JP3951619B2 - Continuous regeneration type diesel particulate filter device and regeneration control method thereof - Google Patents

Continuous regeneration type diesel particulate filter device and regeneration control method thereof Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化する連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置及びその再生制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質(PM:パティキュレート:以下PMとする)の排出量は、NOx,COそしてHC等と共に年々規制が強化されてきており、このPMをディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter :以下DPFとする)と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるPMの量を低減する技術が開発されている。
【0003】
このPMを捕集するDPFにはセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型フィルタタイプのフィルタ等があり、これらのDPFを用いた排気ガス浄化装置は、他の排気ガス浄化装置と同様に、エンジンの排気管の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化して排出している。
【0004】
しかし、このPM捕集用のDPFは、PMの捕集に伴って目詰まりが進行し、捕集したPMの量に比例して排気ガス圧力(排圧)が上昇するので、このDPFからPMを除去する必要があり、幾つかの方法及び装置が開発されている。
【0005】
その一つとして、連続再生型DPFと呼ばれる、フィルタに担持させたγアルミナ、Pt、ゼオライト等の触媒の作用によってPMの燃焼開始温度を低下させ,排気ガスによってPMを焼却する装置が提案されている。
【0006】
この連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)装置の場合には、触媒を活性化させるための温度(例えば約250℃以上)にDPFに流入する排気ガス温度を昇温させればよいことになる。
【0007】
この排気ガス中のPM浄化のメカニズムは図11に示すようなエンジンの運転領域(トルクとエンジン回転数)(C1),(C2)により異なる。
【0008】
先ず、領域(C1)では,触媒付フィルタ4の触媒作用による(4CeO2 +C→2CeO3 +CO2 ,2CeO3 +O2 →4CeO2 )の反応で炭素(C:PM)を二酸化炭素(CO2 )に酸化し、領域(C2)では、(C+O2 →CO2 )の反応で炭素(C:PM)を二酸化炭素(CO2 )に酸化している。
【0009】
そして、図11に示すようなエンジンの運転領域(トルクとエンジン回転数)(C1),(C2)で、触媒付フィルタ4に捕集されたPMを浄化することにより、触媒付フィルタ4を連続的に再生しながら排気ガスG中のPMを浄化している。なお、この(C1)と(C2)の区分を図11で模式的に示しているが、必ずしも明確な境界線が有るわけではなく、徐々に主となる反応が変化していくものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この連続再生型DPF装置においては、図11のエンジンの運転領域(D)に相当するような排気温度が低い場合においては、触媒の温度が下がって触媒活性が低下するので、上記の反応が生ぜず、PMを酸化してフィルタを再生できないため、PMの堆積が継続されて、フィルタが目詰まりしてしまうという問題がある。
【0011】
特に、アイドル運転時や低負荷運転時及び下り坂におけるエンジンブレーキ作動運転時等においては、燃料が殆ど燃焼しない状態となり、低温の排気ガスが触媒付きフィルタに流れ込むため、触媒の温度が下がり触媒活性が低下する。そして、このフィルタの再生不可能な運転時間中にPMがフィルタに堆積し、排気圧が上昇するという問題がある。
【0012】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置において、PMの堆積状態を監視しながら、エンジンの排気ガス温度を制御することにより、フィルタの目詰まりを確実に防止しながら効率よくPMを除去できる連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置及びその制御方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
〔連続再生型DPF装置〕
以上のような目的を達成するための連続再生型パティキュレートフィルタ(DPF)装置は、次のように構成される。
【0014】
1)ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に捕集した粒子状物質を触媒作用により燃焼する触媒付フィルタと、該触媒付フィルタの上流側に、排気ガス中のHC及びCOを酸化させて排気ガス温度を昇温させる酸化触媒と、前記触媒付フィルタの目詰まりに対する再生処理を行う再生制御手段を備えた連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置において、該再生制御手段が、エンジンの排気ガス温度が前記酸化触媒の活性化温度より低いエンジン運転条件における前記触媒付フィルタの再生時に、エンジンの燃料噴射制御により排気ガス温度を昇温させて前記酸化触媒を活性化し、前記触媒付フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去すると共に、前記燃料噴射制御による排気ガス温度の昇温を、酸化触媒を加熱し白煙の発生を回避する予備加熱段階と、粒子状物質を燃焼可能な温度で燃焼させる段階の二段階以上の多段階で行うように構成される。
【0015】
この構成によれば、連続再生型の触媒付フィルタの上流側に設けた酸化触媒により、排気ガス中の一酸化炭素(CO)や未燃燃料(HC)等を酸化して、触媒付フィルタに流入する排気ガス温度を昇温させることができるので、比較的低い排気ガス温度のエンジン運転状態でも、触媒付きフィルタの温度を上昇することができ、捕集している粒子状物質(PM)を燃焼除去できる。
【0016】
そして、通常運転において、捕集された粒子状物質が燃焼除去されない低トルク、低回転速度のエンジンの運転状態(A)においては、触媒付きフィルタが目詰まりしてきた時に下記のような、主噴射のタイミングの遅延(リタード)操作や後噴射(ポストインジェクション)等の燃料噴射制御を行うことにより、排気ガス温度を上昇させて、PMを燃焼除去する。
【0018】
この構成によれば、従来技術における連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置では、排気ガス温度が低く、捕集された粒子状物質が燃焼除去されない低トルク、低回転速度のエンジンの運転状態においても、主噴射のタイミングの遅延(リタード)操作や後噴射(ポストインジェクション)等の燃料噴射制御を行うことにより、排気ガス温度が上昇し、酸化触媒が活性化され、この酸化触媒を通過した排気ガス温度を更に上昇できる。
【0019】
そのため、触媒付きフィルタが昇温し、この触媒付きフィルタに捕集された粒子状物質が触媒付きフィルタの触媒作用により燃焼除去されるので、長時間のアイドリング運転時や、低速運転及びエンジンブレーキを作動させるような下り坂走行運転時においても、触媒付きフィルタは目詰まりすることなく、排気ガス中の微粒子物質の捕集が継続して行われるようになる。
【0020】
また、加熱ヒータを使用せずに、燃料噴射の主噴射のタイミングの遅延操作や後噴射で、排気ガス温度を制御することにより粒子状物質の燃焼を制御するようにしているので、この燃料噴射を既設の燃料噴射制御装置により行えるようになり、加熱用のヒータや電源等の新たな機器や新たな制御装置を追設する必要がなくなり、装置全体をコンパクトにできる。そのため、簡便に車両に取り付けることができる装置となる。
【0022】
この構成によれば、排気ガス温度の昇温を、二段階以上の多段階で行うにより、触媒付きフィルタに堆積していたPMが連鎖反応的に急激に燃焼して暴走的な燃焼が発生するのを防止し、触媒付きフィルタの温度が溶損温度以上になって損傷することを回避できる。
【0023】
2)また、上記の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置において、前記燃料噴射制御が、主噴射の遅延操作と後噴射操作を含むように構成される。
【0024】
この構成によれば、燃料噴射制御として、主噴射の遅延操作と後噴射操作とを採用しているので、既存の燃料噴射制御装置のプログラムの変更のみで対応することができ、比較的簡単にエンジンの低トルク、低回転数領域でもフィルタ再生が可能となる。
【0025】
〔再生制御方法〕
そして、この連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法は、次のような方法として構成される。
【0026】
1)ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に捕集した粒子状物質を触媒作用により燃焼する触媒付フィルタと、該触媒付フィルタの上流側に排気ガス中のHC及びCOを酸化させて排気ガス温度を昇温させる酸化触媒を有して形成される連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置において、エンジンの排気ガス温度が前記酸化触媒の活性化温度より低いエンジン運転条件における前記触媒付フィルタの再生時に、前記触媒付フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去するために、エンジンの燃料噴射制御により排気ガス温度を昇温させると共に、前記燃料噴射制御による排気ガス温度の昇温を、酸化触媒を加熱し白煙の発生を回避する予備加熱段階と、粒子状物質を燃焼可能な温度で燃焼させる段階の二段階以上の多段階で行う方法として構成される。
【0027】
以上の方法によれば、従来技術における連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法においては、排気ガス温度が低く、酸化触媒の活性が低い、捕集された粒子状物質が燃焼除去されないような低トルク、低回転速度のエンジンの運転状態において、主噴射のタイミングの遅延(リタード)操作や後噴射(ポストインジェクション)等の燃料噴射制御を行うことにより、排気ガス温度が上昇し、酸化触媒が活性化して、捕集された粒子状物質が触媒付きフィルタの触媒作用により燃焼除去されるので、アイドリング運転時や、低速運転時及びエンジンブレーキを作動させるような下り坂走行運転時においても、触媒付きフィルタは目詰まりすることなく、排気ガス中の微粒子物質の捕集が継続して行われるようになる。
【0029】
この方法によれば、排気ガス温度の昇温を、二段階以上の多段階で行うにより、触媒付きフィルタに堆積していたPMが連鎖反応的に急激に燃焼して、触媒付きフィルタの温度が溶損温度以上になって損傷することを回避できる。
【0030】
2)上記の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法において、前記燃料噴射制御が、主噴射の遅延操作と後噴射操作を含むように構成される。
【0031】
この方法によれば、燃料噴射として、主噴射のタイミングの遅延操作や後噴射を採用しているので、既存の燃料噴射制御装置のプログラムの変更のみで対応することができ、比較的簡単にエンジンの低トルク、低回転数領域でも触媒付きフィルタの再生が可能となる。
【0032】
3)上記の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法で前記再生時において、最初に燃料の主噴射を遅延操作することにより、排気ガス温度を昇温させ、前記触媒付フィルタへ流入する排気ガスの温度が所定の第1目標温度値に到達した後に、燃料の後噴射操作を加えて、排気ガス温度を更に昇温させるように構成される。
【0033】
この方法によれば、再生モード運転の開始時に、主噴射のタイミングの遅延操作による排気ガスの温度上昇を行って酸化触媒を予熱して、酸化触媒を活性化してから、後噴射を行うので、再生開始時に発生しがちな白煙の発生を防止できる。
【0034】
4)上記の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法において、前記燃焼の後噴射操作において、規定量の燃料の後噴射を行って前記触媒付フィルタへ流入する排気ガスの温度が所定の第2目標温度値に到達した後に、燃料の後噴射の噴射量を増加して、排気ガス温度を更に昇温させるように構成される。
【0035】
この方法によれば、2段階または多段階で、触媒付フィルタへの入る排気ガスの温度を上昇させるので、堆積していたPMの連鎖的な急激燃焼による温度急上昇を防止することができ、触媒付フィルタの溶損が回避される。
【0036】
5)上記の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法において、エンジンの運転時に前記触媒付フィルタに蓄積される粒子状物質の量と燃焼除去される粒子状物質の量をエンジンの運転状態から推定して、累積計算して粒子状物質の蓄積推定量を算出し、該粒子状物質の蓄積推定量が所定の蓄積量を超えたか否かを、再生開始の判定に使用するように構成される。
【0037】
この方法によれば、粒子状物資の累積状態を推定計算しながら、この粒子状物資の累積推定値が所定の蓄積量を超えた時に、再生モード運転に入れるので、触媒付きフィルタの再生を最適なタイミングで行うことができるようになる。
【0038】
そのため、燃費の悪化を防止しながら、効率よく粒子状物質を捕集及び燃焼除去することができる。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置(以下連続再生型DPF装置とする)について、図面を参照しながら説明する。
【0040】
〔装置の構成〕
図1に、この実施の形態の連続再生型DPF装置の構成を示す。この連続再生型DPF装置1は、エンジンEの排気通路2に設けられ、上流側から酸化触媒3と触媒付フィルタ4が設けられた装置である。
【0041】
そして、触媒付フィルタ4の再生制御用に、酸化触媒3の排気入口側に第1排気圧センサ51が、また、酸化触媒3と触媒付フィルタ4の間に第1温度センサ53が、触媒付フィルタ4の排気出口側に第2排気圧センサ52と第2温度センサ54が設けられる。
【0042】
これらのセンサの出力値は、エンジン運転の全般的な制御を行うと共に、触媒付フィルタ4の再生制御も行うエンジンの制御装置(ECU:エンジンコントロールユニット)50に入力され、この制御装置50から出力される制御信号により、エンジンの燃料噴射装置5が制御される。
【0043】
また、酸化触媒3は、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金(Pt)やγアルミナ、ゼオライト等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付フィルタ4は、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタや、アルミナ等の無機繊維をランダムに積層したフェルト状のフィルタ等で形成され、このフィルタの部分にPt、γアルミナ、ゼオライト等の触媒を担持して形成される。
【0044】
そして、触媒付フィルタ4のフィルタに、モノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタを採用した場合には、排気ガスG中の粒子状物質(以下PMとする)は多孔質のセラミックの壁で捕集(トラップ)され、繊維型フィルタタイプを採用した場合には、フィルタの無機繊維でPMを捕集する。
【0045】
〔再生制御方法〕
次に以上の構成の連続再生型DPF装置1における再生制御方法について説明する。
【0046】
この再生制御方法は図2〜図7に例示するようなフローに従って行われる。
【0047】
例示したこれらのフローは説明し易いように、エンジンEの制御フローと並行して、繰り返し呼ばれて実施される再生制御フローとして示している。つまり、エンジンEの運転制御中は並行してこのフローが一定時間毎に繰り返し呼ばれて実行され、エンジンEの制御が終了するとこのフローも呼ばれなくなり実質的に触媒付フィルタ4の再生制御も終了するものとして構成している。
【0048】
〔再生制御方法の概略〕
本発明の再生制御フローでは、再生モード運転の開始を、第1排気圧センサ51で検出する排圧Peが所定の第1排圧判定値Pemax 以上になった時だけでなく、触媒付フィルタ4へのPMの蓄積量、即ち、PM累積推定値PMsが所定のPM判定値PMmax 以上になった時にも行うように構成される。
【0049】
図2に例示する再生制御フローでは、最初に、ステップS21で、PM累積推定値PMsが所定のPM判定値PMmax 以上であるか、あるいは、排圧Peが所定の第1排圧判定値Pemax 以上であるかを判定し、いずかであれば、ステップS30の再生モード運転に移行し、いずれでもない場合にはリターンする。
【0050】
ステップS30の再生モード運転のフローは、ステップS31のEGR(排気再循環)のカット、ステップS32の燃料噴射の主噴射(メイン)のタイミングを遅延(リタード)して予備加熱する昇温第1段階、ステップS33の後噴射(ポストインジェクション)を行い、燃料を規定量噴射してPM燃焼開始する昇温第2段階、ステップS34の後噴射の噴射量の増量を行ってPM燃焼する昇温第3段階、ステップS35の後噴射の噴射量の更なる増量を行ってPMの一掃を行う昇温第4段階と、ステップS36の再生モード運転終了の一連の操作で構成される。
【0051】
以下、各ステップについて詳述する。
【0052】
〔PMの累積値の推定〕
図2のステップS21の再生モード運転への移行の判断に使用されるPM累積推定値PMsの算定について詳述する。このPM累積推定値PMsは図3に例示するようなPM累積推定フローに従って行われる。
【0053】
この図3のPM累積推定フローでは、このフローがスタートすると、最初に、ステップS11で、エンジンEの運転状態を示すトルクQとエンジン回転数Ne、及び、第1温度センサ53で計測されるDPF入口温度T1とを入力する。
【0054】
次のステップS12で、このトルクQとエンジン回転数Neとからバランスポイント(BP)におけるDPF入口温度Tbを予め入力されたマップデータMtb(Q,Ne)から算定する。
【0055】
このバランスポイントとは、フィルタ再生運転等を行わない通常の運転時において、排気ガス温度が低く、触媒活性が低いために、捕集されたPMが燃焼しないで、PMが蓄積する領域(図9のA部分)と、排気ガス温度が高く、捕集されたPMが触媒作用により燃焼し、蓄積したPMが減少する領域(図9のB部分)との境となる部分で、触媒付きフィルタ4へのPMの蓄積も減少もないバランスしている状態にある部分(図9のC線上)のことを言う。
【0056】
そして、ステップS13において、計測されたDPF入口温度Teが、バランスポイントにおけるDPF入口温度Tb以下であるか否か、つまり、エンジンEの運転状態が低トルク、低回転速度のPMが蓄積する領域(図9のA部分)内であるか否かを判定する。
【0057】
このステップS13の判定で、計測されたDPF入口温度TeがバランスポイントにおけるDPF入口温度Tb以下、即ち、PMの蓄積領域(A)内であれば、ステップS14で、予め入力された図9(b)のPMa(Q,Ne)マップから、トルクQとエンジン回転数Neに対応するフィルタへのその時間毎の堆積PM量を算出し、PM累積推定値PMsに加算累積して、リターンする。
【0058】
また、このステップS13の判定で、計測されたDPF入口温度TeがバランスポイントのDPF入口温度Tbより高い、即ち、PM減少領域(図9のB部分)内であれば、ステップS15で予め入力された図9(c)のPMb(Q,Ne)マップから、トルクQとエンジン回転数Neに対応する除去されるPM量を算出して、PM累積推定値PMsに減算累積し、ステップS16に行く。
【0059】
このステップS16では、PM累積推定値PMsがゼロより大きいか否か、即ち、PMが堆積している状態にあるか否かを判定し、このステップS16の判定でPM累積推定値PMsがゼロより小さい場合には、ステップS17でPM累積推定値PMsをゼロとしてリターンし、ゼロより大きい場合には、そのままリターンする。
【0060】
〔再生モード運転の開始の判断〕
図2のステップS21で、PM累積推定値PMsが所定のPM判定値PMmax 以上であるか、あるいは、排圧Peが所定の第1排圧判定値Pemax 以上であるかを判定するが、より詳細には、このPM累積推定値PMsの判定においては、PM累積推定値PMsが図10(a)に示すように、PM1〜PM2の間にあり、且つ、エンジンの運転状態(トルクQ,エンジン回転数Ne)が図10(b)のバランスポイントより下の斜線部分(A)にある場合と、PM累積推定値PMsが図10(a)のPM2〜PM3の間にある場合に(この場合にはエンジンの運転状態(トルクQ,エンジン回転数Ne)が図10(c)の斜線部分(A+B)、即ち、全運転状態にある時)、再生モード運転に入るように制御される。
【0061】
〔昇温第1段階:予備加熱〕
そして、図2のステップS32では、燃料噴射の主噴射(メイン)のタイミングを遅延操作(リタード)して、この遅延操作により排気温度を上昇させるが、このステップS32では、図4の詳細なフローに示すように、ステップS32aで、主噴射の遅延操作して、この遅延操作により排気温度を上昇させ、次のステップS32bで、第1温度センサ53で測定されたDPF入口温度(排気温度)Teが所定の第1目標温度Te1(例えば200〜250℃)を超えているか否かを判定し、超えていなければ、ステップS32cで燃料噴射の主噴射の遅延量を増加して、この遅延操作によりDPF入口温度Teを第1目標温度Te1以上に上昇させる。
【0062】
そして、ステップS32bでDPF入口温度Teが所定の第1目標温度Te1を超えて、所定の第1時間値t1以上経過した場合には、ステップS33に行く。
【0063】
この排気温度の上昇により、予備加熱を行って酸化触媒3を加熱し、この触媒の温度を上げて活性化させることにより、後噴射による白煙の発生を回避する。
【0064】
なお、この主噴射の遅延操作は再生モード運転の終了まで継続される。
【0065】
〔昇温第2段階:PM燃焼開始〕
また、図2のステップS33では、後噴射(ポストインジェクション)を行い、規定量の燃料を後噴射して、更に、DPF入口温度Teが第2目標温度Te2になるまで排気温度を上昇させる。この第2目標温度Te2は、図9に示すようなPMが燃焼可能な温度で、バランスポイントにおけるDPF入口温度Tbよりも所定の温度(例えば50℃)高い温度で約250℃〜350℃程度である。
【0066】
このステップS33では、図5の詳細なフローに示すように、ステップS33aで、規定量の後噴射を行い、更に、DPF入口温度Teを第2目標温度Te2まで上昇させ、次のステップS33bで、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第2排圧値Pe2b(あるいは第2差圧値ΔPe2)以下になるまで、後噴射のタイミング(噴射時期)を制御して、第2目標温度Te2を維持する。また、噴射量を制御して維持するようにしてもよい。
【0067】
この排圧Peは酸化触媒3の排気入口側に第1排気圧センサ51で計測された排圧値であり、この差圧ΔPeは第1排気圧センサ51で計測された排圧Peと触媒付フィルタ4の排気出口側の第2排気圧センサ52で計測された排圧Pebとの差ΔPe=Pe−Pebである。
【0068】
そして、ステップS33cで、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第2排圧値Pe2(あるいは第2差圧値ΔPe2)以下になったか、あるいは、目標温度Te2を所定の第2時間値t2(例えば300s)の間維持したかのいずれかであるか否かを判定し、いずれかであればステップS34に移行し、いずれでもない場合にはステップS33bに戻る。
【0069】
この後噴射により、触媒付きフィルタ4の温度を上昇させて、PMの燃焼を開始させる。
【0070】
そして、PMの燃焼が開始されたことを、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第2排圧値Pe2(あるいは第2差圧値ΔPe2)以下になることで確認する。
【0071】
〔昇温第3段階:PM燃焼〕
図2の次のステップS34では、後噴射の噴射量の増量を行い、排気温度を上昇させ、PM燃焼に適した温度になるように、つまり、DPF入口温度Teが第2目標温度Te2より高い第3目標温度Te3になるように制御する。この第3目標温度Te3はバランスポイントにおけるDPF入口温度Tbよりも所定の温度(例えば150℃)高い温度で約350℃〜500℃程度である。
【0072】
このステップS34では、図6の詳細なフローに示すように、ステップS34aで、後噴射の噴射量の増量を行い、次のステップS34bで、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第3排圧値Pe3(あるいは第3差圧値ΔPe3)以下になるまで、後噴射の噴射量を制御し、第3目標温度Te3を維持する。
【0073】
そして、ステップS34cで、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第3排圧値Pe3(あるいは第3差圧値ΔPe3)以下になったか、あるいは、目標温度Te3を所定の第3時間値t3(例えば600s)の間維持したかのいずれかであるか否かを判定し、いずれかであれば、ステップS35に移行し、いずれでもない場合には、ステップS34bに戻る。
【0074】
このステップS34では、後噴射の噴射量の制御により、最適な温度でPMの燃焼を行う。
【0075】
〔昇温第4段階:PM一掃〕
図2のステップS35では、後噴射の噴射量の更なる増量を行い、DPF入口温度Teが第4目標温度Te4(例えば600℃)になるように制御する。
【0076】
このステップS35では、図7の詳細なフローに示すように、ステップS35aで、後噴射の噴射量の増量を行い、次のステップS35bで、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第4排圧値Pe4(あるいは第4差圧値ΔPe4)以下になるまで、後噴射の噴射量を制御し、第4目標温度Te4を維持する。
【0077】
そして、ステップS35cでは、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第4排圧値Pe4(あるいは第4差圧値ΔPe4)以下になったか、あるいは、第4目標温度Te4を所定の第4時間値t4(例えば300s)の間維持したかのいずれかであるか否かを判定し、いずれかであれば、ステップS36に移行し、いずれでもない場合には、ステップS35bに戻る。
【0078】
この昇温操作により、フィルタに捕集されているPMの一掃を図る。
【0079】
〔再生モード運転の終了〕
そして、図2に示すステップS36で、再生モード運転を終了し、燃料噴射を正常に戻すと共に、PM計算累積値PMsをゼロにリセットする。
【0080】
なお、この再生終了時に排圧Peをチェックしてメモリーし、所定の排圧値Pemax より大きくなったら、警告ランプを点灯し、フィルタの寿命が来たことを運転者に知らせる。
【0081】
〔その他〕
また、上記のフローの各段階において、DPF入口温度Teを監視し、限界温度(Temax :例えば700℃)以上となった場合には、後噴射を中止すると共に、主噴射の遅延操作を解除して、再生モード運転を中断し、これにより、PMの燃焼による急激な温度上昇によるフィルタの溶損を回避する。
【0082】
それと共に、触媒付フィルタ4の排気出口側に設けた第2温度センサ54で測定する温度Tebが所定の温度以上になった場合は、自動的にトルクを減少させる等の、触媒付きフィルタ4の溶損を防止するエンジン運転操作を行う。
【0083】
そして、この再生処理が中断した場合には、前回の再生終了時の排圧Pe’と、今回の再生開始時の排圧Pe”と、再生中断時の排圧PeとからPMの残量PMs’を推定して、このPMの残量PMs’をPM累積推定値PMsの積算開始時の値として採用する。
【0084】
また、第1排圧値Pemax と、第2排圧値Pe2(あるいは第2差圧値ΔPe2)と、第3排圧値Pe3(あるいは第3差圧値ΔPe3)と、第4排圧値Pe4(あるいは第4差圧値ΔPe4)の関係は、この順で順次小さくなる。つまり、Pemax >Pe2>Pe3>Pe4(あるいはΔPe2>ΔPe3>ΔPe4)の関係にある。
【0085】
〔再生の時系列〕
以上のような連続再生型DPF装置1の再生制御方法によれば、以下のようにして、図8に示すようなDPF入口温度Teの時系列で触媒付きフィルタ4の再生が行われる。
【0086】
通常の走行状態又はアイドル運転状態等のエンジン運転中にPMが堆積され、PM累積推定値PMsが所定の判定値PMmax より大きくなるか、排圧Peが所定の第1排圧値Pemax より大きくなると、図2のステップS21の判定により、ステップS30の再生モードに移行する。
【0087】
この再生モード開始時点tsにおいて、ステップS31でEGR(排気再循環)をカットすると共に、ステップS32で燃料噴射の主噴射(メイン)のタイミングを遅延操作(リタード)して、この遅延操作により排気温度を上昇させる。
【0088】
そして、DPF入口温度Teが所定の第1目標温度Te1(約200〜250℃)を超えると、ステップS33で、後噴射(ポストインジェクション)を行い、規定量の後噴射をして、更に、DPF入口温度Teを第2目標温度Te2(約350℃)まで上昇させ、PMの燃焼を開始させる。
【0089】
そして、PMの燃焼が開始されたことを、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第2排圧値Pe2(あるいは第2差圧値ΔPe2)以下になることで確認すると、ステップS34で、後噴射の噴射量の増量を行い、排気温度が、PM燃焼に適した温度になる、DPF入口温度Teが第3目標温度Te3(約500℃)を維持するように制御し、PM燃焼に最適な温度でPMの燃焼を行う。
【0090】
そして、蓄積したPMの殆どが燃焼したことを排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第3排圧値Pe3(あるいは第3差圧値ΔPe3)以下になったことで確認し、ステップS35で、後噴射の噴射量の更なる増量を行い、フィルタに捕集されているPMの一掃を行う。
【0091】
そして、排圧Pe(あるいは差圧ΔPe)が所定の第4排圧値Pe4(あるいは第4差圧値ΔPe4)以下になることで、PMの燃焼が終了したことを確認し、ステップS36で、再生モード運転を終了し、燃料噴射を正常に戻すと共に、PM計算累積値PMsをゼロにリセットする。
【0092】
この一連の再生制御により、触媒付きフィルタ4の再生を行う。
【0093】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)装置及びその再生制御方法によれば、次のような効果を奏することができる。
【0094】
連続再生方式の触媒付フィルタの上流側に設けた酸化触媒により、排気ガス中の一酸化炭素(CO)や未燃燃料(HC)等のガス成分を酸化して、触媒付フィルタに流入する排気ガス温度を昇温させることができるので、比較的低い排気ガス温度のエンジン運転状態でも、触媒付きフィルタの温度を上昇することができ、捕集している粒子状物質(PM)を燃焼除去できる。
【0095】
そして、通常運転において、捕集された粒子状物質が燃焼除去されない低トルク、低回転数等のエンジンの運転状態においては、燃料噴射の主噴射の時期の遅延操作や後噴射によって排気ガス温度を上昇させることにより、PMを燃焼除去できる。
【0096】
そのため、長時間のアイドリング運転時や、低速運転時及びエンジンブレーキを作動させるような下り坂走行運転時のような、排気ガス温度が低く、また、捕集されたPMが燃焼除去されない低トルク、低回転数等のエンジン運転状態においても、触媒付きフィルタを目詰まりさせることなく、継続して排気ガス中のPM捕集を行うことができる。
【0097】
また、加熱ヒータを使用せずに、燃料噴射の主噴射の遅延や後噴射で排気ガス温度を制御することによりPMの燃焼を制御し、しかも、この燃料噴射は既設の燃料噴射制御装置により行えるので、加熱用のヒータや電源等の新たな機器やその制御装置を不要とすることができ、従って、装置をコンパクトにすることができる。
【0098】
そして、2段階または多段階で、触媒付フィルタへの入る排気ガスの温度を上昇させるので、堆積していたPMの連鎖的な急激燃焼による温度急上昇を防止することができ、触媒付フィルタの溶損を回避できる。
【0099】
その上、計算によるPMの累積推定値に基づいて、再生モード運転に入るので、触媒付きフィルタの再生処理を最適なタイミングで行うことができる。そのため、燃費の悪化を防止しながら、連続的に継続して効率よくPMを捕集及び燃焼除去処理することができる。
【0100】
更に、再生モード運転の開始時に、主噴射のタイミングの遅延操作による排気ガスの温度上昇を行い酸化触媒を予熱してこの触媒を活性化してから、後噴射を行うので、再生開始時に発生しがちな白煙の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施の形態の連続再生型パティキュレートフィルタ装置の構成図である。
【図2】本発明に係る実施の形態の連続再生型パティキュレートフィルタ装置の再生制御方法を示すフロー図である。
【図3】PM累積推定値を推定計算するフロー図である。
【図4】燃料噴射の主噴射の遅延による予備加熱の昇温第1段階のフロー図である。
【図5】燃料噴射の規定量の後噴射によるPM燃焼開始の昇温第2段階のフロー図である。
【図6】燃料噴射の後噴射の増量によるPM燃焼の昇温第3段階のフロー図である。
【図7】燃料噴射の後噴射の更なる増量によるPM一掃の昇温第4段階のフロー図である。
【図8】再生モード運転におけるDPF入口温度の時間経過を示す時系列図である。
【図9】PM累積推定値の算定に使用するPM量のマップデータを示す図で、(a)はバランスポイントを示す図で、(b)はPM蓄積領域(A)のマップデータがある部分を示す図で、(c)はPM除去領域(B)のマップデータがある部分を示す図である。
【図10】再生モード運転開始におけるPM累積推定値の判定用の図で、(a)は判定に使用する数値と再生インターバルの関係を示す図で、(b)はPM1≦PMs<PM2の時のエンジン運転領域(B)を示す図で、(c)はPM2≦PMs<PM3の時のエンジン運転領域(A+B)を示す図である。
【図11】従来技術の連続再生型パティキュレートフィルタ装置における、エンジンの運転領域(トルクとエンジン回転数)と排気ガス中のPM浄化のメカニズムとの関係を示す図である。
【符号の説明】
E エンジン
1 連続再生型パティキュレートフィルタ装置
2 排気通路
3 酸化触媒
4 触媒付フィルタ
5 燃料噴射装置
50 制御装置(ECU)
51 第1排気圧センサ
52 第2排気圧センサ
53 第1温度センサ
54 第2温度センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a continuous regeneration type diesel particulate filter device that collects particulate matter of a diesel engine and purifies exhaust gas, and a regeneration control method thereof.
[0002]
[Prior art]
The amount of particulate matter discharged from diesel engines (PM: particulates: hereinafter referred to as PM) is being regulated more and more with NOx, CO, HC, etc., and this particulate matter is filtered into a diesel particulate filter (DPF). : Diesel Particulate Filter (hereinafter referred to as DPF), and a technique for reducing the amount of PM discharged to the outside has been developed.
[0003]
The DPF for collecting PM includes a ceramic monolith honeycomb wall flow type filter, a fiber type filter type filter made of ceramic or metal, and an exhaust gas purification apparatus using these DPFs. Like other exhaust gas purification devices, is installed in the middle of the exhaust pipe of the engine to purify and discharge exhaust gas generated in the engine.
[0004]
However, the DPF for collecting PM is clogged with the collection of PM, and the exhaust gas pressure (exhaust pressure) increases in proportion to the amount of collected PM. Several methods and devices have been developed.
[0005]
As one of them, a device called a continuous regeneration type DPF, which lowers the combustion start temperature of PM by the action of a catalyst such as γ-alumina, Pt, or zeolite supported on a filter and incinerates PM with exhaust gas, has been proposed. Yes.
[0006]
In the case of this continuous regeneration type diesel particulate filter (DPF) device, the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF may be raised to a temperature for activating the catalyst (for example, about 250 ° C. or higher). .
[0007]
The mechanism for purifying PM in the exhaust gas differs depending on the engine operating range (torque and engine speed) (C1) and (C2) as shown in FIG.
[0008]
First, in the region (C1), the catalytic action of the filter with catalyst 4 (4CeO 2 + C → 2CeO Three + CO 2 , 2CeO Three + O 2 → 4CeO 2 ) Carbon (C: PM) to carbon dioxide (CO 2 ) And in the region (C2), (C + O 2 → CO 2 ) Carbon (C: PM) to carbon dioxide (CO 2 ) Is oxidized.
[0009]
Then, in the engine operating region (torque and engine speed) (C1), (C2) as shown in FIG. 11, the PM collected in the catalyst-equipped filter 4 is purified, so that the catalyst-equipped filter 4 is continuously used. The PM in the exhaust gas G is purified while being regenerated. In addition, although the division of (C1) and (C2) is schematically shown in FIG. 11, there is not necessarily a clear boundary line, and the main reaction gradually changes.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this continuous regeneration type DPF device, when the exhaust temperature corresponding to the engine operating region (D) in FIG. 11 is low, the catalyst temperature decreases and the catalytic activity decreases. In this case, PM cannot be regenerated by oxidizing the PM, so that there is a problem that PM is continuously deposited and the filter is clogged.
[0011]
In particular, during idle operation, low load operation, and engine braking operation on a downhill, fuel hardly burns, and low-temperature exhaust gas flows into the filter with catalyst. Decreases. Then, there is a problem that PM accumulates on the filter during the operation time when the filter cannot be regenerated, and the exhaust pressure rises.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to control the exhaust gas temperature of an engine while monitoring the PM accumulation state in a continuous regeneration type diesel particulate filter device. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a continuous regeneration type diesel particulate filter device capable of efficiently removing PM while reliably preventing clogging of the filter, and a control method thereof.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
[Continuous regeneration type DPF device]
A continuous regeneration type particulate filter (DPF) device for achieving the above object is configured as follows.
[0014]
1) Collecting particulate matter in exhaust gas from diesel engines and burning the collected particulate matter by catalytic action A filter with a catalyst, an oxidation catalyst that oxidizes HC and CO in exhaust gas to raise the temperature of the exhaust gas upstream of the filter with catalyst, and a regeneration control that performs regeneration processing for clogging of the filter with catalyst In a continuous regeneration type diesel particulate filter device comprising means, The regeneration control means raises the exhaust gas temperature by fuel injection control of the engine and regenerates the oxidation catalyst during regeneration of the catalyst filter under engine operating conditions where the exhaust gas temperature of the engine is lower than the activation temperature of the oxidation catalyst. The particulate matter collected by the filter with catalyst is activated. Combusting and removing, and raising the temperature of the exhaust gas by the fuel injection control, a preheating stage for heating the oxidation catalyst and avoiding the generation of white smoke, and a stage for burning the particulate matter at a combustible temperature Perform in multiple steps Configured as follows.
[0015]
According to this configuration, the oxidation catalyst provided on the upstream side of the continuous regeneration type filter with a catalyst oxidizes carbon monoxide (CO), unburned fuel (HC), etc. in the exhaust gas to form a catalyst filter. Since the temperature of the exhaust gas flowing in can be raised, the temperature of the filter with the catalyst can be raised even when the engine is operating at a relatively low exhaust gas temperature, and the collected particulate matter (PM) Can be removed by burning.
[0016]
In the normal operation, when the trapped particulate matter is clogged in the low torque, low rotational speed engine operating state (A) where the collected particulate matter is not burned and removed, the main injection is as follows. By performing fuel injection control such as a delay operation (retarding) and post-injection (post-injection), the exhaust gas temperature is raised and PM is burned and removed.
[0018]
According to this configuration, in the continuous regeneration type diesel particulate filter device in the prior art, the exhaust gas temperature is low and the trapped particulate matter is not burned and removed, even in the operating state of a low torque, low rotational speed engine. By performing fuel injection control such as delaying the main injection timing (retarding) and post-injection (post-injection), the exhaust gas temperature rises and the oxidation catalyst is activated, and the exhaust gas temperature that has passed through this oxidation catalyst Can be further increased.
[0019]
Therefore, the temperature of the filter with catalyst rises, and the particulate matter collected by this filter with catalyst is burned and removed by the catalytic action of the filter with catalyst. Even during the downhill running operation that is activated, the filter with catalyst is not clogged and the particulate matter in the exhaust gas is continuously collected.
[0020]
Further, the combustion of the particulate matter is controlled by controlling the exhaust gas temperature by delaying the timing of the main injection of fuel injection or post-injection without using a heater. Can be performed by the existing fuel injection control device, and it is not necessary to add a new device such as a heater for heating or a power source or a new control device, and the entire device can be made compact. Therefore, the device can be easily attached to the vehicle.
[0022]
According to this configuration, when the exhaust gas temperature is raised in two or more stages, PM accumulated on the filter with catalyst is rapidly burned in a chain reaction, and runaway combustion occurs. It can be prevented that the temperature of the filter with catalyst becomes higher than the melting temperature and is damaged.
[0023]
2) In the continuous regeneration type diesel particulate filter device, the fuel injection control is Main injection delay operation and post injection operation Configured to include.
[0024]
According to this configuration, since the main injection delay operation and the post-injection operation are adopted as the fuel injection control, it can be handled only by changing the program of the existing fuel injection control device, and it is relatively easy. Filter regeneration is possible even in the low torque and low engine speed range of the engine.
[0025]
[Playback control method]
The regeneration control method for the continuous regeneration type diesel particulate filter device is configured as the following method.
[0026]
1) A filter with a catalyst for capturing particulate matter in exhaust gas of a diesel engine and burning the collected particulate matter by catalytic action, and HC and CO in the exhaust gas on the upstream side of the filter with catalyst. A continuous regeneration type diesel particulate filter device formed with an oxidation catalyst that oxidizes and raises an exhaust gas temperature, wherein the catalyst exhaust gas temperature of the engine is lower than an activation temperature of the oxidation catalyst under the engine operating condition When playing the attached filter, To the filter with catalyst In order to burn and remove the collected particulate matter, the exhaust gas temperature is controlled by fuel injection control of the engine. In addition to increasing the temperature, the temperature of the exhaust gas by the fuel injection control is increased in two stages: a preheating stage in which the oxidation catalyst is heated to avoid the generation of white smoke, and a stage in which the particulate matter is combusted at a combustible temperature. Perform in multiple steps Configured as a method.
[0027]
According to the above method, in the regeneration control method of the continuous regeneration type diesel particulate filter device in the prior art, the collected particulate matter is prevented from being burned and removed because the exhaust gas temperature is low and the oxidation catalyst activity is low. When the engine is running at a low torque and low rotational speed, fuel injection control such as retarding the main injection timing (retarding) and post-injection (post-injection) increases the exhaust gas temperature, and the oxidation catalyst Is activated, and the collected particulate matter is burned and removed by the catalytic action of the filter with catalyst, so even during idling operation, low speed operation and downhill driving operation that operates the engine brake, Catalytic filters continue to collect particulate matter in exhaust gas without clogging
[0029]
According to this method, when the exhaust gas temperature is raised in two or more stages, the PM deposited on the catalyst filter burns rapidly in a chain reaction, and the temperature of the catalyst filter is increased. It is possible to avoid damaging at the melting temperature or higher.
[0030]
2) In the regeneration control method for the continuous regeneration type diesel particulate filter device, the fuel injection control includes: Main injection delay operation and post injection operation Configured to include.
[0031]
According to this method, since the delay operation of the main injection timing and the post-injection are adopted as the fuel injection, it can be dealt with only by changing the program of the existing fuel injection control device, and the engine is relatively easy The filter with catalyst can be regenerated even in the low torque and low rotation speed region.
[0032]
3) During the regeneration by the regeneration control method of the continuous regeneration type diesel particulate filter device described above, the exhaust gas temperature is raised by first delaying the main injection of the fuel and flowing into the filter with catalyst After the temperature reaches a predetermined first target temperature value, a fuel post-injection operation is applied to further raise the exhaust gas temperature.
[0033]
According to this method, at the start of the regeneration mode operation, the exhaust gas temperature is increased by a delay operation of the main injection timing, the oxidation catalyst is preheated, the oxidation catalyst is activated, and then the post-injection is performed. White smoke that tends to occur at the start of regeneration can be prevented.
[0034]
4) In the regeneration control method for the continuous regeneration type diesel particulate filter device described above, in the post-combustion post-injection operation, a predetermined amount of post-injection of fuel is performed, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst-equipped filter is a predetermined second. After reaching the target temperature value, the fuel injection amount is increased to increase the exhaust gas temperature further.
[0035]
According to this method, the temperature of the exhaust gas entering the filter with the catalyst is raised in two stages or multiple stages, so that a rapid temperature rise due to the chained rapid combustion of the accumulated PM can be prevented. Melting of the attached filter is avoided.
[0036]
5) In the regeneration control method for the above-described continuous regeneration type diesel particulate filter device, the amount of particulate matter accumulated in the filter with catalyst and the amount of particulate matter burned and removed during engine operation are estimated from the operating state of the engine. The accumulated amount of particulate matter is estimated by cumulative calculation, and whether or not the estimated amount of accumulation of the particulate matter exceeds a predetermined accumulated amount is used to determine the start of regeneration. .
[0037]
According to this method, since the accumulated state of the particulate material is estimated and calculated, and when the accumulated estimated value of the particulate material exceeds a predetermined accumulated amount, the regeneration mode operation is started. It will be possible to do at the right time.
[0038]
Therefore, it is possible to efficiently collect and burn off particulate matter while preventing deterioration of fuel consumption.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a continuous regeneration type diesel particulate filter device (hereinafter referred to as a continuous regeneration type DPF device) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0040]
[Device configuration]
FIG. 1 shows the configuration of the continuous regeneration type DPF device of this embodiment. The continuous regeneration type DPF device 1 is a device provided in the exhaust passage 2 of the engine E and provided with an oxidation catalyst 3 and a filter with catalyst 4 from the upstream side.
[0041]
For the regeneration control of the filter with catalyst 4, the first exhaust pressure sensor 51 is provided on the exhaust inlet side of the oxidation catalyst 3, and the first temperature sensor 53 is provided between the oxidation catalyst 3 and the filter with catalyst 4. A second exhaust pressure sensor 52 and a second temperature sensor 54 are provided on the exhaust outlet side of the filter 4.
[0042]
The output values of these sensors are input to and output from an engine control device (ECU: engine control unit) 50 that performs overall control of engine operation and also controls regeneration of the filter with catalyst 4. The engine fuel injection device 5 is controlled by the control signal.
[0043]
The oxidation catalyst 3 is formed by supporting an oxidation catalyst such as platinum (Pt), γ-alumina, or zeolite on a support such as a honeycomb structure of a porous ceramic, and the filter with catalyst 4 is a porous ceramic. Formed by a monolith honeycomb wall flow type filter in which the inlets and outlets of the honeycomb channels are alternately plugged, a felt-like filter in which inorganic fibers such as alumina are randomly laminated, and the like, Pt, It is formed by supporting a catalyst such as γ alumina or zeolite.
[0044]
When a monolith honeycomb wall flow type filter is used as the filter of the catalyst-equipped filter 4, particulate matter (hereinafter referred to as PM) in the exhaust gas G is collected by a porous ceramic wall ( When the fiber type filter type is employed, PM is collected by the inorganic fibers of the filter.
[0045]
[Playback control method]
Next, a regeneration control method in the continuous regeneration type DPF device 1 having the above configuration will be described.
[0046]
This reproduction control method is performed according to the flow illustrated in FIGS.
[0047]
These illustrated flows are shown as a regeneration control flow that is repeatedly called and executed in parallel with the control flow of the engine E for easy explanation. That is, during the operation control of the engine E, this flow is repeatedly called and executed at regular intervals, and when the control of the engine E is finished, this flow is not called and the regeneration control of the filter 4 with the catalyst is substantially performed. It is configured to end.
[0048]
[Outline of playback control method]
In the regeneration control flow of the present invention, not only when the exhaust pressure Pe detected by the first exhaust pressure sensor 51 exceeds the predetermined first exhaust pressure determination value Pemax, the start of the regeneration mode operation is performed, but also the filter with catalyst 4 This is also performed when the amount of accumulated PM, that is, the PM accumulated estimated value PMs becomes equal to or greater than a predetermined PM judgment value PMmax.
[0049]
In the regeneration control flow illustrated in FIG. 2, first, in step S21, the PM accumulated estimated value PMs is equal to or greater than a predetermined PM determination value PMmax, or the exhaust pressure Pe is equal to or greater than a predetermined first exhaust pressure determination value Pemax. If it is any, the process proceeds to the regeneration mode operation of step S30, and if none of them, the process returns.
[0050]
The flow of the regeneration mode operation in step S30 is the first stage of temperature increase in which preheating is performed by delaying (retarding) the timing of EGR (exhaust gas recirculation) in step S31 and the main injection (main) timing of fuel injection in step S32. , A second stage of temperature increase in which post-injection (post-injection) is performed in step S33 and fuel is injected by a specified amount to start PM combustion; This step comprises a fourth stage of temperature increase in which the post-injection amount of the post-injection is further increased and the PM is purged, and the regeneration mode operation is terminated in step S36.
[0051]
Hereinafter, each step will be described in detail.
[0052]
[Estimation of PM accumulated value]
The calculation of the PM cumulative estimated value PMs used for determining the shift to the regeneration mode operation in step S21 of FIG. 2 will be described in detail. This PM cumulative estimated value PMs is performed according to a PM cumulative estimation flow as illustrated in FIG.
[0053]
In the PM cumulative estimation flow of FIG. 3, when this flow starts, first, in step S <b> 11, the torque Q indicating the operating state of the engine E, the engine speed Ne, and the DPF measured by the first temperature sensor 53. Enter the inlet temperature T1.
[0054]
In the next step S12, the DPF inlet temperature Tb at the balance point (BP) is calculated from the map data Mtb (Q, Ne) inputted in advance from the torque Q and the engine speed Ne.
[0055]
This balance point is a region in which the collected PM does not burn and the PM accumulates because the exhaust gas temperature is low and the catalytic activity is low during the normal operation where the filter regeneration operation is not performed (FIG. 9). 9) and the region where the exhaust gas temperature is high and the collected PM is burned by the catalytic action and the accumulated PM is reduced (B portion in FIG. 9), the catalyst-equipped filter 4 This refers to a balanced portion (on line C in FIG. 9) in which neither PM accumulates nor decreases.
[0056]
In step S13, whether or not the measured DPF inlet temperature Te is equal to or lower than the DPF inlet temperature Tb at the balance point, that is, the region where the operating state of the engine E is low torque and low rotational speed PM accumulates ( It is determined whether or not it is within (A part of FIG. 9).
[0057]
If it is determined in step S13 that the measured DPF inlet temperature Te is equal to or lower than the DPF inlet temperature Tb at the balance point, that is, within the PM accumulation region (A), in FIG. ) PMa (Q, Ne) map is calculated from the PMa (Q, Ne) map corresponding to the torque Q and the engine speed Ne, and the accumulated PM amount for each time is calculated and added to the PM accumulated estimated value PMs.
[0058]
If the measured DPF inlet temperature Te is higher than the DPF inlet temperature Tb at the balance point, that is, within the PM decrease region (B portion in FIG. 9), it is input in advance in step S15. Further, the PM amount to be removed corresponding to the torque Q and the engine speed Ne is calculated from the PMb (Q, Ne) map of FIG. 9C, subtracted and accumulated in the PM accumulated estimated value PMs, and the process goes to step S16. .
[0059]
In this step S16, it is determined whether or not the PM accumulated estimated value PMs is greater than zero, that is, whether or not PM is in a deposited state. In the determination of this step S16, the PM accumulated estimated value PMs is less than zero. If it is smaller, the PM accumulated estimated value PMs is returned to zero in step S17, and if it is larger than zero, the process returns as it is.
[0060]
[Judgment to start regeneration mode operation]
In step S21 of FIG. 2, it is determined whether the PM accumulated estimated value PMs is equal to or greater than a predetermined PM determination value PMmax or whether the exhaust pressure Pe is equal to or greater than a predetermined first exhaust pressure determination value Pemax. In this determination of the PM accumulated estimated value PMs, as shown in FIG. 10A, the PM accumulated estimated value PMs is between PM1 and PM2, and the engine operating state (torque Q, engine rotation). (Ne) is in the hatched portion (A) below the balance point in FIG. 10B and when the PM accumulated estimated value PMs is between PM2 and PM3 in FIG. 10A (in this case) Is controlled so as to enter the regeneration mode operation when the engine operating state (torque Q, engine speed Ne) is the shaded portion (A + B) in FIG.
[0061]
[Temperature rise 1st stage: Preheating]
In step S32 of FIG. 2, the timing of main injection (main) of fuel injection is delayed (retarded), and the exhaust temperature is raised by this delay operation. In this step S32, the detailed flow of FIG. As shown in FIG. 4, in step S32a, the main injection is delayed, and the exhaust temperature is increased by this delay. The DPF inlet temperature (exhaust temperature) Te measured by the first temperature sensor 53 is determined in the next step S32b. Is determined to exceed a predetermined first target temperature Te1 (for example, 200 to 250 ° C.). If not, the delay amount of the main injection of the fuel injection is increased in step S32c, and this delay operation is performed. The DPF inlet temperature Te is raised to the first target temperature Te1 or higher.
[0062]
When the DPF inlet temperature Te exceeds the predetermined first target temperature Te1 and the predetermined first time value t1 has elapsed in step S32b, the process goes to step S33.
[0063]
By raising the exhaust temperature, preheating is performed to heat the oxidation catalyst 3, and the temperature of the catalyst is raised and activated, thereby avoiding generation of white smoke due to post-injection.
[0064]
This main injection delay operation is continued until the end of the regeneration mode operation.
[0065]
[Temperature rise second stage: PM combustion start]
In step S33 of FIG. 2, post injection is performed to post-inject a specified amount of fuel, and the exhaust gas temperature is increased until the DPF inlet temperature Te reaches the second target temperature Te2. The second target temperature Te2 is a temperature at which PM can be combusted as shown in FIG. is there.
[0066]
In step S33, as shown in the detailed flow of FIG. 5, in step S33a, a prescribed amount of post-injection is performed, and the DPF inlet temperature Te is further increased to the second target temperature Te2, and in the next step S33b, The second target temperature Te2 is controlled by controlling the timing of post-injection (injection timing) until the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) becomes equal to or lower than a predetermined second exhaust pressure value Pe2b (or second differential pressure value ΔPe2). To maintain. Further, the injection amount may be controlled and maintained.
[0067]
This exhaust pressure Pe is the exhaust pressure value measured by the first exhaust pressure sensor 51 on the exhaust inlet side of the oxidation catalyst 3, and this differential pressure ΔPe is the exhaust pressure Pe measured by the first exhaust pressure sensor 51 and the catalyst attached. The difference ΔPe = Pe−Peb from the exhaust pressure Peb measured by the second exhaust pressure sensor 52 on the exhaust outlet side of the filter 4.
[0068]
In step S33c, the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) becomes equal to or lower than a predetermined second exhaust pressure value Pe2 (or second differential pressure value ΔPe2), or the target temperature Te2 is set to a predetermined second time value. It is determined whether or not it has been maintained for t2 (for example, 300 s), and if any, the process proceeds to step S34, and if not, the process returns to step S33b.
[0069]
By this post-injection, the temperature of the filter with catalyst 4 is raised and PM combustion is started.
[0070]
Then, it is confirmed that the combustion of PM is started when the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) is equal to or lower than a predetermined second exhaust pressure value Pe2 (or second differential pressure value ΔPe2).
[0071]
[Temperature rise third stage: PM combustion]
In the next step S34 of FIG. 2, the amount of post-injection is increased to increase the exhaust gas temperature so that the temperature becomes suitable for PM combustion, that is, the DPF inlet temperature Te is higher than the second target temperature Te2. Control is performed to achieve the third target temperature Te3. The third target temperature Te3 is about 350 ° C. to 500 ° C. at a predetermined temperature (for example, 150 ° C.) higher than the DPF inlet temperature Tb at the balance point.
[0072]
In step S34, as shown in the detailed flow of FIG. 6, the post-injection injection amount is increased in step S34a, and in the next step S34b, the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) is set to a predetermined third. Until the exhaust pressure value Pe3 (or the third differential pressure value ΔPe3) or less, the post-injection injection amount is controlled to maintain the third target temperature Te3.
[0073]
In step S34c, the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) becomes equal to or lower than a predetermined third exhaust pressure value Pe3 (or third differential pressure value ΔPe3), or the target temperature Te3 is set to a predetermined third time value. It is determined whether or not it has been maintained for t3 (for example, 600 s), and if any, the process proceeds to step S35, and if not, the process returns to step S34b.
[0074]
In this step S34, PM is burned at an optimum temperature by controlling the injection amount of post-injection.
[0075]
[Temperature rise stage 4: PM cleanup]
In step S35 of FIG. 2, the amount of post-injection is further increased, and control is performed so that the DPF inlet temperature Te becomes the fourth target temperature Te4 (for example, 600 ° C.).
[0076]
In step S35, as shown in the detailed flow of FIG. 7, the post-injection injection amount is increased in step S35a, and in the next step S35b, the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) is a predetermined fourth value. Until the exhaust pressure value Pe4 (or the fourth differential pressure value ΔPe4) or less, the post-injection injection amount is controlled to maintain the fourth target temperature Te4.
[0077]
In step S35c, the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) has become equal to or lower than a predetermined fourth exhaust pressure value Pe4 (or fourth differential pressure value ΔPe4), or the fourth target temperature Te4 is set to a predetermined fourth. It is determined whether or not it has been maintained for a time value t4 (for example, 300 s). If it is any, the process proceeds to step S36, and if not, the process returns to step S35b.
[0078]
By this temperature raising operation, the PM collected by the filter is wiped out.
[0079]
[End of regeneration mode operation]
Then, in step S36 shown in FIG. 2, the regeneration mode operation is terminated, the fuel injection is returned to normal, and the PM calculation cumulative value PMs is reset to zero.
[0080]
At the end of the regeneration, the exhaust pressure Pe is checked and stored, and when it exceeds a predetermined exhaust pressure value Pemax, a warning lamp is lit to inform the driver that the filter has reached the end of its life.
[0081]
[Others]
Further, at each stage of the above flow, the DPF inlet temperature Te is monitored, and when the temperature reaches or exceeds the limit temperature (Temax: 700 ° C., for example), the post-injection is stopped and the main injection delay operation is canceled. Thus, the regeneration mode operation is interrupted, thereby avoiding a filter erosion due to a rapid temperature rise due to PM combustion.
[0082]
At the same time, when the temperature Teb measured by the second temperature sensor 54 provided on the exhaust outlet side of the catalyst-equipped filter 4 exceeds a predetermined temperature, the torque of the filter 4 with the catalyst is automatically reduced. Operate the engine to prevent melting.
[0083]
When the regeneration process is interrupted, the remaining amount of PMs PMs is determined from the exhaust pressure Pe ′ at the end of the previous regeneration, the exhaust pressure Pe ”at the start of the current regeneration, and the exhaust pressure Pe at the time of regeneration suspension. 'Is estimated, and this PM remaining amount PMs' is adopted as a value at the start of accumulation of the PM accumulated estimated value PMs.
[0084]
Also, the first exhaust pressure value Pemax, the second exhaust pressure value Pe2 (or the second differential pressure value ΔPe2), the third exhaust pressure value Pe3 (or the third differential pressure value ΔPe3), and the fourth exhaust pressure value Pe4. The relationship (or the fourth differential pressure value ΔPe4) gradually decreases in this order. That is, Pemax>Pe2>Pe3> Pe4 (or ΔPe2>ΔPe3> ΔPe4).
[0085]
[Time series of playback]
According to the regeneration control method of the continuous regeneration type DPF device 1 as described above, the regeneration of the filter with catalyst 4 is performed in the time series of the DPF inlet temperature Te as shown in FIG.
[0086]
When PM is accumulated during engine operation such as a normal running state or an idle operation state, the PM accumulated estimated value PMs becomes larger than a predetermined determination value PMmax or the exhaust pressure Pe becomes larger than a predetermined first exhaust pressure value Pemax. By the determination in step S21 in FIG. 2, the process shifts to the reproduction mode in step S30.
[0087]
At this regeneration mode start time ts, EGR (exhaust gas recirculation) is cut in step S31, and the timing of main injection (main) of fuel injection is delayed (retarded) in step S32. To raise.
[0088]
When the DPF inlet temperature Te exceeds a predetermined first target temperature Te1 (about 200 to 250 ° C.), post injection (post-injection) is performed in step S33, and a predetermined amount of post injection is performed. The inlet temperature Te is raised to the second target temperature Te2 (about 350 ° C.), and PM combustion is started.
[0089]
Then, when it is confirmed that the combustion of PM is started by the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) being equal to or lower than a predetermined second exhaust pressure value Pe2 (or second differential pressure value ΔPe2), in step S34. The post-injection amount is increased and the exhaust gas temperature is adjusted to a temperature suitable for PM combustion. The DPF inlet temperature Te is controlled so as to maintain the third target temperature Te3 (about 500 ° C.). PM is burned at the optimum temperature.
[0090]
Then, it is confirmed that most of the accumulated PM has been combusted by confirming that the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) is equal to or lower than a predetermined third exhaust pressure value Pe3 (or third differential pressure value ΔPe3), and step S35. Then, the amount of post-injection is further increased, and the PM collected by the filter is cleared.
[0091]
Then, when the exhaust pressure Pe (or differential pressure ΔPe) is equal to or lower than a predetermined fourth exhaust pressure value Pe4 (or fourth differential pressure value ΔPe4), it is confirmed that the combustion of PM has ended, and in step S36, The regeneration mode operation is terminated, the fuel injection is returned to normal, and the PM calculation cumulative value PMs is reset to zero.
[0092]
By this series of regeneration control, the catalyst-equipped filter 4 is regenerated.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the continuous regeneration type diesel particulate filter (DPF) device and the regeneration control method thereof of the present invention, the following effects can be obtained.
[0094]
Exhaust gas flowing into the filter with catalyst by oxidizing gas components such as carbon monoxide (CO) and unburned fuel (HC) in the exhaust gas by the oxidation catalyst provided upstream of the filter with catalyst for continuous regeneration. Since the gas temperature can be raised, the temperature of the filter with the catalyst can be raised even when the engine is operating at a relatively low exhaust gas temperature, and the collected particulate matter (PM) can be burned and removed. .
[0095]
In normal operation, the exhaust gas temperature is reduced by delay operation of the main injection timing of fuel injection or post-injection in the operating state of the engine such as low torque and low rotation speed where the collected particulate matter is not burned and removed. By raising, PM can be removed by combustion.
[0096]
Therefore, the exhaust gas temperature is low, such as during idling operation for a long time, during low-speed operation and during downhill driving operation that activates the engine brake, and the low torque at which the collected PM is not burned off, Even in an engine operating state such as a low engine speed, PM in exhaust gas can be continuously collected without clogging the filter with catalyst.
[0097]
Further, without using a heater, PM combustion is controlled by controlling the exhaust gas temperature by delaying the main injection or post-injection of fuel, and this fuel injection can be performed by an existing fuel injection control device. Therefore, new equipment such as a heater and a power source for heating and its control device can be dispensed with, and thus the device can be made compact.
[0098]
In addition, since the temperature of the exhaust gas entering the filter with catalyst is raised in two stages or multiple stages, it is possible to prevent a sudden increase in temperature due to chained rapid combustion of the accumulated PM. Loss can be avoided.
[0099]
In addition, since the regeneration mode operation is started based on the accumulated PM estimated value, the regeneration process of the filter with catalyst can be performed at the optimum timing. Therefore, it is possible to continuously and efficiently collect and burn and remove PM while preventing deterioration of fuel consumption.
[0100]
Furthermore, at the start of the regeneration mode operation, the exhaust gas temperature is increased by delaying the main injection timing, the oxidation catalyst is preheated to activate the catalyst, and then the post-injection is performed. The generation of white smoke can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a continuous regeneration type particulate filter device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a regeneration control method of the continuous regeneration type particulate filter device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart for estimating and calculating a PM accumulated estimated value.
FIG. 4 is a flow chart of a first stage of temperature increase of preheating due to delay of main injection of fuel injection.
FIG. 5 is a flowchart of a second stage of temperature increase at the start of PM combustion by post-injection of a prescribed amount of fuel injection.
FIG. 6 is a flow chart of a third stage of temperature increase of PM combustion due to an increase in post-injection of fuel injection.
FIG. 7 is a flowchart of a fourth stage of temperature rise for PM cleaning by further increase in post-injection of fuel.
FIG. 8 is a time-series diagram showing the passage of time of the DPF inlet temperature in the regeneration mode operation.
9A and 9B are diagrams showing map data of PM amount used for calculating the PM accumulated estimated value, FIG. 9A is a diagram showing a balance point, and FIG. 9B is a portion where map data of the PM accumulation area (A) is present. (C) is a figure which shows a part with the map data of PM removal area | region (B).
FIGS. 10A and 10B are diagrams for determining the PM accumulated estimated value at the start of regeneration mode operation, where FIG. 10A is a diagram showing a relationship between a numerical value used for determination and a regeneration interval, and FIG. 10B is a diagram when PM1 ≦ PMs <PM2. (C) is a figure which shows an engine operation area | region (A + B) at the time of PM2 <= PMs <PM3.
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between an engine operating region (torque and engine speed) and a mechanism for purifying PM in exhaust gas in a conventional continuous regeneration type particulate filter device.
[Explanation of symbols]
E engine
1 Continuous regeneration type particulate filter device
2 Exhaust passage
3 Oxidation catalyst
4 Filter with catalyst
5 Fuel injector
50 Control unit (ECU)
51 First exhaust pressure sensor
52 Second exhaust pressure sensor
53 First temperature sensor
54 Second temperature sensor

Claims (7)

ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に捕集した粒子状物質を触媒作用により燃焼する触媒付フィルタと、該触媒付フィルタの上流側に、排気ガス中のHC及びCOを酸化させて排気ガス温度を昇温させる酸化触媒と、前記触媒付フィルタの目詰まりに対する再生処理を行う再生制御手段を備えた連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置において、
該再生制御手段が、エンジンの排気ガス温度が前記酸化触媒の活性化温度より低いエンジン運転条件における前記触媒付フィルタの再生時に、エンジンの燃料噴射制御により排気ガス温度を昇温させて前記酸化触媒を活性化し、前記触媒付フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去すると共に、前記燃料噴射制御による排気ガス温度の昇温を、酸化触媒を加熱し白煙の発生を回避する予備加熱段階と、粒子状物質を燃焼可能な温度で燃焼させる段階の二段階以上の多段階で行うように構成されることを特徴とする連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
Catalytic filter that collects particulate matter in exhaust gas of diesel engine and burns the collected particulate matter by catalytic action , and oxidizes HC and CO in exhaust gas upstream of the filter with catalyst In the continuous regeneration type diesel particulate filter device comprising an oxidation catalyst for raising the exhaust gas temperature and a regeneration control means for performing regeneration processing for clogging of the catalyst-attached filter,
The regeneration control means raises the exhaust gas temperature by fuel injection control of the engine and regenerates the oxidation catalyst during regeneration of the catalyst filter under engine operating conditions where the exhaust gas temperature of the engine is lower than the activation temperature of the oxidation catalyst. A preheating stage in which the particulate matter trapped in the filter with catalyst is burned and removed, and the exhaust gas temperature is raised by the fuel injection control to heat the oxidation catalyst and avoid the generation of white smoke And a continuous regeneration type diesel particulate filter device, characterized in that it is configured to perform in two or more stages of burning particulate matter at a combustible temperature .
前記燃料噴射制御が、主噴射の遅延操作と後噴射操作を実行することを特徴とする請求項1記載の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置。The continuous regeneration type diesel particulate filter device according to claim 1, wherein the fuel injection control performs a delay operation and a post-injection operation of main injection. ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に捕集した粒子状物質を触媒作用により燃焼する触媒付フィルタと、該触媒付フィルタの上流側に排気ガス中のHC及びCOを酸化させて排気ガス温度を昇温させる酸化触媒を有して形成される連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置において、A filter with a catalyst that collects particulate matter in exhaust gas of a diesel engine and burns the collected particulate matter by catalytic action, and oxidizes HC and CO in the exhaust gas upstream of the filter with catalyst. In a continuously regenerating diesel particulate filter device formed with an oxidation catalyst for raising the exhaust gas temperature by
エンジンの排気ガス温度が前記酸化触媒の活性化温度より低いエンジン運転条件における前記触媒付フィルタの再生時に、前記触媒付フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去するために、エンジンの燃料噴射制御により排気ガス温度を昇温させて前記酸化触媒を活性化し、前記触媒付フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去すると共に、前記燃料噴射制御による排気ガス温度の昇温を、酸化触媒を加熱し白煙の発生を回避する予備加熱段階と、粒子状物質を燃焼可能な温度で燃焼させる段階の二段階以上の多段階で行うように構成されることを特徴とする連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法。In order to burn and remove particulate matter trapped in the catalyst-coated filter during regeneration of the catalyst-filter under engine operating conditions where the engine exhaust gas temperature is lower than the activation temperature of the oxidation catalyst, engine fuel injection The exhaust gas temperature is raised by control to activate the oxidation catalyst, and the particulate matter trapped in the catalyst-equipped filter is burned and removed, and the exhaust gas temperature rise by the fuel injection control is increased by the oxidation catalyst. Continuously recycle diesel, characterized in that it is composed of two or more stages, a preheating stage that heats the gas and avoids the generation of white smoke, and a stage that burns particulate matter at a combustible temperature A regeneration control method for a particulate filter device.
前記燃料噴射制御が、主噴射の遅延操作と後噴射操作を実行することを特徴とする請求項1記載の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法。2. The regeneration control method for a continuous regeneration type diesel particulate filter device according to claim 1, wherein the fuel injection control executes a delay operation and a post-injection operation of main injection. 前記再生時において、最初に燃料の主噴射を遅延操作することにより、排気ガス温度を昇温させ、前記触媒付フィルタへ流入する排気ガスの温度が所定の第1目標温度値に到達した後に、燃料の後噴射操作を加えて、排気ガス温度を更に昇温させることを特徴とする請求項4記載の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法。 During the regeneration, the exhaust gas temperature is first raised by delaying the main injection of the fuel, and after the temperature of the exhaust gas flowing into the filter with catalyst reaches a predetermined first target temperature value, The regeneration control method for a continuous regeneration type diesel particulate filter device according to claim 4, wherein the exhaust gas temperature is further raised by applying a fuel post-injection operation . 前記燃焼の後噴射操作において、規定量の燃料の後噴射を行って前記触媒付フィルタへ流入する排気ガスの温度が所定の第2目標温度値に到達した後に、燃料の後噴射の噴射量を増加して、排気ガス温度を更に昇温させることを特徴とする請求項5記載の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法。 In the post-combustion operation of the combustion, after the post-injection of the specified amount of fuel is performed and the temperature of the exhaust gas flowing into the filter with catalyst reaches a predetermined second target temperature value, the injection amount of the fuel post-injection is set. 6. The regeneration control method for a continuous regeneration type diesel particulate filter device according to claim 5, wherein the exhaust gas temperature is further increased to further increase the exhaust gas temperature . エンジンの運転時に前記触媒付フィルタに蓄積される粒子状物質の量と燃焼除去される粒子状物質の量をエンジンの運転状態から推定して、累積計算して粒子状物質の蓄積推定量を算出し、該粒子状物質の蓄積推定量が所定の蓄積量を超えたか否かを、再生開始の判定に使用することを特徴とする請求項3、4、5又は6のいずれか1項に記載の連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の再生制御方法。 Estimate the amount of particulate matter accumulated in the filter with catalyst and the amount of particulate matter burned and removed during engine operation from the operating state of the engine, and calculate the accumulated amount of particulate matter by cumulative calculation 7. The method according to claim 3, wherein the estimated accumulation amount of the particulate matter exceeds a predetermined accumulation amount for use in determining whether to start regeneration. Control method for continuous regeneration type diesel particulate filter device.
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