JP5395709B2

JP5395709B2 - エンジンの排気ガス処理システム

Info

Publication number: JP5395709B2
Application number: JP2010052004A
Authority: JP
Inventors: 秀雄塩見; 太一富樫
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: US20120325093A1; JP2011185178A; EP2546483A4; WO2011111485A1; EP2546483A1; US8801822B2; EP2546483B1

Description

本発明は、エンジンの排気ガス処理システムに関する。

従来、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｍａｔｔｅｒ）をＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）と称されるパティキュレート除去フィルタで減少させる技術は公知となっている。

排気ガス温度がＤＰＦの再生温度以上に高い場合、ＤＰＦに捕集したＰＭを無害化させて除去できる。一方、排気ガス温度がＤＰＦの再生温度よりも低い場合、ＤＰＦに捕集したＰＭを無害化させて除去できない。そこで、この場合には、ＤＰＦの再生制御として、ＥＧＲや燃料過多の排気ガスを用いて排気ガス温度を定期的に再生温度以上にする制御を行って、ＤＰＦに捕集したＰＭを無害化して取り除く必要がある。

特許文献１は、排気ガスのＤＰＦを手動再生制御するときにエンジンを所定回転数まで上昇させて、排気ガス温度を再生温度以上にする構成を開示している。手動再生制御とは、作業者による何らかの手動操作に基づいて再生制御が行われることをいう。

しかし、特許文献１の構成は、ＤＰＦの手動再生制御を行うときには、常に、エンジン回転数を所定回転数まで上昇させるため、それまでの運転で排気ガス温度がＤＰＦの再生温度に近い状態のときには、エンジン回転数が無駄に上昇して、余分な燃料を消費することになる。

特開２００４−１８３５０６号公報

解決しようとする課題は、エンジン回転数を上昇させてパティキュレート除去フィルタを再生する手動再生制御において、パティキュレート除去フィルタの再生に必要な排気ガス温度を確保しながら、エンジン回転数の上昇を抑えることのできる排気処理システム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、排気経路に排気ガスのパティキュレートを除去するフィルタを設け、該フィルタの上流に排気ガス温度を検出する排気ガス温度センサを設け、該フィルタの再生を指示する手動再生手段を設け、該手動再生手段からの再生指示信号を受けたときにエンジンの目標回転数を第１設定値に設定する排気ガス処理システムにおいて、エンジン回転数が目標回転数である前記第１設定値に収束した後であっても所定時間内に排気ガス温度が前記フィルタの再生温度に達しない場合は、目標回転数を前記第１設定値から所定回転数だけ増加させて設定し直し、その後、エンジン回転数が設定し直した目標回転数に収束した後であっても所定時間内に排気ガス温度が前記フィルタの再生温度に達しない場合は、目標回転数を現在の目標回転数から所定回転数だけ増加させて設定し直すことを繰り返すものである。

本発明の排気ガス処理システムによれば、エンジン回転数を上昇させてパティキュレート除去フィルタを再生する手動再生制御において、パティキュレート除去フィルタの再生に必要な排気ガス温度を確保しながら、エンジン回転数の上昇を抑えることができる。

本発明の一実施形態である排気処理システムを備えるエンジンの全体的な構成を示した構成図。同じく手動再生制御のフローを示すフロー図。同じく手動再生制御の時系列変化を示すグラフ図。

図１を用いて、本発明の一実施形態である排気ガス処理システム１０を備えるエンジン１００について説明する。
エンジン１００は、４気筒を備えるエンジン本体１１と、吸気経路１２と、排気経路１３と、ＥＧＲ経路１４と、手動再生手段としての再生スイッチ７０と、燃料噴射装置８０と、ＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）５０と、を具備している。

吸気経路１２は、エンジン本体１１の吸気マニホールドに接続され、その経路上にエアクリーナ２５と、吸気スロットル２０と、を具備している。吸気スロットル２０は、エアクリーナ２５よりも吸気経路１２の下流側に配置されている。
排気経路１３は、エンジン本体１１の排気マニホールドに接続され、その経路上に排気スロットル３０と、パティキュレート除去フィルタとしてのＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）３５と、を具備している。排気スロットル３０は、ＤＰＦ３５よりも排気経路１３の上流側に配置されている。
ＥＧＲ経路１４は、吸気経路１２の吸気スロットル２０よりも下流側と接続されるとともに、排気経路１３の排気スロットル３０よりも上流側と接続され、その経路上にＥＧＲ弁４０と、ＥＧＲクーラー４５と、を具備している。

ＥＣＵ５０は、エンジン１００の制御手段であって、吸気スロットル２０と、排気スロットル３０と、ＥＧＲ弁４０と、エンジン回転数センサ６１と、排気ガス温度センサ６２と、手動再生手段としての再生スイッチ７０と、燃料噴射装置８０と、に接続されている。
ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅがエンジン目標回転数Ｎｅｍとなるように燃料噴射装置８０の燃料噴射制御を行い、エンジン回転数Ｎｅの制御を行う。エンジン目標回転数Ｎｅｍは、例えばアクセルレバーなどのエンジン目標回転数設定手段によって設定される。
再生スイッチ７０は、例えばエンジン１００が作業車両に搭載される場合は、運転席の操作パネルの近傍に手動スイッチとして配置されるものである。作業者は、作業車両で作業を実施する前に、再生スイッチ７０をＯＮとして、ＤＰＦ３５を手動再生する。

排気ガス処理システム１０は、ＥＣＵ５０と、排気ガス温度センサ６２と、再生スイッチ７０と、燃料噴射装置８０と、から構成され、排気ガス温度がＤＰＦ３５の再生に必要な再生温度Ｔｈ１よりも低いときには、排気ガス温度Ｔｈｅを上昇させてＤＰＦ３５に捕集したＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｍａｔｔｅｒ）を無害化して取り除く再生制御を行う。
本実施形態の排気ガス処理システム１０は、再生スイッチ７０によって再生指示信号を受信した場合に、排気ガス温度が再生温度Ｔｈ１よりも低いときには、エンジン回転数Ｎｅを上昇させることで、排気ガス温度Ｔｈｅを再生温度Ｔｈ１以上に上昇させて手動再生制御を行う。

図２を用いて、手動再生制御のフローについて説明する。
ＥＣＵ５０は、再生スイッチ７０がＯＮとされ、手動再生信号を受信したときには以下の手動再生制御を行う。
まず、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１０において、エンジン目標回転数Ｎｅｍを予め任意に設定された第１設定値Ｎｅ１として、エンジン回転数Ｎｅを制御する。本実施形態では、第１設定値Ｎｅ１をエンジン１００のローアイドル回転数としている。
次に、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１２０において、エンジン回転数Ｎｅがエンジン目標回転数Ｎｅｍに収束したかを確認し、エンジン目標回転数Ｎｅｍに収束したならば、ステップＳ１３０へ移行する。なお、エンジン目標回転数Ｎｅｍに収束するとは、エンジン回転数Ｎｅがエンジン目標回転数Ｎｅｍを含む所定の回転数範囲に所定時間収まった状況をいう。

そして、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１３０において、エンジン回転数Ｎｅがエンジン目標回転数Ｎｅｍに収束してから排気温度監視時間ｔ２が経過したかを確認し、排気温度監視時間ｔ２が経過したならば、ステップＳ１４０へ移行する。なお、排気温度監視時間ｔ２は、予め任意に設定されてＥＣＵ５０に記憶されており、後述するエンジン回転数Ｎｅが所定回転数ΔＮｅ増加する時間（図３におけるｔ１）よりも十分に長い時間とする。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ１４０において、排気ガス温度ＴｈｅがＤＰＦ３５の再生に必要な再生温度Ｔｈ１に到達したかを確認し、再生温度Ｔｈ１に到達してない場合は、ステップＳ１５０へ移行し、再生温度Ｔｈ１に到達した場合は、現在のエンジン目標回転数Ｎｅｍを継続する。この際、ＤＰＦ３５に捕集されたＰＭは、無害化されて取り除かれる。なお、再生温度Ｔｈ１は、予めＥＣＵ５０に記憶されており、ＤＰＦ３５に捕集したＰＭを無害化して取り除くことができる温度である。
ＥＣＵ５０は、ステップＳ１５０において、エンジン目標回転数Ｎｅｍを現在の値から第１設定値Ｎｅ１から所定回転数ΔＮｅだけ増加させて設定し直し、再度ステップＳ１２０に移行する。なお、所定回転数ΔＮｅは、予め任意に設定されてＥＣＵ５０に記憶されている。

図３を用いて、手動再生制御によるエンジン回転数Ｎｅの変化の一例について説明する。
図３は、エンジン回転数Ｎｅの時系列変化を示している。以下では、時系列（順次経過する時点Ａ〜Ｅ）に従ってエンジン回転数Ｎｅの挙動を説明する。

手動再生制御の開始直後の時点Ａでは、エンジン目標回転数Ｎｅｍは第１設定値Ｎｅ１に設定される。エンジン回転数Ｎｅは、この第１設定値Ｎｅ１に収束するように制御されている。
時点Ｂでは、エンジン回転数Ｎｅが第１設定値Ｎｅ１に収束した後、排気温度監視時間ｔ２が経過し、排気ガス温度Ｔｈｅが再生温度Ｔｈ１に到達していないため、エンジン目標回転数Ｎｅｍは現在の値である第１設定値Ｎｅ１から所定回転数ΔＮｅだけ増加するように設定し直される。
時点Ｃでは、エンジン回転数Ｎｅは、設定し直されたエンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋ΔＮｅ）に収束するように制御されている。

時点Ｄでは、エンジン回転数Ｎｅがエンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋ΔＮｅ）に収束した後、排気温度監視時間ｔ２が経過し、排気ガス温度Ｔｈｅが再生温度Ｔｈ１に到達していないため、エンジン目標回転数Ｎｅｍは、現在の値であるエンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋ΔＮｅ）から更に所定回転数ΔＮｅだけ増加するように設定し直される。
時点Ｅでは、エンジン回転数Ｎｅは、エンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋２ΔＮｅ）に収束するように制御されている。
以降、排気ガス温度Ｔｈｅが再生温度Ｔｈ１に到達するまで、時点ＤからＥまでと同様の制御が繰り返される。

以上のように、排気ガス処理システム１０は、手動再生制御の開始後に、エンジン回転数Ｎｅがエンジン目標回転数Ｎｅｍである第１設定値Ｎｅ１に収束した後であっても所定時間内に排気ガス温度ＴｈｅがＤＰＦ３５の再生温度Ｔｈ１に達しない場合は、エンジン目標回転数Ｎｅｍを第１設定値Ｎｅ１から所定回転数だけ増加させて設定し直し、その後、エンジン回転数Ｎｅが設定し直したエンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋ΔＮｅ）に収束した後であっても所定時間内に排気ガス温度ＴｈｅがＤＰＦ３５の再生温度Ｔｈ１に達しない場合は、エンジン目標回転数Ｎｅｍを現在のエンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋ΔＮｅ）から所定回転数ΔＮｅだけ増加させて設定し直すことを繰り返す。

つまり、排気ガス処理システム１０は、排気ガス温度Ｔｈｅを監視しながら、排気ガス温度Ｔｈｅが再生温度Ｔｈ１に到達していない場合には、エンジン目標回転数Ｎｅｍを、排気温度監視時間ｔ２が経過するたびに、エンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋ΔＮｅ）、エンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋２ΔＮｅ）、エンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋３ΔＮｅ）、エンジン目標回転数Ｎｅｍ（Ｎｅ１＋４ΔＮｅ）のように、所定回転数ΔＮｅずつ段階的に上昇させて、排気ガス温度Ｔｈｅを上昇させ再生温度Ｔｈ１に到達させる。
したがって、ＤＰＦ３５の再生に必要な排気ガス温度Ｔｈｅを確保しながら、余分なエンジン回転数Ｎｅの上昇を抑制できる。その結果、燃料の無駄な消費を低減することができる。

１０排気ガス処理システム
３５ＤＰＦ（フィルタ）
５０ＥＣＵ
６２排気ガス温度センサ
７０再生スイッチ（手動再生手段）
８０燃料噴射装置
Ｎｅエンジン回転数
Ｎｅｍエンジン目標回転数
Ｎｅ１第１設定値
ｔ２排気温度監視時間
Ｔｈｅ排気ガス温度
Ｔｈ１再生温度

Claims

排気経路に排気ガスのパティキュレートを除去するフィルタを設け、該フィルタの上流に排気ガス温度を検出する排気ガス温度センサを設け、該フィルタの再生を指示する手動再生手段を設け、該手動再生手段からの再生指示信号を受けたときにエンジンの目標回転数を第１設定値に設定する排気ガス処理システムにおいて、
エンジン回転数が目標回転数である前記第１設定値に収束した後であっても所定時間内に排気ガス温度が前記フィルタの再生温度に達しない場合は、目標回転数を前記第１設定値から所定回転数だけ増加させて設定し直し、その後、エンジン回転数が設定し直した目標回転数に収束した後であっても所定時間内に排気ガス温度が前記フィルタの再生温度に達しない場合は、目標回転数を現在の目標回転数から所定回転数だけ増加させて設定し直すことを繰り返すことを特徴とするエンジンの排気ガス処理システム。