JP5914963B2 - 高地における排ガス浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集すると共にＮＯ_xを浄化して排気する排ガス浄化システムに係り、特に高地でのＤＰＤ再生時における排ガス浄化システムに関するものである。

ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化して排気する排ガス浄化システムとして、排気管にＤＰＤ（Diesel Particulate Defuser）及びＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択触媒還元）装置を接続した排ガス浄化システムが開発されている。

この排ガス浄化システムでは、ＤＰＤで、排気ガス中のＰＭを捕集する。また、排ガス浄化システムでは、ＳＣＲ装置を備えたＳＣＲシステムで、尿素タンクに貯留された尿素水をＳＣＲの排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによって、ＳＣＲ触媒上でＮＯ_xを還元して浄化する（例えば、特許文献１、２参照）。

ＤＰＤで捕集したＰＭは、フィルタの目詰まりの原因となるため、捕集堆積したＰＭを適宜酸化させ、除去して再生する必要がある。

この目詰まりの検出は、排気圧センサがＤＰＤ前後の差圧を検知し、その差圧が上限値に達したときに、ＥＣＵ（Engine Control Unit）が自動的に、或いは手動で行う場合には、キャビン内に設けられたＤＰＤ警告灯を点灯し、ドライバーが再生実行スイッチを押すことで、ＤＰＤ再生が開始される。

ＤＰＤ再生は、燃料のマルチ噴射（パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射）を行って排気温度をＤＰＤの触媒活性温度以上に上げた後、ポスト噴射を追加して、排気温度を６００℃程度に上昇させ、この高温の排気ガスでＤＰＤに捕集されたＰＭを燃焼させ、除去して再生するものである。

ＤＰＤ再生は、走行中に自動再生を行う場合と、車を停止してアイドル回転で手動再生する場合とがある。通常は走行中に自動再生するが、ポスト噴射により、気筒の潤滑油中に燃料油が混入し、潤滑油のダイリューション（希釈）が生じるため、手動再生にてダイリューション量を低減するようになっている。

また走行中の自動再生で、車の停止時には、アイドル回転でも再生できるように排気ブレーキバルブを閉じて排気温度の低下を防止して、再生を継続するようにしている。

特開２０００−３０３８２６号公報 特許第４１７５２８１号公報

ところで、車が２０００ｍや３０００ｍの高地を走行する際には、大気圧は高度０ｍの約１００ｋＰａに対して約８０ｋＰａ（２０００ｍ）、約７０ｋＰａ（３０００ｍ）と下がり、空気（酸素）が薄くなってしまうため、手動再生や自動再生時の再生アイドル回転数で再生運転を行った場合、酸素が薄いために再生運転が行えない問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高地でのアイドル時の再生を良好に行える高地における排ガス浄化システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために請求項１の発明は、ディーゼルエンジンの排気管に排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＤを接続し、前記ＤＰＤのＰＭ量が一定量以上になったとき、吸気スロットルバルブの開度を通常のアイドル運転時より閉側でかつ全閉でない開度とし排ガス温度を上昇させてＤＰＤを再生する排ガス浄化システムにおいて、高度に対して再生アイドル設定線が設定された制御マップを備えると共に前記再生アイドル設定線はポスト噴射による燃料の燃焼に必要な酸素を確保できるように設定され、高度と前記再生アイドル設定線から、アイドル再生運転時の再生アイドル回転数を決定すると共にその決定した再生アイドル回転数で、アイドル再生運転を継続し、前記吸気スロットルバルブはＤＰＤ再生開始からＤＰＤ再生終了まで通常のアイドル運転時より閉側でかつ全閉でない開度に制御される、ことを特徴とする高地における排ガス浄化システムである。

請求項２の発明は、再生運転が、車の走行中の自動再生運転であり、前記制御マップに、車の停止時の高度に対する自動再生アイドル設定線が設定され、車の停止時の大気圧を基に高度を決定し、その高度と車の停止時の前記自動再生アイドル設定線から再生アイドル回転数が決定される請求項１記載の高地における排ガス浄化システムである。

請求項３の発明は、再生運転が、車の走行中の自動再生運転であり、前記制御マップに、変速機のギヤがニュートラルで停止のときの高度に対する車の停止時の再生アイドル設定線が設定され、その高度と、前記ニュートラルで停止のときの自動再生アイドル設定線から再生アイドル回転数が決定される請求項２記載の高地における排ガス浄化システムである。

請求項４の発明は、再生運転が、車の走行中の自動再生運転であり、前記制御マップに、変速機のギヤがギヤインで停止のときの高度に対する再生アイドル設定線が、前記ニュートラルで停止のときの自動再生アイドル設定線の回転数より低く設定される請求項３記載の高地における排ガス浄化システムである。

請求項５の発明は、再生運転が手動運転のとき、前記制御マップに、手動再生時のときの高度に対する手動再生アイドル設定線が設定され、手動再生時の大気圧を基に高度を決定し、その高度と前記手動自動再生アイドル設定線から再生アイドル回転数が決定される請求項１記載の高地における排ガス浄化システムである。

本発明によれば、高地でのアイドル再生運転時、その高地での大気圧に応じて再生アイドル回転数を設定することで、再生運転に必要な酸素量を確保して自動或いは手動再生が支障なく行えるという優れた効果を発揮するものである。

本発明の一実施の形態を示す全体構成図である。 本発明における自動再生時の制御チャートを示す図である。 本発明における手動再生時の制御チャートを示す図である。 各高度における再生アイドル回転数の関係を示し、（ａ）は自動再生時を、（ｂ）は手動再生時を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１において、ディーゼルエンジン１０の吸気マニホールド１１と排気マニホールド１２は、過給機１３のコンプレッサ１４とタービン１５にそれぞれ連結され、上流側吸気管１６ａからの空気がコンプレッサ１４で昇圧され、下流側吸気管１６ｂのインタークーラ１７を通って冷却されて吸気スロットルバルブ１８を介して吸気マニホールド１１からディーゼルエンジン１０に供給され、ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、タービン１５を駆動した後、排気管２０に排気される。

上流側吸気管１６ａには、吸気量を測定するエアマスフローセンサ（ＭＡＦ）１９が設けられ、そのエアマスフローセンサ（ＭＡＦ）で、吸気スロットルバルブ１８の開度が制御されて吸気量が調整される。また排気管２０と上流側吸気管１６ａには排気ガスの一部をエンジン１０の吸気系に戻してＮＯｘを低減するためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation;排気再循環）管２１が接続され、そのＥＧＲ管２１にＥＧＲクーラ２２とＥＧＲバルブ２３とが接続される。

排気管２０には、排気ブレーキバルブ２４、ＤＰＤ２５、排気スロットルバルブ２６、サイレンサー２７が接続される。ＤＰＤ２５は、未燃焼燃料を酸化する活性触媒からなるＤＯＣ２８と排ガス中のＰＭを捕集するＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter）２９からなる。また図には示していないが、排気スロットルバルブ２６とサイレンサー２７間に、ＮＯｘをアンモニアで脱硝するＳＣＲ装置が接続される。

ＤＯＣ２８の前後には、排ガス温度センサ３０ａ、３０ｂが設けられ、ＣＳＦ２９のＰＭ堆積量を検出する差圧センサ３１が設けられ、これら検出値がＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３２に入力される。

ＥＣＵ３２には、エンジンの回転数を検出する回転センサ３３の検出値、車速センサ３４の検出値、大気圧センサ３５の検出値が入力される。

ＥＣＵ３２は、走行中、アクセル開度に応じて燃料インジェクタ３８での燃料噴射量を制御すると共に、吸気スロットルバルブ１８、排気ブレーキバルブ２４、排気スロットルバルブ２６を適宜制御するようになっている。

この排ガス処理システムにおいて、ＥＣＵ３２は、ＣＳＦ２９の前後の差圧を検出する差圧センサ３１の検出値により、ＤＰＤ２５にＰＭが一定量堆積したと判断したとき、又は前回の再生後からの走行距離が所定値に達したときに、ディーゼルエンジン１０からの排ガス温度を６００℃に昇温してＰＭを燃焼させて再生するようになっている。

この再生は、ＤＯＣ２８の触媒活性温度以上になるよう、燃料インジェクタ３８でマルチ噴射（パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射）を行った後、ポスト噴射を行って排ガス温度を６００℃に昇温してＰＭを燃焼させるものであり、通常は走行中に自動再生するが、ポスト噴射により、気筒の潤滑油中に燃料油が混入し、潤滑油のダイリューション（希釈）が生じるため、手動再生にてダイリューション量を低減するようになっている。

さて、高度０ｍで、自動再生する際のＥＣＵ３２の制御チャートを図２により説明する。

自動再生する際には、ＥＣＵ３２は、吸気スロットルバルブ１８を絞り、ＥＧＲバルブ２３を閉じ、マルチ噴射を行って排気ガス温度を昇温してＤＯＣ２８の触媒活性温度まで上げ、次にマルチ噴射にポスト噴射を加えて排ガス温度を５００℃、６００℃に昇温してＰＭを燃焼させてＤＰＤ２５を再生する。再生終了後は、吸気スロットルバルブ１８とＥＧＲバルブ２３を通常制御に戻す。

この自動再生中、車が信号待ちなどで停車しているときには、エンジン回転を通常アイドル回転から、変速機のギヤがニュートラルのときには再生アイドル回転数を上昇させ、ギヤインのときには、停止から走行する際の急発進を防止するために再生アイドル回転数をギヤがニュートラルのときの再生アイドル回転数より低く設定される。

なお自動再生中は、ＥＣＵ３２が自動再生警告ランプ３６ｂを点灯させる。

次に図３で高度０ｍで手動再生する際のＥＣＵ３２の制御チャートを説明する。

先ず、手動再生する際には、ＥＣＵ３２が手動再生警告ランプ３６ａを点滅させて手動再生を警告し、この警告を受けて、運転手が、車を停止させると共に、ＤＰＤ手動再生実行スイッチ３７を押すことで手動再生が開始される。

手動再生の際には、ＥＣＵ３２は、エンジン回転数を通常アイドル回転から再生アイドル回転数に上げ、吸気スロットルバルブ１８を絞り、ＥＧＲバルブ２３を閉じると共に排気ブレーキバルブ２４を閉じて、マルチ噴射を行って排気ガス温度を触媒活性温度以上に昇温し、昇温後に、排気ブレーキバルブ２４を開とすると共に排気スロットルバルブ２６を閉じて、マルチ噴射にポスト噴射を加えて排ガス温度を、５００℃、６００℃に昇温してＰＭを燃焼させてＤＰＤ２５を再生する。

この図２の自動再生時と図３の手動再生の車停止時の再生運転は、エンジンは再生アイドル回転数となるようにされるが、高度が２６００ｍや３０００ｍのときには、酸素濃度が、高度０ｍのときの約半分まで減少するため、自動再生時の停車時の再生アイドル回転数、手動再生時の再生アイドル回転数では、再生時にポスト噴射した燃料を酸化燃焼させる酸素量が不足してしまう。

そこで、本発明においては、再生時のエンジンの再生アイドル回転数を、高地の大気圧に応じて上昇させるようにしたものである。

これを図４により説明する。図４（ａ）は、自動再生時の高度と再生アイドル回転数の制御マップを、図４（ｂ）は、手動再生時の高度と再生アイドル回転数の制御マップを示したものである。

上述したように、自動再生時には、高度０ｍでは、ギヤニュートラルで、再生アイドル回転数がＡｒｐｍ、ギヤインでＢｒｐｍであるが、高度３０００ｍでは、再生アイドル回転数を上昇させるようにマップをＥＣＵ３２に組み込み、ＥＣＵ３２が大気圧センサ３５で検出した大気圧を基に高度を決定し、その高度に基づいて、図４（ａ）に示したマップの再生アイドル設定線４０，４１から再生アイドル回転数を決定し、自動再生時の車の停止時にその決定した再生アイドル回転数で自動再生運転を継続する。この場合、ギヤニュートラルの再生アイドル設定線４０に対して、ギヤイン停止時の再生アイドル設定線４１は図示の点線で示したようにギヤニュートラルの再生アイドル回転に対して低い回転として、発進時の急加速を避けた。

次に手動再生時には、高度０ｍでは、Ｃｒｐｍであるが、図４（ｂ）に示すように高度に応じた再生アイドル設定線４２に基づいてその再生アイドル回転数を上昇させる。

自動再生、手動再生とも、高度が高くなったときに再生アイドル回転数を上昇させることで、エンジンへの吸気量を増大させることが可能となり、これによりポスト噴射による燃料の燃焼に必要な酸素を確保することが可能となる。

このように本発明は、高地での再生運転時に、大気圧に基づいてポスト噴射した燃料が燃焼できる酸素量が確保できるように、再生アイドル回転数に上昇させることで、ＤＰＤ再生が支障なく行える。

１０ ディーゼルエンジン
２０ 排気管
２５ ＤＰＤ
３２ ＥＣＵ
３３ 回転センサ
３５ 大気圧センサ

Claims (5)

1. ディーゼルエンジンの排気管に排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＤを接続し、前記ＤＰＤのＰＭ量が一定量以上になったとき、吸気スロットルバルブの開度を通常のアイドル運転時より閉側でかつ全閉でない開度とし排ガス温度を上昇させてＤＰＤを再生する排ガス浄化システムにおいて、高度に対して再生アイドル設定線が設定された制御マップを備えると共に前記再生アイドル設定線はポスト噴射による燃料の燃焼に必要な酸素を確保できるように設定され、高度と前記再生アイドル設定線から、アイドル再生運転時の再生アイドル回転数を決定すると共にその決定した再生アイドル回転数で、アイドル再生運転を継続し、前記吸気スロットルバルブはＤＰＤ再生開始からＤＰＤ再生終了まで通常のアイドル運転時より閉側でかつ全閉でない開度に制御される、ことを特徴とする高地における排ガス浄化システム。
2. 再生運転が、車の走行中の自動再生運転であり、前記制御マップに、車の停止時の高度に対する自動再生アイドル設定線が設定され、車の停止時の大気圧を基に高度を決定し、その高度と車の停止時の前記自動再生アイドル設定線から再生アイドル回転数が決定される請求項１記載の高地における排ガス浄化システム。
3. 再生運転が、車の走行中の自動再生運転であり、前記制御マップに、変速機のギヤがニュートラルで停止のときの高度に対する車の停止時の再生アイドル設定線が設定され、その高度と、前記ニュートラルで停止のときの自動再生アイドル設定線から再生アイドル回転数が決定される請求項２記載の高地における排ガス浄化システム。
4. 再生運転が、車の走行中の自動再生運転であり、前記制御マップに、変速機のギヤがギヤインで停止のときの高度に対する再生アイドル設定線が、前記ニュートラルで停止のときの自動再生アイドル設定線の回転数より低く設定される請求項３記載の高地における排ガス浄化システム。
5. 再生運転が手動運転のとき、前記制御マップに、手動再生時のときの高度に対する手動再生アイドル設定線が設定され、手動再生時の大気圧を基に高度を決定し、その高度と前記手動自動再生アイドル設定線から再生アイドル回転数が決定される請求項１記載の高地における排ガス浄化システム。

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