WO2014080877A1 - 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 - Google Patents

排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention reduces the total PM emission to the atmosphere by suppressing the PM slipping immediately after the PM re-combustion in the forced regeneration process for the DPF.
  • the present invention relates to an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method that can be performed.
  • a DPF diesel particulate filter
  • the exhaust gas purification system is used.
  • the DPF is periodically heated to perform a forced regeneration process in which the collected PM is reburned to reduce the amount of PM discharged into the atmosphere.
  • the amount of PM discharged into the atmosphere is set to a level of about 1/100.
  • PM is collected on the wall surface when passing through the wall surface that partitions the cells, but large particulate PM does not pass through the wall surface, and the front side (upstream side) of the wall surface.
  • the collection efficiency for PM is improved.
  • the surface cake filtration layer is burned away due to PM recombustion in the forced regeneration process of the DPF, PM slipping (blow-off) in which the PM collection efficiency temporarily decreases occurs. As a result, PM will pass through the DPF without being collected by the DPF, and the amount of PM discharged into the atmosphere temporarily increases.
  • the present inventor uses an exhaust gas apparatus in which a DPF is provided in an exhaust gas flow path of an internal combustion engine as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-149357, for example.
  • a DPF is provided in an exhaust gas flow path of an internal combustion engine as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-149357, for example.
  • the post-injection performed by forced regeneration of the DPF, the PM concentration detected downstream of the DPF exceeds a predetermined value
  • the post-injection is prohibited and the forced regeneration of the DPF is terminated, thereby suppressing the temporary increase in the amount of PM released into the atmosphere due to the post-injection.
  • a DPF regenerator that aims to achieve this is proposed.
  • the PM generated due to the post injection performed for the DPF forced regeneration process is made PM by matching the time when the DPF blow-off occurs and the end of the post-injection of the DPF forced regeneration process. Is prevented from being discharged into the atmosphere at the time of blow-off immediately after re-burning, thereby preventing an increase in the amount of PM emission into the atmosphere.
  • the present inventor proposes the amount of PM generated by post-injection when a PM slip-through phenomenon occurs by matching the timing of ending the post-injection performed in the DPF forced regeneration process proposed by the DPF device at the end of PM re-combustion.
  • the knowledge that it is necessary to actively prevent the increase in PM emissions into the atmosphere after the end of PM recombustion in the forced regeneration process of DPF As a result, the inventors have arrived at the present invention.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is an exhaust gas purification system in which a DPF is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, immediately after PM recombustion in a forced regeneration process for the DPF.
  • a DPF is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, immediately after PM recombustion in a forced regeneration process for the DPF.
  • the total amount of PM discharged into the atmosphere immediately after PM recombustion in the forced regeneration process of the DPF can be reduced. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method that can reduce the total amount of exhaust gas.
  • an exhaust gas purification system comprises an exhaust gas purification system in which a DPF is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a surface layer immediately after PM recombustion in a forced regeneration process for the DPF.
  • the cake filtration layer formation promotion control or the PM generation amount reduction control is configured to be temporarily performed.
  • the term “temporary” refers to a period related to a period in which a phenomenon (blow-off) in which the amount of PM emission into the atmosphere temporarily increases (blow-off), and for a preset time (for example, 5 minutes).
  • the PM slip-through amount is less than or equal to the preset amount until the PM collection efficiency becomes equal to or higher than the preset rate until the PM cumulative collection amount becomes equal to or greater than the preset amount. Until the PM slipping rate becomes equal to or lower than a preset value, the temporary period can be adopted.
  • the wall surface of the DPF immediately after the PM re-combustion in the forced regeneration process is performed by the surface cake filtration layer formation promotion control that increases the PM generation amount from the normal operation within the period in which this phenomenon occurs.
  • the surface cake filtration layer formation promotion control that increases the PM generation amount from the normal operation within the period in which this phenomenon occurs.
  • the DPF by reducing the amount of PM generated from the internal combustion engine for a temporary period until the surface cake filtration layer grows by PM generation amount reduction control that reduces the amount of PM generated from that during normal operation, the DPF The amount of PM flowing in can be reduced, the amount of DPF slip-through can be reduced, and the total amount of PM discharged into the atmosphere can be reduced.
  • the surface cake filtration layer formation promotion control is controlled by increasing the amount of PM generated by increasing the EGR rate, or by retard control for retarding the fuel injection timing in the cylinder fuel injection, or in the cylinder If it is configured to be any one of air-fuel ratio rich control that makes the air-fuel ratio rich in fuel injection, the following effects can be obtained.
  • the retard control for retarding the fuel injection timing in the in-cylinder fuel injection and the air-fuel ratio rich control (rich spike control or the like) for making the air-fuel ratio rich in the in-cylinder fuel injection, the HC in the exhaust gas is controlled by these controls. Since the component (hydrocarbon component) is increased and HC is attached to the PM to increase the particle size and can be easily collected on the wall surface of the DPF, this facilitates the formation of the surface cake filtration layer. be able to.
  • the DPF temperature is monitored, and the HC does not evaporate and does not enter a gas phase, but easily adheres to the PM. More preferably, these controls are performed when the temperature is such that it can adhere to the wall surface of the DPF in the liquid phase.
  • the PM generation amount reduction control is configured to suppress the PM generation amount by reducing the EGR rate
  • the PM combustion amount suppression control by the EGR rate reduction causes the in-cylinder combustion temperature. To increase the amount of PM generated and decrease the amount of PM that passes through the DPF. Thereby, PM slip-through amount can be suppressed until the surface cake filtration layer is formed to some extent.
  • the retard control is performed, and the engine torque is set to the first setting.
  • the EGR rate increase control is performed when the engine torque is equal to or greater than a predetermined value and lower than a preset second set value, and the air-fuel ratio rich control is performed when the engine torque is equal to or greater than the second set value.
  • the PM generation amount which is the PM generation amount generated in the internal combustion engine
  • the PM generation amount reduction control is performed when the PM slipping amount, which is the amount of PM passing through the DPF, exceeds a preset PM slipping allowable amount.
  • the amount of PM generated which is the amount of PM generated in the internal combustion engine immediately after PM recombustion in the forced regeneration processing of the DPF, is converted into data based on the engine operating state of the internal combustion engine in advance to create a PM generation amount database.
  • the amount of PM passing through the DPF immediately after PM recombustion in the forced regeneration process of the DPF is preliminarily converted into data based on the PM collection efficiency based on the PM collection efficiency immediately after PM recombustion.
  • the PM collection efficiency database is created, the PM generation amount calculated by referring to the PM generation amount database from the engine operating state immediately after the forced regeneration process of the DPF, and the PM collection efficiency (the PM collection efficiency immediately before Calculate the PM trapped amount calculated from the accumulated trapped amount) and the PM trapped trapped amount that is the integrated value of this PM trapped amount, and subtract the PM trapped amount from this PM generated amount. It is preferable to calculate the PM slipping amount. With this configuration, it is possible to accurately calculate the PM slip-through amount based on a preset PM generation amount database and PM collection efficiency database.
  • the exhaust gas purification method of the present invention for achieving the above object is an exhaust gas purification method for purifying exhaust gas of an internal combustion engine with a DPF, in the surface layer cake immediately after PM recombustion in the forced regeneration process for the DPF. It is a method characterized by temporarily performing filtration layer formation promotion control or PM generation amount reduction control.
  • the surface cake filtration layer formation promotion control an increase control of the PM generation amount due to an increase in the EGR rate, or a retard control for retarding the fuel injection timing in the cylinder fuel injection, or in the cylinder Any one of air-fuel ratio rich control that makes the air-fuel ratio rich in fuel injection is performed.
  • the PM generation amount reduction control is performed by reducing the EGR rate as the PM generation amount reduction control.
  • the retard control when the engine torque of the internal combustion engine is lower than a preset first set value, the retard control is performed, and the engine torque is The EGR rate increase control is performed when it is equal to or greater than one set value and lower than a preset second set value, and the air-fuel ratio rich control is performed when the engine torque is equal to or greater than the second set value.
  • the PM generation amount which is the PM generation amount generated in the internal combustion engine, immediately after PM recombustion in the forced regeneration process of the DPF exceeds a preset PM generation allowable amount. If the PM slipping amount, which is the amount of PM passing through the DPF, exceeds a preset PM slipping allowable amount, the PM generation amount reduction control is performed.
  • the PM slipping amount immediately after the PM recombustion in the forced regeneration processing for the DPF Accelerates early re-formation and growth of the surface cake filtration layer on the DPF wall by temporarily controlling the formation of the surface cake filtration layer that increases the amount of PM generated against the PM slipping (blow-off) phenomenon that temporarily increases Or by reducing the amount of PM generated by the PM generation amount reduction control to reduce the amount of PM generated from the internal combustion engine for a temporary period until the surface cake filtration layer is re-formed and grows.
  • the amount of PM flowing into the DPF the total amount of PM discharged into the atmosphere immediately after PM re-combustion in the forced regeneration process of the DPF can be reduced. It is possible to reduce the total emissions of PM to the medium.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the control means of the exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a control flow of the exhaust gas purification method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing details of the control step S20 of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an engine outlet PM generation amount map during normal combustion.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an engine outlet PM generation amount map during the retard control.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an engine outlet PM generation amount map during EGR rate increase control.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the control means of the exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an engine outlet PM generation amount map during air-fuel ratio rich control.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a PM collection efficiency map.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a time series of the PM slip-through amount (Soot concentration) in the example and the conventional example.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a time series of the amount of PM slipping (Soot concentration at the DPF outlet) after forced regeneration of the DPF in the prior art.
  • an exhaust gas purification system 1 of this embodiment includes an intake passage 12 connected to an intake manifold 11a of an engine body 11 of an engine (internal combustion engine) 10, and an exhaust passage 13 connected to an exhaust manifold 11b. And an EGR passage 14 connecting the exhaust manifold 11b and the intake manifold 11a.
  • the intake passage 12 is provided with a compressor 15a, an intercooler 16 and an intake throttle (intake valve) 17 of a turbocharger (turbocharger) 15 in order from the upstream side. MAF), is supercharged by the compressor 15a, is further cooled by the intercooler 16, passes through the intake throttle 17 for adjusting the intake air amount, and is supplied to the intake manifold 11a.
  • MAF intake valve
  • MAF turbocharger
  • the exhaust passage 13 is provided with a turbine 15b of the turbocharger 15, an in-exhaust passage fuel injection valve 18, and an exhaust gas purification device 19 in order from the upstream side.
  • the exhaust gas purifying device 19 includes an upstream side oxidation catalyst (DOC: DeliesOxidation Catalyst) 19a and a downstream side DPF (Diesel Particulate Filter) 19b.
  • DOC upstream side oxidation catalyst
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • the fuel f is supplied into the exhaust gas G from the fuel injection valve 18 in the exhaust passage, the fuel f is oxidized by the oxidation catalyst 19a, and exhausted by the combustion heat of the fuel f.
  • the temperature of the gas G and DPF 19b is raised, and the PM collected in the DPF 19b is reburned.
  • the EGR passage 14 is provided with an EGR cooler 20 and an EGR valve 21 in order from the upstream side.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • an EGR gas Ge that is a part of the exhaust gas G is introduced from the exhaust manifold 11b. After this EGR gas Ge is cooled by the EGR cooler 20, it passes through an EGR valve 21 that adjusts the amount of EGR gas and is supplied to the intake manifold 11a.
  • the first exhaust gas temperature sensor 22 is provided upstream of the oxidation catalyst 19a
  • the second exhaust gas temperature sensor 23 is provided between the oxidation catalyst 19a and the DPF 19b for measuring the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the DPF 19b.
  • a pressure sensor 24 is provided, and these detection signals are input to a control device 30 called an engine control unit (ECU) that controls the operation of the engine 10 and the exhaust gas purification system 1.
  • the control device 30 receives detection signals from various sensors such as these sensors, other accelerator sensors, engine rotation sensors, cooling water sensors, and the like, and controls the intake throttle according to the operating conditions of the engine 10 and the state of the exhaust gas G. 17, controls the fuel injection valve 18 in the exhaust passage, the EGR valve 21 and the like.
  • the DPF 19b disposed in the exhaust passage 13 of the exhaust gas purification system 1 collects PM contained in the exhaust gas G flowing through the exhaust passage 13, but the amount of PM collected by the DPF 19b. As the pressure increases, the pressure loss in the DPF 19b increases, resulting in deterioration of fuel consumption, or the amount of PM passing through the DPF 19b exceeding the PM collection limit increases. When it is detected that the collected amount exceeds the allowable amount or the differential pressure across the DPF 19b exceeds the allowable amount, a forced regeneration process for reburning the collected PM is performed to regenerate the DPF 19b.
  • the control device 30 temporarily increases the amount of PM that passes through the DPF 19b immediately after the PM is reburned by the forced regeneration process of the PM in the DPF 19b.
  • the surface cake filtration layer formation promotion control or the PM generation amount reduction control is re-formed, As a means for performing temporarily until it grows to some extent, it is configured to include a slip-through amount suppressing means M30.
  • the slip-through amount suppression means M30 includes a PM reburning end detection means M31, a surface cake filtration layer formation promotion control means M32, a PM generation amount calculation means M33, a PM slip-through amount calculation means M34, a PM generation amount reduction control means M35, and a surface layer cake filtration. It has a layer re-forming detection means M36.
  • This PM recombustion end detection means M31 is a means for detecting whether or not PM recombustion by the forced regeneration process of PM in the DPF 19b has been completed.
  • the detection value ⁇ P of the differential pressure sensor 24 is set in advance. It is determined that PM reburning has ended when the value ⁇ Pc becomes smaller, or the PM concentration difference ⁇ Cpm before and after the DPF 19b and the PM collection efficiency ⁇ y calculated from this PM concentration difference ⁇ Cpm are set in advance. It is configured to determine that PM reburning has ended when it becomes smaller than ⁇ Cpm1 and ⁇ y1.
  • the surface cake filtration layer formation promotion control means M32 increases the amount of PM (PM generation amount) in the exhaust gas G at the outlet of the engine 10 to increase the amount of PM passing through the DPF 19b (HC or the like as a main component).
  • the surface cake filtration layer formation promoting control promotes the early formation and growth of the surface cake filtration layer on the wall surface of the DPF 19b immediately after the forced regeneration process. As a result, the PM slip-through amount Y is reduced, and the total amount of PM discharged into the atmosphere is reduced.
  • the PM slipping amount Y before the surface cake filtration layer formation increases, but since the surface cake filtration layer is formed early, the total amount of PM discharged to the outside air is Reduced from the prior art.
  • the surface cake filtration layer formation promotion control means M32 monitors the temperature of the DPF 19b, and retards the fuel injection timing in the cylinder fuel injection when the DPF temperature is equal to or lower than the preset temperature, and the EGR rate.
  • EGR rate increase control means M32b that increases the PM generation amount due to the increase, and air-fuel ratio rich control that makes the air-fuel ratio rich in in-cylinder fuel injection when the DPF temperature is equal to or lower than a preset temperature while monitoring the temperature of the DPF 19b
  • a means M32c is provided, and the PM amount (PM generation amount) X in the exhaust gas G at the outlet of the engine 10 is increased by performing any one of these means M32a, M32b, and M32c.
  • the cylinder internal combustion temperature, the exhaust gas temperature, and the DPF temperature are decreased by the EGR rate increase,
  • the formation of the surface cake filtration layer can be promoted by increasing the PM collection efficiency ⁇ y by the DPF 19b.
  • air-fuel ratio rich control rich spike control or the like that makes the air-fuel ratio rich in in-cylinder fuel injection when the DPF temperature is equal to or lower than a preset temperature.
  • the HC component in the exhaust gas G is increased at the DPF temperature so that the HC component in the exhaust gas G does not evaporate to become a gas phase state, and the HC in the liquid phase is added to the PM. Since the particle size can be increased by adhering and can be easily collected on the wall surface of the DPF 19b, the formation of the surface cake filtration layer can be promoted.
  • the PM is made to be easily trapped on the surface layer of the wall surface of the DPF 19b. Since PM particles that are easily collected on the wall surface and easily form a surface cake filtration layer are considered to be wet (wet) PM having a relatively large particle diameter to which HC or the like is adsorbed, if the temperature drops while monitoring the DPF temperature The injection timing is temporarily retarded or the air-fuel ratio is made rich by a temporary rich spike. As a result, the exhaust gas component having a large amount of HC component is used, so that HC is attached to PM to increase the particle size, thereby facilitating collection on the wall surface of the DPF 19b.
  • wet wet
  • any means that facilitates the collection of PM on the front side of the wall surface of the DPF 19b and promotes the formation of the surface cake filtration layer is adopted as the surface cake filtration layer formation promotion control. it can.
  • the PM generation amount calculation means M33 is a means for calculating the PM generation amount X generated at the outlet of the engine 10 immediately after the forced regeneration process of the DPF 19b, and the PM at the outlet of the engine 10, for example, the exhaust manifold 11b outlet, etc. Is generated in advance based on the engine operating state of the engine 10, a PM generation amount database is created, and the engine operating conditions immediately after the forced regeneration processing of the DPF 19b, for example, the engine speed and the engine torque ( Alternatively, the PM generation amount X is calculated from the in-cylinder fuel injection amount) with reference to the PM generation amount database. As a result, the PM generation amount can be accurately calculated based on a preset PM generation amount database.
  • FIG. 5 shows an engine outlet PM generation amount map during normal combustion
  • FIG. 6 shows an engine outlet PM generation amount map during retard control
  • FIG. 7 shows an engine outlet PM generation amount during EGR rate increase control
  • FIG. 8 shows an engine exit PM generation amount map during air-fuel ratio rich control.
  • These engine exit PM generation amount maps can be measured by changing the engine speed (engine speed) and fuel flow rate (equivalent to engine torque and load) in a bench test, etc., and measuring the PM amount at the engine exit. And can be created. That is, a map of PM engine exit generation amount X is created experimentally.
  • the PM slipping amount calculating means M34 is a means for calculating the PM amount passing through the DPF 19b, that is, the PM slipping amount Y.
  • This PM collection efficiency ⁇ y is databased in advance, and the relationship between the amount of PM collected by the DPF 19b (PM collection amount) and the ratio of the PM collection amount Z to the PM generation amount X (PM collection efficiency) ⁇ y Is used, for example, as a PM collection efficiency map as shown in FIG.
  • This PM collection efficiency map is also created based on the PM collection efficiency ⁇ Z in the DPF 19b by measuring the PM quantity before and after the DPF 19b and measuring the PM collection efficiency ⁇ y by a bench test or the like. That is, a correlation map between the PM accumulated collection amount ⁇ Z and the collection efficiency ⁇ y is created experimentally. This PM collection efficiency ⁇ y varies depending on the PM accumulated collection amount ⁇ Z.
  • the PM generation amount reduction control means M35 determines that the PM generation amount X exceeds the preset PM generation allowable amount Xc during the temporary period until the surface cake filtration layer grows, or the PM slipping amount Y is This is a means for performing control for reducing the PM generation amount X from the engine 10 when the preset PM slip-through allowance Yc is exceeded.
  • the PM generation amount reduction control employs the suppression control of the PM generation amount X due to the decrease in the EGR rate, and the suppression control of the PM generation amount X due to the decrease in the EGR rate causes the surface cake filtration layer to be re-formed and set in advance.
  • the in-cylinder combustion temperature is raised, the PM generation amount X is decreased, and the PM slipping amount Y, which is the amount of PM that passes through the DPF 19b, is decreased. This reduces the total amount of PM discharged into the atmosphere.
  • the emission amount of NOx is increased by the PM generation amount suppression control due to the decrease in the EGR rate, this can be dealt with by performing control such as increasing the reducing agent of the deNOx catalyst (for example, urea SCR catalyst) during this period.
  • the surface cake filtration layer re-forming detection means M36 is means for detecting that the surface cake filtration layer has been re-formed and has grown to a preset level, and the PM slip-through amount calculation means M34 calculates the PM slip-through amount Y.
  • the PM collection efficiency ⁇ y exceeds the preset PM collection return efficiency ⁇ yc, it is configured that the surface cake filtration layer is re-formed and detected to have grown to a preset level. Is done.
  • the slipping amount suppression means M30 does not exceed the PM generation allowable amount Xc set in advance by the PM generation amount X calculated by the PM generation amount calculation means M33, and the PM calculated by the PM generation amount reduction control means M35.
  • the surface cake filtration layer formation promotion control means M32 increases the retard control means M32a and the EGR rate according to the engine operating conditions, particularly the magnitude of the engine torque.
  • Exceeds the preset allowable PM generation amount Xc, or the PM slippage amount Y calculated by the PM slippage amount calculation means M34 is equal to the PM slippage. If it exceeds the dropout tolerance Yc, configured to perform PM generation amount reduces controlled by the PM generation amount reduces control unit M35.
  • the control flow of FIG. 3 is control for preventing deterioration of exhaust gas performance due to PM passing immediately after PM reburning of the DPF 19b.
  • the engine 10 starts operation, and the exhaust gas purification system 1 controls the forced regeneration of the DPF 19b.
  • the process is started, it is called from the upper control flow, starts, and after executing the steps of the control flow of FIGS.
  • step S11 it is determined by the PM recombustion end detection means M31 whether or not PM reburning has ended.
  • step S11 it is determined that PM re-combustion has ended when the detected value ⁇ P of the differential pressure sensor 24 becomes smaller than a preset set value ⁇ Pc, or the PM concentration difference ⁇ Cpm before and after the DPF 19b is It is determined that the PM reburning has ended when the PM collection efficiency ⁇ y calculated from the PM concentration difference ⁇ Cpm becomes smaller than preset values ⁇ Cpm1 and ⁇ y1.
  • step S11 If it is determined in this step S11 that PM reburning has not ended (NO), after a preset first set time (time related to the determination interval in step S11) ⁇ t1 has elapsed, step S11 Return to, and wait until PM reburning is complete. If it is determined in this step S11 that PM reburning has ended (YES), the process proceeds to the next step S12. Note that the end of the forced regeneration process of the DPF that accompanies the end of PM reburning is performed in the upper control flow.
  • a control start preparation work is performed.
  • counting of the elapsed time ta of the PM slip-through amount suppression control is started, the PM cumulative collection amount ⁇ Z is reset to zero, and the PM cumulative collection amount which is an integrated value of the PM collection amount Z Start integration of ⁇ Z. That is, the integrated value of the amount of collected PM starts to be counted immediately after PM reburning.
  • the PM generation amount calculation means M33 calculates the PM generation amount X generated in the engine operating state, and further calculates the PM slipping amount Y of the DPF 19b from the PM slipping amount calculation means M34.
  • the PM collection efficiency ⁇ y is obtained by referring to the PM collection efficiency map data based on the PM accumulated collection amount ⁇ Z, and the PM collection efficiency ⁇ y and the PM generation amount X are used to calculate the PM.
  • next step S13 it is determined whether or not the surface cake filtration layer formation promotion control is performed. That is, it is determined whether or not the control for early formation of the surface cake filtration layer can be performed. In other words, it is determined whether or not the PM generation amount X and the PM slip-through amount Y are within an allowable range. In this determination, the PM generation amount X calculated by the PM generation amount calculation means M33 does not exceed the preset PM generation allowable amount Xc (X ⁇ Xc), and is calculated by the PM slipping amount calculation means M34.
  • the promotion control means M32 carries out surface cake filtration layer formation promotion control for a preset second set time (time related to the determination interval in step S13) ⁇ t2, and goes to step S14. In other words, the early formation of the surface cake filtration layer is controlled.
  • the process proceeds to step S30, and the PM generation amount reduction control means M35 performs the PM generation amount reduction control for the second set time ⁇ t2, Go to step S14. That is, the EGR rate is temporarily lowered to reduce the PM slipping amount Y.
  • the range in which this PM generation amount reduction control is performed is, for example, the “PM deterioration region” indicated by the lower left hatching in the PM generation amount map during normal operation shown in FIG.
  • step S13 the control is started. If the same control as the previous control is selected, the control is continued as it is, and a control different from the previous control is selected. In this case, the control is switched to the newly selected control.
  • step S21 it is determined in step S21 whether or not the engine torque T of the engine 10 is lower than a preset first set value T1. If it is low, it is determined that the vehicle is in the low load range, and the process goes to step S23, where the retard control by the retard control means M32a is set in advance to the third set time (second set time, the determination interval of steps S21 and S20) For a period of time ⁇ t3, and goes to step S14 of the control flow of FIG. That is, while monitoring the temperature of the DPF 19b, the HC component in the exhaust gas G is increased by temporarily retarding the injection timing of the in-cylinder fuel injection after the temperature drops.
  • step S21 if the engine torque T is greater than or equal to the first set value T1, the process goes to step S22 to determine whether or not the engine torque T is lower than the preset second set value T2. If it is low, it is determined that the vehicle is in the middle load range, the process goes to step S24, EGR rate increase control by the EGR rate increase control means M32b is performed for the third set time ⁇ t3, and the process goes to step S14 in the control flow of FIG. . That is, the EGR rate is increased to slightly worsen the smoke and promote the growth of the surface cake filtration layer.
  • step S22 If it is determined in step S22 that the engine torque T is greater than or equal to the second set value T2, it is determined that the engine torque T is in the high load range, the process proceeds to step S25, and the air-fuel ratio rich control by the air-fuel ratio rich control means M32c is performed for the third set time ⁇ t3. And go to step S14 in the control flow of FIG. That is, while monitoring the temperature of the DPF 19b, the HC component in the exhaust gas G is increased by temporarily making the air-fuel ratio rich with a rich spike after the temperature drop.
  • control when any one is selected, other control is stopped and it does not implement simultaneously. Therefore, if a new control is selected in the determinations in steps S21 and S22, the control is started. If the same control as the previous control is selected, the control is continued as it is, and a control different from the previous control is selected. If so, the control is switched to the newly selected control.
  • step S14 of the control flow of FIG. 3 the PM generation amount X during the execution of step S20 or step S30, in other words, the PM generation generated by the surface cake filtration layer formation promotion control is performed by the PM generation amount calculation means M33.
  • An amount X or a PM generation amount X generated by the PM generation amount reduction control is calculated.
  • the PM collection efficiency calculating unit M34 refers to the PM collection efficiency map data based on the PM accumulated collection amount ⁇ Z, which is an integrated value of the PM collection amount Z from the start of counting the elapsed time ta, and collects PM.
  • next step S15 it is determined whether or not the surface cake filtration layer formation promotion control is finished. This determination is made based on whether the elapsed time ta has passed a preset set time tc and whether the surface cake filtration layer has been re-formed and grown to a preset level.
  • This set time tc is determined in advance so that the differential pressure across the DPF 19b is determined in advance so that the surface cake filtration layer formation promotion control or PM generation amount reduction control for suppressing the PM slip-through amount is limited to only a short time after PM reburning. Is set to be between 3 minutes and 7 minutes (preferably about 5 minutes).
  • step S15 the determination that the elapsed time ta has passed the preset time tc (t ⁇ tc), or the surface cake filtration layer re-forming detection means M36, the surface cake filtration layer is re-formed, If there is any of the determination that the PM collection efficiency ⁇ y has exceeded the preset PM collection return efficiency ⁇ yc, the surface cake filtration layer formation promotion control is determined to have been completed. YES), the process proceeds to the control end operation in step S16.
  • step S16 the elapsed time ta is reset, and the surface cake filtration layer formation promotion control or PM generation amount reduction control that has been performed until reaching this step S16 is ended.
  • the normal operation control is performed to perform EGR control and in-cylinder fuel injection timing control.
  • step S16 If the operation of the engine 10 is stopped in the middle of the control, the control jumps to step S16 even in the middle of the control due to the interruption, the control end work is finished, the control flow is returned to the upper control flow, and the upper control flow. At the end, the control flow of FIGS. 3 and 4 also ends.
  • the amount of PM passing through the DPF 19b (PM slipping amount) Y temporarily increases, and the amount of PM discharged into the atmosphere temporarily increases.
  • the surface cake filtration layer formation promotion control that increases the PM generation amount X from the normal operation immediately after the PM reburning in the forced regeneration process
  • the PM generation amount reduction control that increases the PM generation amount X from the normal operation
  • the PM generation amount increase control due to the EGR rate increase the retard control that retards the fuel injection timing in the cylinder fuel injection, or the cylinder fuel Any one of air-fuel ratio rich control that makes the air-fuel ratio rich in injection can be performed.
  • the PM generation amount X is increased by lowering the in-cylinder combustion temperature, the exhaust gas temperature, and the DPF temperature by increasing the EGR rate.
  • the formation of the surface cake filtration layer can be promoted by increasing the PM collection efficiency ⁇ y by the DPF 19b.
  • HC component hydrocarbon component
  • the PM generation amount suppression control by the EGR rate reduction can be performed as the PM generation amount reduction control. Therefore, by controlling the PM generation amount by reducing the EGR rate, the in-cylinder combustion temperature is raised, the PM generation amount is decreased, and the PM slipping amount Y that passes through the DPF 19b can be reduced. Thereby, PM slip-through amount Y can be suppressed until the surface cake filtration layer is formed to some extent.
  • the retard control when the engine torque T of the engine 10 is lower than the first preset value T1, the retard control is performed, and the engine torque T is set to the first preset value T1.
  • the EGR rate increase control can be performed.
  • the air-fuel ratio rich control can be performed.
  • the optimal surface cake filter layer formation promotion control can be selected according to the engine torque (engine output) T of the engine 10, the surface cake filter layer can be efficiently produced while reducing adverse effects on the engine torque T and exhaust gas performance. Formation can be promoted, and the total amount of PM discharged into the atmosphere can be reduced.
  • the PM generation amount reduction control can be performed when the PM slipping amount Y, which is the amount of PM passing through the DPF 19b, exceeds a preset PM slipping allowance amount Yc. Therefore, since the PM generation amount reduction control is performed based on the PM generation amount X or the PM slipping amount Y, the total amount of PM discharged into the atmosphere can be reliably reduced.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a time series of the PM slip-through amount Y in the embodiment of the present invention and the conventional example of the prior art.
  • the Soot concentration (PM slipping amount) at the DPF outlet of the “Example” in which the formation of the cake layer was promoted and the prior art The soot concentration at the outlet of the DPF is reduced to about one third of that of the conventional example, and in the example, the PM slip-through amount Y immediately after the forced regeneration processing of the DPF 19b is reduced to the outside air. It can be seen that the total amount of PM emissions can be reduced.
  • the PM recombustion of the forced regeneration process for the DPF 19b in the exhaust gas purification system 1 in which the DPF 19b is disposed in the exhaust passage 13 of the engine 10, the PM recombustion of the forced regeneration process for the DPF 19b.
  • the surface cake filtration layer on the wall surface of the DPF 19b is temporarily controlled by the surface cake filtration layer formation promotion control that increases the PM generation amount X against the PM slipping (blow-off) phenomenon in which the PM slipping amount Y temporarily increases.
  • the PM slipping amount immediately after the PM recombustion in the forced regeneration processing for the DPF in the exhaust gas purification system in which the DPF is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, the PM slipping amount immediately after the PM recombustion in the forced regeneration processing for the DPF.
  • the total amount of PM discharged into the atmosphere immediately after PM recombustion in the DPF forced regeneration process can be reduced. Since the total emission amount can be reduced, it can be used for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like.

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Abstract

　内燃機関１０の排気通路１３にＤＰＦ１９ｂを配設している排気ガス浄化システム１において、前記ＤＰＦ１９ｂに対する強制再生処理の直後に、表層ケーク濾過層形成促進制御、又は、ＰＭ発生量軽減制御を一時的に行う。これにより、内燃機関の排気通路にＤＰＦを配設している排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦに対する強制再生処理におけるＰＭ再燃焼直後のＰＭすり抜け量が一時的に増加するというＰＭすり抜け現象に対して、ＤＰＦの強制再生処理でのＰＭ再燃焼直後の大気中へのＰＭの排出総量を軽減して、大気中へのＰＭの排出総量を減少する排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供する。

Description

排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法
　本発明は、内燃機関の排気通路にＤＰＦを配設している排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦに対する強制再生処理におけるＰＭ再燃焼直後のＰＭすり抜けを抑制して大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
　内燃機関の排気通路より車外に排出される排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を除去するために、内燃機関の排気通路にＰＭを捕集するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）を配設している排気ガス浄化システムが用いられている。このＤＰＦではＰＭの捕集量の増加に伴い、ＤＰＦにおける圧力損失が増加して燃費の悪化が生じたり、ＰＭの捕集限界を超えてＤＰＦをすり抜けるＰＭ量が増加して排気性能が低下したりするため、定期的にＤＰＦを昇温して、捕集されたＰＭを再燃焼する強制再生処理を行って、大気中へ排出されるＰＭの量を減少している。このＤＰＦの採用により、大気中に排出されるＰＭの量を１／１００程度のレベルにしている。
　しかしながら、図１１に示すように、ＤＰＦにおいては、ＤＰＦの強制再生処理でＰＭが再燃焼した後に、ＰＭがＤＰＦを通過してしまう「ＰＭすり抜け（煤ブレークスルー）」により、大気中へのＰＭ排出量が一時的に増加する（図１１でＤＰＦ出口のＳｏｏt濃度が上昇する）という現象が発生するという問題がある。この現象は次のようにして発生すると考えられている。
　例えば、ウォ－ルフロータイプのＤＰＦにおいては、ＰＭはセル間を仕切る壁面を通過する際に壁面に捕集されるが、大きめの微粒子のＰＭは壁面を通過しないで壁面の前側（上流側）に付着して表層ケーク濾過層を生成する。この表層ケーク濾過層の生成により圧力損失はある程度上昇するが、同時に、ＰＭに対する捕集効率も向上する。しかし、この表層ケーク濾過層は、ＤＰＦの強制再生処理におけるＰＭの再燃焼により燃焼して無くなるので、ＰＭの捕集効率が一時的に低下するＰＭすり抜け（ブローオフ）が発生する。その結果、ＰＭがＤＰＦで捕集されずにＤＰＦをすり抜けてしまうことになり、一時的に大気中へのＰＭ排出量が増加する。
　なお、その後、強制再生処理で昇温したＤＰＦの温度が低下してくると、再び、ＤＰＦにＰＭが捕集されて、壁面の前側に表層ケーク濾過層が再形成され、その成長に伴ってＰＭの捕集効率が上昇するので、ＰＭすり抜け量が減少し、大気中へのＰＭ排出量も減少する。
　このＰＭすり抜けによる大気中へのＰＭ排出量の一時的な増加によるＰＭ浄化の悪化度合いは目に見える程では無いが、排気ガス性能の認証時に申請する劣化係数であるＫ-ファクターの悪化等を招くので、これへの対策が必要となる。
　この対策の一つとして、本発明者は、例えば、日本出願の特開２０１１－１４９３５７号公報に記載されているように、内燃機関の排気ガス流路にＤＰＦを設けた排気ガス装置で、ＤＰＦ再生直後のＰＭ捕集効率の低下（ブローオフ）によるＰＭがＤＰＦをすり抜ける煤ブレークスルーを低減するために、ＤＰＦの強制再生で行うポスト噴射を、ＤＰＦの下流で検出されるＰＭ濃度が所定値以上になり、ＤＰＦのブローオフが発生した時点でポスト噴射を禁止して、ＤＰＦの強制再生を終了させて、これにより、ポスト噴射に起因するＰＭの大気中への排出量の一時的な増加の抑止を図った、ＤＰＦ再生装置を提案している。
　このＤＰＦ再生装置では、ＤＰＦのブローオフの発生時とＤＰＦの強制再生処理のポスト噴射の終了時を一致させることで、ＤＰＦの強制再生処理のために行うポスト噴射に起因して発生するＰＭがＰＭの再燃焼直後のブローオフ時に大気中へ排出されるのを防止して、大気中へのＰＭ排出量の増加の抑止を図っている。
日本出願の特開２０１１－１４９３５７号公報
　本発明者は、このＤＰＦ装置で提案した、ＤＰＦの強制再生処理で行うポスト噴射を終了する時期をＰＭの再燃焼終了時に合わせることで、ＰＭすり抜け現象発生時のポスト噴射によって発生するＰＭ量をなくすという消極的な対処方法だけでなく、さらに、ＤＰＦの強制再生処理のＰＭ再燃焼終了後における、大気中へのＰＭ排出量の増加の抑止を積極的に図ることが必要であるとの知見を得て、本発明者は本発明に想到した。
　本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路にＤＰＦを配設している排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦに対する強制再生処理におけるＰＭ再燃焼直後のＰＭすり抜け量が一時的に増加するというＰＭすり抜け現象に対して、ＤＰＦの強制再生処理でのＰＭ再燃焼直後の大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができて、大気中へのＰＭの排出総量を減少することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
　上記の目的を達成するための本発明による排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路にＤＰＦを配設している排気ガス浄化システムにおいて、前記ＤＰＦに対する強制再生処理のＰＭ再燃焼直後に、表層ケーク濾過層形成促進制御、又は、ＰＭ発生量軽減制御を一時的に行うように構成される。
　なお、この一時的とは、大気中へのＰＭ排出量が一時的に増加する現象（ブローオフ）が発生している期間に関係する間であり、予め設定した時間（例えば５分間等）の間、ＰＭ累積捕集量が予め設定した量以上になるような値になるまでの間、ＰＭ捕集効率が予め設定した率以上になるまでの間、ＰＭすり抜け量が予め設定した量以下になるまでの間、ＰＭすり抜け率が予め設定した値以下になるまでの間などをこの一時的の期間として採用することができる。
　この構成によれば、ＤＰＦにおけるＰＭの強制再生処理によるＰＭの再燃焼の直後に、ＤＰＦを通過するＰＭの量が一時的に増加して、大気中へのＰＭ排出量が一時的に増加する現象（ブローオフ）に対して、この現象が発生している期間内で、通常運転時よりＰＭ発生量を増加させる表層ケーク濾過層形成促進制御により、強制再生処理のＰＭ再燃焼直後のＤＰＦの壁面に対して、表層ケーク濾過層の早期形成と成長を促進させることで、ＰＭすり抜け量を減少させ、大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができる。
　又は、通常運転時よりＰＭ発生量を減少させるＰＭ発生量軽減制御により、表層ケーク濾過層が成長するまでの一時的な期間の間、内燃機関からのＰＭ発生量を軽減することにより、ＤＰＦに流入するＰＭ量を減少して、ＤＰＦすり抜け量を減少させ、大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができる。
　上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記表層ケーク濾過層形成促進制御が、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量の増加制御、又は、シリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御、又は、シリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御の何れかの制御であるように構成すると、次のような効果を奏することができる。
　つまり、この構成にすると、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量の増加制御の場合には、ＥＧＲ率上昇により、シリンダ内燃焼温度を低下させて、Ｓｏｏｔ生成量の僅かな増加と、ＨＣ濃度を増加させてＳｏｏｔ粒子へ吸着させ、粒子径を拡大することにより、表層ケーク濾過層の形成を促進することができる。
　また、シリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御と、シリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御（リッチスパイク制御等）では、これらの制御により排気ガス中のＨＣ成分(炭化水素成分)を多くして、ＰＭにＨＣを付着させて粒子径を大きくし、ＤＰＦの壁面に捕集され易くすることができるので、これにより、表層ケーク濾過層の形成を促進することができる。
　なお、リタード制御と空燃比リッチ制御では、表層ケーク濾過層の形成を促進する効果を高めるため、ＤＰＦ温度をモニターして、ＨＣが蒸発して気相状態にならずに、ＰＭに付着し易い液相状態のままＤＰＦの壁面に付着できる温度のときにこれらの制御を行うように構成することがより好ましい。
　上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記ＰＭ発生量軽減制御が、ＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量の抑制制御であるように構成すると、このＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量の抑制制御により、シリンダ内燃焼温度を上昇させて、ＰＭ発生量を減少し、ＤＰＦをすり抜けるＰＭの量を減少できる。これにより、表層ケーク濾過層がある程度形成されるまで、ＰＭすり抜け量を抑制できる。
　上記の排気ガス浄化システムで、前記表層ケーク濾過層形成促進制御において、前記内燃機関のエンジントルクが予め設定した第１設定値より低い場合は前記リタード制御を行い、前記エンジントルクが前記第１設定値以上でかつ予め設定した第２設定値より低い場合は前記ＥＧＲ率上昇制御を行い、前記エンジントルクが前記第２設定値以上である場合は前記空燃比リッチ制御を行うよう構成する。この構成にすると、内燃機関のエンジントルク（エンジン出力）に応じて、最適な表層ケーク濾過層形成促進制御を選択できるので、エンジントルクや排ガス性能への悪影響を少なくしながら、効率よく表層ケーク濾過層の形成を促進でき、大気中へのＰＭの排出総量を軽減できる。
　上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記ＤＰＦの強制再生処理のＰＭ再燃焼直後で、前記内燃機関で発生するＰＭの発生量であるＰＭ発生量が、予め設定されたＰＭ発生許容量を超えた場合、又は、前記ＤＰＦを通過するＰＭの量であるＰＭすり抜け量が、予め設定されたＰＭすり抜け許容量を超えた場合に、前記ＰＭ発生量軽減制御を行うように構成する。この構成にすると、ＰＭ発生量又はＰＭすり抜け量に基づいてＰＭ発生量軽減制御を行うので、確実に大気中へのＰＭの排出総量を軽減できる。
　このＤＰＦの強制再生処理のＰＭ再燃焼直後の内燃機関で発生するＰＭの発生量であるＰＭ発生量は、前記内燃機関のエンジン運転状態をベースに予めデータ化してＰＭ発生量データベースを作成しておき、前記ＤＰＦの強制再生処理の直後のエンジン運転状態から前記ＰＭ発生量データベースを参照して算出することが好ましい。この構成にすると、予め設定されたＰＭ発生量データベースを基にＰＭ発生量を精度よく算出できる。
　また、このＤＰＦの強制再生処理のＰＭ再燃焼直後の前記ＤＰＦを通過するＰＭの量であるＰＭすり抜け量は、ＰＭ再燃焼直後からのＰＭ捕集効率をＰＭ累積捕集量ベースに予めデータ化してＰＭ捕集効率データベースを作成しておき、前記ＤＰＦの強制再生処理の直後のエンジン運転状態から前記ＰＭ発生量データベースを参照して算出されたＰＭ発生量と、ＰＭ捕集効率（直前のＰＭ累積捕集量から導かれる）から算出されたＰＭ捕集量と、このＰＭ捕集量の積算値であるＰＭ累積捕集量を算出し、このＰＭ発生量からＰＭ捕集量を引き算してＰＭすり抜け量を算出することが好ましい。この構成にすると、予め設定されたＰＭ発生量データベース、ＰＭ捕集効率データベースを基にＰＭすり抜け量を精度よく算出できる。
　そして、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気ガスをＤＰＦで浄化する排気ガス浄化方法において、前記ＤＰＦに対する強制再生処理のＰＭ再燃焼直後に、表層ケーク濾過層形成促進制御、又は、ＰＭ発生量軽減制御を一時的に行うことを特徴とする方法である。
　上記の排気ガス浄化方法において、前記表層ケーク濾過層形成促進制御として、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量の増加制御、又は、シリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御、又は、シリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御の何れかの制御を行う。
　また、上記の排気ガス浄化方法において、前記ＰＭ発生量軽減制御として、ＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量の抑制制御を行う。
　更に、上記の排気ガス浄化方法で、前記表層ケーク濾過層形成促進制御において、前記内燃機関のエンジントルクが予め設定した第１設定値より低い場合は前記リタード制御を行い、前記エンジントルクが前記第１設定値以上でかつ予め設定した第２設定値より低い場合は前記ＥＧＲ率上昇制御を行い、前記エンジントルクが前記第２設定値以上である場合は前記空燃比リッチ制御を行う。
　また、上記の排気ガス浄化方法において、前記ＤＰＦの強制再生処理のＰＭ再燃焼直後で、前記内燃機関で発生するＰＭの発生量であるＰＭ発生量が、予め設定されたＰＭ発生許容量を超えた場合、又は、前記ＤＰＦを通過するＰＭの量であるＰＭすり抜け量が、予め設定されたＰＭすり抜け許容量を超えた場合に、前記ＰＭ発生量軽減制御を行う。
　これらの排気ガス浄化方法によれば、上記の排気ガス浄化システムと同様な効果を奏することができる。
　本発明の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、内燃機関の排気通路にＤＰＦを配設している排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦに対する強制再生処理のＰＭ再燃焼直後に、ＰＭすり抜け量が一時的に増加するＰＭすり抜け（ブローオフ）現象に対して、ＰＭ発生量を増加する表層ケーク濾過層形成促進制御で、一時的にＤＰＦの壁面における表層ケーク濾過層の早期再形成と成長を促進させることにより、又は、ＰＭ発生量を減少するＰＭ発生量軽減制御で、表層ケーク濾過層が再形成されて成長するまでの一時的な期間の間、内燃機関からのＰＭ発生量を軽減して、ＤＰＦに流入するＰＭ量を減少することにより、ＤＰＦの強制再生処理でのＰＭ再燃焼直後の大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができて、大気中へのＰＭの排出総量を減少することができる。
図１は、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 図２は、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御手段の構成を示す図である。 図３は、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法の制御フローの一例を示す図である。 図４は、図３の制御ステップＳ２０の詳細を示す図である。 図５は、通常燃焼時のエンジン出口ＰＭ発生量マップの模式的な図である。 図６は、リタード制御時のエンジン出口ＰＭ発生量マップの模式的な図である。 図７は、ＥＧＲ率上昇制御時のエンジン出口ＰＭ発生量マップの模式的な図である。 図８は、空燃比リッチ制御時のエンジン出口ＰＭ発生量マップの模式的な図である。 図９は、ＰＭ捕集効率マップの模式的な図である。 図１０は、実施例と従来例におけるＰＭすり抜け量（Soot濃度）の時系列の一例を示す図である。 図１１は、従来技術におけるＤＰＦの強制再生後のＰＭすり抜け量（ＤＰＦ出口のSoot濃度）の時系列の一例を示す図である。
　以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この実施の形態の排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）１０のエンジン本体１１の吸気マニホールド１１ａに接続する吸気通路１２と、排気マニホールド１１ｂに接続する排気通路１３と、排気マニホールド１１ｂと吸気マニホールド１１ａを接続するＥＧＲ通路１４を備えて構成されている。
　吸気通路１２には、上流側から順に、ターボ式過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサ１５ａとインタークーラー１６と吸気スロットル（吸気弁）１７が設けられ、吸入空気Ａはエアクリーナーや吸気量センサ（ＭＡＦ）を通過して、コンプレッサ１５ａにより過給されて、さらに、インタークーラー１６により冷却され、吸入空気量を調整する吸気スロットル１７を通過して、吸気マニホールド１１ａに供給される。
　また、排気通路１３には、上流側から順に、ターボ式過給機１５のタービン１５ｂ、排気通路内燃料噴射弁１８、排気ガス浄化装置１９が設けられている。この排気ガス浄化装置１９は、上流側の酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１９ａと下流側のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter：ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）１９ｂとから構成されており、排気ガスＧ中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）はこのＤＰＦ１９ｂで捕集され、ＰＭ捕集量が増加すると、ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理を行う。このＤＰＦ１９ｂの強制再生処理におけるＰＭの再燃焼では、排気通路内燃料噴射弁１８から燃料ｆが排気ガスＧ中に供給され、この燃料ｆが酸化触媒１９ａで酸化され、燃料ｆの燃焼熱により排気ガスＧ及びＤＰＦ１９ｂが昇温され、ＤＰＦ１９ｂに捕集されているＰＭが再燃焼処理される。
　また、ＥＧＲ通路１４には、上流側から順にＥＧＲクーラー２０とＥＧＲ弁２１が設けられ、ＥＧＲ（排気再循環）時には、排気マニホールド１１ｂから排気ガスＧの一部であるＥＧＲガスＧｅを導入し、このＥＧＲガスＧｅはＥＧＲクーラー２０で冷却された後、ＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ弁２１を通過して吸気マニホールド１１ａに供給される。
　また、酸化触媒１９ａの上流側に第１排気ガス温度センサ２２を、酸化触媒１９ａとＤＰＦ１９ｂの間に第２排気ガス温度センサ２３を、ＤＰＦ１９ｂの上流側と下流側の差圧の測定用として差圧センサ２４をそれぞれ設け、これらの検出信号をエンジン１０の運転と排気ガス浄化システム１を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置３０に入力する。この制御装置３０は、これらのセンサやその他のアクセルセンサ、エンジン回転センサ、冷却水センサ等の各種のセンサの検出信号を入力し、エンジン１０の運転条件や排気ガスＧの状態などにより、吸気スロットル１７、排気通路内燃料噴射弁１８、ＥＧＲ弁２１等を制御する。
　そして、排気ガス浄化システム１の排気通路１３に配置されているＤＰＦ１９ｂは、排気通路１３を流れる排気ガスＧに含まれているＰＭを捕集するが、ＤＰＦ１９ｂで捕集されるＰＭの捕集量の増加に伴い、ＤＰＦ１９ｂにおける圧力損失が増加して燃費の悪化等が生じたり、ＰＭの捕集限界を超えてＰＭがＤＰＦ１９ｂをすり抜ける量が増加したりするため、定期的に、または、ＰＭ捕集量が許容量を超えたり、ＤＰＦ１９ｂの前後差圧が許容量を超えたりしたことを検知した場合に、捕集されたＰＭを再燃焼する強制再生処理を行い、ＤＰＦ１９ｂを再生している。
　しかしながら、ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理で、捕集されたＰＭが再燃焼された直後では、ＤＰＦ１９ｂの排気ガスＧが通過する壁面の前側に形成されていた、ＨＣ等、粒子径の大きいＰＭの集合体である表層ケーク濾過層が消失してしまうので、一時的にＤＰＦ１９ｂをＰＭがすり抜けるブローオフ現象が発生する。
　そこで、図２に示すように、本発明における制御装置３０は、ＤＰＦ１９ｂにおけるＰＭの強制再生処理によるＰＭの再燃焼直後に、ＤＰＦ１９ｂを通過するＰＭの量が一時的に増加して、大気中へのＰＭ排出量が一時的に増加する現象に対して、ＤＰＦ１９ｂに対する強制再生処理の直後に、表層ケーク濾過層形成促進制御、又は、ＰＭ発生量軽減制御を、表層ケーク濾過層が再形成され、ある程度成長するまでの間、一時的に行うための手段として、すり抜け量抑制手段Ｍ３０を有して構成される。すり抜け量抑制手段Ｍ３０は、ＰＭ再燃焼終了検知手段Ｍ３１、表層ケーク濾過層形成促進制御手段Ｍ３２、ＰＭ発生量算出手段Ｍ３３、ＰＭすり抜け量算出手段Ｍ３４、ＰＭ発生量軽減制御手段Ｍ３５、表層ケーク濾過層再形成検知手段Ｍ３６を有して構成される。
　このＰＭ再燃焼終了検知手段Ｍ３１は、ＤＰＦ１９ｂにおけるＰＭの強制再生処理によるＰＭの再燃焼が終了した否かを検出する手段であり、例えば、差圧センサ２４の検出値ΔＰが予め設定された設定値ΔＰｃより小さくなった時点でＰＭ再燃焼が終了したと判定したり、あるいは、ＤＰＦ１９ｂの前後のＰＭ濃度差ΔＣｐｍやこのＰＭ濃度差ΔＣｐｍから算出されるＰＭ捕集効率ηｙが予め設定された値ΔＣｐｍ１、ηｙ１より小さくなった時点でＰＭ再燃焼が終了したと判定したりするように構成される。
　また、表層ケーク濾過層形成促進制御手段Ｍ３２は、エンジン１０の出口における排気ガスＧ中のＰＭの量（ＰＭ発生量）を増加させることで、ＤＰＦ１９ｂを通過するＰＭの量（ＨＣ等が主成分）を増加させる制御を行う手段であり、この表層ケーク濾過層形成促進制御により、強制再生処理の直後のＤＰＦ１９ｂの壁面に対して、表層ケーク濾過層の早期形成と成長を促進させる。これにより、ＰＭすり抜け量Ｙを減少させ、大気中へのＰＭの排出総量を軽減する。なお、表層ケーク濾過層形成促進制御を行うことで、表層ケーク濾過層形成前におけるＰＭすり抜け量Ｙは増加するが、表層ケーク濾過層が早期に形成されるため、外気へのＰＭの排出総量は従来技術よりも減少する。
　この表層ケーク濾過層形成促進制御手段Ｍ３２は、ＤＰＦ１９ｂの温度をモニターしながら、ＤＰＦ温度が予め設定した温度以下のときにはシリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御手段Ｍ３２ａと、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量の増加を行うＥＧＲ率上昇制御手段Ｍ３２ｂと、ＤＰＦ１９ｂの温度をモニターしながら、ＤＰＦ温度が予め設定した温度以下のときにはシリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御手段Ｍ３２ｃを備えて構成され、これらの手段Ｍ３２ａ、Ｍ３２ｂ，Ｍ３２ｃのいずれかを行うことで、エンジン１０の出口における排気ガスＧ中のＰＭの量（ＰＭ発生量）Ｘを増加させる。
　リタード制御手段Ｍ３２ａにおける、ＤＰＦ１９ｂの温度をモニターしながら、ＤＰＦ温度が予め設定した温度以下のときにはシリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御を行い、排気ガスＧ中のＨＣ成分が蒸発して気相状態にならないようなＤＰＦ温度で、排気ガスＧ中のＨＣ成分を多くして、ＰＭに液相状態のＨＣを付着させて粒子径を大きくし、ＤＰＦ１９ｂの壁面に捕集され易くすることができるので、これにより、表層ケーク濾過層の形成を促進することができる。
　また、ＥＧＲ率上昇制御手段Ｍ３２ｂにおける、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量Ｘの増加制御の場合には、ＥＧＲ率上昇により、シリンダ内のシリンダ内燃焼温度と排気ガス温度とＤＰＦ温度を低下させて、ＰＭ発生量Ｘを増加させることにより、ＤＰＦ１９ｂによるＰＭ捕集効率ηｙの増加により、表層ケーク濾過層の形成を促進することができる。
　また、空燃比リッチ制御手段Ｍ３２ｃにおける、ＤＰＦ１９ｂの温度をモニターしながら、ＤＰＦ温度が予め設定した温度以下のときにはシリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御（リッチスパイク制御等）を行い、リタード制御と同様に、排気ガスＧ中のＨＣ成分が蒸発して気相状態にならないようなＤＰＦ温度で、排気ガスＧ中のＨＣ成分を多くして、ＰＭに液相状態のＨＣを付着させて粒子径を大きくし、ＤＰＦ１９ｂの壁面に捕集され易くすることができるので、これにより、表層ケーク濾過層の形成を促進することができる。
　つまり、ＰＭを更にＤＰＦ１９ｂの壁面の表層に溜まり易い煤にする。壁面に捕集され表層ケーク濾過層を作り易いＰＭ粒子は、ＨＣ等が吸着した粒子径の比較的大きい湿った（ウエットな）ＰＭと考えられるので、ＤＰＦ温度をモニターしながら、温度が低下したら、一時的に噴射タイミングをリタードしたり、一時的なリッチスパイクで空燃比をリッチとする。これらにより、ＨＣ成分の多い排ガス成分になるようにして、ＰＭにＨＣを付着させて粒子径を大きくして、ＤＰＦ１９ｂの壁面に捕集し易くする。
　なお、上記手段Ｍ３２ａ、Ｍ３２ｂ、Ｍ３２ｃ以外にも、ＤＰＦ１９ｂの壁面前側にＰＭを捕集し易くして、表層ケーク濾過層の形成を促進できる手段であれば、表層ケーク濾過層形成促進制御として採用できる。
　そして、これらの表層ケーク濾過層形成促進制御において、エンジン１０のエンジントルクＴが予め設定した第１設定値Ｔ１より低く、ＥＧＲ率に対してスモーク濃度の変化の鈍感な低負荷域の場合は、リタード制御手段Ｍ３２ａによるリタード制御を行い、エンジントルクＴが第１設定値Ｔ１以上でかつ予め設定した第２設定値Ｔ２より低く、ＥＧＲ率に対してスモーク濃度の変化の敏感な中負荷域の場合はＥＧＲ率上昇制御手段Ｍ３２ｂによるＥＧＲ率上昇制御を行い、エンジントルクＴが第２設定値Ｔ２以上であり、シリンダ内燃料噴射のタイミングやＥＧＲ率を変化させるとエンジン１０の動力性能に影響が出易い高負荷域の場合は空燃比リッチ制御手段Ｍ３２ｃによる空燃比リッチ制御を行う。
　この構成にすると、エンジン１０のエンジントルク（エンジン出力）に応じて、最適な表層ケーク濾過層形成促進制御のための手段Ｍ３２ａ、Ｍ３２ｂ、Ｍ３２ｃのいずれかを選択できるので、エンジントルクＴや排ガス性能への悪影響を少なくしながら、効率よく表層ケーク濾過層の形成を促進でき、大気中へのＰＭの排出総量を軽減できる。
　また、ＰＭ発生量算出手段Ｍ３３は、ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理の直後のエンジン１０の出口で発生するＰＭ発生量Ｘを算出する手段であり、エンジン１０の出口、例えば、排気マニホールド１１ｂ出口等のＰＭの発生量Ｘをエンジン１０のエンジン運転状態をベースに予めデータ化して、ＰＭ発生量データベースを作成しておき、ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理の直後のエンジン運転条件、例えば、エンジン回転速度やエンジントルク(又はシリンダ内燃料噴射量）から、ＰＭ発生量データベースを参照して、ＰＭ発生量Ｘを算出する。これにより、予め設定されたＰＭ発生量データベースを基にＰＭ発生量を精度よく算出できるようになる。
　このデータベースの例として、図５に通常燃焼時のエンジン出口ＰＭ発生量マップを、図６にリタード制御時のエンジン出口ＰＭ発生量マップを、図７にＥＧＲ率上昇制御時のエンジン出口ＰＭ発生量マップを、図８に空燃比リッチ制御時のエンジン出口ＰＭ発生量マップを、それぞれ示す。これらのエンジン出口ＰＭ発生量マップは、ベンチテストなどで、エンジン回転速度(エンジン回転数）と、燃料流量（エンジントルク、負荷に相当）を変更して、エンジン出口でのＰＭ量を測定するなどして、作成することができる。つまり、実験的にＰＭのエンジン出口発生量Ｘのマップを作成しておく。
　また、ＰＭすり抜け量算出手段Ｍ３４は、ＤＰＦ１９ｂをすり抜けるＰＭ量、即ち、ＰＭすり抜け量Ｙを算出する手段であり、このＰＭすり抜け量Ｙの算出に際しては、ＰＭ発生量ＸにＰＭ捕集効率ηｙを乗じてＰＭすり抜け量Ｙ（＝Ｘ×ηｙ）を算出する。このＰＭ捕集効率ηｙは、予めデータベース化して、ＤＰＦ１９ｂで捕集されるＰＭの量（ＰＭ捕集量）とＰＭ発生量Ｘに対するＰＭ捕集量Ｚの割合（ＰＭ捕集効率）ηｙの関係を作成し、例えば、図９に示すようなＰＭ捕集効率マップにして用いる。このＰＭ捕集効率マップも、ベンチテスト等で、ＤＰＦ１９ｂの前後のＰＭ量を測定してＰＭ捕集効率ηｙを測定し、ＤＰＦ１９ｂにおけるＰＭ累積捕集量ΣＺをベースに作成する。つまり、実験的にＰＭ累積捕集量ΣＺと捕集効率ηｙの相関マップを作成しておく。このＰＭ捕集効率ηｙは、ＰＭ累積捕集量ΣＺにより変化する。
　ＰＭ発生量軽減制御手段Ｍ３５は、表層ケーク濾過層が成長するまでの一時的な期間の間、ＰＭ発生量Ｘが予め設定されたＰＭ発生許容量Ｘｃを超えるか、あるいは、ＰＭすり抜け量Ｙが予め設定されたＰＭすり抜け許容量Ｙｃを超えるかした場合に、エンジン１０からのＰＭ発生量Ｘを軽減する制御を行う手段である。このＰＭ発生量軽減制御には、ＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量Ｘの抑制制御を採用し、このＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量Ｘの抑制制御により、表層ケーク濾過層が再形成され、予め設定された程度成長するまでの一時的な期間の間、シリンダ内燃焼温度を上昇させて、ＰＭ発生量Ｘを減少し、ＤＰＦ１９ｂをすり抜けるＰＭの量であるＰＭすり抜け量Ｙを減少する。これにより、大気中へのＰＭの排出総量を軽減する。なお、このＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量抑制制御により、ＮＯｘの排出量が増加するが、この間はｄｅＮＯｘ触媒(例えば尿素ＳＣＲ触媒)の還元剤を増加させる等の制御を行うことで、対処できる。
　表層ケーク濾過層再形成検知手段Ｍ３６は、表層ケーク濾過層が再形成され、予め設定された程度まで成長したことを検知する手段であり、ＰＭすり抜け量算出手段Ｍ３４でＰＭすり抜け量Ｙを算出する際の、ＰＭ捕集効率ηｙが予め設定したＰＭ捕集復帰効率ηｙｃを超えた時点で、表層ケーク濾過層が再形成され、予め設定された程度まで成長したことを検知したとするように構成される。
　そして、すり抜け量抑制手段Ｍ３０は、ＰＭ発生量算出手段Ｍ３３で算出したＰＭ発生量Ｘが、予め設定されたＰＭ発生許容量Ｘｃを超えず、かつ、ＰＭ発生量軽減制御手段Ｍ３５で算出したＰＭすり抜け量ＹがＰＭすり抜け許容量Ｙｃを超えない場合に、表層ケーク濾過層形成促進制御手段Ｍ３２で、エンジンの運転条件、特にエンジントルクの大きさに応じて、リタード制御手段Ｍ３２ａと、ＥＧＲ率上昇制御手段Ｍ３２ｂと、空燃比リッチ制御手段Ｍ３２ｃのいずれかを選択しては、ＰＭ発生量Ｘを増加する表層ケーク濾過層形成促進制御を行い、ＰＭ発生量算出手段Ｍ３３で算出したＰＭ発生量Ｘが、予め設定されたＰＭ発生許容量Ｘｃを超えた場合に、又は、ＰＭすり抜け量算出手段Ｍ３４で算出したＰＭすり抜け量ＹがＰＭすり抜け許容量Ｙｃを超えた場合に、ＰＭ発生量軽減制御手段Ｍ３５でＰＭ発生量軽減制御を行うように構成される。
　次に上記の排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について図３及び図４に示すような制御フローを参照しながら説明する。この図３の制御フローは、ＤＰＦ１９ｂのＰＭ再燃焼直後のＰＭのすり抜けによる排ガス性能の悪化を防止する制御であり、エンジン１０が運転を開始し、排気ガス浄化システム１の制御でＤＰＦ１９ｂの強制再生処理が開始されると、上位の制御フローから呼ばれてスタートし、上位の制御フローの強制再生処理と並行して図３及び図４の制御フローの各ステップを実施した後、上位の制御フローに戻り、再度、ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理が開始されると、この強制再生処理と並行して実施され、強制再生処理毎に繰り返し呼ばれて、エンジン１０の運転終了と共に上位の制御フローに戻り、制御を終了するものとして示してある。
　この図３の制御フローが上位の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、ＰＭ再燃焼終了検知手段Ｍ３１により、ＰＭ再燃焼が終了したか否かを判定する。このステップＳ１１では、差圧センサ２４の検出値ΔＰが予め設定された設定値ΔＰｃより小さくなった時点でＰＭ再燃焼が終了したと判定したり、あるいは、ＤＰＦ１９ｂの前後のＰＭ濃度差ΔＣｐｍやこのＰＭ濃度差ΔＣｐｍから算出されるＰＭ捕集効率ηｙが予め設定された値ΔＣｐｍ１、ηｙ１より小さくなった時点でＰＭ再燃焼が終了したと判定したりする。
　このステップＳ１１で、ＰＭ再燃焼が終了ではないと判定された場合は(ＮＯ)、予め設定された第１設定時間（ステップＳ１１の判定のインターバルに関係する時間）Δｔ１を経過した後、ステップＳ１１に戻り、ＰＭ再燃焼が終了するまで待つ。このステップＳ１１で、ＰＭ再燃焼が終了であると判定された場合は(ＹＥＳ)、次のステップＳ１２に行く。なお、ＰＭ再燃焼終了に伴うＤＰＦの強制再生処理の終了は、上位の制御フローで行われる。
　次のステップＳ１２では、制御開始準備作業を行う。この制御開始準備作業では、ＰＭすり抜け量抑制制御の経過時間ｔａのカウントを開始すると共に、ＰＭ累積捕集量ΣＺをゼロにリセットし、ＰＭ捕集量Ｚの積算値であるＰＭ累積捕集量ΣＺの積算を開始する。つまり、ＰＭ再燃焼直後にＰＭ捕集量の積算値をカウントし始める。
　また、ＰＭ発生量算出手段Ｍ３３により、このエンジン運転状態で発生しているＰＭ発生量Ｘを算出し、更に、ＰＭすり抜け量算出手段Ｍ３４より、ＤＰＦ１９ｂのＰＭすり抜け量Ｙを算出する。このＰＭすり抜け量Ｙの算出では、ＰＭ累積捕集量ΣＺに基づいてＰＭ捕集効率マップデータを参照してＰＭ捕集効率ηｙを求めて、このＰＭ捕集効率ηｙとＰＭ発生量ＸからＰＭ捕集量Ｚ（＝Ｘ×ηｙ）を算出し、ＤＰＦ１９ｂのＰＭすり抜け量Ｙ（＝Ｘ－Ｚ）を算出するが、このＰＭ捕集効率ηｙは、ＰＭ累積捕集量ΣＺにより変化するため、図３の制御フローが呼ばれて初めてステップＳ１２を実施するときは、ΣＺ＝０を使用し、その後は、下記のステップＳ１４で算出されるＰＭ累積捕集量ΣＺを使用する。
　次のステップＳ１３で、表層ケーク濾過層形成促進制御を行うか否かを判定する。つまり、表層ケーク濾過層の早期形成の制御の実施の可否を判定する。言い換えれば、ＰＭ発生量ＸやＰＭすり抜け量Ｙが許容範囲内か否かを判定する。この判定は、ＰＭ発生量算出手段Ｍ３３で算出したＰＭ発生量Ｘが、予め設定されたＰＭ発生許容量Ｘｃを超えておらず（Ｘ≦Ｘｃ）、かつ、ＰＭすり抜け量算出手段Ｍ３４で算出したＰＭすり抜け量ＹがＰＭすり抜け許容量Ｙｃを超えない場合に（Ｙ≦Ｙｃ）、表層ケーク濾過層形成促進制御を行う場合であると判定し(ＹＥＳ)、ステップＳ２０に行き、表層ケーク濾過層形成促進制御手段Ｍ３２で表層ケーク濾過層形成促進制御を予め設定した第２設定時間（ステップＳ１３の判定のインターバルに関係する時間）Δｔ２の間実施し、ステップＳ１４に行く。つまり、表層ケーク濾過層の早期形成の制御を実施する。
　また、ＰＭ発生量Ｘが、予め設定されたＰＭ発生許容量Ｘｃを超えた場合に（Ｘ＞Ｘｃ）、又は、ＰＭすり抜け量ＹがＰＭすり抜け許容量Ｙｃを超えた場合に（Ｙ＞Ｙｃ）、表層ケーク濾過層形成促進制御を行わない場合であると判定し（ＮＯ）、ステップＳ３０に行き、ＰＭ発生量軽減制御手段Ｍ３５でＰＭ発生量軽減制御を第２設定時間Δｔ２の間実施し、ステップＳ１４に行く。つまり、一時的にＥＧＲ率を下げて、ＰＭすり抜け量Ｙを減らす。このＰＭ発生量軽減制御を行う範囲は、例えば、図５に示す通常運転時のＰＭ発生量マップにおける左下のハッチングで示す「ＰＭ悪化領域」の部分である。
　なお、この表層ケーク濾過層形成促進制御とＰＭ発生量軽減制御とはどちらか一方が選択された場合には、他方は停止され、同時には実施しない。従って、ステップＳ１３の判定で、新たに制御が選択された場合にはその制御を開始し、前回の制御と同じ制御が選択された場合はそのまま継続し、前回の制御と異なる制御が選択された場合には、新たに選択された制御に切り替えることになる。
　そして、図４に示すように、ステップＳ２０の表層ケーク濾過層形成促進制御では、ステップＳ２１で、エンジン１０のエンジントルクＴが予め設定した第１設定値Ｔ１より低いか否かを判定する。低い場合には低負荷域にあると判断して、ステップＳ２３に行き、リタード制御手段Ｍ３２ａによるリタード制御を予め設定した第３設定時間（第２設定時間と、ステップＳ２１とＳ２０の判定のインターバルとに関係する時間）Δｔ３の間行い、図３の制御フローのステップＳ１４に行く。つまり、ＤＰＦ１９ｂの温度をモニターしながら、温度低下後に一時的にシリンダ内燃料噴射の噴射タイミングをリタードして排気ガスＧ中のＨＣ成分を増加する。
　ステップＳ２１で、エンジントルクＴが第１設定値Ｔ１以上の場合は、ステップＳ２２に行き、エンジントルクＴが予め設定した第２設定値Ｔ２より低いか否かを判定する。低い場合には中負荷域にあると判断して、ステップＳ２４に行き、ＥＧＲ率上昇制御手段Ｍ３２ｂによるＥＧＲ率上昇制御を第３設定時間Δｔ３の間行い、図３の制御フローのステップＳ１４に行く。つまり、ＥＧＲ率を上げてスモークをやや悪化させて、表層ケーク濾過層の成長を促進させる。
　ステップＳ２２で、エンジントルクＴが第２設定値Ｔ２以上の場合は高負荷域にあると判断して、ステップＳ２５に行き、空燃比リッチ制御手段Ｍ３２ｃによる空燃比リッチ制御を第３設定時間Δｔ３の間行い、図３の制御フローのステップＳ１４に行く。つまり、ＤＰＦ１９ｂの温度をモニターしながら、温度低下後に一時的にリッチスパイクで空燃比をリッチにして排気ガスＧ中のＨＣ成分を増加する。
　これにより、エンジン１０のエンジントルクＴが予め設定した第１設定値Ｔ１より低い場合はリタード制御を行い、エンジントルクＴが第１設定値Ｔ１以上でかつ予め設定した第２設定値Ｔ２より低い場合はＥＧＲ率上昇制御を行い、エンジントルクＴが第２設定値Ｔ２以上である場合は空燃比リッチ制御を行うことができる。
　なお、これらの制御においても、どれか一つが選択された場合には、他の制御は停止され、同時には実施しない。従って、ステップＳ２１、Ｓ２２の判定で、新たに制御が選択された場合にはその制御を開始し、前回の制御と同じ制御が選択された場合はそのまま継続し、前回の制御と異なる制御が選択された場合には、新たに選択された制御に切り替えることになる。
　この表層ケーク濾過層形成促進制御では、ＰＭ再燃焼直後に、スモークをやや悪化させて、表層ケーク濾過層の成長を促進させる。この場合、一時的なＰＭの悪化を伴うが、ＤＰＦ１９ｂの壁面の表層ケーク濾過層が早期に形成されるので、トータルでの排出量を低減できる。この時の図５～図８に示すようなＰＭ発生量データベースも予め作成しておく。
　そして、図３の制御フローのステップＳ１４では、ＰＭ発生量算出手段Ｍ３３により、ステップＳ２０又はステップＳ３０の実施中の間のＰＭ発生量Ｘを、言い換えれば、表層ケーク濾過層形成促進制御で発生したＰＭ発生量Ｘ、又は、ＰＭ発生量軽減制御で発生したＰＭ発生量Ｘを算出する。また、ＰＭすり抜け量算出手段Ｍ３４より、経過時間ｔａのカウント開始からのＰＭ捕集量Ｚの積算値であるＰＭ累積捕集量ΣＺに基づいてＰＭ捕集効率マップデータを参照してＰＭ捕集効率ηｙを求めて、このＰＭ捕集効率ηｙとＰＭ発生量ＸからＰＭ捕集量Ｚ（＝Ｘ×ηｙ）を算出し、ＤＰＦ１９ｂのＰＭすり抜け量Ｙ（＝Ｘ－Ｚ）を算出する。
　そして、次のステップＳ１５では、表層ケーク濾過層形成促進制御が終了したか否かを判定する。この判定は、経過時間ｔａが予め設定した設定時間ｔｃを経過しているか否かと、表層ケーク濾過層が再形成され、予め設定された程度まで成長したか否かの２つで判定する。
　この設定時間ｔｃは、ＰＭすり抜け量抑制のための表層ケーク濾過層形成促進制御又はＰＭ発生量軽減制御をＰＭ再燃焼後の短時間のみに限定するように、ＤＰＦ１９ｂの前後差圧が予め判断基準として設定した差圧Δα程上がる時間であり、例えば、３分～７分の間（好ましくは５分程度）に設定される。
　ステップＳ１５で、経過時間ｔａが予め設定した設定時間ｔｃを経過しているとの判定（ｔ≧ｔｃ）、あるいは、表層ケーク濾過層再形成検知手段Ｍ３６により、表層ケーク濾過層が再形成され、予め設定された程度まで成長し、ＰＭ捕集効率ηｙが予め設定したＰＭ捕集復帰効率ηｙｃを超えたとの判定のどちらかがあれば、表層ケーク濾過層形成促進制御が終了したと判定し（ＹＥＳ）、ステップＳ１６の制御終了作業に進む。
　また、経過時間ｔａが予め設定した設定時間ｔｃを経過しておらず（ｔ＜Ｔｃ）、且つ、表層ケーク濾過層再形成検知手段Ｍ３６により、表層ケーク濾過層が再形成されていても、ＰＭ捕集効率ηｙが予め設定したＰＭ捕集復帰効率ηｙｃを超えずに、予め設定された程度まで成長したと判定が得られない場合には、表層ケーク濾過層形成促進制御が終了していないと判定し（ＮＯ）、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２～Ｓ１６を繰り返す。
　このステップＳ１６の制御終了作業では、経過時間ｔａのリセットをすると共に、このステップＳ１６に到達するまでに行っていた表層ケーク濾過層形成促進制御、又は、ＰＭ発生量軽減制御を終了し、現状でのエンジン運転条件（エンジン回転速度、エンジントルク）に応じて、ＥＧＲ制御やシリンダ内燃料噴射のタイミング制御を行う通常運転制御に戻す。このステップＳ１６の制御終了処理を終了すると、リターンに行き、上位の制御フローに戻り、これにより、図３及び図４の制御フローは終了し、次のＤＰＦ１９ｂの強制再生処理が実施されるまで待つ。
　なお、制御の途中で、エンジン１０の運転が停止されると、割り込みにより、制御の途中でも、ステップＳ１６に飛んで、制御終了作業を終了し、上位の制御フローに戻り、上位の制御フローの終了と共に、この図３及び図４の制御フローも終了する。
　上記の制御により、排気ガス浄化方法で、エンジン１０の排気ガスＧをＤＰＦ１９ｂで浄化する排気ガス浄化方法において、ＤＰＦ１９ｂに対する強制再生処理のＰＭ再燃焼直後に、表層ケーク濾過層形成促進制御、又は、ＰＭ発生量軽減制御を一時的に行うことができる。
　従って、ＤＰＦ１９ｂにおけるＰＭの強制再生処理によるＰＭの再燃焼の直後に、ＤＰＦ１９ｂを通過するＰＭの量（ＰＭすり抜け量）Ｙが一時的に増加して、大気中へのＰＭ排出量が一時的に増加する現象（ブローオフ）に対して、この現象が発生している期間内で、通常運転時よりＰＭ発生量Ｘを増加する表層ケーク濾過層形成促進制御により、強制再生処理のＰＭ再燃焼直後のＤＰＦ１９ｂの壁面に対して、表層ケーク濾過層の早期形成と成長を促進させることで、ＰＭすり抜け量Ｙを減少させ、大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができる。また、通常運転時よりＰＭ発生量Ｘを増加するＰＭ発生量軽減制御により、表層ケーク濾過層が成長するまでの一時的な期間の間、エンジン１０からのＰＭ発生量Ｘを軽減することにより、ＤＰＦ１９ｂに流入するＰＭ量を減少して、ＤＰＦ１９ｂにおけるＰＭすり抜け量Ｙを減少させ、大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができる。
　また、排気ガス浄化方法において、表層ケーク濾過層形成促進制御として、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量の増加制御、又は、シリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御、又は、シリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御の何れかの制御を行うことができる。
　従って、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量Ｘの増加制御の場合には、ＥＧＲ率上昇により、シリンダ内のシリンダ内燃焼温度と排気ガス温度とＤＰＦ温度を低下させて、ＰＭ発生量Ｘを増加させることにより、ＤＰＦ１９ｂによるＰＭ捕集効率ηｙの増加により、表層ケーク濾過層の形成を促進することができる。
　また、シリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御と、シリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御（リッチスパイク制御等）では、これらの制御により排気ガスＧ中のＨＣ成分(炭化水素成分)を多くして、ＰＭにＨＣを付着させて粒子径を大きくし、ＤＰＦ１９ｂの壁面に捕集され易くすることができるので、これにより、表層ケーク濾過層の形成を促進することができる。
　また、排気ガス浄化方法において、ＰＭ発生量軽減制御として、ＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量の抑制制御を行うことができる。従って、このＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量の抑制制御により、シリンダ内燃焼温度を上昇させて、ＰＭ発生量を減少し、ＤＰＦ１９ｂをすり抜けるＰＭすり抜け量Ｙを減少できる。これにより、表層ケーク濾過層がある程度形成されるまで、ＰＭすり抜け量Ｙを抑制できる。
　更に、排気ガス浄化方法で、表層ケーク濾過層形成促進制御において、エンジン１０のエンジントルクＴが予め設定した第１設定値Ｔ１より低い場合はリタード制御を行い、エンジントルクＴが第１設定値Ｔ１以上でかつ予め設定した第２設定値Ｔ２より低い場合はＥＧＲ率上昇制御を行い、エンジントルクＴが第２設定値Ｔ２以上である場合は空燃比リッチ制御を行うことができる。
　従って、エンジン１０のエンジントルク（エンジン出力）Ｔに応じて、最適な表層ケーク濾過層形成促進制御を選択できるので、エンジントルクＴや排ガス性能への悪影響を少なくしながら、効率よく表層ケーク濾過層の形成を促進でき、大気中へのＰＭの排出総量を軽減できる。
　また、排気ガス浄化方法で、ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理のＰＭ再燃焼直後のエンジン１０で発生するＰＭの発生量であるＰＭ発生量Ｘが、予め設定されたＰＭ発生許容量Ｘｃを超えた場合、又は、ＤＰＦ１９ｂを通過するＰＭの量であるＰＭすり抜け量Ｙが、予め設定されたＰＭすり抜け許容量Ｙｃを超えた場合に、ＰＭ発生量軽減制御を行うことができる。従って、ＰＭ発生量Ｘ又はＰＭすり抜け量Ｙに基づいてＰＭ発生量軽減制御を行うので、確実に大気中へのＰＭの排出総量を軽減できる。
　次に、本発明の効果を、図１０を用いて説明する。図１０は本発明の実施例と従来技術の従来例におけるＰＭすり抜け量Ｙの時系列の一例を示す図である。ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理の直後（横軸の試験時間で略４２０秒後～８００秒後）における、ケーク層形成促進を行った「実施例」のＤＰＦ出口のＳｏｏｔ濃度（ＰＭすり抜け量）と従来技術のＤＰＦ出口のＳｏｏｔ濃度を比較すると、実施例の方が従来例の３分の１程度に減少しており、実施例では、ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理直後におけるＰＭすり抜け量Ｙを減少させ、外気へのＰＭの排出総量を軽減できていることが分かる。
　従って、上記の構成の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法によれば、エンジン１０の排気通路１３にＤＰＦ１９ｂを配設している排気ガス浄化システム１において、ＤＰＦ１９ｂに対する強制再生処理のＰＭ再燃焼直後に、ＰＭすり抜け量Ｙが一時的に増加するＰＭすり抜け（ブローオフ）現象に対して、ＰＭ発生量Ｘを増加する表層ケーク濾過層形成促進制御で、一時的にＤＰＦ１９ｂの壁面における表層ケーク濾過層の早期再形成と成長を促進させることにより、又は、ＰＭ発生量Ｘを減少するＰＭ発生量軽減制御で、表層ケーク濾過層が再形成されて成長するまでの一時的な期間の間、エンジン１０からのＰＭ発生量Ｘを軽減して、ＤＰＦ１９ｂに流入するＰＭ量を減少することにより、ＤＰＦ１９ｂの強制再生処理でのＰＭ再燃焼直後の大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができて、大気中へのＰＭの排出総量を減少することができる。
　本発明の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、内燃機関の排気通路にＤＰＦを配設している排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦに対する強制再生処理のＰＭ再燃焼直後に、ＰＭすり抜け量が一時的に増加するＰＭすり抜け（ブローオフ）現象に対して、ＤＰＦの強制再生処理でのＰＭ再燃焼直後の大気中へのＰＭの排出総量を軽減することができて、大気中へのＰＭの排出総量を減少することができるので、自動車搭載の内燃機関等に利用できる。
１　排気ガス浄化システム
１０　エンジン（内燃機関）
１３　排気通路
１４　ＥＧＲ通路
１９　排気ガス浄化装置
１９ａ　酸化触媒
１９ｂ　ＤＰＦ
２１　ＥＧＲ弁
２２　第１排気ガス温度センサ
２３　第２排気ガス温度センサ
２４　差圧センサ
３０　制御装置（ＥＣＵ）
Ａ　吸入空気
ｆ　燃料
Ｇ　排気ガス
Ｇｅ　ＥＧＲガス
Ｍ３０　すり抜け量抑制手段
Ｍ３１　ＰＭ再燃焼終了検知手段
Ｍ３２　表層ケーク濾過層形成促進制御手段
Ｍ３２ａ　リタード制御手段
Ｍ３２ｂ　ＥＧＲ率上昇制御手段
Ｍ３２ｃ　空燃比リッチ制御手段
Ｍ３３　ＰＭ発生量算出手段
Ｍ３４　ＰＭすり抜け量算出手段
Ｍ３５　ＰＭ発生量軽減制御手段
Ｍ３６　表層ケーク濾過層再形成検知手段
Ｔ　エンジントルク
Ｔ１　第１設定値
Ｔ２　第２設定値
ｔａ　経過時間
ｔｃ　設定時間
Ｘ　ＰＭ発生量
Ｘｃ　ＰＭ発生許容量
Ｙ　ＰＭすり抜け量
Ｙｃ　ＰＭすり抜け許容量
Ｚ　ＰＭ捕集量
ΣＺ　ＰＭ累積捕集量
ηｙ　ＰＭ捕集効率
ηｙ１　設定された値
ηｙｃ　ＰＭ捕集復帰効率
ΔＰ　差圧センサの検出値
ΔＰｃ　設定値
ΔＣｐｍ　ＰＭ濃度差
ΔＣｐｍ１　設定された値
Δｔ１　第１設定時間
Δｔ２　第２設定時間
Δｔ３　第３設定時間
Δα　設定した差圧

Claims (10)

  1. 　内燃機関の排気通路にＤＰＦを配設している排気ガス浄化システムにおいて、
    　前記ＤＰＦに対する強制再生処理のＰＭ再燃焼直後に、表層ケーク濾過層形成促進制御、又は、ＰＭ発生量軽減制御を一時的に行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  2. 　前記表層ケーク濾過層形成促進制御が、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量の増加制御、又は、シリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御、又は、シリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御の何れかの制御であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  3. 　前記ＰＭ発生量軽減制御が、ＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量の抑制制御であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
  4. 　前記表層ケーク濾過層形成促進制御において、
    　前記内燃機関のエンジントルクが予め設定した第１設定値より低い場合は前記リタード制御を行い、
    　前記エンジントルクが前記第１設定値以上でかつ予め設定した第２設定値より低い場合は前記ＥＧＲ率上昇制御を行い、
    　前記エンジントルクが前記第２設定値以上である場合は前記空燃比リッチ制御を行うことを特徴とする請求項２～３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
  5. 　前記ＤＰＦの強制再生処理のＰＭ再燃焼直後で、前記内燃機関で発生するＰＭの発生量であるＰＭ発生量が、予め設定されたＰＭ発生許容量を超えた場合、又は、前記ＤＰＦを通過するＰＭの量であるＰＭすり抜け量が、予め設定されたＰＭすり抜け許容量を超えた場合に、前記ＰＭ発生量軽減制御を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
  6. 　内燃機関の排気ガスをＤＰＦで浄化する排気ガス浄化方法において、
    　前記ＤＰＦに対する強制再生処理のＰＭ再燃焼直後に、表層ケーク濾過層形成促進制御、又は、ＰＭ発生量軽減制御を一時的に行うことを特徴とする排気ガス浄化方法。
  7. 　前記表層ケーク濾過層形成促進制御として、ＥＧＲ率上昇によるＰＭ発生量の増加制御、又は、シリンダ内燃料噴射において燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタード制御、又は、シリンダ内燃料噴射において空燃比をリッチとする空燃比リッチ制御の何れかの制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化方法。
  8. 　前記ＰＭ発生量軽減制御として、ＥＧＲ率減少によるＰＭ発生量の抑制制御を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の排気ガス浄化方法。
  9. 　前記表層ケーク濾過層形成促進制御において、
    　前記内燃機関のエンジントルクが予め設定した第１設定値より低い場合は前記リタード制御を行い、
    　前記エンジントルクが前記第１設定値以上でかつ予め設定した第２設定値より低い場合は前記ＥＧＲ率上昇制御を行い、
    　前記エンジントルクが前記第２設定値以上である場合は前記空燃比リッチ制御を行うことを特徴とする請求項７～８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化方法。
  10. 　前記ＤＰＦの強制再生処理のＰＭ再燃焼直後で、前記内燃機関で発生するＰＭの発生量であるＰＭ発生量が、予め設定されたＰＭ発生許容量を超えた場合、又は、前記ＤＰＦを通過するＰＭの量であるＰＭすり抜け量が、予め設定されたＰＭすり抜け許容量を超えた場合に、前記ＰＭ発生量軽減制御を行うことを特徴とする請求項６～９のいずれか１項に記載の排気ガス浄化方法。
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