(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中のパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタの上流側と下流側の圧力を検出する圧力センサと、
ディーゼルパティキュレートフィルタの入口温度を検出する温度センサと、
ディーゼルエンジンの運転条件を検出する運転条件検出センサと、
ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する液体燃料供給装置と、
当該燃焼室への吸入空気量を調整する吸気絞り弁と、
上記吸気絞り弁の下流側吸気管内に気体燃料を噴射する気体燃料供給装置と、
ディーゼルエンジンの吸気バルブの開閉時期を制御する着火時期制御装置と、
上記各センサの検出結果を入力するコントロールユニットを備え、
コントロールユニットは、各センサの検出値を基に、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生可能温度を下回る運転条件での運転が続き、ディーゼルパティキュレートフィルタの圧損が予め設定された規定値を超えたとき、
液体燃料供給装置から気体燃料供給装置による予混合圧縮着火燃焼運転に切り換えると共に、吸気バルブの開閉時期と吸気絞り弁の開閉度を制御して、
ディーゼルエンジンの燃焼室への吸入空気流量を減少させると共に、実圧縮比を変化させることを特徴とするディーゼルエンジンの排気昇温装置。
【請求項２】
吸気管に、ヒータを装着したことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気昇温装置。
【請求項３】
気体燃料供給装置の上流側吸気管と排気管との間に、ＥＧＲバルブを装着したＥＧＲ管を接続したことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気昇温装置。
【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気昇温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから放出される排ガス中にはパティキュレイト（カーボン粒子等の微粒子成分）が多く含まれており、ディーゼルエンジンの排気浄化を実施するに当たってこのパティキュレイトを除去することが不可欠とされている。そこで、特開２０００−１６１０４４号公報に開示されるように、昨今、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（以下、「ＤＰＦ」という）を装着し、このＤＰＦでパティキュレイトを捕集して排ガスの浄化が図られている。
【０００３】
ところで、ＤＰＦによってパティキュレイトの捕集が進むに従い、ＤＰＦに目詰まりが生じて流路抵抗が増大するため、ＤＰＦで捕集されたパティキュレートを定期的に燃焼除去してＤＰＦを再生することが必要となる。
しかし、ディーゼルエンジンはガソリンエンジンに比べ排気温度が比較的低いため、中，高負荷運転時以外ではパティキュレートが自然着火することはなく、排気温度が低い低負荷領域では再生処理が行われない。
【０００４】
このため、低負荷領域での長時間運転が連続的若しくは断続的に続くと、ＤＰＦの目詰まりによる排気圧力損失によってエンジン性能の低下を来たし、遂にはＤＰＦの破損を引き起こしてしまう虞があった。
そこで、ＤＰＦの再生処理を図る手段の一つとして、従来、吸気系に吸気絞り弁を装着し、当該吸気絞り弁で吸気を絞ることで燃料と空気の混合気の当量比を大きくして、排気温度を上昇させる方法が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、斯様に吸気絞りを行って排気温度を上昇させるためには極端な吸気絞りを行わなくてはならず、このため、絞り損失によって燃費が悪化してしまう虞があった。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、燃料と空気の混合気の当量比を変えて排気温度を上昇させる当たり、従来に比し絞り損失を小さくして燃費の悪化を抑え乍ら、排気温度を上昇させることができるディーゼルエンジンの排気昇温装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、請求項１に係るディーゼルエンジンの排気昇温装置は、排ガス中のパティキュレートを捕集するＤＰＦの上流側と下流側の圧力を検出する圧力センサと、ＤＰＦの入口温度を検出する温度センサと、ディーゼルエンジンの運転条件を検出する運転条件検出センサと、ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する液体燃料供給装置と、当該燃焼室への吸入空気量を調整する吸気絞り弁と、上記吸気絞り弁の下流側吸気管内に気体燃料を噴射する気体燃料供給装置と、ディーゼルエンジンの吸気バルブの開閉時期を制御する着火時期制御装置と、上記各センサの検出結果を入力するコントロールユニットを備え、コントロールユニットは、各センサの検出値を基に、ＤＰＦの再生可能温度を下回る運転条件での運転が続き、ＤＰＦの圧損が予め設定された規定値を超えたとき、液体燃料供給装置から気体燃料供給装置による予混合圧縮着火燃焼運転に切り換えると共に、吸気バルブの開閉時期と吸気絞り弁の開閉度を制御して、ディーゼルエンジンの燃焼室への吸入空気流量を減少させると共に、実圧縮比を変化させることを特徴とする。
【０００７】
そして、請求項２に係る発明は、請求項１記載の排気昇温装置に於て、吸気管にヒータを装着したことを特徴とし、請求項３に係る発明は、請求項１記載の排気昇温装置に於て、気体燃料供給装置の上流側吸気管と排気管との間に、ＥＧＲバルブを装着したＥＧＲ管を接続したものである。
【０００８】
（作用）
請求項１に係る発明によれば、コントロールユニットは、各センサの検出値を基に、ＤＰＦの再生可能温度を下回る運転条件での運転が続き、ＤＰＦの圧損が予め設定された規定値を超えたとき、液体燃料供給装置から気体燃料供給装置による予混合圧縮着火燃焼運転に切り換えると共に、吸気バルブの開閉時期と吸気絞り弁の開閉度を制御して、ディーゼルエンジンの燃焼室への吸入空気流量を減少させると共に、実圧縮比を変化させる。
【０００９】
そして、請求項２に係る発明によれば、ヒータが吸気温度を上昇させ、請求項３に係る発明によれば、ＥＧＲによって吸気温度が上昇し、また、ＥＧＲ率を制御することで吸気温度の上昇と着火時期のより細かな制御が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
図１は請求項１に係る排気昇温装置の一実施形態を示し、図に於て、１，３は、夫々、図示しない吸気マニホールドと排気マニホールドを介してディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）５に接続された吸気管と排気管、７は排気管３に装着されたＤＰＦで、ＤＰＦ７の上流側と下流側に、夫々、圧力センサ９，１１が装着されている。そして、コントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１３は、両圧力センサ９，１１の検出値Ｐｆ，ＰａからＤＰＦ７のフィルタ圧損ΔＰを、
ΔＰ＝Ｐｆ−Ｐａ
の計算式で算出して、予め設定されたフィルタ圧損の規定値と比較する。
【００１２】
また、図中、１５は従来周知の液体燃料供給装置で、ＥＣＵ１３の制御でノズル１５ａからエンジン５の燃焼室内に燃料（軽油）が噴射されるようになっている。
而して、エンジン５の運転条件は、当該エンジン５に装着した運転条件判別センサ１７で検出されてＥＣＵ１３に入力されているが、上記排気管３には、更にＤＰＦ７の入口温度を検出する温度センサ１９が装着されており、当該温度センサ１９の検出値もＥＣＵ１３に入力されている。
【００１３】
そして、ＥＣＵ１３は、各センサ９，１１，１７，１９の検出値を基に、ＤＰＦ７の再生可能温度（ＤＰＦ７に捕集されたパティキュレートが自然着火可能な排気温度）を下回る運転条件での運転が長時間連続的若しくは断続的に続き、ＤＰＦ７のフィルタ圧損ΔＰが予め設定された規定値を超えたと判定すると、上記液体燃料供給装置１５による通常燃焼に代えて、後述する気体燃料供給装置による予混合圧縮着火燃焼運転に切り換えると共に、エンジン５の吸気バルブの開閉時期と吸気管１に挿着した吸気絞り弁の開閉度を制御することで、エンジン５への吸入空気流量を減少させて当量比を大きくすると共に、実圧縮比を変化させて、燃料着火時期を調整するようになっている。
【００１４】
即ち、図中、２１は吸気管１に挿着したノズル２１ａからプロパン等の気体燃料を吸気管１内に噴射させる気体燃料供給装置で、ノズル２１ａの上流側の吸気管１に吸気絞り弁２３が装着されている。
そして、気体燃料供給装置２１と吸気絞り弁２３は、夫々、ＥＣＵ１３で制御されており、既述したようにＥＣＵ１３は、各センサ９，１１，１７，１９の検出値を基に、ＤＰＦ７の再生可能温度を下回る運転条件での運転が長時間連続的若しくは断続的に続き、ＤＰＦ７のフィルタ圧損ΔＰが予め設定された規定値を超えたと判定すると、液体燃料供給装置１５による通常燃焼に代え、ノズル２１ａから気体燃料を吸気管１内に噴射させて、気体燃料と空気による予混合圧縮着火燃焼運転に切り換えるようになっている。
【００１５】
図２(ａ)は液体燃料による通常燃焼時の一運転条件下で燃焼室に吸入される空気流量を示すが、上述したように通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼運転に切り換えて吸気管１内に気体燃料を噴射することで、図２(ｂ)に示すように燃焼室への吸入流量Ｍのうち割合ｍ分を気体燃料が占め、燃焼室に吸入される空気流量が通常燃焼の場合に比し割合ｍ分だけ減少することとなる。
【００１６】
また、吸気絞り弁２３は、気体燃料供給装置２１による予混合圧縮着火燃焼運転時にＥＣＵ１３の指令で吸気絞りを行うもので、一般にディーゼルエンジンに於ては、エンジン負荷を燃料噴射量のみで変化させる。
ＥＣＵ１３は、エンジン５の運転条件に応じて吸気管１内への気体燃料の噴射量を制御するが、更にＥＣＵ１３は、排気温度を上昇させるため、当量比を大きくするのに運転条件判別センサ１７の検出値を基に、例えば図３に示すようにエンジン５の運転条件に応じて当量比を大きくするのに不要な空気流量Ｎを削減するため、運転条件に応じ吸気絞り弁２３の開閉度を制御して吸気絞りを行うように構成されており、この吸気絞り弁２３による吸気絞りによって、エンジン５の全運転条件下で排気温度を上昇させるために目標とする当量比が得られるようになっている。
【００１７】
更に、図１に於て、２５はエンジン５の吸気バルブの開閉タイミングを可変させる着火時期制御装置で、運転条件判別センサ１７の検出値を基に、ＥＣＵ１３の指令で着火時期制御装置２５が吸気バルブの開閉タイミングを変化させてシリンダ内の実圧縮比を変えることで、運転条件に応じた気体燃料の着火時期が得られるようになっている。
【００１８】
このように、通常燃焼から気体燃料供給装置２１による予混合圧縮着火燃焼運転に切り換わることで燃焼室への空気流量が減少し、そして、吸気絞り弁２３の吸気絞りによって、エンジン５の全運転条件下で目標とする当量比が得られ、また、着火時期制御装置２５によって運転条件に応じた気体燃料の着火時期が得られる結果、スムーズにエンジン５が作動して燃焼による排気温度が上昇し、ＤＰＦ７に捕集されたパティキュレートが自然着火してＤＰＦ７の再生処理が行われる。
【００１９】
そして、パティキュレートの燃焼除去によってＤＰＦ７の圧損は低下するが、ＥＣＵ１３は圧力センサ９，１１の検出値を基に、ＤＰＦ７の圧損が予め設定された再生終了条件を満たした処で、気体燃料供給装置２１を終了して液体燃料供給装置１５による通常燃焼に切り換えるようになっている。
本実施形態に係る排気昇温装置２７はこのように構成されているから、ＥＣＵ１３は、各センサ９，１１，１７，１９の検出値を基に、ＤＰＦ７の再生可能温度を下回る運転条件での運転が長時間連続的若しくは断続的に続き、ＤＰＦ７のフィルタ圧損ΔＰが予め設定された規定値を超えたと判定すると、液体燃料供給装置１５による通常燃焼に代え、ノズル２１ａから気体燃料を吸気管１内に噴射させて、気体燃料と空気による予混合圧縮着火燃焼運転に切り換える。
【００２０】
而して、斯様に通常燃焼から気体燃料供給装置２１による予混合圧縮着火燃焼運転に切り換わることで、既述したように燃焼室への空気流量が減少し、そして、吸気絞り弁２３の吸気絞りによって、エンジン５の全運転条件下で目標とする当量比が得られ、また、着火時期制御装置２５によって運転条件に応じた気体燃料の着火時期が得られる結果、スムーズにエンジン５が作動して燃焼による排気温度が上昇し、ＤＰＦ７に捕集されたパティキュレートが自然着火してＤＰＦ７の再生処理が行われる。
【００２１】
そして、パティキュレートの燃焼除去によってＤＰＦ７の圧損が再生終了条件を満たすと、ＥＣＵ１３は気体燃料供給装置２１を終了して、液体燃料供給装置１５による通常燃焼に切り換えることとなる。
以後、ＤＰＦ７にパティキュレートが捕集されてフィルタ圧損ΔＰが規定値を超える毎に、同様の工程を繰り返し乍ら、上昇した排気温度によってＤＰＦの再生が繰り返される。
【００２２】
このように本実施形態は、排気温度を上昇させる手段として、当量比を大きくするために吸気管内へ気体燃料を噴射することで空気流量を減少させるようにしたので、本実施形態によれば、従来に比し絞り損失を小さくして燃費の悪化を抑え乍ら排気温度を上昇させることが可能となって、パティキュレートの自然着火，燃焼除去によるＤＰＦの再生が可能となった。
【００２３】
図４は請求項１及び請求項２の一実施形態に係る排気昇温装置２９を示し、本実施形態は、図１の実施形態の構成に加え、吸気絞り弁２３の上流側の吸気管１にヒータ３１を装着したもので、ＥＣＵ１３は予混合圧縮着火燃焼運転時に当該ヒータ３１を作動させるようになっている。
【００２４】
また、図５は請求項１及び請求項３の一実施形態に係る排気昇温装置３３を示し、本実施形態は、図１の実施形態の構成に加え、吸気絞り弁２３，ノズル２１ａ間の吸気管１とＤＰＦ７の上流側の排気管３との間に、ＥＧＲバルブ３５を装着したＥＧＲ管３７を接続して、予混合圧縮着火燃焼運転時にＥＧＲバルブ３５を開放させるようにしたもので、ＥＧＲバルブ３５はＥＣＵ１３で制御されている。
【００２５】
尚、図４及び図５の各排気昇温装置２９，３３に於て、その他の構成は図１の実施形態と同様であるので、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。
而して、図２の排気昇温装置２９によれば、予混合圧縮着火燃焼運転時にヒータ３１が作動することで吸気温度が上昇し、この結果、図１の排気昇温装置２７に比し、更に排気温度の上昇効果を高めることができる利点を有する。
【００２６】
また、図３の排気昇温装置３３によれば、高温の排ガスの一部をＥＧＲ管３７から吸気管１にＥＧＲさせることで吸気温度を上昇させることができるし、更にまた、ＥＣＵ１３によるＥＧＲバルブ３５の開閉によってＥＧＲ率を制御することで、着火時期のより細かな制御が可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係る排気昇温装置は、排気温度を上昇させる手段として、当量比を大きくするために吸気管内へ気体燃料を噴射することで空気流量を減少させるようにしたので、従来に比し絞り損失を小さくして燃費の悪化を抑え乍ら排気温度を上昇させることが可能となって、パティキュレートの自然着火，燃焼除去によるＤＰＦの再生が可能となった。
【００２８】
また、請求項２に係る発明によれば、更に排気温度の上昇効果を高めることができ、請求項３に係る発明によれば、ＥＧＲを行うことで排気温度上昇に加えて着火時期のより細かな制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の一実施形態に係る排気昇温装置の概略図である。
【図２】気体燃料の噴射による吸入空気流量の減少を示す説明図である。
【図３】吸気絞り弁による当量比調整の説明図である。
【図４】請求項１及び請求項２の一実施形態に係る排気昇温装置の概略図である。
【図５】請求項１及び請求項３の一実施形態に係る排気昇温装置の概略図である。
【符号の説明】
１  吸気管
３  排気管
５  エンジン
７  ＤＰＦ
９，１１  圧力センサ
１３  ＥＣＵ
１５  液体燃料供給装置
１７  運転条件判別センサ
１９  温度センサ
２１  気体燃料供給装置
２３  吸気絞り弁
２５  着火時期制御装置
２７，２９，３３  排気昇温装置
３１  ヒータ
３５  ＥＧＲバルブ
３７  ＥＧＲ管
【図１】
0004261087.tif 000002
【図２】
0004261087.tif 000003
【図３】
0004261087.tif 000004
【図４】
0004261087.tif 000005
【図５】
0004261087.tif 000006