(57)【要約】      （修正有）【課題】高負荷寄り運転時に発生する特定硫黄化合物がＤＰＦに多量に堆積するのを防止することができるディーゼルエンジンの排気処理装置を提供する。【解決手段】ＤＰＦ２でのＰＭ堆積量が所定のＰＭ除去要求量に達したことを、制御手段４が検出したことに基づいて、制御手段４がＤＰＦ昇温手段５にＰＭの除去昇温処理を実施させるディーゼルエンジンの排気処理装置において、排気３の温度が所定の高負荷寄り運転温度領域内にある場合には、ＤＰＦ２に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理を制御手段４が実施し、推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が特定硫黄化合物の所定の除去要求値に達したことに基づいて、制御手段４がＤＰＦ昇温手段５に特定硫黄化合物の除去昇温処理を実施させ、この特定硫黄化合物の除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦ２の温度を高めるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気経路(１)にＤＰＦ(２)を配置し、このＤＰＦ(２)で排気(３)中のＰＭを捕捉し、このＤＰＦ(２)でのＰＭ堆積量が所定のＰＭ除去要求量に達したことを、制御手段(４)が検出したことに基づいて、制御手段(４)がＤＰＦ昇温手段(５)にＰＭの除去昇温処理を実施させ、このＰＭの除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高めるようにした、ディーゼルエンジンの排気処理装置において、
排気(３)の温度が所定の高負荷寄り運転温度領域内にある場合には、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理を制御手段(４)が実施し、推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が特定硫黄化合物の所定の除去要求値に達したことに基づいて、制御手段(４)がＤＰＦ昇温手段(５)に特定硫黄化合物の除去昇温処理を実施させ、この特定硫黄化合物の除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高めるようにしたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
特定硫黄化合物の除去昇温処理では、ＰＭの除去昇温処理の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高くするようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が所定の特定硫黄化合物の除去要求値に達する前にＰＭの除去昇温処理がなされた場合には、制御手段(４)が、前記特定硫黄化合物の堆積積算値をリセットし、ＰＭの除去昇温処理が終了した後に、前記特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理を再開する、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
高負荷寄り運転温度領域は、排気(３)の温度が少なくとも４００〜５００°Ｃとなる温度領域を含むように設定されている、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
制御手段(４)は、所定エンジン回転数の所定負荷毎に実験的に求めた単位時間当たりの特定硫黄化合物の堆積量に関するマップデータに基づいて、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値を推定する、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
制御手段(４)は、所定エンジン回転数の所定排気温度毎に実験的に求めた単位時間当たりの特定硫黄化合物の堆積量に関するマップデータに基づいて、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値を推定する、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気処理装置において、
ＤＰＦ昇温手段(５)として排気ガス昇温手段(６)を用い、
特定硫黄化合物の除去昇温処理に当たっては、ＰＭの除去昇温処理の場合よりも排気(３)の温度を２５〜７５°Ｃ高くするようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
【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の排気処理装置に関し、詳しくは、高負荷寄り運転時に発生する特定硫黄化合物がＤＰＦに多量に堆積するのを防止することができるディーゼルエンジンの排気処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気経路にＤＰＦを配置し、このＤＰＦで排気中のＰＭを捕捉し、このＤＰＦでのＰＭ堆積量が所定のＰＭ除去要求量に達したことを、制御手段が検出したことに基づいて、制御手段がＤＰＦ昇温手段にＰＭの除去昇温処理を実施させ、このＰＭの除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦの温度を高めるようにした、ディーゼルエンジンの排気処理装置がある(例えば、特許文献１参照)。
ＤＰＦはディーゼル・パティキュレート・フィルタ、ＰＭは排気中の粒子状物質の略称である(以下、同じ)。
【０００３】
この種の排気処理装置では、ＤＰＦで排気中のＰＭが捕捉されて排気が浄化され、ＤＰＦに堆積したＰＭはＰＭの除去昇温処理で焼却除去され、ＤＰＦの再生が図られる利点がある。
【０００４】
しかし、この排気処理装置では、高負荷寄り運転時にＤＰＦに堆積する特定硫黄化合物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】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９０３５９号公報(図１、図２参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
《問題》  ＤＰＦに特定硫黄化合物が多量に堆積することがある。
従来の排気処理装置では、高負荷寄り運転時にＤＰＦに堆積する特定硫黄化合物を除去する手段がないため、産業用ディーゼルエンジンでは、ＤＰＦに特定硫黄化合物が多量に堆積することがある。ＤＰＦに堆積した特定硫黄化合物は、ＤＰＦのＰＭ捕捉機能の低下やＤＰＦハウジングの腐食等の問題を惹き起こす。
【０００７】
本発明者らは、研究の過程で、次の知見を得て、この発明に至った。
すなわち、自動車用ディーゼルエンジンでは、軽負荷運転が常態であり、ＤＰＦに通過させる排気温度が３００〜４００°Ｃ程度であるため、ＰＭの生成が抑制されるのに対して特定硫黄化合物の生成は抑制され、ＤＰＦにはＰＭが堆積しやすいのに比べ、特定硫黄化合物は堆積しにくい。このため、ＤＰＦでのＰＭ堆積量が所定のＰＭ除去要求値に達し、ＰＭの除去昇温処理が行われると、堆積量の少ない特定硫黄化合物はＰＭの除去昇温処理によってＰＭとともに焼却除去される。
【０００８】
しかし、産業用ディーゼルエンジンでは、高負荷連続運転が多く、ＤＰＦに通過させる排気の温度が４００〜５００°Ｃ程度となり、ＰＭは通常運転中に自然に焼却除去され、ＤＰＦに堆積しにくいのに比べ、特定硫黄化合物の生成は促進され、ＤＰＦに堆積しやすい。このため、ＤＰＦでのＰＭ堆積量がＰＭ除去要求値に達することなく、ＰＭの除去昇温処理が行われないまま、長期間にわたって特定硫黄化合物が堆積し続ける。
【０００９】
特定硫黄化合物は、ＤＰＦに通過させる排気の温度が４００〜５００°Ｃ程度の時にＤＰＦに堆積する硫黄化合物である。高負荷連続運転の後、ＤＰＦを徐冷し、ＤＰＦに堆積した堆積物を取り出して分析すると、室温では硫酸水化物を主体とする硫黄化合物として検出される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
主要な請求項１の発明は、次の通りである。
図１に例示するように、排気経路(１)にＤＰＦ(２)を配置し、このＤＰＦ(２)で排気(３)中のＰＭを捕捉し、このＤＰＦ(２)でのＰＭ堆積量が所定のＰＭ除去要求量に達したことを、制御手段(４)が検出したことに基づいて、制御手段(４)がＤＰＦ昇温手段(５)にＰＭの除去昇温処理を実施させ、このＰＭの除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高めるようにした、ディーゼルエンジンの排気処理装置において、
図１に例示するように、排気(３)の温度が所定の高負荷寄り運転温度領域内にある場合には、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理を制御手段(４)が実施し、推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が特定硫黄化合物の所定の除去要求値に達したことに基づいて、制御手段(４)がＤＰＦ昇温手段(５)に特定硫黄化合物の除去昇温処理を実施させ、この特定硫黄化合物の除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高めるようにしたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
(請求項１の発明)
請求項１の発明は、次の効果を奏する。
《効果》  特定硫黄化合物がＤＰＦに多量に堆積するのを防止することができる。
図２に例示するように、排気(３)の温度が所定の高負荷寄り運転温度領域内にある場合には、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理を制御手段(４)が実施し、推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が特定硫黄化合物の所定の除去要求値に達したことに基づいて、制御手段(４)がＤＰＦ昇温手段(５)に特定硫黄化合物の除去昇温処理を実施させ、この特定硫黄化合物の除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高めるようにしたので、特定硫黄化合物がＤＰＦ(２)に多量に堆積するのを防止することができる。これにより、ＤＰＦ(２)のＰＭ捕捉機能の低下、ＤＰＦハウジング(７)の腐食等を抑制することができる。
【００１２】
(請求項２の発明)
請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  特定硫黄化合物の除去を速やかに行うことができる。
特定硫黄化合物の除去昇温処理では、ＰＭの除去昇温処理の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高くするようにしたので、特定硫黄化合物の除去を速やかに行うことができる。
【００１３】
(請求項３の発明)
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  特定硫黄化合物があまり堆積してない場合の不要な除去昇温処理が行われることがない。
図２に例示するように、推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が特定硫黄化合物の所定の除去要求値に達する前にＰＭの除去昇温処理がなされた場合には、制御手段(４)が、前記特定硫黄化合物の堆積積算値をリセットし、ＰＭの除去昇温処理が終了した後に、前記特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理を再開するので、ＰＭの除去昇温処理に伴って焼却除去される特定硫黄化合物の堆積積算値はカウントされない。このため、特定硫黄化合物の堆積積算値の推定を正確に行うことができ、特定硫黄化合物があまり堆積してない場合の不要な除去昇温処理が行われることがない。
【００１４】
(請求項４の発明)
請求項４の発明は、請求項１から請求項３の発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  特定硫黄化合物の堆積積算値の推定精度を高めることができる。
高負荷寄り運転温度領域は、排気(３)の温度が少なくとも４００〜５００°Ｃである温度領域を含むように設定されているので、ＤＰＦ(２)への特定硫黄化合物の堆積が最も促進される運転条件下で特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理が実施され、特定硫黄化合物の堆積積算値の推定精度を高めることができる。
【００１５】
(請求項５の発明)
請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  特定硫黄化合物の堆積積算値の推定精度を高めることができる。
制御手段(４)は、所定エンジン回転数の所定負荷毎に実験的に求めた単位時間当たりの特定硫黄化合物の堆積量に関するマップデータに基づいて、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値を推定するので、特定硫黄化合物の堆積積算値の推定精度を高めることができる。
【００１６】
(請求項６の発明)
請求項６の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  特定硫黄化合物の堆積積算値の推定精度を高めることができる。
制御手段(４)は、所定エンジン回転数の所定排気温度毎に実験的に求めた単位時間当たりの特定硫黄化合物の堆積量に関するマップデータに基づいて、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値を推定するので、特定硫黄化合物の堆積積算値の推定精度を高めることができる。
【００１７】
(請求項７の発明)
請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  特定硫黄化合物の除去を促進することができるとともに、ＤＰＦの焼損を抑制することができる。
ＤＰＦ昇温手段(５)として排気ガス昇温手段(６)を用い、特定硫黄化合物の除去昇温処理に当たっては、ＰＭの除去昇温処理の場合よりもＤＰＦ(２)に通過させる排気の温度を２５〜７５°Ｃ高くするので、排気(３)の温度を２５°Ｃ未満しか高くしない場合に比べ、特定硫黄化合物の除去を促進することができるとともに、７５°Ｃを越えて高くする場合に比べ、ＤＰＦ(２)の焼損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気処理装置を説明する模式図である。
【図２】図１の排気処理装置の制御手段による特定硫黄化合物の除去昇温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】
【００１９】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１と図２は本発明の実施形態に係る排気処理装置を備えたディーゼルエンジンを説明する図で、この実施形態ではコモンレール式ディーゼルエンジンについて説明する。
【００２０】
このディーゼルエンジンの概要は、次の通りである。
図１に示すように、シリンダブロック(８)の上部にシリンダヘッド(９)を組み付け、シリンダブロック(８)の前部にエンジン冷却ファン(１０)を配置し、シリンダブロック(８)の後部にはフライホイル(１１)を配置し、フライホイル(１１)にロータプレート(１２)を取り付けている。また、シリンダブロック(８)の後部には動弁カム軸(１３)に取り付けたセンサプレート(１４)を配置している。シリンダヘッド(９)の一側には排気マニホルド(１５)を配置し、この排気マニホルド(１５)に過給機(１６)を連通させている。シリンダヘッド(９)には気筒毎にインジェクタ(１７)を配置し、各インジェクタ(１７)はコモンレール(１８)に接続している。各インジェクタ(１７)には電磁弁(１９)が設けられている。コモンレール(１８)には燃料サプライポンプ(２０)を介して燃料タンク(２１)を接続している。
【００２１】
目標エンジン回転数設定手段(２２)と実エンジン回転数検出手段(２３)とクランク角検出手段(２４)と気筒判別手段(２５)とを制御手段(４)を介してインジェクタ(１７)の電磁弁(１９)に連係させている。目標エンジン回転数設定手段(２２)は、調速レバーの設定位置から目標エンジン回転数を電圧値として出力するポテンショメータである。実エンジン回転数検出手段(２３)とクランク角検出手段(２４)はロータプレート(１２)の外周に臨ませたピックアップコイルで、ロータプレート(１２)の外周に一定間隔で多数設けた歯の数を検出し、実エンジン回転数とクランク角を検出する。気筒判別手段(２５)は、センサプレート(１４)に設けた突起の検出により、各気筒の燃焼サイクルがいかなる行程にあるかを判別するためのセンサである。制御手段(４)は、エンジンＥＣＵである。ＥＣＵは、電子制御ユニットの略称である。
制御手段(４)は、目標エンジン回転数と実エンジン回転数の偏差を小さくするように、インジェクタ(１７)の電磁弁(１９)の開弁タイミングと開弁継続時間を制御し、インジェクタ(１７)から燃焼室に所定の噴射タイミングで所定量の燃料噴射を行わせる。
【００２２】
図１に示すように、排気マニホルド(１５)から過給機(１６)の排気タービン(２６)を介してＤＰＦハウジング(７)に至る排気経路(１)を設けている。このＤＰＦハウジング(７)内にＤＰＦ(２)と燃焼触媒(２７)を収容している。この燃焼触媒(２７)はＤＰＦ(２)の上流に配置されている。ＤＰＦハウジング(７)にはＤＰＦ(２)入口側の排気温度センサ(２８)とＤＰＦ(２)入口側の排気圧センサ(２９)とＤＰＦ(２)出口側の排気圧センサ(３０)とが配置され、これら各センサ(２８)(２９)(３０)には制御手段(４)を介して各インジェクタ(１７)の電磁弁(１９)と連係させている。
【００２３】
ＤＰＦ(２)では排気(３)中のＰＭを捕捉し、このＤＰＦ(２)でのＰＭ堆積量が所定のＰＭ除去要求量に達したことを、制御手段(４)が検出したことに基づいて、制御手段(４)がＤＰＦ昇温手段(５)にＰＭの除去昇温処理を実施させ、このＰＭの除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高める。具体的には、排気(３)の温度を６００°Ｃとする。排気(３)の温度は、ＤＰＦ(２)入口側の排気温度センサ(２８)で検出し、制御手段にフィードバックする。
【００２４】
ＰＭ堆積量は、ＤＰＦ(２)入口側の排気圧センサ(２９)とＤＰＦ(２)出口側の排気圧センサ(３０)でＤＰＦ(２)の入口側と出口側の排気圧を検出し、排気圧とその差圧毎に実験的に求めたＰＭ堆積量に関するマップデータに基づいて、制御手段(４)が推定する。
ＤＰＦ昇温手段(５)は、排気ガス昇温手段(６)であり、インジェクタ(１７)の電磁弁(１９)と燃焼触媒(２７)との組み合わせからなる。すなわち、制御手段(４)が排気行程で電磁弁(１９)を開弁させることにより、いわゆるボスト噴射を行い、未燃燃料を排気(３)中に混入させ、この未燃燃料を燃焼触媒(２７)で燃焼させることにより、その燃焼熱で排気(３)の温度を昇温させる。燃焼触媒(２７)は酸化触媒である。
ＤＰＦ昇温手段(５)は、排気経路(１)中に燃料を噴射する排気管噴射式のインジェクタの電磁弁と燃焼触媒(２７)の組み合わせであってもよいし、ＤＰＦ(２)の上流、或いはＤＰＦ(２)に組み込んだ電気ヒータであってもよい。
【００２５】
また、排気(３)の温度が所定の高負荷寄り運転温度領域内にある場合には、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理を制御手段(４)が実施し、推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が特定硫黄化合物の所定の除去要求値に達したことに基づいて、制御手段(４)がＤＰＦ昇温手段(５)に特定硫黄化合物の除去昇温処理を実施させ、この特定硫黄化合物の除去昇温処理では、通常運転の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高めるようにした。
高負荷寄り運転温度領域は、排気(３)の温度が４００〜６００°Ｃとなる温度領域をいうが、排気(３)の温度が少なくとも４００〜５００°Ｃとなる温度領域を含むように設定する。
高負荷寄り運転とは、高負荷運転及び中負荷運転の高負荷側の運転をいう。通常運転とは、ＰＭや特定硫黄化合物の除去昇温処理運転を除く運転をいう。
【００２６】
特定硫黄化合物の除去昇温処理では、ＰＭの除去昇温処理の場合よりもＤＰＦ(２)の温度を高める。具体的には、特定硫黄化合物の除去昇温処理に当たっては、排気ガス昇温手段(６)がＰＭの除去昇温処理の場合よりも排気(３)の温度を５０°Ｃ高くし、６５０°Ｃとする。排気(３)の温度は、２５〜７５°Ｃ高くするのが望ましい。
【００２７】
推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が所定の特定硫黄化合物の除去要求値に達する前にＰＭの除去昇温処理がなされた場合には、制御手段(４)が、前記特定硫黄化合物の堆積積算値をリセットし、ＰＭの除去昇温処理が終了した後に、前記特定硫黄化合物の堆積積算値の推定処理を再開する。
リセット時には堆積積算値をＯにする。
【００２８】
制御手段(４)は、所定エンジン回転数の所定負荷毎に実験的に求めた単位時間当たりの特定硫黄化合物の堆積量に関するマップデータに基づいて、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値を推定する。
これに代えて、制御手段(４)は、所定エンジン回転数の所定排気温度毎に実験的に求めた単位時間当たりの特定硫黄化合物の堆積量に関するマップデータに基づいて、ＤＰＦ(２)に堆積する特定硫黄化合物の堆積積算値を推定してもよい。
【００２９】
制御手段による特定硫黄化合物の除去昇温処理の流れは、次の通りである。
図２に示すように、ステップ(Ｓ１)でＰＭの除去昇温処理中か否かが判定され、判定が否定の場合には、ステップ(Ｓ２)で排気温度が高負荷寄り運転温度領域か否かが判定され、判定が肯定の場合には、ステップ(Ｓ３)で特定硫黄化合物の堆積積算量を推定し、ステップ(Ｓ４)で特定硫黄化合物の堆積積算量が特定硫黄化合物の除去要求値に達したか否かが判定され、判定が肯定の場合には、ステップ(Ｓ５)で特定硫黄化合物の除去昇温処理を実施し、ステップ(Ｓ６)で特定硫黄化合物の堆積積算値をリセットする。
ステップ(Ｓ１)での判定が肯定の場合には、ステップ(Ｓ６)で特定硫黄化合物の堆積積算値をリセットする。ステップ(Ｓ４)での判定が否定の場合には、ステップ(Ｓ１)に戻る。このため、推定された特定硫黄化合物の堆積積算値が所定の特定硫黄化合物の除去要求値に達する前にＰＭの除去昇温処理がなされた場合には、制御手段(４)が、前記特定硫黄化合物の堆積積算値をリセットすることになる。
【符号の説明】
【００３０】
(１) 排気経路
(２) ＤＰＦ
(３) 排気
(４) 制御手段
(５) ＤＰＦ昇温手段
(６) 排気ガス昇温手段
【図１】
2010229987.tif 000003
【図２】
2010229987.tif 000004