(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置内に備わるパティキュレートフィルタの目詰まりを防ぐ技術を提供することを目的とする。さらには、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてパティキュレートの発生量を低減させることでパティキュレートフィルタに捕集されるＰＭの量を低減させる技術の提供を目的とする。【解決手段】パティキュレートフィルタ１４を内部に有する黒煙浄化装置５と、エンジン１またはモーターによって駆動されるエアコンプレッサ７と、エンジン１及びエアコンプレッサ７作動手段等を制御するコントローラ６と、を備えるエンジン１において、前記エンジン１の回転数とトルクとの関係より自己再生不可能領域を定めたマップを前記コントローラ６に記憶させ、エンジン１が自己再生不可能領域の運転状態にある場合に、前記エアコンプレッサ７を作動するように制御した。【選択図】図３
2008215105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パティキュレートフィルタを内部に有するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置と、
ディーゼルエンジンまたはモーターによって駆動されるエアコンプレッサと、
ディーゼルエンジン及びエアコンプレッサ作動手段等を制御する制御手段と、
を備えるディーゼルエンジンにおいて、
前記ディーゼルエンジンの回転数とトルクとの関係より自己再生不可能領域を定めたマップを前記制御手段に備え、
ディーゼルエンジンが自己再生不可能領域の運転状態にある場合に、前記エアコンプレッサを作動するように制御する、
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に記載のディーゼルエンジンであって、
前記エアコンプレッサと連通されるエアタンクと、
該エアタンクと前記ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置の排気ガス出口側とを連通する第一エア導入管に、前記制御手段と接続して開閉する制御弁と、
前記制御手段と接続してエアタンク内の圧力を検出する圧力センサとを備え、
ディーゼルエンジンが自己再生不可能領域の運転状態にあり、かつ、
前記エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上の場合に、
前記制御弁を開き、エアタンクより高圧空気をパティキュレートフィルタに導入するように制御する、
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又は請求項２の何れかに記載のディーゼルエンジンであって、
前記パティキュレートフィルタの上流側にアッシュを排出する排出口と、
前記制御手段と接続して該排出口を開閉する制御弁を設け、
ディーゼルエンジン停止後であって、
前記エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上の場合に、
制御弁を開くように制御する、
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項４】
請求項1又は請求項２の何れかに記載のディーゼルエンジンであって、
前記パティキュレートフィルタの上流側にアッシュを排出する排出口と、
前記制御手段と接続して該排出口を開閉する制御弁と、
前記制御手段と接続してパティキュレートフィルタに溜まったアッシュ堆積量を検出する手段とを備え、
パティキュレートフィルタへのアッシュ堆積量が予め定められた基準値を超えた場合に、ディーゼルエンジン停止後に前記制御弁を開くように制御する、
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項５】
請求項1又は請求項２の何れかに記載のディーゼルエンジンであって、
ディーゼルエンジンの運転状態を検知する検知手段と、
前記エアタンク内の空気を吸気側に導く第二エア導入管と、
前記制御手段と接続して該第二エア導入管の開閉を行なう制御弁とを備え、
該エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上であって、
運転状態が加速モードであると判断した場合に、前記制御弁を開くように制御する
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項６】
請求項1又は請求項２の何れかに記載のディーゼルエンジンであって、
ディーゼルエンジンの運転状態を検知する検知手段と、
前記エアタンク内の空気を吸気側に導く第二エア導入管と、
前記制御手段と接続して該第二エア導入管の開閉を行なう制御弁とを備え、
該エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上であって、
運転状態が低速高負荷域であると判断した場合に、前記制御弁を開くように制御する
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項７】
請求項1又は請求項２の何れかに記載のディーゼルエンジンであって、
ディーゼルエンジンの運転状態を検知する検知手段と、
前記エアタンク内の空気を吸気側に導く第二エア導入管と、
前記制御手段と接続して該第二エア導入管の開閉を行なう制御弁とを備え、
該エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上であって、
運転状態が始動モードであると判断した場合に、前記制御弁を開くように制御する
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項８】
請求項1又は請求項２の何れかに記載のディーゼルエンジンであって、
過給機と、
吸気側であって、該過給機の下流側に配置される空冷式のインタークーラと、
前記エアタンク内の空気を該インタークーラの冷却部に導く第三エア導入管と、
前記制御手段と接続して該第三エア導入管の開閉を行なう制御弁と、
ディーゼルエンジンの運転状態を検知する検知手段とを備え、
該エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上であって、
運転状態が高負荷域であると判断した場合に、
前記制御弁を開くように制御する
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の黒煙浄化装置に関する。より詳細には、ディーゼルエンジンに備わるパティキュレートフィルタに溜まるパティキュレート及びアッシュの量を減少させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンでは、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）等の排気ガス浄化フィルタを用いて排気ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を捕集しており、このＰＭの捕集量が所定値を超えるとフィルタの目が詰まって排気抵抗が増加してしまうため、フィルタにヒータを設けたり、排気ガス温度を上昇させたりする等の方法により焼却除去することでフィルタの再生を行なっている。
また、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、ＰＭが自己燃焼する程度の排気温度が得られる機会が少ないため、ＤＰＦに酸化触媒担体を一体的に設けたり、ＤＰＦの前段に酸化触媒担体を設けたりした触媒再生型のＤＰＦが広く採用されている。このような酸化触媒担体を備えることで、再生温度を低下させることが可能である。
【０００３】
しかし、酸化触媒には活性温度領域（一般に３００℃以上）があり、この活性温度領域を下回る排気温度での運転状態（自己再生不可領域）が続くと酸化触媒が十分に働かずＰＭの焼却除去に不具合が生じてフィルタの目詰まりが起こる虞があった。そこで、排気温度を昇温させるために、ディーゼルエンジンにより駆動される油圧ポンプの油圧経路を増やしてディーゼルエンジンの負荷を上げ、排気温度を昇温させるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置の技術は公知となっている（例えば、特許文献１）。
また、フィルタの目詰まりを解消する技術として、フィルタの下流側から上流側へ送風し、フィルタに溜まったＰＭを吹き飛ばす逆洗装置を備えたディーゼルエンジン用黒煙浄化装置の技術は公知となっている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−３３７０６２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に開示された構成では、油圧回路に接続された負荷用回路と、該負荷用回路に燃料噴射量調節レバーを作動させる油圧作動手段と、を備え、排気ガス浄化フィルタ再生時に負荷用回路に圧油を流すことによって油圧ポンプの負荷を増大させるとともに、燃料噴射量を調節するように構成したので、効率よく排気ガス浄化フィルタの再生を行なうことができる。
しかし、ダミー負荷用の油圧回路を別に設けることで、油圧系のメンテナンスの煩雑さが増加したり、配管が複雑化したりする点で不利がある。
また、特許文献２に開示された構成では、ディーゼルエンジンの運転状態に関わらず、排気ガスの流れを切り換えて、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを逆洗装置によりパティキュレート排出管へと排出し、パティキュレート排出管側にヒータ等の昇温手段を備えるパティキュレートフィルタを備えることにより、パティキュレートフィルタへの再捕集を防いで、パティキュレートフィルタの目詰まりを確実に防ぐことができる。
しかし、通常運転中における逆洗装置の使用時においては、排気ガスはフィルタを通さずにバイパス通路を介して大気に開放されるのでＰＭを含んだガスを大気に開放することになってしまうという点で不利があり、逆洗によってフィルタから除去されるＰＭ用にヒータ付きの小型ＤＰＦを設ける必要があるという点でも不利がある。
【０００５】
本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置内に備わるパティキュレートフィルタの目詰まりを防ぐ技術を提供することを目的とする。さらには、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてパティキュレートの発生量を低減させることでパティキュレートフィルタに捕集されるＰＭの量を低減させる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、パティキュレートフィルタを内部に有するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置と、ディーゼルエンジンまたはモーターによって駆動されるエアコンプレッサと、ディーゼルエンジン及びエアコンプレッサ作動手段等を制御する制御手段と、を備えるディーゼルエンジンにおいて、前記ディーゼルエンジンの回転数とトルクとの関係より自己再生不可能領域を定めたマップを前記制御手段に備え、ディーゼルエンジンが自己再生不可能領域の運転状態にある場合に、前記エアコンプレッサを作動するように制御したものである。
【０００８】
請求項２においては、前記エアコンプレッサと連通されるエアタンクと、該エアタンクと前記ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置の排気ガス出口側とを連通する第一エア導入管に、前記制御手段と接続して開閉する制御弁と、前記制御手段と接続してエアタンク内の圧力を検出する圧力センサとを備え、ディーゼルエンジンが自己再生不可能領域の運転状態にあり、かつ、前記エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上の場合に、前記制御弁を開き、エアタンクより高圧空気をパティキュレートフィルタに導入するように制御したものである。
【０００９】
請求項３においては、前記パティキュレートフィルタの上流側にアッシュを排出する排出口と、前記制御手段と接続して該排出口を開閉する制御弁を設け、ディーゼルエンジン停止後であって、前記エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上の場合に、制御弁を開くように制御したものである。
【００１０】
請求項４においては、前記パティキュレートフィルタの上流側にアッシュを排出する排出口と、前記制御手段と接続して該排出口を開閉する制御弁と、前記制御手段と接続してパティキュレートフィルタに溜まったアッシュ堆積量を検出する手段とを備え、パティキュレートフィルタへのアッシュ堆積量が予め定められた基準値を超えた場合に、ディーゼルエンジン停止後に前記制御弁を開くように制御したものである。
【００１１】
請求項５においては、ディーゼルエンジンの運転状態を検知する検知手段と、前記エアタンク内の空気を吸気側に導く第二エア導入管と、前記制御手段と接続して該第二エア導入管の開閉を行なう制御弁とを備え、該エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上であって、運転状態が加速モードであると判断した場合に、前記制御弁を開くように制御したものである。
【００１２】
請求項６においては、ディーゼルエンジンの運転状態を検知する検知手段と、前記エアタンク内の空気を吸気側に導く第二エア導入管と、前記制御手段と接続して該第二エア導入管の開閉を行なう制御弁とを備え、該エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上であって、運転状態が低速高負荷域であると判断した場合に、前記制御弁を開くように制御したものである。
【００１３】
請求項７においては、ディーゼルエンジンの運転状態を検知する検知手段と、前記エアタンク内の空気を吸気側に導く第二エア導入管と、前記制御手段と接続して該第二エア導入管の開閉を行なう制御弁とを備え、該エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上であって、運転状態が始動モードであると判断した場合に、前記制御弁を開くように制御したものである。
【００１４】
請求項８においては、過給機と、吸気側であって、該過給機の下流側に配置される空冷式のインタークーラと、該エアタンク内の空気を該インタークーラの冷却部に導く第三エア導入管と、前記制御手段と接続して該第三エア導入管の開閉を行なう制御弁と、ディーゼルエンジンの運転状態を検知する検知手段とを備え、前記エアタンク内の圧力が予め定められた所定圧力以上であって、運転状態が高負荷域であると判断した場合に、前記制御弁を開くように制御したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】
請求項１の如く構成したので、パティキュレートフィルタが自己再生不可能領域にある場合に、ディーゼルエンジン負荷を増加させて、排気ガス温度を上げることができ、パティキュレートフィルタの連続再生を促すことができ、目詰まりを防げる。
【００１７】
請求項２の如く構成したので、エアタンクに設定圧力以上の圧力を蓄えて、エアコンプレッサに過度の負荷を与えることなく、所定の負荷をディーゼルエンジンに与えることができて、パティキュレートフィルタの再生が可能となる。
【００１８】
請求項３の如く構成したので、アッシュ洗浄操作を行なうことで、フィルタの圧損を減少させることができる。また、機関停止後はエアタンク内の圧力がもれてしまうので、アッシュ洗浄操作を行なうことで、エアコンプレッサの駆動により圧縮されたエアタンク内の空気を有効利用することができる。
【００１９】
請求項４の如く構成したので、アッシュの堆積量に基づいて積極的にアッシュ洗浄操作を行なうことで、確実にフィルタの圧損を減少させることができる。
【００２０】
請求項５の如く構成したので、一般的に燃料量が増える加速時に吸気圧を高めて空気量を増やして空燃比を良くして黒煙の発生量を減らし、パティキュレートフィルタに溜まるパティキュレートを減らすことができる。特に、過給機を備えるディーゼルエンジンではターボラグがあるため効果が大きい。
【００２１】
請求項６の如く構成したので、一般的に黒煙の発生量が増える低速高負荷域において、吸気側に空気を送ることによって吸気量を増やし、空燃比を改善して黒煙の発生量を減らし、パティキュレートフィルタに溜まるパティキュレートを減らすことができる。特に、過給機を備えるディーゼルエンジンでは低速時の空気量が少ないので効果が大きい。
【００２２】
請求項７の如く構成したので、一般に青白煙及び黒煙の発生量が増える始動時に、吸気量を増やすことによって空燃比を改善し、青白煙及び黒煙の発生量を減らすとともに、パティキュレートフィルタに溜まるパティキュレートを減らすことができる。特に、過給機を備えるディーゼルエンジンでは始動時において過給機が抵抗になるため効果が大きい。
【００２３】
請求項８の如く構成したので、シリンダ内の燃焼温度を低くでき、高負荷域において出やすいＮＯｘを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明に係るディーゼルエンジン用黒煙浄化装置（以下、単に「黒煙浄化装置」という）を備えるディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）の一例について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例に係るエンジンの全体構成を示す模式図、図２は同じくパティキュレートフィルタの自己再生不可領域を示すマップ、図３は運転制御の一例を示すフロー図、図４は吸気導入制御の一例を示すフロー図、図５は逆洗制御の一例を示すフロー図、図６は強制再生制御の一例を示すフロー図である。図７は本発明の別実施例に係る運転制御の一例を示すフロー図、図８は同じく逆洗制御の一例を示すフロー図である。図９は本発明の別実施例に係る過給機を備えるエンジンの全体構成を示す模式図、図１０は同じく運転制御の一例を示すフロー図、図１１は冷却部導入制御の一例を示すフロー図である。
【実施例１】
【００２５】
まず、図１を参照して本発明に係る黒煙浄化装置５を備えるエンジン１の全体構成について説明する。
【００２６】
エンジン１は、エンジン本体の一方に吸気マニホールド２が、他方に排気マニホールド３が設けられている。該吸気マニホールド２には図示しないエアクリーナー等が接続され、該排気マニホールド３には、排気管４を介して黒煙浄化装置５が接続されている。
また、エンジン１近傍に該エンジン１の運転状態を最適に制御する制御手段としてコントローラ６が設けられている。該コントローラ６は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。
【００２７】
また、エンジン１にはエアコンプレッサ７が付設され、該エンジン１により駆動される伝動プーリ（図示略）、該伝動プーリに巻回されるベルト９等を介して、エアコンプレッサ７の駆動プーリ（図示略）が駆動される。エアコンプレッサ７と該駆動プーリとの間には電磁クラッチ２１が設けられ、該電磁クラッチ２１は前記コントローラ６と接続されてＯＮ／ＯＦＦ制御される。
また、該エアコンプレッサ７とエアタンク８とが連通管１８を介して連通され、エアコンプレッサ７により加圧された空気が連通管１８を通りエアタンク８に貯溜される。また、該連通管１８には逆止弁が設けられ、エアタンク８に溜まった空気がエアコンプレッサ７に逆流しないように構成されている。
なお、エアコンプレッサ７は本実施例のように、エンジン１に付設され駆動されるものに限らず、モーター（モーターオルタネータ）により駆動される構成等でもかまわない。この場合、コントローラ６により直接制御される。
【００２８】
黒煙浄化装置５は、主として入口部１０と、パティキュレートフィルタ１４と、出口部１５と、から構成されている。該黒煙浄化装置５は、排気マニホールド３の下流側に設けられており、排気に含まれる黒煙を捕集し、その排出量を低減させるためのものである。
【００２９】
入口部１０は、主として円筒状の入口管１１と、該入口管１１中途部に設けられる多数の小孔１２と、該小孔１２と連通されて排気ガスをパティキュレートフィルタ１４へと導く導入口１３と、から構成されている。
パティキュレートフィルタ１４は、例えば、セラミック等からなる多孔質のハニカム構造を備え、その表面に適宜酸化触媒を付着させた触媒再生型のパティキュレートフィルタとする。排気ガスが該パティキュレートフィルタ１４の内部を通過することによって、排気ガスに含まれるＰＭが捕集される構成である。
出口部１５は、排気ガスを排出する排出管１６と、該排出管１６と平行して設けられる騒音低減用の共鳴管１７と、からなる。
【００３０】
なお、本実施例では触媒再生型のパティキュレートフィルタ１４のみを黒煙浄化装置５の内部に配置する構成としているが、酸化触媒担体とパティキュレートフィルタ担体との併用、または酸化触媒担体のみを黒煙浄化装置内に配置する構成としてもかまわない。
【００３１】
次に、エンジン１の運転状態を検知する手段について説明する。
エンジン１のクランク軸またはフライホイルまたはクランク軸に連動される軸には、エンジンの回転数を検知する回転数センサ２２が取り付けられ、さらに、エンジンの負荷を検出する負荷センサ２９が取り付けられる。後述するエンジン回転数を設定する操作レバー（アクセルレバーまたはコントロールレバー）２３には、その回動位置を検出する位置センサ２４が取り付けられる。また、エアタンク８には、その内部の圧力を検出する手段となる圧力センサ２５が取り付けられる。そして、黒煙浄化装置５には、パティキュレートフィルタ１４前後の差圧を計るために、それぞれ圧力センサ２７・２８が取り付けられて、前記コントローラ６において、それらの差が差圧として検出されている。
以上の検知手段はそれぞれコントローラ６と接続され、該コントローラ６は検出値の入力を受けることによってエンジン１の運転状態を検知し、所定の回転数となるようにラック位置または燃料噴射量や燃料噴射時期等を制御する。
【００３２】
エンジン始動時又は始動後において、前記操作レバー２３を操作すると、該操作レバー２３のレバー位置（スロットル位置）が前記位置センサ２４により検出され、レバー位置に応じた信号がコントローラ６に入力される。そして、コントローラ６は入力された信号に基づいて、図示せぬアクチュエーター（ラックアクチュエーターまたはインジェクター）を作動させる。該アクチュエータの作動により燃料噴射量及び噴射時期を調節して、エンジン１の駆動力（回転数）を調節可能としている。
【００３３】
また、ここでいう「運転状態」とは、上記の各センサによる実測の検出値に加えて、該検出値によって判断される運転モード、制御状態等のエンジン１に係る総合的な運転状態を意味する。
運転モードとは、始動モード、加速モード、通常運転モードであり、始動モードの判定方法の一例として、始動時からある目標回転数（定格の７０％回転等）に到達し通常運転モードに移るまでとして判定する。また、加速モードの判定方法として、スロットル位置と実際のエンジンの回転数との差が大きいときを加速モードに入ったとし実際の機関の回転数がスロットルの目標回転（スロットル位置）に到達した時点を加速モードから抜けたと判定する。そして、上記始動モード、加速モード以外を通常運転モードと判定する。
【００３４】
また、制御状態とは、強制再生制御、自己再生制御、機関停止制御、始動制御、加速制御等をいう。強制再生制御とは、パティキュレートフィルタ１４の自己再生不可領域におけるフィルタの再生制御状態であり、他方、自己再生制御は、強制再生制御以外のパティキュレートフィルタ１４の自己再生可能領域における制御状態である。また、機関停止制御、始動制御、加速制御は、それぞれエンジン１の停止、始動、加速に係る制御であり、始動制御は前記始動モードにおける制御状態、加速制御は前記加速モードにおける制御状態である。
なお、前記自己再生不可領域とは、排気温度が低く、例えば２５０℃に満たない場合、触媒の昇温が困難とされ、従来、燃費を優先させてＤＰＦ再生を未実施としていた領域である。該自己再生不可領域は図２に示すように、エンジン回転数（エンジン速度）とエンジントルク（負荷）との関係から得ることができ、マップとして制御手段となるコントローラ６の記憶手段に記憶されている。ただし、排気管４または黒煙浄化装置５に排気ガス温度を検出する手段となる排気ガス温度センサ２６を取り付けて、直接排気温度を検出して、設定温度と比較するように構成することも可能である。
これらの運転モードの判定方法及び各制御状態は予めコントローラ６に記憶されており、本実施例では、各センサにより検出された検出値と合わせて「運転状態」としてコントローラ６によって把握されるように構成されている。
【００３５】
ここで、パティキュレートフィルタ１４に溜まるアッシュ及びＰＭの堆積量を検知する手段について説明する。アッシュとは、エンジン１内部の潤滑油が燃えて、該潤滑油に含まれる金属成分（カルシウム、マグネシウム等）が化学反応した灰分である。本実施例では、その一例として、前記圧力センサ２７・２８によって検出されるパティキュレートフィルタ１４の前後の差圧によって、該パティキュレートフィルタ１４内に堆積しているアッシュ及びＰＭの堆積量を推定する方法を採用する。ただし、差圧に対するアッシュ及びＰＭの堆積量は実験等により予め求められ、コントローラ６に記憶されているものとし、ＰＭの堆積量は、パティキュレートフィルタの特性及びエンジンの回転数と負荷とにより推定することが可能であり、差圧によって推定される堆積量からＰＭの堆積量を減じたものをアッシュの堆積量とする。
また、この他にも、エンジン１に含まれる潤滑油の量を検知する手段（例えばＬＯＣマップ）と、エンジン１の運転履歴と、を比較して潤滑油の減少量によってパティキュレートフィルタ１４に堆積するアッシュの堆積量を推定する方法や、運転時間に比例してアッシュの堆積量を推定する方法等が考えられる。
【００３６】
このように構成されるエンジン１及び黒煙浄化装置５において、エンジン１の運転状態、例えばパティキュレートフィルタ１４の自己再生不可領域においては、捕集したＰＭが自己再生せず、ＰＭが溜まって目詰まりを起こし、ＰＭ除去機能に不具合が生じてしまうことがある。また、不燃物であるアッシュは自己再生可能領域においてもパティキュレートフィルタ１４に溜まって目詰まりを起こす虞があった。
【００３７】
そこで、本発明においては、特にパティキュレートフィルタ１４の自己再生不可領域にて該パティキュレートフィルタ１４の自己再生を促す、つまり、強制再生制御を行なうべく、排気ガスの温度を上げる手段を備えるエンジン１を提供することを目的としている。
【００３８】
本実施例では以下のようにパティキュレートフィルタ１４の強制再生を行なう。即ち、前記排気ガス温度センサ２６により検出される温度が所定の温度（例えば２５０℃）以下（自己再生不可領域）であることをコントローラ６が検知した場合に、エンジン１により駆動されるエアコンプレッサ７の電磁クラッチ２１をＯＮにし、ダミー負荷としてエアコンプレッサ７を駆動させる。そして、このエアコンプレッサ７の負荷によりエンジン１の負荷が高くなり、排気ガス温度が上昇する。
つまり、自己再生不可領域は図２に示すように、トルクが低い領域にあり、温度が低い。そこで、負荷を上昇させるとトルクも上昇することになり、排気温度が上昇することになる。なお、エアコンプレッサ７を駆動すると自己再生不可領域から出るに足りる負荷が生じる。
以上のように構成することで、低負荷域においてもエンジンの排気ガス温度を上げることができ、全運転域においてパティキュレートフィルタの連続再生を促すことができる。
また、パティキュレートフィルタ１４に溜まるＰＭの堆積量が予め定められる基準値より多い場合に限り該強制再生を行なうように制御することも可能であり、ＰＭの堆積量が少ないとき、つまりパティキュレートフィルタ１４の再生が不要な場合に、エンジン１にエアコンプレッサ７による負荷を付加しないことで、無駄に燃料を消費することなくエンジン性能を十分に発揮させることが可能となる。
【００３９】
エアコンプレッサ７の駆動により加圧された空気は、逆止弁、連通管１８を介してエアタンク８に貯溜される。該エアタンク８内部の圧力が規定の圧力に達すると、エアの必要圧力が得られ、機器の耐圧を考慮して、エアコンプレッサ７は停止するように制御されている。しかし、再生時には負荷をかけておく必要がある。
そこで、本実施例においては、規定圧力となるとエアを抜き、その抜いたエアを黒煙浄化装置５に導いて逆流させ、アッシュ分を吹き飛ばすようにしている。つまり、エアタンク８と前記黒煙浄化装置５のパティキュレートフィルタ１４の下流側（出口部１５）とを連通する連通管となる第一エア導入管３３を設け、その中途部に制御弁３０を設ける。該制御弁３０は前記コントローラ６と接続されて開閉制御される。そして、前記圧力センサ２５により予め定められる規定圧力の出力があった場合に、コントローラ６によって開制御されて、エアタンク８内の空気を黒煙浄化装置５内に導入し、高圧で逆流させてパティキュレートフィルタ１４に詰まったアッシュ分を吹き飛ばし、制御弁３０を開けることでエアタンク８内の圧力を下げてエアコンプレッサ７が再生時には常時駆動されようにして、エンジン１に負荷がかかるように調節している。
以上のように構成することで、再生時にエアコンプレッサを作動させ続けると、エアタンク内の圧力が規定圧力以上となって悪影響を及ぼすので、規定圧力以下となるようにエアタンク内の圧力を下げて、エンジンには所定の負荷がかかるようにして、パティキュレートフィルタ１４に再生に必要な温度が得られるようにしている。
【００４０】
また、パティキュレートフィルタ１４内に溜まった不燃物であるアッシュを除去し、機関外に排出する構成について説明する。
黒煙浄化装置５のパティキュレートフィルタ１４上流側にアッシュ排出口３５を設け、該アッシュ排出口３５より大気へ開放する排出管３６を設け、その中途部に制御弁３１を設ける。該制御弁３１はコントローラ６と接続されて開閉制御される。ただし、制御弁３６を設ける代わりにアッシュ排出口３５に電気式シャッターを設けることも可能である。そして、機関停止後であって、エアタンク８内の圧力が予め定められる所定圧力以上の場合（例えば、パティキュレートフィルタに溜まったアッシュを剥離することができる程度の圧力以上の場合）に、該制御弁３１を開状態に制御し、さらに、前記制御弁３０を開状態に制御することによって、パティキュレートフィルタ１４の出口側から入口側へと送風されて、該パティキュレートフィルタ１４内部に溜まったアッシュを除去し、外部へ排出するアッシュ洗浄操作を行なうことができる。
以上のように構成することで、エアコンプレッサの駆動によって溜められたエアタンク内の空気を二次利用することができる上に、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュを除去することができて、パティキュレートフィルタの目詰まりを防いで圧損を減少させることが可能となる。また、機関停止後にアッシュ洗浄操作を行なうので、エンジン内への逆流を防ぐための排気ガスの通路を設けたり、該通路に設ける切換弁を設けたりする等の考慮が不要になる。
なお、アッシュ洗浄操作を行なう際にはエアタンク８が外気と連通されるため、一定時間以上開放状態を維持するとエアタンク８内の圧力が大気圧と略同程度になるが、例えば、一旦作業を中断した後すぐに再開する場合には、エアタンク８内の圧力をある程度高く維持する必要があると考えられる。係る要望に応えるために、アッシュ洗浄操作の処理時間を規定し、該規定時間を過ぎればアッシュ洗浄を終了する、又は、エアタンク８内の最低圧力を規定し、該規定圧力を下回ればアッシュ洗浄を終了することも可能である。
【００４１】
さらに、エアタンク８と吸気マニホールド２とを連通する第二エア導入管３７を設け、その中途部に制御弁３２を設ける。該制御弁３２はコントローラ６と接続されて開閉制御される。そして、エアタンク８内の圧力が予め定められる所定圧力以上（例えば、吸気の圧力と比較して十分に大きい場合）であって、エンジン１の運転状態が加速モード又は始動モード又は低速高負荷域の何れかと判断された場合に、制御弁３２を開状態に制御し、吸気マニホールド２に圧縮空気を導入するように構成する。
以上のように構成することで、黒煙の発生量が増える低速高負荷時や、黒煙に加え青白煙の発生量が増える始動時や、燃料量が増える加速時において、吸気圧を高くして空燃比を改善することができ、ＰＭの発生量を削減することができ、パティキュレートフィルタに捕集されるＰＭ量を減らすことが可能となり、目詰まりを起こしにくくすることができる。
なお、本実施例では、エアタンク８より吸気マニホールド２へ空気を導入したが、該吸気マニホールド２に限らず吸気側であればどこでも適用可能である。
【００４２】
以下、図３を参照してコントローラ６による具体的な運転制御フローについて説明する。
まず、エンジン１の運転状態を把握し（Ｓ１）、前述の判定方法に従って始動モード又は加速モードかどうかを判断する（Ｓ２）。そして、始動モード又は加速モードと判断されれば（Ｓ２：Ｙ）、後述する吸気導入制御へと移行する（Ｓ３）。
続いて、始動モード及び加速モード以外、つまり通常運転モードと判断されれば、低速高負荷域かどうかを判断する、つまり、エンジンの回転数が低く、かつ、エンジンの負荷が高い状態であるかどうかを判断する（Ｓ４）。そして、低速高負荷域と判断されれば（Ｓ４：Ｙ）、後述する吸気導入制御へと移行する（Ｓ５）。
次に、低速高負荷域以外と判断されれば、機関を停止させる制御（機関停止制御）に移行するかどうかを判断する（Ｓ６）。そして、機関停止制御へ移行するならば（Ｓ６：Ｙ）、後述する逆洗制御へと移行する（Ｓ７）。
機関停止制御へ移行しないならば、自己再生不可領域かどうか判断する、つまり、排気ガス温度が所定温度以下かどうか判断する（Ｓ８）。自己再生不可領域と判断されれば、さらに、ＰＭ堆積量が所定の基準値以下かどうかを判断する（Ｓ９）。そして、ＰＭ堆積量が基準値より多ければ（Ｓ９：Ｙ）、後述する強制再生制御へと移行する（Ｓ１０）。他方、自己再生不可領域ではない、つまり自己再生可能領域と判断されれば、通常運転制御を行ない（Ｓ１１）、この運転制御フローを繰り返す。
【００４３】
次に、図４の制御フローを参照して吸気導入制御について説明する。
まず、圧力センサ２５により検知したエアタンク８内の圧力が前記所定圧力以上かどうかを判断する（Ｓ１０１）。エアタンク８内の圧力が該所定圧力以上ならば（Ｓ１０１：Ｙ）、制御弁３２を開状態に制御し、エアタンク８内の空気を吸気マニホールド２に導入する（Ｓ１０２）。
他方、エアタンク８内の圧力が所定圧力より小さければ（Ｓ１０１：Ｎ）、続いて、運転状態を把握して（Ｓ１０３）通常運転モードに移行したかどうか、つまり、加速モード、始動モード、低速高負荷域を脱したかどうかを判断し（Ｓ１０４）、通常運転モードに移行しているならば（Ｓ１０４：Ｙ）、エアコンプレッサ７を作動させるとともに、制御弁３２を閉状態に制御して（Ｓ１０５）、吸気導入制御を終了する。
通常運転モードに移行していないならば（Ｓ１０４：Ｎ）、つまり、加速モード又は始動モード又は低速高負荷域のままである場合には、この吸気導入制御を繰り返す。
【００４４】
図５の制御フローを参照して逆洗制御について説明する。
まず、圧力センサ２５により検知したエアタンク８内の圧力が前記所定圧力以上かどうかを判断する（Ｓ２０１）。エアタンク８内の圧力が該所定圧力以上ならば（Ｓ２０１：Ｙ）、制御弁３１を開状態に制御し（Ｓ２０２）、さらに制御弁３０を開状態に制御してアッシュ洗滌操作を行なう（Ｓ２０３）。そして、前記規定開放時間が経過したかどうか判断し（Ｓ２０４）、該規定時間経過後は（Ｓ２０４：Ｙ）、制御弁３０・３１を閉状態に制御し（Ｓ２０５）、逆洗制御を終了する。
他方、規定時間経過前ならば、（Ｓ２０４：Ｎ）、エアタンク８内の圧力が開放時の前記規定圧力以下かどうかを判断し（Ｓ２０６）、規定圧力以下ならば（Ｓ２０６：Ｙ）、制御弁３０・３１を閉状態に制御し（Ｓ２０５）、逆洗制御を終了し、また、規定圧力より大きければ（Ｓ２０６：Ｎ）、Ｓ２０４に戻り、規定開放時間が経過したかどうかの判断を繰り返す。
また、Ｓ２０１において、エアタンク８内の圧力が所定圧力より小さければ（Ｓ２０１：Ｎ）、黒煙浄化装置５からエアタンク８に逆流する可能性があるため、逆洗制御を終了する。
【００４５】
図６の制御フローを参照して強制再生制御について説明する。
まず、圧力センサ２５により検知したエアタンク８内の圧力が前記規定圧力以下かどうかを判断する（Ｓ３０１）。該規定圧力より大きければ（Ｓ３０１：Ｎ）、制御弁３０を一定時間開状態に制御してエアタンク８内の空気を排出し（Ｓ３０２）、規定圧力以下の場合（Ｓ３０１：Ｙ）と同じく、電磁クラッチ２１をＯＮ制御し、エアコンプレッサ７を駆動させる（Ｓ３０３）。
続いて、パティキュレートフィルタ１４の自己再生可能領域に入ったかどうかを判断し（Ｓ３０４）、自己再生可能領域に入ると判断されれば（Ｓ３０４：Ｙ）、強制再生制御を終了し、自己再生不可領域と判断されれば（Ｓ３０４：Ｎ）、強制再生制御を繰り返す。
【００４６】
なお、本実施例において「強制再生制御」は、エアコンプレッサ７を駆動してエンジン１にダミー負荷を付加して排気ガス温度を昇温する制御としたが、例えば、パティキュレートフィルタ１４に排気ヒータを備え、該排気ヒータを作動させてパティキュレートフィルタを昇温させる構成や、エアコンプレッサによる排気ガス昇温手段と排気ヒータによるパティキュレートフィルタ昇温手段とを併用する構成とすることも可能である。
また、制御状態の境界近辺において頻繁に変更されることを防ぐために、その境界にヒステリシスを設けることも可能である。
【実施例２】
【００４７】
以下、図７及び図８を参照して、本発明の別実施例となる逆洗制御及び運転制御について説明する。
図８に示すように、本実施例において、パティキュレートフィルタ１４に溜まったアッシュの堆積量が予め定められる基準値を超えている場合、機関停止後に逆洗制御を行なうものであり、機関停止前に圧力センサ２５により検知したエアタンク８内の圧力が予め定められる所定圧力以上かどうかを判断し（Ｓ２１１）、該所定圧力より小さければ（Ｓ２１１：Ｎ）、続いてエンジン１の負荷に余裕があるかどうかを判断し（Ｓ２１２）、余裕があれば（Ｓ２１２：Ｙ）、エアコンプレッサ７を駆動してエアタンク８内の圧力をあげる（Ｓ２１３）。他方、エンジン１に余裕がなければ（Ｓ２１２：Ｎ）、逆洗制御を終了する。
エアタンク８内の圧力が所定圧力以上ならば（Ｓ２１１：Ｙ）、機関停止時に（Ｓ２１４：Ｙ）、制御弁３１を開状態に制御し（Ｓ２１５）、制御弁３０を開状態に制御してアッシュ洗浄操作を行なう（Ｓ２１６）。そして、前記規定開放時間が経過したかどうか判断し（Ｓ２１７）、該規定時間経過後は（Ｓ２１７：Ｙ）、制御弁３０・３１を閉状態に制御し（Ｓ２１８）、逆洗制御を終了する。
他方、規定時間経過前ならば、（Ｓ２１７：Ｎ）、エアタンク８内の圧力が開放時の規定圧力以下かどうかを判断し（Ｓ２１９）、規定圧力以下ならば（Ｓ２１９：Ｙ）、制御弁３０・３１を閉状態に制御し（Ｓ２１８）、逆洗制御を終了し、また、規定圧力より大きければ（Ｓ２１９：Ｎ）、Ｓ２１７に戻り、規定開放時間が経過したかどうかの判断を繰り返す。
また、Ｓ２１４において、機関を停止しないときはアッシュ洗浄操作を行なわずに、逆洗制御を終了し、通常の運転制御に戻る（Ｓ２１４：Ｎ）。
【００４８】
次に、図７の運転制御フローを参照して、上記逆洗制御を採用する際の運転制御フローについて説明する。
まず、エンジン１の運転状態を把握し（Ｓ２１）、前述の判定方法によって始動モード又は加速モードかどうかを判断する（Ｓ２２）。そして、始動モード又は加速モードと判断されれば（Ｓ２２：Ｙ）、吸気導入制御へと移行する（Ｓ２３）。
続いて、始動モード及び加速モード以外、つまり通常運転モードと判断されれば、低速高負荷域かどうかを判断する、つまり、低回転数であって、高負荷であるかどうかを判断する（Ｓ２４）。低速高負荷域と判断されれば（Ｓ２４：Ｙ）、吸気導入制御へと移行する（Ｓ２５）。
次に、低速高負荷域以外と判断されれば、自己再生不可領域かどうか判断する（Ｓ２６）。自己再生不可領域と判断されれば、さらに、ＰＭ堆積量が所定の基準値以下かどうかを判断する（Ｓ２７）。そして、ＰＭ堆積量が基準値より多ければ（Ｓ２７：Ｙ）、強制再生制御へと移行する（Ｓ２８）。
自己再生不可領域ではない、つまり自己再生可能領域と判断されれば（Ｓ２６：Ｎ）、アッシュ堆積量が予め定められた基準値以上かどうか判断する（Ｓ２９）。そして、基準値以上と判断されれば（Ｓ２９：Ｙ）、前記逆洗制御へと移行する（Ｓ３０）。他方、アッシュ堆積量が基準値より少なければ（Ｓ２９：Ｎ）、通常運転制御を行ない（Ｓ３１）、この運転制御フローを繰り返す。また、Ｓ３０による逆洗制御が終了すれば、通常運転制御を行なう。
以上のように構成することで、アッシュの堆積量に基づいて積極的にエアタンク内の圧力を上げてアッシュ洗浄操作を行なうことができ、確実にパティキュレートフィルタの圧損を減少させることができる。
【実施例３】
【００４９】
以下、図９乃至図１１を参照して、本発明に係るエンジンの別実施例となる過給機４１を備えるエンジン１の概略構成及び運転制御フローについて説明する。なお、実施例１との構成比較においてその相違点について詳細に説明し、略同じ構成については説明を省略する。
【００５０】
図９に示すように、エンジン１は、過給機４１と、吸気側において該過給機４１の下流側であって、吸気マニホールド２との間に空冷式のインタークーラ４２と、を備える。
過給機４１は、例えば、エンジン１の排気ガスによって駆動される排気ターボ過給機である。即ち、過給機４１は内部にタービンとコンプレッサーとを備え、排気ガスによって該タービンを回転させ、該タービンの回転力を用いてコンプレッサーを回転させることで、該コンプレッサーに吸入された空気を吸気マニホールド２へ過給するものである。そして、インタークーラ４２を介して冷却された空気を過給することで吸気温度の上昇を抑制している。
【００５１】
インタークーラ４２はその内部に冷却部を有し、該冷却部に冷却用の空気を流すことによって該インタークーラ４２を通過する吸気を冷却する構造である。
前記エアタンク８と該インタークーラ４２の冷却部とを連通する第三エア導入管４３を設け、該第三エア導入管４３の中途部に制御弁３９を設ける。該制御弁３９はコントローラ６と接続されて開閉制御される。そして、エアタンク８内の圧力が予め定められた規定圧力以上であって、エンジン１の運転状態が高負荷域であると判断された場合に、制御弁３９を開状態に制御し、エアタンク８内の空気をインタークーラ４２の冷却部へ導入するように構成される。
以上のように構成することで、一般に燃焼温度が高くなる高負荷域において、ＮＯｘの発生量を減らすことができる。
【００５２】
図１０を参照して、本実施例に係る運転制御フローについて説明する。
まず、エンジン１の運転状態を把握し（Ｓ４１）、前述の判定方法によって始動モード又は加速モードかどうかを判断する（Ｓ４２）。そして、始動モード又は加速モードと判断されれば（Ｓ４２：Ｙ）、吸気導入制御へと移行する（Ｓ４３）。
続いて、始動モード及び加速モード以外、つまり通常運転モードと判断されれば、低速高負荷域かどうかを判断する、つまり、低回転数であって、高負荷であるかどうかを判断する（Ｓ４４）。低速高負荷域と判断されれば（Ｓ４４：Ｙ）、吸気導入制御へと移行する（Ｓ４５）。
次に、低速高負荷域以外と判断されれば、続いて運転状態が高負荷域かどうか判断する（Ｓ４６）。そして、高負荷域ならば（Ｓ４６：Ｙ）、後述する冷却部導入制御へと移行する（Ｓ４７）。
高負荷域以外、つまり、低負荷域と判断されれば、機関停止制御へ移行するかどうかを判断する（Ｓ４８）。そして、機関停止制御へ移行するならば（Ｓ４８：Ｙ）、逆洗制御へと移行する（Ｓ４９）。
また、機関停止制御へ移行しないならば、自己再生不可領域かどうか判断する（Ｓ５０）。自己再生不可領域と判断されれば、さらに、ＰＭ堆積量が所定の基準値以下かどうかを判断する（Ｓ５１）。そして、ＰＭ堆積量が基準値より多ければ（Ｓ５１：Ｙ）、強制再生制御へと移行する（Ｓ５２）。
他方、自己再生不可領域ではない、つまり自己再生可能領域と判断されれば、通常運転制御を行ない（Ｓ５３）、この制御フローを繰り返す。
以上のように構成することで、始動時に吸気側へ空気を導入することによって過給機が抵抗となることを防ぎ、燃焼効率が上がり、黒煙の発生量を減らすことができる。また、加速時に吸気側へ空気を導入することによって、ターボラグによる影響を少なくできる。さらに、低速時に吸気側へ空気を導入することで、空気量が少なくなることを防いで空燃比を改善でき、黒煙の発生量を減らすことができる。
【００５３】
次に、図１１を参照して、冷却部導入制御について説明する。
まず、圧力センサ２５により検知したエアタンク８内の圧力が前記所定圧力以上かどうかを判断し（Ｓ４０１）、所定圧力以上ならば（Ｓ４０１：Ｙ）、制御弁３９を開状態に制御してエアタンク８内の空気をインタークーラ４２の冷却部に導入する（Ｓ４０２）。他方、所定圧力より小さければ（Ｓ４０１：Ｎ）、再度運転状態を把握して（Ｓ４０３）、通常運転モードに移行するかどうか、つまり、高負荷域を脱したかどうかを判断する（Ｓ４０４）。そして、通常運転モードに移行したならば（Ｓ４０４：Ｙ）、制御弁３９を閉状態に制御して（Ｓ４０５）冷却部導入制御を終了する。他方、運転状態が高負荷域を維持していたならば（Ｓ４０４：Ｎ）、冷却部導入制御を継続する。
以上のように構成することで、高負荷域における空燃比を改善し、黒煙の発生量を減らすことができる。また、シリンダ内の燃焼温度を低くできてＮＯｘの発生量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例に係るエンジンの全体構成を示す模式図。
【図２】同じくパティキュレートフィルタ自己再生不可領域を示すマップ。
【図３】運転制御の一例を示すフロー図。
【図４】吸気導入制御の一例を示すフロー図。
【図５】逆洗制御の一例を示すフロー図。
【図６】強制再生制御の一例を示すフロー図。
【図７】本発明の別実施例に係る運転制御の一例を示すフロー図。
【図８】同じく逆洗制御の一例を示すフロー図。
【図９】本発明の別実施例に係る過給機を備えるエンジンの全体構成を示す模式図。
【図１０】同じく運転制御の一例を示すフロー図。
【図１１】冷却部導入制御の一例を示すフロー図。
【符号の説明】
【００５５】
１      ディーゼルエンジン
５      ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置
６      コントローラ
７      エアコンプレッサ
８      エアタンク
１４    パティキュレートフィルタ
２１    電磁クラッチ
３３    第一エア導入管
【図１】
2008215105.tif 000003
【図２】
2008215105.tif 000004
【図３】
2008215105.tif 000005
【図４】
2008215105.tif 000006
【図５】
2008215105.tif 000007
【図６】
2008215105.tif 000008
【図７】
2008215105.tif 000009
【図８】
2008215105.tif 000010
【図９】
2008215105.tif 000011
【図１０】
2008215105.tif 000012
【図１１】
2008215105.tif 000013