特許 6964046 エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6964046

(24)【登録日】2021年10月20日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20211028BHJP

   F02D 9/04 20060101ALI20211028BHJP

   F01N 3/36 20060101ALI20211028BHJP

   F02M 26/25 20160101ALI20211028BHJP

   F01P 3/12 20060101ALI20211028BHJP

   F01P 3/20 20060101ALI20211028BHJP

   F01P 7/16 20060101ALI20211028BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/28 301V

   F01N3/28 301P

   F02D9/04 A

   F01N3/36 B

   F02M26/25

   F01P3/12

   F01P3/20 F

   F01P7/16 504Z

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-123030(P2018-123030)

(22)【出願日】2018年6月28日

(65)【公開番号】特開2020-2870(P2020-2870A)

(43)【公開日】2020年1月9日

【審査請求日】2020年6月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 一希

(72)【発明者】

【氏名】可部 幸正

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１１１９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１８３５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８９８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５２−１２０２１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−２２３５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８５３４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００ー３／３８

Ｆ０２Ｄ ９／０４

Ｆ０２Ｍ ２６／２５

Ｆ０１Ｐ ３／００−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気マニホルド(１)と、排気マニホルド(１)のマニホルド出口(１ａ)から導出された排気導出経路(２)と、排気導出経路(２)に設けられた触媒(４)を備え、
排気導出経路(２)は排気導出筒(７)を備え、
クランク軸(１４)の架設方向を前後方向として、排気マニホルド(１)は前後方向に架設され、排気マニホルド(１)のマニホルド出口(１ａ)は、排気マニホルド(１)の前後方向中央上部に形成され、触媒(４)は排気マニホルド(１)のマニホルド出口(１ａ)内に配置され、
触媒(４)の排気下流に設けられた排気絞装置(８)を備え、
ＥＧＲクーラ(２３)と、エンジン本体(２０)を水冷するメイン水路(２１)からそれぞれ個別に分岐された一対のバイパス水路(２２)(２４)を備え、排気絞装置(８)とＥＧＲクーラ(２３)は、一対のバイパス水路(２２)(２４)にそれぞれ個別に接続されている、ことを特徴とするエンジン。

【請求項2】

請求項１に記載されたエンジンにおいて、
触媒(４)は、中心貫通孔(４ｄ)を有し、中心軸線(４ｃ)と平行な向きに見て、環状に形成されている、ことを特徴とするエンジン。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載されたエンジンにおいて、
触媒(４)は、中心軸線(４ｃ)方向の厚さ寸法が径方向の寸法よりも短い薄型に形成されている、ことを特徴とするエンジン。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載されたエンジンにおいて、
触媒(４)と排気絞装置(８)の間に配置された排気温度センサ(９)と、排気温度センサ(９)と排気絞装置(８)を連携させる制御装置(１０)を備え、制御装置(１０)は、排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度に基づいて、排気絞装置(８)の開度を調節するように構成されている、ことを特徴とするエンジン。

【請求項5】

請求項１から請求項３のいずれかに記載されたエンジンにおいて、
排気絞装置(８)の排気下流側直近位置に配置された排気温度センサ(９)と、排気温度センサ(９)と排気絞装置(８)を連携させる制御装置(１０)を備え、制御装置(１０)は、排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度に基づいて、排気絞装置(８)の開度を調節するように構成されている、ことを特徴とするエンジン。

【請求項6】

請求項４または請求項５に記載されたエンジンにおいて、
排気絞装置(８)の下流に配置された絞下流側触媒(１１)を備え、制御装置(１０)は、前記排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度に基づいて、排気絞装置(８)の絞下流側触媒(１１)の排気入口(１１ａ)側の排気(５)の温度を推定し、この排気(５)の温度の推定に基づいて、絞下流側触媒(１１)を用いた排気処理の制御を行うように構成されている、ことを特徴とするエンジン。

【請求項7】

請求項６に記載されたエンジンにおいて、
絞下流側触媒(１１)を用いた排気処理は、排気(５)中に供給した未燃燃料を絞下流側触媒(１１)で触媒燃焼させる排気昇温処理を伴う、ことを特徴とするエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンに関し、詳しくは、触媒の活性化が促進されるエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

前提構成 触媒ケース
従来、排気マニホルドと、排気マニホルドのマニホルド出口から導出された排気導出経路と、排気導出経路に設けられた触媒ケースと、触媒ケースに収容された触媒を備えたエンジンがある (例えば、特許文献１参照)。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１８５３４０号公報(図１、図４、図６参照)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

《問題点》 触媒が活性化しにくい。
特許文献１のエンジンでは、触媒が排気マニホルドのマニホルド出口から遠い位置にあり、マニホルド出口から流出した排気の温度が触媒に到達するまでに低下し、触媒が活性化しにくい。

【0005】

本発明の課題は、触媒の活性化が促進されるエンジンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、クランク軸の架設方向を前後方向として、排気マニホルドは前後方向に架設され、排気マニホルドのマニホルド出口は、排気マニホルドの前後方向中央上部に形成され、触媒は排気マニホルドのマニホルド出口内に配置され、触媒の排気下流に設けられた排気絞装置を備え、ＥＧＲクーラと、エンジン本体を水冷するメイン水路からそれぞれ個別に分岐された一対のバイパス水路を備え、排気絞装置とＥＧＲクーラは、一対のバイパス水路にそれぞれ個別に接続されている。
触媒は、中心貫通孔を有し、中心軸線と平行な向きに見て、環状に形成されていることが望ましい。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、次の効果を奏する。
触媒が排気ポートから近い位置に配置され、排気ポートから流出した排気の温度が触媒に到達するまでに低下しにくく、触媒の活性化が促進される。
また、各排気ポートから放出された排気の成分が、排気マニホルドの前後方向中央位置に配置された排気出口に至る間に平準化され、成分が平準化された排気が触媒を通過するため、触媒の触媒成分の劣化に偏りが生じにくい。
また、排気絞装置の絞りによる背圧の上昇で、排気の温度が上昇し、触媒の温度が上昇し、触媒の排気入口に付着する未燃付着物の焼却や触媒の活性化が促進される。
排気絞装置とＥＧＲクーラがそれぞれ個別に接続された一対のバイパス水路の各水路抵抗は小さく、排気絞装置へのバイパス冷却水の供給量が多く、排気絞装置の温度が下がり、排気絞装置の熱劣化が抑制される。
一対のバイパス水路の各水路抵抗は小さく、ＥＧＲクーラへのバイパス冷却水の供給量が多くなり、ＥＧＲガスの温度が下がり、ＥＧＲガスの密度が高まり、ＥＧＲ率が高まる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気装置を説明する模式図で、図１(Ａ)はエンジンの模式図、図１(Ｂ)は触媒の基本例の説明図、図１(Ｃ)は図１(Ｂ)のＣ方向矢視図である。

【図2】図２は各種変形例の説明図で、図２(Ａ)は触媒の変形例１の説明図、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ方向矢視図、図２(Ｃ)は触媒の変形例２の説明図、図２(Ｄ)は図２(Ｃ)のＤ方向矢視図、図２(Ｅ)は排気温度センサの配置の変形例の説明図である。

【図3】図１のエンジンの水冷装置を説明する模式図である。

【図4】図１のエンジンの目詰まり解消モードの制御を説明するフローチャートである。

【図5】図１のエンジンのＤＰＦ再生モードの制御を説明するフローチャートである。

【図6】本発明の第２実施形態に係るエンジンの水冷装置を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１〜図５は発明の第１実施形態に係るエンジンを説明する図、図６は本発明の第２実施形態に係るエンジンを説明する図である。
各実施形態では、いずれも立形の水冷直列多気筒ディーゼルエンジンが用いられている。

【0010】

本発明の第１実施形態に係るエンジンについて説明する。
図１(Ａ)に示すように、このエンジンは、シリンダブロック(２０ａ)と、シリンダブロック(２０ａ)の上部に取り付けられたシリンダヘッド(２０ｂ)を備えている。クランク軸(１４)の架設方向を前後方向、その一方を前、他方を後として、シリンダブロック(２０ａ)の前部に、冷却水ポンプ(２５)と調時伝動ケース(１５)が組み付けられている。冷却水ポンプ(２５)のポンプ入力軸には、エンジン冷却ファン(１６)が取り付けられ、冷却水ポンプ(２５)とエンジン冷却ファン(１６)はファンベルト(１７)を介してクランク軸(１４)で駆動される。エンジン冷却ファン(１６)の前方には、ラジエータ(２６)が配置されている。シリンダブロック(２０ａ)の後部には、クランク軸(１４)の後端部に取り付けられたフライホイール(１４ａ)が配置されている。

【0011】

図１(Ａ)に示すように、エンジンの幅方向を横方向として、シリンダヘッド(２０ｂ)の横一側に排気マニホルド(１)が組み付けられ、排気マニホルド(１)のマニホルド出口(１ａ)から排気導出経路(２)が導出されている。排気導出経路(２)は、排気上流側から順に配置された、過給機(６)と、過給機(６)のタービンを収容するタービンハウジング(６ａ)から導出されたタービン出口筒(６ｂ)と、排気絞装置(８)と、排気中継管(７)と、排気浄化ケース(１８)を備え、排気マニホルド(１)のマニホルド出口(１ａ)から流出した排気(５)は、過給機(６)のタービンハウジング(６ａ)、タービン出口筒(６ｂ)、排気絞装置(８)、排気中継管(７)、排気浄化ケース(１８)を順に通過して放出される。

【0012】

図１(Ａ)に示すように、シリンダヘッド(２０ｂ)の横他側に吸気マニホルド(３０)が組み付けられ、吸気マニホルド(３０)のマニホルド入口(３０ａ)に過給パイプ(３１)を介して過給機(６)のコンプレッサハウジング(６ｃ)のコンプレッサ出口(６ｄ)が接続され、コンプレッサ入口(６ｅ)には、エアフローセンサケース(３２)を介してエアクリーナ(３３)が接続され、エア(３４)は、エアクリーナ(３３)、過給機(６)のコンプレッサハウジング(６ｃ)、過給パイプ(３１)、マニホルド入口(３０ａ)を順に介して吸気マニホルド(３０)に過給される。

【0013】

図１(Ａ)に示すように、排気マニホルド(１)からＥＧＲガス導出経路(１９)が導出され、ＥＧＲガス導出経路(１９)は、導出上流側から順に、ＥＧＲクーラ(２３)と、ＥＧＲ弁装置(２７)を備え、ＥＧＲガス導出経路(１９)の導出端は、吸気マニホルド(３０)のマニホルド入口(３０ａ)に接続され、排気マニホルド(１)の排気(５)から分流した排気の一部は、ＥＧＲガス(２３ａ)として、ＥＧＲクーラ(２３)、ＥＧＲ弁装置(２７)を順に介して吸気マニホルド(３０)に供給される。

【0014】

このエンジンは、コモンレール式燃焼噴射装置の燃料噴射弁(３５)と、この燃料噴射弁(３５)の開弁を制御する制御装置(１０)を備え、制御装置(１０)は、所定のセンサで検出されたエンジン目標回転数と、エンジン実回転数と、エンジン負荷と、吸気量と、吸気温度とに基づいて、燃料噴射弁(３５)からの燃料の噴射タイミングと噴射量を設定する。
制御装置(１０)には、エンジンＥＣＵが用いられている。ＥＣＵは、電子制御ユニットの略称であり、マイコンである。

【0015】

図１(Ａ)に示すように、排気マニホルド(１)と、排気マニホルド(１)のマニホルド出口(１ａ)から導出された排気導出経路(２)と、触媒(４)を備えている。
図１(Ａ)，図２(Ａ)(Ｂ)に示すように、クランク軸(１４)の架設方向を前後方向として、排気マニホルド(１)は前後方向に架設され、排気マニホルド(１)のマニホルド出口(１ａ)は、排気マニホルド(１)の前後方向中央上部に形成され、触媒(４)は排気マニホルド(１)のマニホルド出口(１ａ)内に配置されている。
このため、触媒(４)が排気ポート(５ａ)(５ｂ)(５ｃ)(５ｄ)から近い位置に配置され、排気ポートから流出した排気(５)の温度が触媒(４)に到達するまでに低下しにくく、触媒(４)の活性化が促進される。
また、各排気ポート(５ａ)(５ｂ)(５ｃ)(５ｄ)から放出された排気(５)の成分が、排気マニホルド(１)の前後方向中央位置に配置された排気出口(１ａ)に至る間に平準化され、成分が平準化された排気(５)が触媒(４)を通過するため、触媒(４)の触媒成分の劣化に偏りが生じにくい。

【0016】

この排気絞装置(８)の排気上流側の触媒(４)は、排気(５)中の有害成分を浄化し、未燃燃料を触媒燃焼させる排気浄化や排気昇温用の触媒である。
触媒(４)にはＤＯＣが用いられている。ＤＯＣはディーゼル酸化触媒の略称である。ＤＯＣは、内部に軸長方向に沿う多数のセルが貫通状に並設されたフロースルーハニカム型のものである。ＤＯＣには、セル内に酸化触媒成分が担持されている。ＤＯＣでは、排気(５)中のＨＣ(炭化水素)やＣＯ(一酸化炭素)が酸化され、Ｈ_２Ｏ(水)やＣＯ_２となる。また、ＤＯＣでは、排気(５)中に供給された未燃燃料が触媒燃焼され、排気(５)の温度が上がり、下流に配置されたＤＰＦ(１２)の再生が図られる。ＤＰＦ(１２)に代えて、触媒下流側触媒(１３)が用いられる場合には、その温度が上がり、活性化が図られる。

【0017】

ＤＰＦは、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの略称であり、排気(５)に含まれるＰＭを捕捉する。ＰＭは、粒子状物質の略称である。
ＤＰＦ(１２)は、内部に軸長方向に沿う多数のセルが並設され、隣り合うセルの排気入口(１２ａ)と排気出口(１２ｂ)が交互に目封じされたウォールフローハニカム型のものである。

【0018】

排気絞装置(８)の排気上流側の触媒(４)には、ＳＣＲ触媒や、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を用いることができる。
ＳＣＲ触媒は、選択触媒還元(Selective Catalytic Reduction)型の触媒の略称で、内部に軸長方向に沿う多数のセルが貫通状に並設されたフロースルーハニカム型のものが用いられ、その排気上流側には尿素水インジェクタが配置され、尿素水を排気中に噴射することにより高温下でアンモニアガスを得、このアンモニアによりＮＯｘ(窒素酸化物)を還元し、Ｎ_２(窒素ガス)とＨ_２Ｏ(水蒸気)を得る。
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は、排気中のＮＯ_Ｘを一時的に吸蔵し、後に還元(Ｎ_２化)する触媒である。

【0019】

図２(Ｃ)に示す触媒(４)の変形例１のように、触媒(４)は、中心貫通孔(４ｄ)を有し、中心軸線(４ｃ)と平行な向きに見て、環状に形成されていてもよい。
この場合、中心貫通孔(４ｄ)によって触媒(４)の体積が小さくなり、昇温による触媒(４)の活性化が促進される。
また、中心貫通孔(４ｄ)を有する触媒(４)は、通路断面積の狭いマニホルド出口(１ａ)内に配置されているにも拘わらず、排気(５)の通過抵抗が中心貫通孔(４ｄ)で低減され、背圧の上昇が抑制される。

【0020】

図１(Ａ)〜(Ｃ)、図２(Ａ)〜(Ｄ)の触媒(４)の基本例と変形例１，２では、触媒(４)は、中心軸線(４ｃ)方向の厚さ寸法が径方向の寸法よりも短い薄型に形成されている。
薄型の触媒(４)は体積が小さく、昇温による触媒(４)の活性化が促進される。
また、薄型の触媒(４)は、通路断面積の狭いマニホルド出口(１ａ)内に配置されているにも拘わらず、排気(５)の通過抵抗が小さく、背圧の上昇が抑制される。
図２(Ｄ)の触媒(４)の変形例２では、マニホルド出口(１ａ)の排気(５)の通過方向に一対の触媒(４)を直列配置したが、３個以上の触媒(４)を直列配置してもよい。この変形例２では、薄型の触媒(４)に中心貫通孔(４ｄ)を設けてもよい。

【0021】

図１(Ａ)に示すように、触媒(４)の排気下流に設けられた排気絞装置(８)を備えている。
このため、排気絞装置(８)の絞りによる背圧の上昇で、排気(５)の温度が上昇し、触媒(４)の温度が上昇し、触媒(４)の排気入口(４ａ)に付着する未燃付着物の焼却や触媒(４)の活性化が促進される。

【0022】

触媒(４)の排気入口(４ａ)に付着する未燃付着物は、メイン噴射燃料の未燃燃料とＰＭの混合物であり、エンジン負荷が小さく、排気温度が低い場合には、触媒(４)に堆積しやすく、触媒(４)の排気入口(４ａ)を目詰まりさせる。

【0023】

図１(Ａ)に示すように、触媒(４)と排気絞装置(８)の間に配置された排気温度センサ(９)と、排気温度センサ(９)と排気絞装置(８)を連携させる制御装置(１０)を備え、制御装置(１０)は、排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度に基づいて、排気絞装置(８)の開度を調節するように構成されている。
この場合、このエンジンは、次の利点を備えている。
排気絞装置(８)の上流側の排気(５)の温度を直接に検出する排気温度センサ(９)により、排気絞装置(８)の上流側の排気(５)の温度の上昇を速やかに検出することができ、排気絞装置(８)の開度の制御遅れが起こりにくく、排気(５)の温度が上がり過ぎず、排気絞装置(８)の熱劣化が抑制される。

【0024】

図２(Ｅ)に示すように、排気絞装置(８)の排気下流側直近位置に配置された排気温度センサ(９)と、排気温度センサ(９)と排気絞装置(８)を連携させる制御装置(１０)を備え、制御装置(１０)は、排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度に基づいて、排気絞装置(８)の開度を調節するように構成されていてもよい。
この場合、排気絞装置(８)の排気下流側直近位置の排気(５)の温度を検出する排気温度センサ(９)により、排気絞装置(８)の上流側の排気(５)の温度の上昇を速やかに検出することができ、排気絞装置(８)の開度の制御遅れが起こりにくく、排気(５)の温度が上がり過ぎず、排気絞装置(８)の熱劣化が抑制される。
排気絞装置(８)から排気温度センサ(９)までの離間距離は、排気絞装置(８)から絞下流側触媒(１１)までの離間距離よりも十分に短く、前者は後者の２分の１未満とするのが望ましく、後者の３分の１未満とするのがより望ましい。

【0025】

図１(Ａ)に示すように、排気絞装置(８)の下流に配置された絞下流側触媒(１１)を備え、制御装置(１０)は、前記排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度に基づいて、排気絞装置(８)の絞下流側触媒(１１)の排気入口(１１ａ)側の排気(５)の温度を推定し、この排気(５)の温度の推定に基づいて、絞下流側触媒(１１)を用いた排気処理の制御を行うように構成されている。
このため、排気絞装置(８)の制御に用いる排気温度センサ(９)が絞下流側触媒(１１)を用いた排気処理の制御にも兼用され、排気温度センサの数が少なくなる。

【0026】

この絞下流側触媒(１１)も絞上流側の触媒(４)と同様の触媒を用いることができる。この絞下流側触媒(１１)には、絞上流側の触媒(４)と同じＤＯＣが用いられている。

【0027】

図１(Ａ)に示すように、絞下流側触媒(１１)を用いた排気処理は、排気(５)中に供給した未燃燃料を絞下流側触媒(１１)で触媒燃焼させる排気昇温処理を伴う。
このため、絞下流側触媒(１１)の下流側にＤＰＦ(１２)を配置した場合には、排気昇温処理でＤＰＦ(１２)の再生が可能となる。
ＤＰＦ(１２)に代えて、絞下流側触媒(１１)の下流側に触媒下流側触媒(１３)を配置した場合には、排気昇温処理で触媒下流側触媒(１３)の活性化が可能となる。

【0028】

絞下流側触媒(１１)とＤＰＦ(１２)は、排気浄化ケース(１８)に収容され、排気上流側に絞下流側触媒(１１)が配置され、排気下流側にＤＰＦ(１２)が配置されている。
ＤＰＦ(１２)に代えて触媒下流側触媒(１３)を用いる場合には、絞下流側触媒(１１)の排気下流側に触媒下流側触媒(１３)を配置する。
この絞下流側触媒(１１)には絞上流側の触媒(４)と同様の触媒を用いることができる。この絞下流側触媒(１１)には、絞上流側の触媒(４)と同じＤＯＣを用いるのが望ましい。
触媒下流側触媒(１３)には、ＤＯＣに代えてＳＣＲ触媒やＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒等を用いることができる。
絞下流側触媒(１１)にＳＣＲ触媒を用いた場合には、触媒下流側触媒(１３)にＤＯＣを用い、ＳＣＲ触媒をスルーしたアンモニアを浄化するのが望ましい。

【0029】

水冷装置の構成は、次の通りである。
図３に示すように、エンジン本体(２０)を水冷するメイン水路(２１)と、メイン水路(２１)から分岐されたバイパス水路(２２)を備え、バイパス水路(２２)に排気絞装置(８)が接続されている。
このエンジンは、次の利点を備えている。
排気(５)で加熱される排気絞装置(８)が水冷され、排気絞装置(８)の温度が下がり、排気絞装置(８)の熱劣化が抑制される。

【0030】

排気絞装置(８)は、排気絞弁(８ａ)と、弁ケース(８ｂ)と、弁ケース(８ｂ)に沿う水ジャケット(８ｃ)と、水ジャケット(８ｃ)を貫通する弁駆動アクチュエータ(８ｄ)を備え、排気絞装置(８)へのバイパス冷却水(２２ａ)は、水ジャケット(８ｃ)を通過し、弁ケース(８ｂ)と弁駆動アクチュエータ(８ｄ)を水冷する。

【0031】

図３に示すように、ＥＧＲクーラ(２３)と、エンジン本体(２０)を水冷するメイン水路(２１)からそれぞれ個別に分岐された一対のバイパス水路(２２)(２４)を備え、排気絞装置(８)とＥＧＲクーラ(２３)は、一対のバイパス水路(２２)(２４)にそれぞれ個別に接続されている。
このエンジンは、次の利点を備えている。
排気絞装置(８)とＥＧＲクーラ(２３)がそれぞれ個別に接続された一対のバイパス水路(２２)(２４)の各水路抵抗は小さく、排気絞装置(８)へのバイパス冷却水(２２ａ)の供給量が多く、排気絞装置(８)の温度が下がり、排気絞装置(８)の熱劣化が抑制される。
一対のバイパス水路(２２)(２４)の各水路抵抗は小さく、ＥＧＲクーラ(２３)へのバイパス冷却水(２４ａ)の供給量が多くなり、ＥＧＲガス(２３ａ)の温度が下がり、ＥＧＲガス(２３ａ)の密度が高まり、ＥＧＲ率が高まる。

【0032】

ＥＧＲクーラ(２３)は、ＥＧＲガス(２３ａ)を通過させる複数本の放熱パイプ(２３ｂ)と、並設された放熱パイプ(２３ｂ)を取り囲む水ジャケット(２３ｃ)を備え、水ジャケット(２３ｃ)を通過するバイパス冷却水(２４ａ)で、ＥＧＲガス(２３ａ)が水冷される。

【0033】

図３に示すように、メイン水路(２１)は、冷却水ポンプ(２５)の駆動で、メイン冷却水(２１ａ)が、シリンダブロック(２０ａ)の水ジャケット(２０ｄ)と、シリンダヘッド(２０ｂ)の水ジャケット(２０ｅ)と、ラジエータ(２６)の順に循環するように構成されている。
ＥＧＲクーラ(２３)が接続されたバイパス水路(２４)は、シリンダブロック(２０ａ)の水ジャケット(２０ｄ)から分岐されている。
このエンジンは、次の利点を備えている。
シリンダヘッド(２０ｂ)で高温になる前の比較的低温のメイン冷却水(２１ａ)から分流したバイパス冷却水(２４ａ)がＥＧＲクーラ(２３)に供給され、ＥＧＲクーラ(２３)の冷却性能が高まる。

【0034】

排気絞装置(８)が接続されたバイパス水路(２２)は、シリンダヘッド(２０ｂ) の水ジャケット(２０ｅ)から分岐されている。
このエンジンは、次の利点を備えている。
シリンダブロック(２０ａ)とシリンダヘッド(２０ｂ)の熱を吸収した適温のバイパス冷却水(２２ａ)が高温の排気絞装置(８)に供給され、排気絞装置(８)の過冷却による作動不良が抑制される。

【0035】

図３に示すように、クランク軸(１４)の架設方向を前後方向、その任意の一方を前側、他方を後側として、シリンダヘッド(２０ｂ)の水ジャケット(２０ｅ)は、ラジエータ(２６)にメイン冷却水(２１ａ)を送り出すメイン冷却水出口(２０ｃ)を前側に備え、排気絞装置(８)が接続されたバイパス水路(２２)は、シリンダヘッド(２０ｂ)の水ジャケット(２０ｅ)の後側から分岐されている。
このため、メイン冷却水出口(２０ｃ)に至る前の比較的低温のメイン冷却水(２１ａ)から分流されたバイパス冷却水(２２ａ)が排気絞装置(８)に供給され、排気絞装置(８)の冷却性能が高まる。

【0036】

図３に示すように、ＥＧＲ弁装置(２７)を備え、ＥＧＲ弁装置(２７)は、前記一対のバイパス水路(２２)(２４)以外で、メイン水路(２１)から分岐されたバイパス水路(２８)に接続されている。
このエンジンは、次の利点を備えている。
ＥＧＲクーラ(２３)と排気絞装置(８)の接続されていないバイパス水路(２８)の水路抵抗は小さく、ＥＧＲ弁装置(２７)へのバイパス冷却水(２８ａ)の供給量が多くなり、ＥＧＲ弁装置(２７)の温度が下がり、ＥＧＲ弁装置(２７)の熱劣化が抑制される。

【0037】

ＥＧＲ弁装置(２７)は、ＥＧＲ弁(２７ａ)と、弁ケース(２７ｂ)と、弁ケース(２７ｂ)に沿う水ジャケット(２７ｃ)と、水ジャケット(２７ｃ)に貫通させた弁駆動アクチュエータ(２７ｄ)を備え、ＥＧＲ弁装置(２７)へのバイパス冷却水(２８ａ)は、水ジャケット(２７ｃ)を通過し、弁ケース(２７ｂ)と弁駆動アクチュエータ(２７ｄ)を水冷する。

【0038】

図３に示すように、ＥＧＲ弁装置(２７)に接続されたバイパス水路(２８)は、シリンダブロック(２０ａ)の水ジャケット(２０ｄ)から分岐されている。
このため、シリンダヘッド(２０ｂ)で高温になる前の比較的低温のメイン冷却水(２１ａ)から分流したバイパス冷却水(２８ａ)がＥＧＲ弁装置(２７)に供給され、ＥＧＲ弁装置(２７)の冷却性能を高まる。

【0039】

エンジンの制御の流れは、次の通りである。
このエンジンでは、制御装置(１０)で次の制御がなされる。
図４に示す目詰まり解消モードは、触媒(４)の排気入口(４ａ)が未燃付着物で目詰まりしていると判定された場合に、実施される。
図５に示すＤＰＦ再生モードは、ＤＰＦ(１２)にＰＭが堆積し、ＤＰＦ再生要求があった場合に、実施される。
目詰まり解消モードの実施中に、ＤＰＦ再生要求があった場合には、目詰まり解消モードで触媒(４)の排気入口(４ａ)の目詰まりが解消された後に、ＤＰＦ再生モードが実施される。
ＤＰＦ再生モードの実施中に、触媒(４)の目詰まり判定が肯定された場合には、目詰まり解消モードで触媒(４)の排気入口(４ａ)の目詰まりが解消された後に、ＤＰＦ再生モードが再開される。

【0040】

図４に示すように、ステップ(Ｓ１)で触媒(４)の排気入口(４ａ)が未燃付着物で目詰まりしているか否かが判定される。ステップ(Ｓ１)での目詰まりの判定が否定されると、判定が肯定されるまで、ステップ(Ｓ１)を繰り返す。
触媒(４)の排気出口(４ｂ)の排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度が所定の低温状態を継続して維持した時間の累積が所定時間に到達していない場合には、目詰まりはないものと推定され、ステップ(Ｓ１)での判定が否定され、上記時間の累積が所定時間に到達した場合には、目詰まりしたものと推定され、ステップ(Ｓ１)での判定が肯定される。触媒(４)の排気入口(４ａ)と排気出口(４ｂ)の差圧を検出し、差圧が所定圧以上である場合には、目詰まりの判定が肯定され、差圧が所定圧未満である場合には、目詰まりの判定が否定されるようにしてもよい。
ステップ(Ｓ１)での判定が肯定されると、ステップ(Ｓ２−１)に移行する。

【0041】

ステップ(Ｓ２−１)では、前記排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度が排気入口(４ａ)に付着する未燃付着物の焼却温度領域にあるか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(Ｓ３)に移行する。ステップ(Ｓ２−１)での判定が否定されると、ステップ(Ｓ２−２)で、排気絞装置(８)の開度が調節される。焼却温度領域は、例えば、４００°Ｃ〜４５０°Ｃに設定され、排気(５)の検出温度がこの領域未満である場合には、排気絞装置(８)の開度を小さくするよう調節され、排気(５)の温度がこの領域を超える場合には、排気絞装置(８)の開度を大きくするよう調節される。

【0042】

ステップ(Ｓ３)では、触媒(４)の目詰まりが解消したか否かが判定される。ステップ(Ｓ３)での判定が肯定されるとステップ(Ｓ４)に移行する。ステップ(Ｓ３)での判定が否定されると、ステップ(Ｓ２−１)に戻る。
ステップ(Ｓ３)で、前記排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度が未燃付着物の焼却温度に維持された時間の累積が所定時間に到達した場合には、目詰まりが解消したものと推定され、ステップ(Ｓ３)での判定が肯定され、上記時間の累積が所定時間に到達していない場合には、目詰まりが解消していないものと推定され、ステップ(Ｓ３)での判定が否定される。触媒(４)の排気入口(４ａ)と排気出口(４ｂ)の差圧を検出し、差圧が所定圧未満である場合には、ステップ(Ｓ３)での判定が肯定され、差圧が所定圧以上である場合には、ステップ(Ｓ３)での判定が否定されるようにしてもよい。
ステップ(Ｓ４)では、排気絞装置(８)の開度が全開にされ、ステップ(Ｓ１)に戻る。

【0043】

図５に示すように、ステップ(Ｓ５)では、ＤＰＦ再生要求があるか否かが判定され、再生要求判定が肯定されると、ステップ(Ｓ６−１)に移行され、ＤＰＦ再生モードとなる。
ＤＰＦ再生要求は、ＤＰＦ(１２)に堆積したＰＭの堆積推定値が所定値に到達した場合に制御装置(１０)によりなされる。
ＰＭの堆積推定値は、ＤＰＦ(１２)の排気入口(１２ａ)と排気出口(１２ｂ)の差圧を検出し、差圧が所定圧以上である場合には、ＤＰＦ再生が要求され、差圧が所定圧未満である場合には、ＤＰＦ再生は要求されない。

【0044】

図５に示すＤＰＦ再生モードでは、前記排気温度センサ(９)で検出される排気(５)の目標排気温度が触媒(４)と絞下流側触媒(１１)の活性化に適合する触媒活性化温度領域に設定される。
図５に示すステップ(Ｓ６−１)では、前記排気温度センサ(９)で検出される排気(５)の温度が触媒活性化温度領域か否か判定され、ステップ(Ｓ６−１)での判定が肯定されると、ステップ(Ｓ７)に移行する。ステップ(Ｓ６−１)での判定が否定されると、ステップ(Ｓ６−２)で排気絞装置(８)の開度が調節され、ステップ(Ｓ６−１)に戻る。

【0045】

触媒活性化温度領域は、例えば、２５０°Ｃ〜３００°Ｃに設定され、前記排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度がこの領域未満である場合には、排気絞装置(８)の開度を小さくするように調節され、排気(５)の温度がこの領域を超える場合には、排気絞装置(８)の開度を大きくするように調節され、排気(５)の温度が目標排気温度である触媒活性化温度領域に収められる。
排気(５)の温度が目標排気温度である触媒活性化温度領域に至った後は、制御装置(１０)で、前記排気温度センサ(９)で検出される排気(５)の目標排気温度がＤＰＦ(１２)の再生温度に適合するＤＰＦ再生温度領域に設定される。ＤＰＦ再生温度領域は、触媒活性化温度領域よりも高く、例えば５００°Ｃ〜５５０°Ｃに設定される。
これにより、ＤＰＦ(１２)の排気入口(１２ａ)の温度は、ＤＰＦ(１２)の再生に適した６００°Ｃ〜６５０°Ｃに調節される。

【0046】

ステップ(Ｓ７)では、ポスト噴射がなされ、ステップ(Ｓ８−１)に移行する。
ポスト噴射とは、燃焼サイクル中、燃料噴射弁(３５)からメイン噴射後、膨張行程または排気行程で燃焼室(３６)に行われる燃料噴射である。
ポスト噴射によって排気(５)中に供給された未燃燃料は、触媒(４)と絞下流側触媒(１１)で触媒燃焼され、排気(５)の温度が上がり、ＤＰＦ(１２)に堆積したＰＭが焼却除去され、ＤＰＦ(１２)が再生される。
燃料噴射弁(３５)から噴射されるポスト噴射の噴射タイミングと噴射量は、エアフローセンサケース(３２)で検出された吸気量と、触媒(４)と排気絞装置(８)の間の背圧センサ(４０)及び排気温度センサ(９)で検出された背圧及び排気(５)の温度と、ＤＰＦ(１２)の排気入口(１２ａ)の排気温度センサ(３８)で検出された排気(５)の温度等に基づいて、制御装置(１０)で設定され、制御される。
排気(５)への未燃燃料の供給は、ポスト噴射の他、排気導出経路(２)中に燃料噴射ノズルで燃料を噴射する排気管噴射によって行うこともできる。

【0047】

ステップ(Ｓ８−１)では、前記排気温度センサ(９)で検出される排気(５)の温度が触媒燃焼温度領域か否かが判定され、ステップ(Ｓ８−１)での判定が肯定されると、ステップ(Ｓ９)に移行し、ステップ(Ｓ８−１)での判定が否定されると、ステップ(Ｓ８−２)で排気絞装置(８)の開度が調節され、ステップ(Ｓ７)に戻る。排気温度センサ(９)で検出された排気(５)の温度が触媒燃焼温度領域未満である場合には、排気絞装置(８)の開度を小さくするように調節され、排気(５)の温度がこの領域を超える場合には、排気絞装置(８)の開度を大きくするように調節され、排気(５)の検出温度が目標排気温度である触媒燃焼温度領域に収められる。
ステップ(Ｓ９)では、ＤＰＦ(１２)の排気入口(１２ａ)の排気温度センサ(３８)で検出した排気(５)の温度がＤＰＦ再生温度領域か否かが判定され、ステップ(Ｓ９)での判定が否定されると、ステップ(Ｓ１０)に移行し、ステップ(Ｓ９)での判定が肯定されると、ステップ(Ｓ７)に戻る。

【0048】

ステップ(Ｓ１０)では、ＤＰＦ再生が終了したか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(Ｓ１１)で排気絞装置(８)の開度が全開にされ、ステップ(Ｓ５)に戻る。ステップ(Ｓ１０)での判定が否定されるとステップ(Ｓ７)に戻る。
ＤＰＦ(１２)の排気入口(１２ａ)の排気温度センサ(３８)で検出した排気(５)の温度がＤＰＦ再生温度領域に維持された時間の累積が所定時間に到達した場合、ステップ(Ｓ１０)での判定が肯定され、到達していない場合、ステップ(Ｓ１０)での判定が否定される。このＤＰＦ再生温度領域は、例えば６００°Ｃ〜６５０°Ｃに設定する。差圧センサ(３７)でＤＰＦ(１２)の排気入口(１２ａ)と排気出口(１２ｂ)の差圧を検出し、差圧が所定圧未満である場合には、ステップ(Ｓ１０)での判定が肯定され、差圧が所定圧以上である場合には、ステップ(Ｓ１０)での判定が否定されるようにしてもよい。ＤＰＦ(１２)の排気出口(１２ｂ)側の排気温度センサ(３９)で検出した排気(５)の温度が所定の上限温度を超える異常温度に到達した場合には、ＤＰＦ再生を緊急停止させる。上限温度は、例えば７００°Ｃに設定する。

【0049】

ＤＰＦ再生に関する主要な構成と利点は、次の通りである。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、ＤＰＦ(１２)の排気上流側に配置された触媒(４)と排気温度センサ(９)と排気絞装置(８)と、排気温度センサ(９)と排気絞装置(８)を連携させた制御装置(１０)を備えている。
図１(Ａ)(Ｂ)、図５に示すように、制御装置(１０)の制御で、触媒活性化処理と、その後のＤＰＦ再生処理がなされ、触媒活性化処理では、触媒(４)の排気出口(４ｂ)での排気(５)の目標温度が第１の温度領域(Ｅ１)に設定されて、排気絞装置(８)の開度が制御され、ＤＰＦ再生処理では、前記目標温度が第２の温度領域(Ｅ２)に設定されるとともに、ＤＰＦ(１２)の排気入口(１２ａ)の排気(５)の目標温度が第３の温度領域(Ｅ３)に設定されて、排気絞装置(８)の開度が制御されるとともに、排気(５)中に未燃燃料が供給されるように構成されている。
図５に示すように、第１の温度領域(Ｅ１)よりも第２の温度領域(Ｅ２)が高く、第２の温度領域(Ｅ２)よりも第３の温度領域(Ｅ３)が高く、第１の温度領域(Ｅ１)と第２の温度領域(Ｅ２)の温度差(Ｔ１２)が第２の温度領域(Ｅ２)と第３の温度領域(Ｅ３)の温度差(Ｔ２３)よりも大きくなるように設定されている。

【0050】

このエンジンでは、次の利点がある。
触媒活性化処理からＤＰＦ再生処理移行時に、未燃燃料の触媒燃焼で排気(５)が昇温しても、高い第２の温度領域(Ｅ２)を目標温度とするＤＰＦ再生処理では排気絞装置(８)の開きが緩やかになり、排気絞装置(８)の急激な開きに伴う不慮の事態、すなわち、背圧の急低下で、排気(５)の温度が急低下し、ポスト噴射等による未燃燃料の供給が停止され、ＤＰＦ再生が停滞するという不慮の事態が起こりにくく、ＤＰＦ再生が促進される。

【0051】

図５に示すように、触媒活性化の第１の温度領域(Ｅ１)と触媒燃焼の第２の温度領域(Ｅ２)の温度差(Ｔ１２)は、最小２００°Ｃ〜最大３００°Ｃの範囲となり、触媒燃焼の温度領域(Ｅ２)とＤＰＦ再生の第３の温度領域(Ｔ３)の温度差(Ｔ２３)は、最小５０°Ｃ〜最大１５０°Ｃの範囲となる。
図５に示すように、温度差(Ｔ１２)(Ｔ２３)の比率は、最大３００:５０、最小２００：１５０、すなわち最大６：１、最小１．３：１となる。
温度差(Ｔ１２)(Ｔ２３)の比率が６：１を超えて温度差(Ｔ１２)が大きくなると、触媒燃焼の第２の温度領域(Ｅ２)が高くなり過ぎ、排気絞装置(８)が熱劣化しやすく、１．３：１未満を下回って温度差(Ｔ１２)が小さくなると、触媒燃焼の第２の温度領域(Ｅ２)が低くなり過ぎ、ＤＰＦ再生処理での排気絞装置(８)の開きが急激になり、排気絞装置(８)の急激な開きに伴う不慮の事態、すなわち、背圧の急低下で、排気(５)の温度が急低下し、ポスト噴射等による未燃燃料の供給が停止され、ＤＰＦ再生が停滞するという不慮の事態が起こりやすく、ＤＰＦ再生が停滞する。
ポスト噴射は、排気(５)の温度が触媒活性化温度領域を下回ると、停止される。

【0052】

図１(Ａ)(Ｂ)、図４に示すように、触媒(４)の排気入口(４ａ)が未燃付着物で目詰まりした場合には、制御装置(１０)の制御で、目詰まり解消処理がなされ、目詰まり解消処理では、触媒(４)の排気入口(４ａ)での排気(５)の目標温度が未燃付着物の焼却温度領域(Ｅ０)に設定されて、排気絞装置(８)の開度が制御されるように構成されている。
このため、目詰まり解消処理により、触媒(４)の排気入口(４ａ)を目詰まりさせる未燃付着物が焼却され、触媒(４)の排気入口(４ａ)の目詰まりが抑制される。

【0053】

次に第２実施形態について説明する。
第２実施形態のエンジンは、次の点が第１実施形態と異なる。
図６に示すように、バイパス水路(２２)に排気絞装置(８)とＥＧＲ弁装置(２７)が直列に接続されている。
このエンジンでは、次の利点がある。
バイパス通路(２２)の共用で、バイパス水路の数が少なくなる。
また、排気絞装置(８)とＥＧＲ弁装置(２７)が接続されたバイパス水路(２２)にはＥＧＲクーラ(２３)が接続されていないため、排気絞装置(８)とＥＧＲ弁装置(２７)の水路抵抗でＥＧＲクーラ(２３)へのバイパス冷却水(２４ａ)の供給量が少なくなるおそれはなく、ＥＧＲクーラ(２３)の冷却効率が高く維持され、ＥＧＲ率が低下しない。

【0054】

図６に示すように、前記バイパス水路(２２)の上流側にＥＧＲ弁装置(２７)が接続され、下流側に排気絞装置(８)が接続されている。
このエンジンでは、ＥＧＲ弁装置(２７)の熱を吸収した適温のバイパス冷却水(２２ａ)が高温の排気絞装置(８)に供給され、排気絞装置(８)の過冷却による作動不良が抑制される。

【0055】

図１(Ａ)に示すように、ＥＧＲ弁装置(２７)は、ＥＧＲクーラ(２３)よりもＥＧＲガス(２３ａ)の流路下流側に配置されている。
このエンジンでは、ＥＧＲ弁装置(２７)にはＥＧＲクーラ(２３)で冷却された比較的低温のＥＧＲガス(２３ａ)が供給されるため、ＥＧＲ弁装置(２７)の熱負荷は小さく、図６に示すように、排気絞装置(８)の水路抵抗でバイパス冷却水(２２ａ)の供給量が減少した場合であっても、ＥＧＲ弁装置(２７)の冷却に支障はなく、ＥＧＲ弁装置(２７)の熱劣化は抑制される。

【0056】

図６に示すように、メイン水路(２１)は、冷却水ポンプ(２５)の駆動で、メイン冷却水(２１ａ)が、シリンダブロック(２０ａ)の水ジャケット(２０ｄ)と、シリンダヘッド(２０ｂ)の水ジャケット(２０ｅ)と、ラジエータ(２６)の順に循環するように構成されている。
前記バイパス通路(２２)は、シリンダブロック(２０ａ)の水ジャケット(２０ｄ)から導出されている。
このエンジンでは、次の利点がある。
シリンダヘッド(２０ｂ)で高温になる前の比較的低温のメイン冷却水(２１ａ)から分流したバイパス冷却水(２２ａ)がＥＧＲ弁装置(２７)と排気絞装置(８)に供給され、ＥＧＲ弁装置(２７)と排気絞装置(８)の冷却性能が高まる。

【0057】

図６に示すように、排気絞装置(８)が接続されたバイパス通路(２２)は、シリンダブロック(２０ａ)の水ジャケット(２０ｄ)から導出されている。
このエンジンでは、次の利点がある。
シリンダヘッド(２０ｂ)で高温になる前の比較的低温のメイン冷却水(２１ａ)から分流したバイパス冷却水(２２ａ)が排気絞装置(８)に供給され、排気絞装置(８)の冷却性能が高まる。

【0058】

図６に示すように、ＥＧＲ弁装置(２７)が接続されたバイパス通路(２２)は、シリンダブロック(２０ａ)の水ジャケット(２０ｄ)から導出されている。
このエンジンでは、次の利点がある。
シリンダヘッド(２０ｂ)で高温になる前の比較的低温のメイン冷却水(２１ａ)から分流したバイパス冷却水(２２ａ)がＥＧＲ弁装置(２７)に供給され、ＥＧＲ弁装置(２７)の冷却性能が高まる。
他の構成や機能については、第１実施形態のエンジンと同じであり、図５中、第１実施形態と同一の要素には、図２等と同一の符号を付しておく。

【符号の説明】

【0059】

(１)…排気マニホルド、(１ａ)…排気出口、(４)…触媒、(４ｃ)…中心軸線、(４ｄ)…中心貫通孔、(５)…排気、(８)…排気絞装置、(９)…排気温度センサ、(１０)…制御装置、(１１)…絞下流側触媒、(１１ａ)…排気入口、(２０)…エンジン本体、(２１)…メイン水路、(２２)…バイパス水路、(２３)…ＥＧＲクーラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】