WO2012081461A1 - Ｄｐｆシステム - Google Patents

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WO2012081461A1
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dpf
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temperature
catalyst activity
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長岡　大治
輝男 中田
裕之 遊座
智宏 是永
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いすゞ自動車株式会社
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    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging

Definitions

  • the present invention relates to a DPF system that collects particulate matter from exhaust gas of a diesel engine with DPF and burns and removes it by exhaust pipe injection.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • PM Pulse Matter
  • DOC Diesel Oxidation Catalyst
  • Exhaust pipe injection is a method of adding unburned fuel to exhaust gas from an exhaust pipe injector provided in the exhaust pipe (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the unburned fuel added to the exhaust gas by exhaust pipe injection is decomposed into long-chain hydrocarbons that are relatively difficult to activate (not easily combusted). Therefore, when the exhaust injection amount increases, the catalytic activity of the DOC is lost. In some cases, unburned fuel may not burn (fires out).
  • the exhaust gas SV ratio ratio of the exhaust gas flow rate to the volume of the DOC in which the exhaust gas temperature is lower than the catalyst activation temperature (light-off temperature) of the DOC increases. If the operating conditions change suddenly during traveling, such as when the amount of exhaust injection increases, the catalytic activity may be lost (fire may be lost).
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between changes in operating conditions and injection amount, DOC temperature, catalyst temperature, and DPF temperature in a DPF system in which DOC, catalyst, and DPF are sequentially connected from the upstream side of the exhaust pipe.
  • the DOC temperature indicates the DOC outlet temperature
  • the catalyst temperature indicates the catalyst outlet temperature
  • the DPF temperature indicates the DPF outlet temperature.
  • the exhaust gas will not rise in temperature, and there is a problem that DPF regeneration cannot be performed.
  • the unburned fuel is continuously injected after the DOC misfires, the unburned fuel is adsorbed on the DOC, and then the unburned fuel adsorbed on the DOC is recovered when the DOC is heated to recover the catalyst activity.
  • the fuel burns rapidly and melts the DOC, or flows out after the DOC and is discharged as white smoke in the process of increasing the temperature.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a DPF system capable of preventing a DOC catalyst activity failure when forced regeneration of the DPF is performed by exhaust pipe injection.
  • the present invention provides a DPF system that performs DPF forced regeneration in which fuel is injected from an exhaust pipe injector, is oxidized and burned by the DOC, and PM accumulated in the DPF is burned and removed.
  • Temperature sensor for detecting the DOC outlet temperature at the time of DPF forced regeneration and the DOC outlet temperature are input, and the DOC maintains the catalytic activity from the amount of temperature decrease per unit time of the DOC outlet temperature.
  • Misfire determination means for determining whether or not there is.
  • the misfire determination means determines that the DOC does not maintain catalyst activity when the temperature decrease amount is greater than a preset misfire limit threshold at which the DOC cannot maintain catalyst activity. And good.
  • the present invention is provided on the inlet side of the DOC, a temperature sensor for detecting the DOC inlet temperature at the time of DPF forced regeneration, the DOC inlet temperature is input, and the catalytic activity of the DOC is determined from the input DOC inlet temperature. It is preferable to further include misfire prevention means for determining whether or not the vehicle has recovered.
  • the misfire prevention means detects the catalyst activity of the DOC from the DOC inlet temperature, and when the catalyst activity is greater than a preset activity recovery threshold at which the preset DOC can recover the catalyst activity, the catalyst of the DOC It is good to judge that activity has recovered.
  • the misfire prevention means has a catalyst activity map that can refer to the catalyst activity from the DOC inlet temperature and the exhaust gas SV ratio of the DOC, and refers to the catalyst activity map to determine the catalyst activity. It is good to be made to detect.
  • the misfire prevention means may be configured such that the injection amount of the exhaust pipe injector is equal to or less than the upper limit of injection amount that allows the DOC to maintain catalytic activity.
  • the misfire prevention means has an activity upper limit injection amount map that can refer to the activity upper limit injection amount from the DOC inlet temperature and the exhaust gas SV ratio of the DOC, and refers to the activity upper limit injection amount map to activate the activity. It is preferable to determine the upper limit injection amount.
  • the misfire determination means may be configured to interrupt injection of the exhaust pipe injector when it is determined that the DOC does not maintain catalytic activity.
  • the misfire determination means interrupts injection of the exhaust pipe injector when it is determined that the DOC does not maintain catalytic activity, and the misfire prevention means, after the injection of the exhaust pipe injector is interrupted, It is preferable to determine whether or not the DOC has recovered the catalytic activity, and when it is determined that the DOC has recovered the catalytic activity, the injection of the exhaust pipe injector may be resumed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a DPF system according to the present embodiment.
  • the DPF system 10 of the present embodiment is equipped with a turbocharger 11, and the air sucked from the air cleaner 12 is compressed by the compressor 13 of the turbocharger 11 and is pumped to the intake passage 14 and connected to the intake passage 14. From the intake manifold 15 to the engine E.
  • the intake passage 14 is provided with an intake valve 16 for adjusting the amount of air to the engine E.
  • the exhaust gas discharged from the engine E flows from the exhaust manifold 17 into the turbine 18 of the turbocharger 11 and drives the turbine 18 to be exhausted to the exhaust pipe 19.
  • the DPF system 10 returns an EGR pipe 20 that connects the intake manifold 15 and the exhaust manifold 17, an EGR cooler 21 that cools the exhaust gas that passes through the EGR pipe 20, and the exhaust manifold 17 to the intake manifold 15.
  • the exhaust pipe 19 is provided with a DOC 23, the exhaust pipe 19 upstream of the DOC 23 is provided with an exhaust pipe injector 24, and the downstream exhaust pipe 19 is provided with a DPF 25 for collecting PM from the exhaust gas. .
  • the exhaust pipe 19 is provided with temperature sensors 26 and 27 on the inlet side (upstream side) and the outlet side (downstream side) of the DOC 23.
  • Engine E intake valve 16, EGR valve 22, exhaust pipe injector 24, and temperature sensors 26, 27 are connected to an ECU (Electronic Control Unit) 28.
  • the ECU 28 receives signals from the temperature sensors 26 and 27 and controls the operation of the engine E, the opening degree of the intake valve 16 and the EGR valve 22, the exhaust pipe injection of the exhaust pipe injector 24, and the like.
  • signals from various sensors (MAF (Mass Air Flow) sensor, etc.) mounted on the vehicle are input to the ECU 28, and the exhaust gas flow rate and the exhaust gas SV ratio (ratio of the exhaust gas flow rate to the volume of the DOC 23). ) Etc.
  • MAF Mass Air Flow
  • the DOC outlet temperature T doc detected by the temperature sensor 27 during the DPF forced regeneration is input, and the DOC 23 is calculated from the temperature decrease amount dT red per unit time of the DOC outlet temperature T doc.
  • the ECU 28 is equipped with misfire determination means 29 for determining whether or not the catalyst activity is maintained.
  • the misfire determination means 29 determines that the DOC 23 does not maintain the catalyst activity when the temperature decrease amount dT red of the DOC outlet temperature T doc is greater than the preset misfire limit threshold ⁇ at which the DOC 23 cannot maintain the catalyst activity. Configured to judge.
  • misfire determination means 29 determines that the DOC 23 does not maintain the catalyst activity
  • the misfire determination means 29 interrupts the injection of the exhaust pipe injector 24 so that excess fuel is adsorbed on the DOC 23 or white smoke is released to the atmosphere. To prevent that.
  • the misfire limit threshold value ⁇ is a temperature decrease amount per unit time indicated by the DOC 23 when the catalyst activity cannot be maintained, and varies depending on the configuration of the DPF system 10 such as the exhaust amount of the engine E and the catalyst characteristics of the DOC 23.
  • the misfire limit threshold ⁇ may be obtained in advance from a test operation of the DPF system 10 or may be obtained from a model calculation simulating the DPF system 10.
  • the ECU 28 receives the DOC inlet temperature T ent detected by the temperature sensor 26 during the forced regeneration of the DPF, and prevents misfire from judging whether the catalytic activity of the DOC 23 is recovered from the inputted DOC inlet temperature T ent.
  • Means 30 are mounted.
  • the misfire prevention means 30 detects the catalyst activity a of the DOC 23 from the DOC inlet temperature T ent, and when the catalyst activity a is greater than the preset activity recovery threshold ⁇ at which the preset DOC 23 can recover the catalyst activity, It is configured to determine that the catalytic activity is restored.
  • the catalyst activity a is a value indicating the degree of catalyst activity of the DOC 23 under a predetermined exhaust gas condition, and varies in the range of 0 to 1 depending on the exhaust gas temperature and the exhaust gas SV ratio.
  • the catalyst activity a may be obtained in advance from a test operation of the DPF system 10 or may be obtained from a model calculation simulating the DPF system 10.
  • the misfire prevention means 30 has a catalyst activity map 31 that can refer to the catalyst activity from the DOC inlet temperature T ent and the exhaust gas SV ratio of the DOC 23, and refers to the catalyst activity map 31. Thus, the catalyst activity a is detected.
  • the catalyst activity map 31 represents the relationship between the exhaust gas temperature and the exhaust gas SV ratio and the catalyst activity of the DOC 23. The higher the exhaust gas temperature, the higher the catalyst activity. Further, the catalyst activity has a tendency to increase once the exhaust gas SV ratio increases and then decrease after reaching a maximum value.
  • the activity recovery threshold value ⁇ is a value for determining whether or not the DOC 23 that can no longer maintain the catalyst activity can recover the catalyst activity and burn the unburned fuel.
  • the activation recovery threshold value ⁇ is set to 0.5, but the present invention does not particularly limit the value of the activation recovery threshold value ⁇ , and can be appropriately changed according to the configuration of the DPF system 10. .
  • misfire prevention means 30 determines whether or not the DOC 23 has recovered the catalytic activity after the misfire determination means 29 interrupts the exhaust pipe injection of the exhaust pipe injector 24, and the DOC 23 has recovered the catalytic activity. When it is determined that the exhaust pipe is in the exhaust pipe injector 24, the exhaust pipe injection of the exhaust pipe injector 24 is resumed.
  • misfire prevention means 30 is configured to reduce the exhaust injection amount of the exhaust pipe injector 24 to be equal to or less than the activation upper limit injection amount Q act at which the DOC 23 can maintain the catalyst activity.
  • the activation upper limit injection amount Q act is an upper limit injection amount with which the DOC 23 can maintain the catalyst activity, and varies depending on the exhaust gas temperature and the exhaust gas SV ratio.
  • the active upper limit injection amount Q act may be obtained in advance from a test operation of the DPF system 10 or may be obtained from model calculation simulating the DPF system 10.
  • the misfire prevention means 30 has an activation upper limit injection amount map 32 that can refer to the activation upper limit injection amount from the DOC inlet temperature T ent and the exhaust gas SV ratio of the DOC 23, and the activity upper limit injection amount map 32.
  • the active upper limit injection amount Q act is determined with reference to FIG.
  • FIG. 1 shows an example of a set value of the active upper limit injection amount Q act .
  • the activity upper limit injection amount map 32 represents the relationship between the exhaust gas temperature and the exhaust gas SV ratio and the activity upper limit injection amount of the DOC 23. As the exhaust gas temperature is higher, Further, the lower the exhaust gas SV ratio, the higher the activation upper limit injection amount.
  • misfire determination means 29 and the misfire prevention means 30 are configured to repeat the following operations until the completion of the DPF forced regeneration.
  • step S21 the misfire prevention means 30 determines the active upper limit injection amount Q act with reference to the active upper limit injection amount map 32 from the input DOC inlet temperature T ent and the exhaust gas SV ratio read from the ECU 28. To do.
  • step S22 the flame-out prevention means 30, ECU 28 exhaust gas Atsushi Nobori target temperature (e.g., 400 ⁇ 500 ° C. approximately) the injection amount of the exhaust pipe injector 24 calculated from the temperature difference between the DOC outlet temperature T doc Q , And the injection amount Q is compared with the active upper limit injection amount Q act .
  • the injection amount Q is larger than the activity upper limit injection amount Q act , the process proceeds to step S23 to maintain the catalytic activity of the DOC 23, the value of the injection amount Q is changed to the value of the activity upper limit injection amount Q act , and the process proceeds to step S24.
  • the injection amount Q is equal to or less than the activation upper limit injection amount Q act , the process proceeds to step S24 without changing the value of the injection amount Q.
  • step S24 the misfire determination means 29 detects the temperature decrease amount dT red per unit time of the input DOC outlet temperature T doc , and proceeds to step S25.
  • step S25 the misfire determination means 29 compares the temperature drop amount dT red of the DOC outlet temperature T doc with the misfire limit threshold ⁇ .
  • the temperature decrease amount dT red is equal to or less than the misfire limit threshold value ⁇ , it is determined that the DOC 23 maintains the catalytic activity, and the process proceeds to step S26, and the operation returns after the exhaust pipe injection of the exhaust pipe injector 24 is executed.
  • step S27 is performed to recover the catalyst activity of the DOC 23. Proceed to
  • step S27 the misfire prevention means 30 detects the catalyst activity a by referring to the catalyst activity map 31 from the newly input DOC inlet temperature T ent and the exhaust gas SV ratio read again from the ECU 28.
  • step S28 the catalyst activity a is compared with the recovery activity threshold ⁇ to determine whether the DOC 23 has recovered the catalyst activity.
  • the catalyst activity a is greater than the recovery activity threshold ⁇ , it is determined that the catalyst activity of the DOC 23 has recovered, and the operation is returned.
  • the catalyst activity a is equal to or less than the recovery activity threshold ⁇ , it is determined that the catalyst activity of the DOC 23 has not been recovered, and the process returns to step S27.
  • the steps are performed until the operating condition is such that the catalyst activity a is greater than the recovery activity threshold value ⁇ .
  • the operations of S27 and S28 are repeated, and the fuel injection from the exhaust pipe injector 24 is interrupted.
  • the catalyst activity a becomes larger than the recovery activity threshold ⁇ , the DOC 23 recovers the catalyst activity and can burn the unburned fuel. Therefore, the operation is returned, and the exhaust pipe injection is restarted with the newly determined injection amount Q. .
  • the misfire determination means 29 for immediately suspending the exhaust pipe injection of the exhaust pipe injector 24, and the injection quantity Q of the exhaust pipe injector 24 is made equal to or less than the activation upper limit injection quantity Q act of the DOC 23, and the misfire determination means 29 causes the exhaust pipe injector 24 to When the catalyst activity a of the DOC 23 is detected from the DOC inlet temperature T ent and it is determined from the detected value that the catalyst activity of the DOC 23 is recovered, the exhaust pipe injection of the exhaust pipe injector 24 is stopped. And misfire prevention means 30 for resuming operation.
  • the DPF system 10 can also cope with changes in the catalytic activity of the DOC 23 due to changes in operating conditions and catalyst deterioration.

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Abstract

　排気管噴射によるＤＰＦの強制再生を行う際に、ＤＯＣの触媒活性不良を防止できるＤＰＦシステムを提供する。　排気管インジェクタ２４から燃料を噴射し、これをＤＯＣ２３で酸化燃焼させてＤＰＦ２５に堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ強制再生を行うＤＰＦシステム１０において、ＤＯＣ２３の出口側に設けられ、ＤＰＦ強制再生時のＤＯＣ出口温度を検出する温度センサ２７と、ＤＯＣ出口温度が入力され、そのＤＯＣ出口温度の単位時間当たりの温度低下量から、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持しているか否かを判断する失火判定手段２９と、を備えたものである。

Description

ＤＰＦシステム
　本発明はディーゼルエンジンの排気ガスから粒子状物質をＤＰＦで捕集し、これを排気管噴射により燃焼除去するＤＰＦシステムに関する。
　近年、ディーゼルエンジンの排気ガスからＰＭ（Particulate Matter）を浄化するためのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）システムの開発が行われている。このＤＰＦシステムでは、ＤＰＦと呼ばれるフィルタを排気管に接続して排気ガスからＰＭを捕集すると共に、捕集したＰＭがＤＰＦに堆積した場合には、排気ガスに未燃燃料を添加して、これをＤＰＦの上流側に設けられたＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）で酸化燃焼させ、高温の排気ガスでＰＭを燃焼除去するＤＰＦ強制再生が行われる。
　この未燃燃料を排気ガスに添加する手段として、エンジン筒内のオイル希釈が発生せず、燃料添加時でもＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）制御を掛けることができ、昇温に要する燃料消費量を低く抑えることができる排気管噴射が注目されている。排気管噴射は、排気管に設けた排気管インジェクタから未燃燃料を排気ガスに添加する方法である（例えば、特許文献１，２参照）。
特許第４４１７８７８号公報 特許第４５６１４６７号公報
　ところで、排気管噴射により排気ガスに添加される未燃燃料は、比較的活性化し難い（燃焼し難い）長鎖の炭化水素に分解されるため、排気噴射量が多くなるとＤＯＣの触媒活性が失われ、未燃燃料が燃焼しなくなる（失火する）場合がある。
　図５に示すように、排気噴射量を約５，約１０ｍｍ3／ｓｔとして排気管噴射したとき、ＤＯＣの中心温度および出口温度は略一定の値に昇温されており、ＤＯＣの触媒活性が失われることなく排気ガスを安定的に昇温できていることがわかるが、排気噴射量を約１５ｍｍ3／ｓｔと増加したときには、一時的に昇温されたＤＯＣ中心温度及び出口温度が、ＤＯＣの失火により急激に低下していることがわかる。
　また、ＤＯＣで一度燃焼が開始された後でも、排気ガス温度がＤＯＣの触媒活性温度（ライトオフ温度）より低下する、排気ガスＳＶ比（ＤＯＣの体積に対する排気ガス流量の比）が増大する、排気噴射量が多くなる等、走行中に運転条件が急変すると触媒活性が失われる（失火する）場合がある。
　図６は、ＤＯＣ，触媒，ＤＰＦを排気管の上流側から順次接続したＤＰＦシステムにおいて、運転条件の変化と、噴射量，ＤＯＣ温度，触媒温度およびＤＰＦ温度と、の関係を示す図である。ここでは、ＤＯＣ温度はＤＯＣ出口温度、触媒温度は触媒出口温度、ＤＰＦ温度はＤＰＦ出口温度を示している。
　図６に示すように、走行時間約１６００ｓｅｃで車両を急加速させエンジン回転数が急激に上昇したとき、走行時間約１６００ｓｅｃ以前では緩やかに推移していたＤＯＣ温度が急激に低下し、逆に、ＤＯＣの後段に接続された触媒の触媒温度が急激に上昇していることがわかる。これは、排気ガス流量が急増して排気ガスＳＶ比が大きくなると共に、エンジン回転数の上昇に合わせて排気噴射量が急増したことで、ＤＯＣの触媒活性が失われ、未燃燃料の大部分がＤＯＣ上で燃焼できず、ＤＯＣ後段の触媒に流入して燃焼したことを示している。
　ＤＯＣが失火すると排気ガスが昇温されないため、ＤＰＦ再生が出来なくなるという問題がある。また、ＤＯＣが失火した後に未燃燃料を噴射し続けた場合には、ＤＯＣに未燃燃料が吸着し、次にＤＯＣが昇温して触媒活性を回復した際に、ＤＯＣに吸着した未燃燃料が急激に燃焼してＤＯＣを溶損させたり、昇温の過程でＤＯＣ後段に流出して白煙として排出されるなどの問題が発生する。
　本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、排気管噴射によるＤＰＦの強制再生を行う際に、ＤＯＣの触媒活性不良を防止できるＤＰＦシステムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明は、排気管インジェクタから燃料を噴射し、これをＤＯＣで酸化燃焼させてＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ強制再生を行うＤＰＦシステムにおいて、前記ＤＯＣの出口側に設けられ、ＤＰＦ強制再生時のＤＯＣ出口温度を検出する温度センサと、前記ＤＯＣ出口温度が入力され、そのＤＯＣ出口温度の単位時間当たりの温度低下量から、前記ＤＯＣが触媒活性を維持しているか否かを判断する失火判定手段と、を備えたものである。
　前記失火判定手段は、前記温度低下量が、予め設定された前記ＤＯＣが触媒活性を維持できなくなる失火限界閾値よりも大きいとき、前記ＤＯＣが触媒活性を維持していないと判断するようにされると良い。
　また本発明は、前記ＤＯＣの入口側に設けられ、ＤＰＦ強制再生時のＤＯＣ入口温度を検出する温度センサと、前記ＤＯＣ入口温度が入力され、入力されたＤＯＣ入口温度から前記ＤＯＣの触媒活性が回復しているか否かを判断する失火防止手段と、を更に備えると良い。
　前記失火防止手段は、前記ＤＯＣ入口温度から前記ＤＯＣの触媒活性度を検出し、その触媒活性度が予め設定された前記ＤＯＣが触媒活性を回復できる活性回復閾値よりも大きいとき、前記ＤＯＣの触媒活性が回復していると判断するようにされると良い。
　前記失火防止手段は、前記ＤＯＣ入口温度と前記ＤＯＣの排気ガスＳＶ比とから前記触媒活性度を参照可能な触媒活性度マップを有し、前記触媒活性度マップを参照して前記触媒活性度を検出するようにされると良い。
　前記失火防止手段は、前記排気管インジェクタの噴射量を、前記ＤＯＣが触媒活性を維持できる活性上限噴射量以下とさせるようにされると良い。
　前記失火防止手段は、前記ＤＯＣ入口温度と前記ＤＯＣの排気ガスＳＶ比とから前記活性上限噴射量を参照可能な活性上限噴射量マップを有し、前記活性上限噴射量マップを参照して前記活性上限噴射量を決定するようにされると良い。
　前記失火判定手段は、前記ＤＯＣが触媒活性を維持していないと判断したとき、前記排気管インジェクタの噴射を中断させるようにされると良い。
　前記失火判定手段は、前記ＤＯＣが触媒活性を維持していないと判断したとき、前記排気管インジェクタの噴射を中断させ、前記失火防止手段は、前記排気管インジェクタの噴射が中断された後、前記ＤＯＣが触媒活性を回復しているか否かを判断し、前記ＤＯＣが触媒活性を回復していると判断したとき、前記排気管インジェクタの噴射を再開させるようにされると良い。
　本発明によれば、排気管噴射によるＤＰＦの強制再生を行う際に、ＤＯＣの触媒活性不良を防止できるＤＰＦシステムを提供できる。
本発明のＤＰＦシステムの構成を示す概略図である。 本発明のＤＰＦシステムの動作を示す流れ図である。 触媒活性度マップを示す図である。 活性上限噴射マップを示す図である。 排気管噴射中のＤＰＦシステムにおいて、ＤＯＣの温度変化を示す図である。 ＤＯＣ，触媒，ＤＰＦを排気管の上流側から順次接続したＤＰＦシステムにおいて、運転条件の急変により走行中にＤＯＣが触媒活性を失ったことを説明する図である。
　以下に、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき説明する。
　図１は、本実施の形態に係るＤＰＦシステムの構成を示す概略図である。
　本実施の形態のＤＰＦシステム１０はターボチャージャ１１を搭載しており、エアクリーナ１２から吸入される空気はターボチャージャ１１のコンプレッサ１３で圧縮されると共に吸気通路１４に圧送され、吸気通路１４に接続された吸気マニホールド１５からエンジンＥに供給される。吸気通路１４には、エンジンＥへの空気量を調節するための吸気バルブ１６が設けられる。
　エンジンＥから排出される排気ガスは排気マニホールド１７からターボチャージャ１１のタービン１８に流入すると共にタービン１８を駆動させ、排気管１９に排気される。
　このＤＰＦシステム１０は、吸気マニホールド１５と排気マニホールド１７とを接続するＥＧＲ管２０と、ＥＧＲ管２０を通過する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１と、排気マニホールド１７から吸気マニホールド１５へ還流させる排気ガス量を調節するためのＥＧＲバルブ２２と、を備え、排気ガスの一部を吸気側へ還流させてエンジンアウトのＮＯx量を低減させるＥＧＲ制御を行う。
　排気管１９にはＤＯＣ２３が配設され、そのＤＯＣ２３の上流側の排気管１９には排気管インジェクタ２４が、下流側の排気管１９には排気ガスからＰＭを捕集するためのＤＰＦ２５が設けられる。
　さらに排気管１９には、ＤＯＣ２３の入口側（上流側）および出口側（下流側）に、温度センサ２６，２７が設けられる。
　エンジンＥ、吸気バルブ１６、ＥＧＲバルブ２２、排気管インジェクタ２４、温度センサ２６，２７はＥＣＵ（Electronical Control Unit）２８と接続される。ＥＣＵ２８は温度センサ２６，２７からの信号が入力されると共に、エンジンＥの運転、吸気バルブ１６およびＥＧＲバルブ２２の開度、排気管インジェクタ２４の排気管噴射等を制御する。この他にも、ＥＣＵ２８には車両に搭載される各種センサ（ＭＡＦ（Mass Air Flow）センサなど）からの信号が入力され、排気ガス流量や排気ガスＳＶ比（ＤＯＣ２３の体積に対する排気ガス流量の比）などの計算を行う。
　このＤＰＦシステム１０では、ＤＰＦ２５に堆積したＰＭが一定量以上となったとき、エンジンＥを制御してエンジンアウトの排気ガス温度を上昇させると共に、排気管インジェクタ２４から燃料を噴射し、この燃料をＤＯＣ２３で燃焼させて排気ガス温度を更に上昇させ、高温の排気ガスでＰＭを燃焼除去するＤＰＦ強制再生が行われる。
　このとき、排気管インジェクタ２４の噴射量が急激に増大したり、車両の運転条件が急変して排気ガスＳＶ比が変化したりすると、ＤＯＣ２３の触媒活性が失われて排気ガスが昇温されず、ＤＰＦ２５の強制再生が出来なくなる虞がある。
　そこで本実施の形態に係るＤＰＦシステム１０は、ＤＰＦ強制再生時に温度センサ２７が検出するＤＯＣ出口温度Ｔdocが入力され、そのＤＯＣ出口温度Ｔdocの単位時間当たりの温度低下量ｄＴredから、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持しているか否かを判断する失火判定手段２９が、ＥＣＵ２８に搭載される。失火判定手段２９は、ＤＯＣ出口温度Ｔdocの温度低下量ｄＴredが、予め設定されたＤＯＣ２３が触媒活性を維持できなくなる失火限界閾値κよりも大きいとき、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持していないと判断するように構成される。また、失火判定手段２９は、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持していないと判断したときには、排気管インジェクタ２４の噴射を中断させ、余分の燃料がＤＯＣ２３に吸着したり、白煙が大気に放出されることを防止する。
　失火限界閾値κは、触媒活性を維持できなくなったときのＤＯＣ２３が示す単位時間当たりの温度低下量であり、エンジンＥの排気量やＤＯＣ２３の触媒特性など、ＤＰＦシステム１０の構成により変化する。失火限界閾値κは、予めＤＰＦシステム１０の試験運転から求めても良く、ＤＰＦシステム１０を模したモデル計算から求めても良い。
　さらにＥＣＵ２８には、ＤＰＦ強制再生時に温度センサ２６が検出するＤＯＣ入口温度Ｔentが入力され、入力されたＤＯＣ入口温度Ｔentから、ＤＯＣ２３の触媒活性が回復しているか否かを判断する失火防止手段３０が搭載される。失火防止手段３０は、ＤＯＣ入口温度ＴentからＤＯＣ２３の触媒活性度ａを検出し、その触媒活性度ａが予め設定されたＤＯＣ２３が触媒活性を回復できる活性回復閾値ηよりも大きいとき、ＤＯＣ２３の触媒活性が回復していると判断するように構成される。
　触媒活性度ａは、所定の排気ガス条件におけるＤＯＣ２３の触媒活性の度合いを示す値であり、排気ガス温度、排気ガスＳＶ比により０～１の範囲で変化する。触媒活性度ａは、予めＤＰＦシステム１０の試験運転から求めても良く、ＤＰＦシステム１０を模したモデル計算から求めても良い。本実施の形態では、失火防止手段３０は、ＤＯＣ入口温度ＴentとＤＯＣ２３の排気ガスＳＶ比とから触媒活性度を参照可能な触媒活性度マップ３１を有し、触媒活性度マップ３１を参照して触媒活性度ａを検出するようにされる。
　触媒活性度マップ３１の一例を図３に示す。触媒活性度マップ３１は、図３に示すように、排気ガス温度および排気ガスＳＶ比と、ＤＯＣ２３の触媒活性度との関係を表すものであり、排気ガス温度が高いほど触媒活性度は高い。また触媒活性度は、排気ガスＳＶ比が高くなるに伴い、一旦増加して極大値となった後に減少する傾向を有する。
　活性回復閾値ηは、触媒活性を維持できなくなったＤＯＣ２３が、その後、触媒活性を回復して未燃燃料を燃焼可能であるか否かを判断するための値である。本実施の形態では、活性回復閾値ηは０．５に設定されるが、本発明は活性回復閾値ηの値を特に限定するものではなく、ＤＰＦシステム１０の構成に合わせて適宜変更可能である。
　また、失火防止手段３０は、失火判定手段２９が排気管インジェクタ２４の排気管噴射を中断させた後、ＤＯＣ２３が触媒活性を回復しているか否かを判断し、ＤＯＣ２３が触媒活性を回復していると判断したときには、排気管インジェクタ２４の排気管噴射を再開させるように構成される。
　さらに、失火防止手段３０は、排気管インジェクタ２４の排気噴射量を、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持できる活性上限噴射量Ｑact以下とさせるように構成される。
　活性上限噴射量Ｑactは、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持できる上限の噴射量であり、排気ガス温度、排気ガスＳＶ比により変化する。活性上限噴射量Ｑactは、予めＤＰＦシステム１０の試験運転から求めても良く、ＤＰＦシステム１０を模したモデル計算から求めても良い。本実施の形態では、失火防止手段３０は、ＤＯＣ入口温度ＴentとＤＯＣ２３の排気ガスＳＶ比とから活性上限噴射量を参照可能な活性上限噴射量マップ３２を有し、活性上限噴射量マップ３２を参照して活性上限噴射量Ｑactを決定するようにされる。
　活性上限噴射量マップ３２の一例を図４に示す。また、活性上限噴射量Ｑactの設定値の一例を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　活性上限噴射量マップ３２は、図４および表１に示すように、排気ガス温度および排気ガスＳＶ比と、ＤＯＣ２３の活性上限噴射量との関係を表すものであり、排気ガス温度が高いほど、また排気ガスＳＶ比が低いほど活性上限噴射量は高い。
　次に、この失火判定手段２９および失火防止手段３０の動作について図２を用いて説明する。
　ＤＰＦ２５にＰＭが堆積していると判断したＥＣＵ２８がＰＭを燃焼除去すべくＤＰＦを強制再生する際、失火判定手段２９および失火防止手段３０は以下の動作をＤＰＦ強制再生の完了まで繰り返すようにされる。
　先ずステップＳ２１において、失火防止手段３０が、入力されたＤＯＣ入口温度Ｔentと、ＥＣＵ２８から読み込んだ排気ガスＳＶ比とから、活性上限噴射量マップ３２を参照して活性上限噴射量Ｑactを決定する。
　次にステップＳ２２において、失火防止手段３０は、ＥＣＵ２８が排気ガス昇温目標温度（例えば、４００～５００℃程度）とＤＯＣ出口温度Ｔdocとの温度差から求めた排気管インジェクタ２４の噴射量Ｑを読込み、噴射量Ｑと活性上限噴射量Ｑactとを比較する。噴射量Ｑが活性上限噴射量Ｑactより大きいときには、ＤＯＣ２３の触媒活性を維持すべくステップＳ２３に進んで噴射量Ｑの値を活性上限噴射量Ｑactの値に変更させ、ステップＳ２４に進む。他方、噴射量Ｑが活性上限噴射量Ｑact以下であるときには、噴射量Ｑの値を変更させることなくステップＳ２４に進む。
　ステップＳ２４では、失火判定手段２９が、入力されるＤＯＣ出口温度Ｔdocの単位時間当たりの温度低下量ｄＴredを検出し、ステップＳ２５に進む。
　ステップＳ２５では、失火判定手段２９がＤＯＣ出口温度Ｔdocの温度低下量ｄＴredと失火限界閾値κとを比較する。温度低下量ｄＴredが失火限界閾値κ以下であるときには、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持していると判断してステップＳ２６に進み、排気管インジェクタ２４の排気管噴射が実行された後に動作をリターンする。他方、温度低下量ｄＴredが失火限界閾値κより大きいときには、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持していない（すなわち、ＤＯＣ２３が失火している）と判断して、ＤＯＣ２３の触媒活性を回復させるべくステップＳ２７に進む。
　ステップＳ２７では、失火防止手段３０が、改めて入力されたＤＯＣ入口温度Ｔentと、ＥＣＵ２８から改めて読み込んだ排気ガスＳＶ比とから、触媒活性度マップ３１を参照して触媒活性度ａを検出する。
　次いでステップＳ２８では、触媒活性度ａと回復活性閾値ηとを比較し、ＤＯＣ２３が触媒活性を回復しているか否かを判断する。触媒活性度ａが回復活性閾値ηより大きいとき、ＤＯＣ２３の触媒活性が回復したと判断して動作をリターンする。他方、触媒活性度ａが回復活性閾値η以下であるとき、ＤＯＣ２３の触媒活性は回復していないと判断してステップＳ２７に戻る。
　つまり、温度低下量ｄＴredが失火限界閾値κより大きくなり、ＤＯＣ２３が触媒活性を維持していないと判断したときには、触媒活性度ａが回復活性閾値ηより大きくなるような運転条件となるまでステップＳ２７，Ｓ２８の動作を繰返して、排気管インジェクタ２４からの燃料の噴射を中断する。触媒活性度ａが回復活性閾値ηより大きくなるときには、ＤＯＣ２３が触媒活性を回復して未燃燃料を燃焼可能であるので、動作をリターンし、改めて決定した噴射量Ｑで排気管噴射を再開する。
　以上要するに、本実施の形態に係るＤＰＦシステム１０では、ＤＯＣ出口温度Ｔdocの単位時間当たりの温度低下量ｄＴredを検出し、その検出値からＤＯＣ２３の触媒活性が維持されていないと判断したときには、排気管インジェクタ２４の排気管噴射を直ちに中断させる失火判定手段２９と、排気管インジェクタ２４の噴射量ＱをＤＯＣ２３の活性上限噴射量Ｑact以下とさせると共に、失火判定手段２９により排気管インジェクタ２４の噴射が中断された後、ＤＯＣ入口温度ＴentからＤＯＣ２３の触媒活性度ａを検出し、その検出値からＤＯＣ２３の触媒活性が回復していると判断したときには、排気管インジェクタ２４の排気管噴射を再開させる失火防止手段３０と、が搭載される。
　このようにされることで、本実施の形態に係るＤＰＦシステム１０では、簡便な構成により、排気管噴射時のＤＯＣ２３の触媒活性不良を防止でき、ＤＯＣ２３に吸着した未燃燃料の異常燃焼によるＤＯＣ溶損や、昇温時の白煙の発生を効果的に防止できる。
　また、このＤＰＦシステム１０は、運転条件変化や触媒劣化によるＤＯＣ２３の触媒活性の変化にも対応できる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、種々の変更を加え得ることは言うまでもない。
　１０　ＤＰＦシステム
　２３　ＤＯＣ
　２４　排気管インジェクタ
　２５　ＤＰＦ
　２７　温度センサ
　２９　失火判定手段

Claims (9)

  1. 　排気管インジェクタから燃料を噴射し、これをＤＯＣで酸化燃焼させてＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ強制再生を行うＤＰＦシステムにおいて、
    　前記ＤＯＣの出口側に設けられ、ＤＰＦ強制再生時のＤＯＣ出口温度を検出する温度センサと、
    　前記ＤＯＣ出口温度が入力され、そのＤＯＣ出口温度の単位時間当たりの温度低下量から、前記ＤＯＣが触媒活性を維持しているか否かを判断する失火判定手段と、
    　を備えたことを特徴とするＤＰＦシステム。
  2. 　前記失火判定手段は、前記温度低下量が、予め設定された前記ＤＯＣが触媒活性を維持できなくなる失火限界閾値よりも大きいとき、前記ＤＯＣが触媒活性を維持していないと判断する請求項１記載のＤＰＦシステム。
  3. 　前記ＤＯＣの入口側に設けられ、ＤＰＦ強制再生時のＤＯＣ入口温度を検出する温度センサと、
    　前記ＤＯＣ入口温度が入力され、入力されたＤＯＣ入口温度から前記ＤＯＣの触媒活性が回復しているか否かを判断する失火防止手段と、
    　を更に備える請求項１又は２記載のＤＰＦシステム。
  4. 　前記失火防止手段は、前記ＤＯＣ入口温度から前記ＤＯＣの触媒活性度を検出し、その触媒活性度が予め設定された前記ＤＯＣが触媒活性を回復できる活性回復閾値よりも大きいとき、前記ＤＯＣの触媒活性が回復していると判断する請求項３記載のＤＰＦシステム。
  5. 　前記失火防止手段は、前記ＤＯＣ入口温度と前記ＤＯＣの排気ガスＳＶ比とから前記触媒活性度を参照可能な触媒活性度マップを有し、
    　前記触媒活性度マップを参照して前記触媒活性度を検出する請求項４記載のＤＰＦシステム。
  6. 　前記失火防止手段は、前記排気管インジェクタの噴射量を、前記ＤＯＣが触媒活性を維持できる活性上限噴射量以下とさせる請求項３～５いずれかに記載のＤＰＦシステム。
  7. 　前記失火防止手段は、前記ＤＯＣ入口温度と前記ＤＯＣの排気ガスＳＶ比とから前記活性上限噴射量を参照可能な活性上限噴射量マップを有し、
    　前記活性上限噴射量マップを参照して前記活性上限噴射量を決定する請求項６記載のＤＰＦシステム。
  8. 　前記失火判定手段は、前記ＤＯＣが触媒活性を維持していないと判断したとき、前記排気管インジェクタの噴射を中断させる請求項１～７いずれかに記載のＤＰＦシステム。
  9. 　前記失火判定手段は、前記ＤＯＣが触媒活性を維持していないと判断したとき、前記排気管インジェクタの噴射を中断させ、
    　前記失火防止手段は、前記排気管インジェクタの噴射が中断された後、前記ＤＯＣが触媒活性を回復しているか否かを判断し、前記ＤＯＣが触媒活性を回復していると判断したとき、前記排気管インジェクタの噴射を再開させる請求項３～７いずれかに記載のＤＰＦシステム。
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