(57)【要約】  【課題】フィルタ再生に大きな電力の電源を必要としないディーゼルエンジンを提供する。  【解決手段】フィルタ再生時には、そのフィルタ１への排気２の送出が停止された状態で、エアポンプ４でそのフィルタ２の上流に空気５が供給され、この空気５が電気ヒータ７で加熱されて、そのフィルタ１に供給されるようにした、ディーゼルエンジンにおいて、フィルタ１に酸化触媒が担持され、フィルタ１に蓄積された粒子状物質が酸化触媒により空気酸化され、その酸化熱で粒子状物質が燃焼されて、ＰＭ燃焼ガス８となるようにし、フィルタ１の下流からＰＭ燃焼ガス還流通路９が導出され、このＰＭ燃焼ガス還流通路９の導出端がエアポンプ４の上流に接続され、ＰＭ燃焼ガス８の添加された空気５がエアポンプ４でフィルタ１の上流に供給されるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室からディーゼル・パティキュレート・フィルタ(１)に排気(２)を送出する排気通路(３)と、エアポンプ(４)と、このエアポンプ(４)からフィルタ(１)の上流に空気(５)を供給する空気供給通路(６)と、この空気供給通路(６)から供給された空気(５)を加温する電気ヒータ(７)とを備え、フィルタ再生時には、そのフィルタ(１)への排気(２)の送出が停止された状態で、エアポンプ(４)でそのフィルタ(２)の上流に空気(５)が供給され、この空気(５)が電気ヒータ(７)で加熱されて、そのフィルタ(１)に供給されるようにした、ディーゼルエンジンにおいて、
フィルタ(１)に酸化触媒が担持され、フィルタ(１)に蓄積された粒子状物質が酸化触媒により空気酸化され、その酸化熱で粒子状物質が燃焼されて、ＰＭ燃焼ガス(８)となるようにし、
フィルタ(１)の下流からＰＭ燃焼ガス還流通路(９)が導出され、このＰＭ燃焼ガス還流通路(９)の導出端がエアポンプ(４)の上流に接続され、ＰＭ燃焼ガス(８)の添加された空気(５)がエアポンプ(４)でフィルタ(１)の上流に供給されるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)に放熱器(１０)が設けられ、ＰＭ燃焼ガス(８)の温度が放熱器(１０)で低下されるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
排気通路(３)が分岐構造とされ、この排気通路(３)に排気送出先切り換え弁(１１)が設けられ、この排気通路(３)の分岐によって配分された各排気送出先にそれぞれフィルタ(１)とその電気ヒータ(７)が設けられ、ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)が分岐構造とされ、このＰＭ燃焼ガス還流通路(９)にＰＭ燃焼ガス導入先切り換え弁(１２)が設けられ、ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)の分岐された各ＰＭ燃焼ガス導入端が各フィルタ(１)の下流に接続され、ＰＭ燃焼ガス導入先切り換え弁(１２)のＰＭ燃焼ガス出口(１２ａ)がエアポンプ(４)の上流に接続され、空気供給通路(６)が分岐構造とされ、この空気供給通路(６)に空気供給先切り換え弁(１３)が設けられ、空気供給通路(６)の分岐された各空気供給端が各フィルタ(１)の上流に接続され、各電気ヒータ(７)がヒータ切り換えスイッチ(１４)を介して電源(１５)に切り換え接続可能とされ、
エンジン運転中のフィルタ再生時には、排気送出先切り換え弁(１１)の切り換え姿勢に基づいて、燃焼室から再生するフィルタ(１)への排気(２)の送出が停止され、燃焼室から他のフィルタ(１)へ排気(２)が送出され、ＰＭ燃焼ガス導入先切り換え弁(１２)の切り換え姿勢に基づいて、再生するフィルタ(１)で発生したＰＭ燃焼ガス(８)がエアポンプ(４)の上流に供給され、空気供給先切り換え弁(１３)の切り換え姿勢に基づいて、ＰＭ燃焼ガス(８)の添加された空気(５)が再生するフィルタ(２)の上流に供給され、ヒータ切り換えスイッチ(１４)の切り換え姿勢に基づいて、再生するフィルタ(１)の電気ヒータ(７)に通電がなされるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに関し、詳しくは、フィルタ再生に大きな電力の電源を必要としないディーゼルエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のディーゼルエンジンとして、本発明と同様、燃焼室からディーゼル・パティキュレート・フィルタに排気を送出する排気通路と、エアポンプと、このエアポンプからフィルタの上流に空気を供給する空気供給通路と、この空気供給通路から供給された空気を加温する電気ヒータとを備え、フィルタ再生時には、そのフィルタへの排気の送出が停止された状態で、エアポンプでそのフィルタの上流に空気が供給され、この空気が電気ヒータで加熱されて、そのフィルタに供給されるようにしたものがある(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
しかし、従来のディーゼルエンジンは、フィルタに蓄積された粒子状物質を燃焼する熱が電気ヒータの発熱のみで賄われるため、問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７１２２９号公報(図１参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、次の問題がある。
《問題》  フィルタ再生に大きな電力の電源が必要となる。
フィルタに蓄積された粒子状物質を燃焼する熱が電気ヒータの発熱のみで賄われるため、電気ヒータの発熱量を大きくする必要があり、フィルタ再生に大きな電力の電源が必要となる。
例えば、据え置き形のエンジンでは、電力会社から供給される２００Ｖの工業用商用電源、トラクタ、トラック、パス等の車両に搭載する搭載形のエンジンでは、大型の発電機が必要になる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決することができるディーゼルエンジン、すなわち、フィルタ再生に大きな電力の電源を必要としないディーゼルエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図１または図２に例示するように、燃焼室からディーゼル・パティキュレート・フィルタ(１)に排気(２)を送出する排気通路(３)と、エアポンプ(４)と、このエアポンプ(４)からフィルタ(１)の上流に空気(５)を供給する空気供給通路(６)と、この空気供給通路(６)から供給された空気(５)を加温する電気ヒータ(７)とを備え、フィルタ再生時には、そのフィルタ(１)への排気(２)の流通が停止された状態で、エアポンプ(４)でそのフィルタ(２)の上流に空気(５)が供給され、この空気(５)が電気ヒータ(７)で加熱されて、そのフィルタ(１)に供給されるようにした、ディーゼルエンジンにおいて、
図１または図２に例示するように、フィルタ(１)に酸化触媒が担持され、フィルタ(１)に蓄積された粒子状物質が酸化触媒により空気酸化され、その酸化熱で粒子状物質が燃焼されて、ＰＭ燃焼ガス(８)となるようにし、
フィルタ(１)の下流からＰＭ燃焼ガス還流通路(９)が導出され、このＰＭ燃焼ガス還流通路(９)の導出端がエアポンプ(４)の上流に接続され、ＰＭ燃焼ガス(８)の添加された空気(５)がエアポンプ(４)でフィルタ(１)の上流に供給されるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【発明の効果】
【０００８】
（請求項１に係る発明）
《効果》  フィルタ再生に大きな電力の電源を必要としない。
図１または図２に例示するように、フィルタ(１)に酸化触媒が担持され、フィルタ(１)に蓄積された粒子状物質が酸化触媒により空気酸化され、その酸化熱で粒子状物質が燃焼されて、ＰＭ燃焼ガス(８)となるため、電気ヒータ(７)の発熱は、酸化触媒の活性化温度を確保し、或いは、酸化熱を補助する程度で足りる。このため、フィルタ再生に大きな電力の電源を必要としない。
例えば、据え置き形のエンジンでは、電力会社から供給される１００Ｖ、１５Ａ以下の家庭用商用電源を用いることが可能となり、トラクタ、トラック、パス等の車両に搭載する搭載形のエンジンでは、大型の発電機は必要なく、バッテリ等で賄うことも可能になる。
【０００９】
《効果》  酸化熱によるフィルタの温度上昇が抑制される。
図１または図２に例示するように、ＰＭ燃焼ガス(８)の添加された空気(５)がエアポンプ(４)でフィルタ(１)の上流に供給されるようにしたので、空気(５)のみの場合に比べて酸素濃度が低く、酸化反応が緩やかになり、酸化熱によるフィルタ(１)の温度上昇が抑制される。
このため、過熱によるフィルタ(１)の熱損傷が抑制される。また、フィルタ(１)の素材として、例えば、耐熱性が高い高価な炭化ケイ素等を用いる必要はなくなり、安価なコージェライト等を用いることができる。
【００１０】
《効果》  エアポンプの過熱が防止される。
図１または図２に例示するように、ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)の導出端がエアポンプ(４)の上流に接続されているので、ＰＭ燃焼ガス(８)はエアポンプ(４)に導入される前に空気(５)と混合され、ガス温度が低下し、エアポンプ(４)の過熱が防止される。これにより、エアポンプ(４)の熱損傷が抑制される。また、エアポンプ(４)の熱歪みによる供給空気量の狂いも防止される。
【００１１】
《効果》  ＰＭ燃焼ガス還流通路とエアポンプと空気供給通路の目詰まりが起こりにくい。
図１または図２に例示するように、ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)とエアポンプ(４)と空気供給通路(６)には、ＰＭ燃焼ガス(８)と空気(５)のみが通過し、粒子状物質が通過することがないので、ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)とエアポンプ(４)と空気供給通路(６)の目詰まりが起こりにくい。
【００１２】
（請求項２に係る発明）
請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  エアポンプの過熱抑制機能が高い。
図１または図２に例示するように、ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)に放熱器(１０)が設けられ、ＰＭ燃焼ガス(８)の温度が放熱器(１０)で低下されるようにしたので、ＰＭ燃焼ガス(８)のガス温度は空気(５)と混合される前に低下し、エアポンプ(４)の過熱抑制機能が高い。
【００１３】
（請求項３に係る発明）
請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  エンジン運転中にフィルタ再生を行うことができる。
図２に例示するように、エンジン運転中のフィルタ再生時には、排気切り換え弁(１１)の切り換え姿勢に基づいて、燃焼室から再生するフィルタ(１)への排気(２)の送出が停止され、燃焼室から他のフィルタ(１)へ排気(２)が送出され、還流通路切り換え弁(１２)の切り換え姿勢に基づいて、再生するフィルタ(１)で発生したＰＭ燃焼ガス(８)がエアポンプ(４)の上流に供給され、空気切り換え弁(１１)の切り換え姿勢に基づいて、ＰＭ燃焼ガス(８)の添加された空気(５)が再生するフィルタ(２)の上流に供給され、ヒータ切り換えスイッチ(１４)の切り換え姿勢に基づいて、再生するフィルタ(１)の電気ヒータ(７)に通電がなされるようにしたので、一方のフィルタ(１)に排気(２)を通過させて粒子状物質を捕捉しながら、他方のフィルタ(２)のフィルタ再生を行うことにより、エンジン運転中にフィルタ再生を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの模式図、図２は本発明の第２実施形態に係るディーゼルエンジンの模式図である。各実施形態では、多気筒ディーゼルエンジンについて説明する。
【００１５】
本発明の第１実施形態の概要は、次の通りである。
図１に示すように、このエンジンのシリンダヘッド(１７)の一側に吸気マニホルド(１８)が組み付けられ、シリンダヘッド(１７)の他側に排気マニホルド(１９)が組み付けられている。
このエンジンは、燃焼室からディーゼル・パティキュレート・フィルタ(１)に排気(２)を送出する排気通路(３)と、エアポンプ(４)と、このエアポンプ(４)からフィルタ(１)の上流に空気(５)を供給する空気供給通路(６)と、この空気供給通路(６)から供給された空気(５)を加温する電気ヒータ(７)とを備えている。
【００１６】
排気通路(３)は、排気マニホルド(１９)と排気通路(３)とフィルタ収容ケース(２０)とを備えている。フィルタ収容ケース(２０)内にはフィルタ(１)が収容され、その上流に電気ヒータ(７)が配置されている。
フィルタ再生時には、そのフィルタ(１)への排気(２)の送出が停止された状態で、エアポンプ(４)でそのフィルタ(２)の上流に空気(５)が供給され、この空気(５)が電気ヒータ(７)で加熱されて、そのフィルタ(１)に供給されるようにしている。この第１実施形態では、エンジン停止中にフィルタ再生を行う。エアポンプ(４)にはエアクリーナ(２４)を介して大気中の空気が導入される。
【００１７】
この第１実施形態での工夫は、次の通りである。
フィルタ(１)に酸化触媒が担持され、フィルタ(１)に蓄積された粒子状物質が酸化触媒により空気酸化され、その酸化熱で粒子状物質が燃焼されて、ＰＭ燃焼ガス(８)となるようにしている。
フィルタ(１)の下流からＰＭ燃焼ガス還流通路(９)が導出され、このＰＭ燃焼ガス還流通路(９)の導出端がエアポンプ(４)の上流に接続され、ＰＭ燃焼ガス(８)の添加された空気(５)がエアポンプ(４)でフィルタ(１)の上流に供給されるようにしている。
ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)に放熱器(１０)が設けられ、ＰＭ燃焼ガス(８)の温度が放熱器(１０)で低下されるようにしている。
ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)の途中には絞り(１６)が設けられ、絞り(１６)でＰＭ燃焼ガス還流通路(９)を通過するＰＭ燃焼ガス(８)の流量が調節される。
【００１８】
酸化触媒には、白金系触媒が用いられている。
エアポンプ(４)は電動ポンプであり、電気ヒータ(７)とともにタイマ(２５)とスイッチ(２６)とを介して電源(１５)に接続可能とされている。フィルタ再生時は、スイッチ(２６)を接続状態にし、電気ヒータ(７)とエアポンプ(４)を駆動する。これらはタイマ(２５)での設定時間が経過すると、停止され、フィルタ再生が終了する。電源(１５)は、電力会社から供給される１００Ｖで１５Ａ以下の家庭用商用電源である。
【００１９】
図２に示す第２実施形態では、第１実施形態の構造において、次のようになされている。
排気通路(３)が分岐構造とされ、この排気通路(３)に排気送出先切り換え弁(１１)が設けられ、この排気通路(３)の分岐によって配分された各排気送出先にそれぞれフィルタ(１)とその電気ヒータ(７)が設けられ、ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)が分岐構造とされ、このＰＭ燃焼ガス還流通路(９)にＰＭ燃焼ガス導入先切り換え弁(１２)が設けられ、ＰＭ燃焼ガス還流通路(９)の分岐された各ＰＭ燃焼ガス導入端が各フィルタ(１)の下流に接続され、ＰＭ燃焼ガス導入先切り換え弁(１２)のＰＭ燃焼ガス出口(１２ａ)がエアポンプ(４)の上流に接続され、空気供給通路(６)が分岐構造とされ、この空気供給通路(６)に空気供給先切り換え弁(１３)が設けられ、空気供給通路(６)の分岐された各空気供給端が各フィルタ(１)の上流に接続され、各電気ヒータ(７)がヒータ切り換えスイッチ(１４)を介して電源(１５)に切り換え接続可能とされている。
【００２０】
エンジン運転中のフィルタ再生時には、排気送出先切り換え弁(１１)の切り換え姿勢に基づいて、燃焼室から再生するフィルタ(１)への排気(２)の送出が停止され、燃焼室から他のフィルタ(１)へ排気(２)が送出され、ＰＭ燃焼ガス導入先切り換え弁(１２)の切り換え姿勢に基づいて、再生するフィルタ(１)で発生したＰＭ燃焼ガス(８)がエアポンプ(４)の上流に供給され、空気供給先切り換え弁(１３)の切り換え姿勢に基づいて、ＰＭ燃焼ガス(８)の添加された空気(５)が再生するフィルタ(２)の上流に供給され、ヒータ切り換えスイッチ(１４)の切り換え姿勢に基づいて、再生するフィルタ(１)の電気ヒータ(７)に通電がなされるようにしている。
【００２１】
電源(１５)はバッテリである。エアポンプ(４)は電動ポンプであり、電気ヒータ(７)とともにヒータ切り換えスイッチ(１４)を介して電源(１５)に切り換え接続可能とされている。いずれかの電気ヒータ(７)の通電時にはエアポンプ(４)にも通電がなされ、駆動される。エアポンプ(４)はエンジンのクランク軸やカム軸で駆動される機械式ポンプであってもよい。
各フィルタ(１)の上流と下流には排気圧センサ(２１)(２２)が配置されている。これらの端子(ａ)〜(ｄ)はＥＣＵ(エンジン制御ユニット)(２３)の入力力側の端子に接続されている。
排気送出先切り換え弁(１１)とＰＭ燃焼ガス導入先切り換え弁弁(１２)と空気供給先切り換え弁(１３)とはいずれも電磁弁であり、ヒータ切り換えスイッチ(１４)は電磁リレーである。これらの端子(Ａ)〜(Ｄ)はＥＣＵ(２３)の出力側の端子に接続されている。
【００２２】
排気圧センサ(２１)(２２)によるフィルタ(１)の上流と下流の差圧の検出で、各フィルタ(１)の粒子状物質の蓄積量が推定され、この蓄積量が所定の再生開始量に至ったことをＥＣＵ(２３)が判定したことに基づいて、フィルタ(１)の再生処理が開始され、差圧が所定の再生終了条件を満たしたことをＥＣＵ(２３)が判定したことに基づいて、フィルタ(１)の再生処理が終了する。
この第２実施形態も第１実施形態と同様の要素を備えており、図２中、第１実施形態と同一の要素には、同一の符号を付しておく。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るディーゼルエンジンの模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
(１) ディーゼル・パティキュレート・フィルタ
(２) 排気
(３) 排気通路
(４) エアポンプ
(５) 空気
(６) 空気供給通路
(７) 電気ヒータ
(８) ＰＭ燃焼ガス
(９) ＰＭ燃焼ガス還流通路
(１０) 放熱器
(１１) 排気送出先切り換え弁
(１２) ＰＭ燃焼ガス導入先切り換え弁
(１２ａ) ＰＭ燃焼ガス出口
(１３) 空気供給先切り換え弁
(１４) ヒータ切り換えスイッチ
(１５) 電源
【図１】
2010077811.tif 000003
【図２】
2010077811.tif 000004