JP5081300B2 - 内燃機関の排気ガス浄化システム、およびスーツフィルタ再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化システム、およびスーツフィルタ（soot filter）再生方法に係り、特にＰＭ（パーティキュレート・マター）を捕捉するスーツフィルタの再生技術に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス浄化システムで用いられるスーツフィルタの再生技術として、ポスト噴射を行うことが知られている。ポスト噴射とは、エンジンでの通常の燃料噴射とは別に、余分に燃料を噴射することである。このポスト噴射による燃料をスーツフィルタよりも上流の酸化触媒にて酸化、発熱させることにより、スーツフィルタへ流入する排気ガスの温度を上昇させ、この排気ガスによってスーツフィルタに堆積したＰＭを自己燃焼させて、スーツフィルタを再生させる。

この際、エンジンのアイドリング時のように無負荷運転の場合や、低負荷運転の場合には、エンジンからの排気ガスの温度が酸化触媒での活性温度を下回ってしまい、ポスト噴射を行っても、燃料が酸化触媒にて酸化、発熱せず、スーツフィルタに流入する排気ガスの温度を再生温度に上昇させることができないことがある。そこで、特許文献１では、エンジンに供給される吸気の温度を高くし、エンジン負荷が小さい場合でも、エンジンから排出された直後の排気ガスの温度を十分に高くして、ポスト噴射による燃料を酸化触媒にて確実に酸化、発熱させることが提案されている。

具体的に特許文献１では、吸気を排気系の周囲を通してエンジンに供給するようにしており、排気系での熱によって吸気を暖めて吸気温度を上昇させている。加えて特許文献１では、そのような吸気は排気タービン過給機にて過給され、空冷式のアフタークーラを通ってエンジンに供給されるのであるが、フィルタの再生時にアフタークーラを通ると、吸気の温度が下がって都合が悪いため、アフタークーラでの冷却効率すなわち性能を低下させて吸気温度の低下を防止する構成が採用されている。

つまり、アフタークーラに当てる冷却空気の流量を制御するシャッター機構を設け、スーツフィルタの再生時には、シャッターを閉じて冷却空気の流量を落とし、アフタークーラとしての性能を低下させるのである。このような構成により、排気系で暖められた吸気の温度が高いまま維持されるため、エンジンから排出される排気ガスの温度が酸化触媒での活性温度を上回るようになり、ポスト噴射による燃料を酸化触媒で良好に酸化、発熱させることができ、排気ガスの温度をフィルタ再生温度まで確実に上昇させることができる。

特開２００５−２９９６２８号公報

しかしながら、特許文献１では、アフタークーラを通る吸気の温度を下げないようにする構成として、アフタークーラへの冷却空気の流量を制御するシャッター機構を新たに設ける必要があり、構造が複雑になるうえに不経済である。また、特に砂塵や砂埃が舞うような作業環境で稼働する建設機械においては、シャッターの開閉機構が塵埃によって動作しなくなるなど、耐久性に問題がある。

本発明の主な目的は、従来のようなシャッター機構を用いることなく、吸気温度を高くできて排気ガスの温度を上昇させることができる内燃機関の排気ガス浄化システム、およびスーツフィルタ再生方法を提供することにある。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、過給機が設けられた内燃機関の排気ガス浄化システムであって、排気ガス中のパーティキュレート・マターを捕捉するスーツフィルタと、前記スーツフィルタの再生を強制的に行うか否かを判定する再生実行判定手段と、前記過給機で過給された吸気を冷却する空冷式のアフタークーラと、前記アフタークーラに冷却空気を供給する冷却ファンと、前記再生実行判定手段により前記スーツフィルタの再生が必要であると判定された場合に、前記冷却ファンの回転速度を低下させるファン回転速度制御手段と、外気温度、吸気温度、および排気ガス温度のうちの少なくともいずれかの温度に基づいて、前記冷却ファンの回転速度を低下させる処理を非実行とするか否かの決定を行う回転速度変更決定手段とを備えていることを特徴とする。
ここで、「回転速度」とは、単位時間当たりの回転数であり、一般的には単に回転数と称されることもある。また、「回転速度を低下させる」とは、冷却ファンの回転を停止させることも含む。
さらに、ここでの吸気温度とは、アフタークーラ出口での吸気そのものの温度が一般的であるが、吸気マニホールドでの入口側での吸気の温度、あるいは吸気マニホールドや吸気管自身の温度から推定される温度をも含む。また、排気ガス温度としても、スーツフィルタ上流の排気ガスそのものの温度が一般的であるが、排気マニホールドや排気管自身の温度から推定される温度をも含む。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記再生実行判定手段は、前記スーツフィルタの上流側と下流側とでの排気ガスの差圧を検出する差圧センサと、前記差圧センサにて検出された前記差圧に基づいて前記スーツフィルタの再生が必要であるか否かを判定する強制再生モード移行判定手段とを備えていることが望ましい。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムによれば、再生実行判定手段によってスーツフィルタの再生が必要と判定された場合には、ファン回転速度制御手段が冷却ファンの回転速度を落とすように制御し、アフタークーラでの冷却効率を低下させて吸気温度を上昇
させる。従って、従来のようなシャッター機構等を採用しなくとも、吸気温度を確実に上昇させてスーツフィルタの再生を良好に実施できる。しかも、シャッター機構等の複雑な機構が不要であるから、砂塵等が舞う作業環境で稼働する建設機械に、本発明を有効に適用できる。
また、吸気温度が何らかの理由によって上がりすぎてしまい、よって排気ガス温度が内燃機関の寿命に影響する程に上昇してしまう場合には、回転速度変更決定手段の機能によりファンの回転速度を低下させる制御を非実行とすればよく、内燃機関の寿命への悪影響を防止できる。具体的には、外気温度、吸気温度、排気ガス温度のいずれかの温度が、予め設定された設定温度を越えている場合には、冷却ファンの回転速度を落とすことをせず、吸気温度をさらに上昇させることをしない。このため、吸気温度が上がりすぎて排気ガス温度が過剰に上昇するのを防止でき、内燃機関の寿命への悪影響を防止できる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記冷却ファンは、前記アフタークーラとエンジンのラジエータとに冷却空気を供給することが望ましい。

この発明によれば、一つの冷却ファンによりアフタークーラとラジエータとを同時に冷却するようにレイアウトされているため、装置類の配置スペースに制限のある建設機械や、エンジンが搭載された旋回台を有する建設機械などに用いることができる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記スーツフィルタの上流側に設けられる酸化触媒と、この酸化触媒の上流側に燃料を供給する燃料供給装置とを備え、前記ファン回転速度制御手段は、前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が当該酸化触媒での活性温度以上となるように前記冷却ファンの回転速度を低下させることが望ましい。

この燃料とは、スーツフィルタの再生に用いられるドージング燃料のことである。また、燃料供給装置は、ドージング燃料が筒内に供給される場合には、エンジン駆動用の燃料を供給する燃料噴射装置であってよく、筒外で供給される場合には、燃料噴射装置とは別に設けられる装置であってもよい。また、活性温度とは、ドージング燃料が酸化触媒で酸化、発熱させるために必要な排気ガス温度のことである。

この発明によれば、酸化触媒および燃料供給装置とを備えることで、これらが設けられていない場合に比して排気ガス温度を即座にかつ確実に上昇させることができ、スーツフィルタの再生を迅速に実施できる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムおいて、前記酸化触媒の上流側での排気ガス温度を検出する第１の排気ガス温度検出手段と、この第１の排気ガス温度検出手段で検出された排気ガス温度が前記活性温度を越えた場合に、前記燃料供給装置から前記燃料の供給を開始させる燃料制御部とを備えていることが望ましい。

この発明によれば、排気ガス温度が酸化触媒での活性温度に達した時点で燃料が供給されることになるので、燃料の無駄な消費を抑制できるうえ、酸化触媒での燃料の酸化、発熱を確実に行え、また、未燃燃料が排出される心配もない。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムおいて、前記酸化触媒の下流側での排気ガス温度を検出する第２の排気ガス温度検出手段を備え、前記燃料制御部は、前記第２の排気ガス温度検出手段で検出される排気ガス温度が前記スーツフィルタの再生温度に維持されるように前記燃料量を制御することが望ましい。

ここでの再生温度とは、スーツフィルタ内に堆積されたＰＭが自己燃焼するのに必要な排気ガス温度のことである。また、スーツフィルタには、ＰＭの自己燃焼を促すために、酸化触媒が担持されていることが望ましい。

この発明によれば、燃料制御部による燃料量制御により、スーツフィルタへ流入する排気ガスの排気ガス温度を再生温度に維持させることができ、スーツフィルタの再生を安定して行うことができる。

本発明のスーツフィルタの再生方法は、過給機で過給された吸気を冷却する空冷式のアフタークーラと、前記アフタークーラに冷却空気を供給する冷却ファンと、排気ガス中に含まれるパーティキュレート・マターを捕捉するスーツフィルタとを備えた内燃機関の排気浄化システムでのスーツフィルタ再生方法であって、前記冷却ファンの回転速度を低下させることにより前記内燃機関からの排気ガスにて前記スーツフィルタを強制的に再生させる場合に、外気温度、吸気温度、および排気ガス温度のうちの少なくともいずれかの温度に応じて、前記冷却ファンの回転速度を低下させる処理を非実行とするか否かの決定を行うことを特徴とする。

本発明のスーツフィルタの再生方法によれば、前述した内燃機関の排気ガス浄化システムを用いるか否かに関係なく、冷却ファンの回転速度を低下させることで、吸気温度を確実に上昇させて排気ガス温度を再生温度に到達させることができるため、スーツフィルタを良好に再生でき、本発明の目的を達成できる。
そして、この発明によれば、外気温度、吸気温度、排気ガス温度のいずれかの温度が、予め設定された設定温度を越えている場合には、冷却ファンの回転速度を落とすことをせず、吸気温度をさらに上昇させることをしないため、吸気温度が上がりすぎて排気ガス温度が過剰に上昇するのを防止でき、内燃機関の寿命への悪影響を防止できる。

本発明のスーツフィルタの再生方法において、前記スーツフィルタの再生が必要であると判定された場合に、前記冷却ファンの回転速度を低下させ、前記スーツフィルタの上流側に設けられた酸化触媒に流入する排気ガスの温度が当該酸化触媒での活性温度を超えた場合に前記酸化触媒の上流側に燃料を供給し、前記スーツフィルタに捕捉されたパーティキュレート・マターを燃焼させた後に前記燃料の供給を停止することが望ましい。

この発明によれば、スーツフィルタの再生が必要な時には、アフタークーラに冷却空気を送る冷却ファンの回転速度を落としてアフタークーラでの性能を低下させればよく、従来のようなシャッター機構といった複雑な構造を採用することなしに、吸気温度ひいては排気ガス温度を確実に上昇させることができ、再生を良好に行うことができる。

また、冷却ファンの回転速度を下げることで、酸化触媒に流入する排気ガスは、再生温度に近い高温となることから、少ない燃料量でも排気ガス温度を再生温度まで確実に上げることができ、消費させる燃料を低減できる。

本発明の第１実施形態に係る排気ガス浄化システム全体の概略構成を示すブロック図。 ＰＭフィルタ装置を模式的に示す断面図。 制御装置を模式的に示すブロック図。 通常運転モードおよび強制再生モードでの制御例を示す図。 スーツフィルタの再生に関する制御装置内部での制御フローを示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る制御装置を模式的に示すブロック図。 第２実施形態での制御フローを示すフローチャート。 本発明の第３実施形態に係る排気ガス浄化システム全体の概略構成を示すブロック図。

〔第１実施形態〕
以下、本発明を理解するうえで参考となる第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る排気ガス浄化システム１全体の概略構成を示すブロック図である。排気ガス浄化システム１は、内燃機関としてのエンジン２からの排気ガス中に含まれるＰＭを捕捉するためのシステムであり、ＰＭフィルタ装置１０を備えている。

ここで、本実施形態でのエンジン２は、ディーゼルエンジンを想定している。エンジン２には、図示しない排気マニホールドを介して過給機である排気タービン過給機３が取り付けられている。排気タービン過給機３は、エンジン２からの排気ガスで駆動されるタービン３１と、タービン３１と共に回転するコンプレッサ３２とで構成され、コンプレッサ３２側の吸気出口には、吸気管３３を介してアフタークーラ４が接続されている。

アフタークーラ４は、吸気管３４および図示しない吸気マニホールドを介してエンジン２と接続されている。エアクリーナ４Ａを介して吸い込まれた吸気が排気タービン過給機３のコンプレッサ３２で過給されて、空冷式のアフタークーラ４を通ってエンジン２に供給される。アフタークーラ４に対しては、冷却ファン５が対向配置されている。

冷却ファン５は、油圧モータまたは電動モータ等の駆動装置６で駆動される。この際、冷却ファン５の配置位置については任意であり、ダクトやその他の案内手段を用いてアフタークーラ４に冷却空気が供給されるようにすれば、図１に示す位置からずれて配置されていてもよい。水冷式であるエンジン２の冷却水は、ラジエータ７によって冷却される。ラジエータ７への冷却空気は、エンジン２で直接的に駆動される冷却ファン８によって供給される。
なお、冷却ファン５，８による冷却空気は、アフタークーラ４やラジエータ７に対して吸込側の流れであっても、あるいは吐出側の流れであってもよく、エンジンルーム内のレイアウト等を勘案して任意に決められてよい。

このようなエンジン２に対する燃料噴射量等の制御は、例えば、コモンレールシステムを用いた制御装置９によって行われる。また、制御装置９は、排気ガス浄化システム１を構成するドージング噴射用の燃料供給装置２０、およびアフタークーラ４へ冷却空気を送る冷却ファン５用の駆動装置６をも制御する。なお、アフタークーラ４へ冷却空気を送る冷却ファン５や、これを駆動する駆動装置６は、建設機械などでは標準的に搭載されるものである。
ここで、燃料供給装置２０は、排気管３５内にドージング燃料（例えば、軽油）を噴霧するためのノズル、およびドージング燃料の流量を制御する流量制御弁等で構成される。

そして、排気ガス浄化システム１としては、ＰＭフィルタ装置１０や燃料供給装置２０の他、アフタークーラ４、冷却ファン５、冷却ファン５を駆動する駆動装置６、および制御装置９を含んで構成される。

図２は、ＰＭフィルタ装置１０の断面を示す模式図である。ＰＭフィルタ装置１０は、円筒状の筐体１１の内部に、排気ガスの流れ方向の上流側から酸化触媒１２と、ＰＭを捕捉するためのスーツフィルタ１３とを収容した構造である。

酸化触媒１２は、燃料供給装置２０によって供給されたドージング燃料を酸化、発熱させるための触媒である。酸化触媒１２での活性温度（燃料を酸化、発熱させるために十分な温度）は、排気ガスの温度にして略２５０℃である。この酸化触媒１２での発熱により上昇した排気ガスの温度を利用してスーツフィルタ１３に堆積したＰＭを自己燃焼させる。なお、燃料供給装置２０は、排気タービン過給機３のタービン３１側の排気出口とＰＭフィルタ装置１０とを連通させる排気管３５の途中に設けられる。

スーツフィルタ１３は、詳細な図示を省略するが、多数の小孔を配した構造となっている。小孔は、流入側から流出側に向かって連通しており、その断面は多角形状（例えば、六角形状）に形成されている。小孔としては、流入側で開口して流出側で目封じされたものと、流入側で目封じされて流出側で開口したものとが交互に配置されており、前者の小孔から流入した排気ガスが、境界壁を通過して後者の小孔に抜け、下流側に流出する。そして、その境界壁でＰＭが捕集される。スーツフィルタ１３の材質は、コージュライトや炭化珪素等のセラミックス、または、ステンレスやアルミニウム等の金属からなり、用途に応じて適宜決定される。なお、スーツフィルタ１３の流入側には、酸化触媒がウォッシュコート等によりコーティングされていてもよい。

また、ＰＭフィルタ装置１０には、差圧センサ１４、第１の排気ガス温度検出手段としての温度センサ１５、第２の排気ガス温度検出手段としての温度センサ１６、第２の排気ガス温度検出手段としてのもう一つの温度センサ１７、および断熱材１８が設けられている。各センサ１４〜１７での検出信号は、制御装置９に出力される。

差圧センサ１４は、スーツフィルタ１３の入口側と出口側とでの排気ガスの差圧Δｐを検出するものであり、ＰＭフィルタ装置１０内において酸化触媒１２の出口側とスーツフィルタ１３の入口側とで区画される空間Ａと、スーツフィルタ１３の出口側に区画される空間Ｂとを連通する管路１９に取り付けられている。

温度センサ１５は、酸化触媒１２の入口側での排気ガス温度Ｔ_１を検出するものであり、ＰＭフィルタ装置１０の筐体１１において、酸化触媒１２の入口側に区画される空間Ｃに対応する位置に取り付けられている。
温度センサ１６は、スーツフィルタ１３の入口側での排気ガス温度Ｔ_inを検出するものであり、筐体１１の空間Ａに対応する位置に取り付けられている。
温度センサ１７は、スーツフィルタ１３の出口側での排気ガス温度Ｔ_outを検出するものであり、空間Ｂに対応する位置に取り付けられている。

断熱材１８は、酸化触媒１２およびスーツフィルタ１３の内部の温度を低下させないように外部への熱を遮断するものであり、筐体１１の内壁と酸化触媒１２およびスーツフィルタ１３との間に配置されている。このような断熱材１８は、筐体１１へ加わる振動を吸収する部材としても機能する。

図３は、制御装置９を模式的に示すブロック図である。制御装置９は、エンジン２に供給される燃料の噴射量を制御する図示しないエンジン燃料制御部の他、駆動装置６を制御して冷却ファン５の回転速度制御を行うファン回転制御部２１と、燃料供給装置２０から供給されるドージング燃料量を制御する燃料制御部としてのドージング燃料制御部２２とを備えている。

ファン回転制御部２１は、スーツフィルタ１３の再生が必要とされた際に、冷却ファン５の回転速度を必要に応じて下げる機能を有しており、これによってアフタークーラ４での吸気の冷却効率を低下させ、結果としてエンジン２に供給される吸気の温度ひいては酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度を上昇させる。こうすることで、エンジン２がアイドリング状態にあったり、軽負荷運転状態にあったりする場合でも、排気ガス温度を酸化触媒の活性温度まで上昇させて、ドージング燃料を酸化触媒１２にて確実に酸化、発熱させることができ、排気ガス温度をさらにスーツフィルタ１３での再生温度まで上昇させて、スーツフィルタ１３を強制再生できる。

つまり、強制再生とは、スーツフィルタ１３での再生が必要と判断され、この判断に基づいて排気ガス温度Ｔ_１，Ｔ_２を上昇させて、スーツフィルタ１３で捕集されたＰＭを燃焼させることをいう。また、この強制再生を目的として冷却ファン５の回転速度を下げる制御は、回転速度制御の中での強制再生モードの制御である。一方、エンジン２の運転時において、吸気温度を一定以上、上昇させないために冷却ファン５の回転速度を目標回転速度にする制御は、回転速度制御の中での通常運転モードの制御である。

ドージング燃料制御部２２は、スーツフィルタ１３の入口側での温度センサ１６および出口側での温度センサ１７からの各検出信号を監視しており、各検出信号に基づく排気ガス温度Ｔ_in，Ｔ_outを平均した排気ガス温度Ｔ_２を算出する。そして、ドージング燃料制御部２２は、この排気ガス温度Ｔ_２のフィードバック制御により、排気ガス温度Ｔ_２がスーツフィルタ１３の再生温度に維持されるようにドージング燃料量を決定し、このドージング燃料量に見合った制御信号Ｓを燃料供給装置２０に出力する。

以下には、各制御部２１，２２のうち、ファン回転制御部２１の具体的な構成について説明する。ファン回転制御部２１は、強制再生モード移行判定手段２３、ファン回転速度制御手段としての強制再生用ファン回転速度制御手段２４、活性温度到達判定手段２５、タイマ２６、および通常運転用ファン回転速度制御手段２７を備えている。各手段２３〜２７は、コンピュータで実行されるソフトウェア（コンピュータプログラム）で構成される。

強制再生モード移行判定手段２３は、差圧センサ１４からの検出信号を監視し、この検出信号に基づく差圧Δｐが予め設定された再生開始判定値ΔＰを越えた場合に、スーツフィルタ１３でのＰＭの捕捉量が限界捕捉量を越えており、スーツフィルタ１３の再生が必要であると判定する。この場合に強制再生モード移行判定手段２３は、冷却ファン５の回転速度制御を、通常運転用ファン回転速度制御手段２７により制御されている通常運転モードのルーチンから、強制再生用ファン回転速度制御手段２４により制御される強制再生モードのルーチンに切り換える。そして、この強制再生モード移行判定手段２３および差圧センサ１４により、本発明の再生実行判定手段が構成されている。なお、後述するが、オペレータによるスイッチの手動操作により強制再生を行う場合には、このスイッチからの強制再生信号の入力を監視する強制再生モード移行判定手段２３で本発明の再生実行判定手段が構成される。

強制再生用ファン回転速度制御手段２４は、回転速度マップを通常運転モードのマップ（エンジン２の運転状態に応じて冷却ファン５の回転速度を決定するためのマップ）から強制再生用のマップＭに切り換えるとともに、マップＭから得られる目標回転速度に基づいて駆動信号Ｄを生成し、この駆動信号Ｄにて冷却ファン５の駆動装置６を駆動する。
マップＭは、図３に示すように、強制再生が行われている間の例えば外気温度Ｔ_airに応じて、冷却ファン５の目標回転速度を決定するためのものである。このマップＭから得られる、目標回転速度は、アフタークーラ４での冷却効率を低下させて吸気の温度を上昇させるのに十分な回転速度であり、エンジン２が無負荷もしくは軽負荷状態で運転されているときに、酸化触媒１２入口側での排気ガス温度Ｔ_１が活性温度を越えるような回転速度である。

活性温度到達判定手段２５は、酸化触媒１２の上流側での排気ガス温度Ｔ_１が当該酸化触媒１２での活性温度（略２５０℃）に到達したか否かを判定する。排気ガス温度が活性温度以上であると判断した場合に活性温度到達判定手段２５は、ドージング燃料制御部２２に対してドージング燃料の噴射指令を出力する。この噴射指令が出力されるとドージング燃料制御部２２は、前述したように、制御信号Ｓを燃料供給装置２０に出力し、所定時間噴射させる。噴射時間はタイマ２６によって計時されることになる。

通常運転用ファン回転速度制御手段２７は、エンジン２の通常運転モードにおいて、吸気温度を一定以上、上昇させない目標回転速度に冷却ファン５の回転速度を制御するのであり、冷却ファン５を駆動する油圧モータの回転速度が目標回転速度となるように、油圧モータへ作動油を供給する油圧ポンプの吐出量を調節している。

より具体的に説明すると、通常運転モードでは、冷却ファン５の目標回転速度としては、図４に示すように、例えば目標回転速度Ｖ１に設定されるのであり、通常運転用ファン回転速度制御手段２７は、実際の回転速度が目標回転速度Ｖ１となるようにフィードバック制御する。
従って、目標回転速度Ｖ１と実回転速度との間で偏差が生じた場合には、その偏差に応じた回転速度指令が油圧ポンプでの吐出量制御用に出力される。つまり、通常運転モードにおいては、冷却ファン５の回転速度は、目標回転速度Ｖ１と実回転速度との偏差分の回転速度変化は生じるものの、その変化は僅かであり、基本的には一定の目標回転速度Ｖ１となるように制御される。

そして、従来では、スーツフィルタ１３を強制再生する場合でも、通常運転用ファン回転速度制御手段２７は、図４中に２点鎖線示ですように、冷却ファン５の回転速度を強制再生に何ら関係なく、目標回転速度Ｖ１となるように制御していた。

これに対して、本実施形態の強制再生モードでは、通常運転用ファン回転速度制御手段２７は起動せず、強制再生用ファン回転速度制御手段２４が起動し、この強制再生用ファン回転速度制御手段２４による制御が優先される。つまり、強制再生が必要と判断された場合、冷却ファン５の目標回転速度は、マップＭにより外気温度Ｔ_airに基づいた低い目標回転速度Ｖ２に設定され、実際の回転速度がこの目標回転速度Ｖ２まで低下することになる。このことにより、吸気温度を確実に上昇させることができ、排気ガス温度Ｔ_１を活性温度に高めることができるのである。

この際、マップＭで設定された目標回転速度Ｖ２へ低下させる手法としては、図４中のラインＬ１で示されるように、駆動装置６への駆動エネルギ（電動モータの場合では電流、油圧モータの場合では油流量等）を瞬時に小さくして、一気に目標回転速度Ｖ２へ変更する手法の他、ラインＬ２のように、任意のカーブを描いて徐々に目標回転速度Ｖ２側に移行させる手法、あるいはラインＬ３のように、時間経過に伴って一定割合で目標回転速度Ｖ２側に移行させる手法など、任意であってよい。

図５は、スーツフィルタ１３の強制再生に関する制御装置９内部での制御フローを示すフローチャートである。このフローチャートに基づき、スーツフィルタ１３の強制再生時の冷却ファン５の制御について以下に説明する。

図５において先ず、ファン回転制御部２１の強制再生モード移行判定手段２３は、スーツフィルタ１３の上流および下流での排気ガスの差圧Δｐと再生開始判定値ΔＰとを比較、監視しており、差圧Δｐが再生開始判定値ΔＰ以下であれば、スーツフィルタ１３の再生を不要と判定する。一方で強制再生モード移行判定手段２３は、差圧Δｐが再生開始判定値ΔＰを越えた場合に、スーツフィルタ１３の再生が必要と判定する（Ｓ１）。

次に、Ｓ１にてスーツフィルタ１３の再生が必要と判定された場合、強制再生用ファン回転速度制御手段２４は、外気温度Ｔ_airに基づいた冷却ファン５の目標回転速度をマップＭに基づいて決定し、この目標回転速度に見合った駆動指令を生成、出力して駆動装置６をより低速で駆動し、アフタークーラ４での性能を低下させる（Ｓ２）。このことにより、吸気温度、ひいては酸化触媒１２の上流側での排気ガス温度Ｔ_１を上昇させる。

次いで、活性温度到達判定手段２５は、酸化触媒１２の上流側での排気ガス温度Ｔ_１を監視しており、排気ガス温度Ｔ_１がドージング燃料の活性温度に達したか否かを判定する（Ｓ３）。排気ガス温度Ｔ₁が活性温度に達すると、ドージング燃料制御部２２が起動し、制御信号Ｓを燃料供給装置２０に出力することでドージング燃料量を制御する（Ｓ４）。すなわち、ドージング燃料制御部２２は、排気ガス温度Ｔ_in，Ｔ_outから算出される排気ガス温度Ｔ_２がスーツフィルタ１３の再生温度となるように、ドージング燃料量を所定時間制御し、スーツフィルタ１３に捕集されたＰＭを燃焼させる。このようなドージング燃料の供給時間は、タイマ２６にて計時され、所定時間経過した後にドージング燃料の供給が停止される（Ｓ５）。ここでの所定時間とは、捕集された略全てのＰＭが燃焼するのにかかる時間であり、予めプログラム中で設定されている。

以上に説明したように、本実施形態によれば、スーツフィルタ１３の再生が必要な時には、アフタークーラ４に冷却空気を送る冷却ファン５の回転速度を落としてアフタークーラ４での性能を低下させればよく、従来のようなシャッター機構といった複雑な構造を採用することなしに、吸気温度ひいては排気ガス温度を確実に上昇させることができ、再生を良好に行うことができる。

また、冷却ファン５の回転速度を下げることで、酸化触媒１２に流入する排気ガスは、再生温度に近い高温となるから、少ないドージング燃料量でも排気ガス温度を再生温度まで確実に上げることができて、消費される燃料を低減できる。

〔第２実施形態〕
本発明の一実施形態である第２実施形態について説明する。第２実施形態では、図６に示すように、ファン回転制御部２１中に回転速度変更決定手段２８を設けたことが第１実施形態とは大きく異なる。この回転速度変更決定手段２８は、強制再生モードにおいて、冷却ファン５の回転速度を低下させてよいか否かの決定を行う。

具体的に回転速度変更決定手段２８は、図７のフローチャートに基づいて説明すると、図示しない外気温度センサからの検出信号に基づく外気温度Ｔ_airを監視し、外気温度Ｔ_airと予め設定された温度、すなわち強制再生用のファン制御を行うことでエンジン２の耐久性を低下させるおそれのある限界温度と比較する（Ｓ１２）。
外気温度Ｔ_airが限界温度に達している場合に回転速度変更決定手段２８は、冷却ファン５の回転速度を下げる処理を非実行とし、冷却ファン５の回転速度を下げない決定をする。反対に、外気温度Ｔ_airが限界温度に達していない場合、Ｓ１３に進ませて、強制再生用ファン回転速度制御手段２４により冷却ファン５の回転速度を低下させる。

なお、図７において、Ｓ１２以外のＳ１１，Ｓ１３〜Ｓ１６は、図５でのＳ１〜Ｓ５とそれぞれ同じであるため、ここでの説明を省略する。
また、冷却ファン５の回転速度を低下させるか否かの決定をする場合、決定の基準となる温度は、外気温度Ｔ_airに限定されず、任意の箇所で測定される吸気温度や排気ガス温度であってもよい。さらに、これらの温度としては、実測された温度でなくともよく、任意の箇所の実測温度から求められる推定温度であってよい。

本実施形態によれば、回転速度変更決定手段２８が設けられているため、排気ガス温度が過度に上昇してしまうのを防止でき、エンジン２の耐久性が低下するのを防止できる。

〔第３実施形態〕
図８に示す第３実施形態では、駆動装置６で駆動される冷却ファン５の冷却空気により、アフタークーラ４に加えてラジエータ７をも冷却する点が、前述した第１、第２実施形態とは大きく異なる。また、この第３実施形態では、エンジン２で駆動される冷却ファン８（図１）が設けられていないが、冷却ファン８を第１実施形態と同様に設けてもよい。他の構成や制御方法等は、第１、第２実施形態と同じとしてよい。

このような構成においても、スーツフィルタ１３の再生時には、強制再生モードにて冷却ファン５の回転速度を落とし、吸気温度ひいては排気ガス温度を上昇させるといった第１、第２実施形態と同様な制御を実施することにより、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。

また、本実施形態では、一つの冷却ファン５によりアフタークーラ４とラジエータ７とを同時に冷却するようにレイアウトされているため、装置類の配置スペースに制限のある建設機械、例えば車両フレームより上にエンジンとＰＭフィルタ装置とが搭載されている建設機械や、エンジンが搭載された旋回台を有する建設機械などに本実施形態を好適に用いることができる。

なお、本実施形態では、冷却ファン５の回転速度を落とすことで、ラジエータ７の冷却効率も低下するが、強制再生モードはエンジン２の無負荷運転時や軽負荷運転時に行う場合が多いので、ラジエータ７の冷却効率の低下が、エンジン２の冷却に実施的に影響を及ぼすことは少ない。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記第２実施形態では、回転速度変更決定手段２８にて冷却ファン５の回転速度を本当に低下させてよいか否かの決定を行う際に、外気温度Ｔ_airと限界温度とを比較して判断していたが、外気温度Ｔ_air、吸気温度、排気ガス温度の中から任意の一つを、または２つ以上の組み合わせで冷却ファン５の回転速度を低下させるか否かの決定をしてもよい。

前記各実施形態では、強制再生モードでの冷却ファン５の回転速度は、外気温度Ｔ_air に基づいてマップＭにより決定されていたが、マップＭによらず、つまり外気温度Ｔ_airに関係なく、所定の回転速度に低下させてもよい。このような構成によれば、外気温度Ｔ_airが元々高い場合には、冷却ファン５の回転速度を低下させることで、排気ガス温度Ｔ_１が大きく上昇するため、少ないドージング燃料で排気ガス温度をスーツフィルタ１３の再生温度に容易に到達させることができ、燃費を向上させることができる。

前記各実施形態では、本発明の第１の排気ガス温度検出手段として温度センサ１５が用いられ、第２の排気ガス温度検出手段として温度センサ１６，１７が設けられていたが、本発明の各排気ガス温度検出手段としては、排気ガスの温度を実測する温度センサ１５〜１７に限定されず、外気温度や吸気温度、あるいは任意の箇所の排気ガス温度に基づいて所定の箇所での排気ガス温度を推定するような手段であってもよい。そして、このような手段としては、所定の箇所での排気ガス温度と他の温度とを関係付けしたテーブル等を用いることができる。

前記各実施形態では、強制再生モード移行判定手段２３は、スーツフィルタ１３の上流および下流での排気ガスの差圧Δｐと再生開始判定値ΔＰとを比較し、差圧Δｐが再生開始判定値ΔＰを越えていた場合には自動的に強制再生していたが、差圧Δｐが再生開始判定値ΔＰを越えていた場合に警告等を出力する構成としてもよい。この構成によれば、オペレータがこの警告に基づいて手動で強制再生モードに切り換えることができる。また、差圧Δｐと再生開始判定値ΔＰとに関係なく、オペレータが任意に強制再生モードに切り換えることのできる構成としてもよい。そして、オペレータの手動操作を行う構成では、強制再生モードに切り換えるモード切換スイッチが設けられることになる。このようなスイッチにて強制再生モードが選択された場合、スイッチからは制御装置９の強制再モード移行判定手段２３に対して強制再生信号が出力され、この強制再生信号の受信により強制再生用のファン回転速度制御が開始される。

前記各実施形態では、酸化触媒１２にドージング燃料を供給することで、スーツフィルタ１３に流入する排気ガスの温度を再生温度以上に上昇させることについて説明したが、酸化触媒１２や、ドージング用の燃料供給装置２０、ドージング燃料制御部２２などは、本発明に必須の構成ではなく、省略可能である。これらの構成がない場合でも、スーツフィルタ１３での再生が必要な時には、冷却ファン５の回転速度を低下させて、スーツフィルタ１３に流入する排気ガスの温度を再生温度以上に上昇させればよい。特に外気温度が高い場所においては、冷却ファン５を停止等させることで、排気ガス温度をドージングなしで再生温度に到達させることが可能な場合が考えられる。

前記各実施形態では、スーツフィルタ１３の強制再生を行うために、排気ガス温度を上昇させる手法として、燃料噴射装置２０を設けて筒外の排気管３５内にドージング燃料を供給する例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばディーゼルエンジンでの燃料噴射時期を、通常の燃料噴射時期よりも遅らせる、所謂リタードと称する手法や、気筒への吸入空気量を減らす手法等を用いてもよい。

前記各実施形態では、冷却ファン５の回転速度を低下させることでのみ吸気温度、ひいては排気ガス温度Ｔ_１を上昇させるようになっていたが、これに併用して、気筒への吸気の量を低減させる手法を組み合わせて、排気ガス温度Ｔ_１を上昇させてもよい。

前記各実施形態では、本発明の過給機として排気タービン過給機３が用いられていたが、過給機としてはこれに限定されず、電動モータで駆動される過給機やエンジンの出力で駆動される過給機であってもよい。

本発明は、例えば、砂塵等の舞うような環境で稼働する建設機械やその他の車両に搭載される内燃機関の排気ガス浄化システム、およびスーツフィルタの再生方法として好適に利用できる。

１…排気ガス浄化システム、２…内燃機関であるエンジン、３…排気タービン過給機、４…アフタークーラ、５…冷却ファン、１２…酸化触媒、１３…スーツフィルタ、１４…差圧センサ、１５…第１の排気ガス温度検出手段である温度センサ、１６，１７…第２の排気ガス温度検出手段である温度センサ、２０…燃料供給装置、２２…ドージング燃料制御部、２３…強制再生モード移行判定手段、２４…強制再生用ファン回転速度制御手段、２８…回転速度変更決定手段、Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ_in，Ｔ_out…排気ガス温度。

Claims (8)

1. 過給機が設けられた内燃機関の排気ガス浄化システムであって、
   排気ガス中のパーティキュレート・マターを捕捉するスーツフィルタと、
   前記スーツフィルタの再生を強制的に行うか否かを判定する再生実行判定手段と、
   前記過給機で過給された吸気を冷却する空冷式のアフタークーラと、
   前記アフタークーラに冷却空気を供給する冷却ファンと、
   前記再生実行判定手段により前記スーツフィルタの再生が必要であると判定された場合に、前記冷却ファンの回転速度を低下させるファン回転速度制御手段と、
   外気温度、吸気温度、および排気ガス温度のうちの少なくともいずれかの温度に基づいて、前記冷却ファンの回転速度を低下させる処理を非実行とするか否かの決定を行う回転速度変更決定手段とを備えている
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記再生実行判定手段は、
   前記スーツフィルタの上流側と下流側とでの排気ガスの差圧を検出する差圧センサと、
   前記差圧センサにて検出された前記差圧に基づいて前記スーツフィルタの再生が必要であるか否かを判定する強制再生モード移行判定手段とを備えている
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記冷却ファンは、前記アフタークーラとエンジンのラジエータとに冷却空気を供給する
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記スーツフィルタの上流側に設けられる酸化触媒と、
   この酸化触媒の上流側に燃料を供給する燃料供給装置とを備え、
   前記ファン回転速度制御手段は、前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が当該酸化触媒での活性温度以上となるように前記冷却ファンの回転速度を低下させる
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
5. 請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記酸化触媒の上流側での排気ガス温度を検出する第１の排気ガス温度検出手段と、
   この第１の排気ガス温度検出手段で検出された排気ガス温度が前記活性温度を越えた場合に、前記燃料供給装置から前記燃料の供給を開始させる燃料制御部とを備えている
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
6. 請求項５に記載の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記酸化触媒の下流側での排気ガス温度を検出する第２の排気ガス温度検出手段を備え、
   前記燃料制御部は、前記第２の排気ガス温度検出手段で検出される排気ガス温度が前記スーツフィルタの再生温度に維持されるように前記燃料量を制御する
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
7. 過給機で過給された吸気を冷却する空冷式のアフタークーラと、前記アフタークーラに冷却空気を供給する冷却ファンと、排気ガス中に含まれるパーティキュレート・マターを捕捉するスーツフィルタとを備えた内燃機関の排気浄化システムでのスーツフィルタ再生方法であって、
   前記冷却ファンの回転速度を低下させることにより前記内燃機関からの排気ガスにて前記スーツフィルタを強制的に再生させる場合に、
   外気温度、吸気温度、および排ガス温度のうちの少なくともいずれかの温度に応じて、前記冷却ファンの回転速度を低下させる処理を非実行とするか否かの決定を行う
   ことを特徴とするスーツフィルタ再生方法。
8. 請求項７に記載のスーツフィルタ再生方法において、
   前記スーツフィルタの再生が必要であると判定された場合に、前記冷却ファンの回転速度を低下させ、
   前記スーツフィルタの上流側に設けられた酸化触媒に流入する排気ガスの温度が当該酸化触媒での活性温度を超えた場合に前記酸化触媒の上流側に燃料を供給し、
   前記スーツフィルタに捕捉されたパーティキュレート・マターを燃焼させた後に前記燃料の供給を停止する
   ことを特徴とするスーツフィルタ再生方法。

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