JP2008240630A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン無負荷運転時でも排気後処理装置の温度低下を抑制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】本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、エンジン１の負荷状態を検出する負荷検出手段３５と、排気後処理装置３１に流入する排気ガス流量を検出する流量検出手段Ｓ４と、エンジンの負荷状態が無負荷状態で、かつ排気後処理装置に流入する排気ガス流量が所定流量以上の場合に、ＥＧＲバルブ３３を開くとともに排気絞り弁３９を絞り、その後排気ガス流量の低下量に応じて、排気絞り弁３９を開くように制御する制御手段３４とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置、特に排気還流装置を備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化を行うため、酸化触媒、選択還元式触媒（ＳＣＲ）、触媒付きＤＰＦ等の排気後処理装置を備え、排気後処理装置を効率よく作動させるために、排気温度が低下する運転領域においても排気温度を高く維持する技術がある（例えば特許文献１参照）。

この技術は、排気ガス温度が所定値より低い場合に、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路に設置されたＥＧＲクーラをバイパスするＥＧＲバイパス通路に排気ガスを導くようにしたものである。

しかしながら、車両の運転状態において、エンジンが無負荷運転状態の場合には、燃料の噴射が停止され、排気ガス温度は低下し、低温の排気ガスが排気後処理装置に流入して排気後処理装置の温度が低下することになる。

このような場合には、排気ガス温度の低下を抑制するためには排気ガスの流量を制限することが有効であり、前述のＥＧＲガスを循環させたり、特許文献１の請求項２に記載のように排気絞り弁を設けて排気絞り弁を絞るようにすることが有効である。
特開２００５−２９７５号公報

しかしながら、ＥＧＲガスを循環させる方法では、エンジンの負荷状態から無負荷状態への切り換え時において過給圧力が残存する場合に、排気ガスの流量低下の効果が不十分となり、また、排気絞り弁を絞る方法では、エンジンブレーキ力が大きくなり、運転性の悪化を招く虞がある。

本発明においては、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する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する。

第１の発明は、排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボチャージャーと、排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブと、排気通路に介装され排気ガスを浄化する排気後処理装置と、この排気後処理装置上流の排気通路に設けられる排気絞り弁とを備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置において、エンジンの負荷状態を検出する負荷検出手段と、前記排気後処理装置に流入する排気ガス流量を検出する流量検出手段と、エンジンの負荷状態が無負荷状態で、かつ前記排気後処理装置に流入する排気ガス流量が所定流量以上の場合に、前記ＥＧＲバルブを開くとともに前記排気絞り弁を絞り、その後排気ガス流量の低下量に応じて、前記排気絞り弁を開くように制御する制御手段とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置である。

第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段が、排気ガス流量が所定流量未満に低下した場合に前記排気絞り弁を開くように制御するディーゼルエンジンの排気浄化装置である。

第３の発明は、第１の発明において、前記制御手段が、エンジンの負荷状態が無負荷状態で、前記排気後処理装置に流入する排気ガス流量が前記所定流量以上から所定流量未満に低下するまでの所定時間を設定し、前記排気絞り弁を絞った後、所定時間経過した場合に前記排気絞り弁を開くように制御するディーゼルエンジンの排気浄化装置である。

第４の発明は、第１の発明において、前記流量検出手段が、ブースト圧に基づいて前記排気ガス流量を推定するディーゼルエンジンの排気浄化装置。

第５の発明は、第１の発明において、前記流量検出手段が、前記ターボチャージャーの回転数に基づいて前記排気ガス流量を推定するディーゼルエンジンの排気浄化装置である。

第１の発明では、エンジンの負荷状態が無負荷状態で、かつ排気後処理装置に流入する排気ガス流量が所定流量以上の場合に、ＥＧＲバルブを開くとともに排気絞り弁を絞り、その後排気ガス流量の低下量に応じて、排気絞り弁を開くように制御するため、排気後処理装置に低温の排気ガスが流入することが制限されると共に、エンジンブレーキ量の増大による運転性の低下を抑制することができる。

第２の発明は、排気ガス流量が所定流量未満に低下した場合に排気絞り弁を開くように制御するため、エンジンブレーキ量の増大による運転性の低下を抑制することができる。

第３の発明は、排気絞り弁を絞った後の経過時間が所定時間を経過した場合に、排気絞り弁を開くように制御するため、エンジンブレーキ量の増大による運転性の低下を抑制することができる。また、排気絞り弁の開閉制御を容易とすることができる。

第４、第５の発明では、ブースト圧またはターボチャージャーの回転数から排気ガス流量を推定するため、容易にかつ精度よく排気ガス流量を検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、排気還流装置と排気後処理装置とを備えたターボチャージャー付きディーゼルエンジンの構成を示しており、１はディーゼルエンジン、６は吸気通路、７は排気通路、８はエアクリーナ、１１はターボチャージャー、３１は排気後処理装置である。

ターボチャージャー１１は、排気ガスの圧力エネルギーにより回転するタービン１２と、タービン１２と同軸上に連結されて吸気を吸気通路６に圧送するコンプレッサ１３を備える。

吸気通路６のコンプレッサ１３の下流側にインタクーラ１４が介装され、吸気を冷却するようになっている。インタクーラ１４は空冷式熱交換器であり、コンプレッサ１３によって圧縮されて温度上昇した吸気から外気への放熱を促す。なお、インタクーラ１４はこれに限らず、冷却媒体として冷却水が循環する水冷式熱交換器を用いても良い。またターボチャージャー１１によるブースト圧を検出する圧力センサ３５が排気マニホールド１６に設置され、圧力センサ３５の出力信号がコントロールユニット３４に出力される。

排気還流装置として、排気通路７と吸気通路６の間には、両者を結ぶＥＧＲ通路３２が配設される。このＥＧＲ通路３２は、排気通路７のタービン１２より上流側の通路７ａと、吸気通路６のコンプレッサ１３より下流側の通路６ａを連通する。本実施の形態では、ＥＧＲ通路３２はエンジン１の本体に取り付けられた排気マニホールド１６と吸気マニホールド１７を連通している。

ＥＧＲ通路３２の途中に電磁式のＥＧＲバルブ３３が介装される。このＥＧＲバルブ３３の開度によってＥＧＲ通路３２を流れる排気還流ガスの還流量が調節される。コントロールユニット３４はエンジン１の回転速度及び負荷等の運転状態に応じてＥＧＲバルブ３３の開度を制御し、運転状態に適した排気還流が行われる。

ＥＧＲ通路３２の途中にはＥＧＲクーラ３６が介装され、ＥＧＲ通路３２を流れる排気還流ガスを冷却するようになっている。このＥＧＲクーラ３６は冷却媒体として冷却水が循環する水冷式熱交換器であり、排気還流ガスから冷却水への放熱を促す。なお、ＥＧＲクーラ３６はこれに限らず、空冷式熱交換器を用いても良い。排気通路７の途中には排気絞り弁３９が介装され、コントロールユニット３４はエンジン１の運転状態に応じてこの排気絞り弁３９を絞ることにより排気ガスの流れを制限する構成としている。

ターボチャージャー１１のタービン１２下流の排気通路７に設置された排気後処理装置３１は、排気ガスの浄化を行うため、酸化触媒、選択還元式触媒（ＳＣＲ）、触媒付きＤＰＦ等を備えているが、排気ガスの温度が低い場合では触媒が活性化せず、排気ガスの浄化を十分に行うことができない。

特に、エンジン１の運転状態が無負荷状態になると燃料の噴射が停止され、排出される排気ガスの温度が低下する場合、低温の排気ガスが下流に位置する排気後処理装置３１に流入すると排気後処理装置３１の温度が低下して、排気ガスの浄化が十分できなくなる虞がある。そこで、本発明は、エンジンの無負荷運転状態でも排気後処理装置３１の温度低下を抑制して排気ガスの浄化を十分に行うため、ＥＧＲバルブ３３と排気絞り弁３９の開閉制御をエンジンの負荷状態とブースト圧に応じて協調制御するようにしたものである。

以下、図２に示すフローチャートを用いて説明する。

この無負荷状態での排気制御は、コントロールユニット３４によりエンジンの無負荷状態が検出される毎に実施される。初期状態においては、ＥＧＲバルブ３３は閉状態で、一方、排気絞り弁３９は開いた状態に設定する。

まずステップＳ１でエンジン１が無負荷状態かどうかを判定する。判定方法としては不図示のセンサを用いてアクセル開度を検出し、アクセル開度が０、つまりアクセルペダルが踏み込まれていない場合に無負荷状態と判定する。無負荷状態と判定される場合にはステップＳ２に進み、負荷状態の場合にはステップＳ３に進み、通常制御を実施し、この制御を終了する。

ステップＳ２では、ＥＧＲバルブ３３を開き、ＥＧＲガスを吸気マニホールド１７に還流する。続くステップＳ４ではブースト圧を検出する圧力センサ３５の出力信号を読み込み、検出したブースト圧が第１所定値以上かどうかを判定する。第１所定値以上であれば、エンジン１が無負荷状態となった後も排気ガスの流量が多い状態が継続し、温度の低い排気ガスが排気後処理装置３１に流入して排気後処理装置３１の温度の低下が促進されることになる。ここで、第１所定値は、排気後処理装置３１に流入可能な排気ガス流量に相当するブースト圧である。なお、ブースト圧と排気後処理装置３１に流入する排気ガス流量との関係を予め記憶しておき、検出したブースト圧から排気ガス流量を推定し、推定した排気ガス流量を用いて判定するようにしてもよい。

そこでステップＳ５ではブースト圧が第１所定値以上であれば排気絞り弁３９を絞るようにする。これにより、排気後処理装置３１に流れる排気ガスの流量を制限して、排気後処理装置３１の温度低下を抑制する。

一方、検出したブースト圧が第１所定値未満であれば、排気絞り弁３９を絞ることはなく、開いた状態を維持する。これは排気後処理装置３１の温度低下を抑制するとともに、排気絞り弁３９を絞ることによるエンジンブレーキ力が大きくなることを防止し、運転性を確保するためである。

続いて図３を用いて本発明の効果を説明する。

このグラフは、時刻Ｔ１でエンジン１の負荷状態が無負荷状態に切り換わった後の排気ガスの流量の変化を時系列的に示すものである。条件としては、負荷状態から継続してＥＧＲバルブ３３を閉じて排気絞り弁３９を開いた状態（図中Ｃで示す）と、無負荷状態への切り換わりと同時にＥＧＲバルブ３３を開いてＥＧＲを実施し、一方、排気絞り弁３９は開いたままの状態（図中Ｂで示す）と、無負荷状態への切り換わりと同時にＥＧＲバルブ３３を開き、かつ排気絞り弁３９を絞る状態（図中Ｄで示す）と、そして本発明の場合、つまり無負荷状態への切り換わり時にＥＧＲバルブ３３を開き、かつブースト圧に応じて排気絞り弁３９を開閉するようにした場合を図中Ａで示す。図３では、時刻Ｔ１で排気絞り弁３９を絞り、時刻Ｔ２でブースト圧が第１所定値未満となって排気ガス流量が減少して排気絞り弁３９を開いた場合の効果を説明している。

排気ガスの流量を低減させる効果を比較すると、Ｄ→Ｂ→Ｃの順で効果が小さくなることが図３に示されているが、Ｄの場合には同時にエンジンブレーキ力が大きくなりすぎ、運転性の低下が懸念される。そこで、本発明では、ブースト圧に応じて排気絞り弁３９を開くようにすることで、ブースト圧が高い、つまりブースト圧が高い状態から無負荷状態に切り換わり、燃料噴射が停止され、ブースト圧の影響により低温の排気ガスが大量に排気後処理装置３１に流れ込む場合には、排気絞り弁３９を絞り、かつ排気ガスを排気還流させるようにして、排気後処理装置３１の温度の低下を抑制する一方、ブースト圧が所定値より低い場合には、排気絞り弁３９を開くことで排気後処理装置３１の温度低下を抑制するとともに、エンジンブレーキ力を低下させて運転性を確保するようにした（図中Ａで示す）。このようにブースト圧に応じて排気絞り弁３９を開閉することにより図３中の斜線部に示す領域だけ排気流量をすばやく低下させると共にエンジンブレーキ力の影響を取り除くことができる。

図２は、他の実施形態としての無負荷状態での排気制御を示し、この実施形態では、第１の実施形態に比してブースト圧に代えてターボチャージャー１１のタービン１２の回転数を用いるものである。タービン回転数が高いほどブースト圧が高くなることは明らかであり、タービン回転数を不図示の回転センサにより検出して、第２所定値と比較する（ステップＳ１１）ことで第１の実施形態と同様の効果を生じることができる。ここで、第２所定値は、排気後処理装置３１に流入可能な排気ガス流量に相当するタービン回転数である。なお、タービン回転数と排気後処理装置３１に流入する排気ガス流量との関係を予め記憶しておき、検出したタービン回転数から排気ガス流量を推定し、推定した排気ガス流量を用いて判定するようにしてもよい。

図３は、さらに他の実施形態としての無負荷状態での排気制御を示し、この実施形態では、第１、第２の実施形態ではブースト圧やタービン１２の回転数を用いて排気絞り弁３９の開閉時期を制御したが、この実施形態では、排気絞り弁３９を絞った後の経過時間を計測しておき、所定時間経過した場合に（ステップＳ２１）、排気絞り弁３９を開くようにした（ステップＳ２２）。この実施形態の場合には、第１実施形態の場合に比して、排気制御を単純化することができる。

なお、所定時間は、エンジン１の無負荷状態での経過時間に対する排気ガス流量の変化を予めブースト圧毎やタービン１２の回転数毎に実験等により求めて記憶しておき、このデータから第１、第２所定値未満に相当するまでの時間、言い換えると排気後処理装置３１に流すことができない排気ガス流量から排気後処理装置３１に流すことができる排気ガス流量に低下するまでの時間を設定する。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施の形態を示す排気浄化装置の構成図。 同じく制御内容を示すフローチャート。 本発明の効果を説明する図。 他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。 同じく他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。

符号の説明

１ エンジン
６ 吸気通路
６ａ 通路
７ 排気通路
７ａ 通路
１１ ターボチャージャー
１２ タービン
１３ コンプレッサ
１４ インタクーラ
１６ 排気マニホールド
１７ 吸気マニホールド
３１ 排気後処理装置
３２ ＥＧＲ通路
３３ ＥＧＲバルブ
３４ コントロールユニット
３５ 圧力センサ
３６ ＥＧＲクーラ
３９ 排気絞り弁

Claims (5)

1. 排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボチャージャーと、
   排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路と、
   このＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブと、
   排気通路に介装され排気ガスを浄化する排気後処理装置と、
   この排気後処理装置上流の排気通路に設けられる排気絞り弁とを備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   エンジンの負荷状態を検出する負荷検出手段と、
   前記排気後処理装置に流入する排気ガス流量を検出する流量検出手段と、
   エンジンの負荷状態が無負荷状態で、かつ前記排気後処理装置に流入する排気ガス流量が所定流量以上の場合に、前記ＥＧＲバルブを開くとともに前記排気絞り弁を絞り、その後排気ガス流量の低下量に応じて、前記排気絞り弁を開くように制御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。
2. 前記制御手段は、排気ガス流量が所定流量未満に低下した場合に前記排気絞り弁を開くように制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
3. 前記制御手段は、エンジンの負荷状態が無負荷状態で、前記排気後処理装置に流入する排気ガス流量が前記所定流量以上から所定流量未満に低下するまでの所定時間を設定し、
   前記排気絞り弁を絞った後、所定時間経過した場合に前記排気絞り弁を開くように制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
4. 前記流量検出手段は、ブースト圧に基づいて前記排気ガス流量を推定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
5. 前記流量検出手段は、前記ターボチャージャーの回転数に基づいて前記排気ガス流量を推定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。

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