JP2013204438A - Dpf regeneration method and exhaust emission control system - Google Patents

Dpf regeneration method and exhaust emission control system Download PDF

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Nobutada Ohashi
伸匡 大橋
Kenji Fujii
謙治 藤井
Ryusuke Fujino
竜介 藤野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DPF (Diesel Particulate Filter) regeneration method by which fuel consumption is minimized by accurately obtaining a temperature distribution within a DPF, and to provide an exhaust emission control system.SOLUTION: There is provided a DPF regeneration method in which DPF regeneration is started when a PM (Particulate Matter) depositing amount ΣPMin a DPF 13 exceeds a preset threshold value. In the DPF regeneration method, databases of PM combustion speeds r1, r2 or a PM removing amount ΔPMare prepared beforehand with PM depositing amounts and temperatures as parameters, and in DPF regeneration, a temperature distribution in the DPF 13 is calculated, the PM removing amount ΔPMwithin a preset time (t) is calculated based on any one of the databases and the temperature distribution in the DPF 13, a cumulative PM removing amount ΣPMfrom the DPF regeneration start is calculated by accumulating the calculated PM removing amounts ΔPM, and when the cumulative PM removing amount ΣPMbecomes equal to or more than the PM depositing amount ΣPMin DPF regeneration start, DPF regeneration is finished. An exhaust emission control system is also provided.

Description

本発明は、DPF再生に関わるパラメータ(PM堆積量及び温度)を利用して燃料消費量が最小となるDPF再生方法及び排気ガス浄化システムに関するものである。   The present invention relates to a DPF regeneration method and an exhaust gas purification system in which fuel consumption is minimized by utilizing parameters (PM deposition amount and temperature) related to DPF regeneration.

ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスの中には粒子状物質(Particulate Matter;PM)が含まれている。通常、このPMは、種々の形状及び材質で構成されたディーゼル微粒子捕集フィルタ(Diesel Particulate Filter;DPF)により捕集され、大気中に排出されないようにされている。   Particulate matter (PM) is contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine. Normally, this PM is collected by a diesel particulate filter (Diesel Particulate Filter; DPF) composed of various shapes and materials so as not to be discharged into the atmosphere.

DPF内のPM堆積量はDPF前後に配置された圧力センサで計測される圧力差等によって管理され、一定以上の圧力差が生じるとPMが所定量堆積したと判定してDPF再生が行われる(例えば、特許文献1参照)。   The amount of PM accumulated in the DPF is managed by a pressure difference measured by pressure sensors arranged before and after the DPF, and when a pressure difference of a certain level or more occurs, it is determined that a predetermined amount of PM has accumulated and DPF regeneration is performed ( For example, see Patent Document 1).

DPF再生では、PMが燃焼可能な温度までDPFを昇温すると共にその状態を所定の時間だけ維持することでDPF内に堆積したPMを燃焼除去している。このように、DPFを備えた内燃機関では、PM捕集とDPF再生を繰り返すことでPMを大気中に排出しないようにしている。   In DPF regeneration, the temperature of the DPF is raised to a temperature at which PM can be combusted, and the state is maintained for a predetermined time, whereby the PM accumulated in the DPF is burned and removed. Thus, in an internal combustion engine equipped with a DPF, PM is not discharged into the atmosphere by repeating PM collection and DPF regeneration.

特開2011−99378号公報JP 2011-99378 A

ところが、DPF再生は、毎回同じ条件の温度及び時間に設定して行われるため、PM堆積量の多い少ないに関係なく一定量の燃料を消費する。その結果、PM堆積量が少ないときはPM燃焼量に対する燃料使用量が多くなり、燃費の悪化につながる。そのため、DPF再生に関わるパラメータを利用して燃料消費量が最小となるようなDPF再生方法が必要とされている。   However, since the DPF regeneration is performed by setting the temperature and time under the same conditions every time, a certain amount of fuel is consumed regardless of whether the amount of accumulated PM is small or large. As a result, when the amount of accumulated PM is small, the amount of fuel used with respect to the amount of PM combustion increases, leading to deterioration in fuel consumption. Therefore, there is a need for a DPF regeneration method that minimizes fuel consumption using parameters related to DPF regeneration.

ここで、DPF再生時のDPF内の温度は、PM燃焼に伴う発熱やDPF壁面への熱損失等により、時間的・空間的に変化する。従って、DPF再生時のPM燃焼速度が系の温度とPM堆積量に依存することを利用し、温度依存性の式を用いて燃料消費量を最小とするための最適なDPF再生を実施するためには、DPF内の温度分布を正確に把握する必要がある。   Here, the temperature in the DPF during DPF regeneration changes temporally and spatially due to heat generated by PM combustion, heat loss to the DPF wall surface, and the like. Therefore, using the fact that the PM combustion rate during DPF regeneration depends on the temperature of the system and the PM deposition amount, the optimum DPF regeneration for minimizing the fuel consumption is performed using the temperature dependence formula. Therefore, it is necessary to accurately grasp the temperature distribution in the DPF.

そこで、本発明の目的は、DPF内の温度分布を正確に把握して燃料消費量を最小にするDPF再生方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a DPF regeneration method and an exhaust gas purification system that can accurately grasp the temperature distribution in the DPF and minimize the fuel consumption.

この目的を達成するために創案された本発明は、DPF内のPM堆積量が予め設定した閾値を超えたときにDPF再生を開始するDPF再生方法において、PM堆積量及び温度をパラメータとしたPM燃焼速度又はPM除去量のデータベースを予め作成しておき、DPF再生時に、DPF内の温度分布を算出し、前記データベースのいずれかと前記DPF内の温度分布とに基づいて予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、算出した前記PM除去量を累積してDPF再生開始時からの累積PM除去量を算出し、前記累積PM除去量がDPF再生開始時のPM堆積量以上になったときにDPF再生を終了するDPF再生方法である。   The present invention devised to achieve this object is a DPF regeneration method for starting DPF regeneration when the amount of PM deposition in the DPF exceeds a preset threshold value. A database of combustion speed or PM removal amount is created in advance, and during the DPF regeneration, the temperature distribution in the DPF is calculated, and the PM within the time set in advance based on one of the databases and the temperature distribution in the DPF When a removal amount is calculated, the calculated PM removal amount is accumulated to calculate a cumulative PM removal amount from the start of DPF regeneration, and when the accumulated PM removal amount is equal to or greater than the PM deposition amount at the start of DPF regeneration This is a DPF regeneration method for ending DPF regeneration.

前記DPF内の温度分布は、DPFにおける熱収支の式、物質収支の式、及び反応速度式に基づいて算出すると良い。   The temperature distribution in the DPF may be calculated based on a heat balance equation, a material balance equation, and a reaction rate equation in the DPF.

DPF再生時に、PM堆積量に対するPM燃焼速度又はPM除去量が最大となる目標温度分布を算出し、前記DPF内の温度分布が前記目標温度分布となるように前記DPF内の温度分布を制御すると良い。   Calculating a target temperature distribution that maximizes the PM combustion rate or PM removal amount with respect to the PM deposition amount during DPF regeneration, and controlling the temperature distribution in the DPF so that the temperature distribution in the DPF becomes the target temperature distribution; good.

前記データベースとして、二酸化窒素によるPMの酸化が主となる場合の第1データベースと、酸素によるPMの酸化が主となる場合の第2データベースとを予め作成しておくと良い。   As the database, a first database when PM is mainly oxidized by nitrogen dioxide and a second database when PM is mainly oxidized by oxygen may be created in advance.

DPFにおいて二酸化窒素量によるPM除去が支配的となる温度領域を第1温度領域とすると共に、DPFにおいて酸素によるPM除去が支配的となる前記第1温度領域よりも高い温度領域を第2温度領域とし、DPFに流入する排気ガスの温度が前記第1温度領域内の場合には前記第1データベースを用い、DPFに流入する排気ガスの温度が前記第2温度領域内の場合には前記第2データベースを用いると良い。   A temperature range in which PM removal due to the amount of nitrogen dioxide is dominant in the DPF is defined as a first temperature range, and a temperature range higher than the first temperature range in which PM removal due to oxygen is dominant in the DPF is defined as a second temperature range. The first database is used when the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is within the first temperature range, and the second database when the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is within the second temperature range. Use a database.

前記第1温度領域が200℃以上500℃未満であり、前記第2温度領域が500℃以上1000℃以下であると良い。   The first temperature region may be 200 ° C. or higher and lower than 500 ° C., and the second temperature region may be 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

また、本発明は、DPF内のPM堆積量が予め設定した閾値を超えたときにDPF再生を開始する開始判断部を備えた排気ガス浄化システムにおいて、PM堆積量及び温度をパラメータとしたPM燃焼速度又はPM除去量のデータベースを記憶しておく記憶部と、DPF再生時に、DPF内の温度分布を算出し、前記データベースのいずれかと前記DPF内の温度分布とに基づいて予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、算出した前記PM除去量を累積してDPF再生開始時からの累積PM除去量を算出し、前記累積PM除去量がDPF再生開始時のPM堆積量以上になったときにDPF再生を終了する終了判断部と、を備える排気ガス浄化システムである。   Further, the present invention provides an exhaust gas purification system that includes a start determination unit that starts DPF regeneration when the amount of accumulated PM in the DPF exceeds a preset threshold value. A storage unit for storing a database of speed or PM removal amount, and calculating a temperature distribution in the DPF at the time of DPF regeneration, and within a preset time based on one of the databases and the temperature distribution in the DPF When calculating the PM removal amount, accumulating the calculated PM removal amount to calculate the cumulative PM removal amount from the start of DPF regeneration, and when the accumulated PM removal amount is equal to or greater than the PM deposition amount at the start of DPF regeneration And an end determination unit for ending DPF regeneration.

前記DPF内の温度分布は、DPFにおける熱収支の式、物質収支の式、及び反応速度式に基づいて算出されると良い。   The temperature distribution in the DPF may be calculated based on a heat balance equation, a material balance equation, and a reaction rate equation in the DPF.

DPF再生時に、PM堆積量に対するPM燃焼速度又はPM除去量が最大となる目標温度分布を算出し、前記DPF内の温度分布が前記目標温度分布となるように前記DPF内の温度分布を制御する温度制御部を更に備えると良い。   At the time of DPF regeneration, a target temperature distribution that maximizes the PM combustion rate or PM removal amount relative to the PM accumulation amount is calculated, and the temperature distribution in the DPF is controlled so that the temperature distribution in the DPF becomes the target temperature distribution. A temperature control unit may be further provided.

前記記憶部は、前記データベースとして、二酸化窒素によるPMの酸化が主となる場合の第1データベースと、酸素によるPMの酸化が主となる場合の第2データベースとを記憶しておくと良い。   The storage unit may store, as the database, a first database when PM is mainly oxidized by nitrogen dioxide and a second database when PM is mainly oxidized by oxygen.

前記終了判断部は、DPFにおいて二酸化窒素量によるPM除去が支配的となる温度領域を第1温度領域とすると共に、DPFにおいて酸素によるPM除去が支配的となる前記第1温度領域よりも高い温度領域を第2温度領域とし、DPFに流入する排気ガスの温度が前記第1温度領域内の場合には前記第1データベースを用い、DPFに流入する排気ガスの温度が前記第2温度領域内の場合には前記第2データベースを用いると良い。   The termination determination unit sets a temperature region in which PM removal by nitrogen dioxide amount is dominant in the DPF as a first temperature region, and a temperature higher than the first temperature region in which PM removal by oxygen is dominant in the DPF. When the region is the second temperature region and the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is within the first temperature region, the first database is used, and the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is within the second temperature region. In such a case, the second database may be used.

前記第1温度領域が200℃以上500℃未満であり、前記第2温度領域が500℃以上1000℃以下であると良い。   The first temperature region may be 200 ° C. or higher and lower than 500 ° C., and the second temperature region may be 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

本発明によれば、DPF内の温度分布を正確に把握して燃料消費量を最小にするDPF再生方法及び排気ガス浄化システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the DPF regeneration method and exhaust gas purification system which grasp | ascertain correctly the temperature distribution in DPF and can minimize fuel consumption can be provided.

排気ガス浄化システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows an exhaust-gas purification system. 第1温度領域と第2温度領域とを示す図である。It is a figure which shows a 1st temperature range and a 2nd temperature range. 酸化触媒の温度と、一酸化窒素、二酸化窒素の量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of an oxidation catalyst, and the quantity of nitric oxide and nitrogen dioxide. 反応次数を求めるための図である。It is a figure for calculating | requiring a reaction order. 反応速度定数を求めるための図である。It is a figure for calculating | requiring a reaction rate constant. 活性化エネルギと頻度因子とを求めるための図である。It is a figure for calculating | requiring activation energy and a frequency factor. DPF再生方法を示す流れ図である。It is a flowchart which shows a DPF regeneration method. DPF再生の終了判断を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the completion | finish judgment of DPF reproduction | regeneration. 熱収支のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of a heat balance. 物質収支のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of a material balance. PM除去量の算出方法を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the calculation method of PM removal amount.

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

先ず、本実施の形態に係るDPF再生方法を適用するための排気ガス浄化システムの一例について説明する。   First, an example of an exhaust gas purification system for applying the DPF regeneration method according to the present embodiment will be described.

図1に示すように、排気ガス浄化システム10は、ディーゼルエンジン等の内燃機関11からの排気ガスを排出する排気通路12に設けられると共に酸化触媒が担持されたDPF13と、DPF13の上流側又は下流側(図1では上流側)の排気通路12に設けられた酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst;DOC)14と、各種機器を総合的に制御するエンジンコントロールユニット(Engine Control Unit;ECU)15と、を備える。   As shown in FIG. 1, an exhaust gas purification system 10 is provided in an exhaust passage 12 that exhausts exhaust gas from an internal combustion engine 11 such as a diesel engine and carries an oxidation catalyst, and an upstream side or a downstream side of the DPF 13. An oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst; DOC) 14 provided in the exhaust passage 12 on the side (upstream side in FIG. 1), and an engine control unit (ECU) 15 for comprehensively controlling various devices. Prepare.

内燃機関11から排出された排気ガスの中に含まれるPMは、その大部分が排気ガス中の酸素(O2)や二酸化窒素(NO2)により排気ガス中又はDPF13で酸化されるが、その一部が排気ガス浄化システム10のDPF13に捕集されて堆積する。 Most of the PM contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 is oxidized in the exhaust gas or in the DPF 13 by oxygen (O 2 ) or nitrogen dioxide (NO 2 ) in the exhaust gas. A part is collected and deposited in the DPF 13 of the exhaust gas purification system 10.

DPF13内のPM堆積量の増加に伴いDPF13での圧力損失が大きくなっていき、内燃機関11の運転に支障をきたす場合があるため、DPF13内のPM堆積量が予め設定した閾値を超えたときに、DPF13内の温度をPMが燃焼可能な温度まで昇温すると共にその温度を維持して、DPF13に堆積されたPMを燃焼して除去するDPF再生が行われる。   When the amount of accumulated PM in the DPF 13 exceeds a preset threshold value, the pressure loss in the DPF 13 increases as the amount of accumulated PM in the DPF 13 increases, which may hinder the operation of the internal combustion engine 11. In addition, the DPF regeneration is performed in which the temperature in the DPF 13 is raised to a temperature at which PM can be combusted and the temperature is maintained, and the PM deposited on the DPF 13 is burned and removed.

DPF13内の温度の昇温と維持に際しては、内燃機関11のシリンダ内のマルチ噴射(多段遅延噴射)やポスト噴射、排気管内直接燃料噴射、吸気絞り、排気絞り、EGR制御等を組み合わせて排気ガス温度の昇温と維持を行うことでDPF13内の温度が制御される。   When the temperature in the DPF 13 is raised and maintained, exhaust gas is combined with multi-injection (multi-stage delay injection) or post-injection in the cylinder of the internal combustion engine 11, direct fuel injection in the exhaust pipe, intake throttle, exhaust throttle, EGR control, etc. The temperature in the DPF 13 is controlled by raising and maintaining the temperature.

DPF13内のPM堆積量の判断は、DPF13の前後差圧を計測したり、前回のDPF再生を行ってからの走行距離や燃料消費量等からPM堆積量を推定したりして、そのDPF13の前後差圧やPM堆積量が予め設定した閾値を超えたときに、PM堆積量が予め設定した閾値を超えたと判断することにより行われる。   The PM accumulation amount in the DPF 13 is determined by measuring the differential pressure across the DPF 13 or estimating the PM accumulation amount from the travel distance, fuel consumption, etc. after the previous DPF regeneration. This is performed by determining that the PM deposition amount has exceeded a preset threshold when the front-rear differential pressure or the PM deposition amount exceeds a preset threshold.

本実施の形態に係るDPF再生方法では、排気ガス浄化システム10において、DPF13内のPM堆積量が予め設定した閾値を超えたか否かを判断し、PM堆積量がその閾値を超えたと判断したときにDPF再生を開始し、DPF再生時にDPF13内の温度をモニタしながら、マルチ噴射やポスト噴射等によるDPF13内の温度の昇温と維持を行う。   In the DPF regeneration method according to the present embodiment, when determining in the exhaust gas purification system 10 whether or not the PM accumulation amount in the DPF 13 has exceeded a preset threshold value, and determining that the PM accumulation amount has exceeded the threshold value The DPF regeneration is started, and the temperature in the DPF 13 is raised and maintained by multi-injection, post-injection, etc. while monitoring the temperature in the DPF 13 during the DPF regeneration.

また、このDPF再生方法において、ある温度での化学反応の速度を予測するアレニウスの式を用いてPM燃焼速度を算出し、このPM燃焼速度を用いてPM堆積量及び温度をパラメータとしたPM燃焼速度又はPM除去量のデータベースを予め作成しておく。   Also, in this DPF regeneration method, the PM combustion rate is calculated using the Arrhenius equation that predicts the rate of chemical reaction at a certain temperature, and the PM combustion with the PM deposition amount and temperature as parameters using this PM combustion rate. A database of speed or PM removal amount is created in advance.

そして、DPF再生時に、DPF13内の温度分布を算出し、PM燃焼速度又はPM除去量のデータベースのいずれかと算出したDPF13内の温度分布とに基づいて予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、算出したPM除去量を累積してDPF再生開始時からの累積PM除去量を算出し、累積PM除去量がDPF再生開始時のPM堆積量以上になったときにDPF再生を終了する。   Then, during DPF regeneration, the temperature distribution in the DPF 13 is calculated, and the PM removal amount within a preset time is calculated based on either the PM combustion speed or PM removal amount database and the calculated temperature distribution in the DPF 13. The accumulated PM removal amount is accumulated to calculate the accumulated PM removal amount from the start of the DPF regeneration, and the DPF regeneration is terminated when the accumulated PM removal amount becomes equal to or greater than the PM accumulation amount at the start of the DPF regeneration.

そのため、ECU15は、DPF13内のPM堆積量が予め設定した閾値を超えたときにDPF再生を開始する開始判断部16と、DPF13内の温度の昇温と維持を行う温度制御部17と、PM堆積量及び温度をパラメータとしたPM燃焼速度又はPM除去量のデータベースを記憶しておく記憶部18と、DPF再生時に、DPF13内の温度分布を算出し、データベースのいずれかとDPF13内の温度分布とに基づいて予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、算出したPM除去量を累積してDPF再生開始時からの累積PM除去量を算出し、累積PM除去量がDPF再生開始時のPM堆積量以上になったときにDPF再生を終了する終了判断部19と、を備える。   Therefore, the ECU 15 includes a start determination unit 16 that starts DPF regeneration when the amount of PM accumulated in the DPF 13 exceeds a preset threshold, a temperature control unit 17 that raises and maintains the temperature in the DPF 13, and a PM A storage unit 18 for storing a database of PM combustion rate or PM removal amount using the deposition amount and temperature as parameters, and a temperature distribution in the DPF 13 is calculated during DPF regeneration, and one of the databases and the temperature distribution in the DPF 13 The PM removal amount within a preset time is calculated based on the above, the calculated PM removal amount is accumulated to calculate the cumulative PM removal amount from the start of DPF regeneration, and the cumulative PM removal amount is the PM at the start of DPF regeneration. And an end determination unit 19 that ends the DPF regeneration when the amount exceeds the accumulation amount.

この排気ガス浄化システム10に適用されるDPF再生方法では、前述の通り、PM堆積量及び温度をパラメータとしたPM燃焼速度又はPM除去量のデータベースを予め作成しておく必要があるため、先ずPM燃焼速度とPM除去量について説明する。   In the DPF regeneration method applied to the exhaust gas purification system 10, as described above, it is necessary to create a database of the PM combustion rate or the PM removal amount using the PM accumulation amount and the temperature as parameters. The combustion speed and PM removal amount will be described.

PM燃焼速度とPM除去量の算出に際しては、アレニウスの式を用いてPM燃焼速度を算出するが、温度に依存して化学反応が異なるため、DPF13におけるPM燃焼速度も温度領域によって変わる。   When calculating the PM combustion rate and the PM removal amount, the PM combustion rate is calculated using the Arrhenius equation. However, since the chemical reaction differs depending on the temperature, the PM combustion rate in the DPF 13 also varies depending on the temperature region.

図2に示すように、DPF13に流入する排気ガスの温度が低く、酸化触媒が活性化温度より低いときは、PMを燃焼除去することができないので、排気ガスの昇温を行い、酸化触媒が活性化温度である第1温度T1以上になるのを待つ。 As shown in FIG. 2, when the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 13 is low and the oxidation catalyst is lower than the activation temperature, PM cannot be burned and removed. wait until a first temperature above T 1 is the activation temperature.

酸化触媒が第1温度T1以上になり、第1温度領域R1になると、排気ガス中の一酸化窒素(NO)が酸化されて二酸化窒素が発生し、式(1)の化学反応式(PM燃焼反応の化学反応式)に示す通り、DPF13に捕集されたPM(C)が二酸化窒素によって酸化されて除去される。 When the oxidation catalyst becomes equal to or higher than the first temperature T 1 and reaches the first temperature region R 1 , nitrogen monoxide (NO) in the exhaust gas is oxidized to generate nitrogen dioxide, and the chemical reaction formula (1) ( As shown in the chemical reaction formula of PM combustion reaction, PM (C) collected in the DPF 13 is oxidized and removed by nitrogen dioxide.

第1温度T1は酸化触媒の種類にもよるが、概ね200℃程度である。この第1温度T1以上の第1温度領域R1では、DPF13の上流側に設けられたDOC14によって二酸化窒素が生成されるので、二酸化窒素の生成量が多く、主に二酸化窒素によるPM酸化が行われる。 The first temperature T 1 is approximately 200 ° C., although it depends on the type of oxidation catalyst. In the first temperature region R 1 that is equal to or higher than the first temperature T 1, nitrogen dioxide is generated by the DOC 14 provided on the upstream side of the DPF 13, so that the amount of nitrogen dioxide generated is large, and PM oxidation mainly by nitrogen dioxide is performed. Done.

また、図3に示すように、酸化触媒が第1温度T1よりも高く、二酸化窒素が減少する第2温度T2以上になり、第2温度領域R2になると、酸化触媒に接触した後の排気ガス中の二酸化窒素の量が減少し、式(2)の化学反応式(PM燃焼反応の化学反応式)に示す通り、DPF13に捕集されたPMが排気ガス中の酸素によって酸化されて除去される。 In addition, as shown in FIG. 3, when the oxidation catalyst is higher than the first temperature T 1 and becomes equal to or higher than the second temperature T 2 at which nitrogen dioxide decreases, and after entering the second temperature region R 2 , The amount of nitrogen dioxide in the exhaust gas is reduced, and the PM collected in the DPF 13 is oxidized by oxygen in the exhaust gas as shown in the chemical reaction formula of Formula (2) (chemical reaction formula of PM combustion reaction). Removed.

第2温度T2は酸化触媒の種類にもよるが、概ね500℃程度である。この第2温度T2以上の第2温度領域R2では、一酸化窒素(NO)の量が増加すると共に二酸化窒素の生成量が減少するため、二酸化窒素がPM燃焼反応に寄与する割合が減少し、主に酸素によるPM燃焼が行われる。 The second temperature T 2 is about 500 ° C., although it depends on the type of oxidation catalyst. In the second temperature region R 2 that is equal to or higher than the second temperature T 2 , the amount of nitrogen monoxide (NO) increases and the amount of nitrogen dioxide produced decreases, so the rate at which nitrogen dioxide contributes to the PM combustion reaction decreases. Then, PM combustion is mainly performed by oxygen.

このように、PM燃焼反応としての化学反応は、温度によって、二酸化窒素による酸化が主となるか、又は酸素による酸化が主となるかが異なっており(酸化剤が異なっており)、これに応じてPM燃焼速度も異なる。   As described above, the chemical reaction as the PM combustion reaction differs depending on the temperature, whether it is mainly oxidized by nitrogen dioxide or mainly oxidized by oxygen (the oxidizing agents are different). Accordingly, the PM combustion rate also varies.

そのため、PM燃焼反応及びPM燃焼速度を、昇温過程である第1温度T1以上第2温度T2未満の第1温度領域R1と、温度維持過程である第2温度T2以上の第2温度領域R2との2つの温度領域に分類するようにした。 Therefore, the PM combustion reaction and the PM combustion speed, the first temperature region R 1 of the second lower than temperature T 2 first temperature above T 1 is a Atsushi Nobori process, the second temperature T 2 above the temperature maintained Process The temperature is classified into two temperature regions, ie, two temperature regions R 2 .

例えば、第1温度領域R1が200℃以上500℃未満であり、第2温度領域R2が500℃以上1000℃以下である。なお、第2温度領域R2の上限は、DPF13の耐熱温度や排気ガスの最高予測温度等に応じて設定される。本実施の形態では、一例として、第2温度領域R2の上限を1000℃とし、第2温度領域R2の温度範囲を500℃以上1000℃以下とする。 For example, a first temperature region R 1 is lower than 200 ° C. or higher 500 ° C., the second temperature region R 2 is 500 ° C. or higher 1000 ° C. or less. The upper limit of the second temperature region R 2 is set according to the maximum predicted temperature of the heat-resistant temperature and the exhaust gas DPF 13. In the present embodiment, as an example, the upper limit of the second temperature region R 2 is 1000 ° C., and the temperature range of the second temperature region R 2 is 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less.

第1温度領域R1では、PM燃焼反応の化学反応式は式(1)となり、PM燃焼反応の反応速度式は以下の式(3)で表される。 In the first temperature region R 1 , the chemical reaction formula of the PM combustion reaction is expressed by the following formula (1), and the reaction rate formula of the PM combustion reaction is expressed by the following formula (3).

ここで、「r1」はPM燃焼速度(反応速度)、「t」は反応時間(DPF再生の制御間隔の時間)、「[C]」は時間t後のPM堆積量(PM残量)、「k1」は反応速度定数、「n1」は反応次数である。 Here, “r 1 ” is the PM combustion rate (reaction rate), “t” is the reaction time (time of the DPF regeneration control interval), and “[C]” is the PM deposition amount (PM remaining amount) after time t. , “K 1 ” is a reaction rate constant, and “n 1 ” is a reaction order.

式(3)を変形すると、反応次数決定式である以下の式(4)が得られる。この式(4)を用いて反応次数n1を決定する。 When the equation (3) is transformed, the following equation (4) which is a reaction order determining equation is obtained. The reaction order n 1 is determined using this equation (4).

ここで、「r10」はPM燃焼速度の初速度、「ln()」は自然対数、「[C]0」はPM堆積量の初期値である。 Here, “r 10 ” is the initial PM combustion speed, “ln ()” is the natural logarithm, and “[C] 0 ” is the initial PM deposition amount.

図4に示すように、式(4)に基づいて、縦軸に「ln(r10)」、横軸に「ln([C]0)」を取ったグラフを作成すると一次曲線が得られる。この一次曲線の傾きから反応次数n1を決定する。 As shown in FIG. 4, when a graph having “ln (r 10 )” on the vertical axis and “ln ([C] 0 )” on the horizontal axis is created based on the equation (4), a linear curve is obtained. . The reaction order n 1 is determined from the slope of this linear curve.

そして、決定した反応次数n1を用いて、反応速度定数k1を決定する。この決定は、式(3)を変形すると共に反応次数n1を代入して得られる反応速度定数決定式である以下の式(5)を用いて行う。 Then, the reaction rate constant k 1 is determined using the determined reaction order n 1 . This determination is performed using the following equation (5), which is a reaction rate constant determination equation obtained by modifying equation (3) and substituting reaction order n 1 .

図5に示すように、式(5)に基づいて、縦軸に「(1/(−n1+1))([C]0 -n1+1−[C]-n1+1)」、横軸に「t」を取ったグラフを作成すると一次曲線が得られる。この一次曲線の傾きから反応速度定数k1を決定する。 As shown in FIG. 5, based on the equation (5), the vertical axis indicates “(1 / (− n 1 +1)) ([C] 0 −n1 + 1− [C] −n1 + 1 )”, horizontal Creating a graph with “t” on the axis gives a linear curve. The reaction rate constant k 1 is determined from the slope of this linear curve.

一方、アレニウスの式は以下の式(6)で表される。   On the other hand, the Arrhenius equation is expressed by the following equation (6).

ここで、「A1」は頻度因子(温度に無関係な定数)、「R」は気体定数、「T」は絶対温度としての温度(反応温度)、「E1」は活性化エネルギ(アレニウスパラメータ)である。 Here, “A 1 ” is a frequency factor (a constant independent of temperature), “R” is a gas constant, “T” is a temperature (reaction temperature) as an absolute temperature, and “E 1 ” is an activation energy (Arrhenius parameter). ).

先に決定された反応速度定数k1から、活性化エネルギE1と、頻度因子A1を算出する。そして、式(6)を自然対数の形にすると、式(7)、式(8)のようになる。 The activation energy E 1 and the frequency factor A 1 are calculated from the previously determined reaction rate constant k 1 . Then, when equation (6) is in the form of a natural logarithm, equations (7) and (8) are obtained.

図6に示すように、式(8)に基づいて、縦軸に「ln(k1)」、横軸に温度の逆数「1/T」を取った対数グラフ(アレニウスプロット)を作成すると一次曲線が得られる。この一次曲線の傾きから活性化エネルギE1を決定し、切片から頻度因子A1を決定する。 As shown in FIG. 6, when a logarithmic graph (Arrhenius plot) having the vertical axis “ln (k 1 )” and the horizontal axis “1 / T” is created based on the equation (8), A curve is obtained. The activation energy E 1 is determined from the slope of this linear curve, and the frequency factor A 1 is determined from the intercept.

この方法で決定された活性化エネルギE1と頻度因子A1は、第1温度領域R1におけるPM燃焼反応を一般化した値であるため、この値を使用することで、一般化したPM燃焼反応の反応速度定数k1を算出することが可能となる。 Since the activation energy E 1 and the frequency factor A 1 determined by this method are values that generalize the PM combustion reaction in the first temperature region R 1 , the generalized PM combustion is obtained by using these values. It is possible to calculate the reaction rate constant k 1 of the reaction.

従って、式(7)に活性化エネルギE1と頻度因子A1とを代入すると式(8)が得られ、式(8)に代入して求めた各温度Tにおける反応速度定数k1を式(3)に代入して変形すると以下の式(9)が得られ、式(9)から時間t内に燃焼して除去されるPM除去量ΔPMe1を算出することができる。 Therefore, when the activation energy E 1 and the frequency factor A 1 are substituted into the equation (7), the equation (8) is obtained, and the reaction rate constant k 1 at each temperature T obtained by the substitution into the equation (8) is obtained by the equation By substituting into (3) and deforming, the following equation (9) is obtained, and the PM removal amount ΔPM e1 burned and removed within the time t can be calculated from the equation (9).

ここで、PM堆積量の初期値(DPF再生開始時のPM堆積量)[C]0 -n1+1は、DPF13前後に配置された圧力センサで計測されたDPF13の前後差圧から推定する。PM堆積量の初期値[C]0 -n1+1から時間t後のPM堆積量[C]-n1+1を差し引くと、時間t内に燃焼して除去されるPM除去量ΔPMe1を求めることができる。このPM堆積量[C]-n1+1を次のDPF再生開始時の初期PM堆積量として扱うことで、順次、PM除去量ΔPMe1を計算することができる。 Here, the initial value of PM accumulation amount (PM accumulation amount at the start of DPF regeneration) [C] 0 −n1 + 1 is estimated from the differential pressure across the DPF 13 measured by the pressure sensors arranged before and after the DPF 13. By subtracting the PM deposition amount [C] −n1 + 1 after time t from the initial value [C] 0 −n1 + 1 of the PM deposition amount, the PM removal amount ΔPM e1 that is burned and removed within the time t is obtained. be able to. By treating this PM deposition amount [C] −n1 + 1 as the initial PM deposition amount at the start of the next DPF regeneration, the PM removal amount ΔPM e1 can be calculated sequentially.

従って、この時間t内に燃焼して除去されるPM除去量ΔPMe1を累積計算(積算)していくことでDPF13に堆積されたPMが燃え尽きるまでの時間を求めることが可能となる。 Accordingly, by accumulating (accumulating) the PM removal amount ΔPM e1 that is burned and removed within the time t, it is possible to obtain the time until the PM accumulated in the DPF 13 is burned out.

つまり、予めラボ試験等の実験において、PM堆積量[C]0,[C]、及び温度Tの組み合わせ毎にPM燃焼速度r1を求めてアレニウスプロットすることで、活性化エネルギE1と頻度因子A1を算出でき、この活性化エネルギE1と頻度因子A1を固定化することで、一般化したPM燃焼反応の反応速度定数k1を算出可能な一般式である式(8)を得ることができる。 That is, in an experiment such as a laboratory test, the activation energy E 1 and the frequency are obtained by obtaining the PM combustion rate r 1 for each combination of the PM deposition amounts [C] 0 , [C] and the temperature T and plotting the Arrhenius plot. Factor A 1 can be calculated, and by fixing this activation energy E 1 and frequency factor A 1 , Formula (8), which is a general formula that can calculate the reaction rate constant k 1 of the generalized PM combustion reaction, Can be obtained.

そして、この式(8)により、ある温度Tにおける反応速度定数k1を算出でき、この反応速度定数k1からPM燃焼速度r1を算出できる。また、これらの算出の過程で得られた反応次数n1により、PM堆積量[C]0,[C]、及び温度Tの組み合わせに対して、時間t内に燃焼して除去されるPM除去量ΔPMe1を算出することができるようになる。 From this equation (8), the reaction rate constant k 1 at a certain temperature T can be calculated, and the PM combustion rate r 1 can be calculated from the reaction rate constant k 1 . Further, the PM removal that is burned and removed within the time t with respect to the combination of the PM deposition amount [C] 0 , [C] and the temperature T by the reaction order n 1 obtained in the calculation process. The amount ΔPM e1 can be calculated.

この算出結果を、表1に示すように、PM堆積量(C1〜C4に相当)及び温度(T1〜T4に相当)をパラメータとした時間t内のPM除去量(CT11〜CT44に相当)として、マップデータ等の第1データベースを作成しておく。   As shown in Table 1, this calculation result is expressed as a PM removal amount (corresponding to CT11 to CT44) within a time t using the PM deposition amount (corresponding to C1 to C4) and the temperature (corresponding to T1 to T4) as parameters. First database such as map data is created.

一方、第2温度領域R2では、PM燃焼反応の化学反応式は式(2)となり、PM燃焼反応の反応速度式は以下の式(10)で表される。 On the other hand, in the second temperature region R 2 , the chemical reaction formula of the PM combustion reaction is expressed by the following formula (2), and the reaction rate formula of the PM combustion reaction is expressed by the following formula (10).

ここで、「r2」はPM燃焼速度(反応速度)、「t」は反応時間(DPF再生の制御間隔の時間)、「[C]」は時間t後のPM堆積量(PM残量)、「k2」は反応速度定数、「n2」は反応次数である。 Here, “r 2 ” is the PM combustion rate (reaction rate), “t” is the reaction time (time of the control interval for DPF regeneration), and “[C]” is the PM deposition amount (PM remaining amount) after time t. , “K 2 ” is a reaction rate constant, and “n 2 ” is a reaction order.

式(10)を変形すると、反応次数決定式である以下の式(11)が得られる。この式(11)を用いて反応次数n2を決定する。 When the equation (10) is transformed, the following equation (11) which is a reaction order determining equation is obtained. The reaction order n 2 is determined using this equation (11).

ここで、「r20」はPM燃焼速度の初速度、「ln()」は自然対数、「[C]0」はPM堆積量の初期値である。 Here, “r 20 ” is the initial PM combustion speed, “ln ()” is the natural logarithm, and “[C] 0 ” is the initial value of the PM deposition amount.

図4と同様に、式(11)に基づいて、縦軸に「ln(r20)」、横軸に「ln([C]0)」を取ったグラフを作成すると一次曲線が得られる。この一次曲線の傾きから反応次数n2を決定する。 Similar to FIG. 4, a linear curve is obtained by creating a graph with “ln (r 20 )” on the vertical axis and “ln ([C] 0 )” on the horizontal axis based on Expression (11). The reaction order n 2 is determined from the slope of this linear curve.

そして、決定した反応次数n2を用いて、反応速度定数k2を決定する。この決定は、式(10)を変形すると共に反応次数n2を代入して得られる反応速度定数決定式である以下の式(12)を用いて行う。 Then, the reaction rate constant k 2 is determined using the determined reaction order n 2 . This determination is performed using the following equation (12), which is a reaction rate constant determination equation obtained by modifying equation (10) and substituting reaction order n 2 .

図5と同様に、式(12)に基づいて、縦軸に「(1/(−n2+1))([C]0 -n2+1−[C]-n2+1)」、横軸に「t」を取ったグラフを作成すると一次曲線が得られる。この一次曲線の傾きから反応速度定数k2を決定する。 Similarly to FIG. 5, based on the formula (12), the vertical axis indicates “(1 / (− n 2 +1)) ([C] 0 −n2 + 1− [C] −n2 + 1 )”, and the horizontal axis. If a graph with “t” taken is created, a linear curve is obtained. The reaction rate constant k 2 is determined from the slope of this linear curve.

一方、アレニウスの式は以下の式(13)で表される。   On the other hand, the Arrhenius equation is expressed by the following equation (13).

ここで、「A2」は頻度因子(温度に無関係な定数)、「R」は気体定数、「T」は絶対温度としての温度(反応温度)、「E2」は活性化エネルギ(アレニウスパラメータ)である。 Here, “A 2 ” is a frequency factor (a constant independent of temperature), “R” is a gas constant, “T” is a temperature as absolute temperature (reaction temperature), and “E 2 ” is an activation energy (Arrhenius parameter). ).

先に決定された反応速度定数k2から、活性化エネルギE2と、頻度因子A2を算出する。そして、式(13)を自然対数の形にすると、式(14)、式(15)のようになる。 The activation energy E 2 and the frequency factor A 2 are calculated from the previously determined reaction rate constant k 2 . Then, when equation (13) is in the form of a natural logarithm, equations (14) and (15) are obtained.

図6と同様に、式(15)に基づいて、縦軸に「ln(k2)」、横軸に温度の逆数「1/T」を取った対数グラフ(アレニウスプロット)を作成すると一次曲線が得られる。この一次曲線の傾きから活性化エネルギE2を決定し、切片から頻度因子A2を決定する。 Similar to FIG. 6, when a logarithmic graph (Arrhenius plot) having “ln (k 2 )” on the vertical axis and “1 / T” of the temperature on the horizontal axis is created based on Expression (15), a linear curve Is obtained. The activation energy E 2 is determined from the slope of this linear curve, and the frequency factor A 2 is determined from the intercept.

この方法で決定された活性化エネルギE2と頻度因子A2は、第2温度領域R2におけるPM燃焼反応を一般化した値であるため、この値を使用することで、一般化したPM燃焼反応の反応速度定数k2を算出することが可能となる。 Since the activation energy E 2 and the frequency factor A 2 determined by this method are values that generalize the PM combustion reaction in the second temperature region R 2 , the generalized PM combustion is obtained by using these values. The reaction rate constant k 2 of the reaction can be calculated.

従って、式(14)に活性化エネルギE1と頻度因子A1とを代入すると式(15)が得られ、式(15)に代入して求めた各温度Tにおける反応速度定数k2を式(10)に代入して変形すると以下の式(16)が得られ、式(16)から時間t内に燃焼して除去されるPM除去量ΔPMe2を算出することができる。 Therefore, when the activation energy E 1 and the frequency factor A 1 are substituted into the equation (14), the equation (15) is obtained, and the reaction rate constant k 2 at each temperature T obtained by the substitution into the equation (15) is represented by the equation By substituting into (10) and deforming, the following equation (16) is obtained, and the PM removal amount ΔPM e2 that is burned and removed within the time t can be calculated from the equation (16).

ここで、PM堆積量の初期値(DPF再生開始時のPM堆積量)[C]0 -n2+1は、DPF13の前後差圧から推定する。PM堆積量の初期値[C]0 -n2+1から時間t後のPM堆積量[C]-n2+1を差し引くと、時間t内に燃焼して除去されるPM除去量ΔPMe2を求めることができる。このPM堆積量[C]-n2+1を次のDPF再生開始時の初期PM堆積量として扱うことで、順次、PM除去量ΔPMe2を計算することができる。 Here, the initial value of the PM accumulation amount (PM accumulation amount at the start of DPF regeneration) [C] 0 −n2 + 1 is estimated from the differential pressure across the DPF 13. By subtracting the PM deposition amount [C] −n2 + 1 after time t from the initial value [C] 0 −n2 + 1 of the PM deposition amount, the PM removal amount ΔPM e2 that is burned and removed within the time t is obtained. be able to. By treating this PM deposition amount [C] −n2 + 1 as the initial PM deposition amount at the start of the next DPF regeneration, the PM removal amount ΔPM e2 can be calculated sequentially.

従って、この時間t内に燃焼して除去されるPM除去量ΔPMe2を累積計算(積算)していくことでDPF13に堆積されたPMが燃え尽きるまでの時間を求めることが可能となる。 Accordingly, by accumulating (accumulating) the PM removal amount ΔPM e2 burned and removed within this time t, it is possible to obtain the time until the PM accumulated in the DPF 13 is burned out.

つまり、予めラボ試験等の実験において、PM堆積量[C]0,[C]、及び温度Tの組み合わせ毎にPM燃焼速度r2を求めてアレニウスプロットすることで、活性化エネルギE2と頻度因子A2を算出でき、この活性化エネルギE2と頻度因子A2を固定化することで、一般化したPM燃焼反応の反応速度定数k2を算出可能な一般式である式(15)を得ることができる。 That is, in an experiment such as a laboratory test or the like, the activation energy E 2 and the frequency are obtained by obtaining the PM combustion rate r 2 for each combination of the PM deposition amount [C] 0 , [C] and the temperature T and plotting the Arrhenius plot. Factor A 2 can be calculated, and by fixing this activation energy E 2 and frequency factor A 2 , Formula (15), which is a general formula that can calculate the reaction rate constant k 2 of the generalized PM combustion reaction, is Can be obtained.

そして、この式(15)により、ある温度Tにおける反応速度定数k2を算出でき、この反応速度定数k2からPM燃焼速度r2を算出できる。また、これらの算出の過程で得られた反応次数n2により、PM堆積量[C]0,[C]、及び温度Tの組み合わせに対して、時間t内に燃焼して除去されるPM除去量ΔPMe2を算出することができるようになる。 The reaction rate constant k 2 at a certain temperature T can be calculated from this equation (15), and the PM combustion rate r 2 can be calculated from the reaction rate constant k 2 . Further, the PM removal that is burned and removed within the time t with respect to the combination of the PM deposition amount [C] 0 , [C] and the temperature T by the reaction order n 2 obtained in the process of these calculations. The amount ΔPM e2 can be calculated.

この算出結果を、表1と同様に、PM堆積量(C1〜C4に相当)及び温度(T1〜T4に相当)をパラメータとした時間t内のPM除去量(CT11〜CT44に相当)として、マップデータ等の第2データベースを作成しておく。   Similar to Table 1, the calculation result is defined as the PM removal amount (corresponding to CT11 to CT44) within the time t using the PM deposition amount (corresponding to C1 to C4) and the temperature (corresponding to T1 to T4) as parameters. A second database such as map data is created.

以上のように、データベースとして、二酸化窒素によるPMの酸化が主となる場合の第1データベースと、酸素によるPMの酸化が主となる場合の第2データベースとを予め作成すると共に記憶部18に記憶しておく。   As described above, the first database when the oxidation of PM by nitrogen dioxide is the main and the second database when the oxidation of PM by oxygen are the main are created in advance and stored in the storage unit 18 as the databases. Keep it.

つまり、本実施の形態に係るDPF再生方法では、DPF13において二酸化窒素量によるPM除去が支配的となる温度領域を第1温度領域R1とすると共に、DPF13において酸素によるPM除去が支配的となる第1温度領域R1よりも高い温度領域を第2温度領域R2とし、DPF13に流入する排気ガスの温度が第1温度領域R1内の場合には第1データベースを用い、DPF13に流入する排気ガスの温度が第2温度領域R2内の場合には第2データベースを用いるのである。 That is, in the DPF regeneration method according to the present embodiment, the temperature range in which PM removal due to the amount of nitrogen dioxide is dominant in the DPF 13 is the first temperature range R 1, and PM removal due to oxygen is dominant in the DPF 13. If the temperature range higher than the first temperature range R 1 is the second temperature range R 2 and the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 13 is within the first temperature range R 1 , the first database is used to flow into the DPF 13. temperature of the exhaust gas in the case of the second temperature region R 2 is to use a second database.

これらデータベースを用いたDPF再生方法について具体的に説明する。   The DPF regeneration method using these databases will be specifically described.

図7に示すように、DPF再生方法は、内燃機関11の運転開始と共に上位の制御フローから呼ばれて開始され、ステップS101でDPF13の前後差圧ΔPの計測を行い、続くステップS102で開始判断部16がDPF13の前後差圧ΔPが予め設定した第1閾値ΔP1を超えているか否かを判断する。   As shown in FIG. 7, the DPF regeneration method is started by being called from the upper control flow when the internal combustion engine 11 is started. In step S101, the differential pressure ΔP before and after the DPF 13 is measured, and in step S102, the start determination is made. The unit 16 determines whether or not the differential pressure ΔP across the DPF 13 exceeds a preset first threshold value ΔP1.

ステップS102でDPF13の前後差圧ΔPが第1閾値ΔP1を超えていないと判断された場合には(No)、DPF13内のPM堆積量に余裕があるとしてステップS101に戻り、DPF13によるPMの捕集を継続する。   If it is determined in step S102 that the differential pressure ΔP before and after the DPF 13 does not exceed the first threshold value ΔP1 (No), the process returns to step S101 because there is a margin in the amount of PM accumulated in the DPF 13, and the DPF 13 captures the PM. Continue collecting.

一方、ステップS102でDPF13の前後差圧ΔPが第1閾値ΔP1を超えていると判断された場合には(Yes)、DPF13内のPM堆積量に余裕がなくなってきているとしてステップS103に移行し、DPF13に堆積されたPMを燃焼して除去するためのDPF再生を開始する。   On the other hand, if it is determined in step S102 that the differential pressure ΔP before and after the DPF 13 exceeds the first threshold value ΔP1 (Yes), it is determined that there is no more margin in the PM accumulation amount in the DPF 13 and the process proceeds to step S103. Then, DPF regeneration for burning and removing the PM deposited on the DPF 13 is started.

そして、ステップS104では、DPF13内に堆積されたPMを燃焼して除去するために、温度制御部17がDPF13に流入する排気ガスの温度の昇温及び維持を既知の技術を用いて行う。   In step S104, the temperature controller 17 raises and maintains the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 13 using a known technique in order to burn and remove the PM accumulated in the DPF 13.

続くステップS105では、終了判断部19がDPF再生の終了を許可する終了信号が受信されたか否かを判断し、終了信号が受信されたと判断されるまでステップS104を繰り返し(No)、終了信号が受信されたと判断された場合には(Yes)、ステップS106に移行してDPF再生を終了する。   In subsequent step S105, the end determination unit 19 determines whether or not an end signal permitting the end of DPF regeneration has been received, and repeats step S104 until it is determined that the end signal has been received (No). If it is determined that it has been received (Yes), the process proceeds to step S106 and DPF regeneration is terminated.

そして、内燃機関11の通常運転によるPMの捕集を再開し、ステップS101からステップS106までを繰り返すこととなる。内燃機関11の運転を終了するときには、ステップS107で割り込みが生じてDPF再生方法の制御フローが終了された後、上位の制御フローに戻り、しかる後、上位の制御フローが終了する。   Then, PM collection by normal operation of the internal combustion engine 11 is resumed, and steps S101 to S106 are repeated. When the operation of the internal combustion engine 11 is ended, an interrupt is generated in step S107 and the control flow of the DPF regeneration method is ended, and then the control flow returns to the upper control flow. Thereafter, the upper control flow ends.

ところで、終了信号の発信も終了判断部19によって行われるのであるが、具体的には、図8に示すように、先ずステップS201でDPF13の前後差圧ΔPからDPF13に堆積されたPM堆積量ΣPMcを算出する。PM堆積量ΣPMcは、予め実験等でDPF13の前後差圧ΔPとDPF13におけるPM堆積量ΣPMcとの関係を求め、これをマップデータ等の第3データベースとして記憶部18に記憶しておくことで、実際に計測されたDPF13の前後差圧ΔPと第3データベースとに基づいて容易に算出することができる。また、このステップS201で累積PM除去量ΣPMeをゼロに初期化する。 By the way, although the end signal is also transmitted by the end determination unit 19, specifically, as shown in FIG. 8, first, in step S201, the PM accumulation amount ΣPM accumulated on the DPF 13 from the differential pressure ΔP before and after the DPF 13 c is calculated. The PM accumulation amount ΣPM c is obtained in advance through experiments or the like to obtain a relationship between the differential pressure ΔP across the DPF 13 and the PM accumulation amount ΣPM c in the DPF 13 and stored in the storage unit 18 as a third database such as map data. Thus, it can be easily calculated based on the actually measured differential pressure ΔP of the DPF 13 and the third database. Furthermore, initialized to zero the accumulated PM removal amount [sum] Pm e in step S201.

続くステップS202では、DPF13内の温度分布を算出するために必要となる各種計測データを読み込む。具体的には、DPF13の入口に設けられた温度センサで計測されたDPF入口温度Tin、DPF13の壁面に設けられた熱電対で計測されたDPF壁面温度Twall、吸気通路に設けられた空気流量(Mass Air Flow;MAF)センサで計測された吸入空気流量、及びECU15から出力された燃料噴射量を読み込む。 In a succeeding step S202, various measurement data necessary for calculating the temperature distribution in the DPF 13 is read. Specifically, the DPF inlet temperature T in measured by the temperature sensor provided at the inlet of the DPF 13, the DPF wall surface temperature T wall measured by the thermocouple provided at the wall surface of the DPF 13, and the air provided in the intake passage The intake air flow rate measured by a flow rate (Mass Air Flow; MAF) sensor and the fuel injection amount output from the ECU 15 are read.

そして、ステップS203でDPF13内の温度分布を算出し、続くステップS204で第1データベース又は第2データベースのいずれかとステップS203で算出したDPF13内の温度分布とに基づいて予め設定した時間t内におけるPM除去量ΔPMeを算出する。 Then, in step S203, the temperature distribution in the DPF 13 is calculated, and in the subsequent step S204, PM within the time t set in advance based on either the first database or the second database and the temperature distribution in the DPF 13 calculated in step S203. The removal amount ΔPM e is calculated.

ステップS205では、ステップS204で算出したPM除去量ΔPMeを時間的・空間的に累積して、DPF再生開始時からの累積PM除去量ΣPMe(=ΣPMe+ΔPMe)を算出する。 In step S205, the calculated PM removal amount .DELTA.PM e and spatially and temporally accumulated in step S204, to calculate the cumulative PM removal amount [sum] Pm e from the time of DPF regeneration start (= ΣPM e + ΔPM e) .

その後、ステップS206では、累積PM除去量ΣPMeがPM堆積量ΣPMc以上であるか否かを判断し、累積PM除去量ΣPMeがPM堆積量ΣPMc未満である場合には(No)、DPF13に堆積されたPMが除去できていないとしてステップS202に戻り、ステップS202からステップS205までを繰り返す。 Then, in step S206, if the cumulative PM removal amount [sum] Pm e is determined whether a PM accumulation amount [sum] Pm c above, the cumulative PM removal amount [sum] Pm e is less than the PM deposit amount ΣPM c (No), Returning to step S202, it is determined that the PM deposited on the DPF 13 has not been removed, and steps S202 to S205 are repeated.

一方、累積PM除去量ΣPMeがPM堆積量ΣPMc以上であると判断された場合には(Yes)、DPF13に堆積されたPMが除去できたとしてステップS207に移行する。 On the other hand, if the cumulative PM removal amount [sum] Pm e is determined to be the PM deposition amount [sum] Pm c than proceeds to step S207 as was removed PM deposited on (Yes), DPF 13.

ステップS207では、DPF13の前後差圧ΔPの計測を行い、次のステップS208でDPF13の前後差圧ΔPが第2閾値ΔP2以下であるか否かを判断する。 In step S207, performs a measurement of the differential pressure [Delta] P of the DPF 13, it is determined whether the differential pressure [Delta] P at the next step S208 DPF 13 is the second threshold value [Delta] P 2 below.

ステップS208でDPF13の前後差圧ΔPが第2閾値ΔP2より高いと判断された場合には(No)、DPF13に堆積されたPMが完全に除去されていないとして、ステップS209で予め設定した時間(ステップS208の判断のインターバルに関係する時間)だけ待機してステップS207に戻る。 If it is determined in step S208 that the differential pressure ΔP before and after the DPF 13 is higher than the second threshold value ΔP 2 (No), it is determined that the PM accumulated in the DPF 13 has not been completely removed, and the time set in advance in step S209. The process waits for (a time related to the determination interval in step S208) and returns to step S207.

一方、ステップS208でDPF13の前後差圧ΔPが第2閾値ΔP2以下であると判断された場合には(Yes)、DPF13に堆積されたPMが完全に除去されたとしてステップS210に移行する。 On the other hand, if it is determined in step S208 that the differential pressure ΔP before and after the DPF 13 is equal to or less than the second threshold value ΔP 2 (Yes), it is determined that the PM accumulated in the DPF 13 has been completely removed, and the process proceeds to step S210.

そして、ステップS210では、DPF再生が終了したとしてDPF再生の終了信号を発信する。   In step S210, a DPF regeneration end signal is transmitted assuming that DPF regeneration has been completed.

ここで、ステップS203でDPF13内の温度分布を算出する方法を具体的に説明する。   Here, the method for calculating the temperature distribution in the DPF 13 in step S203 will be specifically described.

このステップS203では、DPF13における熱収支、物質収支、及び反応速度式をモデル化することにより、DPF13内の温度分布を算出する。このために、DPF13の上流側には温度センサと酸素濃度センサが設けられている。以下、モデル式について説明する。   In this step S203, the temperature distribution in the DPF 13 is calculated by modeling the heat balance, the mass balance, and the reaction rate equation in the DPF 13. For this purpose, a temperature sensor and an oxygen concentration sensor are provided on the upstream side of the DPF 13. Hereinafter, the model formula will be described.

(1)熱収支
DPF13内で発生した熱量と熱損失はそれぞれ以下の式(17)、式(18)で表される。
(1) Heat balance The amount of heat and heat loss generated in the DPF 13 are expressed by the following equations (17) and (18), respectively.

ここで、「Qreaction」はDPF13内で発生した熱量、「QA」は反応熱、「ρB」はDPFかさ密度、「rAw」は反応速度、「π」は円周率、「D」はDPF直径、「l」はDPF13の入口からの距離、「dl」は微小距離、「Qloss」は熱損失、「α」は熱伝達率、「T」は排気ガス温度、「Twall」はDPF壁面温度である。 Here, “Q reaction ” is the amount of heat generated in the DPF 13, “Q A ” is the heat of reaction, “ρ B ” is the DPF bulk density, “r Aw ” is the reaction rate, “π” is the pi, and “D ”Is the DPF diameter,“ l ”is the distance from the inlet of the DPF 13,“ dl ”is the minute distance,“ Q loss ”is the heat loss,“ α ”is the heat transfer coefficient,“ T ”is the exhaust gas temperature,“ T wall "Is the DPF wall surface temperature.

図9に示すように、DPF13内で発生した熱量Qreactionは、その一部がDPF壁面を通して移動し熱損失Qlossとなるため、DPF13の半径方向にも温度分布を生ずるが、この半径方向の平均温度を排気ガス温度Tと考えると、DPF13の熱収支は以下の式(19)で表される。 As shown in FIG. 9, a part of the heat quantity Q reaction generated in the DPF 13 moves through the DPF wall surface and becomes a heat loss Q loss . Therefore, a temperature distribution is also generated in the radial direction of the DPF 13. Considering the average temperature as the exhaust gas temperature T, the heat balance of the DPF 13 is expressed by the following equation (19).

ここで、「cp」は排気ガス平均比熱、「F0」は排気ガス流量、「dT」は微小距離dlでのDPF入口温度TinとDPF出口温度Toutとの温度差である。 Here, "c p" is the exhaust gas average specific heat, "F 0" is the exhaust gas flow, "dT" is the temperature difference between the DPF inlet temperature T in the DPF outlet temperature T out in a minute distance dl.

(2)物質収支
図10に示すように、DPF13内での反応によって発生した量は、微小体積の前後での入量と出量との差、即ち以下の式(20)で表される。
(2) Mass Balance As shown in FIG. 10, the amount generated by the reaction in the DPF 13 is expressed by the difference between the input and output before and after the microvolume, that is, the following equation (20).

ここで、「rj」は反応速度、「S」はDPF断面積、「dV」は微小体積、「Fj」は入量、「Fj+dFj」は出量である。 Here, “r j ” is a reaction rate, “S” is a DPF cross-sectional area, “dV” is a minute volume, “F j ” is an input amount, and “F j + dF j ” is an output amount.

ある成分Aについて着目して、その変化率を変数として式(20)を整理すると、以下の式(21)が得られる。   Focusing on a certain component A and rearranging the equation (20) using the rate of change as a variable, the following equation (21) is obtained.

ここで、「xA」は成分Aの変化率、「zA」は成分Aの濃度である。 Here, “x A ” is the rate of change of component A, and “z A ” is the concentration of component A.

(3)反応速度式
PMに対する酸化剤として酸素を考え、またPMの成分を固体炭素として扱うと酸化速度式である式(22)は以下のように表される。
(3) Reaction rate equation When oxygen is considered as an oxidant for PM and the component of PM is treated as solid carbon, equation (22), which is an oxidation rate equation, is expressed as follows.

ここで、「A」は頻度因子、「pA」はPM分圧、「pO2」は酸素分圧、「E」は活性化エネルギ、「R」はガス定数である。 Here, “A” is a frequency factor, “p A ” is a PM partial pressure, “p O2 ” is an oxygen partial pressure, “E” is activation energy, and “R” is a gas constant.

以上の式(17)〜式(22)から以下の式(23)〜式(25)が得られる。   The following formulas (23) to (25) are obtained from the above formulas (17) to (22).

これら式(23)〜式(25)に基づいて、DPF13内の温度分布を算出する。   Based on these formulas (23) to (25), the temperature distribution in the DPF 13 is calculated.

反応熱QAは、炭素の酸化反応における反応と仮定すると既知であり、DPFかさ密度ρBに関しても予め分かっている数値である。DPF壁面温度Twallは、DPF壁面に設置した温度センサとしての熱電対により計測することで把握する。 The reaction heat Q A is known to be a reaction in the oxidation reaction of carbon, and is a numerical value that is also known in advance for the DPF bulk density ρ B. The DPF wall surface temperature T wall is grasped by measuring with a thermocouple as a temperature sensor installed on the DPF wall surface.

排気ガス流量F0は、吸入空気流量と燃料噴射量の和で算出される。これはそれぞれ吸気通路に設置したMAFセンサとECU15から出力される信号で計測する。 The exhaust gas flow rate F 0 is calculated as the sum of the intake air flow rate and the fuel injection amount. This is measured by signals output from the MAF sensor and ECU 15 installed in the intake passage.

排気ガス平均比熱cpは、排気ガス温度の関数で既知である。DPF13の入口に排気ガス温度を計測するための温度センサとしての熱電対を備える。これにより、初期値V=0(DPF入口)における温度Tを定義する。 Exhaust gas average specific heat c p is a known function of exhaust gas temperature. A thermocouple as a temperature sensor for measuring the exhaust gas temperature is provided at the inlet of the DPF 13. Thus, the temperature T at the initial value V = 0 (DPF inlet) is defined.

排気ガス中の酸素濃度は、排気ガス流量F0と排気ガス中の酸素量により算出される。このとき排気ガス中の酸素量は、吸入空気中の酸素量から投入した燃料が完全燃焼するのに必要な酸素量を減じることで算出される。 The oxygen concentration in the exhaust gas is calculated from the exhaust gas flow rate F 0 and the amount of oxygen in the exhaust gas. At this time, the amount of oxygen in the exhaust gas is calculated by subtracting the amount of oxygen necessary for complete combustion of the injected fuel from the amount of oxygen in the intake air.

成分A(PM)の濃度zAは、運転条件に合わせて予めECU15にマップとして持つ。即ち、エンジン回転速度と燃料噴射量が決まれば、内燃機関11から排出されるPM量は把握していることになる。 The concentration z A of the component A (PM) is previously stored in the ECU 15 as a map in accordance with the operating conditions. That is, when the engine speed and the fuel injection amount are determined, the PM amount discharged from the internal combustion engine 11 is grasped.

以上の情報から、先ず式(25)によりDPF入口における成分A(PM)の反応速度からPMの反応量を算出し、次いで得られたrAwと式(23)、式(24)を用いて、排気ガスが微小体積(軸方向)に移動する際の濃度変化(dxA/dV)と温度変化(dT/dV)を算出する。 From the above information, first, the reaction amount of PM is calculated from the reaction rate of component A (PM) at the DPF inlet by the equation (25), and then using the obtained r Aw and the equations (23) and (24). The concentration change (dx A / dV) and the temperature change (dT / dV) when the exhaust gas moves in a minute volume (axial direction) are calculated.

算出した温度分布を用いることにより、DPF入口温度のみを用いてDPF再生の終了判断を行った場合に比べてDPF再生時の燃料消費量の効率が向上する。   By using the calculated temperature distribution, the efficiency of fuel consumption at the time of DPF regeneration is improved as compared with the case where the end determination of DPF regeneration is performed using only the DPF inlet temperature.

次に、ステップS204でPM除去量ΔPMeを算出する方法を具体的に説明する。 Next, a method for calculating the PM removal amount ΔPM e in step S204 will be specifically described.

図11に示すように、ステップS204では、先ずステップS301でDPF13内の温度Tが第1温度T1以上であるか否かを判断し、DPF13内の温度Tが第1温度T1より低い場合には(No)、DPF13内の温度Tが低すぎてDPF13に堆積されたPMを燃焼して除去することはできないとしてステップS205に移行し、DPF13内の温度Tが第1温度T1以上であると判断された場合には(Yes)、ステップS302に移行する。 As shown in FIG. 11, in step S204, first, the temperature T in the DPF13 is determined whether a first temperature T 1 or more at step S301, when the temperature T in the DPF13 is lower than the first temperature T 1 (No), the temperature T in the DPF 13 is too low and PM deposited on the DPF 13 cannot be burned and removed, and the process proceeds to step S205, where the temperature T in the DPF 13 is equal to or higher than the first temperature T 1 . If it is determined that there is (Yes), the process proceeds to step S302.

ステップS302では、DPF13内の温度Tが第2温度T2以上であるか否かを判断し、DPF13内の温度Tが第2温度T2より低い場合には(No)、DPF13内の温度Tが第1温度領域R1にあるとしてステップS303に移行し、DPF13内の温度Tが第2温度T2以上であると判断された場合には(Yes)、DPF13内の温度Tが第2温度領域R2にあるとしてステップS304に移行する。 In step S302, it is determined whether the temperature T of the DPF13 is the second temperature T 2 above, when the temperature T in the DPF13 is lower than the second temperature T 2 (No), the temperature T in the DPF13 there proceeds to step S303 as in the first temperature region R 1, if the temperature T of the DPF13 is determined to be the second temperature T 2 above (Yes), the temperature T in the DPF13 second temperature the process proceeds to step S304 as in the region R 2.

ステップS303では、第1温度領域R1用の第1データベースに基づいて、ステップS203で算出したDPF13内の温度分布における時間t内に燃焼されて除去されたPM除去量ΔPMeを算出し、ステップS205に移行する。 In step S303, based on the first database of the first temperature region R for 1, is burned calculates been PM removal amount .DELTA.PM e removed in time t in the temperature distribution in the DPF13 calculated in step S203, step The process proceeds to S205.

一方、ステップS304では、第2温度領域R2用の第2データベースに基づいて、ステップS203で算出したDPF13内の温度分布における時間t内に燃焼されて除去されたPM除去量ΔPMeを算出し、ステップS205に移行する。 On the other hand, in step S304, on the basis of the second database of the second temperature region R for two, it is burned to calculate the removed PM removal amount .DELTA.PM e in time t in the temperature distribution in the DPF13 calculated in step S203 The process proceeds to step S205.

このステップS204で算出されたPM除去量ΔPMeは、DPF13内の温度分布が考慮されたものであり、例えば、DPF入口温度TinをDPF13内の代表温度として算出したものに比べて、より実環境に近い値である。 The PM removal amount ΔPM e calculated in step S204 takes into account the temperature distribution in the DPF 13, and is more realistic than, for example, a value calculated as the DPF inlet temperature Tin in the representative temperature in the DPF 13. The value is close to the environment.

このPM除去量ΔPMeを用いて算出された累積PM除去量ΣPMeは、実際にDPF再生によって燃焼されて除去されたPMの量を正確に表すものであり、累積PM除去量ΣPMeとDPF再生開始時のPM堆積量ΣPMcとを比較することで、DPF再生の終了判断を適切に行うことが可能になる。 Cumulative PM removal amount [sum] Pm e calculated using the PM removal amount .DELTA.PM e is intended to accurately represent actual amount of PM removed is burned by the DPF regeneration, the accumulated PM removal amount [sum] Pm e and DPF by comparing the PM accumulation amount [sum] Pm c at the time of reproduction start, it is possible to perform the termination judgment of the DPF regeneration properly.

つまり、PMの燃焼時における温度は変化するため、固定化した代表温度でDPF再生の制御を行うことは不適当であることから、DPF13内の温度分布をモデルベースに基づいて算出することにより、即ち反応熱による温度上昇とDPF壁面への熱損失の熱収支、PMの変化量である物質収支、及び反応速度式を連立して解くことにより、DPF13の軸方向の温度変化を算出し、正確な系の温度変化を把握することが可能となり、高精度のDPF再生が行える。   That is, since the temperature at the time of combustion of PM changes, it is inappropriate to control the DPF regeneration at the fixed representative temperature. Therefore, by calculating the temperature distribution in the DPF 13 based on the model base, That is, by calculating the heat balance of temperature rise due to reaction heat and heat loss on the DPF wall surface, the mass balance as the amount of change of PM, and the reaction rate equation, the temperature change in the axial direction of the DPF 13 is calculated accurately. Therefore, it is possible to grasp the temperature change of a simple system and perform highly accurate DPF regeneration.

よって、DPF再生の効率が向上し、低燃費化を実現することが可能になる。   Therefore, the efficiency of DPF regeneration is improved, and it becomes possible to realize low fuel consumption.

更に、前述したDPF再生方法において、温度制御部17によって、DPF再生時に、PM堆積量ΣPMcに対するPM燃焼速度r1,r2又はPM除去量ΔPMeが最大となる目標温度分布を算出し、DPF13内の温度分布が算出した目標温度分布となるようにDPF13内の温度分布を制御するようにしても良い。 Furthermore, in the DPF regeneration method described above, the temperature control unit 17 calculates a target temperature distribution that maximizes the PM combustion rate r 1 , r 2 or the PM removal amount ΔPM e with respect to the PM deposition amount ΣPM c by the DPF regeneration, The temperature distribution in the DPF 13 may be controlled so that the temperature distribution in the DPF 13 becomes the calculated target temperature distribution.

このように、DPF再生時のPM燃焼速度がPM堆積量及び温度に依存することに着目して、DPF再生に要する時間と温度との関係を最適化することで、即ちPMの燃焼に関わる反応パラメータ(反応次数、活性化エネルギ、及び反応速度定数)からPMが燃焼するのに必要な時間と温度との関係を算出して、最も都合の良い条件でDPF再生を実行することで、燃費の悪化を抑制するような条件でDPF再生が行える。   In this way, paying attention to the fact that the PM combustion rate during DPF regeneration depends on the PM deposition amount and temperature, by optimizing the relationship between the time and temperature required for DPF regeneration, that is, the reaction related to PM combustion By calculating the relationship between time and temperature required for PM to burn from parameters (reaction order, activation energy, and reaction rate constant), and executing DPF regeneration under the most convenient conditions, DPF regeneration can be performed under conditions that suppress deterioration.

これまで説明してきたように、本発明によれば、DPF内の温度分布を正確に把握して燃料消費量を最小にするDPF再生方法及び排気ガス浄化システムを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a DPF regeneration method and an exhaust gas purification system that can accurately grasp the temperature distribution in the DPF and minimize the fuel consumption.

10 排気ガス浄化システム
11 内燃機関
12 排気通路
13 DPF
14 DOC
15 ECU
16 開始判断部
17 温度制御部
18 記憶部
19 終了判断部
10 exhaust gas purification system 11 internal combustion engine 12 exhaust passage 13 DPF
14 DOC
15 ECU
16 Start determination unit 17 Temperature control unit 18 Storage unit 19 End determination unit

Claims (12)

DPF内のPM堆積量が予め設定した閾値を超えたときにDPF再生を開始するDPF再生方法において、
PM堆積量及び温度をパラメータとしたPM燃焼速度又はPM除去量のデータベースを予め作成しておき、
DPF再生時に、DPF内の温度分布を算出し、前記データベースのいずれかと前記DPF内の温度分布とに基づいて予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、算出した前記PM除去量を累積してDPF再生開始時からの累積PM除去量を算出し、前記累積PM除去量がDPF再生開始時のPM堆積量以上になったときにDPF再生を終了することを特徴とするDPF再生方法。
In the DPF regeneration method for starting the DPF regeneration when the PM accumulation amount in the DPF exceeds a preset threshold value,
Create a database of PM combustion rate or PM removal amount with PM deposition amount and temperature as parameters,
During the regeneration of the DPF, the temperature distribution in the DPF is calculated, the PM removal amount within a preset time is calculated based on any of the databases and the temperature distribution in the DPF, and the calculated PM removal amount is accumulated. Then, a cumulative PM removal amount from the start of DPF regeneration is calculated, and DPF regeneration is terminated when the cumulative PM removal amount becomes equal to or greater than the PM deposition amount at the start of DPF regeneration.
前記DPF内の温度分布は、DPFにおける熱収支、物質収支、及び反応速度式に基づいて算出する請求項1に記載のDPF再生方法。   The DPF regeneration method according to claim 1, wherein the temperature distribution in the DPF is calculated based on a heat balance, a mass balance, and a reaction rate equation in the DPF. DPF再生時に、PM堆積量に対するPM燃焼速度又はPM除去量が最大となる目標温度分布を算出し、前記DPF内の温度分布が前記目標温度分布となるように前記DPF内の温度分布を制御する請求項1又は2に記載のDPF再生方法。   At the time of DPF regeneration, a target temperature distribution that maximizes the PM combustion rate or PM removal amount relative to the PM accumulation amount is calculated, and the temperature distribution in the DPF is controlled so that the temperature distribution in the DPF becomes the target temperature distribution. The DPF regeneration method according to claim 1 or 2. 前記データベースとして、二酸化窒素によるPMの酸化が主となる場合の第1データベースと、酸素によるPMの酸化が主となる場合の第2データベースとを予め作成しておく請求項1〜3のいずれかに記載のDPF再生方法。   The database according to any one of claims 1 to 3, wherein a first database in the case where the oxidation of PM by nitrogen dioxide is the main database and a second database in the case of the oxidation of PM by oxygen are mainly prepared as the database. The DPF regeneration method as described in 2. DPFにおいて二酸化窒素量によるPM除去が支配的となる温度領域を第1温度領域とすると共に、DPFにおいて酸素によるPM除去が支配的となる前記第1温度領域よりも高い温度領域を第2温度領域とし、DPFに流入する排気ガスの温度が前記第1温度領域内の場合には前記第1データベースを用い、DPFに流入する排気ガスの温度が前記第2温度領域内の場合には前記第2データベースを用いる請求項4に記載のDPF再生方法。   A temperature range in which PM removal due to the amount of nitrogen dioxide is dominant in the DPF is defined as a first temperature range, and a temperature range higher than the first temperature range in which PM removal due to oxygen is dominant in the DPF is defined as a second temperature range. The first database is used when the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is within the first temperature range, and the second database when the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is within the second temperature range. The DPF regeneration method according to claim 4, wherein a database is used. 前記第1温度領域が200℃以上500℃未満であり、前記第2温度領域が500℃以上1000℃以下である請求項5に記載のDPF再生方法。   The DPF regeneration method according to claim 5, wherein the first temperature region is 200 ° C or higher and lower than 500 ° C, and the second temperature region is 500 ° C or higher and 1000 ° C or lower. DPF内のPM堆積量が予め設定した閾値を超えたときにDPF再生を開始する開始判断部を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
PM堆積量及び温度をパラメータとしたPM燃焼速度又はPM除去量のデータベースを記憶しておく記憶部と、
DPF再生時に、DPF内の温度分布を算出し、前記データベースのいずれかと前記DPF内の温度分布とに基づいて予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、算出した前記PM除去量を累積してDPF再生開始時からの累積PM除去量を算出し、前記累積PM除去量がDPF再生開始時のPM堆積量以上になったときにDPF再生を終了する終了判断部と、
を備えることを特徴とする排気ガス浄化システム。
In the exhaust gas purification system including the start determination unit that starts the DPF regeneration when the PM accumulation amount in the DPF exceeds a preset threshold value,
A storage unit for storing a database of PM combustion rate or PM removal amount with PM deposition amount and temperature as parameters;
During the regeneration of the DPF, the temperature distribution in the DPF is calculated, the PM removal amount within a preset time is calculated based on any of the databases and the temperature distribution in the DPF, and the calculated PM removal amount is accumulated. A cumulative PM removal amount from the start of DPF regeneration, and an end determination unit that terminates the DPF regeneration when the cumulative PM removal amount is equal to or greater than the PM deposition amount at the start of DPF regeneration;
An exhaust gas purification system comprising:
前記DPF内の温度分布は、DPFにおける熱収支、物質収支、及び反応速度式に基づいて算出される請求項7に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 7, wherein the temperature distribution in the DPF is calculated based on a heat balance, a mass balance, and a reaction rate equation in the DPF. DPF再生時に、PM堆積量に対するPM燃焼速度又はPM除去量が最大となる目標温度分布を算出し、前記DPF内の温度分布が前記目標温度分布となるように前記DPF内の温度分布を制御する温度制御部を更に備える請求項7又は8に記載の排気ガス浄化システム。   At the time of DPF regeneration, a target temperature distribution that maximizes the PM combustion rate or PM removal amount relative to the PM accumulation amount is calculated, and the temperature distribution in the DPF is controlled so that the temperature distribution in the DPF becomes the target temperature distribution. The exhaust gas purification system according to claim 7 or 8, further comprising a temperature control unit. 前記記憶部は、前記データベースとして、二酸化窒素によるPMの酸化が主となる場合の第1データベースと、酸素によるPMの酸化が主となる場合の第2データベースとを記憶しておく請求項7〜9のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。   The said memory | storage part memorize | stores the 1st database when the oxidation of PM by nitrogen dioxide is main as the said database, and the 2nd database when the oxidation of PM by oxygen is main. The exhaust gas purification system according to any one of 9. 前記終了判断部は、DPFにおいて二酸化窒素量によるPM除去が支配的となる温度領域を第1温度領域とすると共に、DPFにおいて酸素によるPM除去が支配的となる前記第1温度領域よりも高い温度領域を第2温度領域とし、DPFに流入する排気ガスの温度が前記第1温度領域内の場合には前記第1データベースを用い、DPFに流入する排気ガスの温度が前記第2温度領域内の場合には前記第2データベースを用いる請求項10に記載の排気ガス浄化システム。   The termination determination unit sets a temperature region in which PM removal by nitrogen dioxide amount is dominant in the DPF as a first temperature region, and a temperature higher than the first temperature region in which PM removal by oxygen is dominant in the DPF. When the region is the second temperature region and the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is within the first temperature region, the first database is used, and the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is within the second temperature region. The exhaust gas purification system according to claim 10, wherein the second database is used in some cases. 前記第1温度領域が200℃以上500℃未満であり、前記第2温度領域が500℃以上1000℃以下である請求項11に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 11, wherein the first temperature region is 200 ° C or higher and lower than 500 ° C, and the second temperature region is 500 ° C or higher and 1000 ° C or lower.
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