JP4169076B2 - 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、長時間アイドル運転のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の強制再生時において、ＰＴＯ装置（パワーテイクオフ装置）が作動状態であっても、強制再生を実施する排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムに関する。

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・マター：以下ＰＭとする）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する排気ガス浄化装置の一つに連続再生型ＤＰＦ装置がある。

この連続再生型ＤＰＦ装置では、排気ガス温度が約３５０℃以上の時には、ＤＰＦに捕集されたＰＭは連続的に燃焼して浄化され、ＤＰＦは自己再生するが、低速低負荷等の排気温度が低い場合には、触媒の温度が低下して活性化しないため、ＰＭを酸化してＤＰＦを自己再生することが困難となる。そのため、ＰＭのＤＰＦへの堆積により目詰まりが進行するため、この目詰まりによる排圧上昇の問題が生じる。

そこで、ＤＰＦへのＰＭ堆積量が所定の量（閾値）を超えたときに、シリンダ内（筒内）における多段遅延噴射（マルチ噴射）や後噴射（ポスト噴射）等により、排気ガスを強制的に昇温させて、捕集ＰＭを強制的に燃焼除去する強制再生を行う。この強制再生では、後噴射等によって排気ガス中に供給されたＨＣ（炭化水素）を、ＤＰＦの上流側に配置された酸化触媒やＤＰＦに担持した酸化触媒で燃焼させることにより、この酸化反応熱を利用して、ＤＰＦの入口やＤＰＦのフィルタ表面の排気ガス温度を上昇させ、ＤＰＦに蓄積されたＰＭが燃焼する温度以上にＤＰＦを昇温して、ＰＭを燃焼除去する。

この強制再生には、手動再生で行う場合と自動再生で行う場合とがある。手動再生の場合には、ＤＰＦの目詰まりが所定の量を超えたときに、運転者に警告を出して、この警告を受けた運転者が、強制再生の開始用のボタンを押すことで、強制再生を行う。一方、自動再生では、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、特に運転者に警告を出すことなく、自動で走行中であっても強制再生を行う。

この強制再生の一つに、所定時間以上アイドル状態が連続された時に行う長時間アイドル時の強制再生があるが、ＰＴＯ装置を装備したミキサー車、汚泥吸引車、クレーン車、消防自動車等の特装車においては、ＰＴＯ装置の作動時に強制再生を行うと、遅延燃焼は燃焼が不安定なので回転変動が出易く、また、負荷によって噴射タイミングを大きく変化させるので過渡的な燃焼が不安定なため、エンジン回転数が変化するという影響が生じてしまうという問題がある。

この問題に対して、従来技術においては、このアイドル状態で且つＰＴＯ装置の作動時にはＤＰＦの強制再生を禁止していた。例えば、エンジン動力をＰＴＯ装置を介してアイドリング状態で取り出して補機を駆動し得るようにした特装車で、アイドリング状態での強制再生ではエンジンの回転数を上昇させる強制再生制御を行う排気浄化装置において、ＰＴＯ装置が作動状態にある条件下で強制再生した場合に生じるエンジンの運転状態の急変や補機の作動不良を避けるため、この条件下ではポスト噴射の追加や回転数の上昇等の強制再生を行うための再生制御指令が出力されないようにした排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、同様な排気ガス浄化装置で、ＰＴＯ装置の実質的な作動を重視して、ＰＴＯ装置のスイッチがオンで且つ外部アクセルの特装用レバー等による補機に対する操作入力が検知された場合に限り、制御装置から昇温制御指令が出力されないように構成した排気ガス浄化装置も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、特装車は、特別装備の負荷のために、特別装備をしていない標準車よりも短時間で多量のＰＭがＤＰＦに堆積してしまうため、長時間アイドル運転時における強制再生をＰＴＯ作動時に禁止してしまうと、ＤＰＦの目詰まりが発生し、排圧が過剰に上昇してエンジンの運転に不具合が生じるという問題が生じる。つまり、長時間アイドル運転時のＰＴＯ装置の作動時のように、低中負荷運転が繰り返されるような場合では、短時間でＰＭが堆積してしまうにも関わらず、ＤＰＦの強制再生ができないので、ＤＰＦ内に過剰にＰＭが堆積してしまう恐れが生じる。このＰＭ堆積を解消するためにＤＰＦを強制再生使用すると、ＰＴＯ作業を中断する必要は生じ、作業効率の低下を招くという問題がある。

本発明は、上記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、排気ガス中のＰＭを浄化するためのＤＰＦを備えた特装車両において、長時間アイドル運転時で且つＰＴＯが作動状態であっても、エンジン回転変動を避けつつ強制再生を実行して、ＤＰＦを良好な状態に維持できる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムの制御方法は、車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置を備えると共に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する際に、排気ガスの温度が所定の判定温度より低い時には排気温度を上昇させるための多段遅延噴射制御を行う排気温度昇温制御を実施し、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になった時に後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去を実施する制御装置を備えた排気ガス浄化システムの制御方法において、内燃機関のアイドル運転状態が所定の判定時間を経過し、且つ、パワーテイクオフ装置が作動状態である場合には、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を禁止することなく、前記多段遅延噴射制御を禁止することを特徴とする。

なお、ここでは、「排気温度」とは内燃機関の排気マニホールドを出た所、言い換えれば内燃機関出口の排気ガスの温度のことを言い、「排気ガスの温度」とは排気ガス浄化装置の前後や内部で計測した排気ガスの温度のことを言う。

また、「多段遅延噴射」はマルチ噴射と呼ばれることもあるが、酸化触媒の排気温度を触媒活性温度域まで上昇させることが主目的であり、排気ガス中に未燃燃料を供給する目的ではなく、排気温度の昇温が目的である。一方、「後噴射」はポスト噴射とも呼ばれ、多量の未燃燃料を排気ガス中に供給し、この供給による酸化触媒通過後の排気ガスの温度を上昇させて、この昇温によりＤＰＦを再生することが主目的であり、内燃機関出口の排気温度の昇温が目的ではなく、排気ガス中に未燃燃料を供給し、酸化触媒で酸化させることが目的である。

これにより、排気ガス中のＰＭを浄化するためのＤＰＦを備えた特装車両において、長時間アイドル運転時で且つＰＴＯの作動状態では、排気温度上昇用の多段遅延噴射制御を禁止したので、ＰＴＯ作動中における多段遅延噴射に起因する内燃機関のエンジン回転数の変動を避けることができる。

上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、内燃機関のアイドル運転状態が所定の判定時間を経過し、且つ、前記ＰＴＯ装置が作動状態であり、且つ、前記多段遅延噴射制御を禁止している場合でも、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になったときには、前記後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施すると、長時間アイドル運転時で且つＰＴＯ装置の作動状態で且つ多段遅延噴射制御禁止中であってもＰＭ燃焼除去制御を行うので、長時間アイドル運転時で且つＰＴＯが作動状態であっても強制再生を実行でき、ＤＰＦを良好な状態に維持することができる。

上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、前記ＰＴＯ装置が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度よりも低いと判定されたときには、前記多段遅延噴射制御を実施すると、長時間アイドル運転時で、ＰＴＯ装置の非作動状態では排気温度を昇温でき、効率よくＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去できる。

上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、前記ＰＴＯ装置が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になったときには、前記後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施すると、長時間アイドル運転時で、ＰＴＯ装置の非作動状態でＰＭ燃焼除去でき、効率よくＤＰＦを良好な状態に維持することができる。

そして、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置を備えると共に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する際に、排気ガスの温度が所定の判定温度より低い時には排気温度を上昇させるための多段遅延噴射制御を行う排気温度昇温制御を実施し、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になった時に後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去を実施する制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、内燃機関のアイドル運転状態が所定の判定時間を経過し、且つ、パワーテイクオフ装置が作動状態である場合には、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を禁止することなく、前記多段遅延噴射制御を禁止する制御を行うように構成する。

この構成により、排気ガス中のＰＭを浄化するためのＤＰＦを備えた特装車両において、長時間アイドル運転時で且つＰＴＯの作動状態では、排気温度上昇用の多段遅延噴射制御を禁止したので、ＰＴＯ作動中における多段遅延噴射に起因する内燃機関のエンジン回転数の変動を避けることができる。

上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、内燃機関のアイドル運転状態が所定の判定時間を経過し、且つ、前記ＰＴＯ装置が作動状態であり、且つ、前記多段遅延噴射制御を禁止している場合でも、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になったときには、前記後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施する制御を行うように構成すると、この構成により、長時間アイドル運転時で且つＰＴＯ装置の作動状態で且つ多段遅延噴射制御禁止中であってもＰＭ燃焼除去制御を行うので、長時間アイドル運転時で且つＰＴＯ装置が作動状態であっても強制再生を実行でき、ＤＰＦを良好な状態に維持することができる。

上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記ＰＴＯ装置が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度よりも低いと判定された時には、前記多段遅延噴射制御を実施する制御を行うように構成すると、この構成により、長時間アイドル運転時で、ＰＴＯ装置の非作動状態では排気温度を昇温でき、効率よくＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去できる。

上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記ＰＴＯ装置が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になったときには、前記後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施する制御を行うように構成すると、この構成により、長時間アイドル運転時で、ＰＴＯ装置の非作動状態でＰＭ燃焼除去でき、効率よくＤＰＦを良好な状態に維持することができる。

なお、この排気ガス浄化システムの例としては、内燃機関の排気通路に上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とＤＰＦを配置した排気ガス浄化装置や、内燃機関の排気通路に酸化触媒を担持したＤＰＦを配置した排気ガス浄化装置等を備えた排気ガス浄化システムがある。

本発明に係る排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガス中のＰＭを浄化するためのＤＰＦを備えた特装車両において、長時間アイドル時におけるＰＴＯ作動時のＤＰＦ再生制御では、エンジン回転変動の原因となる多段遅延噴射（マルチ噴射）を禁止するので、ＰＴＯ作動時のエンジン回転変動を避けることができる。

また、エンジンの負荷状況を監視し、ＤＰＦの強制再生が可能な高負荷なＰＴＯ作動時には強制再生を可能にするので、ＰＴＯ作動時にも強制再生が実行される。そのため、ＤＰＦにＰＭが過度の溜め込まれるという問題が解消され、エンジン運転状態に排圧上昇による不具合が起きることがなくなる。つまり、ＰＴＯ作動を中止することなく、ＤＰＦの強制再生が可能となるので、ＤＰＦの目詰まりを防止することができる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。

この排気ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に排気ガス浄化装置１２とサイレンサー１３を備えて構成される。この排気ガス浄化装置１２は、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置の一つであり、上流側に酸化触媒装置１２ａを、下流側に触媒付きフィルタ装置（ＤＰＦ）１２ｂを配置して構成される。排気ガスＧは、この排気ガス浄化装置１２により浄化されて、浄化された排気ガスＧｃとしてサイレンサ１４を経由して大気中に放出される。

この酸化触媒装置１２ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。触媒付きフィルタ装置１２ｂ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等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は、多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。

そして、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの堆積量を推定するために、排気ガス浄化装置１２の前後に接続された導通管に差圧センサ３１が設けられる。また、この排気ガス浄化装置１２の下流側に排気絞り手段として排気スロットル弁１４が設けられる。

また、吸気通路１５には、エアクリーナ１６、ＭＡＦセンサ（吸入空気量センサ）１７、吸気絞り弁（インテークスロットル）１８が設けられる。この吸気絞り弁１８は、吸気マニホールドへ入る吸気Ａの量を調整する。また、ＥＧＲ通路１９にはＥＧＲクーラ２０とＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁２１が設けられる。

更に、触媒付きフィルタ装置１２ｂの強制再生制御用に、酸化触媒装置１２ａの上流側に酸化触媒入口排気温度センサ３２が設けられ、酸化触媒装置１２ａと触媒付きフィルタ装置１２ｂの間にフィルタ入口排気温度センサ３３が設けられる。この酸化触媒入口排気温度センサ３２は、酸化触媒装置１２ａに流入する排気ガスＧの温度である酸化触媒入口排気温度Ｔｇ１を検出する。また、フィルタ入口排気温度センサ３３は、触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入する排気ガスＧの温度であるフィルタ入口排気温度Ｔｇ２を検出する。

これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、排気ガス浄化装置１２の強制再生制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）４０に入力され、この制御装置４０から出力される制御信号により、排気スロットル弁１４、吸気絞り弁１８、ＥＧＲ弁２１、燃料噴射装置（噴射ノズル）２２等が制御される。

この燃料噴射装置２２は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール噴射システム（図示しない）に接続されており、制御装置４０には、エンジン１０の運転のために、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）３４からのアクセル開度、回転数センサ３５からのエンジン回転数等の情報の他、車両速度、冷却水温度等の情報も入力され、燃料噴射装置２２から所定量の燃料が噴射されるように通電時間信号が出力される。

また、この排気ガス浄化装置１２の強制再生制御において、走行中に自動的に強制再生するだけでなく、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの捕集量が一定量を超えて、触媒付きフィルタ装置１２ｂが目詰まった時に、運転者（ドライバー）に注意を促し、任意に運転者が車両を停止して強制再生ができるように、注意を喚起するための警告手段である点滅灯（ＤＰＦランプ）２３及び異常時点灯ランプ２４と、手動再生ボタン（マニュアル再生スイッチ）２５が設けられる。また、エンジン１０の動力を取り出すＰＴＯ装置（パワーテイクオフ装置）２６が設けられ、このＰＴＯ装置のオンオフを行うＰＴＯスイッチ２７が配置され、ＰＴＯスイッチ２７の信号が制御装置４０に入力される共に、制御装置４０によりＰＴＯ装置２６の操作を行うように構成される。

この排気ガス浄化システム１の制御においては、通常の運転でＰＭを捕集するが、この通常の運転において、強制再生開始の時期であるか否かを監視し、強制再生開始の時期であると判定されると強制再生を行う。この強制再生には、走行中に強制再生を行う自動再生と、警告によって運転者が車両を停止してから手動再生ボタン２５を押すことにより開始される手動再生とがあり、走行距離やＤＰＦ差圧の値により適宜選択実施される。この手動再生により、走行中の自動再生の場合の走行中の強制再生時の後噴射（ポスト噴射）により未燃燃料がエンジンオイル（潤滑オイル）に混入してエンジンオイルを希釈するというオイルダイリューション（オイル希釈）の問題を解決でき、また、オイルダイリューションの問題が生じない時の自動再生により、手動再生の場合の運転者の再生制御開始信号の入力（停車と再生ボタン押し等）の煩わしさを少なくすることができる。

この強制再生では、フィルタ入口排気温度センサ３３又は酸化触媒入口排気温度センサ３２で検知される排気ガスの温度であるフィルタ入口排気温度Ｔｇ２又は酸化触媒入口排気温度Ｔｇ１が所定の第１判定温度（約２５０℃）Ｔｃ１より低い時には、多段遅延噴射（マルチ噴射）制御を行って、エンジン１０から排出された時の排気ガスの温度である排気温度を上昇させる排気温度昇温制御を実施し、このフィルタ入口排気温度Ｔｇ２又は酸化触媒入口排気温度Ｔｇ１が所定の第１判定温度（約２５０℃）Ｔｃ１以上になった時に後噴射（ポスト）を行うＰＭ燃焼除去制御を実施し触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生を行う。この強制再生では、車両が停車している場合には、排気スロットル弁１４を閉じて排気絞りを行う。なお、これらの強制再生を行う再生制御装置は制御装置４０に組み込まれる。なお、ＰＭ燃焼除去制御では、必要に応じて、多段遅延噴射と後噴射を組み合わせる。

この所定の第１判定温度Ｔｃ１は、この温度以上の場合に酸化触媒装置１２ａの酸化触媒が活性化する温度であり、例えば、約２５０℃に設定される。また、触媒付きフィルタ１２ｂに捕集されたＰＭは、触媒付きフィルタ１２ｂに流入する排気ガスの温度Ｔｇ２が所定の第２判定温度（例えば、３５０℃）Ｔｃ２以上になると、燃焼し、除去される。このＰＭの燃焼除去により触媒付きフィルタ１２ｂは再生される。

そして、本発明では、エンジン１０のアイドル運転状態の継続時間ｔｉが所定の判定時間ｔｉｃを経過した場合である長時間アイドル運転時において、ＰＴＯ装置２６が作動状態である場合は、排気ガスの温度Ｔｇ２（又はＴｇ１）が所定の第１判定温度Ｔｃ１よりも低くても、エンジン１０の回転変動防止のため、排気温度を上昇するための多段遅延噴射制御を禁止する。しかし、この多段遅延噴射制御を禁止している最中であっても、排気ガスの温度Ｔｇ２（又はＴｇ１）が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上になった時には、即ち、酸化触媒が活性化温度以上になった時には、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を行って、触媒付きフィルタ１２ｂに流入する排気ガスの温度を上昇させて、触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生をする。

つまり、長時間アイドル再生時にＰＴＯ装置２６が作動状態であっても、触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生を実行するように制御し、排気ガスの温度が高い、例えば、エンジンの負荷条件が所定値以上の場合では、触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生を再生可能とするが、この制御では、排気ガスの温度が低い時に行う多段遅延噴射制御は、エンジン回転数変動の防止のために禁止する。

なお、長時間アイドル運転時でない場合や、長時間アイドル運転時であっても、ＰＴＯ装置２６が作動状態にない場合は、排気ガスの温度Ｔｇ２（又はＴｇ１）が所定の第１判定温度Ｔｃ１よりも低いときは、多段遅延噴射による排気温度昇温制御を実施する。また、排気ガスの温度Ｔｇ２（又はＴｇ１）が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上になったときには、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を行って、触媒付きフィルタ１２ｂに流入する排気ガスの温度を上昇させて、触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生をする。

次に、この排気ガス浄化システム１における強制再生の開始の判断方法について説明する。この強制再生の開始の判断には、周知の方法を用いることができる。例えば、差圧センサ３１で検出した前後差圧ΔＰと所定の前後差圧閾値ΔＰｓとの比較に基づく強制再生開始時期の判断に加えて、前回の強制再生後の車両の走行距離ΔＭと所定の走行距離閾値ΔＭｓとの比較に基づく強制再生開始時期の判断を用いて、ΔＰ≧ΔＰｓ、又は、ΔＭ≧ΔＭｓの時に強制再生を行う。

次に、この排気ガス浄化システム１における制御について説明する。この制御においては、通常の運転ではＰＭを捕集するが、この通常の運転において、再生時期であるか否かを監視し、再生時期であると判断されると警告又は走行中の自動再生を行う。警告の場合は、この警告を受けた運転者が車両を停止して手動再生ボタン２５を操作することにより強制再生が行われる。

そして、長時間アイドル運転時の強制再生は、この実施の形態では、図２に例示するような制御フローに従って行われる。この長時間アイドル運転時の強制再生の制御フローは、強制再生が必要であると判断された時に呼ばれる制御フローとして示してある。

この図２の強制再生の制御フローでは、酸化触媒の温度（ベッド温度）を指標する触媒温度指標温度としては、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２を用い、この第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１より低いときは、ＰＴＯ非作動のときのみ、多段遅延噴射制御を行う排気温度昇温制御により排気温度を昇温させる。また、この第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上となった時には、ＰＴＯ作動及びＰＴＯ非作動の両方とも、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御により未燃燃料を酸化触媒装置１２ａの上流側に供給する。

また、触媒付きフィルタ装置１２ｂの温度を指標するフィルタ温度指標温度としても、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２を用い、この第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上となった時にＰＭ燃焼が行われるとして、このＴｇ２≧Ｔｃ２のＰＭ燃焼累積時間ｔａをカウントし、このＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間ｔａｃを超えるまで、ＰＭ燃焼除去制御を実施する。

この図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で長時間アイドル状態であるか否かを、アイドル運転の継続時間ｔｉが所定の判定時間ｔｉｃ以上になったか否か、即ち、アイドル運転の継続時間ｔｉが所定の判定時間ｔｉｃを経過したか否かで判断する。ステップＳ１１の判断で、アイドル運転の継続時間ｔｉが所定の判定時間ｔｉｃ以上でない場合（ＮＯ）には、この図２の強制再生制御フローの強制再生は行わずに、リターンする。このリターン後は別の周知の強制再生制御フローで必要に応じて強制再生が行われる。

このステップＳ１１の判断で、アイドル運転の継続時間ｔｉが所定の判定時間ｔｉｃ以上の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２に行き、ステップＳ１２〜ステップＳ１８の強制再生を行ない、リターンする。このリターン後は別の強制再生制御フローでの強制再生は行わない。

ステップＳ１２では、所定の判定温度である第１判定温度Ｔｃ１を算出する。この第１判定温度Ｔｃ１は、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された排気ガス温度である排気ガス温度（触媒温度指標温度）Ｔｇ２がこの温度になると、酸化触媒装置１２ａの酸化触媒で、後噴射により供給される未燃燃料であるＨＣが十分に酸化される温度（例えば、約２５０℃）である。また、その時のエンジン回転数Ｎｅに従って変化する値を使用してもよい。また、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２に替えて、酸化触媒入口温度センサ３２で検出された第１排気ガス温度Ｔｇ１を用いてもよい。

次のステップＳ１３では、排気ガス温度（触媒温度指標温度）のチェックを行う。この判定で第２排気ガス温度Ｔｇ２が、ステップＳ１２で算出した第１判定温度Ｔｃ１より低いときには、ステップＳ１４で、ＰＴＯ作動状態のチェックを行う。

このステップＳ１４でＰＴＯスイッチ２７がオフでＰＴＯ装置２６が非作動であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１５で排気温度昇温制御を、所定の時間（ステップＳ１３の排気ガス温度のチェックとステップＳ１４のＰＴＯ作動状態のチェックを行うインターバルに関係する時間）Δｔ１の間行う。このステップＳ１５の後は、ステップＳ１２に戻る。

このステップＳ１５の排気温度昇温制御では、後噴射制御無しで、多段遅延噴射用マップデータに基く多段遅延噴射を行う。つまり、この多段遅延噴射の制御時に、検出されたエンジン回転数と、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とから、この多段遅延噴射用マップデータを参照して、多段遅延噴射の噴射量と噴射のタイミングを算出し、多段遅延噴射を行う。この多段遅延噴射の噴射量と噴射のタイミングを決める多段遅延噴射用マップデータは、エンジン回転数と燃料噴射量、言い換えれば、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とをベースとするマップデータであり、実験や計算などにより予め設定され、制御装置４０に入力されている。この多段遅延噴射では、多段遅延噴射の噴射量を増加し、多段遅延噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりもより遅らせる。この多段遅延噴射により、排気ガスの昇温効率を高くして排気ガスの迅速な昇温を図る。

なお、排気ガスの昇温効率の向上を図るため、排気スロットル弁１４を閉じる操作（又は、閉じた状態を維持する操作）により、熱が逃げるのを防ぐとともにエンジン負荷を高め、排気ガス温度を効率よく短時間で上昇させて酸化触媒装置１２ａの昇温性を向上させる。

そして、ステップＳ１４でＰＴＯスイッチ２７がオンでＰＴＯ装置２６が作動状態であれば（ＮＯ）、ステップＳ１５の多段遅延噴射制御を行う排気ガス昇温制御を実施せずに、ステップＳ１２に戻る。即ち、多段遅延噴射制御を禁止する。

ステップＳ１３の判定で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上である（ＹＥＳ）と、ステップＳ１６に行く。なお、酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度として、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２と酸化触媒入口排気温度センサ３２で検出された第１排気ガス温度Ｔｇ１の両方を用い、この両方のそれぞれに対しての所定の判定温度として第１判定温度Ｔｃ１と第３判定温度Ｔｃ３を用いて、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１判定温度Ｔｃ１を超え、かつ、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第３判定温度Ｔｃ３を超えた時に酸化触媒装置１２ａの上流側に後噴射により未燃燃料を供給するようにすることもできる。

ステップＳ１６では、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を、所定の時間（ステップＳ１３の排気ガス温度のチェック等のインターバルに関係する時間）Δｔ２の間行う。このＰＭ燃焼除去制御では、後噴射用マップデータに基く後噴射を行う。この後噴射の噴射量と噴射のタイミングを決める後噴射用マップデータは、多段遅延噴射用マップデータと同様に、エンジン回転数と燃料噴射量、言い換えれば、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とをベースとするマップデータであり、実験や計算などにより予め設定され、制御装置に入力されている。

この後噴射で燃料を酸化触媒装置１２ａに供給しながら、この燃料を酸化触媒で酸化させて、触媒付きフィルタ１２ｂに流入する排気ガス温度を上げる。なお、排気ガスの昇温効率の向上を図るため、排気スロットル弁１４を閉じる操作（又は、閉じた状態を維持する操作）により、熱が逃げるのを防ぐとともにエンジン負荷を高め、排気ガス温度を効率よく短時間で上昇させて酸化触媒装置１２ａの昇温性を向上させる。

そして、後噴射により排気ガス中に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、この未燃燃料を酸化触媒装置１２ａで酸化してこの酸化反応熱により排気ガスの温度を更に昇温する。この昇温した排気ガスの温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上になると触媒付きフィルタ装置１２ｂに捕集されたＰＭが燃焼する。ステップＳ１６では、ＰＭ燃焼累積時間ｔａのカウントを行う。このカウントは、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上の場合にのみＰＭ燃焼累積時間ｔａをカウントする（ｔａ＝ｔａ＋Δｔ２）。このステップＳ１６の後は、ステップＳ１７に行く。

ステップＳ１７では、強制再生制御の終了か否かを判定するために、ＰＭ燃焼累積時間ｔａのチェックを行う。このチェックではＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間ｔａｃを超えたか否かをチェックする。即ち、超えていれば、強制再生制御が完了したとして、ステップＳ１８に行き、超えてなければ、強制再生制御は完了していないとして、ステップＳ１２に戻る。そして、ＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間ｔａｃを超えるまで、ステップＳ１５の排気温度昇温制御か、ステップＳ１６のＰＭ燃焼除去制御を行う。

そして、ステップＳ１８では、強制再生制御を終了して、通常噴射制御に復帰する。その後、リターンする。

この強制再生制御によって、強制再生制御の際に、長時間アイドル運転の場合において、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された排気ガスの温度である第２排気ガス温度（触媒温度指標温度）Ｔｇ２、即ち、触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入する排気ガスの温度が所定の第１判定温度Ｔｃ１より低い場合は、ＰＴＯ装置２６が非作動状態のときのみ、シリンダ内燃料噴射制御で後噴射を伴わない多段遅延噴射を行う排気温度昇温制御Ｓ１５を行い、触媒温度指標温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上の場合は、ＰＴＯ装置２６の作動、非作動に関係なく、シリンダ内燃料噴射制御で後噴射を行うＰＭ燃焼除去制御Ｓ１６を行う。

言い換えれば、アイドル状態の継続時間ｔｉが所定の判定時間ｔｉｃ以上連続した場合には、長時間アイドル用の強制再生モード（ステップＳ１２〜ステップＳ１８）に入り、強制再生が開始される。この時、ＰＴＯ装置２６が作動状態でもあっても強制再生に突入するが、エンジン回転数の変動防止のために、多段遅延噴射制御は禁止する。そして、フィルタ入口排気温度センサ３３で検知されるフィルタ入口温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度（約２５０℃）Ｔｃ１以上になった時には、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を行って、後噴射で排気ガス中に供給された未燃燃料（ＨＣ）を酸化触媒１２ａで酸化させて、酸化触媒１２ａ通過後の排気ガスの温度を上昇させて強制再生する。

つまり、長時間アイドル運転時で且つＰＴＯ作動時であっても、エンジン負荷の状況によって、多段遅延噴射制御による排気温度上昇制御をしなくても、触媒付きフィルタ１２ｂの再生が可能なエンジン運転状態であるならば強制再生を実施する。

上記の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム１によれば、車両に搭載したエンジン１０の排気通路１１に触媒付きフィルタ１２ｂを有する排気ガス浄化装置１２を備えると共に、触媒付きフィルタ１２ｂを強制再生する際に、排気ガスの温度Ｔｇ２が所定の判定温度Ｔｃ１より低い時には排気温度を上昇するための多段遅延噴射制御を行う排気温度昇温制御（Ｓ１５）を実施し、排気ガスの温度Ｔｇ２が所定の判定温度Ｔｃ１以上になった時に後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御（Ｓ１６）を実施する制御装置４０を備えた排気ガス浄化システム１の制御方法において、エンジン１０のアイドル運転状態が所定の判定時間ｔｉｃを経過し、且つ、ＰＴＯ装置２６が作動状態である場合には、多段遅延噴射制御（Ｓ１５）を禁止する。

また、この排気ガス浄化システム１の制御方法において、エンジン１０のアイドル運転状態が所定の判定時間ｔｉｃを経過し、且つ、ＰＴＯ装置２６が作動状態であり、且つ、多段遅延噴射制御（Ｓ１５）を禁止している場合でも、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度Ｔｇ２が所定の判定温度Ｔｃ１以上になったときには、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御（Ｓ１６）を実施する。

また、この排気ガス浄化システム１の制御方法において、ＰＴＯ装置２６が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度Ｔｇ２が所定の判定温度Ｔｃ１よりも低いと判定されたときには、多段遅延噴射制御（Ｓ１５）を実施し、ＰＴＯ装置２６が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度Ｔｇ２が所定の判定温度Ｔｃ１以上になったときには、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御（Ｓ１６）を実施する。

従って、排気ガス中のＰＭを浄化するための触媒付きフィルタ１２ｂを備えた特装車両において、長時間アイドル時におけるＰＴＯ作動時の強制再生制御では、エンジン回転変動の原因となる多段遅延噴射（Ｓ１５）を禁止するので、ＰＴＯ作動時のエンジン回転変動を避けることができる。

また、エンジンの負荷状況を監視し、強制再生可能な高負荷なＰＴＯ作動時には強制再生を可能にするので、ＰＴＯ作動時にも強制再生が実行される。そのため、触媒付きフィルタ１２ｂにＰＭが過度の溜め込まれるという問題が解消され、エンジン運転状態に排圧上昇による不具合が起きることがなくなる。つまり、ＰＴＯ作動を中止することなく、触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生が可能となるので、触媒付きフィルタ１２ｂの目詰まりを防止することができる。

なお、上記の実施の形態では、排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置としては、上流側の酸化触媒装置１２ａと下流側の触媒付きフィルタ１２ｂとの組み合わせを例にして説明したが、酸化触媒を担持したフィルタであってもよい。更に、酸化触媒１２ａの上流側に未燃燃料（ＨＣ）を供給する方法として後噴射で説明したが、排気通路１６に未燃燃料供給装置を配置して、この未燃燃料供給装置から直接排気通路１６内に未燃燃料を噴射する排気管内直接噴射の方法を採用してもよい。

本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態の注時間アイドル運転時の強制再生制御フローの一例を示す図である。

符号の説明

１ 排気ガス浄化システム
１０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１ 排気通路
１２ 排気ガス浄化装置
１２ａ 酸化触媒装置
１２ｂ 触媒付きフィルタ
２６ ＰＴＯ装置（パワーテイクオフ装置）
２７ ＰＴＯスイッチ
３２ 酸化触媒入口排気温度センサ
３３ フィルタ入口排気温度センサ
４０ 制御装置（ＥＣＵ）
Ａ 空気
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ 浄化された排気ガス
Ｔｇ１ 酸化触媒入口排気温度
Ｔｇ２ フィルタ入口排気温度
Ｔｃ１ 所定の第１判定温度（所定の判定温度）
Ｔｃ２ 所定の第２判定温度
ｔａ ＰＭ燃焼累積時間
ｔａｃ 所定の判定時間
ｔｉ アイドル運転状態の継続時間
ｔｉｃ 所定の判定時間

Claims (8)

1. 車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置を備えると共に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する際に、排気ガスの温度が所定の判定温度より低い時には排気温度を上昇させるための多段遅延噴射制御を行う排気温度昇温制御を実施し、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になった時に後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施する制御装置を備えた排気ガス浄化システムの制御方法において、
   内燃機関のアイドル運転状態が所定の判定時間を経過し、且つ、パワーテイクオフ装置が作動状態である場合には、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を禁止することなく、前記多段遅延噴射制御を禁止することを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
2. 内燃機関のアイドル運転状態が所定の判定時間を経過し、且つ、前記パワーテイクオフ装置が作動状態であり、且つ、前記多段遅延噴射制御を禁止している場合でも、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になったときには、前記後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
3. 前記パワーテイクオフ装置が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度よりも低いと判定されたときには、前記多段遅延噴射制御を実施することを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
4. 前記パワーテイクオフ装置が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になったときには、前記後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施することを特徴とする請求項１、２又は３記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
5. 車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置を備えると共に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する際に、排気ガスの温度が所定の判定温度より低い時には排気温度を上昇させるための多段遅延噴射制御を行う排気温度昇温制御を実施し、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になった時に後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施する制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
   前記制御装置が、内燃機関のアイドル運転状態が所定の判定時間を経過し、且つ、パワーテイクオフ装置が作動状態である場合には、後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を禁止することなく、前記多段遅延噴射制御を禁止する制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
6. 前記制御装置が、内燃機関のアイドル運転状態が所定の判定時間を経過し、且つ、前記パワーテイクオフ装置が作動状態であり、且つ、前記多段遅延噴射制御を禁止している場合でも、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になったときには、前記後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施する制御を行うことを特徴とする請求項５記載の排気ガス浄化システム。
7. 前記制御装置が、前記パワーテイクオフ装置が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度よりも低いと判定されたときには、前記多段遅延噴射制御を実施する制御を行うことを特徴とする請求項５又は６記載の排気ガス浄化システム。
8. 前記制御装置が、前記パワーテイクオフ装置が作動状態にない場合には、強制再生が必要とされ、排気ガスの温度が前記所定の判定温度以上になったときには、前記後噴射制御を行うＰＭ燃焼除去制御を実施する制御を行うことを特徴とする請求項５、６又は７記載の排気ガス浄化システム。

Images