JPH07117006B2 - デイ−ゼル機関用排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ディーゼル機関の排ガスを浄化し、エミッシ
ョンを良好に制御するディーゼル機関用排ガス浄化装置
に関する。

［従来の技術］ 従来より、ディーゼル機関の排ガスからNOxを低減する
ために各種の浄化装置が提案されている。排ガス再循環
制御装置（以下、EGR制御装置という）は、その中の一
つであり、ディーゼル機関の吸気系と排気系とをEGR制
御弁を介して連結し、吸気系の負圧によって吸気系に導
入される排ガス量（還流量）をEGR制御弁の開口度を調
整することにより制御している。これにより、吸入空気
に適量の排ガスが混入されることになり、該吸入空気の
含有している酸素量が減少するため確実にNOxの低減が
達成され、その効果は顕著で、今日広く利用されるに至
っている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記のごときEGR制御装置にあっても未だに十
分なものではなく、次のような問題点があった。

EGR制御装置において、排ガスの還流量は、上記した構
成より明らかなごとく、吸気系の負圧およびEGR制御弁
の開口度によって制御されることになる。従って、ディ
ーゼル機関の吸入空気量（吸気系の負圧）が大きく変動
するような運転状態下にあっては、その変化に伴って還
流量も大きく変動してしまい、いかにEGR制御弁を精密
に制御しようともこの変動を補償することは困難であっ
た。このような状況下、還流量が所望値より大きくなっ
たときには黒煙・白煙が排出され、ディーゼル機関出力
の著しい低下が発生し、更には失火を招来する可能性も
あり、一方、還流量が所望値より小さければ、十分なNO
xの浄化を行うことができず、エミッションを良好に維
持することができない。

上記のような運転状態は、特にディーゼル機関の平均の
吸入空気量が少ないアイドル運転時において顕著であ
り、従って、従来のEGR制御装置は、ディーゼル機関の
回転数が所定値よりも大きくなったときのみ作動するよ
うに設計されていた。

また、近年にあっては、ディーゼル機関の振動・騒音の
低減の面から、ディーゼル機関のアイドル運転時に吸入
空気量を強制的に減少させる絞り弁を吸気管に設けた機
関も提案されているが、この種の機関にあってはEGR制
御弁のみで排ガスの還流量を制御することは一層困難で
あった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
ディーゼル機関の吸入空気量が大きく変動する運転状況
下にあっても安定して排ガスの浄化を実行することがで
き、確実にNOxを低減し、エミッションを良好に制御す
るディーゼル機関用排ガス浄化装置を提供することを目
的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記、問題点を解決するために本発明の構成した手段は
第１図の基本的構成図に示すごとく、 ディーゼル機関DEの吸入空気の含有酸素量を減少させ、
該ディーゼル機関DEの排ガス浄化を達成するディーゼル
機関用排ガス浄化装置において、 前記ディーゼル機関DEの吸入空気量を検出する吸気量検
出手段C1と、 前記ディーゼル機関DEの吸気系に設けられ、前記吸入空
気を用いた燃料の燃焼を実行する吸気系燃焼手段C2と、 前記吸気量検出手段C1の検出結果に基づいた量の燃料を
前記吸気系燃焼手段C2に供給する吸気系燃料供給手段C3
と を備えることを特徴とするディーゼル機関用排ガス浄化
装置をその要旨としている。

［作用］ 本発明のディーゼル機関用排ガス浄化装置において吸気
量検出手段C1とは、ディーゼル機関DEの吸入空気量を検
出するものであり、吸入空気量に従った出力を生じる各
種の装置で実現される。例えば、エアフロメータ等のよ
うに直接空気量を測定するもの、あるいは吸気系の圧力
を計測して空気量を算出するもの等いずれであってもよ
い。

吸気系燃焼手段C2とは、ディーゼル機関DEの吸入空気を
用いて燃料を燃焼するものであり、ディーゼル機関DEの
吸気系に設けられている。すなわち、ディーゼル機関の
シリンダ内に取り込まれ、燃料の燃焼に使用される吸入
空気を、シリンダ内に取り込まれる以前の吸気系におい
て、他の燃料の燃焼に使用するのである。従って、この
吸気系燃焼手段C2を通過する吸入空気は、吸気系燃料手
段C2によって燃焼される燃料の量に応じた量だけ含有酸
素量が減少することになり、この含有酸素量の減少した
吸入空気がディーゼル機関のシリンダに取り込まれて機
関の利用に供される。

このような吸気系燃焼手段C2は、例えば従来より知られ
ている燃料噴射弁を吸気系に設け、該燃料噴射弁から噴
射される燃料を吸気系に露出している高温のヒータに吹
き付ける等の構成により簡単に実現される。

吸気系燃料供給手段C3とは、上記吸気量検出手段C1の検
出結果に基づいて、上記吸気系燃焼手段C2に供給する燃
料量を制御するものである。吸気系燃焼手段C2で燃焼さ
せる燃料量に応じて、吸気系にて消費される酸素量が決
定されるが、この燃料量を吸気量検出手段C1の検出結果
に基づいて本吸気系燃料供給手段C3が決定し、吸気系燃
焼手段C2に供給するのである。これは、吸気量をパラメ
ータとした演算を実行し、あるいはマップを検索する制
御回路等により構成することができる。また、この際
に、過去の履歴を学習し、供給する燃料量を補正する、
いわゆる学習制御等の各種の制御技術を適宜採用しても
よい。

なお、従来実公昭60−39505号公報に開示される考案に
よれば、内燃機関の吸気系で燃料の燃焼を実行するもの
が知られている。しかし、上記考案は吸気系を流動して
いる吸入空気を用いて燃料の燃焼をしているのではな
く、該吸入空気を加熱する目的で、吸入空気とは別系統
の空気を用いた燃料の燃焼を実行するものである。従っ
て、本願発明と比べ、その構成・作用・効果を総て異に
する別異の技術的思想である。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を挙
げて説明する。

［実施例］ 第２図は、実施例のディーゼル機関用排ガス浄化装置を
搭載するディーゼル機関およびその周辺装置の概略構成
図である。

ディーゼル機関10のシリンダ12には、シリンダヘッド14
が冠せられており、このシリンダヘッド14に穿設される
排気ポート16には排気マニホールド18が、また、吸気ポ
ート20には吸気マニホールド22が連結されている。排気
マニホールド18と吸気マニホールド22との連通する排ガ
ス還流管24の途中には、EGR制御弁26が配設されてお
り、気圧制御ポンプ27により調節される制御管26A内の
圧力に応じて上記連通する排ガス還流管24の有効面積を
変更して吸気系に還流する排ガス量を制御している。

吸気マニホールド22には、吸入空気の流れに従っての上
流より、吸入される空気の量を測定するための周知のエ
アフロメータ28、アクセルペダル30の踏み込み量が検出
されないアイドル時に吸入空気量を制限するために作動
する吸気絞弁32、および、吸気系燃料燃焼装置としてコ
イル34と吸気管燃料噴射弁36とが設けられている。ここ
で吸気系燃料燃焼装置とは、エアフロメータ28で計測さ
れた吸入空気を用いた燃料の燃焼を実行するもので、ま
ず燃焼スイッチ38を閉成してコイル34を加熱し、これに
吸気管燃料噴射弁36から加圧ポンプ40によって加圧され
た燃料タンク42内の燃料を吹き付けることで、所望量の
燃料の燃焼を実行するものである。

その他、ディーゼル機関10は通常と同様の構成であり、
周知のようにアクセルペダル30に連動してアクセルレバ
ー50が回転するとその回転量に応じた燃料量を加圧し、
クランク回転角度に同期してその加圧燃料を燃料圧送用
高圧管52に分配供給する燃料噴射ポンプ54を備えてい
る。そして、これにより燃料圧送用高圧管52を介して圧
送されて来た燃料は、吸気ポート20に形成される副燃焼
室56に突出して設けられている燃焼噴射弁58によってシ
リンダ12内に噴出され、機関の機械的出力が得られるの
である。

なお、アクセルペダル30に連結されるアイドルスイッチ
60はアクセルペダル30が踏込み操作されないときにのみ
信号出力を出すものであり、シリンダ12に装着される水
温センサ62はディーゼル機関10の冷却水温に従った信号
を、また、回転数センサ64はディーゼル機関10のクラン
ク回転信号を出力するものであり、共にディーゼル機関
10の運転状況を把握するために必要な情報を与える。

上記各構成機器は電子制御装置70によって集中的に管
理、制御されている。図のように電子制御装置70とは、
マイクロコンピュータを中心に構成される論理回路であ
り、72は各センサより出力されるデータを制御プログラ
ムに従って入力及び演算すると共に、各種装置を作動制
御等するための処理を行うCPU、74は制御プログラム及
び初期データが格納されるROM、76は電子制御回路70に
入力されるデータや演算制御に必要なデータが一時的に
読み書きされるRAM、78は前述したエアフロメータ28、
アイドルスイッチ60、水温センサ62および回転数センサ
64等の各センサからの情報を入力し、また、気圧制御ポ
ンプ27、吸気絞弁32、吸気管燃料噴射弁36および燃焼ス
イッチ38へ駆動出力を出す入出力ポートからなる。

以上のような構成のディーゼル機関のシステムにあっ
て、ディーゼル機関10は燃料噴射ポンプ54の作動によ
り、アクセルペダル30の踏込み量に基づいた分だけの燃
料の供給を受けて作動する。また、アクセルペダル30が
アイドル状態となったときには、その状態に見合った量
の燃料が燃料噴射ポンプ54から供給されることはもちろ
ん、アイドルスイッチ60がアイドル状態であることを検
出して電子制御装置70へその情報を出力すると、電子制
御装置70は吸気絞弁32を作動させてディーゼル機関10の
アイドル時騒音，振動の低減を達成する。

そして、更に、電子制御装置70は、ROM74に予め記憶さ
れている排ガス浄化プログラムを実行することにより、
前記した各構成機器を以下のごとく制御する。

第３図が、その排ガス浄化プログラムのフローチャート
である。このプログラムは、図示しないディーゼル機関
10の始動スイッチが閉成されたときに処理が開始され、
その後ディーゼル機関10が停止されるまでの間CPU72に
よって所定クランク角度毎に、あるいは所定時間毎に繰
り返し実行される。

まず、本プログラムの処理が開始されると、CPU72は現
在のディーゼル機関10の運転状況を知るための情報の入
力を行う（ステップ100）。すなわち、アイドルスイッ
チ60や水温センサ62等の最新の出力情報を取り込むので
ある。そして、続くステップ110で、上記情報から判断
してEGR制御装置を作動させる条件が成立しているか否
かの判断を行う。これは、周知のように、EGR制御装置
をディーゼル機関10が安定した運転状態であるときのみ
作動させて排ガス浄化を達成するもので、例えばディー
ゼル機関10の冷却水温等から定常運転状態であるか否か
を判断し、冷間状態であると判断したときはEGR制御は
不能であるとしてステップ120へ進み、EGR制御弁26を閉
弁させるため気圧制御ポンプ27に駆動出力を出して本プ
ログラムを終了する。

一方、EGR制御が可能であるとステップ110で判断される
と、処理はステップ130へと進み、ここでアイドルスイ
ッチ60の出力状態から現在ディーゼル機関10がアイドル
運転状態か否かが判断される。これは、EGR制御弁26の
開口度調整による排ガス還流によっても、十分な精度で
吸入空気中に所望割合の排ガスを混入することができる
とき、すなわち、ディーゼル機関10がアイドル運転状態
でなく、吸気空気量が多いときを判断するものであり、
ここで、アイドル運転状態でないと判断されたときには
従来より周知のEGR制御弁26の開口度制御（ステップ14
0）が実行される。また、アイドル運転状態であると判
断されたときには、CPU72はEGR制御弁26を全閉状態とし
（ステップ150）、燃焼スイッチ38の閉成およびエアフ
ロメータ28の出力から現在の出口機関の吸入空気量の演
算を行い（ステップ160）、その演算結果に基づいて吸
気管燃料噴射弁36からの噴出燃料量（燃料噴射時間）の
演算が行われる（ステップ170）。そして、ステップ170
での演算結果に従った時間燃料噴射弁36が開弁されると
（ステップ180）、既に加熱されている燃焼コイル34に
その燃料が吹き付けられて吸気マニホールド22内での燃
料の燃焼が行われ、本プログラムを終了する。

以上のごとく、構成，作動する本実施例のディーゼル機
関用排ガス浄化装置によれば、以下のごとき効果が得ら
れる。

まず、ディーゼル機関10が通常の安定した運転状態下に
あっては、従来同様にEGR制御弁26を介した排ガスの還
流量制御により吸入空気中の含有酸素量は所望量だけ低
下して、NOxの低減が達成される。しかも、そのようなE
GR制御弁26の開口度に依存した排ガスの還流量制御が不
可能であるとき、すなわち、ディーゼル機関10の吸入空
気量が少ないアイドル運転時にあっても、吸入空気量に
基づいた燃料量が吸気マニホールド22内で燃焼させるこ
とから明らかなように、吸入空気から該燃焼される燃料
量に基づいた量だけの酸素が消費され、ディーゼル機関
10のシリンダ12に取り込まれる吸入空気の含有酸素量は
低減される。このため、アイドル運転状態にあってもNO
xの発生は確実に抑えられエミッションを極めて良好に
保つことができる。

しかも、本実施例のごとく、アイドル運転時にあって吸
気絞弁32を作動させ、騒音・振動を低減するシステムで
あり、吸入空気量が極端に少なくなるものに対しても、
そのときの吸入空気量を実測し、かつ、応答性の高い吸
気管燃料噴射弁36の開弁制御を実行するのみで迅速かつ
精度良く含有酸素量の低減、すなわち、NOx発生の抑制
が達成できるのである。

なお、以上のように本実施例では、吸気マニホールド22
内において燃焼コイル34が高温となり、かつ、燃料の燃
焼が実行されることから吸入空気温を高める副次的効果
がある。従ってディーゼル機関10の冷間時にこれらを作
動させて始動特性を向上できる。

［発明の効果］ 以上、実施例を挙げて詳述したように本発明のディーゼ
ル機関用排ガス浄化装置は、ディーゼル機関の吸気系に
おいて吸入空気量に基づいた燃料の燃焼が実行される。
このため、吸入空気から所望量の含有酸素量を減少させ
ることができ、確実にNOxの発生を抑制することができ
る。しかも、制御の応答性が高いことから、ディーゼル
機関が低回転域で運転していようとも精度高く含有酸素
量の減少が達成できるので、アイドル運転時にあっても
NOxを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のディーゼル機関用排ガス浄化装置の基
本的構成を示す基本構成図、第２図は実施例のディーゼ
ル機関用排ガス浄化装置を搭載したディーゼル機関シス
テムの概略構成図、第３図は同実施例にて実行される排
ガス浄化プログラムのフローチャートを示している。 DE……ディーゼル機関 C1……吸気量検出手段 C2……吸気系燃焼手段 C3……吸気系燃料供給手段 28……エアフロメータ 34……燃焼コイル 36……吸気管燃料噴射弁 60……アイドルスイッチ 70……電子制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼル機関の吸入空気の含有酸素量を
   減少させ、該ディーゼル機関の排ガス浄化を達成するデ
   ィーゼル機関用排ガス浄化装置において、 前記ディーゼル機関の吸入空気量を検出する吸気量検出
   手段と、 前記ディーゼル機関の吸気系に設けられ、前記吸入空気
   を用いた燃料の燃焼を実行する吸気系燃焼手段と、 前記吸気量検出手段の検出結果に基づいた量の燃料を前
   記吸気系燃焼手段に供給する吸気系燃料供給手段と を備えることを特徴とするディーゼル機関用排ガス浄化
   装置。