JP6345962B2 - エンジン - Google Patents

Description

本発明は、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（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ、以下ではＤＰＦ）が知られている。ＤＰＦでは、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、以下ではＰＭ）を捕捉して、排気ガスからＰＭを軽減させている（例えば、特許文献１）。

また、ＤＰＦを備えるエンジンでは、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼する再生運転の一つとして、排気絞り弁を調整して排気ガス温度を昇温させ、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼させる再生運転が知られている。

排気絞り弁を調整してＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去する再生運転では、アイドル運転状態にて冷却水温度が低い場合でも、排気ガス温度を昇温すべく、排気弁絞りを行なっていた。しかし、アイドル運転状態にて冷却水温度が低い場合に、排気ガス温度を昇温すべく、排気弁絞りを行なうと、未燃燃料がタール状となって排気絞り弁に固着し、その後の排気弁の挙動に悪影響を及ぼしていた。

特開２００５―０７６６０４号公報

本発明の解決しようとする課題は、未燃燃料がタール状となって排気絞り弁に固着することを防止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。

請求項１においては、排気ガス浄化装置と、排気絞り弁と、前記排気絞り弁を制御して排気ガス温度を上昇させて前記排気ガス浄化装置を再生する制御手段と、吸気ガス温度を検出する吸気温度検出手段と、冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、備えるエンジンであって、前記制御手段は、前記吸気温度検出手段が検出する吸気温度が第一設定温度未満の場合には、前記排気ガス浄化装置の再生制御における前記排気絞り弁の開度の調整について第一マップを選択するものし、前記吸気温度検出手段が検出する吸気温度が前記第一設定温度以上で第一設定温度よりも高い第二設定温度以下の場合には、前記排気ガス浄化装置の再生制御における前記排気絞り弁の開度の調整について第二マップを選択するものとし、前記吸気温度検出手段が検出する吸気温度が前記第二設定温度を超えている場合には、前記排気ガス浄化装置の再生制御における前記排気絞り弁の開度の調整について第三マップを選択するものとし、前記第三マップは、前記第二マップと比較して前記排気絞り弁の開度が大きくなるように設定されており、前記第二マップは、前記第一マップと比較して前記排気絞り弁の開度が大きくなるように設定されており、前記制御手段は、エンジンの運転領域がアイドル状態にある場合で、前記冷却水温度検出手段が検出する冷却水温度が所定温度以上のときは、前記排気絞り弁の開度の調整を前記選択した第一マップ、第二マップ、第三マップに基づいて可変制御し、前記排気ガス浄化装置の再生制御を行い、前記冷却水温度検出手段が検出する冷却水温度が所定温度未満のときは、前記排気絞り弁を全開として固定し、前記排気ガス浄化装置の再生制御を行わないで、未燃燃料がタール状にならないようにするものである。

本発明のエンジンによれば、未燃燃料がタール状となって排気絞り弁に固着することを防止できる。

エンジンの構成を示す模式図。 再生制御の流れを示すフロー図。 再生制御の作用を示すグラフ図。

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、Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（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、吸気経路の吸気ガス温度Ｔｂを検出する吸気温度センサ５２と、を具備している。

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（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ、以下ではＤＰＦ）３２と、排気絞り弁としての排気スロットル３３と、排気経路の排気ガス温度Ｔｂを検出する排気ガス温度センサ５３と、を具備している。

排気スロットル３３、排気ガス温度センサ５３及びＤＰＦ３２は、エンジン本体１０から排気尾管に向かって、排気スロットル３３、排気ガス温度センサ５３、ＤＰＦ３２の順で配置されている。

ＤＰＦ３２は、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、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、排気スロットル３３の開度を調整し、排気ガス温度を上昇させ、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する機能を有している（再生運転）。

ＥＣＵ５０は、排気スロットル３３と、吸気温度センサ５２と、排気ガス温度センサ５３と、エンジン１００の冷却水の冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温度センサ５４と、燃料噴射装置４０のインジェクタ４１・・・・４１と、に接続されている。

図２を用いて、再生制御Ｓ１００の流れについて説明する。なお、図２では、再生制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。

ステップＳ１１０において、エンジン１００が始動され、エンジン１００がアイドル状態にて運転される。

ステップＳ１２０において、ＥＣＵ５０は、再生要求があるかどうか確認する。ここで、再生要求とは、ＰＭの堆積量又はタイマ等の再生運転に移行する条件が成立していることである。ステップＳ１２０では、再生要求が無い場合はステップＳ２２０へ移行し、再生要求がある場合はステップＳ１３０へ移行する。

ステップＳ１３０において、ＥＣＵ５０は、再生運転モードに移行する。ステップＳ１４０において、ＥＣＵ５０は、吸気ガス温度Ｔｂが、−２０℃より低いかどうかを確認する。ステップＳ１４０では、吸気ガス温度Ｔｂが−２０℃より低い場合はステップＳ１６０に移行し、吸気ガス温度Ｔｂが−２０℃以上の場合はステップＳ１５０に移行する。

ステップＳ１５０において、ＥＣＵ５０は、吸気ガス温度Ｔｂが−２０℃〜２５℃の間にあるかどうかを確認する。ステップＳ１５０では、吸気ガス温度Ｔｂが−２０℃〜２５℃の間にある場合はステップＳ１７０に移行し、吸気ガス温度Ｔｂが−２０℃〜２５℃の間にない場合は、ステップＳ１８０に移行する。

ステップＳ１６０において、ＥＣＵ５０は、以降の再生制御において排気スロットル３３の開閉制御についてマップ１を選択するものとする。ステップＳ１７０において、ＥＣＵ５０は、以降の再生制御において排気スロットル３３の開閉制御についてマップ２を選択するものとする。ステップＳ１８０において、ＥＣＵ５０は、以降の再生制御において排気スロットル３３の開閉制御についてマップ３を選択するものとする。

ここで、マップ１〜３は、再生運転時において、エンジン回転数、燃料噴射量等のエンジン運転状態から最適な排気スロットル開度を算出するものであって、予めＥＣＵ５０に設定されている。

また、マップ３は、マップ２と比較して、同じエンジン運転状態であっても排気スロットル開度が大きくなるように設定され、マップ２は、マップ１と比較して、同じエンジン運転状態であっても排気スロットル開度が大きくなるように設定されている。

ステップＳ１９０において、ＥＣＵ５０は、冷却水温度Ｔｗが６０℃以上かどうかを確認する。ステップＳ１４０では、冷却水温度Ｔｗが６０℃以上の場合はステップＳ２１０に移行し、冷却水温度Ｔｗが６０℃未満の場合はステップＳ２００に移行する。

ステップＳ２００において、ＥＣＵ５０は、排気スロットル３３を全開として固定し、ステップＳ１３０に移行する。

ステップＳ２１０において、ＥＣＵ５０は、再生運転を実行する。より具体的には、排気スロットル３３をマップ１〜３に基づいて可変制御し、排気ガス温度を上昇させ、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する。

ステップＳ２２０において、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ３２の再生が完了したかどうかを確認する。ここで、再生完了とは、推定したＤＰＦ３２のＰＭの堆積量が所定堆積量以下になった、或いは、再生運転を実行して所定時間経過した等の通常運転に移行する条件が成立していることである。

ステップＳ２２０では、ＤＰＦ３２の再生が完了した場合にはステップＳ２３０に移行し、ＤＰＦ３２の再生が完了していない場合はステップＳ１２０に移行する。ステップＳ２３０において、ＥＣＵ５０は、通常運転モードに移行する。

図３を用いて、再生制御の作用について説明する。なお、図３では、エンジン負荷、冷却水温度、排気スロットル開度を時系列によってグラフで表している。

以下では、寒冷地において、エンジン１００の負荷が減った、具体的にはクラッチが断絶されてエンジン１００がアイドリング状態になった状況について説明する。例えば、ｔ１までにおいて、エンジン１００が高負荷の通常運転を行っており、ｔ１において、エンジン１００がアイドル状態になったものとする。

ｔ１からｔ２までにおいて、エンジン１００がアイドル状態であって、再生要求があるものとする。このとき、冷却水温度Ｔｗが６０℃以上であるため、エンジン１００では、再生運転が行われ、排気スロットル３３がマップ１〜３のいずれかに基づいて開度制御される。このとき、外気の影響もあって、冷却水温度Ｔｗは徐々に低下する。

ｔ２において、冷却水温度Ｔｗが６０℃未満となる。ｔ２からｔ３までにおいて、エンジン１００がアイドル状態であって、再生要求があるものとする。このとき、冷却水温度Ｔｗが６０℃未満であるため、エンジン１００では、再生が行われず、排気スロットル３３が全開となって固定される。

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、未燃燃料がタール状となって排気スロットル３３に固着することを防止できる。

排気スロットルを調整してＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去する再生運転では、アイドル運転状態にて冷却水温度が低い場合でも、排気ガス温度を昇温すべく、排気スロットルの調整を行なっていた。しかし、冷却水温度Ｔｗが低い場合に、排気ガス温度を昇温すべく、排気スロットルを絞ると、未燃燃料がタール状となって排気スロットルに固着し、その後の排気スロットルの挙動に悪影響を及ぼしていた。

エンジン１００によれば、エンジン運転領域がアイドル状態にある場合には、冷却水温度Ｔｗが所定温度以上であれば、排気スロットル３３を可変制御し、冷却水温度Ｔｗが所定温度未満であれば、前記排気スロットル３３を全開とする。そのため、未燃燃料がタール状となって排気スロットル３３に固着することを防止できる。

１０ エンジン本体
２０ 吸気経路
３０ 排気経路
３２ ＤＰＦ（排気ガス浄化装置）
３３ 排気スロットル
４０ 多段燃料噴射装置
５０ ＥＣＵ（制御装置）
５２ 吸気温度センサ
５３ 排気ガス温度センサ
５４ 冷却水温度センサ
１００ エンジン

Claims (1)

1. 排気ガス浄化装置と、排気絞り弁と、前記排気絞り弁を制御して排気ガス温度を上昇させて前記排気ガス浄化装置を再生する制御手段と、吸気ガス温度を検出する吸気温度検出手段と、冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、備えるエンジンであって、
   前記制御手段は、
   前記吸気温度検出手段が検出する吸気温度が第一設定温度未満の場合には、前記排気ガス浄化装置の再生制御における前記排気絞り弁の開度の調整について第一マップを選択するものし、
   前記吸気温度検出手段が検出する吸気温度が前記第一設定温度以上で第一設定温度よりも高い第二設定温度以下の場合には、前記排気ガス浄化装置の再生制御における前記排気絞り弁の開度の調整について第二マップを選択するものとし、
   前記吸気温度検出手段が検出する吸気温度が前記第二設定温度を超えている場合には、前記排気ガス浄化装置の再生制御における前記排気絞り弁の開度の調整について第三マップを選択するものとし、
   前記第三マップは、前記第二マップと比較して前記排気絞り弁の開度が大きくなるように設定されており、
   前記第二マップは、前記第一マップと比較して前記排気絞り弁の開度が大きくなるように設定されており、
   前記制御手段は、
   エンジンの運転領域がアイドル状態にある場合で、前記冷却水温度検出手段が検出する冷却水温度が所定温度以上のときは、前記排気絞り弁の開度の調整を前記選択した第一マップ、第二マップ、第三マップに基づいて可変制御し、前記排気ガス浄化装置の再生制御を行い、前記冷却水温度検出手段が検出する冷却水温度が所定温度未満のときは、前記排気絞り弁を全開として固定し、前記排気ガス浄化装置の再生制御を行わないで、未燃燃料がタール状にならないようにする、
   エンジン。

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