JP4022723B2 - 排気フィルタ再生装置及び方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気中のパティキュレート（Particulate Matter：ＰＭ）を捕集するフィルタを再生する排気フィルタ再生装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気中のＰＭを捕集するフィルタとして例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が知られている。また、このフィルタに堆積したＰＭを除去してフィルタを連続使用するための再生方式として、噴射制御によるフィルタへの燃料供給、バーナ、電気ヒータ等を用いた種々のものが知られている。従来の再生方式によると、フィルタに所定量のＰＭが堆積するたびにＰＭを燃焼させ、フィルタに堆積したＰＭが完全に焼却されるまで燃焼を継続させる。フィルタに堆積するＰＭにはエンジンオイル中のＣａと主に軽油が含有するＳとが結合して生成されるＣａＳＯ4 を主成分とする不燃物が含まれている。この不燃物はアッシュといわれ、内燃機関の燃焼室において又はフィルタ再生時にＰＭが燃焼することでフィルタ上において、ＣａとＳＯｘが反応して生成されるものである。アッシュの粒径は、燃焼室で生成されるもので０．１μｍ〜数μｍ程度であり、フィルタの平均細孔径の３０μｍに対して十分小さい。このため、フィルタ再生時にＰＭ中の可燃成分が焼却されると、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにＰＭによって閉塞されていたフィルタの細孔が図２（Ｃ）に示すように開放されるため、アッシュはフィルタの細孔を通って排気とともに除去される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＭの再生時にはフィルタへの燃料供給、バーナへの燃料供給、電気ヒータに供給する電力を発電する等のため、内燃機関の燃料消費量が増大する。また、ＰＭの堆積量が少ないほどＰＭの焼却速度は遅くなる。したがって、ＰＭ再生開始後にＰＭ堆積量が減少するのに伴って、ＰＭの焼却速度が遅くなり、内燃機関の燃料消費に対するＰＭの焼却効率が悪化する。
【０００４】
本発明は、これらの問題を解決するために創作されたものであって、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することを可能にする排気フィルタ再生装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１及び８に記載の排気フィルタ再生装置及び方法では、フィルタに堆積しているパティキュレートに含まれる不燃物の堆積量に相関した第二パラメータを検出し、パティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータ又は第二パラメータに基づいてフィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期を決定し、不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させるか否かを第二パラメータに基づいて決定し、それらの決定に基づいてパティキュレートを燃焼させる。このため、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することができる。
【０００６】
請求項２及び９に記載の排気フィルタ再生装置及び方法では、１燃焼サイクル内でのインジェクタのメイン燃料噴射の時期をパティキュレートの燃焼を開始させる前に比べて遅らせ、又は、１燃焼サイクル内でメイン燃料噴射後にインジェクタに燃料噴射させ、又は、スロットルバルブ若しくはＥＧＲバルブの開度をパティキュレートの燃焼を開始させる前に比べて小さくすることにより、パティキュレートの燃焼を促進する触媒を担持したフィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる。このため、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することができる。
【０００７】
請求項３及び１０に記載の排気フィルタ再生装置及び方法では、不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させないときにはパティキュレートをフィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させる。このため、フィルタを再生するとき、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制することができる。
【０００８】
請求項４及び１１に記載の排気フィルタ再生装置及び方法では、フィルタに堆積している不燃物がフィルタ容量１リットルあたり０．０５ｇ以上０．２５ｇ以下であると第二パラメータに基づいて予測されるとき不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させると決定する。このため、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することができる。
【０００９】
請求項５に記載の排気フィルタ再生装置において、第二パラメータは、不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させた後に累積した走行距離である。このため、所定の走行距離が累積される度に、不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させることで、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することができる。
【００１０】
請求項６に記載の排気フィルタ再生装置において、第二パラメータは、不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させた後に累積した燃料噴射量である。このため、所定の燃料噴射量が累積される度に、不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させることで、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することができる。
【００１１】
請求項７に記載の排気フィルタ再生装置において、第二パラメータは、不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させた後にパティキュレートの燃焼を開始させた回数である。このため、フィルタに堆積したパティキュレートを繰り返し燃焼させるにあたって、所定回数毎に一度だけ、不燃物がフィルタを通過する程度に可燃物を焼却するまで燃焼を継続させることで、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することができる。
【００１２】
請求項１２及び１３に記載の排気フィルタ再生装置及び方法では、フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させた後、パティキュレートをフィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させる。このため、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施例）
図３は、本発明の第１実施例によるフィルタ再生装置の構成を示す模式図である。このフィルタ再生装置は、ディーゼルエンジン３８を駆動源とする自動車に搭載されるＤＰＦ２６の再生装置に本発明を適用したものである。
【００１４】
ディーゼルエンジン３８の図示しない吸気ポートには吸気管４４が接続されている。吸気管４４には、吸気量を検出するエアフロメータ１０が設けられている。吸気管４４のエアフロメータ１０の下流側にはスロットルバルブ４２が設けられている。スロットルバルブ４２の回転軸４０には電動モータ１２の駆動力が伝達される。電動モータ１２の駆動力によりスロットルバルブ４２の開度が制御され、スロットルバルブ４２の開度に応じて吸気量が調整される。
【００１５】
ディーゼルエンジン３８の図示しないシリンダヘッドには各気筒に燃料を噴射するインジェクタ３６が設けられている。インジェクタ３６はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）５０から出力される駆動信号に応じて１燃焼サイクルに燃料を複数回噴射する。
【００１６】
ディーゼルエンジン３８の図示しない排気ポートには排気管３０が接続されている。ＤＰＦ２６は、排気管３０内に設けられ、例えば多孔質セラミックスにより形成されている。ＤＰＦ２６の表面にはＰＭと反応して燃焼を促進する酸化触媒がコーティングされている。
【００１７】
排気管３０のＤＰＦ２６の上流側及び下流側には差圧センサ３４の検出部２４、３２が設けられている。差圧センサ３４は、ＤＰＦ２６の上流の排気圧と下流の排気圧との圧力差を検出する。排気管３０のＤＰＦ２６の上流側には排気温度を検出する温度センサ２２が設けられている。
【００１８】
吸気管４４と排気管３０とはＥＧＲ管２０で相互に連通している。ＥＧＲ管２０によって、排気の一部が吸気管４４に環流する。ＥＧＲ管２０にはＥＧＲバルブ１８が設けられている。ＥＧＲバルブ１８の回転軸１６には電動モータ１４の駆動力が伝達される。電動モータ１４の駆動力によりＥＧＲバルブ１８の開度が制御され、ＥＧＲバルブ１８の開度に応じて吸気管４４に環流するＥＧＲガスの流量が調整される。
【００１９】
ＥＣＵ５０は、排気フィルタ再生プログラムが格納されているＲＯＭ５８、排気フィルタ再生プログラムを実行するＣＰＵ６０、排気フィルタ再生プログラムの実行により各種データが格納されるＲＡＭ５６及びバックアップＲＡＭ（Ｂ−ＲＡＭ）５４、入力回路４６、並びに出力回路４８を備えている。ＲＯＭ５８、ＣＰＵ６０、ＲＡＭ５６、Ｂ−ＲＡＭ５４、入力回路４６及び出力回路４８は相互にバス５２で接続されている。入力回路４６には、エアフロメータ１０、温度センサ２２、差圧センサ３４等の各種のセンサが接続され、エアフロメータ１０で検出した吸気量を示す吸気量信号、温度センサ２２で検出した排気温度を示す排気温度信号、差圧センサ３４で検出したＤＰＦ２６の上下流の圧力差を示す圧力信号等は入力回路４６からＣＰＵ６０に入力される。出力回路４８は、スロットルバルブ４２の電動モータ１２、ＥＧＲバルブ１８の電動モータ１４、インジェクタ３６等に接続され、ＣＰＵ６０から出力される制御信号に基づいてこれらの出力機器に駆動電流を供給する。
【００２０】
以上、第１実施例によるフィルタ再生装置の構成を説明した。次に、フィルタ再生装置の作動について説明する。
ＤＰＦ２６の再生処理では、１燃焼サイクル内でのインジェクタ３６のメイン噴射時期を遅らせるとともに、メイン噴射後において図示しないクランクシャフトが所定の回転角になったとき、インジェクタ３６から気筒内に燃料を噴射する。メイン噴射後に噴射された燃料の一部又は全部は、気筒内で燃焼せずに排気ガスとともに排気管３０に排出されてＤＰＦ２６に到達する。ＤＰＦ２６に到達した燃料は酸化触媒と反応し、ＤＰＦ２６に堆積したＰＭとともに燃焼する。燃焼したＰＭはＤＰＦ２６の細孔を通ってＤＰＦ２６の下流に排気ガスとともに排出される。
【００２１】
また、ＤＰＦ２６の再生処理では、ディーゼルエンジン３８に導入される吸気量を低減してＤＰＦ２６に到達する燃料を増大させる。具体的には、スロットルバルブ４２の電動モータ１２を制御してスロットルバルブ４２の開度を小さくし吸気量を抑えるとともに、ＥＧＲバルブ１８の電動モータ１４を制御してＥＧＲバルブ１８の開度を小さくし排気ガスの環流量を抑える。
【００２２】
尚、ＤＰＦ２６の再生手段としては、上述の触媒を担持したフィルタへの燃料供給によるものに限らず、バーナ、電気ヒータ等の昇温手段を用いた各種の再生方式を採用することができる。
また、温度センサ２２をＤＰＦ２６の下流又は上流と下流の両方に配置する構成にすることで、ＤＰＦ２６の温度を精度良く推定する手段を用いて排気温度信号を入力回路４６からＣＰＵ６０に入力してもよい。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施例によるＤＰＦ２６の再生処理の開始及び終了の時期を示す図である。
ＤＰＦ２６の再生処理は、フィルタ容量１リットルあたりのＰＭの堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えたと予測されるとき、及び、フィルタ容量１リットルあたりのアッシュの堆積質量Ａがしきい値Ａ１を越えたと予測されるときに開始する。ＰＭのしきい値Ｍ１は、ＤＰＦ２６に堆積したＰＭによる流体摩擦抵抗がエンジン出力に与える影響と、再生処理におけるＰＭの焼却速度とを考慮して設定され、フィルタ容量１リットルあたり２ｇ以上１０ｇ以下であることが望ましい。ＰＭのしきい値Ｍ１をこれより大きく設定すると、ＤＰＦ２６による流体摩擦抵抗が過大になってエンジン出力が低下し、一方、図４に示すようにＰＭの堆積量の減少に伴ってＰＭの焼却速度が遅くなるため、ＰＭのしきい値Ｍ１をこれより小さく設定するとＰＭの焼却効率が低下するからである。アッシュのしきい値Ａ１は、ＤＰＦ２６からＰＭをほぼ完全に除去するために消費される燃料の量と、ＰＭの可燃成分がＤＰＦ２６表面の酸化触媒と接触する面積とを考慮して設定され、フィルタ容量１リットルあたり０．０５ｇ以上０．２５ｇ以下であることが望ましい。アッシュのしきい値Ａ１をこれより小さく設定すると、ＤＰＦ２６の再生処理のために消費される燃料が過大となり、一方、アッシュのしきい値Ａ１をこれより大きく設定すると再生処理の前にＰＭの可燃成分が酸化触媒と接触する部分が過小となり、ＰＭの焼却効率が低下するからである。尚、酸化触媒との反応を利用せずにバーナ、電気ヒータ等によりＰＭを燃焼させる再生方式を採用したとしても、アッシュのしきい値Ａ１をあまりに大きく設定すると、ＤＰＦ２６に堆積されるＰＭの不燃成分の割合が過大になることでＤＰＦ２６に堆積させ得る可燃成分の堆積量が過小になる。このため頻繁に可燃成分を燃焼させることとなり、ＤＰＦ２６の再生処理のために消費される燃料が過大になる。
【００２４】
ＤＰＦ２６の再生処理は、フィルタ容量１リットルあたりのＰＭの堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えたと予測されて開始された場合、フィルタ容量１リットルあたりのＰＭの堆積質量Ｍがしきい値Ｍ２より小さくなったと予測されるときに終了する。以下、この時期で終了させるＤＰＦ２６の再生処理を不完全再生処理というものとする。しきい値Ｍ２は、ＰＭに含まれる可燃成分を完全に焼却する前に再生処理が終了するように設定され、フィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下であることが望ましい。ＰＭのしきい値Ｍ２をこれより小さく設定すると、既に述べたとおりＰＭの焼却効率が低下し、ＤＰＦ２６の再生処理のために消費される燃料が過大になるからである。一方、ＰＭのしきい値Ｍ２をこれより大きく設定すると、再生処理の頻度が増し、ＤＰＦ２６だけでなく排気管などを昇温させる頻度も増えるため、ＤＰＦ２６の再生処理のために消費される燃料が過大になるからである。
【００２５】
またフィルタ容量１リットルあたりのアッシュの堆積質量Ａがしきい値Ａ１を越えたと予測されて再生処理が開始された場合、アッシュがＤＰＦ２６を通過できる程度にフィルタ容量１リットルあたりのＰＭの堆積質量Ｍが小さくなったと予測されるときにＤＰＦ２６の再生処理を終了する。以下、この時期で終了させるＤＰＦ２６の再生処理を完全再生処理というものとする。アッシュがＤＰＦ２６を通過できる程度とは、ＰＭによって閉塞されていたＤＰＦ２６の細孔が開放されることでアッシュがＤＰＦ２６を通過できるようになる程度である。一般にフィルタ容量１リットルあたりのＰＭの堆積質量Ｍが１ｇ未満であれば、堆積していたほぼ全量のアッシュがＤＰＦ２６を通過するようになる。したがって、完全再生処理は、ＰＭの堆積質量Ｍが１ｇ未満になるまで継続させることが望ましい。
【００２６】
図５は、本発明の第１実施例においてＥＣＵ５０で実行されるフィルタ再生プログラムによるフィルタ再生処理の手順を示すフローチャートである。以下、図５に基づきフィルタ再生処理ルーチンについて説明する。尚、フィルタ再生処理ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００２７】
ステップＳ１００において、最後の完全再生処理後に累積した走行距離Ｌを検出する。走行距離Ｌは、例えば走行距離に応じてインクリメントし完全再生処理を終了させるたびにリセットするカウント数をＲＡＭ５６等に記憶しておき、それを読み込むことで検出する。走行距離Ｌを検出する目的は、ＤＰＦ２６に堆積したフィルタ容量１リットルあたりのアッシュの質量Ａを予測することにある。走行距離Ｌが伸びるにしたがってアッシュの堆積質量Ａが増大するため、走行距離Ｌに適切なしきい値Ｌ１（例えば１０００ｋｍ）を設定することで、走行距離Ｌがしきい値Ｌ１を越えたか否かによってアッシュの堆積質量Ａが完全再生処理を開始すべきしきい値Ａ１（例えば０．０８５ｇ／Ｌ）を越えたか否かを予測することができる。
【００２８】
続くステップＳ１０５において、ＤＰＦ２６に堆積したＰＭのフィルタ容量１リットルあたりの質量であるＰＭ堆積質量Ｍを予測する。ＤＰＦ２６に堆積したＰＭの質量は、温度センサ２２の排気温度信号及び差圧センサ３４の圧力信号を読み込むことで排気温度及びＤＰＦ２６の上流側と下流側との排気圧の圧力差を検出し、これらの排気温度及び圧力差から予測する。また、累積走行距離、累積燃料噴射量、エアフロメータ１０の吸気量信号に基づいて検出される吸気量等に基づいてＰＭ堆積質量Ｍを予測してもよい。
【００２９】
続いて、ＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えているか否かを判定し（ステップＳ１１０）、さらにＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えているか否かにかかわらず、走行距離Ｌがしきい値Ｌ１を越えているか否かを判定する（ステップＳ１１５及びステップＳ１４０）。予測したＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えており走行距離Ｌがしきい値Ｌ１を越えていないと判定されれば、ステップＳ１２０に移行することで不完全再生処理の開始を決定する。走行距離Ｌがしきい値Ｌ１を越えていると判定されれば、アッシュの堆積質量Ａがしきい値Ａ１を越えたと予測されるため、ＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えているか否かにかかわらずステップＳ１４５に移行することで完全再生処理の開始を決定する。しきい値Ｌ１は、ＤＰＦ２６に堆積したアッシュの質量がしきい値Ａ１に等しくなる例えば１０００ｋｍに設定しておく。ＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えておらず、且つ、走行距離Ｌがしきい値Ｌ１を越えていないと判定されれば、再生処理をすることなしにステップＳ１００に戻り上述の処理が繰り返される。尚、走行距離Ｌがしきい値Ｌ１を越え、且つ、ＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えているときにのみ完全再生処理を開始することとし、ＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えていなければ再生処理をすることなしに常にステップＳ１００に戻るようにしてもよい。
【００３０】
ステップＳ１２０で開始される不完全再生処理では、スロットルバルブ４２及びＥＧＲバルブ１８の開度が小さくなるようにスロットルバルブ４２の電動モータ１２及びＥＧＲバルブ１８の電動モータ１４を制御し、インジェクタ３６のメイン噴射時期を遅らせ、かつ、メイン噴射後、排気行程において気筒内に所定量の燃料を噴射するようにインジェクタ３６を制御する。これにより、気筒内で燃焼しなかった燃料がＤＰＦ２６に到達するようになる。すると、ＤＰＦ２６にコーティングされた酸化触媒に反応して燃料がＤＰＦ２６の表面でＰＭとともに燃焼する。ＤＰＦ２６の表面で燃焼したＰＭはＤＰＦ２６の細孔を通ってＤＰＦ２６の下流側に排出される。
【００３１】
ステップＳ１２５では、温度センサ２２の排気温度信号及び差圧センサ３４の圧力信号を読み込むことで排気温度及びＤＰＦ２６の上流側と下流側との排気圧の圧力差を検出し、これらの排気温度及び圧力差からＰＭの堆積質量Ｍを予測し、続くステップＳ１３０でＰＭの堆積量Ｍに基づいて不完全再生処理を終了させる時期を決定する。尚、ステップＳ１２５では、累積走行距離、累積燃料噴射量、完全再生処理の継続時間、エアフロメータ１０の吸気量信号に基づいて検出される吸気量等に基づいてＰＭ堆積質量Ｍを予測してもよい。ステップＳ１３０では、ＰＭの堆積質量Ｍがしきい値Ｍ２より小さくなったか否かを判定し、小さくなっていればステップＳ１３５に移行して不完全再生処理を終了させ、小さくなっていなければステップ１２５に戻って上述の処理を繰り返し、不完全再生処理を継続させる。ステップＳ１３５では、スロットルバルブ４２及びＥＧＲバルブ１８の開度並びにインジェクタの噴射時期及び噴射量を再生処理の開始前の状態に戻し、不完全再生処理を終了させる。
【００３２】
ステップＳ１４５で開始させる完全再生処理は、不完全再生処理と開始及び終了の時期が異なるだけで、再生中の処理内容は不完全再生処理と同じである。ステップＳ１５０では、ステップＳ１２５と同様に排気温度及びＤＰＦ２６の上流側と下流側との排気圧の圧力差を検出し、これらの排気温度及び圧力差からＰＭの堆積質量Ｍを予測し、続くステップＳ１５５でＰＭの堆積質量Ｍに基づいて完全再生処理を終了させる時期を決定する。尚、ステップＳ１５０では、累積走行距離、累積燃料噴射量、完全再生処理の継続時間、エアフロメータ１０の吸気量信号に基づいて検出される吸気量等に基づいてＰＭ堆積質量Ｍを予測してもよい。ステップＳ１５５では、ＰＭの堆積質量Ｍがしきい値Ｍ３より小さくなったか否かを判定し、小さくなっていればステップＳ１６０に移行して完全再生処理を終了させ、小さくなっていなければステップ１５０に戻って上述の処理を繰り返し、完全再生処理を継続させる。
【００３３】
以上説明したように、第１実施例のフィルタ再生装置は、（１）内燃機関としてのディーゼルエンジン３８の排気管３０に設けられ、排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ２６で構成されたフィルタと、（２）フィルタに堆積しているＰＭの堆積量に相関した第一パラメータとしての排気温度及びＤＰＦ２６の上下流の差圧を検出する温度センサ２２、差圧センサ３４等で構成されたパティキュレート検出手段と、（３）フィルタに堆積しているＰＭに含まれる不燃物としてのアッシュの堆積量に相関した第二パラメータとしての走行距離Ｌを検出するＥＣＵ５０等で構成される不燃物検出手段と、フィルタに堆積しているＰＭを燃焼させるスロットルバルブ４２、ＥＧＲバルブ１８、インジェクタ３６、電動モータ１２、１４等で構成される再生手段と、（４）第一パラメータ又は第二パラメータに基づいてフィルタに堆積しているＰＭの燃焼を開始させる時期をステップＳ１１０、１１５及び１４０において決定し、不燃物がフィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させるか否かをステップＳ１１５及び１４０において第二パラメータに基づいて決定し、それらの決定に基づいて再生手段を制御するＥＣＵ５０で構成される制御手段と、を備える。また、フィルタはパティキュレートの燃焼を促進する触媒としての酸化触媒を担持し、制御手段は、フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させるとき、１燃焼サイクル内でのインジェクタ３６のメイン燃料噴射の時期をパティキュレートの燃焼を開始させる前に比べて遅らせ、又は、１燃焼サイクル内でメイン燃料噴射後にインジェクタ３６に燃料噴射させ、又は、スロットルバルブ４２若しくはＥＧＲバルブ１８の開度をパティキュレートの燃焼を開始させる前に比べて小さくする。また、第二パラメータとしての走行距離Ｌは、不燃物がフィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させた後に、すなわち最後の完全再生処理の終了後に累積した走行距離である。また、第１実施例のフィルタ再生装置は、ＤＰＦ２６による流体摩擦抵抗が過大になってエンジン出力が低下する以前に再生処理を開始するものの、再生処理の開始時にアッシュの堆積量がしきい値Ａ１を越えていないと予測される場合には、しきい値Ａ１を越えていると予測される場合に比べて多量のＰＭをＤＰＦ２６に残存させて再生処理を終了する。例えば、ＥＣＵ５０は、ＰＭの堆積量がフィルタ容量１リットルあたり２ｇ以上１０ｇ以下であると予測されるときアッシュがＤＰＦ２６を通過する程度にＰＭを焼却するまで燃焼を継続させない不完全再生処理を開始させ、図２（Ｂ）に示すようにＰＭをＤＰＦ２６にフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させ、ＤＰＦ２６に堆積しているアッシュが走行距離Ｌに基づいてフィルタ容量１リットルあたり０．０５ｇ以上０．２５ｇ以下であると予測されるとき完全再生処理を開始して図２（Ｃ）に示すようにフィルタ容量１リットルあたりのＰＭの堆積質量Ｍが１ｇ未満になるまでＰＭの燃焼を継続させる。
【００３４】
したがって、第１実施例によると、内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつフィルタを連続使用することができる。
【００３５】
（第２実施例）
本発明の第２実施例は、アッシュの堆積量を予測するために用いるパラメータとして燃料噴射量を検出する点について第１実施例と異なり、それ以外の点では第１実施例と同一である。図６は、本発明の第２実施例においてＥＣＵ５０で実行されるフィルタ再生プログラムによるフィルタ再生処理の手順を示すフローチャートである。第１実施例と同一の処理を実施するステップについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
ステップＳ２００では、最後の完全再生処理後に累積した燃料噴射量Ｑを検出する。燃料噴射量Ｑは、例えば燃料噴射量に応じてインクリメントし完全再生処理を終了させるたびにリセットするカウント数をＲＡＭ５６等に記憶しておき、それを読み込むことで検出する。燃料噴射量Ｑを検出する目的は、ＤＰＦ２６に堆積したフィルタ容量１リットルあたりのアッシュの質量Ａを予測することにある。燃料噴射量Ｑが増大するにしたがってアッシュの堆積質量Ａが増大するため、燃料噴射量Ｑに適切なしきい値Ｑ１（例えば６０リットル）を設定することで、燃料噴射量Ｑがしきい値Ｑ１を越えたか否かによってアッシュの堆積質量Ａが完全再生処理を開始すべきしきい値Ａ１（例えば０．０８５ｇ／Ｌ）を越えたか否かを予測することができる。
【００３７】
ステップＳ２１５及びステップＳ２４０では、ＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えているか否かにかかわらず、燃料噴射量Ｑがしきい値Ｑ１を越えているか否かを判定する。燃料噴射量Ｑがしきい値Ｑ１を越えていると判定されれば、アッシュの堆積質量Ａがしきい値Ａ１を越えたと予測されるため、ＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えているか否かにかかわらずステップＳ１４５に移行することで完全再生処理の開始を決定する。ＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えておらず、且つ、燃料噴射量Ｑがしきい値Ｑ１を越えていないと判定されれば、再生処理をすることなしにステップＳ２００に戻り上述の処理が繰り返される。
【００３８】
以上説明したように、第２実施例のフィルタ再生装置では、第二パラメータとしての燃料噴射量Ｑは、不燃物としてのアッシュがフィルタとしてのＤＰＦ２６を通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させた後、すなわち最後の完全再生処理の終了後に累積した燃料噴射量である。
【００３９】
（第３実施例）
本発明の第３実施例は、アッシュの堆積量を予測するために用いるパラメータとして不完全再生処理の回数を検出する点について第１実施例と異なり、それ以外の点では第１実施例と同一である。図７は、本発明の第３実施例においてＥＣＵ５０で実行されるフィルタ再生プログラムによるフィルタ再生処理の手順を示すフローチャートである。第１実施例と同一の処理を実施するステップについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
ステップＳ３１０ではＰＭ堆積質量Ｍがしきい値Ｍ１を越えているか否かを判定し、越えていると判定されればステップＳ３１５に移行し、越えていないと判定されれば再生処理を開始することなしにステップＳ１０５に戻りＰＭの堆積質量Ｍを予測した後、ステップＳ３１０を繰り返す。ステップＳ３１５では最後の完全再生処理の後に実施した不完全再生処理の回数Ｃがしきい値Ｃ１と等しいか否かを判定し、等しくなければステップＳ１２０に移行することで不完全再生処理の開始を決定し、等しければステップＳ１４５に移行することで完全再生処理の開始を決定する。不完全再生処理の回数Ｃは、不完全再生処理を実施するたびにステップＳ３４０においてインクリメントされ、完全再生処理を実施するたびにステップＳ３６５においてリセットされる。不完全再生処理の回数Ｃを検出する目的は、ＤＰＦ２６に堆積したフィルタ容量１リットルあたりのアッシュの質量Ａを予測することにある。不完全再生処理の回数Ｃが増加するにしたがってアッシュの堆積質量Ａが増大するため、不完全再生処理の回数Ｃに適切なしきい値Ｃ１（例えば２３回）を設定することで、不完全再生処理の回数Ｃがしきい値Ｃ１を越えたか否かによってアッシュの堆積質量Ａが完全再生処理を開始すべきしきい値Ａ１（例えば０．０８５ｇ／Ｌ）を越えたか否かを予測することができる。
【００４１】
以上説明したように、第３実施例のフィルタ再生装置では、第二パラメータとしての不完全再生処理の回数Ｃは、不燃物としてのアッシュがフィルタとしてのＤＰＦ２６を通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させた後にパティキュレートの燃焼を開始させた回数、すなわち、最後の完全再生処理の終了後に不完全再生処理を実施した回数である。
【００４２】
（第４実施例）
本発明の第４実施例は、アッシュの堆積量を予測するために用いるパラメータとして走行距離Ｌ、燃料噴射量Ｑ及び不完全再生処理の回数Ｃを検出し、これらのいずれかが所定のしきい値を越えたときに完全再生処理を実施する点において第１〜３実施例と異なり、それ以外の点では第１〜３実施例と同一である。図８は、本発明の第４実施例においてＥＣＵ５０で実行されるフィルタ再生プログラムによるフィルタ再生処理の手順を示すフローチャートである。第１〜３実施例と同一の処理を実施するステップについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
ステップＳ４１５では、走行距離Ｌがしきい値Ｌ１を越えているか否か、燃料噴射量Ｑがしきい値Ｑ１を越えているか否か、及び、最後の完全再生処理の後に実施した不完全再生処理の回数Ｃがしきい値Ｃ１と等しいか否かを判定する。走行距離Ｌがしきい値Ｑ１を越えているか、燃料噴射量Ｑがしきい値Ｑ１を越えているか、又は、不完全再生処理の回数Ｃがしきい値Ｃ１と等しいと判定されれば、ステップＳ１４５に移行することで完全再生処理の開始を決定し、それ以外の場合はステップＳ１２０に移行することで不完全再生処理の開始を決定する。アッシュの堆積量を予測するために複数のパラメータを用いることでアッシュの堆積量の予測精度を向上させ、完全再生処理を開始させる時期を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるＤＰＦの再生処理の開始及び終了の時期を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例によるＤＰＦにＰＭが堆積した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるフィルタ再生装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施例によるフィルタ再生処理におけるＰＭの堆積質量とＰＭの焼却速度の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施例においてＥＣＵで実行されるフィルタ再生プログラムによるフィルタ再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例においてＥＣＵで実行されるフィルタ再生プログラムによるフィルタ再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施例においてＥＣＵで実行されるフィルタ再生プログラムによるフィルタ再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４実施例においてＥＣＵで実行されるフィルタ再生プログラムによるフィルタ再生処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１２ 電動モータ（再生手段）
１４ 電動モータ（再生手段）
１８ ＥＧＲバルブ（再生手段）
２２ 温度センサ（パティキュレート検出手段）
２６ ＤＰＦ（フィルタ）
３０ 排気管
３４ 差圧センサ（パティキュレート検出手段）
３６ インジェクタ（再生手段）
３８ ディーゼルエンジン（内燃機関）
４２ スロットルバルブ（再生手段）
５０ ＥＣＵ（不燃物検出手段、制御手段）

Claims (17)

  1. 内燃機関の排気管に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータを検出するパティキュレート検出手段と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートに含まれる不燃物の堆積量に相関した第二パラメータを検出する不燃物検出手段と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる再生手段と、
    前記第一パラメータ又は前記第二パラメータに基づいて前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期を決定し、前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させるか否かを前記第二パラメータに基づいて決定し、それらの決定に基づいて前記再生手段を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする排気フィルタ再生装置。
  2. 前記フィルタはパティキュレートの燃焼を促進する触媒を担持し、
    前記再生手段はスロットルバルブ、ＥＧＲバルブ及びインジェクタを有し、
    前記制御手段は、前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させるとき、１燃焼サイクル内での前記インジェクタのメイン燃料噴射の時期をパティキュレートの燃焼を開始させる前に比べて遅らせ、又は、１燃焼サイクル内でメイン燃料噴射後に前記インジェクタに燃料噴射させ、又は、前記スロットルバルブ若しくは前記ＥＧＲバルブの開度をパティキュレートの燃焼を開始させる前に比べて小さくすることを特徴とする請求項１に記載の排気フィルタ再生装置。
  3. 前記制御手段は、前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させないときには前記フィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下のパティキュレートが残存していると前記第一パラメータに基づいて予測されるときに燃焼を終了させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気フィルタ再生装置。
  4. 前記制御手段は、前記フィルタに堆積している不燃物がフィルタ容量１リットルあたり０．０５ｇ以上０．２５ｇ以下であると前記第二パラメータに基づいて予測されるとき前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させると決定することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気フィルタ再生装置。
  5. 前記第二パラメータは、前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させた後に累積した走行距離であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気フィルタ再生装置。
  6. 前記第二パラメータは、前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させた後に累積した燃料噴射量であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気フィルタ再生装置。
  7. 前記第二パラメータは、前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させた後にパティキュレートの燃焼させた回数であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気フィルタ再生装置。
  8. 内燃機関の排気管に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタを再生する方法であって、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータを検出するパティキュレート検出工程と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートに含まれる不燃物の堆積量に相関した第二パラメータを検出する不燃物検出工程と、
    前記第一パラメータ又は前記第二パラメータに基づいて前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期を決定する開始時期決定工程と、
    前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させるか否かを前記第二パラメータに基づいて決定する終了時期決定工程と、
    前記開始時期決定工程及び前記終了時期決定工程における決定に基づいて前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる再生工程と、
    を含むことを特徴とする排気フィルタの再生方法。
  9. 前記フィルタはパティキュレートの燃焼を促進する触媒を担持し、
    前記再生工程において、１燃焼サイクル内でのインジェクタのメイン燃料噴射の時期をパティキュレートの燃焼を開始させる前に比べて遅らせ、又は、１燃焼サイクル内でメイン燃料噴射後に前記インジェクタに燃料噴射させ、又は、スロットルバルブ若しくはＥＧＲバルブの開度をパティキュレートの燃焼を開始させる前に比べて小さくすることを特徴とする請求項８に記載の排気フィルタの再生方法。
  10. 前記再生工程において、前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させないときには前記フィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下のパティキュレートが残存していると前記第一パラメータに基づいて予測されるときに燃焼を終了させることを特徴とする請求項８又は９に記載の排気フィルタ再生方法。
  11. 前記終了時期決定工程において、前記フィルタに堆積している不燃物がフィルタ容量１リットルあたり０．０５ｇ以上０．２５ｇ以下であると前記第二パラメータに基づいて予測されるとき前記不燃物が前記フィルタを通過する程度にパティキュレートを焼却するまで燃焼を継続させると決定することを特徴とする請求項８、９又は１０に記載の排気フィルタ再生方法。
  12. 内燃機関の排気管に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータを検出するパティキュレート検出手段と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる再生手段と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期と、前記フィルタの前回の完全再生からの走行距離が所定値以下のとき、パティキュレートを前記フィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させる時期とを前記第一パラメータに基づいて決定し、その決定に基づいて前記再生手段を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする排気フィルタ再生装置。
  13. 内燃機関の排気管に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータを検出するパティキュレート検出手段と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる再生手段と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期と、前記前回の完全再生からの燃料噴射量の総和が所定値以下のとき、パティキュレートを前記フィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させる時期とを前記第一パラメータに基づいて決定し、その決定に基づいて前記再生手段を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする排気フィルタ再生装置。
  14. 内燃機関の排気管に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータを検出するパティキュレート検出手段と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる再生手段と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期と、前記前回の完全再生からの不完全な再生回数が所定値以下のとき、パティキュレートを前記フィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させる時期とを前記第一パラメータに基づいて決定し、その決定に基づいて前記再生手段を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする排気フィルタ再生装置。
  15. 内燃機関の排気管に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタを再生する方法であって、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータを検出するパティキュレート検出工程と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期と、前記フィルタの前回の完全再生からの走行距離が所定値以下のとき、パティキュレートを前記フィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させる時期とを前記第一パラメータに基づいて決定する再生時期決定工程と、
    前記再生時期決定工程における決定に基づいて前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる再生工程と、
    を含むことを特徴とする排気フィルタ再生方法。
  16. 内燃機関の排気管に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタを再生する方法であって、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータを検出するパティキュレート検出工程と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期と、前記前回の完全再生からの燃料噴射量の総和が所定値以下のとき、パティキュレートを前記フィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させる時期とを前記第一パラメータに基づいて決定する再生時期決定工程と、
    前記再生時期決定工程における決定に基づいて前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる再生工程と、
    を含むことを特徴とする排気フィルタ再生方法。
  17. 内燃機関の排気管に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタを再生する方法であって、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの堆積量に相関した第一パラメータを検出するパティキュレート検出工程と、
    前記フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼を開始させる時期と、前記前回の完全再生からの不完全な再生回数が所定値以下のとき、パティキュレートを前記フィルタにフィルタ容量１リットルあたり１ｇ以上４ｇ以下残存させて燃焼を終了させる時期とを前記第一パラメータに基づいて決定する再生時期決定工程と、
    前記再生時期決定工程における決定に基づいて前記フィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる再生工程と、
    を含むことを特徴とする排気フィルタ再生方法。
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