JP2018123736A - Diesel particulate filter regeneration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタを再生するディーゼルパティキュレートフィルタ再生装置に関するものである。 The present invention relates to a diesel particulate filter regeneration device for regenerating a diesel particulate filter.
ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、DPF)を強制再生する技術としては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この技術は、オルタネータによるエンジン負荷を利用して排ガス温度を高め、DPFに堆積した粒子状物質(以下、PM)を燃焼除去してDPF再生を行う。 As a technique for forcibly regenerating a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF), for example, a technique described in Patent Document 1 is known. This technology uses an engine load by an alternator to increase exhaust gas temperature, and burns and removes particulate matter (hereinafter referred to as PM) deposited on the DPF to perform DPF regeneration.
また、この技術は、DPF再生前に目標バッテリ充電量を低下させた後、DPF再生時に目標バッテリ充電量を増大させ、オルタネータの発電負荷を増加させることで、バッテリに充電しつつ、排気温度を高めてPMを燃焼除去する。 This technology also reduces the target battery charge before DPF regeneration, then increases the target battery charge during DPF regeneration and increases the power generation load of the alternator. Increase and burn off PM.
ところで、前記技術は、DPF再生前に目標バッテリ充電量を低下させるものであり、低下させた目標バッテリ充電量で充電を行うものであるため、バッテリの蓄電量が十分低下するまでには時間がかかり、バッテリの蓄電量が通常より少ない状態が長く続いてしまう虞があった。 By the way, since the technique reduces the target battery charge amount before the DPF regeneration and performs charging with the reduced target battery charge amount, it takes time to sufficiently reduce the charged amount of the battery. Therefore, there is a possibility that the state in which the amount of electricity stored in the battery is less than usual will continue for a long time.
そこで、本発明の目的は、バッテリの蓄電量を迅速に低下させることができ、バッテリの蓄電量が通常より少なくなる時間を短くできるディーゼルパティキュレートフィルタ再生装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a diesel particulate filter regeneration device that can quickly reduce the amount of electricity stored in a battery and shorten the time during which the amount of electricity stored in the battery is less than normal.
上述の目的を達成するため、本発明は、エンジンの排気系に排ガス中の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が接続され、そのディーゼルパティキュレートフィルタに粒子状物質が設定量以上堆積したとき排ガス温度を上昇させてディーゼルパティキュレートフィルタ内の粒子状物質を燃焼させ除去するディーゼルパティキュレートフィルタ再生装置において、エンジンで駆動されて発電を行うオルタネータと、オルタネータで充電されるバッテリと、前記粒子状物質の堆積量が前記設定量に達する前の中間設定量に達したとき前記オルタネータの発電を停止する発電停止手段と、粒子状物質の堆積量が前記設定量に達したとき前記オルタネータの発電停止を解除してエンジン負荷を増大させる排ガス昇温補助手段とを備えたものである。 In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, a diesel particulate filter that collects particulate matter in exhaust gas is connected to an exhaust system of an engine, and the particulate matter is accumulated in a set amount or more on the diesel particulate filter. When the exhaust gas temperature is raised to burn and remove particulate matter in the diesel particulate filter, the diesel particulate filter regeneration device is driven by an engine to generate electricity, a battery charged by the alternator, and the particles Power generation stop means for stopping power generation of the alternator when the amount of particulate matter accumulated reaches an intermediate set amount before reaching the set amount, and power generation of the alternator when the amount of particulate matter deposition reaches the set amount. Exhaust gas temperature rising auxiliary means for releasing the stop and increasing the engine load Those were example.
本発明の排気昇温装置によれば、バッテリの蓄電量を迅速に低下させることができ、バッテリの蓄電量が通常より少なくなる時間を短くできる。 According to the exhaust gas temperature raising device of the present invention, the amount of electricity stored in the battery can be quickly reduced, and the time during which the amount of electricity stored in the battery is less than normal can be shortened.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、エンジン1は、車両に搭載されるディーゼルエンジンからなり、吸気マニホールド2及び排気マニホールド3を有する。吸気マニホールド2には吸気系4が接続され、排気マニホールド3には排気系5が接続される。
As shown in FIG. 1, the engine 1 is a diesel engine mounted on a vehicle and includes an
吸気系4には、ターボチャージャ6のコンプレッサ7が設けられている。コンプレッサ7は、後述するターボチャージャ6のタービン8からの回転力で駆動されるようになっている。
The
排気系5には、ターボチャージャ6のタービン8が設けられると共に、排気浄化装置9が設けられている。タービン8は、排ガスにより回転駆動される。
The exhaust system 5 is provided with a
排気浄化装置9は、タービン8より下流の排気系5に設けられる。排気浄化装置9は、酸化触媒(以下、DOC)10と、DOC10の下流側に配置されたDPF11と、DPF11の下流側に配置されたNOx触媒12とを備える。
The exhaust purification device 9 is provided in the exhaust system 5 downstream from the
DOC10は、例えばセラミックからなる担体表面に触媒成分を担持して形成されている。DOC10は、排ガス温度が触媒活性化温度以上のとき排出ガス中のHCを酸化させ、酸化熱を発生させる。DOC10より上流の排気系には、排ガス温度を検出する温度センサ5aが設けられており、温度センサの検出値が後述する制御装置(ECU)14に入力されるようになっている。
The
DPF11は、多孔質性の隔壁(図示せず)を有し、排出ガス中のPMを隔壁の細孔や表面に捕集する。DPF11には、入口と出口の差圧を検出する差圧センサ13が設けられており、差圧センサ13の検出値はECU14に入力されるようになっている。
The
NOx触媒12は、還元剤(尿素水から生成されるアンモニア)により排ガス中のNOxを還元浄化する。
The
また、エンジン1には、DPF11にPMが設定量以上堆積したとき排ガス温度を上昇させてDPF11内のPMを燃焼させ除去するためのDPF再生装置15が設けられている。
Further, the engine 1 is provided with a
DPF再生装置15は、エンジン1で駆動されて発電を行うオルタネータ16と、オルタネータ16で充電されるバッテリ17と、DPF11のPM堆積量が設定量に達する前の中間設定量に達したときオルタネータ16の発電を停止する発電停止部18と、PM堆積量が設定量に達したときエンジン負荷を増大させるべくオルタネータ16の発電停止を解除する排ガス昇温補助部19とを備える。
The
オルタネータ16は、エンジン1のクランクシャフト1aとプーリ20a、20b及びベルト20cを介して接続されている。オルタネータ16は、ステータ(図示せず)及びロータ(図示せず)を有し、ロータの励磁コイルに電流を供給することで磁界を発生させ、ステータの発電コイルに発生した交流電圧を整流して取り出すようになっている。また、オルタネータ16には、前記励磁コイルに供給する電流を調節して発電量を調節するための発電調節部21が接続されている。具体的には、発電調節部21は、レギュレータからなり、ECU14からの信号を受けて発電量を調節するようになっている。
The
バッテリ17は、鉛蓄電池からなり、充電可能に形成されている。バッテリ17には、エンジン1の補機、ライト、エアコン等の電気負荷たる電装品22が接続されている。
The
発電停止部18及び排ガス昇温補助部19は、ECU14に記憶されたプログラムからなる。また、ECU14には、差圧センサ13の検出値からDPF11のPM堆積量を検出するPM堆積量検出部23と、バッテリ17の端子電圧等からバッテリ17の蓄電量を検出する蓄電量検出部24と、発電停止部18により発電が停止し、かつ、バッテリ17の蓄電量がエンジン1の駆動に必要な下限値まで下がったとき発電停止部18による発電停止を解除する放電制限部25と、排ガス昇温補助部19がオルタネータ16の発電停止を解除した後、DOC10の入口温度がDOC10の触媒活性化温度に達する前にオルタネータ16の発電量が減少したとき、排ガス昇温補助部19による排ガス昇温を終了させる中途終了部26と、排ガス昇温補助部19がオルタネータ16の発電停止を解除した後、DOC10の入口温度がDOC10の触媒活性化温度に達したとき、DPF11内のPMを燃焼させるPM燃焼部27とがプログラムとしてさらに記憶されている。
The power generation stop unit 18 and the exhaust gas temperature increase assist unit 19 are composed of programs stored in the ECU 14. The ECU 14 also includes a PM accumulation
次に本実施の形態の作用について述べる。 Next, the operation of this embodiment will be described.
図1及び図2に示すように、ECU14は、ステップS1にてPM堆積量検出部23の検出値が中間設定量以上になったか否かを判定し、YesのときステップS2に進み、NoのときDPF再生処理を終了してスタートに戻る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the ECU 14 determines whether or not the detected value of the PM accumulation
ステップS1にてNoのとき、図3に示すように、車両は通常走行モードで走行する。このとき、DPF再生要求はなく、オルタネータ(ACG)16は、バッテリ容量を一定(例えば90%)に維持するように発電を行う。このとき、オルタネータ16の発電電圧は12.5V(発電停止状態)から13.5V(通常発電状態)の間となる。
When No in step S1, the vehicle travels in the normal travel mode as shown in FIG. At this time, there is no DPF regeneration request, and the alternator (ACG) 16 generates power so as to maintain the battery capacity constant (for example, 90%). At this time, the power generation voltage of the
例えば、図4(a)、(b)、(c)に示すように、説明を簡易にするために同じ電気負荷が複数並列に接続されたモデルで考えた場合、接続状態にある電気負荷が1つのとき、その抵抗値をR、オルタネータ16の発電電圧をVaとすると、電気負荷の消費電流IはI=Va/Rとなり、オルタネータ16の発電電流IaはIa=バッテリ17の充電電流+Va/Rとなる。また、図4(b)に示すように、接続状態にある電気負荷が2つであるとき、電気負荷の消費電流IはI=2×Va/Rとなり、オルタネータ16の発電電流IaはIa=バッテリ17の充電電流+2×Va/Rとなって増加する。また同様に、図4(c)に示すように、接続状態にある電気負荷が3つであるとき、電気負荷の消費電流IはI=3×Va/Rとなり、オルタネータ16の発電電流IaはIa=バッテリ17の充電電流+3×Va/Rとなってさらに増加する。
For example, as shown in FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c), when considering a model in which the same electrical load is connected in parallel to simplify the explanation, the electrical load in the connected state is When the resistance value is R and the generated voltage of the
このとき、オルタネータ16の駆動トルクは、エンジン回転数、発電電流によって変化する。例えば図6に示すように、エンジン回転数が同じでも発電電流が大きければオルタネータ16の駆動トルクは大きくなってエンジン負荷は大きくなる。また、オルタネータ16の出力電流は、オルタネータ16の温度や周囲の温度によって変わる。例えば図5に示すように、オルタネータ16が冷たいとき(冷時)と、熱いとき(熱時)とで比較すると共に周囲の温度が低いとき(周温25℃)と高いとき(90℃)とで比較すると、オルタネータ16の回転速度が同じでもオルタネータ16が熱ければ出力電流(熱時(周温25℃))は低くなり、さらに周囲の温度が高くなると出力電流(熱時(周温90℃))はさらに低くなる。
At this time, the drive torque of the
図1、図2及び図3に示すように、ECU14は、ステップS2に進んだとき、DPF再生要求として発電調節部21にオルタネータ16の発電を0にする信号を発する。信号を受けた発電調節部21は、オルタネータ16の励磁コイルに供給する電流をゼロとし、オルタネータ16の発電を停止させる。オルタネータ16の発電が完全に停止するため、電装品22はバッテリ17の電気のみで駆動されることとなり、バッテリ17の蓄電量を迅速に減らすことができる。そしてこのことから、中間設定量を設定量に近い値に設定することができ、バッテリ蓄電量が長い時間少ない状態となることを防ぐことができる。このときのバッテリ放電量は、電装品22による電気負荷の大きさと、時間とで決まる。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, when the ECU 14 proceeds to step S <b> 2, it issues a signal for setting the power generation of the
この後、ECU14はステップS3にて蓄電量検出部24で検出されるバッテリ17の蓄電量がエンジン1の駆動に必要な下限値より大きいか否かを判別し、YesのときステップS4に進み、NoのときステップS5に進んで発電停止を解除する。これにより、過剰な放電が制限される。ステップS4に進んだECU14はDPF11のPM堆積量が設定値以上になったか否かを判別する。この設定値は、DPF11の強制再生が必要となる値に設定されている。ECU14はステップS4にてNoのとき発電停止を継続し、YesのときステップS5に進んで発電停止を解除する。
Thereafter, the ECU 14 determines whether or not the stored amount of the
ステップS5にて発電停止が解除されると、通常の発電制御が実行される。通常の発電制御では、バッテリ17の蓄電量に応じた発電量が発電調節部21に要求される。このとき、バッテリ17の蓄電量は通常よりも減った状態になっているため、発電調節部21に要求される発電量は通常よりも大きなものとなり、回生発電が開始される。回生発電では発電電圧は例えば14.8Vとなる。これにより、オルタネータ16によるエンジン負荷はステップS2の発電停止を実行する前よりも大きなものとなり、排ガス温度が上昇する。このときの発電量は、電装品22による電気負荷の大きさと、バッテリ充電量(充電量が少ない程発電量が大)とによって決まる。
When the power generation stop is canceled in step S5, normal power generation control is executed. In normal power generation control, the power
ECU14は、ステップS5にて発電停止を解除した後、ステップS6に進む。ECU14は、ステップS6にてオルタネータ16の発電量が減少したか否かを判別し、NoのときステップS7に進み、Yesのときオルタネータ16の負荷を利用したDPF再生処理を終了する。バッテリ17の蓄電量が上限値以上となった場合(ステップS6にてNoの場合)、通常の発電制御によってオルタネータ16の発電は抑制され、排ガス温度の上昇は望めない状態となるためである。この後、DPF11には相当量のPMが堆積しているため、通常のDPF再生制御が開始される。通常のDPF再生制御は、例えばポスト噴射でDOC入口温度を触媒活性化温度まで上昇させると共にDOC10にHCを供給して酸化させ、その酸化熱でDPF11をPM燃焼温度まで上昇させることで行う。なお、DOC10へのHC供給は排気管噴射(排気管内への燃料噴射)で行ってもよい。排ガス温度は触媒活性化温度には未達であるものの、通常時より高いため、効率よく通常のDPF再生制御を行うことができる。
After canceling the power generation stop in step S5, the ECU 14 proceeds to step S6. The ECU 14 determines whether or not the power generation amount of the
ステップS7に進んだECU14は、温度センサ5aの検出値からDOC入口温度を推定し、DOC入口温度が触媒活性化温度以上になったか否かを判別する。ECU14は、ステップS7にてNoのときステップS6に戻って通常の発電制御を継続し、YesのときステップS8に進む。 In step S7, the ECU 14 estimates the DOC inlet temperature from the detected value of the temperature sensor 5a, and determines whether or not the DOC inlet temperature is equal to or higher than the catalyst activation temperature. The ECU 14 returns to step S6 when No in step S7 and continues normal power generation control, and proceeds to step S8 when Yes.
ECU14はステップS8にてPM燃焼制御を行ってDPF11内のPMを燃焼させ除去する。PM燃焼制御は、ポスト噴射又は排気管噴射を行うことでDOC10にHCを供給して酸化させ、その酸化熱でPMを燃焼させる。
In step S8, the ECU 14 performs PM combustion control to burn and remove PM in the
このように、オルタネータ16と、バッテリ17と、DPF11のPM堆積量が設定量に達する前の中間設定量に達したときオルタネータ16の発電を停止する発電停止部18と、PM堆積量が設定量に達したときオルタネータ16の発電停止を解除してエンジン負荷を増大させる排ガス昇温補助部19とを備えるものとしたため、バッテリ蓄電量を迅速に減らすことができ、バッテリ蓄電量が長い時間少ない状態となるのを防ぐことができる。
Thus, the
DPF11より上流側の排気系5に接続されたDOC10と、DOC10の入口温度がDOC10の触媒活性化温度に達したときDOC10にHCを供給してDPF11内のPMを燃焼させるPM燃焼部27とを備えるものとしたため、DPF11に堆積したPMを効率よく燃焼して除去できる。
A
排ガス昇温補助部19がオルタネータ16の発電停止を解除した後、DOC10の入口温度がDOC10の触媒活性化温度に達する前にオルタネータ16の発電量が減少したとき、排ガス昇温補助部19による排ガス昇温を終了させる中途終了部26を備えるものとしたため、排ガス温度が高い状態のまま通常のDPF再生制御に移ることができ、DPF11に堆積したPMを効率よく燃焼して除去できる。
When the power generation amount of the
発電停止部18により発電が停止し、かつ、バッテリ17の蓄電量がエンジン1の駆動に必要な下限値まで下がったとき発電停止部18による発電停止を解除する放電制限部25を備えるものとしたため、バッテリ17の蓄電量が過度に減少するのを防ぐことができると共に、バッテリ17に過度な負担がかかるのを防ぐことができる。
Since power generation is stopped by the power generation stop unit 18 and the discharge limit unit 25 is released to release the power generation stop by the power generation stop unit 18 when the amount of power stored in the
1 エンジン
5 排気系
10 DOC(酸化触媒)
11 DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)
15 DPF再生装置(ディーゼルパティキュレートフィルタ再生装置)
16 オルタネータ
17 バッテリ
18 発電停止部(発電停止手段)
19 排ガス昇温補助部(排ガス昇温補助手段)
24 蓄電量検出部(蓄電量検出手段)
25 放電制限部(放電制限手段)
26 中途終了部(中途終了手段)
27 PM燃焼部(PM燃焼手段)
1 Engine 5
11 DPF (diesel particulate filter)
15 DPF regeneration device (diesel particulate filter regeneration device)
16
19 Exhaust gas temperature rising auxiliary part (exhaust gas temperature rising auxiliary means)
24 charged amount detection unit (charged amount detection means)
25 Discharge limiting part (discharge limiting means)
26 Midway termination section (midway termination means)
27 PM combustion section (PM combustion means)
Claims (4)
エンジンで駆動されて発電を行うオルタネータと、オルタネータで充電されるバッテリと、前記粒子状物質の堆積量が前記設定量に達する前の中間設定量に達したとき前記オルタネータの発電を停止する発電停止手段と、粒子状物質の堆積量が前記設定量に達したとき前記オルタネータの発電停止を解除してエンジン負荷を増大させる排ガス昇温補助手段とを備えたことを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタ再生装置。 A diesel particulate filter that collects particulate matter in the exhaust gas is connected to the exhaust system of the engine, and when the particulate matter accumulates on the diesel particulate filter over a set amount, the exhaust gas temperature is raised and the diesel particulate filter In a diesel particulate filter regeneration device that burns and removes particulate matter of
An alternator driven by an engine to generate power, a battery charged by the alternator, and a power generation stop that stops power generation of the alternator when the amount of accumulated particulate matter reaches an intermediate set amount before reaching the set amount. And a diesel particulate filter regeneration comprising: an exhaust gas temperature raising assisting means for releasing the power generation stop of the alternator and increasing the engine load when the amount of particulate matter accumulated reaches the set amount apparatus.
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CN111412040A (en) * | 2019-01-08 | 2020-07-14 | 丰田自动车株式会社 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
CN115288829A (en) * | 2022-08-15 | 2022-11-04 | 潍柴动力股份有限公司 | Regeneration control method for Diesel Particulate Filter (DPF) of crane |
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CN111412040B (en) * | 2019-01-08 | 2022-01-25 | 丰田自动车株式会社 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
CN115288829A (en) * | 2022-08-15 | 2022-11-04 | 潍柴动力股份有限公司 | Regeneration control method for Diesel Particulate Filter (DPF) of crane |
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Legal Events
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