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JP3933625B2 - ディーゼルエンジンの粒状物低減システム - Google Patents

ディーゼルエンジンの粒状物低減システム Download PDF

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Description

本発明はディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する技術に係り、より詳しくは、ディーゼル粒子フィルターを利用してディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる粒状物を低減させるシステムに関する。
自動車の有害排気ガスに対する規制が強化されることによって、長い間排気ガスの低減が重要な技術的問題となっている。有害排気ガスの排出が相対的に多いディーゼル車両の場合、排気ガスの浄化は非常に重要な問題である。特に、燃料の不完全燃焼に主に起因する粒状物(PM:particulate matters)の低減が要求されている。そして、これら粒状物の排出を減らすために、多様な技術が導入されている。粒状物を減らすための最も一般的な技術としては、排気ガス成分中、粒状物を捕集し、捕集した粒状物をバーナーやヒーターなどによって発火温度以上に加熱することによって、粒状物を除去するDPF(Diesel Particulate Filter)技術がある。
DPF技術においては、DPF内に捕集されたすす(soot)を酸化させて、再生する過程が必要であるが、この再生方式によって多様な概念のDPF技術が開発されている。例えば、添加剤を利用する受動方式のDPF、受動方式のCRT(Continuously Regeneration Trap)、能動方式のCPF(Catalyzed Particulate Filter)、及び能動方式のDPNR(Diesel Particulate NOx Reduction)などがある。
これらのうち、受動方式は、一定の条件が満たされる運転モードではDPF内で連続的にすすの酸化が起こるが、一定の条件が満たされないとすすの酸化が起こらないから、例えば、排気ガス温度が相対的に低い市内走行中心の車両には適用することが困難である。通常の乗用車の場合には、再生時、排気ガス温度をヒーターや燃料噴射計の制御を通じて人為的に上昇させる能動方式が適している。つまり、CPF及びDPNR技術が乗用車により適している。そして、CPFやDPNR技術においては、走行中にDPFの再生が行なわれている。
高速または高負荷状態の排気ガス温度がより高い状態では、円滑なDPFの再生が可能であるが、負荷が低い運転条件である状態では、DPFの再生のためには、排気ガスの温度を強制的に上昇させなければならないとの問題がある。
そこで、燃焼が終了した状態で再び燃料を噴射するポストインジェクションにより、排気ガス温度を上昇させている。具体的には、CPF上流側にDOC(Diesel Oxidation Catalyst)が配置されて、排気ガスの温度を上昇させている。
しかし、このようなポストインジェクションが行われると、DPFの再生のみのために燃料が消耗されるので燃費が悪化する。また、遅すぎる燃料噴射のため燃料がシリンダー内壁の潤滑油層表面に噴射されて、燃料によってオイルが稀薄になる問題が発生することがある。さらにまた、再生時点を決定することも容易ではない。
特開2003−90210号公報 特開2002−349241号公報 特開2002−332899号公報
本発明は前述したような問題点を解決するためにされたものであって、給油ノズルの電源から電気の供給を受けて、ディーゼル粒子フィルターを再生することができるディーゼルエンジンの粒状物低減システムを提供することにその目的がある。
記目的を達成するため本発明によるディーゼルエンジンの粒状物低減システムは、ディーゼルエンジン(21)から所定の通路幅を有し複数回屈曲しつつ下流側に延びる最上流側部分(23a)と、この最上流側部分の下流側端部から屈曲して延設され最上流側部分の通路幅より一定幅拡大された通路幅を有し直線的に延びる拡大直線的延設部分(23b)と、この拡大直線的延設部分から拡大直線的延設部分の延設方向と同一方向に延設され拡大直線的延設部分の通路幅からさらに連続的に拡大する通路幅を有するように直線的に延びる連続拡大延設部分(23c)と、この連続的拡大延設部分から連続的拡大延設部分の延設方向と同一方向に延設され連続的拡大延設部分の最大通路幅と同一の通路幅を有し直線的に延びる最大通路幅延設部分(23d)と、この最大通路幅延設部分から最大通路幅延設部分の延設方向と同一方向に延設され最大通路幅延設部分の通路幅から前記拡大直線的延設部分(23b)と略同一の通路幅にまで連続的に縮小する通路幅を有するように直線的に延びる連続的縮小延設部分(23e)と、この連続的縮小延設部分から連続的縮小延設部分の延設方向と同一方向に延設され前記拡大直線的延設部分(23b)の通路幅と略同一の通路幅を有し直線的に延びる下流側直線的延設部分(23f)と、この下流側直線的延設部分から屈曲して延設され前記最上流側部分(23a)の通路幅と略同一の通路幅を有する最下流側部分(23g)とから成る排気ガス排出通路(23)と;燃料注入口(27)が設けられ外面から凹む平面状部分(28)と、を有する車両(25)におけるディーゼルエンジンの粒状物低減システムであって;排気ガス排出通路(23)の前記最大通路幅延設部分(23d)における下流側に配設され排気ガスに含まれる粒状物を捕集するディーゼル粒子フィルター(DPF)(11)と;電源を含む給油ノズルから構成され、給油ノズルは、長さ方向先端側が鈍角に屈曲する円管状の前端部(13a)と、この前端部の後端位置に前端部外径より大の幅と長さの矩形平面部分を有する前端平面(13b)を形成するように前端部(13a)の後端から前端部(13a)の長さ方向と同一の長さ方向に延設された後端側部分(13c)と、前記前端平面(13b)の矩形平面部分に開口するように設けられた電源供給ソケット(31)とを備える電源供給装置(13)と;排気ガス排出通路(23)の前記最大通路幅延設部分(23d)に配設されたDPF(11)の上流側端面に近接するように最大通路幅延設部分(23d)の上流側に離隔する下流側端面を有し前記最大通路幅延設部分(23d)の上流側部分の通路幅全幅に亘り設けられ、前記電源供給装置から電源の供給を受けて、前記DPFを加熱できるように構成されるヒーター(15)と;このヒーター(15)の内部に前記最大通路幅延設部分(23d)におけるヒーターが専有する通路幅の一部を置換するように設けられ、ヒーターの温度を検出して相当する信号を生成する温度センサー(33)と;前記拡大直線的延設部分(23b)における長さ方向中間の外周に拡大直線的延設部分の通路幅方向に向くように開口する通路(18)により連通され、前記電源供給装置から電源の供給を受けて、前記DPFに空気を供給できるように構成される送風機(17)と;給油ノズルの前記前端部(13a)が燃料注入口(27)に挿入された場合に前記電源供給ソケット(31)に挿入されるように、車両(25)の前記平面状部分(28)における燃料注入口(27)の近くに配置形成される電源供給プラグ(29)を含み、この電源供給プラグ(29)が電源供給ソケット(31)に挿入され電気的に連結されると給油ノズルの電源から電流の供給を受け、且つ温度センサー(33)で生成されたヒーター(15)の温度を示す信号を受信し、受信した信号に基づいて、前記DPF(11)に捕集されている粒状物が燃焼できる温度に設定された温度に到達するまでヒーター(15)に電流が供給されるように、また、前記設定された温度に到達した後にはヒーター(15)が駆動されないように制御し、且つ、DPF(11)に存在する燃焼されて残った粒状物がDPF(11)から排出されるように、前記供給を受けた電流を送風機(17)に選択的に給制御する制御ユニットと、を具備したことを特徴とする。
本発明は、外部電源を利用してDPFを再生することによって、車両が停止中である場合にもDPFを再生することができる。特に、給油ノズルに設けられた外部電源を利用して給油中にDPFを再生することによって、走行中DPFの再生による排気ガス特性の悪化を防止することができる。さらに、車両の燃料注入口近くに設けられる電源供給プラグと給油ノズルに設けられる電源供給ソケットを利用することによって、給油時に簡便で安全にDPFを再生することができる。
以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の実施例による粒状物低減システム10は、ディーゼル粒子フィルター(DPF)11と、電源供給装置13と、ヒーター15と、送風機17と、制御ユニット19を含む。
DPF11は、ディーゼルエンジン21の排気ガス排出通路23上に配置されて排気ガスに含まれる粒状物を捕集する。ヒーター15は、電源供給装置13から供給される電源によって駆動され、電源が供給されるとヒーター15は熱を発する。例えば、ヒーター15は大きい電気抵抗を有するコイルとすることができる。ヒーター15はその発生する熱によりDPF11が加熱できるようにDPF11の近くに配置されるのが好ましい。ヒーター15は、DPF11上流側の排気ガス排出通路23上に配置される。送風機17は、電源供給装置13から供給される電源によって駆動され、電源が供給されると送風機17は空気をDPF11に向けて送る。
本実施例においては、電源供給装置13は電源を含む給油ノズルとして構成されている。給油ノズルは、車両に燃料を注入するために用いられる一般的な給油ノズルとすることができる。給油ノズルは一般にその駆動のために必要な電源を含んでいるので、本発明の実施例ではこれをヒーター15及び送風機17を駆動する電源として利用する。制御ユニット19は、給油ノズルの電源からヒーター15及び送風機17への電源供給を制御する。つまり、制御ユニット19はヒーター15及び送風機17の駆動を制御する。制御ユニット19は、マイクロプロセッサー、メモリ、及び関連ハードウェアとソフトウェアを含み、以下で説明するロジックにしたがう制御方法を行なうようにプログラムされる。
図2に示すように、制御ユニット19は車両25の燃料注入口27近くに設けられる電源供給プラグ29を含む。そして、給油ノズルには電源供給プラグ29が挿入できる電源供給ソケット31が設けられる。電源供給プラグ29と電源供給ソケット31は、給油ノズルの前端部13aが燃料注入口27に挿入される場合、電源供給プラグ29が電源供給ソケット31に挿入されるように配置される。
電源供給プラグ29が電源供給ソケット31に挿入されると、つまり、電源供給プラグ29と電源供給ソケット31が電気的に連結されると、給油ノズルの電源が、制御ユニット19に供給される。つまり、給油ノズルの電源から制御ユニット19に電流が流れる。つまり、給油ノズルが車両25の燃料注入口27に挿入されると、制御ユニット19は給油ノズルの電源から、電流の供給を受ける。そして、制御ユニット19は供給を受けた電流がヒーター15及び送風機17に選択的に供給されるように制御する。
電流がヒーター15に供給されると、ヒーター15は熱を発する。そして、DPF11がヒーター15から発生した熱によって加熱されることにより、DPF11によって捕集された粒状物が燃焼する。そして、電流が送風機17に供給されると、送風機17は空気をDPF11に供給する。したがって、DPF11に存在する燃焼されて残った粒状物がDPF11から排出される。
本発明の実施例による粒状物低減システム10は、ヒーター15の温度を検出して相当する信号を生成する温度センサー33をさらに含むのが好ましい。制御ユニット19は、温度センサー33で生成されたヒーター15の温度を示す信号を受信し、受信した信号に基づいてヒーター15の駆動を制御する。制御ユニット19は、ヒーター15の温度が設定された温度に到達するまでヒーター15に電流が供給されるように制御する。設定された温度はDPF11に捕集されている粒状物が燃焼できる温度にすることができる。例えば、設定された温度は600℃とすることができる。
以下、図3を参照して、本発明の実施例によるディーゼルエンジンの粒状物低減方法について説明する。
本発明の実施例による粒状物低減方法は、前記のような実施例による粒状物低減システムを利用することができ、DPF11を利用してエンジン排気ガスに含まれる粒状物を捕集する捕集段階(S310)と、DPF11に捕集された粒状物を除去することによってDPF11を再生する再生段階(S320)を含む。
前記のDPF11を再生する段階(S320)は、DPF11によって捕集された粒状物が燃焼できるように給油ノズルから供給される電源を利用してDPF11を加熱する加熱段階(S321)と、DPF11に空気を送る送風段階(S323)を含む。
DPF11を加熱する段階(S321)は、給油ノズルから供給される電源を利用してDPF11の近くに設けられるヒーター15を駆動することによって行なわれることが好ましい。そして、DPF11を加熱する段階(S321)で、ヒーター15はその温度が設定された温度に到達するまで駆動されるのが好ましく、その温度が設定された温度に到達した後には駆動されないことが好ましい。また、DPF11に空気を送る段階(S323)は、給油ノズルから供給される電源を利用して送風機17を駆動することによって行なわれることが好ましい。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その技術的範囲に含まれる全ての変更及び/または修正を含む。
本発明は、ディーゼル車両の排気ガス浄化システムに適用することができる。
本発明の実施例によるディーゼルエンジンの粒状物低減システムを概略的に示す図面である。 図1での電源供給装置を示す図面である。 本発明の実施例によるディーゼルエンジンの粒状物低減方法を概略的に示すフローチャートである。
符号の説明
10 粒状物低減システム
11 ディーゼル粒子フィルター(DPF)
13 電源供給装置
13a 前端部
13b 前端平面
13c 後端側部分
15 ヒーター
17 送風機
18 通路
19 制御ユニット
21 ディーゼルエンジン
23 排気ガス排出通路
23a 最上流側部分
23b 拡大直線的延設部分
23c 連続拡大延設部分
23d 最大通路幅延設部分
23e 連続的縮小延設部分
23f 下流側直線的延設部分
23g 最下流側部分
25 車両
27 燃料注入口
28 平面状部分
29 電源供給プラグ
31 電源供給ソケット

Claims (1)

  1. ディーゼルエンジン(21)から所定の通路幅を有し複数回屈曲しつつ下流側に延びる最上流側部分(23a)と、この最上流側部分の下流側端部から屈曲して延設され最上流側部分の通路幅より一定幅拡大された通路幅を有し直線的に延びる拡大直線的延設部分(23b)と、この拡大直線的延設部分から拡大直線的延設部分の延設方向と同一方向に延設され拡大直線的延設部分の通路幅からさらに連続的に拡大する通路幅を有するように直線的に延びる連続拡大延設部分(23c)と、この連続的拡大延設部分から連続的拡大延設部分の延設方向と同一方向に延設され連続的拡大延設部分の最大通路幅と同一の通路幅を有し直線的に延びる最大通路幅延設部分(23d)と、この最大通路幅延設部分から最大通路幅延設部分の延設方向と同一方向に延設され最大通路幅延設部分の通路幅から前記拡大直線的延設部分(23b)と略同一の通路幅にまで連続的に縮小する通路幅を有するように直線的に延びる連続的縮小延設部分(23e)と、この連続的縮小延設部分から連続的縮小延設部分の延設方向と同一方向に延設され前記拡大直線的延設部分(23b)の通路幅と略同一の通路幅を有し直線的に延びる下流側直線的延設部分(23f)と、この下流側直線的延設部分から屈曲して延設され前記最上流側部分(23a)の通路幅と略同一の通路幅を有する最下流側部分(23g)とから成る排気ガス排出通路(23)と、
    燃料注入口(27)が設けられ外面から凹む平面状部分(28)と、を有する車両(25)におけるディーゼルエンジンの粒状物低減システムであって、
    排気ガス排出通路(23)の前記最大通路幅延設部分(23d)における下流側に配設され排気ガスに含まれる粒状物を捕集するディーゼル粒子フィルター(DPF)(11)と、
    電源を含む給油ノズルから構成され、給油ノズルは、長さ方向先端側が鈍角に屈曲する円管状の前端部(13a)と、この前端部の後端位置に前端部外径より大の幅と長さの矩形平面部分を有する前端平面(13b)を形成するように前端部(13a)の後端から前端部(13a)の長さ方向と同一の長さ方向に延設された後端側部分(13c)と、前記前端平面(13b)の矩形平面部分に開口するように設けられた電源供給ソケット(31)とを備える電源供給装置(13)と、
    排気ガス排出通路(23)の前記最大通路幅延設部分(23d)に配設されたDPF(11)の上流側端面に近接するように最大通路幅延設部分(23d)の上流側に離隔する下流側端面を有し前記最大通路幅延設部分(23d)の上流側部分の通路幅全幅に亘り設けられ、前記電源供給装置から電源の供給を受けて、前記DPFを加熱できるように構成されるヒーター(15)と、
    このヒーター(15)の内部に前記最大通路幅延設部分(23d)におけるヒーターが専有する通路幅の一部を置換するように設けられ、ヒーターの温度を検出して相当する信号を生成する温度センサー(33)と、
    前記拡大直線的延設部分(23b)における長さ方向中間の外周に拡大直線的延設部分の通路幅方向に向くように開口する通路(18)により連通され、前記電源供給装置から電源の供給を受けて、前記DPFに空気を供給できるように構成される送風機(17)と、
    給油ノズルの前記前端部(13a)が燃料注入口(27)に挿入された場合に前記電源供給ソケット(31)に挿入されるように、車両(25)の前記平面状部分(28)における燃料注入口(27)の近くに配置形成される電源供給プラグ(29)を含み、この電源供給プラグ(29)が電源供給ソケット(31)に挿入され電気的に連結されると給油ノズルの電源から電流の供給を受け、且つ温度センサー(33)で生成されたヒーター(15)の温度を示す信号を受信し、受信した信号に基づいて、前記DPF(11)に捕集されている粒状物が燃焼できる温度に設定された温度に到達するまでヒーター(15)に電流が供給されるように、また、前記設定された温度に到達した後にはヒーター(15)が駆動されないように制御し、且つ、DPF(11)に存在する燃焼されて残った粒状物がDPF(11)から排出されるように、前記供給を受けた電流を送風機(17)に選択的に給制御する制御ユニットと、を具備したことを特徴とするディーゼルエンジンの粒状物低減システム。
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