JP6148636B2

JP6148636B2 - エンジン

Info

Publication number: JP6148636B2
Application number: JP2014059255A
Authority: JP
Inventors: 智宏福田; 克成城之内
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: JP2015183559A

Description

本発明は、排気ガス浄化装置内の粒子状物質の堆積量を推定し、排気ガス浄化装置を再生するエンジンの技術に関する。

従来、エンジンの排気ガス浄化装置としては、ディーゼル微粒子捕集フィルター（Ｄｉｅｓｅｌｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｆｉｌｔｅｒ、以下ではＤＰＦ）が良く知られている（例えば、特許文献１）。ＤＰＦは、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ、以下ではＰＭ）を捕捉して、排気ガスからＰＭを軽減させるフィルターである。

ＤＰＦを備えるエンジンでは、フィルターに堆積したＰＭを燃焼することが行われる（ＤＰＦ再生）。ＤＰＦ再生では、排気絞り弁による排気絞り、吸気絞り弁による吸気絞り、多段噴射制御によるアフター噴射、多段噴射制御によるポスト噴射によって、排気温度を昇温させてフィルターに堆積したＰＭが燃焼される。

また、ＤＰＦを備えるエンジンでは、フィルターに堆積したＰＭの堆積量を推定することが行われる（ＰＭ量推定）。ＰＭ推定としては、エンジン運転状態に基づいて堆積したＰＭの堆積量を推定するＣ法と、排気ガス浄化装置の前後の差圧に基づいて堆積したＰＭの堆積量を推定するＰ法と、が知られている。

特許文献１に開示されるように、ポスト噴射を行なって堆積したＰＭを燃焼するエンジンでは、ポスト噴射を行なわない場合（再生禁止）には、Ｐ法によって堆積したＰＭの堆積量を推定していた。しかし、ポスト噴射を行わずに、例えばアフター噴射によって堆積したＰＭを燃焼させるエンジンでは、堆積したＰＭの堆積量をＰ法によって推定した場合には、推定量の推定精度が低下するおそれがある。

特開２０１０―１８０８５２号公報

本発明の解決しようとする課題は、堆積した粒子状物質の堆積量の推定精度を向上することができるエンジンを提供することである。

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。

即ち、請求項１においては、排気ガスに燃料を噴射するポスト噴射を行う多段噴射装置と、排気ガス浄化装置と、該排気ガス浄化装置を再生する制御手段と、を備えるエンジンであって、前記制御手段は、ポスト噴射を行って堆積した粒子状物質を燃焼除去する第一再生と、ポスト噴射を行わずに堆積した粒子状物質を燃焼除去する第二再生と、を有し、排気ガス浄化装置の前後差圧に基づいて該排気ガス浄化装置に堆積した粒子状物質の堆積量を推定する差圧式推定と、エンジンの運転状態に基づいて排気ガス浄化装置に堆積した粒子状物質の堆積量を推定する計算式推定と、を有し、前記第一再生及び前記第二再生を行っていない場合には、前記差圧式推定によって堆積量を推定し、前記第一再生を行っている場合には、前記計算式推定によって堆積量を推定し、前記第一再生を中断する要求が発生した場合には、前記第一再生から前記第二再生へ推移し、前記計算式推定によって堆積量を推定するものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンであって、作業者によって第一再生の中断が設定される第一再生禁止設定手段を備えるものである。

本発明のエンジンによれば、堆積した粒子状物質の堆積量の推定精度を向上することができる。

エンジンの構成を示す模式図。燃料噴射制御のタイミングを示すグラフ図。再生状態の遷移を示す模式図。再生状態のタイムチャートを示すグラフ図。

図１を用いて、エンジン１００について説明する。
なお、図１では、エンジン１００の構成を模式図によって表している。また、図１の破線は、電気信号線を示している。

エンジン１００は、エンジン本体１０と、吸気経路２０と、排気経路３０と、多段噴射装置４０と、ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下ではＥＣＵ）５０と、を具備している。なお、エンジン１００は、例えば作業車両に搭載されているものする。以下では、作業車両に搭乗して作業車両を操縦する者を作業者とする。

エンジン本体１０は、直列６気筒ディーゼルエンジンであって、気筒１１・・・・１１と、吸気マニホールド１２と、排気マニホールド１３と、を具備している。

吸気経路２０は、吸気マニホールド１２に接続されている。吸気経路２０は、吸気管２１と、空気中に含まれる塵挨等を除去するエアクリーナ２２と、吸気絞り弁２３と、を具備している。吸気絞り弁２３は、ＥＣＵ５０によって開閉制御され、吸気経路２０を通過する吸気流量が調整される。

排気経路３０は、排気マニホールド１３に接続されている。排気経路３０は、排気管３１と、ディーゼル微粒子捕集フィルター（Ｄｉｅｓｅｌｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｆｉｌｔｅｒ、以下ではＤＰＦ）３２と、を具備している。ＤＰＦ３２の前後には、圧力センサ５２・５３が設けられている。ＤＰＦ３２の前側（エンジン本体１０に近い側）には、排気温度センサ５４が設けられている。

ＤＰＦ３２は、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ、以下ではＰＭ）を捕捉して、排気ガスからＰＭを軽減させるフィルターである。排気ガスからＤＰＦ３２によって捕捉されたＰＭは、排気ガスによって燃焼される。なお、ＤＰＦ３２には、二酸化窒素を生成する酸化触媒が内蔵されている。

多段噴射装置４０は、サプライポンプ（図示略）で高圧にした燃料をコモンレール４２内に蓄え、ＥＣＵ５０によってインジェクタ４１・・・・４１から気筒１１・・・・１１に適切な時期に適切な量の燃料を噴射する装置である。

ＥＣＵ５０は、多段噴射装置４０によって適切な時期に適切な量の燃料をインジェクタ４１・・・・４１から気筒１１・・・・１１に噴射する機能を有している（燃料噴射制御）。また、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する機能を有している（ＤＰＦ再生）。さらに、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量を推定する機能を有している（ＰＭ量推定）。

ＥＣＵ５０は、吸気絞り弁２３と、エンジン１００の回転数を検出するエンジン回転数センサ５１と、圧力センサ５２・５３と、排気管３１の排気温度を検出する排気温度センサ５４と、多段噴射装置４０のインジェクタ４１・・・・４１と、第一再生禁止設定手段としての再生禁止ボタン５５と、に接続されている。

再生禁止ボタン（第一再生禁止設定手段）５５は、作業者による再生の中断要求を設定するものである。再生禁止ボタン５５によって中断されるのは後述する第一再生制御のみとする。再生禁止ボタン５５は、作業車両の操作パネルに配置されている。

図２を用いて、燃料噴射制御について説明する。
なお、図２では、横軸にクランク角を示し、縦軸に燃料噴射量を示し、ある気筒の燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を表している。

燃料噴射制御とは、多段噴射装置４０によって適切な時期に適切な量の燃料をインジェクタ４１・・・・４１から気筒１１・・・・１１に噴射する制御である。燃料噴射制御では、上死点付近で噴射されるメイン噴射と、プレ噴射と、アフター噴射と、ポスト噴射と、が噴射される。

プレ噴射は、メイン噴射の前に噴射され、メイン噴射での着火時期の遅れを短縮するための噴射である。アフター噴射は、メイン噴射の後に噴射され、拡散燃焼を活性化させ、排気ガス温度を上昇させるための噴射である。

ポスト噴射は、メイン噴射及びアフター噴射の後に噴射され、燃焼行程には寄与せずに未燃焼燃料としてＤＰＦ３２に供給され、酸化触媒で反応し、その反応熱によって排気ガス温度を上昇させるための噴射である。

図３を用いて、ＤＰＦ再生について説明する。
なお、図３では、再生状態の遷移を模式図によって表している。

ＤＰＦ再生とは、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する制御である。より具体的には、ＤＰＦ再生とは、排気温度を上昇させてＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する制御である。ＤＰＦ再生は、第一再生としてのリセット再生と、第二再生としてのアシスト再生と、の２種類からなる。

リセット再生は、吸気絞り弁２３による開度調整と、アフター噴射と、ポスト噴射と、によって排気温度を上昇させ、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する状態である。すなわち、リセット再生では、排気温度を上昇させるためポスト噴射を用いる。

アシスト再生は、吸気絞り弁２３による開度調整と、アフター噴射と、によって排気温度を上昇させ、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する状態である。すなわち、アシスト再生では、排気温度を上昇させるためポスト噴射を用いない。

通常運転からリセット再生への移行は、１００時間に１回行われる。リセット再生から通常運転への移行は、リセット再生が行われて３０分経過した場合、或いは、排気温度が６００℃以上である状態が２５分続いた場合に行われる。

通常運転からアシスト再生への移行は、堆積したＰＭが８ｇ／Ｌより多くなった場合に行われる。アシスト再生から通常運転への移行は、アシスト再生が行われて３０分経過した場合、或いは、堆積したＰＭが６ｇ／Ｌより少なくなった場合に行われる。

アシスト再生からリセット再生への移行は、堆積したＰＭが１０分間減らない場合、或いは、１００時間に１回行われる。リセット再生からアシスト再生への移行は、再生禁止ボタン５５が作業者によって押された場合に行われる。

ＰＭ量推定について説明する。
ＰＭ量推定とは、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量を推定する制御である。ＰＭ量推定は、差圧式推定としてのＰ法と、計算式推定としてのＣ法と、の２種類からなる。

Ｐ法は、ＤＰＦ３２の前後差圧に基づいてＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量を推定するものである。より具体的には、ＥＣＵ５０が圧力センサ５２・５３によってＤＰＦ３２の前後差圧を算出し、ＤＰＦ３２の前後差圧に基づいてＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量を推定する。

Ｃ法は、エンジン１００の運転状態に基づいてＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量を推定するものである。より具体的には、ＥＣＵ５０が、少なくともエンジン回転数センサ５１によって検出されたエンジン回転数と、インジェクタ４１・・・・４１から噴射される念用噴射量に基づいてＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量を推定する。

ここで、通常運転中では、Ｐ法によってＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量を推定する。リセット再生中、或いは、アシスト再生中では、Ｃ法によってＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量を推定する。

図４を用いて、再生状態のタイムチャートについて説明する。
なお、図４では、ＰＭ堆積量、再生禁止指令、再生状態、ＰＭ量推定を時系列によってグラフで表している。

ｔ０からｔ１までの通常運転において、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量が増加していく。このとき、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量はＰ法によって推定される。そして、上述した移行条件によって、リセット再生に移行する。

ｔ１からｔ２までのリセット再生において、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量が減少していく。このとき、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量はＣ法によって推定される。そして、上述した移行条件によって、通常運転に移行する。

ｔ２からｔ３までの通常運転において、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量が増加していく。このとき、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量はＰ法によって推定される。そして、上述した移行条件によって、リセット再生に移行する。

ｔ３からｔ４までのリセット再生において、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量が減少していく。このとき、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量はＣ法によって推定される。そして、上述した移行条件のうちの、作業者によって再生禁止ボタン５５が押されたことによって、アシスト再生に移行する。

ｔ４からｔ５までのアシスト再生において、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量が減少していく。このとき、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量はＣ法によって推定される。そして、上述した移行条件によって、リセット再生に移行する。

ｔ５からｔ６までのリセット再生において、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量が減少していく。このとき、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量はＣ法によって推定される。そして、上述した移行条件によって、通常運転に移行する。

エンジン１００の効果について説明する。
エンジン１００によれば、堆積したＰＭの堆積量の推定精度を向上することができる。
すなわち、作業者によって再生禁止ボタン５５が押され、リセット再生制御からアシスト再生に移行した場合であっても。推定精度の良いＣ法によってＤＰＦ３２に堆積したＰＭ量を推定するため、堆積したＰＭの堆積量の推定精度を向上することができる。

１０エンジン本体
２０吸気経路
２３吸気絞り弁
３０排気経路
３２ＤＰＦ（排気ガス浄化装置）
４０多段燃料噴射装置
５０ＥＣＵ（制御装置）
５５再生禁止ボタン（第一再生制御禁止設定手段）

Claims

排気ガスに燃料を噴射するポスト噴射を行う多段噴射装置と、排気ガス浄化装置と、該排気ガス浄化装置を再生する制御手段と、を備えるエンジンであって、
前記制御手段は、
ポスト噴射を行って堆積した粒子状物質を燃焼除去する第一再生と、ポスト噴射を行わずに堆積した粒子状物質を燃焼除去する第二再生と、を有し、
排気ガス浄化装置の前後差圧に基づいて該排気ガス浄化装置に堆積した粒子状物質の堆積量を推定する差圧式推定と、エンジンの運転状態に基づいて排気ガス浄化装置に堆積した粒子状物質の堆積量を推定する計算式推定と、を有し、
前記第一再生及び前記第二再生を行っていない場合には、前記差圧式推定によって堆積量を推定し、
前記第一再生を行っている場合には、前記計算式推定によって堆積量を推定し、
前記第一再生を中断する要求が発生した場合には、前記第一再生から前記第二再生へ推移し、前記計算式推定によって堆積量を推定する、
エンジン。
請求項１記載のエンジンであって、
作業者によって第一再生の中断が設定される第一再生禁止設定手段を備える、
エンジン。