JP2011256846A - 排気ガス浄化システム - Google Patents

排気ガス浄化システム Download PDF

Info

Publication number
JP2011256846A
JP2011256846A JP2010134514A JP2010134514A JP2011256846A JP 2011256846 A JP2011256846 A JP 2011256846A JP 2010134514 A JP2010134514 A JP 2010134514A JP 2010134514 A JP2010134514 A JP 2010134514A JP 2011256846 A JP2011256846 A JP 2011256846A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
exhaust gas
intake
exhaust pipe
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010134514A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5703599B2 (ja
Inventor
Takuji Ikeda
卓史 池田
Takayuki Kurenashi
隆之 椋梨
Hiroyuki Ishikawa
弘幸 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP2010134514A priority Critical patent/JP5703599B2/ja
Priority to PCT/JP2011/063323 priority patent/WO2011155588A1/ja
Priority to US13/703,259 priority patent/US8932379B2/en
Priority to EP11792545.3A priority patent/EP2581570B1/en
Priority to CN201180028590.3A priority patent/CN102933805B/zh
Publication of JP2011256846A publication Critical patent/JP2011256846A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5703599B2 publication Critical patent/JP5703599B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/66Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter
    • B01D46/80Chemical processes for the removal of the retained particles, e.g. by burning
    • B01D46/84Chemical processes for the removal of the retained particles, e.g. by burning by heating only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F01N3/0253Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust adding fuel to exhaust gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/42Auxiliary equipment or operation thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D41/0005Controlling intake air during deceleration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D41/0007Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0055Special engine operating conditions, e.g. for regeneration of exhaust gas treatment apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/14Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/15Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2279/00Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses
    • B01D2279/30Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses for treatment of exhaust gases from IC Engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/103Oxidation catalysts for HC and CO only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D2041/0017Controlling intake air by simultaneous control of throttle and exhaust gas recirculation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D2041/0022Controlling intake air for diesel engines by throttle control
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

【課題】DPF再生中に減速となってもDPF再生が継続できる排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】DPF再生時に、車両の減速が行われると、EGR装置123及び吸気スロットル122の開度を制御し、かつ、高圧段ターボチャージャ108による過給量を調節することで、排気管103内の排気ガス流量を増加させる再生減速時吸排気制御部173とを備えた。
【選択図】図1

Description

本発明は、DPF再生用の燃料を噴射する排気ガス浄化システムに係り、DPF再生中に減速となってもDPF再生が継続できる排気ガス浄化システムに関する。
ディーゼルエンジンの排気ガスから粒子状物質(Particurate Matter;以下、PMという)を除去して排気ガスを浄化するために、排気管にディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate FilterまたはDefuser;以下、DPFという)が設けられる。DPFは、多孔質のセラミックで構成したハニカム構造体にPMを捕集するものである。捕集されたPMが過剰に蓄積されると排気ガスの流通の障害となるが、DPFに蓄積されたPMは排気ガス温度を高めることで、焼却除去することができる。これをDPF再生という。
PMが焼却できる温度まで排気ガス温度を高める方式として、従来は、DPFの上流に白金等からなる酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst;以下、DOCという)を設置し、エンジンの推進力を得るために複数回に分けて燃料噴射を行うマルチ噴射において、燃料噴射量を多くすることで排気ガス温度をDOCの活性化温度まで高め、その後の適宜なクランク角でDPF再生用の燃料噴射(ポスト噴射)を行い、このポスト噴射によって炭化水素(Hydrocarbon;以下、HCという)をDOCに供給し、HCの酸化熱で排気ガス温度を高める方式がある。しかし、ポスト噴射を行うと、噴射された燃料がエンジンの潤滑油に混入して潤滑油が希釈されるオイルダイリューションが発生する。また、ポスト噴射による未燃燃料が排気再循環(Exhaust Gas Recirculation;以下、EGRという)に混入すると、EGRクーラの性能低下やピストンリングの不具合の原因となる。
そこで、近年では、排気管に新たな装置を設けて排気管内に燃料を噴射する排気管噴射を行ってHCをDOCに供給し、HCの酸化熱で排気ガス温度を高める方式が検討されている。
特開2010−106691号公報
排気管噴射では、シリンダ内に燃料を噴射するポスト噴射と異なりクランク角に依存せずに噴射時期が決められると共に、燃料噴射量も任意に決められる。しかしながら、排気管噴射は新規な技術であり、燃料の無駄がなく効果的に排気ガス温度が高められる噴射時期及び燃料噴射量を見いだすには、実験に相当多くの時間を費やさなくてはならない。これに対し、ポスト噴射の技術は既に多くの実験を経て確立されており、適切な噴射時期及び燃料噴射量がマップ化されている。そこで、本発明者らは、排気管噴射における燃料噴射量の目標噴射量をポスト噴射における目標噴射量を基礎にして設定することを考えた。エンジンの1燃焼サイクルに各気筒でポスト噴射する燃料噴射量に見合う量の燃料を1燃焼サイクルに相当する所定時間内に排気管噴射するよう、排気管噴射における目標噴射量のマップを設定する。このように、既に確立されたポスト噴射の噴射時期と目標噴射量を排気管噴射に変換して使うことで、いわゆるゼロベースから始めるのに比べ、実験に費やされる時間を短縮することができる。
ところで、従来は、アクセルペダルが開放された(未踏となった)ことによる車両の減速時、すなわちエンジンブレーキ時には、ポスト噴射を禁止していた。これは、エンジンブレーキ時には、マルチ噴射における燃料噴射量が少ないことから排気ガス温度が低下し、この排気ガスによってDOCが冷却されてDOCの温度が活性化温度より低くなってしまうため、ポスト噴射した燃料がDOCで酸化されずに、排気管から白煙となって放出されてしまうからである。このため、DPF再生中にエンジンブレーキが作動するとDPF再生を中断せざるを得なかった。
これに対し、本発明者らは、エンジンブレーキ時に、DPF及びDOCを高温に保持する保温モードを提案している。保温モードとは、吸気スロットルの開度を小さくして新気の取り込みを少なくすると同時に、EGR装置の開度を大きくして排気ガスを大きくエンジンに再循環させ、排気管に流れ出る排気ガスを減らすことで、DPF及びDOCの温度がエンジンブレーキ開始前の高温から下がらないようにするモードである。これにより、DOCを活性化温度に一定時間、保持することが可能となった。また、DPFがPMの焼却温度に保持されるので、エンジンブレーキ時でも再生温度の急激な低下を防ぐことを可能にしている。
ところが、保温モードを実行しつつ排気管噴射を行うと、新気の空気量不足により、再生温度が高温になり、DPFやその下流に設けられるSCR装置が溶損することが懸念される。DPF及びDOCの温度が高温になる一因は、排気管に流れ出る排気ガス量が少なく、排気ガスが排気管内で滞留している状態となり、噴射された燃料がDOCの方へ流れていかず、排気管内で発火してしまうためと考えられる。また、DPFの入口温度を検出してDPFが再生温度になるまで排気管噴射量を増加させるという制御を行う場合、排気ガスが流れないため、噴射した燃料がDOCに届く時間が長くなり、燃料の噴射に対してDPFの入口温度が上昇する応答が遅くなることから、排気管噴射量が極端に増加して、発火の要因となる。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、DPF再生中に減速となってもDPF再生が継続できる排気ガス浄化システムを提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に設置されて粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、前記エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドへ指示された排気再循環開度に応じて排気ガスを循環させる排気再循環装置と、前記排気管に設置されたタービンと前記エンジンの吸気管に設置されたコンプレッサとが一体回転されることで過給を行い、アクチュエータによって過給量が調節可能な可変ノズル式ターボチャージャと、前記ターボチャージャと前記吸気マニホールドの間に設置されて指示された吸気スロットル開度に応じて吸気量を制限する吸気スロットルと、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記排気再循環装置の開度及び前記吸気スロットルの開度を制御し、かつ、前記可変ノズル式ターボチャージャによる過給量を調節することで、前記排気管内の排気ガス流量を増加させる再生減速時吸排気制御部とを備えたものである。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
(1)DPF再生中に減速となってもDPF再生が継続できる。
本発明の排気ガス浄化システムが適応される車両におけるエンジン、吸排気系統及び燃料噴射系統のシステム構成図である。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1に、本発明の排気ガス浄化システムが適応される車両におけるエンジン、吸排気系統及び燃料噴射系統のシステム構成を示す。
まず、排気系統の構成を説明すると、エンジン101の排気マニホールド102には、エンジン101の排気ガスを大気に排出するための排気管103が接続され、排気管103の最上流には、排気マニホールド102から吸気マニホールド104へ排気ガスを循環させるためのEGR配管105が設けられている。EGR配管105には、排気ガスを冷却するEGRクーラ106と、EGR量(またはEGR率)を調整するためのEGR弁107が設けられている。EGR配管105とEGRクーラ106とEGR弁107を一括してEGR装置123と呼ぶ。EGR装置123は、排気マニホールド102から吸気マニホールド104へ指示されたEGR開度に応じて排気ガスを循環させるものである。
排気管103の下流には、高圧段ターボチャージャ108のタービン109が設けられ、さらに下流には、低圧段ターボチャージャ110のタービン111が設けられている。タービン111の下流には、排気管103を閉鎖する排気ブレーキ弁112が設けられ、さらに下流には、DPFユニット113が設けられている。DPFユニット113は、DPF再生時に排気管103に噴射された燃料の酸化を促進するDOC114とPMを捕集するDPF115とからなる。DPFユニット113の下流に排気スロットル116が設けられる場合もあり、排気スロットル116の下流にて排気管103が大気に開放されている。なお、排気管103には、図示しないがSCR(Selective Catalytic Reduction;選択還元触媒)装置を設けてもよい。
次に、吸気系統の構成を説明すると、吸気マニホールド104には、大気からエンジン101に空気を取り込むための吸気管117が接続されている。吸気管117の最上流は大気に開放されており、その下流に塵埃等の異物を除去するエアクリーナ118が設けられている。エアクリーナ118の下流には、低圧段ターボチャージャ110のコンプレッサ119が設けられ、さらに下流には、高圧段ターボチャージャ108のコンプレッサ120が設けられている。コンプレッサ120の下流には、低圧段ターボチャージャ110と高圧段ターボチャージャ108で過給された吸気を冷却するインタークーラ121が設けられ、さらに下流には、指示された吸気スロットル開度に応じて吸気量を制限する吸気スロットル122が設けられている。吸気スロットル122の下流で、吸気管117が吸気マニホールド104に接続されている。
次に、燃料噴射系統の構成を説明すると、エンジン101の一部を破断して示したシリンダ131内をピストンヘッド132がストロークするように構成されており、シリンダ131には、燃料を噴射するためのインジェクタ133が取り付けられ、ピストンヘッド132の上死点位置より上部に、インジェクタ133の噴射口が配置されている。図は簡略に示したが、エンジン101は、複数個のシリンダ131を有し、各シリンダ131にそれぞれインジェクタ133が設けられる。各インジェクタ133は、コモンレール134から高圧の燃料を供給される。インジェクタ133は、詳しくは図示しないがコイルの電磁力で駆動される弁体を有し、コイルに通電するパルス電流の時間幅(通電時間)に応じて噴射口が開放されるものである。
コモンレール134には、高圧ポンプ135から高圧(コモンレール燃圧)の燃料を供給する高圧燃料管136が接続される。高圧ポンプ135には、フィードポンプ137からコモンレール燃圧より低く大気圧より高い中間圧(排気管噴射燃圧)の燃料を供給する中間圧燃料管138が接続される。フィードポンプ137は、大気圧の燃料タンク139から低圧燃料管140を介して燃料を取り込むようになっている。フィードポンプ137は、図示しないクランクシャフトに連結されており、エンジン101に随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を送り出すことにより、エンジン回転数に応じた排気管噴射燃圧の燃料を中間圧燃料管138に供給することができる。
本発明では、低圧段ターボチャージャ110のタービン111の下流で排気ブレーキ弁112より上流に、排気管103内に燃料を噴射するための排気管インジェクタ141が設けられている。排気管インジェクタ141には、中間圧燃料管138を介してフィードポンプ137からの燃料が供給されるようになっている。
高圧ポンプ135、コモンレール134、インジェクタ133のそれぞれには、燃料タンク139へ余剰の燃料を回収する回収燃料管142が接続されている。
次に、センサ類を説明する。
エンジン101には、冷却水温を検出する水温センサ151、図示しないクランクシャフト上の指標をクランク角の基準位置として検出するクランク角センサ152、エンジンオイルの残量を検出するオイルレベルセンサ153等が設けられる。排気マニホールド102には、エンジン排気温度センサ154が設けられる。吸気マニホールド104には、ブースト圧センサ155が設けられる。
DPFユニット113には、DOC114の入口における排気ガス温度を検出するDOC入口排気ガス温度センサ156と、DPF115の入口における排気ガス温度を検出するDPF入口排気ガス温度センサ157と、DPF115の入口と出口間の排気ガスの圧力差である差圧を検出する差圧センサ158が設けられる。DPF115にPMが蓄積すると、その蓄積量の増加に伴って差圧が大きくなるので、差圧に基づいてDPF再生時期を判定することができる。DPF入口排気ガス温度センサ157が検出するDPF入口排気ガス温度により、DPF再生時等におけるDPF115の温度を確認することができる。
中間圧燃料管138には、排気管インジェクタ141に加わる燃料圧力である排気管噴射燃圧を検出する排気管噴射燃圧センサ159が設けられる。高圧ポンプ135の入口には、燃料の温度を検出する燃料温度センサ160が設けられる。コモンレール134には、各シリンダ131のインジェクタ133に加わる燃料圧力であるコモンレール燃圧を検出するコモンレール燃圧センサ161が設けられる。吸気管117のエアクリーナ118の下流には、吸気管117に吸い込まれた空気の流量を検出する空気流量センサ(Mass Airflow sensor;MAFセンサ)162が設けられる。
高圧段ターボチャージャ108には、タービン109とコンプレッサ120を連結するシャフトの回転数を検出する高圧段ターボ回転数センサ163が設けられる。
図示説明した以外にも、エンジン101、吸排気系統及び燃料噴射系統には、従来公知のあらゆるセンサが設けられているものとする。
次に、制御系統の構成を説明する。
高圧段ターボチャージャ108は、可変ノズル式ターボチャージャ(Variable Nozzle Turbocharger;VNT。可変容量ターボVGT、可変翼ターボVGSとも言う)であり、排気管103に設置されたタービン109と吸気管117に設置されたコンプレッサ120とがシャフトで連結されて一体回転されることで過給を行うが、このときアクチュエータによって過給量が調節可能である。すなわち、タービン109の上流にタービン109の開口面積を調節するノズルアクチュエータ164が設けられる。ターボコントローラ165は、高圧段ターボ回転数センサ163が検出するシャフトの回転数を参照しつつ、ノズルアクチュエータ164を駆動することにより、過給量または過給圧を制御するものである。
エンジン101への燃料噴射を含む車両の各部を制御する手段は、電子制御装置(Electronical Control Unit;ECU)171にプログラムとして組み込まれている。ECU171は、エンジン状態を表すエンジンパラメータとして、エンジン回転数、アクセル開度、負荷トルク、空気量などを常時検出して燃料噴射制御等の制御を行うようになっている。ECU171は、エンジン101の推進力を得るべく、各シリンダ131の1燃焼サイクル内に、適宜なクランク角でインジェクタ133から複数回の燃料噴射を行うマルチ噴射制御を行うようになっている。このマルチ噴射制御は、排気ガス温度を高めるためにも利用される。
ECU171には、排気管噴射を制御することでDPF再生を行う排気管噴射再生制御部172と、排気管噴射によるDPF再生時に、エンジンブレーキによる車両の減速が行われると、EGR装置123の開度を全閉とし、かつ、吸気スロットル122の開度を全開し、かつ、高圧段ターボチャージャ108による過給量を増加させることで、排気管103内の排気ガス流量を増加させる再生減速時吸排気制御部173とが設けられている。
ECU171では、車両の走行距離が所定距離に達するごとに、DPF再生を行うようになっており、かつ、差圧センサ158が検出する差圧が所定値以上になったときDPF再生を行うようになっている。
以下、本発明の排気ガス浄化システムの動作を説明する。
ECU171では、車両の走行距離が所定距離に達するか、または差圧センサ158が検出する差圧が所定値以上になるとDPF再生を開始する。
具体的には、ECU171は、DOC入口排気ガス温度センサ156が検出するDOC114の入口における排気ガス温度がDOC114の活性化温度よりも低いときは、マルチ噴射制御における燃料噴射量を多くすることで排気ガス温度をDOC114の活性化温度まで高める。
DOC入口排気ガス温度センサ156が検出する排気ガス温度がDOC114の活性化温度に達すると、排気管噴射再生制御部172は、排気管噴射を制御する。すなわち、DPF入口排気ガス温度センサ157が検出するDPF115の入口における排気ガス温度がPMの焼却温度よりも低いときは、排気管インジェクタ141からの燃料噴射量を多くし、DPF115の入口における排気ガス温度がPMの焼却温度より十分に高ければ排気管インジェクタ141からの燃料噴射量を少なくする。これにより、DPF115の温度がPMの焼却温度に保たれ、DPF115が再生される。
ここで、アクセルペダルが開放され、エンジンブレーキが作動したとする。再生減速時吸排気制御部173は、排気管噴射によるDPF再生時に、エンジンブレーキによる車両の減速が行われたことから、EGR装置123の開度を全閉とし、かつ、吸気スロットル122の開度を全開し、かつ、高圧段ターボチャージャ108による過給量をそれまでよりも増加させることで、排気管103内の排気ガス流量を増加させる。すなわち、EGR装置123においてEGR弁107が全閉されたことで、排気マニホールド102から吸気マニホールド104に再循環する排気ガスがなくなり、エンジン101の排気ガスは全て排気管103を通って下流に流れる。また、吸気スロットル122の開度が全開されたことにより、高圧段ターボチャージャ108のコンプレッサ120からの過給された新気が全てエンジン101に供給される。さらに、高圧段ターボチャージャ108による過給量がそれまでよりも増加されたことで、エンジン101に供給される新気はいっそう多くなる。これにより、排気管103内の排気ガス流量がそれまでよりもDPF再生を考慮しながらも、増加することが可能になる。
本発明者らは、排気管103内の排気ガスを滞留させると、排気管インジェクタ141からの燃料が排気管103内で発火してしまい、DPF115及びDOC114の温度が高温になることを究明したが、排気ガス流量を高めると燃料が排気管103内で発火しないことも確認した。したがって、前述した再生減速時吸排気制御部173の制御によって排気管103内の排気ガス流量が増加すると、排気管インジェクタ141からの燃料が排気管103内で発火することが防止される。よって、排気管噴射の継続が可能となる。
このように、本発明では、排気管噴射によるDPF再生時に、エンジンブレーキによる車両の減速が行われたとき、基本的には排気管103内の排気ガス流量を増加させる。このとき、エンジンブレーキ中はエンジン101から排出される排気ガスの温度が低いため、排気ガス流量を増加させるとDOC114の温度がそれだけ低下しやすい。そこで、高圧段ターボチャージャ108による過給量を増加させすぎないよう、過給量を所定値に制御することで、DOC114の温度が早く低下するのを防止する。
エンジンブレーキが長く継続されると、結局は、排気ガスによってDOC114が冷却されて活性化温度未満となる。このときは、白煙防止のため、排気管噴射を停止し、既に述べた保温モードに移行する。このように、本発明では、DOC114の温度が活性化温度を維持している期間のみ排気管噴射を続ける。例えば、エンジン101を全負荷運転して車両が走行していた後、アクセルペダルが開放されてエンジンブレーキが作動した場合、エンジンブレーキ作動開始からしばらくの間(車種によって異なるが、例えば、30秒間程度)はDOC114の温度が活性化温度を維持することが分かっている。このようにDOC114の温度が活性化温度である間は、排気管噴射を継続できる。なお、全負荷運転とは、アクセル開度が大きく、エンジン回転数が高く、出力トルクが大きい状態での運転を言う。
したがって、例えば、車両が高速道路を加速走行中、登坂中などに排気管噴射によるDPF再生が開始され、その状態で下り坂にさしかかって、あるいは前車との車間が詰まって、アクセルペダルの開放によるエンジンブレーキが開始された場合に、DPF再生が継続されることになる。
以上説明したように、本発明の排気ガス浄化システムによれば、排気管噴射によるDPF再生時に、エンジンブレーキによる車両の減速が行われると、EGR装置123の開度を全閉とし、かつ、吸気スロットル122の開度を全開し、かつ、高圧段ターボチャージャ108による過給量を増加させることで、排気管103内の排気ガス流量を増加させるようにしたので、燃料が排気管103内で発火することが防止され、DPF再生が継続できる。
なお、本実施形態では、エンジンブレーキのみの作動時について説明したが、フットブレーキ操作時においてもアクセルペダルが開放となるので、本発明は適用できる。しかし、排気ブレーキ使用時は、排気管インジェクタ141とDPFユニット113との間を排気ブレーキ弁112が遮断してしまい、排気圧力が過大になるので、排気管噴射は行わない。
101 エンジン
102 排気マニホールド
103 排気管
104 吸気マニホールド
108 高圧段ターボチャージャ(可変ノズル式ターボチャージャ)
115 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
123 排気再循環装置(EGR装置)
141 排気管インジェクタ
171 ECU
172 排気管噴射再生制御部
173 再生減速時吸排気制御部

Claims (1)

  1. エンジンの排気管に設置されて粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、
    前記エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドへ指示された排気再循環開度に応じて排気ガスを循環させる排気再循環装置と、
    前記排気管に設置されたタービンと前記エンジンの吸気管に設置されたコンプレッサとが一体回転されることで過給を行い、アクチュエータによって過給量が調節可能な可変ノズル式ターボチャージャと、
    前記ターボチャージャと前記吸気マニホールドの間に設置されて指示された吸気スロットル開度に応じて吸気量を制限する吸気スロットルと、
    前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記排気再循環装置の開度及び前記吸気スロットルの開度を制御し、かつ、前記可変ノズル式ターボチャージャによる過給量を調節することで、前記排気管内の排気ガス流量を増加させる再生減速時吸排気制御部とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
JP2010134514A 2010-06-11 2010-06-11 排気ガス浄化システム Active JP5703599B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010134514A JP5703599B2 (ja) 2010-06-11 2010-06-11 排気ガス浄化システム
PCT/JP2011/063323 WO2011155588A1 (ja) 2010-06-11 2011-06-10 排気ガス浄化システム
US13/703,259 US8932379B2 (en) 2010-06-11 2011-06-10 Exhaust gas purification system
EP11792545.3A EP2581570B1 (en) 2010-06-11 2011-06-10 Exhaust gas purification system
CN201180028590.3A CN102933805B (zh) 2010-06-11 2011-06-10 废气净化系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010134514A JP5703599B2 (ja) 2010-06-11 2010-06-11 排気ガス浄化システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011256846A true JP2011256846A (ja) 2011-12-22
JP5703599B2 JP5703599B2 (ja) 2015-04-22

Family

ID=45098191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010134514A Active JP5703599B2 (ja) 2010-06-11 2010-06-11 排気ガス浄化システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8932379B2 (ja)
EP (1) EP2581570B1 (ja)
JP (1) JP5703599B2 (ja)
CN (1) CN102933805B (ja)
WO (1) WO2011155588A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014005741A (ja) * 2012-06-21 2014-01-16 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5862292B2 (ja) * 2011-12-28 2016-02-16 マツダ株式会社 ディーゼルエンジンの制御装置
CN104153903B (zh) * 2013-05-13 2017-08-25 吉林师范大学 一种增压柴油机egr阀与vgt以及节气门协同控制系统和方法
CN104806365A (zh) * 2015-03-31 2015-07-29 凯龙高科技股份有限公司 Dpf柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法
JP6296045B2 (ja) * 2015-12-08 2018-03-20 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
DE102016120938A1 (de) * 2016-11-03 2018-05-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters bei einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb
CN107780996A (zh) * 2017-09-27 2018-03-09 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 一种节流阀辅助dpf再生提温的控制装置及控制方法
CN107642391B (zh) * 2017-10-24 2023-09-22 天津亿科汽车电子有限公司 一种集成dpf热再生和机械再生的装置系统
JP6732833B2 (ja) * 2018-04-16 2020-07-29 株式会社Subaru 車両用電源装置
CN109113881B (zh) * 2018-08-21 2020-06-23 安徽江淮汽车集团股份有限公司 柴油发动机排放系统控制方法
CN109488428B (zh) * 2018-12-03 2021-02-23 潍柴动力股份有限公司 一种后处理效率的控制方法、装置及系统
CN110038406B (zh) * 2019-04-26 2022-11-25 广东绿茵环保科技有限公司 一种挥发性有机废气治理装备
CN110242419A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 一汽解放汽车有限公司 发动机制动功率的控制方法、装置及发动机制动系统
US10830191B1 (en) * 2019-08-19 2020-11-10 Caterpillar Inc. Temperature management of an aftertreatment system during compression braking
CN111042943A (zh) * 2019-12-26 2020-04-21 潍柴动力股份有限公司 颗粒物捕捉器dpf的保护方法和车辆
DE112020000031T5 (de) * 2020-03-30 2022-03-24 Komatsu Ltd. Motorsystem und Verfahren zur Steuerung des Motors
CN111663994A (zh) * 2020-06-17 2020-09-15 中车大连机车研究所有限公司 一种可调喷嘴控制方法
CN114623006B (zh) * 2022-01-26 2023-03-03 东风汽车集团股份有限公司 一种再生模式下的发动机控制方法及相关设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004044524A (ja) * 2002-07-15 2004-02-12 Mazda Motor Corp エンジンの排気微粒子処理装置及びそのコンピュータ・プログラム
JP2004068804A (ja) * 2002-06-13 2004-03-04 Denso Corp 内燃機関の排ガス浄化装置
JP2004190668A (ja) * 2002-11-29 2004-07-08 Nissan Motor Co Ltd 排気浄化装置
JP2006189024A (ja) * 2004-12-08 2006-07-20 Denso Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2009167906A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Denso Corp 内燃機関の排気浄化装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6829890B2 (en) * 2002-08-13 2004-12-14 International Engine Intellectual Property Company, Llc Forced regeneration of a diesel particulate filter
US6931842B2 (en) * 2002-11-29 2005-08-23 Nissan Motor Co., Ltd. Regeneration of diesel particulate filter
JP4371045B2 (ja) * 2004-11-19 2009-11-25 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4367335B2 (ja) * 2004-12-27 2009-11-18 日産自動車株式会社 エンジンの制御装置。
US8011177B2 (en) * 2005-09-01 2011-09-06 GM Global Technology Operations LLC Exhaust particulate filter
JP4660430B2 (ja) * 2006-06-16 2011-03-30 本田技研工業株式会社 内燃機関のdpf再生装置
JP4119927B2 (ja) * 2006-06-19 2008-07-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US20080022660A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-31 Eaton Corporation Method for controlled DPF regeneration
JP4788631B2 (ja) * 2007-03-02 2011-10-05 いすゞ自動車株式会社 エキゾーストスロットルバルブ診断装置および方法
JP2010106691A (ja) 2008-10-28 2010-05-13 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp Dpfの再生制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004068804A (ja) * 2002-06-13 2004-03-04 Denso Corp 内燃機関の排ガス浄化装置
JP2004044524A (ja) * 2002-07-15 2004-02-12 Mazda Motor Corp エンジンの排気微粒子処理装置及びそのコンピュータ・プログラム
JP2004190668A (ja) * 2002-11-29 2004-07-08 Nissan Motor Co Ltd 排気浄化装置
JP2006189024A (ja) * 2004-12-08 2006-07-20 Denso Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2009167906A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Denso Corp 内燃機関の排気浄化装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014005741A (ja) * 2012-06-21 2014-01-16 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
EP2677150A3 (en) * 2012-06-21 2015-09-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus of internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
US20130081366A1 (en) 2013-04-04
US8932379B2 (en) 2015-01-13
WO2011155588A1 (ja) 2011-12-15
CN102933805B (zh) 2016-04-27
EP2581570A1 (en) 2013-04-17
JP5703599B2 (ja) 2015-04-22
EP2581570A4 (en) 2016-08-17
EP2581570B1 (en) 2017-12-27
CN102933805A (zh) 2013-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5703599B2 (ja) 排気ガス浄化システム
JP5862292B2 (ja) ディーゼルエンジンの制御装置
US8919107B2 (en) Control device of diesel engine with turbocharger
US8499556B2 (en) Exhaust purification system with a diesel particulate filter and a method of cleaning said filter
JP2010031799A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
WO2018088341A1 (ja) 排気浄化装置の再生制御装置
JP6421797B2 (ja) エンジンの制御装置
JP2009191737A (ja) エンジンの過給装置
JP5678484B2 (ja) 排気管噴射制御装置
JP2011220260A (ja) エンジン制御装置
JP6421796B2 (ja) エンジンの制御装置
JP2012012999A (ja) ディーゼルエンジン
JP6122238B2 (ja) 排気管噴射制御装置
JP6073644B2 (ja) 排圧調整バルブの制御装置
JP5796277B2 (ja) 排気ガス浄化システム
JP2010223187A (ja) エンジン制御装置
JP5796278B2 (ja) 排気ガス浄化システム
JP2006266220A (ja) 後処理装置の昇温制御装置
JP2011236798A (ja) 排気浄化装置およびその再生方法
JP2006316742A (ja) 内燃機関の制御装置
JP6197663B2 (ja) Egr制御装置
JP2008045461A (ja) 排気浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130509

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140610

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140805

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150127

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150209

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5703599

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150