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JP2002349241A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気浄化装置

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Publication number
JP2002349241A
JP2002349241A JP2001155894A JP2001155894A JP2002349241A JP 2002349241 A JP2002349241 A JP 2002349241A JP 2001155894 A JP2001155894 A JP 2001155894A JP 2001155894 A JP2001155894 A JP 2001155894A JP 2002349241 A JP2002349241 A JP 2002349241A
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JP
Japan
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exhaust
engine
exhaust gas
temperature
passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Application number
JP2001155894A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshitaka Minami
利貴 南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
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Priority to DE60218082T priority patent/DE60218082T2/de
Priority to EP02011520A priority patent/EP1260684B1/en
Priority to US10/153,775 priority patent/US6865882B2/en
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】車両に搭載されたディーゼルエンジンの広い運
転領域においてＤＰＦに捕集されたＰＭを確実に連続的
に燃焼させることを目的とする。 【解決手段】エンジン２の排気通路に配置された第１の
連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ１２
と、第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィ
ルタよりも上流側の排気通路をバイパスするバイパス通
路と、バイパス通路に配設された第２の連続再生式ディ
ーゼルパティキュレートフィルタ１３と、バイパス通路
間の排気ガスの流路を切り換える切替弁と、排気温度上
昇手段と排気温度上昇および切替弁を制御する制御手段
１０と、を具備し、制御手段は、エンジンの排気温度領
域が所定の温度領域より低温領域である場合には、排気
温度上昇手段を作動させるとともに、排気ガスが第２の
連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタを通過
するように切替弁を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
の排気ガス中のパティキュレートを除去するための排気
浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の内燃機関、特にディーゼルエンジ
ンの排気ガスに対する規制は年々強化されており、 特に
カーボンを主成分とするパティキュレート（以下、Ｐ
Ｍ）の低減が急務となっている。このＰＭを排気から除
去する装置としてディーゼルパティキュレートフィルタ
（以下、ＤＰＦ）が知られており、ディーゼルエンジン
を搭載した車両にＤＰＦを装備させることを義務づける
動きも本格化してきている。
【０００３】ところで、ディーゼルエンジンを搭載した
車両に装備されるＤＰＦには、エンジンが繰り返し運転
されることによって捕集したＰＭが堆積するため、捕集
したＰＭを燃焼してＤＰＦを再生させる必要がある。こ
の再生の手段としては、電気ヒータやバーナ等で加熱し
てＰＭを燃焼させる方式が知られている。このＰＭを燃
焼させる方式を採用した場合、ＤＰＦの再燃焼中はＰＭ
の捕集が不可能なため、排気通路に複数のＤＰＦを並列
に配設して捕集と燃焼を交互に行うシステムとなり、装
置が大掛かりになってしまうという問題が発生する。ま
た、ＰＭを燃焼させる方式は、ＰＭ燃焼時の温度が高温
になるためフィルタの耐久性確保が問題となってしま
う。このような理由からこの捕集したＰＭを燃焼させる
方式は、広く採用されるに至っていない。
【０００４】上記のような問題を踏まえ、近年ではディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置として、特許第２６００
４９２号に記載されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒をＤＰＦに
担持させて、ＮＯｘを吸蔵、還元する際に発生する活性
酸素を利用して捕集したＰＭを連続的に燃焼させる方式
が知られている。また別の連続再生式の排気浄化装置と
しては、例えば特許第３０１２２４９号等に開示されて
いるものがあり、図１０に従来より知られる連続再生式
ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下連続再生式
ＤＰＦとする）を装備したディーゼルエンジンの排気浄
化装置を示す。以下、図１０に基づいて連続再生式ＤＰ
Ｆを装備したディーゼルエンジンの排気浄化装置につい
て説明する。
【０００５】シリンダブロックおよびシリンダヘッド等
からなるエンジン本体２には、吸気通路の一部を構成す
る吸気マニホールド３および排気通路の一部を構成する
排気マニホールド４が配設されている。吸気マニホール
ド３には吸気通路の一部を構成する吸気管５が接続され
ており、この吸気管５の最上流部に吸入空気を清浄化す
るエアクリーナ６が配設されている。エアクリーナ６で
清浄化された吸入空気は吸気管５を通り吸気マニホール
ド３を介して図示しないシリンダ内に供給される。上記
排気マニホールド４には排気通路の一部を構成する排気
管７が接続されており、シリンダ内で生成された排気ガ
スは排気マニホールド４および排気管７を通して排出さ
れる。
【０００６】図示のディーゼルエンジンは、吸入空気を
過給するためのターボチャージャー８を備えている。こ
のターボチャージャー８は、排気管７に配設された排気
タービン８１と、吸気管５に配設された吸気コンプレッ
サ８２とを有している。また、図示のディーゼルエンジ
ンは、上記排気タービン８１より上流側の排気管７と上
記吸気コンプレッサ８２より下流側の吸気管５とを連絡
する排気ガス環流（以下ＥＧＲとする）通路９を具備し
ている。ＥＧＲ通路９にはＥＧＲバルブ１１が配設され
ている。このＥＧＲバルブ１１は、例えば図示しない負
圧タンクに接続された負圧アクチュエータを備えてお
り、後述する制御手段１０により運転状態に応じて供給
される負圧量が制御されることにより、その開度即ちＥ
ＧＲ率が制御される。なお、ＥＧＲはよく知られている
ように、燃焼後の排気ガスを環流させた吸入空気をシリ
ンダ内に投入してＮＯｘの抑制を図る排気浄化手段であ
る。また、ＥＧＲ通路とエンジン側の連結は本従来例で
は吸気管、排気管となっているが吸気通路の一部を構成
する吸気、排気マニホールドでも良いことは明らかであ
る。
【０００７】上記排気タービン８１より下流側の排気管
７には、上流側より順に酸化触媒１２１、ＤＰＦ１２２
とを有する連続再生式ディーゼルパティキュレートフィ
ルタ１２およびＮＯｘ触媒１４が配設されている。酸化
触媒１２１は、例えばハニカム状のコーディエライト、
あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性アルミナ等
をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート
層に白金、パラジウム、あるいはロジウム等の貴金属か
らなる触媒活性成分を担持させたものが使用される。こ
の酸化触媒１２１は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ
２を生成させるとともに、排気ガス中のＨＣとＣＯを酸
化してＨ２ＯとＣＯ２を生成させる。ＤＰＦ１２２は、
例えば多孔質のコーディエライト、あるいは炭化珪素に
よって多数のセルが平行に形成され、セルの入口と出口
が交互に閉鎖された、いわゆるウォールフロー型と呼ば
れるハニカムフィルタや、セラミック繊維をステンレス
多孔管に何層にも巻き付けた繊維型フィルタが使用さ
れ、排気ガス中のＰＭを捕集する。ＮＯｘ触媒１４は、
その構成や成分は上記酸化触媒１２１と同じようなもの
が使用でき、排気ガス中のＮＯ等のＮＯｘをＮ２やＨ２
Ｏに還元させる。このように少なくとも上記した酸化触
媒１２１及びＤＰＦ１２２により連続再生式ＤＰＦ１２
が構成され、酸化触媒１２１によって排気ガス中のＮＯ
をＮＯ２に酸化させ、酸化触媒１２１の下流側に配設し
たＤＰＦ１２２に流入するＮＯ２によって捕集されたＰ
Ｍを燃焼させる。この時、４００℃以下の低い温度でＰ
Ｍが燃焼するため、電気ヒータやバーナ等の特別な加熱
手段を設ける必要がなく、また、低温にてＰＭの燃焼を
連続的に起こしながら、同時にＰＭの捕集も行うため装
置全体を簡易に且つコンパクトにできるという利点を有
している。
【０００８】図示のディーゼルエンジンは、エンジンの
回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサ１５、
アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度＝ＡＣＬ）
を検出するアクセルセンサ１６、吸気マニホールド３内
に配設されシリンダ内に吸入される吸気の温度を検出す
る吸気温度センサ１７、該エンジン回転速度検出センサ
１５やアクセルセンサ１６および吸気温度センサ１７等
からの検出信号に基づいて上記ＥＧＲバルブ１１や図示
しない燃料噴射装置によってシリンダ内に噴射される燃
料の噴射量を制御する制御手段１０を具備している。制
御手段１０はエンジン回転速度とアクセル開度をパラメ
ータとする燃料噴射量を設定した図１３に示すような所
謂燃料噴射量を格納したメモリを具備しており、エンジ
ン回転速度検出センサ１５およびアクセルセンサ１６か
らの検出信号に基づいて基本燃料噴射量を決定する。そ
して、制御手段１０は、基本燃料噴射量を吸気温度セン
サ１５の検出値に基づき補正し、最終的な燃料噴射量を
決定する。なお、最終的な燃料噴射量は吸気温度のみな
らず、他の様々なパラメータ（大気圧やスモーク限界噴
射量等）を参照して随時補正することが可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記した酸化触媒１２
１におけるＮＯをＮＯ２に酸化する反応の効率、いわゆ
る転化率は、現状の触媒では触媒温度によって大きく変
化する。例えば２５０℃から４００℃の間における活性
領域では良好な酸化反応を見ることが出来るが、それ以
外の領域では十分にＮＯからＮＯ２への転化が行われな
い。つまりＰＭを酸化させるだけの十分なＮＯ２成分が
発生しないのである。図１１はＰＭの酸化燃焼によって
発生するＣＯ２の発生量をエンジンの排気温度と対比し
て示したものである。これをみると２５０℃から４００
℃の間で活発にＰＭが燃焼してフィルタが再生されてい
ることがわかる。逆にいえばそれ以外の温度領域ではＰ
Ｍの燃焼、即ちＤＰＦの再生は殆ど行われない。つまり
２５０℃から４００℃以外の温度領域では、再生が行わ
れないままＤＰＦにＰＭが捕集され続けることになる。
そのＰＭが多量に溜め込まれた状態でＰＭの燃焼が発生
するとＤＰＦ内で一気に燃焼が進行しフィルタの耐久性
を著しく損ねるなどの問題も発生する。
【００１０】車両に搭載されるディーゼルエンジンは、
運転状態によってエンジン回転速度やエンジン負荷が刻
々と変化し、そこから排出される排気ガス温度も運転状
態に応じて変化する。図１２にはエンジン回転速度とエ
ンジン負荷をパラメータとする排気ガスの温度領域が示
されている。図１２からもわかるようにエンジンが高負
荷時で回転速度が高い時、及びエンジンが低負荷で回転
速度が低い時には触媒の温度が活性温度領域（２５０℃
から４００℃）から外れてしまい酸化触媒でＮＯが十分
にＮＯ２に酸化しない。よってＤＰＦにより捕集された
ＰＭが十分に燃焼されないのでフィルタのＰＭ捕集効率
も落ち、フィルタ自体の目詰まりを早めるなど好ましく
ない結果となってしまう。さらには排気温度が触媒の活
性温度領域に入っていても排気温度が低い場合は、排気
マニホールドから酸化触媒に至る間に外気などに放熱し
てしまうため結果的に活性温度領域以下に下がってしま
うことがあった。
【００１１】なお、上記の従来技術は連続再生式ＤＰＦ
として、酸化触媒とディーゼルパティキュレートフィル
タにより構成される連続再生式ＤＰＦに基づき説明した
が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒をＤＰＦに担持させて、ＮＯ
ｘを吸蔵、還元する際に発生する活性酸素を利用して捕
集したＰＭを連続的に燃焼させる方式においても触媒が
有効に機能する温度領域が限定されており同様の問題が
発生している。
【００１２】本発明は以上の点に鑑みなされたものであ
り、その主たる技術的課題はエンジンの広い運転領域に
おいてＤＰＦに捕集されたＰＭを確実に連続的に燃焼さ
せることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために、本発明によれば、ディーゼルエンジンの
排気通路に配置された第１の連続再生式ディーゼルパテ
ィキュレートフィルタと、該第１の連続再生式ディーゼ
ルパティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路を
バイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に配設さ
れた第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィ
ルタと、該バイパス通路間の該排気通路に配設され排気
ガスの流路を切り換える切替弁と、該エンジンの排気温
度を上昇せしめるための排気温度上昇手段と、該エンジ
ンの排気温度領域を検出する排気温度領域検出手段と、
該排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排
気温度領域に対応して該排気温度上昇手段および該切替
弁を制御する制御手段と、を具備し、該制御手段は、該
排気温度領域検出手段により検出されたエンジンの排気
温度領域が所定の温度領域より低温領域である場合に
は、該排気温度上昇手段を作動させるとともに、排気ガ
スが該第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフ
ィルタを通過するように該切替弁を制御する、ことを特
徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置が提供され
る。
【００１４】上記排気温度領域検出手段は、エンジンの
負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジンの回
転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、エンジ
ン負荷とエンジン回転速度をパラメータとしてエンジン
の排気温度領域を設定した排気温度領域マップとからな
っている。
【００１５】上記排気温度上昇手段は、該吸気通路に配
設された吸気シャッタからなっている。
【００１６】また、上記排気温度上昇手段は、該ディー
ゼルエンジンの吸気通路に配設された吸気シャッタと、
吸気行程中のシリンダーの排気通路をシリンダーに開放
する排気導入機構とからなっていることが望ましい。
【００１７】更に、上記排気温度上昇手段は、該ディー
ゼルエンジンの吸気通路に配設された吸気シャッタと、
吸気行程中のシリンダーの排気通路をシリンダーに開放
する排気導入機構と、排気通路に配設された排気シャッ
タとからなっていることが望ましい。
【００１８】上記制御手段は、上記排気温度領域検出手
段により検出されたエンジンの排気温度領域が低い程、
上記吸気シャッタ及び上記排気シャッタの開度を小さく
なるように段階的に制御することが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明に好適
な実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に基
づき構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置の一
実施形態を示す概略構成図である。なお、図１に示す実
施形態においては上記図１０で示した従来の排気浄化装
置と同じ構成部材には同一の番号を付して詳細な説明は
省略する。
【００２０】図１に示す実施形態におけるディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置は、吸気通路の一部をなす吸気管
５におけるＥＧＲ通路９の連結部よりも上流側に配設さ
れ吸入空気量を制限する吸気シャッタ２２を備えてい
る。この吸気シャッタ２２は、通常は全開に保持されて
いる。また、排気通路の一部を構成する排気管７におけ
るＥＧＲ通路９の連結部よりも下流側には、排気ガスの
流出を制限する排気シャッタ２３が配設されている。こ
の排気シャッタ２３も上記吸気シャッタ２２と同様に、
通常状態では全開に保持されている。なお、吸気シャッ
タ２２および排気シャッタ２３は、例えば図示しない負
圧タンクに接続された負圧アクチュエータを備えてお
り、制御手段１０により運転状態に応じて供給される負
圧量が制御されることにより、その開度が制御される。
【００２１】排気通路の一部を構成する排気マニホール
ド４の直後の排気管７には、排気通路をバイパスするバ
イパス通路１０１が配設されている。このバイパス通路
１０１には、図２に示すように上述した酸化触媒１２１
及びパティキュレートフィルタ１２２を有する第１の連
続再生式ＤＰＦ１２と同様に酸化触媒１３１及びパティ
キュレートフィルタ１３２を有する第２の連続再生式Ｄ
ＰＦ１３が配設されている。この第２の連続再生式ＤＰ
Ｆ１３の容量は、第１の連続再生式ＤＰＦ１２の容量よ
り小さく構成されている。上記バイパス通路１０１間の
排気管７には、排気ガスの流路を切り換える切替弁１０
２が配設されている。この切替弁１０２は制御手段１０
により制御され、排気管７を閉じると排気マニホールド
４から排出される排気ガスをバイパス通路１０１、即ち
第２の連続再生式ＤＰＦ１３に流入せしめる。
【００２２】本実施形態のディーゼルエンジンは、図３
示すように吸気行程中のシリンダーの排気通路をシリン
ダーに開放する排気導入機構を具備している。図３に
は、吸気バルブ３０と吸気バルブ作動機構３１および排
気バルブ４０と排気バルブ作動機構４１が示されてい
る。排気バルブ作動機構４１を構成する排気カム４２
は、排気行程で排気バルブ４０を作動する通常のカムプ
ロフィール４２１と、該カムプロフィール４２１と回転
方向後側に略９０°の位相角をもって形成された排気導
入カムプロフィール４２２を備えている。このように構
成された排気カム４２は、図４に示すようにカムプロフ
ィール４２１による排気バルブリフトカーブ（１）と、
吸気行程中（吸気バルブ作動機構３１による吸気バルブ
リフトカーブ中）の短期間に排気導入カムプロフィール
４２２による排気バルブリフトカーブ（２）をもって排
気バルブ４０を作動する。従って、図３に示す実施形態
においては、排気カム４２に形成された排気導入カムプ
ロフィール４２２は、吸気行程中にシリンダー内に排気
ガスを導入するためのの排気導入機構として機能する。
なお、排気導入カムプロフィール４２２による排気バル
ブ４０のリフト量は、１〜３ｍｍ程度でよい。
【００２３】次に、排気導入機構の他の実施形態につい
て、図５を参照して説明する。なお、図５に示す実施形
態においては、図３の実施形態における同一部材には同
一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図５に示
す実施形態においては、排気バルブ作動機構４１を構成
する排気カム４２は、通常のカムプロフィール４２１だ
けを備えている。そして、図４に示す実施形態における
排気導入機構５０は、吸気行程中に同一シリンダ内の排
気通路内をシリンダに開放する排気導入バルブ５１と、
該排気導入バルブ５０を作動する電磁ソレノイド５２と
からなっている。このように構成された排気導入機構５
０は、エンジンの排気温度領域が所定の温度領域より低
温領域である場合に、制御手段１０から制御信号が電磁
ソレノイド５２に駆動信号が与えられ排気導入バルブ５
１が吸気行程中に開弁駆動される。
【００２４】図１に示す実施形態においては、ディーゼ
ルエンジンの排気温度領域を検出する排気温度領域検出
手段を具備している。以下に排気温度領域検出手段につ
いて述べる。エンジンの排気温度は、主にエンジンに供
給される燃料噴射量（負荷）とエンジン回転速度により
ほぼ決定される。図示の実施形態における排気浄化装置
の制御手段１０は、図示しない内部メモリに図６に示す
ようなエンジン回転速度とエンジン負荷をパラメータと
する排気温度領域マップを有しており、エンジン回転速
度と燃料噴射量（負荷）から現在の排気温度がどこの領
域にあるかを検出する。ここで示される領域とは、シリ
ンダから排出された排気温度の温度領域を指すものとす
る。
【００２５】図６に示すＸ、Ｙ、Ｚの境界線は主にマッ
プを定義する際のエンジンの排気温度に関する試験結果
と酸化触媒１２１の活性温度領域を参照して設定され
る。Ｘ領域は酸化触媒１２１の活性温度領域よりも高く
なる領域であり、Ｙ領域は酸化触媒１２の活性温度領域
に含まれる領域、そしてＺ領域は酸化触媒１２１の活性
温度領域よりも低くなる領域である。なお、この境界線
は採用するディーゼルエンジンの運転特性、採用する酸
化触媒１２の特性によって使用者が適宜変更できること
は言うまでもない。更に、上記温度領域は必ずしも３つ
である必要がなく、もっと細分化してもよいし、あるい
は二つに領域を定義することも可能である
【００２６】次に、図１に示す実施形態における排気浄
化装置の作動を図９に示すフローチャートに基づき説明
する。エンジンの運転がスタートすると図示しない燃料
噴射装置によりエンジンに燃料が供給される。制御手段
１０はエンジン回転速度検出センサ１５およびアクセル
センサ１６からのエンジン回転速度信号（Ｎｅ）とアク
セル開度信号（ＡＣＬ）を読み込み（ステップＳ１）、
上記図１１に示す所謂燃料噴射量マップを参照し燃料噴
射量を決定する（ステップＳ２）。制御手段１０は、こ
の時の燃料噴射量をエンジンの負荷Ｑとして検出する。
【００２７】図１に示す実施形態における排気浄化装置
においては、上述したようにエンジン負荷Ｑを検出した
ら、制御手段１０はエンジン負荷と上記のように検出さ
れたエンジン回転速度に基づいて図６に示す排気温度領
域マップより現在の排気温度領域を検出する（ステップ
Ｓ３）。このようにして、現在の排気温度領域を検出し
たならば、制御手段１０は現在の排気温度領域の基づき
図７に示す制御マップに従って、上記ＥＧＲバルブ１１
および吸気シャッタ２２と排気シャッタ２３を制御す
る。
【００２８】先ず、排気温度領域が酸化触媒の活性温度
領域Ｘにある場合（ステップＳ４）には、制御手段１０
は図７の制御マップに従ってＥＧＲバルブ１１を全閉と
し（ステップＳ５）、吸気シャッタ２２、排気シャッタ
２３、切替弁１０２を全開に開く（ステップＳ６）。そ
して制御手段１０は排気温度低下制御を実行する（ステ
ップＳ７）。この排気温度低下制御は、例えば可変ター
ボチャージャによる吸入空気量の増加制御や冷却水によ
る排気ガスの冷却制御等である。なお、排気温度低下制
御は本発明の主たる構成ではないので説明は省略する。
【００２９】ステップ４で排気温度領域がＸ以外の場合
は、制御手段１０はステップＳ４からステップＳ８に進
み排気温度領域が低温領域Ｚか否かを判断する。そして
低温領域ではない（排気温度領域＝Ｙ）と判断された
ら、制御手段１０はステップＳ９に進んで吸気シャッタ
２２、排気シャッタ２３および切替弁１０２を全開に開
く。また、ステップＳ９でＥＧＲバルブ１１は開とされ
るが、制御手段１０は通常運転時におけるＥＧＲ制御を
実行してもよい。
【００３０】ステップＳ８にて排気温度領域が低温領域
（排気温度領域＝Ｚ）と判断された場合は、制御手段１
０はステップＳ１０に進んで吸気シャッタ２２を作動さ
せて図８（ａ）の吸気シャッタ開度マップに基づいて絞
り制御を行う。そして、制御手段１０はステップＳ１１
に進んで排気シャッタ２３を作動させて図８（ｂ）の排
気シャッタ開度マップに基づいて排気シャッタの絞り制
御を行う。なお、図８の（ａ）および図８の（ｂ）に示
すマップはいずれも図６で示した排気温度領域検出手段
に用いたマップのＺの領域をさらに分割して吸気・排気
シャッタの開作動を段階的に設定したものである。“３
／４開度”とは全開位置に対して１／４閉じているとい
うことであり“１／４開度”とは３／４閉じているとい
うことである。更に、制御手段１０はステップＳ１２に
進んでＥＧＲバルブ１１を開とするとともに排気ガスの
通路をバイパス通路１０１切り替える切替弁１０２を閉
弁させる（ステップＳ１２）。以上の制御を行い制御フ
ローチャートはスタートに戻る。
【００３１】以上のように排気温度領域が低温領域（排
気温度領域＝Ｚ）の場合は、吸気シャッタ２２を絞る制
御を行うことにより新気の吸入空気が制限されるととも
にＥＧＲ通路９の出口付近の吸気通路内圧力が低下する
ため、ＥＧＲガス環流量も増加する。また、排気シャッ
タ２３を絞る制御を行うことにより排気通路の一部を構
成する排気管７とＥＧＲ通路９の連結部の排圧が高まり
さらにＥＧＲガスの環流量が増大する。排気ガスの温度
はシリンダ内の燃焼時に空気過剰率（λ）が１に近いほ
ど、また吸入空気の温度が高いほど高くなる。したがっ
て通常であれば低回転、低負荷状態で排気温度が酸化触
媒１２１の活性領域に達しない運転領域であっても上記
のような制御を実施することで吸入空気温度を上げて、
吸入空気中の新気量を減らし、排気温度を活性温度領域
Ｙにまで高めることが可能となる。図８の（ａ）および
図８の（ｂ）の各マップに示すように排気温度領域が酸
化触媒の活性温度領域Ｙから離れている領域つまり排気
温度がより低い領域では吸気シャッタ２２および排気シ
ャッタ２３がより絞られる制御が行われ、排気温度がよ
り一層上昇させられることになる。そして、図示の実施
形態においては、図３に示す排気導入機構を構成する排
気カム４２の排気導入カムプロフィール４２２の作用に
よって吸気行程中に排気バルブ４０が開弁されシリンダ
ー内に排気ガスが導入される。
【００３２】また、図５に示す排気導入機構５０を備え
た場合には、吸気行程中に電磁ソレノイド５２が駆動さ
れ排気導入バルブ５１が開弁されてシリンダー内に排気
ガスが導入される。このように排気温度領域が低温領域
（排気温度領域＝Ｚ）の場合は、排気通路中の高温の排
気ガスが吸気行程でシリンダ内に逆流させられるので結
果的に排気温度が上昇させられる。更に上記のように排
気シャッタを閉じるような制御を行っている場合には、
排気通路中の排圧が高くなっているのでシリンダ内に逆
流する排気ガスが増加し排気温度を上昇させることが可
能になる。従って、排気温度領域が低温領域（排気温度
領域＝Ｚ）の場合に、吸気シャッタ２２を絞る制御、排
気シャッタ２３を絞る制御および排気導入機構の作動
は、エンジンの排気温度を上昇せしめるための排気温度
上昇手段として機能する。
【００３３】そして本発明では、排気温度領域がＺ領域
の場合には、上記した排気温度上昇手段を作動させると
同時に、排気管７に配設された切替弁１０２を閉弁し、
排気ガスがバイパス通路１０１、即ち第２の連続再生式
ＤＰＦ１３を流れるように制御を行う。第２の連続再生
式ＤＰＦ１３は排気マニホールド４の略直下に配置さ
れ、排気温度上昇手段により上昇させた排気温度が外気
等により低下させられることなく排気ガスを通過させる
ことができる位置に配置されている。これにより排気温
度を排気温度上昇手段により上昇させたにもかかわらず
従来からの第１の連続再生式ＤＰＦに到達する前に第１
の連続再生式ＤＰＦ１２の酸化触媒１２１の活性温度領
域以下に低下してしまうという問題が回避される。つま
り少なくとも排気温度領域がＹ領域、Ｚ領域にあるとき
は常にＰＭが捕集されると同時に連続的に再生が実行さ
れることとなる。
【００３４】第２の連続再生式ＤＰＦ１３は従来から設
置されている第１の連続再生式ＤＰＦ１２よりも容量の
小さいものが採用される。第２の連続再生式ＤＰＦ１３
は排気温度が低い場合に使用されるものであり比較的低
負荷（燃料噴射量が少ない）領域に限られて使用するも
のである。すなわち排気流量そのものが少なく排気ガス
中のＰＭも全運転領域で見れば少ない領域となるうえ、
排気マニホールド４の直下に配置されることも鑑みれば
小さい容量にすることが好ましいものである。
【００３５】以上、図示の本実施形態では、排気温度領
域をエンジン回転速度と負荷により検出したがこれに限
るものではなく、エンジンの酸化触媒１２１に直接的に
設けられる排気温度センサ２７によって検出してもよ
い。また、酸化触媒とＤＰＦを別体で記載しているが、
ＤＰＦに酸化触媒となる材料を直接担持させて一体的に
構成された連続再生式ＤＰＦや、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
をＤＰＦに担持させた連続再生式ＤＰＦ、さらには有効
に機能する温度領域が限られた触媒を利用した他の連続
再生式ＤＰＦについても同様に本発明が適用可能である
ことは言うまでもない。なお、ＥＧＲ通路９と排気導入
機構を併設するように説明したが必ずしもＥＧＲ通路９
は必須ではなく特に排気導入機構を設けた場合はＥＧＲ
通路９を省略してもよい。
【００３６】
【発明の効果】本発明に基づくディーゼルエンジンの排
気浄化装置によれば、排気温度上昇手段により排気温度
を上昇させるとともに、従来の第１の連続再生式ＤＰＦ
とは別に容積の小さい第２の連続再生式ＤＰＦを第１の
連続再生式ＤＰＦの上流側に配設し、排気ガスを第２の
連続再生式ＤＰＦを通過させるようにしたので、排気温
度上昇手段により上昇させた排気ガスを外気などで低下
させることなくＰＭを捕集しかつ連続的に再生すること
ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づき構成されたディーゼルエンジン
の排気浄化装置
【図２】図１に示す第２の連続再生式ディーゼルパティ
キュレートフィルタの拡大図
【図３】本発明における排気導入機構の一実施形態を示
す図
【図４】図３の構成における吸気バルブ、排気バルブの
リフトカーブ
【図５】本発明における排気導入機構の他の実施形態を
示す図
【図６】本発明における、排気温度領域マップ
【図７】本発明における排気温度領域別の制御マップ
【図８】本発明における吸気及び排気シャッタの開度制
御マップ
【図９】本発明における制御手段の制御フローチャート
【図１０】従来のディーゼルエンジンの排気浄化装置
【図１１】連続再生式ＤＰＦにおける排気ガス温度とＰ
Ｍの燃焼特性を示すグラフ
【図１２】ディーゼルエンジンのエンジン回転速度と負
荷に対する排気ガス温度の関係を示すグラフ
【図１３】エンジン回転速度とアクセル開度から燃料噴
射量を演算する燃料噴射量
【符号の説明】
２ エンジン本体 ３ 吸気マニホールド ４ 排気マニホールド ５ 吸気管 ６ エアクリーナ ７ 排気管 ８ ターボチャージャー ８１ 排気タービン ８２ 吸気コンプレッサ ９ 排気ガス環流（ＥＧＲ）通路 １０ 制御手段（ＥＣＭ） １１ ＥＧＲバルブ １２ 第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフ
ィルタ １２１ 酸化触媒 １２２ ディーゼルパティキュレートフィルタ １３ 第２の連続再生式ディーゼルパティキュレートフ
ィルタ １３１ 酸化触媒 １３２ ディーゼルパティキュレートフィルタ １４ ＮＯｘ触媒 １５ エンジン回転速度検出センサ １６ アクセルセンサ １７ 吸気温度センサ ２２ 吸気シャッタ ２３ 排気シャッタ ３０ 吸気バルブ ３１ 吸気カム ４０ 排気バルブ ４１ 排気バルブ作動機構 ４２ 排気カム ４２１ 排気カムプロフィール ４２２ 排気導入カムプロフィール ５０ 排気導入機構 ５１ 排気導入バルブ ５２ 電磁ソレノイド
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年５月１５日（２００２．５．１
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ ４Ｄ０５８ Ｓ Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｆ Ｑ 9/04 9/04 Ｃ Ｅ 13/02 13/02 Ｋ 45/00 ３６０ 45/00 ３６０Ｃ Ｆターム(参考） 3G065 AA01 AA03 AA09 AA10 CA12 DA02 EA07 EA10 GA10 GA18 GA46 HA06 JA04 JA09 JA11 KA03 KA12 3G084 AA01 BA05 BA08 BA19 BA20 BA23 BA24 CA03 CA04 DA10 EB08 EB11 FA10 FA27 FA33 FA37 3G090 AA01 AA02 AA03 AA04 CB21 DB06 DB07 EA01 EA02 EA05 EA06 EA07 EA08 3G091 AA18 AB13 BA01 BA08 BA13 BA14 DA01 DA02 DB10 EA01 EA03 EA05 EA07 EA17 EA35 FA11 FA13 FA14 HA12 HA18 HA20 HA36 HB00 HB03 HB05 HB06 3G092 AA02 AA17 AA18 DA02 DA04 DA07 DA12 DA14 DC08 DC09 EA01 EA02 EC09 FA06 FA21 GA03 GA05 GA06 HA06X HA06Z HD07X HD07Z HD09X HD09Z HD10X HD10Z HF08Z 4D058 JA01 JB06 JB28 MA44 MA47 NA05 QA23 SA08 TA06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの排気通路に配置された第１の
    連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタと、該
    第１の連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ
    よりも上流側の排気通路をバイパスするバイパス通路
    と、該バイパス通路に配設された第２の連続再生式ディ
    ーゼルパティキュレートフィルタと、該バイパス通路間
    の該排気通路に配設され排気ガスの流路を切り換える切
    替弁と、該エンジンの排気温度を上昇せしめるための排
    気温度上昇手段と、該エンジンの排気温度領域を検出す
    る排気温度領域検出手段と、該排気温度領域検出手段に
    より検出されたエンジンの排気温度領域に対応して該排
    気温度上昇手段および該切替弁を制御する制御手段と、
    を具備し、該制御手段は、該排気温度領域検出手段によ
    り検出されたエンジンの排気温度領域が所定の温度領域
    より低温領域である場合には、該排気温度上昇手段を作
    動させるとともに、排気ガスが該第２の連続再生式ディ
    ーゼルパティキュレートフィルタを通過するように該切
    替弁を制御する、ことを特徴とするディーゼルエンジン
    の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 該排気温度領域検出手段は、エンジンの
    負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジンの回
    転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、エンジ
    ン負荷とエンジン回転速度をパラメータとしてエンジン
    の排気温度領域を設定した排気温度領域マップとからな
    っている、請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄
    化装置。
  3. 【請求項３】 該排気温度上昇手段は、該ディーゼルエ
    ンジンの吸気通路に配設された吸気シャッタからなる、
    請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 該排気温度上昇手段は、該ディーゼルエ
    ンジンの吸気通路に配設された吸気シャッタと、吸気行
    程中のシリンダーの排気通路をシリンダーに開放する排
    気導入機構とからなる、請求項１記載のディーゼルエン
    ジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 該排気温度上昇手段は、該ディーゼルエ
    ンジンの吸気通路に配設された吸気シャッタと、吸気行
    程中のシリンダーの排気通路をシリンダーに開放する排
    気導入機構と、排気通路に配設された排気シャッタとか
    らなる、請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化
    装置。
  6. 【請求項６】 該ディーゼルエンジンは、吸気行程中の
    シリンダーの排気通路をシリンダーに開放する排気導入
    機構を有することを特徴とす請求項３記載のディーゼル
    エンジンの排気浄化装置。
  7. 【請求項７】 該制御手段は、該排気温度領域検出手段
    により検出されたエンジンの排気温度領域が低い程、該
    吸気シャッタ及び／又は該排気シャッタの開度を小さく
    なるように段階的に制御する、請求項６に記載のディー
    ゼルエンジン排気浄化装置。
JP2001155894A 2001-05-24 2001-05-24 ディーゼルエンジンの排気浄化装置 Pending JP2002349241A (ja)

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