WO2011111485A1 - エンジンの排気ガス処理システム - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an engine exhaust gas treatment system.
  • the PM collected in the DPF can be made harmless and removed.
  • the exhaust gas temperature is lower than the regeneration temperature of the DPF, the PM collected in the DPF cannot be harmed and removed. Therefore, in this case, as the regeneration control of the DPF, the exhaust gas temperature is periodically controlled to be equal to or higher than the regeneration temperature by using exhaust gas with excessive EGR, and PM collected in the DPF is made harmless. It needs to be removed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-183506 discloses a configuration in which the exhaust gas temperature is set to be equal to or higher than the regeneration temperature by raising the engine to a predetermined rotational speed when performing manual regeneration control of the exhaust gas DPF.
  • Manual regeneration control means that regeneration control is performed based on some manual operation by an operator.
  • the engine exhaust gas treatment system of the present invention is provided with a filter for removing particulates of exhaust gas in the exhaust path, an exhaust gas temperature sensor for detecting the exhaust gas temperature upstream of the filter, and instructing regeneration of the filter
  • the engine speed is set to the target speed when the target speed of the engine is set to the first set value when receiving the regeneration instruction signal from the manual regeneration means. Even if the exhaust gas temperature does not reach the regeneration temperature of the filter within a predetermined time even after it has been within a predetermined engine rotational speed range including the first set value, the target rotational speed is set to A range of a predetermined engine speed including a target speed that is increased by a predetermined speed from the first set value and reset, and then the engine speed is reset. If the exhaust gas temperature does not reach the regeneration temperature of the filter within the predetermined time even after the predetermined time has elapsed, the target rotational speed is increased from the current target rotational speed by a predetermined rotational speed and set again. Is repeated.
  • the block diagram which showed the whole structure of the engine provided with the exhaust-air-treatment system which is one Embodiment of this invention.
  • the flowchart which similarly shows the flow of manual regeneration control.
  • the graph figure which similarly shows the time-sequential change of manual regeneration control.
  • the engine 100 includes an engine body 11 having four cylinders, an intake path 12, an exhaust path 13, an EGR path 14, a regeneration switch 70 as a manual regeneration means, a fuel injection device 80, and an ECU (Engine Control Unit). 50.
  • the intake path 12 is connected to the intake manifold of the engine body 11 and includes an air cleaner 25 and an intake throttle 20 on the path.
  • the intake throttle 20 is disposed on the downstream side of the intake passage 12 with respect to the air cleaner 25.
  • the exhaust path 13 is connected to an exhaust manifold of the engine body 11 and includes an exhaust throttle 30 and a DPF (Diesel Particulate Filter) 35 as a particulate removal filter on the path.
  • the exhaust throttle 30 is disposed upstream of the DPF 35 in the exhaust path 13.
  • the EGR path 14 is connected to the downstream side of the intake throttle 20 of the intake path 12 and is connected to the upstream side of the exhaust throttle 30 of the exhaust path 13, and an EGR valve 40, an EGR cooler 45, and Are provided.
  • the ECU 50 is a control means of the engine 100, and includes an intake throttle 20, an exhaust throttle 30, an EGR valve 40, an engine speed sensor 61, an exhaust gas temperature sensor 62, and a regeneration switch 70 as a manual regeneration means.
  • the fuel injection device 80 is connected.
  • the ECU 50 performs fuel injection control of the fuel injection device 80 so that the engine speed Ne becomes the engine target speed Nem, and controls the engine speed Ne.
  • the engine target speed Nem is set by engine target speed setting means such as an accelerator lever, for example.
  • the regeneration switch 70 is arranged as a manual switch in the vicinity of the operation panel of the driver's seat. The operator manually regenerates the DPF 35 by turning on the regeneration switch 70 before performing work on the work vehicle.
  • the exhaust gas treatment system 10 includes an ECU 50, an exhaust gas temperature sensor 62, a regeneration switch 70, and a fuel injection device 80.
  • Regeneration control is performed in which the exhaust gas temperature The is increased to detoxify and remove PM (Particulate Matter) collected in the DPF 35.
  • the exhaust gas processing system 10 of the present embodiment increases the engine speed Ne to increase the exhaust gas temperature The. Is raised to the regeneration temperature Th1 or higher to perform manual regeneration control.
  • the ECU 50 performs the following manual regeneration control when the regeneration switch 70 is turned on and a manual regeneration signal is received.
  • step S110 the ECU 50 controls the engine speed Ne with the engine target speed Nem as a first set value Ne1 that is arbitrarily set in advance.
  • the first set value Ne1 is set as the low idle speed of the engine 100.
  • step S120 the ECU 50 confirms whether the engine speed Ne has converged to the engine target speed Nem. If the engine speed Ne has converged to the engine target speed Nem, the ECU 50 proceeds to step S130.
  • the convergence to the engine target speed Nem means a situation where the engine speed Ne is within a predetermined speed range including the engine target speed Nem for a predetermined time.
  • step S130 the ECU 50 confirms whether the exhaust temperature monitoring time t2 has elapsed after the engine speed Ne has converged to the engine target speed Nem. If the exhaust temperature monitoring time t2 has elapsed, the ECU 50 proceeds to step S140. Migrate to The exhaust temperature monitoring time t2 is arbitrarily set in advance and stored in the ECU 50, and is set to a time sufficiently longer than the time (t1 in FIG. 3) in which the engine speed Ne described later increases by a predetermined speed ⁇ Ne. .
  • step S140 the ECU 50 confirms whether the exhaust gas temperature The has reached the regeneration temperature Th1 necessary for regeneration of the DPF 35. If the ECU 50 has not reached the regeneration temperature Th1, the ECU 50 proceeds to step S150 and reaches the regeneration temperature Th1. If it has been reached, the current engine target speed Nem is continued. At this time, the PM collected by the DPF 35 is rendered harmless and removed.
  • the regeneration temperature Th1 is stored in advance in the ECU 50, and is a temperature at which PM collected by the DPF 35 can be rendered harmless and removed.
  • step S150 the ECU 50 resets the target engine speed Nem from the current value by increasing the first set value Ne1 by a predetermined speed ⁇ Ne, and then proceeds to step S120 again.
  • the predetermined rotational speed ⁇ Ne is arbitrarily set in advance and stored in the ECU 50.
  • FIG. 3 shows a time-series change in the engine speed Ne.
  • the behavior of the engine speed Ne will be described according to a time series (sequentially elapsed time points AE).
  • the target engine speed Nem is set to the first set value Ne1.
  • the engine speed Ne is controlled so as to converge to the first set value Ne1.
  • the exhaust gas temperature monitoring time t2 has elapsed, and the exhaust gas temperature The has not reached the regeneration temperature Th1, so the engine target speed Nem is currently From the first set value Ne1, which is a value of, is reset so as to increase by a predetermined rotational speed ⁇ Ne.
  • the engine speed Ne is controlled so as to converge to the reset engine target speed Nem (Ne1 + ⁇ Ne).
  • the exhaust gas processing system 10 is configured to exhaust the exhaust gas within a predetermined time even after the engine speed Ne has converged to the first set value Ne1 that is the engine target speed Nem after the start of the manual regeneration control. If the temperature The does not reach the regeneration temperature Th1 of the DPF 35, the engine target rotational speed Nem is increased by a predetermined rotational speed from the first set value Ne1, and then set again. Thereafter, the engine target Ne is reset.
  • the engine target rotational speed Nem is set to the current engine target rotational speed Nem (Ne1 + ⁇ Ne). From the above, the setting is repeated by increasing the predetermined number of rotations ⁇ Ne.
  • the exhaust gas temperature monitoring time t2 elapses for the engine target rotational speed Nem. Every time, the target engine speed Nem (Ne1 + ⁇ Ne), the engine target engine speed Nem (Ne1 + 2 ⁇ Ne), the engine target engine speed Nem (Ne1 + 3 ⁇ Ne), and the engine target engine speed Nem (Ne1 + 4 ⁇ Ne) are incremented step by step.
  • the exhaust gas temperature The is raised to reach the regeneration temperature Th1. Therefore, it is possible to suppress an excessive increase in the engine speed Ne while ensuring the exhaust gas temperature The necessary for regeneration of the DPF 35. As a result, wasteful fuel consumption can be reduced.
  • the present invention can be used in an engine exhaust gas treatment system that performs manual regeneration control for regenerating a particulate removal filter by increasing the engine speed.

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Abstract

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ようにする。手動再生スイッチ７０からの再生指示信号を受けたときにエンジン目標回転数Ｎｅｍを第１設定値Ｎｅ１に設定するエンジン１００の排気ガス後処理システム１０において、エンジン回転数Ｎｅがエンジン目標回転数Ｎｅｍである前記第１設定値Ｎｅ１を含む所定のエンジン回転数の範囲内に所定時間収まった後であっても所定時間内に排気ガス温度Ｔｈｅが前記フィルタの再生温度Ｔｈ１に達しない場合は、エンジン目標回転数Ｎｅｍを前記第１設定値Ｎｅ１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。

Description

エンジンの排気ガス処理システム
　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（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｍａｔｔｅｒ）をＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）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。
　特開２００４－１８３５０６号公報には、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が開示されている。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、前記特開２００４－１８３５０６号公報に記載の構成は、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。
　本発明は、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ができるエンジンの排気処理システムを提供することを課題とする。
　本発明のエンジンの排気ガス処理システムは、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設定値に設定するエンジンの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一設定値を含む所定のエンジン回転数の範囲内に所定時間収まっ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を含む所定のエンジン回転数の範囲内に所定時間収まっ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。
　本発明のエンジン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（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）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（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）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（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｍａｔｔｅｒ）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。
　本発明は、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を行うエンジンの排気ガス処理システムに利用可能である。

Claims (1)

  1. 　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設定値に設定するエンジンの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一設定値を含む所定のエンジン回転数の範囲内に所定時間収まっ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を含む所定のエンジン回転数の範囲内に所定時間収まっ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。
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