JP2004137968A - 産業車両用エンジンの排気浄化装置および排気浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】産業車両用エンジンに搭載される排気浄化装置につき、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うのに有効な技術を提供する。
【解決手段】フォークリフトのディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの浄化処理を行う排気浄化装置１００において、捕集部１４を所定の温度条件で再生処理するのに、燃料噴射量調節部２０、エンジン負荷調節部３０、吸気絞り調節部４０、更には燃料噴射時期調節部２８を用いることで、排気ガス温度を効率的に上昇させることが可能となる。これにより、エンジン回転数およびエンジン負荷を低く保ちながらも、排気ガス温度を所定の温度条件に設定することが可能となり、捕集部１４の再生処理を行う際の燃費を向上させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】フォークリフトのディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの浄化処理を行う排気浄化装置１００において、捕集部１４を所定の温度条件で再生処理するのに、燃料噴射量調節部２０、エンジン負荷調節部３０、吸気絞り調節部４０、更には燃料噴射時期調節部２８を用いることで、排気ガス温度を効率的に上昇させることが可能となる。これにより、エンジン回転数およびエンジン負荷を低く保ちながらも、排気ガス温度を所定の温度条件に設定することが可能となり、捕集部１４の再生処理を行う際の燃費を向上させることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォークリフト等の産業車両に搭載される産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行う排気浄化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばフォークリフトのディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、カーボンを主成分とするパティキュレート（粒子状物質）が比較的多く含まれている。排気ガス中に含まれるパティキュレートは、視界の悪化の原因になるほか大気汚染物質の一つとして規制もされており、その低減が望まれていた。そこで、従来よりディーゼルエンジンの下流側にパティキュレートの補集、除去を行う排気浄化装置を設置し、この排気浄化装置を運転状況に応じて好適に制御する技術が種々提案されている。
従来、この種の排気浄化装置の再生処理技術として、例えば次に挙げる第１および第２の技術が知られている。第１の技術は、運転中に排気浄化装置の再生を行う連続再生式のものであり、フィルターの上流に設置した酸化触媒によって排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換し、これによりフィルター内に溜まったパティキュレートを排気熱を利用して燃焼させる（例えば、特許文献２参照。）。また、第２の技術では、パティキュレートがフィルター内に一定量以上溜まった場合に、エンジンによって駆動される油圧ポンプにかかる負荷を増加させ、エンジン出力を上昇させて排気ガスの温度をパティキュレートの燃焼温度（例えば、燃焼温度６００℃）まで上昇させることでフィルター内に溜まったパティキュレートを燃焼させる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−２９７７２２号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１−３１８７１５号公報（第２頁〜第３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、第１の技術にあるような排気ガス中のＮＯ２を利用し、比較的低温でパティキュレートを燃焼する技術は、排気ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ２の量が少ないこともあり、６００℃以上に昇温させた場合と比較し、再生に時間がかかるという問題がある。一方、フォークリフトでは、低負荷での使用が多い、あるいは連続した使用時間が短い使い方をされるケースも多く、このようなケースではＮＯ２による燃焼条件も確保されにくく、フィルターにパティキュレートの堆積が続くことになる。従って、第１の技術はフォークリフトにおけるフィルターの再生技術として有効とはいえない。そこで、第１の技術に第２の技術を組み合わせることも考えられるが、第２の技術を用いることでフィルターの強制的な再生は可能となるものの、その分エンジンの高負荷、高回転による運転を必要とし、エンジンの燃費の悪化を招いていた。
そこで、本発明者は、燃費を極力抑えたうえでフィルターの再生を行う技術を見出すことができればメリットがあると考え、この種の技術について鋭意検討した。その検討の結果、発明者は、エンジンに噴射される燃料噴射量、エンジン負荷、およびエンジンへの吸気量を好適に制御することで、エンジン回転数およびエンジン負荷を極力低く維持したうえで排気ガスの温度をパティキュレートの燃焼温度に設定することができ、フィルターの再生を短時間で確実に行うことができることを見出すことに成功した。
本発明では、産業車両用エンジンに搭載される排気浄化装置につき、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うのに有効な技術を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の産業車両用エンジンの排気浄化装置は請求項１〜３に記載の通りに構成される。また、本発明の産業車両用エンジンの排気浄化方法は請求項４〜６に記載の通りである。
【０００６】
請求項１に記載の産業車両用エンジンの排気浄化装置は、産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うのに用いるものであり、燃料噴射量調節部、エンジン負荷調節部、吸気絞り調節部、捕集部、検出部、排気ガス温度調節手段、制御部を用いて構成される。
燃料噴射量調節部は、エンジンに噴射される燃料噴射量を調節可能な構成を有する。この燃料噴射量調節部としては、例えばスロットル開度を調節する機構を好適に用いる。例えばスロットル開度が開き方向へ調節されると燃料噴射量が増えエンジン回転数が増加する。エンジン負荷調節部は、エンジンの負荷を調節可能な構成を有する。このエンジン負荷調節部としては、例えばエンジンによって駆動される油圧ポンプと、その油圧を調節可能な油圧調節機構を好適に用いる。例えば油圧調節機構を介して油圧ポンプの油圧を上昇させると、油圧ポンプを駆動するエンジンのエンジン負荷が増える。とりわけ、フォークリフトのような産業車両において荷役等を行う機構を構成する油圧ポンプおよび油圧調節機構を本発明のエンジン負荷調節部として兼用することで、エンジン負荷調節部のより合理的な構成が可能となる。なお、エンジン負荷調節部として油圧系以外の構成、例えばエンジンによって駆動される圧縮機等を用いることもできる。吸気絞り調節部は、エンジンへの吸気量を絞り調節可能な構成を有する。この吸気絞り調節部としては、例えばエンジンの吸気系に設置された吸気絞り弁を好適に用いる。例えば吸気絞り弁が絞り方向へ調節されるとエンジンへ導入される空気量が減る。捕集部は、エンジンから排出された排気ガス中のパティキュレート（粒子状物質）を捕集する構成を有する。この捕集部としては、パティキュレートの粒子径に対応したフィルターを好適に用いる。このフィルターの上流ないしフィルター領域内に、排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒を設置することもできる。検出部は、捕集部におけるパティキュレート捕集量に関する情報を検出する構成を有する。この検出部としては、パティキュレート捕集量に関する情報としてフィルター前後の差圧を検出する差圧センサ、その他パティキュレート捕集量を算出可能な運転情報を検出する各種運転情報センサ等を好適に用いる。例えば差圧センサが所定の基準値（しきい値）に達した場合にパティキュレート捕集量が、再生処理が必要な状態になったと判定することができる。排気ガス温度調節手段は、捕集部に作用する排気ガス温度をパティキュレートの燃焼温度に対応した所定の温度条件とするように調節可能な構成を有する。ここでいう所定の温度条件とは、パティキュレートの燃焼温度と同一の設定温度、燃焼温度以上の設定温度、またこれら設定温度を含む温度範囲をいう。制御部は、検出部によって検出された情報に基づいて排気ガス温度調節手段を制御する構成を有する。この制御部としては、例えばＥＣＵ（電子制御ユニット）等を好適に用いる。例えば制御部は、差圧センサが所定の基準値（しきい値）に達した場合にパティキュレート捕集量が、再生処理が必要な状態になったと判定し、捕集部に作用する排気ガス温度が所定の温度条件となるように調節するべく排気ガス温度調節手段を制御する。この排気ガス温度調節手段の制御は、作業者が操作キー等操作したことを条件として開始されるのが好ましい。例えば、再生処理が必要な状態になった場合に、作業者が車両を停止させその後操作キーを操作して捕集部の再生処理を開始する。
本発明では、この排気ガス温度調節手段が、前記した燃料噴射量調節部、エンジン負荷調節部、および吸気絞り調節部を用いて構成される。燃料噴射量調節部が燃料噴射量を増やすことで排気ガス温度が上昇する。また、エンジン負荷調節部がエンジン負荷を増やすことで排気ガス温度が上昇する。また、吸気絞り調節部が吸気量を絞ることで空気量が減りこれにより排気ガス温度が上昇する。これらの３つの手段を組み合わせることで、例えばこれらのうちの１つまたは２つの手段を用いる場合に比して、排気ガス温度を効率的に上昇させることが可能となる。これにより、エンジン回転数およびエンジン負荷を低く保ちながらも、排気ガス温度を所定の温度条件に設定することが可能となる。従って、捕集部の再生処理を行う際の燃費を向上させることができる。
以上のように、請求項１に記載の産業車両用エンジンの排気浄化装置を用いれば、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うことが可能となる。とりわけ、フォークリフトのように低負荷での使用が多く、使用時間および使用頻度が短い産業車両に、酸化触媒を用いた連続再生式の機構を搭載しても、この機構が有効に作用せず捕集部にパティキュレートが堆積する場合がある。そこで、本発明によれば、捕集部に堆積したパティキュレートを強制的に短時間で燃焼させることができるため、連続再生によって処理しきれなかったパティキュレートが堆積した捕集部をバックアップして再生することが可能となり、特に産業車両に好適な排気浄化装置を実現することができる。なお、本発明でいう産業車両には、フォークリフト等の荷役車両をはじめ、各種の建設車両等が広く含まれる。また、産業車両用エンジンとしては、排気浄化装置を搭載するディーゼルエンジンが代表的なものである。
【０００７】
また、請求項２に記載の排気浄化装置は、更に燃料噴射時期調節部を用いて排気ガス温度調節手段が構成される。すなわち、本発明では、燃料噴射量調節部、エンジン負荷調節部、および吸気絞り調節部に、更に燃料噴射時期調節部を加えて排気ガス温度調節手段を構成する。この燃料噴射時期調節部は、燃料の噴射時期（噴射タイミング）を調節可能な構成を有する。例えば燃料噴射時期調節部を介して燃料の噴射時期を通常時よりも遅らせること（遅角制御）によって、エンジンから排気される未燃ガスが増え、これにより排気ガス温度が上昇することとなる。この場合、捕集部を構成するフィルターの上流ないしフィルター領域内に、排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒を設置するのが好ましい。すなわち、噴射時期を通常時よりも遅らせることで増えるこの未燃ガスを、捕集部に対応して設置した酸化触媒によって燃焼させ車外への排出を阻止することができる。このとき、酸化触媒の高温劣化を引き起こさない程度に未燃ガス量を抑えた遅角度合いに設定するのが好ましい。このように、捕集部に作用する排気ガス温度が所定の温度条件となるように調節するのに、燃料噴射時期調節部を追加して用いることで、更に効率的に排気ガス温度を上昇させることが可能となる。これにより、更にエンジン回転数およびエンジン負荷を低く保ちながらも、排気ガス温度を所定の温度条件に設定することが可能となる。従って、捕集部の再生処理を行う際の燃費を更に向上させることができる。
以上のように、請求項２に記載の産業車両用エンジンの排気浄化装置を用いれば、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、更に燃費を抑えたより効率的な排気浄化処理が可能となる。
【０００８】
ここで、請求項１，２に記載した排気浄化装置では、エンジン負荷調節部が請求項３に記載のように構成されるのが好ましい。すなわち、エンジン負荷を調節可能なこのエンジン負荷調節部は、油圧ポンプ、油圧調節機構を用いて構成される。好適には、フォークリフトのような産業車両において荷役等を行う機構を構成する油圧ポンプおよび油圧調節機構を兼用する。より具体的には、フォークリフトに搭載されるティルトシリンダを用い、そのシリンダエンドにおいて作動するティルトリリーフ弁を利用して油圧を調節する。
以上のように、請求項３に記載の産業車両用エンジンの排気浄化装置を用いれば、既存の装備を用いてエンジン負荷調節部を構成することができ合理的である。
【０００９】
本発明の産業車両用エンジンの排気浄化方法では、請求項４に記載の各ステップを実施することによって産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うことができる。この排気浄化方法では、エンジンから排出される排気ガス中のパティキュレートを、例えばパティキュレートの粒子径に対応したフィルターを備えた捕集部を用いて捕集する。また、捕集したパティキュレートのパティキュレート捕集量に関する情報を、例えばフィルター前後の差圧を検出する差圧センサを用いて検出する。すなわち、フィルター前後の差圧が上昇することでパティキュレート捕集量が増えたと判定することができる。そして、検出したその情報に基づいて、エンジンに噴射される燃料噴射量、エンジン負荷、およびこのエンジンへの吸気量を制御し、捕集したパティキュレートに作用する排気ガス温度をこのパティキュレートの燃焼温度に対応した所定の温度条件に設定する。燃料噴射量の制御には、例えばスロットル開度を調節する機構を用いる。エンジン負荷の制御には、例えばエンジンによって駆動される油圧ポンプと、その油圧を調節可能な油圧調節機構を用いる。エンジンへの吸気量の制御には、例えばエンジンの吸気系に設置された吸気絞り弁を用いる。これらの制御は、例えばＥＣＵ（電子制御ユニット）を用いて行うことができる。例えば、差圧センサが所定の基準値（しきい値）に達した場合にパティキュレート捕集量が再生処理が必要な状態になったと判定し、排気ガス温度が所定の温度条件となるように調節するべく燃料噴射量、エンジン負荷、および吸気量を制御する。このような制御によって、排気ガス温度を上昇させることが可能となる。これにより、エンジン回転数およびエンジン負荷を低く保ちながらも、排気ガス温度を所定の温度条件に設定することが可能となる。従って、産業車両用エンジンの排気浄化処理を行う際の燃費を向上させることができる。
以上のように、請求項４に記載の産業車両用エンジンの排気浄化方法を用いれば、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うことが可能となる。とりわけ、本発明は捕集部に堆積したパティキュレートを強制的に短時間で燃焼させることを可能とするものであり、連続再生によって処理しきれなかったパティキュレートが堆積した捕集部をバックアップして再生することが可能となり、特に産業車両に好適な排気浄化技術を実現することができる。
【００１０】
また、本発明の産業車両用エンジンの排気浄化方法では、請求項５に記載の各ステップを実施することによって産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うのが好ましい。この排気浄化方法では、パティキュレートの再生処理に際し、まずエンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御する。これにより、排気温度の昇温を行うに効果的なエンジン回転数および燃料噴射量の最低条件がクリアされることとなる。次に吸気径路配置される吸気絞り調節部（例えば吸気絞り弁）等によりエンジンの吸気絞りを制御してエンジンの吸気量を絞る。このような処理によって排気ガス温度は昇温されるが、本発明では、最後に排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御することで、排気ガス温度の足りない昇温部分を燃料噴射量の増加で補うようにする。これにより、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、より燃費の悪化を抑えた運転によって行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の産業車両用エンジンの排気浄化方法では、請求項６に記載の各ステップを実施することによって産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うのが好ましい。この排気浄化方法では、パティキュレートの再生処理に際し、まずエンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御する。これにより、排気温度の昇温を行うに効果的なエンジン回転数および燃料噴射量の最低条件がクリアされることとなる。次に吸気径路配置される吸気絞り調節部（例えば吸気絞り弁）等によりエンジンの吸気絞りを制御してエンジンの吸気量を絞り、また燃料噴射タイミングを制御して燃料噴射時期を遅らせる。このような処理によって排気ガス温度は昇温されるが、本発明では、最後に排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御することで、排気ガス温度の足りない昇温部分を燃料噴射量の増加で補うようにする。本発明のように、エンジンの吸気絞りおよび燃料噴射タイミングの両方を制御して排気ガス温度の昇温を行うことで、エンジンの吸気絞りのみによって排気ガス温度の昇温を行う場合に比して、更に燃費の悪化を抑えた運転が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。まず、図１を用いて本実施の形態の排気浄化装置１００の構成を説明する。ここで、図１は本実施の形態の排気浄化装置１００の構成を示す模式図である。
なお、本実施の形態は、産業車両のひとつであるフォークリフトにつき、そのフォークリフトに搭載されるディーゼルエンジンから排出された排気ガスを浄化処理する技術に本発明を適用した場合について説明するものである。
【００１３】
図１に示すように、本発明の産業車両用エンジンの一実施の形態としてのディーゼルエンジン１０には、排気浄化装置１００が搭載されている。この排気浄化装置１００を、ディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの浄化処理を行うのに用いる。図１に示すように、排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジン１０の下流の排気径路１２に配置された捕集部１４、燃料噴射量調節部２０、エンジン負荷調節部３０、吸気絞り調節部４０、制御部５０等によって構成されている。なお、ディーゼルエンジン１０にはエンジン回転数を検出する回転数センサ１１が設置されている。
【００１４】
捕集部１４は、排気ガス中のパティキュレートの捕集能力を有するフィルター、このフィルターの上流側に設置され排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒を備えている。また、この捕集部１４にはフィルター差圧を検出する差圧センサ１６、フィルター前後の排気温度を検出する排気温度センサ１８が設置されている。この差圧センサ１６を用いて本発明における検出部が構成される。燃料噴射量調節部２０は、燃料ポンプ２２、この燃料ポンプ２２に連結されたアクセル２４、このアクセル２４と燃料ポンプ２２との間に介在し、アクセルペダルの操作によらずスロットル開度（燃料噴射量）を調節可能なスロットル開度調節機構２６等によって構成されている。また、燃料ポンプ２２には、燃料の噴射時期を調節可能な燃料噴射時期調節機構２８が設けられている。エンジン負荷調節部３０は、ディーゼルエンジン１０によって駆動される油圧ポンプ３２、この油圧ポンプ３２の油圧を調節可能な油圧調節機構３４を備えている。この油圧調節機構３４は、例えば、フォークリフトにおけるティルトシリンダのティルトリリーフ弁のように、油圧回路上に配置される絞り弁で、必要に応じ油圧回路を絞り、油圧ポンプ３２の吐出側の油圧を制御することができる。吸気絞り調節部４０は、吸気径路４２に吸気絞り弁４４を備えている。制御部５０は、回転数センサ１１、差圧センサ１６、排気温度センサ１８、燃料ポンプ２２、スロットル開度調節機構２６、燃料噴射時期調節機構２８をはじめ、その他イグニッションキー６０、再生処理スタートキー６２、ウォーニングランプ６４と電気的に接続されている。この制御部５０はＥＣＵ（電子制御ユニット）によって構成されている。
【００１５】
次に上記構成の排気浄化装置１００を用いてディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの浄化処理を行う際の作用を、図２〜図５を参照しながら説明する。ここで、図２は第１実施の形態および第２実施の形態における排気浄化処理を示すフローチャートである。図３は第１実施の形態における再生処理を示すフローチャートである。図４は第２実施の形態における再生処理を示すフローチャートである。図５は第１実施の形態（吸気絞り制御）および第２実施の形態（吸気絞り制御＋燃料噴射量制御）におけるエンジン回転数とトルクとの関係を示すグラフである。
【００１６】
本実施の形態では、排気浄化装置１００を用い、図２に示すフローチャートにしたがってディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの浄化処理を行う。ここでは、例えば捕集部１４の酸化触媒による連続再生によって処理しきれなかったパティキュレートが堆積した場合、図２に示す排気浄化処理によって捕集部１４のバックアップ再生を行う。
【００１７】
図２に示すように、まずステップＳ２０によって捕集部１４に堆積しているパティキュレート捕集量Ａの算出を行う。このパティキュレート捕集量Ａは、差圧センサ１６によって検出した捕集部１４の前後差圧や、その他ディーゼルエンジンの各種運転情報を用いて算出することができる。ステップＳ４０では、ステップＳ２０によって算出したパティキュレート捕集量Ａと予め定めた基準値Ａ０（しきい値）との比較を行う。パティキュレート捕集量Ａが基準値Ａ０（しきい値）に達している場合には（ステップＳ４０のＹＥＳ）、バックアップ再生が必要と判定しステップＳ６０にすすむ。一方、パティキュレート捕集量Ａが基準値Ａ０（しきい値）に達している場合には（ステップＳ４０のＮＯ）、未だバックアップ再生は不要であると判定しステップＳ２０に戻る。
【００１８】
ステップＳ６０では、ウォーニングランプ６４を作動（点灯ないし点滅）させる。これにより作業者はバックアップ再生を行う必要があると判定し、フォークリフトを停車させ、再生処理スタートキー６２を操作する（ステップＳ８０）。これにより、ステップＳ１００の再生処理が開始されることとなる。この再生処理では、捕集部１４に堆積したパティキュレートを燃焼させるべく、この捕集部１４に作用する排気ガス温度をパティキュレートの燃焼温度以上とするように制御部５０が排気ガス温度調節手段を制御するようになっている。排気ガス温度がパティキュレートの燃焼温度以上となることで、捕集されたパティキュレートが燃焼し捕集部１４を強制的にバックアップ再生することができる。
【００１９】
なお、排気ガス温度を調節する排気ガス温度調節手段としては、燃料噴射量調節部２０、エンジン負荷調節部３０、および吸気絞り調節部４０を用いる第１実施の形態と、更に燃料噴射時期調節機構２８を加えて用いる第２実施の形態とがある。従って、本実施の形態では、図２中の再生処理ステップＳ１００を第１実施の形態において行う場合と、第２実施の形態において行う場合とに分けて説明する。
【００２０】
〔第１実施の形態〕
まず、第１実施の形態では、図２中の再生処理を図３に示すフローチャートにしたがって行う。図３に示す再生処理では、まずステップＳ１１０において回転数センサ１１によってディーゼルエンジン１０のエンジン回転数Ｎを検出し、この検出値Ｎと基準値（例えば１０００ｒｐｍ）との比較を行う。エンジン回転数Ｎが基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、ステップＳ１１２にすすむ。反対にエンジン回転数Ｎが基準値よりも小さいと判定された場合は（ステップＳ１１０のＮＯ）、ステップＳ１１１にすすみ燃料噴射量調節部２０のスロットル開度調節機構２６によってスロットル開度を増やしアイドルアップを行う。そして、エンジン回転数Ｎが基準値以上になるまで、ステップＳ１１０およびステップＳ１１１の処理を繰り返す。
【００２１】
ステップＳ１１２では、スロットル開度Ｍを検出し、この検出値と基準値（例えば１０％）との比較を行う。スロットル開度Ｍが基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、ステップＳ１１４にすすむ。反対にスロットル開度Ｍが基準値よりも小さいと判定された場合は（ステップＳ１１２のＮＯ）、ステップＳ１１３にすすみエンジン負荷調節部３０の油圧調節機構３４によって油圧アップを行う。そして、スロットル開度Ｍが基準値以上になるまで、ステップＳ１１２およびステップＳ１１３の処理を繰り返す。エンジンの排気ガス温度は諸条件により変化する。しかし、排気ガス温度を６００℃以上に昇温するためには、最低限必要なエンジン回転数Ｎとスロットル開度Ｍが存在し、これらは実験的に求めることができる。ステップＳ１１０〜Ｓ１１３では、この最低条件をクリアすべくディーゼルエンジン１０を制御する。
【００２２】
ステップＳ１１４では、吸気絞り調節部４０の吸気絞り弁４４の絞り制御を行う。上記の一連の制御は、捕集部入口温度Ｔ１を、パティキュレートの燃焼温度（例えば６００℃）以上とすることを目標とするものであり、吸気絞り弁４４の絞り開度は予め準備されたマップ等を用いたうえで運転状況に応じて好適に設定される。
【００２３】
ステップＳ１１５では、捕集部入口温度Ｔ１とパティキュレートの燃焼温度との比較を行い、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度よりも低いと判定された場合は（ステップＳ１１５のＮＯ）、ステップＳ１１６にすすむ。ステップＳ１１６では、エンジン負荷調節部３０の油圧調節機構３４によって油圧アップを行い、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になるまでステップＳ１１５およびステップＳ１１６の処理を繰り返す。ステップＳ１１５において捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になったと判定された場合は（ステップＳ１１５のＹＥＳ）、ステップＳ１１７にすすむ。ステップＳ１１７では、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になってからの時間をカウントし、所定時間が経過していなければ（ステップＳ１１７のＮＯ）、ステップＳ１１０に戻る。反対に所定時間が経過すれば（ステップＳ１１７のＹＥＳ）、再生処理を完了する。
【００２４】
以上のように第１実施の形態は、まずエンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御する。次にエンジンの吸気絞りを制御してエンジンの吸気量を絞ることで排気ガス温度の昇温を行う。そして最後に排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御することで、排気ガス温度の足りない昇温部分を燃料噴射量の増加で補うようにすることを特徴とする。すなわち、この第１実施の形態が請求項５に記載の発明に対応している。
このような第１実施の形態を実施することによって、例えば図５に示すような効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態のような制御を用いない場合（昇温制御なしの場合）、図５中の破線（吸気絞り制御ライン）上の領域Ｇ（エンジン回転数およびトルク（エンジン負荷）の高い領域）に設定しないと捕集部入口温度Ｔ１を６００℃にすることができない。これに対し、第１実施の形態を実施することによって、図５中の細線上においてエンジン回転数およびトルク（エンジン負荷）が低い設定であっても、捕集部入口温度Ｔ１を６００℃にすることができる。従って、昇温制御なしの場合に比して捕集部１４の再生処理を行う際の燃費を向上させることができる。
【００２５】
〔第２実施の形態〕
次に、第２実施の形態では、図２中の再生処理を図４に示すフローチャートにしたがって行う。図４に示す再生処理では、まず第１実施の形態と同様のステップＳ１１０〜Ｓ１１３を行う。ステップＳ１１２でスロットル開度Ｍが基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、ステップＳ１２０にすすむ。
【００２６】
ステップＳ１２０では、捕集部１４前後の捕集部差圧ΔＰを検出し、この検出値と基準値ＢｋＰａとの比較を行う。捕集部差圧ΔＰが基準値以下であると判定された場合、すなわち捕集部１４におけるパティキュレートの堆積量が所定の管理値よりも少ない場合は（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、ステップＳ１２２にすすむ。反対に捕集部差圧ΔＰが基準値よりも小さいと判定された場合、すなわち捕集部１４におけるパティキュレートの堆積量が所定の管理値よりも多い場合は（ステップＳ１２０のＮＯ）、ステップＳ１２１にすすむ。
【００２７】
ステップＳ１２１では、捕集部１４の捕集部出口温度Ｔ２を検出し、この検出値と基準値（例えば６２０℃）との比較を行う。捕集部出口温度Ｔ２が基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１２１のＹＥＳ）、ステップＳ１２３にすすみ、捕集部出口温度Ｔ２が基準値よりも低いと判定された場合は（ステップＳ１２１のＮＯ）、ステップＳ１２２にすすむ。
【００２８】
一方、ステップＳ１２２では、捕集部１４の捕集部出口温度Ｔ２を検出し、この検出値と基準値（例えば６７０℃）との比較を行う。捕集部出口温度Ｔ２が基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１２２のＹＥＳ）、ステップＳ１２３にすすみ、捕集部出口温度Ｔ２が基準値よりも低いと判定された場合は（ステップＳ１２２のＮＯ）、ステップＳ１２５にすすむ。すなわち、捕集部出口温度Ｔ２が高い場合にステップＳ１２３にすすみ、捕集部出口温度Ｔ２が低い場合にステップＳ１２５にすすむ。
なお、捕集部１４におけるパティキュレートの堆積量が多すぎる場合は温度が過度に上昇することを勘案し、ステップＳ１２１における基準値をステップＳ１２２における基準値よりも低い設定とするのが好ましい。
【００２９】
ステップＳ１２３では、燃料噴射時期調節機構２８を用いて燃料の噴射時期（タイミング）を進める進角制御を行い、ステップＳ１２４では、吸気絞り弁４４の開放制御を行い、その後ステップＳ１２９にすすむ。すなわち、吸気絞り弁４４の開放制御によって空気量が増え排気ガス温度の上昇が抑えられ、また進角制御によってディーゼルエンジン１０から排気される未燃ガスが減り排気ガス温度の上昇が抑えられる。これにより、上がりすぎた排気ガス温度が更に上昇するのを阻止することができる。
【００３０】
ステップＳ１２５では、燃料噴射時期調節機構２８を用いて燃料の噴射時期（タイミング）を遅らせる遅角制御を行い、ステップＳ１２６では、吸気絞り弁４４の絞り制御（吸気絞り制御）を行う。すなわち、吸気絞り弁４４の絞り制御によって空気量が減り排気ガス温度の上昇が促進され、また遅角制御によってディーゼルエンジン１０から排気される未燃ガスが増え排気ガス温度の上昇が促進される。これにより、目標温度に達していない排気ガス温度を上昇させることができる。
【００３１】
ステップＳ１２７では、捕集部入口温度Ｔ１がパティキュレートの燃焼温度（例えば６００℃）に達したか否かを判定する。捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になったと判定された場合は（ステップＳ１２７のＹＥＳ）、ステップＳ１２９にすすむ。反対に捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度よりも低いと判定された場合は（ステップＳ１２７のＮＯ）、ステップＳ１２８にすすむ。ステップＳ１２８では、エンジン負荷調節部３０の油圧調節機構３４によって油圧アップを行い、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になるまでステップＳ１２７およびステップＳ１２８の処理を繰り返す。ステップＳ１２９では、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になってからの時間をカウントし、所定時間が経過していなければ（ステップＳ１２９のＮＯ）、ステップＳ１１０に戻る。反対に所定時間が経過すれば（ステップＳ１２９のＹＥＳ）、再生処理を完了する。
【００３２】
以上のように第２実施の形態では、まずエンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御する。次にエンジンの吸気絞りを制御してエンジンの吸気量を絞り、また燃料噴射タイミングを制御して燃料噴射時期を遅らせることで排気ガス温度の昇温を行う。そして最後に排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御することで、排気ガス温度の足りない昇温部分を燃料噴射量の増加で補うようにすることを特徴とする。すなわち、この第２実施の形態が請求項６に記載の発明に対応している。
このような第２実施の形態を実施することによって、例えば図５に示すような効果を得ることができる。すなわち、第２実施の形態を実施することによって、図５中の太線（吸気絞り制御＋噴射タイミング遅角制御（ＴＣＶ制御）ライン）上において第１実施の形態よりも更にエンジン回転数およびトルク（エンジン負荷）が低い場合であっても、捕集部入口温度Ｔ１を６００℃にすることができる。従って、捕集部１４の再生処理を行う際の燃費を第１実施の形態よりも更に向上させることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００３４】
（Ａ）上記実施の形態では、作業者がフォークリフトを停車させた後に再生処理スタートキー６２を操作することで捕集部１４の再生処理が開始される場合について記載したが、再生処理を行うことが可能な運転条件下であればこの再生処理を運転中に行うこともできる。また、パティキュレート捕集量Ａが基準値Ａ０に達した場合には、再生処理スタートキー６２を用いることなく再生処理が開始されるような構成であってもよい。
【００３５】
（Ｂ）また、上記実施の形態では、排気浄化装置を有するディーゼルエンジンに本発明を適用する場合について記載したが、排気浄化装置を有する産業車両用の他のエンジンに本発明を適用することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、産業車両用エンジンに搭載される排気浄化装置につき、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うのに有効な技術を実現することができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の排気浄化装置１００の構成を示す模式図である。
【図２】第１実施の形態および第２実施の形態における排気浄化処理を示すフローチャートである。
【図３】第１実施の形態における再生処理を示すフローチャートである。
【図４】第２実施の形態における再生処理を示すフローチャートである。
【図５】第１実施の形態（吸気絞り制御）および第２実施の形態（吸気絞り制御＋燃料噴射量制御）におけるエンジン回転数とトルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン
１２…排気径路
１４…捕集部
１６…差圧センサ
１８…排気温度センサ
２０…燃料噴射量調節部
２２…燃料ポンプ
２２…アクセル
２６…スロットル開度調節機構
２８…燃料噴射時期調節機構
３０…エンジン負荷調節部
３２…油圧ポンプ
３４…油圧調節機構
４０…吸気絞り調節部
４２…吸気径路
４４…吸気絞り弁
５０…制御部
１００…排気浄化装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォークリフト等の産業車両に搭載される産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行う排気浄化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばフォークリフトのディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、カーボンを主成分とするパティキュレート（粒子状物質）が比較的多く含まれている。排気ガス中に含まれるパティキュレートは、視界の悪化の原因になるほか大気汚染物質の一つとして規制もされており、その低減が望まれていた。そこで、従来よりディーゼルエンジンの下流側にパティキュレートの補集、除去を行う排気浄化装置を設置し、この排気浄化装置を運転状況に応じて好適に制御する技術が種々提案されている。
従来、この種の排気浄化装置の再生処理技術として、例えば次に挙げる第１および第２の技術が知られている。第１の技術は、運転中に排気浄化装置の再生を行う連続再生式のものであり、フィルターの上流に設置した酸化触媒によって排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換し、これによりフィルター内に溜まったパティキュレートを排気熱を利用して燃焼させる（例えば、特許文献２参照。）。また、第２の技術では、パティキュレートがフィルター内に一定量以上溜まった場合に、エンジンによって駆動される油圧ポンプにかかる負荷を増加させ、エンジン出力を上昇させて排気ガスの温度をパティキュレートの燃焼温度（例えば、燃焼温度６００℃）まで上昇させることでフィルター内に溜まったパティキュレートを燃焼させる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−２９７７２２号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１−３１８７１５号公報（第２頁〜第３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、第１の技術にあるような排気ガス中のＮＯ２を利用し、比較的低温でパティキュレートを燃焼する技術は、排気ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ２の量が少ないこともあり、６００℃以上に昇温させた場合と比較し、再生に時間がかかるという問題がある。一方、フォークリフトでは、低負荷での使用が多い、あるいは連続した使用時間が短い使い方をされるケースも多く、このようなケースではＮＯ２による燃焼条件も確保されにくく、フィルターにパティキュレートの堆積が続くことになる。従って、第１の技術はフォークリフトにおけるフィルターの再生技術として有効とはいえない。そこで、第１の技術に第２の技術を組み合わせることも考えられるが、第２の技術を用いることでフィルターの強制的な再生は可能となるものの、その分エンジンの高負荷、高回転による運転を必要とし、エンジンの燃費の悪化を招いていた。
そこで、本発明者は、燃費を極力抑えたうえでフィルターの再生を行う技術を見出すことができればメリットがあると考え、この種の技術について鋭意検討した。その検討の結果、発明者は、エンジンに噴射される燃料噴射量、エンジン負荷、およびエンジンへの吸気量を好適に制御することで、エンジン回転数およびエンジン負荷を極力低く維持したうえで排気ガスの温度をパティキュレートの燃焼温度に設定することができ、フィルターの再生を短時間で確実に行うことができることを見出すことに成功した。
本発明では、産業車両用エンジンに搭載される排気浄化装置につき、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うのに有効な技術を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の産業車両用エンジンの排気浄化装置は請求項１〜３に記載の通りに構成される。また、本発明の産業車両用エンジンの排気浄化方法は請求項４〜６に記載の通りである。
【０００６】
請求項１に記載の産業車両用エンジンの排気浄化装置は、産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うのに用いるものであり、燃料噴射量調節部、エンジン負荷調節部、吸気絞り調節部、捕集部、検出部、排気ガス温度調節手段、制御部を用いて構成される。
燃料噴射量調節部は、エンジンに噴射される燃料噴射量を調節可能な構成を有する。この燃料噴射量調節部としては、例えばスロットル開度を調節する機構を好適に用いる。例えばスロットル開度が開き方向へ調節されると燃料噴射量が増えエンジン回転数が増加する。エンジン負荷調節部は、エンジンの負荷を調節可能な構成を有する。このエンジン負荷調節部としては、例えばエンジンによって駆動される油圧ポンプと、その油圧を調節可能な油圧調節機構を好適に用いる。例えば油圧調節機構を介して油圧ポンプの油圧を上昇させると、油圧ポンプを駆動するエンジンのエンジン負荷が増える。とりわけ、フォークリフトのような産業車両において荷役等を行う機構を構成する油圧ポンプおよび油圧調節機構を本発明のエンジン負荷調節部として兼用することで、エンジン負荷調節部のより合理的な構成が可能となる。なお、エンジン負荷調節部として油圧系以外の構成、例えばエンジンによって駆動される圧縮機等を用いることもできる。吸気絞り調節部は、エンジンへの吸気量を絞り調節可能な構成を有する。この吸気絞り調節部としては、例えばエンジンの吸気系に設置された吸気絞り弁を好適に用いる。例えば吸気絞り弁が絞り方向へ調節されるとエンジンへ導入される空気量が減る。捕集部は、エンジンから排出された排気ガス中のパティキュレート（粒子状物質）を捕集する構成を有する。この捕集部としては、パティキュレートの粒子径に対応したフィルターを好適に用いる。このフィルターの上流ないしフィルター領域内に、排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒を設置することもできる。検出部は、捕集部におけるパティキュレート捕集量に関する情報を検出する構成を有する。この検出部としては、パティキュレート捕集量に関する情報としてフィルター前後の差圧を検出する差圧センサ、その他パティキュレート捕集量を算出可能な運転情報を検出する各種運転情報センサ等を好適に用いる。例えば差圧センサが所定の基準値（しきい値）に達した場合にパティキュレート捕集量が、再生処理が必要な状態になったと判定することができる。排気ガス温度調節手段は、捕集部に作用する排気ガス温度をパティキュレートの燃焼温度に対応した所定の温度条件とするように調節可能な構成を有する。ここでいう所定の温度条件とは、パティキュレートの燃焼温度と同一の設定温度、燃焼温度以上の設定温度、またこれら設定温度を含む温度範囲をいう。制御部は、検出部によって検出された情報に基づいて排気ガス温度調節手段を制御する構成を有する。この制御部としては、例えばＥＣＵ（電子制御ユニット）等を好適に用いる。例えば制御部は、差圧センサが所定の基準値（しきい値）に達した場合にパティキュレート捕集量が、再生処理が必要な状態になったと判定し、捕集部に作用する排気ガス温度が所定の温度条件となるように調節するべく排気ガス温度調節手段を制御する。この排気ガス温度調節手段の制御は、作業者が操作キー等操作したことを条件として開始されるのが好ましい。例えば、再生処理が必要な状態になった場合に、作業者が車両を停止させその後操作キーを操作して捕集部の再生処理を開始する。
本発明では、この排気ガス温度調節手段が、前記した燃料噴射量調節部、エンジン負荷調節部、および吸気絞り調節部を用いて構成される。燃料噴射量調節部が燃料噴射量を増やすことで排気ガス温度が上昇する。また、エンジン負荷調節部がエンジン負荷を増やすことで排気ガス温度が上昇する。また、吸気絞り調節部が吸気量を絞ることで空気量が減りこれにより排気ガス温度が上昇する。これらの３つの手段を組み合わせることで、例えばこれらのうちの１つまたは２つの手段を用いる場合に比して、排気ガス温度を効率的に上昇させることが可能となる。これにより、エンジン回転数およびエンジン負荷を低く保ちながらも、排気ガス温度を所定の温度条件に設定することが可能となる。従って、捕集部の再生処理を行う際の燃費を向上させることができる。
以上のように、請求項１に記載の産業車両用エンジンの排気浄化装置を用いれば、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うことが可能となる。とりわけ、フォークリフトのように低負荷での使用が多く、使用時間および使用頻度が短い産業車両に、酸化触媒を用いた連続再生式の機構を搭載しても、この機構が有効に作用せず捕集部にパティキュレートが堆積する場合がある。そこで、本発明によれば、捕集部に堆積したパティキュレートを強制的に短時間で燃焼させることができるため、連続再生によって処理しきれなかったパティキュレートが堆積した捕集部をバックアップして再生することが可能となり、特に産業車両に好適な排気浄化装置を実現することができる。なお、本発明でいう産業車両には、フォークリフト等の荷役車両をはじめ、各種の建設車両等が広く含まれる。また、産業車両用エンジンとしては、排気浄化装置を搭載するディーゼルエンジンが代表的なものである。
【０００７】
また、請求項２に記載の排気浄化装置は、更に燃料噴射時期調節部を用いて排気ガス温度調節手段が構成される。すなわち、本発明では、燃料噴射量調節部、エンジン負荷調節部、および吸気絞り調節部に、更に燃料噴射時期調節部を加えて排気ガス温度調節手段を構成する。この燃料噴射時期調節部は、燃料の噴射時期（噴射タイミング）を調節可能な構成を有する。例えば燃料噴射時期調節部を介して燃料の噴射時期を通常時よりも遅らせること（遅角制御）によって、エンジンから排気される未燃ガスが増え、これにより排気ガス温度が上昇することとなる。この場合、捕集部を構成するフィルターの上流ないしフィルター領域内に、排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒を設置するのが好ましい。すなわち、噴射時期を通常時よりも遅らせることで増えるこの未燃ガスを、捕集部に対応して設置した酸化触媒によって燃焼させ車外への排出を阻止することができる。このとき、酸化触媒の高温劣化を引き起こさない程度に未燃ガス量を抑えた遅角度合いに設定するのが好ましい。このように、捕集部に作用する排気ガス温度が所定の温度条件となるように調節するのに、燃料噴射時期調節部を追加して用いることで、更に効率的に排気ガス温度を上昇させることが可能となる。これにより、更にエンジン回転数およびエンジン負荷を低く保ちながらも、排気ガス温度を所定の温度条件に設定することが可能となる。従って、捕集部の再生処理を行う際の燃費を更に向上させることができる。
以上のように、請求項２に記載の産業車両用エンジンの排気浄化装置を用いれば、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、更に燃費を抑えたより効率的な排気浄化処理が可能となる。
【０００８】
ここで、請求項１，２に記載した排気浄化装置では、エンジン負荷調節部が請求項３に記載のように構成されるのが好ましい。すなわち、エンジン負荷を調節可能なこのエンジン負荷調節部は、油圧ポンプ、油圧調節機構を用いて構成される。好適には、フォークリフトのような産業車両において荷役等を行う機構を構成する油圧ポンプおよび油圧調節機構を兼用する。より具体的には、フォークリフトに搭載されるティルトシリンダを用い、そのシリンダエンドにおいて作動するティルトリリーフ弁を利用して油圧を調節する。
以上のように、請求項３に記載の産業車両用エンジンの排気浄化装置を用いれば、既存の装備を用いてエンジン負荷調節部を構成することができ合理的である。
【０００９】
本発明の産業車両用エンジンの排気浄化方法では、請求項４に記載の各ステップを実施することによって産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うことができる。この排気浄化方法では、エンジンから排出される排気ガス中のパティキュレートを、例えばパティキュレートの粒子径に対応したフィルターを備えた捕集部を用いて捕集する。また、捕集したパティキュレートのパティキュレート捕集量に関する情報を、例えばフィルター前後の差圧を検出する差圧センサを用いて検出する。すなわち、フィルター前後の差圧が上昇することでパティキュレート捕集量が増えたと判定することができる。そして、検出したその情報に基づいて、エンジンに噴射される燃料噴射量、エンジン負荷、およびこのエンジンへの吸気量を制御し、捕集したパティキュレートに作用する排気ガス温度をこのパティキュレートの燃焼温度に対応した所定の温度条件に設定する。燃料噴射量の制御には、例えばスロットル開度を調節する機構を用いる。エンジン負荷の制御には、例えばエンジンによって駆動される油圧ポンプと、その油圧を調節可能な油圧調節機構を用いる。エンジンへの吸気量の制御には、例えばエンジンの吸気系に設置された吸気絞り弁を用いる。これらの制御は、例えばＥＣＵ（電子制御ユニット）を用いて行うことができる。例えば、差圧センサが所定の基準値（しきい値）に達した場合にパティキュレート捕集量が再生処理が必要な状態になったと判定し、排気ガス温度が所定の温度条件となるように調節するべく燃料噴射量、エンジン負荷、および吸気量を制御する。このような制御によって、排気ガス温度を上昇させることが可能となる。これにより、エンジン回転数およびエンジン負荷を低く保ちながらも、排気ガス温度を所定の温度条件に設定することが可能となる。従って、産業車両用エンジンの排気浄化処理を行う際の燃費を向上させることができる。
以上のように、請求項４に記載の産業車両用エンジンの排気浄化方法を用いれば、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うことが可能となる。とりわけ、本発明は捕集部に堆積したパティキュレートを強制的に短時間で燃焼させることを可能とするものであり、連続再生によって処理しきれなかったパティキュレートが堆積した捕集部をバックアップして再生することが可能となり、特に産業車両に好適な排気浄化技術を実現することができる。
【００１０】
また、本発明の産業車両用エンジンの排気浄化方法では、請求項５に記載の各ステップを実施することによって産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うのが好ましい。この排気浄化方法では、パティキュレートの再生処理に際し、まずエンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御する。これにより、排気温度の昇温を行うに効果的なエンジン回転数および燃料噴射量の最低条件がクリアされることとなる。次に吸気径路配置される吸気絞り調節部（例えば吸気絞り弁）等によりエンジンの吸気絞りを制御してエンジンの吸気量を絞る。このような処理によって排気ガス温度は昇温されるが、本発明では、最後に排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御することで、排気ガス温度の足りない昇温部分を燃料噴射量の増加で補うようにする。これにより、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、より燃費の悪化を抑えた運転によって行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の産業車両用エンジンの排気浄化方法では、請求項６に記載の各ステップを実施することによって産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うのが好ましい。この排気浄化方法では、パティキュレートの再生処理に際し、まずエンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御する。これにより、排気温度の昇温を行うに効果的なエンジン回転数および燃料噴射量の最低条件がクリアされることとなる。次に吸気径路配置される吸気絞り調節部（例えば吸気絞り弁）等によりエンジンの吸気絞りを制御してエンジンの吸気量を絞り、また燃料噴射タイミングを制御して燃料噴射時期を遅らせる。このような処理によって排気ガス温度は昇温されるが、本発明では、最後に排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御することで、排気ガス温度の足りない昇温部分を燃料噴射量の増加で補うようにする。本発明のように、エンジンの吸気絞りおよび燃料噴射タイミングの両方を制御して排気ガス温度の昇温を行うことで、エンジンの吸気絞りのみによって排気ガス温度の昇温を行う場合に比して、更に燃費の悪化を抑えた運転が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。まず、図１を用いて本実施の形態の排気浄化装置１００の構成を説明する。ここで、図１は本実施の形態の排気浄化装置１００の構成を示す模式図である。
なお、本実施の形態は、産業車両のひとつであるフォークリフトにつき、そのフォークリフトに搭載されるディーゼルエンジンから排出された排気ガスを浄化処理する技術に本発明を適用した場合について説明するものである。
【００１３】
図１に示すように、本発明の産業車両用エンジンの一実施の形態としてのディーゼルエンジン１０には、排気浄化装置１００が搭載されている。この排気浄化装置１００を、ディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの浄化処理を行うのに用いる。図１に示すように、排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジン１０の下流の排気径路１２に配置された捕集部１４、燃料噴射量調節部２０、エンジン負荷調節部３０、吸気絞り調節部４０、制御部５０等によって構成されている。なお、ディーゼルエンジン１０にはエンジン回転数を検出する回転数センサ１１が設置されている。
【００１４】
捕集部１４は、排気ガス中のパティキュレートの捕集能力を有するフィルター、このフィルターの上流側に設置され排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒を備えている。また、この捕集部１４にはフィルター差圧を検出する差圧センサ１６、フィルター前後の排気温度を検出する排気温度センサ１８が設置されている。この差圧センサ１６を用いて本発明における検出部が構成される。燃料噴射量調節部２０は、燃料ポンプ２２、この燃料ポンプ２２に連結されたアクセル２４、このアクセル２４と燃料ポンプ２２との間に介在し、アクセルペダルの操作によらずスロットル開度（燃料噴射量）を調節可能なスロットル開度調節機構２６等によって構成されている。また、燃料ポンプ２２には、燃料の噴射時期を調節可能な燃料噴射時期調節機構２８が設けられている。エンジン負荷調節部３０は、ディーゼルエンジン１０によって駆動される油圧ポンプ３２、この油圧ポンプ３２の油圧を調節可能な油圧調節機構３４を備えている。この油圧調節機構３４は、例えば、フォークリフトにおけるティルトシリンダのティルトリリーフ弁のように、油圧回路上に配置される絞り弁で、必要に応じ油圧回路を絞り、油圧ポンプ３２の吐出側の油圧を制御することができる。吸気絞り調節部４０は、吸気径路４２に吸気絞り弁４４を備えている。制御部５０は、回転数センサ１１、差圧センサ１６、排気温度センサ１８、燃料ポンプ２２、スロットル開度調節機構２６、燃料噴射時期調節機構２８をはじめ、その他イグニッションキー６０、再生処理スタートキー６２、ウォーニングランプ６４と電気的に接続されている。この制御部５０はＥＣＵ（電子制御ユニット）によって構成されている。
【００１５】
次に上記構成の排気浄化装置１００を用いてディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの浄化処理を行う際の作用を、図２〜図５を参照しながら説明する。ここで、図２は第１実施の形態および第２実施の形態における排気浄化処理を示すフローチャートである。図３は第１実施の形態における再生処理を示すフローチャートである。図４は第２実施の形態における再生処理を示すフローチャートである。図５は第１実施の形態（吸気絞り制御）および第２実施の形態（吸気絞り制御＋燃料噴射量制御）におけるエンジン回転数とトルクとの関係を示すグラフである。
【００１６】
本実施の形態では、排気浄化装置１００を用い、図２に示すフローチャートにしたがってディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの浄化処理を行う。ここでは、例えば捕集部１４の酸化触媒による連続再生によって処理しきれなかったパティキュレートが堆積した場合、図２に示す排気浄化処理によって捕集部１４のバックアップ再生を行う。
【００１７】
図２に示すように、まずステップＳ２０によって捕集部１４に堆積しているパティキュレート捕集量Ａの算出を行う。このパティキュレート捕集量Ａは、差圧センサ１６によって検出した捕集部１４の前後差圧や、その他ディーゼルエンジンの各種運転情報を用いて算出することができる。ステップＳ４０では、ステップＳ２０によって算出したパティキュレート捕集量Ａと予め定めた基準値Ａ０（しきい値）との比較を行う。パティキュレート捕集量Ａが基準値Ａ０（しきい値）に達している場合には（ステップＳ４０のＹＥＳ）、バックアップ再生が必要と判定しステップＳ６０にすすむ。一方、パティキュレート捕集量Ａが基準値Ａ０（しきい値）に達している場合には（ステップＳ４０のＮＯ）、未だバックアップ再生は不要であると判定しステップＳ２０に戻る。
【００１８】
ステップＳ６０では、ウォーニングランプ６４を作動（点灯ないし点滅）させる。これにより作業者はバックアップ再生を行う必要があると判定し、フォークリフトを停車させ、再生処理スタートキー６２を操作する（ステップＳ８０）。これにより、ステップＳ１００の再生処理が開始されることとなる。この再生処理では、捕集部１４に堆積したパティキュレートを燃焼させるべく、この捕集部１４に作用する排気ガス温度をパティキュレートの燃焼温度以上とするように制御部５０が排気ガス温度調節手段を制御するようになっている。排気ガス温度がパティキュレートの燃焼温度以上となることで、捕集されたパティキュレートが燃焼し捕集部１４を強制的にバックアップ再生することができる。
【００１９】
なお、排気ガス温度を調節する排気ガス温度調節手段としては、燃料噴射量調節部２０、エンジン負荷調節部３０、および吸気絞り調節部４０を用いる第１実施の形態と、更に燃料噴射時期調節機構２８を加えて用いる第２実施の形態とがある。従って、本実施の形態では、図２中の再生処理ステップＳ１００を第１実施の形態において行う場合と、第２実施の形態において行う場合とに分けて説明する。
【００２０】
〔第１実施の形態〕
まず、第１実施の形態では、図２中の再生処理を図３に示すフローチャートにしたがって行う。図３に示す再生処理では、まずステップＳ１１０において回転数センサ１１によってディーゼルエンジン１０のエンジン回転数Ｎを検出し、この検出値Ｎと基準値（例えば１０００ｒｐｍ）との比較を行う。エンジン回転数Ｎが基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、ステップＳ１１２にすすむ。反対にエンジン回転数Ｎが基準値よりも小さいと判定された場合は（ステップＳ１１０のＮＯ）、ステップＳ１１１にすすみ燃料噴射量調節部２０のスロットル開度調節機構２６によってスロットル開度を増やしアイドルアップを行う。そして、エンジン回転数Ｎが基準値以上になるまで、ステップＳ１１０およびステップＳ１１１の処理を繰り返す。
【００２１】
ステップＳ１１２では、スロットル開度Ｍを検出し、この検出値と基準値（例えば１０％）との比較を行う。スロットル開度Ｍが基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、ステップＳ１１４にすすむ。反対にスロットル開度Ｍが基準値よりも小さいと判定された場合は（ステップＳ１１２のＮＯ）、ステップＳ１１３にすすみエンジン負荷調節部３０の油圧調節機構３４によって油圧アップを行う。そして、スロットル開度Ｍが基準値以上になるまで、ステップＳ１１２およびステップＳ１１３の処理を繰り返す。エンジンの排気ガス温度は諸条件により変化する。しかし、排気ガス温度を６００℃以上に昇温するためには、最低限必要なエンジン回転数Ｎとスロットル開度Ｍが存在し、これらは実験的に求めることができる。ステップＳ１１０〜Ｓ１１３では、この最低条件をクリアすべくディーゼルエンジン１０を制御する。
【００２２】
ステップＳ１１４では、吸気絞り調節部４０の吸気絞り弁４４の絞り制御を行う。上記の一連の制御は、捕集部入口温度Ｔ１を、パティキュレートの燃焼温度（例えば６００℃）以上とすることを目標とするものであり、吸気絞り弁４４の絞り開度は予め準備されたマップ等を用いたうえで運転状況に応じて好適に設定される。
【００２３】
ステップＳ１１５では、捕集部入口温度Ｔ１とパティキュレートの燃焼温度との比較を行い、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度よりも低いと判定された場合は（ステップＳ１１５のＮＯ）、ステップＳ１１６にすすむ。ステップＳ１１６では、エンジン負荷調節部３０の油圧調節機構３４によって油圧アップを行い、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になるまでステップＳ１１５およびステップＳ１１６の処理を繰り返す。ステップＳ１１５において捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になったと判定された場合は（ステップＳ１１５のＹＥＳ）、ステップＳ１１７にすすむ。ステップＳ１１７では、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になってからの時間をカウントし、所定時間が経過していなければ（ステップＳ１１７のＮＯ）、ステップＳ１１０に戻る。反対に所定時間が経過すれば（ステップＳ１１７のＹＥＳ）、再生処理を完了する。
【００２４】
以上のように第１実施の形態は、まずエンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御する。次にエンジンの吸気絞りを制御してエンジンの吸気量を絞ることで排気ガス温度の昇温を行う。そして最後に排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御することで、排気ガス温度の足りない昇温部分を燃料噴射量の増加で補うようにすることを特徴とする。すなわち、この第１実施の形態が請求項５に記載の発明に対応している。
このような第１実施の形態を実施することによって、例えば図５に示すような効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態のような制御を用いない場合（昇温制御なしの場合）、図５中の破線（吸気絞り制御ライン）上の領域Ｇ（エンジン回転数およびトルク（エンジン負荷）の高い領域）に設定しないと捕集部入口温度Ｔ１を６００℃にすることができない。これに対し、第１実施の形態を実施することによって、図５中の細線上においてエンジン回転数およびトルク（エンジン負荷）が低い設定であっても、捕集部入口温度Ｔ１を６００℃にすることができる。従って、昇温制御なしの場合に比して捕集部１４の再生処理を行う際の燃費を向上させることができる。
【００２５】
〔第２実施の形態〕
次に、第２実施の形態では、図２中の再生処理を図４に示すフローチャートにしたがって行う。図４に示す再生処理では、まず第１実施の形態と同様のステップＳ１１０〜Ｓ１１３を行う。ステップＳ１１２でスロットル開度Ｍが基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、ステップＳ１２０にすすむ。
【００２６】
ステップＳ１２０では、捕集部１４前後の捕集部差圧ΔＰを検出し、この検出値と基準値ＢｋＰａとの比較を行う。捕集部差圧ΔＰが基準値以下であると判定された場合、すなわち捕集部１４におけるパティキュレートの堆積量が所定の管理値よりも少ない場合は（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、ステップＳ１２２にすすむ。反対に捕集部差圧ΔＰが基準値よりも小さいと判定された場合、すなわち捕集部１４におけるパティキュレートの堆積量が所定の管理値よりも多い場合は（ステップＳ１２０のＮＯ）、ステップＳ１２１にすすむ。
【００２７】
ステップＳ１２１では、捕集部１４の捕集部出口温度Ｔ２を検出し、この検出値と基準値（例えば６２０℃）との比較を行う。捕集部出口温度Ｔ２が基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１２１のＹＥＳ）、ステップＳ１２３にすすみ、捕集部出口温度Ｔ２が基準値よりも低いと判定された場合は（ステップＳ１２１のＮＯ）、ステップＳ１２２にすすむ。
【００２８】
一方、ステップＳ１２２では、捕集部１４の捕集部出口温度Ｔ２を検出し、この検出値と基準値（例えば６７０℃）との比較を行う。捕集部出口温度Ｔ２が基準値以上であると判定された場合は（ステップＳ１２２のＹＥＳ）、ステップＳ１２３にすすみ、捕集部出口温度Ｔ２が基準値よりも低いと判定された場合は（ステップＳ１２２のＮＯ）、ステップＳ１２５にすすむ。すなわち、捕集部出口温度Ｔ２が高い場合にステップＳ１２３にすすみ、捕集部出口温度Ｔ２が低い場合にステップＳ１２５にすすむ。
なお、捕集部１４におけるパティキュレートの堆積量が多すぎる場合は温度が過度に上昇することを勘案し、ステップＳ１２１における基準値をステップＳ１２２における基準値よりも低い設定とするのが好ましい。
【００２９】
ステップＳ１２３では、燃料噴射時期調節機構２８を用いて燃料の噴射時期（タイミング）を進める進角制御を行い、ステップＳ１２４では、吸気絞り弁４４の開放制御を行い、その後ステップＳ１２９にすすむ。すなわち、吸気絞り弁４４の開放制御によって空気量が増え排気ガス温度の上昇が抑えられ、また進角制御によってディーゼルエンジン１０から排気される未燃ガスが減り排気ガス温度の上昇が抑えられる。これにより、上がりすぎた排気ガス温度が更に上昇するのを阻止することができる。
【００３０】
ステップＳ１２５では、燃料噴射時期調節機構２８を用いて燃料の噴射時期（タイミング）を遅らせる遅角制御を行い、ステップＳ１２６では、吸気絞り弁４４の絞り制御（吸気絞り制御）を行う。すなわち、吸気絞り弁４４の絞り制御によって空気量が減り排気ガス温度の上昇が促進され、また遅角制御によってディーゼルエンジン１０から排気される未燃ガスが増え排気ガス温度の上昇が促進される。これにより、目標温度に達していない排気ガス温度を上昇させることができる。
【００３１】
ステップＳ１２７では、捕集部入口温度Ｔ１がパティキュレートの燃焼温度（例えば６００℃）に達したか否かを判定する。捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になったと判定された場合は（ステップＳ１２７のＹＥＳ）、ステップＳ１２９にすすむ。反対に捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度よりも低いと判定された場合は（ステップＳ１２７のＮＯ）、ステップＳ１２８にすすむ。ステップＳ１２８では、エンジン負荷調節部３０の油圧調節機構３４によって油圧アップを行い、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になるまでステップＳ１２７およびステップＳ１２８の処理を繰り返す。ステップＳ１２９では、捕集部入口温度Ｔ１が燃焼温度以上になってからの時間をカウントし、所定時間が経過していなければ（ステップＳ１２９のＮＯ）、ステップＳ１１０に戻る。反対に所定時間が経過すれば（ステップＳ１２９のＹＥＳ）、再生処理を完了する。
【００３２】
以上のように第２実施の形態では、まずエンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御する。次にエンジンの吸気絞りを制御してエンジンの吸気量を絞り、また燃料噴射タイミングを制御して燃料噴射時期を遅らせることで排気ガス温度の昇温を行う。そして最後に排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御することで、排気ガス温度の足りない昇温部分を燃料噴射量の増加で補うようにすることを特徴とする。すなわち、この第２実施の形態が請求項６に記載の発明に対応している。
このような第２実施の形態を実施することによって、例えば図５に示すような効果を得ることができる。すなわち、第２実施の形態を実施することによって、図５中の太線（吸気絞り制御＋噴射タイミング遅角制御（ＴＣＶ制御）ライン）上において第１実施の形態よりも更にエンジン回転数およびトルク（エンジン負荷）が低い場合であっても、捕集部入口温度Ｔ１を６００℃にすることができる。従って、捕集部１４の再生処理を行う際の燃費を第１実施の形態よりも更に向上させることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００３４】
（Ａ）上記実施の形態では、作業者がフォークリフトを停車させた後に再生処理スタートキー６２を操作することで捕集部１４の再生処理が開始される場合について記載したが、再生処理を行うことが可能な運転条件下であればこの再生処理を運転中に行うこともできる。また、パティキュレート捕集量Ａが基準値Ａ０に達した場合には、再生処理スタートキー６２を用いることなく再生処理が開始されるような構成であってもよい。
【００３５】
（Ｂ）また、上記実施の形態では、排気浄化装置を有するディーゼルエンジンに本発明を適用する場合について記載したが、排気浄化装置を有する産業車両用の他のエンジンに本発明を適用することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、産業車両用エンジンに搭載される排気浄化装置につき、パティキュレートを捕集した捕集部の再生を、燃費を極力抑えたうえで効率的に行うのに有効な技術を実現することができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の排気浄化装置１００の構成を示す模式図である。
【図２】第１実施の形態および第２実施の形態における排気浄化処理を示すフローチャートである。
【図３】第１実施の形態における再生処理を示すフローチャートである。
【図４】第２実施の形態における再生処理を示すフローチャートである。
【図５】第１実施の形態（吸気絞り制御）および第２実施の形態（吸気絞り制御＋燃料噴射量制御）におけるエンジン回転数とトルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン
１２…排気径路
１４…捕集部
１６…差圧センサ
１８…排気温度センサ
２０…燃料噴射量調節部
２２…燃料ポンプ
２２…アクセル
２６…スロットル開度調節機構
２８…燃料噴射時期調節機構
３０…エンジン負荷調節部
３２…油圧ポンプ
３４…油圧調節機構
４０…吸気絞り調節部
４２…吸気径路
４４…吸気絞り弁
５０…制御部
１００…排気浄化装置
Claims (6)
- 産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行うのに用いる産業車両用エンジンの排気浄化装置であって、
前記エンジンに噴射される燃料噴射量を調節する燃料噴射量調節部と、前記エンジンのエンジン負荷を調節するエンジン負荷調節部と、前記エンジンへの吸気量を絞り調節する吸気絞り調節部と、前記エンジンから排出された排気ガス中のパティキュレートを捕集する捕集部と、この捕集部におけるパティキュレート捕集量に関する情報を検出する検出部と、前記捕集部に作用する排気ガス温度を前記パティキュレートの燃焼温度に対応した所定の温度条件とするように調節する排気ガス温度調節手段と、前記検出部によって検出された情報に基づいて前記排気ガス温度調節部を制御する制御部と備え、
前記排気ガス温度調節手段は、前記燃料噴射量調節部と、前記エンジン負荷調節部と、前記吸気絞り調節部とを用いて構成されることを特徴とする産業車両用エンジンの排気浄化装置。 - 請求項１に記載した産業車両用エンジンの排気浄化装置であって、
前記排気ガス温度調節手段は、更に前記エンジンの燃料噴射時期を調節する燃料噴射時期調節部を備えていることを特徴とする産業車両用エンジンの排気浄化装置。 - 請求項１または２に記載した産業車両用エンジンの排気浄化装置であって、
前記エンジン負荷調節部は、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプに接続されその油圧を調節する油圧調節機構とを用いて構成されることを特徴とする産業車両用エンジンの排気浄化装置。 - 産業車両用エンジンから排出される排気ガスの浄化処理を行う産業車両用エンジンの排気浄化方法であって、
前記エンジンから排出される排気ガス中のパティキュレートを捕集するステップと、捕集したパティキュレートのパティキュレート捕集量に関する情報を検出するステップと、検出したその情報に基づいて、前記エンジンに噴射される燃料噴射量、エンジン負荷、およびこのエンジンへの吸気量を制御し、捕集したパティキュレートに作用する排気ガス温度をこのパティキュレートの燃焼温度に対応した所定の温度条件に設定するステップと、を備えたことを特徴とする産業車両用エンジンの排気浄化方法。 - 請求項４に記載した産業車両用エンジンの排気浄化方法であって、
エンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御するステップと、エンジンの吸気絞りを制御して排気ガス温度を昇温するステップと、その排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御するステップと、を備えたことを特徴とする産業車両用エンジンの排気浄化方法。 - 請求項４に記載した産業車両用エンジンの排気浄化方法であって、
エンジン回転数と燃料噴射量を、その最低条件として設定された所定値以上に制御するステップと、エンジンの吸気絞りと燃料噴射タイミングを制御して前記排気ガス温度を昇温するステップと、その排気ガス温度が所定値以上となるようにエンジン負荷と燃料噴射量を制御するステップと、を備えたことを特徴とする産業車両用エンジンの排気浄化方法。
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