JPH05312109A - ディーゼル機関の排気制御装置 - Google Patents

ディーゼル機関の排気制御装置

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JPH05312109A
JPH05312109A JP4117671A JP11767192A JPH05312109A JP H05312109 A JPH05312109 A JP H05312109A JP 4117671 A JP4117671 A JP 4117671A JP 11767192 A JP11767192 A JP 11767192A JP H05312109 A JPH05312109 A JP H05312109A
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exhaust gas
exhaust
nox
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gas recirculation
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • High-Pressure Fuel Injection Pump Control (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
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