WO2014073052A1 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

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WO2014073052A1
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forced regeneration
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dpf
gas flow
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PCT/JP2012/078836
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和樹 西澤
佐藤　大輔
知秀 山田
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas processing apparatus provided with an internal combustion engine, in particular an exhaust gas passage of a diesel engine, including a pre-stage oxidation catalyst and a filter for collecting particulate matter.
  • PM particle matter, Particulate contained in exhaust gas as a countermeasure against black smoke of diesel engine DPF (Diesel Particulate) to collect matter Filter) is used, but in order to burn off the collected PM periodically, the PM deposition amount inside the DPF is estimated, and when it reaches a predetermined amount, the temperature of exhaust gas is forcedly raised, Forced regeneration of the DPF is performed to burn and remove the PM.
  • DPF Diesel Particulate
  • Patent documents 1 JP, 2011-153591, A
  • patent documents 2 JP, A, 2003-206726
  • Patent Document 1 determines that the DPF abnormal combustion occurrence operated when the internal combustion engine is the transition from the operating range ⁇ of the high rotation state or a high load to the low rotation low-load operating region set time T 1 to beta.
  • the intake throttle valve 4 is fully opened to increase the exhaust gas flow rate, and the DPF filter device is cooled by heat removal by sensible heat of the exhaust gas, and late post injection is continued.
  • the oxygen concentration around the DPF filter is reduced to suppress abnormal combustion of PM collected by the DPF filter.
  • Patent Document 2 when transitioning to a low load rotation region where the exhaust flow rate of the engine decreases during regeneration of the DPF, the burner is operated to supply the combustion gas to the turbine of the turbocharger, and the turbine A technique has been disclosed that increases work to promote supercharging, and promotes heat release of the DPF to suppress excessive temperature rise as the exhaust flow rate of the engine increases.
  • the excessive rise in temperature of DPF during forced regeneration can occur even when the exhaust gas flow rate changes to a low operating state immediately after the regeneration is started once at the operating point where the load is relatively low, so that Patent Document 1 high rotational state or the high-load operation region of ⁇ when shifting to the low rotation low-load operating region within the set time T 1 to ⁇ just determined that DPF abnormal combustion occurrence operation, the DPF during forced regeneration over as It is not possible to accurately determine the operating condition that causes the temperature rise.
  • Patent Document 2 when the engine exhaust flow rate shifts to a low load rotation region where the exhaust flow rate decreases, the burner is operated to supply combustion gas to the turbine of the turbocharger to increase the turbine work.
  • the overheat due to the excessive temperature increase can be increased by installing burners and accessories accompanying this, and the DPF device becomes larger. If the mounting space is small, installation is difficult.
  • the present invention provides an exhaust gas purification apparatus for removing PM in exhaust gas by providing a pre-stage oxidation catalyst and DPF in an exhaust gas passage of an internal combustion engine.
  • An object of the present invention is to prevent temperature rise and to prevent damage due to thermal melting and cracking of the DPF, and to prevent increase in regeneration frequency of forced regeneration to reduce fuel consumption and oil dilution.
  • the present invention provides a pre-stage oxidation catalyst and a DPF in an exhaust gas passage of an internal combustion engine to collect PM in exhaust gas on the DPF and burn the collected PM to the DPF.
  • the forced regeneration control means for controlling the forced regeneration of the DPF by controlling the opening degree of the intake throttle valve and the post injection amount or the injection time, and the forced regeneration processing by the forced regeneration control means, the exhaust gas flow rate is less than the first threshold
  • the exhaust gas flow rate is increased when the exhaust gas flow rate is determined to be less than the first threshold value and greater than or equal to the second threshold value by the first determination means for determining whether the second threshold value is smaller than the first threshold value and the first determination means
  • the exhaust gas flow control means for controlling the intake throttle valve, a second determination means for determining the operating state of the exhaust gas flow rate less than the second threshold value, and the second determination means determining that the exhaust gas flow rate is less than the second threshold value
  • the excessive temperature rise of the DPF during forced regeneration can occur even if the exhaust gas flow rate changes to a low operating state immediately after the start of regeneration once it is started, so from the high load area Even if there is no significant load change to the low load area, the exhaust gas flow rate which is small during forced regeneration and which may cause the temperature rise of the DPF during regeneration processing, is calculated in advance by test or simulation.
  • the first threshold and the second threshold are set, and it is determined that there is a risk that the temperature rise of the DPF may occur if the operating state is less than the first threshold and is more than the second threshold but smaller than the first threshold.
  • the intake throttle valve is controlled to increase the exhaust gas flow rate by the exhaust gas amount increase control means.
  • the DPF can be cooled by increasing the exhaust gas amount and carrying away the heat due to the sensible heat of the exhaust gas, that is, the DPF can be cooled by the heat radiation to the exhaust gas. It is possible to prevent damage due to If the exhaust gas flow rate falls below the second threshold value, it is determined that the regeneration can not be continued, and the forced regeneration is interrupted.
  • the limit value of the PM deposition amount of forced start can be raised, and the interval of forced regeneration can be increased.
  • the forced regeneration interrupting means may interrupt the forced regeneration process when the DPF inlet temperature further exceeds a predetermined value.
  • the forced regeneration interrupting means may interrupt the forced regeneration process when the PM deposition amount further exceeds a predetermined value.
  • the exhaust gas temperature at the outlet of the DPF is provided separately from the forced regeneration interrupting means, and when the exhaust gas temperature at the inlet or outlet of the pre-stage catalyst becomes lower than a predetermined temperature during the forced regeneration control.
  • the system safety means may be provided to interrupt the forced regeneration process based on at least one of the conditions when the post injection time exceeds the predetermined time when the predetermined temperature is exceeded.
  • the exhaust gas temperature at the inlet or the outlet of the pre-stage catalyst becomes lower than a predetermined temperature during the forced regeneration control, it is determined that the regeneration can not be continued because the load of the internal combustion engine decreases during forced regeneration and regeneration is performed. Interrupt the process. Further, when the exhaust gas temperature at the outlet of the DPF exceeds a predetermined temperature, it is determined that the PM combustion in the DPF is in the overheat state, and the regeneration process is interrupted. Further, when the post injection time exceeds a predetermined time, the regeneration processing is interrupted to prevent an excessive temperature rise due to excessive injection of the post injection.
  • control of the intake throttle valve for increasing the exhaust gas flow rate in the exhaust gas amount increase control means may be such that the intake throttle valve is fully opened.
  • control of the intake throttle valve for increasing the exhaust gas flow rate in the exhaust gas amount increasing control stage may control the throttle opening degree with the exhaust gas flow rate of the first threshold as a target exhaust gas flow rate.
  • the throttle opening degree is controlled with the exhaust gas flow rate of the first threshold value as the target exhaust gas flow rate, a large change in the exhaust gas flow rate is suppressed and rotation fluctuation of the internal combustion engine is suppressed. It can be suppressed. As a result, the excessive temperature rise prevention operation due to the abnormal combustion of the DPF can be performed without a large degree of rotation of the engine.
  • the temperature rise by the intake throttle valve can be expected even with a slight amount, the post injection amount can be reduced, and fuel efficiency deterioration and oil dilution can be reduced.
  • the first determination means and the second determination means are determined based on a first determination map and a second determination map respectively representing an operating range represented by the number of revolutions and the torque of the internal combustion engine. It is good.
  • the first determination means and the second determination means are constituted by the two-dimensional first determination map and the second determination map represented by the rotational speed and load of the internal combustion engine, the first determination means and the second determination means The state of the exhaust gas flow rate can be determined easily and accurately.
  • the first determination map and the second determination map may be configured by one map. As described above, since the first determination map and the second determination map are formed as one map, the storage capacity of the control device can be reduced, and the control device can be simplified.
  • the present invention provides an exhaust gas purification apparatus for removing PM in exhaust gas by providing a pre-stage oxidation catalyst and DPF in an exhaust gas passage of an internal combustion engine. At the same time, excessive temperature rise of the DPF is prevented to prevent damage due to thermal dissolution or cracking of the DPF, and the limit value of the PM deposition amount can be increased, and increase of the regeneration frequency of forced regeneration is prevented, fuel efficiency deterioration and oil die Solution can be reduced.
  • (A) shows an operating range
  • (B) shows the data configuration of the first determination map
  • (C) shows the data configuration of the second determination map
  • (D) shows the second It is explanatory drawing which shows the data structure which 1 judgment map and 2nd determination map became one.
  • FIG. 1 shows an overall configuration of a first embodiment in which an exhaust gas purification apparatus 1 of the present invention is applied to a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 3.
  • an engine hereinafter referred to as an engine 3.
  • a piston 7 is built in a cylinder 5 of an engine 3, and a combustion chamber 9 is formed above the piston 7.
  • An intake pipe 13 and an exhaust pipe 15 are connected to the cylinder head, and an intake valve 17 and an exhaust port in the cylinder head to which the intake pipe 13 and the exhaust pipe 15 are connected are connected to an intake port 17 and a combustion chamber 9.
  • An exhaust valve 19 is provided.
  • a fuel injector 21 for injecting fuel into the combustion chamber 9 is provided at the upper center of the cylinder head.
  • a fuel such as light oil is supplied to the fuel injector 21 at a high pressure from the injector pump 23 via a common rail (pressure accumulator) 25 from the injector pump 23, and the fuel is injected into the combustion chamber 9. Further, the injection timing and the injection amount of the fuel are controlled by a control unit (ECU) 27.
  • the injected fuel mixes with the air supplied through the intake pipe 13 and the intake port, and the mixture is compressed in the combustion chamber 9 to be ignited and burned.
  • the engine 3 further includes an exhaust turbocharger 33 comprising an exhaust turbine 29 disposed in the exhaust pipe 15 and a compressor 31 disposed in the intake pipe 13 and driven coaxially with the exhaust turbine 29. There is.
  • the charge air a discharged from the compressor 31 of the exhaust turbocharger 33 passes through the suction pipe 13 and is cooled by the intercooler 35, and then enters the charge air chamber 37.
  • An intake throttle valve 39 is provided on the inlet side of the air supply chamber 37 to control the flow rate of air flowing through the intake pipe 13. Further, in the air supply chamber 37, an air supply pressure sensor 41 and an air supply temperature sensor 43 are provided.
  • a downstream oxidation catalyst (DOC) 45 and a DPF (filter device) 47 downstream of the upstream oxidation catalyst 45 are provided in the exhaust pipe 15 downstream of the exhaust turbine 29.
  • the combustion gas burned in the combustion chamber 9, that is, the exhaust gas e is discharged to the exhaust pipe 15, and drives the exhaust turbine 29 of the exhaust turbocharger 33 to become a power source of the compressor 31.
  • the exhaust gas e passes through the pre-stage oxidation catalyst 45 and the DPF 47, and the PM contained in the exhaust gas e is collected by the DPF 47.
  • Exhaust gas e from which PM has been removed by the DPF 47 is discharged to the outside via a muffler (not shown).
  • Temperature sensors 49, 51, and 53 for detecting the temperature of the exhaust gas e are respectively provided on the inlet side of the pre-stage oxidation catalyst 45 and the exhaust pipe 15 on the inlet side and the outlet side of the DPF 47, respectively. Further, a differential pressure sensor 55 for detecting a pressure difference between the exhaust gas e at the inlet and the outlet of the DPF 47 is provided, and an intake flow meter (air flow sensor) 57 is provided at the inlet of the intake pipe 13.
  • an EGR pipe 59 is provided between the intake pipe 13 and the exhaust pipe 15.
  • the EGR pipe 59 is provided with an EGR valve 63 that controls the amount of exhaust gas flowing through the EGR cooler 61 and the EGR pipe 59. Part of the exhaust gas e passes through the EGR pipe 59 and is cooled by the EGR cooler 61 and then returned to the air supply chamber 37. This reduces the amount of oxygen in the supply air, lowering the combustion temperature of the peak, thereby suppressing the occurrence of NO X.
  • the detection values of the temperature sensors 49, 51, 53, the differential pressure sensor 55, the intake flow meter 57, and the opening degree signal of the intake throttle valve 39 are input to the control unit (ECU) 27.
  • the control device 27 also receives an engine load signal or a fuel injection amount signal and an engine speed signal. Based on these input values, the controller 27 controls the operation of the engine 3 by controlling the fuel injector 21, the injector pump 23, the intake throttle valve 39, the EGR valve 63, and the like.
  • the control device 27 includes forced regeneration control means 65 for controlling forced regeneration of the DPF 47 by controlling the opening degree of the intake throttle valve 39 and the post injection amount or injection time, and the forced regeneration control means 65.
  • First judgment means 67 for judging whether the exhaust gas flow rate is less than the first threshold and more than the second threshold during the forced regeneration process, and the first judgment means determines the exhaust gas flow rate
  • Exhaust gas increase control means 69 for controlling the opening degree of the intake throttle valve 39 to increase the exhaust gas flow rate when it is determined that the exhaust gas flow rate is smaller than the first threshold value and larger than the second threshold value
  • the forced regeneration interrupting unit 73 for interrupting the forced regeneration process when the exhaust gas flow rate is determined to be less than the second threshold value by the second determining unit 71 that determines the The has.
  • the forced regeneration control means 65 starts the regeneration process when a predetermined amount of PM is deposited on the DPF 47.
  • the start of regeneration processing is, for example, an estimated value of the PM deposition amount deposited on the DPF, engine operating time, vehicle travel distance, fuel consumption, and further, DPF 47 back and forth pressure
  • the difference is detected by the differential pressure sensor 55 and judged based on this pressure difference.
  • control is first performed to close the intake throttle valve 39. This control reduces the amount of oil dilution by raising the exhaust temperature and activating the DOC 45 and maintaining the exhaust temperature high. Further, when the DOC 45 is activated and the condition is satisfied, after the main injection of the fuel into the combustion chamber 9, the injection timing is instructed to the fuel injector 21 so as to perform the post injection. As a result, post injection fuel injected after the main injection is discharged to the exhaust pipe 15 without being completely burned.
  • the post-injected unburned HC component is oxidized by the catalytic action of the activated upstream oxidation catalyst 45, and the reaction heat generated at that time raises the temperature of the exhaust gas e to approximately 600 ° C. or higher. Then, by setting the exhaust gas e to 600 ° C. or higher, the combustion of the PM collected by the DPF 47 is promoted, and the PM is removed from the DPF 47.
  • FIG. 3 shows the operating state of the engine and the change tendency of the exhaust gas flow rate, and shows the reproducible region X and the non-reproducible region Y.
  • the region ⁇ in FIG. 3 is a region in which forced regeneration can be continued without abnormal combustion by releasing the closing control of the intake throttle valve 39 and performing valve opening control. That is, when the rotational speed and load of the engine 3 rush into this region ⁇ , the closing control of the intake throttle valve 39 for forced regeneration is canceled and the opening control is performed to increase the exhaust gas flow rate, This is an area where excessive temperature rise can be avoided, and the PM limit deposition amount can be set high according to the increase of the exhaust gas flow rate.
  • the exhaust gas amount increase control means 69 cancels and opens the closing control of the intake throttle valve 39 to control the exhaust gas flow amount in the increasing direction so that the regeneration can be continued. .
  • the region ⁇ in FIG. 3 is a region where the amount of exhaust gas is small even if the closing control of the intake throttle valve 39 is released and the opening control is performed to increase the exhaust gas flow rate, and it is difficult to avoid excessive temperature rise.
  • the second determination means 71 determines whether or not the operating state of the engine 3 has entered the region ⁇ . When it enters the region ⁇ , the forced regeneration interrupting means 73 interrupts the forced regeneration control, releases the closing control of the intake throttle valve 39, and shifts to the opening degree control according to the operating state of the engine 3 , Cancel the post injection command.
  • the range of the region ⁇ and the region ⁇ is a range substantially enclosed by the oblique equal exhaust gas flow rate lines L1 and L2 between predetermined engine rotational speeds (R1 to R2).
  • the upper boundary lines forming the regions ⁇ and ⁇ are bending lines similar to the exhaust gas flow lines L1 and L2.
  • the control device 27 further includes a system safety means 75 and a forced regeneration end determination means 77.
  • the system safety means 75 controls the operation state of the engine 3 by the second determination means 71. It is not determined that forced regeneration is interrupted by the result, but the temperature sensor 49, 51 detects the exhaust gas temperature at the inlet or outlet of the pre-stage oxidation catalyst 45 during forced regeneration control. The detected temperature is judged in comparison with the threshold value, and when it is less than the predetermined temperature, the regeneration processing is interrupted when it is determined that the regeneration can not be continued because the engine load is reduced during the forced regeneration. is there.
  • the exhaust gas temperature at the outlet of the DPF 47 is detected by the temperature sensor 53 and judged based on the detected temperature, and if it exceeds a predetermined threshold temperature, PM combustion in the DPF 47 is in the overheated state. Determine and interrupt the playback process.
  • the injection time by post injection is detected and integrated, and when the integration time exceeds a predetermined time, regeneration is interrupted to prevent excessive temperature rise due to excessive injection of post injection due to HC slip due to blockage of DOC, etc. Do.
  • the injection time may be calculated by integrating the number of injections, as long as the injection period can be compared with a predetermined threshold.
  • the forced regeneration by the second judging unit 71 is performed by adding the condition for interrupting the forced regeneration processing by the system safety unit 75 separately from the judgment of the forced regeneration interruption by the second judging unit 71 based on the exhaust gas flow rate.
  • addition of control for interrupting forced regeneration in a fail-safe manner can reliably prevent damage due to thermal melting or cracking of the DPF 47.
  • the forced regeneration end determination unit 77 determines that the forced regeneration is completed when the PM deposition amount decreases to less than a predetermined value after the start of the regeneration and exceeds the predetermined time, and terminates the forced regeneration control. Specifically, the closing control of the intake throttle valve 39 is released, and the injection control of the post injection is released.
  • step S1 When forced regeneration is started in step S1, for example, based on a signal from differential pressure sensor 55 that detects an engine operation time, a travel distance of a vehicle, a fuel consumption amount, and a pressure difference between front and rear of DPF 47, PM When it is determined that the predetermined amount is accumulated and the regeneration is necessary, and the condition of the forced regeneration is satisfied, the forced regeneration control is started in step S2.
  • the forced regeneration control is a temperature at which PM of the DPF 47 promotes combustion of the exhaust gas temperature by activation of the pre-stage oxidation catalyst 45 by throttling control of the intake throttle valve 39 and post injection control injected after main injection as described above. Raise temperature to 600 ° C.
  • step S3 the post injection time is detected, and it is determined whether the time exceeds the predetermined time t1 and the inlet gas temperature of the DPF 47 is less than the threshold T1 based on the detection signal from the temperature sensor 51. Alternatively, it is simply determined whether the post injection time exceeds the predetermined time t2.
  • step S3 If the determination in step S3 is yes, the process proceeds to step S14 to interrupt forced regeneration and prevent burnout due to excessive temperature rise of the DPF 47. In the case of No, the process proceeds to step S4.
  • step S4 based on the detection signal from the temperature sensor 53, it is determined whether the gas temperature at the outlet of the DPF 47 exceeds the threshold T2 and the duration time exceeds t3. Alternatively, it is determined whether the outlet gas temperature of the DPF 47 simply exceeds the threshold T3. Based on these determinations, it is determined whether or not PM is in the abnormal combustion state in the DPF 47. If it is in the abnormal combustion state, it is determined as Yes and the process proceeds to step S14 to interrupt forced regeneration and overheat. To prevent. In the case of No, the process proceeds to step S5.
  • step S5 it is determined based on the detection signals from the temperature sensors 49 and 51 whether the inlet gas temperature or the outlet gas temperature of the front stage oxidation catalyst (DOC) 45 exceeds the threshold T4. In the case of No, the process proceeds to step S14 to interrupt the forced regeneration. As a result, it is determined that the engine can not be continued during the forced regeneration so that the regeneration can not be continued, and the forced regeneration is interrupted so as not to inject unnecessary post injection, and the forced regeneration control is restarted. Make efficient playback. In the case of Yes, it progresses to step S6.
  • control of the basic safety function in forced regeneration control is performed (D section in FIG. 4). That is, control by the system safety means 75 is performed. Note that the control based on the exhaust gas flow rate to prevent excessive temperature rise during forced regeneration, that is, the first determination unit 67 and the second determination unit 71 are performed by steps S6 to S13 and S15 described later (FIG. E part).
  • step S6 it is determined based on the detection signal from the temperature sensor 51 whether the inlet gas temperature of the DPF 47 exceeds the threshold T5. If not, the process proceeds to step S19 to determine whether the PM accumulation amount is less than q2 and the forced regeneration time exceeds t4. In the case of Yes, it is determined that the reproduction is completed, and the forced regeneration is completed in Step S20. In the case of No, the process returns to Step S2 and the forced regeneration control is executed again.
  • step S6 the PM deposition amount is calculated in step S7, and it is determined whether the deposition amount exceeds the threshold value q1. In the case of No, as in step S6, the process proceeds to step S19. In the case of Yes, it progresses to step S8.
  • the PM deposition amount is calculated by integrating the difference between the amount of PM discharged from the engine based on the operating condition and the amount of PM regeneration that is lost in combustion within the DPF 47, the differential pressure across the DPF 47, the fuel injection time, etc. It is calculated and estimated based on operating conditions.
  • step S8 it is determined whether the exhaust gas flow rate is less than a threshold value Q1.
  • This threshold value Q1 corresponds to the equal exhaust gas flow rate line L1 shown in FIG.
  • the exhaust gas flow rate may be a detected value from an intake flow meter (air flow sensor) 57 or an engine speed, a fuel injection amount, an air supply pressure amount from the air supply pressure sensor 41, an air supply temperature signal from the air supply temperature sensor 43, etc. You may use the value calculated and calculated
  • step S19 determines whether the reproduction has already been completed.
  • step S9 If it is less than the threshold value Q1, that is, if it is Yes, there is a high possibility of entering the non-reproducible region Y of FIG. 3, so the process proceeds to step S9 and the closing control of the intake throttle valve 39 is interrupted. Make the 39 degree of opening fully open.
  • the exhaust gas flow rate may be increased by raising the engine speed by other means.
  • step S8 the determination as to whether or not it exists in the operation region of region ⁇ or region ⁇ of FIG. 3 based on the engine speed and load is further included. Temperature rise prevention control can be performed. That is, in the determination based on the calculated value of the exhaust gas flow rate, as in the exhaust gas flow rate line L1, L2 shown in FIG. Therefore, by looking at the operating conditions of the engine speed and the load, and using the determination of whether or not it has entered the regions ⁇ and ⁇ , it is possible to more accurately determine whether the exhaust gas flow rate is low and the excess temperature rise is likely to occur. It is possible to determine.
  • step S9 After the valve closing control of the intake throttle valve 39 is canceled in step S9, it is determined whether or not the inlet gas temperature of the DPF 47 exceeds the threshold value T5 'based on the detection signal from the temperature sensor 51 in step S10. . If No, it is determined that the PM overheat condition is settled, and the process proceeds to step S15, where the valve closing control of the intake throttle valve 39 is restarted or the increase control of the engine speed is ended to perform forced regeneration Execute control again.
  • step S10 it is determined that the overheated state still continues, and it is determined in step S11 whether the PM deposition amount exceeds the threshold value q1. If exceeded, it becomes Yes, and it is judged that the overheated state can occur because the accumulation amount still remains, and the process proceeds to the next step S12, and if not exceeded, it becomes No and it is judged that the excessive temperature rise hardly occurs. Then, the process proceeds to step S15, the closing control of the intake throttle valve 39 is performed again, or the increase control of the engine speed is ended, and the control of forced regeneration is performed again.
  • step S12 the exhaust gas flow rate is compared with a threshold value Q1 'larger than the threshold value Q1 to determine whether it is less than Q1'.
  • the exhaust gas flow rate is larger than the threshold value Q1, and it is determined that the excessive temperature rise is less likely to occur, and the process proceeds to step S15.
  • the process proceeds to step S13, where it is compared with a threshold value Q2 smaller than the threshold value Q1 to determine whether it is larger than the threshold value.
  • This threshold value Q2 corresponds to the exhaust gas flow rate line L2 of FIG.
  • step S14 the process proceeds to step S14 to interrupt forced regeneration. If NO in step S13, the process proceeds to step S18 to determine whether the PM deposition amount is less than q2 and the forced regeneration time exceeds t4, as in step S19. In step S20, the forced regeneration is completed in step S20. In the case of No, the process proceeds to steps S17 and S16, and the same necessity determination as in the steps S3 and S4 is performed. In the case of Yes, the forced determination is interrupted in step S14.
  • step S9 the process returns to step S9, and the closing control of the intake throttle valve 39 is interrupted to be in a fully open state.
  • the exhaust gas flow rate may be increased by increasing the engine speed by other means other than by fully opening the intake throttle valve 39.
  • T1 500 ° C
  • T2 750 ° C
  • T3 800 ° C
  • T4 240 ° C
  • T5 570 ° C
  • T5 ' 570 ° C
  • q1 4 g / L
  • q2 1 g / L
  • t1 2 min
  • t2 30 min
  • t3 10 sec
  • t4 10 min
  • Q1 100 kg / h
  • Q1 ' 120 kg / h
  • Q2 70 kg / h. It is.
  • the DPF 47 can be cooled by the heat radiation function to prevent temperature rise.
  • the exhaust gas flow rate decreases below the second threshold compared to Q2 of the second threshold, it is in the region of regeneration non-permission area Y, so it is determined that regeneration can not be continued and forced regeneration is performed. By interrupting, it is possible to prevent damage due to thermal melting or cracking of the DPF 47.
  • the interval of forced regeneration can be increased. By this, it is possible to prevent the forced regeneration interval from being shortened and to increase the regeneration frequency, to suppress an increase in post-injection fuel used at the time of regeneration, and to reduce fuel consumption deterioration and oil dilution.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that steps S9 and S15 in the flowchart of FIG. 4 are replaced with steps S29 and S35, and the other configurations are the same, and therefore the same step code is used. The explanation is omitted.
  • step S19 the intake throttle valve 39 is not fully opened, but the intake throttle valve is opened such that Q1 of the exhaust gas flow set as the first threshold is the target exhaust gas flow. Control.
  • step S25 the opening degree control of the intake throttle valve 39 with the target exhaust gas flow rate as described above is ended.
  • the exhaust gas flow rate of the first threshold value Q1 is set as the target exhaust gas flow rate, and the opening degree of the intake throttle valve 39 is controlled to be the exhaust gas flow rate.
  • the large change of the exhaust gas flow rate is suppressed, and the rotational fluctuation of the engine 3 can be suppressed. Therefore, the excessive temperature rise prevention operation due to the abnormal combustion of the DPF 47 can be performed without a large degree of engine rotational knitting. Further, it is possible to suppress an increase in the amount of oil dilution due to a decrease in exhaust temperature due to an excessive opening of the throttle valve.
  • step S28 instead of calculating the exhaust gas flow rate in step S28, a region in which the exhaust gas flow rate may decrease to cause excessive temperature rise is set in advance by a two-dimensional map based on the engine speed and load. .
  • the region ⁇ is the same as the region described in the first embodiment.
  • step S28 it is determined whether the operating state of the engine 3 has entered the operating range ⁇ based on the detection signals of the engine rotational speed and the load.
  • step S32 it is determined whether or not the region ⁇ + ⁇ has been entered. If No, it indicates that the exhaust gas flow rate has increased in the region other than ⁇ + ⁇ , that is, in the region where there is no risk of causing excessive temperature rise. Go to S15. If it is determined at step S32 that the vehicle has entered the region ⁇ + ⁇ , the process proceeds to step S33 to determine whether the operating region is ⁇ . If the vehicle has entered the region ⁇ , the process proceeds to step S14. Stop playback. Others are the same as in the first embodiment.
  • the first determination map 91 indicating the driving range ⁇ is a two-dimensional map configured by the data array in FIG. 7B
  • the second determination map 92 indicating the driving range ⁇ is the one in FIG. 7C. It is a two-dimensional map composed of data arrays.
  • the first determination map 91 and the second determination map 92 may be configured as an integrated map 93 formed as a single map, and the integrated map 93 is configured by the data array of FIG. 7D. It is a two-dimensional map.
  • the regions ⁇ and ⁇ are respectively constituted by the two-dimensional first determination map 91 and the second determination map 92 represented by the number of rotations and the load of the engine 3.
  • the state of the exhaust gas flow rate according to the state can be determined easily and accurately.
  • the first determination map 91 and the second determination map 92 be configured by one integrated map 93, and since the first determination map 91 and the second determination map 92 are configured by one integrated map 93, The storage capacity of the control device 27 can be reduced, and the control device 27 can be simplified.
  • the present invention in the exhaust gas purification apparatus in which the pre-stage oxidation catalyst and the DPF are provided in the exhaust gas passage of the internal combustion engine to remove PM in the exhaust gas, excessive temperature rise of the DPF is prevented at forced regeneration of the DPF. While preventing damage due to thermal melting and cracking of the DPF and preventing the increase in regeneration frequency of forced regeneration to reduce fuel consumption deterioration and oil dilution, it is useful as an applied technology to an exhaust gas purification device of a diesel engine is there.
  • Exhaust gas purification device 3 Engine (internal combustion engine) 11 intake pipe 15 exhaust pipe (exhaust gas passage) 21 fuel injector 27 control unit (ECU) 39 Intake throttle valve (intake throttle valve) 45 Pre-stage oxidation catalyst 47 DPF 65 Forced Regeneration Control Means 67 First Determination Means 69 Exhaust Gas Increase Control Means 71 Second Determination Means 73 Forced Regeneration Interrupting Means 75 System Safety Means 77 Forced Regeneration End Determination Means 79 Forced Regeneration End Means 91 First Determination Map 92 Second Determination Map 93 Integrated map ⁇ , ⁇ Operation area X Reproduction permission area Y Reproduction non-permission area Z Reproduction boundary area L1, L2 etc. Exhaust gas flow rate line

Abstract

排気ガス中のＰＭを除去する排ガス浄化装置において、ＤＰＦの強制再生時にＤＰＦの過昇温を防止して、ＤＰＦの熱溶損やクラックによる破損を防止するとともに、強制再生の再生頻度の増大を防止して燃費悪化およびオイルダイリューションを低減することを目的とする。強制再生制御手段（６５）による強制再生処理中に、排ガス流量が第１閾値未満で該第１閾値より小さい第２閾値以上かを判定する第１判定手段（６７）と、第１判定手段（６７）によって第１閾値未満で第２閾値以上と判定したときに排ガス流量を増大せしめるように吸気スロットル弁を制御する排ガス増量制御手段（６９）と、第２閾値未満の排ガス流量を判定する第２判定手段（７１）と、第２判定手段（７１）によって第２閾値以下と判定した場合に強制再生処理を中断する強制再生中断手段（７３）と、を備えたことを特徴とする。

Description

内燃機関の排ガス浄化装置
　本発明は、内燃機関、特に、ディーゼル機関の排気ガス通路に前段酸化触媒と粒子状物質を捕集するフィルタとを備えた排ガス処理装置に関する。
　ディーゼルエンジンの黒煙対策として、排気中に含まれるＰＭ（粒子状物質、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ
Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するために、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ
Ｆｉｌｔｅｒ）が使用されているが、捕集されたＰＭを定期的に燃焼除去するため、ＤＰＦ内部のＰＭ堆積量を推定して所定量に達したら排気ガスの温度を強制的に上昇させて、ＰＭを燃焼除去するＤＰＦの強制再生が行われる。
　しかし、エンジンの運転状態によっては強制再生中にＰＭが異常燃焼を起こしてＤＰＦが過昇温して、ＤＰＦの熱溶損やクラックによる破損を生じるおそれがある。このＤＰＦの異常燃焼による過昇温を防止する制御として、特許文献１（特開２０１１－１５３５９１号公報）および、特許文献２（特開２００３－２０６７２６号公報）が知られている。
　特許文献１には、内燃機関が高回転状態又は高負荷の運転領域αから低回転低負荷の運転領域βに設定時間Ｔ１内に移行するときをＤＰＦ異常燃焼生起運転と判定する。ＤＰＦ異常燃焼生起運転と判定したとき、吸気スロットルバルブ４全開にして、排気ガス流量を増大させ、排気ガスの顕熱による熱持ち去りによりＤＰＦフィルタ装置を冷却すると共に、レイトポスト噴射を続行させ、ＤＰＦフィルタ周囲の酸素濃度を低下させ、ＤＰＦフィルタに捕集されたＰＭの異常燃焼を抑制する。これによって、ＤＰＦフィルタ装置の異常昇温を早期に抑制できる技術が開示されている。
　また、特許文献２には、ＤＰＦの再生中に、エンジンの排気流量が低下する低負荷回転域に移行したとき、バーナを作動させてターボ過給機のタービンに燃焼ガスを供給して、タービン仕事を増大させて過給を促進し、エンジンの排気流量の増加に伴ってＤＰＦの放熱を促進して過昇温を抑制する技術が開示されている。
特開２０１１－１５３５９１号公報 特開２００３－２０６７２６号公報
　強制再生中のＤＰＦの過昇温は、比較的負荷が低い運転点において一旦再生が開始した後すぐに排ガス流量が低い運転状態に変化しその状態にいるだけでも起こり得るため、特許文献１のように高回転状態又は高負荷の運転領域αから低回転低負荷の運転領域βに設定時間Ｔ１内に移行するときをＤＰＦ異常燃焼生起運転と判定するだけでは、強制再生中のＤＰＦの過昇温が生じる運転状態を精度よく判定できない。
　強制再生中のＤＰＦの過昇温が生じる運転状態を精度よく判定できない場合には、過昇温を防止するために、強制再生が継続する低負荷の最も排ガス流量が小となる運転点で過昇温が起こらないように再生開始となるＰＭの堆積量（限界堆積量）を減らさなければならない。
これは、再生間隔が短くなり、再生頻度が増大することから、再生時に用いるポスト噴射による燃料量の増加による燃費の悪化や、オイルダイリューションの増大につながる。
　また、特許文献２のように、エンジンの排気流量が低下する低負荷回転域に移行したとき、バーナを作動させてターボ過給機のタービンに燃焼ガスを供給して、タービン仕事を増大させて過給を促進し、エンジンの排気流量の増加に伴ってＤＰＦの放熱を促進して過昇温を抑制する技術では、バーナやこれに伴う補機類の設置によるコストアップやＤＰＦ装置が大型化して搭載スペースが小さい場合には、設置が困難となる問題を有している。
　そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、内燃機関の排気ガス通路に前段酸化触媒及びＤＰＦを設けて、排気ガス中のＰＭを除去する排ガス浄化装置において、ＤＰＦの強制再生時にＤＰＦの過昇温を防止して、ＤＰＦの熱溶損やクラックによる破損を防止するとともに、強制再生の再生頻度の増大を防止して燃費悪化およびオイルダイリューションを低減することを目的とする。
　本発明はかかる目的を達成するため、内燃機関の排気ガス通路に前段酸化触媒及びＤＰＦを設けて排気ガス中のＰＭを前記ＤＰＦに捕集するとともに、捕集したＰＭを燃焼させて前記ＤＰＦを強制再生する内燃機関の排ガス浄化装置において、
　吸気スロットル弁の開度およびポスト噴射量または噴射時間を制御してＤＰＦの強制再生を制御する強制再生制御手段と、前記強制再生制御手段による強制再生処理中に、排ガス流量が第１閾値未満で該第１閾値より小さい第２閾値以上かを判定する第１判定手段と、該第１判定手段によって、排ガス流量が第１閾値未満で第２閾値以上と判定した場合に排ガス流量を増大せしめるように前記吸気スロットル弁を制御する排ガス増量制御手段と、　前記第２閾値未満の排ガス流量の運転状態を判定する第２判定手段と、該第２判定手段によって、排ガス流量が第２閾値未満と判定した場合に強制再生処理を中断する強制再生中断手段と、を備えたことを特徴とする。
　かかる発明によれば、強制再生中のＤＰＦの過昇温は、一旦再生が開始すると、開始後すぐに排ガス流量が低い運転状態に変化しその状態にいるだけでも起こり得るため、高負荷域から低負荷域へと大きな負荷変化がない場合においても、強制再生中に排ガス流量が少なく再生処理中にＤＰＦが過昇温になるおそれがある排ガス流量を、予め試験またはシミュレーションで算出した所定の第１閾値と第２閾値を設定し、第１閾値未満で該第１閾値より小さい第２閾値より多い運転状態に変化した場合にはＤＰＦの過昇温が発生するおそれがあると判定して、排ガス増量制御手段によって排ガス流量を増大せしめるように吸気スロットル弁を制御する。
　これによって、ＤＰＦの過昇温を、排ガス量を増加せしめて排ガスの顕熱による熱量の持ち去りによって、すなわち、排ガスへの放熱作用によってＤＰＦを冷却することができ、ＤＰＦの熱溶損やクラックによる破損を防止することができる。
　第２閾値以下に排ガス流量が低下した場合には、再生継続が不可能であると判定して強制再生を中断する。
　また、吸気スロットル弁の制御で排ガス流量を増大せしめるようするので、排ガス流量を増大させるために特別に補機類を設置する必要がなく、補機類の設置によるコストアップやＤＰＦ装置が大型化して搭載スペースが小さい場合に設置困難となることもない。
　さらに、ＤＰＦの過昇温を精度よく防止できるようになるので、強制開始のＰＭ堆積量の限界値を引き上げることができるようになり、強制再生の間隔を増大できる。これによって、強制再生間隔が短くなって再生頻度が増えることを防止して再生時に使用するポスト噴射燃料の増大を抑えて燃費悪化やオイルダイリューションを低減できる。
　また、本発明において、前記強制再生中断手段は、さらにＤＰＦ入口温度が所定値を超えた場合に前記強制再生処理を中断するとよい。
　このように構成することで、ＤＰＦ入口温度が所定値以下で過昇温のリスクが無い時の再生処理中断を回避することができる。それにより再生が中断され繰り返されることによる燃費悪化やポスト噴射量増大によるオイルダイリューションの増大を抑制できる。
　また、本発明において、前記強制再生中断手段は、さらにＰＭ堆積量が所定値を超えた場合に前記強制再生処理を中断するとよい。
　このように構成することで、ＰＭ堆積量が所定値以下で過昇温のリスクが無い時の再生処理中断を回避することができる。それにより再生が中断され繰り返されることによる燃費悪化やポスト噴射量増大によるオイルダイリューションの増大を抑制できる。
　また、本発明において、前記強制再生中断手段とは別に設けられ、前記強制再生制御中に前記前段触媒の入口または出口の排ガス温度が所定温度未満になった場合、前記ＤＰＦの出口の排ガス温度が所定温度を超えた場合、前記ポスト噴射時間が所定時間を超えた場合の内の少なくともいずれか一つの条件に基づいて強制再生処理を中断するシステム安全手段を備えるとよい。
　前記強制再生制御中に前記前段触媒の入口または出口の排ガス温度が所定温度未満になった場合には、強制再生中に内燃機関の負荷が下がるなどして再生が継続できなくなったと判断して再生処理を中断する。
　また、前記ＤＰＦの出口の排ガス温度が所定温度を超えた場合には、ＤＰＦでのＰＭ燃焼が過昇温状態にあると判断して再生処理を中断する。
　また、前記ポスト噴射時間が所定時間を超えた場合には、ポスト噴射の噴きすぎによる過昇温を防ぐために再生処理を中断する。
　以上のように、強制再生処理を強制再生中断手段とは別に設けられたシステム安全手段によって中断することによって、強制再生中のＤＰＦの過昇温対策の制御が十分効果を発揮しない場合においても、フェールセーフ的に、ＤＰＦの熱溶損やクラックによる破損を防止できるようになっている。
　また、本発明において、前記排ガス増量制御手段における排ガス流量を増大せしめる前記吸気スロットル弁の制御は、該吸気スロットル弁を全開にするとよい。
　このように、排ガス増量制御手段によって排ガス流量を増大せしめるために吸気スロットル弁を全開にするので、迅速な昇温抑制効果が得られる。
　また、本発明において、前記排ガス増量手制御段における排ガス流量を増大せしめる前記吸気スロットル弁の制御は、第１閾値の排ガス流量を目標排ガス流量としてスロットル開度を制御するとよい。
　このように、第１閾値の排ガス流量を目標排ガス流量にしてスロットル開度を制御するので、全開状態に制御するのに比べて、排ガス流量の大きな変化が抑制されて、内燃機関の回転変動を抑えることができる。これによって、ＤＰＦの異常燃焼による過昇温防止運転を大きなエンジン回転編度を伴わずに行うことができる。また、少しでも吸気スロットル弁による昇温が期待でき、ポスト噴射量が減り、燃費悪化やオイルダイリューションを低減できる。
　また、本発明において、前記第１判定手段および第２判定手段は、それぞれ内燃機関の回転数とトルクとによって表される運転領域を表わす第１判定マップおよび第２判定マップに基づいて判定されるとよい。
　このように、第１判定手段および第２判定手段を、内燃機関の回転数と負荷によってあらわされる２次元の第１判定マップおよび第２判定マップによって構成するので、内燃機関の運転状態に応じた排ガス流量の状態を簡単且つ正確に判定を行うことができる。
　また、本発明において、前記第１判定マップおよび第２判定マップが一つのマップによって構成されるとよい。
　このように、第１判定マップと第２判定マップとが一つのマップで構成されるので、制御装置の記憶容量を低減でき、制御装置を簡素化できる。
　本発明によれば、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、内燃機関の排気ガス通路に前段酸化触媒及びＤＰＦを設けて、排気ガス中のＰＭを除去する排ガス浄化装置において、ＤＰＦの強制再生時にＤＰＦの過昇温を防止して、ＤＰＦの熱溶損やクラックによる破損を防止するとともに、ＰＭ堆積量の限界値を増大でき強制再生の再生頻度の増大を防止して燃費悪化およびオイルダイリューションを低減できる。
本発明の第１実施形態を示し、エンジンに排ガス浄化装置を設けた全体構成図である。 制御装置の構成を示す構成ブロック図である。 再生中断制御および吸気スロットル弁制御の運転領域を示す説明図。 第１実施形態の制御フローチャートである。 第２実施形態の制御フローチャートである。 第３実施形態の制御フローチャートである。 第３実施形態の判定マップの運転領域を説明する説明図である。（Ａ）は運転領域を示し、（Ｂ）は第１判定マップのデータ構成を示す説明図であり、（Ｃ）は第２判定マップのデータ構成を示す説明図であり、（Ｄ）は第１判定マップと第２判定マップとが一つになったデータ構成を示す説明図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。　
（第１実施形態）
　本発明の第１実施形態に、図１～図４を参照して説明する。
　図１に、本発明の排ガス浄化装置１をディーゼルエンジン（以下エンジンという）３に適用した第１実施形態の全体構成を示す。
　図１において、エンジン３のシリンダ５の内部にピストン７が内蔵され、ピストン７の上方に燃焼室９が形成されている。シリンダヘッドには、吸気管１３及び排気管１５が接続され、これら吸気管１３および排気管１５が接続するシリンダヘッド内の吸気ポートおよび排気ポートと燃焼室９の接続部には、吸気弁１７及び排気弁１９が設けられている。
　また、シリンダヘッドの上部中央には、燃料を燃焼室９に噴射する燃料インジェクタ２１が設けられている。燃料インジェクタ２１には、インジェクタポンプ２３から、コモンレール（蓄圧器）２５を介して軽油などの燃料が高圧で供給され、燃料が燃焼室９に噴射されるようになっている。
　また、燃料の噴射時期及び噴射量は、制御装置（ＥＣＵ）２７によって制御されている。噴射された燃料は、吸気管１３および吸気ポートを通って供給された空気と混合し、その混合気は、燃焼室９内で圧縮されて着火し燃焼する。
　また、エンジン３は、排気管１５内に配置された排気タービン２９と、吸気管１３内に配置され該排気タービン２９と同軸で駆動されるコンプレッサ３１とからなる排気ターボ過給機３３を備えている。排気ターボ過給機３３のコンプレッサ３１から吐出された給気ａは、吸気管１３を通ってインタークーラ３５で冷却された後、給気室３７に入る。給気室３７の入口側には、吸気管１３を流れる給気流量を制御する吸気スロットルバルブ３９が設けられている。また、給気室３７には、給気圧センサ４１および給気温度センサ４３が設けられている。
　排気タービン２９の下流側の排気管１５には、前段酸化触媒（ＤＯＣ）４５と、該前段酸化触媒４５の下流側にＤＰＦ（フィルタ装置）４７が設けられている。燃焼室９で燃焼した燃焼ガス、即ち、排気ガスｅは、排気管１５に排出され、排気ターボ過給機３３の排気タービン２９を駆動してコンプレッサ３１の動力源となる。その後、排気ガスｅは、前段酸化触媒４５およびＤＰＦ４７を通り、ＤＰＦ４７で排気ガスｅ中に含まれるＰＭが捕集される。
　ＤＰＦ４７でＰＭを除去された排気ガスｅは、図示省略のマフラーを経由して外部に排出される。
　前段酸化触媒４５の入口側、ＤＰＦ４７の入口側および出口側の排気管１５には、夫々排気ガスｅの温度を検出する温度センサ４９、５１、５３がそれぞれ設けられている。
　また、ＤＰＦ４７の入口と出口との排気ガスｅの圧力差を検出する差圧センサ５５が設けられ、吸気管１３の入口部には、吸気流量計（エアフローセンサ）５７が設けられている。
　また、吸気管１３と排気管１５との間には、ＥＧＲ管５９が設けられている。ＥＧＲ管５９には、ＥＧＲクーラ６１およびＥＧＲ管５９を流れる排ガス量を制御するＥＧＲバルブ６３が設けられている。排気ガスｅの一部は、ＥＧＲ管５９を通り、ＥＧＲクーラ６１で冷却された後、給気室３７に戻される。これによって、給気中の酸素量を減らし、ピーク時の燃焼温度を下げ、ＮＯＸの発生を抑制している。
　温度センサ４９、５１、５３、差圧センサ５５、吸気流量計５７の検出値、および吸気スロットルバルブ３９の開度信号が、制御装置（ＥＣＵ）２７に入力されている。
　また、制御装置２７には、エンジン負荷信号もしくは燃料噴射量信号と、エンジン回転数信号とが入力されている。これらの入力値に基づいて、制御装置２７は、燃料インジェクタ２１、インジェクタポンプ２３、吸気スロットルバルブ３９およびＥＧＲバルブ６３等を制御して、エンジン３の運転を制御している。
　次に、制御装置２７について説明する。
　図２に示すように制御装置２７には、吸気スロットルバルブ３９の開度およびポスト噴射量または噴射時間を制御してＤＰＦ４７の強制再生を制御する強制再生制御手段６５と、強制再生制御手段６５による強制再生処理中に、排ガス流量が第１閾値未満で該第１閾値より小さい第２閾値より多い運転状態であるかを判定する第１判定手段６７と、該第１判定手段によって、排ガス流量が第１閾値未満で第２閾値より多いと判定した場合に排ガス流量を増大せしめるように吸気スロットルバルブ３９の弁開度を制御する排ガス増量制御手段６９と、第２閾値未満の排ガス流量の運転状態を判定する第２判定手段７１と、該第２判定手段７１によって、排ガス流量が第２閾値未満と判定した場合に強制再生処理を中断する強制再生中断手段７３とを有している。
　強制再生制御手段６５によって、ＤＰＦ４７に所定量のＰＭが堆積した時に再生処理を開始する。エンジン運転中に、強制再生処理を行なう場合に再生処理の開始は、例えば、ＤＰＦに堆積するＰＭ堆積量の推定値やエンジン運転時間や車両の走行距離や燃料消費量や、さらにＤＰＦ４７の前後圧力差を差圧センサ５５で検出してこの圧力差を基に判断される。
　また、強制再生制御手段６５によって、再生開始の指令が出されると、まず吸気スロットルバルブ３９を閉弁する制御が行われる。この制御は排温を上げＤＯＣ４５を活性化するとともに排温を高く維持することでオイルダイリューション量を低減させる。
　更に、ＤＯＣ４５が活性化し条件が整うと燃焼室９に燃料を主噴射した後、ポスト噴射を行うように燃料インジェクタ２１に噴射タイミングの指令を行う。これによって、主噴射後に噴射されたポスト噴射の燃料は燃焼しきらずに排気管１５に排出される。
　ポスト噴射された未燃ＨＣ成分は、活性化した前段酸化触媒４５の触媒作用で酸化し、その時発生する反応熱で排気ガスｅの温度を略６００℃以上に昇温する。そして、排気ガスｅを６００℃以上にすることで、ＤＰＦ４７に捕集されたＰＭの燃焼が促進され、ＤＰＦ４７からＰＭが除去される。
　強制再生の制御が開始されて、ＤＰＦ４７内に堆積しているＰＭの燃焼が開始されると、ＰＭの燃焼が完了するまでには、排ガスの酸素濃度が所定量必要であるため、所定の排ガス流量を流通する必要がある。
　図３は、エンジンの運転状態と排ガス流量の変化傾向を示し、再生可能領域Ｘと、再生不可能領域Ｙとを示している。
　また、図３の領域αは、吸気スロットルバルブ３９の閉じ制御を解除して開弁制御することで、異常燃焼することなく強制再生が継続できる領域である。
　すなわち、この領域α内にエンジン３の回転数と負荷が突入した時には、強制再生のための吸気スロットルバルブ３９の閉じ制御を解除して、開制御して排ガス流量を増加方向にすることで、過昇温を回避できる領域であり、この排ガス流量の増加に応じてＰＭ限界堆積量を高く設定することができる。
　この領域α内にエンジン３の運転状態が入ったか否かは、第１判定手段６７によって判定する。そして、領域α内に入った時には、排ガス増量制御手段６９によって、吸気スロットルバルブ３９の閉じ制御を解除して開制御して、排ガス流量を増加方向に制御して再生を継続可能なようにする。
　図３の領域βは、吸気スロットルバルブ３９の閉じ制御を解除して開制御して排ガス流量を増加させても排ガス量が少なく、過昇温回避が困難である領域である。
　この領域β内にエンジン３の運転状態が入ったか否かは、第２判定手段７１で判定する。そして、領域β内に入った時には、強制再生中断手段７３によって、強制再生制御を中断して吸気スロットルバルブ３９の閉じ制御を解除してエンジン３の運転状態に応じた開度制御に移行すると共に、ポスト噴射の指令を解除する。
　なお、領域αと領域βの範囲は、より具体的には、所定のエンジン回転数間（Ｒ１～Ｒ２）で、斜めの等排ガス流量ラインＬ１、Ｌ２によって略囲われる範囲になっている。領域α、βを形成する上側の境界ラインがこの排ガス流量ラインＬ１、Ｌ２に近似した屈曲ラインとなっている。
　制御装置２７には、さらに、システム安全手段７５、および強制再生終了判定手段７７を有しており、このシステム安全手段７５は、前述のように、第２判定手段７１によって、エンジン３の運転状態が領域βに移行したことを判定して、その結果で強制再生を中断するものではなく、強制再生制御中に前段酸化触媒４５の入口または出口の排ガス温度を温度センサ４９、５１で検出して該検出温度を閾値と比較して判断し、所定温度未満になった場合には、強制再生中にエンジン負荷が下がるなどして再生が継続できなくなると判断した場合に再生処理を中断するものである。
　また、ＤＰＦ４７の出口の排ガス温度を温度センサ５３で検出して該検出温度を基に判断して、所定の閾値温度を超えた場合には、ＤＰＦ４７でのＰＭ燃焼が過昇温状態にあると判断して再生処理を中断する。
　また、ポスト噴射による噴射時間を検出して積算し、積算時間が所定時間を超えた場合には、ＤＯＣの閉塞によるＨＣのスリップなどによりポスト噴射の噴きすぎによる過昇温を防ぐために再生を中断する。なお、噴射時間は噴射回数を積算してもよく、噴射した期間が所定の閾値と比較して判断できればよい。
　以上のように、排ガス流量による第２判定手段７１での強制再生中断の判定とは別に、システム安全手段７５によって強制再生処理を中断する条件を付加することによって、第２判定手段７１による強制再生の中断だけではなく、フェールセーフ的に強制再生を中断する制御を付加することで、ＤＰＦ４７の熱溶損やクラックによる破損を確実に防止できるようになっている。
　また、強制再生終了判定手段７７は、再生を開始後にＰＭ堆積量が所定値未満に減少し、且つ所定時間を超えた場合には強制再生が完了したと判定し、強制再生制御を終了させる。具体的には、吸気スロットルバルブ３９の閉じ制御を解除して、ポスト噴射の噴射制御を解除する。
　以上のように構成された制御装置２７による具体的な制御フローを、図４を参照して説明する。
　ステップＳ１で強制再生が開始されると、すなわち、例えば、エンジン運転時間や車両の走行距離や燃料消費量や、ＤＰＦ４７の前後圧力差を検出する差圧センサ５５からの信号を基に、ＰＭが所定量堆積して再生が必要であると判定されて強制再生の条件が整うと、ステップＳ２で、強制再生制御が開始される。
　強制再生制御は、前述したように吸気スロットルバルブ３９の絞り制御と、主噴射の後に噴射するポスト噴射制御によって、前段酸化触媒４５の活性化によって排ガス温度をＤＰＦ４７のＰＭが燃焼促進する温度、約６００℃まで昇温させる。
　次に、ステップＳ３では、ポスト噴射時間を検出してその時間が所定時間ｔ１を超え、且つＤＰＦ４７の入口ガス温度を温度センサ５１からの検出信号を基に閾値Ｔ１未満かを判定する。または、単にポスト噴射時間が所定時間ｔ２を超えているか否かを判定する。これらの判定によって、前段酸化触媒４５が閉塞等の不具合によってＤＰＦ４７の入口温度が上がらない時には、ポスト噴射の噴きすぎによる過昇温を防止するようになっている。
　ステップＳ３の判定がＹｅｓであれば、ステップＳ１４に進んで強制再生を中断して、ＤＰＦ４７の過昇温による焼損を防止する。Ｎｏの場合には、ステップＳ４に進む。
　ステップＳ４では、ＤＰＦ４７の出口ガス温度を温度センサ５３からの検出信号を基に閾値Ｔ２を超え、且つ継続時間がｔ３を超えているかを判定する。または、単にＤＰＦ４７の出口ガス温度が閾値Ｔ３を超えているか否かを判定する。これらの判定によって、ＤＰＦ４７内でＰＭが異常燃焼状態にあるか否かを判定して、異常燃焼状態の時には、Ｙｅｓと判定してステップＳ１４に進んで強制再生を中断して、過昇温を防止する。Ｎｏの場合には、ステップＳ５に進む。
　ステップＳ５では、前段酸化触媒（ＤＯＣ）４５の入口ガス温度または出口ガス温度を温度センサ４９、５１からの検出信号を基に閾値Ｔ４を超えているか否かを判定する。Ｎｏの場合にはステップＳ１４に進んで強制再生を中断する。これによって、強制再生中にエンジン負荷が下がるなどして再生が継続できなくなる運転状態にあることを判定して、強制再生を中断して無駄なポスト噴射を噴かないようにし強制再生制御をやり直して効率よい再生を行うようにする。Ｙｅｓの場合には、ステップＳ６に進む。
　以上のステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５によって、強制再生制御において基本的な安全機能の制御を実施している（図４のＤ部）。すなわち、システム安全手段７５による制御が実施される。
　なお、排ガス流量に基づく判定によって強制再生時の過昇温防止の制御、すなわち、第１判定手段６７、および第２判定手段７１は後述するステップＳ６～Ｓ１３、Ｓ１５によって行っている（図４のＥ部）。
　次にステップＳ６においては、ＤＰＦ４７の入口ガス温度が、温度センサ５１からの検出信号を基に閾値Ｔ５を超えているか否かを判定する。Ｎｏであり、超えていない場合には、ステップＳ１９に進んで、ＰＭ堆積量がｑ２未満で強制再生時間がｔ４を超えているか否かを判定する。Ｙｅｓの場合には、再生が完了したと判定してステップＳ２０で強制再生を完了し、Ｎｏの場合には、ステップＳ２に戻って再度強制再生制御を実行する。
　ステップＳ６でＹｅｓの場合には、ステップＳ７でＰＭ堆積量を算出し、該堆積量が閾値ｑ１を超えているか否かを判定する。Ｎｏの場合には、ステップＳ６と同様に、ステップＳ１９に進む。Ｙｅｓの場合には、ステップＳ８に進む。ＰＭ堆積量の算出は、運転状態に基づきエンジンから排出されるＰＭ量とＤＰＦ４７内部で燃焼消失するＰＭ再生量の差分値の積算や、ＤＰＦ４７の前後差圧や、燃料噴射時間等のエンジン３の運転条件を基に算出して推定される。
　ステップＳ８では、排ガス流量が閾値Ｑ１未満か否かが判定される。この閾値Ｑ１は図３で示した等排ガス流量ラインＬ１に相当する。
　排ガス流量は、吸気流量計（エアフローセンサ）５７からの検出値、若しくはエンジン回転数、燃料噴射量、給気圧センサ４１からの給気圧力量、および給気温度センサ４３からの給気温度信号等を基に算出して求めて推定した値を用いてもよい。
　閾値Ｑ１未満でない場合つまりＮｏの場合には、エンジン回転数と負荷によっては、図３の再生不可能領域Ｙに入る可能性があるが、エンジン回転数が中、高回転域にあるためＤＰＦ４７の過昇温は生じにくい。このため、ステップＳ１９に進んで、再生が既に完了したかを判定する。
　閾値Ｑ１未満である場合つまりＹｅｓの場合には、図３の再生不可能領域Ｙに入る可能性が高いため、ステップＳ９に進んで、吸気スロットルバルブ３９の閉制御を中断して、吸気スロットルバルブ３９の開度を全開状態にする。また、他の手段によってエンジン回転数を上昇するようにして、排ガス流量を増大させてもよい。
　なお、ステップＳ８で排ガス流量を判定した後に、エンジン回転数と負荷に基づいて、図３の領域αまたは領域βの運転領域内に存在するか否かの判定をさらに含めると、より精度の高い昇温防止制御ができる。
　すなわち、排ガス流量の算出値による判定では、図３に示す等排ガス流量ラインＬ１、Ｌ２のように、過昇温が特に生じやすいエンジン回転数の低い領域α、βを含む範囲での判定となるため、エンジン回転数と負荷との運転状態を見て、領域α、βに入ったか否かの判定を用いることでより精度よく、過昇温が生じやすい排ガス流量の低い運転状態であるかを判定することが可能となる。
　ステップＳ９で、吸気スロットルバルブ３９の閉弁制御を解除した後に、ステップＳ１０で、ＤＰＦ４７の入口ガス温度が、温度センサ５１からの検出信号を基に閾値Ｔ５'を超えているか否かを判定する。Ｎｏであれば、ＰＭの過昇温状態が落ち着くと判定して、ステップＳ１５に進んで、吸気スロットルバルブ３９の閉弁制御を再開し、またはエジン回転数の増大制御を終了させて強制再生の制御を再度実行する。
　一方、ステップＳ１０でＹｅｓであれば、まだ過昇温状態が継続すると判定し、ステップＳ１１で、ＰＭ堆積量が閾値ｑ１を超えているか否かを判定する。超えていればＹｅｓとなって、堆積量がまだ残っているため過昇温状態が生じ得ると判定して次のステップＳ１２へ進み、超えていなければＮｏとなり、過昇温は生じにくいと判定してステップＳ１５に進んで、吸気スロットルバルブ３９の閉弁制御を再度行い、またはエジン回転数の増大制御を終了させて強制再生の制御を再度実行する。
　ステップＳ１２では、排ガス流量を閾値Ｑ１より大きい閾値Ｑ１'と比較して、Ｑ１'未満であるか否かを判定する。
　ステップＳ１２でＮｏの場合には、排ガス流量が閾値Ｑ１より大きくなっており、過昇温は生じにくくなっていると判定してステップＳ１５へ進む。Ｙｅｓの場合にはステップＳ１３に進んで、閾値Ｑ１より小さい閾値Ｑ２と比較して該閾値より大きいか否かを判定する。この閾値Ｑ２は、図３の排ガス流量ラインＬ２に相当する。
　閾値Ｑ２未満である場合には、過昇温の危険性が高いため、ステップＳ１４に進んで強制再生を中断する。
　また、ステップＳ１３で、Ｎｏの場合には、ステップＳ１８に進んで、ステップＳ１９と同様に、ＰＭ堆積量がｑ２未満で強制再生時間がｔ４を超えているか否かを判定して、Ｙｅｓの場合には、再生が完了したと判定してステップＳ２０で強制再生を完了する。Ｎｏの場合には、ステップＳ１７、Ｓ１６に進んで、ステップＳ３、Ｓ４と同様の強制再生中断の要否判定を行って、Ｙｅｓの場合には、ステップＳ１４で強制判定を中断する。
　また、ステップＳ１７、Ｓ１６でＮｏの場合には、ステップＳ９に戻って、吸気スロットルバルブ３９の閉制御を中断して、全開状態にする。なお、吸気スロットルバルブ３９の全開による以外に他の手段によってエンジン回転数を上昇するようにして、排ガス流量を増大させるようにしてもよい。
　制御フローの説明において、具体的数値の一例を下記に示す。
　Ｔ１：５００℃、Ｔ２：７５０℃、Ｔ３：８００℃、Ｔ４：２４０℃、Ｔ５：５７０℃、Ｔ５'：５７０℃、
　ｑ１：４ｇ／Ｌ、ｑ２：１ｇ／Ｌ、
　ｔ１：２ｍｉｎ、ｔ２：３０ｍｉｎ、ｔ３：１０ｓｅｃ、ｔ４：１０ｍｉｎ、
　Ｑ１：１００ｋｇ／ｈ、Ｑ１'：１２０ｋｇ／ｈ、Ｑ２：７０ｋｇ／ｈ。
である。
　以上のように構成された、制御装置２７における制御フローによって、排ガス流量の変化を第１閾値である閾値Ｑ１と比較して、Ｑ１未満である場合には、図３に示す再生境界領域Ｚまたは再生不許可領域Ｙの領域にあるため、吸気スロットルバルブの閉制御を中断して全開制御に変更して、ガス量を増加せしめて排ガスの顕熱による熱量の持ち去りによって、すなわち、排ガスへの放熱作用によってＤＰＦ４７を冷却して昇温を防止できる。
　さらに、第２閾値のＱ２と比較して第２閾値以下に排ガス流量が低下した場合には、再生不許可領域Ｙの領域にあるため、再生継続が不可能であると判定して強制再生を中断することによって、ＤＰＦ４７の熱溶損やクラックによる破損を防止することができる。
　また、吸気スロットルバルブ３９の制御で排ガス流量を増大せしめるようするので、補機類の設置によるコストアップやＤＰＦ装置が大型化して搭載スペースが小さい場合に設置困難となることもない。
　さらに、ＤＰＦ４７の過昇温が生じやすい、排ガス流量が低い運転状態を、排ガス流量を用いて精度良く判定できるため、強制開始のＰＭ堆積量の限界値堆積量を引き上げることができるようになり、強制再生の間隔を増大できる。これによって、強制再生間隔が短くなって再生頻度が増えることを防止して再生時に使用するポスト噴射燃料の増大を抑えて燃費悪化やオイルダイリューションを低減できる。
（第２実施形態）
　次に、図５の制御フローチャートを参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態に対して、図４のフローチャートのステップＳ９とＳ１５とが、ステップＳ２９とＳ３５に代わっただけであり、その他の構成は同一であるため同一のステップ符号を用いて説明は省略する。
　図５において、ステップＳ１９では、吸気スロットルバルブ３９を全開制御するのではなく、第１閾値として設定した排ガス流量のＱ１を目標排ガス流量として、該目標排ガス流量になるように吸気スロットルバルブを開度制御する。
　ステップＳ２５では、このようにＱ１を目標排ガス流量とした吸気スロットルバルブ３９の開度制御を終了させる。
　本第２実施形態によれば、第１閾値Ｑ１の排ガス流量を目標排ガス流量として、該排ガス流量になるように吸気スロットルバルブ３９の開度を制御するので、全開状態に制御するのに比べて、排ガス流量の大きな変化が抑制されて、エンジン３の回転変動を抑えることができる。このため、ＤＰＦ４７の異常燃焼による過昇温防止運転を大きなエンジン回転編度を伴わずに実行できる。また、スロットルバルブの開きすぎによる排温の低下によりオイルダイリューション量が増大することを抑制することができる。
（第３実施形態）
　次に、図６の制御フローチャートおよび図７を参照して第３実施形態について説明する。第３実施形態は第１実施形態に対して、図４のフローチャートのステップＳ８、Ｓ１２、Ｓ１３が、ステップＳ２８、Ｓ３２、Ｓ３３に代わっただけであり、その他の構成は同一であるため同一のステップ符号を用いて説明は省略する。
　図６において、ステップＳ２８で、排ガス流量を算出する代わりに、予めエンジン回転数と負荷に基づく２次元マップによって、排ガス流量が低下して過昇温を生じるおそれがある領域を予め設定しておく。領域αは、第１実施形態で説明した領域と同様である。ステップＳ２８で、エンジン回転数と負荷との検出信号に基づいて、エンジン３の運転状態が運転領域αに入ったか否かを判定する。
　また、ステップＳ３２では、領域α＋βに入ったかを判定して、Ｎｏの場合には、領域がα＋β以外の領域、すなわち過昇温を生じるおそれがない領域に排ガス流量が増加したことを示し、ステップＳ１５へと進む。また、ステップと３２で領域α＋βに入ったかの判定結果がＹｅｓの場合には、ステップＳ３３で運転領域がβであるか否かを判定して、領域βに入った場合には、ステップＳ１４で強制再生を中断する。その他は、第１実施形態と同様である。
　運転領域αを示す第１判定マップ９１は、図７（Ｂ）のデータ配列で構成された２次元マップであり、また、運転領域βを示す第２判定マップ９２は、図７（Ｃ）のデータ配列で構成された２次元マップである。
　さらに、第１判定マップ９１と第２判定マップ９２とが１枚のマップになった一体マップ９３として構成してもよく、この一体マップ９３は、図７（Ｄ）のデータ配列で構成された２次元マップである。
　本第３実施形態によれば、領域α、βをそれぞれ、エンジン３の回転数と負荷によって表される２次元の第１判定マップ９１および第２判定マップ９２によって構成するので、エンジン３の運転状態に応じた排ガス流量の状態を簡単且つ正確に判定を行うことができる。
　また、第１判定マップ９１および第２判定マップ９２が一つの一体マップ９３によって構成されるとよく、第１判定マップ９１と第２判定マップ９２とが一つの一体マップ９３で構成されるので、制御装置２７の記憶容量を低減でき、制御装置２７を簡素化できる。
　本発明によれば、内燃機関の排気ガス通路に前段酸化触媒及びＤＰＦを設けて、排気ガス中のＰＭを除去する排ガス浄化装置において、ＤＰＦの強制再生時にＤＰＦの過昇温を防止して、ＤＰＦの熱溶損やクラックによる破損を防止するとともに、強制再生の再生頻度の増大を防止して燃費悪化およびオイルダイリューションを低減できるため、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置への適用技術として有用である。
　１　排ガス浄化装置
　３　エンジン（内燃機関）
　１１　吸気管
　１５　排気管（排ガス通路）
　２１　燃料インジェクタ
　２７　制御装置（ＥＣＵ）
　３９　吸気スロットルバルブ（吸気スロットル弁）
　４５　前段酸化触媒
　４７　ＤＰＦ
　６５　強制再生制御手段
　６７　第１判定手段
　６９　排ガス増量制御手段
　７１　第２判定手段
　７３　強制再生中断手段
　７５　システム安全手段
　７７　強制再生終了判定手段
　７９　強制再生終了手段
　９１　第１判定マップ
　９２　第２判定マップ
　９３　一体マップ
　α、β　運転領域
　Ｘ　再生許可領域
　Ｙ　再生不許可領域
　Ｚ　再生境界領域
　Ｌ１、Ｌ２　等排ガス流量ライン

Claims (8)

  1. 　内燃機関の排気ガス通路に前段酸化触媒及びＤＰＦを設けて排気ガス中のＰＭを前記ＤＰＦに捕集するとともに、捕集したＰＭを燃焼させて前記ＤＰＦを強制再生する内燃機関の排ガス浄化装置において、
    　吸気スロットル弁の開度およびポスト噴射量または噴射時間を制御してＤＰＦの強制再生を制御する強制再生制御手段と、
    　前記強制再生制御手段による強制再生処理中に、排ガス流量が第１閾値未満で該第１閾値より小さい第２閾値以上かを判定する第１判定手段と、
    　該第１判定手段によって、排ガス流量が第１閾値未満で第２閾値以上と判定した場合に排ガス流量を増大せしめるように前記吸気スロットル弁を制御する排ガス増量制御手段と、
    　前記第２閾値未満の排ガス流量の運転状態を判定する第２判定手段と、
    　該第２判定手段によって、排ガス流量が第２閾値未満と判定した場合に強制再生処理を中断する強制再生中断手段と、
    　を備えたことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
  2. 　前記強制再生中断手段は、さらにＤＰＦ入口温度が所定値を超えた場合に前記強制再生処理を中断することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  3. 　前記強制再生中断手段は、さらにＰＭ堆積量が所定値を超えた場合に前記強制再生処理を中断することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  4. 　前記強制再生中断手段とは別に設けられ、前記強制再生制御中に前記前段触媒の入口または出口の排ガス温度が所定温度未満になった場合、前記ＤＰＦの出口の排ガス温度が所定温度を超えた場合、前記ポスト噴射時間が所定時間を超えた場合の内の少なくともいずれか一つの条件に基づいて強制再生処理を中断するシステム安全手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  5. 　前記排ガス増量制御手段における排ガス流量を増大せしめる前記吸気スロットル弁の制御は、該吸気スロットル弁を全開にすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  6. 　前記排ガス増量手制御段における排ガス流量を増大せしめる前記吸気スロットル弁の制御は、第１閾値の排ガス流量を目標排ガス流量としてスロットル開度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  7. 　前記第１判定手段および第２判定手段は、それぞれ内燃機関の回転数とトルクとによって表される運転領域を表わす第１判定マップおよび第２判定マップに基づいて判定されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  8. 　前記第１判定マップおよび第２判定マップが一つのマップによって構成されることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
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