JP5210995B2 - ディーゼルエンジンの排気処理装置 - Google Patents
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Description
この明細書及び特許請求の範囲の用語中、DPFはディーゼル・バティキュレート・フィルタ、DOCは燃焼触媒として用いる酸化触媒、PMは排気中に含まれる粒子状物質の略称である。
この種の装置によれば、排気の昇温によりDPFの再生を促進することができる利点がある。
しかし、この従来技術では、エンジンの目標回転数を一時に急上昇させるため、問題がある。
エンジンの目標回転数を一時に急上昇させるため、エンジンの回転数が急上昇してエンジン騒音が高くなる。
図1に例示するように、DPF(1)と、DPF(1)上流の排気(12)の温度を検出する排気温度センサ(40)と、吸気絞り弁(41)と、制御手段(14)と、記憶手段(5)とを備え、
図2に例示するように、記憶手段(5)に、DPF(1)上流の排気(12)の目標温度(DT)と、吸気絞り弁(41)の第1弁開度(O1)と、排気昇温処理の段階処理の設定時間(T1)(T2)(T3)(T4)とが記憶され、
DPF(1)に堆積したPMを排気(11)の熱で焼却除去するDPF(1)の再生に当たり、制御手段(14)が排気昇温処理の第1段階処理(P1)を実施し、この第1段階処理(P1)では、エンジンの目標回転数を所定の第1目標回転数(R1)とし、吸気絞り弁(41)の開度を所定の第1弁開度(O1)とし、
DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至ることなく第1段階処理(P1)の設定時間(T1)が経過した場合には、制御手段(14)が排気昇温処理の第2段階処理(P2)を実施し、この第2段階処理(P2)では、エンジンの目標回転数を第1目標回転数(R1)に維持し、吸気絞り弁(41)の開度を第1弁開度(O1)よりも閉弁側にし、
DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至ることなく第2段階処理(P2)の設定時間(T2)が経過した場合には、制御手段(14)が排気昇温処理の第3段階以降の段階処理(P3)(P4)を実施し、この第3段階以降の段階処理(P3)(P4)では、DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至るまで、吸気絞り弁(41)の開度を第2段階処理(P2)の設定時間(T2)経過時の第2弁開度(O2)に維持し、エンジンの目標回転数を各段階処理(P3)(P4)の設定時間(T3)(T4)の経過に基づいて、直前の段階処理(P2)(P3)の目標回転数(R1)(R2)よりも高い値の目標回転数(R2)(R3)に更新することにより、
DPF(1)上流の排気(12)を昇温させるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
請求項1に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 エンジン騒音を抑制することができる。
図に例示するように、排気昇温処理の第1段階処理(P1)では、エンジンの目標回転数を所定の第1目標回転数(R1)とし、吸気絞り弁(41)の開度を所定の第1弁開度(O1)とし、第2段階処理(P2)では、エンジンの目標回転数を第1目標回転数(R1)に維持し、吸気絞り弁(41)の開度を第1弁開度(O1)よりも閉弁側にし、第3段階以降の段階処理(P3)(P4)では、DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至るまで、吸気絞り弁(41)の開度を第2段階処理(P2)の設定時間(T2)経過時の第2弁開度(O2)に維持し、エンジンの目標回転数を各段階処理(P3)(P4)の設定時間(T3)(T4)の経過に基づいて、直前の段階処理(P2)(P3)の目標回転数(R1)(R2)よりも高い値の目標回転数(R2)(R3)に更新する。
このように、第1段階処理(P1)で第1目標回転数(R1)を比較的低い値にして、DPF(1)上流の排気(12)を昇温させ、第2段階処理(P2)では低い値の第1目標回転数(R1)を維持したまま吸気絞り弁(41)の弁開度を閉弁側にして、排気(12)を更に昇温させ、第3段階以降の段階処理(P3)(P4)では、エンジンの目標回転数を段階的に高い値(R2)(R3)に更新して、排気(12)を更に昇温させることができるので、エンジン回転数の急上昇が防止され、エンジン騒音を抑制することができる。
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上流の排気の温度が目標温度に至った後も、その温度を維持することができる。
図2に例示するように、DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至った時には、制御手段(14)が、その時以降の所定時間、その時の目標回転数(R1)(R2)(R3)と吸気絞り弁(41)の開度(O1)(O2)を維持するようにしたので、DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至った後も、その温度を維持することができる。
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 DPFの再生が速やかに行われる。
図1、図4に例示するように、DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至った場合には、制御手段(14)が燃料添加手段(42)によりDPF(1)上流の排気(12)中に未燃燃料を添加することにより、未燃燃料を排気(12)中の酸素で燃焼させるようにしたので、未燃燃料の燃焼によって排気(12)が更に昇温され、DPF(1)の再生が速やかに行われる。
請求項4に係る発明は、請求項3に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 未燃燃料が速やかに燃焼する。
図1に例示するように、DPF(1)上流にDOC(10)を配置することにより、DOC(10)で未燃燃料を排気(12)中の酸素で触媒燃焼させるようにしたので、未燃燃料を混入させた排気(12)の温度が低い場合でも、未燃燃料が速やかに燃焼する。
請求項5に係る発明は、請求項1から請求項4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》 エンジン搭載機械の機械稼働に支障が生じることはない。
排気昇温処理は、エンジン搭載機械の走行と作業のいずれもが中断されている機械非稼働時には実施されるが、エンジン搭載機械の走行と作業の少なくとも一方が実施されている機械稼働時には実施されないようにしたので、エンジンの目標回転数の変動で、エンジン搭載機械の機械稼働に支障が生じることはない。
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》 排気処理装置を小型化することができる。
図1に例示するように、吸気絞り弁(41)の調節と段階的なエンジンの目標回転数の更新により、排気絞り弁を設けることなく、DPF(1)上流の排気(12)を昇温させることができるようにしたので、排気処理装置に排気絞り弁の配置スペースを必要とせず、排気処理装置を小型化することができる。
シリンダブロック(18)の上部にシリンダヘッド(19)を組み付け、シリンダブロック(18)の前部にエンジン冷却ファン(20)を配置し、シリンダブロック(18)の後部にはフライホイール(21)を配置し、フライホイール(21)にロータプレート(22)を取り付けている。また、シリンダブロック(18)の後部には動弁カム軸(23)に取り付けたセンサプレート(24)を配置している。シリンダヘッド(19)の一側には排気マニホルド(25)を配置し、この排気マニホルド(25)に過給機(26)を連通させている。この過給機(26)のタービン(15)の下流にDPF(1)を収容したDPFケース(16)を配置している。DPFケース(16)にはDOC(10)も収容している。シリンダヘッド(19)には気筒毎にインジェクタ(27)を配置し、各インジェクタ(27)はコモンレール(28)に接続している。各インジェクタ(27)には電磁弁(29)が設けられている。コモンレール(28)には燃料サプライポンプ(30)を介して燃料タンク(31)を接続している。過給機(26)のコンプレッサ(44)にはインタクーラ(43)を介して吸気マニホルド(図外)を連通させ、インタクーラ(43)の下流には吸気絞り弁(41)を設け、この吸気絞り弁(41)を制御手段(14)に連携させている。
制御手段(14)は、エンジンの目標回転数とエンジンの回転数の偏差を小さくするように、インジェクタ(27)の電磁弁(29)の開弁タイミングと開弁継続時間を制御し、インジェクタ(27)から燃焼室に所定の噴射タイミングで所定量の燃料のメイン噴射を行わせる。
図1に示すように、DPF(1)と、DPF(1)に堆積するPMのPM堆積量推定手段(2)と、DPF再生手段(3)と、DPF再生制御手段(4)と、記憶手段(5)と、加速再生要求情報報知手段(6)と、加速再生開始操作手段(7)とを備えている。
PM堆積量推定手段(2)は、制御手段(14)であるエンジンECUの所定の演算部であり、エンジン負荷、エンジン回転数、DPF上流側排気温度センサ(36)による検出排気温度、DPF上流側排気圧センサ(38)によるDPF上流側の排気圧、差圧センサ(37)によるDPF(1)の上流と下流の差圧等に基づいて、予め実験的に求めたマップデータからPM堆積量を推定する。
DOC(10)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(10a)の両端を開口したフロースルー構造で、セル(10a)の内部を排気(12)が通過するようになっている。
DPF再生手段(3)は、排気管内に燃料を噴射するインジェクタとDOC(10)の組み合わせから成るものや、DPF(1)の入口に配置した電熱ヒータから成るものでもよい。
記憶手段(5)は、制御手段(4)であるエンジンECUに設けたメモリである。
記憶手段(5)に、PM堆積量推定値に関する複数の判定値(J1)(J2)(J3)と、加速再生要求の判定留保期間(T1)とが記憶され、図5に示すように、この複数の判定値(J1)(J2)(J3)は、値の低い方から順に、通常再生終了判定値(J1)と、加速再生要求判定値(J2)と、通常再生開始判定値(J3)とからなる。
図1に示すように、加速再生要求情報報知手段(6)は、ディーゼルエンジンの搭載機械のダッシュボードに設けたランプであり、ランプの点灯により、加速再生要求情報の報知を行う。
尚、加速再生要求情報報知手段(6)により加速再生要求情報の報知がなされていても、加速再生開始操作手段(7)による加速再生開始操作が行われない場合には、通常再生処理が継続される。また、加速再生要求情報報知手段(6)により加速再生要求情報の報知がなされていない場合には、加速再生開始操作手段(7)による加速再生開始操作が行われても、加速再生処理はなされない。
図1に示すように、DPF異常情報報知手段(8)はディーゼルエンジンの搭載機械のダッシュボードに設けたランプであり、ランプの点灯によりDPF異常情報の報知を行う。
上記3条件のうち、サイドブレーキ(46)に関する条件を除き、変速用シフトレバー(45)がニュートラル位置にあること、エンジンの回転数がアイドル回転領域にあることの2条件が満たされた場合には、これらをセンサで検出したことに基づいて、制御手段(14)が機械非稼働中であるとの判別を行い、エンジン運転中、2条件のいずれかが満たされていない場合には、制御手段(14)が機械稼動中との判別を行うようにしてもよい。
図2に示すように、記憶手段(5)に、DPF(1)上流の排気(12)の目標温度(DT)と、吸気絞り弁(41)の第1弁開度(O1)と、排気昇温処理の段階処理の設定時間(T1)(T2)(T3)(T4)とが記憶されている。
制御手段(14)が排気昇温処理の第1段階処理(P1)を実施し、この第1段階処理(P1)では、エンジンの目標回転数を所定の第1目標回転数(R1)とし、吸気絞り弁(41)の開度を所定の第1弁開度(O1)とする。
この第1目標回転数(R1)を既定値とせず、調速レバー(47)で人為的に設定されたアイドル回転数としてもよい。
吸気絞り弁(41)の開度の制御は、DOC(10)上流の排気(12)の温度をフィードバックせず、吸気弁(41)の開度を第1弁開度(O1)よりも閉弁側の既定値にするフィードフォワード制御によって行ってもよい。
第1目標回転数(R1)を既定値とせず、調速レバー(47)で人為的に設定されたアイドル回転数とした場合には、第3段階以降の段階処理(P3)(P4)の目標回転数(R2)(R3)は既定値とせず、第1目標回転数(R1)に所定回転数を逐次付加した値とする。この場合、目標回転数(R3)が騒音の許容限界を考慮した上限目標回転数を超えようとする場合には、触媒活性化の異常を警告し、昇温処理を終了する。
この実施形態では、第3段階以降の段階処理(P3)(P4)として、第3段階処理(P3)と第4段階処理(P4)とを設定しているが、これに続く第5段階以降の処理を設定してもよい。
ポスト噴射により、DOC(10)の温度が上昇するため、上記維持時間は、DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至った時以降、ポスト噴射を実施し、加速再生処理の終了前までの時間に設定してもよい。
上記維持時間後は、吸気絞り弁(41)を全開或いは全開寄りに戻し、目標回転数(R2)(R3)を第1目標回転数(R1)に戻す。
この燃料添加手段(42)はコモンレールであり、燃料添加方法は、メイン噴射後のポスト噴射である。
燃料添加手段(42)として、排気管への燃料噴射ノズル(図外)を用い、燃料添加方法として、燃料噴射ノズルから排気管内に燃料を噴射する方法を用いてもよい。
上記排気昇温処理は、加速再生時に実施されるものであるため、エンジン搭載機械の走行と作業のいずれもが中断されている機械非稼働時には実施されるが、エンジン搭載機械の走行と作業の少なくとも一方が実施されている機械稼働時には実施されない。
この実施形態では、吸気絞り弁(41)の調節と段階的なエンジンの目標回転数の更新により、排気絞り弁を設けることなく、DPF(1)上流の排気(12)を昇温させることができるようにしている。
図3に示すように、ステップ(S1)で手動による加速再生開始操作がなされたか否かの判定を繰り返し、肯定された場合には、ステップ(S2)で排気昇温処理の第1段階処理(P1)を行う。
次に、ステップ(S3)でDOC(10)上流の排気(12)の温度が目標温度(DTに至ったか否かを判定し、否定の場合には、ステップ(S4)で第1段階処理(P1)の設定期間(T1)が経過したか否かが判定され、否定の場合にはステップ(S2)に戻り、肯定された場合にはステップ(S5)に移行する。
次に、ステップ(S6)でDOC(10)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至ったか否かを判定し、否定の場合には、ステップ(S7)で第2段階処理(P2)の設定期間(T2)が経過したか否かが判定され、否定の場合にはステップ(S5)に戻り、肯定された場合にはステップ(S8)に移行する。
次に、ステップ(S9)でDOC(10)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至ったか否かを判定し、否定の場合には、ステップ(S10)で第3段階処理(P3)の設定期間(T3)が経過したか否かが判定され、否定の場合にはステップ(S8)に戻り、肯定された場合にはステップ(S11)に移行する。
次に、ステップ(S12)でDOC(10)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至ったか否かを判定し、否定の場合には、ステップ(S13)で第4段階処理(P4)の設定期間(T4)が経過したか否かが判定され、否定の場合にはステップ(S11)に戻り、肯定された場合にはステップ(S14)に移行する。
図1に示すように、触媒活性化の異常の警告は、活性化異常情報報知手段(48)によって行う。活性化異常情報報知手段(48)は、ディーゼルエンジンの搭載機械のダッシュボードに設けたランプであり、ランプの点灯により、触媒活性化の異常情報の報知を行う。
(14) 制御手段
(40) DOC上流側排気温度センサ
(41) 吸気絞り弁
(42) 燃料添加手段
(P1) 第1段階処理
(P2) 第2段階処理
(P3) 第3段階処理
(P4) 第4段階処理
(T1) 第1段階処理の設定時間
(T2) 第2段階処理の設定時間
(T3) 第3段階処理の設定時間
(T4) 第4段階処理の設定時間
(O1) 第1弁開度
(O2) 第2弁開度
(R1) 第1目標回転数
(R2) 第2目標回転数
(R3) 第3目標回転数
Claims (6)
- DPF(1)と、DPF(1)上流の排気(12)の温度を検出する排気温度センサ(40)と、吸気絞り弁(41)と、制御手段(14)と、記憶手段(5)とを備え、
記憶手段(5)に、DPF(1)上流の排気(12)の目標温度(DT)と、吸気絞り弁(41)の第1弁開度(O1)と、排気昇温処理の段階処理の設定時間(T1)(T2)(T3)(T4)とが記憶され、
DPF(1)に堆積したPMを排気(11)の熱で焼却除去するDPF(1)の再生に当たり、
制御手段(14)が排気昇温処理の第1段階処理(P1)を実施し、この第1段階処理(P1)では、エンジンの目標回転数を所定の第1目標回転数(R1)とし、吸気絞り弁(41)の開度を所定の第1弁開度(O1)とし、
DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至ることなく第1段階処理(P1)の設定時間(T1)が経過した場合には、制御手段(14)が排気昇温処理の第2段階処理(P2)を実施し、この第2段階処理(P2)では、エンジンの目標回転数を第1目標回転数(R1)に維持し、吸気絞り弁(41)の開度を第1弁開度(O1)よりも閉弁側にし、
DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至ることなく第2段階処理(P2)の設定時間(T2)が経過した場合には、制御手段(14)が排気昇温処理の第3段階以降の段階処理(P3)(P4)を実施し、この第3段階以降の段階処理(P3)(P4)では、DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至るまで、吸気絞り弁(41)の開度を第2段階処理(P2)の設定時間(T2)経過時の第2弁開度(O2)に維持し、エンジンの目標回転数を各段階処理(P3)(P4)の設定時間(T3)(T4)の経過に基づいて、直前の段階処理(P2)(P3)の目標回転数(R1)(R2)よりも高い値の目標回転数(R2)(R3)に更新することにより、
DPF(1)上流の排気(12)を昇温させるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。 - 請求項1に記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至った時には、制御手段(14)が、その時以降の所定時間、その時の目標回転数(R1)(R2)(R3)と吸気絞り弁(41)の開度(O1)(O2)を維持するようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。 - 請求項1または請求項2に記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
燃料添加手段(42)を備え、
DPF(1)上流の排気(12)の温度が目標温度(DT)に至った場合には、制御手段(14)が燃料添加手段(42)によりDPF(1)上流の排気(12)中に未燃燃料を添加することにより、未燃燃料を排気(12)中の酸素で燃焼させるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。 - 請求項3に記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
DPF(1)上流にDOC(10)を配置することにより、DOC(10)で未燃燃料を排気(12)中の酸素で触媒燃焼させるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
排気昇温処理は、エンジン搭載機械の走行と作業のいずれもが中断されている機械非稼働時には実施されるが、エンジン搭載機械の走行と作業の少なくとも一方が実施されている機械稼働時には実施されないようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。 - 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の排気処理装置において、
吸気絞り弁(41)の調節と段階的なエンジンの目標回転数の更新により、排気絞り弁を設けることなく、DPF(1)上流の排気(12)を昇温させることができるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
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