(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンＥＣＵ(５)と、ＤＯＣ(２)と、ＤＯＣ(２)の排気下流側に配置されたＤＰＦ(７)と、ＤＯＣ(２)の排気上流側に配置された燃料供給装置(８)を備え、
ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)が所定のＤＰＦ再生開始判定値(ＦＳ)に至っているが、ＤＯＣ(２)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至っていない場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＯＣ活性化処理がなされ、ＤＯＣ活性化処理では、排気(９)が昇温され、ＤＯＣ(２)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至った場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)がなされ、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)では、燃料供給装置(８)から排気(９)に燃料が供給され、この燃料のＤＯＣ(２)での触媒燃焼で、排気(９)が昇温され、この排気(９)の熱で、ＤＰＦ(７)に堆積したＰＭが焼却されるように構成されている、ディーゼルエンジンにおいて、
ＤＯＣ(２)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と、この排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気下流側に配置された排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)で構成され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の間に排気絞り弁(９ａ)が設けられ、ＤＯＣ活性化処理では、排気絞り弁(９ａ)の開度が減少(Ｓ５)され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)まで昇温され、その後、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)がなされるように構成され、
排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側に電気ヒータ(３)が設けられ、
ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至らない低温度領域(Ｔ１)にある場合、その情報の検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)が発熱(Ｓ４)するように構成され、
ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)未満で、低温度領域(Ｔ１)よりも高い中温度領域(Ｔ３)にある場合、その情報の検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)が禁止されるように構成されている、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に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)よりも熱容量が小さくなるように構成されている、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または請求項２に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
ＤＯＣ活性化処理で、排気絞り弁(９ａ)の排気上流側の排気圧力(Ｐ)が所定の過剰圧力領域(Ｐ３)に至った場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、排気絞り弁(９ａ)の開度が増加(Ｓ１５)されるように構成されている、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から請求項３のいずれかに記載されたディーゼルエンジンにおいて、
ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至った場合には、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、排気絞り弁(９ａ)が全開(Ｓ９)されるように構成されている、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から請求項４のいずれかに記載されたディーゼルエンジンにおいて、
電気ヒータ(３)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されている、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のいずれかに記載されたディーゼルエンジンにおいて、
排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側にハニカム構造体(１０)が設けられ、ハニカム構造体(１０)は、排気経路(１)の排気通過方向に貫通する多数のセル(１０ａ)(１０ｂ)を備え、ハニカム構造体(１０)のうち、中心ハニカム部(１０ｄ)のみが前記電気ヒータ(３)とされている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項７】
請求項６に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
電気ヒータ(３)を構成する中心ハニカム部(１０ｄ)は、その周囲を取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)よりも高いセル密度で構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【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、低負荷運転時のＤＰＦの再生を促進することができるディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの発明として、次のものがある (例えば、特許文献１参照)。
エンジンＥＣＵと、ＤＯＣと、ＤＯＣの排気下流側に配置されたＤＰＦと、ＤＯＣの排気上流側に配置された燃料供給装置を備え、ＤＰＦのＰＭ堆積量推定値が所定のＤＰＦ再生開始判定値に至っているが、ＤＯＣの推定温度が活性化温度領域に至っていない場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵの指令で、ＤＯＣ活性化処理がなされ、ＤＯＣ活性化処理では、排気が昇温され、ＤＯＣの推定温度が活性化温度領域に至った場合、その情報を検出したエンジンＥＵＣの指令で、ＤＰＦ再生処理がなされ、ＤＰＦ再生処理では、燃料供給装置から排気に燃料が供給され、この燃料のＤＯＣでの触媒燃焼で、排気が昇温され、この排気の熱で、ＤＰＦに堆積したＰＭが焼却されるように構成されている、ディーゼルエンジン。
【０００３】
この種の発明では、排気温度が低い場合でも、ＤＯＣ活性化処理で、ＤＰＦの再生が可能となる利点がある。
【０００４】
特許文献１の発明では、ＤＯＣ活性化処理は、吸気絞り弁の開度を小さくすることにより行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５１０５８号(図１〜図４参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
《問題点》  低負荷運転時のＤＰＦ再生が停滞する。
特許文献１の発明では、ＤＯＣ活性化処理は、吸気絞り弁の開度を小さくすることにより行われているため、ＤＯＣの昇温効率が低く、排気温度が低い低負荷運転時には、ＤＯＣの活性化に時間がかかり、低負荷時のＤＰＦ再生が停滞する。
【０００７】
本発明の課題は、低負荷運転時のＤＰＦの再生を促進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】
【０００８】
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に例示するように、エンジンＥＣＵ(５)と、ＤＯＣ(２)と、ＤＯＣ(２)の排気下流側に配置されたＤＰＦ(７)と、ＤＯＣ(２)の排気上流側に配置された燃料供給装置(８)を備え、
図２に例示するように、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)が所定のＤＰＦ再生開始判定値(ＦＳ)に至っているが、ＤＯＣ(２)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至っていない場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＯＣ活性化処理がなされ、ＤＯＣ活性化処理では、排気(９)が昇温され、ＤＯＣ(２)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至った場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)がなされ、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)では、図１に例示する燃料供給装置(８)から排気(９)に燃料が供給され、この燃料のＤＯＣ(２)での触媒燃焼で、排気(９)が昇温され、この排気(９)の熱で、ＤＰＦ(７)に堆積したＰＭが焼却されるように構成されている、ディーゼルエンジンにおいて、
図１に例示するように、ＤＯＣ(２)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と、この排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気下流側に配置された排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)で構成され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の間に排気絞り弁(９ａ)が設けられ、図２に例示するように、ＤＯＣ活性化処理では、排気絞り弁(９ａ)の開度が減少(Ｓ５)され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)まで昇温され、その後、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)がなされるように構成され、
図２，３に例示するように、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側に電気ヒータ(３)が設けられ、
ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至らない低温度領域(Ｔ１)にある場合、その情報の検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)が発熱(Ｓ４)するように構成され、
図２，３に例示するように、ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)未満で、低温度領域(Ｔ１)よりも高い中温度領域(Ｔ３)にある場合、その情報の検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)が禁止されるように構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【発明の効果】
【０００９】
(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》  低負荷運転時のＤＰＦの再生を促進することができる。
本発明では、ＤＯＣ活性化処理で、図１に例示する排気絞り弁(９ａ)の排気上流側の排気圧力(Ｐ)が上昇し、排気(９)の昇温で、ＤＯＣ(２)の一部を構成する排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)がスムーズに昇温され、その後のＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)で供給された燃料の排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)での触媒燃焼で、排気(９)が昇温され、この排気(９)の熱で、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)と並行して、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)も活性化され、ＤＯＣ(２)の昇温効率が高まり、排気(９)の温度が低い低負荷運転時でも、ＤＯＣ(２)の活性化に時間がかからず、低負荷運転時のＤＰＦ(７)の再生を促進することができる。
《効果》  低負荷運転時のＤＰＦの再生を促進することができる。
本発明では、図２，図３に例示するように、ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至らない低温度領域(Ｔ１)にある場合、その情報の検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)がなされるように構成されているため、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の昇温が一層促進され、低負荷運転時のＤＰＦ(７)の再生を促進することができる。
《効果》  非効率な電気ヒータの発熱による電力消費を抑制することができる。
本発明では、図２，３に例示するように、ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)未満で、低温度領域(Ｔ１)よりも高い中温度領域(Ｔ３)にある場合、その情報の検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)が禁止されるように構成されているため、比較的温度が高く、加熱効率の低い中温度領域(Ｔ３)での非効率な電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)による電力消費を抑制することができる。
【００１０】
(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》  低負荷運転時のＤＰＦの再生を促進することができる。
排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)よりも熱容量が小さくなるように構成されているため、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化に要する時間が短縮され、低負荷運転時のＤＰＦの再生を促進することができる。
【００１１】
(請求項３に係る発明)
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  ＤＯＣ活性化処理での背圧上昇による出力低下を防止することができる。
本発明では、図２に例示するように、ＤＯＣ活性化処理で、排気絞り弁(９ａ)の排気上流側の排気圧力(Ｐ)が所定の過剰圧力領域(Ｐ３)に至った場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、排気絞り弁(９ａ)の開度が増加(Ｓ１５)されるように構成されているため、ＤＯＣ活性化処理での背圧上昇による出力低下を防止することができる。
【００１２】
(請求項４に係る発明)
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３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活性化処理後の背圧上昇による出力低下を防止することができる。
本発明では、図２に例示するように、ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至った場合には、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、排気絞り弁(９ａ)が全開(Ｓ９)されるように構成されているため、ＤＯＣ活性化処理後の背圧上昇による出力低下を防止することができる。  
【００１３】
【００１４】
【００１５】
(請求項５に係る発明)
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４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》  低負荷運転時のＤＰＦの再生を促進することができる。
本発明では、図１に例示するように、電気ヒータ(３)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されているため、電気ヒータ(３)から排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)への熱の伝導ロスが小さく、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の昇温効率が高まり、排気温度が低い低負荷運転時でも、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化に時間がかからず、低負荷運転時のＤＰＦ(７)の再生を促進することができる。
【００１６】
(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》  ＤＰＦの再生効率を高めることができる。
本発明では、図１に例示するように、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側にハニカム構造体(１０)が設けられ、図４(Ａ)に例示するように、ハニカム構造体(１０)は、排気経路(１)の排気通過方向に貫通する多数のセル(１０ａ)(１０ｂ)を備え、ハニカム構造体(１０)のうち、中心ハニカム部(１０ｄ)のみが前記電気ヒータ(３)とされているため、排気経路(１)外への熱の逃げが起こり難い中心ハニカム部(１０ｄ)の電気ヒータ(３)で、排気(９)の温度が上昇され、排気(９)の昇温効率が高く、排気(９)の温度が低い軽負荷運転時でも、速やかに排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、ＤＰＦ(７)の再生効率を高めることができる。
【００１７】
(請求項７に係る発明)
請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  ＤＰＦの再生効率を高めることができる。
本発明では、図４(Ａ)に例示するように電気ヒータ(３)を構成する中心ハニカム部(１０ｄ)は、その周囲を取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)よりも高いセル密度で構成されているため、電気ヒータ(３)の放熱面積が広く、排気(９)の昇温効率が高まり、排気(９)の温度が低い軽負荷運転時でも、速やかに排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、ＤＰＦ(７)の再生効率を高めることができる。
【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模式図である。
【図２】本発明の実施形態で用いるエンジンＥＣＵによるＤＯＣ活性化処理とＤＰＦ再生処理のフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態で用いるエンジンＥＣＵによる排気絞り弁の開度調節と電気ヒータの発熱の組み合わせを説明する図である。
【図４】本発明の実施形態で用いる電気ヒータと排気上流側ＤＯＣを説明する図で、図４(Ａ)は電気ヒータを備えたハニカム構造体をその中心軸線と平行な向きに見た正面図、図４(Ｂ)は排気上流側ＤＯＣをその中心軸線と平行な向きに見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図４は本発明の実施形態に係るエンジンを説明する図であり、この実施形態では、立形の直列４気筒ディーゼルエンジンについて説明する。
【００２０】
エンジンの構成は、次の通りである。
クランク軸(１１)の架設方向を前後方向、フライホイール(１２)の配置された側を後側、その反対側を前側、前後方向と直交するエンジン幅方向を横方向とする。
図１に示すように、このエンジンは、シリンダヘッド(１３)の横一側に組みつけられた吸気マニホルド(１４)と、シリンダヘッド(１３)の横他側に組み付けられた排気マニホルド(１５)を備えている。
図１に示すように、このエンジンは、エンジンＥＣＵ(５)を備えている。
エンジンＥＣＵは、電子制御ユニットの略称で、エンジンＥＣＵ(５)はマイコンである。
【００２１】
図１に示すように、このエンジンは、排気装置を備えている。
排気装置は、排気マニホルド(１５)と、排気マニホルド(１５)に設けられた過給機(１６)の排気タービン(１６ａ)と、排気タービン(１６ａ)の排気出口(１６ｂ)から導出された排気導出通路(１６ｃ)を備えている。
【００２２】
図１に示すように、このエンジンは、吸気装置を備えている。
吸気装置は、過給機(１６)のコンプレッサ(１６ｄ)と、コンプレッサ(１６ｄ)の吸気入口(１６ｅ)の吸気上流側に設けられたエアフローセンサ(１７)と、コンプレッサ(１６ｄ)の過給気出口(１６ｆ)と吸気マニホルド(１４)の間に配置されたインタークーラ(１８)と、インタークーラ(１８)と吸気マニホルド(１４)の間に配置された吸気絞り弁(１９)と、排気マニホルド(１５)と吸気マニホルド(１４)の間に配置されたＥＧＲクーラ(２０)と、ＥＧＲクーラ(２０)と吸気マニホルド(１４)の間に配置されたＥＧＲ弁(２１)を備えている。ＥＧＲは、排気ガス還流の略称である。
吸気絞り弁(１９)とＥＧＲ弁(２１)は、いずれも電動式開閉弁で、これらはエンジンＥＣＵ(５)を介して電源(４)に電気的に接続されている。エアフローセンサ(１７)は吸気温度センサを備え、エンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続されている。電源(４)はバッテリである。
【００２３】
図１に示すように、このエンジンは、燃料噴射装置を備えている。
燃料噴射装置は、各燃焼室(２３)に設けられた燃料噴射弁(２４)と、燃料噴射弁(２４)から噴射する燃料を蓄圧するコモンレール(２５)と、コモンレール(２５)に燃料タンク(２６)から燃料を圧送する燃料サプライポンプ(２７)を備えている。
燃料噴射弁(２４)は電磁式開閉弁を備え、燃料サプライポンプ(２７)は、電動式調圧弁を備え、これらはエンジンＥＣＵ(５)を介して電源(４)に電気的に接続されている。
【００２４】
図１に示すように、このエンジンは、調速装置を備えている。
調速装置は、エンジンの目標回転数を設定するアクセルレバー(２８)の設定位置を検出するアクセルセンサ(２９)と、エンジンの実回転数を検出する実回転数センサ(３０)を備え、これらセンサ(２９)(３０)はエンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続されている。
【００２５】
図１に示すように、このエンジンは、始動装置を備えている。
始動装置は、スタータモータ(３１)と、キースイッチ(２２)を備え、スタータモータ(３１)とキースイッチ(２２)は、エンジンＥＣＵ(５)を介して電源(４)に電気的に接続されている。キースイッチ(２２)は、ＯＦＦ位置と、ＯＮ位置と、スタート位置を備えている。
【００２６】
エンジンＥＣＵ(５)は、次のような運転制御を行うように構成されている。
エンジンの目標回転数と実回転数の回転数偏差を小さくするように、燃料噴射弁(２４)からの燃料噴射量や噴射タイミングを設定し、負荷変動によるエンジンの回転数変動を小さくする。
エンジンの回転数と負荷と吸気量と吸気温度に応じ、吸気絞り弁(１９)とＥＧＲ弁(２１)の開度を調節し、吸気量やＥＧＲ率を調節する。
キースイッチ(２２)がスタート位置に投入されると、スタータモータ(３１)を駆動し、エンジンの始動を行う。キースイッチ(２２)がＯＮ位置に投入されると、電源(４)からエンジン各部への通電により、エンジン運転状態が維持され、キースイッチ(２２)がＯＦＦ位置に投入されると、燃料噴射弁(２４)からの燃料噴射が停止され、エンジンが停止される。
【００２７】
図１に示すように、この排気処理装置は、エンジンＥＣＵ(５)と、ＤＯＣ(２)と、ＤＯＣ(２)の排気下流側に配置されたＤＰＦ(７)と、ＤＯＣ(２)の排気上流側に配置された燃料供給装置(８)を備えている。
図２に示すように、この排気処理装置では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)が所定のＤＰＦ再生開始判定値(ＦＳ)に至っているが、ＤＯＣ(２)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至っていない場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＯＣ活性化処理がなされ、ＤＯＣ活性化処理では、排気(９)が昇温され、ＤＯＣ(２)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至った場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)がなされ、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)では、図１に示す燃料供給装置(８)から排気(９)に燃料が供給され、この燃料のＤＯＣ(２)での触媒燃焼で、排気(９)が昇温され、この排気(９)の熱で、ＤＰＦ(７)に堆積したＰＭが焼却されるように構成されている。
このため、この排気処理装置では、排気(９)の温度が低い場合でも、ＤＯＣ活性化処理で、ＤＰＦ(７)の再生が可能となる。
【００２８】
この排気処理装置では、図１に示すように、ＤＯＣ(２)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と、この排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気下流側に配置された排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)で構成され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の間に排気絞り弁(９ａ)が設けられ、図２に例示するように、ＤＯＣ活性化処理では、排気絞り弁(９ａ)の開度が減少(Ｓ５)され、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)まで昇温され、その後、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)がなされるように構成されている。
このため、この排気処理装置では、ＤＯＣ活性化処理で、図１に例示する排気絞り弁(９ａ)の排気上流側の排気圧力(Ｐ)が上昇し、排気(９)の昇温で、ＤＯＣ(２)の一部を構成する排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)がスムーズに昇温され、その後のＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)で供給された燃料の排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)での触媒燃焼で、排気(９)が昇温され、この排気(９)の熱で、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)と並行して、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)も活性化され、ＤＯＣ(２)の昇温効率が高まり、排気(９)の温度が低い低負荷運転時でも、ＤＯＣ(２)の活性化に時間がかからず、低負荷運転時のＤＰＦ(７)の再生を促進することができる。
図１に示すように、排気絞り弁(９ａ)は電動式開閉弁で、これはエンジンＥＣＵ(５)を介して電源(４)に電気的に接続されている。
【００２９】
この排気処理装置では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)よりも熱容量が小さくなるように構成されているため、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化に要する時間が短縮され、低負荷運転時のＤＰＦの再生を促進することができる。
【００３０】
ＤＯＣは、ディーゼル酸化触媒の略称である。
図１に示すように、ＤＯＣ(２)を構成する排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)は、いずれも酸化触媒成分を担持する担体を備えている。
担体は、内部に軸長方向に沿う多数のセルが貫通状に並設されたフロースルー型のメタルハニカムであり、セル内に白金やパラジウムやロジウム等の酸化触媒成分が担持されている。
図１に示すように、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)と、同一素材、同一外形、同一セル密度ではあるが、排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)よりも軸長寸法が短く、小容積で、熱容量が小さくなるように構成されている。排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)は、電気ヒータ(３)とは電気的に絶縁されている。
【００３１】
ＤＰＦは、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの略称であり、ＤＰＦ(７)は、排気(９)に含まれるＰＭを捕捉する。ＰＭは、粒子状物質の略称である。
ＤＰＦ(７)は、内部に軸長方向に沿う多数のセルが並設され、隣り合うセルの入口と出口が交互に目封じされたウォールフローハニカム型のセラミックハニカムである。
【００３２】
図１に示すように、ＤＯＣ(２)とＤＰＦ(７)は、排気経路(１)に配置されている。
排気経路(１)は、排気タービン(１６ａ)の排気出口(１６ｂ)から導出された排気導出通路(１６ｃ)の下流に配置され、途中に上流側ＤＯＣ収容ケース(１ａ)と、その排気下流側に配置された下流側ＤＯＣ収容ケース(１ｂ)を備え、上流側ＤＯＣ収容ケース(１ａ)に電気ヒータ(３)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が収容され、下流側ＤＯＣ収容ケース(１ｂ)に排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)とＤＰＦ(７)が収容され、ＤＰＦ(７)は排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)の排気下流側に収容されている。
【００３３】
ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量の推定は、次のようにして行われる。
図１に示すように、排気処理装置は、ＤＰＦ(７)の出入口の差圧を検出する差圧センサ(３２)を備え、差圧センサ(３２)はエンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続され、ＤＰＦ(７)の出入口の差圧に基づいて、エンジンＥＣＵ(５)がＤＰＦ(７)に堆積したＰＭの堆積量の推定値を演算する。
【００３４】
ＤＯＣ(２)の温度推定は、次のようにして行われる。
図１に示すように、排気処理装置は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口側排気温度センサ(３４)とＤＯＣ出口側排気温度センサ(３５)を備え、これらセンサ(３４)(３５)はエンジンＥＣＵ(５)に電気的に接続されている。エンジンＥＣＵ(５)では、これらセンサ(３４)(３５)からの排気温度の情報に基づいて、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度を演算する。
【００３５】
燃料供給装置(８)には、コモンレール式の燃料噴射装置が用いられ、ＤＰＦ再生処理では、燃料噴射弁(２４)からポスト噴射がなされ、燃料が排気(９)に混入され、この燃料の排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)と排気下流側ＤＯＣ(２ｃ)での触媒燃焼で、排気(９)が昇温され、この排気(９)の熱で、ＤＰＦ(７)に堆積したＰＭが焼却される。
ポスト噴射とは、燃焼サイクル中、燃料噴射弁(２４)からメイン噴射後、膨張行程または排気行程で燃焼室(２３)に行われる燃料噴射である。
ＤＰＦ再生処理では、ＤＰＦ(７)の入口排気温度が所定の再生可能温度を維持するよう、ポスト噴射量が調節される。
ＤＰＦ再生処理では、ポスト噴射に代え、排気管に設けた燃料噴射弁から排気に燃料を噴射する排気管噴射を行ってもよい。
【００３６】
ＤＰＦ(７)に堆積するＰＭ堆積量推定値がＤＰＦ(７)の再生終了判定値(ＦＦ)を下回った場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令により、ＤＰＦ再生処理は終了する。
ＤＰＦ再生処理は、ＤＰＦ(７)の再生処理が開始された後、ＤＰＦ(７)の入口排気温度が所定の再生可能温度を維持した時間が所定の再生終了判定値に至った場合に終了させてもよい。ＤＰＦ(７)の入口排気温度は、ＤＰＦ入口側排気温度センサ(３８)で検出することができる。
なお、排気処理装置は、ＤＰＦ(７)の出口側排気温度センサ(３３)を備え、ＤＰＦ(７)の排気側出口温度が所定の異常燃焼基準値を越えた場合、その検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令により、ＤＰＦ再生処理を緊急終了させる。
【００３７】
図２に示すように、この排気処理装置では、ＤＯＣ活性化処理で、排気絞り弁(９ａ)の排気上流側の排気圧力(Ｐ)が所定の過剰圧力領域(Ｐ３)に至った場合、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、排気絞り弁(９ａ)の開度が増加(Ｓ１５)されるように構成されているため、ＤＯＣ活性化処理での背圧上昇による出力低下を防止することができる。
排気絞り弁(９ａ)の排気上流側の排気圧力(Ｐ)は、吸気量とＤＯＣ出口側排気温度から排気圧力を算出するマップに基づいて、エンジンＥＣＵ(５)が推定値を演算する。
【００３８】
図２に示すように、この排気処理装置では、ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至った場合には、その情報を検出したエンジンＥＣＵ(５)の指令で、排気絞り弁(９ａ)が全開(Ｓ９)されるように構成されているため、ＤＯＣ活性化処理後の背圧上昇による出力低下を防止することができる。
【００３９】
図１に示すように、この排気処理装置では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側に電気ヒータ(３)が設けられ、図２，図３に示すように、ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至らない低温度領域(Ｔ１)にある場合、その情報の検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)が発熱(Ｓ４)するように構成されている。
このため、この排気処理装置では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の昇温が一層促進され、低負荷運転時のＤＰＦ(７)の再生を促進することができる。
【００４０】
図２，図３に示すように、この排気処理装置では、ＤＯＣ活性化処理で、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)未満で、低温度領域(Ｔ１)よりも高い中温度領域(Ｔ３)にある場合、その情報の検出に基づくエンジンＥＣＵ(５)の指令で、電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)が禁止されるように構成されている。
このため、この排気処理装置では、比較的温度が高く、加熱効率の低い中温度領域(Ｔ３)での非効率な電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)による電力消費を抑制することができる。
【００４１】
図１に示すように、この排気処理装置では、電気ヒータ(３)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のＤＯＣ入口(２ａ)に沿って配置されているため、電気ヒータ(３)から排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)への熱の伝導ロスが小さく、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の昇温効率が高まり、排気温度が低い低負荷運転時でも、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の活性化に時間がかからず、ＤＰＦ(７)の再生を促進することができる。
【００４２】
図１に示すように、この排気処理装置では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側にハニカム構造体(１０)が設けられ、図４(Ａ)に示すように、ハニカム構造体(１０)は、排気経路(１)の排気通過方向に貫通する多数のセル(１０ａ)(１０ｂ)を備え、ハニカム構造体(１０)のうち、中心ハニカム部(１０ｄ)のみが前記電気ヒータ(３)とされている。
このため、この排気処理装置では、排気経路(１)外への熱の逃げが起こり難い中心ハニカム部(１０ｄ)の電気ヒータ(３)で、排気(９)の温度が上昇され、排気(９)の昇温効率が高く、排気(９)の温度が低い軽負荷運転時でも、速やかに排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、ＤＰＦ(７)の再生効率を高めることができる。電気ヒータ(３)を周囲から取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)は、絶縁体(１０ｆ)を介して電気ヒータ(３)と電気的に絶縁されている。
【００４３】
図４(Ａ)に示すように、この排気処理装置では、電気ヒータ(３)を構成する中心ハニカム部(１０ｄ)は、その周囲を取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)よりも高いセル密度で構成されている。
このため、この排気処理装置では、電気ヒータ(３)の放熱面積が広く、排気(９)の昇温効率が高く、排気(９)の温度が低い軽負荷運転時でも、速やかに、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)が活性化され、ＤＰＦ(７)の再生効率を高めることができる。
セル密度は、ハニカムの中心軸線と直交する面の単位面積当たりのセルの数で示され、数値が大きい程、セル密度は高くなる。
【００４４】
図４(Ａ)(Ｂ)に示すハニカム構造体(１０)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の関係は、次の通りである。
図４(Ａ)に示すハニカム構造体(１０)は、電気ヒータ(３)となる中心ハニカム部(１０ｄ)と、電気ヒータ(３)を周囲から取り囲む周囲ハニカム部(１０ｅ)のいずれも、内部に軸長方向に沿う多数のセルが貫通状に並設されたフロースルー型のメタルハニカムである。ハニカム構造体(１０)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)はいずれも円筒径で同じ外径寸法となっており、ハニカム構造体(１０)の中心軸線(１０ｃ)と、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の中心軸線(２ｄ)は同一の直線状に位置し、ハニカム構造体(１０)の電気ヒータ(３)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の中心部(３６)と対向し、ハニカム構造体(１０)の周囲ハニカム部(１０ｅ)は、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の中心部(３６)を取り囲む周囲部(３７)と対向している。ハニカム構造体(１０)の周囲ハニカム部(１０ｅ)と排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)のセル密度は同じに設定されている。
【００４５】
図２に示すエンジンＥＣＵ(５)によるＤＯＣ活性化処理とＤＰＦ再生処理の流れは、次の通りである。
ステップ(Ｓ１)では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量の推定が行われ、ステップ(Ｓ２)に進む。
ステップ(Ｓ２)では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)がＤＰＦ再生開始判定値(ＦＳ)以上であるか否かが判定され、判定が肯定されるまで、ステップ(Ｓ１)とステップ(Ｓ２)が繰り返され、ステップ(Ｓ２)での判定が肯定されると、ステップ(Ｓ３)に進む。
ステップ(Ｓ３)では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が、活性化判定値(Ｔ４)未満の中温度判定値(Ｔ２)以上か否かが判定され、判定が否定された場合、すなわち、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が低温度領域(Ｔ１)にある場合、ステップ(Ｓ４)に進み、ＤＯＣ活性化処理がなされる。
【００４６】
ステップ(Ｓ４)では、電気ヒータ(３)が発熱され、ステップ(Ｓ５)に進む。ス
ステップ(Ｓ５)では、排気絞り弁(９ａ)の開度が減少され、ステップ(Ｓ６)に進む。
ステップ(Ｓ６)では、吸気絞り弁(１９)の開度が増加され、吸気量が増加し、排気量の増加で、排気圧力(Ｐ)が増加し、排気(９)の昇温が促進され、ステップ(Ｓ７)に進む。
ステップ(Ｓ７)では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の排気上流側の排気圧力(Ｐ)が過剰判定値(Ｐ２)以上か否かが判定され、判定が否定された場合、すなわち、排気圧力(Ｐ)が許容圧力領域(Ｐ１)にある場合、ステップ(Ｓ８)に進む。
ステップ(Ｓ８)では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化判定値(Ｔ４)以上か否かが判定され、判定が肯定の場合、すなわち排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至っている場合には、ＤＯＣ活性化処理を終了し、ステップ(Ｓ９)に進む。
【００４７】
ステップ(Ｓ９)では、排気絞り弁(９ａ)が全開され、ステップ(Ｓ１０)に進む。
ステップ(Ｓ１０)では、ＤＰＦ再生処理がなされ、ステップ(Ｓ１１)に進む。
ステップ(Ｓ１１)では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量の推定が行われ、ステップ(Ｓ１２)に進む。
ステップ(Ｓ１２)では、ＤＰＦ(７)のＰＭ堆積量推定値(Ｆ)がＤＰＦ再生終了判定値(ＦＦ)以下であるか否かが判定され、判定が肯定された場合、すなわち、ＤＰＦ再生終了判定がなされた場合、ステップ(Ｓ１３)に進む。ステップ(Ｓ１３)では、ＤＰＦ再生処理が終了され、ステップ(Ｓ１)に戻る。
【００４８】
ステップ(Ｓ３)で、判定が否定された場合、すなわち、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が中温度領域(Ｔ３)または活性化温度領域(Ｔ５)に至っている場合、ステップ(Ｓ１４)に進む。
ステップ(Ｓ１４)では、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化判定値(Ｔ４)以上か否かが判定され、判定が否定された場合、すなわち、ＤＯＣ(２)の推定温度(Ｔ)が中温度領域(Ｔ３)にある場合、ステップ(Ｓ５)に進み、電気ヒータ(３)の発熱(Ｓ４)が禁止された状態で、ＤＯＣ活性化処理がなされる。ステップ(Ｓ１４)で判定が肯定された場合、すなわち、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が活性化温度領域(Ｔ５)に至っている場合、ステップ(Ｓ９)に進み、ＤＯＣ活性化処理がなされずに、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)がなされる。
ステップ(Ｓ７)で、判定が肯定された場合、すなわち、排気圧力(Ｐ)が過剰圧力領域(Ｐ３)に至っている場合、ステップ(Ｓ１５)に進む。ステップ(Ｓ１５)では、排気絞り弁(９ａ)の開度が増加され、ステップ(Ｓ８)に進む。
ステップ(Ｓ８)で、判定が否定された場合、すなわち、排気上流側ＤＯＣ(２ｂ)の推定温度(Ｔ)が低温度領域(Ｔ１)か中温度領域(Ｔ３)である場合、ステップ(Ｓ３)に戻る。
ステップ(Ｓ１２)で、判定が否定された場合、すなわち、ＤＰＦ再生終了判定がなされない場合、ステップ(Ｓ１０)に戻り、ＤＰＦ再生処理(Ｓ１０)が継続される。
【符号の説明】
【００４９】
(１)…排気経路、(１ａ)…ＤＯＣ収容ケース、(１ｂ)…ＤＰＦ収容ケース、(２)…ＤＯＣ、(２ａ)…ＤＯＣ入口、(２ｂ)…排気上流側ＤＯＣ、(２ｃ)…排気下流側ＤＯＣ、(３)…電気ヒータ、(５)…エンジンＥＣＵ、(７)…ＤＰＦ、(８)…燃料供給装置、(９)…排気、(９ａ)…排気絞り弁、(１０)…ハニカム構造体、(１０ａ)…セル、(１０ｂ)…セル、(１０ｄ)…中心ハニカム部、(１０ｅ)…周囲ハニカム部、(Ｆ)…ＰＭ堆積量推定値、(ＦＳ)…ＤＰＦ再生開始判定値、(Ｔ)…ＤＯＣの推定温度、(Ｔ１)…低温度領域、(Ｔ３)…中温度領域、(Ｔ５)…活性化温度領域、(Ｓ４)…電気ヒータが発熱、(Ｓ６)…排気絞り弁の開度が減少、(Ｓ９)…排気絞り弁が全開、(Ｓ１０)…ＤＰＦ再生処理、(Ｓ１５)…排気絞り弁の開度が増加、(Ｐ)…排気圧力、(Ｐ３)…過剰圧力領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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