JP2013174170A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタを過度に昇温させることなく、フィルタに堆積した粒子状物質の燃焼効率を高めることができるようにした、排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０の排気通路２２に設けられ、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ３２と、フィルタ３２よりも下流側の排気通路２２に介装された排気絞り弁２６と、フィルタ３２に流入する排気中の酸素濃度を取得する濃度取得手段２５と、フィルタ３２の担体温度を取得する温度取得手段４ａ，２４ａ，２４ｂと、フィルタ３２の再生時に、濃度取得手段２５で取得された酸素濃度と温度取得手段４ａ，２４ａ，２４ｂで取得された担体温度とに基づいて排気絞り弁２６の開度を制御する制御手段５ｂと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気浄化システムに関する。

従来、エンジンの排気浄化システムに適用される装置の一つとして、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と呼ばれるフィルタが広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。このフィルタは、エンジンの排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter；以下ＰＭと呼ぶ）を除去するための浄化装置である。ＰＭとは、炭素からなる黒煙（すす）の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分，硫黄化合物等が付着したものであり、フィルタ上にはこれらのＰＭに見合った大きさの多数の細孔が形成されている。このような多孔構造により、ＰＭがフィルタの表面や細孔内部に捕集され、排気が浄化される。

一方、フィルタに堆積したＰＭは、細孔を目詰まりさせて排気圧を増大させる原因となりうる。そこで、一般的なフィルタを搭載した車両においては、捕集されたＰＭをフィルタ上で焼却する（燃焼させて除去する）ことでフィルタの濾過機能を回復させる再生制御が実施される。再生制御では、例えば、エンジンの運転状態の制御により排気温度を上昇させる操作（アフター噴射やポスト噴射と呼ばれる燃料噴射操作）がなされ、フィルタの温度が高温にされることでＰＭが焼却される。

なお、フィルタの温度を高温にする再生制御の手法としては、ポスト噴射により発生させた未燃燃料をフィルタ上流の酸化触媒で燃焼させ、その反応熱によって排気温度を上昇させる手法や、酸化触媒上流の排気管内に直接噴射した燃料を酸化触媒で燃焼させ、その反応熱によって排気温度を上昇させる手法等がある。また、フィルタ上でのＰＭの酸化反応や、強制再生中に発生する炭化水素（ＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ）等の酸化反応を促進することを目的として、酸化触媒をフィルタに担持させたもの（触媒付きＤＰＦ）も開発されている。

特開２００８−２４０５５９号公報

ところで、フィルタに堆積したＰＭを効率的に燃焼させるためには、フィルタの温度が高温であることに加え、フィルタの周辺にＰＭと反応するための酸素が十分存在している必要がある。この酸素が不足すると、ＰＭの燃焼効率が低下してしまう。また、フィルタ周辺の酸素が不足することによる燃焼効率の低下を防ぐためには、フィルタの温度をより高温にしなければならない。しかし、フィルタの耐熱性やフィルタに担持された触媒の過昇温等を考慮すると、フィルタの温度を過度に上昇させることはできない。

本件はこのような課題に鑑み案出されたもので、フィルタを過度に昇温させることなく、フィルタに堆積したＰＭの燃焼効率を高めることができるようにした、排気浄化装置を提供することを目的とする。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する排気浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられ、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタよりも下流側の前記排気通路に介装された排気絞り弁と、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を取得する濃度取得手段と、前記フィルタの担体温度を取得する温度取得手段と、前記フィルタの再生時に、前記濃度取得手段で取得された前記酸素濃度と前記温度取得手段で取得された前記担体温度とに基づいて前記排気絞り弁の開度を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。
ここでいう「フィルタの再生時」には、フィルタを昇温させているときや、フィルタに捕集された粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させているときが含まれる。なお、「フィルタ」とは、排気中のＰＭを濾過，吸着，吸蔵する機能と、ＰＭを燃焼させる機能とを併せ持つ濾過装置であり、例えばＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）がこれに含まれる。

（２）また、前記制御手段が、前記濃度取得手段で取得された前記酸素濃度が低いほど、前記排気絞り弁の開度を小さく制御することが好ましい。
（３）また、前記制御手段が、前記温度取得手段で取得された前記担体温度が高温であるほど、前記排気絞り弁の開度を大きく制御することが好ましい。

（４）また、前記制御手段が、前記フィルタの再生継続時間が長引くほど、前記排気絞り弁の開度を減少方向に補正することが好ましい。
（５）また、前記濃度取得手段が、前記フィルタの直上流に配置された酸素濃度センサであることが好ましい。
（６）また、前記フィルタが、前記エンジンのエンジンルーム内に配置されていることが好ましい。

開示の排気浄化装置によれば、酸素濃度と担体温度とに基づいて排気絞り弁の開度を制御することで、フィルタを通過する排気の流速及び流量を適切に制御し、フィルタに捕集されたＰＭの燃焼効率を高めることができる。具体的には、酸素濃度が低い場合には排気の流速を減少させることで、排気がフィルタ内（フィルタ周辺）に滞留する時間を延長することができ、酸素とＰＭとの接触確率を高めることができる。また、担体温度が低い場合には排気の流量を減少させることで、ＰＭの燃焼により発生した熱の損失が減少するため、排気温度の低下を抑制することができるとともにフィルタの保温性を高めることができる。

さらに、酸素濃度が高い（所定の酸素濃度よりも高い）場合や担体温度が高い場合には、排気の流速を増大させる、又は流量を増大させることで、ＰＭの燃焼を適切に制御しフィルタの過昇温の発生を防ぐことができる。つまり、開示の排気浄化装置によれば、フィルタを過昇温させることなく、ＰＭの燃焼効率を高めることができる。

なお、一般的なフィルタの再生制御では、排気温度を高めたり高いまま維持するために、燃料噴射量を増量補正したり、直接排気通路へ噴射する燃料量を増量補正している。これに対して、開示の排気浄化装置によれば、排気絞り弁の開度を制御することで、ＰＭの燃焼効率を高めることができるため、排気昇温用の燃料噴射量を削減することができ、燃費向上や排ガスエミッションの低減が可能となる。また、オイルダイリューションを抑制することができる。

一実施形態に係る排気浄化装置の構成を模式的に示す図である。 排気絞り弁の開度の第一制御に用いる補正係数の関係を示すマップであり、（ａ）は担体温度に対する第一補正係数、（ｂ）は酸素濃度に対する第二補正係数を示す。 排気絞り弁の開度の第二制御に用いる補正係数の関係を示すマップであり、（ａ）は担体温度に対する第一補正係数、（ｂ）は酸素濃度に対する第二補正係数を示す。 本排気浄化装置で実施される再生制御の内容を示すフローチャートＸである。 本排気浄化装置で実施される再生制御の内容を示すフローチャートＹである。 本排気浄化装置で実施される再生制御の内容を示すフローチャートＺである。

以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

［１．装置構成］
図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置は、車両１に搭載されたディーゼルエンジン（エンジン）１０に適用される。図１には、エンジン１０に設けられる複数のシリンダ１１のうちの一つを示すが、他のシリンダ１１も同様の構成である。エンジン１０のシリンダ１１内には、上下方向に往復摺動するピストン１２が設けられる。ピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランクシャフト１４に接続される。ピストン１２は、その頂面に燃焼室となるキャビティ１２ａが形成されている。

シリンダ１１上部のシリンダヘッド１５には、燃料噴射用のインジェクタ１６が設けられる。インジェクタ１６は、その先端部がシリンダ１１の筒内空間に突出して設けられ、シリンダ１１内に直接燃料を噴射する。インジェクタ１６から噴射される燃料の噴射方向は、ピストン１２のキャビティ１２ａに向かう方向に設定される。また、インジェクタ１６の基端部には燃料配管１６ａが接続され、この燃料配管１６ａから加圧された燃料がインジェクタ１６に供給される。

インジェクタ１６からの燃料噴射量及び燃料噴射のタイミングは、後述するエンジンＥＣＵ（エンジン制御装置，制御手段）３で制御される。例えば、エンジンＥＣＵ３からインジェクタ１６に制御パルス信号（噴射信号）が伝達されると、その制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）に対応する期間だけ、インジェクタ１６の噴射口が開放される。これにより、燃料噴射量は制御パルス信号の大きさに応じた量となり、噴射タイミングは制御パルス信号が伝達された時刻に対応したものとなる。

シリンダヘッド１５には、シリンダ１１の筒内空間と連通する吸気ポート１７及び排気ポート１８が設けられ、これらの各ポート１７，１８を開閉するための吸気弁１９及び排気弁２０が設けられる。吸気ポート１７には、図示しないエアフローセンサやエアクリーナ，スロットルバルブ等を備えた吸気通路２１が接続され、排気ポート１８には排気通路２２が接続される。

また、このエンジン１０の吸排気系には、排気圧を利用してシリンダ１１内に吸気を過給するターボチャージャ（過給機）２３が設けられる。ターボチャージャ２３は、吸気通路２１と排気通路２２との両方にまたがって介装された過給機である。ターボチャージャ２３は、排気通路２２内の排気圧でタービン２３ａを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサ（図示略）を駆動することにより、吸気通路２１側の吸気を圧縮してエンジン１０への過給を行う。

ターボチャージャ２３の下流側には触媒装置３０が設けられ、触媒装置３０のさらに下流には、排気通路２２を流通する排気の流量を調整する排気絞り弁２６が介装される。なお、ターボチャージャ２３及び触媒装置３０は、車両１のエンジンルーム２内の排気通路２２上に介装され、排気絞り弁２６はエンジンルーム２外の排気通路２２上に介装される。

触媒装置３０は、二種類の担体をケーシング内に内蔵した、いわゆる「２ベッド構造」の排気浄化装置である。図１に示すように、触媒装置３０のケーシングは、内径の異なる二つの中空円筒を筒軸に沿って連結した形状をなしている。小径の中空円筒の内部には酸化触媒３１が内蔵され、大径の中空円筒の部分にはフィルタ３２が内蔵される。また、小径側の円筒は排気通路２２の上流側に接続され、大径側の円筒は排気通路２２の下流側に接続される。

これらの酸化触媒３１及びフィルタ３２は、例えば円柱状や角柱状といった柱状に形成され、ケーシングの内周面に対して図示しないサポート材を介して固定される。本実施形態では、酸化触媒３１及びフィルタ３２がともに円柱状であって、円柱の軸方向（図１の上側から下側へ向かう方向）に排気を流通させるように形成されている場合について説明する。以下、円柱の軸方向のことを排気の流通方向とも呼ぶ。

酸化触媒３１は、排気中の成分に対する酸化能を持った触媒（ＤＯＣ；Diesel Oxidation Catalyst）であり、金属やセラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒物質を担持させたものである。酸化触媒３１で酸化される排気中の成分としては、一酸化窒素（ＮＯ）や炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等が挙げられる。例えば、ＮＯが酸化触媒３１で酸化されると二酸化窒素（ＮＯ₂）が生成される。

フィルタ３２は、排気中のＰＭを捕集する機能と、捕集したＰＭを燃焼（酸化）させて除去する機能とを併せ持つ多孔質体（例えば、炭化ケイ素製やコージェライト製のセラミックフィルター）であり、例えばＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）である。このフィルタ３２は、触媒付きフィルタであってもよく、いわゆる貴金属レスタイプの（触媒貴金属が担持されていない）フィルタであってもよい。また、フィルタ３２の内部の空間は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数の流路に分割されている。各流路の壁体には、ＰＭの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成され、各流路の入口側及び出口側の何れか一方は目封じされる。

フィルタ３２の端面における各流路の配置形状は、例えば三角格子状や四角格子状（碁盤目状）、八角格子状であり、隣接する流路同士の目封じの方向が一致しないようにそれぞれの目封じの位置が設定される。したがって、上流側の端面からフィルタ３２内に流入した排気は、流路の壁体内部を少なくとも一回は通過してから、下流側の端面が開放された流路へと流出する。このように、排気が壁体内部を通過する際に、排気中に含まれるＰＭが壁体内や壁体表面に捕集され、排気が浄化（濾過）される。

また、フィルタ３２に捕集されたＰＭは、排気中にＮＯ₂等が存在する場合はこれらを酸化剤として焼却され、排気中にＮＯ₂等が存在しない場合であっても排気温度が強制的に昇温されて焼却される。以下、排気温度を上昇させることでフィルタ３２の担体温度Ｔを燃焼開始温度Ｔ_START以上にしてＰＭを強制的に燃焼させる制御のことを、再生制御（再生処理）と呼ぶ。本実施形態では、エンジンＥＣＵ３の再生制御部５がこの再生制御を実施する。

上記の酸化触媒３１及びフィルタ３２は、図１に示すように、排気の流通方向に直列にケーシング内に固定される。また、酸化触媒３１とフィルタ３２との間には、フィルタ３２に流入する直前の排気温度を検出する上流温度センサ（温度取得手段）２４ａと、排気の酸素濃度Ｃを検出する酸素濃度センサ（濃度取得手段）２５とが設けられる。

さらに、フィルタ３２の直下流には、フィルタ３２から流出した直後の排気温度を検出する下流温度センサ（温度取得手段）２４ｂが設けられる。以下、上流温度センサ２４ａで検出された排気温度のことを入口温度Ｔ_INと呼び、下流温度センサ２４ｂで検出された排気温度のことを出口温度Ｔ_OUTと呼ぶ。これらのセンサ２４ａ，２４ｂ及び２５で検出された入口温度Ｔ_IN，出口温度Ｔ_OUT及び酸素濃度Ｃの各情報は、エンジンＥＣＵ３に伝達される。
排気絞り弁２６は、排気の流量や流速，圧力等を制御する開度調節可能なバルブであり、ここでは、後述のエンジンＥＣＵ３に設けられる再生制御部５の開度制御部５ｂによってその開度が制御される。

エンジン１０のクランクシャフト１４の近傍には、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２７が設けられる。また、車両１の任意の位置には、車速Ｖを検出する車速センサ２８と、アクセルペダルの踏み込み操作量に対応するアクセル開度θ_APSを検出するアクセル開度センサ（ＡＰＳ）２９とが設けられる。これらのセンサ２７〜２９で検出されるエンジン回転速度Ｎｅ，車速Ｖ，アクセル開度θ_APSの情報はエンジン１０の運転状態を推定するために用いられるものであり、随時エンジンＥＣＵ３に伝達される。

［２．制御構成］
エンジンＥＣＵ３は、いずれも各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵでの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート、制御時間をカウントするタイマ等を備えたコンピュータである。

エンジンＥＣＵ３の入力側には、上流温度センサ２４ａ，下流温度センサ２４ｂ，酸素濃度センサ２５，回転速度センサ２７，車速センサ２８及びアクセル開度センサ２９が接続される。一方、エンジンＥＣＵ３の出力側には、エンジン１０及び排気絞り弁２６が接続され、エンジン１０の各シリンダ１１に供給される空気量，燃料噴射量，各シリンダ１１の点火時期等や、排気絞り弁２６の開度が制御される。以下、エンジンＥＣＵ３で実施される制御のうち、フィルタ３２の再生制御について説明する。

エンジンＥＣＵ３は、再生制御の準備計算をする演算部４としての機能要素と、再生制御を実施する再生制御部５としての機能要素とを有する。
演算部４には、フィルタ３２の担体温度Ｔを演算する温度演算部４ａと、フィルタ３２に堆積したＰＭの量（ＰＭ堆積量）を演算する堆積量演算部４ｂとが機能要素として設けられている。

温度演算部（温度取得手段）４ａは、上流温度センサ２４ａ及び下流温度センサ２４ｂで検出された入口温度Ｔ_IN及び出口温度Ｔ_OUTに基づいて、フィルタ３２の担体温度Ｔを演算するものである。この演算手法としては、例えば、排気温度とフィルタ３２の担体温度Ｔとの関係を示すマップを予め記憶しておき、入口温度Ｔ_IN及び出口温度Ｔ_OUTから排気温度の平均値Ｔ_AVEを演算して、この平均値Ｔ_AVEとマップとから担体温度Ｔを演算する。ここで演算された担体温度Ｔの情報は、再生制御部５に伝達される。

堆積量演算部４ｂは、フィルタ３２へのＰＭ堆積量を演算するものである。ＰＭ堆積量は、再生制御の開始及び終了の判定に用いられるパラメータであり、例えばエンジン１０の運転状態から推定されるＰＭ排出量の積算値として演算される。また、再生制御が実施されているときには、再生制御の継続時間から推定されるＰＭ燃焼量がＰＭ堆積量から減算される。ここで演算されたＰＭ堆積量の情報は、再生制御部５に伝達される。

再生制御部５には、フィルタ３２の再生が必要な場合にインジェクタ１６から噴射される燃料の量や噴射タイミングを制御する燃料制御部５ａと、フィルタ３２の再生時に排気絞り弁２６の開度を制御する開度制御部（制御手段）５ｂとが機能要素として設けられている。

燃料制御部５ａは、フィルタ３２の再生制御が必要であるか否かの判定を実施するとともに、再生制御時にインジェクタ１６の制御を行うものである。まず燃料制御部５ａは、堆積量演算部４ｂから伝達されたＰＭ堆積量を所定値と比較し、ＰＭ堆積量が所定値以上であると判定したらフィルタ３２の再生制御が必要であると判断する。この所定値は、フィルタ３２の種類に応じて予め設定されており、例えばフィルタ３２に堆積したＰＭを燃焼させたときに発生する熱により、フィルタ３２が損傷（溶損）しないと考えられるＰＭ堆積量の閾値である。燃料制御部５ａにおいて、「ＰＭ堆積量が所定値以上である」と判断されると、フィルタ３２の再生制御が開始される。つまり、「ＰＭ堆積量が所定値以上である」という条件が、再生制御の開始条件である。

燃料制御部５ａは、再生制御の開始条件が成立したと判定すると、インジェクタ１６から噴射される燃料量及び噴射タイミングを制御し、フィルタ３２の担体温度Ｔが燃焼開始温度Ｔ_START以上のＰＭを効率的に燃焼できる温度（例えば、500〜700℃程度）になるようにポスト噴射を開始する。ここでは、燃料制御部５ａは、エンジン１０の出力トルクに影響を与えないように燃料噴射量を増量補正して未燃燃料を排気通路２２へ供給する。なお、排気温度を上昇させる操作としては、例えば排気通路２２に直接燃料を供給する操作であってもよい。

燃料制御部５ａは、排気通路２２内に設置された温度センサ２４ａ，２４ｂの検出値に基づいて排気温度が目標の温度（ＰＭが効率的に燃焼できる温度）になるようにフィードバック制御により再生制御を実施する。例えば、温度センサ２４ａ，２４ｂの検出値が目標温度に達していないときには、排気温度の上昇量が増加するように燃料噴射量を増量補正し、あるいは燃料噴射のタイミングを遅角化する。また、温度センサ２４ａ，２４ｂの検出値が目標温度にほぼ一致したときには、その時点での排気温度を維持するように、燃料噴射量やそのタイミングを制御する。

開度制御部５ｂは、燃料制御部５ａによって再生制御の開始条件が成立したと判定されたら、酸素濃度センサ２５で検出された酸素濃度Ｃと温度演算部４ａで演算されたフィルタ３２の担体温度Ｔとに基づいて、排気絞り弁２６の開度を制御するものである。ここでは、開度制御部５ｂは、排気絞り弁２６の全開の開度（固定値）θ_MAXから絞り量θ_Wを減じて、目標値（目標開度）θ_Tを求め、排気絞り弁２６の開度がこの目標開度θ_Tとなるように排気絞り弁２６を制御する。

この絞り量θ_Wは、担体温度Ｔから定まる第一補正係数Ｋ₁と、酸素濃度Ｃから定まる第二補正係数Ｋ₂とを乗算して求められる。ここでは、開度制御部５ｂは、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）に示すマップを用いて、フィルタ３２の再生制御の継続時間に応じて二段階の開度制御を実施する。なお、以上の関係を式にまとめると、以下の式（１）及び（２）となる。
θ_T＝θ_MAX−θ_W ・・・（１）
θ_W＝Ｋ₁×Ｋ₂ ・・・（２）

ここで、開度制御部５ｂが排気絞り弁２６の目標開度を設定する際に用いるマップについて説明する。図２（ａ），（ｂ）は、フィルタ３２の再生制御開始時から用いられるマップであり、図３（ａ），（ｂ）は、フィルタ３２の再生制御の継続時間が第一所定時間ｔ₁以上になったら図２（ａ），（ｂ）の代わりに用いられるマップである。なお、第一所定時間ｔ₁は、排気絞り弁２６の開度制御を後述の第一制御から第二制御に切り替えるための閾値として予め設定された時間である。また、図２（ａ）及び図３（ａ）は担体温度Ｔに対する第一補正係数Ｋ₁の関係を示し、図２（ｂ）及び図３（ｂ）は酸素濃度Ｃに対する第二補正係数Ｋ₂の関係を示したマップである。

図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、第一補正係数Ｋ₁は、担体温度Ｔが高温であるほど小さな値に設定されており、所定温度Ｔ₁以上ではゼロに設定されている。つまり、担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満である場合は、担体温度Ｔが高温であるほど絞り量θ_Wは小さくされ、排気絞り弁２６の目標開度θ_Tは大きくされる（排気絞り弁２６の開度は大きく制御される）。なお、担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁以上では第一補正係数Ｋ₁が常にゼロであるため、絞り量θ_Wはゼロとなる（つまり、目標開度θ_Tは全開θ_MAXとなる）。

また、図３（ａ）中の破線のグラフは、図２（ａ）のグラフである。図３（ａ）に示すように、フィルタ３２の再生制御の継続時間が長引くほど、白抜き矢印で示すようにグラフの傾きが大きくなるように設定されている。つまり、図３（ａ）と図２（ａ）とでは、同じ担体温度Ｔでも第一補正係数Ｋ₁が図３（ａ）の方が大きな値になる。すなわち、再生制御の継続時間が長引くほど絞り量θ_Wが大きくされ、排気絞り弁２６の開度（目標開度θ_T）は減少方向に補正される。

所定温度Ｔ₁は、目標ＰＭ量（目標燃焼量に相当するＰＭ）を燃焼するために必要なフィルタ３２の担体温度を意味する。ここで、目標燃焼量とは、フィルタ３２の担体の種類に応じて予め設定されているものであり、フィルタ３２が過昇温とならない（溶損しない）温度未満となるようなＰＭ堆積量である。換言すると、所定温度Ｔ₁は、フィルタ３２の担体の種類やＰＭの目標燃焼量（例えばＰＭの堆積量や目標燃焼速度等）に応じて予め設定されている温度であり、例えば上記した燃焼開始温度Ｔ_STARTと同等か、やや高温（600〜750℃）に設定されている。なお、フィルタ３２の過昇温発生の判断閾値（閾値温度）は、目標燃焼量に相当するＰＭが燃焼したときの担体温度よりもさらに高い値とされている。

一方、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、第二補正係数Ｋ₂は、酸素濃度Ｃが低いほど大きな値に設定されており、所定濃度Ｃ₁よりも高い濃度ではゼロに設定されている。つまり、酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下である場合は、酸素濃度Ｃが低いほど絞り量θ_Wが大きくされ、排気絞り弁２６の目標開度θ_Tは小さくされる（排気絞り弁２６の開度は小さく制御される）。なお、酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁よりも高い状態では第二補正係数Ｋ₂が常にゼロであるため、絞り量θ_Wはゼロとなる（つまり、目標開度θ_Tは全開θ_MAXとなる）。

また、図３（ｂ）中の破線のグラフは、図３（ｂ）のグラフである。図３（ｂ）に示すように、フィルタ３２の再生制御の継続時間が長引くほど、白抜き矢印で示すようにグラフの傾きが大きく設定されている。つまり、図３（ｂ）と図２（ｂ）とでは、同じ酸素濃度Ｃでも第二補正係数Ｋ₂が図３（ｂ）の方が大きな値になる。すなわち、再生制御の継続時間が長引くほど絞り量θ_Wが大きくされ、排気絞り弁２６の開度（目標開度θ_T）は減少方向に補正される。なお、この所定濃度Ｃ₁は、目標燃焼量を燃焼するために必要な酸素濃度を意味する。ここでいう目標燃焼量は、上記したものと同様である。

まず、開度制御部５ｂは、燃料制御部５ａによって再生制御の開始条件が成立したと判定されたら、温度演算部４ａで演算されたフィルタ３２の担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満であるか否かを判定する。担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満であると判定した場合は、次いで酸素濃度センサ２５で検出された酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であるか否かを判定する。

開度制御部５ｂは、酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であると判定した場合、担体温度Ｔ及び酸素濃度Ｃを図２（ａ），（ｂ）に示すマップに適用して、第一補正係数Ｋ₁及び第二補正係数Ｋ₂を求める。そして、排気絞り弁２６の目標開度θ_Tを定め、排気絞り弁２６の開度制御を実施する。以下、図２（ａ），（ｂ）に示すマップを用いた排気絞り弁２６の開度制御を、「第一制御」と呼ぶ。

つまり、開度制御部５ｂによる第一制御は、フィルタ３２の再生制御時であって、再生制御が開始されてから第一所定時間ｔ₁が経過するまでの間、フィルタ３２の担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満且つ酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であれば、継続して実施される。なお、第一制御において、担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁以上であると判定された場合、又は、酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁よりも大きいと判定された場合は、排気絞り弁２６が開放される（すなわち、開度が全開θ_MAXにされる）。

開度制御部５ｂは、フィルタ３２の再生制御を開始してから第一所定時間ｔ₁が経過したら、温度演算部４ａで演算されたフィルタ３２の担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満であるか否かを判定する。担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満であると判定した場合は、次いで酸素濃度センサ２５で検出された酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であるか否かを判定する。

開度制御部５ｂは、酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であると判定した場合、担体温度Ｔ及び酸素濃度Ｃを図３（ａ），（ｂ）に示すマップに適用して、第一補正係数Ｋ₁及び第二補正係数Ｋ₂を求める。そして、排気絞り弁２６の目標開度θ_Tを定め、排気絞り弁２６の開度を制御する。以下、図３（ａ），（ｂ）に示すマップを用いた排気絞り弁２６の開度制御を、「第二制御」と呼ぶ。

つまり、開度制御部５ｂによる第二制御は、フィルタ３２の再生制御時であって、再生制御が開始されてから第一所定時間ｔ₁が経過した後に、フィルタ３２の担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満且つ酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であれば実施される。なお、第二制御において、担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁以上であると判定された場合、又は、酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁よりも大きいと判定された場合は、排気絞り弁２６が開放される（すなわち、開度が全開θ_MAXにされる）。また、第二制御は、第一所定時間ｔ₁よりも長い第二所定時間ｔ₂が経過するまで実施される。なお、第二所定時間ｔ₂は、ここではフィルタ３２の再生制御を終了する終了条件として予め設定された時間である。

［３．フローチャート］
［３−１．メインフロー］
エンジンＥＣＵ３で実行されるフィルタ３２の再生制御のメインフローチャートＸを図４に例示する。このフローチャートに示される一連の制御は、予め設定された所定周期で繰り返し実施される。
ステップＸ１０では、フィルタ３２へのＰＭ堆積量を演算するための各種情報がエンジンＥＣＵ３に読み込まれる。続くステップＸ２０では、堆積量演算部４ｂにおいて、エンジン１０の運転状態に基づいてＰＭ排出量が演算されるとともに、その積算値であるＰＭ堆積量が演算される。また、ステップＸ３０では、再生制御の開始条件が成立したか否かが判定される。

ここで開始条件が成立した場合には、ステップＸ４０へ進んでタイマＡの計測が開始されるとともに、図５に示す第一制御のフローチャートＹが実施される（ステップＸ５０）。なお、このタイマＡは、第一制御の経過時間を計測するものである。一方、開始条件が成立しない場合にはそのまま今回の演算周期での判定が終了する。この場合、次の演算周期では本フローがステップＸ１０から繰り返される。

［３−２．第一制御］
エンジンＥＣＵ３で実行される第一制御のフローチャートＹを図５に例示する。
ステップＹ１０では、フィルタ３２の担体温度Ｔが温度演算部４ａで演算される。続くステップＹ２０では、フィルタ３２に流入する排気中の酸素濃度Ｃが酸素濃度センサ２５で検出される。次いで、ステップＹ３０では、担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満であるか否かが判定される。このステップでは、フィルタ３２に堆積したＰＭが十分燃焼される温度まで担体温度Ｔが昇温されているか否かが判断される。

担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満であれば、ステップＹ４０へ進み、酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であるか否かが判定される。このステップでは、フィルタ３２に流入する排気中に十分酸素が含まれているか否かが判断される。酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であれば、ステップＹ５０へ進んで排気絞り弁２６の開度が制御される。なお、ここでは図２（ａ），（ｂ）に示すマップが用いられる第一制御が実施される。

一方、ステップＹ３０で担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁以上であると判定された場合、又は、ステップＹ４０で酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁よりも大きいと判定された場合は、いずれもステップＹ５５へ進み、排気絞り弁２６が開放される（開度が全開θ_MAXに制御される）。ステップＹ５０又はステップＹ５５において排気絞り弁２６の開度が制御されたら、ステップＹ６０へ進み、タイマＡの計測時間が第一所定時間ｔ₁以上であるか否かが判定される。そして、タイマＡの計測時間が第一所定時間ｔ₁に達するまでは、ＮＯルートからフローチャートＹがリターンされ、ステップＹ１０から再び実施される。

一方、タイマＡの計測時間が第一所定時間ｔ₁以上であれば、ステップＹ７０においてタイマＡが停止されて計測時間がリセットされる。続くステップＹ８０では、タイマＢによる計測が開始されるとともに、図６に示す第二制御のフローチャートＺが実施される（ステップＹ９０）。なお、このタイマＢは、第二制御の経過時間を計測するものであり、上記のタイマＡと同一のものでもよく、異なるタイマを使用してもよい。

［３−３．第二制御］
エンジンＥＣＵ３で実行される第二制御のフローチャートＺを図６に例示する。
ステップＺ１０〜ステップＺ４０までは、第一制御のフローチャートＹと同様であるため、説明を省略する。ステップＺ４０において、酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下であると判定されると、ステップＺ５０へ進んで排気絞り弁２６の開度が制御される。なお、ここでは図３（ａ）及び（ｂ）に示すマップが用いられる第二制御が実施される。

一方、ステップＺ３０で担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁以上であると判定された場合、又は、ステップＺ４０で酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁よりも大きいと判定された場合は、いずれもステップＺ５５へ進み、排気絞り弁２６が開放される（開度が全開θ_MAXに制御される）。ステップＺ５０又はステップＺ５５において排気絞り弁２６の開度が制御されたら、ステップＺ６０へ進み、タイマＢの計測時間が第二所定時間ｔ₂以上であるか否かが判定される。そして、タイマＢの計測時間が第二所定時間ｔ₂に達するまでは、ＮＯルートからフローチャートＺがリターンされ、ステップＺ１０から再び実施される。

一方、タイマＢの計測時間が第二所定時間ｔ₂以上であれば、ステップＺ７０においてタイマＢが停止されて計測時間がリセットされる。続くステップＺ８０では、再生制御部５による再生制御が終了され、図４に示すメインフローチャートＸにリターンされる（ステップＺ９０）。

［４．効果］
したがって、本実施形態に係る排気浄化装置によれば、酸素濃度Ｃと担体温度Ｔとに基づいて排気絞り弁２６の開度を制御することで、フィルタ３２を通過する排気の流速及び流量を適切に制御し、フィルタ３２に捕集されたＰＭの燃焼効率を高めることができる。具体的には、酸素濃度Ｃが低い場合には排気の流速を減少させることで、排気がフィルタ３２内（フィルタ３２周辺）に滞留する時間を延長することができ、酸素とＰＭとの接触確率を高めることができる。また、排気中に含まれる酸素をＰＭの燃焼に利用することができるため、よりＰＭの燃焼効率を高めることができる。また、担体温度Ｔが低い場合には排気の流量を減少させることで、ＰＭの燃焼により発生した熱の損失が減少するため、排気温度の低下を抑制することができるとともにフィルタ３２の保温性を高めることができる。

さらに、酸素濃度Ｃが高い（所定濃度Ｃ₁よりも高い）場合や担体温度Ｔが高い（所定温度Ｔ₁以上の）場合には、排気流れを正常に戻す（すなわち、排気の流速を増大させる、又は流量を増大させる）ことで、ＰＭの燃焼を適切に制御しフィルタ３２の過昇温の発生を防ぐことができる。つまり、本排気浄化装置によれば、フィルタ３２を過昇温させることなく、ＰＭの燃焼効率を高めることができる。

なお、一般的なフィルタ３２の再生制御では、排気温度を高めたり高いまま維持するために、燃料噴射量を増量補正したり、直接排気通路２２へ噴射する燃料量を増量補正している。これに対して、本排気浄化装置によれば、排気絞り弁２６の開度を制御することで、ＰＭの燃焼効率を高めることができるため、排気昇温用の燃料噴射量を削減することができ、燃費向上や排ガスエミッションの低減が可能となる。また、オイルダイリューションを抑制することができる。

また、酸素濃度Ｃが低いほど排気絞り弁２６の開度を小さく制御する（すなわち絞る）ことで、排気をフィルタ３２周辺に長く留めることができる。これにより、酸素濃度Ｃが低い場合は排気中に含まれる酸素をより利用することができるとともに、ＰＭと酸素との接触確率をより高めることができる。つまり、酸素濃度Ｃが低濃度であっても、ＰＭの燃焼効率を高めることができる。

また、担体温度Ｔが高いほど排気絞り弁２６の開度を大きく制御する（すなわち開放する）ことで、ＰＭの燃焼反応を抑制することができ、フィルタ３２の過昇温の発生を抑制することができる。一方、担体温度Ｔが低いほど排気絞り弁２６の開度を絞ることで、排気の流量を減少させることができ、熱損失を減らすことができる。これにより、フィルタ３２の担体温度Ｔを高めることができ、ＰＭの燃焼効率を高めることができる。

また、フィルタ３２の再生継続時間が長引くほど、排気絞り弁２６の絞りが減少方向に補正される。言い換えると、再生が進行するに連れて、よりＰＭが燃えやすい状態となるようにフィルタ環境が制御される。これにより、再生中のＰＭの燃え残りを防止することができ、再生効率を高めることができる。また、ＰＭがほぼ完全に焼却されるまでにかかる時間を短縮することができる。

また、フィルタ３２の直上流に酸素濃度センサ２５を配置し、この酸素濃度センサ２５で検出された酸素濃度Ｃを用いて開度制御をすることで、演算負担を軽減することができるとともに、精度の高い制御を実施することができる。
また、フィルタ３２を含む触媒装置３０がエンジンルーム２内に配置されているため、フィードバック制御の精度を向上させることができ、精度よく再生制御を実施することができる。

［５．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記実施形態では、開度制御部５ｂは、担体温度Ｔ及び酸素濃度Ｃから第一補正係数Ｋ₁及び第二補正係数Ｋ₂をそれぞれ求め、目標開度θ_Tを設定して排気絞り弁２６の開度を制御しているが、上記した開度制御部５ｂによる排気絞り弁２６の開度制御は一例であって、これに限られるものではない。例えば、目標開度θ_T′を予め設定しておき、担体温度Ｔが所定温度Ｔ₁未満で酸素濃度Ｃが所定濃度Ｃ₁以下の場合には、排気絞り弁２６の開度がこの目標開度θ_T′になるように開度制御を実施してもよい。

また、上記実施形態では、開度制御部５ｂによりフィルタ３２の再生制御の継続時間に応じて二段階の開度制御（第一制御及び第二制御）が実施されているが、開度制御はこれに限られない。例えば、再生制御の継続時間に応じた図２及び図３に示すマップを複数記憶しておき、担体温度Ｔ及び酸素濃度Ｃに基づいて細かく開度制御を実施してもよい。

また、酸素濃度Ｃを取得する手段は酸素濃度センサ２５に限られない。例えば、排気通路２２に、排気中の二酸化炭素濃度を検出するセンサや炭化水素濃度を検出するセンサ等を設け、演算部４に酸素濃度を演算する酸素濃度演算部を追加し、これらのセンサから検出された値から排気中に含まれる酸素濃度Ｃを演算（推定）してもよい。

また、フィルタ３２の担体温度Ｔを取得する手法は上記したものに限られず、例えばフィルタ３２に直接温度センサを設け、この温度センサにより担体温度Ｔを検出してもよい。また、上流温度センサ２４ａの検出値又は下流温度センサ２４ｂの検出値を排気温度の代表値とし、マップや演算式から担体温度Ｔを演算するようにしてもよい。

また、堆積量演算部４ｂでのＰＭ堆積量の演算手法は上記したものに限られない。例えば、フィルタ３２の上下流の圧力を検出又は推定して、上下流の差圧からＰＭ堆積量を推定する手法や、エンジン１０の運転状態の情報（エンジン回転速度及び負荷）を取得し、運転状態に応じた単位時間当たりのＰＭ排出量を予め用意されたマップによって求め、フィルタ３２の新品時または再生直後からのエンジン運転時間の累計より、ＰＭ堆積量を推定する等、種々の公知技術を適用可能である。

また、フィルタ３２の再生制御を終了するために用いたタイマＢに代えて、再生制御の終了条件が成立したか否かを判定してもよい。この終了条件としては、例えば、堆積量演算部４ｂで演算されたＰＭ堆積量が所定値以下になることや、酸素濃度センサ２５で検出される酸素濃度Ｃが変化しなくなったことや、温度演算部４ａで演算された担体温度Ｔがある所定値よりも低くなったこと等がある。本排気浄化装置によれば、ＰＭの燃焼効率を高めることができるため、フィルタ３２の再生制御にかかる時間（ＰＭを焼却し終えるまでにかかる時間）を短縮することができる。

また、上記実施形態では再生制御部５がエンジンＥＣＵ３の機能要素として設けられているが、車両１に搭載される電子制御装置のうちのいずれかに設けられていればよい。
なお、本排気浄化装置は、自動車やトラック等の様々な車両に適用可能であり、さらに車両に搭載されるエンジンに限られない。また、ディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジンから排出される排気を浄化する装置としても利用可能である。また、ターボチャージャーが設けられていないエンジンであってもよい。

１ 車両
２ エンジンルーム
３ エンジンＥＣＵ（エンジン制御装置）
４ 演算部
４ａ 温度演算部（温度取得手段）
４ｂ 堆積量演算部
５ 再生制御部
５ａ 燃料制御部
５ｂ 開度制御部（制御手段）
１０ ディーゼルエンジン（エンジン）
２２ 排気通路
２３ ターボチャージャ
２４ａ 上流温度センサ（温度取得手段）
２４ｂ 下流温度センサ（温度取得手段）
２５ 酸素濃度センサ（濃度取得手段）
２６ 排気絞り弁
３０ 触媒装置（排気浄化装置）
３１ 酸化触媒
３２ フィルタ

Claims (6)

1. エンジンの排気通路に設けられ、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタよりも下流側の前記排気通路に介装された排気絞り弁と、
   前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を取得する濃度取得手段と、
   前記フィルタの担体温度を取得する温度取得手段と、
   前記フィルタの再生時に、前記濃度取得手段で取得された前記酸素濃度と前記温度取得手段で取得された前記担体温度とに基づいて前記排気絞り弁の開度を制御する制御手段と、を備える
   ことを特徴とする、排気浄化装置。
2. 前記制御手段が、前記濃度取得手段で取得された前記酸素濃度が低いほど、前記排気絞り弁の開度を小さく制御する
   ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記制御手段が、前記温度取得手段で取得された前記担体温度が高温であるほど、前記排気絞り弁の開度を大きく制御する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化装置。
4. 前記制御手段が、前記フィルタの再生継続時間が長引くほど、前記排気絞り弁の開度を減少方向に補正する
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の排気浄化装置。
5. 前記濃度取得手段が、前記フィルタの直上流に配置された酸素濃度センサである
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
6. 前記フィルタが、前記エンジンのエンジンルーム内に配置されている
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気浄化装置。

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