JP2012241548A - Exhaust emission control system - Google Patents

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中山  晃
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control system that prevents cracks in a filter or runaway regeneration to be caused by a temperature difference in the filter by uniformly adjusting the temperature in the filter.SOLUTION: In the exhaust emission control system, the temperature in a filter center part is controlled by regeneration control to a temperature at which the filter can be regenerated. The temperature is different between the filter center part and an outer circumferential part, and the temperature is different between a filter entrance side and an exit side. When the temperature difference between the filter center part and the outer circumferential part is larger than a set value, an electric heater 61 starts to supply heat to the outer circumference of a DPF (diesel particulate filter) 30. Heating wires 63 of the electric heater 61 are arranged while increasing the distance from an entrance side of the DPF to an exit side. When electric energy is supplied, the electric heater 61 supplies heat in such a manner that the heating quantity decreases from the entrance side to the exit side of the DPF. By heating the filter with heating gradient, the temperature difference between the filter center part and the outer circumferential part and the temperature difference between the entrance side and the exit side of the filter are eliminated.

Description

本発明は、排気浄化装置に係わり、特に、フィルタにより排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化するとともに、適宜フィルタに捕集した粒子状物質を焼却除去し、フィルタを再生させる排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification device, and in particular, collects particulate matter contained in exhaust gas by a filter to purify the exhaust gas, and appropriately incinerates and removes the particulate matter collected in the filter. The present invention relates to an exhaust purification device that regenerates exhaust gas.

ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、排気ガス中のパティキュレート(PM)が大気中に放出されることを防止するために、排気通路の途中にDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)を設けることが従来からよく知られている。このフィルタは、例えば多孔質セラミック材の隔壁によって画成された多数の細長いセルから構成されており、各セルの一方の端部はプラグ(栓部材)によって閉じられている。従って、パティキュレート捕集時において、排気上流側が開口したセルから流入した排気ガスは、隔壁を通って排気下流側が開口したセルに抜け、フィルタを通過する。そしてこの隔壁通過の際に、排気ガス中のパティキュレートが隔壁に捕集される。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a diesel engine exhaust purification device, a DPF (diesel particulate filter) is provided in the middle of an exhaust passage in order to prevent particulates (PM) in exhaust gas from being released into the atmosphere. Well known from. This filter is composed of a number of elongated cells defined by, for example, a porous ceramic material partition wall, and one end of each cell is closed by a plug (plug member). Therefore, at the time of particulate collection, the exhaust gas flowing in from the cell opened on the exhaust upstream side passes through the partition wall to the cell opened on the exhaust downstream side, and passes through the filter. During the passage through the partition, the particulates in the exhaust gas are collected by the partition.

ところでフィルタは、その使用に伴い、その内部に堆積されるパティキュレートの量が増えると、フィルタは目詰まりを起こしてゆく。そのことによりエンジンの排圧が上昇し、燃費の悪化等を誘発するため、フィルタに捕集したPMを適宜燃焼してフィルタの目詰まりを除去し、フィルタを再生している(例えば、特許文献1)。   By the way, with the use of the filter, when the amount of particulates accumulated in the filter increases, the filter becomes clogged. As a result, the exhaust pressure of the engine rises and fuel consumption deteriorates, etc., so that PM trapped in the filter is appropriately burned to remove clogging of the filter, and the filter is regenerated (for example, Patent Documents). 1).

特開2009−79501号公報JP 2009-79501 A

再生の際、フィルタ内部は燃焼により高温となる。フィルタ内の熱の一部は、フィルタ外周から外部に逃げるため、フィルタ中心部の温度に比べてフィルタ外周部の温度は低くなる。フィルタ内部に温度差が発生すると、熱応力によるフィルタの割れが発生するおそれがある。   During regeneration, the inside of the filter becomes hot due to combustion. A part of the heat in the filter escapes from the filter outer periphery to the outside, so that the temperature of the filter outer peripheral portion is lower than the temperature of the filter central portion. If a temperature difference occurs inside the filter, the filter may be cracked due to thermal stress.

更に、フィルタの温度が低いフィルタ外周部において、燃え残りが発生する。燃え残ったPMが高温で急激に燃焼し、フィルタの溶損を起こす(いわゆる暴走再生)おそれがある。   Furthermore, unburned residue is generated at the filter outer periphery where the filter temperature is low. The unburned PM may burn rapidly at a high temperature, causing the filter to be damaged (so-called runaway regeneration).

また、再生の際、フィルタ入口側に滞留したPMが先に燃焼し、その燃焼熱が出口側に送られる。そのため、フィルタ入口側の温度に比べてフィルタ出口側の温度は高くなる。すなわち、フィルタ中心部と外周部の温度差に加えて、フィルタ入口側と出口側の温度差が発生するため、フィルタ割れのおそれがある。   Further, during regeneration, the PM accumulated on the filter inlet side burns first, and the combustion heat is sent to the outlet side. Therefore, the temperature on the filter outlet side is higher than the temperature on the filter inlet side. That is, in addition to the temperature difference between the filter center portion and the outer peripheral portion, a temperature difference between the filter inlet side and the outlet side occurs, which may cause filter cracking.

本発明の目的は、フィルタ内の温度を均一にすることにより、フィルタ内部の温度差に起因するフィルタ割れや暴走再生を防止することができる排気浄化装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can prevent filter cracking and runaway regeneration due to a temperature difference inside a filter by making the temperature inside the filter uniform.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの排気系に配置され、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、このフィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去してフィルタを再生する再生装置と、この再生装置の作動開始・停止を制御する再生制御装置とを備えた排気浄化装置において、前記フィルタ中心部の温度を検出する第1温度検出手段と、前記フィルタ外周部の温度を検出する第2温度検出手段と、前記第1温度検出手段および第2温度検出手段の検出温度に基づいて、再生に不足する熱量を演算する不足熱量演算手段と、前記フィルタの外周に、前記不足熱量演算手段で得られた熱量を供給する加熱手段とを備える。   (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a filter that is disposed in an exhaust system of an engine and collects particulate matter contained in exhaust gas, and removes the particulate matter deposited on the filter by incineration. In the exhaust gas purification apparatus comprising a regeneration device that regenerates the filter and a regeneration control device that controls operation start / stop of the regeneration device, first temperature detecting means for detecting the temperature of the filter center portion, A second temperature detecting means for detecting the temperature of the outer periphery of the filter, an insufficient heat amount calculating means for calculating an amount of heat insufficient for regeneration based on the detected temperatures of the first temperature detecting means and the second temperature detecting means, and the filter Heating means for supplying the heat quantity obtained by the insufficient heat quantity calculating means.

このように構成した本発明においては、加熱手段がフィルタの外周に過不足なく熱量を供給することにより、フィルタ中心部と外周部の温度差が解消する。これにより、フィルタ内の温度を均一にでき、フィルタ内部の温度差に起因するフィルタ割れや暴走再生を防止することができる。   In the present invention configured as described above, the heating means supplies the heat amount to the outer periphery of the filter without excess or deficiency, thereby eliminating the temperature difference between the filter center portion and the outer periphery portion. Thereby, the temperature in a filter can be made uniform and the filter crack and runaway reproduction resulting from the temperature difference inside a filter can be prevented.

(2)上記(1)において、好ましくは、前記加熱手段は、前記フィルタ入口側から出口側に向かって加熱量を低減するように熱量を供給する加熱勾配付与機能を有する。   (2) In the above (1), preferably, the heating means has a heating gradient imparting function for supplying a heat amount so as to reduce a heat amount from the filter inlet side toward the outlet side.

加熱勾配付与機能が、フィルタ入口側から出口側に向かって加熱量を低減するように熱量を供給することにより、フィルタ中心部と外周部の温度差が解消するとともに、フィルタ入口側と出口側の温度差も解消する。これにより、更にフィルタ内の温度を均一にでき、フィルタ内部の温度差に起因するフィルタ割れを防止することができる。   The heating gradient imparting function eliminates the temperature difference between the filter center and the outer periphery by supplying heat so that the amount of heating is reduced from the filter inlet side toward the outlet side. The temperature difference is also eliminated. Thereby, the temperature in the filter can be made more uniform, and the filter cracking due to the temperature difference inside the filter can be prevented.

(3)上記(2)において、好ましくは、前記加熱手段は、前記フィルタ入口側から出口側に向かって密から疎な間隔で配置された電熱線を有し、前記加熱勾配付与機能は、前記電熱線が発熱することにより、熱量を供給する。   (3) In the above (2), preferably, the heating means has heating wires arranged at dense to sparse intervals from the filter inlet side to the outlet side, and the heating gradient applying function is The amount of heat is supplied when the heating wire generates heat.

これにより、加熱勾配付与機能は、フィルタ入口側から出口側に向かって加熱量を低減するように熱量を供給することができる。   Thereby, the heating gradient provision function can supply the amount of heat so as to reduce the amount of heating from the filter inlet side toward the outlet side.

(4)上記(3)において、好ましくは、前記電熱線は、回生エネルギーを利用して発熱する。   (4) In the above (3), preferably, the heating wire generates heat using regenerative energy.

本発明は、加熱手段がフィルタの外周に過不足なく熱量を供給することにより、エネルギー効率向上を図ることができる。回生エネルギーを利用することで、更にエネルギー効率向上を図ることができる。   In the present invention, energy efficiency can be improved by the heating means supplying heat to the outer periphery of the filter without excess or deficiency. By using regenerative energy, energy efficiency can be further improved.

本発明によれば、フィルタ内の温度を均一にすることにより、フィルタ内部の温度差に起因するフィルタ割れや暴走再生を防止することができる。   According to the present invention, by making the temperature in the filter uniform, it is possible to prevent filter cracking and runaway regeneration due to the temperature difference inside the filter.

排気浄化装置が適用されるエンジンのシステム構成図を示している。1 is a system configuration diagram of an engine to which an exhaust emission control device is applied. 図2AはDPFの概略断面図であり、図2BはDPFの概略平面図である。2A is a schematic sectional view of the DPF, and FIG. 2B is a schematic plan view of the DPF. コントローラの再生制御にかかる処理を示す制御フローである。It is a control flow which shows the process concerning the reproduction | regeneration control of a controller. 加熱に係る動作を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the operation | movement which concerns on a heating. 変形例に係る構成を示すDPFの概略平面図である。It is a schematic plan view of DPF which shows the structure concerning a modification.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

〜構成〜
図1は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置19が適用されるディーゼルエンジン(以下、エンジンという)のシステム構成図を示している。内燃機関10は各気筒共通のコモンレール2を備えており、コモンレール2に蓄えられた高圧の燃料(軽油)を、各気筒に設けられたインジェクタ4に供給し、各インジェクタ4からそれぞれの気筒内に噴射される。
~Constitution~
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust emission control device 19 according to an embodiment of the present invention is applied. The internal combustion engine 10 includes a common rail 2 common to each cylinder, and supplies high-pressure fuel (light oil) stored in the common rail 2 to the injectors 4 provided in the respective cylinders. Be injected.

吸気通路6にはターボチャージャ8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路6からターボチャージャ8のコンプレッサ8aへと流入し、コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ11及び吸気制御弁12を介して吸気マニホールド14に導入される。   The intake passage 6 is equipped with a turbocharger 8. The intake air drawn from an air cleaner (not shown) flows into the compressor 8a of the turbocharger 8 from the intake passage 6, and the intake air supercharged by the compressor 8a is intercooler. 11 and the intake control valve 12 are introduced into the intake manifold 14.

一方、内燃機関10からの排気は、排気マニホールド15を経た後、排気管16に流出する。なお、排気マニホールド15と吸気マニホールド14との間には、EGR弁18を介して排気マニホールド15と吸気マニホールド14とを連通するEGR通路17が設けられている。排気管16は、ターボチャージャ8のタービン8bを介して、排気後処理装置19に接続されている。また、タービン8bの回転軸はコンプレッサ8aの回転軸と連結されており、タービン8bは排気管16内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動する。   On the other hand, the exhaust gas from the internal combustion engine 10 flows into the exhaust pipe 16 after passing through the exhaust manifold 15. Note that an EGR passage 17 is provided between the exhaust manifold 15 and the intake manifold 14 to communicate the exhaust manifold 15 and the intake manifold 14 via an EGR valve 18. The exhaust pipe 16 is connected to the exhaust aftertreatment device 19 via the turbine 8 b of the turbocharger 8. The rotating shaft of the turbine 8b is connected to the rotating shaft of the compressor 8a, and the turbine 8b receives the exhaust flowing in the exhaust pipe 16 and drives the compressor 8a.

排気後処理装置19は、上流から順に酸化触媒20とパティキュレートフィルタ(以下、DPFという)30より構成される。酸化触媒20は、排気中のNOを酸化させてNO2を生成し、このNO2を酸化剤としてDPF30に供給するものである。また、DPF30は、ハニカム型のコージェライト担体からなる。   The exhaust aftertreatment device 19 includes an oxidation catalyst 20 and a particulate filter (hereinafter referred to as DPF) 30 in order from the upstream. The oxidation catalyst 20 oxidizes NO in the exhaust to generate NO2, and supplies the NO2 as an oxidant to the DPF 30. The DPF 30 is made of a honeycomb cordierite carrier.

このように酸化触媒20とDPF30とを配置することにより、DPF30に捕集され堆積しているパティキュレートは、比較的低温(例えば、250℃)にて酸化触媒20から供給されたNO2と反応して酸化される。   By disposing the oxidation catalyst 20 and the DPF 30 in this manner, the particulates collected and deposited in the DPF 30 react with NO2 supplied from the oxidation catalyst 20 at a relatively low temperature (for example, 250 ° C.). It is oxidized.

酸化触媒20とDPF30との間には、排気温度を検出する排気温度センサ40,41と、DPF30前後の排気差圧を検出する差圧センサ42が設けられている。   Between the oxidation catalyst 20 and the DPF 30, exhaust temperature sensors 40 and 41 for detecting the exhaust temperature, and a differential pressure sensor 42 for detecting the exhaust differential pressure before and after the DPF 30 are provided.

本実施形態は特徴的構成として、DPF30の外周を覆うように設けられた電熱ヒータ61を備えている(後述)。   As a characteristic configuration, the present embodiment includes an electric heater 61 provided to cover the outer periphery of the DPF 30 (described later).

エンジンシステムは、電源制御系を備える。電源制御系は、オルタネータ50、バッテリ60、リレースイッチ62、コントローラ70などを含み、コントローラ70には、各温度センサ40,41、差圧センサ42、負荷センサ43、回転センサ44等の各種センサが接続されている。   The engine system includes a power supply control system. The power supply control system includes an alternator 50, a battery 60, a relay switch 62, a controller 70, and the like. The controller 70 includes various sensors such as temperature sensors 40 and 41, a differential pressure sensor 42, a load sensor 43, and a rotation sensor 44. It is connected.

バッテリ60は、電熱ヒータ61を発熱させるために必要なエネルギーなど、電気エネルギーを蓄えておく。なお、電熱ヒータ61に電気エネルギーをオルタネータ50から直接供給してもよい。また、バッテリ60はハイブリット車両の回生エネルギーを蓄電するものでもよい。   The battery 60 stores electrical energy, such as energy necessary for causing the electric heater 61 to generate heat. Note that electric energy may be supplied directly from the alternator 50 to the electric heater 61. The battery 60 may store the regenerative energy of the hybrid vehicle.

コントローラ70は、CPUやROM等により構成されており、エンジンの運転状況(負荷やエンジン回転数)に応じた排気ガス温度の情報(マップ情報)が予め記憶されている。そして、接続された各センサ(中心部温度センサ40、外周部温度センサ41、負荷センサ43、回転センサ44等)からの情報に基づいて排気温度の推定値を演算している。また、差圧センサ42からの情報に基づいてPM捕集推定量を演算し、再生開始・停止に係る制御を行っている。   The controller 70 is configured by a CPU, a ROM, and the like, and stores information (map information) of exhaust gas temperature in accordance with the engine operating status (load and engine speed) in advance. And the estimated value of exhaust gas temperature is calculated based on the information from each connected sensor (center part temperature sensor 40, outer peripheral part temperature sensor 41, load sensor 43, rotation sensor 44, etc.). Further, the PM collection estimated amount is calculated based on information from the differential pressure sensor 42, and control related to the start / stop of regeneration is performed.

さらに、コントローラ70は、中心部温度センサ40および排気外周温度センサ41からの検出温度の情報に基づき、電熱ヒータ61に通電すべき電気エネルギー量(再生時の不足エネルギー量)を演算する。コントローラ70は、リレースイッチ62を制御し、リレースイッチ62の接点をON−OFFして通電時間を調整し、または、電流または電圧を調整することにより、電熱ヒータ61に通電すべき電気エネルギー量を調整する。   Further, the controller 70 calculates the amount of electrical energy (shortage energy amount during regeneration) to be supplied to the electric heater 61 based on the detected temperature information from the center temperature sensor 40 and the exhaust outer periphery temperature sensor 41. The controller 70 controls the relay switch 62, adjusts the energization time by turning the contact of the relay switch 62 on and off, or adjusts the current or voltage, thereby adjusting the electric energy amount to be supplied to the electric heater 61. adjust.

図2AはDPF30の概略断面図であり、図2BはDPF30の概略平面図である。DPF30は、触媒担体31、DPF支持材32、金属製ケーシング33により構成される。金属製ケーシング33には、ブラケット34,35が溶接されている。ブラケット34,35には、2枚の半円状のブラケット36が取り付けられ、ブラケット36にはブラケット36の形状に対応するように、電熱ヒータ61が設けられている。これにより、電熱ヒータ61はDPF30の外周を覆う。   FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the DPF 30, and FIG. 2B is a schematic plan view of the DPF 30. The DPF 30 includes a catalyst carrier 31, a DPF support member 32, and a metal casing 33. Brackets 34 and 35 are welded to the metal casing 33. Two semicircular brackets 36 are attached to the brackets 34 and 35, and an electric heater 61 is provided on the bracket 36 so as to correspond to the shape of the bracket 36. Thereby, the electric heater 61 covers the outer periphery of the DPF 30.

電熱ヒータ61は、電熱線63が断熱材に埋設され、電熱線63と断熱材とが一体化して、半円筒状に形成されている。断熱材の種類としては、アルミナ−シリケートセラミックファイバー、アルミナファイバー、ジルコニアファイバー、シリカファイバー、ロックウール、石綿等の無機質ファイバー、ナイロン、ケブラー等の有機質ファイバー、ウレタン等の発泡体の成形体、又は、これらの組合せを利用することができる。   In the electric heater 61, the heating wire 63 is embedded in the heat insulating material, and the heating wire 63 and the heat insulating material are integrated to form a semi-cylindrical shape. As the type of heat insulating material, alumina-silicate ceramic fiber, alumina fiber, zirconia fiber, silica fiber, mineral fiber such as rock wool, asbestos, nylon, organic fiber such as Kevlar, foamed molded product such as urethane, or Combinations of these can be used.

電熱線63は、DPF入口側から出口側に向かって密から疎な間隔で配置されおり、DPF入口側から出口側に向かって加熱量を低減するように、発熱する。   The heating wires 63 are arranged from dense to sparse intervals from the DPF inlet side to the outlet side, and generate heat so as to reduce the heating amount from the DPF inlet side to the outlet side.

図3は、コントローラ70の再生制御にかかる処理を示す制御フローである。   FIG. 3 is a control flow showing processing related to the reproduction control of the controller 70.

コントローラ70は、差圧センサ42からの情報に基づいてPM捕集推定量を演算し(ステップS11)、PM捕集推定量が設定量(開始)以上か否か判断する(ステップS12)。PM捕集推定量が設定量(開始)以上であると、DPF30が詰まったと判断し、再生制御を開始する(ステップS13)。PM捕集推定量が設定量(開始)未満であると、S11およびS12の処理を繰り返す。   The controller 70 calculates the PM collection estimated amount based on the information from the differential pressure sensor 42 (step S11), and determines whether the PM collection estimated amount is equal to or greater than a set amount (start) (step S12). If the PM collection estimated amount is equal to or greater than the set amount (start), it is determined that the DPF 30 is clogged, and regeneration control is started (step S13). If the PM collection estimated amount is less than the set amount (start), the processes of S11 and S12 are repeated.

再生制御において、検出温度Tcet,Tout(後述)や推定温度に基づいて、再生に必要な熱量を演算し、必要熱量に基づいて排気加熱用燃料の噴射量(ポスト噴射の噴射量)を演算する。そして、この演算結果に基づいてエンジン回転数、負荷、燃料噴射量などを制御して、排気温度を調節する。   In regeneration control, the amount of heat required for regeneration is calculated based on detected temperatures Tcet, Tout (described later) and the estimated temperature, and the injection amount of exhaust heating fuel (post injection amount) is calculated based on the required amount of heat. . Based on the calculation result, the engine speed, load, fuel injection amount, and the like are controlled to adjust the exhaust temperature.

更に、加熱制御の要否(内外温度差△Taが設定値以下か否か)を判断し(ステップS14)(後述)、加熱制御不要と判断すると、PM捕集推定量が設定量(停止)以下か否か判断する(ステップS15)。PM捕集推定量が設定量(停止)以下であると、PMが燃焼除去されたと判断し、再生制御を停止する(ステップS16)。PM捕集推定量が設定量(停止)より多いと、S13〜S15の処理を繰り返す。   Further, it is determined whether or not heating control is necessary (whether or not the internal / external temperature difference ΔTa is equal to or less than the set value) (step S14) (described later). It is determined whether or not the following (step S15). If the estimated PM collection amount is equal to or less than the set amount (stop), it is determined that PM is burned and removed, and regeneration control is stopped (step S16). When the PM collection estimated amount is larger than the set amount (stop), the processes of S13 to S15 are repeated.

コントローラ70は再生制御と連動して加熱に係る制御をおこなう。中心部温度センサ40からの検出温度Tcetおよび外周部温度センサ41からの検出温度Toutに基づいて、内外温度差△Ta(Tcet−Tout)を演算し、加熱制御の要否を判断する(ステップS14)。内外温度差△Taが設定値より大きく、加熱制御必要と判断すると、検出温度Tcet,Toutやフィルタの容積等に基づいて、再生に不足する熱量Qを演算し、電熱ヒータ61へのエネルギー供給を開始する(ステップS17)。   The controller 70 performs control related to heating in conjunction with the regeneration control. Based on the detected temperature Tcet from the center temperature sensor 40 and the detected temperature Tout from the outer periphery temperature sensor 41, an internal / external temperature difference ΔTa (Tcet−Tout) is calculated to determine whether heating control is necessary (step S14). ). If the internal / external temperature difference ΔTa is larger than the set value and it is determined that heating control is necessary, the amount of heat Q that is insufficient for regeneration is calculated based on the detected temperatures Tcet, Tout, the volume of the filter, etc., and the energy is supplied to the electric heater 61. Start (step S17).

さらに、要求熱量Qと電熱ヒータ61の供給電力Wから加熱時間T(Q/W)を演算し、所定時間Tだけ加熱する(ステップS18)。加熱中も、加熱制御の要否を判断し(ステップS19)、内外温度差△Taが設定値以下となり、加熱制御不要と判断すると、電熱ヒータ61へのエネルギー供給を停止する(ステップS20)。内外温度差△Taが設定値より大きいと、S17〜S20の処理を繰り返す。   Further, the heating time T (Q / W) is calculated from the required heat quantity Q and the electric power W supplied from the electric heater 61, and heating is performed for a predetermined time T (step S18). During heating, it is determined whether or not heating control is necessary (step S19), and if the internal / external temperature difference ΔTa becomes equal to or smaller than the set value and it is determined that heating control is not necessary, the supply of energy to the electric heater 61 is stopped (step S20). When the internal / external temperature difference ΔTa is larger than the set value, the processes of S17 to S20 are repeated.

ステップS19において、コントローラ70は内外温度差△Taに基づくフィードバック制御をおこう。つまり、内外温度差△Taが設定値に近づくと、リレースイッチ62をOFFにし、昇温速度を緩め、その後、内外温度差△Taが設定値に達しないと、リレースイッチ62をONにし加熱するといった、リレースイッチ62のON-OFF制御を繰り返しながら、供給電力Wや加熱時間Tを調整する。   In step S19, the controller 70 performs feedback control based on the internal / external temperature difference ΔTa. That is, when the internal / external temperature difference ΔTa approaches the set value, the relay switch 62 is turned off and the rate of temperature increase is slowed. After that, when the internal / external temperature difference ΔTa does not reach the set value, the relay switch 62 is turned on and heated. The supply power W and the heating time T are adjusted while repeating ON-OFF control of the relay switch 62.

〜請求項との対応関係〜
DPF30は、排気管16の下流に配置され、PMを捕集するフィルタを構成し、インジェクタ4と酸化触媒20は、PMを焼却除去してDPFを再生する再生装置を構成し、差圧センサ42とコントロー70のS11,S12,S13,S15,S16の処理は、再生装置の作動開始・停止を制御する再生制御装置と構成する。
-Correspondence with claims-
The DPF 30 is disposed downstream of the exhaust pipe 16 and constitutes a filter that collects PM. The injector 4 and the oxidation catalyst 20 constitute a regenerator that incinerates and removes PM to regenerate DPF, and a differential pressure sensor 42. The processes of S11, S12, S13, S15, and S16 of the controller 70 are configured as a regeneration control device that controls the start / stop of the operation of the regeneration device.

コントロー70のS17の処理の一部は、中心部温度センサ40および外周部温度センサ41の検出温度に基づいて、再生に不足する熱量Qを演算する不足熱量演算手段を構成し、電熱ヒータ61は、DPF30外周に熱量Qを供給する加熱手段を構成する。   A part of the processing of S17 of the controller 70 constitutes an insufficient heat amount calculating means for calculating the heat amount Q insufficient for regeneration based on the detected temperatures of the center temperature sensor 40 and the outer peripheral temperature sensor 41, and the electric heater 61 The heating means for supplying the heat quantity Q to the outer periphery of the DPF 30 is configured.

電熱ヒータ61の電熱線63の配置間隔は、DPF30入口側から出口側に向かって加熱量を低減するように熱量を供給する加熱勾配付与機能を構成する。   The arrangement interval of the heating wires 63 of the electric heater 61 constitutes a heating gradient imparting function for supplying an amount of heat so as to reduce the amount of heating from the DPF 30 inlet side toward the outlet side.

〜動作〜
再生に係る動作(S11→S12→S13→S14→S15→S16)について説明する。
~ Operation ~
The operation related to reproduction (S11 → S12 → S13 → S14 → S15 → S16) will be described.

排気管16の下流部に流入した排気ガスは、まず、酸化触媒20を通過する。このとき、触媒の作用により、排気ガス中に含まれる一酸化窒素(NO)が反応(R1)によって二酸化窒素(NO2)に酸化される。また、排気中のHC、COも反応(R2、R3)によって酸化される。排気温度がポスト噴射により排気中に添加された燃料の酸化反応(R2)によって昇温される。
4NO + O2 → 2NO2 (R1)
HC + O2 → CO2 + H2O (R2)
C0 + 1/2 O2 → CO2 (R3)
The exhaust gas flowing into the downstream portion of the exhaust pipe 16 first passes through the oxidation catalyst 20. At this time, nitric oxide (NO) contained in the exhaust gas is oxidized into nitrogen dioxide (NO2) by the reaction (R1) by the action of the catalyst. In addition, HC and CO in the exhaust are also oxidized by the reaction (R2, R3). The exhaust temperature is raised by the oxidation reaction (R2) of the fuel added to the exhaust by post injection.
4NO + O2 → 2NO2 (R1)
HC + O2 → CO2 + H2O (R2)
C0 + 1/2 O2 → CO2 (R3)

DPF30に堆積しているPMの主要成分である固形炭素質(C)は反応(R4、R5)によって酸化され、DPF30が再生される。
C + O2 → CO2 (R4)
C + 2 NO2 → CO2 + 2 NO (R5)
The solid carbonaceous material (C), which is the main component of PM deposited on the DPF 30, is oxidized by the reaction (R4, R5), and the DPF 30 is regenerated.
C + O2 → CO2 (R4)
C + 2 NO2 → CO2 + 2 NO (R5)

再生時、DPF30内の熱の一部は、DPF30外周から外部に逃げるため、フィルタ中心部の温度に比べてフィルタ外周部の温度は低くなる。フィルタ内部の温度差に起因して、熱応力によるフィルタ割れや暴走再生が発生するおそれがある。   During regeneration, part of the heat in the DPF 30 escapes from the outer periphery of the DPF 30 to the outside, so that the temperature at the outer periphery of the filter is lower than the temperature at the center of the filter. Due to the temperature difference inside the filter, there is a risk of filter cracking and runaway regeneration due to thermal stress.

したがって、フィルタ内部に温度差が発生すると、加熱制御が行われる(S14→S17→S18→S19→S20)。   Therefore, when a temperature difference occurs inside the filter, heating control is performed (S14 → S17 → S18 → S19 → S20).

図4は加熱に係る動作を説明する概念図である。適切な再生制御によりフィルタ中心部の検出温度Tcetはt(再生をおこなうのに過不足ない温度)となる。一方、フィルタ外周部の検出温度Toutはt-aとなり、内外温度差△Ta=aが発生する。電熱ヒータ61は内外温度差△Taを解消するように、DPF30外周に熱量を供給する。   FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an operation related to heating. By appropriate regeneration control, the detected temperature Tcet at the center of the filter becomes t (temperature that is sufficient and sufficient for regeneration). On the other hand, the detected temperature Tout at the outer periphery of the filter is t−a, and an internal / external temperature difference ΔTa = a occurs. The electric heater 61 supplies heat to the outer periphery of the DPF 30 so as to eliminate the internal / external temperature difference ΔTa.

ところで、再生の際、フィルタ入口側に滞留したPMが先に燃焼し、その燃焼熱が出口側に送られる。そのため、フィルタ入口側の温度に比べてフィルタ出口側の温度は高くなる。フィルタ入口側のフィルタ外周部の検出温度Toutがt-aであると、フィルタ入口側のフィルタ外周部の温度はt-a+bとなる。フィルタ入口側と出口側の温度差は、フィルタ割れの要因となりうる。   By the way, at the time of regeneration, PM staying on the filter inlet side burns first, and the combustion heat is sent to the outlet side. Therefore, the temperature on the filter outlet side is higher than the temperature on the filter inlet side. If the detected temperature Tout of the filter outer peripheral portion on the filter inlet side is ta, the temperature of the filter outer peripheral portion on the filter inlet side is ta-b. The temperature difference between the filter inlet side and the outlet side can cause filter cracking.

もし仮に、電熱ヒータ61が、内外温度差△Ta=aを解消するように均一に加熱(昇温+a)した場合、フィルタ入口側のフィルタ外周部の温度はtとなり、フィルタ中心部と外周部の温度差は解消する。しかし、フィルタ入口側のフィルタ外周部の温度はt+bとなり、フィルタ入口側と出口側の温度差は解消しない。さらに、必要以上の加熱は不経済である。   If the electric heater 61 is heated uniformly (temperature increase + a) so as to eliminate the internal / external temperature difference ΔTa = a, the temperature of the filter outer peripheral portion on the filter inlet side becomes t, and the filter central portion and the outer periphery The temperature difference of the part is eliminated. However, the temperature of the filter outer peripheral portion on the filter inlet side is t + b, and the temperature difference between the filter inlet side and the outlet side is not eliminated. Furthermore, excessive heating is uneconomical.

本実施形態の電熱ヒータ61の電熱線63は、DPF入口側から出口側に向かって密から疎な間隔で配置されている。電気エネルギーが供給されると、電熱ヒータ61はDPF入口側から出口側に向かって加熱量を低減するように熱量を供給する。すなわち、DPF入口側では、+aだけ昇温するように加熱するのに対し、DPF出口側では、+a-bだけ昇温するように加熱する。   The heating wire 63 of the electric heater 61 of this embodiment is arrange | positioned from the DPF entrance side to the exit side at the spacing from dense to sparse. When electric energy is supplied, the electric heater 61 supplies heat so as to reduce the amount of heating from the DPF inlet side toward the outlet side. That is, heating is performed so as to increase the temperature by + a on the DPF inlet side, while heating is performed so that the temperature is increased by + a−b on the DPF outlet side.

このような加熱勾配を付与して加熱すると、フィルタ外周部においてフィルタ入口側から出口側の温度は均一にtとなり、フィルタ入口側と出口側の温度差も解消する。   When heating is performed with such a heating gradient, the temperature from the filter inlet side to the outlet side is uniformly t in the outer periphery of the filter, and the temperature difference between the filter inlet side and the outlet side is also eliminated.

なお、図4において、説明の便宜の為、一例として温度勾配および加熱勾配とも1次関数として表現したが、これに限定されるものではない。   In FIG. 4, for convenience of explanation, both the temperature gradient and the heating gradient are expressed as linear functions as an example. However, the present invention is not limited to this.

〜効果〜
本実施形態では、フィルタ内の温度を均一にすることにより、フィルタ内部の温度差に起因するフィルタ割れや暴走再生を防止することができる。また、これに付随する以下の効果が得られる。
~effect~
In the present embodiment, by making the temperature in the filter uniform, it is possible to prevent filter cracking and runaway regeneration due to the temperature difference inside the filter. Moreover, the following effects accompanying this can be obtained.

フィルタ内のPMの燃え残りを防止し、より確実にDPFの再生を行うことができる。適切な再生を確実に行うことにより、DPFが損傷することはなく、DPFの長寿命化に寄与する。また、適切な再生を確実に行うことにより、再生時間を短縮でき、結果として燃費向上に寄与する。   PM remaining in the filter can be prevented and DPF regeneration can be performed more reliably. By ensuring proper regeneration, the DPF is not damaged and contributes to a longer life of the DPF. In addition, by properly performing appropriate regeneration, the regeneration time can be shortened, resulting in improved fuel efficiency.

本実施形態では、他の効果も得られる。   In this embodiment, other effects can be obtained.

電熱ヒータ61は、再生に必要な熱量を過不足なく供給できる。不要な加熱をなくすことにより、エネルギー効率向上に寄与する。さらに、ハイブリット車両の回生エネルギーを利用すれば、更なるエネルギー効率向上を図ることができる。   The electric heater 61 can supply the amount of heat necessary for regeneration without excess or deficiency. By eliminating unnecessary heating, it contributes to improving energy efficiency. Furthermore, if the regenerative energy of the hybrid vehicle is used, further energy efficiency can be improved.

コントローラ70は、ステップS18において加熱時間Tを設定するとともに、ステップS19においてフィードバック制御をおこなっている。これにより、過剰昇温を防止することができる。   The controller 70 sets the heating time T in step S18 and performs feedback control in step S19. Thereby, excessive temperature rise can be prevented.

電熱ヒータ61は、ブラケット34,35,36を介してDPF30の外周を覆うように設けられており、電熱線63は断熱材に埋設されている。電熱線63が断線した場合は、ブラケット36を取り外して、電熱ヒータ61ごと交換する。これにより、メンテナンス性向上に寄与する。   The electric heater 61 is provided so as to cover the outer periphery of the DPF 30 via the brackets 34, 35, and 36, and the electric heating wire 63 is embedded in a heat insulating material. When the heating wire 63 is disconnected, the bracket 36 is removed and the heating heater 61 is replaced. This contributes to improvement in maintenance.

〜変形例〜
本実施形態において、電熱線63がDPF入口側から出口側に向かって密から疎な間隔で配置されおり、電熱線63の配置間隔が加熱勾配付与機能を構成するが、本発明はこれに限定されるものではない。
~ Modification ~
In the present embodiment, the heating wires 63 are arranged from dense to sparse intervals from the DPF inlet side to the outlet side, and the arrangement intervals of the heating wires 63 constitute a heating gradient imparting function, but the present invention is limited to this. Is not to be done.

図5は、変形例に係る構成を示すDPF30の概略平面図である。電熱線63がDPF入口側から出口側に向かって均一な間隔で配置されている。一方、電熱線63の抵抗値Ωは、DPF入口側から出口側に向かって高い値から低い値になるように設定されている。たとえば、DPF入口側の電熱線63の抵抗値をΩ1と、DPF中央の電熱線63の抵抗値をΩ2と、DPF出口側の電熱線63の抵抗値をΩ3とし、Ω1>Ω2>Ω3となるように設定する。電気エネルギーが供給されると、電熱ヒータ61はDPF入口側から出口側に向かって加熱量を低減するように熱量を供給する。   FIG. 5 is a schematic plan view of the DPF 30 showing the configuration according to the modification. The heating wires 63 are arranged at uniform intervals from the DPF inlet side to the outlet side. On the other hand, the resistance value Ω of the heating wire 63 is set from a high value to a low value from the DPF inlet side to the outlet side. For example, the resistance value of the heating wire 63 on the DPF inlet side is Ω1, the resistance value of the heating wire 63 in the center of the DPF is Ω2, and the resistance value of the heating wire 63 on the DPF outlet side is Ω3, so that Ω1> Ω2> Ω3. Set as follows. When electric energy is supplied, the electric heater 61 supplies heat so as to reduce the amount of heating from the DPF inlet side toward the outlet side.

すなわち、電熱線63の抵抗値Ωの設定が、加熱勾配付与機能を構成する。この構成により、本実施形態と同様な効果が得られる。   That is, the setting of the resistance value Ω of the heating wire 63 constitutes a heating gradient imparting function. With this configuration, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

2 コモンレール
4 インジェクタ
6 吸気通路
10 内燃機関
8 ターボチャージャ
11 インタークーラ
12 吸気制御弁
14 吸気マニホールド
15 排気マニフォ−ルド
16 排気管
18 EGR弁
19 排気浄化装置
20 酸化触媒
30 DPF
31 触媒担体
32 DPF支持材
33 ケーシング
34,35,36 ブラケット
40 中心部温度センサ
41 外周部温度センサ
42 差圧センサ
43 負荷センサ
44 回転センサ
50 オルタネータ
60 バッテリ
61 電熱ヒータ
62 リレースイッチ
63 電熱線
70 コントローラ
2 Common rail 4 Injector 6 Intake passage 10 Internal combustion engine 8 Turbocharger 11 Intercooler 12 Intake control valve 14 Intake manifold 15 Exhaust manifold 16 Exhaust pipe 18 EGR valve 19 Exhaust purification device 20 Oxidation catalyst 30 DPF
31 catalyst carrier 32 DPF support 33 casing 34, 35, 36 bracket 40 center temperature sensor 41 outer periphery temperature sensor 42 differential pressure sensor 43 load sensor 44 rotation sensor 50 alternator 60 battery 61 electric heater 62 relay switch 63 heating wire 70 controller

Claims (4)

エンジンの排気系に配置され、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、このフィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去してフィルタを再生する再生装置と、この再生装置の作動開始・停止を制御する再生制御装置とを備えた排気浄化装置において、
前記フィルタ中心部の温度を検出する第1温度検出手段と、
前記フィルタ外周部の温度を検出する第2温度検出手段と、
前記第1温度検出手段および第2温度検出手段の検出温度に基づいて、再生に不足する熱量を演算する不足熱量演算手段と、
前記フィルタの外周に、前記不足熱量演算手段で得られた熱量を供給する加熱手段と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
A filter that is disposed in the exhaust system of the engine and collects particulate matter contained in the exhaust gas, a regeneration device that regenerates the filter by burning and removing particulate matter accumulated on the filter, and operation of the regeneration device In an exhaust emission control device comprising a regeneration control device for controlling start / stop,
First temperature detection means for detecting the temperature of the filter center,
Second temperature detection means for detecting the temperature of the filter outer periphery,
An insufficient heat amount calculating means for calculating an amount of heat insufficient for regeneration based on the detected temperatures of the first temperature detecting means and the second temperature detecting means;
An exhaust emission control device comprising: heating means for supplying heat obtained by the insufficient heat quantity calculating means to an outer periphery of the filter.
請求項1記載の排気浄化装置において、
前記加熱手段は、
前記フィルタ入口側から出口側に向かって加熱量を低減するように熱量を供給する加熱勾配付与機能
を有することを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 1,
The heating means includes
An exhaust emission control device having a heating gradient imparting function for supplying a heat amount so as to reduce a heat amount from the filter inlet side toward the outlet side.
請求項2記載の排気浄化装置において、
前記加熱手段は、前記フィルタ入口側から出口側に向かって密から疎な間隔で配置された電熱線を有し、
前記加熱勾配付与機能は、前記電熱線が発熱することにより、熱量を供給する
ことを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 2,
The heating means has heating wires arranged at dense to sparse intervals from the filter inlet side to the outlet side,
The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the heating gradient providing function supplies heat when the heating wire generates heat.
請求項3記載の排気浄化装置において、
前記電熱線は、回生エネルギーを利用して発熱する
ことを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 3,
The exhaust heating device, wherein the heating wire generates heat using regenerative energy.
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