JP2014238058A - Exhaust emission control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device capable of suppressing variation of an initial exhaust temperature due to an outside air temperature.SOLUTION: An exhaust emission control device includes an oxidation catalyst 18 and a filter 19 disposed in an exhaust passage 5 of an engine 1, an exhaust throttle valve 6 changing an opening of the exhaust passage 5, and a control device (ECU 50) constituted to control the exhaust throttle valve 6. When regeneration of the filter 18 is requested, the opening of the exhaust passage 5 is gradually reduced in accordance with lowering of an intake temperature. The opening of the exhaust passage 5 is variably controlled even when either an idle operation or a non-idle operation is executed when the regeneration of the filter 19 is requested.

Description

本発明は、エンジンの排気経路内に配置されている酸化触媒およびフィルタと、前記排気経路の開度を変更する排気スロットル弁と、前記排気スロットル弁を制御するように構成されている制御装置と、を備えている排気ガス浄化装置に関する。   The present invention relates to an oxidation catalyst and a filter disposed in an exhaust path of an engine, an exhaust throttle valve that changes an opening degree of the exhaust path, and a control device configured to control the exhaust throttle valve; The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus.

従来、酸化触媒およびフィルタを有するディーゼル微粒子捕集フィルタが知られている。特許文献1も、このようなディーゼル微粒子捕集フィルタを備える排気ガス浄化装置の一例を開示している。   Conventionally, a diesel particulate filter having an oxidation catalyst and a filter is known. Patent Document 1 also discloses an example of an exhaust gas purifying apparatus including such a diesel particulate filter.

このような排気ガス浄化装置は、排気ガスの温度を高めることによって酸化触媒を活性化させるように構成されている。酸化触媒が活性化すると排気ガス中の窒素酸化物が酸化されて二酸化窒素が生成される。二酸化窒素は強力な酸化作用を有しているので、フィルタ上のPM(粒子状物質)が酸化されて除去される。   Such an exhaust gas purification device is configured to activate the oxidation catalyst by increasing the temperature of the exhaust gas. When the oxidation catalyst is activated, nitrogen oxides in the exhaust gas are oxidized to generate nitrogen dioxide. Since nitrogen dioxide has a strong oxidizing action, PM (particulate matter) on the filter is oxidized and removed.

酸化触媒の温度を高めるために、排気経路5の開度を狭くすること(排気絞り)によって、エンジンに負荷を掛ける方法がある。回転速度を維持するように制御されているときにエンジンに負荷が掛かるとメイン噴射量が増大する。この結果、初期排気温度(燃焼室で発生した排気ガスの温度)が上昇する。酸化触媒は排気ガスによって加熱されるので、酸化触媒の温度も上昇する。特許文献1も、フィルタを再生するために、排気絞りによって触媒入口温度を上昇させることを開示している。   In order to increase the temperature of the oxidation catalyst, there is a method of applying a load to the engine by narrowing the opening of the exhaust passage 5 (exhaust throttle). When a load is applied to the engine while it is controlled to maintain the rotation speed, the main injection amount increases. As a result, the initial exhaust temperature (temperature of exhaust gas generated in the combustion chamber) increases. Since the oxidation catalyst is heated by the exhaust gas, the temperature of the oxidation catalyst also rises. Patent Document 1 also discloses that the catalyst inlet temperature is increased by exhaust throttling in order to regenerate the filter.

特許文献1によれば、再生制御において、排気絞り弁の絞り量は次のように制御される。エンジンの運転領域がアイドリング状態にある時は、前記絞り量は固定される。エンジンの運転領域がアイドリング状態にない時は、絞り量は可変に制御される。同文献の0026段落は、エンジンがアイドリング運転している場合には、排気絞り弁の絞り量を固定して、最低限の排気ガス量にすることを記載している。また、同文献の0025段落は、アイドリング運転等の初期排気温度が非常に低い温度領域にある場合に、排気絞りを行って、初期排気温度を上昇させることを記載している。つまり、特許文献1では、絞り量の固定は、排気経路の開度を最小開度にすることを示している。   According to Patent Document 1, in the regeneration control, the throttle amount of the exhaust throttle valve is controlled as follows. When the engine operating region is in an idling state, the throttle amount is fixed. When the engine operating region is not in the idling state, the throttle amount is controlled variably. The paragraph 0026 of the same document describes that when the engine is idling, the throttle amount of the exhaust throttle valve is fixed to the minimum exhaust gas amount. In addition, paragraph 0025 of the same document describes that when the initial exhaust temperature in an idling operation or the like is in a very low temperature range, exhaust throttling is performed to increase the initial exhaust temperature. That is, in Patent Document 1, fixing the throttle amount indicates that the opening degree of the exhaust path is set to the minimum opening degree.

特開2005−076604号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-076604

初期排気温度は、外気温度の影響を少なからず受ける。特に、エンジンの始動時には、外気温度が初期排気温度に大きく影響する。夏期のように外気温度が高い環境では、初期排気温度が高くなり、冬期のように外気温度が低い環境では、初期排気温度が低くなる。   The initial exhaust temperature is affected by the outside air temperature. In particular, when the engine is started, the outside air temperature greatly affects the initial exhaust temperature. In an environment where the outside air temperature is high as in the summer, the initial exhaust temperature is high, and in an environment where the outside temperature is low as in the winter, the initial exhaust temperature is low.

特許文献1では、アイドル運転中、廃棄経路の開度は固定されている。このため、極低温環境では、初期排気温度の上昇が遅れる可能性があり、高温環境では、必要以上に初期排気温度が上昇することによって燃費の悪化を招く可能性がある。   In Patent Document 1, the opening degree of the discard path is fixed during idle operation. For this reason, in an extremely low temperature environment, the increase in the initial exhaust temperature may be delayed, and in a high temperature environment, the initial exhaust temperature may increase more than necessary, leading to deterioration in fuel consumption.

本発明の目的は、外気温度による初期排気温度の変動を抑制できる排気ガス浄化装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device capable of suppressing fluctuations in initial exhaust temperature due to outside air temperature.

本発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジンの排気経路内に配置されている酸化触媒およびフィルタと、前記排気経路の開度を変更する排気スロットル弁と、前記排気スロットル弁を制御するように構成されている制御装置と、を備えている排気ガス浄化装置であって、前記フィルタの再生要求が発生した場合、吸気温度が低くなるにつれて前記排気経路の前記開度が小さくされ、前記フィルタの再生要求が発生しているときにアイドル運転および非アイドル運転のどちらが実行されていても、前記排気経路の開度が可変に制御される。   An exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is configured to control an oxidation catalyst and a filter disposed in an exhaust path of an engine, an exhaust throttle valve that changes an opening degree of the exhaust path, and the exhaust throttle valve. An exhaust gas purifying device, wherein when the regeneration request for the filter occurs, the opening degree of the exhaust path is reduced as the intake air temperature decreases, and the regeneration of the filter is performed. Regardless of whether the idle operation or the non-idle operation is performed when the request is generated, the opening degree of the exhaust path is variably controlled.

前記排気ガス浄化装置は、燃料噴射パターンにしたがって燃料を噴射する燃料噴射装置を備えており、前記制御装置は、前記燃料噴射パターンを設定するように構成されており、前記フィルタの再生要求が発生しかつ前記エンジンの冷却水温度が暖機水温以上であるとき、昇温パターンが設定され、前記昇温パターンは、圧縮行程および膨張行程における総噴射量が増やされている前記燃料噴射パターンであり、前記暖機水温は、前記エンジンが暖機状態にあるとみなされるときの前記冷却水温度であり、アイドル運転が継続することによって前記冷却水温度が収束するアイドル水温よりも所定温度幅だけ高い。   The exhaust gas purification device includes a fuel injection device that injects fuel in accordance with a fuel injection pattern, and the control device is configured to set the fuel injection pattern, and a regeneration request for the filter is generated. When the engine coolant temperature is equal to or higher than the warm-up water temperature, a temperature increase pattern is set, and the temperature increase pattern is the fuel injection pattern in which the total injection amount in the compression stroke and the expansion stroke is increased. The warm-up water temperature is the cooling water temperature when the engine is considered to be in a warm-up state, and is higher by a predetermined temperature range than the idle water temperature at which the cooling water temperature converges as the idling operation continues. .

前記排気ガス浄化装置において、前記排気経路の前記開度は、前記総噴射量が減少するにつれて小さくされる。   In the exhaust gas purification apparatus, the opening degree of the exhaust path is reduced as the total injection amount decreases.

前記排気ガス浄化装置において、前記制御装置は、対応する吸気温度の範囲が異なる複数の開度マップを記憶しており、前記複数の開度マップのそれぞれは、前記エンジンの回転速度、前記総噴射量、及び前記排気経路の前記開度の対応関係を示しており、前記複数の開度マップの中から前記吸気温度に対応する前記開度マップが選択され、選択された前記開度マップに基づいて、前記排気経路の前記開度は、前記回転速度及び前記総噴射量に対応する開度に変更される。   In the exhaust gas purifying device, the control device stores a plurality of opening maps having different ranges of the corresponding intake air temperatures, and each of the plurality of opening maps includes a rotation speed of the engine and the total injection. And an opening degree map corresponding to the intake air temperature is selected from the plurality of opening degree maps, and based on the selected opening degree map. Thus, the opening degree of the exhaust path is changed to an opening degree corresponding to the rotational speed and the total injection amount.

本発明に係る排気ガス浄化装置は、外気温度による初期排気温度の変動を抑制できる。   The exhaust gas purification apparatus according to the present invention can suppress fluctuations in the initial exhaust temperature due to the outside air temperature.

本実施形態に係るエンジンの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine which concerns on this embodiment. エンジンの冷却水回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cooling water circuit of an engine. 燃料噴射パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a fuel-injection pattern. 制御モードの一覧表を示す図である。It is a figure which shows the list of control modes. 自己再生領域、再生可能領域、および再生不可能領域を示す図である。It is a figure which shows a self reproduction | regeneration area | region, a reproducible area | region, and a nonreproducible area | region. 堆積量の時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of deposition amount. 制御モードの遷移を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the transition of a control mode. 再生要求に基づいて実行される処理フローを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the processing flow performed based on a reproduction | regeneration request | requirement. 第2開度マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a 2nd opening degree map.

図面を参照して、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を搭載するディーゼルエンジン1を説明する。ディーゼルエンジン(以下、エンジン)1は、駆動機構100に接続されている。駆動機構100は、エンジン1によって駆動される走行装置および/または作業装置を示している。エンジン1および駆動機構100は、例えば、バックホーまたはトラクターのような作業車両に搭載される。   A diesel engine 1 equipped with an exhaust gas purifying apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. A diesel engine (hereinafter, engine) 1 is connected to a drive mechanism 100. The drive mechanism 100 is a traveling device and / or a working device driven by the engine 1. The engine 1 and the drive mechanism 100 are mounted on a work vehicle such as a backhoe or a tractor, for example.

図1は、本実施形態に係るエンジン1の構成を示す図である。エンジン1は、吸気経路2、吸気スロットル弁3、シリンダブロック4、排気経路5、排気スロットル弁6、フィルタユニット7、EGR管8、EGRスロットル弁9、過給機10、クランク軸11、および燃料噴射装置13を備えている。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an engine 1 according to the present embodiment. The engine 1 includes an intake path 2, an intake throttle valve 3, a cylinder block 4, an exhaust path 5, an exhaust throttle valve 6, a filter unit 7, an EGR pipe 8, an EGR throttle valve 9, a supercharger 10, a crankshaft 11, and fuel. An injection device 13 is provided.

エンジン1は4気筒であり、シリンダブロック4は4つの燃焼室12を有している。吸気経路2は、外部に開放されている吸気管2aと、吸気管2aを4つの燃焼室12に接続する吸気マニホールド2bとからなっている。外気(吸気ガス)は、吸気経路2を介して燃焼室12に導入される。吸気スロットル弁3は、吸気管2a上に配置されており、吸気経路2の開度を変更する。排気経路5は、外部に開放されている排気管5aと、4つの燃焼室12を排気管5aに接続する排気マニホールド5bとからなっている。排気ガスは、排気経路5を介して燃焼室12から大気中に排出される。排気スロットル弁6は、排気管5a上に設けられており、排気経路5の開度を変更する。EGR管(EGR経路)8は、排気経路5を吸気経路2に接続している。排気ガスの一部は、EGR管8を介して吸気経路2に導入され、吸気ガスに合流する。EGRスロットル弁9はEGR管8上に設けられており、EGR管8の開度を変更する。後述のEGRクーラー24(図2)は、EGRスロットル弁9の下流側で、EGR管8上に設けられている。過給機10は、排気管5a上に配置されている排気タービン10aと、吸気管2a上に配置されている圧縮機10bとを備えている。燃料噴射装置13は、コモンレール方式を採用しており、燃料噴射パターンにしたがって、各燃焼室12に燃料を供給する。   The engine 1 has four cylinders, and the cylinder block 4 has four combustion chambers 12. The intake path 2 includes an intake pipe 2 a that is open to the outside, and an intake manifold 2 b that connects the intake pipe 2 a to the four combustion chambers 12. Outside air (intake gas) is introduced into the combustion chamber 12 via the intake path 2. The intake throttle valve 3 is disposed on the intake pipe 2a and changes the opening degree of the intake path 2. The exhaust path 5 includes an exhaust pipe 5a that is open to the outside and an exhaust manifold 5b that connects the four combustion chambers 12 to the exhaust pipe 5a. The exhaust gas is discharged from the combustion chamber 12 into the atmosphere via the exhaust path 5. The exhaust throttle valve 6 is provided on the exhaust pipe 5 a and changes the opening degree of the exhaust path 5. An EGR pipe (EGR path) 8 connects the exhaust path 5 to the intake path 2. Part of the exhaust gas is introduced into the intake path 2 via the EGR pipe 8 and merges with the intake gas. The EGR throttle valve 9 is provided on the EGR pipe 8 and changes the opening degree of the EGR pipe 8. A later-described EGR cooler 24 (FIG. 2) is provided on the EGR pipe 8 on the downstream side of the EGR throttle valve 9. The supercharger 10 includes an exhaust turbine 10a disposed on the exhaust pipe 5a and a compressor 10b disposed on the intake pipe 2a. The fuel injection device 13 employs a common rail system, and supplies fuel to each combustion chamber 12 according to a fuel injection pattern.

フィルタユニット7は、排気経路5上に設けられている。フィルタユニット7は、ディーゼル微粒子捕集フィルタであり、酸化触媒18およびフィルタ19を備えている。酸化触媒18は、排気経路5内でフィルタ19の上流側に配置されている。排気ガスが排気経路5に沿って排出されるとき、排気ガスは酸化触媒18を通過した後、フィルタ19を通過する。排気ガス中に含まれるPM(粒子状物質)は、フィルタ19に捕捉される。   The filter unit 7 is provided on the exhaust path 5. The filter unit 7 is a diesel particulate filter and includes an oxidation catalyst 18 and a filter 19. The oxidation catalyst 18 is disposed upstream of the filter 19 in the exhaust path 5. When the exhaust gas is exhausted along the exhaust path 5, the exhaust gas passes through the filter 19 after passing through the oxidation catalyst 18. PM (particulate matter) contained in the exhaust gas is captured by the filter 19.

ECU(制御装置)50は、エンジン1の運転に関係する各種装置を制御するように構成されている。   The ECU (control device) 50 is configured to control various devices related to the operation of the engine 1.

回転速度入力装置14は、目標回転速度を指定するための操作機器である。本実施形態では、回転速度入力装置14は、エンジン1の運転状態を変更するアクセルレバー群を示している。   The rotational speed input device 14 is an operating device for designating a target rotational speed. In the present embodiment, the rotational speed input device 14 represents an accelerator lever group that changes the operating state of the engine 1.

警告装置15は、オペレータへの各種の警告を実行する。本実施形態では、警告装置15は、複数の異なる警告を表示できる多数のランプ群から構成されている。   The warning device 15 executes various warnings to the operator. In the present embodiment, the warning device 15 includes a large number of lamp groups that can display a plurality of different warnings.

ステーショナリ再生ボタン16は、手動の入力操作によって、制御モードをステーショナリ再生モードに変更する指令(ステーショナリ再生モード指令)を発生させる入力装置である。ステーショナリ再生ボタン16は押しボタンであり、指令「有」の状態と、指令「無」の状態とを指定できる。制御モードの内容は、後述する。   The stationary regeneration button 16 is an input device that generates a command (stationary regeneration mode command) for changing the control mode to the stationary regeneration mode by a manual input operation. The stationary reproduction button 16 is a push button, and can specify a command “present” state and a command “none” state. The contents of the control mode will be described later.

図1において、エンジン1は、環境温度センサ31、吸気温度センサ32、初期排気温度センサ33、触媒入口温度センサ34、フィルタ入口温度センサ35、およびEGR温度センサ36を備えている。環境温度センサ31は、圧縮機10bおよび出口8bの上流側で、吸気経路2内の吸気ガスの温度(環境温度)を検出する。吸気温度センサ32は、圧縮機10bおよびEGR管8の出口8bの下流側で、吸気経路2内の吸気ガスの温度(吸気温度)を検出する。初期排気温度センサ33は、排気スロットル弁6、排気タービン10a、およびEGR管8の入口8aの上流側で、排気経路5内の排気ガスの温度(初期排気温度)を検出する。触媒入口温度センサ34は、排気スロットル弁6および排気タービン10aの下流側かつ酸化触媒18の上流側で、排気経路5内の排気ガスの温度(触媒入口温度)を検出する。フィルタ入口温度センサ35は、酸化触媒18の下流側かつフィルタ19の上流側で、排気経路5内の排気ガスの温度(フィルタ入口温度)を検出する。EGR温度センサ36は、EGRクーラー24およびEGRスロットル弁9の下流側で、EGR管8内の排気ガスの温度(EGR温度)を検出する。   In FIG. 1, the engine 1 includes an environmental temperature sensor 31, an intake air temperature sensor 32, an initial exhaust gas temperature sensor 33, a catalyst inlet temperature sensor 34, a filter inlet temperature sensor 35, and an EGR temperature sensor 36. The environmental temperature sensor 31 detects the temperature (environmental temperature) of the intake gas in the intake passage 2 on the upstream side of the compressor 10b and the outlet 8b. The intake air temperature sensor 32 detects the temperature (intake air temperature) of the intake gas in the intake passage 2 on the downstream side of the compressor 10 b and the outlet 8 b of the EGR pipe 8. The initial exhaust temperature sensor 33 detects the temperature of the exhaust gas (initial exhaust temperature) in the exhaust path 5 on the upstream side of the exhaust throttle valve 6, the exhaust turbine 10 a, and the inlet 8 a of the EGR pipe 8. The catalyst inlet temperature sensor 34 detects the temperature of exhaust gas (catalyst inlet temperature) in the exhaust path 5 on the downstream side of the exhaust throttle valve 6 and the exhaust turbine 10a and on the upstream side of the oxidation catalyst 18. The filter inlet temperature sensor 35 detects the temperature of the exhaust gas (filter inlet temperature) in the exhaust path 5 on the downstream side of the oxidation catalyst 18 and the upstream side of the filter 19. The EGR temperature sensor 36 detects the temperature (EGR temperature) of the exhaust gas in the EGR pipe 8 on the downstream side of the EGR cooler 24 and the EGR throttle valve 9.

図1において、エンジン1は、差圧センサ40、大気圧センサ41、吸気圧力センサ42、および初期排気圧力センサ43を備えている。差圧センサ40は、フィルタ入口圧力センサ40a、およびフィルタ出口圧力センサ40bを備えている。フィルタ入口圧力センサ40aは、酸化触媒18の下流側かつフィルタ19の上流側で、排気経路5内の圧力を検出する。フィルタ出口圧力センサ40bは、フィルタ19の下流側で、排気経路5内の圧力を検出する。差圧センサ40は、フィルタ入口圧力センサ40aおよびフィルタ出口圧力センサ40bによる検出情報に基づいて、フィルタ19の両側間の差圧を検出する。大気圧センサ41は、エンジン1の外部における圧力(大気圧)を検出する。吸気圧力センサ42は、圧縮機10bおよびEGR管8の出口8bの下流側で、吸気経路2内の吸気ガスの圧力(吸気圧力)を検出する。初期排気圧力センサ43は、排気スロットル弁6、排気タービン10a、およびEGR管8の入口8aの上流側で、排気経路5内の排気ガスの圧力(初期排気圧力)を検出する。   In FIG. 1, the engine 1 includes a differential pressure sensor 40, an atmospheric pressure sensor 41, an intake pressure sensor 42, and an initial exhaust pressure sensor 43. The differential pressure sensor 40 includes a filter inlet pressure sensor 40a and a filter outlet pressure sensor 40b. The filter inlet pressure sensor 40 a detects the pressure in the exhaust path 5 on the downstream side of the oxidation catalyst 18 and the upstream side of the filter 19. The filter outlet pressure sensor 40 b detects the pressure in the exhaust path 5 on the downstream side of the filter 19. The differential pressure sensor 40 detects a differential pressure between both sides of the filter 19 based on detection information from the filter inlet pressure sensor 40a and the filter outlet pressure sensor 40b. The atmospheric pressure sensor 41 detects a pressure (atmospheric pressure) outside the engine 1. The intake pressure sensor 42 detects the pressure (intake pressure) of the intake gas in the intake path 2 on the downstream side of the compressor 10b and the outlet 8b of the EGR pipe 8. The initial exhaust pressure sensor 43 detects the pressure of the exhaust gas in the exhaust path 5 (initial exhaust pressure) on the upstream side of the exhaust throttle valve 6, the exhaust turbine 10 a, and the inlet 8 a of the EGR pipe 8.

図1において、エンジン1は、回転速度センサ51を備えている。回転速度センサ51は、クランク軸11の回転速度(エンジン回転速度)を検出する。   In FIG. 1, the engine 1 includes a rotation speed sensor 51. The rotational speed sensor 51 detects the rotational speed (engine rotational speed) of the crankshaft 11.

図2は、エンジン1の冷却水回路20の構成を示す図である。冷却水回路20は、水経路21、水ポンプ22、水ジャケット23、EGRクーラー24、およびラジエータ25を備えている。水ポンプ22は水経路21に沿ってエンジン1の冷却水を流す。水ジャケット23はシリンダブロック4内に形成されている。また、エンジン1は、水温センサ26を備えている。水温センサ26は、水ジャケット23の下流側かつラジエータ25の上流側で水経路21を流れる冷却水の温度(冷却水温度)を検出する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the cooling water circuit 20 of the engine 1. The cooling water circuit 20 includes a water path 21, a water pump 22, a water jacket 23, an EGR cooler 24, and a radiator 25. The water pump 22 causes the cooling water of the engine 1 to flow along the water path 21. The water jacket 23 is formed in the cylinder block 4. Further, the engine 1 includes a water temperature sensor 26. The water temperature sensor 26 detects the temperature (cooling water temperature) of the cooling water flowing through the water path 21 on the downstream side of the water jacket 23 and the upstream side of the radiator 25.

堆積量の推定方法を説明する。堆積量は、フィルタ19に堆積しているPMの量を示している。ECU50は、2通りの推定方法に基づいて、堆積量を推定できる。2通りの推定方法は、計算式推定方法および差圧式推定方法である。   A method for estimating the deposition amount will be described. The accumulation amount indicates the amount of PM accumulated on the filter 19. The ECU 50 can estimate the accumulation amount based on two estimation methods. The two estimation methods are a calculation formula estimation method and a differential pressure type estimation method.

計算式推定方法は、エンジンの運転条件に基づいて、堆積量を推定する方法である。計算式推定方法では、エンジンの運転条件に基づいてPM排出量およびPM再生量が推定され、得られたPM排出量およびPM再生量に基づいて堆積量が推定される。PM排出量は、単位時間において、エンジン1から排出されるPMの量を示している。PM再生量は、単位時間において、再生によりフィルタ19から除去されるPMの量を示している。堆積量は、PM排出量からPM再生量を減じることによって得られる。PM排出量およびPM再生量は、いずれも、エンジンの運転条件に基づいて推定される。PM排出量は基本的にエンジン回転速度および1サイクルの総噴射量に基づいて推定される。PM再生量は排気ガスの流量およびフィルタ入口温度センサ35によって検出されるフィルタ入口温度に基づいて推定される。エンジンの運転条件は、温度センサ31−36によって検出される温度群、圧力センサ41−45によって検出される圧力群、回転速度センサ51によって検出されるエンジン回転速度、および燃料噴射装置13から噴射される総噴射量に基づいて、特定される。   The calculation formula estimation method is a method for estimating the accumulation amount based on the operating condition of the engine. In the calculation formula estimation method, the PM emission amount and the PM regeneration amount are estimated based on the operating condition of the engine, and the accumulation amount is estimated based on the obtained PM emission amount and PM regeneration amount. The PM discharge amount indicates the amount of PM discharged from the engine 1 per unit time. The PM regeneration amount indicates the amount of PM removed from the filter 19 by regeneration in a unit time. The accumulation amount is obtained by subtracting the PM regeneration amount from the PM discharge amount. Both the PM emission amount and the PM regeneration amount are estimated based on the engine operating conditions. The PM emission amount is basically estimated based on the engine speed and the total injection amount in one cycle. The PM regeneration amount is estimated based on the flow rate of the exhaust gas and the filter inlet temperature detected by the filter inlet temperature sensor 35. The engine operating conditions are the temperature group detected by the temperature sensors 31-36, the pressure group detected by the pressure sensors 41-45, the engine rotational speed detected by the rotational speed sensor 51, and the fuel injection device 13. It is specified based on the total injection amount.

差圧式推定方法は、フィルタ19の両側間の差圧に基づいて、堆積量を推定する方法である。堆積量が増加するにつれてフィルタ19の目詰まりが増加し、フィルタ19の差圧が大きくなる。逆に、堆積量が低下するにつれてフィルタ19の差圧が小さくなる。つまり、差圧式推定方法は、差圧と堆積量との間の相関関係を利用して、堆積量を推定する。なお、厳密には、堆積量は、差圧センサ40によって得られる差圧に、排気ガスの流量による補正を加えることによって得られている。排気ガスの流量は、エンジンの運転条件に基づいて推定される。   The differential pressure type estimation method is a method for estimating the deposition amount based on the differential pressure between both sides of the filter 19. As the amount of deposition increases, clogging of the filter 19 increases, and the differential pressure of the filter 19 increases. On the contrary, the differential pressure of the filter 19 decreases as the accumulation amount decreases. That is, the differential pressure type estimation method estimates the deposition amount using the correlation between the differential pressure and the deposition amount. Strictly speaking, the accumulation amount is obtained by adding a correction based on the flow rate of the exhaust gas to the differential pressure obtained by the differential pressure sensor 40. The flow rate of the exhaust gas is estimated based on the operating conditions of the engine.

図3から図7を参照して、フィルタ19の再生を説明する。以下において、各種の温度(℃)および堆積量(g/L)の数値が列挙されているが、これらの数値は本実施形態において用いられた一例としての数値にすぎない。なお、堆積量の単位g/Lは、単位体積あたりのPMの重量を示している。   The regeneration of the filter 19 will be described with reference to FIGS. In the following, numerical values of various temperatures (° C.) and deposition amounts (g / L) are listed, but these numerical values are merely exemplary numerical values used in the present embodiment. The unit g / L of the deposition amount indicates the weight of PM per unit volume.

フィルタ19の再生は、酸素によるPMの燃焼および二酸化窒素によるPMの酸化によって、行われる。燃焼または酸化により、フィルタ19に堆積したPMが除去される。酸素によるPMの燃焼は、PMの自己着火による燃焼を示している。自己着火は、PMの温度がPMの燃焼温度(400℃)を超える場合に発生する。二酸化窒素はPMに対して酸化剤として機能する。酸化触媒18の温度が所定の活性化温度(300℃)を超えると、酸化触媒18が活性化し、排気ガス中の窒素酸化物から高活性な二酸化窒素が生成される。フィルタ19は酸化触媒18の下流側に設けられているので、酸化触媒18の周辺で生成された二酸化窒素がフィルタ19を通過する。このため、フィルタ19に堆積したPMが酸化され、除去される。なお、触媒入口温度が高温(550℃)以上になると、二酸化窒素が生成されなくなるため、酸素による燃焼のみによって再生が行われる。   The regeneration of the filter 19 is performed by combustion of PM with oxygen and oxidation of PM with nitrogen dioxide. PM accumulated on the filter 19 is removed by combustion or oxidation. Combustion of PM by oxygen indicates combustion by self-ignition of PM. Self-ignition occurs when the PM temperature exceeds the PM combustion temperature (400 ° C.). Nitrogen dioxide functions as an oxidizing agent for PM. When the temperature of the oxidation catalyst 18 exceeds a predetermined activation temperature (300 ° C.), the oxidation catalyst 18 is activated, and highly active nitrogen dioxide is generated from nitrogen oxides in the exhaust gas. Since the filter 19 is provided on the downstream side of the oxidation catalyst 18, nitrogen dioxide generated around the oxidation catalyst 18 passes through the filter 19. For this reason, PM deposited on the filter 19 is oxidized and removed. Note that when the catalyst inlet temperature is higher than the high temperature (550 ° C.), nitrogen dioxide is not generated, and regeneration is performed only by combustion with oxygen.

触媒入口温度が活性化温度よりも低い場合、二酸化窒素による酸化および酸素による燃焼は発生しない。このため、エンジン1は、触媒入口温度を高めるために、排気絞りおよび燃料噴射パターンの変更を利用する。   When the catalyst inlet temperature is lower than the activation temperature, oxidation by nitrogen dioxide and combustion by oxygen do not occur. For this reason, the engine 1 uses the change of the exhaust throttle and the fuel injection pattern in order to increase the catalyst inlet temperature.

図3は、燃料噴射パターンの一例を示す図である。図3において、横軸は噴射時期を示しており、縦軸は噴射量を示している。燃料噴射パターンは、噴射時期および噴射量によって規定された燃料噴射の形態を示している。図3に示される燃料噴射パターンは、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、およびポスト噴射を含んでいる。メイン噴射の噴射期間は上死点(TDC)を含んでいる。プレ噴射は、着火性確保のために実行される。メイン噴射は、主燃焼のために実行される。アフタ噴射は触媒入口温度を上昇させるために実行され、ポスト噴射はフィルタ入口温度を上昇させるために実行される。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a fuel injection pattern. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the injection timing, and the vertical axis indicates the injection amount. The fuel injection pattern indicates the form of fuel injection defined by the injection timing and the injection amount. The fuel injection pattern shown in FIG. 3 includes pre-injection, main injection, after-injection, and post-injection. The injection period of the main injection includes top dead center (TDC). Pre-injection is performed to ensure ignitability. Main injection is performed for main combustion. After-injection is performed to increase the catalyst inlet temperature and post-injection is performed to increase the filter inlet temperature.

吸気スロットル弁3に吸気絞りを実行させることにより、エンジン1に掛かる負荷が増大するので、燃料の噴射量(メイン噴射量)が増大する。この結果、触媒入口温度が上昇する。また、燃料噴射装置13に実行させる燃料噴射パターンを変更することにより、トルクを増大させることなく、燃料の総噴射量を増やすことができる。具体的には、メイン噴射のリタードおよび/またはアフタ噴射の使用が行われる。この結果、フィルタ入口温度が上昇する。その上ポスト噴射を含むように燃料噴射パターンが設定されると、更に燃料の総噴射量が増大する。この場合、ポスト噴射で供給された燃料が酸化触媒18で燃焼し、フィルタ入口温度が触媒入口温度に対して大きく上昇する。   By causing the intake throttle valve 3 to perform intake throttling, the load applied to the engine 1 increases, so the fuel injection amount (main injection amount) increases. As a result, the catalyst inlet temperature rises. Further, by changing the fuel injection pattern to be executed by the fuel injection device 13, the total fuel injection amount can be increased without increasing the torque. Specifically, the main injection retard and / or after injection is used. As a result, the filter inlet temperature rises. In addition, when the fuel injection pattern is set so as to include post injection, the total fuel injection amount further increases. In this case, the fuel supplied by the post injection is combusted by the oxidation catalyst 18, and the filter inlet temperature rises greatly with respect to the catalyst inlet temperature.

図4は、制御モードの一覧表を示す図である。エンジン1は、6つの可能な制御モードを備えている。6つの制御モードは、自己再生モード、アシスト再生モード、リセット再生モード、ステーショナリ待機モード、ステーショナリ再生モード、およびメンテナンス待機モードからなっている。エンジン1が起動されているとき、6つの制御モードのうちのいずれか1つが選択されており、選択された制御モードに基づいてECU50はエンジン1を制御する。これらの制御モードのそれぞれについて、制御条件、開始条件、および終了条件が設定されている。制御条件は、燃料噴射パターンの構成、吸気絞りの絞り量、および目標回転速度の構成からなっている。燃料噴射パターンの構成は、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、およびポスト噴射の有無、ならびに、これらの噴射の噴射量および噴射時期を示している。目標回転速度の構成は、目標回転速度の有無およびその大きさを示している。   FIG. 4 is a diagram showing a list of control modes. The engine 1 has six possible control modes. The six control modes are a self-regeneration mode, an assist regeneration mode, a reset regeneration mode, a stationary standby mode, a stationary regeneration mode, and a maintenance standby mode. When the engine 1 is activated, any one of the six control modes is selected, and the ECU 50 controls the engine 1 based on the selected control mode. Control conditions, start conditions, and end conditions are set for each of these control modes. The control conditions include a fuel injection pattern configuration, an intake throttle amount, and a target rotational speed configuration. The configuration of the fuel injection pattern indicates the presence / absence of pre-injection, main injection, after-injection, and post-injection, and the injection amount and injection timing of these injections. The configuration of the target rotational speed indicates the presence / absence and the magnitude of the target rotational speed.

自己再生モードは、フィルタ19を再生するための特別な制御を実行しない制御モードである。自己再生モードでは、通常運転が実行される。図3に示されるように、自己再生モードにおける燃料噴射パターンは、プレ噴射およびメイン噴射からなっている。通常運転(自己再生モード)中に触媒入口温度が活性化温度よりも高くなれば、フィルタ19の再生が自動的に行われる。   The self-regeneration mode is a control mode in which no special control for regenerating the filter 19 is performed. In the self-regeneration mode, normal operation is executed. As shown in FIG. 3, the fuel injection pattern in the self-regeneration mode includes pre-injection and main injection. If the catalyst inlet temperature becomes higher than the activation temperature during normal operation (self-regeneration mode), the filter 19 is automatically regenerated.

アシスト再生モードは、ポスト噴射を使用することなくフィルタ19を再生するための制御モードである。アシスト再生モードでは、触媒入口温度を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、かつ吸気絞りが使用される。図3に示されるように、アシスト再生モードにおける燃料噴射パターンは、プレ噴射、メイン噴射、およびアフタ噴射からなっている。また、アシスト再生モードにおけるメイン噴射の噴射時期は、自己再生モードにおけるメイン噴射の噴射時期よりも遅延している。メイン噴射の噴射時期の遅延およびアフタ噴射の使用は、トルク発生に寄与する燃料量の割合を低下させ、温度上昇に寄与する燃料量の割合を増大させる。また、吸気絞りは、エンジン1に掛かる負荷を増大させるので、メイン噴射量を増大させる。図3に示されるように、メイン噴射は、圧縮行程および膨張行程に実行される。つまり、アシスト再生モードでは、圧縮行程および膨張行程における総噴射量が増加されている。このため、触媒入口温度が上昇する。   The assist regeneration mode is a control mode for regenerating the filter 19 without using post injection. In the assist regeneration mode, the fuel injection pattern is set so as to increase the catalyst inlet temperature, and the intake throttle is used. As shown in FIG. 3, the fuel injection pattern in the assist regeneration mode includes pre-injection, main injection, and after-injection. Further, the injection timing of the main injection in the assist regeneration mode is delayed from the injection timing of the main injection in the self regeneration mode. The delay in the injection timing of the main injection and the use of after-injection reduce the proportion of the fuel amount that contributes to torque generation and increase the proportion of the fuel amount that contributes to the temperature increase. Further, the intake air throttle increases the load applied to the engine 1, so the main injection amount is increased. As shown in FIG. 3, the main injection is executed in the compression stroke and the expansion stroke. That is, in the assist regeneration mode, the total injection amount in the compression stroke and the expansion stroke is increased. For this reason, the catalyst inlet temperature rises.

アシスト再生モードは、活性化温度よりも高く燃焼温度よりも低いアシスト目標温度(350℃)に触媒入口温度を到達させることを目的としている。触媒入口温度が活性化温度に到達すると、フィルタ19が緩やかに再生される。しかし、アシスト再生モードでは作業の実行が許可されており、回転速度の変動が想定される。回転速度が変動するとメイン噴射量も変動し、触媒入口温度も変動する。このため、回転速度が低く保たれている場合、触媒入口温度がアシスト目標温度に到達しない。   The assist regeneration mode is intended to reach the catalyst inlet temperature at an assist target temperature (350 ° C.) that is higher than the activation temperature and lower than the combustion temperature. When the catalyst inlet temperature reaches the activation temperature, the filter 19 is gradually regenerated. However, the execution of work is permitted in the assist playback mode, and fluctuations in the rotational speed are assumed. When the rotational speed varies, the main injection amount also varies, and the catalyst inlet temperature also varies. For this reason, when the rotational speed is kept low, the catalyst inlet temperature does not reach the assist target temperature.

リセット再生モードは、ポスト噴射を使用してフィルタ19を急速に再生するための制御モードである。リセット再生モードでは、フィルタ入口温度を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、かつ吸気絞りが使用される。図3に示されるように、リセット再生モードにおける燃料噴射パターンは、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、およびポスト噴射からなっている。つまり、リセット再生モードにおける制御条件は、アシスト再生モードにおける制御条件に加えて、ポスト噴射の使用を含んでいる。触媒入口温度が活性化温度を超えているときにポスト噴射が実行されると、酸化触媒18で燃料が燃焼する。この結果、排気ガスが更に加熱され、フィルタ入口温度が更に上昇する。   The reset regeneration mode is a control mode for rapidly regenerating the filter 19 using post injection. In the reset regeneration mode, the fuel injection pattern is set so as to increase the filter inlet temperature, and the intake throttle is used. As shown in FIG. 3, the fuel injection pattern in the reset regeneration mode includes pre-injection, main injection, after-injection, and post-injection. That is, the control condition in the reset regeneration mode includes the use of post injection in addition to the control condition in the assist regeneration mode. If post-injection is executed when the catalyst inlet temperature exceeds the activation temperature, the fuel burns in the oxidation catalyst 18. As a result, the exhaust gas is further heated, and the filter inlet temperature further increases.

リセット再生モードは、堆積量がほとんどゼロになるように、燃焼温度よりも高いリセット目標温度(600℃)にフィルタ入口温度を到達させることを目的としている。フィルタ入口温度がリセット目標温度(600℃)に到達すると、フィルタ19が比較的短時間で再生される。しかし、リセット再生モードでも作業の実行が許可されており、回転速度の変動が想定される。このため、回転速度が低く保たれている場合、フィルタ入口温度がリセット目標温度に到達しない。   The reset regeneration mode is intended to reach the filter inlet temperature to a reset target temperature (600 ° C.) higher than the combustion temperature so that the accumulation amount becomes almost zero. When the filter inlet temperature reaches the reset target temperature (600 ° C.), the filter 19 is regenerated in a relatively short time. However, the execution of work is permitted even in the reset regeneration mode, and fluctuations in the rotational speed are assumed. For this reason, when the rotation speed is kept low, the filter inlet temperature does not reach the reset target temperature.

自己再生モード、アシスト再生モード、およびリセット再生モードでは、上述したように回転速度が固定されていないため、触媒入口温度またはフィルタ入口温度が良好に上昇しない場合がある。このような場合、フィルタ19の再生が良好に行われない。このため、フィルタ19の再生が確実に行われるように、ステーショナリ再生モードが設けられている。   In the self regeneration mode, the assist regeneration mode, and the reset regeneration mode, since the rotational speed is not fixed as described above, the catalyst inlet temperature or the filter inlet temperature may not be favorably increased. In such a case, the regeneration of the filter 19 is not performed well. Therefore, a stationary regeneration mode is provided so that the filter 19 is reliably regenerated.

ステーショナリ再生モードは、回転速度を所定回転速度に維持しかつポスト噴射を使用して、フィルタ19を急速に再生するための制御モードである。ステーショナリ再生モードでは、フィルタ入口温度を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、吸気絞りが使用され、かつ目標回転速度が所定回転速度に維持される。つまり、ステーショナリ再生モードでは、リセット再生モードにおいて実行される制御に加えて、回転速度が固定されている。所定回転速度は、本実施形態では2200rpmである。ステーショナリ再生モードの制御条件は、フィルタ入口温度が燃焼温度(400℃)よりも高いステーショナリ目標温度(600℃)に到達するように、設定されている。本実施形態では、ステーショナリ目標温度は、リセット目標温度に等しい。   The stationary regeneration mode is a control mode for rapidly regenerating the filter 19 while maintaining the rotational speed at a predetermined rotational speed and using post injection. In the stationary regeneration mode, the fuel injection pattern is set so as to increase the filter inlet temperature, the intake throttle is used, and the target rotational speed is maintained at a predetermined rotational speed. That is, in the stationary regeneration mode, the rotational speed is fixed in addition to the control executed in the reset regeneration mode. The predetermined rotation speed is 2200 rpm in this embodiment. The control conditions in the stationary regeneration mode are set so that the filter inlet temperature reaches a stationary target temperature (600 ° C.) higher than the combustion temperature (400 ° C.). In the present embodiment, the stationary target temperature is equal to the reset target temperature.

フィルタ入口温度が高くなると、堆積量が減少する速度が増大する。ただし、フィルタ入口温度が高くなりすぎると、フィルタ19が溶けたり、割れてしまう虞がある。このため、ステーショナリ再生モードの実行時間が短時間である所定時間H5a(30分)になるように、ステーショナリ目標温度(600℃)の高さが設定されている。同様に、リセット再生モードの実行時間も短時間である所定時間H3a(30分)になるように、リセット目標温度の高さも設定されている。   As the filter inlet temperature increases, the rate at which the amount of deposition decreases increases. However, if the filter inlet temperature becomes too high, the filter 19 may be melted or cracked. For this reason, the stationary target temperature (600 ° C.) is set so that the execution time of the stationary regeneration mode is a predetermined time H5a (30 minutes), which is a short time. Similarly, the height of the reset target temperature is also set so that the execution time of the reset regeneration mode is also a predetermined time H3a (30 minutes), which is a short time.

ステーショナリ待機モードは、ステーショナリ再生モードの実行を待機するための制御モードである。自己再生モード、アシスト再生モード、およびリセット再生モードで、フィルタ19の再生が良好に行われない場合、上述したようにステーショナリ再生モードを実行する必要がある。しかしながら、ステーショナリ再生モードでは回転速度が所定回転速度に保たれる。作業中に突然ステーショナリ再生モードが実行されることは、急激な回転速度の変動を招くため、好ましくない。このため、オペレータからの指令を待機するために、ステーショナリ待機モードが設けられている。ステーショナリ待機モードでは、ECU50は、ステーショナリ警告を発するように、警告装置15を作動させる。ステーショナリ警告は、オペレータにステーショナリ再生モードの実行を促す警告である。ECU50は、具体的には警告ランプを点灯させる。オペレータはステーショナリ警告を受けると、作業を中止し、必要に応じてエンジン1を搭載する作業車両を作業場所から別の場所に移動させる。その後、オペレータは、ステーショナリ再生ボタン16を介してステーショナリ再生指示を入力する。ステーショナリ再生指示が入力されると、ステーショナリ再生モードが開始される。   The stationary standby mode is a control mode for waiting for execution of the stationary regeneration mode. When the regeneration of the filter 19 is not performed well in the self regeneration mode, the assist regeneration mode, and the reset regeneration mode, it is necessary to execute the stationary regeneration mode as described above. However, in the stationary regeneration mode, the rotation speed is maintained at a predetermined rotation speed. It is not preferable that the stationary regeneration mode is suddenly executed during the work because it causes a sudden change in the rotational speed. For this reason, a stationary standby mode is provided in order to wait for a command from the operator. In the stationary standby mode, the ECU 50 operates the warning device 15 so as to issue a stationary warning. The stationary warning is a warning that prompts the operator to execute the stationary regeneration mode. Specifically, the ECU 50 turns on a warning lamp. Upon receiving the stationary warning, the operator stops the work and moves the work vehicle equipped with the engine 1 from the work place to another place as necessary. Thereafter, the operator inputs a stationary regeneration instruction via the stationary regeneration button 16. When a stationary regeneration instruction is input, the stationary regeneration mode is started.

EGR(排気再循環)は、自己再生モードでは使用可能である。一方、アシスト再生モード、リセット再生モード、およびステーショナリ再生モードでは、EGRは使用されない。これらの制御モードでは総噴射量が増量されており、未燃炭化水素の発生量も増加する。つまり、未燃炭化水素がEGR管8に付着するのを防止するために、これらの制御モードではEGRが使用されない。   EGR (exhaust gas recirculation) can be used in the self-regeneration mode. On the other hand, EGR is not used in the assist regeneration mode, the reset regeneration mode, and the stationary regeneration mode. In these control modes, the total injection amount is increased, and the amount of unburned hydrocarbons generated is also increased. That is, EGR is not used in these control modes in order to prevent unburned hydrocarbons from adhering to the EGR pipe 8.

図5は、自己再生領域、再生可能領域、および再生不可能領域を示す図である。図5において、横軸はエンジン1の回転速度を示しており、縦軸は負荷(トルク)を示している。図5にエンジン1の出力特性カーブが描かれており、この出力特性カーブ内の領域が、自己再生領域、再生可能領域、および再生不可能領域に分割されている。第1境界線L1は、自己再生領域と再生可能領域との境界を示している。第2境界線L2は、再生可能領域と再生不可能領域との境界を示している。第1境界線L1は、通常運転における触媒入口温度が活性化温度(300℃)であるときの回転速度−トルクカーブを示している。つまり、自己再生領域は、触媒入口温度が活性化温度以上である領域を示している。回転速度およびトルクが自己再生領域内にあるとき、特別な制御を行うことなくフィルタ19が再生されている。つまり、自己再生領域は、自己再生モードにおいて必ずフィルタ19が再生される領域を示している。第2境界線L2は、通常運転における触媒入口温度が再生限界温度にあるときの回転速度−トルクカーブを示している。リセット再生モードの実行により触媒入口温度が上昇する。しかし、通常運転における触媒入口温度が低すぎるとリセット再生モードが実行されても触媒入口温度が活性化温度に到達しない。再生限界温度は、活性化温度に到達可能な触媒入口温度の下限値を示している。再生可能領域は、触媒入口温度が活性化温度より低く、再生限界温度以上である領域を示している。回転速度およびトルクが再生可能領域内にあるとき、アシスト再生モードまたはリセット再生モードが実行されれば、フィルタ19の再生が可能である。再生不可能領域は、触媒入口温度が再生限界温度よりも低い領域を示している。回転速度およびトルクが再生不可能領域内にあるとき、アシスト再生モードおよびリセット再生モードのいずれが実行されても、フィルタ19の再生は不可能である。   FIG. 5 is a diagram showing a self-reproducing area, a reproducible area, and a non-reproducible area. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the rotational speed of the engine 1, and the vertical axis indicates the load (torque). FIG. 5 shows an output characteristic curve of the engine 1, and an area within the output characteristic curve is divided into a self-reproducing area, a reproducible area, and a non-reproducible area. The first boundary line L1 indicates the boundary between the self-reproducing area and the reproducible area. The second boundary line L2 indicates the boundary between the reproducible area and the non-reproducible area. The first boundary line L1 shows the rotational speed-torque curve when the catalyst inlet temperature in normal operation is the activation temperature (300 ° C.). That is, the self-regeneration region indicates a region where the catalyst inlet temperature is equal to or higher than the activation temperature. When the rotation speed and torque are within the self-regeneration region, the filter 19 is regenerated without performing special control. That is, the self-reproducing area indicates an area where the filter 19 is necessarily reproduced in the self-reproducing mode. The second boundary line L2 indicates the rotational speed-torque curve when the catalyst inlet temperature in the normal operation is at the regeneration limit temperature. The catalyst inlet temperature rises by executing the reset regeneration mode. However, if the catalyst inlet temperature in normal operation is too low, the catalyst inlet temperature does not reach the activation temperature even if the reset regeneration mode is executed. The regeneration limit temperature indicates the lower limit value of the catalyst inlet temperature at which the activation temperature can be reached. The reproducible region indicates a region where the catalyst inlet temperature is lower than the activation temperature and is equal to or higher than the regeneration limit temperature. If the assist regeneration mode or the reset regeneration mode is executed when the rotation speed and torque are within the reproducible region, the filter 19 can be regenerated. The non-renewable region indicates a region where the catalyst inlet temperature is lower than the regeneration limit temperature. When the rotation speed and the torque are within the non-recoverable region, the filter 19 cannot be regenerated regardless of whether the assist regeneration mode or the reset regeneration mode is executed.

ステーショナリ再生モードでは、回転速度が所定回転速度R0に維持される。図5において、回転速度が所定回転速度R0以上である場合、再生不可能領域は存在しない。このため、ステーショナリ再生モードでは、触媒入口温度が必ず活性化温度に到達し、フィルタ19の再生が必ず行われる。所定回転速度R0は、図5に示されるような実験的に得られた出力特性カーブに基づいて特定される。   In the stationary regeneration mode, the rotational speed is maintained at a predetermined rotational speed R0. In FIG. 5, when the rotation speed is equal to or higher than the predetermined rotation speed R0, there is no non-reproducible area. For this reason, in the stationary regeneration mode, the catalyst inlet temperature always reaches the activation temperature, and the filter 19 is necessarily regenerated. The predetermined rotational speed R0 is specified based on an experimentally obtained output characteristic curve as shown in FIG.

図6を参照して、制御モードの変更に応じた堆積量の時間変化の一例を説明する。図6は、堆積量の時間変化の一例を示す図である。図6において、横軸はエンジン1の連続運転時間(hr)であり、縦軸は堆積量(g/L)である。なお、説明の便宜を考慮して制御の遅れによる時間差は無視している。   With reference to FIG. 6, an example of the temporal change of the deposition amount according to the change of the control mode will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a temporal change in the deposition amount. In FIG. 6, the horizontal axis represents the continuous operation time (hr) of the engine 1, and the vertical axis represents the accumulation amount (g / L). Note that the time difference due to the control delay is ignored for convenience of explanation.

時刻T0から時刻T1まで、自己再生モード(通常運転)が実行されており、堆積量が増加している。時刻T1に堆積量がアシストしきい値A2(8g/L)に到達しており、制御モードが自己再生モードからアシスト再生モードに変更される。堆積量がアシストしきい値A2以上になることは、アシスト再生モードの開始条件の1つである。時刻T1から時刻T2まで、アシスト再生モードの制御により、堆積量が減少している。時刻T2に堆積量が許容しきい値A1(6g/L)に到達しており、制御モードがアシスト再生モードから自己再生モードに変更される。堆積量が許容しきい値A1よりも小さくなることは、自己再生モードの開始条件の1つである。時刻T2から時刻T3まで自己再生モードが実行されており、堆積量が増加する。また、時刻T3から時刻T4までアシスト再生モードが実行されており、堆積量が減少する。このように、基本的には、自己再生モードおよびアシスト再生モードが交互に繰り返し実行される。この結果、堆積量の増大が抑制される。   From time T0 to time T1, the self-regeneration mode (normal operation) is executed, and the amount of deposition is increasing. At time T1, the accumulation amount reaches the assist threshold value A2 (8 g / L), and the control mode is changed from the self regeneration mode to the assist regeneration mode. One of the conditions for starting the assist regeneration mode is that the deposition amount is equal to or greater than the assist threshold value A2. From time T1 to time T2, the accumulation amount is decreased by the control of the assist regeneration mode. At time T2, the deposition amount reaches the allowable threshold value A1 (6 g / L), and the control mode is changed from the assist regeneration mode to the self regeneration mode. One of the conditions for starting the self-regeneration mode is that the deposition amount is smaller than the allowable threshold value A1. The self-regeneration mode is executed from time T2 to time T3, and the deposition amount increases. Further, the assist regeneration mode is executed from the time T3 to the time T4, and the deposition amount decreases. In this way, basically, the self-regeneration mode and the assist regeneration mode are repeatedly executed alternately. As a result, an increase in the deposition amount is suppressed.

時刻T5は、時刻T4よりも後の時刻を示している。時刻T5から時刻T6まで自己再生モードが実行されており、堆積量が増加している。時刻T6に連続運転時間が許容連続時間Hd(100時間)に到達しており、制御モードが自己再生モードからリセット再生モードに変更される。連続運転時間が許容連続時間Hdを超えることは、リセット再生モードの開始条件の1つである。時刻T6から時刻T7までリセット再生モードが実行されており、堆積量が大きく減少し、ほとんどゼロになっている。リセット再生モードが終了すると、連続運転時間が0時間にリセットされる。時刻T0および時刻T6は、連続運転時間が0時間の時刻を示している。   Time T5 indicates a time later than time T4. The self-regeneration mode is executed from time T5 to time T6, and the deposition amount increases. At time T6, the continuous operation time has reached the allowable continuous time Hd (100 hours), and the control mode is changed from the self-regeneration mode to the reset regeneration mode. The continuous operation time exceeding the allowable continuous time Hd is one of the conditions for starting the reset regeneration mode. The reset regeneration mode is executed from time T6 to time T7, and the amount of deposition is greatly reduced to almost zero. When the reset regeneration mode ends, the continuous operation time is reset to 0 hour. Time T0 and time T6 indicate times when the continuous operation time is 0 hour.

時刻T8は、時刻T7よりも後の時刻を示している。時刻T8から時刻T9まで制御モードが自己再生モードに保たれており、堆積量が増加している。時刻T9に堆積量がアシストしきい値A2(8g/L)に到達しており、制御モードが自己再生モードからアシスト再生モードに変更される。時刻T9から時刻T10まで制御モードがアシスト再生モードに保たれている。しかし、アシスト再生モードが実行されているにも拘わらず、堆積量が増加している。上述したように、例えば回転速度が低い場合にこのような状況が発生する。このため、時刻T10に、堆積量がステーショナリしきい値A3(10g/L)に到達しており、制御モードがアシスト再生モードからステーショナリ待機モードに変更される。ステーショナリ待機モードでは、ステーショナリ警告が発せられている。オペレータは、ステーショナリ警告に応じて、ステーショナリ再生モードを実行させるために例えば作業の中止を決定する。時刻T11に、ステーショナリ再生モード指令が手動で入力されており、制御モードがステーショナリ待機モードからステーショナリ再生モードに変更される。時刻T11から時刻T12までステーショナリ再生モードが実行されており、堆積量が大きく減少し、許容しきい値A1(6g/L)よりも小さくなっている。   Time T8 indicates a time later than time T7. From time T8 to time T9, the control mode is maintained in the self-regeneration mode, and the deposition amount increases. At time T9, the accumulation amount reaches the assist threshold value A2 (8 g / L), and the control mode is changed from the self regeneration mode to the assist regeneration mode. From time T9 to time T10, the control mode is maintained in the assist playback mode. However, although the assist regeneration mode is being executed, the deposition amount is increasing. As described above, such a situation occurs when the rotational speed is low, for example. For this reason, at time T10, the accumulation amount reaches the stationary threshold A3 (10 g / L), and the control mode is changed from the assist regeneration mode to the stationary standby mode. In the stationary standby mode, a stationary warning is issued. In response to the stationary warning, the operator decides, for example, to stop the operation in order to execute the stationary regeneration mode. At time T11, a stationary regeneration mode command is manually input, and the control mode is changed from the stationary standby mode to the stationary regeneration mode. The stationary regeneration mode is executed from the time T11 to the time T12, the accumulation amount is greatly reduced, and is smaller than the allowable threshold value A1 (6 g / L).

次に、メンテナンス待機モードを説明する。制御モードがステーショナリ再生モードに変更されれば、通常、フィルタ19の再生は確実に行われる。しかし、ステーショナリ再生モードへの変更は手動により行われる。このため、ステーショナリ再生モードが実行されないまま、エンジン1の駆動が継続すると、堆積量が過剰になってしまう。堆積量が過剰になっているときにリセット再生モードまたはステーショナリ再生モードが実行されると、フィルタ19上のPMが連鎖的に燃焼する虞がある。以下、この連鎖的な燃焼を、急激な再生と呼ぶ。急激な再生に伴って高熱が発生するため、その高熱によりフィルタ19が溶けてしまう、あるいは割れてしまう虞がある。そこで、過剰な堆積の発生時にフィルタ19の再生を禁止するための制御モードとして、メンテナンス待機モードが設けられている。   Next, the maintenance standby mode will be described. If the control mode is changed to the stationary regeneration mode, the filter 19 is normally reliably regenerated. However, the change to the stationary regeneration mode is performed manually. For this reason, if the driving of the engine 1 is continued without the stationary regeneration mode being executed, the accumulation amount becomes excessive. If the reset regeneration mode or the stationary regeneration mode is executed when the accumulation amount is excessive, the PM on the filter 19 may burn in a chain. Hereinafter, this chain combustion is called rapid regeneration. Since high heat is generated with rapid regeneration, the high heat may cause the filter 19 to melt or break. Therefore, a maintenance standby mode is provided as a control mode for prohibiting regeneration of the filter 19 when excessive deposition occurs.

堆積量がメンテナンスしきい値を超えている場合、制御モードがメンテナンス待機モードに変更される。メンテナンスしきい値A4(12g/L)は、アシストしきい値A2(8g/L)およびステーショナリしきい値A3(10g/L)よりも大きな値である。ステーショナリ待機モードと同様に、オペレータからの指令を待機するために、メンテナンス待機モードが設けられている。メンテナンス待機モードでは、ECU50は、メンテナンス警告を発するように、警告装置15を作動させる。メンテナンス警告は、オペレータにエンジン1のメンテナンスの実行を促す警告である。ECU50は、具体的には警告ランプを点灯させる。オペレータはメンテナンス警告を受けると、必要に応じてエンジン1を搭載する作業車両を作業場所から別の場所に移動させ、エンジン1の駆動を停止させる。   When the accumulation amount exceeds the maintenance threshold value, the control mode is changed to the maintenance standby mode. The maintenance threshold A4 (12 g / L) is larger than the assist threshold A2 (8 g / L) and the stationary threshold A3 (10 g / L). Similar to the stationary standby mode, a maintenance standby mode is provided to wait for a command from the operator. In the maintenance standby mode, the ECU 50 operates the warning device 15 so as to issue a maintenance warning. The maintenance warning is a warning that prompts the operator to perform maintenance of the engine 1. Specifically, the ECU 50 turns on a warning lamp. When receiving the maintenance warning, the operator moves the work vehicle equipped with the engine 1 from the work place to another place as necessary, and stops the driving of the engine 1.

図7は、制御モードの遷移を示すフロー図である。図7において、ECU50は、制御モードとして、自己再生モードM1、アシスト再生モードM2、リセット再生モードM3、ステーショナリ待機モードM4、ステーショナリ再生モードM5、およびメンテナンス待機モードM6のいずれか1つを選択する。各制御モードは、所定の開始条件が満たされると開始され、所定の終了条件が満たされると終了し、別の制御モードに移行する。基本的には、堆積量の増加または減少に伴って、制御モードの遷移が発生する。   FIG. 7 is a flowchart showing the transition of the control mode. In FIG. 7, the ECU 50 selects any one of a self-regeneration mode M1, an assist regeneration mode M2, a reset regeneration mode M3, a stationary standby mode M4, a stationary regeneration mode M5, and a maintenance standby mode M6 as a control mode. Each control mode starts when a predetermined start condition is satisfied, ends when a predetermined end condition is satisfied, and shifts to another control mode. Basically, a transition of the control mode occurs as the deposition amount increases or decreases.

図7において、実線および破線の矢印で示される条件は、堆積量の判定条件を含んでいる。堆積量の推定は、上述したように、計算式推定方法および差圧式推定方法に基づいて行われる。堆積量が増加すると差圧式推定方法による推定の精度は低下するため、堆積量が比較的大きい場合には差圧式推定方法は用いられない。一方、堆積量が比較的小さい場合には、計算式推定方法および差圧式推定方法の双方が用いられる。実線の矢印は、計算式推定方法および差圧式推定方法の双方が用いられる場合を示している。破線の矢印は、計算式推定方法のみが用いられる場合を示している。また、二点鎖線の矢印で示される条件は、堆積量以外の判定条件を示している。   In FIG. 7, the conditions indicated by the solid and dashed arrows include the deposition amount determination conditions. As described above, the accumulation amount is estimated based on the calculation formula estimation method and the differential pressure type estimation method. Since the accuracy of estimation by the differential pressure type estimation method decreases as the deposition amount increases, the differential pressure type estimation method is not used when the deposition amount is relatively large. On the other hand, when the accumulation amount is relatively small, both the calculation formula estimation method and the differential pressure type estimation method are used. A solid line arrow indicates a case where both the calculation formula estimation method and the differential pressure type estimation method are used. A broken arrow indicates a case where only the calculation formula estimation method is used. Further, the conditions indicated by the two-dot chain line arrows indicate determination conditions other than the deposition amount.

エンジン1が起動されたとき、まず、自己再生モードM1が制御モードとして選択される。   When the engine 1 is started, first, the self-regeneration mode M1 is selected as the control mode.

自己再生モードM1において条件C1が満たされる場合、制御モードが自己再生モードM1からアシスト再生モードM2に変更される。条件C1は「堆積量≧アシストしきい値A2(8g/L)」である。アシスト再生モードM2において条件C2または条件C3が満たされる場合、制御モードは、アシスト再生モードM2から自己再生モードM1に変更される。条件C2は「アシスト再生モードM2の実行時間≧所定時間H2a(30分)」である。条件C3は、「堆積量<許容しきい値A1(6g/L)」である。   When the condition C1 is satisfied in the self regeneration mode M1, the control mode is changed from the self regeneration mode M1 to the assist regeneration mode M2. Condition C1 is “deposition amount ≧ assist threshold value A2 (8 g / L)”. When the condition C2 or the condition C3 is satisfied in the assist regeneration mode M2, the control mode is changed from the assist regeneration mode M2 to the self regeneration mode M1. Condition C2 is “execution time of assist regeneration mode M2 ≧ predetermined time H2a (30 minutes)”. The condition C3 is “deposition amount <allowable threshold A1 (6 g / L)”.

自己再生モードM1において条件C4が満たされる場合、制御モードが自己再生モードM1からリセット再生モードM3に変更される。条件C4は「連続運転時間≧許容連続時間Hd(100時間)」である。アシスト再生モードM2において条件C5または条件C6が満たされる場合、制御モードがアシスト再生モードM2からリセット再生モードM3に変更される。条件C5は「連続運転時間≧許容連続時間Hd(100時間)」である。条件C6は「堆積量≧アシストしきい値A2(8g/L)、かつアシスト再生モードM2の実行時間≧所定時間H2c(10分)」である。また、リセット再生モードM3において条件C7または条件C8が満たされる場合、制御モードがリセット再生モードM3から自己再生モードM1に変更される。条件C7は「リセット再生モードの有効時間≧所定時間H3b(25分)」である。リセット再生モードM3の有効時間は、リセット再生モードM3の実行中にフィルタ入口温度がリセット目標温度(600℃)以上に保たれる時間を示している。ECU50は、フィルタ入口温度センサ35の検出情報に基づいて、有効時間を計測する。条件C8は「リセット再生モードの実行時間≧所定時間H3a(30分)」である。   When the condition C4 is satisfied in the self regeneration mode M1, the control mode is changed from the self regeneration mode M1 to the reset regeneration mode M3. Condition C4 is “continuous operation time ≧ allowable continuous time Hd (100 hours)”. When the condition C5 or the condition C6 is satisfied in the assist regeneration mode M2, the control mode is changed from the assist regeneration mode M2 to the reset regeneration mode M3. Condition C5 is “continuous operation time ≧ allowable continuous time Hd (100 hours)”. Condition C6 is “deposition amount ≧ assist threshold A2 (8 g / L) and execution time of assist regeneration mode M2 ≧ predetermined time H2c (10 minutes)”. When the condition C7 or the condition C8 is satisfied in the reset regeneration mode M3, the control mode is changed from the reset regeneration mode M3 to the self regeneration mode M1. Condition C7 is “effective time of reset regeneration mode ≧ predetermined time H3b (25 minutes)”. The valid time of the reset regeneration mode M3 indicates a time during which the filter inlet temperature is maintained at the reset target temperature (600 ° C.) or higher during the execution of the reset regeneration mode M3. The ECU 50 measures the valid time based on the detection information of the filter inlet temperature sensor 35. Condition C8 is “reset regeneration mode execution time ≧ predetermined time H3a (30 minutes)”.

アシスト再生モードM2において条件C9が満たされる場合、制御モードがアシスト再生モードM2からステーショナリ待機モードM4に変更される。条件C9は「堆積量≧ステーショナリしきい値A3(10g/L)」である。リセット再生モードM3において条件C10または条件C11が満たされる場合、制御モードがリセット再生モードM3からステーショナリ待機モードM4に変更される。条件C10は「堆積量≧ステーショナリしきい値A3(10g/L)」である。条件C11は「堆積量≧アシストしきい値A2(8g/L)、かつリセット再生モードの実行時間≧所定時間H3c(10分)」である。   When the condition C9 is satisfied in the assist regeneration mode M2, the control mode is changed from the assist regeneration mode M2 to the stationary standby mode M4. Condition C9 is “deposition amount ≧ stationary threshold A3 (10 g / L)”. When the condition C10 or the condition C11 is satisfied in the reset regeneration mode M3, the control mode is changed from the reset regeneration mode M3 to the stationary standby mode M4. The condition C10 is “deposition amount ≧ stationary threshold A3 (10 g / L)”. The condition C11 is “deposition amount ≧ assist threshold A2 (8 g / L) and execution time of the reset regeneration mode ≧ predetermined time H3c (10 minutes)”.

ステーショナリ待機モードM4において条件C12が満たされる場合、制御モードはステーショナリ待機モードM4からステーショナリ再生モードM5に変更される。条件C12は「ステーショナリ再生モード指令:有」であり、オペレータによってステーショナリ再生ボタン16を介してステーショナリ再生指示が入力されることを示している。   When the condition C12 is satisfied in the stationary standby mode M4, the control mode is changed from the stationary standby mode M4 to the stationary regeneration mode M5. Condition C12 is “stationary regeneration mode command: yes”, which indicates that the operator inputs a stationary regeneration instruction via the stationary regeneration button 16.

ステーショナリ再生モードM5において条件C13または条件C14が満たされる場合、制御モードはステーショナリ再生モードM5から自己再生モードM1に変更される。条件C13は「ステーショナリ再生モードM5の有効時間≧所定時間H5b(25分)」である。ステーショナリ再生モードM5の有効時間は、ステーショナリ再生モードM5においてフィルタ入口温度がステーショナリ目標温度(600℃)以上に保たれる時間を示している。条件C14は「ステーショナリ再生モードM5の実行時間≧所定時間H5a(30分)」である。なお、ステーショナリ再生モードM5では回転速度が所定回転速度(2200rpm)に保たれているため、外気温度が特別に低い場合などを除き、条件C13が満たされる。   When the condition C13 or the condition C14 is satisfied in the stationary regeneration mode M5, the control mode is changed from the stationary regeneration mode M5 to the self regeneration mode M1. Condition C13 is “effective time of stationary regeneration mode M5 ≧ predetermined time H5b (25 minutes)”. The effective time of the stationary regeneration mode M5 indicates a time during which the filter inlet temperature is maintained at the stationary target temperature (600 ° C.) or higher in the stationary regeneration mode M5. The condition C14 is “stationary regeneration mode M5 execution time ≧ predetermined time H5a (30 minutes)”. In the stationary regeneration mode M5, since the rotation speed is maintained at a predetermined rotation speed (2200 rpm), the condition C13 is satisfied except when the outside air temperature is particularly low.

ステーショナリ待機モードM4において条件C15または条件C16が満たされる場合、制御モードはステーショナリ待機モードM4からメンテナンス待機モードM6に変更される。条件C15は「ステーショナリ待機モードM4の実行時間≧所定時間H4a(10時間)」である。条件C16は「堆積量≧リカバリしきい値A4(12g/L)」である。また、ステーショナリ再生モードM5において条件C17が満たされる場合、制御モードはステーショナリ再生モードM5からメンテナンス待機モードM6に変更される。条件C17は「堆積量≧アシストしきい値A2(8g/L)、かつステーショナリ再生モードの実行時間≧所定時間H5a(30分)」である。   When the condition C15 or the condition C16 is satisfied in the stationary standby mode M4, the control mode is changed from the stationary standby mode M4 to the maintenance standby mode M6. Condition C15 is “stationary standby mode M4 execution time ≧ predetermined time H4a (10 hours)”. Condition C16 is “deposition amount ≧ recovery threshold A4 (12 g / L)”. When the condition C17 is satisfied in the stationary regeneration mode M5, the control mode is changed from the stationary regeneration mode M5 to the maintenance standby mode M6. Condition C17 is “deposition amount ≧ assist threshold A2 (8 g / L) and execution time of stationary regeneration mode ≧ predetermined time H5a (30 minutes)”.

図8は、再生要求に基づいて実行される処理フローを示すフロー図である。図8のフロー図に含まれる各処理(ステップ)は、ECU50が実行する処理である。ステップS1はエンジン1の始動を示している。ステップS1の次にステップS2が実行される。ステップS2では、再生要求が発生しているか否かが判定される。再生要求は、上述の各再生モードの開始条件が満たされると発生し、各再生モードの終了条件が満たされると消失する。再生要求は、開始条件が満たされている再生モードの実行をECU50に求める。例えば、アシスト再生モードの開始条件が満たされる場合、アシスト再生モードの実行を求める再生要求が発生する。同様に、リセット再生モードの実行を求める再生要求や、ステーショナリ再生モードの実行を求める再生要求も存在する。再生要求が発生している場合、ステップS3が実行され、再生要求が発生していない場合、ステップS4が実行される。   FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow executed based on the reproduction request. Each process (step) included in the flowchart of FIG. 8 is a process executed by the ECU 50. Step S1 indicates the start of the engine 1. Step S2 is executed after step S1. In step S2, it is determined whether or not a reproduction request has occurred. The playback request is generated when the above-described start conditions for each playback mode are satisfied, and disappears when the end conditions for each playback mode are satisfied. The regeneration request requests the ECU 50 to execute the regeneration mode in which the start condition is satisfied. For example, when the start condition of the assist playback mode is satisfied, a playback request for requesting execution of the assist playback mode is generated. Similarly, there is a reproduction request for executing the reset reproduction mode and a reproduction request for executing the stationary reproduction mode. If a reproduction request has occurred, step S3 is executed, and if no reproduction request has occurred, step S4 is executed.

ステップS3では、エンジン1の運転モードが再生運転モードに移行し、ステップS4では、エンジン1の運転モードが通常運転モードに移行する。運転モードは、通常運転モードおよび再生運転モードのいずれか一方を取る。通常運転モードは、再生要求が発生していない運転モードであり、再生運転モードは、再生要求が発生している運転モードである。運転モードが通常運転モードにあるとき、制御モードは、自己再生モード、ステーショナリ待機モード、およびメンテナンス待機モードのいずれか1つに保たれている。一方、運転モードが再生運転モードにあるとき、制御モードは、自己再生モード、アシスト再生モード、リセット再生モード、およびステーショナリ再生モードのいずれか1つに保たれている。このため、自己再生モードは、通常運転モードおよび再生運転モードのどちらにも発生しうる。   In step S3, the operation mode of the engine 1 shifts to the regeneration operation mode, and in step S4, the operation mode of the engine 1 shifts to the normal operation mode. The operation mode is one of a normal operation mode and a regeneration operation mode. The normal operation mode is an operation mode in which no regeneration request is generated, and the regeneration operation mode is an operation mode in which a regeneration request is generated. When the operation mode is the normal operation mode, the control mode is maintained in any one of the self-regeneration mode, the stationary standby mode, and the maintenance standby mode. On the other hand, when the operation mode is the regeneration operation mode, the control mode is maintained in any one of the self regeneration mode, the assist regeneration mode, the reset regeneration mode, and the stationary regeneration mode. For this reason, the self-regeneration mode can occur in both the normal operation mode and the regeneration operation mode.

ステップS3において、運転モードは通常運転モードから再生運転モードへ移行する。ステップS3の段階では、制御モードは自己再生モードに保たれている。   In step S3, the operation mode shifts from the normal operation mode to the regeneration operation mode. In step S3, the control mode is maintained in the self-regeneration mode.

ステップS3で運転モードが再生運転モードに移行すると、吸気温度の判定が行われ(ステップS5、S6)、吸気温度の判定に基づいて、排気スロットル弁6の可変制御が実行される(ステップS7−S9)。これらを順に説明する。まず、ステップS3の後に、ステップS5が実行される。ステップS5では、吸気温度が低温しきい値(−20℃)よりも低いか否かが判定される。吸気温度が−20℃よりも低い場合、ステップS7が実行される。吸気温度が−20℃以上の温度である場合、ステップS6が実行される。ステップS6では、吸気温度が高温しきい値(25℃)よりも低いか否かが判定される。吸気温度が25℃よりも低い場合、ステップS8が実行される。吸気温度が25℃以上の温度である場合、ステップS9が実行される。   When the operation mode shifts to the regeneration operation mode in step S3, the intake air temperature is determined (steps S5 and S6), and the variable control of the exhaust throttle valve 6 is executed based on the intake air temperature determination (step S7-). S9). These will be described in order. First, step S5 is executed after step S3. In step S5, it is determined whether or not the intake air temperature is lower than a low temperature threshold (−20 ° C.). If the intake air temperature is lower than −20 ° C., step S7 is executed. If the intake air temperature is equal to or higher than −20 ° C., step S6 is executed. In step S6, it is determined whether or not the intake air temperature is lower than a high temperature threshold (25 ° C.). If the intake air temperature is lower than 25 ° C., step S8 is executed. If the intake air temperature is equal to or higher than 25 ° C., step S9 is executed.

ステップS7が実行される場合は、吸気温度が第1温度範囲内にある場合である。第1温度範囲は、低温しきい値(−20℃)よりも低い温度の範囲を指している。ステップS8が実行される場合は、吸気温度が第2温度範囲内にある場合である。第2温度範囲は、低温しきい値(−20℃)から高温しきい値(25℃)までの温度の範囲を指している。ステップS9が実行される場合は、吸気温度が第3温度範囲内にある場合である。第3温度範囲は、高温しきい値(25℃)以上の温度の範囲を指している。   Step S7 is executed when the intake air temperature is within the first temperature range. The first temperature range refers to a temperature range lower than the low temperature threshold (−20 ° C.). Step S8 is executed when the intake air temperature is within the second temperature range. The second temperature range refers to a temperature range from a low temperature threshold (−20 ° C.) to a high temperature threshold (25 ° C.). Step S9 is executed when the intake air temperature is within the third temperature range. The third temperature range refers to a temperature range equal to or higher than the high temperature threshold (25 ° C.).

ステップS7−S9では、開度マップに基づく排気経路の開度の可変制御が開始される。ステップS7−S9のそれぞれで、異なる開度マップに基づく制御が開始される。ステップS7では、第1開度マップに基づいて排気スロットル弁6が可変に制御される。ステップS8では、第2開度マップに基づいて排気スロットル弁6が可変に制御される。ステップS9では、第3開度マップに基づいて排気スロットル弁6が可変に制御される。ECU50は、第1、第2、第3開度マップを記憶している。   In steps S7 to S9, variable control of the opening degree of the exhaust path based on the opening degree map is started. In each of steps S7 to S9, control based on a different opening degree map is started. In step S7, the exhaust throttle valve 6 is variably controlled based on the first opening degree map. In step S8, the exhaust throttle valve 6 is variably controlled based on the second opening degree map. In step S9, the exhaust throttle valve 6 is variably controlled based on the third opening degree map. The ECU 50 stores first, second, and third opening degree maps.

図9は、第2開度マップの一例を示す図である。図9において、横軸はエンジン1の回転速度を示しており、縦軸は1サイクルにおける総噴射量を示している。図9に描かれる曲線は、等開度線、すなわち同一の開度に対応する回転速度および総噴射量を要素とする2次元座標の集合である。開度マップは、エンジン1の回転速度、総噴射量、および開度の対応関係を示している。第2開度マップは、総噴射量が減少するにつれて開度が小さくなるように設定されている。排気経路5の開度が小さくなるとエンジン1に掛かる負荷が増大し、回転速度を一定に保つように制御されている場合、総噴射量の増大を招く。つまり、第2開度マップは、総噴射量の減少に応じて総噴射量を増大させるように、設定されている。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the second opening degree map. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the rotational speed of the engine 1 and the vertical axis indicates the total injection amount in one cycle. The curve drawn in FIG. 9 is an equal opening degree line, that is, a set of two-dimensional coordinates having the rotational speed and the total injection amount corresponding to the same opening degree as elements. The opening map shows the correspondence between the rotational speed of the engine 1, the total injection amount, and the opening. The second opening degree map is set so that the opening degree becomes smaller as the total injection amount decreases. When the opening degree of the exhaust path 5 is reduced, the load applied to the engine 1 is increased, and when the rotational speed is controlled to be constant, the total injection amount is increased. That is, the second opening degree map is set so as to increase the total injection amount in accordance with the decrease in the total injection amount.

第1、第3開度マップも、第2開度マップと同様に作成されている。第1、第2、第3開度マップはいずれも、総噴射量の減少に応じて総噴射量を増大させるように、設定されている。   The first and third opening degree maps are also created in the same manner as the second opening degree map. The first, second, and third opening degree maps are all set so as to increase the total injection amount in accordance with the decrease in the total injection amount.

また、第1、第2、第3開度マップは、吸気温度が低くなるにつれて排気経路5の開度が小さくなるように、設定されている。同一回転速度及び同一噴射量において、第1開度マップの開度は第2開度マップの開度よりも小さく、第3開度マップの開度は第2開度マップの開度よりも大きい。吸気温度が低下すると初期排気温度も低下するが、これに応じて開度が小さくされるとエンジン1に負荷が掛かり、燃料噴射量が増大する。この結果、初期排気温度が上昇する。外気温度による初期排気温度の低下が、開度の制御により防止される。   Further, the first, second, and third opening degree maps are set so that the opening degree of the exhaust path 5 becomes smaller as the intake air temperature becomes lower. At the same rotational speed and the same injection amount, the opening degree of the first opening degree map is smaller than the opening degree of the second opening degree map, and the opening degree of the third opening degree map is larger than the opening degree of the second opening degree map. . When the intake air temperature decreases, the initial exhaust temperature also decreases. However, if the opening degree is reduced accordingly, a load is applied to the engine 1 and the fuel injection amount increases. As a result, the initial exhaust temperature rises. A decrease in the initial exhaust temperature due to the outside air temperature is prevented by controlling the opening.

再び図8を参照する。ステップS5−S6において、ECU50は、吸気温度に対応する開度マップを、第1、第2、第3開度マップの中から選択する。ステップS7−S9において、ECU50は、選択された開度マップに基づいて、排気経路5の開度が回転速度センサ51で得られた回転速度および自らが設定した総噴射量に対応するように、排気スロットル弁6を制御する。   Refer to FIG. 8 again. In steps S5-S6, the ECU 50 selects an opening map corresponding to the intake air temperature from the first, second, and third opening maps. In steps S7 to S9, the ECU 50 determines, based on the selected opening map, that the opening of the exhaust path 5 corresponds to the rotational speed obtained by the rotational speed sensor 51 and the total injection amount set by itself. The exhaust throttle valve 6 is controlled.

ステップS7−S9のいずれかが完了すると、ステップS10が実行される。ステップS10では、冷却水温度が暖機水温(60℃)以上であるか否かが判定される。暖機水温は、エンジン1が暖機状態にあるとみなされるときの冷却水温度であり、本実施形態では60℃である。冷却水温度が60℃より低い場合、ステップS3が再度実行され、冷却水温度が60℃以上である場合、ステップS11が実行される。   When one of steps S7 to S9 is completed, step S10 is executed. In step S10, it is determined whether or not the cooling water temperature is equal to or higher than the warm-up water temperature (60 ° C.). The warm-up water temperature is a coolant temperature when the engine 1 is considered to be in a warm-up state, and is 60 ° C. in the present embodiment. When the cooling water temperature is lower than 60 ° C, step S3 is executed again, and when the cooling water temperature is 60 ° C or higher, step S11 is executed.

冷却水温度が60℃を超えるまで、ステップS5−S10が繰り返し実行される。ステップS11が実行されることなくステップS5−S10が繰り返し実行されている間、制御モードは自己再生モードに保たれている。冷却水温度が60℃より低い間は、排気スロットル弁6の可変制御のみが実行され、燃料噴射制御及び吸気スロットル弁3の制御は行われない。これは、例えば、始動直後のようにエンジン1が冷態状態にあるときに再生要求が発生し、その再生要求に対応する再生モードの実行を待機しながら自己再生モードが実行されている状況を指している。   Steps S5-S10 are repeatedly executed until the cooling water temperature exceeds 60 ° C. While steps S5-S10 are repeatedly executed without executing step S11, the control mode is maintained in the self-regeneration mode. While the cooling water temperature is lower than 60 ° C., only the variable control of the exhaust throttle valve 6 is executed, and the fuel injection control and the control of the intake throttle valve 3 are not performed. This is because, for example, a regeneration request is generated when the engine 1 is in a cold state, such as immediately after startup, and the self-regeneration mode is being executed while waiting for execution of the regeneration mode corresponding to the regeneration request. pointing.

ステップS11では、冷却水温度が60℃を超えているため、ECU50は、燃料噴射制御および吸気スロットル弁3の制御を開始する。ここで、排気スロットル弁6の可変制御は、既に開始されている。このため、ステップS11で、再生要求に対応する再生モードが開始される。燃料噴射制御では、再生モードに対応する燃料噴射パターンが設定される。吸気スロットル弁3の制御では、吸気経路2の開度が通常運転における開度よりも小さくされる。排気スロットル弁6の可変制御では、上述したように排気経路5の開度が可変に制御される。   In step S11, since the coolant temperature exceeds 60 ° C., the ECU 50 starts the fuel injection control and the control of the intake throttle valve 3. Here, the variable control of the exhaust throttle valve 6 has already been started. For this reason, the reproduction mode corresponding to the reproduction request is started in step S11. In the fuel injection control, a fuel injection pattern corresponding to the regeneration mode is set. In the control of the intake throttle valve 3, the opening of the intake path 2 is made smaller than the opening in normal operation. In the variable control of the exhaust throttle valve 6, the opening degree of the exhaust path 5 is variably controlled as described above.

ステップS11の後に、ステップS12が実行される。ステップS11では、再生要求に対応する再生モードが終了しているか否かが判定される。再生モードが終了している場合、ステップS4が実行され、再生モードが終了していない場合、ステップS5が実行される。再生モードが終了するまで、ステップS5、S7、S10−S12が繰り返し実行され、運転モードが再生運転モードに保たれる。   Step S12 is performed after step S11. In step S11, it is determined whether or not the playback mode corresponding to the playback request has ended. If the playback mode has ended, step S4 is executed, and if the playback mode has not ended, step S5 is executed. Until the regeneration mode ends, steps S5, S7, S10-S12 are repeatedly executed, and the operation mode is maintained in the regeneration operation mode.

ステップS4では、運転モードが通常運転モードに移行する。通常運転モードでは、制御モードが基本的に自己再生モードに変更される。なお、堆積量の大きさや再生モードの実行時間などに応じて、制御モードが、自己再生モードの代わりに、ステーショナリ待機モードまたはメンテナンス待機モードに変更される場合もある。ステップS4の後に、再びステップS2が実行される。再生要求が発生しない限り、ステップS2、S4が繰り返し実行され、運転モードが通常運転モードに保たれる。   In step S4, the operation mode shifts to the normal operation mode. In the normal operation mode, the control mode is basically changed to the self-regeneration mode. Note that the control mode may be changed to the stationary standby mode or the maintenance standby mode instead of the self-regeneration mode depending on the amount of accumulation or the execution time of the regeneration mode. Step S2 is executed again after step S4. Unless the regeneration request is generated, steps S2 and S4 are repeatedly executed, and the operation mode is maintained in the normal operation mode.

図8に示される処理フローにおいて、排気経路5の開度は常に可変に制御されている。つまり、フィルタ19の再生要求が発生しているときにアイドル運転および非アイドル運転のどちらが実行されていても、排気経路5の開度が可変に制御される。なお、非アイドル運転は、アイドル運転ではない運転を示している。   In the processing flow shown in FIG. 8, the opening degree of the exhaust path 5 is always variably controlled. That is, the opening degree of the exhaust path 5 is variably controlled regardless of whether the idle operation or the non-idle operation is performed when the regeneration request for the filter 19 is generated. The non-idle operation indicates an operation that is not an idle operation.

本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、次の構成により、次の効果を有している。   The exhaust gas purification apparatus according to this embodiment has the following effects due to the following configuration.

(1)本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、エンジン1の排気経路5内に配置されている酸化触媒18およびフィルタ19と、前記排気経路5の開度を変更する排気スロットル弁6と、前記排気スロットル弁6を制御するように構成されている制御装置(ECU50)と、を備えている。前記フィルタ19の再生要求が発生した場合、吸気温度が低くなるにつれて前記排気経路5の前記開度が小さくされる。前記フィルタ19の再生要求が発生しているときにアイドル運転および非アイドル運転のどちらが実行されていても、前記排気経路5の開度が可変に制御される。 (1) The exhaust gas purification apparatus according to this embodiment includes an oxidation catalyst 18 and a filter 19 disposed in the exhaust path 5 of the engine 1, an exhaust throttle valve 6 that changes the opening degree of the exhaust path 5, And a control device (ECU 50) configured to control the exhaust throttle valve 6. When the regeneration request for the filter 19 is generated, the opening degree of the exhaust path 5 is reduced as the intake air temperature decreases. Regardless of whether the idle operation or the non-idle operation is performed when the regeneration request for the filter 19 is generated, the opening degree of the exhaust path 5 is variably controlled.

吸気温度が低くなるにつれて排気経路5の開度が小さくなるので、外気温度が高い環境では初期排気温度の上昇が抑制され、外気温度が低い環境では初期排気温度の上昇が促進される。このため、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、外気温度による初期排気温度の変動を抑制できる。   Since the opening degree of the exhaust path 5 decreases as the intake air temperature decreases, an increase in the initial exhaust temperature is suppressed in an environment where the outside air temperature is high, and an increase in the initial exhaust temperature is promoted in an environment where the outside air temperature is low. For this reason, the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment can suppress fluctuations in the initial exhaust temperature due to the outside air temperature.

(2)本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、燃料噴射パターンにしたがって燃料を噴射する燃料噴射装置を備えている。前記制御装置(ECU50)は、前記燃料噴射パターンを設定するように構成されている。前記フィルタ19の再生要求が発生しかつ前記エンジン1の冷却水温度が暖機水温以上であるとき、昇温パターンが設定される。前記昇温パターンは、圧縮行程および膨張行程における総噴射量が増やされている前記燃料噴射パターンである。前記暖機水温は、前記エンジン1が暖機状態にあるとみなされるときの前記冷却水温度であり、アイドル運転が継続することによって前記冷却水温度が収束するアイドル水温よりも所定温度幅だけ高い。 (2) The exhaust gas purification apparatus according to this embodiment includes a fuel injection device that injects fuel according to a fuel injection pattern. The control device (ECU 50) is configured to set the fuel injection pattern. When a regeneration request for the filter 19 is generated and the coolant temperature of the engine 1 is equal to or higher than the warm-up water temperature, a temperature increase pattern is set. The temperature increase pattern is the fuel injection pattern in which the total injection amount in the compression stroke and the expansion stroke is increased. The warm-up water temperature is the cooling water temperature when the engine 1 is considered to be in a warm-up state, and is higher by a predetermined temperature range than the idle water temperature at which the cooling water temperature converges as the idling operation continues. .

エンジン1が暖態状態になると、フィルタ19を再生するために、燃料の総噴射量が、通常運転における総噴射量よりも増加される。つまり、不完全燃焼を発生させやすい冷態状態では、フィルタ19を再生するための燃料の噴射が抑制されている。このため、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、未燃炭化水素の放出を防止しながら、フィルタ19の再生を実行できる。   When the engine 1 is in a warm state, the total fuel injection amount is increased from the total fuel injection amount in normal operation in order to regenerate the filter 19. That is, fuel injection for regenerating the filter 19 is suppressed in a cold state in which incomplete combustion is likely to occur. For this reason, the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment can regenerate the filter 19 while preventing the release of unburned hydrocarbons.

(3)前記排気経路5の前記開度は、前記総噴射量が減少するにつれて小さくされる。 (3) The opening degree of the exhaust path 5 is reduced as the total injection amount decreases.

総噴射量が減少する初期排気温度の低下時に、開度を小さくすることによって総噴射量を増大させるようにエンジン1に負荷が加えられる。このため、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、初期排気温度の上昇速度を高めることができる。   A load is applied to the engine 1 so as to increase the total injection amount by reducing the opening when the initial exhaust gas temperature decreases, where the total injection amount decreases. For this reason, the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment can increase the rising speed of the initial exhaust gas temperature.

(4)前記制御装置(ECU50)は、対応する吸気温度の範囲が異なる複数の開度マップ(第1、第2、第3開度マップ)を記憶している。前記複数の開度マップのそれぞれは、前記エンジンの回転速度、前記総噴射量、及び前記排気経路5の前記開度の対応関係を示している。前記複数の開度マップの中から前記吸気温度に対応する前記開度マップが選択され、選択された前記開度マップに基づいて、前記排気経路5の前記開度は、前記回転速度及び前記総噴射量に対応する開度に変更される。 (4) The control device (ECU 50) stores a plurality of opening degree maps (first, second, and third opening degree maps) having different corresponding intake air temperature ranges. Each of the plurality of opening maps shows a correspondence relationship between the rotational speed of the engine, the total injection amount, and the opening of the exhaust path 5. The opening map corresponding to the intake air temperature is selected from the plurality of opening maps, and based on the selected opening map, the opening of the exhaust path 5 is calculated based on the rotation speed and the total speed. The opening is changed to correspond to the injection amount.

開度マップに基づいて、吸気温度が低くなるにつれて前記排気経路5の前記開度が小さくされる。このため、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、吸気温度に対応する制御を、制御に要する負荷を増大させることなく実現できる。   Based on the opening map, the opening of the exhaust path 5 is reduced as the intake air temperature decreases. For this reason, the exhaust gas purifying apparatus according to the present embodiment can realize the control corresponding to the intake air temperature without increasing the load required for the control.

本実施形態に係るエンジン1は、次の変形を採用できる。   The engine 1 according to the present embodiment can employ the following modifications.

エンジン1において、過給機10およびEGR装置(EGR管8、EGRスロットル弁9、EGRクーラー24)は、必須の構成要素ではない。エンジン1は、過給機10および/またはEGR装置を備えていなくても良い。エンジン1が過給機10および/またはEGR装置を備えていない場合、吸気温度は環境温度に概ね等しく、初期排気温度は触媒入口温度に概ね等しい。   In the engine 1, the supercharger 10 and the EGR device (EGR pipe 8, EGR throttle valve 9, EGR cooler 24) are not essential components. The engine 1 may not include the supercharger 10 and / or the EGR device. When the engine 1 does not include the supercharger 10 and / or the EGR device, the intake air temperature is approximately equal to the environmental temperature, and the initial exhaust temperature is approximately equal to the catalyst inlet temperature.

1 エンジン
5 排気経路
6 排気スロットル弁
13 燃料噴射装置
18 酸化触媒
19 フィルタ
50 ECU(制御装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 5 Exhaust path 6 Exhaust throttle valve 13 Fuel injection apparatus 18 Oxidation catalyst 19 Filter 50 ECU (control apparatus)

Claims (4)

エンジンの排気経路内に配置されている酸化触媒およびフィルタと、
前記排気経路の開度を変更する排気スロットル弁と、
前記排気スロットル弁を制御するように構成されている制御装置と、を備えている排気ガス浄化装置であって、
前記フィルタの再生要求が発生した場合、吸気温度が低くなるにつれて前記排気経路の前記開度が小さくされ、
前記フィルタの再生要求が発生しているときにアイドル運転および非アイドル運転のどちらが実行されていても、前記排気経路の開度が可変に制御される、排気ガス浄化装置。
An oxidation catalyst and a filter disposed in the exhaust path of the engine;
An exhaust throttle valve for changing the opening of the exhaust path;
A control device configured to control the exhaust throttle valve, and an exhaust gas purification device comprising:
When the regeneration request for the filter occurs, the opening degree of the exhaust path is reduced as the intake air temperature decreases,
An exhaust gas purification device in which the opening degree of the exhaust path is variably controlled regardless of whether idle operation or non-idle operation is performed when a regeneration request for the filter is generated.
燃料噴射パターンにしたがって燃料を噴射する燃料噴射装置を備えており、
前記制御装置は、前記燃料噴射パターンを設定するように構成されており、
前記フィルタの再生要求が発生しかつ前記エンジンの冷却水温度が暖機水温以上であるとき、昇温パターンが設定され、
前記昇温パターンは、圧縮行程および膨張行程における総噴射量が増やされている前記燃料噴射パターンであり、
前記暖機水温は、前記エンジンが暖機状態にあるとみなされるときの前記冷却水温度であり、アイドル運転が継続することによって前記冷却水温度が収束するアイドル水温よりも所定温度幅だけ高い、請求項1に記載の排気ガス浄化装置。
A fuel injection device for injecting fuel according to a fuel injection pattern;
The control device is configured to set the fuel injection pattern,
When the regeneration request for the filter is generated and the cooling water temperature of the engine is equal to or higher than the warm-up water temperature, a temperature rising pattern is set,
The temperature increase pattern is the fuel injection pattern in which the total injection amount in the compression stroke and the expansion stroke is increased,
The warm-up water temperature is the cooling water temperature when the engine is considered to be in a warm-up state, and is higher by a predetermined temperature range than the idle water temperature at which the cooling water temperature converges by continuing idle operation. The exhaust gas purification apparatus according to claim 1.
前記排気経路の前記開度は、前記総噴射量が減少するにつれて小さくされる、請求項2に記載の排気ガス浄化装置。   The exhaust gas purification device according to claim 2, wherein the opening degree of the exhaust path is reduced as the total injection amount decreases. 前記制御装置は、対応する吸気温度の範囲が異なる複数の開度マップを記憶しており、前記複数の開度マップのそれぞれは、前記エンジンの回転速度、前記総噴射量、及び前記排気経路の前記開度の対応関係を示しており、
前記複数の開度マップの中から前記吸気温度に対応する前記開度マップが選択され、選択された前記開度マップに基づいて、前記排気経路の前記開度は、前記回転速度及び前記総噴射量に対応する開度に変更される、請求項2または3に記載の排気ガス浄化装置。
The control device stores a plurality of opening maps corresponding to different ranges of the intake air temperature, and each of the plurality of opening maps includes a rotation speed of the engine, a total injection amount, and an exhaust path. The correspondence of the opening is shown,
The opening map corresponding to the intake air temperature is selected from the plurality of opening maps, and based on the selected opening map, the opening of the exhaust path is determined by the rotational speed and the total injection. The exhaust gas purification device according to claim 2 or 3, wherein the exhaust gas purification device is changed to an opening corresponding to the amount.
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