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JP4293891B2 - Exhaust purification equipment - Google Patents

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JP4293891B2 JP2003397262A JP2003397262A JP4293891B2 JP 4293891 B2 JP4293891 B2 JP 4293891B2 JP 2003397262 A JP2003397262 A JP 2003397262A JP 2003397262 A JP2003397262 A JP 2003397262A JP 4293891 B2 JP4293891 B2 JP 4293891B2
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

本発明は、排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus equipped with a catalyst regeneration type particulate filter in the middle of an exhaust pipe.

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。   Particulate matter (particulate matter) discharged from a diesel engine is mainly composed of soot made of carbonaceous matter and SOF content (Soluble Organic Fraction) made of high-boiling hydrocarbon components. The composition contains a small amount of sulfate (mist-like sulfuric acid component). As a measure to reduce this type of particulates, a particulate filter is installed in the middle of the exhaust pipe through which the exhaust gas flows. It has been done conventionally.

この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。   This type of particulate filter has a porous honeycomb structure made of ceramics such as cordierite, and the inlets of the respective flow paths partitioned in a lattice shape are alternately sealed, and the inlets are not sealed. About the flow path, the exit is sealed, and only the exhaust gas which permeate | transmitted the porous thin wall which divides each flow path is discharged | emitted downstream.

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められている。   Then, the particulates in the exhaust gas are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the particulates are appropriately burned and removed before the exhaust resistance increases due to clogging. It is necessary to regenerate, but in normal diesel engine operating conditions, there are few opportunities to obtain exhaust temperatures that are high enough for the particulates to self-combust. For example, an appropriate amount for alumina loaded with platinum A catalyst regeneration type particulate filter in which an oxidation catalyst formed by adding a rare earth element such as cerium is integrally supported is being put to practical use.

即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。   That is, if such a catalyst regeneration type particulate filter is employed, the oxidation reaction of the collected particulates is promoted to lower the ignition temperature, and the particulates can be burned and removed even at an exhaust temperature lower than the conventional one. It becomes possible.

ただし、この種のパティキュレートフィルタにおいては、排気温度の低いアイドリング状態が長く継続した場合に触媒床温度が低下して活性が下がり、排気ガス中に含まれる未燃燃料の炭化水素がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化処理しきれずに徐々に溜まってしまうので、長時間のアイドリング状態を経た後に車両が走行を開始して排気温度が上昇した際に、パティキュレートフィルタに溜まった炭化水素が急激に酸化反応を起こして白煙を生じる虞れがあることが懸念されている。   However, in this type of particulate filter, when the idling state where the exhaust temperature is low continues for a long time, the catalyst bed temperature is lowered and the activity is lowered, and the hydrocarbon of unburned fuel contained in the exhaust gas is removed. As the exhaust gas temperature rises after the vehicle has started running after a long period of idling, hydrocarbons accumulated in the particulate filter suddenly accumulate. There is a concern that white smoke may be generated due to an oxidation reaction.

因みに、このようにアイドリング状態が長く継続してしまうような事態としては、例えば、長距離輸送トラックが高速道路等のパーキングでエンジンをかけたまま休憩(仮眠)している場合(冷房等の空調を作動させ続けたい場合)等が想定される。   Incidentally, the situation where the idling state continues for a long time is, for example, when a long-distance transport truck is resting (nap) with the engine running in a parking lot such as an expressway (air conditioning such as cooling) If you want to keep operating

そして、前述した如きアイドリング状態が長く継続した後の走行開始時における排気ガスの白煙化の対策としては、所定時間以上のアイドリング状態の継続が確認された時に、パティキュレートフィルタより上流側で排気ガスを所定温度以上に昇温する排気昇温手段を作動させ、アイドリング状態が長く継続して大量の炭化水素がパティキュレートフィルタに溜まる前に炭化水素を酸化処理してしまうという昇温制御を用いたものが既に提案されている(例えば先行出願1「特願2002−88508号明細書」、先行出願2「特願2002−296173号明細書」参照)。   And as a countermeasure against exhaust gas whitening at the start of running after the idling state as described above continues for a long time, when it is confirmed that the idling state continues for a predetermined time or longer, the exhaust gas is exhausted upstream from the particulate filter. The exhaust temperature raising means that raises the gas to a predetermined temperature or more is activated, and the temperature rise control is used so that the hydrocarbon is oxidized before the idling state continues for a long time and a large amount of hydrocarbon accumulates in the particulate filter. (See, for example, prior application 1 “Japanese Patent Application No. 2002-88508”, prior application 2 “Japanese Patent Application 2002-296173”).

また、このようにアイドリング状態で自動的に昇温制御をかけて走行再開時の白煙発生を防止するとした場合、従来においては、パティキュレートフィルタの触媒床温度の代用値として排気温度を計測する温度センサを装備し、その検出温度が目標温度以上となってから一定時間が経過した時に、パティキュレートフィルタの炭化水素が全て酸化処理され尽くしたものと看做して排気昇温手段の作動を完了することが検討されている。   In addition, when the temperature increase control is automatically performed in the idling state to prevent the generation of white smoke at the time of resuming the travel, conventionally, the exhaust temperature is measured as a substitute value for the catalyst bed temperature of the particulate filter. Equipped with a temperature sensor, when a certain period of time has passed since the detected temperature has exceeded the target temperature, it is considered that all the hydrocarbons in the particulate filter have been oxidized and the exhaust temperature raising means is operated. Considered to be completed.

しかしながら、温度センサの検出温度が目標温度に達していない条件下でも、パティキュレートフィルタ内で炭化水素の酸化処理は緩慢に進行しているので、外気温度の変化等の外乱により排気温度が変化して、目標温度に到達するまでの時間にバラツキが生じてしまうと、目標温度に到達した時点での炭化水素の残存量が異なり、目標温度に到達するまでに長く時間を要する冬期等では、既に目標温度に到達した時点で炭化水素の残存量がかなり減ってきているにもかかわらず、そこから更に必要以上の一定時間(夏期でも確実に炭化水素を酸化処理し尽くせる設定時間の場合)に亘り排気昇温手段が作動されて燃費の悪化を招く虞れがあった。   However, even under conditions where the temperature detected by the temperature sensor does not reach the target temperature, the hydrocarbon oxidation process proceeds slowly in the particulate filter, so the exhaust temperature changes due to disturbances such as changes in the outside air temperature. If the time required to reach the target temperature varies, the remaining amount of hydrocarbons at the time the target temperature is reached is different.In winter, where it takes a long time to reach the target temperature, Despite the fact that the remaining amount of hydrocarbons has decreased considerably when the target temperature is reached, over a certain period of time that is more than necessary (in the case of a set time that ensures that hydrocarbons can be completely oxidized even in summer). There is a possibility that the exhaust gas temperature raising means is activated and the fuel consumption is deteriorated.

また、温度センサの検出温度が目標温度に達している条件下でも、その温度が高ければ高いほど酸化触媒による反応速度も高まっているので、単純に目標温度に到達してから一定時間をかけて炭化水素を酸化処理するというだけでは、実際の炭化水素の処理状態に対応した昇温制御が実行されることにはならず、既に炭化水素が酸化処理し尽くされているのに無駄な排気昇温手段の作動が継続されて燃費の悪化を招くケースも考えられた。   Even under conditions where the temperature detected by the temperature sensor has reached the target temperature, the higher the temperature, the higher the reaction rate by the oxidation catalyst. By simply oxidizing the hydrocarbons, the temperature rise control corresponding to the actual hydrocarbon processing state is not executed, but the exhaust gas is exhausted even though the hydrocarbons have already been oxidized. In some cases, the operation of the temperature means continued and the fuel consumption deteriorated.

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、実際の状態に近い正確な炭化水素処理量を把握して排気昇温手段の作動完了の時期を適切に判定し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances. An exhaust gas in which an accurate hydrocarbon processing amount close to an actual state is grasped and an operation completion timing of the exhaust gas temperature raising means can be appropriately determined. It aims to provide a purification device.

本発明は、排気管の途中に装備された触媒再生型のパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより上流側で排気ガスを所定温度以上に昇温する排気昇温手段と、アイドリング状態の継続が所要の待機時間以上続いた時に前記排気昇温手段を所要の作動時間だけ作動せしめる制御装置とを備えた排気浄化装置であって、外気温度を検出する温度センサと、パティキュレートフィルタの触媒床温度を推定する温度推定手段を備え、前記温度センサの検出温度に基づき待機時間を決定すると共に、前記排気昇温手段の作動後に前記温度推定手段の推定温度に基づき温度帯ごとに設定されている単位時間当たりの炭化水素処理量を時々刻々積算し且つその積算値が目標値以上となった時に前記排気昇温手段の作動完了を判定して作動時間を決定するように前記制御装置を構成したことを特徴とするものである。 The present invention relates to a catalyst regeneration type particulate filter installed in the middle of an exhaust pipe, an exhaust temperature raising means for raising the exhaust gas temperature to a predetermined temperature or more upstream of the particulate filter, and a continuation of an idling state. An exhaust purification device comprising a control device for operating the exhaust temperature raising means for a required operating time when it lasts for a required standby time, and a temperature sensor for detecting the outside air temperature, and a catalyst bed temperature of the particulate filter and a temperature estimation means for estimating, and determines the waiting time on the basis of the detected temperature of the temperature sensor, are set for each temperature zone on the basis of the estimated temperature of the temperature estimation means after actuation of said exhaust gas Atsushi Nobori means created momentarily cumulated and the integrated value of hydrocarbon processing amount per unit time to determine the operation completion of the exhaust gas temperature increasing means when a higher target value It is characterized in that constitute the controller to determine the time.

而して、このようにすれば、温度センサの検出温度に基づいて決定された待機時間以上のアイドリング状態の継続が制御装置で確認された時に排気昇温手段が作動される一方、該排気昇温手段の作動後に検出された温度推定手段の推定温度が属する温度帯での単位時間当たりの炭化水素処理量が時々刻々積算され、その積算値が目標値以上となった時に前記排気昇温手段の作動完了が判定されるので、外気温度の変化等の外乱により排気温度が変化しても、実際の状態に近い正確な炭化水素処理量が把握されて排気昇温手段の作動完了の時期が適切に判定され、既に炭化水素が全て酸化処理され尽くしている状況下での無駄な排気昇温手段の作動継続が回避されることになる。 Thus, in this manner, the one of the exhaust Atsushi Nobori means is actuated when the continuation of the idling state than standby time determined based on the temperature detected by the temperature sensor is confirmed by the control device, the exhaust gas temperature The exhaust gas temperature raising means when the hydrocarbon treatment amount per unit time in the temperature zone to which the estimated temperature of the temperature estimation means detected after the temperature means is operated is accumulated every moment, and the accumulated value exceeds a target value. Therefore, even if the exhaust temperature changes due to a disturbance such as a change in the outside air temperature, an accurate hydrocarbon treatment amount close to the actual state can be grasped and the timing of completion of the operation of the exhaust temperature raising means can be determined. The useless operation of the exhaust gas temperature raising means in the situation where the determination is appropriately made and all the hydrocarbons have already been oxidized is avoided.

更に、本発明をより具体的に実施するに際しては、例えば、パティキュレートフィルタの触媒床温度の代用値として排気温度を計測する温度センサを温度推定手段として採用すれば良い。   Furthermore, when more specifically implementing the present invention, for example, a temperature sensor that measures the exhaust gas temperature as a substitute value for the catalyst bed temperature of the particulate filter may be employed as the temperature estimating means.

また、エンジンの各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置を排気昇温手段として採用し、該燃料噴射装置に対し通常のアイドリング時より回転数を上げるべくメイン噴射の一回当たりの噴射量を増加し且つ該メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加する燃料噴射指令が昇温制御指令として制御装置から出力されるように構成することが可能である。   In addition, a fuel injection device that injects fuel into each cylinder of the engine is adopted as an exhaust temperature raising means, and the injection amount per main injection is set to the fuel injection device in order to increase the rotational speed from the normal idling. A fuel injection command that increases and adds after injection at a combustible timing immediately after the main injection can be output from the control device as a temperature increase control command.

このようにすれば、メイン噴射の一回当たりの噴射量が増加されて回転数が上げられることによりエネルギー投入量が増えて排気温度の上昇が図られ、しかも、アフタ噴射による燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりエンジンの熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の上昇が図られることになる。   In this way, the injection amount per injection of the main injection is increased and the rotational speed is increased, so that the amount of energy input is increased and the exhaust temperature is increased, and the fuel by the after injection is converted into the output. By burning at a difficult timing, the thermal efficiency of the engine is lowered, and the amount of heat not used for power among the calorific value of the fuel is increased, so that the exhaust temperature is raised.

また、斯かる燃料噴射装置を排気昇温手段として採用した場合には、排気流量を適宜に絞り込む排気絞り手段を排気昇温手段として併用することが好ましく、このようにすれば、前述したエンジン側における回転数の上昇とアフタ噴射の追加に併せて排気絞り手段により排気流量が絞り込まれる結果、その上流側の排気ガスが昇温されることで排気温度が上昇されると共に、排気抵抗が高まることにより気筒内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガスの残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガスを多く含む気筒内の空気が次の圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られることになる。   Further, when such a fuel injection device is employed as the exhaust gas temperature raising means, it is preferable to use an exhaust throttle means for appropriately reducing the exhaust flow rate as the exhaust gas temperature raising means. As a result of the exhaust flow rate being throttled by the exhaust throttling means in conjunction with the increase in the rotation speed and the addition of after injection, the exhaust gas temperature is raised by raising the temperature of the exhaust gas upstream, and the exhaust resistance is increased. This makes it difficult for the intake air having a relatively low temperature to flow into the cylinder, and the residual amount of the exhaust gas having a relatively high temperature increases. The exhaust gas temperature can be further increased by being compressed at the end of the explosion stroke.

上記した本発明の排気浄化装置によれば、実際の状態に近い正確な炭化水素処理量を把握できて、排気昇温手段の作動完了の時期を適切に判定することができるので、常に必要な作動時間だけで排気昇温手段による昇温制御を完了することができ、アイドリング時に昇温制御をかけることによる燃費の悪化を必要最小限に抑制することができるという優れた効果を奏し得る。   According to the exhaust purification apparatus of the present invention described above, an accurate hydrocarbon processing amount close to the actual state can be grasped, and the operation completion timing of the exhaust gas temperature raising means can be appropriately determined. The temperature raising control by the exhaust temperature raising means can be completed only by the operation time, and it is possible to obtain an excellent effect that the deterioration of fuel consumption due to the temperature raising control during idling can be suppressed to the necessary minimum.

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1〜図5は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における1はターボチャージャ2を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ3から導かれた吸気4が吸気管5を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された吸気4がインタークーラ6へと送られて冷却され、該インタークーラ6から更に吸気マニホールド7へと吸気4が導かれてディーゼルエンジン1の各気筒8(図1では直列6気筒の場合を例示している)に分配されるようになっている。   1 to 5 show an example of an embodiment for carrying out the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a diesel engine equipped with a turbocharger 2, and intake air 4 guided from an air cleaner 3 is an intake pipe 5. And the intake air 4 pressurized by the compressor 2a is sent to the intercooler 6 to be cooled, and the intake air 4 is further supplied from the intercooler 6 to the intake manifold 7. It is guided and distributed to each cylinder 8 of the diesel engine 1 (the case of in-line 6 cylinders is illustrated in FIG. 1).

更に、このディーゼルエンジン1の各気筒8から排出された排気ガス9は、排気マニホールド10を介しターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した排気ガス9が排気管11を介し車外へ排出されるようにしてある。   Further, the exhaust gas 9 discharged from each cylinder 8 of the diesel engine 1 is sent to the turbine 2b of the turbocharger 2 through the exhaust manifold 10, and the exhaust gas 9 that has driven the turbine 2b passes through the exhaust pipe 11. It is designed to be discharged outside the vehicle.

また、この排気管11の途中には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ12が装備されており、図2に拡大して示す如く、このパティキュレートフィルタ12は、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路12aの入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路12aについては、その出口が目封じされるようになっており、各流路12aを区画する多孔質薄壁12bを透過した排気ガス9のみが下流側へ排出されるようにしてある。   Further, in the middle of the exhaust pipe 11, a catalyst regeneration type particulate filter 12 that integrally carries an oxidation catalyst is equipped. As shown in an enlarged view in FIG. In addition, the porous honeycomb structure made of ceramic is used, and the inlets of the flow paths 12a partitioned in a lattice pattern are alternately sealed, and the outlets of the flow paths 12a that are not sealed are closed. Only the exhaust gas 9 that has passed through the porous thin wall 12b that partitions each flow path 12a is discharged to the downstream side.

更に、パティキュレートフィルタ12の直前位置には、該パティキュレートフィルタ12に捕集されるパティキュレートの燃焼除去を助勢するためのフロースルー型の酸化触媒13が配置されており、図3に拡大して示す如く、この酸化触媒13は、前後方向に開通する多数の流路13a(セル)がセル壁13bにより画定されたハニカム構造を有している。   Further, a flow-through type oxidation catalyst 13 for assisting combustion removal of the particulates collected by the particulate filter 12 is disposed immediately before the particulate filter 12, which is enlarged in FIG. As shown, the oxidation catalyst 13 has a honeycomb structure in which a large number of flow paths 13a (cells) opened in the front-rear direction are defined by cell walls 13b.

そして、この前段の酸化触媒13とパティキュレートフィルタ12との間には、前段の酸化触媒13を通過してパティキュレートフィルタ12に入る排気ガス9の温度を触媒床温度の代用値として計測する温度センサ14(パティキュレートフィルタ12の触媒床温度を推定する温度推定手段)が装備されており、該温度センサ14の温度信号14aがエンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置15に対し入力されるようになっている。   Between the upstream oxidation catalyst 13 and the particulate filter 12, a temperature at which the temperature of the exhaust gas 9 passing through the upstream oxidation catalyst 13 and entering the particulate filter 12 is measured as a substitute value of the catalyst bed temperature. A sensor 14 (temperature estimation means for estimating the catalyst bed temperature of the particulate filter 12) is provided, and a temperature signal 14a of the temperature sensor 14 is supplied to a control device 15 constituting an engine control computer (ECU: Electronic Control Unit). It is supposed to be entered.

この制御装置15は、エンジン制御コンピュータを兼ねていることから燃料の噴射に関する制御も担うようになっており、より具体的には、アクセル開度をディーゼルエンジン1の負荷として検出するアクセルセンサ16(負荷センサ)からのアクセル開度信号16aと、ディーゼルエンジン1の機関回転数を検出する回転センサ17からの回転数信号17aとに基づき、ディーゼルエンジン1の各気筒8に燃料を噴射する燃料噴射装置18に向け燃料噴射信号18aが出力されるようになっている。   Since this control device 15 also serves as an engine control computer, it is also responsible for control related to fuel injection. More specifically, the control device 15 detects an accelerator opening as a load of the diesel engine 1 ( A fuel injection device that injects fuel into each cylinder 8 of the diesel engine 1 based on an accelerator opening signal 16a from the load sensor) and a rotation speed signal 17a from the rotation sensor 17 that detects the engine rotation speed of the diesel engine 1. A fuel injection signal 18 a is output to the engine 18.

ここで、前記燃料噴射装置18は、各気筒8毎に装備される複数のインジェクタ19により構成されており、これら各インジェクタ19の電磁弁が前記燃料噴射信号18aにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量が適切に制御されるようになっている。   Here, the fuel injection device 18 is composed of a plurality of injectors 19 provided for each cylinder 8, and the electromagnetic valves of these injectors 19 are appropriately controlled to open by the fuel injection signal 18a. The injection timing and the injection amount are appropriately controlled.

また、吸気管5におけるエアクリーナ3とコンプレッサ2aとの間には、吸気4の温度を外気温度として計測する温度センサ20が装備されており、該温度センサ20の検出信号20aも前記制御装置15に対し入力されるようになっている。   Further, a temperature sensor 20 for measuring the temperature of the intake air 4 as an outside air temperature is provided between the air cleaner 3 and the compressor 2a in the intake pipe 5, and a detection signal 20a of the temperature sensor 20 is also sent to the control device 15. In contrast, it is input.

そして、前記制御装置15では、アクセル開度信号16a及び回転数信号17aに基づいて通常モードの燃料噴射信号18aが決定されるようになっている一方、後述するアイドリング判定手段によりアイドリング状態が確認されている条件下において、前記温度センサ20の検出温度に基づき待機時間A(図4参照:1〜2時間程度)を決定すると共に、前記温度センサ14の検出温度に基づき作動時間B(図4参照)を決定して間欠的に通常モードから昇温モードへの切り替えを行い、この昇温モードに切り替わった際には、図4に示す如く、通常のアイドリング時(約450rpm程度)より回転数を上げる制御(1000rpm程度)を実行するべく圧縮上死点(クランク角0゜)付近で行われていたメイン噴射の一回当たりの噴射量を増加すると共に、該メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加するような噴射パターンの燃料噴射信号18a(燃料噴射指令)が出力されるようになっている。   In the control device 15, the fuel injection signal 18a in the normal mode is determined based on the accelerator opening signal 16a and the rotation speed signal 17a, while the idling state is confirmed by the idling determination means described later. The standby time A (see FIG. 4: about 1 to 2 hours) is determined based on the temperature detected by the temperature sensor 20 and the operating time B (see FIG. 4) based on the temperature detected by the temperature sensor 14. ) Is intermittently switched from the normal mode to the temperature raising mode, and when switching to this temperature raising mode, as shown in FIG. 4, the rotational speed is increased from the normal idling time (about 450 rpm). Injection per main injection that was performed near the compression top dead center (crank angle 0 °) in order to execute the control to increase (approximately 1000 rpm) With increasing fuel injection signal 18a of the injection pattern to add after injection with combustible timing just after the main injection (fuel injection command) are outputted.

ここで、前記制御装置15においては、温度センサ14の検出温度に基づき作動時間Bを決定するにあたり、通常モードから昇温モードへの切り替わった後に、前記温度センサ14の検出温度に基づき温度帯ごとに設定されている単位時間当たりの炭化水素処理量が時々刻々積算され、その積算値が目標値以上となった時に昇温モードの終了(排気昇温手段の作動完了)が判定されて作動時間Bの決定が成されるようにしてある。   Here, in the control device 15, in determining the operation time B based on the temperature detected by the temperature sensor 14, after switching from the normal mode to the temperature raising mode, each temperature zone is determined based on the temperature detected by the temperature sensor 14. The amount of hydrocarbon treatment per unit time set in is accumulated every moment, and when the accumulated value exceeds the target value, the end of the temperature raising mode (completion of exhaust temperature raising means operation) is judged and the operation time The decision of B is made.

即ち、図5にグラフで示している通り、パティキュレートフィルタ12の触媒床温度に対する炭化水素の酸化処理の反応速度は予備実験等により予め把握しておくことができるので、温度センサ14の検出温度に応じて炭化水素の酸化処理の反応速度が制御マップ等から読み出されるようにしておけば、当該反応速度に演算周期を乗算することで演算周期内における炭化水素処理量が算出され、これを制御装置15内で演算する度に前回値に積算していくことで炭化水素処理量の積算値が得られることになる。   That is, as shown in the graph of FIG. 5, the reaction rate of the hydrocarbon oxidation treatment with respect to the catalyst bed temperature of the particulate filter 12 can be grasped in advance by a preliminary experiment or the like. If the reaction rate of the hydrocarbon oxidation treatment is read out from the control map or the like according to the above, the hydrocarbon treatment amount within the calculation cycle is calculated by multiplying the reaction rate by the calculation cycle, and this is controlled. By integrating the previous value every time the calculation is performed in the apparatus 15, an integrated value of the hydrocarbon treatment amount can be obtained.

更に、パティキュレートフィルタ12より上流側の適宜位置には、排気管11の流路を適宜な開度に絞り込む開度調整可能な排気ブレーキ21が装備されており、該排気ブレーキ21は、制御装置15からの開度指令信号21aにより開閉制御されるようになっているが、本形態例においては、制御装置15にて昇温モードが選択された際に、排気ブレーキ21に対し本来の作動から独立した別の作動を指令し、後述する如き排気温度を上げるための排気絞り手段として排気ブレーキ21を活用できるようにしてある。   Furthermore, an exhaust brake 21 whose opening degree can be adjusted to restrict the flow path of the exhaust pipe 11 to an appropriate opening degree is provided at an appropriate position upstream of the particulate filter 12, and the exhaust brake 21 is provided with a control device. However, in this embodiment, when the temperature raising mode is selected by the control device 15, the exhaust brake 21 is initially operated. The exhaust brake 21 can be used as an exhaust throttle means for instructing another independent operation and raising the exhaust temperature as will be described later.

ここで、前述した制御装置15には、先に説明した各温度センサ14,20、アクセルセンサ16、回転センサ17のほか、ギヤ位置がニュートラルポジションにあることを検出するニュートラルスイッチ22、サイドブレーキが引かれていることを検出するサイドブレーキスイッチ23、車速を検出する車速センサ24の夫々からの検出信号22a,23a及び車速信号24aが入力されるようになっており、これらの信号に基づき車両がアイドリング状態にあるか否かが判定され、アイドリング状態が前記待機時間Aを超えたことが確認された時に間欠的に通常モードから昇温モードへの切り替わりが実行されるようになっている。   Here, in addition to the temperature sensors 14 and 20, the accelerator sensor 16, and the rotation sensor 17 described above, the control device 15 described above includes a neutral switch 22 that detects that the gear position is in the neutral position, and a side brake. Detection signals 22a and 23a and a vehicle speed signal 24a are input from the side brake switch 23 for detecting the pulling and the vehicle speed sensor 24 for detecting the vehicle speed, and the vehicle is operated based on these signals. It is determined whether or not the vehicle is in the idling state, and when it is confirmed that the idling state has exceeded the waiting time A, the switching from the normal mode to the temperature raising mode is executed intermittently.

より具体的には、回転センサ17により比較的低い所定の回転数域であることが確認され、アクセルセンサ16によりアクセルオフ(負荷が零)が確認され、ニュートラルスイッチ22によりギヤ位置がニュートラルポジションにあることが確認され、サイドブレーキスイッチ23によりサイドブレーキが引かれていることが確認され、車速センサ24により車速が零であることが確認された時に現在の運転状態がアイドリング状態にあると制御装置15で判定されるようになっている。   More specifically, the rotation sensor 17 confirms that the engine speed is within a relatively low predetermined rotational speed range, the accelerator sensor 16 confirms that the accelerator is off (load is zero), and the neutral switch 22 changes the gear position to the neutral position. If it is confirmed that there is a side brake applied by the side brake switch 23 and the vehicle speed sensor 24 confirms that the vehicle speed is zero, the control device determines that the current driving state is in the idling state. 15 is determined.

ここで、アイドリング状態の判定にあたっては、これらのセンサ類やスイッチ類からの信号を必ずしも全て必要とするわけではなく、少なくとも回転センサ17と、アクセルセンサ16,ニュートラルスイッチ22,サイドブレーキスイッチ23,車速センサ24の何れか一つ以上との組み合わせによりアイドリング判定手段を構成することが可能である。   Here, the determination of the idling state does not necessarily require all signals from these sensors and switches, but at least the rotation sensor 17, the accelerator sensor 16, the neutral switch 22, the side brake switch 23, the vehicle speed. It is possible to configure the idling determination means by combining with any one or more of the sensors 24.

而して、このような制御装置15により本形態例の運転制御を行えば、回転センサ17,アクセルセンサ16,ニュートラルスイッチ22,サイドブレーキスイッチ23,車速センサ24から成るアイドリング判定手段によりアイドリング状態が確認されている条件下で、前記温度センサ20の検出温度に基づいて決定された待機時間Aで制御装置15が通常モードから昇温モードへ切り替わり、制御装置15から燃料噴射装置18に向けメイン噴射の一回当たりの噴射量を増加し且つ該メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加するような噴射パターンの燃料噴射信号18a(燃料噴射指令)が出力される。   Thus, when the operation control of this embodiment is performed by such a control device 15, the idling state is determined by the idling determination means comprising the rotation sensor 17, the accelerator sensor 16, the neutral switch 22, the side brake switch 23, and the vehicle speed sensor 24. Under the confirmed conditions, the control device 15 switches from the normal mode to the temperature raising mode at the standby time A determined based on the temperature detected by the temperature sensor 20, and main injection from the control device 15 to the fuel injection device 18 is performed. A fuel injection signal 18a (fuel injection command) having an injection pattern that increases the injection amount per time and adds after injection at a combustible timing immediately after the main injection is output.

この結果、メイン噴射の一回当たりの噴射量が増加されることによりエネルギー投入量が増えて排気温度の上昇が図られ、しかも、アフタ噴射による燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン1の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の上昇が図られることになる。   As a result, by increasing the injection amount per main injection, the amount of energy input increases, the exhaust temperature rises, and the fuel from after injection burns at a timing that is difficult to convert to output. The thermal efficiency of the diesel engine 1 decreases, the amount of heat not used for power out of the calorific value of the fuel increases, and the exhaust temperature increases.

また、特に本形態例では、排気流量を適宜に絞り込む排気絞り手段を成す排気ブレーキ21を排気昇温手段として併用しているので、前述したディーゼルエンジン1側における回転数の上昇とアフタ噴射の追加に合わせて排気ブレーキ21で排気流量が絞り込まれ、その上流側の排気ガス9が昇温されることで排気温度が上昇されると共に、排気抵抗が高まることにより気筒内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガス9の残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガス9を多く含む気筒内の空気が次の圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られることになる。   In particular, in the present embodiment, the exhaust brake 21 that constitutes an exhaust throttle means for appropriately reducing the exhaust flow rate is used in combination as the exhaust temperature raising means. Therefore, the increase in the rotational speed on the diesel engine 1 side and the addition of after-injection are performed. Accordingly, the exhaust gas flow rate is narrowed by the exhaust brake 21 and the exhaust gas 9 on the upstream side is heated to raise the exhaust gas temperature. And the residual amount of the exhaust gas 9 having a relatively high temperature increases, and the air in the cylinder containing a large amount of the exhaust gas 9 having a relatively high temperature is compressed in the next compression stroke to reach an explosion stroke. In this way, the exhaust gas temperature can be further increased.

そして、通常モードから昇温モードへの切り替わりが成された後に、前記温度センサ14の検出温度に基づき温度帯ごとに設定されている単位時間当たりの炭化水素処理量が時々刻々積算され、その積算値が目標値以上となった時に昇温モードの終了(排気昇温手段の作動完了)が判定されることになり、これによって、外気温度の変化等の外乱により排気温度が変化しても、その影響を受けることなく、実際の状態に近い正確な炭化水素処理量が把握されて昇温モードの終了の時期が適切に判定され、既に炭化水素が全て酸化処理され尽くしている状況下での無駄な昇温モードの継続が回避されることになる。   Then, after switching from the normal mode to the temperature raising mode, the hydrocarbon treatment amount per unit time set for each temperature zone based on the temperature detected by the temperature sensor 14 is accumulated from moment to moment. When the value exceeds the target value, the end of the temperature raising mode (completion of the operation of the exhaust temperature raising means) will be determined, and even if the exhaust temperature changes due to a disturbance such as a change in the outside air temperature, Without being affected, the exact amount of hydrocarbon treatment close to the actual state is grasped, the timing of termination of the heating mode is properly judged, and all hydrocarbons have already been oxidized. Continuation of the useless temperature increase mode is avoided.

従って、上記形態例によれば、実際の状態に近い正確な炭化水素処理量を把握できて、昇温モードの終了の時期を適切に判定することができるので、常に必要な作動時間だけでアイドリング回転数の増加やアフタ噴射の追加等による昇温制御を完了することができ、アイドリング時に昇温制御をかけることによる燃費の悪化を必要最小限に抑制することができる。   Therefore, according to the above embodiment, the accurate hydrocarbon processing amount close to the actual state can be grasped, and the end timing of the temperature raising mode can be appropriately determined. Temperature increase control by increasing the number of revolutions or adding after-injection can be completed, and deterioration of fuel consumption due to temperature increase control during idling can be suppressed to a necessary minimum.

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、排気昇温手段には図示する例以外の構成を採用しても良いこと、また、温度推定手段として触媒床温度の代用値として排気温度を計測する温度センサを採用する以外に、吸気温度やエンジン回転数や負荷等に基づき現在の運転状態におけるパティキュレートフィルタの触媒床温度を演算処理により算出して推定するようにしても良いこと、また、排気絞り手段を排気ブレーキとは別に設けても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the exhaust gas temperature raising means may adopt a configuration other than the example shown in the figure, and the temperature estimation means may be a catalyst. In addition to adopting a temperature sensor that measures the exhaust temperature as a substitute value for the bed temperature, the catalyst bed temperature of the particulate filter in the current operating state is calculated and estimated based on the intake air temperature, engine speed, load, etc. Of course, the exhaust throttling means may be provided separately from the exhaust brake, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the form which implements this invention. 図1のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of the particulate filter of FIG. 図1の酸化触媒の詳細を一部を切り欠いて示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the details of the oxidation catalyst of FIG. 図1の制御装置による回転数制御のパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the pattern of the rotation speed control by the control apparatus of FIG. 触媒床温度と反応速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a catalyst bed temperature and reaction rate.

符号の説明Explanation of symbols

1 ディーゼルエンジン(エンジン)
9 排気ガス
11 排気管
12 パティキュレートフィルタ
14 温度センサ(温度推定手段)
14a 温度信号
15 制御装置
18 燃料噴射装置(排気昇温手段)
21 排気ブレーキ(排気絞り手段:排気昇温手段)
1 Diesel engine (engine)
9 exhaust gas 11 exhaust pipe 12 particulate filter 14 temperature sensor (temperature estimation means)
14a Temperature signal 15 Control device 18 Fuel injection device (exhaust temperature raising means)
21 Exhaust brake (exhaust throttle means: exhaust temperature raising means)

Claims (4)

排気管の途中に装備された触媒再生型のパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより上流側で排気ガスを所定温度以上に昇温する排気昇温手段と、アイドリング状態の継続が所要の待機時間以上続いた時に前記排気昇温手段を所要の作動時間だけ作動せしめる制御装置とを備えた排気浄化装置であって、外気温度を検出する温度センサと、パティキュレートフィルタの触媒床温度を推定する温度推定手段を備え、前記温度センサの検出温度に基づき待機時間を決定すると共に、前記排気昇温手段の作動後に前記温度推定手段の推定温度に基づき温度帯ごとに設定されている単位時間当たりの炭化水素処理量を時々刻々積算し且つその積算値が目標値以上となった時に前記排気昇温手段の作動完了を判定して作動時間を決定するように前記制御装置を構成したことを特徴とする排気浄化装置。 A catalyst regeneration type particulate filter installed in the middle of the exhaust pipe, an exhaust temperature raising means for raising the exhaust gas temperature to a predetermined temperature or more upstream from the particulate filter, and a standby time required to continue idling An exhaust purification device comprising a control device that operates the exhaust temperature raising means for a required operating time when it continues as described above, a temperature sensor that detects the outside air temperature, and a temperature that estimates the catalyst bed temperature of the particulate filter And a standby time is determined based on the temperature detected by the temperature sensor, and after the operation of the exhaust gas temperature raising means, per unit time set for each temperature zone based on the estimated temperature of the temperature estimation means determine the operating time momentarily cumulated and the integrated value of hydrocarbon processing amount to determine the operation completion of the exhaust gas temperature increasing means when a higher target value The controller exhaust gas purification apparatus characterized by being configured to to. パティキュレートフィルタの触媒床温度の代用値として排気温度を計測する温度センサを温度推定手段として採用したことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 1, wherein a temperature sensor that measures the exhaust gas temperature as a substitute value for the catalyst bed temperature of the particulate filter is employed as the temperature estimating means. エンジンの各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置を排気昇温手段として採用し、該燃料噴射装置に対し通常のアイドリング時より回転数を上げるべくメイン噴射の一回当たりの噴射量を増加し且つ該メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加する燃料噴射指令が昇温制御指令として制御装置から出力されるように構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の排気浄化装置。   A fuel injection device that injects fuel into each cylinder of the engine is adopted as an exhaust temperature raising means, and the injection amount per main injection is increased with respect to the fuel injection device in order to increase the number of revolutions from the time of normal idling. The exhaust gas purification command according to claim 1 or 2, wherein a fuel injection command for adding after-injection at a combustible timing immediately after the main injection is output from the control device as a temperature increase control command. apparatus. 排気流量を適宜に絞り込む排気絞り手段を排気昇温手段として併用したことを特徴とする請求項3に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 3, wherein an exhaust throttle means for appropriately reducing an exhaust flow rate is used in combination as an exhaust temperature raising means.
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