JP5990151B2 - ディーゼルエンジン - Google Patents
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Description
従来では、DPF再生用の吸気絞りの目標値が吸気量のみとされていたため、吸気量フィードバック制御での吸気絞り量が制限され、軽負荷で排気温度が低い運転状態では、DOC入口排気温度がDOC活性化温度まで上昇せず、DPF再生が長期間延期され、DPFのPM堆積量が過剰になるおそれがある。この場合、DPFが使用不能になり、交換が必要になることがある。
図1に例示するように、DOC(1)と、DPF(2)と、DPF(2)のPM堆積量推定装置(3)と、制御装置(4)と、DPF再生装置(5)と、DOC入口排気温度検出装置(6)と、吸気絞り装置(7)と、吸気量検出装置(8)と、負荷検出装置(9)を備え、
図2に例示するように、DPF(2)のPM堆積推定値が所定値Pに至り、DOC入口排気温度が所定値T0に至っている場合には、DPF再生処理が開始され、DPF再生処理では、図1に例示するように、制御手段(4)によりDPF再生装置(5)で排気(10)に未燃燃料が混入され、未燃燃料のDOC(1)での触媒燃焼で排気(10)の温度が上昇され、DPF(2)に堆積したPMが燃焼除去されて、DPF(2)が再生され、
図2に例示するように、DPF(2)のPM堆積推定値が所定値Pに至り、DOC入口排気温度が所定値T0に至っていない場合には、制御装置(4)で吸気量フィードバック制御が実施され、吸気量フィードバック制御では、DPF再生用の吸気絞り(S8)の目標値が所定の吸気量Vに設定(S5)され、DPF再生用の吸気絞り(S8)によりDOC入口排気温度が所定値T0に至ったら、前記DPF再生処理が開始されるとともに、吸気量フィードバック制御を開始してから、DOC入口排気温度が所定値T0に至らないまま、経過時間が所定値tに至っても、前記DPF再生処理が開始されない場合には、制御装置(4)で吸気量フィードバック制御が排気温度フィードバック制御に変更され、
図2に例示するように、排気温度フィードバック制御では、制御装置(4)でDPF再生用の吸気絞り(S15)の目標値が所定のDOC入口排気温度T0に変更(S13)され、DPF再生用の吸気絞り(S15)によりDOC入口排気温度が所定値T0に至ったら、前記DPF再生処理が開始されるとともに、DOC入口排気温度が所定値T0に至る前に、所定量を越える負荷の投入が検出された場合には、制御装置(4)で排気温度フィードバック制御が前記吸気量フィードバック制御に戻される、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項1に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 DPFのPM堆積量が過剰になるのを防止することができる。
図2に例示するように、吸気量フィードバック制御を開始してから、DOC入口排気温度が所定値T0に至らないまま、経過時間が所定値tに至っても、DPF再生処理が開始されない場合には、制御装置(4)で吸気量フィードバック制御が排気温度フィードバック制御に変更されるので、吸気量フィードバック制御によるDPF再生用の吸気絞りの制限が解除され、より吸気を絞ることで、軽負荷で排気温度が低い運転状態でも、DOC入口排気温度を短時間でDOC(1)の活性化温度まで上昇させることが可能となり、DPF再生処理が早期に実施され、DPFのPM堆積量が過剰になるのを防止することができる。
図2に例示するように、DOC入口排気温度が所定値T0に至る前に、所定量を越える負荷の投入が検出された場合には、制御装置(4)で排気温度フィードバック制御が吸気量フィードバック制御に戻されるので、負荷投入によって増加されるメイン噴射に見合う吸気量が確保され、エンジン回転の安定化を図ることができる。
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》 エンジン回転の安定化を図ることができる。
図2に例示するように、排気温度フィードバック制御で、目標値を所定のDOC入口排気温度T0とするDPF再生用の吸気絞り(S15)の前に、制御装置(4)で排気予備昇温処理(S14)が実施され、この排気予備昇温処理(S14)にはコモンレール装置(11)によるアフター噴射(S14−3)が含まれ、アフター噴射(S14−3)はポスト噴射(S3)よりも早い噴射タイミングで噴射されるように構成されているので、アフター噴射(S14−3)によって、DPF再生用の吸気絞り(S15)の前に排気(10)を予備昇温しておくことができ、その分だけ吸気絞りを緩やかにして、吸気量を増加させることが可能となり、出力増加により、エンジン回転の安定化を図ることができる。
図2に例示するように、アフター噴射(S14−3)によって、DPF再生用の吸気絞り(S15)の前に排気(10)を予備昇温し、DOC(1)を活性化温度に近づけておくことができるので、DPF再生処理を速やかに開始させることができる。
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再生処理を速やかに開始させることができる。
図2に例示するように、吸気量フィードバック制御で、アフター噴射(S7−3)によって、DPF再生用の吸気絞り(S7)の前に排気(10)を予備昇温し、DOC(1)を活性化温度に近づけておくことができるので、DPF再生処理を速やかに開始させることができる。
このエンジンはエンジン発電機に使用されている。
シリンダブロック(12)の上部にシリンダヘッド(13)が組み付けられ、シリンダブロック(13)の前部にエンジン冷却ファン(14)が配置され、シリンダブロック(12)の後部にフライホイール(15)が配置されている。
シリンダヘッド(13)の横一側には吸気マニホールド(図示せず)が組付けられ、横他側には排気マニホールド(16)が組み付けられている。
排気マニホールド(16)には過給機(17)が取り付けられ、過給機(17)の排気タービン(17a)から排気経路(18)が導出され、過給機(17)のエアコンプレッサ(17b)から吸気経路(38)が導出されている。
DOC(1)は、酸化触媒であり、セラミック製のハニカム形の担体で、酸化触媒成分が担持され、セル(1a)の両端が開口されたフロースルーモノリスで、セル(1a)の内部を排気(10)が通過するように構成されている。
DPF(2)は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタであり、セラミック製のハニカム形の担体で、酸化触媒成分が担持され、隣合うセル(2a)(2a)の端部を交互に目封じしたウォールフローモノリスで、隣合うセル(2a)(2a)間の壁(2b)を排気(10)が通過し、排気(10)に含まれるPMが捕捉される。PMは、粒子状物質の略称である。
エンジンECUは、エンジン電子制御ユニットであり、マイコンである。
コモンレール装置(11)は、インジェクタ(24)と、コモンレール(25)と、燃料サプライポンプ(26)と、燃料タンク(27)とを備えている。インジェクタ(24)は、シリンダヘッド(13)に各気筒毎に取り付けられ、高圧管でコモンレール(25)に接続されている。コモンレール(25)には、燃料サプライポンプ(26)で燃料タンク(27)から燃料(28)が供給され、蓄圧される。インジェクタ(24)の電磁バルブ(24a)は制御装置(4)に電気的に接続され、所定タイミングで所定時間、電磁バルブ(24a)が開弁され、所定タイミングで所定量の噴射がなされる。
図2〜図4に示すように、コモンレール装置(11)の噴射には、圧縮行程の上死点付近で噴射されるメイン噴射、排気行程で噴射されるアフター噴射(S7−3)(S14−3)とポスト噴射(S−3)等があり、アフター噴射(S7−3)(S14−3)の噴射タイミングはポスト噴射(S−3)よりも早い。メイン噴射は、エンジン出力を得るための噴射、アフター噴射(S7−3)(S14−3)はDPF再生用の吸気絞り(S8)(S15)の前に排気(10)を予備昇温するための噴射、ポスト噴射(S−3)は排気(10)中に未燃焼燃料を混入させ、DOC(1)で触媒燃焼させ、排気(10)の温度を上昇させ、DPF(2)を再生するための噴射である。
吸気絞り装置(7)は、過給機(17)のエアコンプレッサ(17b)の下流に設けられたインタークーラ(33)と吸気マニホールドとの間に配置されている。
吸気量検出装置(8)は、エアフローセンサであり、エアクリーナ(34)と過給機(17)のエアコンプレッサ(17b)との間に配置されている。吸気絞り装置(7)と吸気量検出装置(8)は、制御装置(4)に電気的に接続されている。
負荷検出装置(9)は、エンジンECUの演算処理部で、メイン噴射の噴射量の増加により、負荷を検出する。
図2に示すように、ステップ(S1)では、DPF(2)に堆積するPMの堆積推定値が所定の値Pに至ったか否かが判定される。値PはDPF再生の判定基準値である。ステップ(S1)での判定が否定である場合には、ステップ(S1)の判定を繰り返し、判定が肯定されると、ステップ(S2)に移行する。
ステップ(S2)では、DOC入口排気温度が値T0に至っているか否かが判定され、判定が肯定の場合には、ステップ(S3)に移行する。値T0はDOC(1)の活性化温度である。
ステップ(S3)では、ポスト噴射が実施され、ステップ(S4)でDPF(2)の再生終了条件が満たされたか否かが判定される。DPF(2)の再生終了条件は、所定値以上のDPF入口排気温度の累積時間が所定時間に至ることとされている。ステップ(S4)での判定が肯定されると、DPF再生処理は終了する。ステップ(S4)での判定が否定されると、ステップ(S3)に戻る。
吸気量フィードバック制御は、ステップ(S5)で吸気絞りの目標値が吸気量Vに設定される。吸気量Vは、エンジンにある程度の負荷がかかっても、エンジン回転を安定に維持することができる吸気量であり、排気温度を目標値にする排気温度フィードバック制御に比べ、吸気絞りが制限される。
ステップ(S6)では計時が開始される。計時は制御装置(4)の計時部(35)で行われる。
ステップ(S7)では排気予備昇温処理が行われる。排気予備昇温処理の詳細は後述する。
ステップ(S8)ではDPF再生用の吸気絞りが行われ、吸気絞り弁が徐々に閉じられ、開度が小さくなる。
ステップ(S9)では、吸気量が目標値Vに至ったか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(S10)に移行し、判定が否定されると、ステップ(S8)に戻る。
ステップ(S11)では、計時されている経過時間が所定値tに至ったか否かが判定される。値tは、DPF(2)の再生の延期がこれ以上は許容されない時間に設定されている。ステップ(S11)での判定が肯定されると、ステップ(S12)で計時が終了し、吸気絞りの制御が排気温度フィードバック制御に切り替えられる。ステップ(S11)での判定が否定されると、ステップ(S10)に戻る。
ステップ(S14)では、排気予備昇温処理が行われる。排気予備昇温処理の詳細は後述する。
ステップ(S15)では、DPF再生用の吸気絞りが行われ、吸気絞り弁が徐々に閉じられ、開度が小さくなる。
ステップ(S16)では、DOC入口排気温度が値T0に至ったか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(S3)に移行し、判定が否定されると、ステップ(S17)に移行する。
ステップ(S17)では、所定量を越える負荷投入が検出されたか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(S5)に戻り、吸気絞りの排気温度フィードバック制御は、吸気量フィードバック制御に戻される。
図3に示すように、排気予備昇温処理を行うステップ(S7)では、最初にステップ(S7−1)でアフター噴射用の吸気絞りが実施される。アフター噴射用の吸気絞りの目標値はDOC排気入口温度T0´である。値T0´はアフター噴射が燃焼する排気(10)の温度で、DOC活性化温度である値T0よりも低い値である。
ステップ(S7−2)では、DOC入口排気温度が目標値T0´に至ったか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(S7−3)に移行し、判定が否定されるとステップ(S7−1)に戻る。
ステップ(S7−3)ではアフター噴射が実施される。
ステップ(S7−8)では、その後もアフター噴射を継続して、ステップ(S3)に移行する。
ステップ(S7−5)では、アフター噴射量が上限に至っているか否かが判定され、判定が肯定の場合には、ステップ(S7−6)に移行し、判定が否定の場合には、ステップ(S7−7)に移行する。
ステップ(S7−6)では、噴射量を固定して、その後もアフター噴射を継続し、ステップ(S8)に移行する。
ステップ(S7−7)では、アフター噴射量を増加し、ステップ(S7−3)に戻る。
図4に示すように、排気予備昇温処理を行うステップ(S14)では、最初にステップ(S14−1)でアフター噴射用の吸気絞りが実施される。アフター噴射用の吸気絞りの目標値はDOC排気入口温度T0´である。値T0´はアフター噴射が燃焼する排気(10)の温度で、DOC活性化温度である値T0よりも低い値である。
ステップ(S14−2)では、DOC入口排気温度が目標値T0´に至ったか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(S14−3)に移行し、判定が否定されるとステップ(S14−1)に戻る。
ステップ(S14−3)ではアフター噴射が実施される。
ステップ(S14−8)では、その後もアフター噴射を継続して、ステップ(S3)に移行する。
ステップ(S14−5)では、アフター噴射量が上限に至っているか否かが判定され、判定が肯定の場合には、ステップ(S14−6)に移行し、判定が否定の場合には、ステップ(S14−7)に移行する。
ステップ(S14−6)では、噴射量を固定して、その後もアフター噴射を継続し、ステップ(S15)に移行する。
ステップ(S14−7)では、アフター噴射量を増加し、ステップ(S14−3)に戻る。
(2) DPF
(3) PM堆積量推定装置
(4) 制御装置
(5) DPF再生装置
(6) DOC入口排気温度検出装置
(7) 吸気絞り装置
(8) 吸気量検出装置
(9) 負荷検出装置
(10) 排気
(11) コモンレール装置
(S3) ポスト噴射
(S5) 目標値が所定の吸気量Vに設定
(S7) 予備排気昇温
(S7−3) アフター噴射
(S8) DPF再生用の吸気絞り
(S13) 目標値が所定のDOC入口温度T0に変更
(S14) 予備排気昇温
(S14−3) アフター噴射
(S15) DPF再生用の吸気絞り
Claims (3)
- DOC(1)と、DPF(2)と、DPF(2)のPM堆積量推定装置(3)と、制御装置(4)と、DPF再生装置(5)と、DOC入口排気温度検出装置(6)と、吸気絞り装置(7)と、吸気量検出装置(8)と、負荷検出装置(9)を備え、
DPF(2)のPM堆積推定値が所定値Pに至り、DOC入口排気温度が所定値T0に至っている場合には、DPF再生処理が開始され、DPF再生処理では、制御手段(4)によりDPF再生装置(5)で排気(10)に未燃燃料が混入され、未燃燃料のDOC(1)での触媒燃焼で排気(10)の温度が上昇され、DPF(2)に堆積したPMが燃焼除去されて、DPF(2)が再生され、
DPF(2)のPM堆積推定値が所定値Pに至り、DOC入口排気温度が所定値T0に至っていない場合には、制御装置(4)で吸気量フィードバック制御が実施され、吸気量フィードバック制御では、DPF再生用の吸気絞り(S8)の目標値が所定の吸気量Vに設定(S5)され、DPF再生用の吸気絞り(S8)によりDOC入口排気温度が所定値T0に至ったら、前記DPF再生処理が開始されるとともに、吸気量フィードバック制御を開始してから、DOC入口排気温度が所定値T0に至らないまま、経過時間が所定値tに至っても、前記DPF再生処理が開始されない場合には、制御装置(4)で吸気量フィードバック制御が排気温度フィードバック制御に変更され、
排気温度フィードバック制御では、制御装置(4)でDPF再生用の吸気絞り(S15)の目標値が所定のDOC入口排気温度T0に変更(S13)され、DPF再生用の吸気絞り(S15)によりDOC入口排気温度が所定値T0に至ったら、前記DPF再生処理が開始されるとともに、DOC入口排気温度が所定値T0に至る前に、所定量を越える負荷の投入が検出された場合には、制御装置(4)で排気温度フィードバック制御が前記吸気量フィードバック制御に戻される、ことを特徴とするディーゼルエンジン。 - 請求項1に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
DPF再生装置(5)にDOC(1)とコモンレール装置(11)が用いられ、前記DPF再生処理がポスト噴射(S3)で行われ、
排気温度フィードバック制御で、目標値を所定のDOC入口排気温度T0とするDPF再生用の吸気絞り(S15)の前に、制御装置(4)で排気予備昇温処理(S14)が実施され、この排気予備昇温処理(S14)にはコモンレール装置(11)によるアフター噴射(S14−3)が含まれ、アフター噴射(S14−3)はポスト噴射(S3)よりも早い噴射タイミングで噴射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。 - 請求項1または請求項2に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
DPF再生装置(5)にDOC(1)とコモンレール装置(11)が用いられ、前記DPF再生処理がポスト噴射(S3)で行われ、
吸気量フィードバック制御で、目標値を所定の吸気量VとするDPF再生用の吸気絞り(S8)前に、制御装置(4)で排気予備昇温処理(S7)が実施され、この排気予備昇温処理(S7)にはコモンレール装置(11)によるアフター噴射(S7−3)が含まれ、アフター噴射(S7−3)はポスト噴射(S3)よりも早い噴射タイミングで噴射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。
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