JP5030020B2

JP5030020B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP5030020B2
Application number: JP2007272569A
Authority: JP
Inventors: 茂人矢羽田; 覚野坂
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: JP2009097491A; DE102008042941A1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

環境保護が重要とされる今日において、自動車等に搭載された内燃機関からの排気を浄化する技術は必須である。例えばディーゼルエンジンにおいては、排出されるパティキュレートマター（ＰＭ，粒子状物質）を排気から除去することが必要である。この目的のために通常、排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、フィルタ）が装備される。

ＰＭはすす（ｓｏｏｔ）、未燃燃料（ＳｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎ，ＳＯＦ）、硫化物（サルフェート）からなることが知られている。以下の記載ではすすとして、ｓｏｏｔ成分のみか、あるいはＰＭ全体を指すとする。

ＤＰＦの多くはいわゆるハニカム構造のフィルタであり、このフィルタによってエンジンから排出されたすすの大部分が捕集されて、排気浄化の目的が果たされる。しかしＤＰＦを使用する際には、ＤＰＦにすすがある程度捕集された毎に、捕集されたすすを燃焼することによりＤＰＦを再生しなければならない。すすの燃焼のための代表的な手法として例えば、通常のメイン噴射後のタイミングにエンジン内に燃料を噴射するポスト噴射と呼ばれる手法などがある。

ＤＰＦの再生のためには燃料が使用されるので、ＤＰＦの再生のために必要以上の燃料を消費することは燃費性能を悪化させる。したがってＤＰＦ再生時にすすが燃えきったら、それを正確に検知して速やかにＤＰＦの再生を終了する必要がある。

また逆にＤＰＦ再生の終了の判断が早すぎて、再生終了時にすすの燃え残りがあると、それが誤差となって、以後の堆積量の推定値が真値に比べて過小に推定される可能性がある。その場合、すすの堆積量が過剰になるまでＤＰＦの再生が開始されず、その結果ＤＰＦ再生時にすすの異常燃焼が発生して、過昇温によりＤＰＦが破損する危険がある。したがって、こうした観点から適切なＤＰＦ再生終了時期の決定が必要とされる。

例えば下記特許文献１には、フィルタ再生終了の判断方法として、フィルタ前後の差圧が所定の閾値以下となったときに再生終了と判断する方法が提案されている。また特許文献２では、フィルタ前後の差圧の変化率が所定値よりも小さくなったときに再生終了と判断する方法が提案されている。

特開２００６−９７６４０号公報特開平５−２４００２６号公報

しかし一般に差圧は排気の流量に大きく影響を受けてしまい、すすの堆積量に変化がなくても排気流量の変化によって変動してしまう。そして排気の流量はエンジンが加速や減速を行うたびに変動する。したがって、エンジンの運転状態に変化がない理想的な状況を除けば、差圧を用いることによってフィルタの再生の終了時期を適切に決定することは困難であると言える。特に加減速を繰り返すような運転状況においては、こうした欠点は顕著となる。

さらにフィルタ差圧の計測値はフィルタ基材の個体差、差圧を計測する差圧センサの個体差に大きく影響を受ける傾向を有する。したがって、上で述べた閾値の設定が簡単とは言えず、個々の機器に対して適切な閾値を設定しなければならない。個々の機器の個体差に関係なく再生終了の判断ができる手法が開発できれば簡潔であり有用である。

さらにフィルタ再生時における差圧の変化率は、フィルタの温度や、フィルタに担持された触媒の劣化状態にも影響を受ける。したがってこうした影響を無視して上述の閾値を１つの値に設定することは再生終了の判断を不正確にすることにしかつながらない。しかし上記文献では、こうした点は考慮されていない。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、フィルタ差圧などのように運転状態や機器の個体差の影響を受ける情報によってフィルタ再生終了時期を決定せず、さらにフィルタの温度や触媒の劣化状態なども考慮に入れることによって、適切にフィルタ再生の終了時期を決定できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタに捕集されたすすを燃焼して前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段と、前記パティキュレートフィルタの入口側と出口側の圧力の差である差圧を計測する差圧センサと、その差圧センサによる計測値を用いて前記パティキュレートフィルタにおけるすすの捕集量であるすす捕集量を推定するすす捕集量推定手段と、そのすす捕集量推定手段によって推定されたすす捕集量の単位時間当たりの減少量であるすす減少率を算出する算出手段と、前記再生手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が実行されている期間に、前記算出手段によって算出された前記減少率の値が所定の減少率閾値より小さくなったら前記パティキュレートフィルタの再生を終了させる再生終了手段と、前記パティキュレートフィルタを通過する排気の体積流量を取得する流量取得手段と、前記パティキュレートフィルタにおける、前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記排気の体積流量とから前記すすの捕集量を決定する特性を記憶する特性記憶手段と、前記再生終了手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が終了された時点での前記差圧の値と、前記特性記憶手段に記憶された前記特性における前記すすの捕集量がゼロの点での前記差圧の値との差分により、前記特性記憶手段に記憶された前記特性を平行移動する補正を行う補正手段と、を備え、前記すす捕集量推定手段は、前記特性記憶手段によって記憶された前記特性により、前記差圧センサによって計測された前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記流量取得手段によって算出された前記排気の体積流量とから前記すす捕集量の推定値を決定することを特徴とする。

これにより本発明の内燃機関の排気浄化装置においては、差圧センサによって計測された差圧の値からパティキュレートフィルタに捕集されたすす捕集量を推定して、さらにそれからすす減少率を算出して、すす減少率が所定の閾値より小さくなったらパティキュレートフィルタの再生を終了するので、すすの燃焼が十分進行したことをすす減少率が減ったことによって検知して適切にパティキュレートフィルタの再生を終了できる。したがって、使用する機器の個体差に影響されずに、さらに運転状態の変化にも影響されずに、パティキュレートフィルタの再生終了時期を適切に決定できる。したがって、適切に決定されたパティキュレートフィルタの再生終了によって、不必要に長い再生時間によって燃費を悪化させることもなく、すすの燃え残りによって以降に過剰堆積や再生時の過昇温を発生させることも抑制された排気浄化装置が構成できる。

また排気通路に、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタに捕集されたすすを燃焼して前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段と、前記パティキュレートフィルタの入口側と出口側の圧力の差である差圧を計測する差圧センサと、その差圧センサによる計測値を用いて前記パティキュレートフィルタにおけるすすの捕集量を推定するすす捕集量推定手段と、そのすす捕集量推定手段によって推定されたすす捕集量の単位時間当たりの減少量であるすす減少率を算出する算出手段と、前記再生手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が実行されている期間に、前記推定手段によって推定された前記すす捕集量が所定の捕集量閾値より小さく、かつ前記算出手段によって算出された前記すす減少率の値が所定の減少率閾値より小さいと前記パティキュレートフィルタの再生を終了させる再生終了手段と、前記パティキュレートフィルタを通過する排気の体積流量を取得する流量取得手段と、前記パティキュレートフィルタにおける、前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記排気の体積流量とから前記すすの捕集量を決定する特性を記憶する特性記憶手段と、前記再生終了手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が終了された時点での前記差圧の値と、前記特性記憶手段に記憶された前記特性における前記すすの捕集量がゼロの点での前記差圧の値との差分により、前記特性記憶手段に記憶された前記特性を平行移動する補正を行う補正手段と、を備え、前記すす捕集量推定手段は、前記特性記憶手段によって記憶された前記特性により、前記差圧センサによって計測された前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記流量取得手段によって算出された前記排気の体積流量とから前記すす捕集量の推定値を決定するとしてもよい。

これにより、すす捕集量とすす減少率との両方を用いることにより、すす減少率が十分小さくなることによってすすの燃焼が十分進行したことを検知しつつ、さらに再生の途中に何らかの理由ですす減少率が一時的に低下した際にも、すす捕集量を用いることにより誤って再生を終了することが回避できる。したがって、さらに精度よくパティキュレートフィルタ再生の終了時期を決定でき、適切に決定されたパティキュレートフィルタの再生終了によって、不必要に長い再生時間によって燃費を悪化させることもなく、すすの燃え残りによって以降に過剰堆積や再生時の過昇温を発生させることも抑制された排気浄化装置が構成できる。

また前記パティキュレートフィルタにおいてすす減少率に影響を与えるパラメータ値によって前記減少率閾値の値を設定する設定手段を備えたとしてもよい。

これにより、設定手段によって、すす減少率に影響を与えるパラメータ値によって減少率閾値を設定するので、状況に応じて閾値を適切に変更できる。よってさらに精度よくパティキュレートフィルタ再生の終了時期を決定でき、適切に決定されたパティキュレートフィルタの再生終了によって、不必要に長い再生時間によって燃費を悪化させることもなく、すすの燃え残りによって以降に過剰堆積や再生時の過昇温を発生させることも抑制された排気浄化装置が構成できる。

また前記パティキュレートフィルタの内部温度を検出する温度検出手段を備え、前記設定手段は、前記温度検出手段によって検出された前記パティキュレートフィルタの内部温度が高いほど、前記減少率閾値を大きい値に設定するとしてもよい。

これにより、設定手段によって、パティキュレートフィルタの内部温度が高いほど減少率閾値を大きい値に設定するので、パティキュレートフィルタの内部温度が低いことによってすすが燃えきっていなくてもすす減少率が小さくなる現象を、すすが十分燃えきったことと誤認して再生を終了することが回避できる。よってさらに精度よくパティキュレートフィルタ再生の終了時期を決定でき、適切に決定されたパティキュレートフィルタの再生終了によって、不必要に長い再生時間によって燃費を悪化させることもなく、すすの燃え残りによって以降に過剰堆積や再生時の過昇温を発生させることも抑制された排気浄化装置が構成できる。

また前記パティキュレートフィルタに担持された触媒と、その触媒の劣化量を推定する劣化量推定手段とを備え、前記設定手段は、前記劣化量推定手段によって推定された前記触媒の劣化量が小さいほど、前記減少率閾値を大きい値に設定するとしてもよい。

これにより、パティキュレートフィルタに担持された触媒の劣化量が小さいほど減少率閾値を大きくするので、触媒の劣化が進んだことによってすす減少率が低下する現象を、すすが十分燃えきったことと誤認して再生を終了することが回避できる。よってさらに精度よくパティキュレートフィルタ再生の終了時期を決定でき、適切に決定されたパティキュレートフィルタの再生終了によって、不必要に長い再生時間によって燃費を悪化させることもなく、すすの燃え残りによって以降に過剰堆積や再生時の過昇温を発生させることも抑制された排気浄化装置が構成できる。

また前記パティキュレートフィルタ内に堆積した不燃成分のアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定手段を備え、前記設定手段は、前記アッシュ堆積量推定手段によって推定された前記アッシュの堆積量が小さいほど、前記減少率閾値を大きい値に設定するとしてもよい。

これにより、パティキュレートフィルタに堆積されたアッシュの堆積量が小さいほど減少率閾値を大きい値に設定するので、アッシュ堆積量の増加によって触媒とすすの反応が阻害されてすす減少率が低下する現象を、すすが十分燃えきったことと誤認して再生を終了することが回避できる。よってさらに精度よくパティキュレートフィルタ再生の終了時期を決定でき、適切に決定されたパティキュレートフィルタの再生終了によって、不必要に長い再生時間によって燃費を悪化させることもなく、すすの燃え残りによって以降に過剰堆積や再生時の過昇温を発生させることも抑制された排気浄化装置が構成できる。

また前記パティキュレートフィルタを通過する排気の体積流量を取得する流量取得手段と、前記パティキュレートフィルタにおける、前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記排気の体積流量とから前記すすの捕集量を決定する特性を記憶する特性記憶手段とを備え、前記すす捕集量推定手段は、前記特性記憶手段によって記憶された前記特性により、前記差圧センサによって計測された前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記流量取得手段によって算出された前記排気の体積流量とから前記すす捕集量の推定値を決定するとしてもよい。

これにより、すす捕集量を推定する際に、差圧センサにより計測されたパティキュレートフィルタの差圧値のみでなく、排気体積流量の値も用いるので、精度よくすす捕集量を推定できる。よってすす減少率の精度も向上し、これによってパティキュレートフィルタ再生の終了時期の決定の精度も向上する。よってさらに精度よく決定されたパティキュレートフィルタの再生終了によって、不必要に長い再生時間によって燃費を悪化させることもなく、すすの燃え残りによって以降に過剰堆積や再生時の過昇温を発生させることも抑制された排気浄化装置が構成できる。

また前記再生終了手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が終了された時点での前記差圧の値と前記特性記憶手段に記憶された前記特性における前記すすの捕集量がゼロの点での前記差圧の値との差分により、前記特性記憶手段に記憶された前記特性を平行移動する補正を行う補正手段を備えたとしてもよい。

これにより、補正手段によって、特性記憶手段に記憶されたパティキュレートフィルタの差圧と排気積流量とからすすの捕集量を決定する特性を補正するので、すす捕集量を精度よく推定できる。さらに、再生終了手段によってパティキュレートフィルタの再生が終了された時点での差圧値と特性記憶手段に記憶された特性におけるすす捕集量がゼロの点での差圧値との差分により特性を補正するので、簡易な補正方法によって、すす補正量の推定における差圧センサやパティキュレートフィルタなどの機器の個体差からくる誤差を抑制できる。このように補正された特性を用いて精度よくすす捕集量、さらにはすす減少率を得られるので、精度よくパティキュレートフィルタ再生の終了時期を決定できる。そして適切に決定されたパティキュレートフィルタの再生終了によって、不必要に長い再生時間によって燃費を悪化させることもなく、すすの燃え残りによって以降に過剰堆積や再生時の過昇温を発生させることも抑制された排気浄化装置が構成できる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る排気浄化装置１の実施例１の概略図である。

排気浄化装置１は、４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成されているとする。エンジン２に接続された吸気管３からエンジン２に空気が供給される。吸気管３にはエアフロメータ４が配置され、吸気量が計測される。また吸気管３には吸気スロットル１２が配置され、この開度が調節されることによってエンジン２に供給される吸気量が増減する。

エンジン２にはインジェクタ１３が装備されてシリンダ内に燃料が供給される。またエンジン２に接続された排気管５へ排気が排出される。電子制御装置１０（ＥＣＵ）によりインジェクタ１３によるエンジン２への燃料噴射や、吸気スロットル１２の開度調節などが制御される。ＥＣＵ１０は各種演算をおこなうＣＰＵと各種情報の記憶を行うメモリ１１とを有する構造とする。

排気管５の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ６（ＤＰＦ、フィルタ）が配置されている。フィルタ６には酸化触媒が担持されており、いわゆる酸化触媒付きＤＰＦ（Ｃ―ＤＰＦ）である。フィルタ６の入口側と出口側とにはそれぞれ排気温度センサ７、８が配置されて、それぞれの位置における排気温度が計測される。またフィルタ６の入口側と出口側における排気圧の差である差圧（フィルタ差圧）を計測する差圧センサ９も装備されている。エアフロメータ４、排気温度センサ７、８、差圧センサ９の計測値はＥＣＵ９へ送られる。

フィルタ６は例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側を交互に目詰めした構造とすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気には粒子状物質（ＰＭ）が含まれ、このＰＭはフィルタ６の上記構造のフィルタ壁を排気が通過するときに、このフィルタ壁の内部あるいは表面に捕集される。フィルタ６に堆積したＰＭの堆積量が十分大きくなった度ごとに、堆積したＰＭを燃焼することによって除去し、フィルタ６を再生しなければならない。

フィルタ６の再生のための方法として、例えばポスト噴射をおこなう。ポスト噴射には、メイン噴射に比較的近接した噴射時期（例えば、メイン噴射との噴射間隔=20〜40クランク角）で噴射する場合と、エンジン膨張行程の後半（例えば、噴射時期=90〜120クランク角）で噴射する場合が考えられる。前者は、ポスト噴射による燃料を筒内で燃焼し、排気温度を上昇させて、この排気温度によりフィルタを昇温させてＰＭを燃焼する排気昇温に用いられる。また後者のポスト噴射は筒内では燃焼せず、未燃状態のまま排出された炭化水素（ＨＣ）がフィルタで触媒と反応して酸化することでフィルタを昇温させてＰＭを燃焼するＨＣ昇温で用いられる。

本実施例１におけるフィルタ再生終了処理の手順が図２に示されている。以下の処理がＥＣＵ１０によって実行されるとすればよい。

まずＳ１０の手順でフィルタ６が再生中であるかどうかが判断される。再生中の場合は（Ｓ１０：ＹＥＳ）Ｓ２０へ進み、再生中でなければ（Ｓ１０：ＮＯ）再びＳ１０を繰り返し、フィルタ再生を待つ状態となる。次にＳ２０ですす捕集量が推定される。この手順ではフィルタ６の差圧を用いて、メモリに記憶されたフィルタ差圧とすす捕集量との間の特性を用いて、すす捕集量が推定される。Ｓ２０のより詳細な説明は後述される。

次にＳ３０ではすす減少率が算出される。すす減少率とは、すす捕集量の単位時間あたりの減少量である。この手順では、Ｓ２０で求められたすす捕集量からすす減少率が算出される。次にＳ４０で、Ｓ３０で求められたすす減少率が所定の減少率閾値以下であるかかどうかが判断される。減少率閾値以下の場合は（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５０へ進み、減少率閾値より大きい場合は（Ｓ４０：ＮＯ）、再びＳ２０へ戻って上述の手順を繰り返す。Ｓ５０ではフィルタの再生を終了する。

図３には横軸を時間軸として、すす捕集量とすす減少率とのプロットが例示されている。エンジン２の運転が続くことによって、フィルタ６におけるすす捕集量が徐々に増加して、時刻ｔ０ですす捕集量が再生が必要なレベルを示す所定の再生開始捕集量を超えたとして、これによりＥＣＵ１０の指令で時刻ｔ０でフィルタ６の再生を開始し、シリンダ内で上述のポスト噴射を行う。

これによって未燃燃料がフィルタ６へ供給されてフィルタ６に担持された触媒の作用によって昇温してフィルタ６内に捕集されたすすが燃焼する。あるいはポスト噴射によってエンジン２から排出される排気温度が上昇して、これによりフィルタ６が昇温してすすが燃焼する。こうしてすすが燃焼することで、すす捕集量が減少していく。そしてすすの燃焼が進行するにつれて単位時間あたりのすすの燃焼量あるいは減少量が減少していき、すす捕集量を示す曲線は徐々に傾きが水平に近づく。

これは、すす減少率のプロットにおいては、すす減少率の値がゼロに近づくことと等価である。上述の定義より、すす減少率は、すす捕集量のプロットにおける傾きの符号をかえた数値となる。本実施例１では、このようにフィルタの再生が進行してすす減少率の値が十分小さくなった時点でフィルタ再生を終了する。図３では、時刻ｔ１ですす減少率の値が、所定の減少率閾値以下となっている。よって時刻ｔ１でフィルタ再生を終了する。

なお図３に示されているとおり、フィルタ再生開始直後にもすす減少率の値が減少率閾値よりも小さい時間帯が有り得る。したがって、すす減少率を用いた上記フィルタ再生終了時期の決定は、再生開始後一定の時間は行わないとしてもよい。あるいは、時刻ｔ１のように、すす減少率が減少率閾値よりも大きい値から小さい値へと移行した時刻に再生終了を決定してもよい。

また上ではすす捕集量のプロットの傾きがすす減少率と述べたが、すす捕集量は通常あるサンプリング周期ごとに算出されるので、すす捕集量とすす減少率の関係は数学的な意味の微分ではないとすればよい。つまり、すす捕集量のプロットの傾きは接線の傾きではなく、離散的な点をつなぐ線分の傾きとすればよい。

図４には、図２のＳ２０のすす捕集量推定のより詳細な処理手順が示されている。このすす捕集量推定処理ではまず、Ｓ１００で差圧を計測する。これは差圧センサ９で計測すればよい。次にＳ１１０ですす捕集量を推定する。この推定においては図５に示されたフィルタ差圧とすす捕集量との間の特性が用いられる。エンジン２が運転することによって、フィルタ６内にすすが捕集されていく過程においては、すす捕集量−フィルタ差圧特性は図５の実線２１，２３によって記述される。そしてフィルタ再生が行われることによってフィルタ６内のすすが減少していく過程でのすす捕集量−フィルタ差圧特性は図５の破線２５，２７によって記述される。以下でこれを説明する。

まず、すす捕集量がゼロの初期点が点２０である。すすがフィルタ６に捕集されることによってまず、実線２１（第１特性線）上をすす捕集量及びフィルタ差圧を示す点は図示右上へ移動する。この過程においては、すすがフィルタ６の壁内に捕集されるので、フィルタ差圧が上昇する度合いが大きい。

次に遷移点２２以降はより傾きが小さい実線２３（第２特性線）上を図示右上に移動する。この過程では、すすがフィルタ内の壁面に堆積していくので、フィルタ差圧の上昇の度合いは低い。

点２４に達したら、すす捕集量が大きくなったのでフィルタの再生を開始したとする。これにより、すす捕集量及びフィルタ差圧は破線２５上を図示左下へと移動することとなる。破線２５は第１特性線２１と平行である。この過程ではフィルタの壁内のすすがまず燃焼するので、上述の第１特性線と同様に、フィルタ差圧の変動（減少）の度合いが大きくなる。

そして遷移点２６以降は、破線２７上を図示左下へ移動する。破線２７は第２特性線２３と平行である。この過程ではフィルタの壁面に堆積したすすが燃焼するので、上述の第２特性線と同様に、フィルタ差圧の変動（減少）の度合いは小さい。そして結局、破線２７上を移動したすす捕集量及びフィルタ差圧は初期点２０へ戻る。

図４の手順Ｓ１１０では、このような図５の特性にしたがって、Ｓ１００で求められたフィルタ６の差圧からすす捕集量を求める。なお図５は一般的な傾向を示したものであり、縦軸、横軸の値や第１、第２特性線の傾きなどは個々の機器構成によって異なるので、実施される機器構成に対して、図５の特性を数値的に予め求めておけばよい。以上が実施例１である。

次に本発明の実施例２を説明する。実施例２は、実施例１におけるすす減少率による再生終了判断を、すす減少率とすす捕集量との両方を用いた再生終了判断へと変更したものである。図６に実施例２のフローチャートが示されている。このフローチャートに示された一連の処理をＥＣＵ１０で実行すればよい。以下で実施例１と異なる点のみを説明する。

図６のフローチャートの図２のフローチャートと異なる点はＳ３５の手順を付加した点のみである。Ｓ３５では、Ｓ２０で推定されたすす捕集量が、所定の捕集量閾値以下であるかどうかが判断される。所定の捕集量閾値以下の場合は（Ｓ３５：ＹＥＳ）、Ｓ４０へ進み、所定の捕集量閾値より大きい場合は（Ｓ３５：ＮＯ）、再びＳ２０へ戻って同じ手順を繰りかえす。これにより実施例２ではＳ３５とＳ４０との判断結果がともに肯定的な場合のみＳ５０に進んでフィルタ再生を終了する。Ｓ３５とＳ４０とのうちどちらか一方のみでも否定的結果の場合はＳ２０へ戻ることとなる。

このような複合的な判断が効果的である例が図７に示されている。図７には、図３と同様にすす捕集量とすす減少率とのプロットの例が示されている。図７の例の場合、時刻ｔ２付近においてまだすすの減少量が十分でないにも関わらず一時的にすす減少率が低下して、減少率閾値よりも小さくなっている。したがって実施例１の場合では時刻ｔ２の付近でフィルタの再生を終了することなるが、すすが燃えきっていないのだからこれは当然望ましくない。

これに対して実施例２ではすす捕集量も再生終了判断のための情報となる。そして図７の例ではすす捕集量は時刻ｔ２では所定の捕集量閾値よりも大きいので再生を終了しない。実施例２では、時刻ｔ３ですす捕集量が捕集量閾値以下となり、さらに時刻ｔ４で減少率閾値以下となることによって時刻ｔ４でフィルタ再生を終了する。これにより複合的な判断によってすす捕集量が十分小さくなったときにフィルタ再生を終了するシステムとなる。以上が実施例２である。

次に本発明の実施例３を説明する。実施例３では、実施例１に対して上述の減少率閾値を設定する手順を付加する。実施例３の処理手順は図８、図９に示されている。以下で実施例１と異なる点のみを説明する。図８のフローチャートは、図２のフローチャートにＳ１５の手順を付加したのみで、他は図２と同じである。

Ｓ１５の手順は減少率閾値を設定する手順であり、そのより詳細な処理手順が図９に示されている。図９に示された減少率閾値設定の処理手順ではまず、Ｓ１５１でフィルタ６の内部温度を検出する。これは排気温度センサ７，８によって計測すればよい。その際にフィルタ６の内部温度は、排気温度センサ７，８の計測値の平均としてもよい。また排気温度センサ７，８の計測値のうちのどちらかあるいは両方から内部温度を推定するモデルを求めておき、このモデルにしたがってフィルタ６の内部温度を推定してもよい。

Ｓ１５２ではフィルタ６に担持された触媒の劣化量を推定する。触媒の劣化量は例えば、フィルタ６の下流に装備された排気温度センサ８の検出値履歴を用いて、フィルタ６の温度とその持続時間の積の和からなる、熱負荷の積算値を求めて、この積算値が大きいほど劣化量が大きいとすればよい。なお熱負荷の積算値は、摂氏８００度以上の高温被爆時間としてもよい。

Ｓ１５３ではフィルタ６におけるアッシュの堆積量が推定される。アッシュとは、エンジンオイルのなかのカルシウム成分と、燃料中の硫黄成分とが結合した物質であり、安定的で燃焼しにくい特性を有する。このアッシュがフィルタ６に堆積することによって、すすと触媒との接触を阻害するので、すすの燃焼にとって障害となる。アッシュの堆積量は例えば、走行距離に適当な係数を乗じて求めるとすればよい。

Ｓ１５４では、Ｓ１５１で求められたフィルタ温度、Ｓ１５２で求められた触媒劣化量，Ｓ１５３で求められたアッシュ堆積量から減少率閾値が設定される。この設定では、フィルタ温度、触媒劣化量，アッシュ捕集量の３つを入力として減少率閾値を出力とする関数やマップを作成しておいて、それにしたがって設定すればよい。その関数やマップを作成する際に図１０に示された３つの条件を満たすように作成する。

まず図１０（ａ）のように、フィルタ温度が高いほど、減少率閾値を大きくする。その理由は、フィルタ温度が低いとき（例えば摂氏３５０度）には、もともとすすの燃焼速度が低いために、すすがまだ残存している状態でも、すす減少率が小さくなるからである。

次に図１０（ｂ）のように、触媒劣化量が小さいほど、減少率閾値を大きくする。その理由は、触媒の劣化が進むとすすの燃焼速度が遅くなるため、すすがまだ残存している状態でもすす減少率は小さくなるためである。

そして図１０（ｃ）のように、アッシュ堆積量が小さいほど、減少率閾値を大きくする。その理由は、アッシュの堆積量が多くなると、触媒とすすとの反応が阻害されるため、すすの燃焼速度が遅くなり、すすがまだ残存している状態でもすす減少率は小さくなるためである。このように図１０に示された条件を組み込むことにより、減少率閾値の設定がより適切となり、フィルタ再生の終了時期の決定がより正確となる。以上が実施例３である。

次に本発明の実施例４を説明する。実施例４では、図４のフローチャートが図１１に変更される。それ以外は上述の実施例１，２，３と同じである。以下で実施例１，２，３と異なる点のみを説明する。図１１のフローチャートでは、図４のフローチャートにＳ１０５の手順が付加されている。

Ｓ１０５ではフィルタ６を通過する排気流量が取得される。ここで排気流量は、単位時間あたりの排気の体積流量とすればよい。また排気流量の取得は、エアフロメータ４による吸気量の計測値を、排気量とみなすことにより行えばよい。あるいは排気流量は、エアフロメータ４に計測される吸気量、フィルタ６の温度、フィルタ６の差圧、インジェクタ１３からの燃料噴射量と、気体の状態方程式から求めるとしてもよい。

そしてＳ１１５では、Ｓ１００で求められた差圧の数値、Ｓ１０５で求められた排気流量の数値をもとにして、すす捕集量が推定される。前述の図４のＳ１１０では図５の特性に従ってすす捕集量が推定された。そして図５はフィルタ６の差圧とすす捕集量との関係のみを記述していた。それに対しＳ１１５では、図１２に示された特性に従ってすす捕集量が推定される。

図１２（ａ）には排気体積流量をパラメータとしたフィルタ差圧とすす捕集量との間の特性が示されている。図１２（ｂ）にはすす捕集量をパラメータとしたフィルタ差圧と排気体積流量との間の特性が示されている。図１２（ａ）に示されているのは、図５で示された第１特性線２１と第２特性線２３とである。図１２（ａ）に示されているように、明らかに排気体積流量が大きいほど差圧は大きくなるので、図５の特性は、排気体積流量が大きくなる程、図示上方へと移動する。

また図１２（ａ）の特性を、横軸を排気体積流量に置きなおすと図１２（ｂ）のようになる。図１２（ｂ）のように、排気体積流量とフィルタ差圧との関係は例えば２次式で近似できる特性となる。明らかにすす捕集量が大きいほど差圧は大きくなるので、図１２（ｂ）に示されているように、すす捕集量が大きいほど曲線は図示上方に移動する。図１２に示された特性をメモリ１１に記憶しておき、これを手順Ｓ１１５で用いればよい。

図１２（ｂ）の曲線を、メモリ１１に数式として記憶してもよい。このとき差圧の値を例えば排気体積流量値の２次式とし、その係数はすす捕集量値の関数とすればよい。以上のように実施例４では、排気体積流量を用いることによってすす捕集量をより精度よく推定できる。以上が実施例４である。

次に本発明の実施例５を説明する。実施例５では、上述の図４あるいは図１２の特性が、フィルタ再生が１回終了する度に補正される。補正の手法が図１３に示されている。

図１３に示された実線は、図４あるいは図１２に示された補正前の第１特性線、第２特性線である。前述のとおり、エンジン２の運転によりフィルタ６にすすが捕集されていくことによって初期点２０から特性線２１，２３上を移動していく。そしてフィルタ６の再生を行うことにより初期点２０へ戻ってくる。しかし理論的には初期点２０へ戻ってくるが、実際は初期点２０からずれた点へ戻ってくる。図１３では、ずれた点を２０ａとしている。このようにずれる理由としては、フィルタ６の個体差、差圧センサ９の個体差などが考えられる。

実施例５では図１３に示されているように、第１特性線２１、第２特性線２３を、点２０と点２０ａとの差分だけ平行移動する補正を行い、第１特性線２１、第２特性線２３の初期点を点２０ａとする。この補正の手順を、例えば上記Ｓ５０の手順の後に追加すればよい。この補正により、機器の誤差にも対応して、すす捕集量を精度よく推定することができる排気浄化装置が構成できる。

本発明の実施例における内燃機関の排気浄化装置の概要図。実施例１におけるフィルタ再生終了処理のフローチャート。実施例１におけるすす捕集量とすす減少率のプロットの例を示す図。実施例１におけるすす捕集量推定処理のフローチャート。フィルタ差圧とすす捕集量との特性を示す図。実施例２におけるフィルタ再生終了処理のフローチャート。実施例２におけるすす捕集量とすす減少率のプロットの例を示す図。実施例３におけるフィルタ再生終了処理のフローチャート。実施例３における減少率閾値設定処理のフローチャート。実施例３における（ａ）減少率閾値とフィルタ温度との関係、（ｂ）減少率閾値と触媒劣化量との関係、（ｃ）減少率閾値とアッシュ堆積量との関係を示す図。実施例４におけるすす捕集量推定処理のフローチャート。実施例４における（ａ）フィルタ差圧とすす捕集量との間の特性、（ｂ）フィルタ差圧と排気体積流量との間の特性を示す図。実施例５におけるフィルタ差圧とすす捕集量との特性の補正手法を示す図。

符号の説明

１排気浄化装置
２ディーゼルエンジン（内燃機関、エンジン）
３吸気管
４エアフロメータ
５排気管（排気通路）
６ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、パティキュレートフィルタ）
７、８排気温度センサ
９差圧センサ
１０ＥＣＵ
１１メモリ（特性記憶手段）
１３インジェクタ（再生手段）
２０初期点
２１第１特性線
２３第２特性線

Claims

排気通路に、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記パティキュレートフィルタに捕集されたすすを燃焼して前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段と、
前記パティキュレートフィルタの入口側と出口側の圧力の差である差圧を計測する差圧センサと、
その差圧センサによる計測値を用いて前記パティキュレートフィルタにおけるすすの捕集量であるすす捕集量を推定するすす捕集量推定手段と、
そのすす捕集量推定手段によって推定されたすす捕集量の単位時間当たりの減少量であるすす減少率を算出する算出手段と、
前記再生手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が実行されている期間に、前記算出手段によって算出された前記減少率の値が所定の減少率閾値より小さくなったら前記パティキュレートフィルタの再生を終了させる再生終了手段と、
前記パティキュレートフィルタを通過する排気の体積流量を取得する流量取得手段と、
前記パティキュレートフィルタにおける、前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記排気の体積流量とから前記すすの捕集量を決定する特性を記憶する特性記憶手段と、
前記再生終了手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が終了された時点での前記差圧の値と、前記特性記憶手段に記憶された前記特性における前記すすの捕集量がゼロの点での前記差圧の値との差分により、前記特性記憶手段に記憶された前記特性を平行移動する補正を行う補正手段と、を備え、
前記すす捕集量推定手段は、前記特性記憶手段によって記憶された前記特性により、前記差圧センサによって計測された前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記流量取得手段によって算出された前記排気の体積流量とから前記すす捕集量の推定値を決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
排気通路に、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記パティキュレートフィルタに捕集されたすすを燃焼して前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段と、
前記パティキュレートフィルタの入口側と出口側の圧力の差である差圧を計測する差圧センサと、
その差圧センサによる計測値を用いて前記パティキュレートフィルタにおけるすすの捕集量を推定するすす捕集量推定手段と、
そのすす捕集量推定手段によって推定されたすす捕集量の単位時間当たりの減少量であるすす減少率を算出する算出手段と、
前記再生手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が実行されている期間に、前記推定手段によって推定された前記すす捕集量が所定の捕集量閾値より小さく、かつ前記算出手段によって算出された前記すす減少率の値が所定の減少率閾値より小さいと前記パティキュレートフィルタの再生を終了させる再生終了手段と、
前記パティキュレートフィルタを通過する排気の体積流量を取得する流量取得手段と、
前記パティキュレートフィルタにおける、前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記排気の体積流量とから前記すすの捕集量を決定する特性を記憶する特性記憶手段と、
前記再生終了手段によって前記パティキュレートフィルタの再生が終了された時点での前記差圧の値と、前記特性記憶手段に記憶された前記特性における前記すすの捕集量がゼロの点での前記差圧の値との差分により、前記特性記憶手段に記憶された前記特性を平行移動する補正を行う補正手段と、を備え、
前記すす捕集量推定手段は、前記特性記憶手段によって記憶された前記特性により、前記差圧センサによって計測された前記パティキュレートフィルタの前記差圧と前記流量取得手段によって算出された前記排気の体積流量とから前記すす捕集量の推定値を決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタにおいてすす減少率に影響を与えるパラメータ値によって前記減少率閾値の値を設定する設定手段を備えた請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタの内部温度を検出する温度検出手段を備え、
前記設定手段は、前記温度検出手段によって検出された前記パティキュレートフィルタの内部温度が高いほど、前記減少率閾値を大きい値に設定する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタに担持された触媒と、
その触媒の劣化量を推定する劣化量推定手段とを備え、
前記設定手段は、前記劣化量推定手段によって推定された前記触媒の劣化量が小さいほど、前記減少率閾値を大きい値に設定する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタ内に堆積した不燃成分のアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定手段を備え、
前記設定手段は、前記アッシュ堆積量推定手段によって推定された前記アッシュの堆積量が小さいほど、前記減少率閾値を大きい値に設定する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。