(57)【要約】      （修正有）【課題】排気効率改善による燃費向上や出力向上を図ることが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気を燃焼前のシリンダ内に戻すことによって、排気の温度を所定の温度範囲に制御して排気の浄化効果を高めるディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、高負荷時に排出される多量の排気を処理するメインＤＰＦ４０と低負荷時に排出される少量の排気を処理するマイクロＤＰＦ３０とに排気の流路を切り替える切替弁２８と、ディーゼルエンジンの吸気を絞る吸気絞り２４と、アクセルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて切替弁２８及び吸気絞り２４を制御する情報をマップとして記録する手段と、検出したアクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して前記記録手段に記録されているマップを参照し、切替弁２８及び前記吸気絞り２４を制御する情報を出力する制御手段２０とを備えた。【選択図】    図１
2006241975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気をＥＧＲ機構を用いて燃焼前のシリンダ内に戻すことによって、排気の温度を所定の温度範囲に制御して排気を浄化するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
ディーゼルエンジンの排気に含まれるパティキュレートマターを捕集して処理する２種類のＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）であって、ディーゼルエンジンの高負荷時に排出される多量の排気を処理するメインＤＰＦと、ディーゼルエンジンの低負荷時に排出される少量の排気を処理するマイクロＤＰＦとに排気の流路を切り替える切替弁と、
ディーゼルエンジンの吸気を絞る吸気絞りと、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて切替弁及び吸気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、
検出したアクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記切替弁及び前記吸気絞りを制御する情報を出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記切替弁は、ディーゼルエンジンの排気マニホールドとメインＤＰＦとの間に設けられ、マイクロＤＰＦはメインＤＰＦよりも切替弁に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項１のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記マイクロＤＰＦを経由した排気は、メインＤＰＦを経由せずに直接大気に放出される構造であることを特徴とする請求項１又は２のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
ディーゼルエンジンの排気を絞る排気絞りを備え、
前記記録手段に記録されているマップには、エンジンの回転数が所定の回転数よりも低く、かつ、アクセルペダルの踏み込み量が所定の踏み込み量よりも少ない場合に、前記排気絞りを絞る情報が記録されており、
前記制御手段は、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記排気絞りを制御する情報を出力することを特徴とする請求項１、２又は３のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記切替弁は、メインＤＰＦ側に排気の流路を切り替えている際にも、マイクロＤＰＦ側に少量の排気を流す機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至４に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記マイクロＤＰＦ又はメインＤＰＦの圧力損失を測定する圧力センサを備え、
前記制御手段は、前記圧力センサから入力した圧力損失と、エンジン回転数と、アクセルペダルの踏み込み量とに基づいて吸気絞り又は排気絞りを制御する情報を出力することを特徴とする請求項１乃至５に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記マイクロＤＰＦ又はメインＤＰＦに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、
前記制御手段は、前記排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、吸気絞り、排気絞り、又は切替弁を制御する情報を出力することを特徴とする請求項１乃至６に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
ディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサを備え、
前記制御手段は、前記吸気温度センサから入力した吸気温度に基づいて、吸気絞り、排気絞り、又は切替弁を制御する情報を出力することを特徴とする請求項１乃至７に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記制御手段は、排気ブレーキスイッチから排気ブレーキを働かせる指示を入力した場合には、前記吸気絞りを開く指示を出力することを特徴とする請求項１乃至８に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
ディーゼルエンジンの排気をＥＧＲ機構を用いて燃焼前のシリンダ内に戻すことによって、排気の温度を所定の温度範囲に制御して排気を浄化するディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いられ、
ディーゼルエンジンの出力を制御するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサからアクセルペダルの踏み込み量を入力し、ディーゼルエンジンの回転数を検出する回転センサからエンジンの回転数を入力し、
ディーゼルエンジンの排気に含まれるパティキュレートマターを捕集して処理する２種類のＤＰＦであってディーゼルエンジンの高負荷時に排出される多量の排気を処理するメインＤＰＦと、ディーゼルエンジンの低負荷時に排出される少量の排気を処理するマイクロＤＰＦとに排気の流路を切り替える切替弁を制御する情報を出力し、かつ、ディーゼルエンジンの吸気を絞る吸気絞りを制御する情報を出力する制御手段であって、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて切替弁及び吸気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段を備え、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記切替弁及び前記吸気絞りを制御する情報を出力することを特徴とする制御手段。
【請求項１１】
前記記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えていることを特徴とする請求項１０の制御手段。
【請求項１２】
前記記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の増加及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えていることを特徴とする請求項１１の制御手段。
【請求項１３】
前記記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気をマイクロＤＰＦに切り替える制御を行なう領域を備えていることを特徴とする請求項１０、１１又は１２の制御手段。
【請求項１４】
前記記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気を絞る制御を行なう領域を備えていることを特徴とする請求項１３の制御手段。
【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ガス浄化装置に係り、特にカーボンを主成分とするパティキュレートの排出を低減するディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特許文献１の請求項８等には、第１のＥＧＲ通路と吸気通路の連結部よりも上流側の吸気通路に配設された吸気シャッタと、第１のＥＧＲ通路と排気通路の連結部よりも下流側の排気通路に配設された排気シャッタと、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、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酸化触媒の活性温度領域よりも低温領域となる場合に、吸気シャッタと排気シャッタのいずれか一方又は双方を絞る制御を行なう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示されている（特許文献１参照。)。
【０００３】
また、特許文献２の請求項１等には、有害物質を処理する排気処理用主触媒を備えたエンジンに於いて、エンジンの低負荷時における小排気流量時には、エンジンの排気ポートと主触媒との間の主排気通路に両端部を接続して設けた小排気通路に排気流を流通し、この小排気通路に接続して設けた補助触媒と排気流とを接触して排気流の処理を行なうと共に、エンジンの高負荷時に於ける排気流量の増大時には、排気流の全量を切替弁を介して主排気通路に流通させることにより主触媒と接触させて排気流の処理を行なうことを特徴とするエンジンの排気処理方法が示されている（特許文献２参照。)。
【０００４】
その他、特許文献３、特許文献４、特許文献５にも排気浄化装置に関連する発明が示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２７６４０５号公報  （第１−２ページ、第２−４図）
【特許文献２】
特開２００２−３２２９０９号公報  （第１−２ページ、第１図）
【特許文献３】
特開平６−１２９２３１号公報  （第１−２ページ、第１図）
【特許文献４】
特開昭５２−５６２１１号公報  （第１−２ページ、第１図）
【特許文献５】
特開２００１−３３６４４０号公報  （第１−３ページ、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の特許文献１に記載の発明では、特許文献１の図４（ａ）に示されているとおり、負荷が低くてエンジン回転数が高回転の場合であっても、吸気シャッタの開度を１／４〜２／４と絞る制御を行なっている。この負荷領域で吸気を絞る制御を行なうと、エンジン回転数が高回転の時に吸気する空気量が減少するために、排気にスモークが多く含まれるという不具合や、吸気流量の減少により燃費が悪化するという不具合を生じる。
【０００７】
また、従来の特許文献２に記載の発明では、アクセルペダルの非動作時及びアクセルペダルの踏み込み時に連動して作動するアクチュエータにより切替弁を作動して主触媒と補助触媒とを切り替える構成となっているが、アクセルペダルの踏み込み量が２５％〜３５％と少ない場合であっても、エンジンの回転数が増加した場合には排出される排ガス量が増加するので、補助触媒を用いていると排気干渉を生じて排気効率が悪化し、出力の低下や燃費の悪化を生ずることとなる。
【０００８】
そこで本発明は、従来の状況に鑑みて、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とに応じて主触媒と補助触媒とを切り替えるポイントを変更することにより、エンジンの排気効率改善による燃費向上や出力向上を図ることが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【０００９】
また本発明は、より広い運転領域でメインＤＰＦ（メイン・ディーゼル・パティキュレート・フィルタ。以降ｍＤＰＦと省略して記載する。）又はマイクロＤＰＦ（マイクロ・ディーゼル・パティキュレート・フィルタ。以降μＤＰＦと省略して記載する。）を機能させることが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１０】
また本発明は、通常の排気経路を通ってｍＤＰＦに到達した排気ガスの温度がＰＭ（パティキュレート・マター）の連続再生に十分でない運転領域では吸気を絞る制御を行い、それでも十分な排気温度が得られない運転領域ではｍＤＰＦからμＤＰＦに切り替えて、排気に含まれるＰＭを処理することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１１】
また本発明は、負荷と回転速度が低く通常では排気温度がＰＭを処理可能な温度まて上昇しない領域では、排気を絞ることによって排気の温度をＤＰＦに要求される２６０℃乃至３００℃以上の所定の温度に上昇させて、ＤＰＦの捕集、燃焼除去、ＤＰＦ自身の再生を実施することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１２】
また本発明は、アイドリング時や定速走行時等の低負荷時を含む広範囲な運転領域においてＤＰＦに流入する排気の温度を所定の温度以上に維持し、排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１３】
また本発明は、ＤＰＦを用いることによる燃費の悪化や走行性能の低下を防止することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１４】
また本発明は、運転状況によって負荷が減少し、ｍＤＰＦからμＤＰＦに排気の流れを切り替えた場合であっても、切替直後からμＤＰＦがＰＭを連続処理することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１５】
また本発明は、ＤＰＦ内にＰＭが過剰に堆積した場合であっても、その旨を早期に検出してＰＭを適度に燃焼させることが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１６】
また本発明は、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１７】
また本発明は、吸気絞りを設けた場合であっても排気ブレーキ作動時に吸気する空気量を確保して、排気ブレーキの効き具合の低下を防止し、大型車両の安全を確保することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に係る発明は、ディーゼルエンジンの排気をＥＧＲ機構を用いて燃焼前のシリンダ内に戻すことによって、排気の温度を所定の温度範囲に制御して排気を浄化するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ディーゼルエンジンの排気に含まれるパティキュレートマターを捕集して処理する２種類のＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）のうちディーゼルエンジンの高負荷時に排出される多量の排気を処理するｍＤＰＦと、ディーゼルエンジンの低負荷時に排出される少量の排気を処理するμＤＰＦとに排気の流路を切り替える切替弁と、ディーゼルエンジンの吸気を絞る吸気絞りと、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて切替弁及び吸気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、検出したアクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記切替弁及び前記吸気絞りを制御する情報を出力する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１９】
本発明によれば、ディーゼルエンジンの高負荷時に排出される多量の排気を処理するｍＤＰＦとディーゼルエンジンの低負荷時に排出される少量の排気を処理するμＤＰＦとに排気の流路を切り替える切替弁と、ディーゼルエンジンの吸気を絞る吸気絞りと、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて切替弁及び吸気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、検出したアクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して記録手段に記録されているマップを参照し、切替弁及び吸気絞りを制御する情報を出力する制御手段とを備えたので、定速走行時を含む広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。これにより、定速走行時の広範囲な運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能となる。
【００２０】
また、上記課題を解決するために請求項２に係る発明では、請求項１に記載の切替弁をディーゼルエンジンの排気マニホールドとｍＤＰＦとの間に設け、μＤＰＦはｍＤＰＦよりも切替弁に近い位置に設けられていることを特徴としている。
【００２１】
本発明によれば、ディーゼルエンジンの低負荷時には、排気マニホールド及び切替弁に近い位置に設けたμＤＰＦに排気を流すように構成したので、低負荷時であってもμＤＰＦに流入する排気の温度を所定の温度以上に維持することが可能となる。また、中負荷時であっても、μＤＰＦに排気を流すことによって、吸気絞りを開いた状態でμＤＰＦに流入する排気の温度を所定の温度以上に維持することが可能となるので、ＤＰＦを用いることによる燃費の悪化や走行性能の低下を防止することが可能となる。
【００２２】
また、上記課題を解決するために請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の発明において、μＤＰＦを経由した排気を、ｍＤＰＦを経由せずに直接大気に放出する構造としたことを特徴としている。
【００２３】
本発明によれば、排気抵抗を減少させることが可能となるので、ＤＰＦを用いることによる燃費の悪化や走行性能の低下を防止することが可能となる。
【００２４】
また、上記課題を解決するために請求項４に係る発明では、請求項１、２又は３に記載の発明に加えてディーゼルエンジンの排気を絞る排気絞りを備え、記録手段に記録されているマップには、エンジンの回転数が所定の回転数よりも低く、かつ、アクセルペダルの踏み込み量が所定の踏み込み量よりも少ない場合に排気絞りを絞る情報が記録されており、制御手段は、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して記録手段に記録されているマップを参照し、排気絞りを制御する情報を出力することを特徴としている。
【００２５】
本発明によれば、請求項１、２又は３に記載の発明に加えてディーゼルエンジンの排気を絞る排気絞りを備え、制御手段は、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して記録手段に記録されているマップを参照し、排気絞りを制御する情報を出力するようにしたので、アイドリング時や定速走行時等を含む広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。これにより、アイドリング時や定速走行時等の広範囲な運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能となる。
【００２６】
また、上記課題を解決するために請求項５に係る発明では、請求項１乃至４に記載の切替弁は、ｍＤＰＦ側に排気の流路を切り替えている際にも、μＤＰＦ側に少量の排気を流す機構を備えていることを特徴としている。
【００２７】
本発明によれば、ｍＤＰＦ使用時にもμＤＰＦに少量の排気を流し続けることによって、μＤＰＦの温度を所定の温度に維持することが可能となり、運転状況によって負荷が減少し、μＤＰＦに排気の流れを切り替えた場合であっても、切替直後からμＤＰＦはＰＭを連続処理することが可能となる。したがって、運転状況が急に変化した場合であってもＰＭを連続再生することが可能となる。
【００２８】
また、上記課題を解決するために請求項６に係る発明では、請求項１乃至５に記載の発明に加えて、μＤＰＦ又はｍＤＰＦの圧力損失を測定する圧力センサを備え、制御手段は、圧力センサから入力した圧力損失と、エンジン回転数と、アクセルペダルの踏み込み量とに基づいて吸気絞り又は排気絞りを制御する情報を出力することを特徴としている。
【００２９】
本発明によれば、μＤＰＦ又はｍＤＰＦの圧力損失を測定する圧力センサを備え、制御手段は、圧力センサから入力した圧力損失と、エンジン回転数と、アクセルペダルの踏み込み量とに基づいて吸気絞り又は排気絞りを制御する情報を出力するようにしたので、ＤＰＦ内にＰＭが過剰に堆積した場合であっても、その旨を早期に検出してＰＭを適度に燃焼させることが可能となる。
【００３０】
また、上記課題を解決するために請求項７に係る発明では、請求項１乃至６に記載の発明に加えて、μＤＰＦ又はｍＤＰＦに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、制御手段は、排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、吸気絞り、排気絞り、又は切替弁を制御する情報を出力することを特徴としている。
【００３１】
本発明によれば、μＤＰＦ又はｍＤＰＦに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、制御手段は、排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、吸気絞り、排気絞り、又は切替弁を制御する情報を出力するようにしたので、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。
【００３２】
また、上記課題を解決するために請求項８に係る発明では、請求項１乃至７に記載の発明に加えて、ディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサを備え、制御手段は、吸気温度センサから入力した吸気温度に基づいて、吸気絞り、排気絞り、又は切替弁を制御する情報を出力することを特徴としている。
【００３３】
本発明によれば、ディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサを備え、制御手段は、吸気温度センサから入力した吸気温度に基づいて、吸気絞り、排気絞り、又は切替弁を制御する情報を出力するようにしたので、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。
【００３４】
また、上記課題を解決するために請求項に９係る発明では、請求項１乃至８に記載の発明に加えて、制御手段が排気ブレーキスイッチから排気ブレーキを働かせる指示を入力した場合には、吸気絞りを開く指示を出力することを特徴としている。
【００３５】
本発明によれば、制御手段が排気ブレーキスイッチから排気ブレーキを働かせる指示を入力した場合には、制御手段は吸気絞りを開く指示を出力するようにしたので、吸気する空気量を確保して、吸気絞りを設けたことによる排気ブレーキの効き具合の低下を防止することが可能となる。
【００３６】
また、上記課題を解決するために請求項１０に係る制御手段は、ディーゼルエンジンの排気をＥＧＲ機構を用いて燃焼前のシリンダ内に戻すことによって、排気の温度を所定の温度範囲に制御して排気を浄化するディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いられ、ディーゼルエンジンの出力を制御するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサからアクセルペダルの踏み込み量を入力し、ディーゼルエンジンの回転数を検出する回転センサからエンジンの回転数を入力し、ディーゼルエンジンの排気に含まれるパティキュレートマターを捕集して処理する２種類のＤＰＦであってディーゼルエンジンの高負荷時に排出される多量の排気を処理するｍＤＰＦとディーゼルエンジンの低負荷時に排出される少量の排気を処理するμＤＰＦとに排気の流路を切り替える切替弁を制御する情報を出力し、かつ、ディーゼルエンジンの吸気を絞る吸気絞りを制御する情報を出力する制御手段であって、該制御手段は、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて切替弁及び吸気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段を備え、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、記録手段に記録されているマップを参照し、切替弁及び吸気絞りを制御する情報を出力することを特徴としている。
【００３７】
本発明によれば制御手段は、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、記録手段に記録されているマップを参照し、ｍＤＰＦとμＤＰＦとに排気の流路を切り替える切替弁を制御する情報と吸気を絞る吸気絞りを制御する情報を出力するようにしたので、定速走行時を含む広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。これにより、定速走行時の広範囲な運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能となる。
【００３８】
また、上記課題を解決するために請求項１１に係る発明では、請求項１０に記載の発明に加えて、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えていることを特徴としている。
【００３９】
本発明によれば、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えたので、広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となるとともに、吸気絞りを設けたことによる燃費の悪化や走行性能の悪化を防止することが可能となる。
【００４０】
また、上記課題を解決するために請求項１２に係る発明では、請求項１１に記載の発明に加えて、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の増加及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えていることを特徴としている。
【００４１】
本発明によれば、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の増加及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えたので、エンジンの回転数の増加及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴う排気温度の低い領域が存在する場合であっても、より広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。
【００４２】
また、上記課題を解決するために請求項１３に係る発明では、請求項１０、１１又は１２に記載の発明に加えて、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気をμＤＰＦに切り替える制御を行なう領域を備えていることを特徴としている。
【００４３】
本発明によれば、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気をμＤＰＦに切り替える制御を行なう領域を備えたので、広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となるとともに、吸気絞りを設けたことによる燃費の悪化や走行性能の悪化を防止することが可能となる。
【００４４】
また、上記課題を解決するために請求項１４に係る発明では、請求項１３に記載の発明に加えて、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気を絞る制御を行なう領域を備えていることを特徴としている。
【００４５】
本発明によれば、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気を絞る制御を行なう領域を備えたので、アイドリング時や定速走行時等を含む広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。これにより、アイドリング時や定速走行時等の広範囲な運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能となる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００４７】
図１は、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す図である。
【００４８】
同図に示すように、ディーゼルエンジンの排気浄化システムには、排気を浄化する対象となるディーゼルエンジン１０と、ディーゼルエンジンの各シリンダに新気を導入する吸気マニホールド１２と、各シリンダから排出される燃焼後の排気を通す排気マニホールド１４と、運転手がディーゼルエンジンの出力を制御する情報を入力するためのアクセルペタルの踏み込み量を検出して制御手段２０等に伝達するアクセルポジションセンサ１６と、ディーゼルエンジンのクランクシャフトの回転角などを読み取って制御手段２０に対して回転角信号（エンジンの回転数信号を含む）を出力する回転センサ１８とが設けられている。
【００４９】
なお、アクセルペダルの踏み込み量は、図示しない燃料噴射装置に伝達され、エンジンの出力を制御することが可能となっている。
【００５０】
またディーゼルエンジンの排気浄化システムには、エンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサ２２と、エンジンの吸気を絞ることによってシリンダに吸入される新気の量を調節する吸気絞り２４と、エンジンの排気を絞ることによって排圧を高くしてシリンダに戻す排気のガス量を増やす制御を行なう排気絞り２６と、排気の流路を切り替える切替弁２８とが設けられている。
【００５１】
ディーゼルエンジンの排気に含まれるＰＭを捕集して処理する２種類のＤＰＦのうちのｍＤＰＦ４０は、ディーゼルエンジンの高負荷時に排出される多量の排気に含まれるＰＭを連続再生処理する大型のＤＰＦである。一方のμＤＰＦ３０は、ディーゼルエンジンの低負荷時に排出される少量の排気に含まれるＰＭを連続再生処理する小型のＤＰＦである。切替弁２８は、ｍＤＰＦ４０とμＤＰＦ３０とに排気の流路切り替える機能を備えている。
【００５２】
また、ディーゼルエンジンの排気浄化システムには、μＤＰＦ３０に流入する排気の温度を測定する排気温度センサ３２と、メイン排気管３４と、μＤＰＦを通る排気の流路となるマイクロ排気管３６と、ｍＤＰＦ４０に流入する排気の温度を測定する排気温度センサ４２とが設けられている。
【００５３】
また同図に示すように、切替弁２８は、ディーゼルエンジン１０の排気マニホールド１４とｍＤＰＦ４０との間に設けられ、μＤＰＦ３０はｍＤＰＦ４０よりも切替弁２８に近い位置に設けられている。この切替弁２８に、ｍＤＰＦ４０側に排気の流路を切り替えている際にもμＤＰＦ３０側に少量の排気を流すための隙間（機構）を切替弁２８内に備えてもよいし、μＤＰＦ３０へ常に排気が流れるようにバイパス流路（機構）を備えるようにしてもよい。また、μＤＰＦ３０に少量の排気を流す際の流量を調節するアジャストスクリューを設けてもよい。
【００５４】
吸気絞り２４には、吸気絞り弁のアクチュエータが備えられており、制御手段２０から出力される制御情報に基づいて吸気絞り弁を任意の開度に設定可能となっている。また吸気絞り２４に、吸気の絞り弁開度を検出するｉＴＰ開度センサを設け、ｉＴＰ開度フィードバック用の開度信号を制御手段２０に出力するようにしてもよい。また同図では、吸気絞り２４を吸気マニホールド１２の集合管路に１つ設けた実施例で説明しているが、本発明は吸気絞り２４の取付位置等を図１に示したように限定するものではなく、吸気マニホールド１２内の各シリンダへの枝内に独立して設けるようにしてもよい。
【００５５】
また図１には、排気マニホールド１４から吸気マニホールド１２に排気を戻す制御を行なうことによって、排気温度を高めることが可能なＥＧＲバルブ４４が設けられている（外部ＥＧＲ方式）。このＥＧＲバルブ４４は、アクセル踏み込み量とエンジンの回転数等のパラメータに基づいて、開閉のタイミングや開度を適宜設定することが可能となっている。
【００５６】
排気絞り２６は、μＤＰＦ３０の下流（排気絞り２６Ｂ）に設けてもよいし、ｍＤＰＦ４０の上流（排気絞り２６Ｃ）、又は下流（排気絞り２６Ｄ）に設けてもよい。また、μＤＰＦ３０を経由した排気を、ｍＤＰＦ４０を経由せずに直接大気に放出する構造としてもよい。
【００５７】
なお、多気筒の排気管が集合している場合であっても、排気の脈動を利用することによって排気効率を高める寸法に排気管を設定するのが常であるが、ｍＤＰＦ４０に流入する排気の温度を所定の温度以上に確保するためにμＤＰＦ３０を排気ポートの近くに置くと排気干渉を生じたり、ポンピング損失が増大して排気効率が悪化するという不具合を生じるので、ｍＤＰＦ４０に到達する排気の温度が高い運転領域では、なるべくｍＤＰＦ４０を使用するのが望ましい。
【００５８】
連続再生型排ガス浄化装置としては、前段のディーゼル用酸化触媒ＤＯＣと後段のＰＭ捕集フィルターから構成するか、又は触媒担持型の単独ＰＭ捕集フィルターである連続再生型排気浄化装置を用いるのが一般的である。
【００５９】
また、高温の排気を燃焼前の燃焼室に送り込むために、前述のＥＧＲバルブ４４を用いる代わりに、図２及び図３に示す特殊な排気カムを用いたＥＧＲ機構（内部ＥＧＲ方式）によって高温の排気を燃焼前のシリンダに供給するようにしてもよい。
【００６０】
図２は、燃焼前のシリンダに排気を直接戻すＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンの燃焼室部分の断面図である。
【００６１】
同図に示すように、ディーゼルエンジンの燃焼室部分には、吸気バルブ５２、排気バルブ５４及び噴射ノズル６２を備えるとともに燃焼室を形成しているシリンダヘッド５０と、燃焼圧力を受け止めてクランクシャフトに回転力を伝達するピストン６０と、ピストン６０の摺動面となるシリンダ５８とが設けられている。
【００６２】
排気バルブ５４の排気タイミングとリフト量を定めている排気カム５６には、通常の排気工程を行なうために排気バルブ５４を開く第１のカム山と、吸気工程の終了時期付近で排気バルブ５４を少し開く第２のカム山との２つのカム山が設けられている。
【００６３】
このように排気カム５６に２つのカム山を形成することにより、通常の燃焼後の排気工程で排気バルブ５４を開いて燃焼後の排気を排気マニホールドに出す機能と、吸気工程の終了付近で再び排気バルブ５４を適量開いて排気を燃焼室に戻す機能とを備えることが可能となっている。
【００６４】
図３は、ピストン６０の位置と吸気バルブ５２のリフト量及び排気バルブ５４のリフト量との関係を示す図である。
【００６５】
通常のディーゼルエンジンの給排気のタイミングと同様に、燃焼後ピストン６０が下死点に到達する前から排気バルブ５４が開き始め、燃焼ガスの排気を開始する。クランクシャフトが約半回転してピストン６０が上死点に近づくと、その排気工程の終了付近で吸気バルブを開き始めて次の燃焼のための新気の導入を開始する。
【００６６】
ピストンが再び下死点に近づき、吸気工程が終了する近傍では、一般のエンジンでもシリンダ５８内の圧力よりも排気マニホールド１４内の圧力の方が高いので、ここで再度排気バルブ５４を開いた場合には、排気マニホールド１４から高温の排気がシリンダ内に逆流して、吸入した新気とともに排気がシリンダ内に充填される。
【００６７】
ピストンが下死点を通過した後から圧縮工程を開始する。一般に圧縮前のシリンダ内の気体の温度Ｔ１及び圧力Ｐ１と、圧縮工程終了後の気体温度Ｔ２及びＰ２との関係は以下の式で表される。
Ｔ２＝Ｔ１（Ｐ２／Ｐ１）（κ−１）／κ…（式１）
ｋ：気体の比熱比（空気の場合１．４）
【００６８】
ディーゼルエンジンの圧縮比を、Ｐ２／Ｐ１＝１６とした場合には、（Ｐ２／Ｐ１）（κ−１）／κ＝２．２０８となる。したがって、圧縮前の空気に燃焼後の高温の排気を混入して、圧縮前の気体の温度が１０℃上昇した場合には、圧縮後の温度は２２．０８℃上昇することになり、過剰空気が少ないこともあいまって燃焼後の排気温度も上昇するので、ＤＰＦ内に捕集したＰＭ（スート、煤などを含む）を連続再生しやすくすることが可能となる。また、排気を現状のＮＯｘ還元触媒に通す場合にも、触媒を有効に機能させるために、広範囲な運転状況における排気温度維持のための制御は必須である。
【００６９】
ただ単に排気温度を上昇させるのであれば、排気カムの第２のカム山のリフトを高く、又は動作角度を広く設定し、シリンダ内に逆流する排気の量を増大させて排気温度を高く設定することが可能である。
【００７０】
ところが、第２のカム山による排気バルブ５４のリフトは、エンジン運転領域全域でリフトするため、高負荷時のように燃料供給量と比較して空気量が少なくなる領域では、排圧が高くなるので排気の逆流も多くなり、不完全燃焼となりやすく、ＰＭ（スート、煤、スモーク等）がＤＰＦにおける再生可能量を超えて大量に発生することになる。
【００７１】
ＰＭがＤＰＦの再生可能量を超えて大量に発生すると、ＤＰＦ内部においてＰＭが堆積して排圧の急増を招き、燃費を大幅に悪化させることとなる。また、運転状況の変動により排気温度が上昇した場合には、堆積している大量のＰＭが連鎖的に燃焼を開始し、ＤＰＦを熔損に至らしめる可能性もある。
【００７２】
また逆に、第２のカム山による排気バルブ５４のリフトを低く、又は動作角度を狭く設定すると、シリンダ５８内への排気の逆流量が少なくなり、低負荷時には排気温度が低くなるなど、所定の排気温度を維持することが可能なエンジン運転領域が狭くなってしまう。
【００７３】
排気カムのカム山をずらしたり、排気バルブのリフト量を可変する技術（可変バルブタイミング機構など）も知られているが、現在走行中のディーゼルエンジン車両に対してレトロフィットの形で本願発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置を装着し、排出されるＰＭを減少させようとする場合には、固定のカム山を備えていた方が改造作業を行なうにあたってのコストが安価となるので好都合である。
【００７４】
また一般に、排気の量が少ない低負荷の運転領域では、吸気絞り２４及び排気絞り２６を制御しても十分に排気温度が上昇しない場合が多い。したがって、排気効率を良くする目的等のため長く延ばした排気管の先にのみＤＰＦを設けると、排気がＤＰＦに到達するまでに排気のガス温度が低下してしまうので、排気に含まれるＰＭをＤＰＦで連続再生できないと言う不具合を生ずる。
【００７５】
そこで本発明では、まずシリンダ内に逆流する排気の流量を細かく調節するために吸気絞り２４を備え、低負荷運転時のように排気温度の低くなりがちな領域においては、排気マニホールド１４の直下に設けたμＤＰＦ３０に排気を流すようにして、より広範囲な負荷範囲で排気温度を維持してＰＭの排出量を減少させている。一方の高負荷運転時のように十分な排気温度が得られる領域では、ｍＤＰＦ４０を主に用いることによって従来のディーゼルエンジンと同様な排気効率を確保して、燃費や出力を維持することが可能となっている。
【００７６】
また、アイドリング時や低負荷低回転の運転領域では、吸気絞り２４を絞っても排気温度が所定の温度に到達しない領域が一般に存在する。この場合には、吸気絞り２４を絞ると同時に排気絞り２６を絞ることによって排圧を高め、シリンダに戻す排気の量を多くして排気温度を確保することが可能となっている。また、このようにして、より広い運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生する処理を行なうことが可能となっている。
【００７７】
図４は、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いるｉＴＰ制御マップを示す図である。
【００７８】
同図に示すｉＴＰマップは制御手段２０内に設けられた記憶手段に記憶されており、制御手段２０は、アクセルポジションセンサ１６から入力したアクセルペダル踏み込み量（ＡＰＰ）と、回転センサ１８から入力したエンジンの回転数（Ｎｅ）とに基づいて、前記記録手段に記録されているｉＴＰマップを参照し、吸気絞り２４（ｉＴＰ開度）と、排気絞り２６と、切替弁２８とを制御する情報を出力する。なおｉＴＰマップを記録する記録手段は、制御手段２０の内部に設けてもよいし、制御手段２０の外部に独立して設けて制御手段２０と通信可能に接続してもよい。
【００７９】
同図に示すように、たとえばエンジン回転数が１０００ｒｐｍの場合であって、運転手がアクセルペダルを４０％踏み込んでいる中負荷の運転状態では、排気温度が所定の温度に上昇しているので、制御手段２０は吸気絞り２４に対して１００％の開度（ｉＴＰ＝１００％）となるように制御する情報を出力している。また、切替弁２８に対しては、ｍＤＰＦ４０に排気を流すように制御信号を出力する。
【００８０】
なお，このようにｍＤＰＦ４０に排気を流している場合に、全ての排気をｍＤＰＦ４０のみに流すのではなく、μＤＰＦ３０にも少量の排気が流れるように排気弁２８等を構成してもよい。ｍＤＰＦ４０使用時にもμＤＰＦ３０に少量の排気を流し続けることによって、μＤＰＦ３０の温度を所定の温度に維持することが可能となり、運転状況によって負荷が減少し、μＤＰＦ３０に排気の流れを切り替えた場合であっても、切替直後からμＤＰＦ３０はＰＭを連続処理することが可能となる。したがって、運転状況が急に変化した場合であってもＰＭを連続再生することが可能となる。
【００８１】
前記のエンジン回転数が１０００ｒｐｍの中負荷の運転状態であって、運転手がアクセルペダルの踏み込み量を４０％から３０％まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を３０％まで絞る制御情報を出力する。
【００８２】
すると吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて、シャッタ又はバタフライバルブ等によって吸気経路を３０％まで絞り、吸気の流量を減少させる。すると吸気工程のシリンダに吸入される空気量は減少するので、吸入工程終了付近でシリンダ内の圧力が下がり、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。すると圧縮前の気体温度が上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、ｍＤＰＦ４０に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【００８３】
エンジン回転数が１０００ｒｐｍの運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量を更に２５％付近まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を約１０％まで絞る制御情報を出力する。
【００８４】
すると吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて吸気経路を約１０％まで絞り、吸気の流量を更に減少させる。すると吸気工程のシリンダに吸入される空気量は更に減少するので、吸入工程終了付近でシリンダ内の圧力が更に下がり、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。すると圧縮前の気体温度が上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、ｍＤＰＦ４０に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【００８５】
なお、制御手段２０が出力する吸気絞り２４の絞り量の制御情報は、同図に示すｉＴＰ１００％の線とｉＴＰ３０％の線の間は直線補間を行なってもよいし、二次曲線以上の曲線補間を行なうようにして、細かい制御を行なうようにしてもよい。
【００８６】
エンジン回転数が１０００ｒｐｍの運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量を更に２３％付近まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、切替弁２８を制御して排気をμＤＰＦ３０に流すように制御信号を出力するとともに、吸気絞り２４を１００％まで開く制御情報を出力する。
【００８７】
この状態では、吸気絞り２４を開くので排気温度は低下するが、排気を通すＤＰＦを大型のｍＤＰＦ４０から小型で排気マニホールド直下に設けた小型のμＤＰＦ３０に切り替えるので、排気抵抗が増大してエンジン排気圧力がｍＤＰＦ４０の場合よりも高くなるので、排気の逆流が増大して排気温度が上がりμＤＰＦ３０に流れ込む排気の温度はＰＭを連続再生可能な温度となっている。なお、負荷が低い運転状態では排気の流量が少ないので、小型のＤＰＦであっても十分処理可能であるとともに、吸気を絞らないので燃費の悪化や出力の低下を防止することが可能となる。
【００８８】
また、設計段階でμＤＰＦ３０の容量（大きさ）を決定する場合には、排気を処理するディーゼルエンジンの排気温度特性と排気の流量に応じて決定するとよい。また、ｍＤＰＦ４０の容量（大きさ）や、各ＤＰＦまでの排気管の長さ、切替弁２８の取付位置なども、対象となる車種やエンジンの構成などによって適宜決定する。
【００８９】
エンジン回転数が１０００ｒｐｍの運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量を更に１０％付近まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を約５％まで絞る制御情報を出力する。そして、更に排気絞り２６に対しても所定の開度まで絞る制御情報を出力する。
【００９０】
吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて吸気経路を約５％まで絞り、吸気の流量を減少させる。また、排気絞り２６も所定の開度まで絞るので、排気マニホールド１４内の排圧が維持されるか、又は排圧が上昇する。
【００９１】
すると吸気工程のシリンダに吸入される空気量は更に減少するので、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。そして圧縮前の気体温度が更に上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、μＤＰＦ３０に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【００９２】
このとき、排気絞り２６の絞り量も、アクセルペダルの踏み込み量又はエンジンの回転数に応じて絞り量を制御するようにしてもよい。その場合にはｉＴＰ制御マップに、エンジンの回転数が所定の回転数よりも低く、かつ、アクセルペダルの踏み込み量が所定の踏み込み量よりも少ない場合に、排気絞り２６を絞るように情報を入力しておき、制御手段２０はアクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して前記ｉＴＰ制御マップを参照し、排気絞り２６を制御する情報を出力するようにしてもよい。
【００９３】
また同図に示すようにｉＴＰ制御マップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えている。
【００９４】
また同図に示すようにｉＴＰ制御マップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気をｍＤＰＦ４０からμＤＰＦ３０に切り替える制御を行なう領域を備えている。
【００９５】
また、同図に示すようにｉＴＰ制御マップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気を絞る制御を行なう領域を備えている。
【００９６】
また制御手段２０は、μＤＰＦ３０又はｍＤＰＦ４０に流入する排気の温度を測定する排気温度センサ３２から入力した排気温度に基づいて、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８を制御する情報を出力し、排気温度を所定の温度範囲に制御するようにしてもよい。この場合に制御手段２０は、排気温度に応じてｉＴＰ制御マップをずらす処理を行なってもよいし、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８に出力する制御情報に対して所定の係数を加算又は乗算する処理を行なってもよい。
【００９７】
一般的な傾向としては、排気温度が低い場合には吸気絞り２４を絞る制御情報、排気絞り２６を絞る制御情報等を出力するが、ディーゼルエンジン１０の運転状況に応じて切替弁２８をμＤＰＦ３０側に切り替える制御情報を出力するようにしてもよい。
【００９８】
また、図１に示すようにディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサ２２を吸気マニホールド１２等に備え、制御手段２０は、吸気温度センサ２２から入力した吸気温度に基づいて、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８を制御する情報を出力するようにしてもよい。この場合に制御手段２０は、吸気温度に応じてｉＴＰ制御マップをずらす処理を行なってもよいし、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８に出力する制御情報に対して所定の係数を加算又は乗算する処理を行なってもよい。
【００９９】
このように、制御手段２０が排気温度又は吸気温度を入力して排気温度を制御することによって、安定した使用条件から逸脱して排気の温度が変化した場合であっても、所定の排気温度を維持することが可能となる。
【０１００】
また制御手段２０は、排気ブレーキスイッチから排気ブレーキを働かせる指示を入力した場合には、吸気絞り２４を開く指示を出力するようにしてもよい。これは、吸気を絞ったまま排気ブレーキを作動させても、吸気する空気量が少ないために排圧が上昇せず、排気ブレーキとしての効き具合が低下することを防止するためである。
【０１０１】
図５は、エンジン回転数を１０００ｒｐｍに固定した場合の、アクセル踏み込み量（ＡＰＰ）に対する吸気絞りの開度（ｉＴＰ）と、μＤＰＦ３０及びｍＤＰＦ４０の切替状態を示す図である。
【０１０２】
同図に示すように、エンジン回転数が１０００ｒｐｍで一定の場合であって、アクセル踏み込み量（ＡＰＰ）を６０％から減少していった場合には、アクセルペダルの踏み込み量が３３％を下回った位から徐々に吸気絞り（ｉＴＰ）を絞る制御情報を出力し、アクセルペダルの踏み込み量が約２３％位で排気の流路をｍＤＰＦ４０からμＤＰＦ３０に切り替える情報を出力する。
【０１０３】
なお、μＤＰＦ３０とｍＤＰＦ４０との切り替え点の位置や吸気絞りの開度（ｉＴＰ）は、個々のディーゼルエンジンの排気温度特性によって異なるので、本発明は図４及び図５等に示すマップに限定するものではない。
【０１０４】
また同図に示すように、μＤＰＦ３０を用いる場合及びｍＤＰＦ４０を用いる場合共に、吸気絞りの絞り量（ｉＴＰ％）は、負荷（アクセル踏み込み量ＡＰＰ）が小さい状態ほど吸気を絞る制御を行い、負荷が大きくなるにしたがって徐々に吸気の絞り量を減少（吸気絞り２４の開度を大きく）する制御を行い、最終的には吸気絞り２４を最大開度になるように制御している。
【０１０５】
図６は、アクセル踏み込み量（ＡＰＰ）を３６％に固定した場合の、エンジン回転数（Ｎｅ）に対する吸気絞りの開度（ｉＴＰ）を示す図である。
【０１０６】
今回ｉＴＰマップの説明に使用しているＥＧＲ機能付ディーゼルエンジンでは、エンジン回転数が約１２００ｒｐｍ〜２４００ｒｐｍの間で排気温度が低くなる傾向があるので、同図に示すように、その領域で吸気を絞ってシリンダ５８が吸入する新気の量を減らして排気の逆流を多くし、燃焼後の排気温度を所定の温度に維持する制御を行なっている。
【０１０７】
したがって、排気温度が比較的高い１２００ｒｐｍ以下の領域や２４００ｒｐｍ以上の領域では、吸気絞り２４の開度を１００％とする制御を行なっている。なお、エンジンの回転数に応じた吸気絞りの開度（ｉＴＰ）は、第２の排気カムの動作タイミングやリフト量、その他ディーゼルエンジン固有の排気温度特性等によって異なるので、本発明は図６に示すマップに限定されるものではない。
【０１０８】
図７は、アクセル踏み込み量（ＡＰＰ）を２０％に固定した場合の、エンジン回転数（Ｎｅ）に対する吸気絞りの開度（ｉＴＰ）と、μＤＰＦ３０及びｍＤＰＦ４０の切替状態を示す図である。
【０１０９】
同図に示すように、アクセル踏み込み量（ＡＰＰ）が２０％一定の場合であって、エンジン回転数が２５００ｒｐｍから減少した場合には、排気温度が低下するので吸気を絞ってシリンダが吸入する新気の量を減らし、排気の逆流を多くし、燃焼後の排気温度を所定の温度に維持する制御を行なっている。
【０１１０】
更にエンジンの回転数が低下して１９００ｒｐｍを下回った場合には、ｍＤＰＦ４０に流入する排気の温度が更に低下するので、排気の流路をμＤＰＦ３０に切り替える制御を行なっている。なお、μＤＰＦ３０は排気マニホールド１４の直下に設けてあるので、ｍＤＰＦ４０使用時と同じｉＴＰ開度を維持するとμＤＰＦ３０入り口の排気の温度が高くなりすぎるのと、燃費や走行性能をより改善するために吸気絞りを開く制御を行なっている。
【０１１１】
１５００ｒｐｍ程度までエンジンの回転数が低下すると、排気の温度が低下するので、排気温度の低下に応じて吸気絞り２４を絞る制御を行なう。１５００ｒｐｍから更にエンジンの回転数が低下すると、今度は排気の温度は上昇する傾向があるので、吸気絞り２４の開度を開けて、排気温度を所定の温度に維持する制御を行なう。
【０１１２】
以上のように、新気に対して混入する高温の排気の量を、エンジンの負荷状態に応じて細かく制御することができれば、より広範囲な負荷状態で燃焼後の排気を所定の温度範囲に設定することが可能となる。なお、本発明の作用により排気温度が高温になった場合であっても、排気温度は高負荷時ほどの高温になるわけではなく、本発明では、あくまでも低負荷時の排気温度の低下を防止する目的で、燃焼室やピストン６０等に悪影響を与えない範囲で所定の排気温度を維持することを可能とするものである。
【０１１３】
本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置は、排気マニフォールド１４から外部に配管を施し、ＥＧＲバルブ４４を経由して吸気マニフォールド１２またはその上流に排気を戻す外部ＥＧＲ方式、及び、特殊な排気カム５６を用いた内部ＥＧＲ方式のいずれのＥＧＲ機構においても利用可能である。
【０１１４】
外部ＥＧＲ方式では、排気は途中の管路で冷却されてからシリンダに導入される傾向があるので、排気を新気と混入してもさほど排気温度は上昇はしない場合が多い。またこの外部ＥＧＲ方式は、一般に排気の温度を上昇させる目的よりは、吸気を不活性な排気で置き換えることによって燃料と空気の接触を減じ、燃焼温度が高温にならないようにすることによってＮＯｘの発生を抑止することが主たる目的であるので、本願発明のように排気の温度を高く維持させようとすることを主目的とする場合には、内部ＥＧＲ方式の方が有利な場合が多いが、排気に含まれる多種類の有害物質について処理を行なう場合には、外部ＥＧＲ方式を採用する利点も存在すると考えられる。
【０１１５】
図８は、ＤＰＦの前後の差圧と、排ガスの流量特性と運転安全域との関係を示す図である。
【０１１６】
同図に示すように、ＤＰＦ内にＰＭが多く堆積してＤＰＦの流入側と排出側との間の排気の差圧が非安全域に入ると、排気抵抗が大きくなるとともに、排気の温度上昇に伴ってＤＰＦ内に堆積しているＰＭが急速に燃焼する可能性がある。そこで本発明では、制御手段２０がＤＰＦ前後の差圧を監視して、差圧が非安全域にあると判断した場合、又は非安全域に近づいたと判断した場合には、吸気絞り２４を絞る制御情報、又は排気絞り２６を絞る制御情報を出力するなどして、排気温度を上昇させる処理を行なう。
【０１１７】
この場合に制御手段２０は、ｉＴＰ制御マップをずらす処理を行なってもよいし、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８に出力する制御情報に対して所定の係数を加算又は乗算する処理を行なってもよい。
【０１１８】
ＤＰＦ前後における差圧が上昇した場合における排気温度の上昇目標値は、例えば５０℃〜１００℃程度とするとよい。なお、排気の流量特性値は、その運転条件におけるエンジン回転数、アクセル踏み込み量、気温、排気温度、圧力、予め基準エンジンで計測して得た体積効率などから演算した排気の流量計算値を用いるようにしてもよいし、実際の排気の流量を計測した値を用いてもよい。
【０１１９】
また、排気温度を高くする制御の一例として、燃焼室に対する燃料主噴射の一定時間後に、コモンレール噴射装置による少量の燃料のポスト噴射の実施が挙げられる。本発明に加えてこのポスト噴射を行えば、僅かなポスト噴射量で排気温度上昇量を補い、寒冷地などの悪条件下においても高温排気温度維持を一層容易に実現することができる。また、噴射時期も過剰に遅らすことなく、噴射ノズルのコーン角も小さくして燃焼室中央部に噴射すれば、効率よく排気温度を上昇させることが可能となる。したがって、燃費の極端な悪化、オイルダイリューション、燃料が燃焼室外に漏れることによるリングスティックなどの弊害を併発することなくポスト噴射による排気温度の維持を実現することができる。
【０１２０】
本発明に用いるμＤＰＦ３０の大きさを決定する際には、以下の方法によって決定するようにしてもよい。ｍＤＰＦ４０の断面積が決まっていて、μＤＰＦ３０のサイズを決める場合には、μＤＰＦ３０を使用して運転するときの最高エンジン回転数におけるμＤＰＦ３０前面の流速またはμＤＰＦ３０の圧力損失と、ｍＤＰＦ４０を使用して運転するときの最高エンジン回転数におけるｍＤＰＦ４０前面の流速またはｍＤＰＦ４０の圧力損失とが同じになるようにμＤＰＦ３０の断面積を決定する。これによって、容易にμＤＰＦ３０の最適設計を得ることができる。
【０１２１】
また、ｍＤＰＦ４０の最適断面積（または外径）がすでに決まっているエンジン機種Ａを基本として他機種ＢのｍＤＰＦ４０の最適断面積を新たに決定する場合には、基本機種ＡのｍＤＰＦ４０使用時の最高エンジン回転数におけるｍＤＰＦ４０前面の平均流速が、他機種ＢについてのｍＤＰＦ４０使用時の最高エンジン回転数におけるｍＤＰＦ４０前面の平均流速と同じになるように、他機種ＢのｍＤＰＦ４０の最適断面積を決定する。これによって、容易に他機種のＤＰＦを決定することが可能となる。
【０１２２】
また、基本とするエンジン機種が無過給エンジンであって、ＤＰＦの最適断面積がすでに決定していて、新たに設計する他機種がやはり無過給エンジンである場合には、基準のＤＰＦ断面積に排気流量比を乗ずることによって、ＤＰＦに必要な最適断面積を計算するようにしてもよい。
【０１２３】
また、新たに設計する他機種が過給エンジンの場合には、無過給エンジンのＤＰＦ断面積に対して過給度σを更に乗ずることによって過給エンジンのＤＰＦの断面積を決定するか、または互いの排気実流量の比を乗じてＤＰＦの断面積を決定するようにしてもよい。このようにＤＰＦを決定することで、容易に他機種のＤＰＦを決定することが可能となる。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ディーゼルエンジンの高負荷時に排出される多量の排気を処理するｍＤＰＦとディーゼルエンジンの低負荷時に排出される少量の排気を処理するμＤＰＦとに排気の流路を切り替える切替弁と、ディーゼルエンジンの吸気を絞る吸気絞りと、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて切替弁及び吸気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、検出したアクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して記録手段に記録されているマップを参照し、切替弁及び吸気絞りを制御する情報を出力する制御手段とを備えたので、定速走行時を含む広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。これにより、定速走行時の広範囲な運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能となる。
【０１２５】
また、他の発明によれば、ディーゼルエンジンの低負荷時には、排気マニホールド及び切替弁に近い位置に設けたμＤＰＦに排気を流すように構成したので、低負荷時であってもμＤＰＦに流入する排気の温度を所定の温度以上に維持することが可能となる。また、中負荷時であっても、μＤＰＦに排気を流すことによって、吸気絞りを開いた状態でμＤＰＦに流入する排気の温度を所定の温度以上に維持することが可能となるので、ＤＰＦを用いることによる燃費の悪化や走行性能の低下を防止することが可能となる。
【０１２６】
また、他の発明によれば、排気抵抗を減少させることが可能となるので、ＤＰＦを用いることによる燃費の悪化や走行性能の低下を防止することが可能となる。
【０１２７】
また、他の発明によれば、ディーゼルエンジンの排気を絞る排気絞りを備え、制御手段は、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して記録手段に記録されているマップを参照し、排気絞りを制御する情報を出力するようにしたので、アイドリング時や定速走行時等を含む広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。これにより、アイドリング時や定速走行時等の広範囲な運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能となる。
【０１２８】
また、他の発明によれば、ｍＤＰＦ使用時にもμＤＰＦに少量の排気を流し続けることによって、μＤＰＦの温度を所定の温度に維持することが可能となり、運転状況によって負荷が減少し、μＤＰＦに排気の流れを切り替えた場合であっても、切替直後からμＤＰＦはＰＭを連続処理することが可能となる。したがって、運転状況が急に変化した場合であってもＰＭを連続再生することが可能となる。
【０１２９】
また、他の発明によれば、μＤＰＦ又はｍＤＰＦの圧力損失を測定する圧力センサを備え、制御手段は、圧力センサから入力した圧力損失と、エンジン回転数と、アクセルペダルの踏み込み量とに基づいて吸気絞り又は排気絞りを制御する情報を出力するようにしたので、ＤＰＦ内にＰＭが過剰に堆積した場合であっても、その旨を早期に検出してＰＭを適度に燃焼させることが可能となる。
【０１３０】
また、他の発明によれば、μＤＰＦ又はｍＤＰＦに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、制御手段は、排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、吸気絞り、排気絞り、又は切替弁を制御する情報を出力するようにしたので、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。
【０１３１】
また、他の発明によれば、ディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサを備え、制御手段は、吸気温度センサから入力した吸気温度に基づいて、吸気絞り、排気絞り、又は切替弁を制御する情報を出力するようにしたので、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。
【０１３２】
また、他の発明によれば、制御手段が排気ブレーキスイッチから排気ブレーキを働かせる指示を入力した場合には、吸気絞りを開く指示を出力するようにしたので、吸気する空気量を確保して、吸気絞りを設けたことによる排気ブレーキの効き具合の低下を防止することが可能となる。
【０１３３】
また、他の発明によれば制御手段は、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、記録手段に記録されているマップを参照し、ｍＤＰＦとμＤＰＦとに排気の流路を切り替える切替弁を制御する情報と吸気を絞る吸気絞りを制御する情報を出力するようにしたので、定速走行時を含む広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。これにより、定速走行時の広範囲な運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能となる。
【０１３４】
また、他の発明によれば、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えたので、広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となるとともに、吸気絞りを設けたことによる燃費の悪化や走行性能の悪化を防止することが可能となる。
【０１３５】
また、他の発明によれば、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の増加及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えたので、エンジンの回転数の増加及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴う排気温度の低い領域が存在する場合であっても、より広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。
【０１３６】
また、他の発明によれば、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気をμＤＰＦに切り替える制御を行なう領域を備えたので、広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となるとともに、吸気絞りを設けたことによる燃費の悪化や走行性能の悪化を防止することが可能となる。
【０１３７】
また、他の発明によれば、記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気を絞る制御を行なう領域を備えたので、アイドリング時や定速走行時等を含む広範囲なディーゼルエンジンの運転領域において、排気の温度をＰＭの連続再生に十分な温度に制御することが可能となる。これにより、アイドリング時や定速走行時等の広範囲な運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生することが可能となる。
【０１３８】
また本発明に係るディーゼルエンジンのディーゼルエンジンの排気浄化装置では、従来のディーゼルエンジンに対してレトロフィットの形で排気浄化装置を後付けすることが可能であるので、旧車種であっても、厳しくなる排ガス規制に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す図である。
【図２】  燃焼前のシリンダに排気を直接戻すＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンの燃焼室部分の断面図である。
【図３】  ピストンの位置と吸気バルブのリフト量及び排気バルブのリフト量との関係を示す図である。
【図４】  本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いるｉＴＰ制御マップを示す図である。
【図５】  エンジン回転数を１０００ｒｐｍに固定した場合の、アクセル踏み込み量（ＡＰＰ）に対する吸気絞りの開度（ｉＴＰ）と、μＤＰＦ及びｍＤＰＦの切替状態を示す図である。
【図６】  アクセル踏み込み量（ＡＰＰ）を３６％に固定した場合の、エンジン回転数（Ｎｅ）に対する吸気絞りの開度（ｉＴＰ）を示す図である。
【図７】  アクセル踏み込み量（ＡＰＰ）を２０％に固定した場合の、エンジン回転数（Ｎｅ）に対する吸気絞りの開度（ｉＴＰ）と、μＤＰＦ及びｍＤＰＦの切替状態を示す図である。
【図８】  ＤＰＦの前後の差圧と、排ガスの流量特性と安全域との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン
１２…吸気マニホールド
１４…排気マニホールド
１６…アクセルポジションセンサ
１８…回転センサ
２０…制御手段
２２…吸気温度センサ
２４…吸気絞り
２６…排気絞り
２８…切替弁
３０…μＤＰＦ
３２…排気温度センサ
３４…メイン排気管
３６…マイクロ排気管
４０…ｍＤＰＦ
４２…排気温度センサ
４４…ＥＧＲバルブ
５０…シリンダヘッド
５２…吸気バルブ
５４…排気バルブ
５６…排気カム
５８…シリンダ
６０…ピストン
６２…噴射ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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