【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量型（ＶＧＳ）ターボチャージャを備えたディーゼルエンジンにおいて、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ（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方法及びそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）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をディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ ：以下ＤＰＦとする）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、エンジンの排気通路の途中に設置され、エンジン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装置等がある。
【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を酸化することにより、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、ＣｅＯ２ （酸化セリウム）等の触媒を有する触媒付きフィルタで構成され、低温域（３００℃〜６００℃程度）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、ＰＭが排気ガス中のＯ２ で燃焼する温度より高い高温域（６００℃程度以上）では、排気ガス中のＯ２ によりＰＭを酸化している。
【０００７】
そして、このＣＳＦ方式の連続再生型ＤＰＦ装置等でも、上流側に酸化触媒を設けて、排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯの酸化により、これらの大気中への放出を防止しながら、排気ガス温度を上昇させて、ＰＭの酸化除去を促進することが行われている。
【０００８】
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の排出が少ないエンジンの運転状態、例えば、エンジン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ため、ＰＭのフィルタへの堆積が継続されて、フィルタが目詰まりしてくる。
【０００９】
そのため、これらの連続再生型のＤＰＦ装置では、このＰＭの蓄積量を、ＤＰＦの前後で測定した排気圧力の差圧によって推定し、予め設定した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再生処理を行って、排気温度を強制的に上昇させたり、ＮＯやＮＯ２ の量を増加させたりして、フィルタに捕集されたＰＭを酸化して除去している。
【００１０】
しかしながら、連続再生型ＤＰＦ装置においては、ＰＭの蓄積量がある程度以上になった後に、排気ガス温度が上昇すると、捕集されたＰＭが酸化され、ＤＰＦの再生を開始するが、この再生開始の直後にアイドリングに戻ったり、エンジンストップが生じると、空気流量が減少しＤＰＦを流れる排気ガスの流量も減少するので、ＰＭの酸化で発生する熱の持ち去りが減少する。そのため、ＤＰＦ内の温度が急上昇し、場合によっては溶損が生じるおそれもある。
【００１１】
そのため、助燃エア供給装置と助燃エア制御手段を備えて、トラップフィルタ（ＤＰＦ）再生中においてエンジン回転数が所定値より低い時に助燃エア供給量を最大値に制御し、また、再生開始後から所定時間経過後は、助燃エア供給量を必要最小限の供給量にするパティキュレートトラップフィルタ装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平０７−１０２９４２号公報 （第２頁）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、助燃エアの供給量の制御により、ＤＰＦ再生中に発生する温度の異常上昇（所謂温度ピーク現象）を回避しようとする装置では、電動モータで駆動されるエアポンプ等の助燃エア供給装置が必要不可欠となり、装置や制御が複雑化し、排気ガス浄化システムのコストも高くなるという問題がある。
【００１４】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、連続再生型ＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、自己再生によるＰＭ燃焼中やＤＰＦ再生中に、エンジンの運転状態が連続再生型ＤＰＦの再生領域からアイドリング運転やエンジンの停止に移行する時でも、連続再生型ＤＰＦの異常高温及び溶損の発生を防止できる排気ガス浄化方法及びそのシステムを提供することにある。
【００１５】
【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排気ガス浄化方法は、可変容量型ターボチャージャを備えたディーゼルエンジンの排気通路に連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）を設けて、エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化方法において、前記連続再生型ＤＰＦに堆積された粒子状物質の量が所定値以上であると推定される場合で、エンジンの運転状態が前記連続再生型ＤＰＦの再生領域からアイドリング領域に入った時には、エンジン回転数を通常のアイドル回転数より上昇させたハイアイドリング制御と可変容量型ターボチャージャの絞り制御とによる空気量増加制御を行う方法として構成される。
【００１６】
また、可変容量型ターボチャージャを備えたディーゼルエンジンの排気通路に連続再生型ＤＰＦを設けて、エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化方法において、前記連続再生型ＤＰＦに堆積された粒子状物質の量が所定値以上であると推定される場合で、エンジンの運転状態が前記連続再生型ＤＰＦの再生領域にある時に、エンジン停止の指令を受けた際には、エンジン回転数を通常のアイドル回転数より上昇させたハイアイドリング制御と可変容量型ターボチャージャの絞り制御とによる空気量増加制御を行い、該空気量増加制御を終えてから、エンジンを停止する方法として構成される。
【００１７】
上記の排気ガス浄化方法において、前記空気量増加制御の終了の判定を、前記連続再生型ＤＰＦの出口の検出温度が所定値以下になったか否かで行い、以下となった場合に終了であるとすることが好ましく、また、前記連続再生型ＤＰＦに堆積された粒子状物質の量の推定を、該連続再生型ＤＰＦの前後の排気圧の差圧に基づいて行うことが好ましい。
【００１８】
そして、上記の排気ガス浄化方法を実施するための排気ガス浄化システムは、可変容量型ターボチャージャを備えたディーゼルエンジンの排気通路に設けた連続再生型ＤＰＦと共に、該連続再生型ＤＰＦの再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御手段が、前記連続再生型ＤＰＦに堆積された粒子状物質の量が所定値以上であると推定される場合で、エンジンの運転状態が前記連続再生型ＤＰＦの再生領域からアイドリング領域に入った時には、エンジン回転数を通常のアイドル回転数より上昇させたハイアイドリング制御と可変容量型ターボチャージャの絞り制御とによる空気量増加制御を行うように構成される。
【００１９】
あるいは、可変容量型ターボチャージャを備えたディーゼルエンジンの排気通路に設けた連続再生型ＤＰＦと共に、該連続再生型ＤＰＦの再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御手段が、前記連続再生型ＤＰＦに堆積された粒子状物質の量が所定値以上であると推定される場合で、エンジンの運転状態が前記連続再生型ＤＰＦの再生領域にある時に、エンジン停止の指令を受けた際には、エンジン回転数を通常のアイドル回転数より上昇させたハイアイドリング制御と可変容量型ターボチャージャの絞り制御とによる空気量増加制御を行い、該空気量増加制御を終えてから、エンジンを停止するように構成される。
【００２０】
上記の排気ガスシステムにおいて、前記再生制御手段が、前記空気量増加制御の終了の判定を、前記連続再生型ＤＰＦの出口に具備した温度センサの値が所定値以下になったか否かで行い、以下となった場合に終了であるとするように構成される。
【００２１】
更に、上記の排気ガスシステムにおいて、前記再生制御手段が、前記連続再生型ＤＰＦに堆積された粒子状物質の量の推定を、該連続再生型ＤＰＦの前後の排気圧を検出する差圧センサの出力値に基づいて行うように構成されることが好ましい。
【００２２】
そして、前記連続再生型ＤＰＦとしては、フィルタに酸化触媒を担持させた装置、フィルタの上流側に酸化触媒を設けた装置、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装置等がある。
【００２３】
【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（ディーゼルパティキュレートフィルタ）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。
【００２４】
図１に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１では、ディーゼルエンジン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ＤＰＦ１３が設けられている。この連続再生型ＤＰＦ１３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。また、可変容量型ターボチャージャ４０が排気通路１２と吸気通路２０の部分に配設されている。
【００２５】
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。この触媒付きフィルタ１３ｂでは、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）される。
【００２６】
そして、触媒付きフィルタ１３ｂのＰＭの堆積量を推定するために、連続再生型ＤＰＦ装置１３の前後に接続された導通管に差圧センサ２１が設けられる。また、触媒付きフィルタ１３ｂの再生制御用に、酸化触媒１３ａと触媒付きフィルタ３１ｂの上流側、中間及び下流側に、それぞれ、上流側温度センサ２２、中間温度センサ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，エンジン回転数，アクセル開度等の情報も入力される。
【００２９】
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のための制御手段Ｃ１において、通常運転制御手段Ｃ１０、再生制御開始判定手段Ｃ２０、再生制御手段Ｃ３０、再生完了判定手段Ｃ４０、異常高温回避制御手段Ｃ５０が設けられる。
【００３０】
通常運転制御手段Ｃ１０は、ＰＭの捕集を行う通常のエンジン運転を制御する手段である。また、再生制御開始判定手段Ｃ２０は、連続再生型ＤＰＦ１３の触媒付きフィルタ１３ｂに捕集されるＰＭの捕集量を推定し、このＰＭの捕集量が所定の値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、再生開始時期であると判定し、超えない場合は、未だ再生開始時期では無いと判定する手段である。
【００３１】
この捕集量の推定は、連続再生型ＤＰＦ１３の前後の差圧等で推定し、差圧センサ２１で検出された差圧ΔＰが所定の再生用の判定値ΔＰａ１以上の時に再生開始時期であると判定する。なお、この捕集量の推定は、エンジンの回転速度や負荷から推定した堆積量の累積計算値や、エンジンの回転累積時間等を基に推定してもよく、この場合は、これらの値が所定の判定値を超えた場合には再生開始時期であると判定し、超えない場合は未だ再生開始時期では無いと判定する。
【００３２】
また、再生制御手段Ｃ３０は、連続再生型ＤＰＦ１３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ＤＰＦ１３に捕集されたＰＭを酸化除去する。
【００３３】
図１に示すような、触媒付きＤＰＦ（ＣＦＳ）１３ｂの上流側に酸化触媒（ＤＯＣ）１３ａを備えている連続再生型ＤＰＦ１３の場合には、通常の再生制御では、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目標温度を５００℃程度に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、目標温度を６００℃程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っている。
【００３４】
また、再生完了判定手段Ｃ４０は、連続再生型ＤＰＦ１３の再生が完了したか否かを判定する手段であり、差圧センサ２１で検出された差圧ΔＰが所定の判定値ΔＰａ２より小さければ再生完了であると判定し、判定値ΔＰａ２以上は再生未完了であると判定する。
【００３５】
そして、異常高温回避制御手段Ｃ５０は、通常運転制御における自己再生によるＰＭ燃焼や再生制御において、自己再生によるＰＭ燃焼中やＤＰＦ再生中に、エンジンの運転状態が連続再生型ＤＰＦ１３のの再生領域からアイドリング運転やエンジンの停止に移行する場合に、ハイアイドリング運転制御（ハイアイドル制御）と可変容量型ターボチャージャの絞り制御（ＶＧＳ絞り制御）とを併用する空気量増加制御により吸入空気量を増大させて、連続再生型ＤＰＦ１３の異常高温及び溶損の発生を防止する手段である。
【００３６】
また、異常高温回避制御手段Ｃ５０に含まれる回避制御開始判定手段Ｃ５１は、空気量増加制御手段Ｃ５２による異常高温回避のための空気量増加制御を行うか否かを判断する手段であり、回避制御終了判定手段Ｃ５３は、空気量増加制御を終了するか否かを判定する手段である。この空気量増加制御の終了の判定は、連続再生型ＤＰＦ１３の出口の下流側温度センサ２４で検出される排気ガス温度の値に基づいて行い、この値が所定値より低くなれば終了であると判定し、高い間は継続であると判定する。
【００３７】
この構成の排気ガス浄化システム１の制御は、図３及び図４に例示するようなフローに従って行われる。図３の排気ガス浄化システムの制御フローと図４の異常高温回避の制御フローは、並行してエンジン運転のメインの制御フローから繰り返し呼ばれて実行されるフローとして示してある。
【００３８】
先ず、図３に例示する制御フローに従って、ステップＳ１で再生制御開始手段Ｃ２０により、再生制御の開始が必要か否かの判定を行い、再生制御が必要と判断されない場合には、ステップＳ２で通常運転制御手段Ｃ１０によって通常のＰＭを捕集する制御を所定の時間の間行い、リターンに行く。
【００３９】
そして、ステップＳ１で再生制御が必要と判断された場合に、ステップＳ３で再生制御手段Ｃ３０により再生制御を所定の時間行った後、ステップＳ４に行き、再生完了判定手段Ｃ４０により、再生が完了したか否かを判定する。
【００４０】
このステップＳ４において、再生が完了していないと判定された時は、ステップＳ３の再生制御に戻り、完了していると判定された時はリターンに行く。このリターンによりメインの制御に戻るが、エンジンの運転が継続している場合には、エンジンの運転が停止されるまで、即ち、メインの制御が完了するまで、図３の制御フローが繰り返し呼ばれて実行される。
【００４１】
この図３の制御フローにより、連続再生型ＤＰＦ１３の再生制御が必要になるまで、通常運転制御を繰り返すことができ、再生制御が必要となった時に、再生制御を行うことができる。
【００４２】
次に、図４の異常高温回避の制御フローの詳細について説明する。
【００４３】
この図４の制御フローがスタートすると、ステップＳ５ａで、差圧センサの値が所定値以上であるか否か、即ち、連続再生型ＤＰＦ１３に堆積されたＰＭの量が所定値以上であるか否かを判定し、所定の値より低い場合には、リターンし、所定値以上である場合には、ステップＳ５ｂで、アイドリング状態か否かを判定する。
【００４４】
アイドリング状態であると判定された場合には、ステップＳ５ｃで、所定時間前の排気温度が所定値以上であったか否か、即ち、エンジンの運転状態が連続再生型ＤＰＦ１３の再生領域であったか否かを判定する。この判定で、所定時間前の排気温度が所定値以上でなかった場合にはリターンに行き、以上であった場合にはステップＳ６ａでエンジン回転数を通常のアイドル回転数より上昇させたハイアイドリング運転制御（ハイアイドル制御）と可変容量型ターボチャージャの絞り制御（ＶＧＳ絞り制御）とによる空気量増加制御を行う。
【００４５】
このハイアイドル制御とＶＧＳ絞り制御による空気量増加制御を所定の時間の間実行した後、ステップＳ６ｂで、連続再生型ＤＰＦ１３の出口の排気ガス温度が所定値以下であるか否か、即ち、ＤＰＦ１３に捕集されたＰＭの酸化が終了したか否かを判定し、ＤＰＦの出口の排気ガス温度が所定値以下でない場合には、ステップＳ６ａに戻り、空気量増加制御を継続する。
【００４６】
ステップＳ６ｂで、連続再生型ＤＰＦ１３の出口の排気ガス温度が所定値以下である場合には、ステップＳ６ｃに行き、空気量増加制御を終了してからリターンする。
【００４７】
そして、ステップＳ５ｂの判定で、アイドリング状態でないと判定された場合には、ステップＳ５ｄで、エンジンストップの信号が入力されたか否か、即ち、エンジン停止の指令を受けたか否かを判定し、入力されていない場合には、リターンに行く。
【００４８】
また、ステップＳ５ｄで、エンジンストップの信号が入力された場合には、ステップＳ５ｅで、所定時間前の排気温度が所定値以上であったか否かを判定する。この判定で、所定時間前の排気温度が所定値以上でなかった場合にはリターンし、以上であった場合には、ステップＳ６ｄで、エンジンをストップせずに、エンジン制御に必要な電源を確保し、通常のアイドル回転数より高い回転数のアイドル運転を行うハイアイドル制御と、可変容量型ターボチャージャ４０のＶＧＳ絞り制御とによる空気量増加制御を行う。
【００４９】
この空気量増加制御を所定の時間の間実行した後、ステップＳ６ｅで、ＤＰＦの出口の排気ガス温度が所定値以下であるか否かを判定し、ＤＰＦの出口の排気ガス温度が所定値以下でない場合には、ステップＳ６ｄに戻り、空気量増加制御を継続する。また、ステップＳ６ｅで、ＤＰＦの出口の排気ガス温度が所定値以下である場合には、ステップＳ６ｆに行き、エンジンのストップが可能な状態に戻してからリターンし、ここから、更に、メインの制御フローにリターンし、エンジン運転のメインの制御フローでエンジンをストップする。
【００５０】
なお、ステップＳ５ｃ，ステップＳ５ｆの所定時間前の排気温度が所定値以上であったか否かの判定は、エンジン回転数と負荷が所定の領域（排気温度が所定値以上になるようなエンジンの運転領域）にあったか否かの判定で代用することもできる。
【００５１】
上記の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、連続再生型ＤＰＦ１３にある程度の量以上のＰＭの堆積が有り、アイドリングに移行した時には、ハイアイドル制御（アイドル回転数アップ）とＶＧＳ絞り制御（ＶＧターボのノズル絞り）制御とによる空気量増加制御を行い、空気量を増加させる。この空気量の増加により、排気ガスの流量を増加させ、ＰＭの酸化で発生する熱量を排気ガスで吸収し、連続再生型ＤＰＦ１３を冷却して、温度の異常上昇を防止することができる。また、連続再生型ＤＰＦ１３の出口ガス温度が所定値以下に低下したら空気量増加制御を終了して、通常運転制御に戻すことができる。
【００５２】
また、連続再生型ＤＰＦ１３にある程度の量以上のＰＭの堆積が有り、エンジンストップの信号が入った場合には、エンジン制御に必要な電源を確保し、ハイアイドル制御とＶＧＳ絞り制御とによる空気量増加制御を行い、空気量を増加させＤＰＦ内の燃焼による温度上昇を防止することができる。また、連続再生型ＤＰＦ１３の出口ガス温度が所定値以下に低下したら空気量増加制御を終了して、エンジンストップ可能な状態に戻しエンジンをストップさせることができる。
【００５３】
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を設けた排気ガス浄化装置１３以外にも、フィルタに酸化触媒を担持させた排気ガス浄化装置、フィルタの上流側に酸化触媒を設けた排気ガス浄化装置等に対しても適用可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明の排気ガス浄化方法及びそのシステムによれば、連続再生型ＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、自己再生によるＰＭ燃焼中やＤＰＦ再生中に、エンジンの運転状態が連続再生型ＤＰＦの再生領域からアイドリング運転やエンジンの停止に移行する場合に、ハイアイドリング運転制御と可変容量型ターボチャージャの絞り制御とを併用する空気量増加制御を行うことにより、吸入空気量を増加して、連続再生型ＤＰＦの異常高温及び溶損を防止することができる。
【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】本発明に係る排気ガス浄化システムの制御のフローの一例を示す図である。
【図４】図３のステップＳ４の詳細な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
１３ 連続再生型パティキュレートフィルタ
１３ａ 酸化触媒
１３ｂ 触媒付きフィルタ
２１ 差圧センサ
２４ 下流側温度センサ（出口温度センサ）
３０ 制御装置（ＥＣＵ）
４０ 可変容量型（ＶＧＳ）ターボチャージャ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for purifying exhaust gas of an engine provided with a continuously regenerating diesel particulate filter (DPF) in a diesel engine having a variable displacement (VGS) turbocharger, and a system thereof.
[0002]
[Prior art]
The emission level of particulate matter (PM: particulate matter (hereinafter referred to as PM)) emitted from a diesel engine has been strengthened year by year together with NOx, CO, HC, etc., and this PM has been regulated by a diesel particulate filter. (DPF: Diesel Particulate Filter: hereinafter referred to as DPF) has been developed to reduce the amount of PM discharged to the outside by collecting with a filter.
[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, it is installed in the middle of the exhaust passage of the engine to purify and exhaust the exhaust gas generated by the 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 type DPF device utilizes the fact that the oxidation of PM by NO 2 (nitrogen dioxide) is performed at a low temperature by oxidizing PM with 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 CeO 2 (cerium oxide). Temperature at which PM is oxidized by a reaction using O 2 (oxygen) (4CeO 2 + C → 2Ce 2 O 3 + CO 2 , 2Ce 2 O 3 + O 2 → 4CeO 2, etc.), and the PM burns with O 2 in the exhaust gas. In a higher temperature range (about 600 ° C. or higher), PM is oxidized by O 2 in the exhaust gas.
[0007]
Also in this CSF type continuous regeneration type DPF device or the like, an oxidation catalyst is provided on the upstream side to prevent the unburned HC and CO in the exhaust gas from being released into the atmosphere while preventing the emission to the atmosphere. It has been practiced to raise the temperature to promote the oxidative removal of PM.
[0008]
However, even in these continuous regeneration type DPF devices, when the exhaust gas temperature is low or the operating state of the engine that emits little NO, for example, the low exhaust gas temperature state such as the idling operation of the engine and the low load / low speed operation continues. In such a case, the exhaust gas temperature is low and the temperature of the catalyst is low, and the catalyst is not activated. Therefore, the oxidation reaction is not promoted, and since the NO is insufficient, the above reaction does not occur, and the PM is oxidized and the filter is oxidized. Since the PM cannot be regenerated, the PM is continuously deposited on the filter, and the filter is clogged.
[0009]
Therefore, in these continuous regeneration type DPF devices, the accumulated amount of PM is estimated by the differential pressure of the exhaust pressure measured before and after the DPF, and when the preset PM accumulation limit value is reached, the operation of the engine is started. performs reproduction processing changes the state to the playback mode operation, or forcibly increased exhaust temperature, and or increase the amount of NO and NO 2, is removed by oxidizing the PM collected in the filter are doing.
[0010]
However, in the continuous regeneration type DPF device, when the exhaust gas temperature rises after the accumulated amount of PM has reached a certain level or more, the captured PM is oxidized and the regeneration of the DPF is started. Immediately after returning to idling or when the engine is stopped, the flow rate of the air and the flow rate of the exhaust gas flowing through the DPF also decrease, so that the removal of heat generated by the oxidation of PM decreases. Therefore, the temperature in the DPF rises rapidly, and in some cases, melting may occur.
[0011]
For this reason, a fuel-assisting air supply device and fuel-assisting air control means are provided to control the fuel-air supply amount to a maximum value when the engine speed is lower than a predetermined value during regeneration of the trap filter (DPF). There has also been proposed a particulate trap filter device that reduces the supply amount of auxiliary combustion air to a required minimum after a lapse of time (for example, see Patent Document 1).
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-07-102942 (page 2)
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in an apparatus that attempts to avoid an abnormal rise in temperature (a so-called temperature peak phenomenon) that occurs during DPF regeneration by controlling the amount of auxiliary combustion air supplied, an auxiliary air supply apparatus such as an air pump driven by an electric motor is required. It becomes indispensable, and there is a problem that a device and control become complicated, and the cost of an exhaust gas purification system also increases.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system having a continuous regeneration type DPF, in which the operation of an engine during PM combustion or DPF regeneration by self-regeneration is performed. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification method and a system thereof that can prevent the occurrence of abnormally high temperature and melting damage of the continuous regeneration DPF even when the state shifts from the regeneration region of the continuous regeneration DPF to the idling operation or the stop of the engine. .
[0015]
[Means for Solving the Problems]
An exhaust gas purifying method for achieving the above object is to provide a continuously regenerating diesel particulate filter (hereinafter, referred to as DPF) in an exhaust passage of a diesel engine equipped with a variable displacement turbocharger, and to reduce the exhaust gas of the engine. In the exhaust gas purification method for purifying the exhaust gas, when the amount of the particulate matter deposited in the continuous regeneration type DPF is estimated to be equal to or more than a predetermined value, the operating state of the engine is changed from the regeneration range of the continuous regeneration type DPF. When the engine enters the idling range, the method is configured to perform a high idling control in which the engine speed is increased from a normal idle speed and an air amount increasing control by a throttle control of the variable displacement turbocharger.
[0016]
Further, in a method of purifying exhaust gas of an engine provided with a continuous regeneration type DPF in an exhaust passage of a diesel engine having a variable displacement turbocharger, the particulate matter deposited on the continuous regeneration type DPF may be removed. In the case where the engine speed is estimated to be equal to or more than the predetermined value, and the engine operation state is in the regeneration region of the continuous regeneration type DPF, when the engine stop command is received, the engine speed is reduced to the normal idle speed. It is configured as a method of performing an air amount increase control by a high idling control raised from a number and a throttle control of a variable capacity turbocharger, and stopping the engine after finishing the air amount increase control.
[0017]
In the exhaust gas purifying method described above, the determination of the end of the air amount increase control is performed based on whether or not the detected temperature at the outlet of the continuous regeneration type DPF has become equal to or lower than a predetermined value. It is preferable that the estimation of the amount of particulate matter deposited in the continuous regeneration type DPF is performed based on the differential pressure between the exhaust pressure before and after the continuous regeneration type DPF.
[0018]
An exhaust gas purification system for implementing the above exhaust gas purification method includes a continuous regeneration DPF provided in an exhaust passage of a diesel engine equipped with a variable displacement turbocharger, and a regeneration control means for the continuous regeneration DPF. In the exhaust gas purification system provided with the above, when the regeneration control means estimates that the amount of particulate matter deposited in the continuous regeneration type DPF is equal to or more than a predetermined value, the operating state of the engine is changed to the continuous regeneration type. When the vehicle enters the idling region from the regeneration region of the type DPF, the air amount is increased by the high idling control in which the engine speed is increased from the normal idle speed and the throttle control of the variable displacement turbocharger. You.
[0019]
Alternatively, in the exhaust gas purification system including a continuous regeneration type DPF provided in an exhaust passage of a diesel engine having a variable displacement turbocharger and a regeneration control unit for the continuous regeneration type DPF, the regeneration control unit may include the continuous regeneration type DPF. When the amount of the particulate matter deposited on the regeneration type DPF is estimated to be equal to or more than a predetermined value, and when the operation state of the engine is in the regeneration region of the continuous regeneration type DPF, the engine stop command is received. To perform the air amount increase control by high idling control in which the engine speed is increased from the normal idle speed and the throttle control of the variable displacement turbocharger, stop the engine after the air amount increase control is completed. It is configured to
[0020]
In the above exhaust gas system, the regeneration control means determines whether or not the air amount increase control has ended based on whether or not a value of a temperature sensor provided at an outlet of the continuous regeneration type DPF has become a predetermined value or less, It is configured to end when the following occurs.
[0021]
Further, in the above exhaust gas system, the regeneration control means may estimate an amount of particulate matter deposited on the continuous regeneration type DPF by a differential pressure sensor for detecting exhaust pressure before and after the continuous regeneration type DPF. Preferably, it is configured to perform based on the output value.
[0022]
As the continuous regeneration type DPF, a device in which an oxidation catalyst is supported on a filter, a device in which an oxidation catalyst is provided on the upstream side of the filter, and a catalyst is supported on the filter and an oxidation catalyst is provided on the upstream side of the filter There are devices.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust gas purifying method and a system thereof according to an embodiment of the present invention include a continuous regeneration type DPF (diesel particulate filter) composed of a combination of an oxidation catalyst (DOC) and a filter with a catalyst (CSF). An exhaust gas purification system will be described as an example with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 shows a configuration of an exhaust gas purification system 1 according to this embodiment. In this exhaust gas purification system 1, a continuous regeneration type DPF 13 is provided in an exhaust passage 12 connected to an exhaust manifold 11 of a diesel engine 10. The continuous regeneration type DPF 13 includes an oxidation catalyst 13a on the upstream side and a filter 13b with a catalyst on the downstream side. Further, a variable capacity turbocharger 40 is provided in the exhaust passage 12 and the intake passage 20.
[0025]
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. The outlet is formed by a monolith honeycomb type wall flow type filter in which the outlet is alternately sealed. A catalyst such as platinum or cerium oxide is supported on the filter. In the filter with catalyst 13b, PM (particulate matter) in the exhaust gas G is trapped by the porous ceramic wall.
[0026]
Then, in order to estimate the amount of PM accumulated in the filter 13b with a catalyst, a differential pressure sensor 21 is provided in a conduction pipe connected before and after the continuous regeneration type DPF device 13. Further, an upstream temperature sensor 22, an intermediate temperature sensor 23, and a downstream temperature sensor 24 are provided upstream, intermediate, and downstream of the oxidation catalyst 13a and the catalyst-equipped filter 31b, respectively, for regeneration control of the catalyst-equipped filter 13b. Can be
[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, engine speed, accelerator opening and the like are also input.
[0029]
In the present invention, as shown in FIG. 2, in the control means C1 for the exhaust gas purification system 1 of the control device 30, the normal operation control means C10, the regeneration control start determination means C20, the regeneration control means C30, Completion determination means C40 and abnormal high temperature avoidance control means C50 are provided.
[0030]
The normal operation control unit C10 is a unit that controls a normal engine operation for collecting PM. The regeneration control start determining means C20 estimates the amount of PM collected by the filter 13b with the catalyst of the continuous regeneration type DPF 13, and determines whether the amount of PM collected exceeds a predetermined value. If it does, it is a means for determining that it is the reproduction start time, and if not, it is means for determining that it is not the reproduction start time.
[0031]
This trapping amount is estimated based on the differential pressure before and after the continuous regeneration type DPF 13 and the like, and is the regeneration start timing when the differential pressure ΔP detected by the differential pressure sensor 21 is equal to or greater than a predetermined regeneration determination value ΔPa1. Is determined. In addition, the estimation of the trapping amount may be estimated based on the accumulated calculation value of the accumulation amount estimated from the engine speed or the load, the accumulated engine rotation time, and the like. If the predetermined determination value is exceeded, it is determined that it is the reproduction start time, and if not, it is determined that it is not the reproduction start time.
[0032]
The control of the regeneration control unit C30 is slightly different depending on the type of the continuous regeneration type DPF 13. However, the timing of the main injection (main injection) of the fuel injection of the engine 10 is delayed (retarded) or post-injection (after). Injection) and / or throttle of the intake air to raise the temperature of the exhaust gas so that the temperature and the environment are suitable for oxidizing and removing the PM, and oxidize and remove the PM collected by the continuous regeneration type DPF 13. .
[0033]
As shown in FIG. 1, in the case of a continuous regeneration type DPF 13 having an oxidation catalyst (DOC) 13a on the upstream side of a catalyst-provided DPF (CFS) 13b, in the normal regeneration control, PM combustion is performed in the first stage. The related fuel injection raises the temperature of the oxidation catalyst until it becomes higher than the activation temperature, and 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 post injection is performed. By doing so, the target temperature is set to about 500 ° C., and the state is maintained for a set time, and in the third stage thereafter, the target temperature is set to about 600 ° C. and the state is set for the set time while performing the same control. By holding the PM, the PM is burned for regeneration.
[0034]
The regeneration completion determining means C40 is a means for determining whether or not the regeneration of the continuous regeneration type DPF 13 is completed. If the differential pressure ΔP detected by the differential pressure sensor 21 is smaller than a predetermined determination value ΔPa2, the regeneration is completed. , And it is determined that the reproduction is not completed if the judgment value ΔPa2 or more.
[0035]
Then, in the PM combustion and regeneration control by self-regeneration in the normal operation control, the abnormal high-temperature avoidance control means C50 changes the operating state of the engine from the regeneration region of the continuous regeneration type DPF 13 during PM combustion and DPF regeneration by self-regeneration. When shifting to idling operation or stopping the engine, the intake air amount is increased by air amount increase control using both high idling operation control (high idle control) and throttle control of a variable displacement turbocharger (VGS throttle control). This is a means for preventing the occurrence of abnormally high temperature and melting damage of the continuous regeneration type DPF 13.
[0036]
The avoidance control start determination means C51 included in the abnormally high temperature avoidance control means C50 is means for determining whether or not to perform the air amount increase control for avoiding the abnormally high temperature by the air amount increase control means C52. The end determination unit C53 is a unit that determines whether to end the air amount increase control. The determination of the end of the air amount increase control is performed based on the value of the exhaust gas temperature detected by the downstream temperature sensor 24 at the outlet of the continuous regeneration type DPF 13, and when this value becomes lower than a predetermined value, the end is determined. It is determined that the continuation is performed while the value is high.
[0037]
The control of the exhaust gas purification system 1 having this configuration is performed according to the flow illustrated in FIGS. 3 and 4. The control flow of the exhaust gas purification system of FIG. 3 and the control flow of avoiding an abnormally high temperature of FIG. 4 are shown in parallel as a flow repeatedly called from the main control flow of the engine operation.
[0038]
First, according to the control flow illustrated in FIG. 3, it is determined in step S1 whether or not the reproduction control needs to be started by the reproduction control start means C20. If it is not determined that the reproduction control is necessary, the normal operation is performed in step S2. The normal control for trapping PM is performed by the operation control means C10 for a predetermined time, and the routine returns.
[0039]
If it is determined in step S1 that the reproduction control is required, the reproduction control is performed by the reproduction control means C30 for a predetermined time in step S3, and then the process goes to step S4, where the reproduction is completed by the reproduction completion determination means C40. It is determined whether or not.
[0040]
In step S4, when it is determined that the reproduction is not completed, the process returns to the reproduction control in step S3, and when it is determined that the reproduction is completed, the process returns. This return returns to the main control. If the operation of the engine is continued, the control flow of FIG. 3 is repeatedly called until the operation of the engine is stopped, that is, until the main control is completed. Executed.
[0041]
According to the control flow of FIG. 3, the normal operation control can be repeated until the regeneration control of the continuous regeneration type DPF 13 is required, and the regeneration control can be performed when the regeneration control is required.
[0042]
Next, the control flow for avoiding the abnormally high temperature in FIG. 4 will be described in detail.
[0043]
When the control flow of FIG. 4 starts, in step S5a, it is determined whether or not the value of the differential pressure sensor is equal to or more than a predetermined value, that is, whether or not the amount of PM deposited on the continuous regeneration type DPF 13 is equal to or more than the predetermined value. If the value is lower than the predetermined value, the process returns. If the value is higher than the predetermined value, it is determined in step S5b whether or not the vehicle is idling.
[0044]
When it is determined that the engine is in the idling state, in step S5c, it is determined whether or not the exhaust temperature before the predetermined time is equal to or higher than the predetermined value, that is, whether or not the operating state of the engine is in the regeneration region of the continuous regeneration type DPF 13. judge. If it is determined that the exhaust temperature before the predetermined time is not equal to or higher than the predetermined value, the routine goes to the return. If the exhaust temperature is equal to or higher than the predetermined value, the engine speed is increased from the normal idle speed in step S6a. The air amount increase control is performed by the control (high idle control) and the throttle control (VGS throttle control) of the variable displacement turbocharger.
[0045]
After executing the high idle control and the air amount increase control by the VGS throttle control for a predetermined time, in step S6b, it is determined whether the exhaust gas temperature at the outlet of the continuous regeneration type DPF 13 is equal to or lower than a predetermined value, that is, the DPF 13 It is determined whether or not the oxidation of the PM trapped in the DPF has been completed. If the exhaust gas temperature at the outlet of the DPF is not lower than the predetermined value, the flow returns to step S6a to continue the air amount increasing control.
[0046]
If the temperature of the exhaust gas at the outlet of the continuous regeneration type DPF 13 is equal to or lower than the predetermined value in step S6b, the process proceeds to step S6c, and the process returns after ending the air amount increase control.
[0047]
If it is determined in step S5b that the engine is not idling, it is determined in step S5d whether an engine stop signal has been input, that is, whether an engine stop command has been received. If not, go to return.
[0048]
If an engine stop signal has been input in step S5d, it is determined in step S5e whether the exhaust gas temperature a predetermined time ago was equal to or higher than a predetermined value. In this determination, if the exhaust gas temperature before the predetermined time is not equal to or higher than the predetermined value, the routine returns. If the exhaust temperature is higher than the predetermined value, in step S6d, without stopping the engine, the power supply necessary for engine control is secured. Then, high idle control for performing idle operation at a higher rotation speed than the normal idle rotation speed, and air amount increase control by VGS throttle control of the variable displacement turbocharger 40 are performed.
[0049]
After executing the air amount increase control for a predetermined time, in step S6e, it is determined whether the exhaust gas temperature at the outlet of the DPF is equal to or lower than a predetermined value, and the exhaust gas temperature at the outlet of the DPF is equal to or lower than the predetermined value. If not, the flow returns to step S6d, and the air amount increase control is continued. If it is determined in step S6e that the exhaust gas temperature at the outlet of the DPF is equal to or lower than the predetermined value, the process goes to step S6f to return to a state where the engine can be stopped, and returns. Return to the flow, and stop the engine in the main control flow of the engine operation.
[0050]
The determination as to whether or not the exhaust gas temperature before the predetermined time before steps S5c and S5f is equal to or higher than a predetermined value is made based on a condition that the engine speed and the load are within a predetermined region (the operating range of the engine where the exhaust gas temperature is equal to or higher than the predetermined value). ) Can be used instead.
[0051]
According to the exhaust gas purification method and the exhaust gas purification system described above, when a certain amount or more of PM is accumulated in the continuous regeneration type DPF 13 and the engine shifts to idling, high idle control (idle speed increase) and VGS throttle control are performed. (VG turbo nozzle throttle) control is performed to increase the amount of air. Due to this increase in the amount of air, the flow rate of the exhaust gas is increased, the amount of heat generated by the oxidation of PM is absorbed by the exhaust gas, and the continuous regeneration type DPF 13 is cooled, so that an abnormal rise in temperature can be prevented. Further, when the outlet gas temperature of the continuous regeneration type DPF 13 falls below a predetermined value, the air amount increase control can be ended, and the normal operation control can be returned.
[0052]
In addition, when PM is accumulated to a certain amount or more in the continuous regeneration type DPF 13 and an engine stop signal is received, a power supply necessary for engine control is secured, and an air amount is controlled by high idle control and VGS throttle control. Increase control is performed to increase the amount of air, thereby preventing a temperature rise due to combustion in the DPF. Further, when the outlet gas temperature of the continuous regeneration type DPF 13 falls below a predetermined value, the air amount increasing control is terminated, and the engine can be returned to a state where the engine can be stopped and the engine can be stopped.
[0053]
The present invention is not limited to the exhaust gas purifying apparatus 13 having an oxidation catalyst 13a provided upstream of the filter 13b supporting the catalyst and the filter 13b provided with the catalyst. The present invention is also applicable to a device, an exhaust gas purification device provided with an oxidation catalyst upstream of a filter, and the like.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust gas purification method and the system thereof of the present invention, in the exhaust gas purification system including the continuous regeneration type DPF, the operating state of the engine during the combustion of PM by self-regeneration or the regeneration of DPF. When the engine shifts from the regeneration region of the continuous regeneration type DPF to the idling operation or the stop of the engine, the intake air amount is controlled by performing the air amount increase control using both the high idling operation control and the throttle control of the variable displacement turbocharger. To prevent abnormal high temperature and melting of the continuous regeneration type DPF.
[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 an example of a control flow of the exhaust gas purification system according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a detailed flow of step S4 in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 exhaust gas purification system 10 engine 13 continuous regeneration type particulate filter 13a oxidation catalyst 13b catalyst-equipped filter 21 differential pressure sensor 24 downstream temperature sensor (outlet temperature sensor)
30 Control unit (ECU)
40 Variable capacity (VGS) turbocharger
