(57)【要約】【課題】エンジン始動時の匂いの強い白煙の発生を効果的に抑制する。【解決手段】エンジン始動時の燃料未燃分に起因した白煙の発生を防止する排気白煙化防止装置を、エンジン１の各気筒の排気ポートに装備されたポート酸化触媒１２と、排気マニホールド７の出口部に装備されたマニホールド酸化触媒１３と、エンジン１が始動直後のアイドリング状態にあることを判定する始動時判定手段（アクセルセンサ１６、回転センサ１７）と、エンジン１の各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置１５と、エンジン１が始動直後のアイドリング状態にあると判定された時に燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行う燃料噴射指令（燃料噴射信号１５ａ）を燃料噴射装置１５に出力する制御装置１８とにより構成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン始動時の燃料未燃分に起因した白煙の発生を防止する排気白煙化防止装置であって、エンジンの各気筒の排気ポートに装備されたポート酸化触媒と、排気マニホールドの出口部に装備されたマニホールド酸化触媒と、エンジンが始動直後のアイドリング状態にあることを判定する始動時判定手段と、エンジンの各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記始動時判定手段によりエンジンが始動直後のアイドリング状態にあると判定された時に燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行う燃料噴射指令を前記燃料噴射装置に出力する制御装置とにより構成したことを特徴とする排気白煙化防止装置。
【請求項２】
始動時判定手段が、エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサとにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気白煙化防止装置。
【請求項３】
制御装置が、始動時判定手段によりエンジンが始動直後のアイドリング状態にあると判定された時にメイン噴射の一回当たりの噴射量を通常より多くした燃料噴射指令を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気白煙化防止装置。
【請求項４】
制御装置が、始動時判定手段によりエンジンが始動直後のアイドリング状態にあると判定された時にメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加した燃料噴射指令を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気白煙化防止装置。
【請求項５】
吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段が備えられていることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の排気白煙化防止装置。
【請求項６】
エンジンに搭載されたターボチャージャのタービン出口部にタービン酸化触媒が備えられていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の排気白煙化防止装置。
【請求項７】
マニホールド酸化触媒の入口温度を検出する温度センサが備えられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の排気白煙化防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気白煙化防止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から排出されるパティキュレート（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Ｓｏｌｕｂｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策が従来より種々検討されてきている。
【０００３】
パティキュレートのうち、特にＳＯＦ分については、排気系に貴金属の酸化触媒を用いた場合でも、排気温度が約２００℃を超える温度となっていないと酸化触媒の十分な活性が得られないため、エンジン始動時の排気温度が低い時の除去が難しいことが従来から指摘されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３１７４５１号公報
【特許文献２】
実開平６−３４１２４号公報
【０００５】
一方、ディーゼルエンジン搭載車においては、その始動時にエンジンが冷えた状態にあるために気筒内で燃料が燃え切らずに未燃の炭化水素が多く発生し、この炭化水素に起因して匂いの強い白煙が発生し易くなるという不具合があり、エンジン側での燃焼改善が対応策として検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン側での燃焼改善にも自ずから限界があり、未だエンジン始動時の匂いの強い白煙の発生を満足なレベルまで抑制できていないのが実情であり、また、排気系に貴金属の酸化触媒を用いたとしても、前述した通りエンジン始動時には十分な活性が得られないため、気筒内で生じた未燃の炭化水素を排気系で除去するのも難しかった。
【０００７】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時の匂いの強い白煙の発生を効果的に抑制し得るようにした排気白煙化防止装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジン始動時の燃料未燃分に起因した白煙の発生を防止する排気白煙化防止装置であって、エンジンの各気筒の排気ポートに装備されたポート酸化触媒と、排気マニホールドの出口部に装備されたマニホールド酸化触媒と、エンジンが始動直後のアイドリング状態にあることを判定する始動時判定手段と、エンジンの各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記始動時判定手段によりエンジンが始動直後のアイドリング状態にあると判定された時に燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行う燃料噴射指令を前記燃料噴射装置に出力する制御装置とにより構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
而して、始動時判定手段によりエンジンが始動直後のアイドリング状態にあると判定された時に、制御装置からの燃料噴射指令によりエンジン側で燃料のパイロット噴射が行われ且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射が行われると、このメイン噴射による燃料が若干遅いタイミングで燃焼することによりエンジンの熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の上昇が図られることになる。
【００１０】
ここで、メイン噴射のタイミングを若干遅らせるにあたり、このメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行うようにしているので、このパイロット噴射による燃料の予混合化が促進されてメイン噴射の着火性が向上され、失火の虞れが未然に回避されることになる。
【００１１】
そして、このように昇温された排気ガスは、エンジンの各気筒から排出された直後に排気ポートでポート酸化触媒を通過することになり、該ポート酸化触媒がエンジン始動時から直ちに触媒床温度を高められて活性化し、排気ガス中に含まれる未燃の炭化水素が各ポート酸化触媒にて良好に酸化処理されることになる。
【００１２】
また、各ポート酸化触媒を通過させるだけで排気ガス中の炭化水素を除去しきることはできないが、各ポート酸化触媒で炭化水素が酸化処理される際の反応熱で排気温度が更に上昇されるので、排気マニホールドの出口部のマニホールド酸化触媒も早期に触媒床温度を高められて活性化し、上流の各ポート酸化触媒で除去しきれなかった炭化水素がマニホールド酸化触媒にて良好に酸化処理されることになる。
【００１３】
尚、一般的にディーゼルエンジン等ではターボチャージャが搭載されるケースが多いが、排気マニホールドの出口部にマニホールド酸化触媒を配置しているので、タービン仕事をする前の温度の高い排気ガスに対して炭化水素の酸化処理を施すことが可能である。
【００１４】
また、本発明をより具体的に実施するに際しては、始動時判定手段を、エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサとにより構成することが可能である。
【００１５】
更に、本発明における制御装置は、始動時判定手段によりエンジンが始動直後のアイドリング状態にあると判定された時にメイン噴射の一回当たりの噴射量を通常より多くした燃料噴射指令を出力するように構成されていることが好ましく、このようにすれば、メイン噴射によるエネルギー投入量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになる。
【００１６】
また、制御装置は、始動時判定手段によりエンジンが始動直後のアイドリング状態にあると判定された時にメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加した燃料噴射指令を出力するように構成されていても良く、このようにした場合には、アフタ噴射による燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりエンジンの熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになる。
【００１７】
更に、本発明においては、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段が備えられていることが好ましく、このようにすれば、エンジンが始動直後のアイドリング状態にある時に、吸気絞り手段により適宜に吸気流量の絞り込みを行うと、エンジンの作動流体量が少なくなることにより熱容量が下がり、その結果、更なる排気温度の上昇が図られることになる。
【００１８】
更に、エンジンに搭載されたターボチャージャのタービン出口部にもタービン酸化触媒を備えるようにすれば、上流の各ポート酸化触媒やマニホールド酸化触媒を経た排気ガス中に残余の炭化水素が含まれていても、これをタービン酸化触媒で確実に除去しきることが可能となる。
【００１９】
また、本発明では、マニホールド酸化触媒の入口温度を検出する温度センサを備えるようにしても良く、このようにすれば、マニホールド酸化触媒の入口温度が活性温度を超えた所定温度以上になったところで制御装置からの燃料噴射指令を通常のアイドリング状態のモードに戻して燃焼噴射制御による排気昇温を停止させることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１及び図２中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００２２】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管９とマフラ１０を通してパティキュレートを捕集した上で車外へ排出するようにしてある。
【００２３】
そして、本形態例においては、ディーゼルエンジン１の各気筒の排気ポート１１（図２参照）にポート酸化触媒１２が装備されていると共に、排気マニホールド７の出口部にマニホールド酸化触媒１３が装備されており、更には、ターボチャージャ２のタービン２ｂの出口部にもタービン酸化触媒１４が装備されている。
【００２４】
ここで、これら各ポート酸化触媒１２、マニホールド酸化触媒１３、タービン酸化触媒１４の夫々は、メタルハニカムに白金とアルミナと希土類元素等を主成分として担持させたフロースルー形式のものとなっており、例えば、各ポート酸化触媒１２の場合には、その入側端部にフランジ状に形成したガスケット部を排気マニホールド７のフランジ部と一緒にディーゼルエンジン１のシリンダヘッドに締結するようにしてあるが、その固定方式はどのような方式であっても良い。
【００２５】
尚、図２中に二点鎖線で示す如く、各ポート酸化触媒１２には、排気ポート１１内だけでなく、排気マニホールド７側へ張り出すようなポート酸化触媒１２’を増設することも可能である。
【００２６】
更に、図示しない運転席のアクセルに、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１６（負荷センサ）が備えられていると共に、ディーゼルエンジン１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ１７が装備されており、これらアクセルセンサ１６及び回転センサ１７からのアクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）を成す制御装置１８に対し入力されるようになっている。
【００２７】
そして、前記制御装置１８では、ディーゼルエンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置１５に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１５ａが出力されるようになっている。
【００２８】
ここで、前記燃料噴射装置１５は、各気筒毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号１５ａにより開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。
【００２９】
ただし、本形態例においては、制御装置１８でアクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１５ａが決定されるようになっている一方、アクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づきディーゼルエンジン１が始動直後のアイドリング状態にあると判定された時に通常モードから昇温モードに切り替わり、この昇温モードに切り替わった際には、燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行うような噴射パターンの燃料噴射信号１５ａ（燃料噴射指令）が出力されるようになっている。
【００３０】
また、吸気管５のインタークーラ６より下流側の適宜位置には、吸気管５の流路を適宜な開度に絞り込む開度調整可能な流量調整弁１９（吸気絞り手段）が装備されており、該流量調整弁１９は、制御装置１８からの開度指令信号１９ａにより開度制御されるようになっている。
【００３１】
更に、マニホールド酸化触媒１３の入口温度を検出する温度センサ２０が排気マニホールド７の適宜位置に装備されており、この温度センサ２０からの温度信号２０ａも前記制御装置１８に入力されるようになっている。
【００３２】
而して、制御装置１８でアクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づきディーゼルエンジン１が始動直後のアイドリング状態にあると判定されると、制御装置１８による燃料噴射制御が通常モードから昇温モードに切り替わり、制御装置１８からの燃料噴射信号１５ａによりディーゼルエンジン１側で燃料のパイロット噴射が行われ且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射が行われることになり、このメイン噴射による燃料が若干遅いタイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン１の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の上昇が図られることになる。
【００３３】
ここで、メイン噴射のタイミングを若干遅らせるにあたり、このメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行うようにしているので、このパイロット噴射による燃料の予混合化が促進されてメイン噴射の着火性が向上され、失火の虞れが未然に回避されることになる。
【００３４】
尚、制御装置１８で昇温モードに切り替わった際には、必要に応じてメイン噴射の一回当たりの噴射量を通常より多くした燃料噴射信号１５ａを出力するようにしたり、或いは、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加した燃料噴射信号１５ａを出力するようにしたりしても良く、前者の場合には、メイン噴射によるエネルギー投入量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになり、また、後者の場合には、アフタ噴射による燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン１の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになる。
【００３５】
そして、このように昇温された排気ガス８は、ディーゼルエンジン１の各気筒から排出された直後に排気ポート１１でポート酸化触媒１２を通過することになり、該ポート酸化触媒１２がディーゼルエンジン１の始動時から直ちに触媒床温度を高められて活性化し、排気ガス８中に含まれる未燃の炭化水素が各ポート酸化触媒１２にて良好に酸化処理されることになる。
【００３６】
また、各ポート酸化触媒１２を通過させるだけで排気ガス８中の炭化水素を除去しきることはできないが、各ポート酸化触媒１２で炭化水素が酸化処理される際の反応熱で排気温度が更に上昇されるので、排気マニホールド７の出口部のマニホールド酸化触媒１３も早期に触媒床温度を高められて活性化し、上流の各ポート酸化触媒１２で除去しきれなかった炭化水素がマニホールド酸化触媒１３にて良好に酸化処理されることになる。
【００３７】
ここで、マニホールド酸化触媒１３の入口温度は温度センサ２０により検出されているので、マニホールド酸化触媒１３の入口温度が活性温度を超えた所定温度以上になったところで制御装置１８からの燃料噴射信号１５ａを通常のアイドリング状態のモードに戻して燃焼噴射制御による排気昇温を停止させれば良い。
【００３８】
更に、ディーゼルエンジン１に搭載されたターボチャージャ２のタービン２ｂの出口部にもタービン酸化触媒１４を備えているので、上流の各ポート酸化触媒１２やマニホールド酸化触媒１３を経た排気ガス８中に残余の炭化水素が含まれていても、これをタービン酸化触媒１４で確実に除去しきることが可能となる。
【００３９】
また、特に本形態例においては、吸気管５に流量調整弁１９が備えられているので、ディーゼルエンジン１が始動直後のアイドリング状態にある時に、制御装置１８からの開度指令信号１９ａにより流量調整弁１９で適宜に吸気流量の絞り込みを行うと、ディーゼルエンジン１の作動流体量が少なくなることにより熱容量が下がり、その結果、更なる排気温度の上昇が図られることになる。
【００４０】
従って、上記形態例によれば、未だディーゼルエンジン１が冷えた状態にある始動直後のアイドリング状態であっても、パイロット噴射によりメイン噴射の着火性を保ちつつ該メイン噴射のタイミングを遅らせることでディーゼルエンジン１の熱効率を下げて排気温度の上昇を図ることができ、この温度上昇した排気ガス８をディーゼルエンジン１の各気筒から排出された直後にポート酸化触媒１２を通過させて良好に酸化処理することができ、しかも、ここで除去しきれなかった炭化水素についても排気マニホールド７の出口部でマニホールド酸化触媒１３により良好に酸化処理することができるので、匂いの強い白煙の発生を効果的に抑制することができる。
【００４１】
事実、本発明者による検証実験においては、図３に棒グラフで示す如く、始動直後のアイドリング状態における従来の排気ガスのオパシティー（光透過率）が約３０％程度であったものが約９５％まで改善されることが確認され、また、図４に棒グラフで示す如く、始動直後のアイドリング状態における排気ガス中の炭化水素濃度についても、従来の炭化水素濃度を基準として約８０％程度も低減できることが確認された。
【００４２】
更に、本形態例では、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段として吸気管５に流量調整弁１９を備えているので、この流量調整弁１９で適宜に吸気流量の絞り込みを行うことにより、ディーゼルエンジン１の作動流体量を減らして熱容量を下げ、排気ガス８を温度上昇させるのに必要な熱量を低減させることで更なる排気温度の上昇を図ることもできる。
【００４３】
また、ターボチャージャ２のタービン２ｂの出口部にもタービン酸化触媒１４を備えているので、上流の各ポート酸化触媒１２やマニホールド酸化触媒１３を経た排気ガス８中に残余の炭化水素が含まれていても、これをタービン酸化触媒１４により確実に除去しきることができる。
【００４４】
更に、マニホールド酸化触媒１３の入口温度を検出する温度センサ２０を備えているので、マニホールド酸化触媒１３の入口温度が活性温度を超えた所定温度以上になったところで制御装置１８による燃料噴射制御を通常モードに戻して排気ガス８の昇温化を停止することができ、不必要な昇温モードの継続を回避して効率の良い炭化水素の酸化処理を行うことができる。
【００４５】
尚、本発明の排気白煙化防止装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
上記した本発明の排気白煙化防止装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００４７】
（Ｉ）本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、未だディーゼルエンジンが冷えた状態にある始動直後のアイドリング状態であっても、パイロット噴射によりメイン噴射の着火性を保ちつつ該メイン噴射のタイミングを遅らせることでディーゼルエンジンの熱効率を下げて排気温度の上昇を図ることができ、この温度上昇した排気ガスをディーゼルエンジンの各気筒から排出された直後にポート酸化触媒を通過させて良好に酸化処理することができ、しかも、ここで除去しきれなかった炭化水素についても排気マニホールドの出口部でマニホールド酸化触媒により良好に酸化処理することができるので、匂いの強い白煙の発生を効果的に抑制することができる。
【００４８】
（ＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、エンジンが始動直後のアイドリング状態にある時にメイン噴射の一回当たりの噴射量を通常より多くすることができるので、メイン噴射によるエネルギー投入量を増やして排気温度の更なる上昇を図ることができる。
【００４９】
（ＩＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、エンジンが始動直後のアイドリング状態にある時に、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加することができるので、アフタ噴射による燃料を出力に転換され難いタイミングで燃焼させることによりエンジンの熱効率を下げ、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量を増やして排気温度の更なる上昇を図ることができる。
【００５０】
（ＩＶ）本発明の請求項５に記載の発明によれば、エンジンが始動直後のアイドリング状態にある時に、吸気絞り手段により適宜に吸気流量の絞り込みを行うことでエンジンの作動流体量を減らして熱容量を下げることができるので、排気ガスを温度上昇させるのに必要な熱量が少なくて済むことにより更なる排気温度の上昇を図ることができる。
【００５１】
（Ｖ）本発明の請求項６に記載の発明によれば、ターボチャージャのタービン出口部にもタービン酸化触媒を備えたことにより、上流の各ポート酸化触媒やマニホールド酸化触媒を経た排気ガス中に残余の炭化水素が含まれていても、これをタービン酸化触媒により確実に除去しきることができる。
【００５２】
（ＶＩ）本発明の請求項７に記載の発明によれば、マニホールド酸化触媒の入口温度を検出する温度センサを備えたことにより、マニホールド酸化触媒の入口温度が活性温度を超えた所定温度以上になったところで制御装置による燃料噴射制御を通常モードに戻して排気ガスの昇温化を停止することができ、不必要な昇温モードの継続を回避して効率の良い炭化水素の酸化処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の要部に関する平面断面図である。
【図３】始動直後の排気ガスのオパシティーについて従来と比較した棒グラフである。
【図４】始動直後の排気ガスの炭化水素濃度について従来と比較した棒グラフである。
【符号の説明】
１　　ディーゼルエンジン
２　　ターボチャージャ
２ｂ　　タービン
４　　吸気
７　　排気マニホールド
８　　排気ガス
１１　　排気ポート
１２　　ポート酸化触媒
１２’　　ポート酸化触媒
１３　　マニホールド酸化触媒
１４　　タービン酸化触媒
１５　　燃料噴射装置
１５ａ　　燃料噴射信号（燃料噴射指令）
１６　　アクセルセンサ（負荷センサ：始動時判定手段）
１７　　回転センサ（始動時判定手段）
１８　　制御装置
１９　　流量調整弁（吸気絞り手段）
２０　　温度センサ
【図１】
2004100489.tif 000003
【図２】
2004100489.tif 000004
【図３】
2004100489.tif 000005
【図４】
2004100489.tif 000006