WO2009145081A1 - 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

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 Download PDF

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吾道 小沢
小栗　秀夫
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine and a soot filter regeneration method, and more particularly, to a soot filter regeneration technique for capturing PM (particulate matter).
  • post-injection is known as a regeneration technique for a suit filter used in an exhaust gas purification system of an internal combustion engine such as a diesel engine.
  • Post-injection is to inject extra fuel separately from normal fuel injection in the engine.
  • This post-injection fuel is oxidized and heated by an oxidation catalyst upstream of the suit filter, so that the temperature of the exhaust gas flowing into the suit filter is raised and the PM deposited on the suit filter is self-combusted by this exhaust gas. And regenerate the suit filter.
  • Patent Document 1 the intake air is supplied to the engine through the periphery of the exhaust system, and the intake air is heated by the heat in the exhaust system to raise the intake air temperature.
  • such intake air is supercharged by an exhaust turbine supercharger and supplied to the engine through an air-cooled aftercooler, but when passing through the aftercooler during regeneration of the filter, Since the temperature of the intake air is lowered and inconvenient, a configuration is adopted in which the cooling efficiency in the aftercooler, that is, the performance is lowered to prevent the intake air temperature from being lowered.
  • a shutter mechanism for controlling the flow rate of the cooling air applied to the aftercooler is provided, and when the suit filter is regenerated, the shutter is closed to reduce the flow rate of the cooling air, thereby reducing the performance as the aftercooler.
  • Patent Document 1 it is necessary to newly provide a shutter mechanism for controlling the flow rate of the cooling air to the aftercooler as a configuration for preventing the temperature of the intake air passing through the aftercooler from being lowered. It is uneconomical. In addition, in construction machines that operate in a working environment in which dust or dust flies, there is a problem in durability, such as the shutter opening / closing mechanism not working due to dust.
  • the main object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine and a suit filter regeneration method that can increase the intake air temperature and raise the exhaust gas temperature without using a conventional shutter mechanism. There is to do.
  • An exhaust gas purification system for an internal combustion engine is an exhaust gas purification system for an internal combustion engine provided with a supercharger, the suit filter for capturing particulate matter in the exhaust gas, and the regeneration of the suit filter Regeneration execution determination means for determining whether to forcibly perform, an air-cooled aftercooler that cools the intake air supercharged by the supercharger, a cooling fan that supplies cooling air to the aftercooler, Fan regeneration speed control means for reducing the rotation speed of the cooling fan when the regeneration execution determination means determines that regeneration of the suit filter is necessary.
  • the “rotation speed” is the number of rotations per unit time, and is generally simply referred to as the number of rotations. Further, “reducing the rotational speed” includes stopping the rotation of the cooling fan.
  • the regeneration execution determination means includes a differential pressure sensor for detecting a differential pressure of exhaust gas between the upstream side and the downstream side of the suit filter, and the differential pressure sensor. It is desirable to provide forced regeneration mode transition determining means for determining whether or not the suit filter needs to be regenerated based on the detected differential pressure.
  • the fan rotation speed control unit performs control so as to decrease the rotation speed of the cooling fan.
  • the intake air temperature is raised by lowering the cooling efficiency of the aftercooler. Therefore, without adopting a conventional shutter mechanism or the like, it is possible to reliably raise the intake air temperature and to regenerate the suit filter satisfactorily.
  • the present invention can be effectively applied to a construction machine that operates in a working environment where dust or the like flies.
  • the exhaust gas purification system further includes a rotational speed change determining means for determining whether or not to execute the process of reducing the rotational speed of the cooling fan.
  • the rotation of the fan is performed by the function of the rotational speed change determining means.
  • the control for reducing the speed is not executed, and adverse effects on the life of the internal combustion engine can be prevented.
  • the rotational speed change determining means reduces the rotational speed of the cooling fan based on at least one of an outside air temperature, an intake air temperature, and an exhaust gas temperature. It is desirable to determine whether or not to execute the process to be executed.
  • the intake air temperature here is generally the temperature of the intake air itself at the outlet of the aftercooler, but the temperature estimated from the intake air temperature at the inlet side of the intake manifold or the temperature of the intake manifold or intake pipe itself Is also included.
  • the exhaust gas temperature is generally the temperature of the exhaust gas upstream of the suit filter, but includes the temperature estimated from the temperatures of the exhaust manifold and the exhaust pipe itself.
  • the intake air temperature when any one of the outside air temperature, the intake air temperature, and the exhaust gas temperature exceeds a preset temperature, the intake air temperature is not reduced without reducing the rotation speed of the cooling fan. Therefore, the exhaust gas temperature can be prevented from rising excessively and the adverse effect on the life of the internal combustion engine can be prevented.
  • the cooling fan supplies cooling air to the aftercooler and the engine radiator.
  • the construction machine since the aftercooler and the radiator are cooled by the single cooling fan at the same time, the construction machine having a limited arrangement space for the devices and the swivel on which the engine is mounted are provided. It can be used for construction machines.
  • the exhaust gas purification system for an internal combustion engine comprises an oxidation catalyst provided on the upstream side of the suit filter, and a fuel supply device for supplying fuel to the upstream side of the oxidation catalyst, wherein the fan rotation speed control means comprises: It is desirable to reduce the rotational speed of the cooling fan so that the temperature of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst is equal to or higher than the activation temperature of the oxidation catalyst.
  • This fuel is a dosing fuel used to regenerate the suit filter.
  • the fuel supply device may be a fuel injection device that supplies fuel for driving the engine when dosing fuel is supplied into the cylinder.
  • the activation temperature is the exhaust gas temperature required for oxidizing the dosing fuel with the oxidation catalyst and generating heat.
  • the exhaust gas temperature can be immediately and reliably increased as compared with the case where they are not provided, and the suit filter can be quickly regenerated. Can be implemented.
  • the first exhaust gas temperature detecting means for detecting the exhaust gas temperature upstream of the oxidation catalyst, and the first exhaust gas temperature detecting means detect the exhaust gas temperature. It is desirable to provide a fuel control unit that starts supplying the fuel from the fuel supply device when the exhaust gas temperature exceeds the activation temperature.
  • the fuel is supplied when the exhaust gas temperature reaches the activation temperature in the oxidation catalyst, wasteful consumption of the fuel can be suppressed, and the oxidation and heat generation of the fuel in the oxidation catalyst can be suppressed. And there is no worry of unburned fuel being discharged.
  • the exhaust gas purification system for an internal combustion engine further comprises second exhaust gas temperature detection means for detecting an exhaust gas temperature downstream of the oxidation catalyst, wherein the fuel control unit includes the second exhaust gas. It is desirable to control the fuel amount so that the exhaust gas temperature detected by the temperature detecting means is maintained at the regeneration temperature of the suit filter.
  • the regeneration temperature here is the exhaust gas temperature necessary for the PM deposited in the suit filter to self-combust. Further, it is desirable that the suit filter carry an oxidation catalyst in order to promote self-combustion of PM.
  • the exhaust gas temperature of the exhaust gas flowing into the suit filter can be maintained at the regeneration temperature by the fuel amount control by the fuel control unit, and the regeneration of the suit filter can be performed stably.
  • the method for regenerating a suit filter according to the present invention includes an air-cooled aftercooler that cools intake air supercharged by a supercharger, a cooling fan that supplies cooling air to the aftercooler, and a particulate contained in exhaust gas.
  • the intake air temperature can be reliably increased by reducing the rotation speed of the cooling fan. Since the gas temperature can reach the regeneration temperature, the suit filter can be regenerated well, and the object of the present invention can be achieved.
  • the rotation speed of the cooling fan is decreased and flows into an oxidation catalyst provided on the upstream side of the suit filter.
  • the temperature of exhaust gas to be exhausted exceeds the activation temperature of the oxidation catalyst, fuel is supplied to the upstream side of the oxidation catalyst, and the particulate matter captured by the suit filter is burned and then the fuel is supplied. It is desirable to stop.
  • the rotation speed of the cooling fan that sends cooling air to the aftercooler may be reduced to reduce the performance of the aftercooler.
  • the intake air temperature and thus the exhaust gas temperature can be reliably increased, and regeneration can be performed satisfactorily.
  • the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst becomes a high temperature close to the regeneration temperature. Therefore, even with a small amount of fuel, the exhaust gas temperature can be reliably raised to the regeneration temperature and consumed. The amount of fuel to be reduced can be reduced.
  • the intake air temperature when any one of the outside air temperature, the intake air temperature, and the exhaust gas temperature exceeds a preset temperature, the intake air temperature is not reduced without reducing the rotation speed of the cooling fan. Therefore, the exhaust gas temperature can be prevented from rising excessively and the adverse effect on the life of the internal combustion engine can be prevented.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an entire exhaust gas purification system according to a first embodiment of the present invention.
  • Sectional drawing which shows PM filter apparatus typically.
  • the block diagram which shows a control apparatus typically.
  • the figure which shows the example of control in normal operation mode and forced regeneration mode.
  • the flowchart which shows the control flow inside the control apparatus regarding reproduction
  • the block diagram which shows typically the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the entire exhaust gas purification system 1 according to the present embodiment.
  • the exhaust gas purification system 1 is a system for capturing PM contained in exhaust gas from an engine 2 as an internal combustion engine, and includes a PM filter device 10.
  • the engine 2 in this embodiment is assumed to be a diesel engine.
  • An exhaust turbine supercharger 3 that is a supercharger is attached to the engine 2 via an exhaust manifold (not shown).
  • the exhaust turbine supercharger 3 includes a turbine 31 that is driven by exhaust gas from the engine 2 and a compressor 32 that rotates together with the turbine 31.
  • After the intake pipe 33 is connected to the intake outlet of the compressor 32 via an intake pipe 33.
  • a cooler 4 is connected.
  • the aftercooler 4 is connected to the engine 2 via an intake pipe 34 and an intake manifold (not shown).
  • the intake air sucked through the air cleaner 4A is supercharged by the compressor 32 of the exhaust turbine supercharger 3 and supplied to the engine 2 through the air-cooled aftercooler 4.
  • a cooling fan 5 is disposed opposite the aftercooler 4.
  • the cooling fan 5 is driven by a driving device 6 such as a hydraulic motor or an electric motor.
  • a driving device 6 such as a hydraulic motor or an electric motor.
  • the arrangement position of the cooling fan 5 is arbitrary, and if the cooling air is supplied to the aftercooler 4 using a duct or other guide means, the arrangement is shifted from the position shown in FIG. May be.
  • the cooling water of the engine 2 that is water-cooled is cooled by the radiator 7.
  • Cooling air to the radiator 7 is supplied by a cooling fan 8 that is directly driven by the engine 2.
  • the cooling air by the cooling fans 5 and 8 may be a flow on the suction side or a flow on the discharge side with respect to the aftercooler 4 and the radiator 7, and the layout in the engine room is taken into consideration. Can be determined arbitrarily.
  • Such control of the fuel injection amount for the engine 2 is performed by, for example, the control device 9 using a common rail system.
  • the control device 9 also controls the fuel supply device 20 for dosing injection that constitutes the exhaust gas purification system 1 and the drive device 6 for the cooling fan 5 that sends cooling air to the aftercooler 4.
  • the cooling fan 5 that sends the cooling air to the aftercooler 4 and the drive device 6 that drives the cooling fan 5 are mounted as standard in construction machines and the like.
  • the fuel supply device 20 includes a nozzle for spraying dosing fuel (for example, light oil) into the exhaust pipe 35, a flow rate control valve for controlling the flow rate of the dosing fuel, and the like.
  • the exhaust gas purification system 1 includes the PM filter device 10 and the fuel supply device 20, an after cooler 4, a cooling fan 5, a drive device 6 that drives the cooling fan 5, and a control device 9. .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of the PM filter device 10.
  • the PM filter device 10 has a structure in which an oxidation catalyst 12 and a suit filter 13 for capturing PM are housed in a cylindrical casing 11 from the upstream side in the exhaust gas flow direction.
  • the oxidation catalyst 12 is a catalyst for oxidizing and heating the dosing fuel supplied by the fuel supply device 20.
  • the activation temperature at the oxidation catalyst 12 (temperature sufficient to oxidize the fuel and generate heat) is about 250 ° C. as the exhaust gas temperature.
  • the PM deposited on the suit filter 13 is self-combusted using the temperature of the exhaust gas that has risen due to the heat generated by the oxidation catalyst 12.
  • the fuel supply device 20 is provided in the middle of the exhaust pipe 35 that communicates the exhaust outlet on the turbine 31 side of the exhaust turbine supercharger 3 and the PM filter device 10.
  • the suit filter 13 has a structure in which a large number of small holes are arranged.
  • the small holes communicate from the inflow side to the outflow side, and the cross section is formed in a polygonal shape (for example, a hexagonal shape).
  • the ones opened on the inflow side and sealed on the outflow side and the ones sealed on the inflow side and opened on the outflow side were alternately arranged and flowed from the former small hole Exhaust gas passes through the boundary wall, escapes into the latter small hole, and flows downstream. And PM is collected by the boundary wall.
  • the material of the suit filter 13 is made of ceramics such as cordierite or silicon carbide, or metal such as stainless steel or aluminum, and is appropriately determined according to the application. Note that an oxidation catalyst may be coated on the inflow side of the suit filter 13 with a wash coat or the like.
  • the PM filter device 10 includes a differential pressure sensor 14, a temperature sensor 15 as a first exhaust gas temperature detection means, a temperature sensor 16 as a second exhaust gas temperature detection means, and a second exhaust gas temperature detection means. Another temperature sensor 17 and a heat insulating material 18 are provided. Detection signals from the sensors 14 to 17 are output to the control device 9.
  • the differential pressure sensor 14 detects an exhaust gas differential pressure ⁇ p between the inlet side and the outlet side of the suit filter 13, and the outlet side of the oxidation catalyst 12 and the inlet side of the suit filter 13 in the PM filter device 10. Are connected to a pipe line 19 that communicates the space A defined by and the space B defined on the outlet side of the suit filter 13.
  • the temperature sensor 15 detects the exhaust gas temperature T 1 on the inlet side of the oxidation catalyst 12, and corresponds to the space C defined on the inlet side of the oxidation catalyst 12 in the casing 11 of the PM filter device 10. Is attached in position.
  • Temperature sensor 16 is for detecting the exhaust gas temperature T in at the inlet side of the soot filter 13 is attached to a position corresponding to the space A of the housing 11.
  • the temperature sensor 17 detects the exhaust gas temperature T out on the outlet side of the suit filter 13 and is attached at a position corresponding to the space B.
  • the heat insulating material 18 blocks heat to the outside so as not to lower the temperature inside the oxidation catalyst 12 and the suit filter 13, and is disposed between the inner wall of the housing 11 and the oxidation catalyst 12 and the suit filter 13. Has been. Such a heat insulating material 18 also functions as a member that absorbs vibration applied to the housing 11.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing the control device 9.
  • the control device 9 includes an engine fuel control unit (not shown) that controls the injection amount of fuel supplied to the engine 2, a fan rotation control unit 21 that controls the rotational speed of the cooling fan 5 by controlling the drive device 6, and A dosing fuel control unit 22 as a fuel control unit for controlling the amount of dosing fuel supplied from the fuel supply device 20 is provided.
  • the fan rotation control unit 21 has a function of reducing the rotation speed of the cooling fan 5 as necessary when the regeneration of the suit filter 13 is required, and thereby, the cooling efficiency of the intake air in the aftercooler 4 As a result, the temperature of the intake air supplied to the engine 2 and thus the temperature of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 12 are increased. In this way, even when the engine 2 is in an idling state or in a light load operation state, the exhaust gas temperature is raised to the activation temperature of the oxidation catalyst, and the dosing fuel is reliably oxidized by the oxidation catalyst 12.
  • the suit filter 13 can be forcibly regenerated by raising the exhaust gas temperature to the regeneration temperature of the suit filter 13.
  • the forced regeneration is determined to require regeneration by the suit filter 13, and the exhaust gas temperatures T 1 and T 2 are increased based on this determination to burn the PM collected by the suit filter 13.
  • the control for lowering the rotational speed of the cooling fan 5 for the purpose of forced regeneration is control of the forced regeneration mode in the rotational speed control.
  • the control for setting the rotation speed of the cooling fan 5 to the target rotation speed in order to prevent the intake air temperature from rising above a certain level is control in the normal operation mode in the rotation speed control.
  • the dosing fuel control unit 22 monitors each detection signal from the temperature sensor 16 on the inlet side and the temperature sensor 17 on the outlet side of the soot filter 13, and exhaust gas temperatures T in and T out based on the detection signals. calculating the exhaust gas temperature T 2 obtained by averaging the.
  • An appropriate control signal S is output to the fuel supply device 20.
  • the fan rotation control unit 21 includes forced regeneration mode transition determination means 23, forced regeneration fan rotation speed control means 24 as fan rotation speed control means, activation temperature arrival determination means 25, timer 26, and normal operation fan rotation speed control.
  • Means 27 are provided. Each means 23 to 27 is configured by software (computer program) executed by a computer.
  • the forced regeneration mode transition determination means 23 monitors the detection signal from the differential pressure sensor 14, and when the differential pressure ⁇ p based on this detection signal exceeds a preset regeneration start determination value ⁇ P, the suit filter 13 It is determined that the PM trapping amount exceeds the limit trapping amount and the suit filter 13 needs to be regenerated.
  • the forced regeneration mode transition determining means 23 controls the rotational speed of the cooling fan 5 from the normal operation mode routine controlled by the normal operation fan rotational speed control 27, forcibly regenerating fan rotational speed control means 24. Switch to the forced regeneration mode routine controlled by.
  • the forced regeneration mode transition determining means 23 and the differential pressure sensor 14 constitute a regeneration execution determining means of the present invention. As will be described later, when the forced regeneration is performed by manual operation of the switch by the operator, the regeneration execution determining means of the present invention is configured by the forced regeneration mode transition determining means 23 for monitoring the input of the forced regeneration signal from the switch. Is done.
  • the forced regeneration fan rotational speed control means 24 changes the rotational speed map from the map in the normal operation mode (the map for determining the rotational speed of the cooling fan 5 according to the operating state of the engine 2) to the forced regeneration map M.
  • the drive signal D is generated based on the target rotational speed obtained from the map M, and the drive device 6 of the cooling fan 5 is driven by this drive signal D.
  • the map M is for determining the target rotational speed of the cooling fan 5 according to, for example, the outside air temperature T air during the forced regeneration.
  • the target rotation speed obtained from this map M is a rotation speed sufficient to lower the cooling efficiency in the aftercooler 4 and increase the temperature of the intake air, and the engine 2 is operated in a no-load or light-load state.
  • the exhaust gas temperature T 1 of the the oxidation catalyst 12 inlet side is a rotating speed that exceeds the activation temperature.
  • Activating temperature arrival judging unit 25 judges whether or not the exhaust gas temperature T 1 of the upstream side of the oxidation catalyst 12 reaches the activation temperature (approximately 250 ° C.) in the oxidation catalyst 12.
  • the activation temperature arrival determination means 25 outputs a dosing fuel injection command to the dosing fuel control unit 22.
  • the dosing fuel control unit 22 outputs the control signal S to the fuel supply device 20 and injects it for a predetermined time, as described above. The injection time is measured by the timer 26.
  • the normal operation fan rotational speed control means 27 controls the rotational speed of the cooling fan 5 to a target rotational speed that does not increase the intake air temperature above a certain level in the normal operation mode of the engine 2, and the hydraulic pressure that drives the cooling fan 5.
  • the discharge amount of the hydraulic pump that supplies the hydraulic oil to the hydraulic motor is adjusted so that the rotation speed of the motor becomes the target rotation speed.
  • the target rotation speed of the cooling fan 5 is set to, for example, the target rotation speed V1 as shown in FIG. Performs feedback control so that the actual rotational speed becomes the target rotational speed V1. Therefore, when a deviation occurs between the target rotation speed V1 and the actual rotation speed, a rotation speed command corresponding to the deviation is output for discharge amount control in the hydraulic pump.
  • the rotational speed of the cooling fan 5 changes slightly because of the deviation between the target rotational speed V1 and the actual rotational speed, but the change is slight and basically a constant target. Control is performed so that the rotation speed is V1.
  • the fan rotational speed control means 27 for normal operation has no relation to the rotational speed of the cooling fan 5 for forced regeneration as shown by the two-dot chain line in FIG.
  • the target rotational speed V1 was controlled.
  • the normal operation fan rotational speed control means 27 is not activated, but the forced regeneration fan rotational speed control means 24 is activated, and this forced regeneration fan rotational speed control means.
  • the control by 24 is prioritized. That is, when it is determined that forced regeneration is necessary, the target rotational speed of the cooling fan 5 is set to a low target rotational speed V2 based on the outside air temperature Tair by the map M, and the actual rotational speed is set to this target rotational speed V2. Will fall to.
  • the exhaust gas temperature T 1 of may be increased to the activation temperature.
  • the driving energy to the driving device 6 in the case of an electric motor, current, hydraulic motor In some cases, the oil flow rate or the like is instantaneously reduced and the target rotational speed V2 is changed to the target rotational speed V2 at once, as well as a method of drawing an arbitrary curve and gradually shifting to the target rotational speed V2 side, as in the line L2.
  • a method of shifting to the target rotational speed V2 side at a constant rate as time elapses as in the line L3 may be arbitrary.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a control flow in the control device 9 regarding forced regeneration of the suit filter 13. Based on this flowchart, control of the cooling fan 5 during forced regeneration of the suit filter 13 will be described below.
  • the forced regeneration mode transition determination means 23 of the fan rotation control unit 21 compares and monitors the exhaust gas differential pressure ⁇ p upstream and downstream of the suit filter 13 and the regeneration start determination value ⁇ P. If the differential pressure ⁇ p is equal to or less than the regeneration start determination value ⁇ P, it is determined that regeneration of the suit filter 13 is unnecessary. On the other hand, the forced regeneration mode transition determining means 23 determines that regeneration of the suit filter 13 is necessary when the differential pressure ⁇ p exceeds the regeneration start determination value ⁇ P (S1).
  • the forced regeneration fan rotational speed control means 24 determines the target rotational speed of the cooling fan 5 based on the outside air temperature T air based on the map M. Then, a drive command corresponding to the target rotational speed is generated and output to drive the drive device 6 at a lower speed, thereby reducing the performance of the aftercooler 4 (S2).
  • intake air temperature increasing the exhaust gas temperature T 1 of the at consequently upstream of the oxidation catalyst 12.
  • the activation temperature arrival determining means 25 monitors the exhaust gas temperature T 1 upstream of the oxidation catalyst 12 and determines whether or not the exhaust gas temperature T 1 has reached the activation temperature of the dosing fuel ( S3).
  • the dosing fuel control unit 22 is activated, and the dosing fuel amount is controlled by outputting the control signal S to the fuel supply device 20 (S4).
  • the dosing fuel control unit 22 controls the dosing fuel amount for a predetermined time so that the exhaust gas temperature T 2 calculated from the exhaust gas temperatures T in and T out becomes the regeneration temperature of the suit filter 13, and the suit filter 13.
  • the PM collected in is burned.
  • the supply time of such dosing fuel is counted by the timer 26, and after a predetermined time has elapsed, the supply of dosing fuel is stopped (S5).
  • the predetermined time here is the time taken for almost all of the collected PM to burn, and is set in advance in the program.
  • the rotational speed of the cooling fan 5 that sends cooling air to the aftercooler 4 is decreased to reduce the performance of the aftercooler 4.
  • the intake air temperature and thus the exhaust gas temperature can be reliably increased without adopting a complicated structure such as a conventional shutter mechanism, and regeneration can be performed satisfactorily.
  • the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 12 becomes a high temperature close to the regeneration temperature, so that the exhaust gas temperature can be reliably raised to the regeneration temperature even with a small amount of dosing fuel.
  • the consumed fuel can be reduced.
  • the second embodiment of the present invention is significantly different from the first embodiment in that a rotation speed change determining means 28 is provided in the fan rotation control unit 21.
  • the rotational speed change determining means 28 determines whether or not the rotational speed of the cooling fan 5 can be reduced in the forced regeneration mode.
  • the rotation speed change determining means 28 monitors the outside air temperature T air based on a detection signal from an outside air temperature sensor (not shown), and explains the outside air temperature T air as a preset temperature. That is, it is compared with a limit temperature that may reduce the durability of the engine 2 by performing fan control for forced regeneration (S12).
  • the rotation speed change determining means 28 does not execute the process of decreasing the rotation speed of the cooling fan 5 and determines not to decrease the rotation speed of the cooling fan 5.
  • the process proceeds to S13, and the rotational speed of the cooling fan 5 is decreased by the forced regeneration fan rotational speed control means 24.
  • S11 and S13 to S16 other than S12 are the same as S1 to S5 in FIG.
  • the reference temperature is not limited to the outside air temperature T air , and the intake air temperature and exhaust gas temperature measured at an arbitrary location It may be. Furthermore, these temperatures do not have to be actually measured temperatures, but may be estimated temperatures obtained from actually measured temperatures at arbitrary locations.
  • the rotation speed change determining means 28 since the rotation speed change determining means 28 is provided, it is possible to prevent the exhaust gas temperature from rising excessively and to prevent the durability of the engine 2 from being lowered.
  • the cooling air of the cooling fan 5 driven by the driving device 6 is used to cool the radiator 7 in addition to the aftercooler 4 as in the first and second embodiments described above.
  • the cooling fan 8 (FIG. 1) driven with the engine 2 is not provided, you may provide the cooling fan 8 similarly to 1st Embodiment.
  • Other configurations and control methods may be the same as those in the first and second embodiments.
  • the construction machine having a limited arrangement space of the devices, for example, above the vehicle frame is arranged.
  • the present embodiment can be suitably used for a construction machine on which an engine and a PM filter device are mounted, a construction machine having a swivel on which an engine is mounted, and the like.
  • the cooling efficiency of the radiator 7 is also reduced by reducing the rotational speed of the cooling fan 5, but the forced regeneration mode is often performed during no-load operation or light load operation of the engine 2, A decrease in the cooling efficiency of the radiator 7 hardly affects the cooling of the engine 2 in practice.
  • the rotation speed change determining means 28 determines whether or not the rotation speed of the cooling fan 5 can really be reduced, the outside air temperature T air is compared with the limit temperature. However, it is determined whether or not the rotational speed of the cooling fan 5 is reduced by any one of the outside air temperature T air , the intake air temperature, and the exhaust gas temperature, or a combination of two or more. May be.
  • the rotational speed of the cooling fan 5 in the forced regeneration mode is determined by the map M based on the outside air temperature T air .
  • the map M that is, regardless of the outside air temperature T air , It may be reduced to a predetermined rotational speed.
  • the exhaust gas temperature T 1 is greatly increased by lowering the rotational speed of the cooling fan 5, so that the exhaust gas temperature is reduced with a small dosing fuel.
  • the regeneration temperature of the suit filter 13 can be easily reached, and fuel consumption can be improved.
  • the temperature sensor 15 is used as the first exhaust gas temperature detection means of the present invention, and the temperature sensors 16 and 17 are provided as the second exhaust gas temperature detection means.
  • the exhaust gas temperature detecting means is not limited to the temperature sensors 15 to 17 that actually measure the temperature of the exhaust gas, and the exhaust gas temperature at a predetermined location based on the outside air temperature, the intake air temperature, or the exhaust gas temperature at an arbitrary location. It may be a means for estimating. As such means, a table or the like that associates the exhaust gas temperature at a predetermined location with another temperature can be used.
  • the forced regeneration mode transition determining means 23 compares the exhaust gas differential pressure ⁇ p upstream and downstream of the suit filter 13 with the regeneration start determination value ⁇ P, and the differential pressure ⁇ p is the regeneration start determination value ⁇ P.
  • it may be configured to output a warning or the like when the differential pressure ⁇ p exceeds the regeneration start determination value ⁇ P.
  • the operator can manually switch to the forced regeneration mode based on this warning.
  • the operator may arbitrarily switch to the forced regeneration mode regardless of the differential pressure ⁇ p and the regeneration start determination value ⁇ P.
  • the mode changeover switch which switches to forced regeneration mode will be provided.
  • the forced regeneration signal is output from the switch to the forced remode transition determining means 23 of the control device 9, and the forced regeneration signal is received by receiving this forced regeneration signal. Fan rotation speed control is started.
  • the oxidation catalyst 12 and the fuel for dosing are described.
  • the supply device 20, the dosing fuel control unit 22, and the like are not essential components of the present invention and can be omitted.
  • the rotational speed of the cooling fan 5 may be reduced to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the suit filter 13 to be higher than the regeneration temperature. .
  • the exhaust gas temperature can reach the regeneration temperature without dosing by stopping the cooling fan 5 or the like.
  • the exhaust turbine supercharger 3 is used as the supercharger of the present invention.
  • the supercharger is not limited to this, and the output of the supercharger or engine driven by the electric motor is used. It may be a supercharger driven by
  • the present invention can be suitably used, for example, as an exhaust gas purification system for an internal combustion engine mounted on a construction machine or other vehicle that operates in an environment where dust or the like flies, and a method for regenerating a suit filter.

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Abstract

　エンジン（２）の排気ガス浄化システム（１）は、排気ガスに含まれるＰＭを捕捉するＰＭフィルタ装置（１０）中のスーツフィルタと、スーツフィルタの再生を行うか否かを判定する制御装置（９）中の再生実行判定手段と、排気タービン過給機（３）で過給された吸気を冷却する空冷式のアフタークーラ（４）と、アフタークーラ（４）に冷却空気を供給する冷却ファン（５）と、再生実行判定手段により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、冷却ファン（５）の回転速度を低下させる制御装置（９）中の強制再生用ファン回転速度制御手段とを備えている。

Description

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
　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。
　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。
　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を備えていることが望ましい。
　この発明によれば、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。
　本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記回転速度変更決定手段は、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ことが望ましい。
　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。
　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、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。
　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。
　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。
　本発明のスーツフィルタの再生方法において、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が望ましい。
　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、本発明の第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Ｔ１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Ｔin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Ｔout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Ｔ１，Ｔ２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Ｔin，Ｔoutを平均した排気ガス温度Ｔ２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Ｔ２のフィードバック制御により、排気ガス温度Ｔ２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Ｔair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Ｔ１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Ｔ１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Ｔair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Ｔ１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Ｔair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Ｔ１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Ｔ１を監視しており、排気ガス温度Ｔ１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Ｔin，Ｔoutから算出される排気ガス温度Ｔ２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Ｔairを監視し、外気温度Ｔair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Ｔair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Ｔair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Ｔair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Ｔairと限界温度とを比較して判断していたが、外気温度Ｔair、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Ｔair 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Ｔair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Ｔair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Ｔ１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Ｔ１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Ｔ１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，Ｔin，Ｔout…排気ガス温度。

Claims (11)

  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。
  4. 　請求項３に記載の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
    　前記回転速度変更決定手段は、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
    　ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化ステム。
  5. 　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。
  6. 　請求項１ないし請求項５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。
  7. 　請求項６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。
  8. 　請求項７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。
  9. 　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、前記冷却ファンの回転速度を低下させる
    　ことを特徴とするスーツフィルタ再生方法。
  10. 　請求項９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。
  11. 　請求項９に記載のスーツフィルタ再生方法において外気温度、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。
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