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発明の名称 ディーゼルエンジン
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−51580(P2007−51580A)
公開日 平成19年3月1日(2007.3.1)
出願番号 特願2005−237226(P2005−237226)
出願日 平成17年8月18日(2005.8.18)
代理人 【識別番号】100087653
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 正二
発明者 中平 敏夫 / 石田 幹夫 / 井上 勝支 / 桑原 弘純 / 柳生 寿美夫
要約 課題
フィルタ再生の制約を緩和することができるディーゼルエンジンを提供する。

解決手段
燃料供給量に対応して予め定められた目標温度に基づいて、制御手段13が空気量調節弁8の開度を調節し、検出温度が目標温度よりも高い場合には、空気供給量を減少させるとともに、検出温度が目標温度よりも低い場合には、空気供給量を増加させることで、検出温度を目標温度に近づけるフィードバック制御を行い、このフィードバック制御で、可燃性ガス11の収率が所定値以上となるようにし、燃料改質器3の出口側から導出した可燃性ガス供給路14を、上記フィルタ2の上流で排気経路1に接続し、排気経路1に可燃性ガス11を供給することにより、排気15の熱で燃焼する可燃性ガス11の燃焼熱で、上記フィルタ2に溜まった排気微粒子を燃焼させることができるようにした。
特許請求の範囲
【請求項1】
排気経路(1)にディーゼル・パティキュレート・フィルタ(2)を配置したディーゼルエンジンにおいて、
燃料改質器(3)を設け、この燃料改質器(3)の入口側に燃料供給路(4)と空気供給路(5)とを介して燃料供給源(6)と空気供給源(7)とを連通させ、空気供給路(5)に燃料改質器(3)への空気供給量を調節する空気量調節弁(8)を設け、
燃料改質器(3)の内部に部分酸化触媒を収容し、燃料改質器(3)に燃料(9)と空気(10)とを供給し、部分酸化触媒の下で、燃料(9)を空気(10)で部分酸化させることにより、燃料(9)を一酸化炭素と水素とを含む可燃性ガス(11)に改質できるようにし、燃料改質器(3)にその内部の温度を検出する温度検出手段(12)を設け、温度検出手段(12)を制御手段(13)を介して空気量調節弁(8)に連携させ、
燃料供給量に対応して予め定められた目標温度に基づいて、制御手段(13)が空気量調節弁(8)の開度を調節し、
検出温度が目標温度よりも高い場合には、空気供給量を減少させるとともに、検出温度が目標温度よりも低い場合には、空気供給量を増加させることで、検出温度を目標温度に近づけるフィードバック制御を行い、このフィードバック制御で、可燃性ガス(11)の収率が所定値以上となるようにし、
燃料改質器(3)の出口側から導出した可燃性ガス供給路(14)を、上記フィルタ(2)の上流で排気経路(1)に接続し、排気経路(1)に可燃性ガス(11)を供給することにより、排気(15)の熱で燃焼する可燃性ガス(11)の燃焼熱で、上記フィルタ(2)に溜まった排気微粒子を燃焼させることができるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項2】
請求項1に記載したディーゼルエンジンにおいて、
過給器(16)を空気供給源(7)とし、空気供給路(5)に空気供給圧検出手段(17)を設け、この空気供給圧検出手段(17)に制御手段(13)を介して空気量調節弁(8)を連携させ、
燃料供給量に対応して予め定められた目標空気供給量と、この目標空気供給量と検出空気供給圧とに基づいて予め定められた空気量調節弁(8)の目標開度とに基づいて、制御手段(13)が空気圧調節弁(8)の開度を調節し、
空気供給圧が変動した場合には、空気量調節弁(8)の開度を目標開度に調節することで、空気供給量を、燃料供給量に対応する目標空気供給量に近づけるフィードフォワード制御を行い、
前記フィードバック制御で、空気供給量を微調整することを特徴とするディーゼルエンジン。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、ディーゼルエンジンに関し、詳しくは、フィルタ再生の制約を緩和することができるディーゼルエンジンに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来のディーゼルエンジンとして、本発明と同様、排気経路にディーゼル・パティキュレート・フィルタを配置したものがある。
この種のエンジンでは、上記フィルタで排気微粒子を捕捉し、排気を浄化することができる利点がある。
【0003】
しかし、この種のエンジンには、排気微粒子で目詰まりしたフィルタを再生するため、排気経路に燃料を供給し、排気熱で燃料を燃焼させ、その燃焼熱で排気微粒子を燃焼させるものがあり、問題が生じている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来技術では、次の問題がある。
《問題》 フィルタ再生に大きな制約がある。
排気熱で燃料を燃焼させるためには、高い排気熱が必要となり、高負荷運転時のみしかフィルタ再生ができない等、フィルタ再生に大きな制約がある。
【0005】
本発明は、上記問題点を解決することができるディーゼルエンジン、すなわち、フィルタ再生の制約を緩和することができるディーゼルエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図1に例示するように、排気経路(1)にディーゼル・パティキュレート・フィルタ(2)を配置したディーゼルエンジンにおいて、
燃料改質器(3)を設け、この燃料改質器(3)の入口側に燃料供給路(4)と空気供給路(5)とを介して燃料供給源(6)と空気供給源(7)とを連通させ、空気供給路(5)に燃料改質器(3)への空気供給量を調節する空気量調節弁(8)を設け、
燃料改質器(3)の内部に部分酸化触媒を収容し、燃料改質器(3)に燃料(9)と空気(10)とを供給し、部分酸化触媒の下で、燃料(9)を空気(10)で部分酸化させることにより、燃料(9)を一酸化炭素と水素とを含む可燃性ガス(11)に改質できるようにし、燃料改質器(3)にその内部の温度を検出する温度検出手段(12)を設け、温度検出手段(12)を制御手段(13)を介して空気量調節弁(8)に連携させ、
燃料供給量に対応して予め定められた目標温度に基づいて、制御手段(13)が空気量調節弁(8)の開度を調節し、
検出温度が目標温度よりも高い場合には、空気供給量を減少させるとともに、検出温度が目標温度よりも低い場合には、空気供給量を増加させることで、検出温度を目標温度に近づけるフィードバック制御を行い、このフィードバック制御で、可燃性ガス(11)の収率が所定値以上となるようにし、
燃料改質器(3)の出口側から導出した可燃性ガス供給路(14)を、上記フィルタ(2)の上流で排気経路(1)に接続し、排気経路(1)に可燃性ガス(11)を供給することにより、排気(15)の熱で燃焼する可燃性ガス(11)の燃焼熱で、上記フィルタ(2)に溜まった排気微粒子を燃焼させることができるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【発明の効果】
【0007】
(請求項1に係る発明)
《効果》 フィルタ再生の制約を緩和することができる。
図1に例示するように、燃料(9)を空気(10)で部分酸化させることにより、燃料(9)を一酸化炭素と水素とを含む可燃性ガス(11)に改質し、排気(15)の熱で燃焼する可燃性ガス(11)の燃焼熱で、フィルタ(2)に溜まった排気微粒子を燃焼させる。一酸化炭素は100°C程度で着火し、水素とは常温で着火するため、これらを燃焼させるのに高い排気熱は必要なく、アイドリング運転時や低負荷運転時であっても、フィルタ(2)の再生が可能となる。このため、フィルタ再生の制約を緩和することができる。
【0008】
《効果》 可燃性ガスを高い収率で得ることができる。
燃料供給量に対応して予め定められた目標温度に基づいて、制御手段(13)が空気量調節弁(8)の開度を調節し、検出温度が目標温度よりも高い場合には、空気供給量を減少させるとともに、検出温度が目標温度よりも低い場合には、空気供給量を増加させることで、検出温度を目標温度に近づけるフィードバック制御を行い、このフィードバック制御で、可燃性ガス(11)の収率が所定値以上となるようにしているので、可燃性ガスを高い収率で得ることができる。
【0009】
可燃性ガスの収率は、燃料改質器(3)内での酸化反応速度に依存し、酸化反応速度は燃料供給量に対する空気供給量に依存する。また、酸化反応速度は燃料改質器(3)の内部の温度によって検出することができる。このため、検出温度を目標温度に近づけるフィードバック制御で空気供給量を調節することにより、酸化反応速度を制御し、可燃性ガスの収率を制御することができるのである。
【0010】
(請求項2に係る発明)
請求項1に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 空気供給量の制御を速やかに行うことができる。
図2に例示するように、空気供給圧が変動した場合には、空気量調節弁(8)の開度を目標開度に調節することで、空気供給量を、燃料供給量に対応する目標空気供給量に近づけるフィードフォワード制御を行うので、これをフィードバック制御で行う場合に比べ、空気供給量の制御を速やかに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1及び図2は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンを説明する図である。
【0012】
本発明の実施形態の概要は、次の通りである。
図1に示すように、ディーゼルエンジン(D)の排気経路(1)にディーゼル・パティキュレート・フィルタ(2)を配置している。燃料改質器(3)を設け、この燃料改質器(3)の入口側に燃料供給路(4)と空気供給路(5)とを介して燃料供給源(6)と空気供給源(7)とを連通させ、空気供給路(5)に燃料改質器(3)への空気供給量を調節する空気量調節弁(8)を設けている。フィルタ(2)は、多孔質のセラミックで、酸化触媒を担持させている。酸化触媒としてはアルカリ金属及びアルカリ土類金属を用いている。燃料供給源(6)はエンジンの燃料タンクであり、燃料は軽油である。燃料供給源(6)から燃料供給ポンプ(21)で燃料改質器(3)に燃料を供給している。空気供給源(7)は過給機(16)であり、吸気の一部(全吸気の2〜3%程度)を空気供給路(5)から燃料改質器(3)に導入している。
【0013】
燃料改質器の内容は、次の通りである。
燃料改質器(3)の内部に部分酸化触媒を収容し、燃料改質器(3)に燃料(9)と空気(10)とを供給し、部分酸化触媒の下で、燃料(9)を空気(10)で部分酸化させることにより、燃料(9)を一酸化炭素と水素とを含む可燃性ガス(11)に改質できるようにし、燃料改質器(3)にその内部の温度を検出する温度検出手段(12)を設け、温度検出手段(12)を制御手段(13)を介して空気量調節弁(8)に連携させている。部分酸化触媒は、プラチナ系のもので、直径2〜4mmのペレット状のアルミナに担持させている。可燃性ガス(11)には、可燃性の一酸化炭素や水素とともに、不燃性の二酸化炭素や水蒸気も混入する。
【0014】
空気量の制御の内容は、次の通りである。
燃料供給量に対応して予め定められた目標温度に基づいて、制御手段(13)が空気量調節弁(8)の開度を調節し、検出温度が目標温度よりも高い場合には、空気供給量を減少させるとともに、検出温度が目標温度よりも低い場合には、空気供給量を増加させることで、検出温度を目標温度に近づけるフィードバック制御を行い、このフィードバック制御で、可燃性ガス(11)の収率が所定値以上となるようにしている。燃料供給量に対応して予め定められた目標温度は、マップに書き込まれている。この目標温度は、可燃性ガス(11)の収率が、最適収率となるように設定されている。制御手段(13)はマイコンである。
【0015】
可燃性ガスの機能は、次の通りである。
燃料改質器(3)の出口側から導出した可燃性ガス供給路(14)を、上記フィルタ(2)の上流で排気経路(1)に接続し、排気経路(1)に可燃性ガス(11)を供給することにより、排気(15)の熱で燃焼する可燃性ガス(11)の燃焼熱で、上記フィルタ(2)に溜まった排気微粒子を燃焼させることができるようにしている。
【0016】
他の工夫は、次の通りである。
過給器(16)を空気供給源(7)としたため、空気供給圧の変動が大きくなる。このため、空気供給路(5)に空気供給圧検出手段(17)を設け、この空気供給圧検出手段(17)に制御手段(13)を介して空気量調節弁(8)を連携させている。燃料供給量に対応して予め定められた目標空気供給量と、この目標空気供給量と検出空気供給圧とに基づいて予め定められた空気量調節弁(8)の目標開度とに基づいて、制御手段(13)が空気圧調節弁(8)の開度を調節している。空気供給圧が変動した場合には、空気量調節弁(8)の開度を目標開度に調節することで、空気供給量を、燃料供給量に対応する目標空気供給量に近づけるフィードフォワード制御を行い、前記フィードバック制御で、空気供給量を微調整する。
【0017】
具体的な制御は、次の通りである。
図1に示すように、このエンジンは、回転数検出手段(18)と負荷検出手段(27)と背圧検出手段(19)と排気温度検出手段(20)とを備え、これらをいずれも制御手段(13)を介して空気量調節弁(8)と燃料供給ポンプ(21)とに連携させている。図2に示すように、回転数(R)と負荷(L)と背圧(Bp)と排気温度(Te)の検出信号を受けた制御手段(13)は、燃料供給量マップ(22)に基づいて、燃料供給を行うか否かを決定し、燃料供給を行う場合には、燃料供給量(Qf)も決定し、パルスマップ(23)に基づいて、燃料供給量(Qf)に対応するパルス(P)を決定し、パルス(P)の指令信号を燃料供給ポンプ(21)に送り、燃料改質器(2)に燃料供給量(Qf)に相当する燃料を供給する。回転数(R)と負荷(L)とで排気流量を推定でき、排気流量と背圧(Bp)でフィルタ(2)の目詰まり状態を推定でき、排気温度(Te)で排気微粒子の燃焼に必要な燃焼エネルギーを推定できる。このため、回転数(R)と負荷(L)と背圧(Bp)と排気温度(Te)に基づいて、燃料改質器(3)に燃料を供給するか否か、燃料供給量(Qf)をどの程度にするかを燃料供給量マップ(22)に書き込んでいる。
【0018】
制御手段(13)は、燃料供給量(Qf)を決定した場合には、同時に空気供給量マップ(24)で燃料供給量(Qf)に対応する目標空気供給量(Qa)を決定する。制御手段(13)は、この目標空気供給量(Qa)と、空気供給圧検出手段(17)で検出したブースト圧(Pb)の検出信号から、弁開度マップ(25)に基づいて、弁開度(V)を決定し、弁開度(V)の指令信号を空気量調節弁(8)に送り、目標空気供給量(Qa)に相当する空気を燃料改質器(2)に供給するフィードフォワード制御を行う。制御手段(13)は、燃料供給量(Qf)を決定した場合には、同時に温度マップ(26)で燃料供給量(Qf)に対応する目標温度(T0)を決定する。制御手段(13)は、この目標温度(T0)と温度検出手段(12)で検出した検出温度(T)との偏差(△T)をなくすように、PI制御で空気調節弁(8)に弁開度(V)の補正信号(Dp)(Di)を発信し、フィードバック制御で空気供給量を調節する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンとそのフィルタ再生装置の模式図である。
【図2】図1のエンジンの制御ブロック図である。
【符号の説明】
【0020】
(1) 排気経路
(2) ディーゼル・パティキュレート・フィルタ
(3) 燃料改質器
(4) 燃料供給路
(5) 空気供給路
(6) 燃料供給源
(7) 空気供給源
(8) 空気量調節弁
(9) 燃料
(10) 空気
(11) 可燃性ガス
(12) 温度検出手段
(13) 制御手段
(14) 可燃性ガス供給路
(15) 排気
(16) 過給器
(17) 空気供給圧検出手段





 

 


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