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技術 エンジンの排気ガス処理システム

出願人 ヤンマー株式会社
発明者 富樫太一太田篤嗣
出願日 2010年3月9日 (10年9ヶ月経過) 出願番号 2010-052003
公開日 2011年9月22日 (9年3ヶ月経過) 公開番号 2011-185177
状態 特許登録済
技術分野 排気の固体成分の処理 絞り弁の制御および操作手段との関連機構等
主要キーワード 保持判定 負荷解除 所定率 ブロック線 通常開度 保持フラグ 加速終了後 負荷投入
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年9月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

DPFの再生制御移行するとき、又は再生制御から復帰するときのエンジン音の急激な変化を緩和する排気ガス処理システムを提供する。

解決手段

排気経路13に排気ガスのDPF35を設けた排気ガス処理システム10において、通常開度Snから再生開度Sbまでの絞り過程、並びに、再生開度Sbから通常開度Sdまでの復帰過程、における吸気絞り弁20のスロットル開度Sを所定時間で漸減または漸増する通常開度変化率Rnおよび過渡開度変化率Rtで構成した。

概要

背景

従来、ディーゼルエンジン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。例えば、特許文献1は、ディーゼルエンジンの吸気絞り弁または排気絞り弁を絞って、排気ガス温度を高温にすることで、DPFを再生制御する構成を開示している。

しかし、特許文献1の構成は、吸気絞り弁または排気絞り弁の開度について、エンジン回転数負荷との相関関係に基づいて通常開度再生開度とで切り替えるのみの構成であるため、吸気絞り弁または排気絞り弁の開度の切り替えに伴ってエンジン音が急激に変化し、このエンジン音の急激な変化が運転者に違和感を与えることがある。

概要

DPFの再生制御に移行するとき、又は再生制御から復帰するときのエンジン音の急激な変化を緩和する排気ガス処理システムを提供する。排気経路13に排気ガスのDPF35を設けた排気ガス処理システム10において、通常開度Snから再生開度Sbまでの絞り過程、並びに、再生開度Sbから通常開度Sdまでの復帰過程、における吸気絞り弁20のスロットル開度Sを所定時間で漸減または漸増する通常開度変化率Rnおよび過渡開度変化率Rtで構成した。

目的

特開2002−276405号公報






解決しようとする問題は、パティキュレート除去フィルタの再生制御に移行するとき、又は再生制御から復帰するときのエンジン音の急激な変化を緩和する排気ガス処理システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

排気経路排気ガスパティキュレート除去フィルタを設け、該パティキュレート除去フィルタの再生時に吸気絞り弁または排気絞り弁を通常開度以下の再生開度まで絞り、前記パティキュレート除去フィルタの再生後に再生開度から通常開度まで復帰させるエンジン排気ガス処理システムにおいて、通常開度から再生開度までの絞り過程、並びに、再生開度から通常開度までの復帰過程における前記吸気絞り弁または排気絞り弁の開度を、漸減または漸増する開度変化率で変化させる、ことを特徴とするエンジンの排気ガス処理システム。

請求項2

請求項1記載のエンジンの排気ガス処理システムにおいて、前記パティキュレート除去フィルタの再生制御中に加速要求または負荷投入要求が入力されたときには、再生開度に設定されている前記吸気絞り弁または排気絞り弁を通常開度に復帰し、加速要求または負荷投入要求が解除されたときには、該吸気絞り弁または排気絞り弁を再生開度に再度絞り、前記開度変化率は、通常開度変化率と、該通常開度変化率よりも大きい開度変化率を有する過渡開度変化率と、を含み、前記パティキュレート除去フィルタの再生制御の開始後で加速要求または負荷投入要求の初回の入力後から再生制御の終了までの期間は、前記吸気絞り弁または排気絞り弁の絞り過程および復帰過程の開度変化率を、前記通常開度変化率から過渡開度変化率へ切り替える、ことを特徴とするエンジンの排気ガス処理システム。

請求項3

請求項2記載のエンジンの排気ガス処理システムにおいて、前記吸気絞り弁または排気絞り弁の通常開度変化率による開度よりも過渡開度変化率による開度が上回ったときに、開度変化率を前記通常開度変化率から前記過渡開度変化率へ切り替える、ことを特徴とするエンジンの排気ガス処理システム。

技術分野

0001

本発明は、エンジン排気ガス処理システムに関する。

背景技術

0002

従来、ディーゼルエンジン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。

0003

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。例えば、特許文献1は、ディーゼルエンジンの吸気絞り弁または排気絞り弁を絞って、排気ガス温度を高温にすることで、DPFを再生制御する構成を開示している。

0004

しかし、特許文献1の構成は、吸気絞り弁または排気絞り弁の開度について、エンジン回転数負荷との相関関係に基づいて通常開度再生開度とで切り替えるのみの構成であるため、吸気絞り弁または排気絞り弁の開度の切り替えに伴ってエンジン音が急激に変化し、このエンジン音の急激な変化が運転者に違和感を与えることがある。

先行技術

0005

特開2002−276405号公報

発明が解決しようとする課題

0006

解決しようとする問題は、パティキュレート除去フィルタの再生制御に移行するとき、又は再生制御から復帰するときのエンジン音の急激な変化を緩和する排気ガス処理システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0007

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。

0008

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除去フィルタを設け、該パティキュレート除去フィルタの再生時に吸気絞り弁または排気絞り弁を通常開度以下の再生開度まで絞り、前記パティキュレート除去フィルタの再生後に再生開度から通常開度まで復帰させるエンジンの排気ガス処理システムにおいて、通常開度から再生開度までの絞り過程、並びに、再生開度から通常開度までの復帰過程における前記吸気絞り弁または排気絞り弁の開度を、漸減または漸増する開度変化率で変化させるものである。

0009

請求項2においては、請求項1記載のエンジンの排気ガス処理システムにおいて、前記パティキュレート除去フィルタの再生制御中に加速要求または負荷投入要求が入力されたときには、再生開度に設定されている前記吸気絞り弁または排気絞り弁を通常開度に復帰し、加速要求または負荷投入要求が解除されたときには、該吸気絞り弁または排気絞り弁を再生開度に再度絞り、前記開度変化率は、通常開度変化率と、該通常開度変化率よりも大きい開度変化率を有する過渡開度変化率と、を含み、前記パティキュレート除去フィルタの再生制御の開始後で加速要求または負荷投入要求の初回の入力後から再生制御の終了までの期間は、前記吸気絞り弁または排気絞り弁の絞り過程および復帰過程の開度変化率を、前記通常開度変化率から過渡開度変化率へ切り替えるものである。

0010

請求項3においては、請求項2記載のエンジンの排気ガス処理システムにおいて、前記吸気絞り弁または排気絞り弁の通常開度変化率による開度よりも過渡開度変化率による開度が上回ったときに、開度変化率を前記通常開度変化率から前記過渡開度変化率へ切り替えるものである。

発明の効果

0011

本発明は、以下の効果を奏する。

0012

請求項1においては、パティキュレート除去フィルタの再生制御に移行するとき、又は再生制御から復帰するときのエンジン音の急激な変化を緩和できる。

0013

請求項2においては、吸気絞り弁または排気絞り弁によるパティキュレート除去フィルタの再生処理再開までの時間を短縮できる。そのため、加速終了後負荷解除後に速やかに排気ガス温度を再生温度まで上昇させることができる。

0014

請求項3においては、開度変化率の切り替えに伴う吸気絞り弁または排気絞り弁の瞬間的な開度縮小を防止できる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の一実施形態である排気ガス処理システムを備えるエンジンの構成を示す構成図。
同じく排気ガス処理システムのECUの構成を示すブロック線図。
同じく過渡保持判定制御のフローを示すフロー図。
同じく開度変化率切替制御のフローを示すフロー図。
同じく再生制御の時系列変化を示すグラフ図。
図5の一部を拡大した時系列変化を示すグラフ図。

実施例

0016

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、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、ECU(Engine Control Unit)50と、を具備している。

0017

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、吸気絞り弁20と、を具備している。吸気絞り弁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、その経路上に排気絞り弁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。排気絞り弁30は、DPF30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の吸気絞り弁20よりも下流側と接続されるとともに、排気経路13の排気絞り弁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。

0018

ECU50は、エンジン100の制御手段であって、吸気絞り弁20と、排気絞り弁30と、EGR弁40と、エンジン回転数センサ61と、燃料噴射装置80と、に接続されている。ECU50は、吸気絞り弁20の開度制御と、排気絞り弁30の開度制御と、EGR弁40の開度制御とを行う。

0019

排気ガス処理システム10は、ECU50と、吸気絞り弁20と、DPF35と、から構成され、排気ガス温度を上昇させて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、DPF35の再生を行う場合に、排気ガス温度がDPF35の再生温度よりも低いときには、吸気絞り弁20のスロットル開度Sを通常開度Snから再生開度Sbまで絞り、排気ガス温度を上昇させてDPF35に捕集したPMを無害化して取り除く再生制御を行う。ここで、再生開度Sbは、通常開度Snよりも小さい開度とする。
なお、排気ガス処理システム10は、排気ガス温度を上昇させるために、本実施形態においては、吸気絞り弁20のスロットル開度Sを変化させるようにしているが、排気絞り弁30のスロットル開度を変化させるようにしてもよい。

0020

本実施形態の再生制御では、通常開度Snから再生開度Sbまでの絞り過程において、吸気絞り弁20のスロットル開度Sを開度変化率Rによって漸減し、再生開度Sbから通常開度Snまでの復帰過程において、吸気絞り弁20のスロットル開度Sを開度変化率Rによって漸増する構成とされている。

0021

図2を用いて、ECU50の構成について説明する。
ECU50は、目標スロットル開度算出部51と、過渡保持判定部52と、開度変化率切替判定部53と、スロットル開度算出部54と、を具備している。
また、ECU50は、加速要求としての加速フラグFaと、負荷投入要求としての負荷投入フラグFlと、再生制御フラグFdと、過渡保持フラグFtと、を有している。
さらに、ECU50は、開度変化率Rとしての通常開度変化率Rnおよび過渡開度変化率Rtを有している。

0022

ECU50は、再生制御中において、サンプリング周期毎において、スロットル開度Sを算出する。
また、ECU50は、エンジン回転数センサ61によってエンジン回転数Neを検出し、目標エンジン回転数Nem毎に定められる最大燃料噴射量に対する現在の燃料噴射量の割合である負荷率Laを算出する。

0023

加速フラグFaは、エンジン100が加速している状態か否かを判定するフラグである。ECU50は、エンジン回転数Neが所定期間に所定回転数以上増加した場合には、エンジン100が加速している状態であると判定し、加速フラグFaを1とする。

0024

負荷投入フラグFlは、エンジン100に何らかの負荷が投入されたか否かを判定するフラグである。ECU50は、負荷率Laが所定期間に所定率以上増加した場合には、エンジン100に何らかの負荷が投入されたと判定し、負荷投入フラグFlを1とする。

0025

再生制御フラグFdは、再生制御を行うか否かを判定するフラグである。ECU50は、DPF35の前後に設けられた排気圧センサ(図示略)の差圧、或いは、PMの堆積量の推定に基づいて、再生制御を行うか否かを判定し、再生制御を行うと判定したならば再生制御フラグFdを1とする。

0026

過渡保持フラグFtは、再生制御において、エンジン100が加速している状態、或いは、エンジン100に何らかの負荷が投入される状態を示すフラグである。ECU50は、後述する過渡保持判定制御S100に基づいて、過渡保持フラグFtを1とする。

0027

通常開度変化率Rnは、吸気絞り弁20のスロットル開度Sを漸減または漸増する開度変化率Rであって、再生制御の開始より用いられる開度変化率Rである。一方、過渡開度変化率Rtは、通常開度変化率Rnよりも大きい開度変化率を有する開度変化率Rである。

0028

目標スロットル開度算出部51は、エンジン回転数Neと、負荷率Laと、再生制御フラグFdと、によって、目標スロットル開度Smを算出する。

0029

過渡保持判定部52は、加速フラグFaと、負荷投入フラグFlと、再生制御フラグFdと、によって、後述する過渡保持判定制御に基づいて、過渡保持フラグFtを0または1とする。

0030

開度変化率切替判定部53は、目標スロットル開度Smと、加速フラグFaと、負荷投入フラグFlと、再生制御フラグFdと、過渡保持フラグFtと、によって、後述する開度変化率切替制御に基づいて、開度変化率Rを通常開度変化率Rnまたは過渡開度変化率Rtに切り替える。

0031

スロットル開度算出部54は、目標スロットル開度算出部51によって算出された目標スロットル開度Smと、開度変化率切替判定部53によって算出された通常開度変化率Rnまたは過渡開度変化率Rtと、によって、スロットル開度Sを算出する。

0032

図3を用いて、過渡保持判定制御について説明する。
ECU50の過渡保持判定部52は、過渡保持判定制御として、過渡保持フラグFtを0または1とする機能を有する。
まず、過渡保持判定部52は、ステップS110において、再生制御フラグFdが1かを確認し、再生制御フラグFdが1ならば、ステップS120に移行する。一方、再生制御フラグFdが0ならば、ステップS150において、過渡保持フラグFtを0とする。

0033

そして、過渡保持判定部52は、ステップS120において、過渡保持フラグFtが0かを確認し、過渡保持フラグFtが0ならば、ステップS130に移行する。次に、過渡保持判定部52は、ステップS130において、加速フラグFaが1か、並びに、負荷投入フラグFlが1かを確認し、加速フラグFaおよび負荷投入フラグFlの少なくとも一方が1ならば、ステップS140に移行する。そして、過渡保持判定部52は、ステップS140において、過渡保持フラグFtを1とする。

0034

図4を用いて、開度変化率切替制御について説明する。
ECU50の開度変化率切替判定部53は、開度変化率切替制御として、開度変化率Rを通常開度変化率Rnまたは過渡開度変化率Rtに切り替える機能を有する。
まず、開度変化率切替判定部53は、ステップS210において、負荷投入フラグFl、加速フラグFaおよび過渡保持フラグFtが1であるかどうかを確認し、負荷投入フラグFl、加速フラグFaおよび過渡保持フラグFtの少なくとも一つが1であればステップS220に移行する。一方、負荷投入フラグFl、加速フラグFaおよび過渡保持フラグFtの全てが1であれば、ステップS250に移行し、開度変化率Rを通常開度変化率Rnとする。
次に、開度変化率切替判定部53は、ステップS220において、開度変化率Rが過渡開度変化率Rtであるかを確認し、開度変化率Rが過渡開度変化率Rtでない(通常開度変化率Rnである)ならば、ステップS230に移行する。

0035

そして、開度変化率切替判定部53は、演算上において、過渡開度変化率Rtによるスロットル開度S(Rt)と、通常開度変化率Rnによるスロットル開度S(Rn)と、を算出し、過渡開度変化率Rtによるスロットル開度S(Rt)が通常開度変化率Rnによるスロットル開度S(Rn)よりも大きいかを確認し、スロットル開度S(Rt)がスロットル開度S(Rn)よりも大きければ、ステップS240に移行する。一方、スロットル開度S(Rt)がスロットル開度S(Rn)以下であれば、ステップS250に移行する。
次に、開度変化率切替判定部53は、ステップS240において、開度変化率Rを過渡開度変化率Rtとする。

0036

図5および図6を用いて、再生制御の一例について説明する。
図5および図6は、再生制御フラグFd、負荷投入フラグFl、加速フラグFa、過渡保持フラグFt、開度変化率R(通常開度変化率Rnまたは過渡開度変化率Rt)、スロットル開度Sの時系列変化を表している。以下では、時系列(順次経過する時点A〜G)に従ってスロットル開度Sについて説明する。なお、図5および図6破線は、過渡開度変化率Rtによるスロットル開度S(Rt)を示し、図6の一点鎖線は、通常開度変化率Rnによるスロットル開度S(Rn)を示す。

0037

時点Aでは、再生制御フラグFdが1とされたため、再生制御が開始され、スロットル開度Sは、通常開度変化率Rnによって通常開度Sn(100%)から再生開度Sb(30%)に向かって漸減する。なお、本実施形態では、通常開度Snを吸気絞り弁20の開度100%とし、再生開度Sbを吸気絞り弁20の開度30%としている。

0038

時点Bでは、再生制御中に、加速要求及び負荷投入要求が初めて入力されて、加速フラグFaおよび負荷投入フラグFlが1となったため、過渡保持判定制御によって過渡保持フラグFtが1となる。
ここで、再生制御中において、エンジン100が加速している状態、又はエンジン100に何らかの負荷が投入される状態となれば、排気ガス温度が高くなってPMを無害化させて除去できるため、スロットル開度Sを通常開度Snに向けて漸増する必要がある。
しかし、本実施形態では、時点Bから所定時間経過後の時点Cにおいて、スロットル開度Sを通常開度Snに向けて漸増することとし、時点Bでは過渡保持フラグFtを1とするのみであって、スロットル開度Sは、時点Bから時点Cに至るまで通常開度変化率Rnによって再生開度Sbに向かって漸減する。

0039

時点Cでは、演算上において、過渡開度変化率Rtによるスロットル開度S(Rt)と、通常開度変化率Rnによるスロットル開度S(Rn)と、を算出され、過渡開度変化率Rtによるスロットル開度S(Rt)が通常開度変化率Rnによるスロットル開度S(Rn)よりも大きくなった(上回った)ため、開度変化率切替制御によって、開度変化率Rが通常開度変化率Rnから過渡開度変化率Rtに切り替えられる。
このとき、スロットル開度Sは、過渡開度変化率Rtによって、通常開度Snに向かって漸増する。

0040

時点Dでは、加速要求及び負荷投入要求が解除されて、負荷投入フラグFlおよび加速フラグFaが0となったため、スロットル開度Sは、過渡開度変化率Rtによって、通常開度Snから再生開度Sbまで漸減する。
時点Eでは、負荷投入要求が入力されて、負荷投入フラグFlが1となったため、スロットル開度Sは、過渡開度変化率Rtによって、再生開度Sbから通常開度Snまで漸増する。
時点Fでは、負荷投入要求が解除されて、負荷投入フラグFlが0となったため、スロットル開度Sは、過渡開度変化率Rtによって、通常開度Snから再生開度Sbまで漸減する。
時点Gでは、再生制御フラグFdが0となったため、再生制御が終了される。同時に、開度変化率切替制御によって、開度変化率Rが過渡開度変化率Rtから通常開度変化率Rnに切り替えられる。そして、スロットル開度Sは、通常開度変化率Rnによって、再生開度Sbから通常開度Snまで漸増する。

0041

このような構成とすることで、以下の効果を奏する。
すなわち、DPF35の再生制御時に、吸気絞り弁20のスロットル開度Sを所定の開度変化率Rで漸減または漸増するため、再生開度Sbによる再生状態に移行するとき、並びに、再生開度Sbによる再生状態から通常開度Snまで復帰するときのエンジン音の急激な変化を緩和できる。

0042

また、DPF35の再生制御の開始後で加速フラグFaまたは負荷投入フラグFlの初回の入力後から再生制御の終了までの期間は、通常開度変化率Rnよりも大きい開度変化率を有する過渡開度変化率Rtによって、スロットル開度Sを漸減または漸増するため、吸気絞り弁20の応答性が向上し、次回の再生開度Sbによる再生処理までの時間を短縮できる。そのため、加速終了後や負荷解除後に速やかに排気ガス温度を再生温度まで上昇させることができる。

0043

さらに、過渡開度変化率Rtによるスロットル開度S(Rt)が通常開度変化率Rnによるスロットル開度S(Rn)よりも上回ったときに、過渡開度変化率Rtに切り替えるため、開度変化率Rの切り替えに伴う吸気絞り弁20の瞬間的なスロットル開度Sの縮小を防止できる。

0044

10排気ガス処理システム
20吸気絞り弁(吸気絞り弁)
30排気絞り弁(排気絞り弁)
35DPF(パティキュレート除去フィルタ)
100エンジン
Fa加速フラグ
Fd再生制御フラグ
Fl負荷投入フラグ
Ft過渡保持フラグ
Neエンジン回転数
La負荷率
R開度変化率
Rn通常開度変化率
Rt 過渡開度変化率
Rlエンジン負荷率
Sスロットル開度
Sm 目標スロットル開度

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