JPH0744730Y2

JPH0744730Y2 - デイ−ゼルエンジン用排出ガス後処理装置

Info

Publication number: JPH0744730Y2
Application number: JP1987023814U
Authority: JP
Inventors: 一俊森; 保昭熊谷
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2002-02-20
Also published as: JPS63132819U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、ディーゼルエンジンの排気系に付設される排
出ガス後処理装置に関し、特に、大型車両（例えば、ト
ラック）にそなえて好適のディーゼルエンジン用排出ガ
ス後処理装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、大型車両用ディーゼルエンジンの排気系には、デ
ィーゼルエンジンの燃焼室から排出される可燃焼で微粒
の炭化化合物であるパティキュレートを捕集するための
捕集部材（フィルタ）が設けられており、これによりデ
ィーゼルパティキュレートが排気口から排出されずに捕
集されるようになっている。

そして、捕集部材に堆積したディーゼルパティキュレー
トは、車両の高負荷運転等において排出される高温（例
えば、400℃以上）の排気を受けて自然燃焼（以下、
「自燃」という。）するようになっており、自燃が生じ
ない場合において、ディーゼルパティキュレートの燃焼
（以下「再生」という。）を行なわせるべく、排気温度
を上昇させる再生装置が付設されている。

また、大型車両用ディーゼルエンジンの排気系において
は容量の小さい捕集部材を配設するのに、排気通路の一
部分に、並列に分岐した複数の分岐排気通路を形成して
いて、各分岐排気通路に上述の捕集部材が介挿されてい
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来ディーゼルエンジン用排出ガス後処
理装置では、高負荷状態にならない中低負荷状態でエン
ジンを連続運転すると、捕集部材におけるディーゼルパ
ティキュレートの堆積量が増大して、目詰まりを起こす
という問題点がある。

この目詰まりを防止すべく、中低負荷状態での排気温度
でも、十分自燃を行なわせるべく、低温用触媒（例え
ば、白金）付き捕集部材を用いることが考えられるが、
高負荷運転領域で主として運転されるトラック等におい
ては、高温の排気が捕集部材へ供給されてしまうことが
多いので、高温用触媒付き捕集部材では大気開放されて
いたSO₂が触媒によりSO₃へ変化してしまい、このSO₃がH
₂SO₄へ変化しやすく、このH₂SO₄がパティキュレートに
付くことにより、大量のパティキュレートがフィルタに
トラップされるという問題点がある。

これに対して、低温用触媒付き捕集部材への高温排気の
供給を防止して、高温排気を迂回させることも考えられ
るが、単に高温排気を大気へ放出するのでは、ディーゼ
ルパティキュレートの捕集を十分に行なえない。

また、エンジンの全運転領域に適合する触媒は、未だ開
発されていない。

本考案は、このような問題点を解決しようとするもの
で、排気が高温の場合にも、ディーゼルパティキュレー
トを大気放出することなく、低温用触媒付き捕集部材へ
の高温排気の供給を防止することができるようにした、
ディーゼルエンジン用排出ガス後処理装置を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本考案のディーゼルエンジン用排出ガス後処
理装置は、ディーゼルエンジンの排気系に介挿されて燃
焼室から排出されるディーゼルパティキュレートを捕集
するための捕集部材をそなえ、上記排気系が、上記燃焼
室からの排気を排出するための共通排気通路と、同共通
排気通路の下流側端部における接続部に接続される第１
および第２の分岐排気通路とをそなえて構成されるとと
もに、上記捕集部材が、上記第１の分岐排気通路に介挿
された高温用触媒付き捕集部材と、上記第２の分岐排気
通路に介挿された低温用触媒付き捕集部材とからなり、
上記接続部から上記低温用触媒付き捕集部材よりも上流
側の上記第２の分岐排気通路までの間に介挿されて上記
第２の分岐排気通路を閉鎖するための開閉弁と、同開閉
弁を開閉駆動するためのアクチュエータとが設けられる
とともに、上記開閉弁から上記燃焼室までの間に配設さ
れて排気温度を検出するための温度センサと、同温度セ
ンサからの検出信号に基づき排気温度が所定温度よりも
高いとき上記アクチュエータへ閉鎖制御信号を出力する
制御手段とが設けられたことを特徴としている。

〔作用〕

上述の本考案のディーゼルエンジン用排出ガス後処理装
置では、制御手段が、温度センサからの検出信号を受け
て排気温度が所定温度よりも高いことを検出した場合に
は、アクチュエータへ開閉弁の閉鎖制御信号を出力す
る。これにより、低温用触媒付き捕集部材の介挿された
第２の分岐排気通路が閉鎖され、排気が、共通排気通路
および第１の分岐排気通路を通じて高温用触媒付き捕集
部材へ供給され、ディーゼルパティキュレートが除去さ
れて浄化された排気が、排気口を通じて大気開放され
る。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の実施例について説明すると、
第１〜８図は本考案の一実施例としてのディーゼルエン
ジン用排出ガス後処理装置を示すものである。

第１図に示すように、大型車両としてのトラック用ディ
ーゼルエンジン１の給気系２における給気通路2aには、
上流側から順にエアクリーナ３および吸気弁15が設けら
れている。

また、ディーゼルエンジン１の排気系４は、ピストン13
の頂部に形成された燃焼室1aからの排気を送給するため
に共通排気通路4aと、この共通排気通路4aの下流側端部
における接続部６に接続される第１および第２の分岐排
気通路4b,4cと、第１および第２の分岐排気通路4b,4cの
下流側端部における接続部６′に接続される共通排気通
路4dとをそなえて構成されている。

共通排気通路4aには、排気弁16が設けられるとともに、
排気温度T_EXを検出するための温度センサ11fが配設され
ており、その下流側端部における接続部６には、第２の
分岐通路4cを閉鎖しうる開閉弁８が設けられている。こ
の開閉弁８は、常時中立位置8Aに付勢されており、後述
するアクチュエータ９の駆動力を受けて、高温用制御位
置（第２の分岐排気通路閉鎖位置）8B［または低温用制
御位置（第１の分岐排気通路閉鎖位置）八Ｃ］へ駆動さ
れる。

第１の分岐排気通路4bには、高温用触媒（例えば、ペロ
ブスカイト）付き捕集部材としてのセラミック製ディー
ゼルパティキュレートトラップ5aが介挿されており、こ
のディーゼルパティキュレートトラップ5aの上流側圧力
P_I1および下流側圧力P₀₁を検出すべく圧力センサ11bか
ら圧力検出通路19a,19bが接続している。

第２の分岐排気通路4cには、低温用触媒（例えば、白
金）付き捕集部材としてのセラミック製ディーゼルパテ
ィキュレートトラップ5bが介挿されており、このディー
ゼルパティキュレートトラップ5bの上流側圧力P_I2およ
び下流側圧力P₀₂を検出すべく圧力センサ11_cから圧力検
出通路19c,19dが接続している。

共通排気通路4dには、マフラー７が介挿されている。ま
た、エンジン１には、クランク軸20からの回転駆動力を
受けて燃料を圧送するための燃料噴射ポンプ12が設けら
れており、この燃料噴射ポンプ12からの加圧燃料を受け
て燃焼室1aに噴射するための燃料噴射装置（インジェク
タ）14が設けられている。

さらに、第２図に示すように、センサ群11からの検出信
号を受けて再生手段17等へ制御信号を出力するための制
御手段（ECU）10が設けられていて、この制御手段10
は、エンジン運転状態に応じたマップを有するメモリ
（ROM）18と接続している。

センサ群11は、第1,2,6図に示すように、ディーゼルエ
ンジン１の運転領域Ｚがどの運転領域Z_A〜Z_Eであるか判
定すべく、ディーゼルエンジン１のエンジン回転数Ｎを
検出するエンジン回転数センサ11dおよびディーゼルエ
ンジン１の出力トルクＴを検出する出力トルク検出手段
（負荷センサ）11eから構成される運転領域センサ11a
と、触媒付きディーゼルパティキュレートトラップ5a,5
bの上流側検出圧力P_I1，P_I2と下流側検出圧力P₀₁，P₀₂
との差圧ΔＰ［（＝P_I1−P₀₁）または（＝P_I2−P₀₂）］
を検出するための再生時期検出手段を構成するための圧
力センサ11b,11cと、上述のエンジン回転数センサ11d
と、燃料噴射量や空気量とエンジン回転数との比に基づ
き出力トルクを求める上述の出力トルク検出手段11e
と、共通排気通路4aに介挿されて燃焼室1aからの排気の
温度を検出する排温センサ11fと、燃料噴射ポンプ12の
ラック位置を検出するラック位置センサ11gとをそなえ
て構成されている。

制御手段10は、通常の燃料噴射量および燃料噴射時期
［このときの燃料噴射時期は標準燃料噴射時期（第７図
中の符号C₁参照）］の制御機能をそなえるとともに、第
１〜第６の制御部10a〜10fをそなえて構成されており、
第１の制御部10aは、排温センサ11fからの排気温度T_EX
が所定温度T₀以上になったとき開閉弁８を高温位置8Bへ
移動させるべくアクチュエータ９へ制御信号を出力する
ためのものであり、これにより、低温用触媒付きディー
ゼルパティキュレートトラップ5bへ高温の排気を送るこ
とがない。第２の制御部10bは、再生時期開始手段とし
て構成されており、圧力センサ11b,11cからの検出信号
とメモリ18からの各ディーゼルパティキュレートトラッ
プ5a,5bにおけるパティキュレート（Pct）限界堆積時の
フィルタ圧損信号［第５図参照］とを比較して、ΔＰ＞
Plであれば、再生手段17を作動させる。

第３の制御部10cは、再生時期終了手段として構成され
ており、再生中の圧力センサ11b,11cからの検出信号と
メモリ18からの再生中のディーゼルパティキュレートト
ラップ5a,5bにおけるフィルタの所期圧損信号［第４図
参照］とを比較して、ΔＰ≦P₀であれば、再生手段17を
全て停止する。

また、第４の制御部10dは、運転領域センサ11aからの検
出信号に基づきエンジン１の運転領域Ｚが第１の再生
（吸気絞り制御）領域Z_Bであることを判定したときに、
吸気絞り機構11aを作動させるものである。

さらに、第５の制御部10eは、運転領域センサ11aからの
検出信号に基づきエンジン１の運転領域Ｚが第２の再生
［吸気絞りとタイミングリタード（またはタイミングア
ドバンス）との同時制御］領域Zcであるときに、吸気絞
り機構11aと燃料噴射時期遅角機構17c（または燃料噴射
時期進角機構17d）とを同時に作動させるものである。

つぎに、第６の制御部10fは、運転領域センサ11aからの
検出信号に基づきエンジン１の運転領域Ｚが第３の再生
［吸気絞りとタイミングリタード（またはタイミングア
ドバンス）と排気絞り］領域Z_Dであるときに、吸気絞り
機構11aと燃料噴射時期遅角機構17c（または燃料噴射時
期進角機構17d）と排気絞り機構17bとを同時に作動させ
るためのものである。

再生手段17は、第２図に示すように、吸気弁15を絞るこ
とにより燃焼室1a内へ送られる冷気を制限して排気温度
を上昇させる吸気絞り機構17aと、排気弁16を絞ること
によりエンジン負荷を増加させるとともに燃料噴射量を
増加する排気絞り機構17bと、燃料噴射装置14から燃焼
室1a内へ噴射される燃料噴射時期を遅角させるための燃
料噴射時期遅角機構（タイミングリタード機構，第６図
および第８図中の符号C₂参照）17cと、燃料噴射時期を
進角させるための燃料噴射時期進角機構（タイミングア
ドバンス機構，第８図中の符号C₃参照）17dとをそなえ
て構成されている。

これらの燃料噴射時期遅角機構17cおよび燃料噴射時期
進角機構17dは、燃料噴射時期制御装置17eを構成してい
る。

また、開閉弁駆動用アクチュエータ９は、接続部６に配
設された開閉弁８を、第１および第２の分岐排気通路4
b,4cをともに共通排気通路4aに連通させる中立位置8Aか
ら第１の分岐排気通路4bのみを共通排気通路4aに連通さ
せる高温位置（第２の分岐排気通路閉鎖位置）8Bへ駆動
したり、第２の分岐排気通路4cのみを共通排気通路4aに
連通させる低温位置（第１の分岐排気通路閉鎖位置）8C
へ駆動したりするもので、このアクチュエータ９として
は、圧縮エア供給源からの圧縮エアや圧油を電磁弁を通
じ受けて駆動される流体圧式アクチュエータや電磁式ソ
レノイドにより駆動される電磁式アクチュエータが用い
られる。

なお、吸気弁15および排気弁16の各アクチュエータは図
示を省略されている。

本考案の実施例としてのディーゼルエンジン用排出ガス
後処理装置は上述のごとく構成されているので、第３図
に示すように、制御手段10により、燃料噴射量および燃
料噴射時期を制御されている状態で、各センサ11a〜11g
からの検出信号を入力するとともに（ステップb1）、第
１の制御部10aにより、ステップb2,b3において、開閉弁
８の開閉駆動が行なわれ、低温用触媒付きディーゼルパ
ティキュレートトラップ5bへ高温の排気が供給されるこ
となく、したがって、SO₃が発生しないので、H₂SO₄が発
生するのも防止できる。

また、第２の制御部10bにより、再生時期の開始が検出
されると（（ステップb4）、第３の制御部10cにより再
生時期の終了が検出されるまで（ステップb5）、再生促
進状態が維持される。

再生促進状態においては、第３の制御部10cにより、吸
気絞りが行なわれ（ステップb6）、これにより、運転領
域が第１の再生領域Z_B内であれば、再生が開始して（ス
テップb7）、この吸気絞りのみによる第１次再生が行な
われる。

この吸気絞りが行なわれても、排気温度T_EXが上昇せ
ず、再生が起こらないときにはステップb7を経てステッ
プb8において、第４の制御部10dにより、吸気絞りおよ
びタイミングリタード（または、タイミングアドバン
ス）が行なわれ（ステップb8）、これにより、運転領域
が第２の再生領域Zc内であれば、再生が開始して（ステ
ップb9）、吸気絞りおよびタイミングリタード（また
は、タイミングアドバンス）による第２次再生が行なわ
れる。

この吸気絞りおよびタイミングリタードが行なわれて
も、排気温度T_EXが上昇せず、再生が起こらないときに
は、ステップb10を経てステップb11において、第５の制
御部10eにより、吸気絞り，タイミングリタード（また
は、タイミングアドバンス）および排気絞りが行なわれ
（ステップb11）、合わせて燃料の噴射量の増加が行な
われ（ステップb12）、これにより、運転領域が第３の
再生領域Z_D内であれば、再生が開始して、吸気絞り，タ
イミングリタードおよび排気絞りによる第３次再生が行
なわれる。

また、各再生段階を経る毎に、初期圧損P₀まで、フィル
タ圧損ΔＰが戻っているかどうか確認し、再生が終了し
ていれば、全再生装置を解除する（ステップb5,b13）。

なお、ディーゼルパティキュレートの堆積量に対応する
圧損ΔＰが限界堆積量に対応する圧損Pl以上であれば、
現運転状況が維持される（ステップb12）。

また、ステップb5とステップb6との間に、運転領域Ｚが
自燃領域Z_Aであることを検出するステップを入れてもよ
く、各ディーゼルパティキュレートトラップ5a,5bの下
流側の温度を検出して、再生中であることを検出するよ
うに構成してもよい。

また、ステップb8におけるタイミングリタードに代えて
タイミングアドバンスにしてもよい。

すなわち、吸気絞りを行なうと、第７図に示すように、
同じ吸気絞り量に対する最大トルク曲線が低下する。こ
のような吸気絞りを行なっている状態は、空気が少ない
状態であり、燃焼速度が低下するが、このような状態で
タイミングリタードさせると、圧力の低下により、燃焼
が生じなくなったり、HCが増大したりして燃焼が極めて
悪化する運転領域Z_Eが生じる。

そこで、この運転領域Z_Eでは、第８図に示すように、最
適の標準燃料噴射時期特性C₁に対して、リタードさせた
燃料噴射時期遅角特性C₂を用いずに、アドバンスさせた
燃料噴射時期進角特性C₃を用いるのである。

これにより、運転領域Z_E内におけるエンジンの燃焼状態
を改善することができ、しかも、確実な排気温度の上昇
を達成できるのである。

さらに、タイミングアドバンスとタイミングリタードと
を適宜組み合わせて用いてもよい。

本実施例によれば、次のような効果ないし利点を得るこ
とができる。

（１）ディーゼルパティキュレートトラップ5a,5bに再
生用触媒を用いた場合にも、排気温度に応じたディーゼ
ルパティキュレートトラップ5a,5bを切換え使用するこ
とができ、エンジンの広範な運転領域に適合させること
ができる。

（２）低温用触媒付きディーゼルパティキュレートトラ
ップ5bへの高温の排気の供給を禁止できるので、ディー
ゼルパティキュレートの発生を低減させることができ
る。

（３）第６図に示すように、符号L₁〜L₃で示す排気温度
T_EXが再生限界温度Tlである等温境界線よりも右上方で
は、この再生限界温度よりも排気温度を高くすることが
でき、これにより再生を適切に行なわせて、エンジンの
運転状態に応じて適切に切換え制御することができる。

（４）タイミングアドバンスにより、吸気絞りによる出
力低下時もにも、燃料噴射時期の調整による排気温度の
上昇を行なうことができ、これにより再生を確実に行な
える。

（５）排温が低くて捕集部材内のディーゼルパティキュ
レートが燃焼しにくいエンジンの中低負荷域において
も、捕集部材内のディーゼルパティキュレートの燃焼を
促進することができ、これにより、再生装置の作動時に
おける再生を確実に行なうことができる。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案のディーゼルエンジン用排
出ガス後処理装置によれば、次のような効果ないし利点
を得ることができる。

（１）低温用触媒付き捕集部材を用いることにより、排
気が低温である場合にも、再生を確実に行なわせること
ができる。

（２）排気が高温である場合には、低温用触媒付き捕集
部材に高温の排気を供給することなく、高温用触媒付き
捕集部材へ高温の排気を供給するので、低温用触媒によ
るサルフェートの発生を防止でき、パティキュレートの
大量発生等の不具合を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本考案の一実施例としてのディーゼルエン
ジン用排出ガス後処理装置を示すもので、第１図はその
全体構成を示す模式図、第２図はその制御系を示すブロ
ック図、第３図はその制御要領を説明するためのフロー
チャート、第４〜８図はいずれもその作用を説明するた
めのグラフである。１……ディーゼルエンジン、1a……燃焼室、２……給気
系、2a……給気通路、３……エアクリーナ、４……排気
系、4a,4d……共通排気通路、4b……第１の分岐排気通
路、4c……第２の分岐排気通路、5a……高温用触媒付き
捕集部材としてのディーゼルパティキュレートトラッ
プ、5b……低温用触媒付き捕集部材としてのディーゼル
パティキュレートトラップ、6,6′……接続部、７……
マフラー、８……開閉弁、９……アクチュエータ、10…
…制御手段（ECU）、10a〜10f……第１〜第６の制御
部、11……センサ群、11a……運転領域センサ、11b,11c
……再生時期検出手段を構成する圧力センサ、11d……
エンジン回転数センサ、11e……出力トルク検出手段
（負荷センサ）、11f……排温センサ、11g……ラック位
置センサ、12……燃料噴射ポンプ、13……ピストン、14
……燃料噴射装置（インジェクタ）、15……吸気弁、16
……排気弁、17……再生手段、17a……吸気絞り機構、1
7b……排気絞り機構、17c……燃料噴射時期遅角機構
（タイミングリタード機構）、17d……燃料噴射時期進
角機構（タイミングアドバンス機構）、17e……燃料噴
射時期制御装置、18……メモリ、19a〜19d……圧力検出
通路、20……クランク軸。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジンの排気系に介挿されて
燃焼室から排出されるディーゼルパティキュレートを捕
集するための捕集部材をそなえ、上記排気系が、上記燃
焼室からの排気を排出するための共通排気通路と、同共
通排気通路の下流側端部における接続部に接続される第
１および第２の分岐排気通路とをそなえて構成されると
ともに、上記捕集部材が、上記第１の分岐排気通路に介
挿された高温用触媒付き捕集部材と、上記第２の分岐排
気通路に介挿された低温用触媒付き捕集部材とからな
り、上記接続部から上記低温用触媒付き捕集部材よりも
上流側の上記第２の分岐排気通路までの間に介挿されて
上記第２の分岐排気通路を閉鎖するための開閉弁と、同
開閉弁を開閉駆動するためのアクチュエータとが設けら
れるとともに、上記開閉弁から上記燃焼室までの間に配
設されて排気温度を検出するための温度センサと、同温
度センサからの検出信号に基づき排気温度が所定温度よ
りも高いとき上記アクチュエータへ閉鎖制御信号を出力
する制御手段とが設けられたことを特徴とする、ディー
ゼルエンジン用排出ガス後処理装置。