JP2013068184A - ディーゼルエンジン - Google Patents

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Abstract

【課題】ＤＰＦの再生処理に用いた未燃燃料でＤＯＣの触媒機能が劣化する不具合を抑制することができるディーゼルエンジンを提供する。
【解決課題】この課題解決のため、排気中に未燃燃料を混入させることにより、ＤＯＣでの未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、ＤＰＦに堆積したＰＭを焼却させ、所定のＤＰＦ再生完了条件が満たされたら、制御手段がＤＰＦ再生処理を完了Ｓ５させるようにしたディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦの再生処理を完了Ｓ５した後、制御手段が排気温度保持手段に排気温度保持処理を実施Ｓ６させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、ＤＯＣに付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに関し、詳しくは、ＤＰＦの再生処理に用いた未燃燃料でＤＯＣの触媒機能が劣化する不具合を抑制することができるディーゼルエンジンに関する。
この明細書及び特許請求の範囲で、ＤＯＣとはディーゼル酸化触媒、ＤＰＦとはディーゼルパティキュレートフィルタ、ＰＭとは粒子状物質をいう。
従来、ディーゼルエンジンとして、排気経路にＤＯＣとＤＰＦとを配置し、ＤＰＦのＰＭ堆積推定値が所定のＤＰＦ再生要求値に至った後、制御手段がＤＰＦ再生手段にＤＰＦの再生処理を実施させ、このＤＰＦの再生処理で排気中に未燃燃料を混入させることにより、ＤＯＣでの未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、ＤＰＦに堆積したＰＭを焼却させ、所定のＤＰＦ再生の完了条件が満たされたら、制御手段がＤＰＦの再生処理を完了させるようにしたものがある(例えば、特許文献１参照)。
この種のディーゼルエンジンによれば、ＤＰＦの再生処理でＤＰＦを再利用することができる利点がある。
しかし、この従来技術では、ＤＰＦの再生処理を完了した後にＤＯＣに付着した燃料を除去する手段がないため、問題がある。
特開２０１１−１５３５３７号公報(図２参照)
《問題》 ＤＰＦの再生処理に用いた未燃燃料でＤＯＣの触媒機能が劣化しやすい。
ＤＰＦの再生処理を完了した後にＤＯＣに付着した燃料を除去する手段がないため、ＤＰＦの再生処理を完了した後にＤＯＣに未燃燃料が付着したまま残り、ＤＯＣに未燃燃料の炭化物等が膠着すること等により、ＤＰＦの再生処理に用いた未燃燃料でＤＯＣの触媒機能が劣化しやすい。
本発明の課題は、ＤＰＦの再生に用いた未燃燃料でＤＯＣの触媒機能が劣化する不具合を抑制することができるディーゼルエンジンを提供することにある。
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、図２に例示するように、排気経路にＤＯＣ(１)とＤＰＦ(２)とを配置し、ＤＰＦ(２)のＰＭ堆積推定値が所定のＤＰＦ再生要求値に至った後、制御手段(３)がＤＰＦ再生手段(４)にＤＰＦ(２)の再生処理を実施(Ｓ３)させ、このＤＰＦ(２)の再生処理で排気(５)中に未燃燃料を混入させることにより、ＤＯＣ(１)での未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、ＤＰＦ(２)に堆積したＰＭを焼却させ、所定のＤＰＦ再生の完了条件が満たされたら、制御手段(３)がＤＰＦ(２)の再生処理を完了(Ｓ５)させるようにしたディーゼルエンジンにおいて、
図１、図２に例示するように、ＤＰＦ(２)の再生処理を完了(Ｓ５)した後、制御手段(３)が排気温度保持手段(３１)に排気温度保持処理を実施(Ｓ６)させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、ＤＯＣ(１)に付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 ＤＰＦの再生処理に用いた未燃燃料でＤＯＣの触媒機能が劣化する不具合を抑制することができる。
図１、図２に例示するように、ＤＰＦ(２)の再生処理を完了(Ｓ５)した後、制御手段(３)が排気温度保持手段(３１)に排気温度保持処理を実施(Ｓ６)させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、ＤＯＣ(１)に付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにしたので、ＤＰＦ(２)の再生処理に用いた未燃燃料でＤＯＣ(１)の触媒機能が劣化する不具合を抑制することができる。
(請求項２に係る発明)
請求項２に係る発明は、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》 ＤＰＦの再生処理に用いる吸気絞り弁を排気温度保持手段として兼用することができる。
図１、図２に例示するように、排気温度保持手段(３１)が吸気絞り弁(３２)であり、制御手段(３)が吸気絞り弁(３２)で吸気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持するので、ＤＰＦ(２)の再生処理に用いる吸気絞り弁(３２)を排気温度保持手段(３１)として兼用することができる。
(請求項３に係る発明)
請求項３に係る発明は、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》 ＥＧＲ処理に用いるＥＧＲ弁を排気温度保持手段として兼用することができる。
図１、図２に例示するように、排気温度保持手段(３１)がＥＧＲ弁(３３)であり、制御手段(３)がＥＧＲ弁(３３)を開弁状態にして、吸気に排気ガスの一部をＥＧＲガスとして還流させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持するので、ＥＧＲに用いるＥＧＲ弁(３３)を排気温度保持手段(３１)として兼用することができる。
(請求項４に係る発明)
請求項４に係る発明は、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》 ＤＰＦの再生処理に用いる排気絞り弁を排気温度保持手段として兼用することができる。
図１、図２に例示するように、排気温度保持手段(３１)が排気絞り弁(３４)であり、制御手段(３)が排気絞り弁(３４)で排気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持するので、ＤＰＦ(２)の再生処理に用いる排気絞り弁(３４)を排気温度保持手段(３１)として兼用することができる。
(請求項５に係る発明)
請求項５に係る発明は、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》 簡単な手段で排気温度保持処理を実施することができる。
図１、図２に例示するように、排気温度保持手段(３)がＤＯＣ(１)の上流に配置された電気ヒータ(３５)であり、制御手段(３)が電気ヒータ(３５)を発熱させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持するので、簡単な手段で排気温度保持処理を実施することができる。
(請求項６に係る発明)
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 ＤＯＣの触媒機能の劣化をより確実に抑制することができる。
図２に例示するように、排気温度保持処理を実施(Ｓ６)はＤＰＦ(２)の再生処理を終了(Ｓ５)した直後から所定時間行うようにしたので、未燃燃料でＤＯＣ(１)の触媒機能が劣化する前に未燃燃料を燃焼させることができ、ＤＯＣ(１)の触媒機能の劣化をより確実に抑制することができる。
本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの模式図である。 図１のエンジンの制御手段による処理のフローチャートである。
図１、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り、この実施形態では、コモンレール式の水冷立形直列多気筒ディーゼルエンジンについて説明する。
このディーゼルエンジンは、次のように構成されている。
シリンダブロック(６)の上部にシリンダヘッド(７)を組み付け、シリンダブロック(６)の前部にエンジン冷却ファン(８)を配置し、シリンダブロック(６)の後部にフライホイール(９)を配置している。シリンダヘッド(７)の横一側に排気マニホルド(１０)を組み付け、横他側に吸気マニホルド(３６)を組み付けている。排気マニホルド(１０)に過給機(１１)を組み付け、過給機(１１)の排気タービン(１１ａ)の下流の排気経路に排気処理装置(１２)を配置し、過給機(１１)のコンプレッサ(１１ｂ)の下流の吸気経路に吸気マニホルド(３６)を配置している。吸気マニホルド(３６)の吸気入口(３６ａ)には吸気絞り弁(３２)を配置している。排気マニホルド(１０)と吸気マニホルド(３６)との間にＥＧＲ通路(３７)を設け、このＥＧＲ通路(３７)の途中にＥＧＲ弁(３３)を設けている。排気処理装置(１２)の排気出口(１２ａ)には排気絞り弁(３４)を設けている。過給機(１１)のコンプレッサ(１１ｂ)の下流に電気ヒータ(３５)を設けている。
吸気絞り弁(３２)とＥＧＲ弁(３３)と排気絞り弁(３４)はいずれも電動式であり、これらと電気ヒータ(３５)とは制御手段(３)で制御される。
燃料タンク(１３)に燃料サプライポンプ(１４)を介してコモンレール(１５)を接続し、コモンレール(１５)に各気筒毎の燃料インジェクタ(１６)を接続している。
フライホイール(９)にパルサロータ(１７)を取り付け、動弁カム軸(１８)にカム軸ロータ(１９)を取り付け、パルサロータ(１７)にピックアップコイル(２０)を対向させ、カム軸ロータ(１９)に気筒判別センサ(２１)を対向させ、ピックアップコイル(２０)でエンジン実回転数とクランク角度とを検出し、気筒判別センサ(２１)で所定の気筒の上死点が圧縮上死点であるか排気上死点であるか等、各気筒の燃焼行程を検出する。目標回転数検出センサ(２３)で調速レバー(２２)の調速位置、すなわちエンジン目標回転数を検出する。
ピックアップコイル(２０)と気筒判別センサ(２１)と目標回転数検出センサ(２３)とを制御手段(３)を介して燃料インジェクタ(１６)の電磁弁(３０)に連携させている。
制御手段(３)は、エンジン目標回転数とエンジン実回転数とに基づいて燃料噴射量(メイン噴射量)を演算し、クランク角度に基づいて、所定タイミングで燃料インジェクタ(１６)の電磁弁(３０)を開閉し、燃料インジェクタ(１６)から所定タイミングで所定量のメイン噴射を行う。制御手段(３)は、マイコンである。
排気処理装置(１２)の構成は、次の通りである。
ケーシング(２４)内にＤＯＣ(１)とＤＰＦ(２)とを収容している。上流にＤＯＣ(１)を配置し、下流にＤＰＦ(２)を配置している。
ＤＯＣ(１)は、セラミックのハニカム担体で、酸化触媒を担持させ、セル(１ａ)の両端を開口したフロースルータイプで、セル(１ａ)の内部を排気(５)が通過するようになっている。
ＤＰＦ(２)は、セラミックのハニカム担体で、隣合うセル(２ａ)の端部を交互に目封じたウォールフロータイプである。セル(２ａ)の内部とセル(２ａ)の壁(１ｂ)を排気が通過し、セル(２ａ)の壁(２ｂ)でＰＭを捕捉する。
ＤＯＣ(１)の入口側にはＤＯＣ入口側温度センサ(２５)を配置し、ＤＯＣ(１)とＤＰＦ(２)との間にＤＦＦ入口側温度センサ(２６)を配置している。また、ＤＯＣ(１)とＤＰＦ(２)との間にＤＰＦ入口側排気圧センサ(２７)を配置し、ＤＰＦ(２)の入口側と出口側との間に入口側と出口側の排気圧の差圧を検出する差圧センサ(２８)を配置している。
ＤＯＣ入口側温度センサ(２５)とＤＦＦ入口側温度センサ(２６)とＤＰＦ入口側排気圧センサ(２７)と差圧センサ(２８)とは制御手段(３)を介して燃料インジェクタ(１６)の電磁弁(３０)に連携させている。
制御手段(３)は、燃料噴射量とＤＰＦ入口温度とに基づいてＤＰＦ(２)の第１のＰＭ堆積推定値を演算するとともに、ＤＰＦ入口側排気圧とＤＰＦ(２)の入口側と出口側の差圧に基づいてＤＰＦ(２)の第２のＰＭ堆積推定値を演算する。第１のＰＭ堆積推定値と第２のＰＭ堆積推定値のいずれかが所定のＤＰＦ再生要求値に至った後、制御手段(３)がＤＰＦ再生手段(４)にＤＰＦ(２)の再生処理を実施させ、ＤＰＦ(２)の再生処理を完了させる。ＤＰＦ再生手段(４)は、コモンレールシステム(２９)とＤＯＣ(１)との組み合わせからなり、ＤＰＦ(２)の再生処理は燃料インジェクタ(１６)からメイン噴射の後にポスト噴射を行い、その未燃燃料をＤＯＣ(１)で触媒燃焼させることにより行う。
排気(５)の温度が低く、ＤＯＣ(１)が活性化温度に達しない場合には、制御手段(３)が吸気絞り弁(３２)とＥＧＲ弁(３３)と排気絞り弁(３４)と電気ヒータ(３５)の全部または一部を用いて、排気温度をＤＯＣ(１)の活性化温度まで高める。
吸気絞り弁(３２)を用いる場合には、制御手段(３)が吸気絞り弁(３２)で吸気流量を絞ることにより、排気温度を高める。ＥＧＲ弁(３３)を用いる場合には、制御手段(３)がＥＧＲ弁(３３)を開弁状態にして、吸気に排気ガスの一部をＥＧＲガスとして還流させることにより、排気温度を高める。排気絞り弁(３４)を用いる場合には、制御手段(３)が排気絞り弁(３４)で排気流量を絞ることにより、排気温度を高める。電気ヒータ(３５)を用いる場合には、制御手段(３)が電気ヒータ(３５)を発熱させることにより、排気温度を高める。
図１、図２に示すように、排気経路にＤＯＣ(１)とＤＰＦ(２)とを配置し、ＤＰＦ(２)のＰＭ堆積推定値が所定のＤＰＦ再生要求値に至った後、制御手段(３)がＤＰＦ再生手段(４)にＤＰＦ(２)の再生処理を実施(Ｓ３)させ、このＤＰＦ(２)の再生処理で排気(５)中に未燃燃料を混入させることにより、ＤＯＣ(１)での未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、ＤＰＦ(２)に堆積したＰＭを焼却させ、所定のＤＰＦ再生の完了条件が満たされたら、制御手段(３)がＤＰＦ(２)の再生処理を完了(Ｓ５)させるようにしている。
図１、図２に示すように、ＤＰＦ(２)の再生処理を完了(Ｓ５)した後、制御手段(３)が排気温度保持手段(３１)に排気温度保持処理を実施(Ｓ６)させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、ＤＯＣ(１)に付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにしている。
排気温度保持手段(３１)として、吸気絞り弁(３２)とＥＧＲ弁(３３)と排気絞り弁(３４)と電気ヒータ(３５)とを用いる。
これらの全部または一部を用いて、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。
図１、図２に示すように、吸気絞り弁(３２)を用いる場合には、制御手段(３)が吸気絞り弁(３２)で吸気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。ＥＧＲ弁(３３)を用いる場合には、制御手段(３)がＥＧＲ弁(３３)を開弁状態にして、吸気に排気ガスの一部をＥＧＲガスとして還流させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。排気絞り弁(３４)を用いる場合には、制御手段(３)が排気絞り弁(３４)で排気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。電気ヒータ(３５)を用いる場合には、制御手段(３)が電気ヒータ(３５)を発熱させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。
図２に示すように、排気温度保持処理を実施(Ｓ６)はＤＰＦ(２)の再生処理を終了(Ｓ５)した直後から所定時間行うようにしている。
制御手段(３)による処理の流れは次の通りである。
ステップ(Ｓ１)ではＤＰＦ(２)のＰＭ堆積推定値がＤＰＦ再生要求値に至ったか否かが判定され、判定が肯定されるまでステップ(Ｓ１)を繰り返す。
ステップ(Ｓ１)での判定が肯定されると、ステップ(Ｓ２)でＤＯＣ(１)の推定温度が活性化温度に至っているか否かが判定され、判定が肯定されるまでステップ(Ｓ２)を繰り返す。
ステップ(Ｓ２)での判定が肯定されると、ステップ(Ｓ３)でＤＰＦ(２)の再生処理を実施する。
次に、ステップ(Ｓ４)でＤＰＦ再生の完了条件が満たされたか否かが判定され、判定が肯定の場合にはＤＰＦ(２)の再生処理を完了し、ステップ(Ｓ６)で排気温度保持処理を実施する。ステップ(Ｓ４)での判定が否定の場合には、ステップ(Ｓ２)に戻る。
ＤＯＣ(１)の推定温度は、ＤＯＣ入口排気温度、ＤＯＣ(１)の比熱、ＤＯＣ(１)からの放熱等に基づいて制御手段(３)が演算する。
ＤＯＣの活性化温度は２５０°Ｃである。
ポスト噴射量は、ＤＰＦ入口排気温度の目標温度を６００℃とし、ＤＰＦ入口排気温度、ＤＯＣ入口排気温度、排気流量に基づいて、制御手段(３)が演算する。
排気流量は吸気流量とメイン噴射量とＤＯＣ入口排気温度に基づいて、制御手段(３)が演算する。
ポスト噴射は、コモンレールシステム(２９)のインジェクタ(１６)から、圧縮上死点付近でのメイン噴射の後、排気行程中に行う。
ＤＰＦ再生の完了条件は、排気温度が５５０°Ｃ以上となった時間の積算が１５分となった時である。
未燃燃料燃焼温度は、ＤＯＣの活性化温度よりも高い３００°Ｃ以上である。
排気温度保持処理を実施(Ｓ６)する時間はＤＰＦ(２)の再生処理を終了(Ｓ５)した直後から１分である。
(１) ＤＯＣ
(２) ＤＰＦ
(３) 制御手段
(４) ＤＰＦ再生手段
(５) 排気
(３１) 排気温度保持手段
(３２) 吸気絞り弁
(３３) ＥＧＲ弁
(３４) 排気絞り弁
(３５) 電気ヒータ
(Ｓ３) ＤＰＦの再生処理を実施
(Ｓ５) ＤＰＦの再生処理を完了
(Ｓ６) 排気温度保持処理を実施

Claims (6)

  1. 排気経路にＤＯＣ(１)とＤＰＦ(２)とを配置し、ＤＰＦ(２)のＰＭ堆積推定値が所定のＤＰＦ再生要求値に至った後、制御手段(３)がＤＰＦ再生手段(４)にＤＰＦ(２)の再生処理を実施(Ｓ３)させ、このＤＰＦ(２)の再生処理で排気(５)中に未燃燃料を混入させることにより、ＤＯＣ(１)での未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、ＤＰＦ(２)に堆積したＰＭを焼却させ、所定のＤＰＦ再生の完了条件が満たされたら、制御手段(３)がＤＰＦ(２)の再生処理を完了(Ｓ５)させるようにしたディーゼルエンジンにおいて、
    ＤＰＦ(２)の再生処理を完了(Ｓ５)した後、制御手段(３)が排気温度保持手段(３１)に排気温度保持処理を実施(Ｓ６)させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、ＤＯＣ(１)に付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
  2. 請求項１に記載したディーゼルエンジンにおいて、
    排気温度保持手段(３１)が吸気絞り弁(３２)であり、制御手段(３)が吸気絞り弁(３２)で吸気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
  3. 請求項１に記載したディーゼルエンジンにおいて、
    排気温度保持手段(３１)がＥＧＲ弁(３３)であり、制御手段(３)がＥＧＲ弁(３３)を開弁状態にして、吸気に排気ガスの一部をＥＧＲガスとして還流させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
  4. 請求項１に記載したディーゼルエンジンにおいて、
    排気温度保持手段(３１)が排気絞り弁(３４)であり、制御手段(３)が排気絞り弁(３４)で排気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
  5. 請求項１に記載したディーゼルエンジンにおいて、
    排気温度保持手段(３)がＤＯＣ(１)の上流に配置された電気ヒータ(３５)であり、制御手段(３)が電気ヒータ(３５)を発熱させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載したディーゼルエンジンにおいて、
    排気温度保持処理を実施(Ｓ６)はＤＰＦ(２)の再生処理を終了(Ｓ５)した直後から所定時間行うようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
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