説明

ディーゼルエンジン

【課題】DPFの再生処理に用いた未燃燃料でDOCの触媒機能が劣化する不具合を抑制することができるディーゼルエンジンを提供する。
【解決課題】この課題解決のため、排気中に未燃燃料を混入させることにより、DOCでの未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、DPFに堆積したPMを焼却させ、所定のDPF再生完了条件が満たされたら、制御手段がDPF再生処理を完了S5させるようにしたディーゼルエンジンにおいて、DPFの再生処理を完了S5した後、制御手段が排気温度保持手段に排気温度保持処理を実施S6させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、DOCに付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ディーゼルエンジンに関し、詳しくは、DPFの再生処理に用いた未燃燃料でDOCの触媒機能が劣化する不具合を抑制することができるディーゼルエンジンに関する。
この明細書及び特許請求の範囲で、DOCとはディーゼル酸化触媒、DPFとはディーゼルパティキュレートフィルタ、PMとは粒子状物質をいう。
【背景技術】
【0002】
従来、ディーゼルエンジンとして、排気経路にDOCとDPFとを配置し、DPFのPM堆積推定値が所定のDPF再生要求値に至った後、制御手段がDPF再生手段にDPFの再生処理を実施させ、このDPFの再生処理で排気中に未燃燃料を混入させることにより、DOCでの未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、DPFに堆積したPMを焼却させ、所定のDPF再生の完了条件が満たされたら、制御手段がDPFの再生処理を完了させるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
この種のディーゼルエンジンによれば、DPFの再生処理でDPFを再利用することができる利点がある。
しかし、この従来技術では、DPFの再生処理を完了した後にDOCに付着した燃料を除去する手段がないため、問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2011−153537号公報(図2参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
《問題》 DPFの再生処理に用いた未燃燃料でDOCの触媒機能が劣化しやすい。
DPFの再生処理を完了した後にDOCに付着した燃料を除去する手段がないため、DPFの再生処理を完了した後にDOCに未燃燃料が付着したまま残り、DOCに未燃燃料の炭化物等が膠着すること等により、DPFの再生処理に用いた未燃燃料でDOCの触媒機能が劣化しやすい。
【0005】
本発明の課題は、DPFの再生に用いた未燃燃料でDOCの触媒機能が劣化する不具合を抑制することができるディーゼルエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図1、図2に例示するように、排気経路にDOC(1)とDPF(2)とを配置し、DPF(2)のPM堆積推定値が所定のDPF再生要求値に至った後、制御手段(3)がDPF再生手段(4)にDPF(2)の再生処理を実施(S3)させ、このDPF(2)の再生処理で排気(5)中に未燃燃料を混入させることにより、DOC(1)での未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、DPF(2)に堆積したPMを焼却させ、所定のDPF再生の完了条件が満たされたら、制御手段(3)がDPF(2)の再生処理を完了(S5)させるようにしたディーゼルエンジンにおいて、
図1、図2に例示するように、DPF(2)の再生処理を完了(S5)した後、制御手段(3)が排気温度保持手段(31)に排気温度保持処理を実施(S6)させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、DOC(1)に付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【発明の効果】
【0007】
(請求項1に係る発明)
請求項1に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 DPFの再生処理に用いた未燃燃料でDOCの触媒機能が劣化する不具合を抑制することができる。
図1、図2に例示するように、DPF(2)の再生処理を完了(S5)した後、制御手段(3)が排気温度保持手段(31)に排気温度保持処理を実施(S6)させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、DOC(1)に付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにしたので、DPF(2)の再生処理に用いた未燃燃料でDOC(1)の触媒機能が劣化する不具合を抑制することができる。
【0008】
(請求項2に係る発明)
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》 DPFの再生処理に用いる吸気絞り弁を排気温度保持手段として兼用することができる。
図1、図2に例示するように、排気温度保持手段(31)が吸気絞り弁(32)であり、制御手段(3)が吸気絞り弁(32)で吸気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持するので、DPF(2)の再生処理に用いる吸気絞り弁(32)を排気温度保持手段(31)として兼用することができる。
【0009】
(請求項3に係る発明)
請求項3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》 EGR処理に用いるEGR弁を排気温度保持手段として兼用することができる。
図1、図2に例示するように、排気温度保持手段(31)がEGR弁(33)であり、制御手段(3)がEGR弁(33)を開弁状態にして、吸気に排気ガスの一部をEGRガスとして還流させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持するので、EGRに用いるEGR弁(33)を排気温度保持手段(31)として兼用することができる。
【0010】
(請求項4に係る発明)
請求項4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》 DPFの再生処理に用いる排気絞り弁を排気温度保持手段として兼用することができる。
図1、図2に例示するように、排気温度保持手段(31)が排気絞り弁(34)であり、制御手段(3)が排気絞り弁(34)で排気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持するので、DPF(2)の再生処理に用いる排気絞り弁(34)を排気温度保持手段(31)として兼用することができる。
【0011】
(請求項5に係る発明)
請求項5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》 簡単な手段で排気温度保持処理を実施することができる。
図1、図2に例示するように、排気温度保持手段(3)がDOC(1)の上流に配置された電気ヒータ(35)であり、制御手段(3)が電気ヒータ(35)を発熱させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持するので、簡単な手段で排気温度保持処理を実施することができる。
【0012】
(請求項6に係る発明)
請求項6に係る発明は、請求項1から請求項5のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 DOCの触媒機能の劣化をより確実に抑制することができる。
図2に例示するように、排気温度保持処理を実施(S6)はDPF(2)の再生処理を終了(S5)した直後から所定時間行うようにしたので、未燃燃料でDOC(1)の触媒機能が劣化する前に未燃燃料を燃焼させることができ、DOC(1)の触媒機能の劣化をより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの模式図である。
【図2】図1のエンジンの制御手段による処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図1、図2は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンを説明する図であり、この実施形態では、コモンレール式の水冷立形直列多気筒ディーゼルエンジンについて説明する。
【0015】
このディーゼルエンジンは、次のように構成されている。
シリンダブロック(6)の上部にシリンダヘッド(7)を組み付け、シリンダブロック(6)の前部にエンジン冷却ファン(8)を配置し、シリンダブロック(6)の後部にフライホイール(9)を配置している。シリンダヘッド(7)の横一側に排気マニホルド(10)を組み付け、横他側に吸気マニホルド(36)を組み付けている。排気マニホルド(10)に過給機(11)を組み付け、過給機(11)の排気タービン(11a)の下流の排気経路に排気処理装置(12)を配置し、過給機(11)のコンプレッサ(11b)の下流の吸気経路に吸気マニホルド(36)を配置している。吸気マニホルド(36)の吸気入口(36a)には吸気絞り弁(32)を配置している。排気マニホルド(10)と吸気マニホルド(36)との間にEGR通路(37)を設け、このEGR通路(37)の途中にEGR弁(33)を設けている。排気処理装置(12)の排気出口(12a)には排気絞り弁(34)を設けている。過給機(11)のコンプレッサ(11b)の下流に電気ヒータ(35)を設けている。
吸気絞り弁(32)とEGR弁(33)と排気絞り弁(34)はいずれも電動式であり、これらと電気ヒータ(35)とは制御手段(3)で制御される。
【0016】
燃料タンク(13)に燃料サプライポンプ(14)を介してコモンレール(15)を接続し、コモンレール(15)に各気筒毎の燃料インジェクタ(16)を接続している。
フライホイール(9)にパルサロータ(17)を取り付け、動弁カム軸(18)にカム軸ロータ(19)を取り付け、パルサロータ(17)にピックアップコイル(20)を対向させ、カム軸ロータ(19)に気筒判別センサ(21)を対向させ、ピックアップコイル(20)でエンジン実回転数とクランク角度とを検出し、気筒判別センサ(21)で所定の気筒の上死点が圧縮上死点であるか排気上死点であるか等、各気筒の燃焼行程を検出する。目標回転数検出センサ(23)で調速レバー(22)の調速位置、すなわちエンジン目標回転数を検出する。
ピックアップコイル(20)と気筒判別センサ(21)と目標回転数検出センサ(23)とを制御手段(3)を介して燃料インジェクタ(16)の電磁弁(30)に連携させている。
制御手段(3)は、エンジン目標回転数とエンジン実回転数とに基づいて燃料噴射量(メイン噴射量)を演算し、クランク角度に基づいて、所定タイミングで燃料インジェクタ(16)の電磁弁(30)を開閉し、燃料インジェクタ(16)から所定タイミングで所定量のメイン噴射を行う。制御手段(3)は、マイコンである。
【0017】
排気処理装置(12)の構成は、次の通りである。
ケーシング(24)内にDOC(1)とDPF(2)とを収容している。上流にDOC(1)を配置し、下流にDPF(2)を配置している。
DOC(1)は、セラミックのハニカム担体で、酸化触媒を担持させ、セル(1a)の両端を開口したフロースルータイプで、セル(1a)の内部を排気(5)が通過するようになっている。
DPF(2)は、セラミックのハニカム担体で、隣合うセル(2a)の端部を交互に目封じたウォールフロータイプである。セル(2a)の内部とセル(2a)の壁(1b)を排気が通過し、セル(2a)の壁(2b)でPMを捕捉する。
【0018】
DOC(1)の入口側にはDOC入口側温度センサ(25)を配置し、DOC(1)とDPF(2)との間にDFF入口側温度センサ(26)を配置している。また、DOC(1)とDPF(2)との間にDPF入口側排気圧センサ(27)を配置し、DPF(2)の入口側と出口側との間に入口側と出口側の排気圧の差圧を検出する差圧センサ(28)を配置している。
DOC入口側温度センサ(25)とDFF入口側温度センサ(26)とDPF入口側排気圧センサ(27)と差圧センサ(28)とは制御手段(3)を介して燃料インジェクタ(16)の電磁弁(30)に連携させている。
【0019】
制御手段(3)は、燃料噴射量とDPF入口温度とに基づいてDPF(2)の第1のPM堆積推定値を演算するとともに、DPF入口側排気圧とDPF(2)の入口側と出口側の差圧に基づいてDPF(2)の第2のPM堆積推定値を演算する。第1のPM堆積推定値と第2のPM堆積推定値のいずれかが所定のDPF再生要求値に至った後、制御手段(3)がDPF再生手段(4)にDPF(2)の再生処理を実施させ、DPF(2)の再生処理を完了させる。DPF再生手段(4)は、コモンレールシステム(29)とDOC(1)との組み合わせからなり、DPF(2)の再生処理は燃料インジェクタ(16)からメイン噴射の後にポスト噴射を行い、その未燃燃料をDOC(1)で触媒燃焼させることにより行う。
【0020】
排気(5)の温度が低く、DOC(1)が活性化温度に達しない場合には、制御手段(3)が吸気絞り弁(32)とEGR弁(33)と排気絞り弁(34)と電気ヒータ(35)の全部または一部を用いて、排気温度をDOC(1)の活性化温度まで高める。
吸気絞り弁(32)を用いる場合には、制御手段(3)が吸気絞り弁(32)で吸気流量を絞ることにより、排気温度を高める。EGR弁(33)を用いる場合には、制御手段(3)がEGR弁(33)を開弁状態にして、吸気に排気ガスの一部をEGRガスとして還流させることにより、排気温度を高める。排気絞り弁(34)を用いる場合には、制御手段(3)が排気絞り弁(34)で排気流量を絞ることにより、排気温度を高める。電気ヒータ(35)を用いる場合には、制御手段(3)が電気ヒータ(35)を発熱させることにより、排気温度を高める。
【0021】
図1、図2に示すように、排気経路にDOC(1)とDPF(2)とを配置し、DPF(2)のPM堆積推定値が所定のDPF再生要求値に至った後、制御手段(3)がDPF再生手段(4)にDPF(2)の再生処理を実施(S3)させ、このDPF(2)の再生処理で排気(5)中に未燃燃料を混入させることにより、DOC(1)での未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、DPF(2)に堆積したPMを焼却させ、所定のDPF再生の完了条件が満たされたら、制御手段(3)がDPF(2)の再生処理を完了(S5)させるようにしている。
【0022】
図1、図2に示すように、DPF(2)の再生処理を完了(S5)した後、制御手段(3)が排気温度保持手段(31)に排気温度保持処理を実施(S6)させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、DOC(1)に付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにしている。
【0023】
排気温度保持手段(31)として、吸気絞り弁(32)とEGR弁(33)と排気絞り弁(34)と電気ヒータ(35)とを用いる。
これらの全部または一部を用いて、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。
図1、図2に示すように、吸気絞り弁(32)を用いる場合には、制御手段(3)が吸気絞り弁(32)で吸気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。EGR弁(33)を用いる場合には、制御手段(3)がEGR弁(33)を開弁状態にして、吸気に排気ガスの一部をEGRガスとして還流させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。排気絞り弁(34)を用いる場合には、制御手段(3)が排気絞り弁(34)で排気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。電気ヒータ(35)を用いる場合には、制御手段(3)が電気ヒータ(35)を発熱させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する。
図2に示すように、排気温度保持処理を実施(S6)はDPF(2)の再生処理を終了(S5)した直後から所定時間行うようにしている。
【0024】
制御手段(3)による処理の流れは次の通りである。
ステップ(S1)ではDPF(2)のPM堆積推定値がDPF再生要求値に至ったか否かが判定され、判定が肯定されるまでステップ(S1)を繰り返す。
ステップ(S1)での判定が肯定されると、ステップ(S2)でDOC(1)の推定温度が活性化温度に至っているか否かが判定され、判定が肯定されるまでステップ(S2)を繰り返す。
ステップ(S2)での判定が肯定されると、ステップ(S3)でDPF(2)の再生処理を実施する。
次に、ステップ(S4)でDPF再生の完了条件が満たされたか否かが判定され、判定が肯定の場合にはDPF(2)の再生処理を完了し、ステップ(S6)で排気温度保持処理を実施する。ステップ(S4)での判定が否定の場合には、ステップ(S2)に戻る。
【0025】
DOC(1)の推定温度は、DOC入口排気温度、DOC(1)の比熱、DOC(1)からの放熱等に基づいて制御手段(3)が演算する。
DOCの活性化温度は250°Cである。
ポスト噴射量は、DPF入口排気温度の目標温度を600℃とし、DPF入口排気温度、DOC入口排気温度、排気流量に基づいて、制御手段(3)が演算する。
排気流量は吸気流量とメイン噴射量とDOC入口排気温度に基づいて、制御手段(3)が演算する。
ポスト噴射は、コモンレールシステム(29)のインジェクタ(16)から、圧縮上死点付近でのメイン噴射の後、排気行程中に行う。
DPF再生の完了条件は、排気温度が550°C以上となった時間の積算が15分となった時である。
未燃燃料燃焼温度は、DOCの活性化温度よりも高い300°C以上である。
排気温度保持処理を実施(S6)する時間はDPF(2)の再生処理を終了(S5)した直後から1分である。
【符号の説明】
【0026】
(1) DOC
(2) DPF
(3) 制御手段
(4) DPF再生手段
(5) 排気
(31) 排気温度保持手段
(32) 吸気絞り弁
(33) EGR弁
(34) 排気絞り弁
(35) 電気ヒータ
(S3) DPFの再生処理を実施
(S5) DPFの再生処理を完了
(S6) 排気温度保持処理を実施

【特許請求の範囲】
【請求項1】
排気経路にDOC(1)とDPF(2)とを配置し、DPF(2)のPM堆積推定値が所定のDPF再生要求値に至った後、制御手段(3)がDPF再生手段(4)にDPF(2)の再生処理を実施(S3)させ、このDPF(2)の再生処理で排気(5)中に未燃燃料を混入させることにより、DOC(1)での未燃燃料の触媒燃焼で排気温度を上昇させて、DPF(2)に堆積したPMを焼却させ、所定のDPF再生の完了条件が満たされたら、制御手段(3)がDPF(2)の再生処理を完了(S5)させるようにしたディーゼルエンジンにおいて、
DPF(2)の再生処理を完了(S5)した後、制御手段(3)が排気温度保持手段(31)に排気温度保持処理を実施(S6)させ、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持することにより、DOC(1)に付着した未燃燃料が燃焼して除去されるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項2】
請求項1に記載したディーゼルエンジンにおいて、
排気温度保持手段(31)が吸気絞り弁(32)であり、制御手段(3)が吸気絞り弁(32)で吸気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項3】
請求項1に記載したディーゼルエンジンにおいて、
排気温度保持手段(31)がEGR弁(33)であり、制御手段(3)がEGR弁(33)を開弁状態にして、吸気に排気ガスの一部をEGRガスとして還流させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項4】
請求項1に記載したディーゼルエンジンにおいて、
排気温度保持手段(31)が排気絞り弁(34)であり、制御手段(3)が排気絞り弁(34)で排気流量を絞ることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項5】
請求項1に記載したディーゼルエンジンにおいて、
排気温度保持手段(3)がDOC(1)の上流に配置された電気ヒータ(35)であり、制御手段(3)が電気ヒータ(35)を発熱させることにより、排気温度を所定の未燃燃料燃焼温度に保持する、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載したディーゼルエンジンにおいて、
排気温度保持処理を実施(S6)はDPF(2)の再生処理を終了(S5)した直後から所定時間行うようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2013−68184(P2013−68184A)
【公開日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−208552(P2011−208552)
【出願日】平成23年9月26日(2011.9.26)
【出願人】(000001052)株式会社クボタ (4,415)
【Fターム(参考)】