JPH0544449A - デイーゼル機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒１１を適正温度に維持するために排気が
触媒１１をバイパスして排気圧力が変化しても、排気を
吸気系に戻す排気還流量を所望に維持し、窒素酸化物の
低減量を確保する。 【構成】 バイパス弁開度制御回路２３により排気バイ
パス弁１９の開度が設定され、この設定開度に応じて補
正制御回路４３は、ＥＧＲ弁開度制御回路３７により設
定されるＥＧＲ弁２９の開度の補正を行い、排気圧力変
化に応じた排気還流量を所望に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吸気系に排気を還流
させて窒素酸化物の発生を抑制する排気還流装置と、排
気通路に設けられる排気浄化用触媒とを備えたディーゼ
ル機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ディーゼル機関は、燃焼室内に
おける燃料の燃焼によって排気中にカーボンなどの排気
微粒子を含んでおり、これをそのまま大気中に放出する
と、環境汚染を招いて好ましくない。このような排気微
粒子の大気中への放出を積極的に防ぐために、排気通路
に多孔質のセラミックなどからなるフィルタを設け、こ
のフィルタを排気が通過することによって排気微粒子を
捕集する方法が、従来からよく知られている。この場
合、捕集した排気微粒子の堆積量が増大すると、排気圧
力が増大して機関性能に悪影響を及ぼすので、捕集した
排気微粒子を定期的に除去してフィルタの再生作業を行
う必要がある。このフィルタ再生作業は、フィルタ直前
に電気ヒータを設置し、このヒータ熱により排気微粒子
を発火燃焼させる方法が、特開昭５９−２０５１３号公
報に記載されている。この公報記載の技術は、フィルタ
をバイパスする排気バイパス通路を設け、フィルタ再生
時に、フィルタ直前に設けた開閉弁を閉じる一方、排気
バイパス通路に設けた開閉弁を開放して排気を排気バイ
パス通路に導き、フィルタ直前の閉じられた空間内の温
度を上昇し易くして排気微粒子の燃焼を促進させてい
る。

【０００３】このフィルタを用いた方法では、フィルタ
再生中に排気を排気バイパス通路に流し大気中に放出す
る構成であるので、特に機関負荷が高い運転領域など、
排出される排気微粒子の量が多い場合には、大気汚染を
招き好ましいものではない。

【０００４】一方、このような排気微粒子を捕集するフ
ィルタに対し、オープンハニカム触媒を用いて、排気微
粒子の低減が可能であることは、ＳＡＥ９００６００に
て公表されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ディーゼル
機関から排出される排気の温度は、５０℃〜３００℃程
度とガソリン機関に比べて低く、このため触媒を使用し
たものでは、排気微粒子を酸化燃焼させるための触媒の
活性化温度（約２５０℃）に到達する運転条件がかなり
限定されてしまって触媒の活性化が促進されず、触媒の
効果が得られないばかりか、触媒に排気微粒子が付着
し、触媒としての効果を維持できなくなるという問題が
ある。さらに、ディーゼル機関の燃料すなわち軽油中に
は、ガソリンと比較すると相当量の硫黄（Ｓ）分が存在
するため、この硫黄分が燃焼すると二酸化硫黄（Ｓ
Ｏ₂ ）となり、このＳＯ₂ は排気温度が高くなる高負
荷，高回転領域では、触媒により酸化されて硫酸塩とな
り白煙として多量に排出されるという問題もある。

【０００６】また、ディーゼル機関において排気中の窒
素酸化物（ＮＯｘ）を低減させるために三元触媒を用い
ることはできない。これは、混合気を常に理論空燃比付
近で燃焼させるガソリン機関とは異なり、ディーゼル機
関は常に過薄混合比での燃焼（λ＞１．５）だからであ
る。このため、不活性ガスであるＣＯ₂ を含む排気の一
部を吸気系に還流して燃焼室内での最高燃焼温度を下
げ、これにより窒素酸化物の生成を低減するという排気
還流（ＥＧＲ）装置を用いることが一般的となってい
る。この排気還流装置は、排気系と吸気系とを連通接続
する排気還流通路に、吸入負圧により開閉可能な排気還
流制御弁を備え、機関始動時など冷却水温度の低い運転
状態では排気還流量が少なくなるように制御している。

【０００７】ところで、前記した触媒における問題を防
ぐためには、触媒の上流側排気通路と下流側排気通路と
を連通接続するバイパス通路を設け、このバイパス通路
に設けた開閉弁を排気温度に応じて開閉制御し、触媒に
流入する排気流量を制御して触媒が適正な活性化温度に
維持されるようにすることが考えられる。そして、この
ような触媒温度を適正化する機能を設け、さらに前記Ｎ
Ｏｘを低減する排気還流装置を排気浄化装置に付加し、
排気の清浄化をより高めようとする場合、排気が触媒を
バイパスしている状態では、排気圧力が低下するので、
排気還流量が所望量より減少し、ＮＯｘ排出量を所望に
低減できないという問題がある。

【０００８】そこでこの発明は、触媒を適正温度に維持
するために排気が触媒をバイパスして排気圧力が変化し
ても、排気を吸気系に戻す排気還流量を所望に維持し、
窒素酸化物の低減量を確保することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
にこの発明は、図１に示すように、排気通路に設けられ
た触媒の上流側排気通路と下流側排気通路とを連通接続
するバイパス通路に設けられ、このバイパス通路を通過
する排気バイパス量を調整するバイパス流量調整手段２
２と、前記触媒の温度を検出可能な温度検出手段２５
と、この温度検出手段２５の検出信号を受けて前記バイ
パス流量調整手段２２を駆動制御するバイパス流量制御
手段２３と、運転状態を検出する運転状態検出手段４２
と、前記バイパス通路より上流側の排気通路と吸気系と
を連通接続する排気還流通路に設けられ、排気還流量を
調整する排気還流量調整手段３２と、この排気還流量調
整手段３２を前記運転状態検出手段４２の検出信号に応
じて駆動制御する排気還流量制御手段３７と、前記バイ
パス流量制御手段２３により設定された排気バイパス量
に応じて、前記排気還流量制御手段３７により設定され
る排気還流量を補正制御する補正制御手段４３とを有す
る構成としている。

【００１０】

【作用】このような構成のディーゼル機関の排気浄化装
置において、温度検出手段２５が検出した触媒温度に応
じてバイパス流量制御手段２３がバイパス流量調整手段
２２を駆動制御し、触媒をバイパスする排気バイパス量
を所望に変化させて触媒を適正な温度に維持する。一
方、運転状態検出手段４２によって検出された機関の運
転状態に応じて排気還流量制御手段３７が排気還流量調
整手段３２を駆動制御し、排気の吸気系への還流量を所
望に制御して窒素酸化物の排出量を低減させる。そし
て、上記排気バイパス量の変化に応じて補正制御手段４
３は、排気をバイパスすることによる排気圧力の変化し
た分、排気還流量制御手段３７により設定される排気還
流量を補正する。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１２】図２はこの発明の一実施例を示すディーゼ
ル機関の排気浄化装置の全体構成図である。ディーゼル
機関の機関本体１には、排気マニホールド３と吸気マニ
ホールド５とがそれぞれ装着され、排気マニホールド３
及び吸気マニホールド５には、排気通路としての排気管
７、及び吸気管９がそれぞれ接続されている。排気管７
の途中には、酸化触媒１１が設けられている。

【００１３】酸化触媒１１の上流側排気通路１３と、下
流側排気通路１５とは、排気バイパス通路１７で連通し
ており、排気バイパス通路１７には、ここを通過する排
気流量を調整する排気バイパス弁１９が設けられてい
る。排気バイパス弁１９は、例えば吸入負圧によって動
作するアクチュエータなどのバイパス弁駆動装置２１に
より開閉制御されて排気バイパス流量が制御される。排
気バイパス弁１９及びバイパス弁駆動装置２１によりバ
イパス流量調整手段２２を構成する。バイパス弁駆動装
置２１は、バイパス流量制御手段としてのバイパス弁開
度制御回路２３の指令信号に基づき駆動制御される。バ
イパス弁開度制御回路２３には、酸化触媒１１の下流側
端部近傍に設けられて触媒１１の温度を検出する温度検
出手段としての温度センサ２５の検出信号が入力され
る。

【００１４】バイパス弁開度制御回路２３は、図３に示
すように、温度センサ２５の検出する触媒１１温度がＴ
１以下と低い状態では、排気バイパス弁１９を若干開き
その後温度上昇に従って徐々に閉じて、低温状態の排気
の一部を排気バイパス通路１７に流し、触媒１１を保温
し保護する。触媒１１の温度がＴ１を超えた状態では、
排気温度がある程度昇温したことになるので、排気バイ
パス弁１９は全閉として昇温した排気をすべて触媒１１
に流し触媒１１を昇温させる。この全閉状態は温度Ｔ２
に達するまで維持する。触媒１１の温度がＴ２を超え高
温化すると、硫酸塩が発生しやすい状態となるので、排
気バイパス弁１９を徐々に開き高温の排気を排気バイパ
ス通路１７に逃がし、硫酸塩の増加を抑制する。

【００１５】上流側排気通路１３の排気マニホールド３
の近傍と、吸気管９の吸気マニホールド５の近傍とは、
排気還流通路２７により連通接続され、排気還流通路２
７にはここを通過する排気流量を調整する排気還流量調
整手段をとしての排気還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と呼
ぶ）２９が設けられ、これらにより吸気系に排気を還流
して排気中の窒素酸化物の発生量を低減する排気還流
（ＥＧＲ）装置を構成している。

【００１６】ＥＧＲ弁２９は、排気還流制御弁（ＥＧＲ
弁）駆動装置３１により開閉制御されて排気バイパス流
量が制御される。ＥＧＲ弁２９及びＥＧＲ弁駆動装置３
１は、排気還流調整手段３２を構成し、図４に示すよう
に、例えば排気還流通路２７を開閉する弁体３３を備え
た電磁弁３５で構成できる。ＥＧＲ弁駆動装置３１は、
排気還流量制御手段としてのＥＧＲ弁開度制御回路３７
の指令信号に基づき駆動制御される。ＥＧＲ弁開度制御
回路３７は、機関回転数Ｎを検出する回転センサ３９、
及び燃料噴射量Ｑを検出する負荷センサ４１の各検出信
号を入力する。回転センサ３９及び負荷センサ４１によ
り運転状態検出手段４２を構成し、これら各信号入力を
受けるＥＧＲ弁開度制御回路３７は、図５に示すよう
に、ＥＧＲ弁２９の開度を、低回転数時及び低負荷時に
おける領域Ａにて最大にし、この位置から回転数が高く
また負荷が高くなるに従って弁開度を徐々に小さくし、
領域Ｂでは全閉にする。

【００１７】補正制御回路４３は、図６に示すように、
バイパス弁開度制御回路２３により設定された排気バイ
パス弁１９の開度が増加し排気圧力が低下するのに応じ
て、ＥＧＲ弁２９の開度を徐々に増大させ、排気還流量
を徐々に増大させるよう補正制御する。この補正制御回
路４３，前記バイパス弁開度制御回路２３及びＥＧＲ弁
開度制御回路３７によりコントロールユニット４５を構
成している。

【００１８】次に、上記のように構成された排気浄化装
置の作用を、コントロールユニット４５の制御動作を示
す図７に示すフローチャートに基づき説明する。

【００１９】まず、回転センサ３９により検出した機関
回転数Ｎを読み込み（ステップ１０１）、さらに負荷セ
ンサ４１により検出した機関負荷（燃料噴射量）Ｑを読
み込み（ステップ１０３）、これらの検出値に基づき、
ＥＧＲ弁開度制御回路３７は、図５からＥＧＲ弁２９の
基本の開度を演算する（ステップ１０５）。次に、温度
センサ２５により検出した触媒１１の温度を読み込み
（ステップ１０７）、この検出値に基づき、バイパス弁
開度制御回路２３は、図３から排気バイパス弁１９の開
度を演算する（ステップ１０９）。

【００２０】ここで、バイパス弁開度制御回路２３で設
定された排気バイパス弁１９の開度信号は、補正制御回
路４３に出力され、補正制御回路４３はバイパス弁開度
制御回路２３による設定開度に応じて図６からＥＧＲ弁
開度の補正量を演算し（ステップ１１１）、補正後のＥ
ＧＲ弁の開度を設定する（ステップ１１３）。

【００２１】そして、前記ステップ１０９で設定された
排気バイパス弁１９の開度信号を、バイパス弁開度制御
回路２３がバイパス弁駆動装置２１に信号出力する（ス
テップ１１５）とともに、補正後に設定されたＥＧＲ弁
２９の開度信号を、ＥＧＲ弁開度制御回路３７がＥＧＲ
弁駆動装置３１に信号出力する（ステップ１１７）。

【００２２】この結果、排気バイパス弁１９は、触媒１
１の温度に応じた排気バイパス量が得られるよう所望の
開度に維持される。すなわち、触媒１１の低温時にはこ
の低温の排気が触媒１１をバイパスすることで触媒１１
が保温され、その活性化が促進され、触媒１１への排気
微粒子の付着量も低減する。また、触媒１１の高温時に
も、この高温の排気が触媒１１をバイパスし、これによ
り触媒１１の過熱が防止されて硫酸塩の増加が抑制され
る。また、ＥＧＲ弁２９は排気バイパス弁１９の開度に
応じた前記補正後の所望の開度に維持される。この補正
量は、排気バイパス弁１９の開度が大きくなって排気圧
力が低下するに伴って大きくしているので、排気圧力の
低下による排気還流量の低下は防止され、窒素酸化物の
低減は達成される。このため排気が吸気系に還流されて
いる状態で、触媒１１を排気の一部がバイパスされてい
ても、排気還流量は所望に維持され、窒素酸化物の低減
と、触媒１１の保護すなわち低温排気での保温による活
性化、及び高温排気での硫酸塩の増加防止とが、達成さ
れる。

【００２３】図８は、この発明の他の実施例による制御
動作例を示すフローチャートである。この実施例は、触
媒１１の温度が所定温度以下の低温状態が継続した場合
に、この継続時間をタイマで計測し、この計測時間に応
じて図９のように排気バイパス弁１９の開度を補正し、
触媒１１の保温をより一層高めるようにしたものであ
る。すなわち、ステップ１０７にて触媒１１の温度（Ｔ
cat ）を読み込んだ後、Ｔcat が所定値Ｔ以下かどうか
を判断し（ステップ２０１）、これと同時にタイマが起
動する。ここで、Ｔcat ≦Ｔのときには、タイマをイン
クリメントして低温状態の継続時間を計測し（ステップ
２０３）、Ｔcat ＞Ｔのときにはタイマをクリアする
（ステップ２０５）。そして、ステップ１０９での排気
バイパス弁１９の基本バイパス開度演算に加え、前記タ
イマによる計測時間に応じたバイパス弁開度の補正量を
演算し（ステップ２０７）、要求バイパス開度を演算す
る（ステップ２０９）。

【００２４】これにより、排気バイパス弁１９の開度
は、触媒１１の低温継続時間に応じて大きくなり、これ
に伴い排気バイパス量も増大して触媒１１に流入する低
温排気が少なくなり、触媒１１の保温を確実に達成で
き、その活性化が早期に達成され、触媒１１への排気微
粒子の付着量も低減する。低温継続時間が長くなると、
これに伴い触媒１１をバイパスして大気中に放出される
排気の量が多くなるが、このような状態はアイドル運転
時と考えられ、ディーゼル機関ではもともと空気量が多
いので、特にアイドル運転状態では排気はクリーンであ
り、特に問題となることはない。

【００２５】なお、上記実施例では、排気バイパス弁１
９の開度量に基づき、排気バイパスによる排気圧力の変
化を補正するものであるが、この排気圧力を直接検出し
ようとする場合には、排気圧力の変化量は極めて小さい
ため、高精度の圧力センサが必要となってコストアップ
を招き、しかも排気圧力の微妙な変動をキャンセルする
ために、単純なフィルタであると高精度センサを用いた
意味がなくなることからフィルタリングの最適化が難し
くなるなどの問題があるので適切ではない。

【００２６】また、本実施例の触媒の担体は、オープン
ハニカム，ペレット，フォームなど、どのようなもので
も良いことは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたようにこの発明によれ
ば、触媒保護のために触媒に対する排気バイパスを行う
際に、この排気バイパス量に応じ、排気を吸気系に戻す
排気還流量を適正に補正制御するようにしたので、触媒
保護による触媒性能の維持に加え、窒素酸化物を所望に
低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の、クレーム対応図である。

【図２】この発明の一実施例を示す全体構成図である。

【図３】触媒温度に対応する排気バイパス弁の開度特性
図である。

【図４】排気バイパス弁の一例を示す説明図である。

【図５】機関回転数と機関トルクとによる排気還流量の
変化特性図である。

【図６】排気バイパス弁の開度に対応するＥＧＲ弁開度
の補正量特性図である。

【図７】コントロールユニットの制御動作を示すフロー
チャートである。

【図８】この発明の他の実施例によるコントロールユニ
ットの制御動作を示すフローチャートである。

【図９】上記他の実施例におけるタイマ計測時間に対応
する排気バイパス弁開度の補正量特性図である。

【符号の説明】

１１ 触媒 １３ 上流側排気通路 １５ 下流側排気通路 １７ バイパス通路 １９ 排気バイパス弁（バイパス流量調整手段） ２１ バイパス弁駆動装置（バイパス流量調整手段） ２３ バイパス弁開度制御回路（バイパス流量制御手
段） ２５ 温度センサ（温度検出手段） ２７ 排気還流通路 ２９ 排気還流制御弁（排気還流量調整手段） ３１ 排気還流制御弁駆動装置（排気還流量調整手段） ３７ 排気還流制御弁開度制御回路（排気還流量制御手
段） ３９ 回転センサ（運転状態検出手段） ４１ 負荷センサ（運転状態検出手段） ４３ 補正制御回路（補正制御手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に設けられた触媒の上流側排気
   通路と下流側排気通路とを連通接続するバイパス通路に
   設けられ、このバイパス通路を通過する排気バイパス量
   を調整するバイパス流量調整手段と、前記触媒の温度を
   検出可能な温度検出手段と、この温度検出手段の検出信
   号を受けて前記バイパス流量調整手段を駆動制御するバ
   イパス流量制御手段と、運転状態を検出する運転状態検
   出手段と、前記バイパス通路より上流側の排気通路と吸
   気系とを連通接続する排気還流通路に設けられ、排気還
   流量を調整する排気還流量調整手段と、この排気還流量
   調整手段を前記運転状態検出手段の検出信号に応じて駆
   動制御する排気還流量制御手段と、前記バイパス流量制
   御手段により設定された排気バイパス量に応じて、前記
   排気還流量制御手段により設定される排気還流量を補正
   制御する補正制御手段とを有することを特徴とするディ
   ーゼル機関の排気浄化装置。