JP2013224618A - Dpf regeneration method and exhaust gas purification system - Google Patents

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謙治 藤井
Nobutada Ohashi
伸匡 大橋
Ryusuke Fujino
竜介 藤野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DPF regeneration method and an exhaust gas purification system capable of precisely obtaining a PM deposition amount upon the start of DPF regeneration processing to improve fuel economy.SOLUTION: An initial PM deposition amount upon the start of DPF regeneration control is calculated by integrating a carbon amount discharged from a DPF during the DPF regeneration control and by subtracting a carbon amount included in fuel inputted during the regeneration control from the integrated value.

Description

本発明はDPFの再生方法及び排気ガス浄化システムに関し、更に詳しくは、DPFの再生処理の開始時におけるPM堆積量を正確に把握して燃費を向上することができるDPFの再生方法及び排気ガス浄化システムに関する。   The present invention relates to a DPF regeneration method and an exhaust gas purification system. More specifically, the present invention relates to a DPF regeneration method and an exhaust gas purification capable of improving the fuel consumption by accurately grasping the PM accumulation amount at the start of the DPF regeneration process. About the system.

自動車搭載の内燃機関等から排出される排気ガスの中には、粒子状物質と呼ばれるPM(パティキュレートマター)が含まれている。通常、このPMは、内燃機関の排気通路に配置される、種々の形状及び材質で構成されたDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)により捕集している。   PM (particulate matter) called particulate matter is contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine mounted on a vehicle. Normally, this PM is collected by a DPF (diesel particulate filter) composed of various shapes and materials disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine.

このDPF内に捕集されたPMの捕集量は、圧力センサで検出されるDPFの前後の圧力差等によって管理されており、一定以上の圧力差が生じるとPMが所定量堆積したと判断して、再生処理が行われるようになっている。この再生処理は、PMが燃焼される温度にDPFを昇温して、予め設定された時間の間維持するという毎回同じ条件で、DPF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の捕集とDPFの再生処理を繰り返すことで、PMを大気に放出しないようにしている。   The amount of PM collected in the DPF is managed by the pressure difference before and after the DPF detected by the pressure sensor, and it is determined that a predetermined amount of PM has accumulated when a pressure difference of a certain level or more occurs. Thus, reproduction processing is performed. In this regeneration process, the PM deposited on the DPF is burned and removed under the same conditions each time that the DPF is heated to a temperature at which PM is burned and maintained for a preset time. Thus, in the internal combustion engine provided with the DPF, the PM is not released into the atmosphere by repeating the collection of the PM and the regeneration process of the DPF.

このDPFの再生処理は、DPFを毎回同じ条件の温度に同じ時間の間に維持することで行っているので、毎回一定量の燃料を消費することになる。その結果、PM堆積量が少ない時は、PM燃焼量に対する燃料使用量の一部が無駄になり、燃費の悪化につながるという問題がある。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の再生方法が必要とされている。   Since this DPF regeneration process is performed by maintaining the DPF at the same temperature for the same time each time, a certain amount of fuel is consumed each time. As a result, when the PM accumulation amount is small, there is a problem that a part of the fuel use amount with respect to the PM combustion amount is wasted, leading to deterioration of fuel consumption. Therefore, there is a need for a DPF regeneration method that minimizes fuel consumption using parameters related to DPF regeneration.

これに関連して、簡素な構成で精度よくフィルタの再生の終了タイミングを判定できるようにするために、フィルタの再生時に、フィルタが活性化してPMが効率的に燃焼する温度である所定温度(600℃)にフィルタ温度が達した時点からの酸素質量流量の積算値が、再生開始時のフィルタにおけるPM堆積量に相当する所定値に達すると再生終了と判定する排ガス浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In this connection, in order to be able to accurately determine the end timing of regeneration of the filter with a simple configuration, at the time of regeneration of the filter, a predetermined temperature (a temperature at which the filter is activated and PM is efficiently burned) An exhaust gas purifying apparatus that determines that regeneration is complete when the integrated value of the oxygen mass flow rate from when the filter temperature reaches 600 ° C. reaches a predetermined value corresponding to the amount of PM accumulated in the filter at the start of regeneration has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

この排ガス浄化装置では、PMの燃焼量と酸素質量流量との関係を利用してPMの総燃焼量を、酸素質量流量の積算値に所定の係数Cを乗じた値に等しいとしているが、実際には、所定の温度に昇温するまでにもPMが燃焼除去されたり、再生制御中に維持されるフィルタ温度も内燃機関の状況によって完全に一定にすることは困難であったりするために、PMの完全除去の時点と再生終了と判断する時点とが必ずしも一致しない場合が発生する可能性がある。   In this exhaust gas purifying apparatus, the total combustion amount of PM is assumed to be equal to a value obtained by multiplying the integrated value of the oxygen mass flow rate by a predetermined coefficient C using the relationship between the combustion amount of PM and the oxygen mass flow rate. Since PM is burned and removed even before the temperature is raised to a predetermined temperature, and it is difficult to make the filter temperature maintained during the regeneration control completely constant depending on the situation of the internal combustion engine. There is a possibility that the time point at which PM is completely removed does not necessarily coincide with the time point at which regeneration is determined to end.

そのため、本発明者らは、DPFの再生制御時に、PM燃焼速度又はPM除去量のデータベースに基づいて、計測又は推定されたフィルタ温度における、予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、その算出されたPM除去量を累積して、再生制御開始から燃焼除去したPMの累積PM除去量を算出し、その累積PM除去量が再生制御開始時に推定したPM堆積量になってから再生制御を終了するDPFの再生方法を提案した。   Therefore, the present inventors calculate the PM removal amount within a preset time at the measured or estimated filter temperature based on the PM combustion rate or PM removal amount database during the regeneration control of the DPF, The accumulated PM removal amount is accumulated to calculate the accumulated PM removal amount of the PM that has been burned and removed from the start of the regeneration control, and the regeneration control is performed after the accumulated PM removal amount becomes the estimated PM accumulation amount at the start of the regeneration control. Proposed a method for regenerating DPF that ends.

ここで、上述したDFPの再生方法のいずれも、DPFの再生開始の指標となるPM堆積量をDPFの前後の圧力差(圧力損失)から管理している。しかし、PM堆積量と圧力損失との間には、図12に示すように、ヒステリシスな関係が存在するため、例えば予定より少ないPM捕集量でも再生処理が開始されてしまうケースも予想される。そのようなケースでは、PM燃焼量に対する燃焼の使用量が過剰になるため、燃費が悪化してしまうことになる。そのため、DPFの再生処理の開始時におけるPM堆積量を正確に把握することが望まれている。   Here, in any of the above-described DFP regeneration methods, the PM deposition amount that serves as an index for starting the regeneration of the DPF is managed from the pressure difference (pressure loss) before and after the DPF. However, as shown in FIG. 12, there is a hysteresis relationship between the PM deposition amount and the pressure loss. For example, a case where the regeneration process is started even when the amount of PM collected is smaller than expected is expected. . In such a case, the amount of combustion used with respect to the PM combustion amount becomes excessive, resulting in a deterioration in fuel consumption. Therefore, it is desired to accurately grasp the PM accumulation amount at the start of the DPF regeneration process.

特開2004−293340号公報JP 2004-293340 A

本発明の目的は、DPFの再生処理の開始時におけるPM堆積量を正確に把握して燃費を向上することができるDPFの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。   An object of the present invention is to provide a DPF regeneration method and an exhaust gas purification system capable of accurately grasping the PM accumulation amount at the start of the DPF regeneration process and improving fuel efficiency.

上記の目的を達成する本発明のDPFの再生方法は、DPFを有して構成される排気ガス浄化システムで、PM堆積量が限界に達しているか否かを判定し、PM堆積量が限界に達している場合には、DPFの再生制御を行い、このDPFの再生制御時にDPFの昇温制御とDPFの温度維持制御を行うDPFの再生方法において、DPFの再生制御中に前記DPFから排出されるカーボン量を積算し、その積算値から再生制御中に投入された燃料に含まれるカーボン量を差し引くことでPM燃焼により発生したカーボン量を算出し、予め設定したPM捕集量と予め設定したフィルタ温度に対して、特定の温度における化学反応の速度を予測する式であるアレニウスの式を用いてPM燃焼反応速度定数及びPM燃焼反応速度を算出し、前記PM燃焼により発生したカーボン量と前記PM燃焼反応速度定数とに基づいて前記PM堆積量を算出し、前記PM燃焼反応速度を用いて、PM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM燃焼反応速度のデータベースを予め設定して、又は、該PM燃焼反応速度を用いて算出したPM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM除去量のデータベースを予め設定して、DPFの再生制御装置に記憶し、DPFの再生制御時に、PM燃焼反応速度又はPM除去量の前記データベースに基づいて、計測又は推定されたフィルタ温度における、予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、該算出されたPM除去量を累積して、再生制御開始の時点から燃焼除去したPMの累積PM除去量を算出し、該累積PM除去量が前記算出したPM堆積量になってから再生制御を終了することを特徴とするものである。   The DPF regeneration method of the present invention that achieves the above object is an exhaust gas purification system that includes a DPF, and determines whether or not the PM deposition amount has reached the limit, and the PM deposition amount reaches the limit. In the DPF regeneration method of performing DPF regeneration control and performing DPF temperature rise control and DPF temperature maintenance control during the DPF regeneration control, the DPF is discharged from the DPF during the regeneration control. The amount of carbon generated by PM combustion is calculated by subtracting the amount of carbon contained in the fuel introduced during regeneration control from the integrated value, and the amount of PM collected in advance is set in advance. The PM combustion reaction rate constant and the PM combustion reaction rate are calculated using the Arrhenius equation, which is an equation for predicting the chemical reaction rate at a specific temperature with respect to the filter temperature, and the PM The amount of accumulated PM is calculated based on the amount of carbon generated by firing and the PM combustion reaction rate constant, and the PM combustion reaction rate is used to calculate the PM combustion reaction rate for each PM trapping amount and for each filter temperature. A database is set in advance, or a database of PM removal amount for each PM collection amount and filter temperature calculated using the PM combustion reaction rate is set in advance, and stored in the DPF regeneration control device, During the regeneration control of the DPF, the PM removal amount within a preset time at the measured or estimated filter temperature is calculated based on the database of the PM combustion reaction rate or the PM removal amount, and the calculated PM removal amount The accumulated PM removal amount of the PM removed by combustion from the start of regeneration control is calculated, and regeneration is performed after the accumulated PM removal amount reaches the calculated PM accumulation amount. It is characterized in that to terminate the control.

上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムは、DPFを有して構成される排気ガス浄化システムにおいて、上記のDPFの再生方法を行う再生制御装置を備えたことを特徴とするものである。   An exhaust gas purification system of the present invention that achieves the above object is characterized in that, in an exhaust gas purification system configured to have a DPF, is provided with a regeneration control device that performs the above-described DPF regeneration method. is there.

本発明のDPFの再生方法及び排気ガス浄化システムによれば、PM燃焼に由来するカーボン量を基にして、再生処理の開始時にDPFに堆積している初期のPM堆積量を正確に把握するようにしたので、燃費の悪化を抑制することできる。   According to the DPF regeneration method and exhaust gas purification system of the present invention, it is possible to accurately grasp the initial PM accumulation amount accumulated in the DPF at the start of the regeneration process based on the carbon amount derived from PM combustion. As a result, deterioration of fuel consumption can be suppressed.

本発明に係る実施の形態のDPFの再生方法の制御フローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control flow of the regeneration method of DPF of embodiment which concerns on this invention. 図1のステップS30の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of step S30 of FIG. 図2のステップS33の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of step S33 of FIG. 第1温度領域と第2温度領域を示す図である。It is a figure which shows a 1st temperature range and a 2nd temperature range. 酸化触媒の温度と、一酸化窒素と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. 活性化エネルギーを求めるための図である。It is a figure for calculating | requiring activation energy. PM堆積量と触媒温度をパラメータとしたPM除去量を示すマップデータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the map data which shows PM removal amount which used PM deposition amount and catalyst temperature as a parameter. 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. DPFにおけるPM堆積量と圧力損失との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between PM deposition amount and pressure loss in DPF.

以下、本発明に係る実施の形態のDPFの再生方法、及び、排気ガス浄化システムについて説明する。最初に、本発明に係る実施の形態のDPFの再生方法を実施するための排気ガス浄化システムについて説明する。   Hereinafter, a DPF regeneration method and an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention will be described. First, an exhaust gas purification system for carrying out the DPF regeneration method of the embodiment according to the present invention will be described.

このDPFを備えた排気ガス浄化システムは、上流側の酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)の担体と下流側の酸化触媒が担持されているディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter:以下DPFという)を備えて構成され、内燃機関の排気通路に設けられる。なお、この排気ガス浄化システムは、上流に酸化触媒(DOC)の担体が付き、下流には、酸化触媒無しのDPFの担体が付く構成の排気ガス浄化システムであってもよい。   This exhaust gas purification system equipped with a DPF is a diesel particulate filter (DPF: Diesel Particulate Filter: hereinafter referred to as DPF) on which an upstream oxidation catalyst (DOC) carrier and a downstream oxidation catalyst are supported. And provided in the exhaust passage of the internal combustion engine. The exhaust gas purification system may be an exhaust gas purification system having a structure in which an oxidation catalyst (DOC) carrier is attached upstream and a DPF carrier without an oxidation catalyst is attached downstream.

内燃機関の運転中においては、排気ガス中に含まれている粒子状物質(PM: Particulate Matter:以下PMという)は、排気ガスの温度や組成によっては、排気ガス中の酸素や二酸化窒素(NO2)により排気ガス中もしくはDPFで一部は酸化されるが、排気ガスの温度や組成によっては、排気ガス中もしくはDPFで酸化されずに、排気ガス浄化システムのDPFに捕集される。 During operation of the internal combustion engine, particulate matter (PM) contained in the exhaust gas may be oxygen or nitrogen dioxide (NO) in the exhaust gas depending on the temperature and composition of the exhaust gas. 2 ) Part of the exhaust gas is oxidized in the exhaust gas or in the DPF, but depending on the temperature and composition of the exhaust gas, it is not oxidized in the exhaust gas or in the DPF, but is collected in the DPF of the exhaust gas purification system.

このDPFに捕集されたPMの堆積量が増加してくると、DPFの圧力損失が大きくなり、内燃機関の運転に支障をきたすので、DPFの前後の差圧を計測したり、前回の再生処理からの走行距離や燃料消費量等からPMの堆積量を推定したりして、DPFの前後差圧やPMの堆積量がそれぞれの閾値を超えた場合に、DPFのフィルタ温度をPM燃焼温度まで高めて、その温度を維持して、DPFに捕集されているPMを燃焼除去するDPFの再生処理が行われる。このフィルタ温度の昇温と温度維持に際しては、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、排気ガスの昇温と高温維持が行われ、この高温の排気ガスでフィルタ温度を制御している。   If the amount of PM trapped in the DPF increases, the pressure loss of the DPF increases, which hinders the operation of the internal combustion engine. Therefore, the differential pressure before and after the DPF is measured or the previous regeneration is performed. When the accumulated amount of PM is estimated from the distance traveled from the process, fuel consumption, etc., and when the differential pressure across the DPF and the accumulated amount of PM exceed the respective threshold values, the filter temperature of the DPF is changed to the PM combustion temperature. And the temperature is maintained, and the DPF regeneration process is performed to burn and remove the PM trapped in the DPF. When raising the temperature of the filter and maintaining the temperature, a combination of multi-injection (multistage delay injection) in the cylinder, post injection, direct fuel injection in the exhaust pipe, intake throttle, exhaust throttle, EGR control, etc. is combined to raise the temperature of the exhaust gas. The high temperature is maintained, and the filter temperature is controlled by this high temperature exhaust gas.

本発明に係る実施の形態のDPFの再生方法においては、DPFを有して構成される排気ガス浄化システムで、DPFの前後差圧等からPM堆積量が限界に達しているか否かを判定し、PM堆積量が限界に達している場合には、DPFの再生制御を行い、このDPFの再生制御時にDPFの温度をモニターしながら、シリンダ内燃料噴射におけるマルチ噴射(多段遅延噴射)ポスト噴射等によるDPFの昇温制御とDPFの温度維持制御を行う。   In the DPF regeneration method according to the embodiment of the present invention, in the exhaust gas purification system configured with the DPF, it is determined whether or not the PM accumulation amount has reached the limit from the differential pressure before and after the DPF. When the amount of accumulated PM has reached the limit, DPF regeneration control is performed, and the temperature of the DPF is monitored during the regeneration control of the DPF, while performing multi-injection (multistage delay injection) post-injection, etc. DPF temperature rise control and DPF temperature maintenance control are performed.

また、このDPFの再生方法において、特定の温度における化学反応の速度を予測する式であるアレニウスの式を用いて、予め設定したPM捕集量と、予め設定したフィルタ温度に対して算出したPM燃焼速度を用いて、PM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM燃焼速度のデータベースを予め設定したり、又は、このPM燃焼速度を用いて算出したPM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM除去量のデータベースを予め設定したりして、このデータベースをDPFの再生制御装置に記憶する。   Further, in this DPF regeneration method, using the Arrhenius equation, which is an equation for predicting the rate of a chemical reaction at a specific temperature, the PM calculated for a preset PM collection amount and a preset filter temperature A database of PM combustion rates by PM collection rate and by filter temperature is set in advance using the combustion rate, or by PM collection amount calculated by using this PM combustion rate and by filter temperature A PM removal amount database is set in advance, and this database is stored in the DPF regeneration control device.

そして、DPFの再生制御時に、PM燃焼速度又はPM除去量のデータベースに基づいて、計測又は推定されたフィルタ温度における、予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、この算出されたPM除去量を累積して、再生制御開始から燃焼除去したPMの累積PM除去量を算出し、この累積PM除去量が再生制御開始時の初期PM堆積量になってから再生制御を終了するようにする。   Then, during the regeneration control of the DPF, the PM removal amount within a preset time at the measured or estimated filter temperature is calculated based on the PM combustion speed or PM removal amount database, and the calculated PM removal amount Is accumulated to calculate the accumulated PM removal amount of the PM removed by combustion from the start of the regeneration control, and the regeneration control is terminated after the accumulated PM removal amount reaches the initial PM accumulation amount at the start of the regeneration control.

このDPFの再生方法では、事前準備として、PM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM燃焼速度又はPM除去量のデータベースを用意する必要がある。このDPFに堆積しているPMのPM燃焼速度と、DPFから燃焼除去される量であるPM除去量について説明する。   In this DPF regeneration method, as a preliminary preparation, it is necessary to prepare a database of PM combustion rate or PM removal amount by PM collection amount and filter temperature. The PM combustion rate of PM accumulated in the DPF and the PM removal amount that is the amount burned and removed from the DPF will be described.

このPM燃焼速度及び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、DPFにおけるPM燃焼速度がDPFのフィルタ温度に依存して燃焼の反応が異なる。   In calculating the PM combustion rate and the PM removal amount, the PM combustion rate is calculated using the Arrhenius equation, and the PM combustion rate in the DPF differs depending on the filter temperature of the DPF.

図4に示すように、DPF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T1より低い間は、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. 4, while the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF is low and the oxidation catalyst is lower than the activation temperature T1, PM cannot be combusted and removed. Wait until the temperature becomes equal to or higher than the first temperature T1, which 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(NO2)が発生し、(1a)式の燃焼反応式(化学反応式)により、二酸化窒素(NO2)でDPFに捕集されたPM(C)が酸化され除去される。この活性化温度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温度領域R1ではDPFの上流側の酸化触媒(DOC)によって二酸化窒素(NO2)が生成されるので、二酸化窒素の生成量が多く、二酸化窒素によるPM酸化が主に行われる温度領域である。

Figure 2013224618
When the oxidation catalyst reaches or exceeds the first temperature T1 and enters the first temperature region R1, nitrogen monoxide (NO) in the exhaust gas is oxidized to generate nitrogen dioxide (NO 2 ), and the combustion reaction of the formula (1a) According to the equation (chemical reaction equation), PM (C) collected in the DPF by nitrogen dioxide (NO 2 ) is oxidized and removed. The activation temperature T1 is approximately 200 ° C. although it depends on the type of oxidation catalyst. In this first temperature region R1, nitrogen dioxide (NO 2 ) is generated by the oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF, so that the amount of generated nitrogen dioxide is large, and the temperature region where PM oxidation by nitrogen dioxide is mainly performed. It is.
Figure 2013224618

また、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、図5に示すように、酸化触媒に接触した後の排気ガス中の二酸化窒素(NO2)の量が減少し、(1b)式の燃焼反応式により、排気ガス中の酸素(O2)でDPFに捕集されたPM(C)が酸化され除去される。つまり、二酸化窒素は第2温度T2以上になると生成量が図5に示すように減少するため、PM燃焼反応に寄与する割合が減少し、この二酸化窒素の代わりに酸素によるPM燃焼が主に行われる領域である。この第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。

Figure 2013224618
Further, when the oxidation catalyst is higher than the first temperature T1, becomes equal to or higher than the second temperature T2 at which nitrogen dioxide decreases, and enters the second temperature region R2, as shown in FIG. 5, the exhaust gas after contacting the oxidation catalyst The amount of nitrogen dioxide (NO 2 ) in the catalyst is reduced, and PM (C) collected in the DPF is oxidized and removed by oxygen (O 2 ) in the exhaust gas by the combustion reaction formula (1b). . That is, when nitrogen dioxide reaches the second temperature T2 or higher, the amount of production decreases as shown in FIG. 5, so that the rate of contribution to the PM combustion reaction decreases, and instead of this nitrogen dioxide, PM combustion with oxygen is mainly performed. It is an area to be called. Although this 2nd temperature T2 is based also on the kind of oxidation catalyst, it is about 500 degreeC in general.
Figure 2013224618

このように、PMの燃焼反応は、酸化触媒の温度領域によって異なるので、その燃焼速度も異なってくる。   In this way, the PM combustion reaction varies depending on the temperature range of the oxidation catalyst, and therefore the combustion rate also varies.

上記のように、PMの燃焼反応はフィルタ温度によって、二酸化窒素(NO2)による酸化と酸素(O2)による酸化との違いがあり化学反応が異なるため、PMの燃焼速度も異なる、そのため、PMの燃焼反応をフィルタ温度Tmを用いて、昇温過程の第1温度T1から第2温度T2までの第1温度領域R1と、温度維持過程の第2温度T2以上の第2温度領域R2の2つの温度領域に分類する。この第1温度領域R1は、目安の温度で200℃以上500℃以下の温度範囲であり、この第2温度領域R2は、目安の温度で500℃以上の温度範囲である。この第2温度領域の上限は、DPFの耐熱温度や排気ガスの最高予測温度等であり、例えば、1000℃等に設定される。つまり、データベースの第2温度領域の温度範囲としては500℃以上で1000℃以下としておく。 As described above, the PM combustion reaction differs depending on the filter temperature, because there is a difference between oxidation by nitrogen dioxide (NO 2 ) and oxidation by oxygen (O 2 ), and the chemical reaction is different, so the PM combustion rate is also different. Using the filter temperature Tm, the PM combustion reaction is performed in a first temperature region R1 from the first temperature T1 to the second temperature T2 in the temperature raising process and a second temperature region R2 that is equal to or higher than the second temperature T2 in the temperature maintaining process. Classify into two temperature regions. The first temperature region R1 is a temperature range of 200 ° C. or more and 500 ° C. or less as a reference temperature, and the second temperature region R2 is a temperature range of 500 ° C. or more as a reference temperature. The upper limit of this second temperature region is the heat resistant temperature of the DPF, the highest predicted temperature of the exhaust gas, etc., and is set to 1000 ° C., for example. That is, the temperature range of the second temperature region of the database is set to 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less.

上記のように、第1温度領域R1と第2温度領域R2とでは、PMを燃焼させる酸化剤が二酸化窒素と酸素という具合に異なるため、PMの燃焼反応の反応式は異なる。   As described above, in the first temperature region R1 and the second temperature region R2, the oxidizer for burning PM is different, such as nitrogen dioxide and oxygen, and therefore, the reaction formula of the PM combustion reaction is different.

次に、第1温度領域におけるPM燃焼反応式(1a)、PM燃焼反応速度式(2a)、反応次数決定式(3a)、反応速度定数決定式(4a)、活性化エネルギーEa1と頻度因子A1を用いたアレニウス(Arrehenius)の式(5a)(6a)、時間tで燃焼除去したPM除去量ΔPMe1の算出式(7a)を示す。なお、以下の計算では、反応時間(DPFの再生制御の制御間隔の時間)を「t」、初期PM堆積量を「[C0]」、時間t後のPM堆積量を「[C]」、反応速度を「v1、−d[C]/dt」、反応速度定数を「k1」、反応次数を「n1」とする。 Next, PM combustion reaction formula (1a), PM combustion reaction rate formula (2a), reaction order determination formula (3a), reaction rate constant determination formula (4a), activation energy Ea1 and frequency factor A1 in the first temperature range Arrhenius equations (5a) and (6a) using the above, and a calculation equation (7a) for the PM removal amount ΔPMe1 burned and removed at time t are shown. In the following calculation, the reaction time (time of the control interval of the regeneration control of the DPF) is “t”, the initial PM deposition amount is “[C 0 ]”, and the PM deposition amount after time t is “[C]”. The reaction rate is “v1, −d [C] / dt”, the reaction rate constant is “k1”, and the reaction order is “n1”.

PM燃焼反応式(1a)は、第1温度T1から第2温度T2までの第1温度領域R1では、次の(1a)式となる。

Figure 2013224618
The PM combustion reaction equation (1a) becomes the following equation (1a) in the first temperature region R1 from the first temperature T1 to the second temperature T2.
Figure 2013224618

次に、PM燃焼反応速度式(2a)は、次の式となる。

Figure 2013224618
Next, the PM combustion reaction rate equation (2a) becomes the following equation.
Figure 2013224618

また、このPM燃焼反応速度式(2a)から、反応次数n1の算出を行うが、この算出は、PM燃焼反応速度式(2a)を変形した、反応次数決定式(3a)を用いて行う。

Figure 2013224618
The reaction order n1 is calculated from the PM combustion reaction rate equation (2a). This calculation is performed using a reaction order determination equation (3a) obtained by modifying the PM combustion reaction rate equation (2a).
Figure 2013224618

この反応次数決定式(3a)を基に、図6に示すように、縦軸にln(V0)を、横軸にln(C0)を取ったグラフを作成すると一次曲線が得られる(「ln( )」は自然対数を示す)。この一次曲線の傾きが反応次数n1となるので、この傾きの数値を反応次数n1の数値とすることで、反応次数n1の数値を決定する。 Based on this reaction order determination formula (3a), as shown in FIG. 6, a linear curve is obtained by creating a graph with ln (V 0 ) on the vertical axis and ln (C 0 ) on the horizontal axis ( “Ln ()” represents the natural logarithm). Since the slope of this linear curve is the reaction order n1, the numerical value of the reaction order n1 is determined by setting the numerical value of this slope as the reaction order n1.

次に、この決定した反応次数n1を用いて、反応速度定数k1を算出する。この算出は、PM燃焼反応速度式を変形し、反応次数n1を代入した反応速度決定式(4a)式を用いて行う。

Figure 2013224618
Next, the reaction rate constant k1 is calculated using the determined reaction order n1. This calculation is performed using a reaction rate determination equation (4a) obtained by modifying the PM combustion reaction rate equation and substituting the reaction order n1.
Figure 2013224618

この反応速度決定式(4a)式に基づいて、図7に示すように、縦軸に「[1/(−n+1)][(C0-n+1−(C)-n+1]を、横軸に時間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が反応速度定数k1となるので、この傾きの数値を反応速度定数k1の数値とすることで、反応速度定数k1の数値を決定する。 Based on this reaction rate determination formula (4a), as shown in FIG. 7, the vertical axis indicates “[1 / (− n + 1)] [(C 0 ) −n + 1 − (C) −n + 1 ]”. A linear curve is obtained by creating a graph with time t on the horizontal axis, and the slope of this linear curve is the reaction rate constant k1, so that the value of this slope is the value of the reaction rate constant k1, The numerical value of the reaction rate constant k1 is determined.

一方、気体定数を「R」とし、反応温度(絶対温度)を「T」とし、活性化エネルギー(アレニウスパラメータ)を「Ea1」とし、温度に無関係な定数である頻度因子を「A1」とすると、ある温度での化学反応の速度を予測する式であるアレニウスの式は「k1=A1・exp(−Ea1/RT)」となる。先に決定された反応速度定数k1から、アレニウスの式の活性化エネルギーEa1と、頻度因子A1を算出する。アレニウスの式を自然対数の形にすると(5a)(6a)のようになる。

Figure 2013224618
Figure 2013224618
On the other hand, if the gas constant is “R”, the reaction temperature (absolute temperature) is “T”, the activation energy (Arrhenius parameter) is “Ea1”, and the frequency factor that is a constant independent of temperature is “A1”. The Arrhenius equation that predicts the rate of chemical reaction at a certain temperature is “k1 = A1 · exp (−Ea1 / RT)”. The activation energy Ea1 and the frequency factor A1 of the Arrhenius equation are calculated from the previously determined reaction rate constant k1. When the Arrhenius equation is converted to a natural logarithm, (5a) and (6a) are obtained.
Figure 2013224618
Figure 2013224618

この(6a)式から、図8に示すような、縦軸にlnk1を、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、(1/T)の一次曲線である直線が得られる。この直線の傾きが(−Ea1/R)となるので、この傾きの数値を活性化エネルギーEa1の数値とし、縦軸との交点(切片)lnA1の数値から、頻度因子A1の数値を算出する。   From this equation (6a), a logarithmic graph (Arrhenius plot) having lnk1 on the vertical axis and reciprocal temperature (1 / T) on the horizontal axis as shown in FIG. A straight line that is a linear curve is obtained. Since the slope of this straight line is (−Ea1 / R), the value of this slope is taken as the value of the activation energy Ea1, and the value of the frequency factor A1 is calculated from the value of the intersection (intercept) lnA1 with the vertical axis.

この方法で算出された活性化エネルギーEa1と頻度因子A1は、この第1温度範囲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燃焼反応速度定数k1を算出することが可能となる。   Since the activation energy Ea1 and the frequency factor A1 calculated by this method are values obtained by generalizing the PM combustion reaction in the first temperature range R1, the generalized PM combustion reaction rate is obtained by using these values. The constant k1 can be calculated.

従って、アレニウスの式に、この活性化エネルギーEa1と頻度因子A1を代入すると、(6a)式となり、(6a)式のアレニウスの式に代入して求めた各温度Tにおける反応速度定数k1を(2a)式に代入して変形した(7a)から、t秒間で燃焼したPM除去量ΔPMe1を算出することができる。

Figure 2013224618
Therefore, when the activation energy Ea1 and the frequency factor A1 are substituted into the Arrhenius equation, the equation (6a) is obtained, and the reaction rate constant k1 at each temperature T obtained by substituting the Arrhenius equation (6a) with ( The PM removal amount ΔPMe1 burned in t seconds can be calculated from (7a) which is substituted by the equation (2a) and deformed (7a).
Figure 2013224618

この(7a)式のPMの初期堆積量[C0-n1+1は、PM再生時の温度と、その時の余剰カーボン量[CIN(PM)]とから予測する。このPMの初期堆積量[C0-n1+1からt秒後のPM堆積量(PM残量)[C]-n1+1を差し引くとt秒で燃焼したPM除去量ΔPMe1を求めることができる。次に計算で、このPM堆積量[C]-n1+1を次の再生処理の開始時の初期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。従って、このt秒間で燃焼したPM除去量ΔPMe1を累積計算(積算)していくことでDPFに堆積したPM堆積量ΔPMcが燃え尽きるまでの燃焼時間を求めることが可能となる。 The initial PM deposition amount [C 0 ] −n1 + 1 in the equation (7a) is predicted from the temperature during PM regeneration and the surplus carbon amount [C IN (PM)] at that time. By subtracting the PM deposition amount (PM remaining amount) [C] −n1 + 1 after t seconds from the initial PM deposition amount [C 0 ] −n1 + 1, the PM removal amount ΔPMe1 burned in t seconds can be obtained. it can. Next, the PM removal amount ΔPMe1 can be calculated sequentially by treating this PM deposition amount [C] −n1 + 1 as the initial deposition amount at the start of the next regeneration process. Therefore, by accumulating (accumulating) the PM removal amount ΔPMe1 burned in t seconds, it is possible to obtain the combustion time until the PM accumulation amount ΔPMc accumulated in the DPF is burned out.

つまり、予め、ラボ試験等の実験等で、反応速度[v]を、PM堆積量[C0]、[C]と温度[T]の組み合わせ毎に求めて、アレニウスプロットすることで、アレニウスの式の活性化エネルギーEa1と頻度因子A1を算出でき、この活性化エネルギーEa1と頻度因子A1を固定化することで、そのPM燃焼反応における一般的な燃焼速度定数kを算出できる一般的なアレニウスの式を得ることができる。 That is, the reaction rate [v] is obtained in advance for each combination of the PM deposition amount [C 0 ], [C] and the temperature [T] in an experiment such as a laboratory test and the like, and the Arrhenius plot is performed. The activation energy Ea1 and the frequency factor A1 in the equation can be calculated, and by fixing the activation energy Ea1 and the frequency factor A1, a general Arrhenius equation that can calculate a general combustion rate constant k in the PM combustion reaction can be calculated. The formula can be obtained.

この活性化エネルギーEa1と頻度因子A1を特定したアレニウスの式により、ある温度Tmにおける反応速度定数k1mを算出でき、この反応速度定数k1mから燃焼速度v1mを算出できる。従って、さらに、これらの算出の過程で得られた反応次数n1により、制御間隔tの間で燃焼除去されるPM除去量ΔPMe1mをPM堆積量[C0]、[C]と温度[T]の組み合わせに対して算出することができるようになる。 The reaction rate constant k1m at a certain temperature Tm can be calculated from the Arrhenius equation specifying the activation energy Ea1 and the frequency factor A1, and the combustion rate v1m can be calculated from the reaction rate constant k1m. Therefore, further, the PM removal amount ΔPMe1m burned and removed during the control interval t by the reaction order n1 obtained in the process of these calculations is changed between the PM deposition amount [C 0 ], [C] and the temperature [T]. It becomes possible to calculate for the combination.

この算出結果を図9に示すように、PM堆積量[C0i]、[C](C1〜C4に相当)と温度[Tj](T1〜T4に相当)に対するt時間の間のPM除去量ΔPMe1mをCTij(CT11〜CT44に相当)としてマップデータ等の第1データベースとしてデータベース化しておく。 As shown in FIG. 9, the PM removal amount [C 0 i], [C] (corresponding to C1 to C4) and the PM removal during time t with respect to the temperature [Tj] (corresponding to T1 to T4) are calculated. The amount ΔPMe1m is stored as CTij (corresponding to CT11 to CT44) as a first database such as map data.

同様にして、第2温度領域R2におけるPM燃焼反応式(1b)、PM燃焼反応速度式(2b)、反応次数決定式(3b)、反応速度定数決定式(4b)、活性化エネルギーEa2と頻度因子A2を用いたアレニウスの式(5b)(6b)、時間tで燃焼除去したPM除去量ΔPMe2の算出式(7b)を示す。なお、以下の計算では、反応時間(DPFの再生制御の制御間隔の時間)を「t」、初期PM堆積量を「[C0]」、時間t後のPM堆積量を「[C]」、反応速度を「v2、−d[C]/dt」、反応速度定数を「k2」、反応次数を「n2」とする。 Similarly, PM combustion reaction formula (1b), PM combustion reaction rate formula (2b), reaction order determination formula (3b), reaction rate constant determination formula (4b), activation energy Ea2 and frequency in the second temperature region R2 An Arrhenius equation (5b) (6b) using the factor A2 and a calculation equation (7b) of the PM removal amount ΔPMe2 burned and removed at time t are shown. In the following calculation, the reaction time (time of the control interval of the regeneration control of the DPF) is “t”, the initial PM deposition amount is “[C 0 ]”, and the PM deposition amount after time t is “[C]”. The reaction rate is “v2, −d [C] / dt”, the reaction rate constant is “k2”, and the reaction order is “n2”.

PM燃焼反応式(1b)は、第1温度T2以上の第2温度領域R2では、次の(1b)式となる。

Figure 2013224618
The PM combustion reaction formula (1b) becomes the following formula (1b) in the second temperature region R2 that is equal to or higher than the first temperature T2.
Figure 2013224618

次に、PM燃焼反応速度式(2b)は、次の式となる。

Figure 2013224618
Next, the PM combustion reaction rate equation (2b) becomes the following equation.
Figure 2013224618

また、このPM燃焼反応速度式(2b)から、反応次数n2の算出を行うが、この算出は、PM燃焼反応速度式(2b)を変形した、反応次数決定式(3b)を用いて行う。

Figure 2013224618
The reaction order n2 is calculated from the PM combustion reaction rate equation (2b). This calculation is performed using a reaction order determination equation (3b) obtained by modifying the PM combustion reaction rate equation (2b).
Figure 2013224618

この反応次数決定式(3b)を基に、図6と同様に、縦軸にln(V0)を、横軸にln(C0)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が反応次数n2となるので、この傾きの数値を反応次数n2の数値とすることで、反応次数n2の数値を決定する。 Based on this reaction order determination formula (3b), a linear curve is obtained by creating a graph with ln (V 0 ) on the vertical axis and ln (C 0 ) on the horizontal axis, as in FIG. Since the slope of this linear curve is the reaction order n2, the numerical value of the reaction order n2 is determined by setting the numerical value of this slope as the numerical value of the reaction order n2.

次に、この決定した反応次数n2を用いて、反応速度定数k2を算出する。この算出は、PM燃焼反応速度式を変形し、反応次数n2を代入した反応速度決定式(4b)式を用いて行う。

Figure 2013224618
Next, a reaction rate constant k2 is calculated using the determined reaction order n2. This calculation is performed using a reaction rate determination equation (4b) obtained by modifying the PM combustion reaction rate equation and substituting the reaction order n2.
Figure 2013224618

この反応速度決定式(4b)式に基づいて、図7と同様に、縦軸に「[1/(−n+1)][(C0-n+1−(C)-n+1]を、横軸に時間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が反応速度定数k2となるので、この傾きの数値を反応速度定数k2の数値とすることで、反応速度定数k2の数値を決定する。 Based on this reaction rate determination formula (4b), as in FIG. 7, “[1 / (− n + 1)] [(C 0 ) −n + 1 − (C) −n + 1 ]” is plotted on the vertical axis. A linear curve can be obtained by creating a graph with time t on the horizontal axis, since the slope of this linear curve is the reaction rate constant k2, so that the reaction rate constant k2 can be used as the reaction rate constant k2. The numerical value of the speed constant k2 is determined.

一方、気体定数を「R」とし、反応温度(絶対温度)を「T」とし、活性化エネルギー(アレニウスパラメータ)を「Ea2」とし、温度に無関係な定数である頻度因子を「A2」とすると、ある温度での化学反応の速度を予測する式であるアレニウスの式は「k2=A2・exp(−Ea2/RT)」となる。先に決定された反応速度定数k2から、アレニウスの式の活性化エネルギーEa2と、頻度因子A2を算出する。アレニウスの式を自然対数の形にすると(5b)、(6b)式のようになる。

Figure 2013224618
Figure 2013224618
On the other hand, if the gas constant is “R”, the reaction temperature (absolute temperature) is “T”, the activation energy (Arrhenius parameter) is “Ea2”, and the frequency factor, which is a constant independent of temperature, is “A2”. The Arrhenius equation, which is an equation for predicting the rate of chemical reaction at a certain temperature, is “k2 = A2 · exp (−Ea2 / RT)”. The activation energy Ea2 and the frequency factor A2 of the Arrhenius equation are calculated from the previously determined reaction rate constant k2. If the Arrhenius equation is in the form of a natural logarithm, equations (5b) and (6b) are obtained.
Figure 2013224618
Figure 2013224618

この(6b)式から、図8と同様に、縦軸にlnk2を、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、(1/T)の一次曲線である直線が得られる。この直線の傾きが(−Ea2/R)となるので、この傾きの数値を活性化エネルギーEa2の数値とし、縦軸との交点(切片)lnA2の数値から、頻度因子A2の数値を算出する。   From this equation (6b), a logarithmic graph (Arrhenius plot) having lnk2 on the vertical axis and the reciprocal of temperature (1 / T) on the horizontal axis is created as in FIG. A straight line that is a curve is obtained. Since the slope of this straight line is (−Ea2 / R), the numerical value of this slope is taken as the numerical value of the activation energy Ea2, and the numerical value of the frequency factor A2 is calculated from the numerical value of the intersection (intercept) lnA2 with the vertical axis.

この方法で算出された活性化エネルギーEa2と頻度因子A2は、この第2温度範囲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燃焼反応速度定数k2を算出することが可能となる。   Since the activation energy Ea2 and the frequency factor A2 calculated by this method are values obtained by generalizing the PM combustion reaction in the second temperature range R2, the generalized PM combustion reaction rate is obtained by using these values. The constant k2 can be calculated.

従って、アレニウスの式に、この活性化エネルギーEa2と頻度因子A2を代入すると、(6b)式となり、(6b)式のアレニウスの式に代入して求めた各温度Tにおける反応速度定数k2を(2b)式に代入して変形した(7b)から、t秒間で燃焼したPM除去量ΔPMe2を算出することができる。

Figure 2013224618
Therefore, when the activation energy Ea2 and the frequency factor A2 are substituted into the Arrhenius equation, the equation (6b) is obtained, and the reaction rate constant k2 at each temperature T obtained by substituting into the Arrhenius equation of (6b) is expressed as ( The PM removal amount ΔPMe2 burned in t seconds can be calculated from (7b) which is substituted by the equation (2b) and deformed (7b).
Figure 2013224618

この(7b)式のPMの初期堆積量[C0-n2+1は、PM再生時の温度と、その時の余剰カーボン量[CIN(PM)]とから予測する。このPMの初期堆積量[C0-n2+1からt秒後のPM堆積量(PM残量)[C]-n2+1を差し引くとt秒で燃焼したPM除去量ΔPMe2を求めることができる。次に計算で、このPM堆積量[C]-n2+1を次の再生処理の開始時の初期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。従って、このt秒で燃焼したPM除去量ΔPMeを累積計算(積算)していくことでDPFに堆積したPM堆積量ΔPMcが燃え尽きるまでの燃焼時間を求めることが可能となる。 The initial PM deposition amount [C 0 ] −n2 + 1 in the equation (7b) is predicted from the temperature during PM regeneration and the surplus carbon amount [C IN (PM)] at that time. By subtracting the PM deposition amount (PM remaining amount) [C] −n2 + 1 after t seconds from the initial PM deposition amount [C 0 ] −n2 + 1, the PM removal amount ΔPMe2 burned in t seconds can be obtained. it can. Next, the PM removal amount ΔPMe2 can be calculated sequentially by treating this PM deposition amount [C] −n2 + 1 as the initial deposition amount at the start of the next regeneration process. Therefore, by accumulating (accumulating) the PM removal amount ΔPMe burned in t seconds, it is possible to obtain the combustion time until the PM accumulation amount ΔPMc accumulated in the DPF burns out.

つまり、予め、ラボ試験等の実験等で、反応速度[v]を、PM堆積量[C0]、[C]と温度[T]の組み合わせ毎に求めて、アレニウスプロットすることで、アレニウスの式の活性化エネルギーEa2と頻度因子A2を算出でき、この活性化エネルギーEa2と頻度因子A2を固定化することで、そのPM燃焼反応における一般的な燃焼速度定数kを算出できる一般的なアレニウスの式を得ることができる。 That is, the reaction rate [v] is obtained in advance for each combination of the PM deposition amount [C 0 ], [C] and the temperature [T] in an experiment such as a laboratory test and the like, and the Arrhenius plot is performed. The activation energy Ea2 and the frequency factor A2 in the equation can be calculated, and by fixing the activation energy Ea2 and the frequency factor A2, a general Arrhenius equation that can calculate a general combustion rate constant k in the PM combustion reaction can be calculated. The formula can be obtained.

この活性化エネルギーEa2と頻度因子A2を特定したアレニウスの式により、ある温度Tmにおける反応速度定数k2mを算出でき、この反応速度定数k2mから燃焼速度v2mを算出できる。従って、さらに、これらの算出の過程で得られた反応次数n2により、制御間隔tの間で燃焼除去されるPM除去量ΔPMe2mをPM堆積量[C0]、[C]と温度[T]の組み合わせに対して算出することができるようになる。 The reaction rate constant k2m at a certain temperature Tm can be calculated from the Arrhenius equation specifying the activation energy Ea2 and the frequency factor A2, and the combustion rate v2m can be calculated from the reaction rate constant k2m. Therefore, further, the PM removal amount ΔPMe2m burned and removed during the control interval t based on the reaction order n2 obtained in the process of these calculations is converted into the PM deposition amount [C 0 ], [C] and the temperature [T]. It becomes possible to calculate for the combination.

この算出結果を図9に示すように、PM堆積量[C0i]、[C](C1〜C4に相当)と温度[Tj](T1〜T4に相当)に対するt時間の間のPM除去量ΔPMe2mをCTij(CT11〜CT44に相当)としてマップデータ等の第2データベースとしてデータベース化しておく。 As shown in FIG. 9, the PM removal amount [C 0 i], [C] (corresponding to C1 to C4) and the PM removal during time t with respect to the temperature [Tj] (corresponding to T1 to T4) are calculated. The amount ΔPMe2m is stored as CTij (corresponding to CT11 to CT44) as a second database such as map data.

本発明に係る実施の形態のDPFの再生方法においては、上記の第1温度領域R1と第2温度領域R2の両方に対してそれぞれ、PM堆積量[C0i]、[C]と温度[Tj]に対するt時間の間のPM除去量ΔPMe1m、ΔPMe2mをCTijとしてデータベース化しておき、このデータベースをもとに、DPFの再生処理に際して、DPFの再生処理時の進捗に応じて変化する触媒温度指標温度Tmに対するPM除去量ΔPMemを求めて、累積計算して累積PM除去量ΣPMemが、DPFの再生開始時に推定したPM堆積量ΣPMcmに達するまでは、再生制御を終了しないようにしている。 In the DPF regeneration method according to the embodiment of the present invention, the PM deposition amounts [C 0 i], [C] and the temperature [C] are applied to both the first temperature region R1 and the second temperature region R2. PM removal amounts ΔPMe1m and ΔPMe2m during t time with respect to Tj] are stored in a database as CTij, and a catalyst temperature index that changes according to the progress of the DPF regeneration process based on this database during the DPF regeneration process The regeneration control is not terminated until the PM removal amount ΔPMem with respect to the temperature Tm is obtained and cumulatively calculated until the cumulative PM removal amount ΣPMem reaches the PM deposition amount ΣPMcm estimated at the start of regeneration of the DPF.

このDPFの再生方法は、図1〜図3に示すような制御フローによって行われる。この制御フローでは、内燃機関の運転開始と共に、上位の制御フローから呼ばれてスタートし、ステップS11で、DPFの前後差圧の測定を行う。このとき、内燃機関の運転開始と共に、内燃機関で発生する排気ガス中のPMをDPFで捕集している。次のステップS12で、このDPFの前後差圧ΔPmが所定の第1判定用差圧(閾値)ΔP1を超えているか否かを判定する。   This DPF regeneration method is performed by a control flow as shown in FIGS. In this control flow, when the operation of the internal combustion engine is started, the control flow is started from the upper control flow, and the differential pressure across the DPF is measured in step S11. At this time, PM in the exhaust gas generated in the internal combustion engine is collected by the DPF at the start of the operation of the internal combustion engine. In the next step S12, it is determined whether or not the differential pressure ΔPm across the DPF exceeds a predetermined first determination differential pressure (threshold value) ΔP1.

このステップS12の判定で、DPFの前後差圧ΔPmが第1判定用差圧ΔP1を超えていない場合(NO)は、DPFのPM捕集能力に余裕があるとして、ステップS11に戻り、PMの捕集を継続する。また、このステップS12の判定で、DPFの前後差圧ΔPmが第1判定用差圧ΔP1を超えている場合(YES)は、DPFのPM捕集能力に余裕がなくなってきているとして、ステップS13に行き、DPFに捕集されたPMを燃焼除去するDPFの再生制御を開始する。   If it is determined in step S12 that the differential pressure ΔPm across the DPF does not exceed the first determination differential pressure ΔP1 (NO), it is determined that there is a margin in the PM collection capability of the DPF, and the process returns to step S11. Continue to collect. Further, if the determination in step S12 indicates that the differential pressure ΔPm across the DPF exceeds the first determination differential pressure ΔP1 (YES), it is determined that the DPF PM trapping capacity has no room, and step S13 To start the DPF regeneration control for burning and removing the PM trapped in the DPF.

このDPFの再生制御が開始されると、ステップS20の制御フローとステップS30の制御フローが並行して行われる。このステップS20の制御フローでは、DPFに堆積されたPMの燃焼除去のために、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの昇温制御と排気ガスの温度維持制御が行われる。この排気ガス昇温制御と排気ガスの温度維持制御は従来技術における周知の技術を用いて行うことができるので、ここでは、詳細は述べない。   When the DPF regeneration control is started, the control flow in step S20 and the control flow in step S30 are performed in parallel. In the control flow of step S20, the temperature rise control of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification device and the temperature maintenance control of the exhaust gas are performed for the combustion removal of the PM deposited on the DPF. Since the exhaust gas temperature raising control and the exhaust gas temperature maintenance control can be performed using a well-known technique in the prior art, details are not described here.

一方、ステップS30は、DPFの再生制御の終了判定を行う制御フローである。図2に示すように、最初のステップS31では、ステップS31aにおいてDPF出口の排気ガスの計測を開始して、全排出カーボン量[Ct]を求める。次に、ステップS31bでは、全排出カーボン量[Ct]から再生時に投入されている燃料に含まれるカーボン量[CF]を差し引いて余剰カーボン量[CIN(PM)]を推定する。この投入された燃料は、エンジンの駆動と、ポスト噴射などによるフィルタの昇温とに用いられたものである。従って、余剰カーボン量[CIN(PM)]はPM燃焼に由来することになる。そして、ステップS31cにおいて、(7a)又は(7b)式を用いてDPFに堆積されたPM堆積量ΣPMcmを算出する。また、このステップS31cで、累積PM除去量ΣPMemをゼロに設定しておく。 On the other hand, step S30 is a control flow for determining the end of regeneration control of the DPF. As shown in FIG. 2, in the first step S31, measurement of the exhaust gas at the DPF outlet is started in step S31a, and the total exhaust carbon amount [C t ] is obtained. Next, in step S31b, the surplus carbon amount [C IN (PM)] is estimated by subtracting the carbon amount [C F ] contained in the fuel introduced at the time of regeneration from the total exhausted carbon amount [C t ]. This injected fuel is used for driving the engine and raising the temperature of the filter by post injection or the like. Therefore, the surplus carbon amount [C IN (PM)] is derived from PM combustion. In step S31c, the PM deposition amount ΣPMcm deposited on the DPF is calculated using the equation (7a) or (7b). In step S31c, the cumulative PM removal amount ΣPMem is set to zero.

次のステップS32では、フィルタ温度としてDPF内の温度分布Tを算出する。次のステップS33では、このDPF内の温度分布Tに対しての制御時間tの間におけるPM除去量ΔPMemを算出する。このステップS33は図3に示すような制御フローになっているが、これについては後で説明する。次のステップS34では、このPM除去量ΔPMemを累積計算して、累積PM除去量ΣPMemを算出する(ΣPMem=ΣPMem+ΔPMem)。   In the next step S32, the temperature distribution T in the DPF is calculated as the filter temperature. In the next step S33, the PM removal amount ΔPMem during the control time t for the temperature distribution T in the DPF is calculated. This step S33 has a control flow as shown in FIG. 3, which will be described later. In the next step S34, the PM removal amount ΔPMem is cumulatively calculated to calculate a cumulative PM removal amount ΣPMem (ΣPMem = ΣPMem + ΔPMem).

次のステップS35では、累積PM除去量ΣPMemがPM堆積量ΣPMcmを超えたか否かを判定する。このステップS35の判定で累積PM除去量ΣPMemがPM堆積量ΣPMcmを超えていない場合(NO)は、DPFに堆積したPMを除去できていないとして、ステップS32に戻り、ステップS32からステップS35を繰り返す。このステップS35の判定で累積PM除去量ΣPMemがPM堆積量ΣPMcmを超えている場合(YES)は、DPFに堆積したPMを除去できたとして、ステップS14に行く。   In the next step S35, it is determined whether or not the accumulated PM removal amount ΣPMem exceeds the PM accumulation amount ΣPMcm. If the accumulated PM removal amount ΣPMem does not exceed the PM deposition amount ΣPMcm (NO) in step S35, the process returns to step S32 and repeats steps S32 to S35, assuming that PM deposited on the DPF has not been removed. . If the accumulated PM removal amount ΣPMem exceeds the PM accumulation amount ΣPMcm (YES) in step S35, it is determined that the PM accumulated in the DPF has been removed, and the process goes to step S14.

ステップS14では、DPFの前後差圧ΔPmの測定を行い、次のステップS15で、このDPFの前後差圧ΔPmが所定の第2判定用差圧(閾値)ΔP2以下になっているか否かを判定する。このステップS15の判定で、DPFの前後差圧ΔPmが第2判定用差圧(閾値)ΔP2以下になっていない場合(NO)は、DPFに堆積したPMを完全に除去できていないとして、ステップS16で予め設定した時間(ステップS15の判定のインターバルに関係する時間)の間待機して、ステップS14に戻る。このステップS15の判定で、DPFの前後差圧ΔPmが第2判定用差圧(閾値)ΔP2以下になっている場合(YES)は、DPFに堆積したPMを完全に除去できているとして、ステップS17に行く。   In step S14, the front-rear differential pressure ΔPm of the DPF is measured, and in the next step S15, it is determined whether the front-rear differential pressure ΔPm of the DPF is equal to or lower than a predetermined second determination differential pressure (threshold value) ΔP2. To do. If it is determined in step S15 that the differential pressure ΔPm across the DPF is not equal to or lower than the second determination differential pressure (threshold value) ΔP2 (NO), it is determined that the PM accumulated in the DPF has not been completely removed. The process waits for the time set in advance in S16 (the time related to the determination interval in step S15), and returns to step S14. If it is determined in step S15 that the differential pressure ΔPm across the DPF is equal to or lower than the second determination differential pressure (threshold value) ΔP2 (YES), it is assumed that the PM accumulated in the DPF can be completely removed. Go to S17.

ステップS17では、再生制御が完了したとして、並行して実施されているステップS20の制御フローに対して、再生制御終了の信号の発信を行い、ステップS20の制御フローを停止させて、ステップS11に戻る。一方、再生制御終了の信号を受けたステップS20の制御フローでは、再生処理の終了処理を行ってステップS20の制御フローを終了させて、ステップS11に戻る。   In step S17, assuming that the regeneration control has been completed, a regeneration control end signal is transmitted to the control flow in step S20 performed in parallel, the control flow in step S20 is stopped, and the process proceeds to step S11. Return. On the other hand, in the control flow of step S20 that receives the signal for the completion of the reproduction control, the reproduction process is terminated, the control flow of step S20 is terminated, and the process returns to step S11.

上記のように、図1から図3に示す制御フローでは、ステップS11に戻ると、内燃機関の通常運転によるPMの捕集を再開し、ステップS11からステップS17を繰り返して実施する。そして、内燃機関の運転を終了するときには、割り込みが生じて、ステップS18で、終了処理をした後、上位の制御フローに戻り、上位の制御フローの終了と共に、図1の制御フローも終了する。   As described above, in the control flow shown in FIGS. 1 to 3, when returning to step S11, PM collection by the normal operation of the internal combustion engine is resumed, and steps S11 to S17 are repeated. Then, when the operation of the internal combustion engine is ended, an interruption occurs, and in step S18, an end process is performed, and then the control flow returns to the upper control flow, and the control flow of FIG.

ここで、ステップS32におけるDPF内の温度分布Tを算出する方法を具体的に以下に説明する。   Here, the method for calculating the temperature distribution T in the DPF in step S32 will be specifically described below.

このステップS32では、DPF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、DPF内の温度分布を算出する。このために、DPFの上流側には温度センサと酸素濃度センサを設けるようにする。モデル式について、次のように説明する。   In step S32, the temperature distribution in the DPF is calculated by modeling the heat balance, material balance, and reaction rate equation in the DPF. For this purpose, a temperature sensor and an oxygen concentration sensor are provided on the upstream side of the DPF. The model formula will be described as follows.

(1)熱収支
DPF内で発生した熱量と熱損失はそれぞれ以下の(8)式及び(9)式で表される。

Figure 2013224618
Figure 2013224618
ここで、「Qreaction」はDPF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DPF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。 (1) Heat balance The amount of heat and heat loss generated in the DPF are expressed by the following equations (8) and (9), respectively.
Figure 2013224618
Figure 2013224618
Here, “Q reaction ” is the amount of heat generated in the DPF, “Q A ” is the heat of reaction, “ρ B ” is the DPF bulk density, “r Aw ” is the reaction rate, “π” is the circumference, “D ”Is the DPF diameter,“ l ”is the distance from the DPF inlet,“ 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10に示すように、DPF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、DPF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、DPFの熱収支は以下の(10)式で表される。

Figure 2013224618
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。 As shown in FIG. 10, the heat quantity Q reaction generated in the DPF partly 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. Considering the average temperature as the exhaust gas temperature T, the heat balance of the DPF is expressed by the following equation (10).
Figure 2013224618
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11に示すように、DPF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(11)式で表される。

Figure 2013224618
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。 (2) Mass Balance As shown in FIG. 11, the amount generated by the reaction in the DPF is expressed by the difference between the amount of input and output before and after the minute volume, that is, the following equation (11).
Figure 2013224618
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(11)式を整理すると、以下の(12)式が得られる。

Figure 2013224618
ここで、「xA」は成分Aの変化率、「zA」は成分Aの濃度である。 Focusing on a certain component A and rearranging equation (11) using the rate of change as a variable, the following equation (12) is obtained.
Figure 2013224618
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(13)式は以下のように表される。

Figure 2013224618
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。 (3) Reaction rate equation When oxygen is considered as an oxidizing agent for PM and the component of PM is treated as solid carbon, the equation (13), which is an oxidation rate equation, is expressed as follows.
Figure 2013224618
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(8)〜(13)式から以下の(14)〜(16)式が得られる。

Figure 2013224618
Figure 2013224618
Figure 2013224618
これら(14)〜(16)式に基づいて、DPF内の温度分布を算出する。 The following formulas (14) to (16) are obtained from the above formulas (8) to (13).
Figure 2013224618
Figure 2013224618
Figure 2013224618
Based on these equations (14) to (16), the temperature distribution in the DPF 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ECU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 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。DPF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. 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とにより算出される。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ECU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 as a map according to the operating conditions. That is, if the engine speed and the fuel injection amount are determined, the amount of PM discharged from the internal combustion engine is known.

以上の情報から、先ず(16)式により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(14)、(15)式を用いて、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 (16), and then using the obtained r Aw and the equations (14) and (15), A concentration change (dx A / dV) and a 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T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 T, the efficiency of fuel consumption at the time of DPF regeneration is improved as compared with the case where the end of DPF regeneration is determined using only the DPF inlet temperature.

次に、このDPF内の温度分布Tに対しての制御時間tの間におけるPM除去量ΔPMemを算出するステップS33について、図3に示す制御フローを参照しながら説明する。このステップS33においては、最初のステップS33aで、DPF内の温度分布Tが所定の第1判定温度T1以上であるか否かを判定する。このステップS33aで、DPF内の温度分布Tが第1判定温度T1より小さい場合(NO)はDPF内の温度分布Tが低すぎてDPFに捕集されたPMの燃焼除去はできないとして、ステップS34に行く。このステップS33aで、DPF内の温度分布Tが第1判定温度T1以上の場合(YES)はステップS33bに行く。   Next, step S33 for calculating the PM removal amount ΔPMem during the control time t with respect to the temperature distribution T in the DPF will be described with reference to the control flow shown in FIG. In step S33, it is determined whether or not the temperature distribution T in the DPF is equal to or higher than a predetermined first determination temperature T1 in the first step S33a. In step S33a, if the temperature distribution T in the DPF is smaller than the first determination temperature T1 (NO), it is determined that the temperature distribution T in the DPF is too low to burn and remove the PM collected in the DPF. go to. In step S33a, if the temperature distribution T in the DPF is equal to or higher than the first determination temperature T1 (YES), the process goes to step S33b.

ステップS33bでは、DPF内の温度分布Tが所定の第2判定温度T2以上であるか否かを判定する。このステップS33bで、DPF内の温度分布Tが第2判定温度T2より小さい場合(NO)はDPF内の温度分布Tが第1温度領域R1にあるとして、ステップS33cに行く。また、このステップS33bで、DPF内の温度分布Tが第2判定温度T1以上の場合(YES)はDPF内の温度分布Tが第2温度領域R2にあるとして、ステップS33dに行く。   In step S33b, it is determined whether or not the temperature distribution T in the DPF is equal to or higher than a predetermined second determination temperature T2. In step S33b, if the temperature distribution T in the DPF is smaller than the second determination temperature T2 (NO), the temperature distribution T in the DPF is in the first temperature region R1, and the process goes to step S33c. In step S33b, if the temperature distribution T in the DPF is equal to or higher than the second determination temperature T1 (YES), the temperature distribution T in the DPF is in the second temperature region R2, and the process goes to step S33d.

ステップS33cでは、第1温度領域R1における活性化エネルギーEa1と頻度因子A1を用いて算出した、DPF内の温度分布T毎のt秒間に燃焼除去されるPM除去量ΔPMe1の第1データベースを用いて、DPF内の温度分布Tにおけるt秒間に燃焼除去されるPM除去量ΔPMemを算出する。その後、ステップS34に行く。   In step S33c, using the first database of the PM removal amount ΔPMe1 burnt and removed in t seconds for each temperature distribution T in the DPF calculated using the activation energy Ea1 and the frequency factor A1 in the first temperature region R1. The PM removal amount ΔPMem burned and removed in t seconds in the temperature distribution T in the DPF is calculated. Then, it goes to step S34.

ステップS33dでは、第2温度領域R2における活性化エネルギーEa2と頻度因子A2を用いて算出した、DPF内の温度分布T毎のt秒間に燃焼除去されるPM除去量ΔPMe2の第2データベースを用いて、DPF内の温度分布Tにおけるt秒間に燃焼除去されるPM除去量ΔPMemを算出する。その後、ステップS34に行く。   In step S33d, using the second database of the PM removal amount ΔPMe2 burnt and removed for t seconds for each temperature distribution T in the DPF calculated using the activation energy Ea2 and the frequency factor A2 in the second temperature region R2. The PM removal amount ΔPMem burned and removed in t seconds in the temperature distribution T in the DPF is calculated. Then, it goes to step S34.

このDPFの再生方法によれば、DPFを有して構成される排気ガス浄化システムで、DPFの前後差圧ΔPmからPM堆積量ΔPMcが限界に達しているか否かを判定し、PM堆積量ΔPMcが限界に達している場合には、DPFの再生制御を行い、このDPFの再生制御時にDPF内の温度分布Tをモニターしながら、ポスト噴射によるDPFの昇温制御とDPFの温度維持制御を行うDPFの再生方法において、特定の温度における化学反応の速度を予測する式であるアレニウスの式を用いて、予め設定したPM捕集量ΔPMcと、予め設定したフィルタ温度に対して算出したPM燃焼速度v1、v2を用いて、PM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM燃焼速度のデータベース、または、このPM燃焼速度を用いて算出したPM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM除去量のデータベースを予め設定して、DPFの再生制御装置に記憶し、DPFの再生制御時に、PM燃焼速度又はPM除去量のデータベースに基づいて、算出されたDPF内の温度分布Tにおける、予め設定した時間内におけるPM除去量ΔPMemを算出し、この算出されたPM除去量ΔPMemを累積して、再生制御開始から燃焼除去したPMの累積PM除去量ΣPMemを算出し、この累積PM除去量ΣPMemが再生制御開始時に推定したPM堆積量ΣPMcmになってから再生制御を終了することができる。   According to this DPF regeneration method, in an exhaust gas purification system configured with a DPF, it is determined whether or not the PM accumulation amount ΔPMc has reached a limit from the differential pressure ΔPm across the DPF, and the PM accumulation amount ΔPMc. Is reached, the DPF regeneration control is performed, and the temperature distribution T in the DPF is monitored during the regeneration control of the DPF, and the DPF temperature rise control by the post injection and the DPF temperature maintenance control are performed. In the DPF regeneration method, the PM burning rate calculated with respect to a preset PM trapping amount ΔPMc and a preset filter temperature by using the Arrhenius formula, which is a formula for predicting the rate of a chemical reaction at a specific temperature. A database of PM combustion rates for each PM collection amount and for each filter temperature using v1 and v2, or a PM collection amount calculated using this PM combustion rate In addition, a PM removal amount database for each filter temperature is set in advance and stored in the DPF regeneration control device, and is calculated based on the PM combustion speed or PM removal amount database during DPF regeneration control. The PM removal amount ΔPMem within a preset time in the temperature distribution T is calculated, and the calculated PM removal amount ΔPMem is accumulated to calculate the accumulated PM removal amount ΣPMem of the PM removed by combustion from the start of regeneration control. The regeneration control can be terminated after the accumulated PM removal amount ΣPMem reaches the PM accumulation amount ΣPMcm estimated at the start of the regeneration control.

また、更に、上記のDPFの再生方法において、図1〜図3の制御フローのステップS30の「DPFの再生処理の終了判定」の中に、DPFの再生制御時に、再生中のPM捕集量ΔPMcに対して、PM燃焼速度又はPM除去量ΔPMeのデータベースに基づいて、PM燃焼速度v1、v2又はPM除去量ΔPMeが最大になる目標温度分布Ttを算出するステップを加えて、この目標温度分布Ttを、ステップS20の「DPF再生処理」に出力し、DPF内の温度分布Tがこの目標温度分布TtになるようにDPFの昇温制御とDPFの温度維持制御を制御するように構成すると、PMの燃焼速度v1、v2又はPM除去量ΔPMeに関わるアレニウスの式の、反応次数n1、n2、活性化エネルギーEa1、Ea2、反応速度定数k1、k2等の反応パラメータから、PMが燃焼するのに必要な温度と時間の関係を算出して、最も都合のよい条件で再生を実行することができるようになる。これにより、再生処理の効率の向上を図ることができる。なお、PM除 去量ΔPMeは、目標温度分布Ttが高温になるほど多くなる。   Furthermore, in the DPF regeneration method described above, the amount of PM trapped during regeneration during the regeneration control of the DPF in the “DPF regeneration process end determination” in step S30 of the control flow of FIGS. The target temperature distribution is added to ΔPMc by adding a step of calculating a target temperature distribution Tt at which the PM combustion speed v1, v2 or PM removal amount ΔPMe is maximized based on a database of PM combustion speed or PM removal amount ΔPMe. If Tt is output to the “DPF regeneration process” in step S20 and the temperature increase control of the DPF and the temperature maintenance control of the DPF are controlled so that the temperature distribution T in the DPF becomes the target temperature distribution Tt, Reaction order n1, n2, activation energy Ea1, Ea2, reaction rate constant k1 of Arrhenius equation related to PM combustion rate v1, v2 or PM removal amount ΔPMe From the reaction parameters k2, etc., to calculate the relationship between the temperature and the time required for PM is burned, it is possible to perform the reproduction in the most convenient conditions. Thereby, the efficiency of the reproduction process can be improved. Note that the PM removal amount ΔPMe increases as the target temperature distribution Tt increases.

上記のDPFの再生方法によれば、PM燃焼に由来するカーボン量を基にして、再生処理の開始時にDPFに堆積している初期のPM堆積量を正確に把握するようにしたので、燃費の悪化を抑制することできる。   According to the above DPF regeneration method, the initial PM accumulation amount accumulated in the DPF at the start of the regeneration process is accurately grasped based on the carbon amount derived from PM combustion. Deterioration can be suppressed.

また、DPFの再生処理時のPM燃焼速度v1m、v2m又はPM除去量ΔPMe1m、ΔPMe2mが、PM捕集量(PM堆積量)ΔPMcとフィルタ温度の両方に依存することに着目して、フィルタ温度をモニターすることで、より正確なPM燃焼速度v1m、v2m又はPM除去量ΔPMe1m、ΔPMe2mを算出でき、より適切な反応終了の時期(タイミング)を算出することが可能となる。   Also, paying attention to the fact that the PM combustion speed v1m, v2m or PM removal amount ΔPMe1m, ΔPMe2m during the regeneration process of the DPF depends on both the PM collection amount (PM deposition amount) ΔPMc and the filter temperature, By monitoring, more accurate PM combustion speeds v1m and v2m or PM removal amounts ΔPMe1m and ΔPMe2m can be calculated, and a more appropriate reaction end timing (timing) can be calculated.

なお、全排出カーボン量[Ct]及び再生時に投入された燃料に含まれるカーボン量[CF]は、それぞれのガスをセンサで測定し、以下の式によって算出することができる。但し、[Fuel]は投入燃料量を示す。

Figure 2013224618
Figure 2013224618
Note that the total amount of carbon discharged [C t ] and the amount of carbon [C F ] contained in the fuel input at the time of regeneration can be calculated by the following equations by measuring each gas with a sensor. However, [Fuel] indicates the amount of fuel input.
Figure 2013224618
Figure 2013224618

そして、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムは、上流側の酸化触媒と下流側のDPFとを有して構成される排気ガス浄化システムにおいて、上記の実施の形態のDPFの再生方法を行う再生制御装置を備えて構成される。   The exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention is an exhaust gas purification system configured to include an upstream oxidation catalyst and a downstream DPF, and the DPF regeneration method according to the above embodiment. It is configured with a playback control device for performing.

A1、A2 頻度因子
[C]、 t時間後のPM堆積量
[C0] 初期PM堆積量
[C]-n1+1 t秒後のPM堆積量(PM残量)
[C0-n1+1 PMの初期堆積量
[C0i]、[C]、C1〜C4 PM堆積量
[Ct] 全排出カーボン量
[CF] 再生時に投入された燃料に含まれるカーボン量
[CIN(PM)] 余剰カーボン量
Ea1、Ea2 活性化エネルギー(アレニウスパラメータ)
k1、k2 反応速度定数
n1、n2 反応次数
R 気体定数
R1 第1温度領域
R2 第2温度領域
T 反応温度(絶対温度)
T1 第1温度
T2 第2温度
[Tj]、T1〜T4 温度
T DPF内の温度分布
Tt 目標温度分布
t 反応時間(DPFの再生制御の制御間隔の時間)
v1、v2、−d[C]/dt 反応速度(PM燃焼速度)
ΔP、ΔPm DPFの前後差圧
ΔP1 第1判定用差圧(閾値)
ΔP2 第2判定用差圧(閾値)
ΔPMc PM堆積量
ΔPMe、ΔPMe1、ΔPMe2 PM除去量
ΔPMem、ΔPMe1m、ΔPMe2m、CTij、CT11〜CT44 t時間の間のPM除去
ΣPMcm DPFの再生開始時に推定したPM堆積量
ΣPMem 累積PM除去量
A1, A2 Frequency factor [C], PM deposition amount after t time [C 0 ] Initial PM deposition amount [C] −n1 + 1 PM deposition amount after t seconds (PM remaining amount)
[C 0 ] −n1 + 1 PM initial deposition amount [C 0 i], [C], C1 to C4 PM deposition amount
[C t ] Total carbon emissions
[C F ] Amount of carbon contained in fuel input during regeneration
[C IN (PM)] Excess carbon amount Ea1, Ea2 Activation energy (Arrhenius parameter)
k1, k2 Reaction rate constant n1, n2 Reaction order R Gas constant R1 First temperature region R2 Second temperature region T Reaction temperature (absolute temperature)
T1 First temperature T2 Second temperature [Tj], T1 to T4 Temperature distribution Tt in temperature T DPF Target temperature distribution t Reaction time (time of control interval of regeneration control of DPF)
v1, v2, -d [C] / dt reaction rate (PM combustion rate)
ΔP, ΔPm Differential pressure across the DPF ΔP1 Differential pressure for first determination (threshold)
ΔP2 Differential pressure for second determination (threshold)
ΔPMc PM deposition amount ΔPMe, ΔPMe1, ΔPMe2 PM removal amount ΔPMem, ΔPMe1m, ΔPMe2m, CTij, CT11 to CT44 PM removal amount during t time ΣPMcm PM deposition amount estimated at the start of regeneration of DPF ΣPMem Cumulative PM removal amount

Claims (7)

DPFを有して構成される排気ガス浄化システムで、PM堆積量が限界に達しているか否かを判定し、PM堆積量が限界に達している場合には、DPFの再生制御を行い、このDPFの再生制御時にDPFの昇温制御とDPFの温度維持制御を行うDPFの再生方法において、
DPFの再生制御中に前記DPFから排出されるカーボン量を積算し、その積算値から再生制御中に投入された燃料に含まれるカーボン量を差し引くことでPM燃焼により発生したカーボン量を算出し、
予め設定したPM捕集量と予め設定したフィルタ温度に対して、特定の温度における化学反応の速度を予測する式であるアレニウスの式を用いてPM燃焼反応速度定数及びPM燃焼反応速度を算出し、
前記PM燃焼により発生したカーボン量と前記PM燃焼反応速度定数とに基づいて前記PM堆積量を算出し、
前記PM燃焼反応速度を用いて、PM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM燃焼反応速度のデータベースを予め設定して、又は、該PM燃焼反応速度を用いて算出したPM捕集量別でかつフィルタ温度別のPM除去量のデータベースを予め設定して、DPFの再生制御装置に記憶し、
DPFの再生制御時に、PM燃焼反応速度又はPM除去量の前記データベースに基づいて、別途算出されたDPF内の温度分布における、予め設定した時間内におけるPM除去量を算出し、
該算出されたPM除去量を累積して、再生制御開始の時点から燃焼除去したPMの累積PM除去量を算出し、該累積PM除去量が前記算出したPM堆積量になってから再生制御を終了することを特徴とするDPFの再生方法。
In the exhaust gas purification system configured with the DPF, it is determined whether or not the PM accumulation amount has reached the limit. If the PM accumulation amount has reached the limit, the regeneration control of the DPF is performed. In a DPF regeneration method for performing DPF temperature rise control and DPF temperature maintenance control during DPF regeneration control,
The amount of carbon generated by PM combustion is calculated by integrating the amount of carbon discharged from the DPF during DPF regeneration control, and subtracting the amount of carbon contained in the fuel introduced during regeneration control from the accumulated value,
The PM combustion reaction rate constant and PM combustion reaction rate are calculated using the Arrhenius equation, which is a formula for predicting the rate of chemical reaction at a specific temperature, with respect to a preset amount of PM collected and a preset filter temperature. ,
Calculate the PM deposition amount based on the amount of carbon generated by the PM combustion and the PM combustion reaction rate constant,
Using the PM combustion reaction rate, a PM combustion reaction rate database for each PM collection amount and for each filter temperature is set in advance, or according to the PM collection amount calculated using the PM combustion reaction rate. In addition, a database of PM removal amount by filter temperature is set in advance and stored in the DPF regeneration control device.
During regeneration control of the DPF, based on the database of PM combustion reaction rate or PM removal amount, calculate the PM removal amount within a preset time in the separately calculated temperature distribution in the DPF,
By accumulating the calculated PM removal amount, the cumulative PM removal amount of the PM removed by combustion from the start of the regeneration control is calculated, and the regeneration control is performed after the accumulated PM removal amount reaches the calculated PM deposition amount. A method for regenerating a DPF, comprising: ending.
前記DPF内の温度分布を、前記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ことを特徴とする請求項1に記載のDPFの再生方法。   2. The method for regenerating a DPF 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の再生制御時に、再生中のPM捕集量に対して、PM燃焼速度又はPM除去量が最大になる目標温度分布を算出し、該目標温度分布に前記算出されたDPF内の温度分布がなるようにDPFの昇温制御とDPFの温度維持制御を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のDPFの再生方法。   During the regeneration control of the DPF, a target temperature distribution that maximizes the PM combustion rate or the PM removal amount is calculated with respect to the amount of PM collected during regeneration, and the calculated temperature distribution in the DPF is the target temperature distribution. The DPF regeneration method according to claim 1, wherein the temperature rise control of the DPF and the temperature maintenance control of the DPF are controlled so that 前記データベースを、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の酸化が主となる第2データベースとを、前記アレニウスの式の活性化エネルギーの数値と頻度因子の数値を変えて、前記PM燃焼速度を算出しておくことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のDPFの再生方法。   The database is divided into a first database in which the oxidation of PM by nitrogen dioxide is the main and a second database in which the oxidation of PM by oxygen is the main. The numerical value of the activation energy and the frequency factor of the Arrhenius equation The method for regenerating a DPF according to claim 1, wherein the PM combustion rate is calculated by changing a numerical value. 前記DPFにおいて二酸化窒素量によるPM除去が支配的となる排気ガスの温度又はフィルタ温度の温度領域を第1温度領域とし、該第1温度領域よりも上の温度領域で、前記DPFにおいて酸素によるPM除去が支配的となる排気ガスの温度又はフィルタ温度の温度領域を第2温度領域とし、
前記DPFに流入する排気ガスの温度又はフィルタ温度が前記第1温度領域内の場合には前記第1データベースを用い、前記DPFに流入する排気ガスの温度又はフィルタ温度が前記第2温度領域内の場合には前記第2データベースを用いて、前記PM燃焼速度を算出することを特徴とする請求項4に記載のDPFの再生方法。
The exhaust gas temperature or the filter 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 in the temperature range above the first temperature range, PM due to oxygen in the DPF The temperature range of the exhaust gas or the filter temperature where the removal becomes dominant is the second temperature range,
When the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF or the filter temperature is within the first temperature range, the first database is used, and the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF or the filter temperature is within the second temperature range. 5. The DPF regeneration method according to claim 4, wherein the PM combustion rate is calculated using the second database.
前記第1温度領域が200℃以上500℃以下であり、前記第2温度領域が500℃以上1000℃以下であることを特徴とする請求項5に記載のDPFの再生方法。   6. The method for regenerating a DPF according to claim 5, wherein the first temperature region is 200 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the second temperature region is 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less. DPFを有して構成される排気ガス浄化システムにおいて、請求項1〜6のいずれか1項に記載のDPFの再生方法を行う再生制御装置を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。   An exhaust gas purification system comprising a DPF, comprising an regeneration control device for performing the DPF regeneration method according to any one of claims 1 to 6.
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