(57)【要約】【課題】エンジンの排気系に設置され、流体圧アクチュエータによって操作される排気絞り弁を、閉鎖位置に保持した後全開まで復帰させる際、発生する騒音を低減しながら復帰に要する時間を短縮する。【解決手段】ディーゼルエンジンの排気系には、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ８１とその上流に触媒８２が装備され、さらに、下流には流体圧アクチュエータ９２によって操作される排気絞り弁９が設置されている。流体圧アクチュエータ９２と連通する通路には、オリフィス９４と容積室９５とを設けられる。排気絞り弁９の開度を小とした状態でディーゼル・パティキュレート・フィルタ８１を再生した場合には、排気絞り弁９の開放時、オリフィス９２により、排気絞り弁９の開放速度を低下し発生する騒音を低減する。また、容積室９５により、開放に要する時間が短縮される。【選択図】  図１
2005282535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気系に、流体圧アクチュエータ（９２）によって操作される排気絞り弁（９）が設置され、特定の運転状態では前記排気絞り弁（９）の開度を小とするエンジンの排気絞り弁の操作装置において、
前記流体圧アクチュエータ（９２）と連通する作動流体の通路（９６）には、オリフィス（９４）と容積室（９５）とが設けられ、前記排気絞り弁（９）の開度を大とするときは、前記オリフィス（９４）と容積室（９５）とが設けられた通路（９６）を介して作動流体が流れることを特徴とする排気絞り弁の操作装置。
【請求項２】
前記エンジンはディーゼルエンジンであり、その排気系には、排気ガス中の粒子状物質を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（８１）と、その上流側に設置された触媒（８２）とを有する連続再生式ＤＰＦ（８）を備えており、前記排気絞り弁（９）は、前記連続再生式ＤＰＦ（８）の下流側に設置される請求項１に記載の排気絞り弁の操作装置。
【請求項３】
前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（８１）に堆積した粒子状物質が所定量に達したときは、車両が停車し、かつ、前記ディーゼルエンジンがアイドル状態となった場合に、前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（８１）を再生するため、前記排気絞り弁（９）は、その開度が小となるよう前記流体圧アクチュエータ（９２）によって操作される請求項２に記載の排気絞り弁の操作装置。
【請求項４】
前記ディーゼルエンジンは、前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（８１）を再生するときは、前記ディーゼルエンジンの膨張行程又は排気行程において燃料噴射ノズル（４）から添加燃料を噴射する請求項３に記載の排気絞り弁の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気系に設置された排気絞り弁、例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置の下流に設置された排気絞り弁、を操作する流体圧アクチュエータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境対策の重要な一環として、車両用エンジンに対し、排気ガス中の有害成分とされる窒素酸化物（ＮＯｘ）あるいは炭化水素（ＨＣ）等の規制が実施される一方、有害成分の低減に向けて各種の技術の開発が精力的に行われている。特に、ディーゼルエンジンに対する、特にディーゼルエンジン排気ガスの規制は、近年、逐次強化されるとともに、将来もより厳しい規制が実施される傾向にある。ディーゼルエンジンは、シリンダ内に供給される空気を圧縮し、高温高圧となった空気中に燃料を噴射して燃焼させるエンジンであって、ガソリンエンジンと比べ一般的に熱効率が高い。したがって、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量はその分少なくなるという特性を有しているものの、粒子状物質（パティキュレート：、ＰＭ）及びＮＯｘについては、その削減が強く要請されている。
【０００３】
ＰＭは、シリンダ内に噴射された燃料の不完全燃焼により、炭素や燃料の未燃焼成分が微小な粒子として排出されるものである。ディーゼルエンジンでは、噴射された燃料と空気との混合不良などに起因して、その運転状態によってはＰＭの発生量が増大する。ことに、ＮＯｘの低減を目的として、ディーゼルエンジンのシリンダ内に空気と混合して排気ガスを再循環する、いわゆるＥＧＲを行う場合には、シリンダ内に供給される空気量の減少や燃焼最高温度の低下のため、ＰＭの発生量が多くなる傾向にあるので、ＰＭの低減とＮＯｘの低減とは背反的な面がある。
【０００４】
ＰＭの排出を防止するには、ディーゼルエンジンの排気系にディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）と呼ばれるフィルタを装着し、このＤＰＦによってＰＭを捕捉する技術がある。ＤＰＦは、通常、多孔質のコーディエライト等のセラミック体に格子状に区画された多数の細い通路を軸方向に設け、隣り合う通路の出入口を交互に目封じしたものである。ディーゼルエンジンの排気ガスは、隣り合う通路間の多孔質セラミックの壁を通過して下流に流れ、このときに微粒子であるＰＭが捕集される。多孔質のセラミック体を使用する代わりに、セラミック繊維等の耐熱性繊維からなる目の細かな不織布を使用するものもある。なお、ＰＭの排出を防止するため、セラミック担体に形成した多数の通路の表面に、白金、パラジウム又はロジウム等の貴金属からなる触媒をコーティングした酸化触媒装置を排気系に装着する技術も知られている。排気ガスが酸化触媒装置の通路を通過して流れるときに、その触媒作用によって排気ガス中のＰＭがディーゼルエンジンの排気ガス中の酸素と反応して酸化され、ＣＯ２などに変換される。このような触媒をＤＰＦの表面に担持させる場合もある。
【０００５】
ところで、ディーゼルエンジンを搭載した車両に装備されるＤＰＦには、エンジンが繰り返し運転されることによって捕捉したＰＭが堆積する。ＰＭが多量に堆積すると、フィルタが目詰まり状態となってエンジンの背圧が上昇する弊害や、エンジンの高負荷時排気ガスが高温となったときに堆積したＰＭが一気に燃焼してＤＰＦに熱損傷を与える等の弊害がある。このような弊害を防ぐためには、堆積したＰＭを適宜除去してＤＰＦの機能を回復させる、いわゆるＤＰＦの再生を行う必要がある。本発明の操作装置は、後述するように、ＤＰＦの再生時に使用するため設置される排気絞り弁に対しても適用することができるものである。
【０００６】
再生の手段としては、電気ヒータやバーナ等で加熱してＰＭを燃焼させる方式が知られている。しかし、このＰＭを燃焼させる方式を採用したときは、ＤＰＦに電気ヒータ等を組み合わせることとなってＤＰＦが複雑高価なものとなると同時に、再燃焼中はＰＭの捕集が不可能なため、排気通路に複数のＤＰＦを並列に配設して捕集と燃焼を交互に行うシステムとなって装置が大掛かりになるという問題が発生する。この問題を踏まえ、近年では、ＤＰＦの排気ガス上流に酸化触媒を設置し、排気ガス中の未燃焼成分等を酸化してその温度を上昇させるなどの作用により、ＤＰＦに捕集したＰＭをエンジン作動中に連続的に酸化・除去し、ＤＰＦを再生させる方式が注目されている。なお、触媒を上流に設置する代わりにＤＰＦの表面にコーティングする方法、例えば、いわゆるＮＯｘ吸蔵還元型触媒をＤＰＦの上流側表面に担持させ、ＮＯｘを吸蔵、還元する際に発生する活性酸素を利用して捕集したＰＭを連続的に酸化・除去させる方法も考えられる。このように、ＤＰＦの上流に触媒を備え、捕集したＰＭを連続して除去し再生する方式のＤＰＦを、以下、連続再生式ＤＰＦという。
【０００７】
連続再生式ＤＰＦは、その上流に設けられた触媒の作用によりＰＭを除去するものであるから、通常の触媒装置と同様に、触媒の活性温度以下では触媒が十分な機能を発揮せず、連続的な再生が行われない。触媒が活性化して良好な再生が行われる温度としては約３５０℃の温度が必要であるが、ディーゼルエンジンの燃料噴射量の少ない低負荷時には排気ガス温度が相当低下し、この運転状態が長時間継続すると、触媒の温度は活性温度を下回る。このため、ＤＰＦにＰＭが蓄積される結果となり、エンジンの背圧の上昇あるいは排気ガス温度上昇時における多量のＰＭの燃焼によるＤＰＦの溶損等を招く。したがって、連続再生式ＤＰＦにおいても、ＤＰＦに一定量のＰＭが蓄積したときは、排気ガス温度を上昇させ触媒を活性化するなどの方法でＰＭを除去しなければならず、このようなＤＰＦの再生を、以下では強制再生と称する。
【０００８】
ディーゼルエンジンの排気ガスの温度を上昇させるには、ポスト噴射と呼ばれる手段がある。これは、ディーゼルエンジンの膨張行程から排気行程において、エンジンシリンダ内に添加燃料を噴射し、その燃料がシリンダ内で燃焼せず、主に排気管やそこに置かれた触媒で酸化し燃焼することによって、排気ガスの温度を高めるものである。一般的には、膨張行程の終期以降に噴射することにより、良好な効果を得ることができる。ポスト噴射は、ディーゼルエンジンのシリンダ内にもともと備えられた燃料噴射ノズルから添加燃料を供給するので、付加的な装置を要しない利点がある。ポスト噴射の量や回数を制御し、昇温させる排気ガスの温度を調整することもできる。
【０００９】
また、ディーゼルエンジンの通常の燃料噴射、つまり圧縮行程の終期から膨張行程で噴射しエンジンのシリンダ内で燃焼させる燃料噴射、の噴射時期を遅延させると、エンジンの出力トルクに寄与しない燃料の燃焼が多くなる結果、排気ガスの温度が高まることとなる。このような噴射時期の遅延を実現するためには、いわゆるマルチ噴射が好ましい。マルチ噴射は燃料噴射を複数に分けて行うもので、ディーゼルエンジンにおいて、通常、圧縮行程の終期から膨張行程にかけて連続的に噴射する燃料を、複数回に分けて噴射する噴射方法に移行させることにより、制御された遅延噴射を容易に行うことが可能である。
【００１０】
連続再生式ＤＰＦの触媒の活性を確保するよう排気ガス温度を上昇させるには、ポスト噴射あるいはマルチ噴射は有効な手段であるけれども、これだけでは十分な温度上昇の得られない場合がある。そこで、連続再生式ＤＰＦの下流に排気絞り弁を設け、ポスト噴射等による強制再生を実施するときに、排気絞り弁の開度を小さくして排気通路を絞り、連続再生式ＤＰＦ内からの熱の放散を防いでこれを保温することにより、触媒の活性化を図ってＤＰＦの再生を促進する手段が考えられる。このように、連続再生式ＤＰＦと排気絞り弁とを組み合わせたディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置は、例えば特開２００３−３４３２８７号公報に示されるように、公知のものであるが、排気絞り弁で排気を絞るとエンジン背圧が上昇し、エンジンに作用する負荷が増大する関係で、燃料噴射量が増加してさらに排気ガス温度の上昇をもたらすこととなる。以下、図６に基づいて、こうしたディーゼルエンジンの排気後処理装置について説明する。
【００１１】
図６は、連続再生式ＤＰＦと排気絞り弁を有し、車両を駆動するディーゼルエンジンを概略的に表すものである。ディーゼルエンジン本体１のシリンダ内には、エアクリーナ２及び吸気管３を介して空気が供給される。また、シリンダ内には、圧縮行程の終期に燃料噴射ノズル４から燃料が噴射され、噴射された燃料は、圧縮された空気と混合してシリンダ内で燃焼し動力を発生させる。燃焼後の排気ガスは、排気管５に排出されるとともに、その一部はＥＧＲ通路６を介して吸気管３に再循環される。再循環は主にＮＯｘの発生防止を目的で行われるものであって、再循環される排気ガスの量はＥＧＲバルブ７により制御される。
【００１２】
排気管５には、連続再生式ＤＰＦ８が設置され、また、その下流には流体圧アクチュエータ９２によって操作される排気絞り弁９が設置されている。流体圧アクチュエータ９２には、ディーゼルエンジンに搭載されたコンプレッサ（エアタンク）又は真空ポンプ等の圧力源９３から作動流体が供給される。圧力源９３と流体圧アクチュエータ９２とを連結する通路には３方電磁弁９１が置かれており、ディーゼルエンジンの通常運転中は、３方電磁弁９１を介して流体圧アクチュエータ９２に大気圧を導入し、排気絞り弁９を全開に保持する。
【００１３】
連続再生式ＤＰＦ８は、セラミック体の軸方向に多数の通路を形成したＤＰＦ８１と、その上流に配置された酸化触媒８２とを備えている。さらに、連続再生式ＤＰＦ８には、ＤＰＦ８１の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ８３、酸化触媒８１の上流側の排気ガス温度を検出する入口温センサ８４及び出口側（ＤＰＦ８１の入口側）の温度を検出する出口温センサ８５が設置されており、これらセンサの検出信号は、エンジン制御装置１０（ＥＣＵ）に入力される。
【００１４】
ディーゼルエンジンの稼動中は、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料がシリンダ内で燃焼し、燃焼後の排気ガスが排気管５に排出される。排気ガスが連続再生式ＤＰＦ８を通過する際に、その中のＰＭは、ＤＰＦ８１に形成された多数の軸方向通路間の壁面に捕捉され、ＤＰＦ８１の下流にはＰＭが除去された排気ガスが送り出される。ＤＰＦ８１に捕集され堆積したＰＭは、ディーゼルエンジンの通常運転中には、酸化触媒８２の作用で高温となった排気ガス中の酸素等と化合し、酸化・除去される。
【００１５】
しかし、ディーゼルエンジンが長時間低負荷で運転された場合は、排気ガスの温度が低下して酸化触媒８２の活性が下がり、捕集されたＰＭの堆積量が増大し、これに伴い、ＤＰＦ８１の上流側圧力と下流側圧力との差圧が増加する。酸化触媒８２の入口温センサ８４及び出口温センサ８５によって検出された温度が低下し、さらに、差圧センサ８３によって検出した差圧が所定値を超えたときは、ＤＰＦ８１を強制再生するため、排気ガスの温度を上昇させるよう、ＥＣＵ１０がポスト噴射を行わせる指令を出力する。ポスト噴射で供給された燃料は排気管５あるいは酸化触媒８２で酸化・燃焼し排気ガス温度は高温となる。
【００１６】
ポスト噴射による排気ガスの温度上昇は、車両走行中において実施されるが、触媒が活性化しないようなエンジンの低負荷領域においては、排気ガスの温度をさらに高めるべく、ＥＣＵ１０は３方電磁弁９１を切り換える。流体圧アクチュエータ９２には圧力源９３から作動流体が供給され、排気絞り弁９の開度を非常に小さくして排気ガスの流れを強く絞る。これにより、連続再生式ＤＰＦ８内が保温されるとともにエンジンに作用する負荷が増大するので、酸化触媒８２の活性化やＤＰＦ８１の再生が促進される。ただし、排気絞り弁９の閉鎖を併用する強制再生は、交差点等において車両の停車中でエンジンがアイドル状態となったときに行われる。車両が再び走行するときは、排気絞り弁９は全開まで戻される。場合によっては、運転者が車両を意図的に停車させ、排気絞り弁９を併用する強制再生を実施してもよい。
【００１７】
ところで、排気管に設置した排気絞り弁を開くときに、緩慢な作動により弁の開放を行うことは公知である。例えば特開２０００−３３７１７３号公報には、ディーゼルエンジンの暖気促進のため排気系に排気絞り弁を設け、これを操作する流体圧アクチュエータの作動流体の通路にオリフィスを設置することにより、排気絞り弁を閉位置から開放する際に、開動作を緩慢なものとしてエンジンのトルクの急激な変化を回避する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３４３２８７号公報
【特許文献２】特開２０００−３３７１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前述のように、連続再生式ＤＰＦに捕集されたＰＭを酸化・除去するには、ポスト噴射等による排気ガスの高温化と排気絞り弁とを併用するのが効果的である。ただし、排気管に排気絞り弁を設けて、ＤＰＦの強制再生時にこれの開度を小さくすると、ディーゼルエンジンの排気抵抗が非常に増大し運転に多大な影響を及ぼすことになる。したがって、排気絞り弁を併用する強制再生は、車両の停車時であって、ディーゼルエンジンがアイドル状態で運転されているときに行うことが望ましい。そして、車両の運行中でも交差点等で一時停止することはしばしば生じるので、ＤＰＦの強制再生中に車両が一時停止をしたときは、排気絞り弁を併用することが考えられる。
【００１９】
一時停車した車両を再び走行させるには、ディーゼルエンジンを通常運転に戻すため排気絞り弁を全開に復帰させなければならない。排気絞り弁を全開まで復帰させるのは、車両を意図的に停車して排気絞り弁を閉じた強制再生を行わせた後も同様である。ところが、連続再生式ＤＰＦの下流に設置された排気絞り弁では、これを急速に全開まで戻したときには、耳障りな大きな騒音が発生することが判明した。
【００２０】
排気絞り弁を閉鎖してポスト噴射等の強制再生を行うと排気管の上流側に高圧の排気ガスが滞留する。上記の騒音は、排気絞り弁の開放に伴って、滞留した排気ガスが瞬時に大気圧付近まで圧力降下を起こして下流の排気管に流れ込み、その際に発生する衝撃的な圧力波に起因するものである。そして、連続再生式ＤＰＦ等の排気ガス後処理装置は、排気管に比べると断面積が大きく、ここには大容量の排気ガスが貯留されることとなるので、開放時の騒音は一層激しいものとなる。本出願人は、こうした騒音を防止するには、排気絞り弁を徐々に開放する排気速度緩和手段が有効であることを見出し、排気絞り弁を操作する流体圧アクチュエータの作動流体の通路にオリフィスを設置して、排気絞り弁の開放速度を低下させる装置を案出している。
【００２１】
排気絞り弁の開放速度を低下させることは騒音低減には有効であるが、他面では、開放に遅れが生じ、例えば一時停止後の発進に無駄な時間を要する問題がある。ことに、排気絞り弁の開閉に要する作動流体の移動量が多くなると遅れが激しくなる。
【００２２】
排気絞り弁の開度を小として排気ガスの流れを絞ると、高圧の排気ガスにより排気絞り弁には弁開放方向の強い力が作用する。この力に対抗するため、流体圧アクチュエータに導入する作動流体の量及び圧力は、いわば過大のものとなっているので、排気絞り弁の開放の際には多量の作動流体の出入が必要となる。本発明は、ディーゼルエンジンに設置した排気絞り弁の弁開放時における騒音を低減させながら、しかも、多量の作動流体が移動する排気絞り弁の全開復帰をなるべく短時間で行わせ、エンジンを早期に通常運転に戻すことを課題とする。なお、こうした課題は、ディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置であるＤＰＦを再生する目的で設けられる排気絞り弁だけに限られるものではない。本発明は、エンジンの排気系に設置された排気絞り弁一般に適用できるものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の課題に鑑み、本発明は、エンジンの排気系に設置した排気絞り弁を閉鎖位置に保持した後、これを全開まで復帰させる際の騒音を低減しながら早期に復帰させること目的とし、排気絞り弁を操作する流体圧アクチュエータに作動流体を供給する通路に、オリフィスと容積室とを設けるものである。すなわち、本発明は、
「エンジン排気系に、流体圧アクチュエータによって操作される排気絞り弁が設置され、特定の運転状態では前記排気絞り弁の開度を小とするエンジンにおいて、
前記流体圧アクチュエータと連通する作動流体の通路には、オリフィスと容積室とが設けられ、前記排気絞り弁の開度を大とするときは、前記オリフィスと容積室とが設けられた通路を介して作動流体が流れる」
ことを特徴とするエンジンとなっている。
【００２４】
本発明は、請求項２に記載のように、排気系に、排気ガス中の粒子状物質を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタと、その上流側に設置された触媒とを有する連続再生式ＤＰＦを備えており、前記排気絞り弁が前記連続再生式ＤＰＦの下流側に設置されるディーゼルエンジンにおいて、その排気絞り弁の操作装置として使用することができる。
【００２５】
本発明の排気絞り弁の操作装置を請求項２のディーゼルエンジンに適用したときは、請求項３に記載のように、前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタに堆積した粒子状物質が所定量に達した場合に、これの再生を行うため、車両が停車し、かつ、前記ディーゼルエンジンがアイドル状態となったときに、前記排気絞り弁の開度が小となるよう前記流体圧アクチュエータによって操作されることが好ましい。
【００２６】
また、請求項３に記載した前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生においては、請求項４のように、前記ディーゼルエンジンの膨張行程又は排気行程に、燃料噴射ノズルから添加燃料を噴射し、再生を促進することが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、基本的には、エンジンの排気系に設けた流体圧アクチュエータで操作する排気絞り弁、例えば、ＤＰＦの強制再生のため設けられる排気絞り弁、を全開に戻す際、流体圧アクチュエータの作動流体の通路にオリフィスを設置して、排気絞り弁の開放速度を低下させる装置に適用され、排気絞り弁の全開復帰をなるべく短時間で行わせ、エンジンを早期に通常運転に戻すために有効なものである。つまり、本発明では、流体圧アクチュエータの作動流体の通路にオリフィスとともに容積室を設置し、排気絞り弁の開放時には、まずこの容積室に作動流体を流入させ、その後、オリフィスの作用で排気絞り弁の開放速度を低下させるようにする。
【００２８】
バタフライバルブ等の排気絞り弁を用いて排気ガスの流れを絞ると、エンジンの高圧の排気ガスにより排気絞り弁には弁開放方向の強い力が作用する。この力に対抗して排気ガス絞り弁を弁開度の小さい絞り位置に保つため、流体圧アクチュエータに導入される作動流体の量及び圧力は、弁絞り位置の保持分だけいわば過大のものとなっている。弁開放時には、流体圧アクチュエータから作動流体が排出されるが、排気絞り弁は、この過大な部分の一定量の作動流体が排出するまでは実質的には絞り位置に止まったままである。オリフィスのみが作動流体の通路に設置されていると、過大な部分の一定量の作動流体もその絞り作用で排出の遅れが生じることとなって、その時間は、排気絞り弁の開放速度の低下には寄与しない無駄な時間となる。これに対して本発明では、排気絞り弁の開放にあたって初期に排出されるその一定量の作動流体は、作動流体の通路に設けた容積室に吸収され実質上絞りを受けないので、この無駄な時間がなくなり、その分早期に排気絞り弁を全開としてエンジンを通常運転に戻すことができる。
【００２９】
本発明の排気絞り弁の操作装置は、請求項２に記載のように、ディーゼルエンジンの排気系に、排気ガス中の粒子状物質を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタと、上流側に設置された触媒とを有する排気ガス後処理装置、つまり連続再生式ＤＰＦを備えており、その下流に排気絞り弁が設置されるものに対し適用することが可能である。連続再生式ＤＰＦの下流に設置された排気絞り弁では、これを急速に全開まで戻したときには、耳障りな大きな騒音が発生するので、排気絞り弁の開放速度を低下させることが望ましいが、流体圧アクチュエータから排出される作動流体をオリフィスにより絞ると、排気絞り弁の開放速度の低下には寄与しない無駄な時間が生じ、応答の遅れが伴う。しかし、本発明を適用した場合には、騒音を低下すると同時に応答性の良い排気絞り弁の開放を実現することができる。
【００３０】
ちなみに、排気管に設置した排気絞り弁を開放する際に開弁速度を緩慢なものとすることは、特許文献２に示されている。しかしながら、これに記載された排気絞り弁は排気系の比較的上流に位置していて、排気絞り弁の上流側には連続再生式ＤＰＦ等の容積の大きな装置は配備されていない。また、開弁速度を緩慢とする目的はエンジントルクの急激な変化を防ぐことにあり、排気絞り弁の開放時に発生する騒音については全く記載がない。
【００３１】
請求項２のディーゼルエンジンに本発明の排気絞り弁の操作装置を適用したときは、請求項３に記載のように、ＤＰＦに堆積した粒子状物質が所定量に達した場合に、これの再生を行うため排気絞り弁の開度を小とする。そして、ＤＰＦの再生は、車両が停車し、かつ、ディーゼルエンジンがアイドル状態となることを条件として実施される。この条件のもとでは、排気ガスの絞りによる車両の運転への影響を回避することができるが、一時停車の後の発進等では、エンジンを迅速に通常運転とする必要があり、早期に排気絞り弁を全開としなければならない。本発明は、こうした要請に応えるものであり、本発明を適用することにより、騒音を低下すると同時に応答性の良い発進が可能となって、ドライバビリティ（運転性）の改善を図ることができる。
【００３２】
また、請求項４のように、ＤＰＦの再生時に、ディーゼルエンジンの膨張行程又は排気行程おいて燃料噴射ノズルから添加燃料を噴射したときは、その燃料が排気管あるいは触媒で酸化・燃焼して排気ガスの温度が上昇し、ＤＰＦの再生が促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面に基づいて、本発明の排気絞り弁の操作装置を、ディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置に適用した実施例について説明する。図１は、本発明にかかるディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置の概略図であり、従来例（図６）の部品、装置に対応するものには、同一の番号が付してある。図２には、本発明に基づく排気絞り弁及びその操作装置を概略的に示している。
【００３４】
本発明のディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置を構成する基本的な機器及びその作動は、図６に示す従来の装置と格別異なるものではない。すなわち、ディーゼルエンジン本体１のシリンダ内では、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料が、吸気管３から供給された空気と混合して燃焼し、燃焼した後の排気ガスは排気管５へと排出される。ちなみに、ディーゼルエンジンは、燃料貯蔵管（コモンレール）から電磁弁制御の燃料噴射ノズルによってエンジンの各シリンダに燃料を噴射する、いわゆるコモンレール式燃料噴射装置を備え、非常に高圧の燃料を、噴射量、噴射時期等を精密に制御しながら噴射することが可能なものとなっている。
【００３５】
排気管５には、ＤＰＦ８１とその上流の酸化触媒８２とを有する連続再生式ＤＰＦ８が設置されている。ＤＰＦ８１は、コーディエライト等から成る多孔質のセラミック体に多数の通路が平行に形成され、通路の入口と出口が交互に閉鎖された、いわゆるウォールフロー型と呼ばれるハニカムフィルタであって、排気ガスが通路間の壁面を通過する際にそれに含まれるＰＭを捕集する。
【００３６】
また、酸化触媒８２は、例えばハニカム状のコーディエライトから成る担体の表面に、活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に白金、パラジウム又はロジウム等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させたものが使用される。この酸化触媒８２は、排気ガス中の未燃焼成分であるＨＣとＣＯを酸化してＨ２ＯとＣＯ２を生成させ、あるいはＮＯを酸化してＮＯ２を生成させる。酸化触媒８２のこうした反応過程では熱が発生し排気ガスの温度が上昇するため、ＤＰＦ８１に捕集されたＰＭが酸化・除去され、通常は、ＤＰＦ８１は連続的に再生されることとなる。なお、ＤＰＦ８１又は酸化触媒８２としてその他の慣用されている装置を使用することは当然可能であり、例えば、ＤＰＦ８１としては、その通路の表面に上記の酸化触媒と同様な触媒などをコーティングしたＤＰＦを用いることもできる。
【００３７】
連続再生式ＤＰＦ８の下流には、排気絞り弁９が設置されている。排気絞り弁９は、図２に示すように、慣用されているバタフライバルブであって、ダイヤフラム式の流体圧アクチュエータ９２により操作される。流体圧アクチュエータ９２には、大型ディーゼルエンジンには補機として搭載されるコンプレッサの圧縮空気を貯蔵するエアタンク等の圧力源９３から、通路９７を介し圧縮空気が作動流体として導かれる。ディーゼルエンジンの通常運転中は、３方電磁弁９１により流体圧アクチュエータ９２には大気圧が導かれ、排気絞り弁９を全開に保持してディーゼルエンジンの排気抵抗の増大を防止している。また、図６の従来例と同様に、連続再生式ＤＰＦ８には、ＤＰＦ８１の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ８３、酸化触媒８１の入口側と出口側の排気ガス温度をそれぞれ検出する入口温センサ８４及び出口温センサ８５が設置されており、これらセンサの検出信号は、エンジン制御装置１０（ＥＣＵ）に入力される。
【００３８】
この実施例では流体圧アクチュエータ９２として圧縮空気を作動源とするダイヤフラム式アクチュエータを用いているが、その他の流体圧式のアクチュエータを用いることは当然可能である。例えば、コンプレッサの代わりに真空ポンプを備える比較的小型のディーゼルエンジンでは、作動流体として負圧を供給する流体圧アクチュエータを採用することが好ましい。
【００３９】
本発明では、流体圧アクチュエータ９２の作動流体を制御する３方電磁弁９１と大気とを連結する通路９６に、オリフィス９４及び容積室９５を設置したことを特徴とする。ここでは、その作用を述べる前に、まず前提となる本発明の排気ガス後処理装置の構成と作動について説明を加える。
【００４０】
前述したように、ディーゼルエンジン１が長時間低負荷で運転された場合は、排気ガスの温度が低下して酸化触媒８２の活性が下がり、ＤＰＦ８１に捕集されたＰＭの堆積量が増大するため、噴射燃料の増加あるいはポスト噴射等の手段によりＤＰＦ８１の強制再生を行う必要がある。このような強制再生は、主に車両の走行中にいわば自動的に実施するよう設定され、また、車両の一時停車によりエンジンがアイドル運転となったときは、排気絞り弁９を絞り位置として強制再生が行われるよう設定されている。しかし、車両の運転状況によっては、ＤＰＦの堆積量が多量となって、意図的に車両を停車させ排気絞り弁９を併用する強制再生が必要となることがある。本発明の排気ガス後処理装置では、意図的に車両を停車させる強制再生を実行するために、運転者が操作するマニュアル再生スイッチ１１を設け、さらに、この強制再生の必要性を運転者に知らせるパイロットランプ１２及びウォーニングランプ１３を設置している。
【００４１】
排気ガスの温度の低下に起因してＤＰＦ８１に捕集されたＰＭの堆積量が増大すると、ＤＰＦ８１の上流側圧力と下流側圧力との差圧が増加する。本発明では、酸化触媒８２との入口温センサ８４と出口温センサ８５により検出された温度が所定値以下となり、差圧センサ８３によって検出した差圧が第１所定値を超えたときは、パイロットランプ１２を点滅させ、絞り弁９を併用する強制再生のため、車両を停車させてマニュアル再生スイッチ１１を押すよう運転者に促す。
【００４２】
パイロットランプ１２の点滅に応じて運転者がマニュアル再生スイッチ１１を押すと、排気ガス後処理装置の制御装置は強制再生の待機状態となる。このとき、運転者が車両を停止してアクセルペダルを戻し、ディーゼルエンジン１をアイドル運転状態としていると、絞り弁９を併用するＤＰＦ８１の強制再生が開始される。この制御を行うため、ＥＣＵ１０に入力されるアクセルペダルポジションセンサ１４の検出信号及びエンジン回転数センサ１５からの回転数信号が利用される。
【００４３】
この強制再生においては、３方電磁弁９１を切り換えて圧力源９３から流体圧アクチュエータ９２に圧縮空気を導入し、排気絞り弁９の開度を小さくして排気管５を強く絞るとともに、ディーゼルエンジンをアイドル状態に維持するようアイドル回転数を目標値とするフィードバック制御が実行される。ここでは、回転数の目標値がアイドル回転数であったとしても、排気管５の絞りによりディーゼルエンジンに作用する負荷が増大しているので、通常のアイドル状態よりも多くの燃料が噴射され、その結果、排気ガスの温度が高まる。また、排気ガスの温度をさらに上昇させるため、この実施例では、マルチ噴射とポスト噴射の両方の手段を使用する。すなわち、まずマルチ噴射への移行によって、圧縮行程終期から膨張行程で噴射する燃料の噴射時期を実質的に遅延させて排気ガスの温度を上昇させる。マルチ噴射により、酸化触媒８２の入口温センサ８４の温度が一定値以上に上昇した後に、ディーゼルエンジン１の膨張行程終期又は排気行程においてポスト噴射を実施する。このように予め排気ガスの温度を高めると、ポスト噴射で添加された燃料の、酸化触媒８２における良好な酸化反応が確保され、ＤＰＦ８１の再生が円滑に行われる。ポスト噴射の噴射量を多段階に分け、酸化触媒８２の温度上昇に応じて噴射量を増やすなど、より精密な調整をすることもできる。
【００４４】
パイロットランプ１２の点滅にもかかわらず、何らかの都合で運転者がマニュアル再生スイッチ１１を操作せず、あるいは強制再生を実行しないと、ＤＰＦ８１にはＰＭの堆積が続き差圧センサ８３によって検出した差圧がさらに増加する。ＰＭの堆積量の増大に伴い差圧が第2所定値に達したときは、パイロットランプ１２の点滅の周期を短くし速い点滅として、運転者に早期の強制再生を促すようにする。これによっても運転者が車両を停車させた強制再生を実施せず、ＰＭの堆積が継続して差圧が第3所定値に達した場合には、ウォーニングランプ13を点灯させる。ウォーニングランプ13によって運転者に警告を与えるのは、この状態ではＤＰＦ８１には大量のＰＭが堆積しており、強制再生を行うとＰＭの酸化燃焼で発生する熱量が過大となって、ＤＰＦ８１等が損傷する恐れがあるためである。ウォーニングランプ13が点灯したときは、運転者は車両を整備工場等に搬入し、ここでは、いわゆる逆洗や長時間を掛けた燃焼等の方法により、堆積したＰＭを除去することとなる。このように、本発明の排気後処理装置は、ＰＭの堆積量に応じて３段階の警報手段を設け、運転者にきめ細かな強制再生の指示を与えるものとなっている。
【００４５】
ここで、本発明の特徴であるオリフィス９４及び容積室９５の作用について述べる。車両の一時停止に伴い排気絞り弁の開度を小さくし絞り位置に保持した強制再生を実施した場合は、車両の再走行時には、排気絞り弁９を全開とする必要がある。排気絞り弁を全開に戻すのは、上記の意図的な停車による強制再生でも同様であるけれども、車両の運行中の交差点等での一時停止では、排気絞り弁９を短時間で全開に復帰させ、早期にエンジンを通常運転に戻して車両を発進させなければならない。
【００４６】
前述したように、排気絞り弁９を急速に開放したときは、上流の容積の大きい連続再生式ＤＰＦ８内の高圧の排気ガスが瞬時に開放され、大きな騒音が発生する。この騒音は、図３に示すとおり、排気絞り弁９の開放速度が速いほど大きい。排気絞り弁９の開放時には、３方電磁弁９１を切り換えて流体圧アクチュエータ９２の作動流体である圧縮空気を大気に放出することとなるが、本発明では、通路９６に置かれたオリフィス９４の作用により、このときの流体圧アクチュエータ９２の速度は低速度となる。したがって、排気絞り弁９は徐々にその開度を大とすることとなり、その上流の連続再生式ＤＰＦ８に貯留されていた高圧の排気ガスが急激に圧力降下を起こすことは回避される結果、発生する騒音は大幅に低減することとなる。
【００４７】
ところで、排気絞り弁９を絞り位置としてエンジンを運転するときは、排気絞り弁９をその位置に保持するため、通路９７から導入される作動流体により流体圧アクチュエータ９２にはいわば過大な圧力をかける必要がある。つまり、このときの流体圧アクチュエータ９２内の圧力は、その作動流体圧力とストロークとの関係を表す図４において、Ａ点で示す圧力であって、これにより、排気絞り弁９を絞り位置に対応するストッパ等に押し付け、これに作用する開弁方向の力に対向させる。そのため、排気絞り弁９の開放時に３方電磁弁９１を切り換えて流体圧アクチュエータ９２内の作動流体を排出しても、圧力がＢ点に下がるまでは、排気絞り弁９の開度は変わらず、この間では、連続再生式ＤＰＦ８内の高圧の排気ガスは圧力降下を生じない。言い換えると、この時間においてオリフィスを作用させるのは、騒音低減には関係なく無駄に開放時間を遅らせることになる。
【００４８】
この発明では、作動流体を大気に排出する通路９６に、オリフィス９４とともに容積室９５が置かれている。したがって、排気絞り弁９の開放時に流体圧アクチュエータ９２から排出される作動流体は、その初期の一定量がまず容積室９５に吸収される。容積室９５はオリフィス９４の前方に置かれているので、この一定量の作動流体は絞り作用を受けることはなく、急速に容積室９５に移動し、流体圧アクチュエータ９２内の圧力は、殆ど遅れを伴わずに図４のＡ点からＢ点まで降下する。その後はオリフィス９４の絞り作用により徐々に圧力が降下して、排気絞り弁９の開放速度を緩慢なものとし、騒音の発生を防止する。最終的には、流体圧アクチュエータ９２の圧力は大気圧となり、排気絞り弁９は全開位置に復帰する。
【００４９】
なお、流体圧アクチュエータ９２として負圧を作動流体とするアクチュエータを用いたときは、排気絞り弁９を開放するには、通路９６から大気圧を流体圧アクチュエータ９２に導入することとなる。この場合でも、容積室９５には大気が貯留されているので、まずこの大気がオリフィス９４の絞り作用を受けることなく流体圧アクチュエータ９２に引き込まれ、過大な負圧を瞬時に減殺して開放時間の無駄な遅れを防止する。つまり、流体圧アクチュエータ９２として負圧アクチュエータを用いるときも、この実施例と同様な構成により、排気絞り弁９の無駄な作動遅れを回避することが可能である。
【００５０】
図５には、容積室９５を設けた本発明の操作装置の経時的な作動を、オリフィスのみを有する操作装置と比較して示す。排気絞り弁９の開放のため３方電磁弁９１に切り換え信号が入力され、流体圧アクチュエータ９２と大気への通路９６とが連通すると、本発明の操作装置では、流体圧アクチュエータ９２内の作動流体が容積室９５に吸収される結果、その圧力は、図５の実線で示されるとおり、Ａ点からＢ点へ急速に低下する。その後、オリフィス９４の絞り効果により、流体圧アクチュエータ９２内の圧力は大気圧まで緩やかに低下する。これに対し、オリフィスのみを有するものでは、流体圧アクチュエータ９２から排出される作動流体が始めからオリフィスの絞り作用を受け、破線に示されるとおり、圧力降下が大幅に遅延する。
【００５１】
流体圧アクチュエータ９２内の圧力降下のこうした相違により、本発明の操作装置では、排気絞り弁９の開放時の騒音を低減し、かつ、全開までに図５のＣで示す所要時間の短縮が得られる。したがって、車両の一時停止後に、排気絞り弁９を短時間で全開に復帰させ、早期にエンジンを通常運転に戻して車両を発進させることができ、ドライバビリティが改善されることとなる。
【００５２】
以上詳述したとおり、本発明は、エンジンの排気系に設置した排気絞り弁を閉鎖位置に保持した後、これを全開まで復帰させる際の騒音を低減しながら早期に復帰させること目的とし、排気絞り弁を操作する流体圧アクチュエータに作動流体を供給する通路に、オリフィスと容積室とを設けるものである。エンジンの排気系に設置される排気絞り弁は、実施例として説明した、ディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置であるＤＰＦを再生する目的で設けられる排気絞り弁だけではない。例えば、特許文献２には、エンジンの暖機促進のために設けた排気絞り弁を、緩慢な速度で開放する技術が記載されている。また、いわゆる排気ブレーキとして排気絞り弁を用いることも慣用の技術である。本発明の目的、構成からして、本発明がこのような排気絞り弁の操作装置に適用可能であるのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の排気絞り弁の操作装置を用いたディーゼルエンジンの概略図である。
【図２】本発明に基づく排気絞り弁及び操作装置の概略図である。
【図３】排気絞り弁開放速度と騒音レベルとの関係を示すグラフである。
【図４】流体圧アクチュエータの作動圧とストロークとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の排気絞り弁の操作装置の作動を示す図である。
【図６】排気絞り弁を用いた従来のディーゼルエンジンの概略図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  ディーゼルエンジン本体
４  噴射ノズル
５  排気管
８  連続再生式ＤＰＦ
８１  ＤＰＦ
８２  酸化触媒
８３  差圧センサ
９  排気絞り弁
９１  ３方電磁弁
９２  流体圧アクチュエータ
９４  オリフィス
９５  容積室
１０  エンジン制御装置（ＥＣＵ）
１１  マニュアル再生スイッチ
１２  パイロットランプ
１３  ウォーニングランプ
【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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