【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続再生型ＤＰＦを備えて、エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムの再生開始判定方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル内燃機関から排出されるＰＭ（パティキュレート・マター：粒子状物質）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、このＰＭをＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ ）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。
【０００３】
このＰＭを捕集するＤＰＦにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化システムは、他の排気ガス浄化システムと同様に、内燃機関の排気通路の途中に設置され、内燃機関で発生する排気ガスを浄化して排出している。
【０００４】
これらのＤＰＦ装置に、ＣＲＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｔｒａｐ）方式と呼ばれる、ＤＰＦの上流側に酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＤＯＣ）を設けた連続再生型のＤＰＦ装置や、ＣＳＦ（Ｃａｔａｌｙｚｅｄ Ｓｏｏｔ Ｆｉｌｔｅｒ ）方式と呼ばれる、フィルタに担持させた触媒の作用によってＰＭの燃焼温度を低下させ、排気ガスによってＰＭを焼却する連続再生型のＤＰＦ装置がある。
【０００５】
このＣＲＴ方式の連続再生型ＤＰＦ装置は、ＮＯ２ （二酸化窒素）によるＰＭの酸化が、排気ガス中の酸素によりＰＭを酸化するよりも、低温で行われることを利用したもので、酸化触媒とフィルタとから構成され、この上流側の白金等を担持した酸化触媒により、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ２ にして、このＮＯ２ で、下流側のフィルタに捕集されたＰＭを酸化してＣＯ２ （二酸化炭素）とし、ＰＭを除去している。
【０００６】
また、ＣＳＦ方式の連続再生型ＤＰＦ装置は、酸化セリウム（ＣｅＯ２ ）等の触媒を有する触媒付きフィルタで構成され、低温域では、触媒付きフィルタにおける排気ガス中のＯ２ （酸素）を使用した反応（４ＣｅＯ２ ＋Ｃ→２Ｃｅ２ Ｏ３ ＋ＣＯ２ ，２Ｃｅ２ Ｏ３ ＋Ｏ２ →４ＣｅＯ２ 等）によりＰＭを酸化し、高温域（６００℃程度以上）では、排気ガス中のＯ２ により直接ＰＭを酸化している。
【０００７】
しかしながら、これらの連続再生型ＤＰＦ装置においても、排気温度が低い場合やＮＯの排出が少ない内燃機関の運転状態、例えば、内燃機関のアイドル運転や低負荷・低速度運転等の低排気温度状態が継続した場合においては、排気ガス温度が低く触媒の温度が低下して活性化しないため、酸化反応が促進されず、また、ＮＯが不足するので、上記の反応が生ぜず、ＰＭを酸化してフィルタを再生できない。
【０００８】
そのため、ＰＭのフィルタへの堆積が継続されて、フィルタの目詰まりが進行すると、排圧が上昇し、燃費の悪化を招き、また、エンジン停止等のトラブルが生じるおそれがある。
【０００９】
そこで、これらの連続再生型ＤＰＦ装置では、このＰＭの蓄積量が予め設定されたＰＭの蓄積限界値に到達した時に、エンジンの運転状態を再生モード運転に変更して、排気温度を強制的に上昇させたり、ＮＯｘの量を増加させたりして、フィルタに捕集されたＰＭを酸化して除去し、ＤＰＦを再生している。
【００１０】
そして、このＤＰＦの再生開始の判断には、ＤＰＦ前後の差圧が利用され、ＤＰＦの上流側と下流側に第１圧力センサと第２圧力センサを設け、この第１及び第２圧力サンサが検出する各検出出力の差である圧力差が所定値以上になった場合に、ＤＰＦに所定量以上のＰＭが捕集されていると判断している（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平０８−４２３２６号公報 （第３頁右欄）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このＤＰＦ前後の差圧によりＤＰＦの再生開始時期を判断するという方法では、エンジン回転数及び負荷の変動により、ＤＰＦ前後の差圧の値が変化するため、予め、再生を開始する量のＰＭが堆積した時の差圧をエンジン回転数や負荷で決まる運転条件毎にベンチテスト等で求めてマップデータ化して、再生制御装置に入力しておく必要があり、正確な差圧データの蓄積に多大な労力と時間を要するという問題がある。
【００１３】
また、エンジン回転数及び負荷が低い時には差圧の値が小さくなる上に、エンジンやＤＰＦの種類毎や製品毎や排気管の形状毎にＤＰＦ前後の差圧、及び、この差圧を検出する差圧センサの出力にもバラツキがあり、更に、これらに経時変化が加わるために、ＤＰＦ前後の差圧によるＤＰＦの再生開始判定では、再生開始時のＰＭ蓄積量になった時期を正確に検出することが難しいという問題がある。
【００１４】
一方、ＤＰＦに蓄積されたＰＭは、高温の排気ガスが流入しＤＰＦの温度が昇温すると燃焼して発熱するので、連鎖的にある程度量以上のＰＭが燃焼するとその燃焼量に応じてＤＰＦの下流側の排気温度が上昇することが知られている。
【００１５】
本発明は、上記の知見を得て、上述の問題を解決するべくなされたものであり、その目的は、ＤＰＦの再生開始の判定を簡便にしかも正確に行うことができるＤＰＦの再生開始判定方法及びＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのＤＰＦの再生開始判定方法は、ＤＰＦを備え、排気温度上昇手段を有する排気ガス浄化システムにおいて、所定の時間間隔で、前記排気温度上昇手段により排気温度を一時的に上昇させ、該排気温度上昇時の前記ＤＰＦの下流における排気温度が所定の判定値以上に上昇した時に、前記ＤＰＦの再生処理制御を実行することを特徴とする方法である。
【００１７】
また、上記のＤＰＦの再生開始判定方法を実施するためのＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムは、ＤＰＦと該ＤＰＦの再生制御手段を備えた排気浄化システムにおいて、前記ＤＰＦの下流側に排気温度センサを備えると共に、前記再生制御手段が、排気温度を一時的に上昇させる排気温度上昇手段と、所定の時間間隔で前記排気温度上昇手段によって一時的に排気温度を上昇させた際に、前記排気温度センサで検出される排気温度が所定の判定値以上に上昇したか否かを判定し、所定の判定値以上に上昇した場合に、前記ＤＰＦの再生開始時期であると判定する再生開始判定手段を備えて構成される。
【００１８】
本発明によれば、エンジンの運転中において、所定の一定時間毎にＤＰＦの温度を上昇させるための多段噴射（マルチ噴射）、後噴射（ポスト噴射）等の燃料噴射制御や排気管内への燃料噴射を行う排気温度上昇手段を備えて、この排気温度上昇手段により、排気温度の昇温を短時間の間行って強制的にＤＰＦを昇温させて、この時のＤＰＦ出口側温度等のＤＰＦの下流側の排気温度を測定し、所定の温度以上の温度上昇を示すようであれば、本格的な再生制御を行い、示さないようであれば、通常運転を継続し、更に、所定の一定時間の後に、再度、排気温度上昇を短時間の間行うことを繰り返して、ＤＰＦの再生開始時期を調べる。
【００１９】
そして、ＰＭの堆積量の差によって生じるＤＰＦの下流側の排気温度の変化は、ＰＭの堆積量の差によって生じる差圧の変化より検出し易いので、エンジン、ＤＰＦ、温度センサ等にバラツキがあっても、これらのバラツキに係わらず、適切なＰＭ蓄積量を正確に検知でき、再生開示時期を適切に判定できる。
【００２０】
そのため、ＤＰＦ前後の差圧の検出によるＤＰＦ再生開始判定に比べて、本発明のＤＰＦの再生開始判定を使用すると、より適切な時期にＤＰＦ再生処理制御に入ることができるので、ＤＰＦの溶損、エンジンの燃費悪化等の問題を回避できる。
【００２１】
なお、この連続再生型ＤＰＦとしては、フィルタに酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ、フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ、フィルタに触媒を担持させると共に該フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ等がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及びそのシステムについて、酸化触媒（ＤＯＣ）と触媒付きフィルタ（ＣＳＦ）の組合せで構成される連続再生型ＤＰＦ装置を備えた排気ガス浄化システムを例にして、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１に、この実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この内燃機関の排気ガス浄化システム１では、エンジン（内燃機関）１０の排気マニホールド１１に接続する排気通路１２に連続再生型ＤＰＦ装置（排気ガス浄化装置）１３が設けられている。この連続再生型ＤＰＦ装置１３は、上流側に酸化触媒１３ａを下流側に触媒付きフィルタ１３ｂを有して構成される。
【００２４】
この酸化触媒１３ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ１３ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、アルミナ等の無機繊維をランダムに積層したフェルト状のフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。
【００２５】
そして、触媒付きフィルタ１３ｂに、モノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタを採用した場合には、排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）され、繊維型フィルタタイプを採用した場合には、フィルタの無機繊維でＰＭを捕集する。
【００２６】
そして、触媒付きフィルタ１３ｂの再生制御用に、触媒付きフィルタ３１ｂの上流側及び下流側に、それぞれ、上流側温度センサ２３及び下流側温度センサ２４が設けられる。
【００２７】
これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、触媒付きフィルタ１３ｂの再生制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）３０に入力され、この制御装置３０から出力される制御信号により、エンジン１０の燃料噴射装置１４や、吸気マニホールド１５への吸気量を調整する吸気弁１６や、ＥＧＲ通路１７にＥＧＲクーラ１８と共に設けられたＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ１９等が制御される。
【００２８】
この燃料噴射装置１４は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール（図示しない）に接続されており、制御装置３０には、エンジンの運転のために、ＰＴＯのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，ニュートラルスイッチのＯＮ／ＯＦＦ，車両速度、冷却水温度Ｔｗ，エンジン回転数Ｎｅ，アクセル開度Ｑ等の情報も入力される。
【００２９】
また、シリンダ内（筒内）の燃料噴射において多段噴射又は後噴射を行うことにより排気温度を上昇させる排気温度上昇手段を備えて構成される。この排気温度上昇手段は、シリンダ内（筒内）の燃料噴射制御で排気温度を上昇させる代りに、連続再生型ＤＰＦ装置１３の上流側の排気通路１２に燃料噴射装置（図示しない）を設けて、この燃料噴射装置で燃料の排気管噴射を行って排気温度を上昇させるように構成しても良い。
【００３０】
そして、本発明においては、図２に示すように、制御装置３０の排気ガス浄化システム１のための再生制御手段Ｃ１には、ＰＭの捕集を行う通常の運転を制御する通常制御運転手段Ｃ１０、ＤＰＦに捕集されたＰＭを酸化除去してＤＰＦを再生する再生処理制御運転手段Ｃ２０、再生処理制御を開始する時期を判定する再生開始判定手段Ｃ３０等が設けられる。
【００３１】
この再生処理制御運転手段Ｃ２０は、通常のＤＰＦの再生処理を行う手段であり、連続再生型ＤＰＦ装置１３の種類に応じて多少制御が異なるが、エンジン１０の燃料噴射のメイン噴射（主噴射）のタイミングを遅延操作（リタード）したり、ポスト噴射（後噴射）を行ったり、吸気絞りを行ったりして、排気ガス温度を上昇させ、ＰＭの酸化除去に適した温度や環境になるようにし、連続再生型ＤＰＦ装置１３に捕集されたＰＭを酸化除去する。
【００３２】
そして、本発明においては、再生開始判定手段Ｃ３０は、図２に示すように、経過時間判定手段Ｃ３１、ＤＰＦ入口排気温度判定手段Ｃ３２、排気温度昇温手段Ｃ３３、ＤＰＦ出口排気温度判定手段Ｃ３４等を有して構成され、経過時間判定手段Ｃ３１で通常制御運転の経過時間ｔｍが所定の時間ｔｓを経過したと判断され、かつ、ＤＰＦ入口排気温度判定手段Ｃ３２で上流側温度センサ２３で検出される排気温度Ｔｉｎｍ が所定の判定値Ｔｉｎｓ 以上であると判断された場合に、排気温度昇温手段Ｃ３３で所定の時間ｔｓの間隔で一時的に排気温度を上昇させ、この昇温後に、ＤＰＦ出口排気温度判定手段Ｃ３４で下流側温度センサ２４で検出される排気温度Ｔｍが所定の判定値Ｔｓ以上に上昇しているか否かを判定し、所定の判定値Ｔｓ以上に上昇している場合は、連続再生型ＤＰＦ装置１３の再生開始時期であると判定し、所定の判定値Ｔｓ以上に上昇していない場合は、再生開始時期ではないと判定するように構成される。
【００３３】
上記の構成の排気ガス浄化システム１０によれば、連続再生型ＤＰＦ装置１３における再生制御手段Ｃ１によるＰＭの燃焼除去に関して、図３に例示するようなフローに従って再生制御が行われる。なお、この図３のフローは、エンジンの運転開始と共にスタートし、エンジンの運転を終了すると、終了するフローとして示してある。
【００３４】
エンジンの運転が開始され、図３の再生制御フローがスタートすると、ステップＳ１０で、再生開始か否かを判定する。このステップＳ１０では、先ず、ステップＳ１１で、経過時間判定手段Ｃ３１により、通常制御運転の経過時間ｔｍが所定の時間ｔｓを経過したか否かを判定する。そして、経過時間ｔｍが所定の時間ｔｓを経過していない場合はステップＳ１７に行き、経過している場合はステップＳ１２に行く。
【００３５】
ステップＳ１２では、ＤＰＦ入口排気温度判定手段Ｃ３２によりＤＰＦ入口温度Ｔｉｎｍ が所定の温度Ｔｉｎｓ 以上であるか否かを判定し、以上でなければステップＳ１７に行き、以上であればステップＳ１３に行く。
【００３６】
このＤＰＦ入口温度Ｔｉｎｍ が所定の温度Ｔｉｎｓ 以上でない場合は、触媒が活性しない温度なので、ポスト噴射が無駄になるばかりでなく、未燃ガスを大気に排出することになるので、一時的な排気温度上昇をせずに、通常制御運転に戻る。
【００３７】
ステップＳ１３では、排気温度上昇手段Ｃ３３により燃料噴射において多段噴射又は後噴射を短時間（所定の時間ｔ２）の間行うことにより一時的に排気温度を上昇させる。なお、シリンダ内（筒内）の燃料噴射制御の代りに、連続再生型ＤＰＦ装置１３の上流側の排気通路１２に燃料噴射装置（図示しない）を設けて排気管噴射を行っても良い。
【００３８】
そして、次のステップＳ１４で経過時間ｔｍをゼロにリセットし、次のステップＳ１５で、ＤＰＦ出口排気温度判定手段Ｃ３４により、ＤＰＦ出口温度Ｔｍが所定の温度Ｔｓ以上であるか否かを判定し、以上でなければステップＳ１７に行き、以上であればステップＳ１６に行く。
【００３９】
つまり、このステップＳ１３で一時的な排気温度の上昇を行った時に、連続再生型ＤＰＦ装置１３に再生を開始する必要のある蓄積量以上のＰＭが蓄積されている時には、このＰＭが燃焼し、排気ガス温度が昇温し、ＤＰＦ出口排気ガス温度Ｔｍが所定の温度Ｔｓ以上に昇温する。また、再生を開始する必要のある蓄積量以上のＰＭが蓄積されていない時には、このＰＭの燃焼によって発生する熱量が不足し、排気ガス温度の昇温が不十分となるので、ＤＰＦ出口排気ガス温度Ｔｍが所定の温度Ｔｓ以上に昇温しない。
【００４０】
言い換えれば、フィルタ内に充分なＰＭが溜まっていることを確認するために、一定時間毎に一時的に排気温度を上昇させる。ＰＭ溜込量が不充分な場合には、規定温度Ｔｓまで上昇しないので、通常運転を継続し、ＰＭ溜込量が充分な場合には、規定温度Ｔｓ以上になるので、再生を開始する。
【００４１】
ステップＳ１６では、再生開示時期であるとして再生開始フラグＦｒをＯＮ（Ｆｒ＝１）にして、ステップＳ２０の再生処理制御運転に行く。この通常制御運転では、再生処理制御運転手段Ｃ２０により、ＤＰＦ再生のための再生処理制御を行って、連続再生型ＤＰＦ装置１３を再生する。
【００４２】
この再生処理制御は、例えば、触媒付きＤＰＦ（ＣＦＳ）の上流側に酸化触媒（ＤＯＣ）を備えている連続再生型ＤＰＦの場合には、第１段階でＰＭ燃焼に関わる燃料噴射は酸化触媒を活性温度以上になるまで昇温し、その後の第２段階では吸気絞り、ＥＧＲ、ＶＮＴ等の空気系の装置で、排気ガス中のＮＯｘ濃度を増加させ、ポスト噴射を行うことで更に昇温して設定時間の間その状態を保持し、その後の第３段階で、同様な制御を行いながら、ＰＭを焼ききる温度にして設定時間の間その状態を保持することで、ＰＭを燃焼させて再生を行う。
【００４３】
そして、このステップＳ２０で連続再生型ＤＰＦ装置１３の再生を行い、再生処理を完了した後に、ステップＳ１０に戻る。
【００４４】
また、ステップＳ１７では、再生開示時期では無いとして再生開始フラグＦｒをＯＦＦ（Ｆｒ＝０）にして、ステップＳ３０の通常制御運転に行く。この通常制御運転では、ＤＰＦ再生のための特別な運転及び制御は行わず、通常運転制御手段Ｃ１０により、通常のエンジンの運転を所定の時間（制御の時間間隔に関係する時間）Δｔの間行う。この時、エンジンから発生する排気ガス中のＰＭは連続再生型ＤＰＦ装置１３で浄化する。なお、この通常制御運転の間、通常制御運転の経過時間ｔｍのカウント（ｔｍ＝ｔｍ＋Δ）が続行される。このステップＳ３０で通常制御運転を所定の時間Δｔの間行った後はステップＳ１０に戻る。
【００４５】
このステップＳ１０〜ステップＳ２０、または、ステップＳ１０〜ステップＳ３０の繰り返しを行い、その途中でエンジンキーがＯＦＦされると、ステップＳ４０の割り込みが発生し、次のステップＳ４１で、経過時間ｔｍの値の記憶等の終了作業を行って制御を終了する。
【００４６】
この図３の再生制御により、ステップＳ３０で通常制御運転を行って経過時間ｔｍをカウントし、ステップＳ１１のチェックで経過時間ｔｍが所定の時間ｔｓを超えるまで、ステップＳ１７を経由してステップＳ３０の通常制御運転を行うことができる。
【００４７】
また、ステップＳ３０の通常制御運転の経過時間ｔｍが所定の時間ｔｓを超えて、しかも、ステップＳ１２でＤＰＦ入口温度Ｔｉｎｍ が所定の温度Ｔｉｎｓ 以上である場合に、ステップＳ１３で一時的な排気温度の上昇を行い、ステップＳ１５でＤＰＦ出口温度Ｔｍが所定の温度Ｔｓ以上である場合のみ、ステップＳ２０の再生処理制御を行うことができる。
【００４８】
なお、ステップＳ１２でＤＰＦ入口温度Ｔｉｎｍ が所定の温度Ｔｉｎｓ 以上でない場合、及び、ステップＳ１５でＤＰＦ出口温度Ｔｍが所定の温度Ｔｓ以上でない場合は、ステップＳ３０の通常制御運転に戻る。
【００４９】
つまり、通常制御運転手段Ｃ１０によって通常のＰＭを捕集する制御を行いつつ、再生開始判定手段Ｃ３０により、再生処理制御の開始が必要か否かの判定を行う。そして、再生処理制御が必要と判断されるまでは、通常制御運転を行い、再生処理制御が必要と判断された場合に、再生処理制御運転手段Ｃ２０により再生処理を行い、この再生処理が終了すると、通常制御運転手段Ｃ１０と再生制御開始手段Ｃ３０の制御に戻り、これを繰り返す。
【００５０】
なお、本発明は、上記の触媒を担持させるフィルタ１３ｂとこの触媒付きフィルタ１３ｂの上流側に酸化触媒１３ａを設けた連続再生型ＤＰＦ装置１３以外にも、フィルタに酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ装置１３、フィルタの上流側に酸化触媒を設けた連続再生型ＤＰＦ装置１３等に対しても適用可能である。
【００５１】
そして、上記の排気ガス浄化システム１及びＤＰＦの再生開始判定方法によれば、ＰＭの堆積量の差によって生じる連続再生型ＤＰＦ装置１３の下流側の排気温度の変化は、ＰＭの堆積量の差によって生じる差圧の変化より検出し易いので、エンジン、ＤＰＦ、温度センサ等にバラツキがあっても、これらのバラツキに係わらず、適切なＰＭ蓄積量を正確に検知でき、再生開示時期を適切に判定できる。
【００５２】
そのため、ＤＰＦ前後の差圧の検出によるＤＰＦ再生開始判定に比べて、より適切な時期にＤＰＦ再生処理制御に入ることができるので、ＤＰＦの溶損、エンジンの燃費悪化等の問題を回避できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上に説明をしたように、本発明のＤＰＦの再生開始判定方法及びＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムによれば、エンジン、ＤＰＦ、センサ等に製品のバラツキがあっても、これらのバラツキに係わらず、ＤＰＦに蓄積されたＰＭの量が再生開始のＰＭ蓄積量に達しているか否かを正確に検知でき、適切な時期にＤＰＦ再生処理制御に入ることができるので、ＤＰＦの溶損、エンジンの燃費悪化等を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムのシステム構成図である。
【図２】本発明に係る排気ガス浄化システムの制御手段の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の再生制御のフローを示す図である。
【符号の説明】
１ 排気ガス浄化システム
１０ エンジン（内燃機関）
１３ 連続再生型ＤＰＦ装置
１３ａ 酸化触媒
１３ｂ 触媒付きフィルタ（ＤＰＦ）
２４ 下流側温度センサ
３０ 制御装置（ＥＣＵ）
Ｃ１ 再生制御手段
Ｃ１０ 通常制御運転手段
Ｃ２０ 再生処理制御運転手段
Ｃ３０ 再生開始判定手段
Ｃ３１ 経過時間判定手段
Ｃ３２ ＤＰＦ入口排気温度判定手段
Ｃ３３ 排気温度昇温手段
Ｃ３４ ＤＰＦ出口排気温度判定手段
ｔｍ 通常制御運転の経過時間
ｔｓ 所定の時間
Ｔｍ 排気温度
Ｔｓ 所定の判定値[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for determining the start of regeneration of an exhaust gas purification system that includes a continuous regeneration type DPF and purifies exhaust gas from an engine, and an exhaust gas purification system.
[0002]
[Prior art]
Regulations on the amount of PM (particulate matter: particulate matter) emitted from a diesel internal combustion engine have been strengthened year by year along with NOx, CO, HC, etc., and this PM is used as a DPF (Diesel Particulate Filter: Diesel). A technique has been developed to reduce the amount of PM that is collected by a filter called a Particulate Filter) and discharged to the outside.
[0003]
DPFs that capture this PM include ceramic monolith honeycomb type wall flow type filters and fiber type filters made of ceramic or metal in a fibrous form. Like other exhaust gas purification systems, the exhaust gas purification system is installed in the exhaust passage of the internal combustion engine to purify and exhaust exhaust gas generated in the internal combustion engine.
[0004]
These DPF devices are referred to as a CRT (Continuously Regenerating Trap) method, a continuous regeneration type DPF device in which an oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst: DOC) is provided on the upstream side of the DPF, or a CSF (Catalyzed Soot Filter) method. There is a continuous regeneration type DPF device which lowers the combustion temperature of PM by the action of a catalyst carried on a filter and incinerates PM by exhaust gas.
[0005]
This CRT type continuous regeneration DPF device utilizes the fact that the oxidation of PM by NO 2 (nitrogen dioxide) is performed at a lower temperature than the oxidation of PM by oxygen in exhaust gas. And an oxidation catalyst carrying platinum or the like on the upstream side, oxidizes NO (nitrogen monoxide) in the exhaust gas to NO 2 , and collects the NO 2 in a filter on the downstream side. The PM thus obtained is oxidized to CO 2 (carbon dioxide) to remove the PM.
[0006]
Further, the CSF type continuous regeneration type DPF device is constituted by a catalyst-equipped filter having a catalyst such as cerium oxide (CeO 2 ), and uses O 2 (oxygen) in the exhaust gas of the catalyst-equipped filter in a low temperature range. PM is oxidized by a reaction (4 CeO 2 + C → 2 Ce 2 O 3 + CO 2 , 2 Ce 2 O 3 + O 2 → 4 CeO 2, etc.), and in a high temperature range (about 600 ° C. or higher), PM is directly oxidized by O 2 in exhaust gas. It is oxidizing.
[0007]
However, even in these continuous regeneration type DPF devices, when the exhaust gas temperature is low or the operating state of the internal combustion engine that emits a small amount of NO, for example, the low exhaust gas temperature state such as the idling operation and the low load / low speed operation of the internal combustion engine is not satisfied. In the case where the exhaust gas temperature is continued, the oxidation reaction is not promoted because the exhaust gas temperature is low and the temperature of the catalyst is lowered, so that the above reaction does not occur because NO is insufficient. Cannot play filter.
[0008]
For this reason, when the accumulation of PM on the filter is continued and the clogging of the filter proceeds, the exhaust pressure increases, fuel efficiency is deteriorated, and troubles such as engine stop may occur.
[0009]
Therefore, in these continuous regeneration type DPF devices, when the accumulated amount of PM reaches a preset accumulation limit value of PM, the operating state of the engine is changed to the regeneration mode operation, and the exhaust gas temperature is forcibly set. By increasing the amount of NOx or increasing the amount of NOx, the PM trapped in the filter is oxidized and removed to regenerate the DPF.
[0010]
The difference between the pressures before and after the DPF is used to determine the start of the regeneration of the DPF, and a first pressure sensor and a second pressure sensor are provided on the upstream and downstream sides of the DPF. When the pressure difference, which is the difference between the detection outputs to be detected, becomes equal to or greater than a predetermined value, it is determined that PM equal to or greater than a predetermined amount is trapped in the DPF (for example, see Patent Document 1).
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-08-42326 (page 3, right column)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of determining the DPF regeneration start timing based on the differential pressure before and after the DPF, the value of the differential pressure before and after the DPF changes due to fluctuations in the engine speed and load. It is necessary to obtain the differential pressure when PM accumulates for each operating condition determined by the engine speed and load by a bench test or the like, convert it into map data, and input it to the regeneration control device. Accumulation of accurate differential pressure data Has the problem that it requires a great deal of labor and time.
[0013]
When the engine speed and the load are low, the value of the differential pressure is reduced, and the differential pressure before and after the DPF is detected for each type of engine and DPF, each product, and each shape of the exhaust pipe, and the differential pressure is detected. The output of the differential pressure sensor also fluctuates, and since these change with the lapse of time, the DPF regeneration start judgment based on the differential pressure before and after the DPF accurately detects the time when the amount of accumulated PM at the start of the regeneration is reached. There is a problem that it is difficult to do.
[0014]
On the other hand, the PM accumulated in the DPF burns and generates heat when the high-temperature exhaust gas flows in and the temperature of the DPF rises, so that when a certain amount or more of PM burns in a chain, the PM of the DPF depends on the combustion amount. It is known that the exhaust gas temperature on the downstream side increases.
[0015]
The present invention has been made to solve the above-described problems based on the above knowledge, and an object of the present invention is to provide a DPF regeneration start determination method capable of easily and accurately determining the start of DPF regeneration. And an exhaust gas purification system provided with the DPF.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A method of determining the start of regeneration of a DPF to achieve the above object is to provide a method for determining the start of regeneration of a DPF, which includes a DPF and temporarily controls the exhaust gas temperature by the exhaust temperature raising means at predetermined time intervals in an exhaust gas purification system having an exhaust temperature raising means. And when the exhaust gas temperature downstream of the DPF at the time of the exhaust gas temperature rise exceeds a predetermined judgment value, the regeneration process control of the DPF is executed.
[0017]
An exhaust gas purification system including a DPF for performing the above-described DPF regeneration start determination method is an exhaust gas purification system including a DPF and regeneration control means for the DPF, wherein an exhaust gas temperature sensor is provided downstream of the DPF. Wherein the regeneration control means temporarily increases the exhaust gas temperature when the exhaust gas temperature is increased by the exhaust gas temperature increasing means at predetermined time intervals. It is determined whether or not the exhaust gas temperature detected by the sensor has risen above a predetermined determination value. If the exhaust gas temperature rises above the predetermined determination value, the regeneration start determination means determines that it is time to start regeneration of the DPF. It is configured with.
[0018]
Advantageous Effects of Invention According to the present invention, during operation of an engine, fuel injection control such as multi-stage injection (multi-injection) and post-injection (post-injection) for raising the temperature of the DPF at predetermined time intervals, and fuel injection into an exhaust pipe An exhaust gas temperature raising means for performing injection is provided, and the exhaust gas temperature raising means raises the exhaust gas temperature for a short time to forcibly raise the temperature of the DPF. The exhaust gas temperature on the downstream side is measured, and if it shows a temperature rise above a predetermined temperature, full-scale regeneration control is performed; if not, normal operation is continued and further, a predetermined constant After a lapse of time, the exhaust gas temperature is raised again for a short time, and the DPF regeneration start timing is checked.
[0019]
The change in the exhaust gas temperature downstream of the DPF caused by the difference in the amount of accumulated PM is easier to detect than the change in the differential pressure caused by the difference in the amount of accumulated PM, so that the engine, the DPF, the temperature sensor, and the like vary. However, irrespective of these variations, an appropriate amount of accumulated PM can be accurately detected, and the timing of the start of regeneration can be appropriately determined.
[0020]
Therefore, when the DPF regeneration start determination of the present invention is used, the DPF regeneration process control can be started at a more appropriate time, as compared with the DPF regeneration start determination based on the detection of the differential pressure before and after the DPF. Thus, problems such as deterioration of fuel efficiency of the engine can be avoided.
[0021]
The continuous regeneration type DPF includes a continuous regeneration type DPF in which an oxidation catalyst is supported on a filter, a continuous regeneration type DPF in which an oxidation catalyst is provided on the upstream side of the filter, and a catalyst on the upstream side of the filter. And a continuous regeneration type DPF provided with an oxidation catalyst.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust gas purification method and an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to an exhaust gas purification system provided with a continuous regeneration type DPF device composed of a combination of an oxidation catalyst (DOC) and a filter with a catalyst (CSF). An example will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 shows a configuration of an exhaust gas purifying system 1 for an internal combustion engine according to this embodiment. In the exhaust gas purification system 1 for an internal combustion engine, a continuous regeneration type DPF device (exhaust gas purification device) 13 is provided in an exhaust passage 12 connected to an exhaust manifold 11 of an engine (internal combustion engine) 10. The continuous regeneration type DPF device 13 includes an oxidation catalyst 13a on the upstream side and a filter 13b with a catalyst on the downstream side.
[0024]
The oxidation catalyst 13a is formed by supporting an oxidation catalyst such as platinum (Pt) on a carrier such as a porous ceramic honeycomb structure. The filter 13b with a catalyst is provided at the inlet of the channel of the porous ceramic honeycomb. It is formed by a monolith honeycomb type wall flow type filter in which the outlet and the outlet are alternately sealed, a felt-like filter in which inorganic fibers such as alumina are laminated at random, and the like. A catalyst such as platinum or cerium oxide is supported on the filter.
[0025]
When a monolith honeycomb-type wall flow type filter is used as the catalyst-added filter 13b, PM (particulate matter) in the exhaust gas G is collected (trapped) by the porous ceramic wall, and the fibers are removed. In the case of adopting the type filter type, PM is collected by inorganic fibers of the filter.
[0026]
An upstream temperature sensor 23 and a downstream temperature sensor 24 are provided upstream and downstream of the catalyzed filter 31b, respectively, for regeneration control of the catalyzed filter 13b.
[0027]
The output values of these sensors are input to a control device (ECU: engine control unit) 30 that controls the overall operation of the engine 10 and also controls the regeneration of the filter with catalyst 13b. In response to the control signal, the fuel injection device 14 of the engine 10, the intake valve 16 for adjusting the intake amount to the intake manifold 15, the EGR valve 19 for adjusting the EGR amount provided in the EGR passage 17 together with the EGR cooler 18, and the like Is controlled.
[0028]
The fuel injection device 14 is connected to a common rail (not shown) for temporarily storing high-pressure fuel pressurized by a fuel pump (not shown). Information such as ON / OFF of a switch, ON / OFF of a neutral switch, vehicle speed, cooling water temperature Tw, engine speed Ne, accelerator opening Q, and the like are also input.
[0029]
Further, the fuel injection system is provided with exhaust temperature increasing means for increasing exhaust gas temperature by performing multi-stage injection or post-injection in fuel injection in the cylinder (in the cylinder). The exhaust gas temperature raising means includes a fuel injection device (not shown) provided in the exhaust passage 12 on the upstream side of the continuous regeneration type DPF device 13 instead of raising the exhaust gas temperature by controlling the fuel injection in the cylinder (in the cylinder). Alternatively, the fuel injection device may be configured to inject fuel into an exhaust pipe to increase the exhaust gas temperature.
[0030]
In the present invention, as shown in FIG. 2, the regeneration control means C1 for the exhaust gas purification system 1 of the control device 30 includes a normal control operation means C10 for controlling a normal operation for trapping PM. , A regeneration process control operating unit C20 for oxidizing and removing PM trapped in the DPF to regenerate the DPF, a regeneration start determining unit C30 for determining when to start the regeneration process control, and the like.
[0031]
The regeneration processing control operation means C20 is a means for performing a normal DPF regeneration processing, and the control is slightly different depending on the type of the continuous regeneration type DPF device 13, but the main injection (main injection) of the fuel injection of the engine 10 is performed. The exhaust gas temperature by delaying the operation timing (retard), performing post-injection (post-injection), or performing intake throttling so that the temperature and environment are suitable for oxidizing and removing PM. Then, the PM collected by the continuous regeneration type DPF device 13 is oxidized and removed.
[0032]
In the present invention, as shown in FIG. 2, the regeneration start determining unit C30 includes an elapsed time determining unit C31, a DPF inlet exhaust temperature determining unit C32, an exhaust temperature increasing unit C33, a DPF outlet exhaust temperature determining unit C34, and the like. The elapsed time determination means C31 determines that the elapsed time tm of the normal control operation has exceeded the predetermined time ts, and the DPF inlet exhaust gas temperature determination means C32 detects the elapsed time tm by the upstream temperature sensor 23. When it is determined that the exhaust gas temperature Tinm is equal to or higher than the predetermined determination value Tins, the exhaust gas temperature raising means C33 temporarily raises the exhaust gas temperature at intervals of a predetermined time ts. The exhaust temperature determination means C34 determines whether or not the exhaust temperature Tm detected by the downstream temperature sensor 24 has risen to a predetermined determination value Ts or more. If it has risen above, it is determined that it is time to start regeneration of the continuous regeneration type DPF device 13, and if it has not risen above the predetermined determination value Ts, it is determined that it is not time to start regeneration. Is done.
[0033]
According to the exhaust gas purification system 10 having the above-described configuration, the regeneration control is performed according to the flow illustrated in FIG. 3 regarding the PM removal by the regeneration control unit C1 in the continuous regeneration type DPF device 13. Note that the flow of FIG. 3 is started when the operation of the engine is started, and is ended when the operation of the engine is completed.
[0034]
When the operation of the engine is started and the regeneration control flow of FIG. 3 is started, it is determined in step S10 whether or not the regeneration has started. In step S10, first, in step S11, the elapsed time determination unit C31 determines whether the elapsed time tm of the normal control operation has exceeded a predetermined time ts. If the elapsed time tm has not passed the predetermined time ts, the procedure goes to step S17, and if it has passed, the procedure goes to step S12.
[0035]
In step S12, the DPF inlet exhaust gas temperature determining means C32 determines whether or not the DPF inlet temperature Tinm is equal to or higher than a predetermined temperature Tins. If not, the process proceeds to step S17. If not, the process proceeds to step S13.
[0036]
If the DPF inlet temperature Tinm is not equal to or higher than the predetermined temperature Tins, since the catalyst is not activated, not only is post-injection wasted, but also unburned gas is discharged to the atmosphere. Return to normal control operation without ascending.
[0037]
In step S13, the exhaust temperature is raised temporarily by performing the multi-stage injection or the post-injection for a short time (predetermined time t2) in the fuel injection by the exhaust temperature raising means C33. Instead of the fuel injection control in the cylinder (in the cylinder), a fuel injection device (not shown) may be provided in the exhaust passage 12 on the upstream side of the continuous regeneration type DPF device 13 to perform the exhaust pipe injection.
[0038]
Then, in the next step S14, the elapsed time tm is reset to zero, and in the next step S15, the DPF outlet exhaust temperature determining means C34 determines whether the DPF outlet temperature Tm is equal to or higher than a predetermined temperature Ts, If not, go to step S17, and if so, go to step S16.
[0039]
In other words, when the exhaust gas temperature is temporarily increased in step S13, when PM is accumulated in the continuous regeneration type DPF device 13 in an amount equal to or greater than the amount required to start regeneration, the PM burns, The exhaust gas temperature rises, and the DPF outlet exhaust gas temperature Tm rises above a predetermined temperature Ts. Further, when PM is not accumulated beyond the accumulated amount required to start regeneration, the amount of heat generated by combustion of this PM is insufficient, and the temperature of exhaust gas is insufficiently increased. The temperature Tm does not rise above the predetermined temperature Ts.
[0040]
In other words, the exhaust gas temperature is temporarily increased at regular intervals in order to confirm that sufficient PM has accumulated in the filter. If the accumulated amount of PM is insufficient, the normal operation is continued because the temperature does not rise to the specified temperature Ts, and if the accumulated amount of PM is sufficient, the temperature becomes equal to or higher than the specified temperature Ts, and the regeneration is started.
[0041]
In step S16, the regeneration start flag Fr is set to ON (Fr = 1) as the regeneration start time, and the process proceeds to the regeneration processing control operation in step S20. In this normal control operation, the regeneration process control operation means C20 performs regeneration process control for DPF regeneration, and regenerates the continuous regeneration DPF device 13.
[0042]
For example, in the case of a continuous regeneration type DPF having an oxidation catalyst (DOC) on the upstream side of a DPF (CFS) with a catalyst, the fuel injection related to PM combustion in the first stage uses the oxidation catalyst. The temperature is raised until the temperature becomes equal to or higher than the activation temperature. In the second stage thereafter, the NOx concentration in the exhaust gas is increased by an air system such as an intake throttle, EGR, VNT, and the temperature is further increased by performing post injection. In the third stage, the same control is performed to bring the PM to a temperature at which it can be burned, and the state is maintained for the set time to burn and regenerate the PM. I do.
[0043]
Then, in step S20, the continuous regeneration type DPF device 13 is regenerated, and after the regeneration process is completed, the process returns to step S10.
[0044]
In step S17, the regeneration start flag Fr is turned off (Fr = 0) assuming that it is not the regeneration start time, and the routine proceeds to the normal control operation in step S30. In this normal control operation, no special operation and control for DPF regeneration are performed, and the normal operation control means C10 performs normal engine operation for a predetermined time (time related to the control time interval) Δt. . At this time, the PM in the exhaust gas generated from the engine is purified by the continuous regeneration type DPF device 13. During the normal control operation, the counting of the elapsed time tm of the normal control operation (tm = tm + Δ) is continued. After performing the normal control operation for the predetermined time Δt in step S30, the process returns to step S10.
[0045]
Steps S10 to S20 or steps S10 to S30 are repeated, and if the engine key is turned off in the middle, an interrupt of step S40 occurs. In the next step S41, the value of the elapsed time tm is calculated. An end operation such as storage is performed, and the control is ended.
[0046]
By the regeneration control of FIG. 3, the normal control operation is performed in step S30, the elapsed time tm is counted, and until the elapsed time tm exceeds the predetermined time ts in the check in step S11, the process proceeds to step S17. Normal control operation can be performed.
[0047]
If the elapsed time tm of the normal control operation in step S30 exceeds the predetermined time ts, and if the DPF inlet temperature Tinm is equal to or higher than the predetermined temperature Tins in step S12, the temporary exhaust gas temperature is reduced in step S13. The regeneration process control in step S20 can be performed only when the DPF outlet temperature Tm is equal to or higher than the predetermined temperature Ts in step S15.
[0048]
When the DPF inlet temperature Tinm is not higher than the predetermined temperature Tins in step S12, and when the DPF outlet temperature Tm is not higher than the predetermined temperature Ts in step S15, the process returns to the normal control operation in step S30.
[0049]
That is, while the normal control operation means C10 controls the normal collection of PM, the regeneration start determination means C30 determines whether or not the regeneration processing control needs to be started. Until it is determined that the regeneration processing control is necessary, the normal control operation is performed. If it is determined that the regeneration processing control is required, the regeneration processing is performed by the regeneration processing control operation unit C20. Then, the process returns to the control of the normal control driving means C10 and the regeneration control starting means C30, and repeats this.
[0050]
The present invention is not limited to the continuous regeneration type DPF device 13 provided with an oxidation catalyst 13a on the upstream side of the filter 13b supporting the catalyst and the catalyst-added filter 13b. The present invention is also applicable to a DPF device 13, a continuous regeneration DPF device 13 provided with an oxidation catalyst upstream of a filter, and the like.
[0051]
According to the exhaust gas purification system 1 and the DPF regeneration start determination method described above, the change in the exhaust gas temperature on the downstream side of the continuous regeneration type DPF device 13 caused by the difference in the amount of accumulated PM is caused by the difference in the amount of accumulated PM. Therefore, even if the engine, DPF, temperature sensor, etc., fluctuate, it is possible to accurately detect the appropriate amount of accumulated PM regardless of these fluctuations, and appropriately set the time to start regeneration. Can be determined.
[0052]
For this reason, the DPF regeneration process control can be started at a more appropriate time as compared with the DPF regeneration start determination based on the detection of the differential pressure before and after the DPF, so that problems such as melting of the DPF and deterioration of fuel efficiency of the engine can be avoided.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of determining the start of regeneration of the DPF and the exhaust gas purification system including the DPF of the present invention, even if the engine, the DPF, the sensor, and the like have variations in the products, they are not affected by these variations. Instead, it is possible to accurately detect whether the amount of PM accumulated in the DPF has reached the PM accumulation amount at the start of regeneration, and to start DPF regeneration processing control at an appropriate time. The fuel efficiency of the vehicle can be prevented from being deteriorated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of control means of the exhaust gas purification system according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a flow of reproduction control according to the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust gas purification system 10 Engine (internal combustion engine)
13 Continuous regeneration type DPF device 13a Oxidation catalyst 13b Filter with catalyst (DPF)
24 Downstream temperature sensor 30 Control unit (ECU)
C1 regeneration control means C10 normal control operation means C20 regeneration processing control operation means C30 regeneration start determination means C31 elapsed time determination means C32 DPF inlet exhaust temperature determination means C33 exhaust temperature increase means C34 DPF outlet exhaust temperature determination means tm Elapsed time ts Predetermined time Tm Exhaust gas temperature Ts Predetermined judgment value
