JPH0621547B2 - デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置 - 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ーゼル機関
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装置を具備しており、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59−138713号
公報参照）。

また、パティキュレートを着火するための着火装置を有
さず、着火すべきときには燃料噴射量を増大させると同
時に噴出時期を遅らせて出力の増大を抑制しつつ排気ガ
ス温を上昇させ、それによってパティキュレートが自然
着火するようにしたディーゼル機関も提案されている
（特開昭60− 22014号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述のような着火装置を具えている場合に
おいて着火装置によりパティキュレートが着火せしめら
れてフィルタの再生動作が開始され、次いでフィルタの
再生動作中に機関運転状態が低回転高負荷運転に移行す
るとこのような低回転高負荷運転時には排気ガス中の酸
素濃度が低く、しかも排気温度が比較的低いために着火
火炎が途中で消えてしまい、斯くして再生が途中で停止
することになる。このように再生が途中で停止すると燃
え残ったパティキュレートの上に更にパティキュレート
が堆積するために次の再生時にはパティキュレートの堆
積量が増大し、斯くして再生時に多量のパティキュレー
トが燃焼するために燃焼温度が高くなってフィルタが加
熱され、フィルタが溶損するという問題を生ずる。

〔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内燃機関において、フィ
ルタの再生動作中において機関回転数が予め定められた
回転数よりも低い低回転数となったときに最大噴射量を
低下せしめるようにしている。

〔実施例〕

第１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を迂回するバイパス通路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１
２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１４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１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１７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量が増大
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
１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
圧ダイアフラム装置１２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１
０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閥ダイアフラム装置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。

上述したように電気ヒータ９によってパティキュレート
が着火せしめられると着火火炎はフィルタ８上を下流に
向けて徐々に伝播していく。この火炎伝播のしやすさは
排気ガス温および排気ガス中の酸素濃度に関係してお
り、排気ガス温が高くなればなるほど伝播しやすくな
り、排気ガス中の酸素濃度が高くなればなるほど伝播し
やすくなる。従って再生期間中に排気温度が大巾に低下
したり、排気ガス中の酸素濃度が大巾に低下したりする
と火炎が伝播しなくなってフィルタ８の再生動作が途中
で停止してしまうことになる。

機関低回転高負荷運転時には排気温度は 200℃程度であ
って比較的低く、排気ガス中の酸素濃度は５％程度であ
ってかなり低い。従ってフィルタ８の再生動作が開始さ
れた後に機関の運転状態が低回転高負荷運転に移行する
と火炎が伝播しなくなり、その結果再生動作が途中で停
止してしまうことになる。

次に第２図を参照して燃料噴射ポンプ２について説明す
る。第２図を参照すると、燃料噴射ポンプ２のハウジン
グ２０内にはハウジング２０の内室２１に突出しかつ機
関１のクランクシャフト（図示せず）により回転駆動せ
しめられる駆動軸２２が配置される。ハウジング２０に
は燃料ポンプ２３が一体的に形成されており、燃料ポン
プ２３の構造を理解しやすくするために第２図は燃料ポ
ンプ２３を９０度回転したところを示している。駆動軸
２２には燃料ポンプ２３のロータ２４と、内室２１内に
配置されたタイミングギヤ２５と、プランジャ２６を駆
動するためのカップリング２７とが固定される。タイミ
ングギヤ２５の外周面上には外歯が形成されており、こ
の外歯に対向して電磁ピックアップからなる速度センサ
２８が設けられる。この速度センサ２８は電子制御ユニ
ット３０に接続される。

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によって互いに連結されたマイク
ロプロセッサ３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）
３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、入力ポート
３５および出力ポート３６を具備する。速度センサ２８
は入力ポート３５に接続され、機関回転数を表わす回転
数信号を入力ポート３５に入力する。

ハウジング２０内にはシリンダ４０が形成され、このシ
リンダ４０内にプランジャ２６の右端部が挿入される。
一方、プランジャ２６の左端部にはカム面４１を形成し
たディスク状のカムプレート４２とカップリング２７と
が固定される。このようにプランジャ２６と駆動軸２２
とはカップリング２７を介して互いに連結されているの
で駆動軸２２が回転するとそれに伴なってプランジャ２
６が回転せしめられる。なお、このカップリング２７は
プランジャ２６が軸線方向に移動可能なように駆動軸２
２とプランジャ２６とを連結しており、従ってプランジ
ャ２６は回転しつつ軸線方向に移動することができる。
内室２１内にはカップリング２７を包囲するようにロー
ラリング４３が配置されており、このローラリング４３
はプランジャ２６の軸線回りに回動することができる。
ローラリング４３は下方に延びるレバー４４を具備して
おり、このレバー４４上にはカム面４１と接触してカム
面４１上を転動するカムローラ４５が回転可能に取付け
られる。ローラリング４３の下方にはタイマピストン４
６を有するタイマシリンダ４７が設けられ、レバー４４
の下端部はタイマピストン４６と係合する。なお、タイ
マピストン４６の作動を理解しやすくするために第２図
においてタイマシリンダ４７は９０度回転したところを
示しており、従ってタイマピストン４６はレバー４４の
下端部の回転移動方向と同一方向に移動可能である。斯
くしてタイマピストン４６が移動するとそれに伴なって
ローラリング４３が回動せしめられる。

タイマシリンダ４７内にはタイマピストン４６によって
分離された高圧室４８と低圧室４９が形成され、高圧室
４８は常時内室２１内に連通している。一方、低圧室４
９は燃料流入通路５０を介して燃料流入口５１に連結さ
れ、この燃料流入口５１は燃料タンク（図示せず）に連
結される。低圧室４９内にはタイマピストン４６を高圧
室４８に向けて付勢する圧縮ばね５２が挿入され、更に
低圧室４９内にはタイマピストン４６の位置を検出する
ためにタイマピストン４６に固定されたコア５３の位置
により出力電圧が変化せしめられるタイマ装置センサ５
４が配置される。このタイマ位置センサ５４は差動トラ
ンスからなり、タイマ位置センサ５４の出力信号はＡＤ
変換器５５を介して入力ポート３５に入力される。低圧
室４９と高圧室４８とは燃料逃し通路５６内を介して互
いに連結されており、この燃料逃し通路５６内には駆動
回路５７を介して出力ポート３６に接続された調圧弁５
８が挿入される。この調圧弁５８は電子制御ユニット３
０の出力制御信号によって開閉制御され、それによって
ローラリング４３の回動位置を制御する。燃料ポンプ２
３の燃料吐出通路５９は内室２１内に連結され、リリー
フ弁６０によって調圧された燃料が常時内室２１内に供
給される。

カムプレート４２のカム面４１上には気筒数と同数の、
例えば４個の凸部が形成され、カム面４１は戻しばね６
１のばね力によって常時カムローラ４５上に押圧され
る。駆動軸２２が回転するとカム面４１の凸部がカムロ
ーラ４５と係合したときにプランジャ２６は軸線方向に
移動せしめられ、従って駆動軸２２が一回転するとその
間にプランジャ２６が４回往復動する。このときタイマ
ピストン４６の作用によってローラリング４３が回動せ
しめられるとカム面４１の凸部とカムローラ４５とが係
合する時期が変化し、従って燃料噴射時期が変化する。
従ってタイマピストン４６は燃料噴射時期を制御するた
めに設けられていることがわかる。

一方、プランジャ２６はシリンダ４０内に連通する１個
の燃料吐出口６２と燃料逃し孔６３とを具備し、更にシ
リンダ４０の内周面上には燃料吐出口６２と連通可能な
４個の燃料流出孔６４が形成される。これらの燃料流出
孔６４は夫々逆止弁６５を介して対応する気筒の燃料噴
射弁に連結される。プランジャ２６が左方に移動すると
内室２１内の燃料が燃料供給路６６を介してシリンダ４
０内に供給され、次いでプランジャ２６が右方に移動す
るとシリンダ４０内の燃料が圧縮される。次いでプラン
ジャ２６の燃料吐出口６２がいづれか一つの燃料流出孔
６４に連通するとシリンダ４０内の高圧の燃料が燃料噴
射弁から噴射される。このようにしてプランジャ２６の
燃料吐出口６２が４個の燃料流出孔６４と順次連通する
ために各気筒の燃料噴射弁から順次燃料が噴射される。
なお、燃料供給路６６内には駆動回路６７を介して出力
ポート３６に接続された燃料カット弁６８が配置され、
例えば車両減速運転時に燃料供給路６６を閉鎖して燃料
噴射作用を停止する。

一方、プランジャ２６上にはプランジャ２６の燃料逃し
孔６３を閉鎖可能なスピルリング６９が摺動可能に挿入
され、内室２１内にはスピルリング６９を移動させるた
めのレバー７０が挿入される。このレバー７０はピボッ
トピン７１によりハウジング２０に回動可能に取付けら
れており、レバー７０の下端部はスピルリング６９の外
周面上に形成された凹溝内に嵌着される。一方、レバー
７０の上端部はリニアソレノイド７２のコア７３と係合
可能に配置され、レバー７０の上端部は圧縮ばね７４の
ばね力によってコア７３の先端面に常時圧接される。リ
ニアソレノイド７２は駆動回路７４を介して出力ポート
３６に接続され、コア７３の移動量が電子制御ユニット
３０の出力信号によって制御される。一方、コア７３の
先端面に対向してコア７３の位置を検出するスピルリン
グ位置センサ７５が配置され、このスピルリング位置セ
ンサ７５はＡＤ変換器７６を介して入力ポート３５に接
続される。リニアソレノイド７２のコア７３が右方に移
動してスピルリング６９が左方に移動するとプランジャ
２６が右方に移動した際に比較的早い時期にプランジャ
２６の燃料逃し孔６３が室内２１内に開口し、燃料噴射
弁からの燃料噴射作用が停止する。一方、スピルリング
６９が右方に移動せしめられると燃料逃し孔６３が内室
２１内に開口するまでプランジャ２６はかなり右方に移
動する。従ってスピルリング６９の位置によって、即ち
リニアソレノイド７２を制御することによって燃料噴射
量を制御できることがわかる。なお、電子制御ユニット
３０の入力ポート３５にはアクセルペダル７７の踏み込
み量を検出するアクセルペダルセンサ７８および背圧セ
ンサ１８が夫々対応するＡＤ変換器79，80を介して接続
される。また、電気ヒータ９および電磁切換弁１４が夫
々対応する駆動回路81，82を介して出力ポート３６に接
続される。

前述したようにフィルタ８の再生動作が開始された後に
機関の運転状態が低回転高負荷運転に移行すると火炎が
伝播しなくなり、その結果再生動作が途中で停止する。
そこで本発明では機関の運転状態が低回転高負荷運転に
移行したときに最大噴射量を低下させて再生動作が停止
するのを防止するようにしている。即ち、最大噴射量を
低下させると燃焼のために消費される酸素量が低下し、
斯くして排気ガス中の酸素濃度が高くなるために火炎が
良好に伝播し、再生動作が停止するのを阻止することが
できる。

次に第３図に示すフローチャートを参照して最大噴射量
の制御について説明する。

第３図を参照すると、まず始めにステップ100 において
機関回転数ＮＥを表わす速度センサ２８の出力信号、お
よびアクセルペダル踏込み量Ｌを表わすアクセルペダル
センサ７８の出力信号が入力ポート３５から読み込まれ
る。次いでステップ101 では再生フラグがセットされて
いるか否かが判別される。この再生フラグは排気通路１
５内の背圧が予め定められた背圧よりも高くなったとき
に背圧センサ１８の出力信号に基いてセットされるフラ
グであって、この再生フラグがセットされると別のルー
チンにおいて電磁切換弁１２が切換えられてバイパス弁
１１が全開せしめられ、電気ヒータ９の加熱作用が開始
されてフィルタ８の再生が開始される。

再生フラグがセットされていない場合にはステップ102
に進んで機関回転数およびアクセルペダル踏込み量に応
じた最適な量の燃料が最適な期間に亘って燃料噴射弁か
ら噴射される。即ち、機関回転数およびアクセルペダル
踏込み量と最適な噴射量との関係、即ち機関回転数およ
びアクセルペダル踏込み量と最適なリニアソレノイド７
２の位置との関係がマップの形で予めＲＯＭ34内に記憶
されており、機関回転数およびアクセルペタル踏込み量
と最適な噴射時期、即ち機関回転数およびアクセルペダ
ル踏込み量と最適なタイマピストン４６の位置との関係
がマップの形で予めＲＯＭ34内に記憶されており、従っ
てステップ102 ではこれらマップに記憶されたデータに
基いて最適な量の燃料が最適の時期に燃料噴射弁から噴
射される。

一方、再生フラグがセットされているときにはステップ
103 に進んで機関回転数ＮＥが1500r.p.m よりも低いか
否かが判別される。ＮＥ≦1500r.p.m の場合にはステッ
プ104 に進んでアクセルペダル踏込み量Ｌが９０％以上
であるか否かが判別される。なお、この場合、アクセル
ペダル解放時をＬ＝０％とし、踏込み量が最大のときを
Ｌ＝100％としている。Ｌ≧９０％のときはステップ105
に進んでＬ＝９０％とされ、次いでステップ102 に進
む。このようにＮＥ≦1500r.p.m でＬ≧９０％のとき、
即ち低回転高負荷運転時にはＬ≧９０％であってもＬ＝
９０％であるとしてマップから燃料噴射量および燃料噴
射時期が定められる。云いかえるとＮＥ≦1500r.p.m で
あってＬ≧９０％のときには最大噴射量が低下せしめら
れる。このようにして例えばＬ＝100 ％のときにＬ＝９
０％として燃料噴射量が定められると排気ガス中の酸素
濃度は８％以上となる。その結果、火炎が良好に伝播す
るためにフィルタ８の再生が途中で停止するのを阻止す
ることができる。

〔発明の効果〕

フィルタ再生中に機関の運転状態が低回転高負荷運転に
移行しても再生動作が途中で停止することがなく、斯く
して一旦再生動作が開始されれば必ず再生動作を完了さ
せることができる。その結果、次の再生時に二重に積層
した多量のパティキュレートが燃焼して燃焼温度が高く
なることがないのでフィルタが過熱することがなく、斯
くしてフィルタが溶損するのを阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は機関排気系を断面図で示した内燃機関の側面
図、第２図は燃料噴射ポンプの側面断面図、第３図は燃
料噴射制御を実行するための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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   た内燃機関において、フィルタの再生動作中において機
   関回転数が予め定められた回転数よりも低い低回転数と
   なったときに最大噴射量を低下せしめるようにしたディ
   ーゼル機関の排気ガス浄化装置。