
に対して円周方向に変位し、その偏心ピン１０６ｂを介
して連結する回転体１０２と回転盤１０４との回転方向
の位相を変化させる。

【００５２】これにより、機関回転に対して、燃料噴射
ポンプ９０のポンプ軸９０ａつまりカム９１の回転位相
が変化し、カム９１のリフト特性にしたがって燃料の送
油率が変わる。

【００５３】シリンダ１０７の油室１０７ｂへ導かれる
オイルポンプ１０９からの油圧は、制御弁１０８の開度
に応じて変化し、制御弁開度が増加すると油圧が低下し
てカム９１の回転位相が遅れ、制御弁開度が減少すると
油圧が上昇してカム９１の回転位相が進む。

【００５４】即ち、制御弁１０８の開度を大きくする
と、低送油率、低噴射率となり、小さくすると、高送油
率、高噴射率となる。

【００５５】図１０は排気還流制御手段、排気濃度推定
手段、排気還流補正制御手段（第１の発明）、噴射時期
制御手段、排気還流制御手段、排気濃度推定手段、噴射
時期補正制御手段（第２の発明）、噴射時期制御手段、
排気還流制御手段、排気濃度推定手段、噴射補正制御手
段（第３の発明）としてのコントロールユニット１２０
を示すブロック図である。

【００５６】コントロールユニット１２０は、中央演算
処理装置（ＣＰＵ）１２１、リードオンリメモリ（ＲＯ
Ｍ）１２２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２
３、入出力回路（Ｉ／Ｏ）１２４から構成されている。

【００５７】Ｉ／Ｏ１２４には、エンジン回転数センサ
１２５、アクセル開度センサ１２６、吸気温センサ１２
７、排気温センサ１２８、吸気圧センサ１２９、冷却水
温を検出する水温センサ１３０、燃温センサ１３１、触
媒５１の温度を検出する触媒温度センサ１３２等の出力
が入力される。

【００５８】ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭ１２２に記憶され
たプログラムにしたがってＩ／Ｏ１２４からの情報を取
り込み、演算処理し、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料
噴射率を制御する燃料噴射ポンプ９０ならびに排気還流
量を制御する吸気絞り弁５７、負圧制御弁５６を制御す
るための制御量であるデータをＩ／Ｏ１２４にセットす
る。ＲＡＭ１２３は、ＣＰＵ１２１の演算処理に関連し
たデータを一時退避するために使われる。

【００５９】Ｉ／Ｏ１２４は、ＣＰＵ１２１からのデー
タに基づき、燃料噴射ポンプ９０（位置制御機構９８、
回転制御機構９９の各アクチュエータ、可変機構１０１
の制御弁１０８）、吸気絞り弁５７（ステップモータ８
６）、負圧制御弁５６（ステップモータ５９）に制御信
号を出力する。

【００６０】基本となる燃料噴射量、燃料噴射時期、排
気還流量ならびにその排気還流量を得る吸気絞り弁５７
の基本開度、負圧制御弁５６のステップモータ５９の基
本ステップ数の各特性を図１１〜図１５に示す。

【００６１】次に、コントロールユニット１２０の制御
内容をフローチャートに基づいて説明する。

【００６２】図１６は第１の発明に対応するもので、ま
ず、ステップ１００でエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開
度Ａｃｃ、冷却水温Ｔｗ、触媒温度Ｔｔ等の運転条件の
諸データの読み込みを行う。

【００６３】ステップ１１０では、ステップ１００で読
み込んだデータを基に基本噴射量ＱＮ、基本噴射時期Ｉ
ＴＮ、吸気絞り弁５７の基本開度ＷＮ、負圧制御弁５６
のステップモータ５９の基本ステップ数ＳＴＥＰＮを算
出する。

【００６４】基本噴射量ＱＮ、基本噴射時期ＩＴＮは図
１１、図１２のデータを、吸気絞り弁５７の基本開度Ｗ
Ｎ、負圧制御弁５６のステップモータ５９の基本ステッ
プ数ＳＴＥＰＮは図１４、図１５のデータをＲＯＭ１２
２に記憶させておき、これを読み込む。

【００６５】次に、ステップ１２０ではステップ１００
で読み込んだ触媒温度Ｔｔが所定値（活性温度、例えば
３５０℃）以上かどうかを判断する。

【００６６】もし、ステップ１２０で触媒温度が所定値
未満と判断された場合には、ステップ１４０で吸気絞り
弁５７の補正開度ΔＷ、負圧制御弁５６のステップモー
タ５９の補正ステップ数ΔＳＴＥＰを０とし、つまり基
本排気還流量のまま、ステップ１５０に進む。

【００６７】一方、ステップ１２０で触媒温度が所定値
以上であると判断された場合には、ステップ１３０で運
転条件から排気中のＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度を推定し、Ｈ
Ｃ／ＮＯｘ濃度比が所定値以上になるように、吸気絞り
弁５７の補正開度ΔＷ、負圧制御弁５６のステップモー
タ５９の補正ステップ数ΔＳＴＥＰを算出し、つまり排
気還流の増量分をセットし、ステップ１５０に進む。

【００６８】吸気絞り弁５７の補正開度ΔＷ、負圧制御
弁５６のステップモータ５９の補正ステップ数ΔＳＴＥ
Ｐは、エンジン回転数Ｎｅ、基本噴射量ＱＮを基に図１
７、図１８のようなデータをＲＯＭ１２２に記憶させて
おき、これを読み込む。

【００６９】そして、ステップ１５０で、ＱＮ，ＩＴ
Ｎ，ＷＮ＋ΔＷ，ＳＴＥＰＮ＋ΔＳＴＥＰから、燃料噴
射量Ｑ、噴射時期ＩＴ、吸気絞り弁５７の開度Ｗ、負圧
制御弁５６のステップモータ５９のステップ数ＳＴＥＰ
を求め、出力する。

【００７０】このような構成により、触媒５１が活性温
度に達していないときは、触媒５１の活性を促すために
排気の触媒５１への流通量を確保する必要があるので、
エンジンの運転条件に基づき吸気絞り弁５７、排気還流
弁５５が基本開度に設定され、基本排気還流量にて排気
還流が行われる。

【００７１】このため、排気還流によってＮＯｘの発生
が抑制されると共に、この場合発生量は少なく、ＮＯｘ
は十分に低減される。

【００７２】一方、触媒５１が活性温度にあるときは、
吸気絞り弁５７、排気還流弁５５の開度が補正され、排
気中のＨＣ／ＮＯｘ濃度比が所定値以上になるように、
排気還流量が増量制御される。

【００７３】排気中のＨＣ／ＮＯｘ濃度比が所定値以上
のときに、触媒５１によるＮＯｘの高い還元率が得られ
る。

【００７４】排気還流量を変化させていくと、ＮＯｘ濃
度、ＨＣ濃度は、図１９、図２０のような特性で増減さ
れるので、排気還流量を変化させることによって、図２
１のような特性でＨＣ／ＮＯｘ濃度比が任意に設定され
る。

【００７５】即ち、エンジン回転数Ｎｅ、基本噴射量Ｑ
Ｎを基に吸気絞り弁５７、排気還流弁５５の開度が制御
され排気還流量が制御されるが、エンジン回転数Ｎｅ、
基本噴射量ＱＮから排気中のＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度が推
定され、排気還流量の増量分が求められ、このためエン
ジン回転数Ｎｅ、基本噴射量ＱＮを基に吸気絞り弁５
７、排気還流弁５５の開度が補正されることで、ＨＣ／
ＮＯｘ濃度比が所定値以上に制御されるのである。

【００７６】これにより、排気還流によってＮＯｘの発
生が抑制されると共に、触媒５１でのＮＯｘの高い還元
率が維持され、ＮＯｘが大幅に低減される。

【００７７】この場合、触媒５１でのＮＯｘの還元率
は、図３２に示すように、０．５≦排気中のＨＣ／ＮＯ
ｘ濃度比≦２〜３になるように排気還流量を増量するこ
とで、高い還元率が確保される。

【００７８】なお、吸気絞り弁５７、排気還流弁５５の
開度補正量ΔＷ，ΔＳＴＥＰは、基本噴射量ＱＮが小さ
いときほど少ないが（図１７、図１８）、これは基本噴
射量ＱＮが小さいときほど基本排気還流量を多くしてい
るためであり（図１３）、この場合所定ＨＣ／ＮＯｘ濃
度比に対する不足分が少ないことによる。

【００７９】このように排気還流制御によるため、ＮＯ
ｘの発生を抑えつつ、ＨＣを増加でき、ＨＣ／ＮＯｘ濃
度比を所定値に設定する上で相乗効果がある。また、排
気中に燃料を噴射するものと比べて燃費の悪化がほとん
どなく、従来部品を用いて制御することができ、システ
ムが簡素化し、コストの増加がない。

【００８０】また、排気中の燃料噴射による耐久上の問
題もなく、さらにはＨＣ／ＮＯｘ濃度比の精度の良い制
御が可能である。なお、大量の排気還流を行うことによ
り、触媒５１を通過する排気ガス量が減少し、触媒５１
の昇温に有効である。

【００８１】図２２は第２の発明に対応するもので、燃
料噴射時期を遅角して排気中のＨＣ／ＮＯｘ濃度比を所
定値以上に設定するものである。

【００８２】まず、ステップ２００でエンジン回転数Ｎ
ｅ、アクセル開度Ａｃｃ、冷却水温Ｔｗ、触媒温度Ｔｔ
等の運転条件の諸データの読み込みを行う。

【００８３】ステップ２１０では、ステップ２００で読
み込んだデータを基に基本噴射量ＱＮ、基本噴射時期Ｉ
ＴＮ、吸気絞り弁５７の基本開度ＷＮ、負圧制御弁５６
のステップモータ５９の基本ステップ数ＳＴＥＰＮを算
出する。

【００８４】基本噴射量ＱＮ、基本噴射時期ＩＴＮは前
述の図１１、図１２のデータを、吸気絞り弁５７の基本
開度ＷＮ、負圧制御弁５６のステップモータ５９の基本
ステップ数ＳＴＥＰＮは前述の図１４、図１５のデータ
をＲＯＭ１２２に記憶させておき、これを読み込む。

【００８５】次に、ステップ２２０ではステップ２００
で読み込んだ触媒温度Ｔｔが所定値（活性温度、例えば
３５０℃）以上かどうかを判断する。

【００８６】もし、ステップ２２０で触媒温度が所定値
未満と判断された場合には、そのまま、ステップ２４０
に進む。

【００８７】一方、ステップ２２０で触媒温度が所定値
以上であると判断された場合には、ステップ２３０で運
転条件から排気中のＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度を推定し、Ｈ
Ｃ／ＮＯｘ濃度比が所定値以上になるように、補正噴射
時期開度ΔＩＴを算出し、ステップ２４０に進む。

【００８８】補正噴射時期開度ΔＩＴは、エンジン回転
数Ｎｅ、基本噴射量ＱＮを基に図２３のようなデータを
ＲＯＭ１２２に記憶させておき、これを読み込む。

【００８９】そして、ステップ２４０で、ＱＮ，ＩＴＮ
＋ΔＩＴ，ＷＮ，ＳＴＥＰＮから、燃料噴射量Ｑ、噴射
時期ＩＴ、吸気絞り弁５７の開度Ｗ、負圧制御弁５６の
ステップモータ５９のステップ数ＳＴＥＰを求め、出力
する。

【００９０】即ち、排気還流によってＮＯｘの発生が抑
えられながら、触媒５１が活性温度にあるときは、排気
中のＨＣ／ＮＯｘ濃度比が所定値以上になるように、燃
料噴射時期が遅角制御される。

【００９１】燃料噴射時期を変化させていくと、ＮＯｘ
濃度、ＨＣ濃度は、図２４、図２５のような特性で増減
されるので、燃料噴射時期を変化させることによって、
図２６のような特性でＨＣ／ＮＯｘ濃度比が任意に設定
される。

【００９２】このため、エンジン回転数Ｎｅ、基本噴射
量ＱＮを基に燃料噴射時期の遅角分が求められ、燃料噴
射時期が遅角補正されることで、ＨＣ／ＮＯｘ濃度比が
所定値以上に制御される。

【００９３】これにより、排気還流によってＮＯｘの発
生が抑制されると共に、触媒５１でのＮＯｘの高い還元
率が維持され、ＮＯｘが大幅に低減される。

【００９４】図２７は第３の発明に対応するもので、燃
料噴射率を下げながら燃料噴射時期を遅角して排気中の
ＨＣ／ＮＯｘ濃度比を所定値以上に設定するものであ
る。

【００９５】まず、ステップ３００でエンジン回転数Ｎ
ｅ、アクセル開度Ａｃｃ、冷却水温Ｔｗ、触媒温度Ｔｔ
等の運転条件の諸データの読み込みを行う。

【００９６】ステップ３１０では、ステップ３００で読
み込んだデータを基に基本噴射量ＱＮ、基本噴射時期Ｉ
ＴＮ、吸気絞り弁５７の基本開度ＷＮ、負圧制御弁５６
のステップモータ５９の基本ステップ数ＳＴＥＰＮなら
びに基本燃料噴射率を得るための送油率可変機構１０１
の基本カム位相ＤＱＮを算出する。

【００９７】基本噴射量ＱＮ、基本噴射時期ＩＴＮは前
述の図１１、図１２のデータを、吸気絞り弁５７の基本
開度ＷＮ、負圧制御弁５６のステップモータ５９の基本
ステップ数ＳＴＥＰＮは前述の図１４、図１５のデータ
を、基本カム位相ＤＱＮは図２８のようなデータをＲＯ
Ｍ１２２に記憶させておき、これを読み込む。

【００９８】次に、ステップ３２０ではステップ３００
で読み込んだ触媒温度Ｔｔが所定値（活性温度、例えば
３５０℃）以上かどうかを判断する。

【００９９】もし、ステップ３２０で触媒温度が所定値
未満と判断された場合には、そのまま、ステップ３４０
に進む。

【０１００】一方、ステップ３２０で触媒温度が所定値
以上であると判断された場合には、ステップ３３０で運
転条件から排気中のＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度を推定し、Ｈ
Ｃ／ＮＯｘ濃度比が所定値以上になるように、補正噴射
時期開度ΔＩＴ、送油率可変機構１０１の補正カム位相
ΔＤＱＮを算出し、つまり噴射時期の遅角分、噴射率の
低減分をセットし、ステップ３４０に進む。

【０１０１】補正噴射時期開度ΔＩＴ、補正カム位相Δ
ＤＱＮは、エンジン回転数Ｎｅ、基本噴射量ＱＮを基に
図２９、図３０のようなデータをＲＯＭ１２２に記憶さ
せておき、これを読み込む。

【０１０２】そして、ステップ３４０で、ＱＮ，ＩＴＮ
＋ΔＩＴ，ＷＮ，ＳＴＥＰＮ，ＤＱＮ＋ΔＤＱＮから、
燃料噴射量Ｑ、噴射時期ＩＴ、吸気絞り弁５７の開度
Ｗ、負圧制御弁５６のステップモータ５９のステップ数
ＳＴＥＰ、送油率可変機構１０１のカム位相ＤＱを求
め、出力する。

【０１０３】即ち、排気還流によってＮＯｘの発生が抑
えられながら、触媒５１が活性温度にあるときは、排気
中のＨＣ／ＮＯｘ濃度比が所定値以上になるように、燃
料噴射時期が遅角制御されると共に、燃料噴射率（送油
率）が低減される。

【０１０４】燃料噴射率を低下させると、排気中のＮＯ
ｘ濃度、ＨＣ濃度は、図３１のように減少される。

【０１０５】このため、燃料噴射時期の遅角によってＨ
Ｃ／ＮＯｘ濃度比を所定値以上に設定する際に、その遅
角幅が少なくてすみ、したがって燃費が改善される。

【０１０６】なお、図２２、図２７の場合も、排気還流
量の増量を併用しても良い。

【０１０７】

【発明の効果】以上のように本発明は、ディーゼル機関
の排気雰囲気中でＮＯｘを還元可能な触媒を設けた排気
制御装置において、排気還流の増量制御、燃料噴射時期
の遅角制御、燃料噴射率の低減制御によって、排気中の
ＨＣ／ＮＯｘ濃度比を所定値以上に制御するので、触媒
でのＮＯｘの高い還元率を確保でき、ＨＣ／ＮＯｘ濃度
比の精度の良い制御が可能であり、ＮＯｘを十分に低減
できる。また、システムが簡素化すると共に、コストが
増加することもなく、燃費の悪化を招くこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成図である。

【図２】本発明の構成図である。

【図３】本発明の構成図である。

【図４】排気系の構成断面図である。

【図５】負圧制御弁の断面図である。

【図６】スプリング荷重の特性図である。

【図７】燃料噴射ポンプの断面図である。

【図８】送油率可変機構の断面図である。

【図９】送油率可変機構の正面図である。

【図１０】コントロールユニットのブロック図である。

【図１１】制御データの特性図である。

【図１２】制御データの特性図である。

【図１３】制御データの特性図である。

【図１４】制御データの特性図である。

【図１５】制御データの特性図である。

【図１６】制御内容を示すフローチャートである。

【図１７】制御データの特性図である。

【図１８】制御データの特性図である。

【図１９】排気濃度の特性図である。

【図２０】排気濃度の特性図である。

【図２１】排気濃度の特性図である。

【図２２】制御内容を示すフローチャートである。

【図２３】制御データの特性図である。

【図２４】排気濃度の特性図である。

【図２５】排気濃度の特性図である。

【図２６】排気濃度の特性図である。

【図２７】制御内容を示すフローチャートである。

【図２８】制御データ例の特性図である。

【図２９】制御データ例の特性図である。

【図３０】制御データ例の特性図である。

【図３１】排気濃度の特性図である。

【図３２】ＨＣ／ＮＯｘ濃度比とＮＯｘ低減率との関係
を示す特性図である。

【符号の説明】

５０排気還流装置５１触媒５２排気通路５３吸気通路５４排気還流通路５５排気還流弁５６負圧制御弁５７吸気絞り弁５９ステップモータ６１ダイヤフラム６２排気圧室６３吸気圧室６４セットスプリング６５弁体６７吸気導入ポート８０補助スプリング８６ステップモータ９０燃料噴射ポンプ９１カム９２プランジャ９５制御スリーブ９８位置制御機構９９回転制御機構１００噴射ノズル１０１送油率可変機構１０８制御弁１２０コントロールユニット１２５エンジン回転数センサ１２６アクセル開度センサ１２７吸気温センサ１２８排気温センサ１２９吸気圧センサ１３０水温センサ１３１燃温センサ１３２触媒温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の運転条件を検出する手段と、機関
の排気通路から排気の一部を吸気系に還流する排気還流
通路とを備え、機関の運転条件に基づいて排気還流制御
手段が排気還流通路からの排気還流量を制御するディー
ゼル機関において、前記排気通路の下流にディーゼル機
関の排気雰囲気中でＮＯｘを還元可能な触媒を介装し、
該触媒温度を検出する手段と、機関の運転条件から排気
中のＨＣの濃度とＮＯｘの濃度を推定する排気濃度推定
手段と、前記触媒温度が所定値以上の場合に、排気中の
ＨＣとＮＯｘの濃度比が所定値以上となるように前記排
気還流通路からの排気還流量を増量補正する排気還流補
正制御手段とを設けたことを特徴とするディーゼル機関
の排気制御装置。
【請求項２】機関の運転条件を検出する手段と、機関
の運転条件に基づいて燃料噴射ポンプの燃料噴射時期を
制御する噴射時期制御手段と、機関の排気通路から排気
の一部を吸気系に還流する排気還流通路と、機関の運転
条件に基づいて排気還流通路からの排気還流量を制御す
る排気還流制御手段とを備えたディーゼル機関におい
て、前記排気通路の下流にディーゼル機関の排気雰囲気
中でＮＯｘを還元可能な触媒を介装し、該触媒温度を検
出する手段と、機関の運転条件から排気中のＨＣの濃度
とＮＯｘの濃度を推定する排気濃度推定手段と、前記触
媒温度が所定値以上の場合に、排気中のＨＣとＮＯｘの
濃度比が所定値以上となるように前記燃料噴射ポンプの
燃料噴射時期を遅角補正する噴射時期補正制御手段とを
設けたことを特徴とするディーゼル機関の排気制御装
置。
【請求項３】機関の運転条件を検出する手段と、機関
の運転条件に基づいて燃料噴射ポンプの燃料噴射時期を
制御する噴射時期制御手段と、燃料噴射率の可変機構
と、機関の排気通路から排気の一部を吸気系に還流する
排気還流通路と、機関の運転条件に基づいて排気還流通
路からの排気還流量を制御する排気還流制御手段とを備
えたディーゼル機関において、前記排気通路の下流にデ
ィーゼル機関の排気雰囲気中でＮＯｘを還元可能な触媒
を介装し、該触媒温度を検出する手段と、機関の運転条
件から排気中のＨＣの濃度とＮＯｘの濃度を推定する排
気濃度推定手段と、前記触媒温度が所定値以上の場合
に、排気中のＨＣとＮＯｘの濃度比が所定値以上となる
ように前記燃料噴射ポンプの燃料噴射時期を遅角補正す
ると共に燃料噴射率を低減補正する噴射補正制御手段と
を設けたことを特徴とするディーゼル機関の排気制御装
置。