WO2011155588A1 - 排気ガス浄化システム - Google Patents

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WO2011155588A1
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卓史 池田
隆之 椋梨
弘幸 石川
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いすゞ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system that injects fuel for DPF regeneration, and more particularly to an exhaust gas purification system that can continue DPF regeneration even if the speed is reduced during DPF regeneration.
  • a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) is provided in the exhaust pipe.
  • the DPF collects PM in a honeycomb structure made of porous ceramic. If the collected PM is excessively accumulated, it becomes an obstacle to the flow of exhaust gas, but the PM accumulated in the DPF can be incinerated and removed by raising the exhaust gas temperature. This is called DPF regeneration.
  • an oxidation catalyst (hereinafter referred to as DOC) made of platinum or the like is installed upstream of the DPF, and divided into multiple times in order to obtain engine propulsion.
  • DOC oxidation catalyst
  • the exhaust gas temperature is increased to the activation temperature of the DOC by increasing the fuel injection amount, and then fuel injection (post injection) for DPF regeneration is performed at an appropriate crank angle.
  • hydrocarbon hereinafter referred to as HC
  • HC hydrocarbon
  • EGR exhaust gas recirculation
  • exhaust pipe injection unlike post injection in which fuel is injected into a cylinder, the injection timing is determined independently of the crank angle, and the fuel injection amount is also arbitrarily determined.
  • exhaust pipe injection is a novel technique, and considerable time must be spent on experiments to find the injection timing and fuel injection amount that can effectively increase the exhaust gas temperature without wasting fuel.
  • the post injection technique has already been established through many experiments, and appropriate injection timing and fuel injection amount are mapped. Therefore, the present inventors considered setting the target injection amount of the fuel injection amount in the exhaust pipe injection based on the target injection amount in the post injection.
  • a map of target injection amount in exhaust pipe injection is set so that an amount of fuel commensurate with the fuel injection amount post-injected in each cylinder in one combustion cycle of the engine is exhausted within a predetermined time corresponding to one combustion cycle.
  • the heat retention mode is to reduce the intake of fresh air by reducing the opening of the intake throttle, and at the same time, increase the opening of the EGR device to greatly recirculate the exhaust gas to the engine and reduce the exhaust gas flowing out to the exhaust pipe.
  • This is a mode in which the temperature of the DPF and the DOC is not lowered from the high temperature before the start of engine braking. This made it possible to hold the DOC at the activation temperature for a certain period of time. Further, since the DPF is maintained at the PM incineration temperature, it is possible to prevent a rapid decrease in the regeneration temperature even during engine braking.
  • an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system capable of solving the above-described problems and capable of continuing the DPF regeneration even if the vehicle is decelerated during the DPF regeneration.
  • the present invention provides a diesel particulate filter that is installed in an exhaust pipe of an engine and collects particulate matter, and an exhaust gas recirculation opening degree that is instructed from the exhaust manifold of the engine to the intake manifold. Accordingly, an exhaust gas recirculation device that circulates exhaust gas, a turbine installed in the exhaust pipe, and a compressor installed in the intake pipe of the engine rotate together to perform supercharging.
  • variable-nozzle turbocharger that can be adjusted, an intake throttle that is installed between the turbocharger and the intake manifold and restricts the intake amount in accordance with an indicated intake throttle opening, and regeneration of the diesel particulate filter
  • the opening of the exhaust gas recirculation device and the intake air A regenerative deceleration intake / exhaust control unit that increases the exhaust gas flow rate in the exhaust pipe by controlling the opening of the rottle and adjusting the amount of supercharging by the variable nozzle turbocharger.
  • the regeneration / deceleration intake / exhaust control unit may fully close the opening of the exhaust gas recirculation device when the vehicle is decelerated during regeneration of the diesel particulate filter.
  • the regeneration-deceleration intake / exhaust control unit may open the intake throttle when the vehicle is decelerated during regeneration of the diesel particulate filter.
  • the regeneration deceleration intake / exhaust control unit may increase the supercharging amount by the variable nozzle turbocharger when the vehicle is decelerated during regeneration of the diesel particulate filter.
  • An exhaust pipe injector installed upstream of the diesel particulate filter and injecting fuel into the exhaust pipe, and an exhaust pipe injection regeneration for regenerating the diesel particulate filter by controlling fuel injection from the exhaust pipe injector And a control unit.
  • the present invention exhibits the following excellent effects.
  • DPF regeneration can be continued even if deceleration occurs during DPF regeneration.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an engine, an intake / exhaust system, and a fuel injection system in a vehicle to which an exhaust gas purification system of the present invention is applied.
  • FIG. 1 shows a system configuration of an engine, an intake / exhaust system, and a fuel injection system in a vehicle to which the exhaust gas purification system of the present invention is applied.
  • An exhaust pipe 103 for exhausting the exhaust gas of the engine 101 to the atmosphere is connected to the exhaust manifold 102 of the engine 101, and the exhaust manifold 102 is connected to the uppermost stream of the exhaust pipe 103.
  • An EGR pipe 105 for circulating exhaust gas from the intake manifold 104 to the intake manifold 104 is provided.
  • the EGR pipe 105 is provided with an EGR cooler 106 that cools the exhaust gas, and an EGR valve 107 that adjusts the EGR amount (or EGR rate).
  • the EGR pipe 105, the EGR cooler 106, and the EGR valve 107 are collectively referred to as an EGR device 123.
  • the EGR device 123 circulates exhaust gas according to the EGR opening degree instructed from the exhaust manifold 102 to the intake manifold 104.
  • a turbine 109 of a high-pressure stage turbocharger 108 is provided downstream of the exhaust pipe 103, and a turbine 111 of a low-pressure stage turbocharger 110 is provided further downstream.
  • An exhaust brake valve 112 that closes the exhaust pipe 103 is provided downstream of the turbine 111, and a DPF unit 113 is provided further downstream.
  • the DPF unit 113 includes a DOC 114 that promotes oxidation of the fuel injected into the exhaust pipe 103 during DPF regeneration, and a DPF 115 that collects PM.
  • An exhaust throttle 116 may be provided downstream of the DPF unit 113, and the exhaust pipe 103 is opened to the atmosphere downstream of the exhaust throttle 116.
  • the exhaust pipe 103 may be provided with an SCR (selective reduction catalyst) device (not shown).
  • the intake manifold 104 is connected to the intake manifold 104 for taking air into the engine 101 from the atmosphere.
  • the uppermost stream of the intake pipe 117 is open to the atmosphere, and an air cleaner 118 for removing foreign matters such as dust is provided downstream thereof.
  • a compressor 119 of the low-pressure stage turbocharger 110 is provided downstream of the air cleaner 118, and a compressor 120 of the high-pressure stage turbocharger 108 is provided further downstream.
  • An intercooler 121 that cools the intake air supercharged by the low-pressure stage turbocharger 110 and the high-pressure stage turbocharger 108 is provided downstream of the compressor 120, and further downstream the intake air according to the instructed intake throttle opening degree.
  • An intake throttle 122 is provided to limit the amount.
  • An intake pipe 117 is connected to the intake manifold 104 downstream of the intake throttle 122.
  • the piston head 132 is configured to make a stroke in a cylinder 131 which is shown with a part of the engine 101 broken.
  • the injector 133 is attached, and the injection port of the injector 133 is disposed above the top dead center position of the piston head 132.
  • the drawing is shown in a simplified manner, the engine 101 has a plurality of cylinders 131, and each cylinder 131 is provided with an injector 133.
  • Each injector 133 is supplied with high-pressure fuel from a common rail 134.
  • the injector 133 has a valve body that is driven by the electromagnetic force of the coil, and the injection port is opened according to the time width (energization time) of the pulse current that is energized to the coil.
  • the high pressure fuel pipe 136 that supplies high pressure (common rail fuel pressure) fuel from the high pressure pump 135 is connected to the common rail 134.
  • an intermediate-pressure fuel pipe 138 that supplies fuel at an intermediate pressure (exhaust pipe injection fuel pressure) that is lower than the common rail fuel pressure and higher than the atmospheric pressure from the feed pump 137.
  • the feed pump 137 takes in fuel from the atmospheric pressure fuel tank 139 through the low-pressure fuel pipe 140.
  • the feed pump 137 is connected to a crankshaft (not shown), and is rotated in association with the engine 101 and sends out fuel with a delivery force according to the engine speed, so that the fuel of the exhaust pipe injection fuel pressure according to the engine speed. Can be supplied to the intermediate pressure fuel pipe 138.
  • an exhaust pipe injector 141 for injecting fuel into the exhaust pipe 103 is provided downstream of the turbine 111 of the low-pressure stage turbocharger 110 and upstream of the exhaust brake valve 112. Fuel from a feed pump 137 is supplied to the exhaust pipe injector 141 via an intermediate pressure fuel pipe 138.
  • a recovery fuel pipe 142 that recovers excess fuel to the fuel tank 139 is connected to each of the high-pressure pump 135, the common rail 134, and the injector 133.
  • the engine 101 is provided with a water temperature sensor 151 that detects the coolant temperature, a crank angle sensor 152 that detects an index on a crankshaft (not shown) as a reference position of the crank angle, an oil level sensor 153 that detects the remaining amount of engine oil, and the like. It is done.
  • the exhaust manifold 102 is provided with an engine exhaust temperature sensor 154.
  • the intake manifold 104 is provided with a boost pressure sensor 155.
  • the DPF unit 113 includes a DOC inlet exhaust gas temperature sensor 156 that detects an exhaust gas temperature at the inlet of the DOC 114, a DPF inlet exhaust gas temperature sensor 157 that detects an exhaust gas temperature at the inlet of the DPF 115, and an interval between the inlet and the outlet of the DPF 115.
  • a differential pressure sensor 158 that detects a differential pressure that is a pressure difference between the exhaust gases is provided. When PM accumulates in the DPF 115, the differential pressure increases as the accumulation amount increases, so that the DPF regeneration timing can be determined based on the differential pressure. Based on the DPF inlet exhaust gas temperature detected by the DPF inlet exhaust gas temperature sensor 157, the temperature of the DPF 115 during DPF regeneration or the like can be confirmed.
  • the intermediate pressure fuel pipe 138 is provided with an exhaust pipe injection fuel pressure sensor 159 that detects an exhaust pipe injection fuel pressure that is a fuel pressure applied to the exhaust pipe injector 141.
  • a fuel temperature sensor 160 that detects the temperature of the fuel is provided at the inlet of the high-pressure pump 135.
  • the common rail 134 is provided with a common rail fuel pressure sensor 161 that detects a common rail fuel pressure that is a fuel pressure applied to the injector 133 of each cylinder 131.
  • An air flow sensor (MAF sensor) 162 that detects the flow rate of the air sucked into the intake pipe 117 is provided downstream of the air cleaner 118 of the intake pipe 117.
  • the high-pressure stage turbocharger 108 is provided with a high-pressure stage turbo rotational speed sensor 163 that detects the rotational speed of the shaft connecting the turbine 109 and the compressor 120.
  • the high-pressure stage turbocharger 108 is a variable nozzle type turbocharger (VNT, also referred to as a variable capacity turbo VGT or a variable blade turbo VGS).
  • VNT variable nozzle type turbocharger
  • VGT variable capacity turbo VGT
  • VGS variable blade turbo VGS
  • the turbo controller 165 controls the supercharging amount or the supercharging pressure by driving the nozzle actuator 164 while referring to the rotational speed of the shaft detected by the high-pressure stage turbo rotational speed sensor 163.
  • Means for controlling each part of the vehicle including fuel injection to the engine 101 are incorporated in an electronic control unit (ECU) 171 as a program.
  • the ECU 171 performs control such as fuel injection control by constantly detecting engine speed, accelerator opening, load torque, air amount and the like as engine parameters representing the engine state.
  • the ECU 171 performs multi-injection control in which fuel injection is performed a plurality of times from the injector 133 at an appropriate crank angle within one combustion cycle of each cylinder 131 in order to obtain the propulsive force of the engine 101. This multi-injection control is also used to increase the exhaust gas temperature.
  • the ECU 171 includes an exhaust pipe injection regeneration control unit 172 that performs DPF regeneration by controlling exhaust pipe injection, and when the vehicle is decelerated by engine braking during DPF regeneration by exhaust pipe injection, the opening degree of the EGR device 123 Is fully closed, the opening of the intake throttle 122 is fully opened, and the amount of supercharging by the high-pressure turbocharger 108 is increased, thereby increasing the exhaust gas flow rate in the exhaust pipe 103.
  • a control unit 173 is provided.
  • the ECU 171 performs DPF regeneration every time the travel distance of the vehicle reaches a predetermined distance, and performs DPF regeneration when the differential pressure detected by the differential pressure sensor 158 exceeds a predetermined value. It has become.
  • the ECU 171 starts DPF regeneration when the travel distance of the vehicle reaches a predetermined distance or when the differential pressure detected by the differential pressure sensor 158 exceeds a predetermined value.
  • the ECU 171 increases the fuel injection amount in the multi-injection control.
  • the gas temperature is increased to the activation temperature of DOC114.
  • the exhaust pipe injection regeneration control unit 172 controls the exhaust pipe injection. That is, when the exhaust gas temperature at the DPF 115 inlet detected by the DPF inlet exhaust gas temperature sensor 157 is lower than the PM incineration temperature, the fuel injection amount from the exhaust pipe injector 141 is increased and the exhaust gas temperature at the DPF 115 inlet is increased. Is sufficiently higher than the incineration temperature of PM, the fuel injection amount from the exhaust pipe injector 141 is reduced. As a result, the temperature of the DPF 115 is maintained at the PM incineration temperature, and the DPF 115 is regenerated.
  • the regenerative deceleration intake / exhaust control unit 173 causes the opening of the EGR device 123 to be fully closed and the opening of the intake throttle 122 because the vehicle is decelerated by engine braking during DPF regeneration by exhaust pipe injection. Is fully opened and the amount of supercharging by the high-pressure stage turbocharger 108 is increased more than before, thereby increasing the exhaust gas flow rate in the exhaust pipe 103. That is, since the EGR valve 107 is fully closed in the EGR device 123, there is no exhaust gas recirculated from the exhaust manifold 102 to the intake manifold 104, and all the exhaust gas of the engine 101 flows downstream through the exhaust pipe 103.
  • the opening degree of the intake throttle 122 is fully opened, all the supercharged fresh air from the compressor 120 of the high-pressure turbocharger 108 is supplied to the engine 101. Furthermore, since the supercharging amount by the high-pressure stage turbocharger 108 is increased more than before, the fresh air supplied to the engine 101 is further increased. Thereby, the exhaust gas flow rate in the exhaust pipe 103 can be increased while considering the DPF regeneration more than before.
  • the present inventors have investigated that if the exhaust gas in the exhaust pipe 103 is retained, the fuel from the exhaust pipe injector 141 ignites in the exhaust pipe 103, and the temperatures of the DPF 115 and the DOC 114 become high. It was also confirmed that the fuel does not ignite in the exhaust pipe 103 when the exhaust gas flow rate is increased. Therefore, when the exhaust gas flow rate in the exhaust pipe 103 is increased by the control of the regeneration deceleration intake / exhaust control unit 173, the fuel from the exhaust pipe injector 141 is prevented from igniting in the exhaust pipe 103. Therefore, the exhaust pipe injection can be continued.
  • the exhaust gas flow rate in the exhaust pipe 103 is basically increased.
  • the temperature of the DOC 114 is likely to decrease as the exhaust gas flow rate is increased. Accordingly, the supercharging amount is controlled to a predetermined value so that the supercharging amount by the high-pressure turbocharger 108 is not excessively increased, thereby preventing the temperature of the DOC 114 from rapidly decreasing.
  • the exhaust pipe injection is continued only during the period in which the temperature of the DOC 114 maintains the activation temperature. For example, after the vehicle is running with the engine 101 running at full load, when the accelerator pedal is released and the engine brake is activated, the engine brake is activated for a while (depending on the vehicle type, for example, about 30 seconds). ) Has been found that the temperature of DOC 114 maintains the activation temperature. As described above, the exhaust pipe injection can be continued while the temperature of the DOC 114 is the activation temperature. Note that full load operation refers to operation in a state where the accelerator opening is large, the engine speed is high, and the output torque is large.
  • DPF regeneration by exhaust pipe injection is started while the vehicle is accelerating on an expressway or climbing up, and the accelerator pedal is released by approaching a downhill in that state or when the vehicle is clogged with the preceding vehicle
  • the engine brake by is started, the DPF regeneration is continued.
  • the opening of the EGR device 123 is fully closed, and the intake air
  • the exhaust gas flow rate in the exhaust pipe 103 is increased by fully opening the throttle 122 and increasing the amount of supercharging by the high-pressure stage turbocharger 108. Therefore, the fuel is ignited in the exhaust pipe 103. And the DPF regeneration can be continued.
  • the present invention can be applied because the accelerator pedal is released even when the foot brake is operated.
  • the exhaust brake valve 112 is blocked between the exhaust pipe injector 141 and the DPF unit 113, and the exhaust pressure becomes excessive, so that exhaust pipe injection is not performed.

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Abstract

　ＤＰＦ再生中に減速となってもＤＰＦ再生が継続できる排気ガス浄化システムを提供する。　ＤＰＦ再生時に、車両の減速が行われると、ＥＧＲ装置１２３及び吸気スロットル１２２の開度を制御し、かつ、高圧段ターボチャージャ１０８による過給量を調節することで、排気管１０３内の排気ガス流量を増加させる再生減速時吸排気制御部１７３とを備えた。

Description

排気ガス浄化システム
　本発明は、ＤＰＦ再生用の燃料を噴射する排気ガス浄化システムに係り、ＤＰＦ再生中に減速となってもＤＰＦ再生が継続できる排気ガス浄化システムに関する。
　ディーゼルエンジンの排気ガスから粒子状物質（以下、ＰＭという）を除去して排気ガスを浄化するために、排気管にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が設けられる。ＤＰＦは、多孔質のセラミックで構成したハニカム構造体にＰＭを捕集するものである。捕集されたＰＭが過剰に蓄積されると排気ガスの流通の障害となるが、ＤＰＦに蓄積されたＰＭは排気ガス温度を高めることで、焼却除去することができる。これをＤＰＦ再生という。
　ＰＭが焼却できる温度まで排気ガス温度を高める方式として、従来は、ＤＰＦの上流に白金等からなる酸化触媒（以下、ＤＯＣという）を設置し、エンジンの推進力を得るために複数回に分けて燃料噴射を行うマルチ噴射において、燃料噴射量を多くすることで排気ガス温度をＤＯＣの活性化温度まで高め、その後の適宜なクランク角でＤＰＦ再生用の燃料噴射（ポスト噴射）を行い、このポスト噴射によって炭化水素（以下、ＨＣという）をＤＯＣに供給し、ＨＣの酸化熱で排気ガス温度を高める方式がある。しかし、ポスト噴射を行うと、噴射された燃料がエンジンの潤滑油に混入して潤滑油が希釈されるオイルダイリューションが発生する。また、ポスト噴射による未燃燃料が排気再循環（以下、ＥＧＲという）に混入すると、ＥＧＲクーラの性能低下やピストンリングの不具合の原因となる。
　そこで、近年では、排気管に新たな装置を設けて排気管内に燃料を噴射する排気管噴射を行ってＨＣをＤＯＣに供給し、ＨＣの酸化熱で排気ガス温度を高める方式が検討されている。
特開２０１０－１０６６９１号公報
　排気管噴射では、シリンダ内に燃料を噴射するポスト噴射と異なりクランク角に依存せずに噴射時期が決められると共に、燃料噴射量も任意に決められる。しかしながら、排気管噴射は新規な技術であり、燃料の無駄がなく効果的に排気ガス温度が高められる噴射時期及び燃料噴射量を見いだすには、実験に相当多くの時間を費やさなくてはならない。これに対し、ポスト噴射の技術は既に多くの実験を経て確立されており、適切な噴射時期及び燃料噴射量がマップ化されている。そこで、本発明者らは、排気管噴射における燃料噴射量の目標噴射量をポスト噴射における目標噴射量を基礎にして設定することを考えた。エンジンの１燃焼サイクルに各気筒でポスト噴射する燃料噴射量に見合う量の燃料を１燃焼サイクルに相当する所定時間内に排気管噴射するよう、排気管噴射における目標噴射量のマップを設定する。このように、既に確立されたポスト噴射の噴射時期と目標噴射量を排気管噴射に変換して使うことで、いわゆるゼロベースから始めるのに比べ、実験に費やされる時間を短縮することができる。
　ところで、従来は、アクセルペダルが開放された（未踏となった）ことによる車両の減速時、すなわちエンジンブレーキ時には、ポスト噴射を禁止していた。これは、エンジンブレーキ時には、マルチ噴射における燃料噴射量が少ないことから排気ガス温度が低下し、この排気ガスによってＤＯＣが冷却されてＤＯＣの温度が活性化温度より低くなってしまうため、ポスト噴射した燃料がＤＯＣで酸化されずに、排気管から白煙となって放出されてしまうからである。このため、ＤＰＦ再生中にエンジンブレーキが作動するとＤＰＦ再生を中断せざるを得なかった。
　これに対し、本発明者らは、エンジンブレーキ時に、ＤＰＦ及びＤＯＣを高温に保持する保温モードを提案している。保温モードとは、吸気スロットルの開度を小さくして新気の取り込みを少なくすると同時に、ＥＧＲ装置の開度を大きくして排気ガスを大きくエンジンに再循環させ、排気管に流れ出る排気ガスを減らすことで、ＤＰＦ及びＤＯＣの温度がエンジンブレーキ開始前の高温から下がらないようにするモードである。これにより、ＤＯＣを活性化温度に一定時間、保持することが可能となった。また、ＤＰＦがＰＭの焼却温度に保持されるので、エンジンブレーキ時でも再生温度の急激な低下を防ぐことを可能にしている。
　ところが、保温モードを実行しつつ排気管噴射を行うと、新気の空気量不足により、再生温度が高温になり、ＤＰＦやその下流に設けられるＳＣＲ装置が溶損することが懸念される。ＤＰＦ及びＤＯＣの温度が高温になる一因は、排気管に流れ出る排気ガス量が少なく、排気ガスが排気管内で滞留している状態となり、噴射された燃料がＤＯＣの方へ流れていかず、排気管内で発火してしまうためと考えられる。また、ＤＰＦの入口温度を検出してＤＰＦが再生温度になるまで排気管噴射量を増加させるという制御を行う場合、排気ガスが流れないため、噴射した燃料がＤＯＣに届く時間が長くなり、燃料の噴射に対してＤＰＦの入口温度が上昇する応答が遅くなることから、排気管噴射量が極端に増加して、発火の要因となる。
　そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＤＰＦ再生中に減速となってもＤＰＦ再生が継続できる排気ガス浄化システムを提供することにある。
　上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に設置されて粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、前記エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドへ指示された排気再循環開度に応じて排気ガスを循環させる排気再循環装置と、前記排気管に設置されたタービンと前記エンジンの吸気管に設置されたコンプレッサとが一体回転されることで過給を行い、アクチュエータによって過給量が調節可能な可変ノズル式ターボチャージャと、前記ターボチャージャと前記吸気マニホールドの間に設置されて指示された吸気スロットル開度に応じて吸気量を制限する吸気スロットルと、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記排気再循環装置の開度及び前記吸気スロットルの開度を制御し、かつ、前記可変ノズル式ターボチャージャによる過給量を調節することで、前記排気管内の排気ガス流量を増加させる再生減速時吸排気制御部とを備えたものである。
　前記再生減速時吸排気制御部は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記排気再循環装置の開度を全閉としてもよい。
　前記再生減速時吸排気制御部は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記吸気スロットルの開度を全開ととしてもよい。
　前記再生減速時吸排気制御部は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記可変ノズル式ターボチャージャによる過給量を増加させてもよい。
　前記ディーゼルパティキュレートフィルタより上流に設置されて前記排気管に燃料を噴射する排気管インジェクタと、前記排気管インジェクタからの燃料噴射を制御することで前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を行う排気管噴射再生制御部とを備えてもよい。
　本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
　（１）ＤＰＦ再生中に減速となってもＤＰＦ再生が継続できる。
本発明の排気ガス浄化システムが適応される車両におけるエンジン、吸排気系統及び燃料噴射系統のシステム構成図である。
　以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
　図１に、本発明の排気ガス浄化システムが適応される車両におけるエンジン、吸排気系統及び燃料噴射系統のシステム構成を示す。
　まず、排気系統の構成を説明すると、エンジン１０１の排気マニホールド１０２には、エンジン１０１の排気ガスを大気に排出するための排気管１０３が接続され、排気管１０３の最上流には、排気マニホールド１０２から吸気マニホールド１０４へ排気ガスを循環させるためのＥＧＲ配管１０５が設けられている。ＥＧＲ配管１０５には、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１０６と、ＥＧＲ量（またはＥＧＲ率）を調整するためのＥＧＲ弁１０７が設けられている。ＥＧＲ配管１０５とＥＧＲクーラ１０６とＥＧＲ弁１０７を一括してＥＧＲ装置１２３と呼ぶ。ＥＧＲ装置１２３は、排気マニホールド１０２から吸気マニホールド１０４へ指示されたＥＧＲ開度に応じて排気ガスを循環させるものである。
　排気管１０３の下流には、高圧段ターボチャージャ１０８のタービン１０９が設けられ、さらに下流には、低圧段ターボチャージャ１１０のタービン１１１が設けられている。タービン１１１の下流には、排気管１０３を閉鎖する排気ブレーキ弁１１２が設けられ、さらに下流には、ＤＰＦユニット１１３が設けられている。ＤＰＦユニット１１３は、ＤＰＦ再生時に排気管１０３に噴射された燃料の酸化を促進するＤＯＣ１１４とＰＭを捕集するＤＰＦ１１５とからなる。ＤＰＦユニット１１３の下流に排気スロットル１１６が設けられる場合もあり、排気スロットル１１６の下流にて排気管１０３が大気に開放されている。なお、排気管１０３には、図示しないがＳＣＲ（選択還元触媒）装置を設けてもよい。
　次に、吸気系統の構成を説明すると、吸気マニホールド１０４には、大気からエンジン１０１に空気を取り込むための吸気管１１７が接続されている。吸気管１１７の最上流は大気に開放されており、その下流に塵埃等の異物を除去するエアクリーナ１１８が設けられている。エアクリーナ１１８の下流には、低圧段ターボチャージャ１１０のコンプレッサ１１９が設けられ、さらに下流には、高圧段ターボチャージャ１０８のコンプレッサ１２０が設けられている。コンプレッサ１２０の下流には、低圧段ターボチャージャ１１０と高圧段ターボチャージャ１０８で過給された吸気を冷却するインタークーラ１２１が設けられ、さらに下流には、指示された吸気スロットル開度に応じて吸気量を制限する吸気スロットル１２２が設けられている。吸気スロットル１２２の下流で、吸気管１１７が吸気マニホールド１０４に接続されている。
　次に、燃料噴射系統の構成を説明すると、エンジン１０１の一部を破断して示したシリンダ１３１内をピストンヘッド１３２がストロークするように構成されており、シリンダ１３１には、燃料を噴射するためのインジェクタ１３３が取り付けられ、ピストンヘッド１３２の上死点位置より上部に、インジェクタ１３３の噴射口が配置されている。図は簡略に示したが、エンジン１０１は、複数個のシリンダ１３１を有し、各シリンダ１３１にそれぞれインジェクタ１３３が設けられる。各インジェクタ１３３は、コモンレール１３４から高圧の燃料を供給される。インジェクタ１３３は、詳しくは図示しないがコイルの電磁力で駆動される弁体を有し、コイルに通電するパルス電流の時間幅（通電時間）に応じて噴射口が開放されるものである。
　コモンレール１３４には、高圧ポンプ１３５から高圧（コモンレール燃圧）の燃料を供給する高圧燃料管１３６が接続される。高圧ポンプ１３５には、フィードポンプ１３７からコモンレール燃圧より低く大気圧より高い中間圧（排気管噴射燃圧）の燃料を供給する中間圧燃料管１３８が接続される。フィードポンプ１３７は、大気圧の燃料タンク１３９から低圧燃料管１４０を介して燃料を取り込むようになっている。フィードポンプ１３７は、図示しないクランクシャフトに連結されており、エンジン１０１に随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を送り出すことにより、エンジン回転数に応じた排気管噴射燃圧の燃料を中間圧燃料管１３８に供給することができる。
　本発明では、低圧段ターボチャージャ１１０のタービン１１１の下流で排気ブレーキ弁１１２より上流に、排気管１０３内に燃料を噴射するための排気管インジェクタ１４１が設けられている。排気管インジェクタ１４１には、中間圧燃料管１３８を介してフィードポンプ１３７からの燃料が供給されるようになっている。
　高圧ポンプ１３５、コモンレール１３４、インジェクタ１３３のそれぞれには、燃料タンク１３９へ余剰の燃料を回収する回収燃料管１４２が接続されている。
　次に、センサ類を説明する。
　エンジン１０１には、冷却水温を検出する水温センサ１５１、図示しないクランクシャフト上の指標をクランク角の基準位置として検出するクランク角センサ１５２、エンジンオイルの残量を検出するオイルレベルセンサ１５３等が設けられる。排気マニホールド１０２には、エンジン排気温度センサ１５４が設けられる。吸気マニホールド１０４には、ブースト圧センサ１５５が設けられる。
　ＤＰＦユニット１１３には、ＤＯＣ１１４の入口における排気ガス温度を検出するＤＯＣ入口排気ガス温度センサ１５６と、ＤＰＦ１１５の入口における排気ガス温度を検出するＤＰＦ入口排気ガス温度センサ１５７と、ＤＰＦ１１５の入口と出口間の排気ガスの圧力差である差圧を検出する差圧センサ１５８が設けられる。ＤＰＦ１１５にＰＭが蓄積すると、その蓄積量の増加に伴って差圧が大きくなるので、差圧に基づいてＤＰＦ再生時期を判定することができる。ＤＰＦ入口排気ガス温度センサ１５７が検出するＤＰＦ入口排気ガス温度により、ＤＰＦ再生時等におけるＤＰＦ１１５の温度を確認することができる。
　中間圧燃料管１３８には、排気管インジェクタ１４１に加わる燃料圧力である排気管噴射燃圧を検出する排気管噴射燃圧センサ１５９が設けられる。高圧ポンプ１３５の入口には、燃料の温度を検出する燃料温度センサ１６０が設けられる。コモンレール１３４には、各シリンダ１３１のインジェクタ１３３に加わる燃料圧力であるコモンレール燃圧を検出するコモンレール燃圧センサ１６１が設けられる。吸気管１１７のエアクリーナ１１８の下流には、吸気管１１７に吸い込まれた空気の流量を検出する空気流量センサ（ＭＡＦセンサ）１６２が設けられる。
　高圧段ターボチャージャ１０８には、タービン１０９とコンプレッサ１２０を連結するシャフトの回転数を検出する高圧段ターボ回転数センサ１６３が設けられる。
　図示説明した以外にも、エンジン１０１、吸排気系統及び燃料噴射系統には、従来公知のあらゆるセンサが設けられているものとする。
　次に、制御系統の構成を説明する。
　高圧段ターボチャージャ１０８は、可変ノズル式ターボチャージャ（ＶＮＴ。可変容量ターボＶＧＴ、可変翼ターボＶＧＳとも言う）であり、排気管１０３に設置されたタービン１０９と吸気管１１７に設置されたコンプレッサ１２０とがシャフトで連結されて一体回転されることで過給を行うが、このときアクチュエータによって過給量が調節可能である。すなわち、タービン１０９の上流にタービン１０９の開口面積を調節するノズルアクチュエータ１６４が設けられる。ターボコントローラ１６５は、高圧段ターボ回転数センサ１６３が検出するシャフトの回転数を参照しつつ、ノズルアクチュエータ１６４を駆動することにより、過給量または過給圧を制御するものである。
　エンジン１０１への燃料噴射を含む車両の各部を制御する手段は、電子制御装置（ＥＣＵ）１７１にプログラムとして組み込まれている。ＥＣＵ１７１は、エンジン状態を表すエンジンパラメータとして、エンジン回転数、アクセル開度、負荷トルク、空気量などを常時検出して燃料噴射制御等の制御を行うようになっている。ＥＣＵ１７１は、エンジン１０１の推進力を得るべく、各シリンダ１３１の１燃焼サイクル内に、適宜なクランク角でインジェクタ１３３から複数回の燃料噴射を行うマルチ噴射制御を行うようになっている。このマルチ噴射制御は、排気ガス温度を高めるためにも利用される。
　ＥＣＵ１７１には、排気管噴射を制御することでＤＰＦ再生を行う排気管噴射再生制御部１７２と、排気管噴射によるＤＰＦ再生時に、エンジンブレーキによる車両の減速が行われると、ＥＧＲ装置１２３の開度を全閉とし、かつ、吸気スロットル１２２の開度を全開し、かつ、高圧段ターボチャージャ１０８による過給量を増加させることで、排気管１０３内の排気ガス流量を増加させる再生減速時吸排気制御部１７３とが設けられている。
　ＥＣＵ１７１では、車両の走行距離が所定距離に達するごとに、ＤＰＦ再生を行うようになっており、かつ、差圧センサ１５８が検出する差圧が所定値以上になったときＤＰＦ再生を行うようになっている。
　以下、本発明の排気ガス浄化システムの動作を説明する。
　ＥＣＵ１７１では、車両の走行距離が所定距離に達するか、または差圧センサ１５８が検出する差圧が所定値以上になるとＤＰＦ再生を開始する。
　具体的には、ＥＣＵ１７１は、ＤＯＣ入口排気ガス温度センサ１５６が検出するＤＯＣ１１４の入口における排気ガス温度がＤＯＣ１１４の活性化温度よりも低いときは、マルチ噴射制御における燃料噴射量を多くすることで排気ガス温度をＤＯＣ１１４の活性化温度まで高める。
　ＤＯＣ入口排気ガス温度センサ１５６が検出する排気ガス温度がＤＯＣ１１４の活性化温度に達すると、排気管噴射再生制御部１７２は、排気管噴射を制御する。すなわち、ＤＰＦ入口排気ガス温度センサ１５７が検出するＤＰＦ１１５の入口における排気ガス温度がＰＭの焼却温度よりも低いときは、排気管インジェクタ１４１からの燃料噴射量を多くし、ＤＰＦ１１５の入口における排気ガス温度がＰＭの焼却温度より十分に高ければ排気管インジェクタ１４１からの燃料噴射量を少なくする。これにより、ＤＰＦ１１５の温度がＰＭの焼却温度に保たれ、ＤＰＦ１１５が再生される。
　ここで、アクセルペダルが開放され、エンジンブレーキが作動したとする。再生減速時吸排気制御部１７３は、排気管噴射によるＤＰＦ再生時に、エンジンブレーキによる車両の減速が行われたことから、ＥＧＲ装置１２３の開度を全閉とし、かつ、吸気スロットル１２２の開度を全開し、かつ、高圧段ターボチャージャ１０８による過給量をそれまでよりも増加させることで、排気管１０３内の排気ガス流量を増加させる。すなわち、ＥＧＲ装置１２３においてＥＧＲ弁１０７が全閉されたことで、排気マニホールド１０２から吸気マニホールド１０４に再循環する排気ガスがなくなり、エンジン１０１の排気ガスは全て排気管１０３を通って下流に流れる。また、吸気スロットル１２２の開度が全開されたことにより、高圧段ターボチャージャ１０８のコンプレッサ１２０からの過給された新気が全てエンジン１０１に供給される。さらに、高圧段ターボチャージャ１０８による過給量がそれまでよりも増加されたことで、エンジン１０１に供給される新気はいっそう多くなる。これにより、排気管１０３内の排気ガス流量がそれまでよりもＤＰＦ再生を考慮しながらも、増加することが可能になる。
　本発明者らは、排気管１０３内の排気ガスを滞留させると、排気管インジェクタ１４１からの燃料が排気管１０３内で発火してしまい、ＤＰＦ１１５及びＤＯＣ１１４の温度が高温になることを究明したが、排気ガス流量を高めると燃料が排気管１０３内で発火しないことも確認した。したがって、前述した再生減速時吸排気制御部１７３の制御によって排気管１０３内の排気ガス流量が増加すると、排気管インジェクタ１４１からの燃料が排気管１０３内で発火することが防止される。よって、排気管噴射の継続が可能となる。
　このように、本発明では、排気管噴射によるＤＰＦ再生時に、エンジンブレーキによる車両の減速が行われたとき、基本的には排気管１０３内の排気ガス流量を増加させる。このとき、エンジンブレーキ中はエンジン１０１から排出される排気ガスの温度が低いため、排気ガス流量を増加させるとＤＯＣ１１４の温度がそれだけ低下しやすい。そこで、高圧段ターボチャージャ１０８による過給量を増加させすぎないよう、過給量を所定値に制御することで、ＤＯＣ１１４の温度が早く低下するのを防止する。
　エンジンブレーキが長く継続されると、結局は、排気ガスによってＤＯＣ１１４が冷却されて活性化温度未満となる。このときは、白煙防止のため、排気管噴射を停止し、既に述べた保温モードに移行する。このように、本発明では、ＤＯＣ１１４の温度が活性化温度を維持している期間のみ排気管噴射を続ける。例えば、エンジン１０１を全負荷運転して車両が走行していた後、アクセルペダルが開放されてエンジンブレーキが作動した場合、エンジンブレーキ作動開始からしばらくの間（車種によって異なるが、例えば、３０秒間程度）はＤＯＣ１１４の温度が活性化温度を維持することが分かっている。このようにＤＯＣ１１４の温度が活性化温度である間は、排気管噴射を継続できる。なお、全負荷運転とは、アクセル開度が大きく、エンジン回転数が高く、出力トルクが大きい状態での運転を言う。
　したがって、例えば、車両が高速道路を加速走行中、登坂中などに排気管噴射によるＤＰＦ再生が開始され、その状態で下り坂にさしかかって、あるいは前車との車間が詰まって、アクセルペダルの開放によるエンジンブレーキが開始された場合に、ＤＰＦ再生が継続されることになる。
　以上説明したように、本発明の排気ガス浄化システムによれば、排気管噴射によるＤＰＦ再生時に、エンジンブレーキによる車両の減速が行われると、ＥＧＲ装置１２３の開度を全閉とし、かつ、吸気スロットル１２２の開度を全開し、かつ、高圧段ターボチャージャ１０８による過給量を増加させることで、排気管１０３内の排気ガス流量を増加させるようにしたので、燃料が排気管１０３内で発火することが防止され、ＤＰＦ再生が継続できる。
　なお、本実施形態では、エンジンブレーキのみの作動時について説明したが、フットブレーキ操作時においてもアクセルペダルが開放となるので、本発明は適用できる。しかし、排気ブレーキ使用時は、排気管インジェクタ１４１とＤＰＦユニット１１３との間を排気ブレーキ弁１１２が遮断してしまい、排気圧力が過大になるので、排気管噴射は行わない。
　１０１　エンジン
　１０２　排気マニホールド
　１０３　排気管
　１０４　吸気マニホールド
　１０８　高圧段ターボチャージャ（可変ノズル式ターボチャージャ）
　１１５　ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
　１２３　排気再循環装置（ＥＧＲ装置）
　１４１　排気管インジェクタ
　１７１　ＥＣＵ
　１７２　排気管噴射再生制御部
　１７３　再生減速時吸排気制御部

Claims (5)

  1. 　エンジンの排気管に設置されて粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、
    　前記エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドへ指示された排気再循環開度に応じて排気ガスを循環させる排気再循環装置と、
    　前記排気管に設置されたタービンと前記エンジンの吸気管に設置されたコンプレッサとが一体回転されることで過給を行い、アクチュエータによって過給量が調節可能な可変ノズル式ターボチャージャと、
    　前記ターボチャージャと前記吸気マニホールドの間に設置されて指示された吸気スロットル開度に応じて吸気量を制限する吸気スロットルと、
    　前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記排気再循環装置の開度及び前記吸気スロットルの開度を制御し、かつ、前記可変ノズル式ターボチャージャによる過給量を調節することで、前記排気管内の排気ガス流量を増加させる再生減速時吸排気制御部とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  2. 　前記再生減速時吸排気制御部は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記排気再循環装置の開度を全閉と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。
  3. 　前記再生減速時吸排気制御部は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記吸気スロットルの開度を全開と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。
  4. 　前記再生減速時吸排気制御部は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、車両の減速が行われると、前記可変ノズル式ターボチャージャによる過給量を増加させることを特徴とする請求項１～３いずれか記載の排気ガス浄化システム。
  5. 　前記ディーゼルパティキュレートフィルタより上流に設置されて前記排気管に燃料を噴射する排気管インジェクタと、
    　前記排気管インジェクタからの燃料噴射を制御することで前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を行う排気管噴射再生制御部とを備えたことを特徴とする請求項１～４いずれか記載の排気ガス浄化システム。
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