(57)【要約】【課題】  実質的に粒子状物質を低減し、エンジン仕事率の向上、コスト低減及びエンジン運転の自由度向上、コンパクト化などを実現できる粒子状物質低減装置を提供する。【解決手段】  始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されるシリンダ内噴射エンジン１００に設けられる粒子状物質低減装置２００である。燃焼室からの排気を導入する基本排気通路１１０に接続され、基本排気通路からの排気を導入して大気に放出する第１の排気通路２１０と、基本排気通路に接続され、排気から粒子状物質を捕集するフィルタ２３０を内蔵し、基本排気通路からの排気を導入してフィルタで粒子状物質を捕集してから大気に放出する第２の排気通路２２０とを備え、始動直後は基本排気通路からの排気を第２の排気通路に導入し、その後は基本排気通路からの排気を第１の排気通路に導入する。【選択図】  図１
2006322374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されるシリンダ内噴射エンジンに設けられる粒子状物質低減装置であって、
燃焼室からの排気を導入する基本排気通路に接続され、基本排気通路からの排気を導入して大気に放出する第１の排気通路と、
基本排気通路に接続され、排気から粒子状物質を捕集するフィルタを内蔵し、基本排気通路からの排気を導入してフィルタで粒子状物質を捕集してから大気に放出する第２の排気通路とを備え、
始動直後は基本排気通路からの排気を第２の排気通路に導入し、その後は基本排気通路からの排気を第１の排気通路に導入するように構成した粒子状物質低減装置。
【請求項２】
第１の排気通路に、この第１の排気通路を開閉する弁が設けられ、
始動直後はこの弁を閉じ、その後にこの弁を開くように制御する制御装置が設けられている請求項１の粒子状物質低減装置。
【請求項３】
始動直後が、始動してから所定時間が経過するまでである請求項１又は請求項２の粒子状物質低減装置。
【請求項４】
始動直後が、始動してからエンジン回転速度が目標回転速度又は目標回転速度に関連する回転速度に達するまでである請求項１又は請求項２の粒子状物質低減装置。
【請求項５】
始動直後が、始動してからシリンダ内噴射エンジンを回転駆動するためのスタータの作動が停止するまでである請求項１又は請求項２の粒子状物質低減装置。
【請求項６】
設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンには、エンジン回転速度を所定範囲に制御する定回転速度調速機又は全回転速度調速機が設けられ、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げる制御がこの調速機によって実行される請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項の粒子状物質低減装置。
【請求項７】
設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンには、排気により駆動され、吸気を過給する排気ターボ過給器が設けられている請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項の粒子状物質低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内噴射エンジンの排気に含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質低減装置の技術分野に属し、詳しくは、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されるシリンダ内噴射エンジンに設けられる粒子状物質低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダ内噴射エンジンの排気に含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質低減装置として、排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設けたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。このような粒子状物質低減装置では、フィルタが目詰まりすると、バーナや電気ヒータにより捕集された粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することが行われる。その場合、フィルタを二個並列に設け、片方のフィルタを黒煙の捕集に使用し、そのフィルタが目詰まりしたら排気を他方のフィルタに切り換え、その間に目詰まりしたフィルタを再生させる切り換え再生方式の粒子状物質低減装置がある。これとは別に、フィルタが目詰まりしたらエンジンを停止してフィルタを再生させる停止再生方式の粒子状物質低減装置がある。停止再生方式の粒子状物質低減装置には、フィルタを排気通路に脱着可能に設け、目詰まりしたフィルタを新品又は再生済みのフィルタに交換する脱着方式の粒子状物質低減装置がある（例えば、特許文献３を参照）。また、フィルタの近傍に設けたヒータに外部電源から電流を流して再生する方法もある。
【特許文献１】特開平２−１８５６１１号公報
【特許文献２】特開平１０−１３１７４０号公報
【特許文献３】特開平８−３５４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
排気通路にフィルタを設けると、フィルタにより排気通路の抵抗が増してエンジンの仕事率が低下する。また、フィルタの再生にはバーナや電気ヒータを用いるから、それだけエネルギが必要となり、コスト上昇を招く。さらに、停止再生方式の粒子状物質低減装置は、フィルタの交換、再生のためにエンジンを停止させなければならないので、エンジン運転の自由度が制限されてしまう。さらに、設けるフィルタは小規模なほうがコスト的に有利であり、しかも占有空間が少なくなり粒子状物質低減装置がコンパクトになる。
【０００４】
本発明はこのような点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、始動直後に黒煙その他の粒子状物質を多く排出し、その後は比較的粒子状物質の排出量が少なくなることが多いシリンダ内噴射エンジンを対象とし、始動直後にのみフィルタで排気から粒子状物質を捕集し、その後は排気をフィルタに通さないようにし、これによって実質的な粒子状物質の低減を行いながら、排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度の向上、フィルタの占有空間の減少による粒子状物質低減装置のコンパクト化などを実現することができる粒子状物質低減装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の粒子状物質低減装置は、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されるシリンダ内噴射エンジンに設けられる粒子状物質低減装置である。この粒子状物質低減装置は、燃焼室からの排気を導入する基本排気通路に接続され、基本排気通路からの排気を導入して大気に放出する第１の排気通路と、基本排気通路に接続され、排気から粒子状物質を捕集するフィルタを内蔵し、基本排気通路からの排気を導入してフィルタで粒子状物質を捕集してから大気に放出する第２の排気通路とを備え、始動直後は基本排気通路からの排気を第２の排気通路に導入し、その後は基本排気通路からの排気を第１の排気通路に導入するように構成している。
【０００６】
シリンダ内噴射エンジンを始動すると、燃料噴射量が最大値付近になり、目標回転速度に向けてエンジン回転速度が上がる。シリンダ内噴射エンジンは燃料噴射量が最大となる運転領域では局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生する特性がある。この始動直後においては、燃焼室からの排気は基本排気通路を介して第２の排気通路に導入され、フィルタにより排気から粒子状物質が捕集されて大気に放出されるので、粒子状物質は外部へ殆ど排出されない。この始動直後を過ぎると、全負荷の場合を除いて黒煙レベルは低くなる。この状態においては、燃焼室からの排気は基本排気通路を介して第１の排気通路に導入され、大気に放出される。このように始動直後を過ぎると黒煙レベルが低くなる主な原因はエンジン回転速度が目標回転速度に達することで負荷に応じた燃料噴射量になるためである。しかし、排気が排気通路を流れる時間、制御系の応答遅れなどにより、始動直後の終期は必ずしもエンジン回転速度が目標回転速度に達したときに一致するとは限らないので、始動直後の特定は、これらの補正事項を勘案して行うことになる。
【０００７】
その場合、排気に黒煙その他の粒子状物質が多く含まれる始動直後ではフィルタで排気を浄化するので、実質的な粒子状物質の低減が行われることになる。その後は排気をフィルタに通さないので、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタの目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。また、始動直後は燃焼状態が不完全燃焼になりやすく、また排気通路を構成する部材が冷えているので、燃焼室、排気通路を構成する部材が暖機後の状態に較べると排気流量が少ないことから、これに応じた容量のフィルタを設ければ充分となり、フィルタの占有空間の減少による粒子状物質低減装置のコンパクト化、さらにコスト低減が実現する。特に、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されるシリンダ内噴射エンジンの設計では、エンジンの負担を軽減するため、燃焼室よりも排気下流側の通路抵抗などを比較的小さくし、許容排気圧力を比較的小さくすることが行われることがあり、仮にそのような設計をしたときにはフィルタの大型化、フィルタ数の増大を招きやすい傾向があるが、本発明では上述したように排気流量が少ない状態を基準にフィルタを設けることになるので、フィルタの大型化、フィルタ数の増大を抑えることができ、これが粒子状物質低減装置のコンパクト化、コスト低減に大きく寄与する。
【０００８】
本発明の粒子状物質低減装置は、第１の排気通路に、この第１の排気通路を開閉する弁が設けられ、始動直後はこの弁を閉じ、その後にこの弁を開くように制御する制御装置が設けられていてもよい。
【０００９】
このようにすれば、始動直後は弁により第１の排気通路が閉じられるので、燃焼室の排気は基本排気通路を介して第２の排気通路に導入され、フィルタで排気に含まれる粒子状物質が捕集される。そして、その後は弁が開くので、排気は基本排気通路を介して第１の排気通路を通って外部に出る。
【００１０】
本発明の粒子状物質低減装置は、始動直後が、始動してから所定時間が経過するまでであってもよい。
【００１１】
これは局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすい始動直後を、始動してから所定時間が経過するまでと見込むものである。
【００１２】
本発明の粒子状物質低減装置は、始動直後が、始動してからエンジン回転速度が目標回転速度又は目標回転速度に関連する回転速度に達するまでであってもよい。
【００１３】
これは局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすい始動直後を、始動してからエンジン回転速度が特定の回転速度に達するまでと見込むものである。
【００１４】
本発明の粒子状物質低減装置は、始動直後が、始動してからシリンダ内噴射エンジンを回転駆動するためのスタータの作動が停止するまでであってもよい。
【００１５】
これは局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすい始動直後を、始動してからスタータの作動が停止するまでと見込むものである。
【００１６】
本発明の粒子状物質低減装置は、設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンには、エンジン回転速度を所定範囲に制御する定回転速度調速機又は全回転速度調速機が設けられ、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げる制御がこの調速機によって実行されるものであってもよい。
【００１７】
このような調速機が設けられると、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されることが一般的であるので、本発明の適用対象として好適である。
【００１８】
本発明の粒子状物質低減装置は、設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンには、排気により駆動され、吸気を過給する排気ターボ過給器が設けられているものであってもよい。
【００１９】
このように排気ターボ過給器が設けられていると、始動直後では排気ターボ過給器が充分に機能しておらず、吸気も排気も排気ターボ過給器によって流れが邪魔されるので、充分な空気を吸い込むことができず、燃焼状態が不完全燃焼になりやすく、排気には黒煙その他の粒子状物質が多く含まれる。本発明では、このような期間にフィルタで排気を浄化するので、排気浄化が有効に行われることになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の粒子状物質低減装置は、実質的な粒子状物質の低減を行いながら、排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上、フィルタの占有空間の減少による粒子状物質低減装置のコンパクト化などを実現することができる。
【００２１】
本発明の粒子状物質低減装置の一つの実施形態として、第１の排気通路に、この第１の排気通路を開閉する弁が設けられ、始動直後はこの弁を閉じ、その後にこの弁を開くように制御する制御装置が設けられている比較的簡単な構成の粒子状物質低減装置を提案することができた。
【００２２】
始動直後を、始動してから所定時間が経過するまでとしたときには、この間は局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすいと見込めるから、本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。
【００２３】
始動直後を、始動してからエンジン回転速度が目標回転速度又は目標回転速度に関連する回転速度に達するまでとしたときには、この間は局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすいと見込めるから、本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。
【００２４】
始動直後を、始動してからシリンダ内噴射エンジンを回転駆動するためのスタータの作動が停止するまでとしたときには、この間は局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすいと見込めるから、本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。
【００２５】
エンジン回転速度を所定範囲に制御する定回転速度調速機又は全回転速度調速機が設けられ、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げる制御がこの調速機によって実行されるシリンダ内噴射エンジンは、本発明の粒子状物質低減装置が設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンとして好適であり、本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。
【００２６】
排気により駆動され、吸気を過給する排気ターボ過給器が設けられたシリンダ内噴射エンジンは、本発明の粒子状物質低減装置が設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンとして好適であり、本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はシリンダ内噴射エンジン１００と、このシリンダ内噴射エンジン１００に備えられた実施形態に係る粒子状物質低減装置２００とを示す。このシリンダ内噴射エンジンは、シリンダ内に直接に燃料を噴射するエンジンに限定されるものではなく、シリンダに連通する副室、渦流室等に燃料を噴射するエンジンも含んでいる。また、このシリンダ内噴射エンジンは、燃料として軽油、灯油もしくは重油、バイオ燃料などを用いるディーゼルエンジンも含むし、燃料としてガソリンなどを用いるガソリンエンジンも含む。この実施形態のシリンダ内噴射エンジン１００は公知のディーゼルエンジンである。この実施形態では車両に搭載されたシリンダ内噴射エンジン１００で例示しているが、本発明は、舶用その他の輸送用機器に搭載されるシリンダ内噴射エンジンも対象となるし、本発明は、例えば発電装置駆動用のエンジンのように敷地に定着したシリンダ内噴射エンジンにも適用することができる。シリンダ内噴射エンジン１００には、燃焼室からの排気が導入される基本排気通路１１０が設けられている。この基本排気通路１１０は、排気ポート、排気マニフォールド、排気パイプ、マフラーなどの排気系部材の内部空間により構成されるが、これによって基本排気通路１１０の構成が限定されるものではない。この基本排気通路１１０に酸化触媒その他の各種触媒を設けてもよい。
【００２８】
このシリンダ内噴射エンジンは、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御される。本発明の対象とするエンジンには、このような制御が例えば燃料噴射装置に設けられた調速機により自動的に行われるエンジンも含まれるし、このような制御が人の操作により行われるエンジンも含まれる。
【００２９】
この実施形態の場合、シリンダ内噴射エンジン１００には、エンジン回転速度を所定範囲に制御する定回転速度調速機又は全回転速度調速機が設けられ、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げる制御がこの調速機によって実行される。定回転速度調速機は、回転速度を一定の範囲内に制御する調速機であり、調速性能は比較的優れており、発電機用補機関など高度な調速性能が要求される用途に用いられる。全回転速度調速機は、使用回転範囲全体に亘って制御する調速機であり、低速域から高速域までの広い範囲で制御するが、調速性能としては定回転速度調速機に比較して若干劣っている。定回転速度調速機を備えたシリンダ内噴射エンジンとしては、発電電圧の周波数に影響する目標回転速度を一定に保持する必要がある発電装置用のシリンダ内噴射エンジンが例示される。全回転速度調速機を備えたシリンダ内噴射エンジンとしては、目標回転速度を所望の速度に保持する必要がある高圧水洗浄機、ポンプ、クレーンなどを駆動するためのシリンダ内噴射エンジンが例示される。しかし、本発明が対象とするシリンダ内噴射エンジンを、このような二種類の調速機を備えたものに限定するものではなく、本発明は、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されるシリンダ内噴射エンジンを広く対象とするものである。
【００３０】
この実施形態の場合、シリンダ内噴射エンジン１００には、排気により駆動され、吸気を過給する排気ターボ過給器が設けられている。しかし、本発明が対象とするシリンダ内噴射エンジンは、排気ターボ過給器を備えていない自然吸気のシリンダ内噴射エンジンにも適用できる。さらにシリンダ内噴射エンジン１００にはインタークーラが設けられているが、本発明が対象とするシリンダ内噴射エンジンは、インタークーラを備えていないシリンダ内噴射エンジンにも適用できるものである。
【００３１】
粒子状物質低減装置２００は、第１の排気通路２１０と、第２の排気通路２２０とを備えている。第１の排気通路２１０及び第２の排気通路２２０は、基本排気通路１１０と同様に排気ポート、排気マニフォールド、排気パイプ、マフラーなどの排気系部材の内部空間により構成してもよいし、これらの部材に追加して設ける部材の内部空間により構成してもよい。第１の排気通路２１０及び第２の排気通路２２０の長さは任意であり、排気系部材に設けた開口などにより構成してもよい。第１の排気通路２１０及び第２の排気通路２２０に酸化触媒その他の各種触媒を設けてもよい。第１の排気通路２１０は、基本排気通路１１０に接続され、基本排気通路１１０からの排気を導入して大気に放出する。第２の排気通路２２０は、基本排気通路１１０に接続されており、排気から粒子状物質を捕集するフィルタ２３０を内蔵し、基本排気通路１１０からの排気を導入してフィルタ２３０で粒子状物質を捕集してから大気に放出する。この実施形態では、第２の排気通路２２０を複数並列に設け、それぞれにフィルタ２３０を内蔵させたが、粒子状物質低減装置に設ける第２の排気通路の数はこれによって限定されるものではなく、単数であっても三個以上であってもよい。また、この実施形態では、第１の排気通路２１０を一本としたが、複数本を並列に設けてもよい。
【００３２】
そして、始動直後は基本排気通路１１０からの排気を第２の排気通路２２０に導入し、その後は基本排気通路１１０からの排気を第１の排気通路２１０に導入するように構成している。
【００３３】
フィルタ２３０としては、例えば目封じタイプ、多孔体タイプ、繊維タイプがある。目封じタイプは、例えばセラミック等の材料で構成され、隔壁で区画された複数のセルを有する、いわゆるハニカム体であって、ハニカムを１セルずつ交互にその端を塞いだものであり、排気が壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。例えば、一方の端面で各セルの端面がシール材によって交互に市松模様状に塞がれており、他方の端面では、上記一方の端面で塞がれたセルは開口し、上記一方の端面で開口していたセルはシール材によって塞がれた構造をしている。多孔体タイプ、繊維タイプは、例えば金属等の材料で構成され、排気が多孔体又は繊維の構成体に衝突することで粒子状物質を捕集する。しかし、本発明におけるフィルタの構造は、これらによって限定されるものではない。また、フィルタの再生方式は従来より存在するいずれの再生方式であってもよい。
【００３４】
この実施形態の場合、第１の排気通路２１０に、この第１の排気通路２１０を開閉する弁２４０が設けられている。さらに、始動直後はこの弁２４０を閉じ、その後にこの弁２４０を開くように制御する制御装置２５０が設けられている。この実施形態では第１の排気通路２１０にのみ弁２４０を設けたが、第２の排気通路２２０にも、この第２の排気通路２２０を開閉する第２の弁を設け、始動直後はこの第２の弁を開き、その後にこの第２の弁を閉じるように制御してもよく、そうしたときには排気を第１の排気通路２１０に導入するときに排気が第２の排気通路２２０に導入されることを確実に阻止してフィルタ２３０の目詰まりの進行を遅らせることができ、好ましい。また、基本排気通路から第１の排気通路への接続部と、基本排気通路から第２の排気通路への接続部とを近接させて第１の排気通路と第２の排気通路とを二股状に設け、この二股部に単一の切換弁を設け、切換弁の切換操作により、始動直後は基本排気通路１１０からの排気を第２の排気通路２２０にのみ導入し、その後は基本排気通路１１０からの排気を第１の排気通路２１０にのみ導入するように制御してもよい。
【００３５】
弁２４０は例えば公知のアクチュエータにより開閉され、このアクチュエータとしては、例えば公知の電気モータ、ソレノイド装置、油圧シリンダ、空気圧シリンダなどが用いられる。制御装置２５０としては、例えば電気回路を備えたもの、コンピュータを備えたものなどがあり、その出力信号により弁２４０が開閉される。制御装置２５０へ入力される信号としては、例えばエンジンの始動信号、停止信号などがあり、これには例えばスタータのオン信号、オフ信号などが用いられる。弁２４０は、信号の入力が無いとき又は操作を受けないときにバネなどの力により開いている通常開のものであっても、信号の入力が無いとき又は操作を受けないときにバネなどの力により閉じている通常閉のものであってもよいが、シリンダ内噴射エンジン１００の始動時に充分な発電能力が得られ難い場合では、通常閉のものを用いた方が好ましい。
【００３６】
この実施形態の場合、制御装置２５０で制御される始動直後が意味するところは、始動してから所定時間が経過するまでである。この始動直後の意味は、この他にも、始動してからエンジン回転速度が目標回転速度又は目標回転速度に関連する回転速度に達するまでであってもよい。この場合、目標回転速度に関連する回転速度とは、例えば目標回転速度に一定比率を乗じた回転速度であり、達するとは、エンジン回転速度が上昇又は下降してその回転速度に至ることである。また、この始動直後の意味は、この他にも、始動してからシリンダ内噴射エンジンを回転駆動するためのスタータの作動が停止するまでであってもよい。また、これらを組み合わせることで始動直後を定義づけてもよい。例えば、始動直後の意味を、始動してからシリンダ内噴射エンジンを回転駆動するためのスタータの作動が停止し、さらに所定時間が経過するまでとしてもよい。
【００３７】
図２及び図３は制御装置２５０の作動を説明するフローチャートを示す。この場合、弁２４０は通常閉のものである。まず、図２のエンジン始動フローにおいて、シリンダ内噴射エンジン１００が始動すると、始動信号を受けてエンジン始動フローが起動し、ステップＳ１でタイマーにより時間をカウントし、ステップＳ２でこのカウント時間が予め設定した既定時間を経過しているか否かを判断し、経過していないＮＯのときはステップＳ１に戻って再度時間をカウントし、経過しているＹＥＳのときはステップＳ３に進んでアクチュエータを作動させて弁２４０を開く。この既定時間は例えば５秒であるが、既定時間の値がこれによって限定されるものではない。次いで、図３のエンジン停止フローにおいて、シリンダ内噴射エンジン１００が停止すると、停止信号を受けてエンジン停止フローが起動し、ステップＳ６でアクチュエータを不作動にして弁２４０を閉じる。また、弁２４０を通常開のものとしたときには、シリンダ内噴射エンジン１００が始動すると、始動信号を受けてエンジン始動フローが起動し、アクチュエータを作動させて弁２４０を閉じる。次いで、タイマーにより時間をカウントし、このカウント時間が予め設定した既定時間を経過しているか否かを判断し、経過したときにアクチュエータを不作動にして弁２４０の閉駆動を停め、これによって弁２４０を開くようにすればよい。また、この実施形態では、始動直後を、始動してから所定時間が経過するまでとしたが、始動直後を、始動してからエンジン回転速度が目標回転速度又は目標回転速度に関連する回転速度に達するまでとするときには、ステップＳ１及びＳ２に代えて、検出したエンジン回転速度が目標回転速度又は目標回転速度に関連する回転速度に達したか否かを判断するステップを設け、達したときにはステップＳ３に進むようにすればよい。また、この始動直後を、始動してからシリンダ内噴射エンジンを回転駆動するためのスタータの作動が停止するまでとするときには、ステップＳ１及びＳ２に代えて、検出したスタータからの信号がオン信号からオフ信号に変わったか否かを判断するステップを設け、変わったときにはステップＳ３に進むようにすればよい。
【００３８】
図４及び図５は別の実施形態の制御装置２５０の作動を説明するフローチャートを示す。この場合、弁２４０は通常の位置が決まっておらず、アクチュエータの作動により開き又は閉じる。その他の構成は上記実施形態と同様である。まず、図４のエンジン始動フローにおいて、シリンダ内噴射エンジン１００が始動すると、始動信号を受けてエンジン始動フローが起動し、ステップＳ１１でタイマーにより時間をカウントし、ステップＳ１２でこのカウント時間が予め設定した第１の既定時間を経過しているか否かを判断し、経過していないＮＯのときはステップＳ１１に戻って再度時間をカウントし、経過しているＹＥＳのときはステップＳ１３に進んでアクチュエータにより弁２４０を開く。この第１の既定時間は例えば５秒であるが、第１の既定時間の値がこれによって限定されるものではない。そして、ステップＳ１４でタイマーにより時間をカウントし、このカウント時間が予め設定した第２の既定時間を経過しているか否かを判断し、経過していないＮＯのときはこの判断を繰り返し、経過しているＹＥＳのときはステップＳ１５に進んで電源保持機能をＯＮする。この第２の既定時間は弁２４０が開くのにかかる時間に相当し、例えば３秒であるが、第２の既定時間の値がこれによって限定されるものではない。この電源保持機能は、シリンダ内噴射エンジン１００の稼働状況、発電の状況にかかわらず、弁２４０のアクチュエータへの電力供給を保持する機能であり、例えばアクチュエータをバッテリーに電気的に接続することにより実行される。次いで、図５のエンジン停止フローにおいて、シリンダ内噴射エンジン１００が停止すると、停止信号を受けてエンジン停止フローが起動し、ステップＳ１６でアクチュエータにより弁２４０を閉じる。そして、ステップＳ１７でタイマーにより時間をカウントし、このカウント時間が予め設定した第３の既定時間を経過しているか否かを判断し、経過していないＮＯのときはこの判断を繰り返し、経過したＹＥＳのときはステップＳ１８に進んで電源保持機能をＯＦＦにする。この第３の既定時間は弁２４０が閉じるのにかかる時間に相当し、例えば３秒であるが、第３の既定時間の値がこれによって限定されるものではない。ここでは弁２４０が開閉するのにかかる時間を考慮したステップを設けたが、この時間が無視できるときには、このようなステップは設けなくてもよい。
【００３９】
このように、この実施形態ではセンサーと、アクチュエータと、制御装置２５０とにより、始動直後は基本排気通路１１０からの排気を第２の排気通路２２０に導入し、その後は基本排気通路１１０からの排気を第１の排気通路２１０に導入するように構成した。その場合、例えばスタータのように既存の機器をセンサーとして利用したが、別途にセンサーを設けてもよい。この制御装置は例えば電気回路などを用いて制御するものであってもよいし、コンピュータを用いて制御するものであってもよい。また、この構成を機械的構成により実現してもよい。
【００４０】
始動直後を、始動してから所定時間が経過するまでとしたときには、例えば、スタータからの始動信号を遅延回路に送って遅延回路を作動を開始し、所定時間が経過したときに遅延回路から開信号をアクチュエータに送って通常閉の弁２４０を開くようにしてもよい。また、スタータからの始動信号により閉信号を発生させてアクチュエータに送り、通常開の弁２４０を閉じるとともに始動信号を遅延回路に送り、所定時間が経過したときに遅延回路の作動により閉信号を止めることで弁２４０を開くようにしてもよい。通常の位置が決まっていない弁を用いたときは、スタータからの始動信号により閉信号を発生させてアクチュエータに送り、弁２４０を閉じるとともに始動信号を遅延回路に送り、所定時間が経過したときに遅延回路の作動により開信号を発生させてアクチュエータに送り、弁２４０を開くようにしてもよい。さらに、例えば、予め弾性力を蓄えるようにセットされたバネなどの動力源を用いた弁２４０を設け、機械式又は電気式のタイマーによりこの動力源を解放して弁２４０を開くようにしてもよい。
【００４１】
始動直後を、始動してからエンジン回転速度が目標回転速度又は目標回転速度に関連する回転速度に達するまでとしたときには、例えば、調速機からの回転速度に関連する出力信号を受けて弁などの制御を行うようにしてもよい。
【００４２】
始動直後は、始動してからシリンダ内噴射エンジンを回転駆動するためのスタータの作動が停止するまでとしたときには、例えば、スタータの出力信号を受けて弁などの制御を行うようにしてもよい。
【００４３】
従って、本発明の粒子状物質低減装置２００においては、シリンダ内噴射エンジン１００を始動すると、燃料噴射量が最大値付近になり、目標回転速度に向けてエンジン回転速度が上がる。シリンダ内噴射エンジン１００は燃料噴射量が最大となる運転領域では局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生する特性がある。この始動直後においては、燃焼室からの排気は基本排気通路１１０を介して第２の排気通路２２０に導入され、フィルタ２３０により排気から粒子状物質が捕集されて大気に放出されるので、粒子状物質は外部へ殆ど排出されない（図１の実線矢印を参照）。この始動直後を過ぎると、全負荷の場合を除いて黒煙レベルは低くなる。この状態においては、燃焼室からの排気は基本排気通路１１０を介して第１の排気通路２１０に導入され、大気に放出される（図１の破線矢印を参照）。このように始動直後を過ぎると黒煙レベルが低くなる主な原因はエンジン回転速度が目標回転速度に達することで負荷に応じた燃料噴射量になるためである。しかし、排気が排気通路を流れる時間、制御系の応答遅れなどにより、始動直後の終期は必ずしもエンジン回転速度が目標回転速度に達したときに一致するとは限らないので、始動直後の特定は、これらの補正事項を勘案して行うことになる。
【００４４】
その場合、排気に黒煙その他の粒子状物質が多く含まれる始動直後ではフィルタ２３０で排気を浄化するので、実質的な粒子状物質の低減が行われることになる。その後は排気をフィルタ２３０に通さないので、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタ２３０の目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。また、始動直後は燃焼状態が不完全燃焼になりやすく、また排気通路を構成する部材が冷えているので、燃焼室、排気通路を構成する部材が暖機後の状態に較べると排気流量が少ないことから、これに応じた容量のフィルタ２３０を設ければ充分となり、フィルタ２３０の占有空間の減少による粒子状物質低減装置のコンパクト化、さらにコスト低減が実現する。特に、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されるシリンダ内噴射エンジン１００の設計では、エンジンの負担を軽減するため、燃焼室よりも排気下流側の通路抵抗などを比較的小さくし、許容排気圧力を比較的小さくすることが行われることがあり、仮にそのような設計をしたときにはフィルタ２３０の大型化、フィルタ数の増大を招きやすい傾向があるが、本発明では上述したように排気流量が少ない状態を基準にフィルタ２３０を設けることになるので、フィルタ２３０の大型化、フィルタ数の増大を抑えることができ、これが粒子状物質低減装置のコンパクト化、コスト低減に大きく寄与する。したがって、この粒子状物質低減装置２００は、実質的な粒子状物質の低減を行いながら、排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上、フィルタの占有空間の減少による粒子状物質低減装置のコンパクト化などを実現することができる。
【００４５】
本発明の粒子状物質低減装置は、燃焼室からの排気を導入する基本排気通路に接続され、基本排気通路からの排気を導入して大気に放出する第１の排気通路と、基本排気通路に接続され、排気から粒子状物質を捕集するフィルタを内蔵し、基本排気通路からの排気を導入してフィルタで粒子状物質を捕集してから大気に放出する第２の排気通路とを備え、始動直後は基本排気通路からの排気を第２の排気通路に導入し、その後は基本排気通路からの排気を第１の排気通路に導入するように構成しておればよい。そのなかで、上記実施形態では、第１の排気通路２１０に、この第１の排気通路２１０を開閉する弁２４０を設け、始動直後はこの弁２４０を閉じ、その後にこの弁２４０を開くように制御する制御装置２５０を設けた。このようにすれば、始動直後は弁２４０により第１の排気通路２１０が閉じられるので、燃焼室の排気は基本排気通路１１０を介して第２の排気通路２２０に導入され、フィルタ２３０で排気に含まれる粒子状物質が捕集される。そして、その後は弁２４０が開くので、排気は基本排気通路１１０を介して第１の排気通路２１０を通って外部に出る。したがって、比較的簡単な構成の粒子状物質低減装置２００を提案することができた。
【００４６】
本発明の粒子状物質低減装置の始動直後の意味は上記実施形態によって限定されるものではない。そのなかで、上記実施形態では、始動直後を、始動後してから所定時間が経過するまでとした。これは局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすい始動直後を、始動してから所定時間が経過するまでと見込むものであり、こうすることによって本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。同様に、始動直後を、始動してからエンジン回転速度が目標回転速度又は目標回転速度に関連する回転速度に達するまでとしたときは、局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすい始動直後を、このように見込むことによって本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。同様に、始動直後を、始動してからシリンダ内噴射エンジンを回転駆動するためのスタータの作動が停止するまでとしたときは、局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生しやすい始動直後を、このように見込むことによって本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。
【００４７】
本発明の粒子状物質低減装置は、設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンに装備される調速機を限定するものではない。そのなかで、上記実施形態では、設けられる対象のシリンダ内噴射エンジン１００には、エンジン回転速度を所定範囲に制御する定回転速度調速機又は全回転速度調速機が設けられ、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げる制御がこの調速機によって実行される。このような調速機が設けられると、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されることが一般的であるので、本発明の適用対象として好適であり、本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。
【００４８】
本発明の粒子状物質低減装置は、設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンに排気ターボ過給器が装備されていなくてもよい。そのなかで、上記実施形態では、設けられる対象のシリンダ内噴射エンジンには、排気により駆動され、吸気を過給する排気ターボ過給器が設けられている。このように排気ターボ過給器が設けられていると、始動直後では排気ターボ過給器が充分に機能しておらず、吸気も排気も排気ターボ過給器によって流れが邪魔されるので、充分な空気を吸い込むことができず、燃焼状態が不完全燃焼になりやすく、排気には黒煙その他の粒子状物質が多く含まれる。本発明では、このような期間にフィルタで排気を浄化するので、排気浄化が有効に行われることになる。よって、本発明の適用対象として好適であり、本発明の粒子状物質低減装置を効果的に用いることができる。
【００４９】
本発明は、以上の特徴を組み合わせてなる粒子状物質低減装置の実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態のシリンダ内噴射エンジン及び粒子状物質低減装置を示す概略説明図である。
【図２】実施形態の粒子状物質低減装置の制御装置の始動フローを示すフローチャート図である。
【図３】実施形態の粒子状物質低減装置の制御装置の停止フローを示すフローチャート図である。
【図４】別の実施形態の粒子状物質低減装置の制御装置の始動フローを示すフローチャート図である。
【図５】別の実施形態の粒子状物質低減装置の制御装置の停止フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  シリンダ内噴射エンジン
１１０  基本排気通路
２００  粒子状物質低減装置
２１０  第１の排気通路
２２０  第２の排気通路
２３０  フィルタ
２４０  弁
２５０  制御装置
【図１】
2006322374.tif 000003
【図２】
2006322374.tif 000004
【図３】
2006322374.tif 000005
【図４】
2006322374.tif 000006
【図５】
2006322374.tif 000007