WO2010143546A1 - ディーゼルエンジン - Google Patents

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output
exhaust gas
engine
diesel
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浩 大橋
宏司 増田
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Yanmar Co Ltd
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Yanmar Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/04—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning exhaust conduits
    • F02D9/06—Exhaust brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems

Definitions

  • the present invention relates to diesel engine control technology. More particularly, the present invention relates to a technology for regeneration control of a diesel particulate filter provided in a diesel engine.
  • diesel particulate filters that collect and oxidize particulate matter contained in exhaust gas of diesel engines are known.
  • the particulate matter accumulated in the diesel particulate filter can be forced by using an intake throttle for adjusting the intake air amount or a common rail system that enables one or more fuel injections.
  • a technique for oxidizing the metal is known.
  • the diesel engine's electronic controller can perform continuous regeneration in which particulate matter deposited on the diesel particulate filter is oxidized without regeneration control, and deposit on the diesel particulate filter by performing regeneration control.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a diesel engine capable of preventing changes in engine sound and output characteristics and preventing an operator from misidentifying as an abnormality.
  • the output of the diesel engine is calculated, and the diesel particulate
  • An electronic controller that performs regeneration control to oxidize particulate matter deposited on the filter, and the electronic controller prohibits the regeneration control when the output of the diesel engine is in a high-power operation region.
  • the regeneration control according to the output of the diesel engine is performed when the output of the diesel engine is not in the high output operation range.
  • the electronic control controller is configured to calculate an output of the diesel engine based on an operating state of the diesel engine.
  • the electronic engine controller includes a temperature sensor that detects a temperature of the exhaust gas, and the electronic controller is configured to detect the diesel from a temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor.
  • the engine output is configured to be calculated.
  • the electronic controller can stop or execute the regeneration control by a manual operation of a changing means.
  • the change from engine sound and output characteristics is prevented by prohibiting switching from continuous regeneration to forced regeneration. Can be prevented from being mistaken as an abnormality.
  • forced regeneration according to the output of the diesel engine prevents sudden changes in engine sound and output characteristics, and the operator misidentifies it as an abnormality. It becomes possible to prevent.
  • the regeneration control of the diesel particulate filter can be simplified because the output of the diesel engine is calculated based on the control signal transmitted from the electronic controller. Become.
  • the regeneration control of the diesel particulate filter can be simplified because the output of the diesel engine is calculated from the temperature of the exhaust gas.
  • the forced regeneration can be manually stopped, the engine sound and the output characteristics are prevented from being changed, and the operator misidentifies as an abnormality. It becomes possible to prevent.
  • the block diagram of the diesel engine which concerns on this invention The figure which shows the relationship between the engine speed and torque of the diesel engine which concerns on 1st embodiment of this invention.
  • the other figure which shows the relationship between the output of the diesel engine which concerns on 1st embodiment of this invention, and the temperature of exhaust gas The figure which shows the relationship between the output of the diesel engine which concerns on 2nd embodiment of this invention, and the temperature of exhaust gas.
  • a diesel engine 100 is a direct-injection in-line four-cylinder diesel engine, mainly an engine body 1, an exhaust purification device 2, an electronic controller 3, Consists of And the display panel 4 which is a change means electrically connected with the electronic controller 3 is arrange
  • the configuration of the engine body 1 will be described in detail.
  • the arrow in a figure has shown the direction of the flow about intake air, recirculation gas, and exhaust gas.
  • the engine main body 1 mainly includes an engine main body 11, a fuel injection pump 12, an intake passage 13, an exhaust passage 14, an EGR device 15, and the like.
  • the engine body 1 is a direct-injection diesel engine that is combusted by supplying fuel to compressed air and obtains rotational power from the expansion energy generated by the combustion.
  • the engine main body 11 mainly includes a main body such as a cylinder block 111 and a cylinder head 112, and a moving part such as a piston 113 and a crankshaft 114.
  • the engine main body 11 includes a cylinder hole in which a combustion chamber is provided in the cylinder block 111, a piston 113 slidably provided in the cylinder hole, and a cylinder head disposed so as to face the piston 113. 112.
  • the piston 113 is interlocked and connected to the crankshaft 114 by a connecting rod (not shown), and the crankshaft 114 is driven to rotate by sliding of the piston 113.
  • the rotation of the crankshaft 114 is detected by a rotation sensor (not shown) and transmitted to the electronic controller 3.
  • the fuel injection pump 12 is driven via a gear or the like from a rotationally driven crankshaft 114 and is slidably fitted into a plunger barrel (not shown) provided in the fuel injection pump 12 and the plunger barrel.
  • the fuel is pumped to the fuel injection nozzle 16 by a plunger.
  • the fuel injection nozzle 16 is provided in the cylinder head 112 so that its tip protrudes into the combustion chamber of the engine main body 11, and receives a control signal from the electronic controller 3 one or more times. Fuel injection can be performed at any time.
  • the intake passage 13 is a passage that guides intake air to the combustion chamber of the engine main body 11.
  • an air cleaner 131, an intake throttle 132, and an intake manifold 133 are provided in order along the air flow direction.
  • the intake passage 13 is also provided with a flow rate sensor for measuring the intake air amount, a temperature sensor for measuring the intake air temperature, and the like, which are omitted in the drawing for simplicity.
  • the air cleaner 131 filters the inhaled air using a filter paper or a sponge, thereby preventing foreign matters such as dust from entering the combustion chamber.
  • the intake throttle 132 adjusts the amount of intake air supplied to the combustion chamber of the engine main body 11 by using, for example, a butterfly valve driven by a DC servo motor. That is, the intake throttle 132 adjusts the amount of intake air supplied to the combustion chamber by receiving the control signal from the electronic controller 3 and adjusting the opening of the butterfly valve and changing the passage cross-sectional area of the intake passage 13. The amount can be made.
  • the intake manifold 133 is for evenly distributing the intake air that has been filtered by the air cleaner 131 and then metered by the intake throttle 132 to the respective combustion chambers. Since the engine body 1 according to this embodiment is a so-called in-line four-cylinder engine having four combustion chambers in series, the intake manifold 133 is also formed to branch into four passages and fixed to the cylinder head 112. Has been.
  • the exhaust passage 14 is a passage that guides exhaust gas discharged from the engine main body 11 to an exhaust purification device 2 described later.
  • an exhaust manifold 141, an additive nozzle 142, and an exhaust throttle 143 are provided in order along the direction in which the exhaust gas flows.
  • the exhaust manifold 141 collects exhaust gas discharged from each combustion chamber of the engine main body 11. As described above, since the diesel engine 100 according to this embodiment is an in-line four-cylinder engine, the exhaust manifold 141 also has a shape in which the passages extending from the four combustion chambers are merged into one passage.
  • the additive nozzle 142 receives a control signal from the electronic controller 3 and adds fuel to the exhaust gas.
  • the additive nozzle 142 is provided so that the tip portion protrudes into the exhaust passage 14.
  • it may be configured to perform so-called post injection, in which fuel is added to the exhaust gas by injecting fuel from the fuel injection nozzle 16 at a time that does not contribute to the output of the engine body 1.
  • the supply method is not limited.
  • the exhaust throttle 143 adjusts the exhaust pressure generated in the exhaust passage 14 by using, for example, a butterfly valve driven by a DC servo motor or a pressure diaphragm. In other words, the exhaust throttle 143 can adjust the exhaust pressure by adjusting the opening of the butterfly valve and changing the cross-sectional area of the exhaust passage 14.
  • the EGR device 15 reduces a part of the exhaust gas from the exhaust manifold 141 to the intake manifold 133 as a recirculation gas. As a result, the oxygen concentration of the intake air supplied to the combustion chamber can be reduced, and generation of nitrogen oxides, which are environmentally hazardous substances, can be suppressed.
  • the recirculation gas passage of the EGR device 15 is provided with an EGR valve 151.
  • the EGR valve 151 adjusts the amount of recirculated gas returned to the intake manifold 133 by using, for example, a valve body driven by a DC servo motor or a step motor. That is, the EGR valve 151 receives the control signal from the electronic controller 3 and adjusts the opening degree of the valve body to change the recirculation gas passage so that the recirculation gas amount can be adjusted. Is.
  • the exhaust purification device 2 removes particulate matter contained in the exhaust gas, and is mainly an oxidation catalyst carrier (hereinafter referred to as “DOC”) 21 and a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPF”) 22. It comprises a differential pressure sensor 23 and a temperature sensor 24.
  • the DOC 21 and the DPF 22 are disposed in a cylindrical exhaust passage so that the DOC 21 is positioned on the upstream side and the DPF 22 is positioned on the downstream side.
  • the DOC 21 oxidizes and removes CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon) and SOF (organic soluble component) constituting particulate matter contained in the exhaust gas. Further, the DOC 21 is changed to NO 2 (nitrogen dioxide) by oxidizing NO (nitrogen monoxide) contained in a large amount in the exhaust gas, or by oxidizing the fuel added to the exhaust gas from the additive nozzle 142. It is also possible to raise the exhaust gas temperature.
  • the DPF 22 filters exhaust gas by collecting particulate matter mainly composed of soot and the like, and oxidizes and removes the collected particulate matter.
  • the DPF 22 based on silicon carbide is used, and the particulate matter contained in the exhaust gas is collected when passing through the fine holes formed in the DPF 22. .
  • the particulate matter collected in this way is subject to oxygen contained in the exhaust gas and DOC21 on the condition that the exhaust gas is at a temperature at which the exhaust gas can proceed with an oxidation reaction (a temperature higher than the renewable limit temperature Tr). It will be oxidized by NO 2 produced in
  • the differential pressure sensor 23 includes an upstream sensor 23a disposed on the upstream side of the DOC 21 and a downstream sensor 23b disposed on the downstream side of the DPF 22, and from the respective measured values, the upstream side of the DOC 21 and the DPF 22 The pressure difference on the downstream side is detected.
  • the differential pressure sensor 23 transmits the detection result to the electronic controller 3 every moment.
  • the electronic controller 3 can grasp the temporal change in the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the DOC 21 and the DPF 22, and can estimate the amount of particulate matter deposited in the DPF 22.
  • the temperature sensor 24 is disposed in the exhaust passage so that the tip thereof is located between the DOC 21 and the DPF 22, and measures the temperature of the exhaust gas introduced into the DPF 22.
  • the temperature sensor 24 transmits a detection result to the electronic controller 3 every moment.
  • the electronic controller 3 creates an optimal control signal for the intake throttle 132 and the like by feedback control using the exhaust gas temperature.
  • the exhaust throttle 25 is disposed on the downstream side of the exhaust purification device 2 so that the exhaust pressure generated in the exhaust purification device 2 can be appropriately adjusted.
  • the electronic control controller 3 is mainly composed of a central processing unit, a storage device and the like.
  • the electronic controller 3 is electrically connected to an engine output setting means such as a differential pressure sensor 23 and a temperature sensor 24 provided in the exhaust purification device 2 and an accelerator pedal (not shown), and based on electric signals from these.
  • the control signal is generated and the control signal is output to the fuel injection nozzle 16 and the like described above.
  • the electronic controller 3 is electrically connected to a display panel 4 that is a visual notification means disposed in the driver's seat or the like, so that an electric signal can be transmitted in both directions.
  • a regeneration instruction lamp 41 that is turned on according to the state of the exhaust purification device 2, a regeneration lamp 42, and other buttons that can be arbitrarily operated for controlling the diesel engine 100. 43, 44, etc. are arranged.
  • the electronic controller 3 controls a fuel injection map, an EGR map, an intake throttle map, an exhaust gas in order to control the operation of the engine body 1 according to an operator's request and to perform regeneration control required for forced regeneration of the DPF 22 and the like.
  • a control map such as an aperture map is stored.
  • an output map for calculating the output of the diesel engine 100 from the fuel injection amount supplied to the combustion chamber of the engine main body 11 and the engine speed is stored.
  • Each control map such as a fuel injection map is pre-tested to ensure the engine speed and torque required by the operator, for example, and to ensure the exhaust gas temperature required for the oxidation of particulate matter, for example.
  • the optimum control factor found is stored.
  • the electronic controller 3 can optimally control the diesel engine 100 by calling a control factor from each map and creating a control signal.
  • FIG. 2 is an output characteristic diagram showing the relationship between the engine speed of the diesel engine 100 and the torque.
  • FIG. 3 shows the relationship between the output of the diesel engine 100 and the opening degree of the intake throttle 132
  • FIG. 4 shows the relationship between the output of the diesel engine 100 and the temperature of the exhaust gas.
  • the broken line shown in the figure shows the case where the intake throttle 132 is fixed in the fully open state and the intake air amount is not adjusted.
  • the engine speed of the diesel engine 100 can be arbitrarily changed from a low idle speed Nmin to a high idle speed Nmax.
  • the diesel engine 100 can be operated within a range surrounded by a maximum torque curve Tcurve connecting the maximum torque set for each engine speed.
  • the output of the diesel engine 100 which is a function of the engine speed and torque, is based on the operating state of the diesel engine 100, that is, based on the fuel injection amount supplied to the combustion chamber of the engine main body 11 and the engine speed. Calculated by the electronic controller 3.
  • the electronic controller 3 grasps the fuel injection amount supplied from the fuel injection nozzle 16 to the combustion chamber by referring to the fuel injection map described above, and outputs it from the fuel injection amount and the engine speed. Calculate the output using the map. Note that the output of the diesel engine 100 is maximized at a point P1 in FIG.
  • an operation region (upper right side in the drawing) in which the output is equal to or higher than the output boundary value Ptr shown in the drawing is a high output operation region, and an operation in which the output is less than the output boundary value Ptr.
  • the region (lower left side in the figure) is defined as the low-power operation region.
  • the output boundary value Ptr is a value determined by a test from the use conditions of the diesel engine 100 and the like, and is not limited to a specific numerical value.
  • the diesel engine 100 when the output of the diesel engine 100 is higher than the output boundary value Ptr, that is, when the output of the diesel engine 100 is in the high output operation region, the diesel engine 100 accumulates on the DPF 22.
  • the regeneration control for oxidizing the particulate matter is not performed. That is, when the output of the diesel engine 100 is in the high output operation region, forced regeneration is not performed, and continuous regeneration is always maintained. Accordingly, a control signal for prohibiting regeneration control for oxidizing the particulate matter is output to the intake throttle 132, the exhaust throttles 134 and 25, the fuel injection nozzle 16, and the like.
  • a control signal for prohibiting the adjustment of the intake air amount is output by maintaining the opening degree of the intake throttle 132 in a fully open state and supplied to the combustion chamber.
  • the maximum amount of intake air is output to the exhaust throttles 143 and 25 by maintaining the opening degree in a fully open state, thereby enabling the exhaust gas to be discharged smoothly.
  • a control signal is output to the fuel injection nozzle 16 based on a fuel injection map for normal operation.
  • the temperature of the exhaust gas when the output of the diesel engine 100 is in the high-power operation region is greatly decreased as the output of the diesel engine 100 is decreased.
  • the DPF 22 does not become lower than the reproducible limit temperature Tr. Therefore, the DPF 22 can always maintain continuous regeneration.
  • the regeneration control for oxidizing the particulate matter accumulated in the DPF 22 is performed. It is supposed to be done. That is, forced regeneration is performed when the output of the diesel engine 100 is in the low output operation region. Accordingly, a control signal for performing regeneration control for oxidizing the particulate matter is output to the intake throttle 132, the exhaust throttles 134 and 25, the fuel injection nozzle 16, the additive nozzle 142, and the like.
  • a control signal for adjusting the intake air amount is output by closing the intake throttle 132 to an opening degree corresponding to the output of the diesel engine 100, Limit the amount of intake air supplied to the combustion chamber.
  • a control signal for adjusting the exhaust pressure is output by closing the exhaust throttles 143 and 25 to an appropriate opening degree, thereby restricting exhaust gas discharge.
  • the fuel injection pattern is changed by outputting a control signal to the fuel injection nozzle 16 based on the fuel injection map for forced regeneration, and an appropriate amount is added to the additive nozzle 142 at an appropriate time.
  • a control signal is output so as to add fuel.
  • the temperature of the exhaust gas relative to the output of the diesel engine 100 is limited by limiting the amount of intake air supplied to the combustion chamber of the engine main body 11 and changing the fuel injection pattern and the like. Can be raised. Furthermore, the exhaust gas temperature can be forcibly increased by oxidizing the fuel added to the exhaust gas by the additive nozzle 142 into the DOC 21. Note that the optimum exhaust pressure can be ensured by changing the opening degree of the exhaust throttles 143 and 25 in accordance with the amount of exhaust gas discharged from the engine body 1.
  • the diesel engine 100 according to the first embodiment of the present invention is characterized by prohibiting switching from continuous regeneration to forced regeneration when the output of the diesel engine 100 is in a high-power operation region, When the output of the diesel engine 100 is in the low output operation region, regeneration control according to the output of the diesel engine 100 is performed.
  • the intake throttle 132 may be immediately closed to a predetermined opening degree, and then regeneration control according to the output of the diesel engine 100 may be performed.
  • FIG. 7 shows the relationship between the output of the diesel engine 100 according to this embodiment and the temperature of the exhaust gas.
  • an exhaust gas temperature boundary value Ttr for defining a high output operation region and a low output operation region is defined. This is because the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 24 is an operating region (upper side in the drawing) where the exhaust gas temperature boundary value Ttr is equal to or higher than the exhaust gas temperature boundary value Ttr. (Lower side) is defined as a low-power operation region.
  • the output is calculated by the electronic controller 3 using the value of the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 24.
  • the output of the diesel engine 100 is in the high output operation region, continuous regeneration is maintained.
  • the output of the diesel engine 100 is in the low output operation region, the output of the diesel engine 100 is maintained. The corresponding reproduction control is performed.
  • the regeneration control of the DPF 22 can be simplified.
  • the forced regeneration can be arbitrarily stopped by operating the forced regeneration stop button 43 provided on the display panel 4, as shown in FIG.
  • the forced regeneration can be stopped according to the use state of the diesel engine 100, for example, when performing delicate work, It becomes possible to prevent a change in output characteristics.
  • forced regeneration can be arbitrarily executed by operating the forced regeneration execution button 44 provided on the display panel 4, and driving operability is improved by performing regeneration control after the delicate work is completed. I am letting.
  • the forced regeneration is automatically switched according to the output of the diesel engine 100, or the operator operates the forced regeneration execution button 44.
  • a change-over switch 45 is provided for selecting whether to switch the operation, thereby further improving driving operability.
  • the present invention can be used for a diesel engine.

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Abstract

　ディーゼルパティキュレートフィルタ２２が設けられたディーゼルエンジン１００において、ディーゼルエンジン１００の出力を算出するとともに、ディーゼルパティキュレートフィルタ２２に堆積している粒子状物質を酸化させるための再生制御を行なう電子制御コントローラ３を備え、電子制御コントローラ３は、ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にあるときに再生制御を禁止し、ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にないときにディーゼルエンジン１００の出力に応じた前記再生制御を行なうとした。

Description

ディーゼルエンジン
　本発明は、ディーゼルエンジンの制御技術に関する。より詳細にはディーゼルエンジンに備えられたディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御の技術に関する。
　従来、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するとともに酸化させるディーゼルパティキュレートフィルタが公知となっている。また、吸入空気量を調量するための吸気絞りや、一回又は複数回の燃料噴射を可能としたコモンレールシステム等を用いることによって、ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を強制的に酸化させる技術も公知となっている。
　また、ディーゼルエンジンの電子制御コントローラが、再生制御をなさずともディーゼルパティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質が酸化される連続再生と、再生制御をなすことによってディーゼルパティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を酸化させる強制再生とを、予め設定された条件に応じて自動に切り替えることでディーゼルエンジンの全運転領域において排気ガスの浄化を可能とする技術があった。（例えば特許文献１参照。）。
　しかし、特にディーゼルエンジンの出力が高出力運転領域にある場合においては、連続再生から強制再生へ切り替えが行なわれた際に、エンジン音や出力特性に比較的に大きな変化が生じる場合があり、これをオペレータがディーゼルエンジンの異常として誤認するという懸念があった。また、ディーゼルエンジンの出力が低出力運転領域にある場合においても突然のエンジン音や出力特性の変化が生じた場合には同様に異常として誤認する懸念があった。
特開２００５―２８２５４５号公報
　本発明はかかる問題を解決すべくなされたものであり、エンジン音や出力特性の変化を防止して、オペレータが異常として誤認することを防ぐことができるディーゼルエンジンを提供することを目的とする。
　本発明の解決しようとする課題を解決するための手段を説明する。
　本発明の第一の態様は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するとともに酸化させるディーゼルパティキュレートフィルタが設けられたディーゼルエンジンにおいて、前記ディーゼルエンジンの出力を算出するとともに、前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を酸化させるための再生制御を行なう電子制御コントローラを備え、前記電子制御コントローラは、前記ディーゼルエンジンの出力が高出力運転領域にあるときに前記再生制御を禁止し、前記ディーゼルエンジンの出力が高出力運転領域にないときに前記ディーゼルエンジンの出力に応じた前記再生制御を行なうとしたものである。
　本発明の第二の態様は、第一の態様のディーゼルエンジンにおいて、前記電子制御コントローラは、前記ディーゼルエンジンの運転状態に基づいて前記ディーゼルエンジンの出力を算出するように構成するとしたものである。
　本発明の第三の態様は、第一の態様のディーゼルエンジンにおいて、排気ガスの温度を検出する温度センサを備え、前記電子制御コントローラは、前記温度センサにより検出された排気ガスの温度から前記ディーゼルエンジンの出力を算出するように構成するとしたものである。
　本発明の第四の態様は、第一の態様のディーゼルエンジンにおいて、前記電子制御コントローラは、変更手段の手動操作によって前記再生制御を中止または実行することを可能としたものである。
　本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
　本発明の第一の態様によれば、ディーゼルエンジンの出力が高出力運転領域にある場合において、連続再生から強制再生への切り替えを禁止することでエンジン音や出力特性の変化を防止し、オペレータが異常として誤認することを防ぐことが可能となる。また、ディーゼルエンジンの出力が高出力運転領域にない場合において、ディーゼルエンジンの出力に応じた強制再生を行なうことで突然のエンジン音や出力特性の変化を防止し、オペレータが異常として誤認することを防ぐことが可能となる。
　本発明の第二の態様によれば、電子制御コントローラから送信される制御信号に基づいてディーゼルエンジンの出力を算出するために、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御を簡易なものとすることが可能となる。
　本発明の第三の態様によれば、排気ガスの温度からディーゼルエンジンの出力を算出するために、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御を簡易なものとすることが可能となる。
　本発明の第四の態様によれば、例えば繊細な作業を行なう場合に強制再生を人為的に中止することができ、エンジン音や出力特性の変化を防止し、オペレータが異常として誤認することを防ぐことが可能となる。
本発明に係るディーゼルエンジンの構成図。 本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンのエンジン回転数とトルクとの関係を示す図。 本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンの出力と吸気絞りの開度との関係を示す図。 本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンの出力と排気ガスの温度との関係を示す図。 本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンの出力と吸気絞りの開度との関係を示す他の図。 本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンの出力と排気ガスの温度との関係を示す他の図。 本発明の第二実施形態に係るディーゼルエンジンの出力と排気ガスの温度との関係を示す図。 本発明に係るディーゼルエンジンの表示パネルを示す図。
　１　　　　エンジン本体
　２　　　　排気浄化装置
　３　　　　電子制御コントローラ
　４　　　　表示パネル（変更手段）
　１１　　　エンジン主体部
　１６　　　燃料噴射ノズル
　２１　　　酸化触媒担体（ＤＯＣ）
　２２　　　ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
　２３　　　差圧センサ
　２４　　　温度センサ
　４３　　　強制再生中止ボタン
　４４　　　強制再生実行ボタン
　４５　　　切り替えスイッチ
　１００　　ディーゼルエンジン
　Ｐｔｒ　　出力境界値
　Ｔｔｒ　　排気ガス温度境界値
　次に、発明の実施の形態を説明する。
　図１に示すように、本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジン１００は、直噴式直列４気筒のディーゼルエンジンであり、主にエンジン本体１と、排気浄化装置２と、電子制御コントローラ３とから構成される。そして、電子制御コントローラ３と電気的に接続された変更手段である表示パネル４は、例えば、ディーゼルエンジン１００が作業車両に搭載される場合では運転席近傍に配置されてオペレータによって視認可能とされる。
　まず、エンジン本体１の構成について詳細に説明する。なお、図中の矢印は吸入空気や再循環ガス、排気ガスについての流れの方向を示している。
　エンジン本体１は、主にエンジン主体部１１や燃料噴射ポンプ１２、吸気通路１３、排気通路１４、ＥＧＲ装置１５等から構成される。エンジン本体１は、圧縮された空気に燃料を供給することによって燃焼させて、この燃焼による膨張エネルギーから回転動力を得る直噴式ディーゼルエンジンとされる。
　エンジン主体部１１は、主にシリンダブロック１１１やシリンダヘッド１１２等の本体部と、ピストン１１３やクランク軸１１４等の運動部とからなる。エンジン主体部１１には、燃焼室がシリンダブロック１１１に設けられたシリンダ穴と、該シリンダ穴に摺動可能に内設されたピストン１１３と、該ピストン１１３に対向するように配置されたシリンダヘッド１１２とで構成される。そして、ピストン１１３は図示しないコネクティングロッドによってクランク軸１１４と連動連結されて、該ピストン１１３の摺動によってクランク軸１１４が回転駆動するものとされる。また、クランク軸１１４の回転は図示しない回転センサによって検出されて、電子制御コントローラ３へ送信される。
　燃料噴射ポンプ１２は、回転駆動されるクランク軸１１４からギヤ等を介して駆動されて、該燃料噴射ポンプ１２に内設された図示しないプランジャバレルと該プランジャバレルに摺動可能に嵌挿されたプランジャとによって燃料噴射ノズル１６へ燃料を圧送するものである。
　なお、燃料噴射ノズル１６は、その先端部をエンジン主体部１１の燃焼室に突出するようにシリンダヘッド１１２に設けられており、電子制御コントローラ３からの制御信号を受けて一回又は複数回の燃料噴射を任意の時期に行なうことを可能としている。
　吸気通路１３は、エンジン主体部１１の燃焼室に吸入空気を導く通路である。吸気通路１３には、エアクリーナ１３１、吸気絞り１３２、吸気マニホールド１３３が空気の流れる方向に沿って順に設けられている。なお、吸気通路１３には吸入空気量を計測するための流量センサや、吸入空気温度を計測するための温度センサ等も設けられることとなるが、本図では簡単のために省略している。
　エアクリーナ１３１は、吸入された空気を濾紙又はスポンジ等を用いて濾過するものであり、これによって埃等の異物が燃焼室に混入することを防止している。
　吸気絞り１３２は、例えばＤＣサーボモータによって駆動されるバタフライバルブを用いることで、エンジン主体部１１の燃焼室へ供給される吸入空気量を調量するものである。つまり、吸気絞り１３２は、電子制御コントローラ３からの制御信号を受けてバタフライバルブの開度を調節し、吸気通路１３の通路断面積を変化させることによって燃焼室へ供給される吸入空気量を調量可能とするものである。
　吸気マニホールド１３３は、エアクリーナ１３１によって濾過された後に吸気絞り１３２によって調量された吸入空気を、それぞれの燃焼室に均等に配分するためのものである。本実施形態に係るエンジン本体１は直列に４箇所の燃焼室を備える、いわゆる直列４気筒エンジンであるために該吸気マニホールド１３３も４つの通路に分岐するように形成されてシリンダヘッド１１２に固設されている。
　排気通路１４は、エンジン主体部１１から排出される排気ガスを後述する排気浄化装置２まで導く通路である。排気通路１４には、排気マニホールド１４１、添加剤ノズル１４２、排気絞り１４３が排気ガスの流れる方向に沿って順に設けられている。
　排気マニホールド１４１は、エンジン主体部１１の各燃焼室から排出された排気ガスを集合させるものである。前述したように本実施形態に係るディーゼルエンジン１００は直列４気筒エンジンであるために、該排気マニホールド１４１も４つの燃焼室から延びる通路を一つの通路に合流させる形状となっている。
　添加剤ノズル１４２は、電子制御コントローラ３からの制御信号を受けて排気ガスに燃料を添加するものであり、その先端部が排気通路１４の内部に突出するように設けられている。なお、エンジン本体１の出力に寄与しない時期に燃料噴射ノズル１６から燃料を噴射することによって排気ガスに燃料を添加する、いわゆるポスト噴射を行なうように構成しても良く、添加剤としての燃料の供給方式について限定するものではない。
　排気絞り１４３は、例えばＤＣサーボモータや圧力ダイヤフラムによって駆動されるバタフライバルブを用いることで、排気通路１４の内部に生じる排気圧力を調整するものである。つまり、排気絞り１４３は、バタフライバルブの開度を調節し、排気通路１４の通路断面積を変化させることによって排気圧力を調整可能とするものである。
　ＥＧＲ装置１５は、排気マニホールド１４１から吸気マニホールド１３３へ排気ガスの一部を再循環ガスとして還元するものである。これにより、燃焼室に供給される吸入空気の酸素濃度を低減することができて、環境負荷物質である窒素酸化物の生成を抑制することが可能となる。また、ＥＧＲ装置１５の再循環ガス通路にはＥＧＲバルブ１５１が備えられている。
　ＥＧＲバルブ１５１は、例えばＤＣサーボモータやステップモータによって駆動される弁体を用いることで、吸気マニホールド１３３へ還元される再循環ガス量を調量するものである。つまり、ＥＧＲバルブ１５１は、電子制御コントローラ３からの制御信号を受けて弁体の開度を調節し、再循環ガス通路の通路断面積を変化させることによって再循環ガス量を調量可能とするものである。
　次に、排気浄化装置２の構成について詳細に説明する。
　排気浄化装置２は、排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するものであり、主に酸化触媒担体（以降「ＤＯＣ」という。）２１やディーゼルパティキュレートフィルタ（以降「ＤＰＦ」という。）２２、差圧センサ２３、温度センサ２４で構成される。ＤＯＣ２１およびＤＰＦ２２は、円筒形状の排気通路に内設されてＤＯＣ２１が上流側に、ＤＰＦ２２が下流側に位置するように配置される。
　ＤＯＣ２１は、排気ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）ならびに粒子状物質を構成するＳＯＦ（有機可溶成分）を酸化して除去するものである。また、ＤＯＣ２１は、排気ガスに多く含まれるＮＯ（一酸化窒素）を酸化することによってＮＯ２（二酸化窒素）に変化させたり、添加剤ノズル１４２から排気ガスに添加された燃料を酸化することによって排気ガス温度を上昇させたりすることも可能としている。
　ＤＰＦ２２は、主に煤等からなる粒子状物質を捕集することで排気を濾過するとともに、捕集した粒子状物質を酸化して除去するものである。本実施形態においては、炭化ケイ素を基材としたＤＰＦ２２が用いられており、排気ガスに含まれる粒子状物質は、ＤＰＦ２２に形成された微細な穴を通過する際に捕集されることとなる。このようにして捕集された粒子状物質は、排気ガスが酸化反応を進行させることができる温度（再生可能限界温度Ｔｒより高い温度）であることを条件として、排気ガスに含まれる酸素ならびにＤＯＣ２１で生成されたＮＯ２によって酸化されることとなる。
　差圧センサ２３は、ＤＯＣ２１よりも上流側に配置される上流側センサ２３ａと、ＤＰＦ２２よりも下流側に配置される下流側センサ２３ｂとを備え、それぞれの測定値からＤＯＣ２１およびＤＰＦ２２の上流側と下流側の圧力差を検出するものである。
　そして、差圧センサ２３は、電子制御コントローラ３に時々刻々と検出結果を伝達するものとされる。これによって、電子制御コントローラ３は、ＤＯＣ２１およびＤＰＦ２２の上流側と下流側の圧力差の経時変化を把握することができて、ＤＰＦ２２における粒子状物質の堆積量を推定することが可能とされる。
　温度センサ２４は、その先端部がＤＯＣ２１とＤＰＦ２２の間に位置するように排気通路に配置され、ＤＰＦ２２に導入される排気ガスの温度を測定するものである。そして、温度センサ２４は、電子制御コントローラ３に時々刻々と検出結果を伝達するものとされる。電子制御コントローラ３は、この排気ガス温度を用いたフィードバック制御によって吸気絞り１３２等への最適な制御信号を作成する。
　なお、本実施形態に係るディーゼルエンジン１００では、排気浄化装置２よりも下流側に排気絞り２５が配置されて、排気浄化装置２の内部に生じる排気圧力を適切に調整可能としている。
　次に、電子制御コントローラ３について詳細に説明する。
　電子制御コントローラ３は、主として中央処理装置、記憶装置等により構成される。電子制御コントローラ３は、排気浄化装置２に設けられた差圧センサ２３や温度センサ２４、そして、図示しないアクセルペダル等のエンジン出力設定手段と電気的に接続されて、これらからの電気信号に基づいて制御信号を作成するとともに前述した燃料噴射ノズル１６等に制御信号を出力するものである。
　なお、電子制御コントローラ３は、運転席等に配置された視覚通知手段である表示パネル４と電気的に接続されて、双方向に電気信号を伝達可能としている。図８に示すように、表示パネル４には、排気浄化装置２の状態に応じて点灯される再生指示ランプ４１や再生中ランプ４２、その他、ディーゼルエンジン１００の制御について任意に操作可能とするボタン４３・４４等が配置される。
　電子制御コントローラ３には、オペレータの要求に応じてエンジン本体１の運転を制御するとともにＤＰＦ２２の強制再生等に必要とされる再生制御を行なうべく、燃料噴射マップ、ＥＧＲマップ、吸気絞りマップ、排気絞りマップ等の制御マップが記憶されている。また、エンジン主体部１１の燃焼室に供給される燃料噴射量とエンジン回転数とからディーゼルエンジン１００の出力を算出するための出力マップが記憶されている。
　燃料噴射マップ等の各制御マップは、例えばオペレータが要求したエンジン回転数やトルクを確保したり、例えば粒子状物質の酸化に必要とされる排気ガス温度を確保したりするために、予め試験によって見出された最適な制御ファクターが記憶されたものである。そして、電子制御コントローラ３は、各マップから制御ファクターを呼出して制御信号を作成することによってディーゼルエンジン１００を最適に制御可能としている。
　以上のような構成において、ディーゼルエンジン１００におけるＤＰＦ２２の再生制御について図２から図４を用いて説明する。
　図２はディーゼルエンジン１００のエンジン回転数とトルクとの関係を示した出力特性図である。図３はディーゼルエンジン１００の出力と吸気絞り１３２の開度との関係を示したものであり、図４はディーゼルエンジン１００の出力と排気ガスの温度との関係を示したものである。なお、図中に示した破線は吸気絞り１３２を全開状態で固定し、吸入空気量を調量しなかった場合について示している。
　図２に示すように、ディーゼルエンジン１００のエンジン回転数は、ローアイドル回転数Ｎｍｉｎからハイアイドル回転数Ｎｍａｘまで任意に変更可能とされる。そして、ディーゼルエンジン１００は、エンジン回転数ごとに設定された最大トルクを結ぶ最大トルクカーブＴｃｕｒｖｅに囲まれた範囲内で運転可能とされる。
　エンジン回転数とトルクとの関数であるディーゼルエンジン１００の出力は、ディーゼルエンジン１００の運転状態に基づいて、即ちエンジン主体部１１の燃焼室に供給される燃料噴射量とエンジン回転数とに基づいて電子制御コントローラ３によって算出される。
　具体的には、電子制御コントローラ３は、前述した燃料噴射マップを参照することによって燃料噴射ノズル１６から燃焼室に供給される燃料噴射量を把握し、この燃料噴射量とエンジン回転数とから出力マップを用いて出力を算出する。なお、ディーゼルエンジン１００の出力は、図２における点Ｐ１において最大となる。
　また、本発明に係るディーゼルエンジン１００においては、図中に示した出力境界値Ｐｔｒ以上の出力となる運転領域（図示右上方側）を高出力運転領域、出力境界値Ｐｔｒ未満の出力となる運転領域（図示左下方側）を低出力運転領域と定義している。なお、出力境界値Ｐｔｒは、ディーゼルエンジン１００の使用条件等から試験によって定められる値であり、具値的な数値について限定するものではない。
　本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジン１００では、該ディーゼルエンジン１００の出力が出力境界値Ｐｔｒより高い場合、即ちディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にある場合においては、ＤＰＦ２２に堆積している粒子状物質を酸化させるための再生制御を行なわないものとされる。つまり、ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にある場合には強制再生を行なわず、常に連続再生を維持する。従って、吸気絞り１３２や排気絞り１３４・２５、燃料噴射ノズル１６等には、粒子状物質を酸化させるための再生制御を禁止する旨の制御信号が出力される。
　具体的には、図３に示すように、吸気絞り１３２に対して開度を全開状態に保持することで吸入空気量の調量を禁止する旨の制御信号を出力し、燃焼室に供給される吸入空気量を最大とする。また、排気絞り１４３・２５に対しては開度を全開状態に保持することで排気圧力の調整を禁止する旨の制御信号を出力し、排気ガスを円滑に排出可能とする。更に、燃料噴射ノズル１６に対しては通常運転用の燃料噴射マップに基づいて制御信号が出力される。
　このように制御を行なうことで、図４に示すように、ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にある場合の排気ガスの温度は、ディーゼルエンジン１００の出力の減少に伴って大きく低下することとなるが、再生可能限界温度Ｔｒより低くなることはない。そのため、ＤＰＦ２２は常に連続再生を維持することが可能とされる。
　これにより、ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にある場合においては、連続再生から強制再生への切り替えによるエンジン音や出力特性の変化を防止できて、オペレータが異常として誤認することを防ぐことが可能となる。
　一方、ディーゼルエンジン１００の出力が出力境界値Ｐｔｒより低い場合、即ちディーゼルエンジン１００の出力が低出力運転領域にある場合においては、ＤＰＦ２２に堆積している粒子状物質を酸化させるための再生制御を行なうものとされる。つまり、ディーゼルエンジン１００の出力が低出力運転領域にある場合には強制再生を行なう。従って、吸気絞り１３２や排気絞り１３４・２５、燃料噴射ノズル１６、添加剤ノズル１４２等には、粒子状物質を酸化させるための再生制御を行なう旨の制御信号が出力される。
　具体的には、図３に示すように、吸気絞り１３２に対してディーゼルエンジン１００の出力に応じた開度まで閉弁することで吸入空気量の調量を行なう旨の制御信号を出力し、燃焼室に供給される吸入空気量を制限させる。また、排気絞り１４３・２５に対しては適切な開度まで閉弁することで排気圧力の調整を行なう旨の制御信号を出力し、排気ガスの排出を制限させる。更に、燃料噴射ノズル１６に対しては強制再生用の燃料噴射マップに基づいて制御信号を出力することで燃料噴射パターン等を変更するとともに、添加剤ノズル１４２に対しては適当な時期に適量の燃料を添加するように制御信号を出力する。
　このような制御による効果を詳細に説明すると、エンジン主体部１１の燃焼室に供給される吸入空気量を制限するとともに燃料噴射パターン等を変更することによって、ディーゼルエンジン１００の出力に対する排気ガスの温度を上昇させることが可能となる。更に、添加剤ノズル１４２によって排気ガス中に添加された燃料をＤＯＣ２１に酸化させることで、強制的に排気ガス温度を上昇させることが可能となる。なお、エンジン本体１から排出される排気ガス量に応じて排気絞り１４３・２５の開度を変更することで最適な排気圧力を確保することができる。
　このように制御を行なうことで、図４に示すように、ディーゼルエンジン１００の出力が低出力運転領域にある場合においても排気ガスの温度が再生可能限界温度Ｔｒより低くならず、ＤＰＦ２２を再生させることが可能となる。
　なお、本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジン１００は、該ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にある場合に連続再生から強制再生へ切り替えることを禁止することを特徴とするとともに、該ディーゼルエンジン１００の出力が低出力運転領域にある場合には該ディーゼルエンジン１００の出力に応じた再生制御を行なうものとしている。
　従って、出力境界値Ｐｔｒを比較的に低出力側に設定した場合では、図５に示すように、ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域から低出力運転領域へ移行したときに吸気絞り１３２の開度を所定の開度まで即座に閉弁させて、その後にディーゼルエンジン１００の出力に応じた再生制御を行なうものとしても良い。こうすることで、エンジン音や出力特性に変化が生じない高出力運転領域を広く確保することができるとともに低出力運転領域において排気ガス温度を一時的に上昇させることが可能となり、ＤＰＦ２２の再生を良好に行なうことが可能となる（図６参照。）。
　次に、本発明の第二実施形態に係るディーゼルエンジン１００の再生制御について、図７を用いて説明する。図７は本実施形態に係るディーゼルエンジン１００の出力と排気ガスの温度との関係を示したものである。
　本発明の第二実施形態に係るディーゼルエンジン１００では、図７に示すように、高出力運転領域と低出力運転領域を定めるための排気ガス温度境界値Ｔｔｒが定義されている。これは、温度センサ２４によって検出された排気ガス温度が、排気ガス温度境界値Ｔｔｒ以上となる運転領域（図示上方側）を高出力運転領域、排気ガス温度境界値Ｔｔｒ未満となる運転領域（図示下方側）を低出力運転領域と定義するものである。
　なお、本実施形態におけるディーゼルエンジン１００においては、温度センサ２４により検出された排気ガス温度の値を用いて、電子制御コントローラ３によって出力を算出するものとされる。そして、該ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にある場合には連続再生を維持するものとされ、該ディーゼルエンジン１００の出力が低出力運転領域にある場合には該ディーゼルエンジン１００の出力に応じた再生制御を行なうものとされる。
　これにより、ＤＰＦ２２に導入される排気ガスの温度によってディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域にあるか否かを判断できるために、ＤＰＦ２２の再生制御を簡易なものとすることが可能となる。
　また、本発明に係るディーゼルエンジン１００では、図８に示すように、表示パネル４に設けられた強制再生中止ボタン４３を操作することによって強制再生を任意に中止可能としている。これにより、ディーゼルエンジン１００の出力が低出力運転領域にある場合においても、該ディーゼルエンジン１００の使用状況等に応じて強制再生を中止することができ、例えば繊細な作業を行なう場合においてエンジン音や出力特性の変化を防止することが可能となる。
　そして、表示パネル４に設けられた強制再生実行ボタン４４を操作することによって強制再生を任意に実行することができ、繊細な作業が終了した後に再生制御を行なうことなどによって、運転操作性を向上させている。
　なお、ディーゼルエンジン１００の出力が高出力運転領域から低出力運転領域に移行した場合に、該ディーゼルエンジン１００の出力に応じた強制再生に自動で切り替えるか、又はオペレータが強制再生実行ボタン４４を操作することによって切り替えるかを選択する切り替えスイッチ４５が設けられており、これによって、更なる運転操作性の向上を図ることが可能とされている。
　本発明は、ディーゼルエンジンに利用可能である。

Claims (4)

  1. 　排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するとともに酸化させるディーゼルパティキュレートフィルタが設けられたディーゼルエンジンにおいて、
    　前記ディーゼルエンジンの出力を算出するとともに、前記ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質を酸化させるための再生制御を行なう電子制御コントローラを備え、
    　前記電子制御コントローラは、前記ディーゼルエンジンの出力が高出力運転領域にあるときに前記再生制御を禁止し、
    　前記ディーゼルエンジンの出力が高出力運転領域にないときに前記ディーゼルエンジンの出力に応じた前記再生制御を行なう、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
  2. 　前記電子制御コントローラは、前記ディーゼルエンジンの運転状態に基づいて前記ディーゼルエンジンの出力を算出するように構成する、ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
  3. 　排気ガスの温度を検出する温度センサを備え、
    　前記電子制御コントローラは、前記温度センサにより検出された排気ガスの温度から前記ディーゼルエンジンの出力を算出するように構成する、ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
  4. 　前記電子制御コントローラは、手動操作によって前記再生制御を中止または実行することを可能とする、ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
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