(57)【要約】【課題】より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながらパティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持するディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジンの吸気工程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングと、冷却後の排気を吸気側に再循環する際の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブ４４と、エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞り２４と、エンジンの排気の流量を調節する排気絞り２６と、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力してマップを参照して外部ＥＧＲバルブ４４、吸気絞り２４及び排気絞り２６を制御する情報を出力する制御手段２０とを備えた。【選択図】    図１
2007002668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、
冷却後の排気を吸気側に再循環する際の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、
エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、
エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、
アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
エンジンの排気行程にて排気バルブを開けて筒内の排気ガスを排出せしめる通常使用される第１の排気バルブタイミングを設けた第１排気カムと、
第１の排気バルブタイミングに対してエンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す第２の排気バルブタイミングを加えた第２排気カムと、
前記第１排気カムと第２排気カムとを切り替える排気バルブタイミング切替手段と、
冷却後の排気を吸気側に再循環する際の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、
エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、
エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて排気バルブタイミング切替手段、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、
アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記排気バルブタイミング切替手段、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させる酸化触媒を排気経路に備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項３のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
排気中に含まれるパティキュレート・マターを捕集して処理するディーゼル・パティキュレート・フィルタを排気経路に備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
請求項４のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ディーゼル・パティキュレート・フィルタに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、
前記制御手段は、前記排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、及び排気絞りを制御する情報を出力することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
冷却後の排気を吸気側に再循環する際の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、
エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、
エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、
ディーゼルエンジンの排気に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させるとともに、パティキュレート・マターを捕集して処理する２種類の連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタであって、ディーゼルエンジンの高負荷時及び高速時に排出される多量の排気を処理するメイン連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタと、ディーゼルエンジンの中低速低負荷時又は中負荷時に排出される少量の排気を処理するマイクロ連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタとに排気の流路を切り替える切替弁と、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、排気絞り及び切替弁を制御する情報をマップとして記録する記録手段と、
アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、排気絞り及び切替弁を制御する情報を出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
請求項６のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、双方のディーゼル・パティキュレート・フィルタに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、
前記制御手段は、前記排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、排気絞り及び切替弁を制御する情報を出力することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサを備え、
前記制御手段は、前記吸気温度センサから入力した吸気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、又は排気絞りを制御する情報を出力することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備え、ＮＯｘの排出量を低減しつつ排気の温度を所定の温度範囲に制御するディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いられ、
ディーゼルエンジンの出力を制御するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサからアクセルペダルの踏み込み量を入力し、ディーゼルエンジンの回転数を検出する回転センサからエンジンの回転数を入力し、
低温の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブ、エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞り、及びエンジンの排気の流量を調節する排気絞りを制御する情報を出力する制御手段であって、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段を備え、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力することを特徴とする制御手段。
【請求項１０】
ディーゼルエンジンの排気をＥＧＲ機構を用いて燃焼前のシリンダ内に戻すことによって、ＮＯｘの排出量を低減しつつ排気の温度を所定の温度範囲に制御する排気を浄化するディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いられ、
ディーゼルエンジンの出力を制御するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサからアクセルペダルの踏み込み量を入力し、ディーゼルエンジンの回転数を検出する回転センサからエンジンの回転数を入力し、
エンジンの排気行程にて排気バルブを開けて筒内の排気ガスを排出せしめる通常使用される第１の排気バルブタイミングを設けた第１排気カムと第１の排気バルブタイミングに対してエンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す第２の排気バルブタイミングを加えた第２排気カムとを切り替える排気バルブタイミング切替手段、低温の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブ、エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞り、及びエンジンの排気の流量を調節する排気絞りを制御する情報を出力する制御手段であって、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて排気バルブタイミング切替手段、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段を備え、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記排気バルブタイミング切替手段、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力することを特徴とする制御手段。
【請求項１１】
請求項１０の制御手段において、前記記録手段が記録するマップは、エンジン負荷が低負荷側且つエンジン回転数が低回転側で、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す第２排気カムに切り替える制御をバルブタイミング切替手段に対して行なう領域を備えていることを特徴とする制御手段。
【請求項１２】
エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備え、ＮＯｘの排出量を低減しつつ排気の温度を所定の温度範囲に制御するディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いられ、
ディーゼルエンジンの出力を制御するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサからアクセルペダルの踏み込み量を入力し、ディーゼルエンジンの回転数を検出する回転センサからエンジンの回転数を入力し、
ディーゼルエンジンの排気に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させるとともに、パティキュレート・マターを捕集して処理する２種類の連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタであって、ディーゼルエンジンの高負荷時及び高速時に排出される多量の排気を処理するメイン連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタと、ディーゼルエンジンの中低速低負荷時又は中負荷時に排出される少量の排気を処理するマイクロ連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタとに排気の流路を切り替える切替弁を制御する情報を出力し、排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブ、エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞り、及びエンジンの排気の流量を調節する排気絞りを制御する情報を出力する制御手段であって、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて切替弁、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段を備え、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記切替弁、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力することを特徴とする制御手段。
【請求項１３】
請求項１２の制御手段において、前記記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気をマイクロ連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタに切り替える制御を行なう領域を備えていることを特徴とする制御手段。
【請求項１４】
請求項９乃至１３の制御手段において、前記記録手段が記録するマップは、エンジン負荷が中負荷若しくは高負荷の運転状態且つエンジン回転数が中域の運転状態において低温の排気の再循環量を増やすために外部ＥＧＲバルブを開く制御を行なう領域を備えていることを特徴とする制御手段。
【請求項１５】
請求項９乃至１３の制御手段において、前記記録手段が記録するマップは、エンジンの回転数の減少及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気を絞る制御を行なう領域を備えていることを特徴とする制御手段。
【請求項１６】
エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、
エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、
エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、
排気中に含まれるパティキュレート・マターを捕集して処理するディーゼル・パティキュレート・フィルタと、
排気エネルギーを用いて吸気を加圧するターボ過給機と、
前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタの後段から前記ターボ過給機の前段に排気を戻すＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管の経路に設けられるとともに排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、
アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１７】
エンジンの排気行程にて排気バルブを開けて筒内の排気ガスを排出せしめる通常使用される第１の排気バルブタイミングを設けた第１排気カムと、
第１の排気バルブタイミングに対してエンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す第２の排気バルブタイミングを加えた第２排気カムと、
前記第１排気カムと第２排気カムとを切り替える排気バルブタイミング切替手段と、
エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、
エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、
排気中に含まれるパティキュレート・マターを捕集して処理するディーゼル・パティキュレート・フィルタと、
排気エネルギーを用いて吸気を加圧するターボ過給機と、
前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタの後段から前記ターボ過給機の前段に排気を戻すＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管の経路に設けられるとともに排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて排気バルブタイミング切替手段、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、
アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記排気バルブタイミング切替手段、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１８】
エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、
エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、
エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、
ディーゼルエンジンの排気に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させるとともに、パティキュレート・マターを捕集して処理する２種類の連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタであって、ディーゼルエンジンの高負荷時及び高速時に排出される多量の排気を処理するメイン連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタと、ディーゼルエンジンの中低速低負荷時又は中負荷時に排出される少量の排気を処理するマイクロ連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタとに排気の流路を切り替える切替弁と、
排気エネルギーを用いて吸気を加圧するターボ過給機と、
前記メイン連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタの後段から前記ターボ過給機の前段に排気を戻すＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管の経路に設けられるとともに排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、
アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、排気絞り及び切替弁を制御する情報をマップとして記録する記録手段と、
アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、排気絞り及び切替弁を制御する情報を出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記ＥＧＲ配管の経路には、排気を冷却するＥＧＲクーラが設けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２０】
請求項１６乃至１９のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記吸気絞りは、吸気経路とＥＧＲ配管が合流する位置よりも前段に設けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２１】
請求項１６乃至１９のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記吸気絞りは、前記ターボ過給機のコンプレッサよりも後段に設けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２２】
請求項１６乃至１９のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記吸気絞りは、吸気経路とＥＧＲ配管が合流する位置の前段と、ターボ過給機のコンプレッサの後段とに設けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置に係り、特にカーボンを主成分とするパティキュレートの排出と窒素酸化物の排出を低減するディーゼルエンジンの排気浄化装置並びに制御手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、シリンダにコンプレッサハウジング１１ａを介してエアを供給する吸気通路１５が吸気ポート１４に接続され、シリンダ内の排ガスをタービンハウジング１１ｂを介して大気に排出する排気通路１７が排気ポート１６に接続されているターボ過給機付エンジンの排ガス再循環装置が示されている。またこの発明では、排気通路及び吸気通路を接続するＥＧＲ通路２１ａに吸気通路に還流される排ガスの流量を調整可能なＥＧＲバルブ２１ｂが設けられ、上記ＥＧＲ通路及びＥＧＲバルブにより外部ＥＧＲ装置２１が構成されている。またエンジン１２にはシリンダの吸気行程時に排気弁を開いて排気通路からシリンダに排ガスを導入する内部ＥＧＲ装置が設けられる。そして、回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力に基づいてコントローラ４６がＥＧＲバルブを制御する旨の記載がある（特許文献１参照。)。
【０００３】
特許文献２には、吸気弁の弁リフト特性の切換時、該切換作動遅れ時間ＴＤ２ (ＴＤ４) とＥＧＲ弁の作動遅れ時間ＴＤ３ (ＴＤ５）との差分ＴＤ１だけＥＧＲ弁の作動開始を遅らせ、かつ、ＥＧＲ弁の開度を徐々に変化させて、変化する外部ＥＧＲ量と弁リフト特性切換により変化する内部ＥＧＲ量との合計値が略一定に保持されるようにした内燃機関のＥＧＲ制御装置が示されている（特許文献２参照。)。
【０００４】
特許文献３には、単一の気筒Ｐ１に設けられたプライマリおよびセカンダリ吸気ポートＰ２，Ｐ３と、セカンダリ吸気ポートＰ３に設けられた筒内流動強化用のシャッタ弁Ｐ４と、吸気過給用過給機Ｐ５と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段Ｐ６の出力に基づいて低負荷側ではエンジンに供給される空燃比がリーンとなるように制御する空燃比制御手段Ｐ７と、低負荷側ではシャッタ弁Ｐ４を閉成し、高負荷側では開成する第１の制御手段Ｐ８とを備え、シャッタ弁Ｐ４閉領域では高温のＥＧＲガスを還流するホットＥＧＲ手段Ｐ９と、シャッタ弁Ｐ４開領域では低温のＥＧＲガスを還流するコールドＥＧＲ手段Ｐ１０とを備える過給機付エンジンの排気還流装置が示されている（特許文献３参照。)。
【０００５】
特許文献４には、排気通路16に配置されるタービン6bと吸気通路３に配置されるコンプレッサ6aとを有する過給機６と、タービン6b下流の排気通路16と吸気通路３とを接続して排気ガスの一部を内燃機関の吸気系に再循環せしめる排気再循環装置23,24,25とを備え、コンプレッサ上流側の吸気通路３に、前記排気ガスの一部を再循環せしめるための導入口23a と、吸気通路３を開閉自在とするスロットル弁20とを順に配置した内燃機関の排気浄化装置であって、スロットル弁20が全閉動作した時、コンプレッサ6aに対し所定流量の吸気を流して負荷を与えるフェイルセーフ手段21をコンプレッサ6a上流側の吸気通路３に設けた過給機付き内燃機関の排気浄化装置が示されている（特許文献４参照。)。
【０００６】
特許文献５には、排気通路に配設された排気タービンと吸気通路に配設された吸気コンプレッサとを有するターボチャージャーと、該排気タービンより上流側の排気通路と該吸気コンプレッサより下流側の吸気通路とを連絡する第１のＥＧＲ通路と、該第１のＥＧＲ通路に配設された第１のＥＧＲバルブと、該排気タービンより下流側の排気通路に配設された酸化触媒およびパティキュレート・フィルタとを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、エンジンの排気温度領域が該酸化触媒の活性温度領域より高温領域となる場合に該第１のＥＧＲバルブを絞る制御を行い、エンジンの排気温度領域が該酸化触媒の活性温度領域よりも低温領域となる場合には該吸気シャッタと該排気シャッタのいずれか一方または双方を絞る制御を行うディーゼルエンジンの排気浄化装置が示されている（特許文献５参照。)。
【０００７】
特許文献６には、過給機６よりも上流側に接続されたＥＧＲ通路１４には、ガスの流れ方向に順に、逆止弁１５、触媒で構成されたフィルタ１６、冷却器１７、コントロ−ルバルブ１８が介設されている過給機付エンジンの排気ガス還流装置が示されている。当該文献では、ＥＧＲガスは、先ずフィルタ１６を通過して固形成分が除去され、その後冷却器１７によって冷された後に吸気通路２（過給機６よりも上流側）に還流されており、フィルタ１６は触媒で構成されているため、フィルタ１６に付着したカ−ボン等は触媒作用によってその燃焼が促進され、フィルタ１６は自浄機能を持つことになる旨の記載がなされている（特許文献６参照。)。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１０７８１０号公報  （第１−２ページ、第１−６図）
【特許文献２】
特開平８−１５８９５４号公報  （第１−２ページ、第１−６図）
【特許文献３】
特開平７−２２４７２６号公報  （第１−２ページ、第１図）
【特許文献４】
特開２００２−１０６３９８号公報  （第１−２ページ、第１−９図）
【特許文献５】
特開２００２−２７６４０５号公報  （第１−３ページ、第１−７図）
【特許文献６】
特開平５−１８７３２９号公報  （第１−２ページ、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載のターボ過給機付エンジンの排ガス再循環装置では、特許文献１の図４及び図６に示されているように、エンジンの高トルク側（高負荷側）において高温の排気をシリンダ内に戻す内部ＥＧＲを用いているために、ＥＧＲを行なわなくても排気温度が高温の領域で内部ＥＧＲを行なうことによって更に排気温度が高温になってしまう。
【００１０】
エンジンの高トルク側において高温の排気をシリンダ内に大量に戻す内部ＥＧＲを用いると、吸入酸素量が減少するのでＰＭ（スモーク）の排出量が大幅に増大するという不具合を生ずる。
【００１１】
また、特許文献１に記載の発明は、ターボ過給機付エンジンの吸排気圧力特性は過給機の性能に依存していることに基づく不具合を解決する発明である。ターボ過給機付エンジンの軽負荷時には、排気温度が低く排気の量も少ないために過給機の性能が悪く、排気圧力（排気タービン入口圧）に対してコンプレッサ出口圧は低い。したがって給気マニホールド圧も低く、排ガスを給気マニホールドを通じて筒内に環流させることは可能である。しかし、高負荷側では、排ガス温度が高く排気の量が多くなり、その結果過給圧が上昇して給気マニホールド内の圧力も高くなるので、排気を給気マニホールドに戻して筒内に環流させることが困難になる場合がある。
【００１２】
過給付きエンジンのＥＧＲにはこのような特性があるために、高負荷側ではＥＧＲが導入しにくくなるという状態になっている。特許文献１に記載の発明は、このような状況を解決するためのものであり、過給機付きエンジンの低負荷から中負荷運転時のみならず中負荷から高負荷運転時の全ての運転領域でシリンダに排気を還流するために排気２段カムを使用している。
【００１３】
したがって特許文献１の発明では、軽負荷領域に於いてＥＧＲ量を多く設定する際に、内部ＥＧＲに加えて外部ＥＧＲを併用することによってしかＥＧＲ量を多くすることができないという欠点がある。
【００１４】
特許文献２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置では、弁リフト特性の切り替え時にＥＧＲ率をなめらかに変化するようにして、トルク変化とＮＯｘの排出量の変化とをともに制御することを目的とするものであり、排気温度及びＮＯｘの排出量を制御することができないという不具合を生じている。
【００１５】
特許文献３に記載されているホットＥＧＲ、並びに特許文献５に記載されている第１のＥＧＲは、排気ポート、排気マニホールド、又は排気管から、吸気ポート、吸気マニホールド内部又は吸気管内に排気を戻す外部ＥＧＲ方式である。この外部ＥＧＲ方式では、高温の排気を低温の吸気マニホールド等に戻してしまうためにＥＧＲの排気が冷却されてしまうという不具合を生じる。
【００１６】
特に特許文献３並びに特許文献５に紹介されているクロスフロー型の燃焼室を持つエンジンの場合には、ＥＧＲの経路が長くなるのでＥＧＲ用の排気が急激に冷却されてしまい、低負荷又は低回転時にＥＧＲの量を増やしても、排気の温度はＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）やＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）が有効に機能する温度に達しないという不具合を生ずる。
【００１７】
また、特許文献３の請求項１２に記載の発明では、ホットＥＧＲとして排気弁オーバーラップにより内部残留ガスを吸気側へ還流する内部ＥＧＲに設定する旨の記載があるが、排気弁のオーバーラップが多い場合には低回転時の新気の量が不安定になり易く低回転時の燃焼が不安定となる傾向にある。
【００１８】
一般に低回転型のエンジンの場合にも、バルブのオーバーラップは存在している。しかし、低回転型のエンジンのバルブオーバーラップでは、筒内に残留する排気の量はそれ程多くなく３〜５％程度である。この残留する排気の量を更に増大するためにオーバーラップを増大すると、新気が十分に吸入できないために、特に低速域かつ高負荷域で多くのＰＭ（パティキュレート・マター）が排出される。
【００１９】
したがって、ＮＯｘについて低減効果を出そうとすると、ＰＭの増大を防止するために燃料噴射量を少なくせざるを得ず、低回転時におけるトルク、出力の低下を招くことになるという不具合が発生する。したがって、低回転時において大トルクを発生する必要があるエンジンには不適切であるという不具合を生じていた。
【００２０】
また特許文献４に記載の過給機付き内燃機関の排気浄化装置では、過給機の過回転を防止することが可能であるが、広範囲の運転領域でＮＯｘの排出を低減しつつＰＭの排出を低減することができないという不具合を生じていた。
【００２１】
特許文献５に記載の発明では、図４（ａ）に示されているとおり、負荷が低くてエンジン回転数が高回転の場合であっても吸気シャッタの開度を１／４〜２／４と絞る制御を行なっている。この負荷領域で吸気を絞る制御を行なうと、エンジン回転数が高回転の時に吸気する空気量が減少するために、排気にＰＭが多く含まれるという不具合や、吸気流量の減少により燃費が悪化するという不具合を生じる。
【００２２】
そこで本発明は上記従来の不具合に鑑みてなされたもので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００２３】
また本発明は、排気温度を所定の温度に維持することにより、酸化触媒が排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを効率よく酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させることが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。また本発明は、酸化触媒に対して、エンジンから排出されるＮＯｘのうち一酸化窒素を効率よく二酸化窒素に変化させることを可能とするとともに、後段のディーゼル・パティキュレート・フィルタにて補足したパティキュレート・マターを２５０℃〜３５０℃程度の比較的低温で連続燃焼させ、排気を浄化することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００２４】
また本発明は、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をパティキュレート・マターの連続再生に十分な温度、又は酸化触媒を有効に機能させるのに十分な温度に制御することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００２５】
また本発明は、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となるとともに、パティキュレート・マターによる配管並びにその経路の詰まりや、筒内のライナー、ピストンリングの磨耗を防ぐことが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することをと目的としている。また本発明は、ターボ過給機のコンプレッサ翼面にパティキュレート・マター等の付着を防止して、コンプレッサ効率の低下やエンジンの性能劣化を防ぐことが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００２６】
また本発明は、燃焼温度の上昇を押さえつつ大量の排気をシリンダ内に再循環させることを可能とし、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００２７】
また本発明は、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、吸気絞りを吸気経路とＥＧＲ配管が合流する位置よりも前段に設け、吸気絞りを絞ることによって外部ＥＧＲによる排気の再循環量を多くして、排気に含まれるＮＯｘの排出量を減少させることが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００２８】
また本発明は、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、内部ＥＧＲによる排気の再循環量を効果的に調節することを可能とするとともに、ターボ過給機コンプレッサのサージ現象を防止して、ターボ過給機の破損を防ぐことが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００２９】
また本発明は、従来のディーゼルエンジンに対してレトロフィットの形で排気浄化装置を後付けすることによって、旧車種であっても厳しくなる排ガス規制に対応することが可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、冷却後の排気を吸気側に再循環する際の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００３１】
本発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンにおいて、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とに応じて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御するようにしたので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となる。
【００３２】
また上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、エンジンの排気行程にて排気バルブを開けて筒内の排気ガスを排出せしめる通常使用される第１の排気バルブタイミングを設けた第１排気カムと、第１の排気バルブタイミングに対してエンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す第２の排気バルブタイミングを加えた第２排気カムと、前記第１排気カムと第２排気カムとを切り替える排気バルブタイミング切替手段と、冷却後の排気を吸気側に再循環する際の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて排気バルブタイミング切替手段、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記排気バルブタイミング切替手段、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００３３】
本発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて実施する内部ＥＧＲ用の排気バルブタイミング又はバルブリフトを切り替える排気バルブタイミング切替手段と外部ＥＧＲバルブと吸気絞りと排気絞りとを、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて制御するようにしたので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となる。
【００３４】
また上記課題を解決するために請求項３に記載の発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させる酸化触媒を排気経路に備えたことを特徴としている。
【００３５】
本発明によれば、排気温度を所定の温度に維持することにより、酸化触媒は排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを効率よく酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させることが可能となる。また酸化触媒は、エンジンから排出されるＮＯｘのうち一酸化窒素を効率よく二酸化窒素に変化させることが可能となるので、後段のディーゼル・パティキュレート・フィルタにて補足したパティキュレート・マターを２５０℃〜３５０℃程度の比較的低温で連続燃焼させ、排気を浄化することが可能となる。
【００３６】
また上記課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ディーゼル・パティキュレート・フィルタに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、制御手段は、排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、及び排気絞りを制御する情報を出力することを特徴としている。
【００３７】
本発明によれば、ディーゼル・パティキュレート・フィルタに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、該排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、及び排気絞りを制御するようにしたので、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をパティキュレート・マターの連続再生に十分な温度、又は酸化触媒を有効に機能させるのに十分な温度に制御することが可能となる。
【００３８】
また上記課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、冷却後の排気を吸気側に再循環する際の排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、ディーゼルエンジンの排気に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させるとともに、パティキュレート・マターを捕集して処理する２種類の連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタであって、ディーゼルエンジンの高負荷時及び高速時に排出される多量の排気を処理するメイン連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタと、ディーゼルエンジンの中低速低負荷時又は中負荷時に排出される少量の排気を処理するマイクロ連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタとに排気の流路を切り替える切替弁と、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、排気絞り及び切替弁を制御する情報をマップとして記録する記録手段と、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、排気絞り及び切替弁を制御する情報を出力する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００３９】
本発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンにおいて、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とに応じて、メイン連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタとマイクロ連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタとに排気の流路を切り替える切替弁と、外部ＥＧＲバルブと、吸気絞りと、排気絞りとを制御するようにしたので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度、又は酸化触媒を有効に機能させるのに十分な温度に制御することが可能となる。
【００４０】
また上記課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサを備え、制御手段は吸気温度センサから入力した吸気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、又は排気絞りを制御する情報を出力することを特徴としている。
【００４１】
本発明によれば、ディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサを備え、吸気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、又は排気絞りを制御する情報を出力するようにしたので、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をパティキュレート・マターの連続再生に十分な温度、又は酸化触媒を有効に機能させるのに十分な温度に制御することが可能となる。
【００４２】
また上記課題を解決するために請求項１６に記載の発明は、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、エンジンの吸気の流量を調節する吸気絞りと、エンジンの排気の流量を調節する排気絞りと、排気中に含まれるパティキュレート・マターを捕集して処理するディーゼル・パティキュレート・フィルタと、排気エネルギーを用いて吸気を加圧するターボ過給機と、前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタの後段から前記ターボ過給機の前段に排気を戻すＥＧＲ配管と、前記ＥＧＲ配管の経路に設けられるとともに排気の再循環量を制御する外部ＥＧＲバルブと、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報をマップとして記録する記録手段と、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して、前記記録手段に記録されているマップを参照し、前記外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御する情報を出力する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００４３】
本発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの後段からターボ過給機の前段に排気を戻すＥＧＲ配管を備え、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とに応じて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御するようにしたので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となるとともに、パティキュレート・マターによる配管並びにその経路の詰まりや、筒内のライナー、ピストンリングの磨耗を防ぐことが可能となる。また、ターボ過給機のコンプレッサ翼面にパティキュレート・マター等の付着を防止して、コンプレッサ効率の低下やエンジンの性能劣化を防ぐことが可能となる。
【００４４】
また上記課題を解決するために請求項１９に記載の発明は、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、外部ＥＧＲ配管の経路に排気を冷却するＥＧＲクーラを設けたことを特徴としている。
【００４５】
本発明によれば、外部ＥＧＲの配管経路に排気を冷却するＥＧＲクーラを設けたので、燃焼温度の上昇を押さえつつ大量の排気をシリンダ内に再循環させることが可能となり、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となる。
【００４６】
また上記課題を解決するために、請求項２０に記載の発明は、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、吸気絞りを吸気経路とＥＧＲ配管が合流する位置よりも前段に設けたことを特徴としている。
【００４７】
本発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、吸気絞りを吸気経路とＥＧＲ配管が合流する位置よりも前段に設けたので、吸気絞りを絞ることによって外部ＥＧＲによる排気の再循環量を多くして、排気に含まれるＮＯｘの排出量を減少させることが可能となる。
【００４８】
また上記課題を解決するために、請求項２１に記載の発明は、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、吸気絞りをターボ過給機のコンプレッサよりも後段に設けたことを特徴としている。
【００４９】
本発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、吸気絞りをターボ過給機のコンプレッサよりも後段に設けたので、内部ＥＧＲによる排気の再循環量を効果的に調節することが可能となる。また、ターボ過給機コンプレッサのサージ現象を防止して、ターボ過給機の破損を防ぐことが可能となる。
【００５０】
また本発明に係るディーゼルエンジンのディーゼルエンジンの排気浄化装置では、従来のディーゼルエンジンに対してレトロフィットの形で排気浄化装置を後付けすることが可能であるので、旧車種であっても、厳しくなる排ガス規制に対応することが可能となる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す図である。
【００５２】
同図に示すように、ディーゼルエンジンの排気浄化システムには、排気を浄化する対象となるディーゼルエンジン１０と、ディーゼルエンジンの各シリンダに新気を導入する吸気マニホールド１２と、各シリンダから排出される燃焼後の排気を通す排気マニホールド１４と、運転手がディーゼルエンジンの出力を制御する情報を入力するためのアクセルペタルの踏み込み量を検出して制御手段２０等に伝達するアクセルポジションセンサ１６と、ディーゼルエンジンのクランクシャフトの回転角などを読み取って制御手段２０に対して回転角信号（エンジンの回転数信号を含む）を出力する回転センサ１８とが設けられている。
【００５３】
なお、アクセルペダルの踏み込み量は、図示しない燃料噴射装置に伝達され、エンジンの出力を制御することが可能となっている。
【００５４】
またディーゼルエンジンの排気浄化システムには、エンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサ２２と、エンジンの吸気を絞ることによってシリンダに吸入される新気の量を調節する吸気絞り２４と、エンジンの排気を絞ることによって排圧を高くしてシリンダに戻す排気のガス量を増やす制御を行なう排気絞り２６とが設けられている。
【００５５】
またディーゼルエンジンの排気浄化装置には、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させる酸化触媒ＤＯＣと、排気中に含まれるＰＭ（パティキュレート・マター）を捕集して処理するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）とを１つの容器に納めたＣＲ−ＤＰＦ４１と、ＣＲ−ＤＰＦ４１に流入する排気の温度を測定する排気温度センサ４２とが設けられている。
【００５６】
連続再生型の排気浄化装置として、上記のように前段のディーゼル用酸化触媒ＤＯＣとＰＭ捕集フィルターとを設けてもよいし、触媒担持型の単独ＰＭ捕集フィルターを用いても本発明の目的を達成することが可能である。
【００５７】
吸気絞り２４には、吸気絞り弁のアクチュエータが備えられており、制御手段２０から出力される制御情報に基づいて吸気絞り弁を任意の開度に設定可能となっている。また吸気絞り２４に、吸気の絞り弁開度を検出するｉＴＰ開度センサを設け、ｉＴＰ開度フィードバック用の開度信号を制御手段２０に出力するようにしてもよい。また同図では、吸気絞り２４を吸気マニホールド１２の集合管路に１つ設けた実施例で説明しているが、本発明は吸気絞り２４の取付位置等を図１に示したように限定するものではなく、吸気マニホールド１２内の各シリンダへの枝内に独立して設けるようにしてもよい。
【００５８】
また図１に示すディーゼルエンジンの排気浄化装置には、排気マニホールド１４等から取得した排気を冷却して吸気マニホールド１２等に還流する際に、再循環させる排気の流量を調節する外部ＥＧＲバルブ４４が設けられている。この外部ＥＧＲバルブ４４は、アクセル踏み込み量とエンジンの回転数等のパラメータに基づいて、開閉のタイミングや開度を適宜設定することが可能となっている。
【００５９】
なお、図１に示す外部ＥＧＲの例では、排気マニホールド１４から再循環する排気を取得しているが、本発明は排気マニホールド１４から排気を取得する例に限定されるものではなく、ＣＲ−ＤＰＦ４１の後段から浄化された排気を取得し、排気の温度を積極的に下げるＥＧＲクーラを介して吸気マニホールド１２又は吸気絞り２４の前段に戻すように構成してもよい。ＥＧＲクーラの冷媒は、エンジン冷却水を用いてもよいし、車両の走行風を用いるものであってもよい。
【００６０】
更に本発明では、排気温度が特に低い低回転の運転領域及び低負荷の運転領域において、高温の排気を燃焼前の燃焼室に直接再循環させるために、以下の図２及び図３に示す特殊な排気カムを用いた内部ＥＧＲ機構を用いて高温の排気を燃焼前のシリンダに供給するようにしている。
【００６１】
図２は、燃焼前のシリンダに排気を直接戻す内部ＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンの燃焼室部分の断面図である。
【００６２】
同図に示すように、ディーゼルエンジンの燃焼室部分には、吸気バルブ５２、排気バルブ５４及び噴射ノズル６２を備えるとともに燃焼室を形成するシリンダヘッド５０と、燃焼圧力を受け止めてクランクシャフトに回転力を伝達するピストン６０と、ピストン６０の摺動面となるシリンダ５８とが設けられている。
【００６３】
排気バルブ５４の排気タイミングとリフト量を定めている排気カム５６には、通常の排気行程を行なうために排気バルブ５４を開く第１のカム山と、吸気行程の終了時期付近で排気バルブ５４を少し開く第２のカム山との２つのカム山が設けられている。
【００６４】
このように排気カム５６に２つのカム山を形成することにより、通常の燃焼後の排気行程で排気バルブ５４を開いて燃焼後の排気を排気マニホールドに流出する機能と、吸気行程の終了付近で再び排気バルブ５４を適量開いて排気を燃焼室に戻す機能とを備えることが可能となっている。
【００６５】
図３は、ピストン６０の位置と吸気バルブ５２のリフト量及び排気バルブ５４のリフト量との関係を示す図である。
【００６６】
通常のディーゼルエンジンの給排気のタイミングと同様に、燃焼後ピストン６０が下死点に到達する前から排気バルブ５４が開き始め、燃焼ガスの排気を開始する。クランクシャフトが約半回転してピストン６０が上死点に近づくと、その排気行程の終了付近で吸気バルブを開き始めて次の燃焼のための新気の導入を開始する。
【００６７】
ピストンが再び下死点に近づき、吸気行程が終了する近傍では、一般のエンジンでもシリンダ５８内の圧力よりも排気マニホールド１４内の圧力の方が高いので、ここで再度排気バルブ５４を開いた場合には、排気マニホールド１４より上流の排気ポートから直接高温の排気が直接シリンダ内に逆流して、吸入した新気とともに排気がシリンダ内に充填される。
【００６８】
ピストンが下死点を通過した後から圧縮行程を開始する。一般に圧縮前のシリンダ内の気体の温度Ｔ１及び圧力Ｐ１と、圧縮行程終了後の気体温度Ｔ２及びＰ２との関係は以下の式で表される。
Ｔ２＝Ｔ１（Ｐ２／Ｐ１）（κ−１）／κ…（式１）
ｋ：気体の比熱比（空気の場合１．４）
【００６９】
ディーゼルエンジンの圧縮比を、Ｐ２／Ｐ１＝１６とした場合には、（Ｐ２／Ｐ１）（κ−１）／κ＝２．２０８となる。したがって、圧縮前の空気に燃焼後の高温の排気を混入して、圧縮前の気体の温度が１０℃上昇した場合には、圧縮後の温度は２２．０８℃上昇することになり、過剰空気が少ないこともあいまって燃焼後の排気温度も上昇するので、ＣＲ−ＤＰＦ４１内に捕集したＰＭ（スート、煤などを含むスモーク）を連続再生しやすくすることが可能となる。また、排気をＮＯｘ還元触媒に通す場合にも、触媒を有効に機能させるために、広範囲な運転状況における排気温度維持のための制御は必須である。
【００７０】
ただ単に排気温度を上昇させるのであれば、排気カムの第２のカム山のリフトを高く、又は動作角度を広く設定し、シリンダ内に逆流する排気の量を増大させて、低負荷時の排気温度を高く維持しつつＮＯｘの排出量を低減させることが可能である。
【００７１】
ところが、同図に示す第２のカム山による排気バルブ５４のリフトは、エンジン運転領域全域でリフトするため、高負荷時のように燃料供給量と比較して空気量が少なくなる領域では、排圧が高くなるので排気の逆流も多くなる。また、燃焼温度が高く燃焼室が高温になることにより、吸入する新気の量が減少して更に酸素濃度が低下して不完全燃焼となりやすく、所定の出力が得られないことになるとともに、ＰＭがＣＲ−ＤＰＦ４１における再生可能量を超えて大量に発生することになる。また、高負荷運転時において高温の排気を再循環する内部ＥＧＲの量が多くなると、ＥＧＲ無しの場合と比較して更に酸素量が減少するために、ＰＭ（スモーク）が多量に発生するという不具合を生じる。
【００７２】
ＰＭがＣＲ−ＤＰＦ４１の再生可能量を超えて大量に発生すると、ＣＲ−ＤＰＦ４１内部においてＰＭが堆積して排圧の急増を招き、燃費を大幅に悪化させることとなる。また、運転状況の変動により排気温度が上昇した場合には、堆積している大量のＰＭが連鎖的に燃焼を開始し、ＣＲ−ＤＰＦ４１を熔損に至らしめる可能性もある。
【００７３】
ＰＭの連続再生に十分な排気温度が得られる中負荷時においても、ＮＯｘの排出量を減少させる観点から不活性ガスの排気を再循環する必要性があるが、高温の排気を燃焼前のシリンダに戻すと酸素量が減少するために、ＰＭ（スモーク）が増加してしまうので、比較的低温の排気を外部ＥＧＲを用いて再循環する必要がある。
【００７４】
また逆に、第２のカム山による排気バルブ５４のリフトを低く、又は動作角度を狭く設定すると、シリンダ５８内への排気の逆流量が少なくなり、低負荷時においてＰＭの連続再生に必要な排気温度が得られなくなるなど、所定の排気温度を維持することが可能なエンジン運転領域が狭くなってしまう。また、低負荷時において排気の再循環量が少ない場合には、新気に含まれる酸素の量が比較的多く、燃焼中にＮＯｘが多く発生し易いという不具合を生じる。したがって低負荷時では、燃焼温度を維持しつつ多めにＥＧＲをかけたいという要望がある。
【００７５】
後述するように、排気バルブのリフト量を可変する技術（可変バルブタイミング機構など）を本発明に適用することも可能であるが、現在走行中のディーゼルエンジン車両に対してレトロフィットの形で本願発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置を装着し、排出されるＰＭを減少させようとする場合には、固定のカム山を備えていた方が改造作業を行なうにあたってのコストが安価となるので好都合な側面がある。
【００７６】
冷却された排気をエンジン１０の吸気マニホールド１２に戻す外部ＥＧＲでは、再循環する排気の温度を低くできれば新気量は冷却されない排気を戻した場合よりも多くなるので、シリンダ内に吸入される酸素の量も多く維持できる。そのため中負荷の運転領域ではＮＯｘの発生を抑制するために外部ＥＧＲを多くしつつ、ＰＭの発生を低減することが可能である。
【００７７】
図４は、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率とスモーク（ＰＭ）の発生特性比較を示す図である。
外部ＥＧＲを用いると、内部ＥＧＲを用いた場合と比較して燃焼室の温度が低下するので、新気の量が多くなりＰＭ（スモーク）の発生度合いは少ない。したがって、中負荷運転時や高負荷運転時において、ＮＯｘ排出量の低減を図るために所定のＰＭ排出レベルまで多くのＥＧＲをかけたい場合には、外部ＥＧＲが有効である。
【００７８】
図５は、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率と排気ガス温度との特性比較を示す図である。
内部ＥＧＲを用いると、外部ＥＧＲを用いた場合と比較して排気温度が高くなるので、特に低負荷側で排気温度を高めたい場合には有効である。また逆に、ＮＯｘの排出量を少なくしたい場合などのように、燃焼温度を押さえつつＥＧＲ率を多くしたい場合には外部ＥＧＲが有効である。
【００７９】
図６は、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率とＮＯｘの排出量との特性比較を示す図である。
排出されるＮＯｘの排出量を減少させたい場合には、ＥＧＲ率を多くすることが有効である。また同図に示すように、外部ＥＧＲ方式を用いると新気の量が多いぶん酸素濃度が高いので、若干ではあるが外部ＥＧＲを用いた方がＮＯｘの排出量が多くなるが、図４に示したように所定のＰＭの排出レベルまで大量のＥＧＲをかけることが可能であるので、結果的に外部ＥＧＲを用いた方がＮＯｘの排出を減少させることが可能となる。
【００８０】
図７は、各運転負荷における内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率とスモーク（ＰＭ）の発生特性比較を示す図である。
同図に示すように、全負荷及び高負荷の運転領域においてＮＯｘ排出量を低減するために、多くのＥＧＲをかけたい場合には、内部ＥＧＲを用いると排出されるＰＭ（スモーク）が増加してしまうので、外部ＥＧＲが有効である。
【００８１】
図８は、各運転負荷における内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率と排ガス温度との特性比較を示す図である。
同図に示すように、全負荷及び高負荷の運転領域では、内部ＥＧＲを用いなくともＰＭを連続再生可能な下限温度以上の排気温度が得られているので、ＮＯｘ排出量を低減するためにＰＭ（スモーク）が発生しない範囲で最大限の外部ＥＧＲをかけることが可能である。
【００８２】
ところが軽負荷時（低負荷時）においては、排気温度がＰＭを連続再生可能な排気温度に到達していないので、ＰＭ（スモーク）に対して余裕のある範囲内で内部ＥＧＲを用いて排気の温度を高くすることが有効である。
【００８３】
本発明では、まずシリンダ内に高温の排気を直接再循環させる内部ＥＧＲ機構を設け、エンジンの回転数や負荷の状態に応じて排気の再循環量を細かく調節するために吸気絞り２４を備え、更にアイドリング時や低負荷低回転の運転領域では吸気絞り２４を絞る制御を行なっても排気温度が所定の温度に到達しない領域が存在するので、この領域では更に排気絞り２６を絞ることによって排圧を高め、シリンダに戻す高温の排気の量を多くして燃焼後の排気温度を確保している。このようにして、ＮＯｘの排出量を低減しつつ、より広い運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生する処理を行なうことが可能となっている。
【００８４】
更に本発明では、エンジンから排出されるＮＯｘの量が多い高負荷時、中負荷時、又は中回転域においても低温の排気を適量燃焼前のシリンダ内に再循環する外部ＥＧＲを併用して、ＮＯｘの排出量を減少させている。
【００８５】
図９は、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いるｉＴＰ制御マップを示す図である。
同図に示すｉＴＰマップは制御手段２０内に設けられた記憶手段に記憶されており、制御手段２０は、アクセルポジションセンサ１６から入力したアクセルペダル踏み込み量（エンジン負荷割合ＡＰＰ）と、回転センサ１８から入力したエンジンの回転数（エンジン回転数割合Ｎｅ）とに基づいて、前記記録手段に記録されているｉＴＰマップを参照し、外部ＥＧＲバルブ４４、吸気絞り２４（ｉＴＰ開度）と、排気絞り２６とを制御する情報を出力する。なおｉＴＰマップを記録する記録手段は、制御手段２０の内部に設けてもよいし、制御手段２０の外部に独立して設けて制御手段２０と通信可能に接続してもよい。
【００８６】
同図に示すように、たとえばエンジン回転数割合が４０％の場合であって、運転手がアクセルペダルを４０％踏み込んでいる中負荷の運転状態では、排気温度が所定の温度に上昇しているので、制御手段２０は吸気絞り２４に対して１００％の開度（ｉＴＰ＝１００％）となるように制御する情報を出力している。また、外部ＥＧＲバルブ４４に対しては閉じる指令を出力しており、内部ＥＧＲのみで運転するよう制御信号を出力する。
【００８７】
前記のエンジン回転数割合が４０％の中負荷の運転状態であって、運転手がアクセルペダルの踏み込み量（ＡＰＰ）を４０％から２０％まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を３０％まで絞る制御情報を出力する。
【００８８】
すると吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて、シャッタ又はバタフライバルブ等によって吸気経路を３０％まで絞り、吸気の流量を減少させる。すると吸気行程のシリンダに吸入される空気量は減少するので、吸入行程終了付近でシリンダ内の圧力が下がり、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。すると圧縮前の気体温度が上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、ＣＲ−ＤＰＦ４１に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【００８９】
エンジン回転数割合が４０％の運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量（ＡＰＰ）を１０％付近まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を約１０％まで絞る制御情報を出力する。
【００９０】
すると吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて吸気経路を約１０％まで絞り、吸気の流量を更に減少させる。すると吸気行程のシリンダに吸入される空気量は更に減少するので、吸入行程終了付近でシリンダ内の圧力が更に下がり、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。すると圧縮前の気体温度が上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、ＣＲ−ＤＰＦ４１に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【００９１】
なお、制御手段２０が出力する吸気絞り２４の絞り量の制御情報は、同図に示すｉＴＰ１００％の線とｉＴＰ３０％の線の間は直線補間を行なってもよいし、二次曲線以上の曲線補間を行なうようにして、細かい制御を行なうようにしてもよい。
【００９２】
エンジン回転数割合が４０％の運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量（ＡＰＰ）を更に８％付近まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を約５％まで絞る制御情報を出力する。そして、更に排気絞り２６に対しても所定の開度まで絞る制御情報を出力する。
【００９３】
吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて吸気経路を約５％まで絞り、吸気の流量を減少させる。また、排気絞り２６も所定の開度まで絞るので、排気マニホールド１４内の排圧が維持されるか、又は排圧が上昇する。
【００９４】
すると吸気行程のシリンダに吸入される空気量は更に減少するので、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。そして圧縮前の気体温度が更に上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、ＣＲ−ＤＰＦ４１に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【００９５】
このとき、排気絞り２６の絞り量も、アクセルペダルの踏み込み量又はエンジンの回転数に応じて絞り量を制御するようにしてもよい。その場合にはｉＴＰ制御マップに、エンジンの回転数が所定の回転数よりも低く、かつ、アクセルペダルの踏み込み量が所定の踏み込み量よりも少ない場合に、排気絞り２６を絞るように情報を入力しておき、制御手段２０はアクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して前記ｉＴＰ制御マップを参照し、排気絞り２６を制御する情報を出力するようにしてもよい。
【００９６】
また、エンジンから排出されるＮＯｘの量が比較的多い高負荷時（高エンジン負荷割合時）、中負荷時（中エンジン負荷割合時）、又は中回転域（中エンジン回転数割合域）においてもＮＯｘの排出量を減少させるために、これらの運転領域において適量の低温の排気を燃焼前のシリンダ内に再循環する指令を外部ＥＧＲバルブ４４に出力するようにしている。
【００９７】
また同図に示すようにｉＴＰ制御マップは、エンジンの回転数の減少又はアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えている。
【００９８】
また、同図に示すようにｉＴＰ制御マップは、エンジンの回転数の減少又は及びアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気を絞る制御を行なう領域を備えている。
【００９９】
また、図１に示すようにディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサ２２を吸気マニホールド１２等に備え、制御手段２０は、吸気温度センサ２２から入力した吸気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ４４、吸気絞り２４、又は排気絞り２６を制御する情報を出力するようにしてもよい。この場合に制御手段２０は、吸気温度に応じてｉＴＰ制御マップをずらす処理を行なってもよいし、外部ＥＧＲバルブ４４、吸気絞り２４、又は排気絞り２６に出力する制御情報に対して所定の係数を加算又は乗算する処理を行なってもよい。
【０１００】
このように、制御手段２０が排気温度又は吸気温度を入力して排気温度を制御することによって、安定した使用条件から逸脱して排気の温度が変化した場合であっても、所定の排気温度を維持することが可能となる。更に、排気温度がＤＰＦ等にて連続再生可能な所定の温度以上である場合には、外部ＥＧＲによる比較的低温の排気を再循環する割合を増やすようにすることによって、エンジンから排出されるＮＯｘを減少させることが可能となる。
【０１０１】
図１０は、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の第２の実施の形態を示す図である。
同図に示す排気浄化装置では、図１に示した排気浄化装置におけるＣＲ−ＤＰＦ４１に対して、小型のμＣＲ−ＤＰＦ３０と大型のｍＣＲ−ＤＰＦの２つのＣＲ−ＤＰＦを設け、切替弁２８を動作させて排気の流路を切り替えることが可能となっている。
【０１０２】
以下に、図１０に示すディーゼルエンジンの排気浄化装置の構成について説明する。なお、図１の構成と重複する部分については、説明を省略する。
【０１０３】
ディーゼルエンジンの排気に含まれるＰＭを捕集して処理する２種類のＣＲ−ＤＰＦのうちのｍＣＲ−ＤＰＦ４０は、ディーゼルエンジンの高負荷時および高速時に排出される多量の排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させるとともにＰＭを連続再生処理する大型のＣＲ−ＤＰＦである。
【０１０４】
一方のμＣＲ−ＤＰＦ３０は、ディーゼルエンジンの中低速低負荷時又は中負荷時に排出される少量の排気に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させるとともにＰＭを連続再生処理する小型のＣＲ−ＤＰＦである。切替弁２８は、制御手段２０の指示に基づいて、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０とμＣＲ−ＤＰＦ３０とに排気の流路を切り替える機能を備えている。
【０１０５】
例えば上記の各ＣＲ−ＤＰＦは、エンジンの排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させる酸化触媒ＤＯＣと、排気中に含まれるＰＭ（パティキュレート・マター）を捕集して処理するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）とを１つの容器に納めたものである。
【０１０６】
また、ディーゼルエンジンの排気浄化装置には、μＣＲ−ＤＰＦ３０に流入する排気の温度を測定する排気温度センサ３２と、メイン排気管３４と、μＣＲ−ＤＰＦを通る排気の流路となるマイクロ排気管３６と、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０に流入する排気の温度を測定する排気温度センサ４２とが設けられている。
【０１０７】
また同図に示すように、切替弁２８は、ディーゼルエンジン１０の排気マニホールド１４とｍＣＲ−ＤＰＦ４０との間に設けられ、μＣＲ−ＤＰＦ３０はｍＣＲ−ＤＰＦ４０よりも切替弁２８に近い位置に設けられている。この切替弁２８に、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０側に排気の流路を切り替えている際にもμＣＲ−ＤＰＦ３０側に少量の排気を流すための隙間（機構）を切替弁２８内に備えてもよいし、μＣＲ−ＤＰＦ３０へ常に排気が流れるようにバイパス流路（機構）を備えるようにしてもよい。また、μＣＲ−ＤＰＦ３０に少量の排気を流す際の流量を調節するアジャストスクリューを設けてもよい。
【０１０８】
排気絞り２６は、μＣＲ−ＤＰＦ３０の下流（排気絞り２６Ｂ）に設けてもよいし、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０の上流（排気絞り２６Ｃ）、又は下流（排気絞り２６Ｄ）に設けてもよい。また、μＣＲ−ＤＰＦ３０を経由した排気を、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０を経由せずに直接大気に放出する構造としてもよい。
【０１０９】
なお、多気筒の排気管が集合している場合であっても、排気の脈動を利用することによって排気効率を高める寸法に排気管を設定するのが常であるが、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０に流入する排気の温度を所定の温度以上に確保するためにμＣＲ−ＤＰＦ３０を排気ポートの近くに置くと排気干渉を生じたり、ポンピング損失が増大して排気効率が悪化するという不具合を生じるので、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０に到達する排気の温度が高い運転領域では、なるべくｍＣＲ−ＤＰＦ４０を使用するのが望ましい。
【０１１０】
また一般に、排気の量が少ない低負荷の運転領域では、吸気絞り２４及び排気絞り２６を制御しても十分に排気温度が上昇しない場合が多い。したがって、排気効率を良くする目的等のため長く延ばした排気管の先にのみＣＲ−ＤＰＦを設けると、排気がＣＲ−ＤＰＦに到達するまでに排気のガス温度が低下してしまうので、排気に含まれるＰＭをＣＲ−ＤＰＦで連続再生できないと言う不具合を生ずる。
【０１１１】
そこで本発明では、まずシリンダ内に逆流する排気の流量を細かく調節するために吸気絞り２４を備え、低負荷運転時のように排気温度の低くなりがちな領域においては、排気マニホールド１４の直下に設けたμＣＲ−ＤＰＦ３０に排気を流すようにして、より広範囲な負荷範囲で排気温度を維持して捕集したPMを連続再生するようにしている。一方の高負荷運転時のように十分な排気温度が得られる領域では、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０を主に用いることによって従来のディーゼルエンジンと同様な排気効率を確保して、燃費や出力を維持することが可能となっている。
【０１１２】
また、アイドリング時や低負荷低回転の運転領域では、吸気絞り２４を絞っても排気温度が所定の温度に到達しない領域が一般に存在する。この場合には、吸気絞り２４を絞ると同時に排気絞り２６を絞ることによって排圧を高め、シリンダに戻す排気の量を多くして排気温度を確保することが可能となっている。また、このようにして、より広い運転領域で排気に含まれるＰＭを連続再生する処理を行なうことが可能となっている。
【０１１３】
図１１は、図１０に示したディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いるｉＴＰ制御マップを示す図である。
同図に示すｉＴＰマップは制御手段２０内に設けられた記憶手段に記憶されており、制御手段２０は、アクセルポジションセンサ１６から入力したアクセルペダル踏み込み量（ＡＰＰ）と、回転センサ１８から入力したエンジンの回転数（Ｎｅ）とに基づいて、前記記録手段に記録されているｉＴＰマップを参照し、外部ＥＧＲバルブ４４、吸気絞り２４（ｉＴＰ開度）と、排気絞り２６と、切替弁２８とを制御する情報を出力する。なおｉＴＰマップを記録する記録手段は、制御手段２０の内部に設けてもよいし、制御手段２０の外部に独立して設けて制御手段２０と通信可能に接続してもよい。
【０１１４】
なお、ｉＴＰマップのうち吸気絞り２４、排気絞り２６及び外部ＥＧＲバルブ４４の制御に関しては図９にて説明したので省略する。
【０１１５】
同図に示すように、たとえばエンジン回転数割合が４０％の場合であって、運転手がアクセルペダルを６０％踏み込んでいる中負荷の運転状態では、排気温度が所定の温度に上昇しているので、制御手段２０は吸気絞り２４に対して１００％の開度（ｉＴＰ＝１００％）となるように制御する情報を出力している。また、切替弁２８に対しては、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０に排気を流すように制御信号を出力する。
【０１１６】
なお，このようにｍＣＲ−ＤＰＦ４０に排気を流している場合に、全ての排気をｍＣＲ−ＤＰＦ４０のみに流すのではなく、μＣＲ−ＤＰＦ３０にも少量の排気が流れるように切替弁２８等を構成してもよい。ｍＣＲ−ＤＰＦ４０使用時にもμＣＲ−ＤＰＦ３０に少量の排気を流し続けることによって、μＣＲ−ＤＰＦ３０の温度を所定の温度に維持することが可能となり、運転状況によって負荷が減少し、μＣＲ−ＤＰＦ３０に排気の流れを切り替えた場合であっても、切替直後からμＣＲ−ＤＰＦ３０はＰＭを連続処理することが可能となる。したがって、運転状況が急に変化した場合であってもＰＭを連続再生することが可能となる。
【０１１７】
前記のエンジン回転数割合が４０％の中負荷の運転状態であって、運転手がアクセルペダルの踏み込み量を６０％から５０％まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を１００％開度から３０％の開度まで絞る制御情報を出力する。
【０１１８】
すると吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて、シャッタ又はバタフライバルブ等によって吸気経路を３０％まで絞り、吸気の流量を減少させる。すると吸気行程のシリンダに吸入される空気量は減少するので、吸入行程終了付近でシリンダ内の圧力が下がり、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。すると圧縮前の気体温度が上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【０１１９】
なお、制御手段２０が出力する吸気絞り２４の絞り量の制御情報は、同図に示すｉＴＰ１００％の線とｉＴＰ３０％の線の間について直線補間を行なってもよいし、二次曲線以上の曲線補間を行なうようにして、細かい制御を行なうようにしてもよい。
【０１２０】
エンジン回転数割合が４０％の運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量を更に４５％付近まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を約1０％まで絞る制御情報を出力する。
【０１２１】
すると吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて吸気経路を約１０％まで絞り、吸気の流量を更に減少させる。すると吸気行程のシリンダに吸入される空気量は更に減少するので、吸入行程終了付近でシリンダ内の圧力が更に下がり、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。すると圧縮前の気体温度が上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【０１２２】
エンジン回転数割合が４０％の運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量を更に４３％付近まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、切替弁２８を制御して排気をμＣＲ−ＤＰＦ３０に流すように制御信号を出力するとともに、吸気絞り２４を１００％まで開く制御情報を出力する。
【０１２３】
この状態では、吸気絞り２４を開くので排気温度は低下するが、排気を通すＣＲ−ＤＰＦを大型のｍＣＲ−ＤＰＦ４０から小型で排気マニホールド直下に設けた小型のμＣＲ−ＤＰＦ３０に切り替えるので、排気抵抗が増大してエンジン排気圧力がｍＣＲ−ＤＰＦ４０の場合よりも高くなるので、排気の逆流が増大して排気温度が上がりμＣＲ−ＤＰＦ３０に流れ込む排気の温度はＰＭを連続再生可能な温度となっている。なお、負荷が低い運転状態では排気の流量が少ないので、小型のＣＲ−ＤＰＦであっても十分処理可能であるとともに、吸気を絞らないので燃費の悪化や出力の低下を防止することが可能となる。
【０１２４】
また、設計段階でμＣＲ−ＤＰＦ３０の容量（大きさ）を決定する場合には、排気を処理するディーゼルエンジンの排気温度特性と排気の流量に応じて決定するとよい。また、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０の容量（大きさ）や、各ＣＲ−ＤＰＦまでの排気管の長さ、切替弁２８の取付位置なども、対象となる車種やエンジンの構成などによって適宜決定する。
【０１２５】
エンジン回転数割合が４０％の運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量を更に１０％付近まで戻した場合には、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を約５％まで絞る制御情報を出力する。そして、更に排気絞り２６に対しても所定の開度まで絞る制御情報を出力する。
【０１２６】
吸気絞り２４は、制御手段２０から取得した制御情報に基づいて吸気経路を約５％まで絞り、吸気の流量を減少させる。また、排気絞り２６も所定の開度まで絞るので、排気マニホールド１４内の排圧が維持されるか、又は排圧が上昇する。
【０１２７】
すると吸気行程のシリンダに吸入される空気量は更に減少するので、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。そして圧縮前の気体温度が更に上昇するので、圧縮、燃焼後の排気の温度が上昇し、μＣＲ−ＤＰＦ３０に流入する排気の温度をＰＭを連続再生可能な温度に維持することが可能となる。
【０１２８】
このとき、排気絞り２６の絞り量も、アクセルペダルの踏み込み量又はエンジンの回転数に応じて絞り量を制御するようにしてもよい。その場合にはｉＴＰ制御マップに、エンジンの回転数が所定の回転数よりも低く、かつ、アクセルペダルの踏み込み量が所定の踏み込み量よりも少ない場合に、排気絞り２６を絞るように情報を入力しておき、制御手段２０はアクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とを入力して前記ｉＴＰ制御マップを参照し、排気絞り２６を制御する情報を出力するようにしてもよい。
【０１２９】
また同図に示すようにｉＴＰ制御マップは、エンジンの回転数の減少又はアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、吸気を絞る制御を行なう領域を備えている。
【０１３０】
また同図に示すようにｉＴＰ制御マップは、エンジンの回転数の減少又はアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気をｍＣＲ−ＤＰＦ４０からμＣＲ−ＤＰＦ３０に切り替える制御を行なう領域を備えている。
【０１３１】
また、同図に示すようにｉＴＰ制御マップは、エンジンの回転数の減少又はアクセルペダルの踏み込み量の減少に伴って、排気を絞る制御を行なう領域を備えている。
【０１３２】
また制御手段２０は、μＣＲ−ＤＰＦ３０又はｍＣＲ−ＤＰＦ４０に流入する排気の温度を測定する排気温度センサ３２から入力した排気温度に基づいて、油圧バルブ６４、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８を制御する情報を出力し、排気温度を所定の温度範囲に制御するようにしてもよい。この場合に制御手段２０は、排気温度に応じてｉＴＰ制御マップをずらす処理を行なってもよいし、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８に出力する制御情報に対して所定の係数を加算又は乗算する処理を行なってもよい。
【０１３３】
一般的な傾向としては、排気温度が低い場合には油圧バルブ６４を制御して内部ＥＧＲを増加する情報、吸気絞り２４を絞る制御情報、排気絞り２６を絞る制御情報等を出力するが、ディーゼルエンジン１０の運転状況に応じて切替弁２８をμＣＲ−ＤＰＦ３０側に切り替える制御情報を出力するようにしてもよい。
【０１３４】
また、図１０に示すようにディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサ２２を吸気マニホールド１２等に備え、制御手段２０は、吸気温度センサ２２から入力した吸気温度に基づいて、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８を制御する情報を出力するようにしてもよい。この場合に制御手段２０は、吸気温度に応じてｉＴＰ制御マップをずらす処理を行なってもよいし、吸気絞り２４、排気絞り２６、又は切替弁２８に出力する制御情報に対して所定の係数を加算又は乗算する処理を行なってもよい。
【０１３５】
このように、制御手段２０が排気温度又は吸気温度を入力して排気温度を制御することによって、安定した使用条件から逸脱して排気の温度が変化した場合であっても、所定の排気温度を維持することが可能となる。
【０１３６】
また本発明では、エンジンから排出されるＮＯｘの量が比較的多い高負荷時（高エンジン負荷割合時）、中負荷時（中エンジン負荷割合時）、又は中回転域（中エンジン回転数割合域）においてもＮＯｘの排出量を減少させるために、これらの運転領域において適量の低温の排気を燃焼前のシリンダ内に再循環する指令を外部ＥＧＲバルブ４４に出力するようにしている。
【０１３７】
図１及び図１０に示したディーゼルエンジンの排気浄化装置では、共に排気２段カムを用いた内部ＥＧＲによる高温の排気の再循環を行なっている。また本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置では外部ＥＧＲを設けているので、ＣＲ−ＤＰＦにてＰＭの連続再生をするのに十分な排気温度が得られている場合には、排気２段目リフトによる内部ＥＧＲを減少又は停止させて、外部ＥＧＲによる排気の再循環を多くして、ＮＯｘの排出量を低減することが可能である。
【０１３８】
排気２段カムのリフト量や作用角を固定としてもよいが、より広い運転範囲でＮＯｘ排出量の低減制御を行なう場合には、排気２段目のカムリフト量をエンジンの運転状況に応じて可変にすることも考えられる。
【０１３９】
図１２に、エンジンの運転状況に応じて排気２段目のカムのリフト量を切り替えるバルブタイミング切替手段の例を示す。
同図に示すように排気カムシャフト５７には、通常の排気行程を行なうにあたって、エンジンの排気行程にて排気バルブを開けて筒内の排気ガスを排気せしめるために、排気バルブ５４を開く第１の排気バルブタイミングを設けた排気第１カム７０（図１２には排気１段目カムと記載）が設けられている。
また、排気カムシャフト５７には、第１の排気バルブタイミングに対してエンジンの吸気行程の終了時期付近で排気バルブ５４を開けて、多量の排気を燃焼前のシリンダに戻す第２のバルブタイミングを加えた第２排気カム７２（図１２では排気２段目カムと記載）が設けられている。なお、前記第１の排気カム７０には、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブ５４を少量開ける低リフトの排気バルブタイミングを備えていてもよいし、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブ５４を開かない通常のカム形状としてもよい。
【０１４０】
通常の排気行程を行なうための第１排気カム７０は、排気ロッカーアームのタペット部に当接する。排気ロッカーアームは、ロッカシャフトを支点としてカムシャフト５７の回転角度とカム形状に対応した揺動運動を行なう。２つの排気ロッカーアームの先端には排気バルブに当接する隙間調整ねじが備えられており、該隙間調整ねじを介して排気バルブ５４を駆動することが可能となっている。
【０１４１】
前述のように第１排気カム７０には、低リフトの内部ＥＧＲ用のカム山が設けられていてもよい。中負荷又は高負荷運転時にも高温の排気を再循環させて、所定の排気温度を維持する必要がある場合には、第１排気カム７０に低リフトの内部ＥＧＲ用のカム山を設けておく。
また、中負荷又は高負荷運転領域において、内部ＥＧＲ無しでも排気温度が十分得られる場合には、第１排気カム７０に内部ＥＧＲ用のカム山を設ける必要は無い。
【０１４２】
中負荷又は高負荷の運転時において、第２排気カム７２を用いた内部ＥＧＲによる排気の再循環量を減らしたい場合、又は中止したい場合には、同図に示す制御油圧を抜いておく。この状態では、排気ロッカアームは各々の第１排気カム７０のリフトに従って揺動する。
【０１４３】
第２排気カム７２には、低負荷時に高温の排気を再循環させる内部ＥＧＲ用の第２のカム山が設けられている。排気２段目ロッカアームも第２排気カム７２のリフトに従って揺動しているが、第１ピン及び第２ピンは戻しバネの機能によってそれぞれ排気ロッカアーム及び排気２段目ロッカアーム内に収納されているので、制御油圧が抜かれている状態では排気２段目ロッカアームは空振りしている。
【０１４４】
低負荷運転領域において、高温の排気を多量に再循環させるための内部ＥＧＲを機能させる場合には、制御手段２０は内部ＥＧＲ用の油圧バルブ６４（バルブタイミング切替手段の機能を含む）を制御する情報を出力して、制御油圧をロッカシャフト内に圧送する。すると排気ロッカアーム内の第１ピンが戻しバネの押圧力に対抗して図１２に示す右側に移動し、当接している第２ピンも共に右側に移動する。
【０１４５】
すると２つの排気ロッカアームと排気２段目ロッカアームとが連動して動揺するので、第２排気カム７２のリフトカーブに従って排気ロッカアームが揺動し、２つの排気バルブ５４は吸気行程の終了付近でリフトして、排気を燃焼前のシリンダ内に再循環する。
【０１４６】
なお図１２に示す例では、排気の再循環量を変更可能な内部ＥＧＲ機構として、エンジンの運転状況に応じて排気２段目のカムのリフト量を切り替えるバルブタイミング切替手段の例を示したが、本発明は図１２に示す例に限定されるものではなく、他の機械的、油圧式、又は電気制御式の排気バルブ駆動機構を備えた内部ＥＧＲ機構を用いても、本発明の目的を達成することが可能である。
【０１４７】
図１３は、排気の再循環量を変更可能な内部ＥＧＲ機構を備えた場合のｉＴＰ制御マップを示す図である。
同図に示す例では、排気の再循環量を変更可能な内部ＥＧＲ機構として、エンジンの運転状況に応じて排気２段目のカムのリフト量を切り替えるバルブタイミング切替手段を用いたｉＴＰ制御マップの例を示している。以下に図１３に基づいてｉＴＰ制御マップの説明を行なうが、図９にて行なった説明と重複する部分については説明を省略する。
【０１４８】
同図に示すｉＴＰマップは制御手段２０内に設けられた記憶手段に記憶されている。制御手段２０は、アクセルポジションセンサ１６から入力したアクセルペダル踏み込み量（エンジン負荷割合ＡＰＰ）と、回転センサ１８から入力したエンジンの回転数（エンジン回転数割合Ｎｅ）とに基づいて、前記記録手段に記録されているｉＴＰマップを参照し、油圧バルブ６４、外部ＥＧＲバルブ４４、吸気絞り２４（ｉＴＰ開度）と、排気絞り２６とを制御する情報を出力する。
【０１４９】
同図に示すように、たとえばエンジン回転数割合が４０％の場合であって、運転手がアクセルペダルを７０％以上踏み込んでいる中負荷又は高負荷の運転状態では、排気温度が所定の温度に上昇しているので、制御手段２０はｉＴＰマップを参照して、油圧バルブ６４に対してロッカシャフトに制御油圧の供給を停止する指令を出力している。この状態ではロッカシャフトに対して制御油圧の供給は停止されるので、前述のとおり排気バルブ５４は第２のカム山に基づいた排気２段目リフトの動作を行なわない。したがって内部ＥＧＲによる排気の再循環量は少ないか、全く行なわれない状態となる。
【０１５０】
この運転状態で高温の排気を燃焼前のシリンダ内に再循環させると燃焼温度が上昇してＮＯｘの発生量が増加してしまう。また、高負荷時においてＥＧＲを行なうと相対的に新気が減少するので、出力の低下やＰＭの排出量の増大を招くことになる。
【０１５１】
エンジン回転数割合が４０％の場合であって、運転手がアクセルペダルを６５％まで戻すと、燃料の供給量の減少に伴って燃焼温度及び排気温度が低下するので、制御手段２０はｉＴＰマップを参照して、油圧バルブ６４に対してロッカシャフトに制御油圧を供給する旨の指令を出力する。すると前述のとおり排気バルブ５４は第２のカム山に基づいた排気２段目リフトの動作を行ない、内部ＥＧＲによる排気の再循環量は増大する。
【０１５２】
この状態では、燃焼前のシリンダ内に高温の排気が再循環されるので燃焼温度が上昇し、排気温度もＰＭの連続再生に必要な所定の温度を維持することが可能となる。同図に示すｉＴＰマップによれば、アクセルペダルの踏み込み量が６５％でも排気の再循環を行なっているが、吸気絞り２４の開度は１００％であるために、燃焼前のシリンダに戻す排気の再循環量は低負荷の場合と比較して少量である。この状態で多量の排気を再循環させると、燃焼温度が上昇してＮＯｘの発生量が増加してしまう。したがって、この運転状態における排気の再循環量は、ＣＲ−ＤＰＦにおいてＰＭの連続再生可能な排気温度が得られる程度、又はＤＯＣ（酸化触媒）が有効に機能するための排気温度が得られる程度に設定しておくと良い。
【０１５３】
エンジン回転数割合が４０％の場合であって、運転手がアクセルペダルを２０％まで戻すと、燃料の供給量の減少に伴って更に燃焼温度及び排気温度が更に低下するので、図９に示した制御と同様に制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を３０％まで絞る制御情報を出力する。吸気絞り２４が吸気経路を３０％まで絞ると、吸気行程のシリンダに吸入される空気量は減少するので、吸入行程終了付近でシリンダ内の圧力が下がり、シリンダ内に逆流する排気の量が増加する。すると、圧縮前の気体温度が更に上昇するので、圧縮、燃焼後の排気温度が上昇し、ＣＲ−ＤＰＦにおいてＰＭの連続再生可能な排気温度を維持できる。
【０１５４】
エンジン回転数割合が４０％の運転状態で、運転手がアクセルペダルの踏み込み量（ＡＰＰ）を更に８％付近まで戻した場合には、図９に示した実施例と同様に、制御手段２０はｉＴＰ制御マップを参照して、吸気絞り２４を約５％まで絞る制御情報を出力し、排気絞り２６に対しても所定の開度まで絞る制御情報を出力して、排気温度を所定の温度に維持する制御を行なっている。
【０１５５】
また同図に示すように、たとえばアクセルペダルの踏み込み量が２０％であって、エンジン回転数割合が８０％から９０％に増加した場合運転状態では、単位時間あたりの燃焼、排気のサイクルが増加するので排気温度が所定の温度に上昇する。制御手段２０はｉＴＰマップを参照して、油圧バルブ６４に対してロッカシャフトに制御油圧の供給を停止する指令を出力する。すると排気バルブ５４は第２のカム山に基づいた排気２段目リフトの動作を行なわなくなるので、内部ＥＧＲによる排気の再循環量は少ないか、全く行なわれない状態となる。
【０１５６】
この運転状態でも燃焼温度が上昇してＮＯｘの発生量が増加する傾向があるので、内部ＥＧＲによる高温の排気の再循環を抑制する。
【０１５７】
また、図９に示したｉＴＰマップの実施例と同様に、エンジンから排出されるＮＯｘの量が比較的多い高負荷時（高エンジン負荷割合時）、中負荷時（中エンジン負荷割合時）、又は中回転域（中エンジン回転数割合域）においてもＮＯｘの排出量を減少させるために、これらの運転領域において適量の低温の排気を燃焼前のシリンダ内に再循環する指令を外部ＥＧＲバルブ４４に出力するようにしている。図１３に示すように、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置では、低温の排気を再循環する外部ＥＧＲと高温の排気を再循環する内部ＥＧＲとを組み合わせることによって、燃焼温度と排気温度を所定の範囲に制御するようにしているので、ＣＲ−ＤＰＦにおいてＰＭを連続再生可能な排気温度を維持しつつ、ＮＯｘの排出量を抑制することが可能となる。
【０１５８】
図１４は、内部ＥＧＲ付且つターボ過給機付のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す図である。
本発明に係る内部ＥＧＲ付ディーゼルエンジンの排気浄化装置をターボ過給機付のディーゼルエンジンに適用する場合において、外部ＥＧＲによる排気の再循環を効果的に行なうためには、ターボ過給機の配置と外部ＥＧＲ配管の配置等の位置関係が問題になる。
【０１５９】
過給機付のディーゼルエンジンの外部ＥＧＲについてはすでに知られているように、高負荷運転領域の一部等にてターボ過給機コンプレッサ出口側の圧力が、過給機の排気タービン入り口側の排気管内圧力に近づく場合がある。この場合には、外部ＥＧＲをインタークーラ出口側などの吸気側に効果的に導入することができなくなる。
【０１６０】
そこで本発明に係る内部ＥＧＲ付ディーゼルエンジンの排気浄化装置をターボ過給機付のディーゼルエンジンに適用する場合には、図１４に示すようにＥＧＲ配管６６をターボ過給機６８の前段に接続して、大気圧又は負圧となっている吸気管内に排気を戻すようにすれば、過給圧に関係なく効果的に外部ＥＧＲを行なうことが可能となる。
【０１６１】
排気の採取場所は、排気ポートに近い方が排圧が高いのでＥＧＲを行なうには有利であるが、ディーゼルエンジンの排気にはＰＭやＨＣ、潤滑油の蒸気などを含む場合があり、この排気をターボ過給機６８のコンプレッサ前段に再循環させると、コンプレッサの翼やインタークーラを汚損することになる。
【０１６２】
ＰＭ等を含む排気をコンプレッサの前段に再循環させると、ＰＭ等がコンプレッサの翼面に付着して翼の形状を変化させるとともに翼通路幅を狭くしてしまい、コンプレッサ効率の低下を招くことになる。また、ＰＭ等が吸気の経路に設けられているインタークーラの冷却フィンに付着することにより、吸気の冷却性能の低下を招くことになる。これらはいずれも燃焼の不具合を引き起し、エンジンの出力の低下や性能劣化を引き起こすことになる。
【０１６３】
また、大気の温度よりも高温の排気をターボ過給機６８のコンプレッサ前段に再循環させると、コンプレッサの翼の温度が上昇し、コンプレッサ翼の熱応力限界を超えてしまう可能性もある。
【０１６４】
図１４に示すターボ過給機付のディーゼルエンジン１０の吸気経路には、吸気を濾過するエアクリーナと、新気の流量を調節する吸気絞り２４Ａと、排気を再循環するＥＧＲ配管６６の接続部と、排気エネルギーを用いて吸気を加圧するターボ過給機６８のコンプレッサと、加圧により高温になった吸気の温度を下げて空気の密度を上げるインタークーラ（Ｉ／Ｃ）と、吸気の流量を制限して内部ＥＧＲによる排気の再循環量を調節する吸気絞り２４と、吸気を各シリンダの吸気ポートに供給する吸気マニホールド１２とが設けられている。
【０１６５】
ターボ過給機付のディーゼルエンジン１０の排気経路には、各シリンダの排気ポートから排出される燃焼後の排気を通す排気マニホールド１４と、エンジンの排気を絞ることによって排圧を高くしてシリンダに戻す排気のガス量を増やす制御を行なう排気絞り２６と、排気に含まれるネルギーを用いて吸気を加圧するためのターボ過給機６８のタービンと、ディーゼルエンジンの中低速低負荷時又は中負荷時に排出される少量の排気に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させるとともにＰＭを連続再生処理する小型のμＣＲ−ＤＰＦ３０と、ディーゼルエンジンの高負荷時及び高速時に排出される多量の排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ2及びＨ2に転化させるとともにＰＭを連続再生処理する大型のｍＣＲ−ＤＰＦ４０と、ディーゼルエンジン１０の運転状況に応じて排気の流路をμＣＲ−ＤＰＦ３０又は大型のｍＣＲ−ＤＰＦに切り替える切替弁２８とが設けられている。
【０１６６】
また、ディーゼルエンジン１０の外部ＥＧＲ経路には、ＣＲ−ＤＰＦの後段から排気を吸気側に再循環する際のＥＧＲ配管６６と、再循環する排気を冷却するＥＧＲクーラと、排気を再循環する流量を制御する外部ＥＧＲバルブ４４とが設けられている。
排気絞りは、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０の前段に排気絞り２６Ｃとして設けられていてもよいし、ｍＣＲ−ＤＰＦ４０の後段に排気絞り２６Ｄとして設けられていてもよい。
【０１６７】
同図に示すように、吸気絞り２４Ａを吸気管とＥＧＲ配管６６の接続部以前に設けた場合には、吸気絞り２４Ａを絞ることによって外部ＥＧＲによる排気の再循環量を多くして、排気に含まれるＮＯｘの排出量を減少させることが可能となる。
【０１６８】
また、吸気絞り２４をターボ過給機のコンプレッサの後段且つ吸気ポートの前段に設けることによって、内部ＥＧＲによる排気の再循環量を効果的に調節することが可能となる。ターボ過給機６８の前段に設けた吸気絞り２４Ａのみを動作させて内部ＥＧＲによる排気の再循環量を制御することも可能であるが、ターボ過給機の回転数が上昇している高負荷運転時において吸気絞り２４Ａを用いて吸気流量を大きく絞った場合にはタービンが過回転となって、最悪の場合ターボ過給機６８を破損する可能性がある。
また、ターボ過給機６８のコンプレッサ吸入側圧力と吐出圧力との差が大きくなるとともに流量が減少した場合などには、コンプレッサがサージ現象を起こし、コンプレッサとしての安定作動領域からはずれることもある。この場合も吸気が逆流するなどして最悪ターボ過給機６８を破損する可能性がある。
本発明によれば、吸気絞り２４Ａ及び吸気絞り２４を適宜調節することによって、ターボ過給機６８を安全な運転領域に置きながらＥＧＲ量を調節することが可能である。
【０１６９】
また、ＣＲ−ＤＰＦの後段からターボ過給機６８のコンプレッサ前段まで排気を再循環するＥＧＲ配管６６は、経路長が長いために排気が冷却され易く好都合である。外部ＥＧＲによる排気をターボ過給機６８のコンプレッサ前段に再循環させても、再循環する排気の温度が比較的低温になっているので、熱によるコンプレッサの翼の破損を抑制することが可能となる。またＥＧＲ配管６６の途中に、排気を冷却するＥＧＲクーラを設けることによって、更に再循環する排気を低温にしてコンプレッサ翼の破損を抑制することが可能となる。
【０１７０】
また、大量のＥＧＲを燃焼前のシリンダに再循環させた場合であっても、ＣＲ−ＤＰＦ通過後の排気はＰＭやＨＣ、潤滑油の蒸気などが捕集除去されたり、既にＨ2ＯやＣＯ2に転化されているので、ＰＭによる配管並びにその経路の詰まりや、筒内のライナー、ピストンリングの磨耗を防ぐことが可能であるとともに、ターボ過給機６８のコンプレッサ翼面にＰＭ等が付着して不具合を生ずることはない。したがって、外部ＥＧＲを行なった場合であっても、コンプレッサ効率の低下やエンジンの性能劣化を引き起こすことはない。
【０１７１】
図１５は、ターボ過給機付のディーゼルエンジンの排気浄化装置の他の実施例を示す図である。
同図に示す排気浄化装置は、図１４に示した過給機付のディーゼルエンジン１０の排気浄化装置において、μＣＲ−ＤＰＦ３０及び切替弁２８を省いた場合の実施例である。ディーゼルエンジンの特性上、又は排気経路の取り回し上、μＣＲ−ＤＰＦを独立して設けなくても、ＣＲ−ＤＰＦ４１に到達する排気温度をＰＭを連続再生可能な温度に設定可能な場合には、同図に示す構成としても、本発明の目的を達成することが可能である。
【０１７２】
図１６は、ベースエンジン、内部ＥＧＲを使用した場合、外部ＥＧＲを使用した場合、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを併用した各場合におけるＤ１３モード運転状態のＮＯｘ低減割合例を示す図である。
また図１７は、各ＥＧＲ方式による総ＮＯｘの低減割合を示す図である。
図１６及び図１７に示すように、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを併用する場合には、外部ＥＧＲのみを使用する場合と比較してＮＯｘの排出量は多くなるが、ＣＲ−ＤＰＦにおけるＰＭの連続再生の必要性を考慮すると、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとの併用が必要となる。
【０１７３】
図１８は、ベースエンジン、全域動作する内部ＥＧＲを使用した場合、全域動作する内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを併用した場合、排気バルブタイミングを切り替えて２段式の内部ＥＧＲを実現して外部ＥＧＲと併用した各場合におけるＤ１３モード運転状態のＮＯｘ低減割合例を示す図である。
また図１９は、各ＥＧＲ方式による総ＮＯｘの低減割合を示す図である。
【０１７４】
エンジンの運転領域全域で固定の排気２段カムで内部ＥＧＲを実現する場合には、高負荷時のＰＭ排出量が増大する制約があるために、軽負荷で必要なＥＧＲを十分に導入することができない。
そこで本発明のように、第１排気カム７０と第２排気７２を別々に設けて、エンジンの運転状況に応じて両者を切り替えて使用することによって、ＮＯｘの排出量を低減しつつ、ＣＲ−ＤＰＦにてＰＭを連続再生可能な排気温度を維持することが可能となる。
【０１７５】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンにおいて、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とに応じて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御するようにしたので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となる。
【０１７６】
また他の発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて実施する内部ＥＧＲ用の排気バルブタイミング又はバルブリフトを切り替える排気バルブタイミング切替手段と外部ＥＧＲバルブと吸気絞りと排気絞りとを、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に応じて制御するようにしたので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となる。
【０１７７】
また他の発明によれば、排気温度を所定の温度に維持することにより、酸化触媒は排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを効率よく酸化させてＣＯ2及びＨ2Ｏに転化させることが可能となる。また酸化触媒は、エンジンから排出されるＮＯｘのうち一酸化窒素を効率よく二酸化窒素に変化させることが可能となるので、後段のディーゼル・パティキュレート・フィルタにて補足したパティキュレート・マターを２５０℃〜３５０℃程度の比較的低温で連続燃焼させ、排気を浄化することが可能となる。
【０１７８】
また他の発明によれば、ディーゼル・パティキュレート・フィルタに流入する排気の温度を測定する排気温度センサを備え、該排気温度センサから入力した排気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、及び排気絞りを制御するようにしたので、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をパティキュレート・マターの連続再生に十分な温度、又は酸化触媒を有効に機能させるのに十分な温度に制御することが可能となる。
【０１７９】
また他の発明の形態によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングを備えたディーゼルエンジンにおいて、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とに応じて、メイン連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタとマイクロ連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタとに排気の流路を切り替える切替弁と、外部ＥＧＲバルブと、吸気絞りと、排気絞りとを制御するようにしたので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度、又は酸化触媒を有効に機能させるのに十分な温度に制御することが可能となる。
【０１８０】
また他の発明によれば、ディーゼルエンジンの吸気温度を測定する吸気温度センサを備え、吸気温度に基づいて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り、又は排気絞りを制御する情報を出力するようにしたので、外気温度や環境が変化した場合であっても、排気の温度をパティキュレート・マターの連続再生に十分な温度、又は酸化触媒を有効に機能させるのに十分な温度に制御することが可能となる。
【０１８１】
また他の発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの後段からターボ過給機の前段に排気を戻すＥＧＲ配管を備え、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの回転数とに応じて、外部ＥＧＲバルブ、吸気絞り及び排気絞りを制御するようにしたので、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となるとともに、パティキュレート・マターによる配管並びにその経路の詰まりや、筒内のライナー、ピストンリングの磨耗を防ぐことが可能となる。また、ターボ過給機のコンプレッサ翼面にパティキュレート・マター等の付着を防止して、コンプレッサ効率の低下やエンジンの性能劣化を防ぐことが可能となる。
【０１８２】
また他の発明によれば、外部ＥＧＲの配管経路に排気を冷却するＥＧＲクーラを設けたので、燃焼温度の上昇を押さえつつ大量の排気をシリンダ内に再循環させることが可能となり、より広い運転領域でＮＯｘの排出量を低減しながら、パティキュレート・マターを連続再生可能な所定の排気温度を維持することが可能となる。
【０１８３】
また他の発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、吸気絞りを吸気経路とＥＧＲ配管が合流する位置よりも前段に設けたので、吸気絞りを絞ることによって外部ＥＧＲによる排気の再循環量を多くして、排気に含まれるＮＯｘの排出量を減少させることが可能となる。
【０１８４】
また他の発明によれば、エンジンの吸気行程終了付近にて排気バルブを開けて多量の排気を燃焼前のシリンダ内に戻す排気バルブタイミングとターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、吸気絞りをターボ過給機のコンプレッサよりも後段に設けたので、内部ＥＧＲによる排気の再循環量を効果的に調節することが可能となる。また、ターボ過給機コンプレッサのサージ現象を防止して、ターボ過給機の破損を防ぐことが可能となる。
【０１８５】
また本発明に係るディーゼルエンジンのディーゼルエンジンの排気浄化装置では、従来のディーゼルエンジンに対してレトロフィットの形で排気浄化装置を後付けすることが可能であるので、旧車種であっても、厳しくなる排ガス規制に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す図である。
【図２】  燃焼前のシリンダに排気を直接戻す内部ＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンの燃焼室部分の断面図である。
【図３】  ピストン６０の位置と吸気バルブ５２のリフト量及び排気バルブ５４のリフト量との関係を示す図である。
【図４】  内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率とスモーク（ＰＭ）の発生特性比較を示す図である。
【図５】  内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率と排気ガス温度との特性比較を示す図である。
【図６】  内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率とＮＯｘの排出量との特性比較を示す図である。
【図７】  各運転負荷における内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率とスモーク（ＰＭ）の発生特性比較を示す図である。
【図８】  各運転負荷における内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの対ＥＧＲ率と排ガス温度との特性比較を示す図である。
【図９】  本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いるｉＴＰ制御マップを示す図である。
【図１０】  本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の第２の実施の形態を示す図である。
【図１１】  本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置に用いるｉＴＰ制御マップを示す図である。
【図１２】  エンジンの運転状況に応じて排気２段目のカムのリフト量を切り替えるバルブタイミング切替手段の例を示す図である。
【図１３】  排気の再循環量を変更可能な内部ＥＧＲ機構を備えた場合のｉＴＰ制御マップを示す図である。
【図１４】  ターボ過給機付のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す図である。
【図１５】  ターボ過給機付のディーゼルエンジンの排気浄化装置の他の実施例を示す図である。
【図１６】  ベースエンジン、内部ＥＧＲを使用した場合、外部ＥＧＲを使用した場合、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを併用した各場合におけるＤ１３モード運転状態のＮＯｘ低減割合例を示す図である。
【図１７】  各ＥＧＲ方式による総ＮＯｘの低減割合を示す図である。
【図１８】  ベースエンジン、全域動作する内部ＥＧＲを使用した場合、全域動作する内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを併用した場合、排気バルブタイミングを切り替えて２段式の内部ＥＧＲを実現して外部ＥＧＲと併用した各場合におけるＤ１３モード運転状態のＮＯｘ低減割合例を示す図である。
【図１９】  各ＥＧＲ方式による総ＮＯｘの低減割合を示す図である。
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン
１２…吸気マニホールド
１４…排気マニホールド
１６…アクセルポジションセンサ
１８…回転センサ
２０…制御手段
２２…吸気温度センサ
２４…吸気絞り
２６…排気絞り
２８…切替弁
３０…μＣＲ−ＤＰＦ
３２…排気温度センサ
３４…メイン排気管
３６…マイクロ排気管
４０…ｍＣＲ−ＤＰＦ
４１…ＣＲ−ＤＰＦ
４２…排気温度センサ
４４…外部ＥＧＲバルブ
５０…シリンダヘッド
５２…吸気バルブ
５４…排気バルブ
５６…排気カム
５７…排気カムシャフト
５８…シリンダ
６０…ピストン
６２…噴射ノズル
６４…油圧バルブ
６６…ＥＧＲ配管
６８…ターボ過給機
７０…第１排気カム
７２…第２排気カム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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