JPH11280449A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH11280449A
JPH11280449A JP10086481A JP8648198A JPH11280449A JP H11280449 A JPH11280449 A JP H11280449A JP 10086481 A JP10086481 A JP 10086481A JP 8648198 A JP8648198 A JP 8648198A JP H11280449 A JPH11280449 A JP H11280449A
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靖久 北原
Tetsuya Uehara
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気温度の低い低負荷運転条件でフィルタヘ
の排気微粒子の過度の堆積とこれに原因するEGR率の
変動を抑制する。 【解決手段】 フィルタの背圧を検出する背圧検出手段
と、排気還流を施す運転領域でフィルタ背圧が所定値を
超えたときに、膨張行程以後の燃料噴射等の手段により
該フィルタ入口ガス温度を上昇させる排気温度上昇手段
とを設け、所定のフィルタ背圧以上となったときにたま
り過ぎた微粒子を燃料添加剤を併用して部分的に燃焼除
去することでフィルタ背圧の上昇を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は排気還流装置を備え
た内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術と解決すべき課題】ディーゼル機関等の排
気中に含まれる微粒子(以下「PM」という。)を処理
する排気浄化装置としては、例えば特開昭61−135
917号公報、特開昭63−143312号公報等に記
載されたものがある。これらの装置では、フィルタに堆
積するPMの量に応じて適量の添加剤を供給してPMの
燃焼を促すことによりフィルタの捕集性能を維持するよ
うにしている。
【0003】しかしながら、このような従来の排気浄化
装置にあっては、排気温度の低い低負荷運転条件ではフ
ィルタ温度が十分に上昇しないため、添加剤を供給して
も堆積したPMを燃焼除去することが困難である。特
に、PMの排出量が多い排気還流(以下「EGR」とい
う。)装置を備えた内燃機関では、低負荷運転状態が長
く続くとPMの堆積によってフィルタの背圧が大幅に上
昇することから、EGRバルブの単位リフト量当たりの
EGRガス量が多くなりEGR率を微細に制御できなく
なるという問題が生じる。
【0004】本発明は、このような従来の問題点を解消
することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項1の発明では、排気還流装置と、排気中の微
粒子を捕集するフィルタとを備えるとともに、フィルタ
よりも上流側の機関吸排気系に触媒性添加剤を供給する
ようにした筒内燃料噴射式内燃機関において、前記フィ
ルタの背圧を検出する背圧検出手段と、フィルタに捕集
した微粒子の燃焼を補助する触媒性添加剤を該フィルタ
に供給する手段と、排気還流を施す運転領域でフィルタ
背圧が所定値を超えたときに前記フィルタに流入する排
気の温度を上昇させる排気温度上昇手段とを設ける。
【0006】請求項2の発明は、上記フィルタの上流に
酸化触煤を備えたものとする。
【0007】請求項3の発明は、上記各発明の排気温度
上昇手段として、燃料噴射時期を遅角させる構成を備え
たものとする。
【0008】請求項4の発明は、上記請求項1または2
の発明の排気温度上昇手段として、主噴射に加えて膨張
行程にてポスト噴射を行う構成を備えたものとする。
【0009】請求項5の発明は、上記請求項1または2
の発明の排気温度上昇手段として、膨張行程での排気バ
ルブの開弁時期を早める構成を備えたものとする。
【0010】請求項6の発明は、上記各発明におけるフ
ィルタ背圧の所定値を、該フィルタに堆積したオイルア
ッシュによる背圧の上昇分から想定されるフィルタの寿
命背圧に設定したものとする。
【0011】
【作用・効果】上記各発明によれば、所定の背圧つまり
PM堆積量以上になった場合は、排気温度上昇手段で排
気温度を上昇させることにより添加剤を有効に作用させ
て確実にPMの燃焼を促し、フィルタ上流の背圧を所定
の値以下に保持することができ、これにより排気温度の
低い低負荷運転条件でフィルタヘのPMが過度に堆積す
ることでEGR率が変動するという不都合を回避するこ
とができる。
【0012】さらに請求項2の発明によれば、フィルタ
上流に設けた酸化触媒での酸化反応によりフィルタに流
入する排気の温度をより高められるので、フィルタでの
PMの燃焼をより効率化することができる。
【0013】また請求項3または4の発明によれば、膨
張行程の比較的遅い時期に噴射された燃料の燃焼によ
り、仕事に費やされなかった燃焼エネルギの一部が排気
の温度を上昇させ、これによりPMの燃焼が一層促され
る。
【0014】請求項5の発明によれば、排気バルブの開
き時期を早めることにより上記と同様に燃焼エネルギを
多量に保有した状態で排気がフィルタに流入するため高
温条件下でPMの燃焼が促進される。
【0015】請求項6の発明によれば、背圧の所定値が
オイルアッシュの堆積によるフィルタ寿命と想定される
背圧に設定される。オイルアッシュは酸化防止剤など潤
滑油の添加剤が燃焼して灰になったものでPMのように
燃焼処理できないためある程度堆積すると寿命となって
通常はフィルタ交換等の必要を生じる。背圧の所定値を
このようなオイルアッシュによるフィルタ寿命に相当す
る背圧に設定することで、フィルタ寿命までの長い時間
を一定の背圧に制御でき、その間のEGR量の制御精度
の維持に効果がある。
【0016】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。
【0017】以下、この発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。
【0018】図1は本発明の第一の実施形態の概略構成
を示したものである。図において、101は筒内燃料噴
射式内燃機関、102と103はそれぞれその吸気通路
と排気通路、104は吸気絞弁、105は燃料噴射装
置、106は図示しない運転状態センサからの回転数、
アクセル開度、吸入空気量の各検出結果に基づいて燃料
噴射、EGR、排気温度の各制御を行う制御装置であ
る。
【0019】排気通路103の途中にはフィルタケース
203が介装され、その内部に収納されたフィルタ20
1に内燃機関101から排出されたPMを捕集する。堆
積したPMは触媒性の燃料添加剤によって比較的低温
(例えば300℃)から燃焼し、フィルタ201から除
去される。なお燃料添加剤はあらかじめ燃料に所定の量
混入しておくか、図示しない添加剤供給手段によりフィ
ルタ上流の機関吸排気系に供給する。109はフィルタ
ケース203に設けられた背圧センサであり、フィルタ
201の上流側排気圧力を検出して制御装置106に圧
力信号を供給する。フィルタ201のPM堆積状態はそ
の上下流間の差圧によって代表されるが、通常は下流側
は大気圧とみなせるので前記背圧センサ109からの信
号で堆積状態を検出することが可能である。ただし消音
器等の影響によりフィルタ下流の圧力が変動するような
場合には図示したようにフィルタケース203のフィル
タ後流に圧力センサ129を設け、各センサ109、1
29の信号を制御装置106に供給して上下流間の差圧
を計測するように図るのが好ましい。
【0020】107は、フィルタ201よりも上流側の
排気通路103と絞弁104よりも下流側の吸気通路1
02とを接続するように形成されたEGR通路であり、
その途中にはEGRバルブ108が介装される。EGR
バルブ108はそのバルブリフト量が制御装置106か
らの指令により運転状態に応じて制御される。
【0021】なお燃料噴射装置105としては、詳細は
図示しないが、燃料の噴射時期を容易に可変制御できる
ところから、例えばコモンレール式(蓄圧式)燃料噴射
装置が適用される。
【0022】上記構成において、燃料添加剤を用いても
PMを燃焼除去できない低排温運転条件でフィルタ20
1に微粒子を捕集した場合、図2に示した従来技術の特
性線に示すようにフィルタ背圧は運転時間経過に伴い上
昇してしまう。背圧が過度に上昇すると、EGRの制御
を実施するにあたり、EGRバルブ108の単位リフト
量当たりのEGR率の変化代が大きくなってしまうこと
から、精密なEGR制御が必要な運転領域(一般に低、
中負荷運転領域、例えば図3のEGR領域参照。)でE
GRの制御が困難になる。
【0023】そこでこの実施形態では、図4〜図6に示
すように通常の燃料噴射のみならず膨張行程以降の比較
的遅い時期での副次的な燃料噴射(これを「ポスト噴
射」という。)を行い、これにより排気温度を上昇させ
て図2のようにPMを初期設定値よりも多く堆積させな
い、すなわちフィルタ背圧を所定の範囲内に収まるよう
に制御することでEGRの制御性を確保する。
【0024】このような排気温度制御の内容について、
図7に示すフローチャートに沿って説明する。S1で
は、回転速度、アクセル開度、吸入空気量など内燃機関
101の運転状態を検出する。S2では捕集中のフィル
タ201の背圧を背圧センサ109で検出する。S3で
は図8に示す初期設定背圧(例えば最も負荷の小さい運
転条件では図8中のP1で、所定のPM量α1が堆積し
たと想定される背圧。α1だけ堆積した状態では図8の
様に背圧が運転状態に応じて変化する。)を超えたかを
判定する。この初期設定背圧は、図9に示すように寿命
相当でのオイルアッシュ堆積時の背圧に設定すること
で、フィルタの寿命まで背圧変動によるEGR率のバラ
ツキが抑制可能となる。
【0025】S4では初期設定排圧を超えているので図
5、図6に示したPost噴射マップに応じてポスト噴
射の噴射量と噴射時期を制御する。この制御によってフ
ィルタ201の入口排気温度は図10に示すように燃料
添加剤を添加した場合の再生開始温度T2〜T1に制御
され、フィルタヘのPM堆積量が図1に示したα1(背
圧p1)近傍で制御される。図5に示すポスト噴射量=
0の運転領域はフィルタ入口排気温度が自己再生温度よ
り十分高いことから堆積したPMは燃焼除去される。S
5では背圧が初期設定値より低いので排温上昇手段であ
るポスト噴射による排温上昇を中断する。
【0026】なお、排気温度上昇手段としては、上記ポ
スト噴射に限らず、図11に示すように燃料噴射時期を
遅角したり、または図12,13に示すように、可変バ
ルブタイミング機構によって排気バルブ開時期を早めた
りしてもよい。これら何れの場合も、シリンダ内の燃焼
ガスが比較的多量の燃焼エネルギを保有したまま排出さ
れることから排気温度が上昇してPMの燃焼を促すこと
ができる。
【0027】図14に本発明の第二の実施形態を示す。
この実施形態は、フィルタケース203のフィルタ20
1よりも上流側に酸化触媒202を介装した点において
上記第一の実施形態と異なる。この実施形態によれば、
フィルタケース203に介装された酸化触媒202で内
燃機関101から排出された排気成分が酸化される一
方、フィルタ201でPMが捕集される。排気温度が図
15に示す所定の温度領域(T3〜T4)では酸化触媒に
よってNOがNO2に酸化され、その反応熱による温度上昇
によってフィルタ201に堆積したPMが効率よく燃焼
除去される。その他の点については第一の実施形態と同
様である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態の概略構成図。
【図2】運転時間とフィルタ背圧及びEGR率との関係
を従来技術と本発明とについて示す特性線図。
【図3】エンジン運転状態に応じてEGRバルブのリフ
ト量を付与するマップの説明図。
【図4】ポスト噴射の噴射時期・噴射量と排気温度との
関係を示す特性線図。
【図5】エンジン運転状態に応じてポスト噴射の噴射量
を付与するマップの説明図。
【図6】エンジン運転状態に応じてポスト噴射の噴射時
期を付与するマップの説明図。
【図7】上記実施形態の制御内容を示す流れ図。
【図8】エンジン運転状態に応じてフィルタの初期設定
背圧を付与するマップの説明図。
【図9】運転時間の経過に応じたオイルアッシュの堆積
と背圧との関係を示す特性線図。
【図10】フィルタ入口温度と背圧を関係を示す特性線
図。
【図11】燃料噴射時期と排気温度との関係を示す特性
線図。
【図12】可変バルブタイミング機構による排気弁開弁
時期の制御例を示す説明図。
【図13】排気弁開時期と排気温度との関係を示す特性
線図。
【図14】本発明の第二の実施形態の概略構成図。
【図15】触媒入口温度と窒素酸化物の転化率との関係
を示す特性線図。
【符号の説明】
101 内燃機関 102 吸気通路 103 排気通路 104 吸気絞弁 105 燃料噴射装置 106 制御装置 107 EGR通路 108 EGRバルブ 109 背圧センサ 201 フィルタ 202 酸化触媒 203 フィルタケース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 21/08 301 F02D 21/08 301H 41/40 ZAB 41/40 ZABE

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気還流装置と、排気中の微粒子を捕集
    するフィルタとを備えるとともに、フィルタよりも上流
    側の機関吸排気系に触媒性添加剤を供給するようにした
    筒内燃料噴射式内燃機関において、 前記フィルタの背圧を検出する背圧検出手段と、排気還
    流を施す運転領域でフィルタ背圧が所定値を超えたとき
    に前記フィルタに流入する排気の温度を上昇させる排気
    温度上昇手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の排
    気浄化装置。*
  2. 【請求項2】 上記フィルタの上流に酸化触煤を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化
    装置。
  3. 【請求項3】 上記排気温度上昇手段は、燃料噴射時期
    を遅角させる構成であることを特徴とする請求項1また
    は請求項2の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項4】 上記排気温度上昇手段は、主噴射に加え
    て膨張行程にてポスト噴射を行う構成であることを特徴
    とする請求項1または請求項2の何れかに記載の内燃機
    関の排気浄化装置。
  5. 【請求項5】 上記排気温度上昇手段は、膨張行程での
    排気バルブの開弁時期を早める構成であることを特徴と
    する請求項1または請求項2の何れかに記載の内燃機関
    の排気浄化装置。
  6. 【請求項6】 上記フィルタ背圧の所定値は、該フィル
    タに堆積したオイルアッシュによる背圧の上昇分から想
    定されるフィルタの寿命背圧であることを特徴とする請
    求項1から請求項5の何れかに記載の内燃機関の排気浄
    化装置。
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