JP5990094B2 - 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・パティキュレート・フィルタ、DOCはディーゼル酸化触媒、PMは排気中に含まれる粒子状物質の略称である。
しかし、この従来技術では、DOCがDOC活性化温度に上昇するまで、吸気スロットル弁の開度が小さく絞られるため、問題がある。
DOCがDOC活性化温度に上昇するまで、吸気スロットル弁の開度が小さく絞られるため、アフター噴射時やポスト噴射時に吸気量が不足し、不完全燃焼が起こり易い。この場合、エンジン回転がハンチングを起こす不具合や、未燃燃料が白煙となって排出される不具合がある。
特に、燃料が低セタン価のものである場合には、自己着火しにくいため、このような不具合が起こりやすい。
図1、図3、図4に例示するように、排気経路に配置されたDPF(1)と、DPF(1)の上流に配置されたDOC(10)と、DPF(1)のPM堆積量推定値を推定するPM堆積量推定装置(2)と、コモンレール式燃料噴射装置(9)と、吸気スロットル弁(12)と、コモンレール式燃料噴射装置(9)と吸気スロットル弁(12)とを制御する制御装置(14)とを備え、DPF(1)に堆積したPM堆積推定値が所定の判定値(J2)以上であることをPM堆積量推定装置(2)が推定した後、制御装置(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を絞るとともに、コモンレール式燃料噴射装置(9)でメイン噴射後のアフター噴射を実施させ、DOC入口排気温度を目標のDOC活性化温度まで上昇させた後、制御装置(14)がコモンレール式燃料噴射装置(9)でアフター噴射後のポスト噴射を実施(S21)させ、排気(11)に含ませた未燃燃料をDOC(10)で酸化させることにより、DPF入口排気温度を上昇させ、DPF(1)に溜まったPMを燃焼除去させるようにした、ディーゼルエンジンの排気処理装置において、
図1〜図3に例示するように、DPF(1)のPM堆積推定値が通常再生開始判定値に達すると、制御装置(14)が通常再生モードの実施(S2)を開始させ、通常再生終了条件が満たされないまま、加速再生要求の判定時に至り、PM堆積量推定値が加速再生要求値(J2)以上である場合には、加速再生要求情報の報知を実施(S6)し、加速再生開始条件が満たされると、通常再生モードを終了(S8)させ、加速再生要求情報の報知を終了(S9)させ、加速再生モードの実施が開始され、
図1、図4に例示するように、加速再生モードの実施が開始されると、吸気スロットル弁(12)の開度を調節(S16)することにより、DOC入口排気温度がDOC活性化温度よりも低いDOC予熱温度に至ったことに基づいて、制御装置(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を固定したまま、アフター噴射を実施(S18)させて、DOC入口排気温度をDOC活性化温度まで上昇させ、
加速再生モードは、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中の場合のみ実施されるように構成されている、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に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 アフター噴射時やポスト噴射時に吸気量が不足するのを防止することができる。
図1、図4に例示するように、加速再生モードの実施が開始されると、吸気スロットル弁(12)の開度を調節(S16)することにより、DOC入口排気温度がDOC活性化温度よりも低いDOC予熱温度に至ったことに基づいて、制御装置(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を固定したまま、アフター噴射を実施(S18)させて、DOC入口排気温度をDOC活性化温度まで上昇させるので、吸気スロットル弁(12)の開度が比較的大きく維持されたまま、アフター噴射やポスト噴射が実施され、アフター噴射時やポスト噴射時に吸気量が不足するのを防止することができる。このため、エンジン回転がハンチングを起こす不具合や、未燃燃料が白煙となって排出される不具合が抑制される。
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》 アフター噴射時やポスト噴射時に吸気量が不足するのを防止することができる機能が高い。
図1、図4に示すように、DOC入口排気温度がDOC予熱温度に至るまでは、制御装置(14)がコモンレール式燃料噴射装置(9)のメイン噴射でエンジンのアイドル回転数を上昇させながら、制御手段(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を調節(S14)して、吸気量を所定の目標値に調節するので、メイン噴射でエンジンのアイドル回転数を上昇させることで排気温度が上昇し、その分、吸気スロットル弁(12)の開度を絞る必要がなくなり、吸気スロットル弁(12)をより大きい開度で固定することができ、アフター噴射時やポスト噴射時に吸気量が不足するのを防止することができる機能が高い。
請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3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》 アフター噴射でDOC入口排気温度を速やかにDOC活性化温度に到達させることができる。
制御装置(14)がアフター噴射を、クランク角度でその気筒のメイン噴射終了後25°±10°の範囲内で開始させるので、アフター噴射でDOC入口排気温度を速やかにDOC活性化温度に到達させることができる。
(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》 ポスト噴射でDPF入口排気温度を速やかに昇温させることができる。
制御装置(14)がポスト噴射を、クランク角度でその気筒の圧縮上死点後100°±40°の範囲内で開始させるので、ポスト噴射でDPF入口排気温度を速やかに昇温させることができる。
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)の後部には燃料噴射カム軸(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。エアクリーナ(4)の下流にエアフローセンサ(3)を配置し、エアフローセンサ(3)の下流に過給機(26)のコンプレッサ(44)を配置し、この過給機(26)のコンプレッサ(44)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)の下流には吸気スロットル弁(12)を設け、この吸気スロットル弁(12)とエアフローセンサ(3)を制御装置(14)に連携させている。
制御装置(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、排気経路に配置されたDPF(1)と、DPF(1)の上流に配置されたDOC(10)と、DPF(1)のPM堆積量推定値を推定するPM堆積量推定装置(2)と、コモンレール式燃料噴射装置(9)と、吸気スロットル弁(12)と、コモンレール式燃料噴射装置(9)と吸気スロットル弁(12)とを制御する制御装置(14)とを備えている。
PM堆積量推定装置(2)は、制御装置(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。
図3に示すように、DPF(1)のPM堆積推定値が通常再生開始判定値に達すると、制御装置(14)が通常再生モードの実施(S2)を開始させ、通常再生終了条件が満たされないまま、加速再生要求の判定時に至り、PM堆積量推定値が加速再生要求値(J2)以上である場合には、加速再生要求情報の報知を実施(S6)し、加速再生開始条件が満たされると、通常再生モードを終了(S8)させ、加速再生要求情報の報知を終了(S9)させ、加速再生モードの実施が開始される。
通常再生モードは、エンジン運転中、PM堆積量推定値が通常再生開始判定値(J3)に達すると、自動的に開始される再生モードである。
通常再生モードは、エンジン搭載機械の走行と作業の少なくとも一方が行われている機械稼働中、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中、いずれの場合でも実施される。
通常再生モードでは、アイドル運転時や、軽負荷運転時のように、吸気スロットル弁(12)を絞っても、DOC入口排気温度がDOC活性化温度に達しない場合には、ポスト噴射は行われない。このため、通常再生モードでは、アイドル運転や軽負荷運転の頻度が高い場合には、DPFの再生速度が遅くなる。
加速再生モードは、通常再生モードによるDPFの再生速度が遅く、加速再生要求の判定時(T3)に、PM堆積推定値が加速再生要求判定値(J2)を越えた場合に、加速再生開始操作によって通常再生モードから切り替えられる再生モードである。
加速再生モードでは、アイドル回転数の上昇、吸気スロットル弁の開度の調節、アフター噴射の実施により、DOC入口温度を強制的にDOC活性化温度に到達させ、連続的にポスト噴射を実施させることにより、加速再生モードに切り替える前の通常再生モードよりもDPFの再生速度を加速させる。
加速再生モードは、アイドル回転の上昇やアフター噴射の実施により、調速装置によるエンジン目標回転数の設定値の制限を越えてエンジン回転数が上昇するため、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中の場合のみ実施される。
図1、図3、図4に示すように、DPF(1)に堆積したPM堆積推定値が加速再生要求判定値(J2)以上であることをPM堆積量推定装置(2)が推定した後、制御装置(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を絞るとともに、コモンレール式燃料噴射装置(9)でメイン噴射後のアフター噴射を実施させ、DOC入口排気温度を目標のDOC活性化温度まで上昇させた後、制御装置(14)がコモンレール式燃料噴射装置(9)でアフター噴射後のポスト噴射を実施(S21)させ、排気(11)に含ませた未燃燃料をDOC(10)で酸化させることにより、DPF入口排気温度を上昇させ、DPF(1)に溜まったPMを燃焼除去させるようにしている。
図1、図4に示すように、加速再生モードの実施が開始されると、吸気スロットル弁(12)の開度を調節(S16)することにより、DOC入口排気温度がDOC活性化温度よりも低いDOC予熱温度に至ったことに基づいて、制御装置(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を固定したまま、アフター噴射を実施(S18)させて、DOC入口排気温度をDOC活性化温度まで上昇させる。
DOC活性化温度は250°C、DOC予熱温度は200°Cである。
アイドル回転数は800rpmを2200rpmまで上昇させる。
制御装置(14)がメイン噴射を、クランク角度でその気筒の圧縮上死点0°±5°の範囲内で開始させる。
制御装置(14)がアフター噴射を、クランク角度でその気筒のメイン噴射終了後25°±10°の範囲内で開始させる。
制御装置(14)がポスト噴射を、クランク角度でその気筒の圧縮上死点後100°±40°の範囲内で開始させる。
図1に示すように、制御装置(14)は記憶装置(5)を備え、記憶装置(5)に、図2に示す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、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2に示すように、制御装置(14)は、PM堆積量推定装置(2)で推定されたPM堆積量推定値と上記複数の判定値(J1)(J2)(J3)とを比較し、PM堆積量推定値が、通常再生開始判定値(J3)まで上昇すると、制御装置(14)が通常再生モードの実施(S2)を開始させる。
加速再生開始操作を除く3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、制御装置(14)が機械非稼働中であるとの判別を行い、加速再生開始操作が行われると、加速再生モードが開始される。エンジン運転中、3条件のいずれかが満たされていない場合には、制御装置(14)が機械稼動中との判別を行い、加速再生開始操作が行われても、加速再生モードは開始されない。
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、制御装置(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、制御装置(14)が機械稼動中との判別を行うようにしてもよい。
加速再生開始操作装置(7)は、上記ダッシュボードに設けた操作ボタンであり、運転者等が操作ボタンを押すことにより加速再生開始操作を行う。加速再生開始操作装置(7)は、ダッシュボードに設けた操作レバー、運転席の足元に配置した操作ペダルであってもよい。
なお、図1に示すDPF下流側排気温度センサ(39)によるDPF下流側の排気(11)の検出温度が所定の異常判定温度よりも高い場合には、DPF再生制御装置(4)が排気温度異常情報報知装置(48)により排気温度異常情報の報知を開始し、同時に、ポスト噴射の停止やポスト噴射の噴射量の減量を行う。排気温度異常情報報知装置(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表示灯であり、表示灯の点灯により、排気温度異常情報の報知を行う。排気温度異常情報報知装置(48)は、ダッシュボードの液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、警報ブザーであってもよい。
図3に示すように、ステップ(S1)でPM堆積量推定値が通常再生開始判定値(J3)に達したか否かを判定する。判定が否定の場合には、ステップ(S1)を繰り返す。判定が肯定の場合には、ステップ(S2)に進む。
ステップ(S2)では、通常再生モードを実施する。これが通常再生モードの開始となる。ステップ(S2)を実行すると、ステップ(S3)に進む。
ステップ(S3)では、通常再生終了条件が満たされたか否かを判定する。通常再生終了条件は、PM堆積量推定値が通常再生終了判定値(J1)まで低下することである。判定が否定の場合には、ステップ(S4)に進む。
ステップ(S4)では、加速再生要求の判定時(T3)に至ったか否かを判定する。判定が否定の場合には、ステップ(S2)に戻る。判定が肯定の場合には、ステップ(S5)に進む。
ステップ(S5)では、PM堆積量推定値が加速再生要求値(J2)以上か否かを判定する。判定が肯定の場合には、ステップ(S6)に進む。
ステップ(S6)では、加速再生要求情報の報知を実施する。ステップ(S6)を実行すると、ステップ(S7)に進む。
ステップ(S8)では、通常再生モードを終了する。ステップ(S8)を実行すると、ステップ(S9)に進む。
ステップ(S9)では、加速再生要求情報の報知を終了する。
なお、ステップ(S3)での判定が肯定である場合、或いは、ステップ(S5)の判定が否定である場合には、ステップ(S10)で通常再生モードを終了する。
ステップ(S7)での判定が否定の場合には、ステップ(S11)に進む。
ステップ(S11)では、通常再生モードを継続する。
ステップ(S12)では、通常再生終了条件が満たされたか否かを判定する。判定が否定の場合には、ステップ(S6)に戻る。判定が肯定の場合には、ステップ(S13)に進む。
ステップ(S13)では、通常再生モードを終了する。
ステップ(S9)を実行すると、ステップ(S14)に進む。
ステップ(S15−1)では、吸気量が目標値に達したか否かを判定する。判定が否定の場合には、ステップ(S14)に戻る。判定が肯定の場合には、ステップ(S15−2)に進む。
ステップ(S15−2)では、その吸気スロットル弁の開度を一定時間維持する。ステップ(S15−2)を実行すると、ステップ(S16)に進む。
ステップ(S16)では、吸気スロットル弁の開度を調節する。ステップ(S16)を実行すると、ステップ(S17)に進む。
ステップ(S17)では、DOC入口温度が目標のDOC予熱温度に達したか否かを判定する。
判定が否定の場合には、ステップ(S16)に戻る。判定が肯定の場合には、ステップ(S18)に進む。
ステップ(S18)では、吸気スロットル弁の開度を固定したまま、アフター噴射を実施する。ステップ(S18)を実行すると、ステップ(S19)に進む。
ステップ(S19)では、DOC入口温度が目標のDOC活性化温度に達したか否かを判定する。判定が否定の場合には、ステップ(S18)に戻る。判定が肯定の場合には、ステップ(S20)に進む。なお、目標のDOC活性化温度はDOC活性化温度の下限値である250°Cよりも高めの255°Cに設定し、DOC活性化温度の下限値までの到達時間の短縮を図っている。
ステップ(S21)では、ポスト噴射を実施する。ステップ(S21)を実行すると、ステップ(S22)に進む。
ステップ(S22)では、加速再生終了条件が満たされたか否かを判定する。判定が肯定の場合、ステップ(S23)に進む。
ステップ(S23)では、加速再生モードを終了する。
ステップ(S22)での判定が否定の場合には、ステップ(S24)に進む。
ステップ(S24)では、PM堆積量推定値がDPF異常判定値(J4)まで上昇したか否かを判定する。判定が否定の場合、ステップ(S20)に戻る。判定が肯定の場合、ステップ(S25)に進む。
ステップ(S25)では、DPF異常情報の報知を実施する。
(2) PM堆積量推定装置
(9) コモンレール式燃料噴射装置
(10) DOC
(11) 排気
(12) 吸気スロットル弁
(14) 制御装置
(J2) 加速再生要求判定値
(S14) アイドル回転数を上昇させながら、吸気スロットル弁の開度を調節
(S16) 吸気スロットル弁の開度を調節
(S18) 吸気スロットル弁の開度を固定したまま、アフター噴射を実施
(S21) ポスト噴射を実施
Claims (5)
- 排気経路に配置されたDPF(1)と、DPF(1)の上流に配置されたDOC(10)と、DPF(1)のPM堆積量推定値を推定するPM堆積量推定装置(2)と、コモンレール式燃料噴射装置(9)と、吸気スロットル弁(12)と、コモンレール式燃料噴射装置(9)と吸気スロットル弁(12)とを制御する制御装置(14)とを備え、
DPF(1)に堆積したPM堆積推定値が所定の判定値(J2)以上であることをPM堆積量推定装置(2)が推定した後、制御装置(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を絞るとともに、コモンレール式燃料噴射装置(9)でメイン噴射後のアフター噴射を実施させ、DOC入口排気温度を目標のDOC活性化温度まで上昇させた後、制御装置(14)がコモンレール式燃料噴射装置(9)でアフター噴射後のポスト噴射を実施(S21)させ、排気(11)に含ませた未燃燃料をDOC(10)で酸化させることにより、DPF入口排気温度を上昇させ、DPF(1)に溜まったPMを燃焼除去させるようにした、ディーゼルエンジンの排気処理装置において、
DPF(1)のPM堆積推定値が通常再生開始判定値に達すると、制御装置(14)が通常再生モードの実施(S2)を開始させ、通常再生終了条件が満たされないまま、加速再生要求の判定時に至り、PM堆積量推定値が加速再生要求値(J2)以上である場合には、加速再生要求情報の報知を実施(S6)し、加速再生開始条件が満たされると、通常再生モードを終了(S8)させ、加速再生要求情報の報知を終了(S9)させ、加速再生モードの実施が開始され、
加速再生モードの実施が開始されると、吸気スロットル弁(12)の開度を調節(S16)することにより、DOC入口排気温度がDOC活性化温度よりも低いDOC予熱温度に至ったことに基づいて、制御装置(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を固定したまま、アフター噴射を実施(S18)させて、DOC入口排気温度をDOC活性化温度まで上昇させ、
加速再生モードは、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中の場合のみ実施されるように構成されている、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、
加速再生開始条件は、制御装置(14)が機械非稼働中であるとの判別を行い、加速再生開始操作が行われたことであり、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、制御装置(14)が機械非稼働中であるとの判別を行う、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、
加速再生モードでは、DOC入口排気温度がDOC予熱温度に至るまでは、制御装置(14)がコモンレール式燃料噴射装置(9)のメイン噴射でエンジンのアイドル回転数を上昇させながら、制御装置(14)が吸気スロットル弁(12)の開度を調節(S14)して、吸気量を所定の目標値に調節する、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3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、
制御装置(14)がアフター噴射を、クランク角度でその気筒のメイン噴射終了後25°±10°の範囲内で開始させる、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、
制御装置(14)がポスト噴射を、クランク角度でその気筒の圧縮上死点後100°±40°の範囲内で開始させる、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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