JPS62162762A - デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置

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JPS62162762A
JPS62162762A JP61001998A JP199886A JPS62162762A JP S62162762 A JPS62162762 A JP S62162762A JP 61001998 A JP61001998 A JP 61001998A JP 199886 A JP199886 A JP 199886A JP S62162762 A JPS62162762 A JP S62162762A
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JP
Japan
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temperature
amount
load
engine
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JP61001998A
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Shinichi Takeshima
伸一 竹島
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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気ガス浄化装置に関する。
〔従来の技術〕
ディーゼル機関の排気ガス中には炭化化合物からなる可
燃性の微粒子、即ちパティキュレートが含まれており、
このパティキュレートが大気に放出されると大気汚染を
ひき起こす。そこで従来よりパティキュレートが大気に
放出されるのを阻止するために機関排気通路内にパティ
キュレート捕集用フィルタを配置したディ−ゼル機関が
公知である。ところがこのようなディーゼル機関ではフ
ィルタにより捕集されたパティキュレートを定期的に燃
焼除去する必要がある。従ってこのようなディーゼル機
関は通常フィルタにより捕集されたパティキュレートを
着火するための着火’ATLを具備しており、所定量以
上のパティキュレートがフィルタにより捕集されたとき
に着火装置を作動させてパティキュレートを着火燃焼せ
しめることによりフィルタを再生するようにしている(
例えば特開昭59−134316号公報および特開昭5
9−138713号公報参照)。
ところでこのようにパティキュレートを着火燃焼せしめ
るようにした場合において排気ガス中の酸素濃度が高い
と燃焼が活発となってフィルタが過熱され、その結果フ
ィルタが溶損するという問題を生ずる。このような問題
を解決すると共にパティキュレートの燃焼を十分に進行
するために酸素l農度が高い機関低負荷運転時に機関吸
気通路内に再循環排気ガス(以下、EGRガスという)
を供給し、しかもこのEGRガスの供給量を周期的に増
減せしめるようにしたディーゼル機関が公知である(特
開昭59−192815号公報参照)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このディーゼル機関ではフィルタ再生中に機関負荷が低
下して酸素濃度が高く成った場合にはEGRガスが増量
されるのでパティキュレートの急激な燃焼が抑制され、
斯くしてフィルタが過熱するのを防止することができる
。しかしながらフィルタが過熱するのはフィルタの温度
が高いときであり、フィルタの温度が低いときにEGR
ガスを増量するとパティキュレートの燃焼が途中で停止
し、フィルタを完全に再生することができないという問
題がある。また、機関負荷が低下して酸素濃度が高くな
った場合において未燃のパティキュレート量が少ない場
合には特にEGRガスを増量しなくともフィルタが過熱
することもなく、またこのような場合にEGRガスを増
量するとそれだけ燃焼が悪化するという問題がある。
〔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によれば第1図の発
明の構成図に示されるように機関吸気通路内に再循環す
べき排気ガス量を制御するための再循環排気ガス制御装
置80を具備し、機関排気通路15 、16内にパティ
キュレート捕集用フィルタ8を配置すると共にフィルタ
8により捕集されたパティキュレートを着火するための
着火装置9を具備し、所定量以上のパティキュレートが
フィルタ8により捕集されたときに着火装置9を作動さ
せてパティキュレートを着火燃焼せしめることによりフ
ィルタ8を再生するようにしたディーゼル段間において
、フィルタ温度を検出する温度検出手段24と、フィル
タ8のパティキュレート堆積量を検出するパティキュレ
ート検出手段81と、機関負荷検出手段44とを具備し
、更に温度検出手段24と、パティキュレート検出手段
81と、負荷検出手段44の出力信号に基いてフィルタ
温度が予め定められた設定温度以上であってパティキュ
レート堆積量が予め定められた設定量以上でありかつ機
関負荷が予め定められた設定負荷以下であることを判断
する判断手段82を具備し、判断手段82の判断結果に
基いて再循環排気ガス制御装置80を制御してフィルタ
温度が設定温度以上であってパティキュレート堆積量が
設定量以上でありかつ機関負荷が設定負荷以下のときに
再循環排気ガス量を増大するようにしている。
〔実施例〕
第2図を参照すると、1はディーゼル機関本体、2は機
関駆動の燃料噴射ポンプ、3はターボチャージャを夫々
示す。ターボチャージャ3は排気タービン4と吸気コン
プレッサ5からなり、排気タービン4の排気ガス流出口
には排気管6が連結される。排気管6にはフィルタ容器
7が固締され、このフィルタ容器7内にはパティキュレ
ート捕集用のフィルタ8が配置される。また、フィルタ
容器7内にはフィルタ8°の上流側端面に隣接して着火
装置を構成する電気ヒータ9が配置される。一方、排気
管6内にはフィルタ8を迂回するパイパ入通路10が形
成され、このバイパス通路10内にバイパス弁11が配
置される。このバイパス弁11は負圧ダイアフラム装置
12に連結されて負圧ダイアフラム装置12により開閉
制御される。
負圧ダイアフラム装置12の負圧室13は電磁切換弁1
4によって大気又は負圧源のいずれか一方に連結される
。通常、即ちフィルタ再生時でないときは負圧室13は
大気に開放されており、このとき第2図に示すようにバ
イパス弁11がバイパス通路10を閉鎖している。従っ
てこのとき排気タービン4から排出された排気ガスは排
気管6内の排気通路15、電気ヒータ9、フィルタ8お
よびフィルタ容器7内の排気通路16を介して排気管1
7内に排出される。このときは電気ヒータ9が加熱され
ておらず、排気ガスがフィルタ8内を通過する際に排気
ガス中のパティキュレートがフィルタ8によって捕獲さ
れる。機関が長時間に亘って使用されるにつれてフィル
タ8に堆積するパティキュレートの世が増大し、その結
果フィルタ8の流れ抵抗が大きくなるためにフィルタ8
上流の排気通路15内の背圧が高くなる。第2図に示す
ように排気通路15内には背圧センサ18が配置されて
おり、この背圧センサ18によって排気通路15内の背
圧が予め定められた背圧以上になったことが検出された
ときにフィルタ8の再生動作が開始される。即ち、まず
始めに電磁切換弁14が作動せしめられて負圧ダイアフ
ラム=212の負圧室13が負圧源に連結される。その
結果、バイパス弁11がバイパス通路10を全開する。
このとき大部分の排気ガスはバイパス通路lOを通って
排気管17内に排出され、一部の排気ガスが電気ヒータ
9、フィルタ8および排気通路16を介して排気管17
内に排出される。次いで電気ヒータ9が加熱せしめられ
ると電気ヒータ9の最も近くにおいてフィルタ8上に堆
積しているパティキュレートがまず始めに着火され、次
いで火炎が下流に向けて徐々に燃え広がる。次いでフィ
ルタ8上に堆積した全パティキュレートが燃焼したとき
にフィルタ8の再生動作が完了する。
再生動作が完了すると再び負圧ダイアフラム装置12の
負圧室13が大気に解放され、バイパス弁11がバイパ
ス通路10を閉鎖する。
第2図に示されるように機関本体1には排気マニホルド
19が取付けられており、この排気マニホルド19の出
口部に排気タービン4の排気ガス流入口が連結される。
排気マニホルド19にはEGRガス供給管20の一端が
連結され、EGRガス供給管20の他端が図示しない吸
気マニホルドに連結される。EGRガス供給管20内に
は負圧ダイアフラム装置21からなるEGRガス制御制
御2が配置される。負圧ダイアフラム装置21の負圧室
は電磁切換弁23を介して大気或いは負圧源に予め定め
られた周期でもって交互に連結される。即ち、負圧ダイ
アフラム装置22の負圧室が負圧源に連結されている時
間が大気に連通している時間よりも長い場合には負圧室
内の負圧が太き(なるためにEGRガス制御弁22の開
口面積が大きくなり、それによって吸気マニホルド内に
供給されるEGRガス量が増大する。負圧ダイアフラム
装置22の負圧室が負圧源に連結されている時間割合、
いわゆる電磁切換弁23の制御パルスのデユーティ−比
は電子制御ユニッ1−30の出力信号によって制御され
る。第2図に示される実施例では通常のディーゼル機関
と同様に機関高負荷運転時にはEGRガスの供給が停止
され、機関負荷が予め定められた負荷以下になるとEG
Rガス量は機関負荷が低下するにつれて増大せしめられ
る。
第2図に示されるようにフィルタ8にはフィルタ8の温
度を検出するための温度センサ24が取付けられ、また
フィルタ8下流の排気通路16内には別の背圧センサ2
5が取付けられる。フィルタ8上に堆積したパティキュ
レート量が多い場合にはフィルタ8の上流側と下流側と
の背圧差が大きく、フィルタ8の再生動作開始後パティ
キュレートの燃焼が進行するにつれてフィルタ8の流れ
抵抗が低くなるためにフィルタ8の上流側と下流側との
背圧差が小さくなる。従って一対の背圧センサ18 、
25の出力信号から未燃のパティキュレーt4を専食出
することができる。
EGRガス制御弁22と同様に電気ヒータ9およびバイ
パス弁11も電子制御ユニット30の出力信号に基いて
制御される。第2図に示されるように電子制御ユニット
30はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス
31によって互いに接続されたROM (リードオンリ
メモリ)32、RAM (ランダムアクセスメモリ)3
3、cpu(マイクロプロセッサ)34、入力ポート3
5および出力ポート36からなる。入力ポート35には
機関回転数を検出する回転数センサ40が接続され、更
に背圧センサ18 、25および温度センサ24が夫々
対応するAD変換器41 、42 、43を介して接続
される。また、入力ポート35には負荷センサ44がA
D変換器45を介して接続される。
負荷センサ44はアクセルペダル46に連結されており
、この負荷センサ44はアクセルペダル46の踏込み量
に比例した電圧、即ち機関負荷に比例した電圧を発生す
る。出力ポート36は夫々対応する駆動回路47 、4
8 、49を介して電磁切換弁23、電気ヒータ9およ
び電磁切換弁14に接続される。
前述したように機関負荷が低下すると排気ガス中の酸素
濃度が高くなる。従ってフィルタ8の再生動作中に機関
負荷が低下するとパティキュレートの燃焼が活発となり
、フィルタ8の温度が上昇する。上述したように機関負
荷が低下するとEGRガス量が増大せしめられるので排
気ガス中の酸素濃度は低下するがそれでもパティキュレ
ートの燃焼に対しては十分な量の酸素が存在し、従って
パティキュレートの燃焼が活発となる。その結果、フィ
ルり8力く過熱されてフィルり8が)容1員するがフィ
ルタ8が常に溶損するとは限らず、溶損するのは一定の
条件の場合だけである。その条件とはフィルタ再生動作
が開始されて高負荷運転が行なわれているときにフィル
タ8の温度が例えば600℃以上のかなり高温となって
いること、および機関負荷が低負荷となったときに未燃
のパティキュレートが多量に存在することである。従う
でこれらの条件が成立したときにEGRガスを増量して
排気ガスの酸素濃度を低下せしめればパティキュレート
は緩やかに燃焼し、フィルタ8が過熱される危険性はな
い。
次に第3図を参照して本発明による再生処理ルーチンに
ついて説明する。
第3図を参照すると、まず始めにステップ60において
再生条件が成立しているか否かが判別される。これは前
述したように背圧センサ18の出力信号から判断され、
背圧が予め定められた背圧よりも高くなると再生条件が
成立したものとみなされる。再生条件が成立すればステ
ップ61において再生処理が行なわれる。この再生処理
はバイパス弁11を開弁すること、電気ヒータ9を予め
定められた時間中通電すること、および電気ヒータ9の
通電停止後一定時間経過した後にバイパス弁11を閉弁
することからなる。次いでステップ62ではフィルタ8
の温度を表わす温度センサ24の出力信号からフィルタ
温度Tが600℃以上であるか否かが判別される。T<
600℃の場合には処理ルーチンを完了し、従ってこの
ときには電気ヒータ9が予め定められた時間中通電され
る。
T2600’Cの場合にはステップ63に進んで背圧セ
ンサ18 、25の出力信号からパティキュレート量Q
が検出される。次いでステップ64ではパティキュレー
トff1Qが例えばIgよりも多いか否かが判別される
。Q(Igの場合、即ちパティキュレートが掻小量の場
合にはステップ65に進んで再生動作の停止処理が行な
われる。この再生動作停止処理は例えば電気ヒータ9の
通電を停止すると同時にバイパス弁11を全閉すること
、或いは電気ヒータ9の1fll?iltを停止し、そ
の後一定時間経過後バイパス弁11を全閉することから
なる。パティキュレートが掻小量の場合にはこのように
再生動作を停止してもパティキュレートは完全に燃焼せ
しめられる。Q>Igの場合にはステップ66に進んで
Q>logであるか否かが判別される。Q<10gの場
合、即ちパティキュレート量が比較的少ない場合には処
理ルーチンを完了する。
この場合には電気ヒータ9は一定時間中通電せしめられ
る。Q>Logの場合、即ちパティキュレート量が多い
場合にはステップ67に進む。ステツブ67では負荷セ
ンサ44の出力信号からアクセルペダル46の踏込みf
iLが90%以下であるか否か、即ち高負荷運転でない
か否かが判別される。高負荷運転が行なわれている場合
には再びステップ62に進む。L<90%の場合、即ち
高負荷運転でない場合にはステップ68に進んでフィル
タ8の温度が550℃よりも高いか否かが判別される。
”r>sso℃の場合にはステップ69に進んでEGR
制御が行なわれる。このEGR制御は排気ガス中の酸素
濃度が6〜9%となるようにEGRガス量を増量するこ
とからなる。酸素濃度が6〜9%になるのに必要な電磁
切換弁23のデユーティ−比は機関回転数および機関負
荷の関数としてROM32内に予め記憶されており、こ
の記憶されたデユーティ−比に基いてEGRIが制御さ
れる。このように酸素濃度が6〜9%に抑えられるため
にパティキュレートはゆっ(りと燃焼し、斯くしてフィ
ルタ8の温度がかなり高くかつパティキュレート量が多
くてもフィルタ8が過熱することがな(、フィルタ8が
溶損することもない。
〔発明の効果〕
フィルタの温度が600’C以上となるのは機関高負荷
運転時に再生動作が開始された場合であり、従って本発
明では高負荷運転から低負荷運転に移行した場合におい
て依然としてフィルタ温度が高くかつパテイキュレ−1
−ffiが多いときにEGRガス量が増量せしめられる
。即ち、本発明ではフィルタが過熱される可能性がある
ときのみEGRガス量が増量されてフィルタの溶損が防
止される。
云いかえるとフィルタ温度が低いときにはEGRガスが
増量されないので再生動作が途中で停止してしまう危険
性がなく、また不必要にEGRガスが増量されることが
ないので良好な燃焼が行なわれる機会を増大することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成図、第2図は機関排気系を断面図
で示した内燃機関の側面図、第3図むよ再生処理ルーチ
ンを示すフローチャートである。 6.17・・・排気管、     8・・・フィルタ、
9・・・電気ヒータ、    10・・・バイパス通路
、11・・・バイパス弁、   15 、16・・・排
気通路、18.25・・・背圧センサ、 22・・・EGRガス制御弁、 24・・・温度センサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  機関吸気通路内に再循環すべき排気ガス量を制御する
    ための再循環排気ガス制御装置を具備し、機関排気通路
    内にパティキュレート捕集用フィルタを配置すると共に
    該フィルタにより捕集されたパティキュレートを着火す
    るための着火装置を具備し、所定量以上のパティキュレ
    ートがフィルタにより捕集されたときに着火装置を作動
    させてパティキュレートを着火燃焼せしめることにより
    フィルタを再生するようにしたディーゼル機関において
    、フィルタ温度を検出する温度検出手段と、フィルタの
    パティキュレート堆積量を検出するパティキュレート検
    出手段と、機関負荷検出手段とを具備し、更に該温度検
    出手段と、パティキュレート検出手段と、負荷検出手段
    の出力信号に基いてフィルタ温度が予め定められた設定
    温度以上であってパティキュレート堆積量が予め定めら
    れた設定量以上でありかつ機関負荷が予め定められた設
    定負荷以下であることを判断する判断手段を具備し、該
    判断手段の判断結果に基いて上記再循環排気ガス制御装
    置を制御してフィルタ温度が設定温度以上であってパテ
    ィキュレート堆積量が設定量以上でありかつ機関負荷が
    設定負荷以下のときに再循環排気ガス量を増大するよう
    にしたディーゼル機関の排気ガス浄化装置。
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