(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設置され、排気中の微粒子物質を捕集するＤＰＦと、前記ＤＰＦを再生処理する再生処理手段と、燃料タンクから燃料噴射弁までの燃料供給系に配置されると共に、前記内燃機関で駆動されて前記燃料タンクに貯留された燃料を前記燃料噴射弁に供給する燃料ポンプと、前記燃料タンクと前記燃料ポンプとの間の前記燃料供給系に配置される前記燃料ポンプに供給される燃料の流量を調整する第１の流量調整弁と、前記燃料ポンプの下流に配置される蓄圧室から前記燃料タンクに戻される燃料の流量を調整する第２の流量調整弁と、前記燃料タンクと前記第１の流量調整弁とを接続し、前記燃料供給系の燃料の一部を前記燃料タンクに戻すための帰還路と、前記ＤＰＦが再生処理されるとき、前記第１の流量調整弁を全開し前記燃料ポンプを駆動して前記蓄圧室に燃料を圧送すると共に、前記第２の流量調整弁で流量を調整して前記蓄圧室の燃料圧力を制御することにより、前記燃料ポンプの負荷を増大させる負荷増大手段とを備えることを特徴とする内燃機関のＤＰＦ再生装置。
【請求項２】
前記蓄圧室内の燃料圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記ＤＰＦが再生処理される際、前記排気系の温度が所定温度以下である場合は、前記負荷増大手段によって前記燃料ポンプの負荷を増大させる一方、前記所定温度よりも大きい場合は、前記第２の流量調整弁を閉弁すると共に、前記検出された燃料圧力が所定圧力未満のときは前記燃料ポンプを駆動して前記蓄圧室に燃料を圧送させる一方、前記所定圧力を超えるときは前記第１の流量調整弁を制御して前記帰還路を介して燃料の一部を前記燃料タンクに戻すことにより、前記蓄圧室内の燃料圧力を前記所定圧力に制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のＤＰＦ再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気系に設置されて排気中の微粒子物質を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）の再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火型の内燃機関（ディーゼルエンジン）においては、ＤＰＦに微粒子が過度に堆積すると目詰まりを生じて捕集性能が低下することから、微粒子のＤＰＦへの堆積量を推定し、推定値が再生しきい値以上となったとき、ＤＰＦに高温の排気を供給し、堆積されていた微粒子物質を焼却して再生している。ＤＰＦに高温の排気を供給する技術として、例えば、下記の特許文献１記載の技術が知られている。特許文献１記載の技術にあっては、排気系に多数のヒータからなる負荷バンク加熱器を設けて排気を直接加熱すると共に、その電気負荷によって内燃機関の負荷を増大させることで、排気系をさらに昇温させるように構成している。
【特許文献１】特開２００４−１９０６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来技術にあっては、排気系に多数のヒータからなる負荷バンク加熱器を設ける必要があって構成が複雑になっていた。
【０００４】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、簡易な構成でありながら、ＤＰＦを再生処理するとき、内燃機関の負荷を増大させて排気系の温度を昇温させるようにした内燃機関のＤＰＦ再生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】
上記の目的を解決するために、請求項１に係る内燃機関のＤＰＦ再生装置にあっては、内燃機関の排気系に設置され、排気中の微粒子物質を捕集するＤＰＦと、前記ＤＰＦを再生処理する再生処理手段と、燃料タンクから燃料噴射弁までの燃料供給系に配置されると共に、前記内燃機関で駆動されて前記燃料タンクに貯留された燃料を前記燃料噴射弁に供給する燃料ポンプと、前記燃料タンクと前記燃料ポンプとの間の前記燃料供給系に配置される前記燃料ポンプに供給される燃料の流量を調整する第１の流量調整弁と、前記燃料ポンプの下流に配置される蓄圧室から前記燃料タンクに戻される燃料の流量を調整する第２の流量調整弁と、前記燃料タンクと前記第１の流量調整弁とを接続し、前記燃料供給系の燃料の一部を前記燃料タンクに戻すための帰還路と、前記ＤＰＦが再生処理されるとき、前記第１の流量調整弁を全開し前記燃料ポンプを駆動して前記蓄圧室に燃料を圧送すると共に、前記第２の流量調整弁で流量を調整して前記蓄圧室の燃料圧力を制御することにより、前記燃料ポンプの負荷を増大させる負荷増大手段とを備える如く構成した。
【０００６】
請求項２に係る内燃機関のＤＰＦ再生装置にあっては、前記蓄圧室内の燃料圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記ＤＰＦが再生処理される際、前記排気系の温度が所定温度以下である場合は、前記負荷増大手段によって前記燃料ポンプの負荷を増大させる一方、前記所定温度よりも大きい場合は、前記第２の流量調整弁を閉弁すると共に、前記検出された燃料圧力が所定圧力未満のときは前記燃料ポンプを駆動して前記蓄圧室に燃料を圧送させる一方、前記所定圧力を超えるときは前記第１の流量調整弁を制御して前記帰還路を介して燃料の一部を前記燃料タンクに戻すことにより、前記蓄圧室内の燃料圧力を前記所定圧力に制御する如く構成した。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る内燃機関のＤＰＦ再生装置にあっては、内燃機関の排気系に設置され、排気中の微粒子物質を捕集するＤＰＦが再生処理されるとき、第１の流量調整弁を全開し燃料ポンプを駆動して蓄圧室に燃料を圧送すると共に、第２の流量調整弁で流量を調整して蓄圧室の燃料圧力を制御することにより、燃料ポンプの負荷を増大させる如く構成したので、燃料ポンプの負荷が増大して仕事量が増えることで、燃料ポンプを駆動する内燃機関のフリクションが増大する結果、必要燃料量が増加する。よって、簡易な構成でありながら、ＤＰＦを再生処理するときの排気系の温度を昇温させることができる。特に、排気温度が比較的低い低負荷領域におけるＤＰＦの再生性能を向上させることができる。また、第１の流量調整弁を開弁しつつ、第２の流量調整弁で流量を調整して蓄圧室の燃料圧力を制御することにより燃料ポンプの負荷を増大させる如く構成したので、上記した効果に加え、燃料供給系に通例設けられる第１、第２の流量調整弁を動作させるだけで、ＤＰＦを再生処理するときの排気系の温度を確実に昇温させることができる。
【０００９】
請求項２に係る内燃機関のＤＰＦ再生装置にあっては、前記ＤＰＦが再生処理される際、排気系の温度が所定温度以下である場合は、燃料ポンプの負荷を増大させる一方、所定温度よりも大きい場合は、第２の流量調整弁を閉弁すると共に、燃料圧力が所定圧力未満のときは燃料ポンプを駆動して蓄圧室に燃料を圧送させる一方、所定圧力を超えるときは第１の流量調整弁を制御して燃料の一部を燃料タンクに戻すことにより、蓄圧室内の燃料圧力を所定圧力に制御する如く構成したので、上記した効果に加え、負荷の増大を必要な範囲に限定することができ、燃料量を不要に増加させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に即してこの発明に係る内燃機関のＤＰＦ再生装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、この発明の実施例に係る内燃機関のＤＰＦ再生装置を模式的に示す概略図である。
【００１３】
図１において、符号１０は４気筒の内燃機関（ディーゼルエンジン。以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０において、燃料タンク１２から４個の気筒のそれぞれの燃焼室を臨むに配置された燃料噴射弁（インジェクタ）１４に至る燃料供給路（燃料供給系）１６には、第１の燃料ポンプ２０、第２の燃料ポンプ２２、およびコモンレール（蓄圧室）２４が配置される。
【００１４】
第１の燃料ポンプ２０は燃料タンク１２に貯留される燃料（軽油）を汲み上げて下流に向けて圧送する。第１の燃料ポンプ２０はギヤポンプからなり、エンジン１０のクランクシャフト（図示せず）に接続され、エンジン１０によって駆動される。
【００１５】
第２の燃料ポンプ２２は容量（ｃｃ／ｍｉｎ）が第１の燃料ポンプ２０に比して大きく設定され、第１の燃料ポンプ２０から圧送される燃料をさらに加圧して下流に向けて圧送する。第２の燃料ポンプ２２もギヤポンプからなり、同様にエンジン１０のクランクシャフト（図示せず）に接続され、エンジン１０によって駆動される。
【００１６】
第２の燃料ポンプ２２の下流に配置されるコモンレール２４は筒状体からなり、第２の燃料ポンプ２２で加圧されつつ圧送される燃料を一時貯留する。コモンレール２４には各気筒の燃料噴射弁１４が接続される。コモンレール２４と燃料タンク１２は、第１の帰還路１６ａを介して接続される。
【００１７】
燃料供給路１６において、第１の燃料ポンプ２０と第２の燃料ポンプ２２の間には第２の燃料ポンプ２２に供給される燃料の流量を調整する第１の流量調整弁２６が配置されると共に、コモンレール２４と燃料タンク１２を接続する第１の帰還路１６ａには、コモンレール２４に供給される燃料の流量を調整する第２の流量調整弁３０が配置される。
【００１８】
エンジン１０において、エアクリーナから吸入された空気はその下流の吸気管と吸気マニホルドからなる吸気系３２を通ってそれぞれの気筒に至り、吸気バルブが開弁すると共に、ピストンが下降するとき、燃焼室に吸入される。吸入された空気はピストンが上昇するとき圧縮されて高温となる。
【００１９】
コモンレール２４に貯留された高圧燃料は、燃料噴射弁１４が開弁されるとき、当該気筒の燃焼室に噴射され、圧縮されて高温となった吸入空気に触れて自然着火して燃焼する。それによってピストンは下方に駆動された後、再び上昇し、排気バルブが開弁するとき、排気（排ガス）を排気マニホルドから排気管（排気系）３４に排出する。
【００２０】
排気管３４には、白金などからなる酸化触媒装置３６が配置される。酸化触媒装置３６は、排気中の未燃ＨＣを酸化して除去する。酸化触媒装置３６の下流にはＤＰＦ（Diesel Particulate Filter。フィルタ）４０が配置され、排気中の微粒子物質（Particulate）を捕集する。
【００２１】
ＤＰＦ４０はセラミック製のハニカムフィルタからなり、その内部には上流側端部が閉塞されて下流側端部が開放された排気通路と、上流側端部が開放されて下流側端部が閉塞された排気通路とが交互に配列されると共に、隣接する通路間には１０μｍ程度の孔径の多くの孔が穿設された多孔質の壁面が形成され、排気中の微粒子物質をその孔で捕集する。
【００２２】
排気はＤＰＦ４０を通った後、サイレンサ、テールパイプなどを流れてエンジン１０の外部に放出される。
【００２３】
排気系において、酸化触媒装置３６の上流の適宜位置には第１の排気温度センサ４２が配置されて酸化触媒装置３６の上流側の排気温度に応じた出力を生じると共に、酸化触媒装置３６の下流でＤＰＦ４０の上流側の適宜位置には第２の排気温度センサ４４が配置され、ＤＰＦ４０の上流側の排気温度に応じた出力を生じる。
【００２４】
また、燃料供給路（燃料供給系）１６において、コモンレール２４には圧力センサ４６が配置され、コモンレール２４に貯留される燃料の圧力に応じた出力を生じる。
【００２５】
上記したセンサ群の出力は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）５０に送られる。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよび入出力回路からなるマイクロコンピュータから構成される。
【００２６】
ＥＣＵ５０はエンジン制御ＥＣＵ（図示せず）と通信自在に構成され、エンジン制御ＥＣＵで算出あるいは検出された燃料噴射量Ｑ、エンジン回転数ＮＥなどを読み込み、それらからＤＰＦ４０の微粒子物質の堆積量推定値を算出し、次いで算出された堆積量推定値をしきい値と比較し、堆積量推定値がしきい値以上のとき、ＤＰＦ４０の再生処理時期と判断し、再生処理を実行する。
【００２７】
また、燃料供給路１６に配置された第１の流量調整弁２６と第２の流量調整弁３０はＥＣＵ５０に接続され、その指令に応じて駆動される。第１の流量調整弁２６はＥＣＵ５０で駆動されて開弁されるとき、第２の帰還路１６ｂを介して燃料を燃料タンク１２に戻す。第２の流量調整弁３０もＥＣＵ５０で駆動されて開弁されるとき、第１の帰還路１６ａを介して燃料を燃料タンク１２に戻す。
【００２８】
次いで、この装置の動作を説明する。
【００２９】
図２は、その動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムはＥＣＵ５０により、ＤＰＦ４０の再生処理時期と判断されるとき、所定の時間間隔で実行される。
【００３０】
Ｓ１０において排気温度は所定温度以下か否か判断する。排気温度は第１の排気温度センサ４２で検出された酸化触媒装置前の温度を意味する。
【００３１】
エンジン１０が中負荷以上であるときは排気系の温度はある程度昇温されていることから、Ｓ１０の判断は通例否定されてＳ１２に進み、第１の流量調整弁２６によるコモンレール圧力制御を実行する。具体的には、第２の流量調整弁３０を閉弁した状態において、適宜な制御則に従い、圧力センサ４６を介してコモンレール２４内の燃料圧力を監視しながら、第１の流量調整弁２６を開閉して燃料の流量を調整し、コモンレール２４内の燃料圧力を所定値に制御する。
【００３２】
具体的には、圧力センサ４６から検出されるコモンレール２４内の燃料圧力が所定値未満となったとき、第２の燃料ポンプ２２を駆動して供給燃料量を増加させる一方、所定値を超えるときは第１の流量調整弁２６を開弁して燃料の一部を燃料タンク１２に戻す処理を繰り返すことで、コモンレール２４内の燃料圧力を所定値に制御する。この場合、第２の燃料ポンプ２２は必要以上の仕事をしないので、エンジン１０のフリクションの不要な増加を抑制することができる。
【００３３】
尚、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４０の再生処理において、排気温度は所定温度以上の高温ではあるものの、ＤＰＦ４０に堆積された微粒子物質を焼却するには不足と判断されるときは、上記した燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥなどからポスト噴射量を算出し、爆発行程から排気行程に移行した付近で燃料噴射弁１４を介してポスト噴射を実行する。噴射された燃料は排気系を流れ、酸化触媒装置３６に至って酸化反応（燃焼）を生じる。燃焼によって加熱された排気が下流のＤＰＦ４０に流れ、そこに堆積されていた微粒子物質を除去し、ＤＰＦ４０を再生する。
【００３４】
他方、エンジン１０が低負荷であるとき、排気系の温度は低温であることからＳ１０の判断は通例肯定されてＳ１４に進み、第２の流量調整弁３０によるコモンレール圧力制御を実行する。具体的には、第１の流量調整弁２６を全開した状態において、第２の燃料ポンプ２２を駆動して最大燃料流量をコモンレール２４に圧送すると共に、適宜な制御則に従い、圧力センサ４６を介してコモンレール２４内の燃料圧力を監視し、第２の流量調整弁３０を開閉して燃料の流量を調整することでコモンレール２４内の燃料圧力を第２の所定値に制御する。
【００３５】
即ち、第２の燃料ポンプ２２を駆動して圧送した最大燃料流量によってコモンレール２４内の燃料圧力が第２の所定値を超えるときは第２の流量調整弁３０を開弁して燃料の一部を燃料タンク１２に戻すことで圧力を低下させることで、コモンレール２４内の燃料圧力を第２の所定値に制御する。尚、第２の所定値は、前記所定値よりも高い値あるいは同一の値に設定される。
【００３６】
この結果、第２の燃料ポンプ２２の負荷が増大して第２の燃料ポンプ２２の仕事量が増えることで、それを駆動するエンジン１０のフリクションが増大する結果、必要燃料量が増加することとなって、排気系の温度を昇温させることができる。
【００３７】
また、エンジン１０が低負荷であることから、Ｓ１４に進む場合、上記したポスト噴射を実行して排気系の温度をさらに昇温させ、ＤＰＦ４０に堆積された微粒子物質を確実に焼却する。
【００３８】
上記した如く、この実施例に係るエンジン（内燃機関）１０のＤＰＦ再生装置にあっては、エンジン（内燃機関）１０の排気管（排気系）３４に設置され、排気中の微粒子物質を捕集するＤＰＦ４０と、前記ＤＰＦを再生処理する再生処理手段（ＥＣＵ５０）と、燃料タンク１２から燃料噴射弁１４までの燃料供給路（燃料供給系）１６に配置されると共に、エンジン（内燃機関）１０で駆動されるとき、前記燃料タンク１２に貯留された燃料を前記燃料噴射弁１４に供給する第２の燃料ポンプ２２と、前記燃料タンク１２と前記第２の燃料ポンプ２２との間の前記燃料供給路１６に配置される前記第２の燃料ポンプ２２に供給される燃料の流量を調整する第１の流量調整弁２６と、前記第２の燃料ポンプ２２の下流に配置されるコモンレール（蓄圧室）２４から前記燃料タンク１２に戻される燃料の流量を調整する第２の流量調整弁３０と、前記燃料タンク１２と前記第１の流量調整弁２６とを接続し、前記燃料供給路１６の燃料の一部を前記燃料タンク１２に戻すための帰還路１６ｂと、前記ＤＰＦ４０が再生処理されるとき、前記第１の流量調整弁２６を全開し前記第２の燃料ポンプ２２を駆動して前記蓄圧室２４に燃料を圧送すると共に、前記第２の流量調整弁３０で流量を調整して前記蓄圧室２４の燃料圧力を制御することにより、前記第２の燃料ポンプ２２の負荷を増大、より詳しくは前記第２の燃料ポンプ２２の負荷を増大させて前記エンジン（内燃機関）１０の負荷を増大させる負荷増大手段（ＥＣＵ５０，Ｓ１０，Ｓ１４）とを備える如く構成したので、第２の燃料ポンプ２２の負荷が増大して仕事量が増えることで、それを駆動するエンジン（内燃機関）１０のフリクションが増大する結果、必要燃料量が増加する。よって、簡易な構成でありながら、ＤＰＦ４０を再生処理するときの排気系の温度を昇温させることができる。特に、アイドル時あるいは渋滞路走行時など排気温度が比較的低い低負荷領域におけるＤＰＦ４０の再生性能を向上させることができる。また、上記した効果に加え、燃料供給系に通例設けられる第１、第２の流量調整弁２６，３０を動作させるだけで、ＤＰＦ４０を再生処理するときの排気系の温度を確実に昇温させることができる。
【００３９】
また、前記蓄圧室２４内の燃料圧力を検出する圧力検出手段（圧力センサ４６）を備え、前記ＤＰＦ４０が再生処理される際、前記排気系の温度（排気温度）が所定温度以下である場合は、前記負荷増大手段によって前記第２の燃料ポンプ２２の負荷を増大させる一方、前記所定温度よりも大きい場合は、前記第２の流量調整弁３０を閉弁すると共に、前記検出された燃料圧力が所定圧力未満のときは前記第２の燃料ポンプ２２を駆動して前記蓄圧室２４に燃料を圧送させる一方、前記所定圧力を超えるときは前記第１の流量調整弁２６を制御して前記帰還路１６ｂを介して燃料の一部を前記燃料タンク１２に戻すことにより、前記蓄圧室２４内の燃料圧力を前記所定圧力に制御する如く構成したので（ＥＣＵ５０，Ｓ１０，Ｓ１４）、上記した効果に加え、負荷の増大を必要な範囲に限定することができ、燃料量の増加を抑制することができる。
【００４１】
尚、上記において、Ｓ１０の処理において排気温度として第１の排気温度センサ４２で検出された温度を用いたが、第２の排気温度センサ４４で検出された温度を用いても良い。また、温度センサを用いて酸化触媒装置３６あるいはＤＰＦ４０の温度を検出し、Ｓ１０の処理でその検出温度を用いても良い。さらには、第１の排気温度センサ４２などの検出値に代え、推定値を用いても良い。
【００４２】
また、上記において、酸化触媒装置３６などの排気系の構成は例示であり、それに限定されるものではない。要は、排気系に配置されたＤＰＦ４０の再生処理を行うものであれば、どのような構成でも良い。
【００４３】
また、燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥなどからＤＰＦ４０の微粒子の堆積量を推定して再生時期を判断したが、ＤＰＦ４０の前後の差圧などから再生時期を判断しても良い。
【００４４】
また、ＤＰＦ４０の再生処理において、ＤＰＦ４０に堆積された微粒子物質を焼却するには不足と判断される場合、ポスト噴射を実行して排気系の一層の昇温を図るようにしたが、ポスト噴射以外の手段を用いて排気系の一層の昇温を図っても良い。また第２の燃料ポンプ２２はギヤポンプとしたが、電動ポンプであっても良い。
【００４５】
尚、上記において、この発明を車両用の内燃機関を例にとって説明したが、この発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶用推進機関用の内燃機関にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施例に係る内燃機関のＤＰＦ再生装置を模式的に示す概略図である。
【図２】図１に示す装置の動作を示すフロー・チャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ディーゼルエンジン（内燃機関。エンジン）、１２  燃料タンク、１４  燃料噴射弁、１６  燃料供給路（燃料供給系）、２０  第１の燃料ポンプ、２２  第２の燃料ポンプ（燃料ポンプ）、２４  コモンレール（蓄圧室）、２６  第１の流量調整弁、３０  第２の流量調整弁、３６  酸化触媒装置、４０  ＤＰＦ、４２  第１の排気温度センサ、４４  第２の排気温度センサ、４６  圧力センサ、５０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【図１】
0004660430.tif 000002
【図２】
0004660430.tif 000003