JP3485344B2 - 内燃機関の排気微粒子浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気微粒子浄化装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばディーゼルエン
ジンのように、カーボン粒子を主とする微粒子（パティ
キュレート）を含む排気ガスを排出する内燃機関の排気
管路中に設けられ、排気ガス中の微粒子をフィルタによ
って捕集すると共に、捕集した微粒子を焼却してフィル
タの捕集能力を再生する機能を有する内燃機関用の排気
微粒子浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気ガス中には
「ディーゼルパティキュレート」と呼ばれるカーボン粒
子を主とする微粒子が含まれており、「ディーゼル黒
煙」の原因物質ともなっているので、その微粒子を除去
して排気ガスを浄化するために、排気ガスを濾過して微
粒子を捕集するための、多孔質で通気性の良い耐熱性の
フィルタを排気管路中に設けることが行われている。微
粒子捕集用のフィルタの材料としては一般に多孔性のセ
ラミックスがよく用いられている。
【０００３】このようなフィルタによって排気ガスを濾
過して微粒子の捕集を続けると、フィルタには捕集され
た微粒子が徐々に堆積してフィルタの通気性が低下し、
排気ガスの通過抵抗が大きくなるから、それによって機
関の背圧が高くなって機関の性能が低下するので、フィ
ルタ上に捕集されて堆積した微粒子を時々何らかの手段
によって除去しなければならない。
【０００４】堆積した微粒子を除去するための手段とし
ては、一般的にはフィルタに取り付けられた電気ヒータ
に通電するとか、フィルタに付設された軽油バーナが発
生する火焔をフィルタに当ててフィルタの一部を加熱
し、微粒子の着火温度である約６５０°Ｃ以上の高温ま
で温度上昇させることによって、堆積した微粒子を燃焼
させる方法が考えられているが、これらの方法には大量
の電力を消費するとか、システム構成が複雑になって大
型化するというような難点がある。
【０００５】また別の手段として、微粒子捕集用のフィ
ルタが通常の触媒コンバータの触媒担体と同様に多孔質
で耐熱性の無機質材料からなっているのと、それが排気
管路中に置かれるものであることから、フィルタに微粒
子濾過機能だけでなく触媒の担体としての役割を与え
て、フィルタ自体に触媒を担持させると共に、排気ガス
中に追加の燃料を噴射して、その燃料をフィルタに担持
された触媒によって酸化させることにより、その際に発
生する酸化反応熱によって、フィルタに捕集された微粒
子の温度を着火温度以上に高めて焼却する方法が知られ
ている。（特開昭５８−３８３１１号公報参照。）
【０００６】この従来技術の方法を図９によって更に詳
しく説明する。ディーゼルエンジン１は＃１から＃４ま
での４つのシリンダを備えている４気筒のものであっ
て、各シリンダは燃料ポンプ２からそれぞれ燃料ライン
３とインジェクタ４によって加圧された燃料の供給を受
ける。各シリンダから排出される排気ガスは、それぞれ
排気装置５を通って共通の触媒式粒子状物質フィルタ６
へ流入し、浄化されて排気管７から大気中へ放出され
る。
【０００７】この場合、燃料噴射は通常＃１→＃３→＃
４→＃２の順に行われるため、例えば＃２のシリンダの
燃料ライン３から＃４のシリンダの燃料ライン３に向か
う燃料の流れだけを許すように、電磁操作可能なチェッ
クバルブ８がそれらの燃料ライン３の間に設けられてお
り、制御装置９が制御信号を発した時にチェックバルブ
８が前記のような方向の燃料の流れを許すように開弁
し、それ以外の時期においては閉弁状態を維持する。
【０００８】＃２のシリンダと＃４のシリンダは、前者
のピストンが上死点にある時に後者のピストンが下死点
にあるように位相がずれた関係になっているから、前者
が圧縮行程の終期にある時には、後者は膨張行程の終期
にある。従って、その時期にチェックバルブ８を開弁さ
せると、＃２のシリンダには通常の燃料噴射が行われる
と共に、＃４のシリンダには通常は燃料が供給されない
膨張行程の終期に追加の燃料噴射が行われることにな
り、この燃料が排気ガスに混入して触媒式粒子状物質フ
ィルタ６へ供給され、フィルタ６に担持された触媒によ
って酸化されて発熱し、フィルタ上に堆積している微粒
子を着火温度（約６５０°Ｃ）以上に加熱して着火させ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術は、簡
単で小型のシステム構成を可能にするという利点を有す
るが、触媒を利用するものであるから、膨張行程の終期
に排気ガス中へ追加の燃料噴射を行っても、フィルタに
担持された触媒の温度が触媒の活性化する温度である約
２５０°Ｃ以上になっていなければ、追加された燃料の
触媒による酸化反応は行われないし、膨張行程の終期に
おいては、機関のシリンダ内や排気管路における燃焼ガ
ス或いは排気ガスの温度は相当低下しており、そこに噴
射された追加燃料が直ちに着火する可能性は低いので、
追加の燃料はそのまま排気管７から大気中に放出され
て、却ってエミッションを悪化させることになる。
【００１０】例えば軽負荷運転時のように、運転条件に
よっては排気ガスの温度が触媒活性化温度（約２５０°
Ｃ）よりも低くなることがあるので、そのような運転条
件では前述のようなエミッション悪化の問題が起こる。
そこで、あらゆる運転条件において触媒によるフィルタ
の再生を支障なく行うために、排気ガスの温度が触媒活
性化温度よりも低くなるような運転条件においては、何
らかの手段によって触媒の温度を触媒活性化温度以上に
高める必要がある。
【００１１】触媒の温度が低い時にそれを触媒活性化温
度以上に高める手段の一つとして、通常の燃料噴射とは
別に、膨張行程において燃料を追加噴射するという方法
が考えられるが、膨張行程において行う追加噴射には最
適の時期や最適の噴射量があって、それから外れると噴
射された燃料が燃焼せずに触媒に供給され、触媒に対す
る十分な昇温効果が得られないだけでなく、追加供給さ
れても燃焼しなかった燃料は触媒によって酸化もされな
いので、そのまま大気中に放出されて却ってエミッショ
ンを悪化させる恐れが多分にある。
【００１２】前述の従来技術においては、図９に示した
ように、２つのシリンダの燃料ライン３の間にチェック
バルブ８によるバイパス通路を設けているが、このよう
な構成では、＃４のシリンダにおける追加の噴射の時期
は、＃２のシリンダに対する通常の噴射時期と同期して
いるので、＃４シリンダの膨張行程の終期に限られてい
るし、追加の噴射量も＃２シリンダに対する通常の噴射
量に対して一定の割合に限られるというように、通常の
噴射量に従属して決まる量であって、それを自由に変え
ることができないから、膨張行程における追加の燃料噴
射について噴射時期や噴射量を自由に選ぶことができな
い。従って、最適の時期に最適の量を噴射することがで
きないから、前述のように却ってエミッションが悪化す
る場合が生じる。
【００１３】本発明は、触媒付のフィルタを使用すると
共に膨張行程或いは排気行程において追加の燃料噴射を
行う場合に、従来技術における前述のような問題点に対
処して、最適の時期に最適の燃料量を噴射することがで
き、それによって全ての運転条件において触媒付のフィ
ルタの再生を可能とし、一部の運転条件においてもエミ
ッションが悪化するようなことがないようにするための
手段を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための第１の手段として、内燃機関からの排気
管路に設けられて排気中の微粒子を捕集すると共に、そ
れ自体に触媒を担持している触媒付きフィルタと、前記
触媒付きフィルタの温度を検出するための温度検出手段
と、前記温度検出手段が出力する前記触媒付きフィルタ
の温度信号を処理して、それに相応した制御信号を出力
する制御手段と、前記制御手段から出力される制御信号
によって前記内燃機関のシリンダ内へ燃料を噴射して供
給する燃料噴射手段とを備えており、しかも、前記制御
手段は、捕集された微粒子が堆積している前記触媒付き
フィルタの再生時において、前記温度検出手段によって
検出された前記触媒付きフィルタの温度が前記触媒の活
性化温度以下である場合に、前記触媒を活性化させるた
めに必要な、前記内燃機関の膨張行程の早期における燃
料の噴射時期と追加の噴射量を、前記触媒付きフィルタ
の温度が高くなるほど追加の噴射量が多くなるように演
算する一方、前記触媒付きフィルタの温度が前記触媒の
活性化温度以上である場合に、前記触媒付きフィルタに
堆積している微粒子を燃焼温度に到達させるために必要
な膨張行程および排気行程における燃料の噴射時期と追
加の噴射量を、前記触媒付きフィルタの温度が高くなる
ほど追加の噴射量が少なくなるように演算し、算出され
た前記燃料の噴射時期と噴射量の信号を制御信号として
前記燃料噴射手段へ出力するように構成されていること
を特徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装置、および、
そのような排気微粒子浄化装置による触媒付きフィルタ
の再生方法を提供する。
【００１５】本発明は、前記の課題を解決するための第
２の手段として、内燃機関からの排気管路に設けられて
排気中の微粒子を捕集すると共に、それ自体に触媒を担
持している触媒付きフィルタと、カムによって駆動され
て前記内燃機関のシリンダ内へ燃料を噴射して供給する
燃料噴射手段とを備えており、しかも、前記カムは、前
記内燃機関の本体への通常の燃料噴射を行うカム凸部の
他に、捕集された微粒子が堆積している前記触媒付きフ
ィルタの再生時において、前記触媒を活性化させると共
に微粒子を燃焼温度に到達させるのに必要な追加の燃料
噴射を、前記内燃機関の膨張行程および排気行程におい
て行うための別のカム凸部を備えていることを特徴とす
る内燃機関の排気微粒子浄化装置を提供する。
【００１６】
【作用】本発明の第１の排気微粒子浄化手段において
は、触媒を担持しているフィルタの温度が温度検出手段
によって検出され、その温度信号に相応して制御手段が
燃料噴射手段に制御信号を発してフィルタの上流側へ燃
料を噴射する。しかも、前記制御手段は、捕集された微
粒子が堆積しているフィルタの再生時においてフィルタ
の温度が触媒の活性化温度以下である場合には、触媒を
活性化させるために必要な、膨張行程の早期における追
加の燃料の噴射時期と噴射量を演算し、それを制御信号
として燃料噴射手段へ出力するので、膨張行程における
最適の時期に追加噴射された最適の量の燃料は、比較的
高温の排気ガスの中で燃焼して排気ガスの温度を高め、
フィルタに担持されている触媒を加熱して活性化温度に
到達させる。
【００１７】触媒が活性化温度に到達すると、それ以後
の膨張行程から排気行程にかけての期間に追加噴射され
る燃料は触媒によって酸化される。そして触媒による酸
化反応によって発生する熱が、フィルタ上に堆積してい
る微粒子を加熱してその着火温度に到達させるので、微
粒子は焼却されてフィルタは再生される。従って、排気
ガスの温度が低くてフィルタに担持されている触媒が活
性化温度に達していないような状態でも、エミッション
を悪化させることなくフィルタの再生を行うことができ
る。
【００１８】本発明の第２の排気微粒子浄化手段におい
ては、カムによって駆動されて触媒付きフィルタの上流
側へ燃料を噴射する燃料噴射手段が設けられ、そのカム
は、内燃機関の本体への通常の燃料噴射を行うカム凸部
の他に、捕集された微粒子が堆積している触媒付きフィ
ルタの再生時において必要な追加の燃料噴射を、内燃機
関の膨張行程および排気行程において行うための別のカ
ム凸部を備えているので、そのカム凸部の形状を適宜に
選ぶことにより、膨張行程および排気行程において適量
の燃料を最適の時期に追加噴射して、エミッションを悪
化させることなく触媒を活性化させると共に、活性化し
た触媒によって追加噴射された燃料を酸化して、その反
応熱によって堆積した微粒子を加熱し、燃焼温度に到達
させて焼却することによりフィルタの再生を行う。
【００１９】
【実施例】図１は本発明の第１実施例のシステム構成を
示すもので、１０は内燃機関本体（ディーゼルエンジ
ン）、１１は電子制御式燃料噴射弁、１２は噴射弁１１
に高圧の燃料を供給するための燃料噴射ポンプを示す。
１３は微粒子捕集装置であって、触媒を担持（例えばコ
ーティング）している触媒付きフィルタ１４を内蔵して
いる。
【００２０】１５はフィルタ１４の前後の差圧を検出す
る差圧センサである。なお、フィルタ１４の再生の時期
を判定するには、差圧センサ１５によらないで、機関回
転数の積算値等の他の指標を用いてもよい。１６はフィ
ルタ１４の温度を検出するための測温体（温度センサ）
であって、フィルタ１４の近傍に取り付けられる。１７
は制御装置であって、マイクロコンピュータを含み、通
常の走行時の種々の制御は勿論、差圧センサ１５や測温
体１６からの信号をもとにしてフィルタ１４の再生の時
期を判定し、燃料の噴射の時期や噴射量の制御等を行
う。１８は吸気絞り弁（スロットルバルブ）であって、
必要に応じて吸入空気量を減少させる役割を有する。
【００２１】このようなディーゼルエンジン１０のパテ
ィキュレート（排気微粒子）捕集システムにおいて、制
御装置１７は、フィルタ１４におけるパティキュレート
の捕集が進み、差圧センサ１５の検出値が予め設定され
た値を越えると、フィルタ１４を再生するための所定の
手順に従って、機関本体１０の運転状態、特に燃料噴射
弁１１による燃料噴射の噴射パターンを変更する。
【００２２】図２は図１に示すシステムにおける電子制
御式の燃料噴射系統を示す図であって、制御装置１７か
らの電気信号によって燃料噴射を行う燃料噴射弁１１に
は、燃料噴射ポンプ１２によって昇圧されてリザーバ１
９内の圧力が２０〜１００ＭＰａとなるように調圧され
た高圧の燃料が常時供給されている。機関本体１０が通
常の運転状態にあるか、或いはフィルタ１４の再生状態
にあるかに応じて、制御信号として異なる形の噴射パル
ス信号が制御装置１７から燃料噴射弁１１に出力され、
噴射弁１１に内蔵されているソレノイドコイル、または
圧電素子等からなるアクチュエータが作動して、機関本
体１０の各シリンダ内へ燃料の噴射が行われる。
【００２３】次に、通常の運転時および再生時の制御シ
ーケンスを図３のフローチャートに従って説明する。ス
テップ１では、差圧センサ１５が検出するフィルタ１４
の前後差圧ΔＰを時々刻々取り込み、捕集が進んで、機
関回転数や排気温度を用いて補正した後の値が、設定差
圧ΔＰset に達したかどうかをステップ２において判定
する。ΔＰ＞ΔＰset になったと判定されると、再生操
作に移ってステップ３に進む。ステップ３ではフィルタ
１４の温度を知るために、フィルタ１４の内部或いは前
後の端面の近傍のいずれかに取り付けられた測温体１６
の信号Ｔfil を取り込む。この信号Ｔfil が示すフィル
タ１４の温度が触媒の活性化温度Ｔcat（約２５０°
Ｃ）以上であれば、ステップ５において図４の図表に領
域IIによって示されるような膨張行程および排気行程に
おける燃料噴射を行う。
【００２４】もし、触媒付きフィルタ１４の温度Ｔfil
が活性化温度Ｔcat 以下であれば、ステップ６におい
て、図４の領域Ｉによって示されるような膨張行程にお
ける燃料噴射を行う。膨張行程の終期よりも比較的早期
から機関本体１０のシリンダ内（燃焼室）へ追加噴射さ
れた燃料は、シリンダ内において比較的高温の燃焼ガス
と混合することによって、余剰空気の酸素と結合して燃
焼し、排気ガスの温度を上昇させる。この際の追加燃料
の着火温度は概ね５００°Ｃ程度である。
【００２５】このようにして、温度が上昇した排気ガス
が触媒付きフィルタ１４へ流れることにより、フィルタ
１４に担持された触媒の温度が上昇し、活性化温度（約
２５０°Ｃ）に到達する。それ以後は、追加燃料が触媒
によって酸化されることになる。その酸化反応の熱によ
って、フィルタ１４上に堆積しているパティキュレート
を加熱して、パティキュレートの着火温度（約６５０°
Ｃ）以上に昇温させるので、パティキュレートは着火、
燃焼して焼却されるようになる。追加燃料の供給量と供
給時期は、このような過程に見合うように最適制御され
る。図４はその一例を示したものである。
【００２６】フィルタ１４の温度Ｔfil がパティキュレ
ートの燃焼温度である約６５０°Ｃ（これを設定値Ｔ
set とする）を越えており、しかも、その温度に曝され
ている時間が数秒〜数十秒程度の設定時間ｔset を越え
ているときは、フィルタ１４の再生が完了したと見なし
得るため、ステップ７においてその判定を行う。即ち、
フィルタ１４の温度Ｔfil が設定値Ｔset を越えてお
り、且つ、その持続時間が設定値ｔset を越えていたな
らば再生完了として、ステップ８において膨張行程およ
び排気行程における燃料噴射を終了し、通常の運転に戻
る。
【００２７】図５に通常運転時および再生時の燃料の噴
射パターンを例示する。図中Ａは通常運転時のもので、
燃料の噴射はピストンの圧縮上死点前５〜２０°ＣＡに
おいて唯１回行う。但し、騒音の低減等の目的で基本噴
射以前に１〜２回程度、少量の噴射（パイロット噴射）
を行う場合もある。このパイロット噴射は図５中に破線
で示している。
【００２８】これに対して、Ｂ〜Ｄはフィルタ１４の再
生時の噴射パターンを示すもので、触媒付きフィルタ１
４の温度Ｔfil が触媒活性化温度Ｔcat 以下であって、
しかも比較的低い場合をＢとし、同じく比較的高い場合
をＣとし、フィルタ１４の温度Ｔfil が触媒活性化温度
Ｔcat 以上の場合をＤとして示している。
【００２９】フィルタ１４の温度Ｔfil が触媒活性化温
度Ｔcat 以下の場合には、エミッションを悪化させるこ
となく触媒が活性化温度以上となるように、予め計算さ
れた適量の燃料を膨張行程の終期よりも早い時期から追
加噴射して燃焼させ、排気ガスの温度を上昇させる。そ
のために、ＢまたはＣに示すように、フィルタ１４の温
度Ｔfil に応じて膨張行程において噴射する燃料量を変
更して調節する。このような操作によってフィルタ１４
の温度が触媒活性化温度Ｔcat 以上となった場合、或い
は、再生開始時に既に触媒活性化温度以上であった場合
には、排気行程において燃料を噴射することにより、未
燃焼の追加燃料をフィルタ１４の触媒に供給し、酸化反
応熱により、フィルタ１４に堆積しているパティキュレ
ートを焼却して除去する。
【００３０】以上のような噴射制御を行うことにより、
フィルタ１４の温度Ｔfil の高低に関わらず、殆ど全て
の運転条件において、エミッションを悪化させることな
く、フィルタ１４の十分な昇温を達成し得るので、フィ
ルタ１４の再生を良好に行うことができる。
【００３１】図６は本発明の第２実施例を示すもので、
フィルタ１４の上流側に熱容量の小さいセラミックモノ
リス等の前置部材２０を設置したものである。部材２０
にも触媒が担持（例えばコーティング）されており、再
生時に供給される燃料は、先ず前置部材２０によって酸
化される。排気ガスの温度が低くて触媒活性化温度以下
の場合でも、前置部材２０は熱容量が小さいために、膨
張行程における燃料噴射開始後の短時間内に触媒活性化
温度以上に昇温することができる。従って、追加噴射さ
れた燃料が素通りすることが防止され、しかも、前置部
材２０における燃料の酸化反応によって発生する熱が下
流側のフィルタ１４の本体に与えられるので、フィルタ
１４が比較的早く活性化温度に到達することができる。
【００３２】図７は本発明の第３実施例のシステム構成
を示すもので、燃料噴射ポンプとして列型の噴射ポンプ
２１を用いた例である。第１実施例と同様に、ディーゼ
ルエンジン本体１０の排気管路２２に設けられた微粒子
捕集装置１３のハウジング内には、排気ガスのパティキ
ュレート（微粒子）を捕集するために、例えば、セラミ
ックス製のハニカム構造体に触媒を担持させた耐熱性の
フィルタ１４が設置してある。また、排気管路２２には
フィルタ１４の前後の差圧を検出するための検出手段
（差圧センサ）１５が設けられており、それによって検
出される差圧によりフィルタ１４に捕集されたパティキ
ュレートの量を推定する。
【００３３】燃料噴射ポンプ２１の駆動軸２３には、２
段噴射（追加噴射）を行うことができるようにカムの凸
部２４および２５が形成されて、プランジャ２６に係合
可能となっている。フィルタ１４がパティキュレートの
捕集だけを行う通常の運転状態では、カムの２段噴射用
カム凸部２５によって上昇するプランジャ２６によりプ
レッシャーチャンバ２７内の燃料が圧縮、加圧されない
ように、遠隔操作により開閉するバルブ２８をこの時だ
け開くことによって、プレッシャーチャンバ２７内の燃
料を矢印で示す方向の図示しない燃料タンクへ逃がすよ
うに構成されている。通常噴射用のカム凸部２４によっ
てプランジャ２６が上昇する際には、バルブ２８を閉じ
ることによってプレッシャーチャンバ２７内の燃料を圧
縮して、燃料噴射弁２９（２９ａ〜２９ｄ）から機関本
体１０内へ供給する。なお、３０は高圧の燃料を送る噴
射管である。
【００３４】触媒付きフィルタ１４に捕集されたパティ
キュレートの堆積量が予め定められた値に達し、フィル
タ１４を再生する必要が生じた時には、バルブ２８はフ
ィルタ１４の温度が触媒の活性化温度（約２５０°Ｃ）
以上になるまで加熱するために常時閉弁され、フィルタ
１４を再生するのに必要な未燃焼の追加燃料を主として
膨張行程において機関本体１０内へ供給する。フィルタ
１４の再生のためにカム凸部２５によって追加供給され
る燃料は、ガス化して排気ガスと共に排気管路２２を通
ってフィルタ１４へ流入する。この燃料は、カム凸部２
５の設定によって適切な時期に、適切な量だけ供給する
ことができる。供給された追加燃料は、フィルタ１４に
担持された触媒によって酸化され、その反応熱によって
フィルタ１４上に堆積しているパティキュレートを加熱
して燃焼させるので、フィルタ１４を良好に再生するこ
とが可能になる。このように、追加燃料の噴射時期と噴
射量は、カム凸部２５の形状を変更することによって最
適のものとなし得る。
【００３５】図８は本発明の第４実施例を示すもので、
図７に示した第３実施例の列型燃料噴射ポンプ２１の代
わりに、所謂分配型の燃料噴射ポンプ３１を用いた場合
の例である。カムプレート３２には、通常の燃料噴射用
凸部３３に加えて、触媒付きフィルタ１４に未燃焼の燃
料ガスを供給するための２段噴射用凸部３４が、通常の
燃料噴射用凸部３３と交互に配置されている。触媒付き
フィルタ１４にパティキュレートを捕集している期間に
おいては、第３実施例の場合と同様に、２段噴射用凸部
３４が図８においてプランジャ３５を右方向に移動させ
てプレッシャーチャンバ３６内の燃料を圧縮、加圧しな
いように、バルブ２８を開くことによって燃料を矢印の
方向に図示しない燃料タンクへ逃がし、未燃焼の燃料ガ
スが触媒付きフィルタ１４へ供給されないようにする。
但し、通常の燃料噴射用凸部３３によって噴射管３０へ
供給される燃料は、バルブ２８を閉じることによって噴
射ノズル２９（２９ａ〜２９ｄ）から機関本体１０の各
シリンダ内へ供給されるようにする。
【００３６】触媒付きフィルタ１４の再生時において、
フィルタ１４を再生するために必要な未燃焼の追加燃料
を供給する間は、バルブ２８は常時閉じられ、２段噴射
用凸部３４によって燃料を、機関本体１０のピストンが
膨張行程にあるシリンダ内へ噴射し、フィルタ１４に未
燃焼の燃料ガスを供給する。その結果、燃料ガスがフィ
ルタ１４に担持されている触媒の介在のもとで酸化さ
れ、その反応熱がフィルタ１４に捕集されたパティキュ
レートを燃焼温度以上に加熱して焼却するので、フィル
タ１４は再生される。
【００３７】
【発明の効果】本発明による内燃機関の排気微粒子浄化
装置は、構成が簡単でシステムを小型化することが容易
であるという利点を有すると共に、追加燃料の供給時期
と供給量を自由に制御して、触媒付きフィルタの活性化
を最適の条件で達成することができるので、あらゆる運
転条件において、エミッションを悪化させる恐れなしに
フィルタの再生を行うことができるという特長を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のシステム構成図である。
【図２】燃料噴射系統のみを示すシステム構成図であ
る。
【図３】第１実施例の制御シーケンスを示すフローチャ
ートである。
【図４】膨張行程および排気行程における燃料噴射量を
決定するための図表である。
【図５】通常運転時および再生時の燃料噴射パターンを
示すタイムチャートである。
【図６】第２実施例の要部を示す縦断面図である。
【図７】第３実施例のシステム構成図である。
【図８】第４実施例のシステム構成図である。
【図９】従来技術を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン ２…燃料ポンプ ３…燃料ライン ４…インジェクタ ６…触媒式粒子状物質フィルタ ８…チェックバルブ ９…制御装置 １０…内燃機関本体 １１…電子制御式燃料噴射弁 １２…燃料ポンプ １３…微粒子捕集装置 １４…触媒を担持したフィルタ １５…差圧センサ １６…測温体（温度センサ） １７…制御装置 １９…リザーバ ２０…前置部材 ２１…列型の燃料噴射ポンプ ２４…カム凸部（通常噴射用） ２５…カム凸部（２段噴射用） ２６…プランジャ ２７…プレッシャチャンバ ２８…バルブ ２９…燃料噴射弁 ３１…分配型の燃料噴射ポンプ ３２…カムプレート ３３…燃料噴射用凸部（通常噴射用） ３４…燃料噴射用凸部（２段噴射用） ３５…プランジャ ３６…プレッシャチャンバ Ｔcat …触媒の活性化温度（約２５０°Ｃ） Ｔfil …フィルタの温度 Ｔset …Ｔfil の設定温度 ｔset …Ｔset 以上の温度における持続時間の設定値 ΔＰ…フィルタの前後差圧 ΔＰset …ΔＰの設定値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 隆之 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−97011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−123709（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−80415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182412（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−47115（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−67520（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−191266（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/02 F01N 3/24 F01N 3/36 F02D 41/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関からの排気管路に設けられて排
    気中の微粒子を捕集すると共に、それ自体に触媒を担持
    している触媒付きフィルタと、 前記触媒付きフィルタの温度を検出するための温度検出
    手段と、 前記温度検出手段が出力する前記触媒付きフィルタの温
    度信号を処理して、それに相応した制御信号を出力する
    制御手段と、 前記制御手段から出力される制御信号によって前記内燃
    機関のシリンダ内へ燃料を噴射して供給する燃料噴射手
    段とを備えており、しかも、 前記制御手段は、捕集された微粒子が堆積している前記
    触媒付きフィルタの再生時において、前記温度検出手段
    によって検出された前記触媒付きフィルタの温度が前記
    触媒の活性化温度以下である場合に、前記触媒を活性化
    させるために必要な、前記内燃機関の膨張行程の早期に
    おける噴射時期と追加の噴射量を、前記触媒付きフィル
    タの温度が高くなるほど追加の噴射量が多くなるように
    演算する一方、前記触媒付きフィルタの温度が前記触媒
    の活性化温度以上である場合に、前記触媒付きフィルタ
    に堆積している微粒子を燃焼温度に到達させるために必
    要な膨張行程および排気行程における噴射時期と追加の
    噴射量を、前記触媒付きフィルタの温度が高くなるほど
    追加の噴射量が少なくなるように演算し、算出された前
    記燃料の噴射時期と噴射量の信号を制御信号として前記
    燃料噴射手段へ出力するように構成されていることを特
    徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装置。
  2. 【請求項２】 前記触媒付きフィルタが、比較的小容量
    で上流側に置かれる部分と、比較的大容量で下流側に置
    かれる部分との大小２つの部分からなっている請求項１
    記載の内燃機関の排気微粒子浄化装置。
  3. 【請求項３】 内燃機関からの排気管路に設けられて排
    気中の微粒子を捕集すると共に、それ自体に触媒を担持
    している触媒付きフィルタと、 カムによって駆動されて前記内燃機関のシリンダ内へ燃
    料を噴射して供給する燃料噴射手段とを備えており、し
    かも、 前記カムは、前記内燃機関の本体への通常の燃料噴射を
    行うカム凸部の他に、捕集された微粒子が堆積している
    前記触媒付きフィルタの再生時において、前記触媒を活
    性化させると共に微粒子を燃焼温度に到達させるのに必
    要な追加の燃料噴射を、前記内燃機関の膨張行程および
    排気行程において行うための別のカム凸部を備えている
    ことを特徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装置。
  4. 【請求項４】 前記燃料噴射手段が列型の燃料噴射ポン
    プを含む請求項３記載の内燃機関の排気微粒子浄化装
    置。
  5. 【請求項５】 前記燃料噴射手段が分配型の燃料噴射ポ
    ンプを含む請求項３記載の内燃機関の排気微粒子浄化装
    置。
  6. 【請求項６】 前記燃料噴射手段が、前記触媒付きフィ
    ルタの再生を行わない前記内燃機関の通常の運転状態に
    おいて、前記別のカム凸部による燃料噴射を避けるため
    に、プレッシャチャンバに接続された開閉弁をそなえて
    いる請求項３ないし５項のいずれか１つに記載の内燃機
    関の排気微粒子浄化装置。
  7. 【請求項７】 内燃機関からの排気管路に設けられてそ
    れ自体に触媒を担持している触媒付きフィルタによって
    前記内燃機関の排気中の微粒子を捕集する段階と、 前記触媒付きフィルタに堆積した微粒子の量に応じて前
    記触媒付きフィルタの再生の時期を判定する段階と、 再生の時期と判定された時に、温度検出手段によって前
    記触媒付きフィルタの温度を検出する段階と、 前記触媒付きフィルタの温度が前記触媒の活性化温度以
    下である場合に、前記触媒付きフィルタの温度信号を受
    けている制御手段によって、前記触媒付きフィルタの温
    度に応じて、前記触媒を活性化させるために必要な前記
    内燃機関の膨張行程の早期における燃料の噴射時期と追
    加の噴射量を、前記触媒付きフィルタの温度が高くなる
    ほど追加の噴射量が多くなるように演算し、それを前記
    制御手段の制御信号である燃料噴射信号として出力する
    段階と、 前記内燃機関の膨張行程の早期において、前記制御手段
    から出力される燃料噴射信号によって、前記内燃機関の
    シリンダ内へ追加の燃料を噴射して燃焼させることによ
    り、前記触媒付きフィルタを加熱して前記触媒を活性化
    させる段階と、 前記触媒付きフィルタの温度が前記触媒の活性化温度以
    上である場合に、微粒子を燃焼温度に到達させるために
    必要な前記内燃機関の膨張行程および排気行程における
    燃料の噴射時期と追加の噴射量を、前記触媒付きフィル
    タの温度が高く なるほど追加の噴射量が少なくなるよう
    に演算し、それを前記制御手段の制御信号である燃料噴
    射信号として出力する段階と、 前記内燃機関の膨張行程および排気行程において、前記
    触媒付きフィルタの上流側へ噴射して供給された追加の
    燃料を、既に活性化された前記フィルタに担持された触
    媒によって酸化させることにより発生する反応熱によっ
    て、前記触媒付きフィルタ上に堆積している微粒子を加
    熱して微粒子の燃焼温度に到達させることにより燃焼さ
    せる段階を含む、 内燃機関の排気微粒子浄化装置における触媒付きフィル
    タの再生方法。
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