JP5101436B2

JP5101436B2 - ディーゼルエンジン

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Publication number: JP5101436B2
Application number: JP2008217445A
Authority: JP
Inventors: 宏司増田; 道彦原
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: EP2320056A4; EP2320056B2; EP2320056A1; US20110173958A1; CN102132027B; KR20110058785A; US8720191B2; CN102132027A; EP2320056B1; JP2010053722A; KR101563640B1; WO2010024012A1

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの技術に関し、特に、排気浄化装置を具備するディーゼルエンジンについての技術に関する。

従来、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集する技術として、ディーゼルエンジンの排気通路途中にパティキュレートフィルタを有するエンジン用排気浄化装置を装備することが知られている。前記パティキュレートフィルタは、セラミック等からなる多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるように構成され、各流路を区画する多孔質壁を透過した排気ガスのみが下流へ排出される。

排気ガスは、前記多孔質壁を透過する際に、排気ガス中のパティキュレートが多孔質壁内部に捕集されることで浄化されるが、前記多孔質壁内部にパティキュレートが堆積していくため、排気抵抗の増加やパティキュレートの入口側と出口側との差圧の上昇が発生し、ディーゼルエンジンの性能に影響を及ぼす。よって、パティキュレートフィルタがこのような状態に至る前に、パティキュレートを燃焼除去する技術は公知となっている。しかし、ディーゼルエンジンの負荷が小さく排気ガスの温度が低い場合、パティキュレートが燃焼除去されないという問題があった。

そこで、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを除去して、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集能力を回復させる、言い換えればパティキュレートフィルタを再生させる技術は公知となっている。例えば、ディーゼルエンジンの排気経路のうち、酸化触媒付きフィルタの上流側に電熱式のヒータを設け、酸化触媒付きフィルタに導かれる排気ガス温度をヒータ加熱にして上昇させる技術が公知となっている（特許文献１参照）。
特開２００１−２８０１２１号公報

また、前記パティキュレートフィルタを再生させる技術として、例えば作業機用油圧ポンプなどの作業機の負荷に再生用負荷を加えて増大させることにより、排気ガス温度を上昇させてパティキュレートを除去する技術も存在する。しかし、前記再生用負荷を加える際に、エンジン回転数は低下することとなり、操作者が作業中に違和感を覚える場合があった。

そこで、本発明はかかる課題に鑑み、排気通路途中にパティキュレートフィルタを有するエンジン用排気浄化装置を備えるディーゼルエンジンであって、パティキュレートフィルタを再生させる際に、前記ディーゼルエンジンに接続した作業機の操作者が作業中に違和感を覚えることのないディーゼルエンジンを提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、排気浄化装置（１）を具備し、負荷がかかった場合にエンジン回転数を一定としてエンジン負荷を上昇させる制御であるアイソクロナス制御を行う構成としたディーゼルエンジン（２）において、前記排気浄化装置（１）は、排気経路に配置された排気ガス浄化用のパティキュレートフィルタ（１０）と、ディーゼルエンジン（２）に負荷をかけ前記パティキュレートフィルタ（１０）の温度を上昇させてパティキュレートフィルタ（１０）に溜まったパティキュレートを強制的に燃焼除去する再生用負荷装置とを具備し、前記再生用負荷装置によって負荷をかけるときのディーゼルエンジン（２）の制御をアイソクロナス制御とし、ディーゼルエンジン（２）のエンジン回転数（Ｒ）を横軸とし相関関係にあるエンジン負荷（Ｌ）を縦軸として負荷パターン（ＬＰ）を示すマップに基づいて制御し、前記負荷パターン（ＬＰ）は上向き凸の線である最大トルク線（ＭＬ）で囲まれた領域であり、該領域は排気ガス温度が再生可能温度の場合におけるエンジン回転数（Ｒ）とエンジン負荷（Ｌ）との関係を表した境界ライン（ＢＬ）にて上下に分断されており、該境界ライン（ＢＬ）を挟んで上側の領域はパティキュレートフィルタ（１０）に堆積したパティキュレートを燃焼除去できる再生可能領域であり、前記境界ライン（ＢＬ）を挟んで下側の領域はパティキュレートが除去されずにパティキュレートフィルタ（１０）に堆積する再生不能領域であり、最大のエンジン負荷をかけた場合に再生可能領域に到達するエンジン回転数（Ｒ１）のうち最低のものを最低再生可能回転数（Ｒｍｉｎ）とし、エンジン回転数（Ｒ１）が最低再生可能回転数（Ｒｍｉｎ）よりも小さい場合には、再生用負荷装置による負荷をかけない制御を行う構成としたものである。

請求項２においては、排気浄化装置（１）を具備し、負荷がかかった場合にエンジン回転数を一定としてエンジン負荷を上昇させる制御であるアイソクロナス制御を行う構成としたディーゼルエンジン（２）において、前記排気浄化装置（１）は、排気経路に配置された排気ガス浄化用のパティキュレートフィルタ（１０）と、ディーゼルエンジン（２）に負荷をかけ前記パティキュレートフィルタ（１０）の温度を上昇させてパティキュレートフィルタ（１０）に溜まったパティキュレートを強制的に燃焼除去する再生用負荷装置とを具備し、前記再生用負荷装置によって負荷をかけるときのディーゼルエンジン（２）の制御をアイソクロナス制御とし、ディーゼルエンジン（２）のエンジン回転数（Ｒ）を横軸とし相関関係にあるエンジン負荷（Ｌ）を縦軸として負荷パターン（ＬＰ）を示すマップに基づいて制御し、前記負荷パターン（ＬＰ）は上向き凸の線である最大トルク線（ＭＬ）で囲まれた領域であり、該領域は排気ガス温度が再生可能温度の場合におけるエンジン回転数（Ｒ）とエンジン負荷（Ｌ）との関係を表した境界ライン（ＢＬ）にて上下に分断されており、該境界ライン（ＢＬ）を挟んで上側の領域はパティキュレートフィルタ（１０）に堆積したパティキュレートを燃焼除去できる再生可能領域であり、前記境界ライン（ＢＬ）を挟んで下側の領域はパティキュレートが除去されずにパティキュレートフィルタ（１０）に堆積する再生不能領域であり、前記再生用負荷装置によって負荷をかけると前記最大トルク線（ＭＬ）を越えてエンジン負荷（Ｌ）が上がるおそれのある場合には、再生用負荷装置による負荷をかけない制御を行う構成としたものである。

請求項３においては、排気浄化装置（１）を具備し、負荷がかかった場合にエンジン回転数を一定としてエンジン負荷を上昇させる制御であるアイソクロナス制御を行う構成としたディーゼルエンジン（２）において、前記排気浄化装置（１）は、排気経路に配置された排気ガス浄化用のパティキュレートフィルタ（１０）と、ディーゼルエンジン（２）に負荷をかけ前記パティキュレートフィルタ（１０）の温度を上昇させてパティキュレートフィルタ（１０）に溜まったパティキュレートを強制的に燃焼除去する再生用負荷装置とを具備し、前記再生用負荷装置によって負荷をかけるときのディーゼルエンジン（２）の制御をアイソクロナス制御とし、ディーゼルエンジン（２）のエンジン回転数（Ｒ）を横軸とし相関関係にあるエンジン負荷（Ｌ）を縦軸として負荷パターン（ＬＰ）を示すマップに基づいて制御し、前記負荷パターン（ＬＰ）は上向き凸の線である最大トルク線（ＭＬ）で囲まれた領域であり、該領域は排気ガス温度が再生可能温度の場合におけるエンジン回転数（Ｒ）とエンジン負荷（Ｌ）との関係を表した境界ライン（ＢＬ）にて上下に分断されており、該境界ライン（ＢＬ）を挟んで上側の領域はパティキュレートフィルタ（１０）に堆積したパティキュレートを燃焼除去できる再生可能領域であり、前記境界ライン（ＢＬ）を挟んで下側の領域はパティキュレートが除去されずにパティキュレートフィルタ（１０）に堆積する再生不能領域であり、最大のエンジン負荷をかけた場合に再生可能領域に到達するエンジン回転数（Ｒ１）のうち最低のものを最低再生可能回転数（Ｒｍｉｎ）とし、エンジン回転数（Ｒ１）が最低再生可能回転数（Ｒｍｉｎ）よりも小さい場合には、再生用負荷装置による負荷をかけない制御をし、前記再生用負荷装置によって負荷をかけると前記最大トルク線（ＭＬ）を越えてエンジン負荷（Ｌ）が上がるおそれのある場合には、再生用負荷装置による負荷をかけない制御を行う構成としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明によれば、アイソクロナス制御では再生可能領域に到達しないディーゼルエンジンの低回転域では、無駄な再生用負荷を掛けず、無駄な燃費を省くことが可能となる。また、最大トルク線を超えるような場合には再生用負荷をかけないことで、操作者の予想しないエンジンストールを防ぐことが可能となる。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施例に係るディーゼルエンジン及び排気浄化装置の全体的な構成を示した機能ブロック図、図２はエンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す説明図、図３はフィルタ再生制御のフローチャート図、図４はエンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す説明図、図５はエンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す説明図、図６はエンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す説明図である。

［排気浄化装置の構成］
図１に示すように、エンジン用排気浄化装置１は、本発明におけるディーゼルエンジンの実施の一形態であるディーゼルエンジン２に具備される。排気浄化装置１は、ディーゼルエンジン２で発生した排気ガスを浄化し、排出するものである。エンジン用排気浄化装置１は、パティキュレートフィルタ１０、検出手段２０、コントローラ２１、通知手段４０等を具備する。

パティキュレートフィルタ１０は、ディーゼルエンジン２の排気経路２ｂに配設され、排気ガス中のパティキュレート（炭素質からなる煤、高沸点炭化水素成分（ＳＯＦ）等）を除去するものである。パティキュレートフィルタ１０は、具体的にはセラミック等の多孔質壁からなるハニカム構造であり、排気ガスは必ず前記多孔質壁を透過した後に排出されよう構成される。排気ガスは前記多孔質壁を通過する際に、前記多孔質壁に排気ガス中のパティキュレートを捕集される。その結果、排気ガスからパティキュレートが除去される。

検出手段２０は、パティキュレートフィルタ１０の上流側と下流側の、排気圧力や排気温度等を検出するものである。検出手段２０は、具体的にはパティキュレートフィルタ１０の出口側に配設された圧力センサ２０ａ、パティキュレートフィルタ１０の排気ガス温度を検出する温度センサ２０ｂ、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ２０ｄ、燃料噴射量を検出するラック位置センサ２０ｅ等で構成され、コントローラ２１と接続される。

コントローラ２１は、ガバナ３、検出手段２０、通知手段４０、選択手段４１、後述する再生用負荷装置としての圧力調整弁６１、エンジン制御部等と接続されている。前記コントローラ２１は主として記憶部２２、演算部等からなり、記憶部２２は、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ及びデータ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ等により構成される。前記コントローラ２１は、検出手段２０により検出されたパティキュレートフィルタ１０の圧力等からパティキュレートフィルタ１０の詰まり状態を演算し、パティキュレートフィルタ１０に堆積したパティキュレートの除去が必要か否か判定する。

燃料噴射弁３２・３２・・・は、電磁弁等で構成され、ディーゼルエンジン２に構成される複数のシリンダ内へ直接燃料を噴射するものである。シリンダ内への燃料噴射のタイミングを変更することにより、回転数やトルク等を変更可能とするとともに、排気温度の変更や排気ガスへ未燃燃料の供給が可能となる。

吸気絞り弁３３は、電磁弁またはアクチュエータにより開閉される弁体を備えるもので、ディーゼルエンジン２の吸気経路２ａに配設され、ディーゼルエンジン２の空気流入量を調節するものである。吸気絞り弁３３の開度を変更することにより、排気ガスの排気流量、排気温度および排気速度の変更が可能となる。

通知手段４０は、パティキュレートフィルタ１０を再生しているかを、通知する手段であり、再生開始前に通知したり、再生方法を通知したりする。通知手段４０は、モニター等の視覚通知手段４２またはスピーカ等の聴覚通知手段４３からなり、コントローラ２１と接続される。

また、前記ディーゼルエンジン２には、前記ディーゼルエンジン２における出力軸の回転動力にて駆動する作業機用油圧ポンプ５０が設けられている。作業機用油圧ポンプ５０は、例えば油圧式昇降機構のような油圧機器内にある作業機用油圧回路５２に作動油を供給するものである。なお、前記ディーゼルエンジン２には、作業機用油圧ポンプ５０に代えて、例えば、発電機、ヒートポンプ等を取り付けることも可能である。

図１に示すように前記作業機用油圧ポンプ５０の吸引側は、作動油タンク５１に接続されており、前記作業機用油圧ポンプ５０の吐出側は後述する再生用負荷装置としての圧力調整弁６１を介して作業機用油圧回路５２に接続されている。

前記圧力調整弁６１は、前記作業機用油圧回路５２側の圧力・流量を一定に保持し、作業機用油圧ポンプ５０側の圧力を切り換えるためのものであり、作業機用油圧ポンプ５０側で圧力上昇のない通常状態と、作業機用油圧ポンプ５０側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態とに切換駆動するように構成されている。

前記圧力調整弁６１が作業機用油圧ポンプ５０側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態に切り換えられた場合、作業機用油圧ポンプ５０の吐出圧力が増大しこれにともないエンジン負荷が増大する。つまり、圧力調整弁６１の圧力調整にて、前記作業機用油圧ポンプ５０の吐出圧力を増大させることにより、エンジン負荷を増大させてフィルタ再生制御を実行することができる。

次に、ディーゼルエンジン２の制御について説明する。アイソクロナス制御とは、作業機用油圧ポンプ５０に負荷がかかった場合に、回転数を一定としてエンジン負荷を上昇させる制御である。前記アイソクロナス制御を行うことにより、作業時における回転数の低下が起こらず、作業性能を維持し、定回転を要求する作業への影響をなくすことができる。

ドループ制御とは、作業機用油圧ポンプ５０に負荷がかかった場合に回転数を減少させつつエンジン負荷を上昇させる制御である。前記ドループ制御を行うことにより、回転数の低下後、その回転数に落ち着くため、操作者に、違和感を与えることがない。

前記コントローラ２１には、前記アイソクロナス制御またはドループ制御のうち、いずれかの制御方法を任意に選択可能な選択手段４１、及び前記アイソクロナス制御またはドループ制御に切り換えるガバナ３が接続されている。このように構成することにより、通常作業時には、前記選択手段４１によって選択した制御方法によってディーゼルエンジン２の制御を行うことが可能となる。すなわち、前記選択手段４１によってアイソクロナス制御を選択した場合には、前記コントローラ２１は前記ガバナ３をアイソクロナス制御によって制御することとなる。また、前記選択手段４１によってドループ制御を選択した場合には、前記コントローラ２１は前記ガバナ３をドループ制御によって制御することとなる。

次に、前記圧力調整弁６１の入切と前記アイソクロナス制御またはドループ制御の切り換えについて説明する。

［フィルタ再生制御］
次に、図２及び図３を用いてフィルタ再生制御の一例について説明する。なお、圧力調整弁６１作動のトリガーとなる基準負荷値Ｌｓは、コントローラ２１の記憶部２２に記憶させる等して、予め設定されているものとする。ここで、ディーゼルエンジン２の負荷値とは、ラック位置センサ２０ｅにて検出されたエンジン負荷が最高のときを１００％として、作業中のエンジン負荷の比率を算出したものであり、アイドリング状態の負荷率が０になる。

図２に示す説明図は、ディーゼルエンジン２の駆動時おけるエンジン回転数とエンジン負荷との関係を表した負荷パターンの図であり、記憶部２２に記憶されている。図２では、エンジン回転数を横軸にとり、ラック位置と相関関係にあるエンジン負荷を縦軸にとっている。この場合、基準負荷値ＬｓはＬ＝Ｌｓの水平な直線で表されている。

本実施形態の負荷パターンＬＰは上向き凸の線である最大トルク線ＭＬで囲まれた領域であり、排気ガス温度が再生可能温度の場合におけるエンジン回転数Ｒとエンジン負荷Ｌとの関係を表した境界ラインＢＬにて上下に分断される。境界ラインＢＬを挟んで上側の領域は、フィルタ本体に堆積したパティキュレートを除去できる再生可能領域であり、下側の領域は、パティキュレートが除去されずにフィルタ本体に堆積する再生不能領域である。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、再生用負荷装置である圧力調整弁６１を用いたフィルタ再生制御の流れを説明する。まず、スタートに続いて、記憶部２２に予め記憶させた基準負荷値Ｌｓと、ラック位置センサ２０ｅの検出値であるエンジン負荷Ｌ１と、エンジン回転センサ２０ｄの検出値であるエンジン回転数Ｒ１と、記憶部２２に予め記憶された基準圧力値Ｐｓと、圧力センサ２０ａの検出値Ｐとを読み込み（ステップＳ１０）、基準圧力値Ｐｓと圧力センサ２０ａの検出値Ｐとの圧力差の大小から、エンジン出力に支障をきたすほどパティキュレートフィルタ１０にパティキュレートが堆積しているか否かを判別する（ステップＳ２０）。

パティキュレートフィルタ１０にパティキュレートが堆積していなければ、そのままリターンする。パティキュレートフィルタ１０にパティキュレートが堆積していれば、パティキュレートフィルタ１０内の流通抵抗が増大してエンジン出力の低下をもたらす。そこで、現時点のエンジン負荷Ｌ１が基準負荷値Ｌｓ以下か否かを判別する（ステップＳ３０）。

現時点のエンジン負荷Ｌ１が基準負荷値Ｌｓより大きければ、エンジン負荷Ｌ１は再生可能領域にある可能性が高いので、そのままリターンする。現時点のエンジン負荷Ｌ１が基準負荷値Ｌｓ以下であれば、現時点のエンジン負荷Ｌ１は再生不能領域にある可能性が高く、パティキュレートが除去されずにパティキュレートフィルタ１０に堆積する状態と言える。

次に、現時点のエンジン回転数Ｒ１が該エンジン回転数における最大のエンジン負荷をかけた場合に、再生可能領域に到達しない範囲か否かを判定する。すなわち、最大のエンジン負荷をかけた場合に再生可能領域に到達するエンジン回転数のうち最低のものを最低再生可能回転数Ｒｍｉｎとし、現時点のエンジン回転数Ｒ１が最低再生可能回転数Ｒｍｉｎ以上か否かを判別する（ステップＳ３５）。図４に示すように、現時点のエンジン回転数Ｒ１が最低再生可能回転数Ｒｍｉｎよりも小さい場合には、いくらエンジン負荷を増大させても再生可能温度を越えることは無い。そこで、このような場合には、エンジン負荷を増大させずそのままリターンする。このように構成することにより、アイソクロナス制御では再生可能領域に到達しないディーゼルエンジン２の低回転域では無駄な再生用負荷ΔＬを掛けず、無駄な燃費を省くことが可能となる。

次に、現時点のエンジン回転数Ｒ１が該エンジン回転数における最小の再生用負荷ΔＬｍｉｎをかけた場合にその回転数における最大許容負荷を越えない範囲か否かを判定する。すなわち、その回転の最小の再生用負荷ΔＬｍｉｎをかけた場合に最大許容負荷を越えない回転数のうち、最低のものを最低再生用負荷許容回転数Ｒ２ｍｉｎとし、現時点のエンジン回転数Ｒ１が最低再生用負荷許容回転数Ｒ２ｍｉｎ以上か否かを判別する（ステップＳ３６）。図５に示すように現時点のエンジン回転数Ｒ１が再生用負荷許容回転数Ｒ２ｍｉｎより小さいと、最小の再生用負荷ΔＬｍｉｎをかけた場合にエンジン負荷が最大トルク線ＭＬを越えるためディーゼルエンジン２がストップしてしまう。このように構成することにより、操作者の予想しないエンジンストールを防ぐことができる。なお、再生用負荷ΔＬの掛け方によってはＲｍｉｎ＝Ｒ２ｍｉｎの場合もある。

現時点のエンジン回転数Ｒ１が図４における最低再生可能回転数Ｒｍｉｎ以上であって図５における最低再生用負荷許容回転数Ｒ２ｍｉｎの場合には、前記コントローラ２１は、図示せぬ電磁ソレノイドを励磁させて、圧力調整弁６１を高圧状態に切換駆動させる（ステップＳ４０）。

次に、現時点でのディーゼルエンジン２の制御方法がアイソクロナス制御か否かを判別する（ステップＳ４５）。前記選択手段４１により、アイソクロナス制御が選択されている場合には、ステップＳ５０へ移行する。前記選択手段４１によりドループ制御が選択されている場合には、ディーゼルエンジン２の制御方法をアイソクロナス制御に強制移行する。

つまり、前記再生用負荷装置である圧力調整弁６１によってエンジン負荷をかけるときの前記ディーゼルエンジン２の制御をアイソクロナス制御とするものである。このように構成することにより、図６の矢印Ａに示すように、エンジン負荷を増大させた場合であっても、エンジン回転数は一定となる。このため、図６の矢印Ｃに示すドループ制御の場合と比較して、作業性に何ら影響を与えずにパティキュレートフィルタ１０の再生を行うことが可能となる。

また、図６の矢印Ｂに示すように、再生用負荷装置である圧力調整弁６１によってエンジン負荷をかけると同時に作業機に通常の負荷がかかった場合には、エンジン回転数を減少させつつ、エンジン負荷を増大させることが可能である。このように構成することにより、回転数の低下後、その回転数に落ち着くため、操作者に、違和感を与えることがない。

前記圧力調整弁６１が高圧状態に切換駆動されることにより、作業機用油圧ポンプ５０に再生用負荷ΔＬがかかり、作業機用油圧ポンプ５０の吐出圧力が増大する。そして、作業機用油圧ポンプ５０の吐出圧力の増大に伴い、エンジン負荷Ｌ１が境界ラインＢＬを超えて前記所定圧に対応する再生用負荷ΔＬだけ増大し、エンジン負荷Ｌ２（Ｌ２＝Ｌ１＋ΔＬ）となる。それとともに、設定回転数を維持するためにエンジン出力が増大して、排気ガス温度が上昇する。また、回転数Ｒ１は一定のままエンジン負荷だけが増大することにより、作業時における回転数の低下が起こらず、作業性能を維持し、定回転を要求する作業への影響を無くすことができる。

その結果、排気ガスがパティキュレートフィルタ１０を通過するに際して、排気ガス温度が再生可能温度を越えるため、パティキュレートフィルタ１０に堆積したパティキュレートが除去され、パティキュレートフィルタ１０のパティキュレート捕集能力が回復することになる。

前記圧力調整弁６１を高圧状態に切換駆動した後は、ラック位置センサ２０ｅの検出値Ｌ２´と、圧力センサ２０ａの検出値Ｐ´とを再び読み込み（ステップＳ５０）、エンジン負荷Ｌ２´が基準負荷値Ｌｓを超えたか否かを判別する（ステップＳ６０）。

前記エンジン負荷Ｌ２´が基準負荷値Ｌｓを超えていなければ、圧力調整弁６１による圧力調整を継続するためステップＳ５０に戻る。エンジン負荷Ｌ２´が基準負荷値Ｌｓを越えていれば再生用負荷ΔＬがなくても、例えばパワーステアリング機構を駆動させるのに要する負荷の総和だけで、再生可能領域に達している可能性が高い状態だと言える。そこで圧力調整弁６１による作業機用油圧ポンプ５０の吐出圧力増大を解除させるために、圧力調整弁６１を平常状態に切換駆動させる（ステップＳ７０）。

このように制御することにより、圧力センサ２０ａの検出情報に基づく圧力調整弁６１の圧力調整によって、作業機用油圧ポンプ５０の吐出圧力を増大させることにより、エンジン負荷を増大させる結果、排気ガス温度が上昇するから、例えば、現時点のエンジン負荷Ｌ１が再生不能領域であって、パティキュレートが除去されずにパティキュレートフィルタ１０に堆積する状態であったとしても、排気ガス温度を再生可能温度以上に上昇させてパティキュレートを除去でき、ディーゼルエンジン２の駆動状態に関わらず、フィルタ本体のパティキュレート捕集能力を確実に回復できる。

また、作業機用油圧ポンプ５０の吐出圧力を調整する圧力調整弁６１は、エンジン負荷が基準負荷値Ｌｓ以下の場合に作動するから、例えば現時点のエンジン負荷Ｌ１が再生可能領域にあって、パティキュレートフィルタ１０に堆積したパティキュレートがそのまま除去される状態では、圧力調整弁６１は通常状態に維持され、作業機用油圧ポンプ５０からディーゼルエンジン２に過剰な負荷がかかることはない。すなわち、フィルタ再生制御に伴う燃費の悪化を抑制できる。

更にエンジン負荷が基準負荷値Ｌｓを越えた場合は、圧力調整弁６１の圧力調整が解除されるから、作業機用油圧ポンプ５０の負荷に起因して、ディーゼルエンジン２に過剰な負荷がかかることはない。したがって、作業機用油圧ポンプ５０への再生用負荷ΔＬに起因するエンジンストールを確実に抑制できるものでありながら、エネルギー損失を低減してエンジン出力を効率よく利用できる。

以上のように、排気浄化装置１と、アイソクロナス制御またはドループ制御のうちいずれかの制御方法を任意に選択可能な制御手段４１とを具備するディーゼルエンジン２において、前記排気浄化装置１は、排気経路に配置された排気ガス浄化用のパティキュレートフィルタ１０と、前記パティキュレートフィルタ１０に溜まったパティキュレートを強制的に再生するために前記ディーゼルエンジン２に負荷をかけ前記パティキュレートフィルタ１０の温度を上昇させる圧力調整弁６１とを具備し、前記制御手段４１は、前記圧力調整弁６１によって負荷をかけるときの前記ディーゼルエンジン２の制御をアイソクロナス制御とするものである。このように構成することにより、作業性に何ら影響を与えずにパティキュレートフィルタ１０の再生を行うことが可能となり、操作者が作業中に違和感を覚えることがない。

また、最大のエンジン負荷をかけた場合に再生可能領域に到達するエンジン回転数のうち最低のものを最低再生可能回転数Ｒｍｉｎとし、エンジン回転数Ｒ１が最低再生可能回転数Ｒｍｉｎより小さい場合には、圧力調整弁６１によって負荷をかけないものである。このように構成することにより、アイソクロナス制御では再生可能領域に到達しないディーゼルエンジン２の低回転域では無駄な再生用負荷ΔＬを掛けず、無駄な燃費を省くことが可能となる。

また、前記ディーゼルエンジン２のエンジン回転数Ｒとエンジン負荷Ｌとの関係性を示すマップにおいて、前記圧力調整弁６１によって負荷をかけるとその最大トルク線ＭＬを越えて負荷が上がるおそれのある場合には、圧力調整弁６１によって負荷をかけないものである。このように構成することにより、再生用負荷ΔＬをかけた場合、最大トルク線ＭＬを超えるような場合には再生用負荷ΔＬをかけないことで、操作者の予想しないエンジンストールを防ぐことが可能となる。

本発明の一実施例に係るディーゼルエンジン及び排気浄化装置の全体的な構成を示した機能ブロック図。エンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す説明図。フィルタ再生制御のフローチャート図。エンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す説明図。エンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す説明図。エンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す説明図。

１排気浄化装置
２ディーゼルエンジン
１０パティキュレートフィルタ
５０作業機用油圧ポンプ
６１圧力調整弁

Claims

排気浄化装置（１）を具備し、負荷がかかった場合にエンジン回転数を一定としてエンジン負荷を上昇させる制御であるアイソクロナス制御を行う構成としたディーゼルエンジン（２）において、前記排気浄化装置（１）は、排気経路に配置された排気ガス浄化用のパティキュレートフィルタ（１０）と、ディーゼルエンジン（２）に負荷をかけ前記パティキュレートフィルタ（１０）の温度を上昇させてパティキュレートフィルタ（１０）に溜まったパティキュレートを強制的に燃焼除去する再生用負荷装置とを具備し、前記再生用負荷装置によって負荷をかけるときのディーゼルエンジン（２）の制御をアイソクロナス制御とし、ディーゼルエンジン（２）のエンジン回転数（Ｒ）を横軸とし相関関係にあるエンジン負荷（Ｌ）を縦軸として負荷パターン（ＬＰ）を示すマップに基づいて制御し、前記負荷パターン（ＬＰ）は上向き凸の線である最大トルク線（ＭＬ）で囲まれた領域であり、該領域は排気ガス温度が再生可能温度の場合におけるエンジン回転数（Ｒ）とエンジン負荷（Ｌ）との関係を表した境界ライン（ＢＬ）にて上下に分断されており、該境界ライン（ＢＬ）を挟んで上側の領域はパティキュレートフィルタ（１０）に堆積したパティキュレートを燃焼除去できる再生可能領域であり、前記境界ライン（ＢＬ）を挟んで下側の領域はパティキュレートが除去されずにパティキュレートフィルタ（１０）に堆積する再生不能領域であり、最大のエンジン負荷をかけた場合に再生可能領域に到達するエンジン回転数（Ｒ１）のうち最低のものを最低再生可能回転数（Ｒｍｉｎ）とし、エンジン回転数（Ｒ１）が最低再生可能回転数（Ｒｍｉｎ）よりも小さい場合には、再生用負荷装置による負荷をかけない制御を行う構成としたことを特徴とするディーゼルエンジン。
排気浄化装置（１）を具備し、負荷がかかった場合にエンジン回転数を一定としてエンジン負荷を上昇させる制御であるアイソクロナス制御を行う構成としたディーゼルエンジン（２）において、前記排気浄化装置（１）は、排気経路に配置された排気ガス浄化用のパティキュレートフィルタ（１０）と、ディーゼルエンジン（２）に負荷をかけ前記パティキュレートフィルタ（１０）の温度を上昇させてパティキュレートフィルタ（１０）に溜まったパティキュレートを強制的に燃焼除去する再生用負荷装置とを具備し、前記再生用負荷装置によって負荷をかけるときのディーゼルエンジン（２）の制御をアイソクロナス制御とし、ディーゼルエンジン（２）のエンジン回転数（Ｒ）を横軸とし相関関係にあるエンジン負荷（Ｌ）を縦軸として負荷パターン（ＬＰ）を示すマップに基づいて制御し、前記負荷パターン（ＬＰ）は上向き凸の線である最大トルク線（ＭＬ）で囲まれた領域であり、該領域は排気ガス温度が再生可能温度の場合におけるエンジン回転数（Ｒ）とエンジン負荷（Ｌ）との関係を表した境界ライン（ＢＬ）にて上下に分断されており、該境界ライン（ＢＬ）を挟んで上側の領域はパティキュレートフィルタ（１０）に堆積したパティキュレートを燃焼除去できる再生可能領域であり、前記境界ライン（ＢＬ）を挟んで下側の領域はパティキュレートが除去されずにパティキュレートフィルタ（１０）に堆積する再生不能領域であり、前記再生用負荷装置によって負荷をかけると前記最大トルク線（ＭＬ）を越えてエンジン負荷（Ｌ）が上がるおそれのある場合には、再生用負荷装置による負荷をかけない制御を行う構成としたことを特徴とするディーゼルエンジン。
排気浄化装置（１）を具備し、負荷がかかった場合にエンジン回転数を一定としてエンジン負荷を上昇させる制御であるアイソクロナス制御を行う構成としたディーゼルエンジン（２）において、前記排気浄化装置（１）は、排気経路に配置された排気ガス浄化用のパティキュレートフィルタ（１０）と、ディーゼルエンジン（２）に負荷をかけ前記パティキュレートフィルタ（１０）の温度を上昇させてパティキュレートフィルタ（１０）に溜まったパティキュレートを強制的に燃焼除去する再生用負荷装置とを具備し、前記再生用負荷装置によって負荷をかけるときのディーゼルエンジン（２）の制御をアイソクロナス制御とし、ディーゼルエンジン（２）のエンジン回転数（Ｒ）を横軸とし相関関係にあるエンジン負荷（Ｌ）を縦軸として負荷パターン（ＬＰ）を示すマップに基づいて制御し、前記負荷パターン（ＬＰ）は上向き凸の線である最大トルク線（ＭＬ）で囲まれた領域であり、該領域は排気ガス温度が再生可能温度の場合におけるエンジン回転数（Ｒ）とエンジン負荷（Ｌ）との関係を表した境界ライン（ＢＬ）にて上下に分断されており、該境界ライン（ＢＬ）を挟んで上側の領域はパティキュレートフィルタ（１０）に堆積したパティキュレートを燃焼除去できる再生可能領域であり、前記境界ライン（ＢＬ）を挟んで下側の領域はパティキュレートが除去されずにパティキュレートフィルタ（１０）に堆積する再生不能領域であり、最大のエンジン負荷をかけた場合に再生可能領域に到達するエンジン回転数（Ｒ１）のうち最低のものを最低再生可能回転数（Ｒｍｉｎ）とし、エンジン回転数（Ｒ１）が最低再生可能回転数（Ｒｍｉｎ）よりも小さい場合には、再生用負荷装置による負荷をかけない制御をし、前記再生用負荷装置によって負荷をかけると前記最大トルク線（ＭＬ）を越えてエンジン負荷（Ｌ）が上がるおそれのある場合には、再生用負荷装置による負荷をかけない制御を行う構成としたことを特徴とするディーゼルエンジン。