JP2582972B2 - ディーゼル機関の排気還流装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の排気
還流装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関に備えられる排気還流装
置は、運転状態に応じて不活性である排気ガスの一部を
吸気系に還流させることにより、燃焼時の最高温度を下
げてＮＯｘの生成を少なくするようになっている(特開
昭５８−７２６６５号公報、同６１−５５３５８号公
報、同６１−２０５３４５号公報、参照)。

【０００３】一方で、排気通路に耐熱性フィルタ構造の
トラップを備えて排気ガス中に含まれるカーボン等の微
粒子であるパーティキュレートを捕集するディーゼル機
関があり、トラップに捕集されたパーティキュレートを
所定時期に燃焼させる再生装置を備え、パーティキュレ
ートの堆積により排気圧力が過度に上昇しないようにな
っている。

【０００４】このトラップ再生装置として、例えば特開
昭５８−５１２３５号公報に開示されたものは、吸気通
路に吸気絞り弁が介装され、所定時期に吸気絞り弁の開
度を減らすように構成されており、吸入空気量が減少す
ることにより排気ガスの温度が上昇し、排気ガスの熱で
トラップに捕集されたパーティキュレートが再燃焼する
ようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のトラップ再生装置を備えるディーゼル機関において、
トラップの再生時に減速運転が行われると、燃料の供給
が止められるため、燃焼が行われずに筒内から排気通路
に流出する排気ガスの温度が低下し、トラップの温度が
低下して再生ができなくなる可能性が考えられた。

【０００６】本発明は上記の問題点に着目し、減速時に
トラップの温度低下を防止することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、図１に示
すように、機関の吸気通路１と排気通路２とを結ぶ排気
還流通路３と、この排気還流通路３に介装される排気還
流制御弁４と、同じく排気還流通路３の合流部より上流
側の前記吸気通路２に介装される吸気絞り弁８と、機関
の運転条件を検出する手段９１と、検出された運転条件
に基づき前記排気還流制御弁４および吸気絞り弁８を介
して排気還流量を制御する手段９２とを備えるディーゼ
ル機関の排気還流装置において、排気通路２に介装され
排気中のパーティキュレートを捕集するトラップ９と、
検出された運転条件に基づきこのトラップ９の再生時に
前記吸気絞り弁８の開度を絞る再生手段９３と、燃料の
供給が停止される減速運転時を判定して前記吸気絞り弁
８の開度を絞るとともに前記排気還流制御弁４を全開に
する減速時制御手段９４とを備える。

【０００８】第二の発明は、図２に示すように、前記排
気通路２の前記トラップ９より上流側に介装される排気
絞り弁５５を備え、前記減速時制御手段９４は燃料供給
が停止される減速運転状態を判定して前記吸気絞り弁８
の開度を絞るとともに前記排気還流制御弁４を全開に
し、かつ排気絞り弁５５の開度を絞る構成とする。

【０００９】

【作用】トラップ９の非再生時は、排気還流制御手段９
２で算出された制御値により吸気絞り弁８および排気還
流制御弁４の開度が制御され、機関運転条件に応じた排
気還流量が得られ、ＮＯｘの排出が抑えられる。

【００１０】トラップ９の再生時は、再生手段９３によ
り吸気絞り弁８の開度が絞られ、吸入空気量を減らして
排気ガスの温度を上昇させることにより、トラップ９に
捕集されたパーティキュレートを再燃焼させる。

【００１１】減速時制御手段９４により再生時に燃料供
給が停止される減速運転が判定されると、排気還流制御
弁４を全開させることにより、排気通路２から排気還流
通路３を通って吸気通路１に戻される排気還流量を増大
させて、燃料供給の停止に伴って温度の低下する排気ガ
スがトラップ９に導入されることを抑制し、また減速時
に排気ガスを排気還流通路３を介して循環させることに
より排気ガスの温度低下を抑制して、トラップ９の再生
を促す。

【００１２】また、第二の発明では、減速運転時に排気
絞り弁５５の開度も絞られるため、トラップ９に導入さ
れる排気ガス量を確実に低減することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１４】図３は過給機付きディーゼル機関に備えら
れる排気還流装置の概略を示しており、排気通路２の下
流側にはパーティキュレートを捕集するトラップ９が介
装され、吸気通路１には排気還流通路３の合流部より上
流側に吸気絞り弁８が介装される。吸気絞り弁８はステ
ップモータ３１を介して制御ユニット６０からの信号に
より機関運転条件に応じて開閉駆動される。

【００１５】排気通路２と吸気通路１を結ぶ排気還流通
路３が設けられ、この排気還流通路３の途中にダイヤフ
ラム式の排気還流制御弁４が介装される。排気還流制御
弁４の負圧室４６には負圧通路５が接続され、この負圧
通路５は図示しないバキュームタンクからの負圧がオリ
フィス３５を介して導入されるとともに、その一端が負
圧制御弁６に接続しており、この負圧制御弁６で信号負
圧が適宜に希釈されることによって、排気還流制御弁４
の開度が制御される。

【００１６】排気還流制御弁４は、排気還流通路３の途
中に形成された弁座４２に着座可能な弁体４１が、弁座
４２より排気通路２側すなわち排気還流通路３の上流側
に配置される。弁体４２には円錐面状のシート面４２ａ
が形成される一方、弁体４１には同じく円錐面状の座面
４１ａが形成される。これにより、排気通路２の排気圧
力が著しく上昇する運転条件でも、弁体４１と弁座４２
間に画成される間隙４０の開口面積を正確に制御できる
ようになっている。

【００１７】排気還流制御弁４は、弁体４１がロッド４
３を介してダイヤフラム４５に連結される。ケーシング
４４内に介装されたダイヤフラム４５によって、負圧室
４６と背圧室４７が画成される。この実施例では背圧室
４７は穴４９により大気圧が導入される。

【００１８】ダイヤフラム４５には、負圧室４６内に圧
縮状態で介装されたスプリング４８によって所定のバネ
荷重が付与され、弁体４１が開弁方向に付勢されてい
る。つまり、負圧室４６に導かれる信号負圧が増大する
のに伴ってダイヤフラム４５がスプリング４８を圧縮し
ながら弁体４１を弁座４２に引き寄せ、やがて着座させ
るようになっている。

【００１９】図３にも示すように、負圧制御弁６は、排
気圧力に応じた基本的な負圧制御を司る下部のダイヤフ
ラム弁部３２と、その制御特性をさらに所望の特性に変
化させるための上部のステップモータ３３とに大別され
る。

【００２０】ダイヤフラム弁部３２は、ケーシング３４
内に配設されたダイヤフラム３５を主体としており、こ
のダイヤフラム３５によって排圧室３６と希釈室３７が
画成されている。

【００２１】排気還流通路３の排気還流制御弁４より吸
気通路１側すなわち下流側にはオリフィス３０が介装さ
れ、その間の圧力が排圧室３６内に導入される。

【００２２】ダイヤフラム３５には、排圧室３６内に圧
縮状態で介装されたスプリング３８によって所定のバネ
荷重が付与されており、かつその希釈室３７側に弁体３
９が取付けられている。

【００２３】希釈室３７は通路７を介して吸気絞り弁８
より上流側の吸気通路１に連通し、希釈室３７内には弁
体３９に対向してポート１０が開口し、ポート１０に前
記負圧通路５が接続している。これにより、希釈室３７
には通路７を介して吸気絞り弁８の上流側から過給圧力
が導入されるため、高過給時に排圧室３６に導入される
圧力が上昇してもダイヤフラム３５が必要以上に押し上
げられることを防止できる。

【００２４】一方、ステップモータ３３は、ケーシング
１２に固定された一対のステータ１３と、ベアリング１
４，１５を介して回転自在に支持されたロータ１６とを
有している。このステップモータ３３は、ステータ１３
のコイルに制御ユニット６０から所定のパルス信号を印
加することで回転角がステップ的に制御される。

【００２５】ロータ１６は円筒状をなし、その内周面に
雌ねじ１７が形成されている。１８はケーシング１２の
ベアリング１５の内周側に固定されたガイド部材、１９
はこのガイド部材１８によって非回転かつ軸方向に摺動
可能にガイドされたプランジャであって、このプランジ
ャ１９は、上部に雄ねじ２０が形成されており、これが
上記ロータ１６の雌ねじ１７に螺合している。つまり、
このプランジャ１９は、ステップモータ３３の回転角に
応じて軸方向に直線運動する構成となっている。プラン
ジャ１９の下端部には、円盤状のスプリングシート２１
がロツクナット２１ａにより固定されている。

【００２６】２２はプランジャ１９の作動をダイヤフラ
ム３５に伝達する中間部材２２である。この中間部材２
２は、円盤状のスプリングシート部２２ａと、スプリン
グシート部２２ａの一側部からプランジャ１９の軸方向
に延びたプッシュロッド部２２ｂとからなり、このプッ
シュロッド部２２ｂがケーシング３４の希釈室３７の上
面部分を貫通して配設されている。そして、スプリング
シート部２２ａとスプリングシート２１との間には補助
スプリング２３が圧縮状態で介装されており、これによ
り中間部材２２のプッシュロッド部２２ｂがダイヤフラ
ム３５の上部リテーナ２４に圧接している。

【００２７】ステップモータ３３は、４ステップで１回
転するものであり、この実施例では０〜３２の３２ステ
ップに作動範囲が定められている。図４はステップモー
タ３３のステップ数が適宜な中間値にある状態を示して
おり、プランジャ１９の先端と中間部材２２とはある程
度離れている。この状態では、ダイヤフラム３５には排
気圧力と吸気圧力との差圧が作用するとともに、セット
スプリング３８によって閉方向へ付勢され、かつ補助ス
プリング２３によって開方向に付勢されている。したが
って、両スプリング３８，２３のバネ荷重によって定ま
る圧力（開弁圧）より差圧が低くなるとポート１０が開
放され、かつそれよりも差圧が大きくなるとポート１０
が閉じられる。

【００２８】ここで、上記補助スプリング２３のバネ荷
重は、その上端を支持するスプリングシート２１の位置
に応じて変化するので、ステップモータ３３が回転して
スプリングシート２１が上方に移動するとその開弁圧は
低下し、逆にスプリングシート２１が下方へ移動すると
その開弁圧は上昇する。すなわち、ステップモータ３３
の回転角制御によってポート１０の開閉特性を補正で
き、これによって最終的な排気還流量特性を所望の特性
にすることができる。図５はステップモータ３３のステ
ップ数に対応して得られる開弁圧の特性を図示したもの
である。

【００２９】制御ユニット６０は、図６のブロック図に
示すように、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６３、ＲＯＭ６２、Ｉ
／Ｏ（インターフェイス）６４からなるマイクロコンピ
ュータで構成され、Ｉ／Ｏ６４には、運転条件検出手段
として、エンジン回転数センサ６５、アクセル開度セン
サ６６、吸気温センサ６７、排気温センサ６８、吸気圧
センサ６９、水温センサ７０、燃温センサ７１からの信
号が入力される。ＣＰＵ６１はＲＯＭ６２に記憶された
プログラムにしたがってＩ／Ｏ６４からの情報を取り込
み、演算処理し、燃料噴射時期および噴射量を制御する
燃料噴射ポンプ７３、排気還流量を制御する吸気絞り弁
８、負圧制御弁６を制御するための制御量であるデータ
をＩ／Ｏ６４にセットする。なお、ＲＡＭ６３はＣＰＵ
６１の演算処理に関連したデータを一時退避するために
使われる。Ｉ／Ｏ６４はＣＰＵ６１から出力されたデー
タに基づき、燃料噴射ポンプ７３と吸気絞り弁８および
負圧制御弁６の制御を行う。

【００３０】ＣＰＵ６１は、検出された運転条件に基づ
き排気還流制御弁４および吸気絞り弁８を介して排気還
流量を制御する一方で、トラップ９の再生時に吸気絞り
弁８の開度を絞り、燃料供給が停止される減速運転状態
を判別して吸気絞り弁８の開度を絞るとともに排気還流
制御弁４を全開にする制御を行う。

【００３１】次に、ＣＰＵ６１における制御動作を図７
のフローチャートを参照して説明する。

【００３２】まず、ステップ１０１でエンジン回転数Ｎ
ｅ、アクセル開度Ａｃｃ、冷却水温Ｔｗ等の運転条件の
諸データを読込む。

【００３３】次に、ステップ１０２で読込んだデータを
基に基本噴射量ＱＮ、基本噴射時期ＩＴＮを図８，図９
に示す制御マップにしたがってそれぞれ算出する。

【００３４】続いて、ステップ１０３でトラップ９の再
生中か否かを判断する。なお、トラップ９の再生時期を
決定する制御については、例えば本出願人により特願平
１−３３９０４４号として出願されており、エンジン負
荷、回転数、走行距離、走行時間、燃料消費量等に基づ
いてパーティキュレートの捕集量を算出するか、あるい
はトラップ９の前後差圧を検出して、パーティキュレー
トの捕集量が所定値以上になるのを判定してトラップ９
の再生を行うようになっている。

【００３５】もし、ステップ１０３で再生中でないと判
断された場合には、ステップ１０４に進んで、吸気絞り
弁８の基本開度ＷＮ、ステップモータ３３基本のステッ
プ数ＳＴＥＰを図１０，図１１に示す制御マップにした
がってそれぞれ算出し、ステップ１０８に進む。このよ
うにして、図１０の制御マップにしたがって吸気絞り弁
８をエンジン回転数Ｎｅまたは燃料噴射量Ｑに応じて絞
るとともに、図１１の制御マップにしたがってステップ
モータ３３のステップ数ＳＴＥＰをエンジン回転数Ｎｅ
または燃料噴射量Ｑに応じて増大して排気還流制御弁４
の開弁特性が決められることにより、機関運転条件に応
じた排気還流量が得られる。これにより、図１の排気還
流量制御手段９２が構成される。

【００３６】もし、ステップ１０３で再生中であると判
断された場合は、ステップ１０５で燃料カットが行われ
る減速状態か否かを判定する。

【００３７】ステップ１０５で燃料カットが行われる減
速時ではないと判断された場合は、ステップ１０６に進
んで吸気絞り弁８の再生時の開度ＷＳ、ステップモータ
３３のステップ数ＳＴＥＰ、吸気絞り弁８の開度補正開
度ΔＷＮおよびステップモータ３３の補正ステップ数Δ
ＳＴＥＰを図１１，図１２，図１３，図１４の制御マッ
プにしたがってそれぞれを算出し、ステップ１０８に進
む。

【００３８】このように再生時は、図１２の制御マップ
にしたがって吸気絞り弁８の開度がエンジン回転数Ｎｅ
または燃料噴射量Ｑに応じて絞られることにより、吸入
空気量を減らして排気温度を上昇させ、トラップ９に捕
集されたパーティキュレートを再燃焼させる。これによ
り、図１の再生手段９３を構成する。

【００３９】この再生時に、図１１の制御マップにした
がってステップモータ３３のステップ数ＳＴＥＰがエン
ジン回転数Ｎｅまたは燃料噴射量Ｑに応じて減少して排
気還流制御弁４の開度が決められることにより、排気還
流が行われ、再生中のＮＯｘ排出量を低減できる。

【００４０】このとき、図１４の制御マップにしたがっ
て補正値ΔＳＴＥＰを決定し、ステップモータ３３のス
テップ数ＳＴＥＰを非再生時に比べてエンジン回転数Ｎ
ｅまたは燃料噴射量Ｑに応じて増大補正することによ
り、排気還流制御弁４の開度が減少して排気還流通路３
の圧力が比較的に小さくなる。また、図１３の制御マッ
プにより、吸気絞り弁８の開度が燃料噴射料Ｑが小さい
ほどさらに減少するように制御されることにより、吸入
空気量も減少する。この結果、排気還流量と吸入空気量
が減少することにより、トータルの吸入空気量が減って
排気温度を十分に上昇させることができるとともに、再
生中のパーティキュレート排出量を低減できる。

【００４１】ステップ１０５で燃料カットが行われる減
速時であると判断された場合は、ステップ１０７に進ん
で吸気絞り弁８の開度Ｗを図１２に示す再生時の開度Ｗ
Ｓの最小値Ｗｍｉｎとし、ステップモータ３３のステッ
プ数ＳＴＥＰを０とする。これにより、図１の減速時制
御手段９４を構成する。

【００４２】燃料カットが行われる再生時は、吸気絞り
弁８の開度を最小値Ｗｍｉｎに絞ることにより、新気の
流入を抑制する一方で、ステップモータ３３のステップ
数ＳＴＥＰを０とすることにより、負圧制御弁６が開い
て信号負圧が弱められ、排気還流制御弁４が全開され
る。これにより、排気通路２から排気還流通路３を通っ
て吸気通路１に戻される排気還流量を最大にして、減速
時の燃料カットに伴って温度の低下した排気ガスがトラ
ップ９に導入されることを抑制し、また減速時に排気ガ
スを排気還流通路３を介して循環させることにより排気
ガスの温度の低下を抑制して、トラップ９に捕集された
パーティキュレートを再燃焼させる。この結果、トラッ
プ９の目詰まりや溶損を防止することができる。

【００４３】最後に、ステップ１０８で噴射量Ｑ、噴射
時期ＩＴ、吸気絞り弁８の開度Ｗ、ステップモータ３３
のステップ数ＳＴＥＰを算出し、所定のアドレスに格納
し終了する。

【００４４】次に、図１５に示した他の実施例は、排気
通路２のトラップ９より上流側に排気絞り弁５５を介装
するものである。

【００４５】制御ユニット６０は、トラップ９の再生時
に減速運転が行われるのを判定して、排気還流制御弁４
を全開にするとともに、排気絞り弁５５の開度を図示し
ないアクチュエータを介して絞ることにより、トラップ
９に導入される排気ガス量を確実に低減して、トラップ
９に捕集されたパーティキュレートを再燃焼させる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、トラップ
の再生時に燃料カットが行われる減速時を判定し、吸気
絞り弁を最大に絞るとともに排気還流制御弁を全開にす
ることにより、排気ガスを排気還流通路を介して循環さ
せて、減速時の燃料カットに伴って温度の低下する排気
ガスがトラップに導入されることを抑制して減速時にト
ラップの温度が低下することを防止し、トラップの再生
を可能とし、トラップの目詰まりや溶損を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の発明のクレーム対応図である。

【図２】第二の発明のクレーム対応図である。

【図３】本発明の実施例を示す排気還流装置の概略構成
図である。

【図４】同じく負圧制御弁の断面図である。

【図５】同じく負圧制御弁の開弁圧の特性図である。

【図６】同じく制御ユニットの詳細を表すブロック図で
ある。

【図７】同じく排気還流量制御のフローチャートであ
る。

【図８】同じく燃料噴射量の制御マップである。

【図９】同じく燃料噴射時期の制御マップである。

【図１０】同じく吸気絞り弁開度の制御マップである。

【図１１】同じくステップモータのステップ数の制御マ
ップである。

【図１２】同じくトラップ再生時の吸気絞り弁開度の制
御マップである。

【図１３】同じくトラップ再生時の吸気絞り弁補正開度
の制御マップである。

【図１４】同じくトラップ再生時のステップモータの補
正ステップ数の制御マップである。

【図１５】他の実施例を示す排気還流装置の概略構成図
である。

【符号の説明】

１ 吸気通路 ２ 排気通路 ３ 排気還流通路 ４ 排気還流制御弁 ８ 吸気絞り弁 ９ トラップ ５５ 排気絞り弁 ９２ 排気還流量制御手段 ９３ 再生手段 ９４ 減速時制御手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の吸気通路と排気通路とを結ぶ排気
   還流通路と、この排気還流通路に介装される排気還流制
   御弁と、同じく排気還流通路の合流部より上流側の前記
   吸気通路に介装される吸気絞り弁と、機関の運転条件を
   検出する手段と、検出された運転条件に基づき前記排気
   還流制御弁および吸気絞り弁を介して排気還流量を制御
   する手段とを備えるディーゼル機関の排気還流装置にお
   いて、前記排気通路に介装され排気中のパーティキュレ
   ートを捕集するトラップと、検出された運転条件に基づ
   きこのトラップの再生時に前記吸気絞り弁の開度を絞る
   再生手段と、燃料供給が停止される減速運転状態を判定
   して前記吸気絞り弁の開度を絞るとともに前記排気還流
   制御弁を全開にする減速時制御手段を備えたことを特徴
   とするディーゼル機関の排気還流装置。
2. 【請求項２】 前記排気通路の前記トラップより上流側
   に介装される排気絞り弁を備え、前記減速時制御手段は
   燃料供給が停止される減速運転状態を判定して前記吸気
   絞り弁の開度を絞るとともに前記排気還流制御弁を全開
   にし、かつ排気絞り弁の開度を絞る構成としたことを特
   徴とする請求項１記載のディーゼル機関の排気還流装
   置。