JP6477621B2 - 内燃機関の浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の浄化装置に関する。
排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するための粒子フィルタを備えた内燃機関では、粒子フィルタに捕集された微粒子量が増大したときには、粒子フィルタを加熱して捕集された微粒子を燃焼させ、除去する処理、すなわち粒子フィルタの再生処理が行われる。粒子フィルタの再生処理が開始されると捕集された微粒子が徐々に燃焼せしめられて除去されるために、粒子フィルタの前後差圧が徐々に低下する。次いで、差圧センサ等を用いて検出された粒子フィルタ前後の差圧値が予め定められた基準値以下になると、大部分の微粒子は燃焼せしめられて除去されたと判断され、粒子フィルタの再生処理が停止される。次いで、再び粒子フィルタへの微粒子の捕集作用が開始される。
一方、粒子フィルタの再生処理が行われると、アッシュが粒子フィルタ上に残存する。このアッシュは、燃料に混入したエンジンオイルの燃えカスであり、例えば、内燃機関の燃焼室において発生する。内燃機関の燃焼室において発生したアッシュは、排気ガスとともに粒子フィルタまで運ばれ、粒子フィルタを通過することなく、堆積せしめられる。このアッシュは粒子フィルタの再生処理が行われても燃焼せしめられることがない。このため、粒子フィルタ上のアッシュの量は時間の経過とともに徐々に増大していく。粒子フィルタ上のアッシュの量が増大すると、粒子フィルタ上に煤等の微粒子が捕集されていなくても、粒子フィルタの前後差圧は増大する。従って、粒子フィルタ上に多量のアッシュが堆積していると粒子フィルタの再生処理が行われたときに粒子フィルタ前後の差圧値が予め定められた基準値以下まで低下しなくなる。そこで、粒子フィルタ上のアッシュの量が増大したときには、粒子フィルタ前後の差圧値に対して予め定められている再生処理停止のための基準値を高めるようにした内燃機関が公知である。
特開2004−36454号公報
ところで、アッシュは燃料に混入するエンジンオイルに由来して生成され、エンジンオイルは、ほぼ一定の割合で燃料に混入するため、燃料が消費されればアッシュが生成される。すなわち、アッシュは機関の運転が行われると定常的に生成せしめられることになる。アッシュのような不燃堆積物がこのように定常的に発生せしめられる場合には、上述の公知の内燃機関におけるように、期間の運転履歴から、基準値の上昇量および上昇時期を想定することができる。しかしながら、実際には、不燃堆積物の生成が想定できない場合があり、不燃堆積物がなんらかの理由により突然増大した場合には、すなわち、不燃堆積物が非定常的に生成された場合には、上述の公知の内燃機関では、粒子フィルタの再生処理が行われたときに粒子フィルタ前後の差圧値が予め定められた基準値以下まで低下しなくなる。その結果、粒子フィルタの再生処理が長時間にわたって継続され続け、従って、粒子フィルタの加熱のために無駄にエネルギーが消費されるという問題を生ずる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、粒子フィルタが再生処理される時間が長くなることを抑制することにより、無駄にエネルギーが消費されるのを抑制することのできる内燃機関の浄化装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、排気内の微粒子を捕集する粒子フィルタと、粒子フィルタに捕集された微粒子を除去するための再生処理を行うための再生処理装置と、粒子フィルタの上流と、下流との差圧を取得する差圧センサと、制御装置とを備え、制御装置は、差圧に基づいて、粒子フィルタに堆積した堆積物の量を表す差圧値を求め、粒子フィルタにおいて定常的に生成せしめられる不燃堆積物の予測堆積量に基づいて、基本再生完了差圧値を設定し、粒子フィルタにおいて非定常的に堆積せしめられる不燃堆積物の堆積量に基づいて、基本再生完了差圧値よりも高い補正再生完了差圧値を設定し、再生処理装置による再生処理の開始後、差圧値が補正再生完了差圧値まで低下した後、予め定められた再生完了時間が経過する前に、基本再生完了差圧値まで低下した場合には、差圧値が基本再生完了差圧値以下まで低下したときに再生処理を終了し、再生処理装置による再生処理の開始後、差圧値が補正再生完了差圧値まで低下した後、基本再生完了差圧値以上に維持される時間が再生完了時間を越えた場合には、基本再生完了差圧値以上に維持される時間が再生完了時間を越えたときに再生処理を終了する内燃機関の浄化装置が提供される。
本発明における内燃機関の浄化装置によれば、粒子フィルタが再生処理される時間を適切な時間に制限できるため、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。
図1は本発明における内燃機関の概略図である。 図2は粒子フィルタに捕集された微粒子の量と、差圧値ΔP/Gaの相関を表したグラフである。 図3Aは非定常的に不燃堆積物が発生していないときの差圧値の時間変化を表したグラフであり、図3Bは非定常的に不燃堆積物が発生するときの差圧値の時間変化を表すグラフである。 図4Aは非定常的に不燃堆積物が発生しないときの新たな基本再生完了差圧値PB’の設定を説明するための図であり、図4Bは非定常的に不燃堆積物が発生するときの新たな基本再生完了差圧値PB’の設定を説明するための図である。 図5は過給機の断面図である。 図6は図3Aおよび図3Bの時刻T3周辺を拡大したグラフである。 図7は、粒子フィルタの再生処理を行うための第1実施例を示すフローチャートである。 図8は差圧値設定処理を行うためのフローチャートである。 図9は、粒子フィルタの再生処理を行うための第2実施例を示すフローチャートである。
図1は、本発明における内燃機関の概略図である。1はディーゼルエンジン、2は吸気管、3はエアフロメータ、4は各燃焼室内に夫々燃料を噴射するためのインジェクタ、5は排気管、6は酸化触媒、7は粒子フィルタ、8は差圧センサ、9は走行距離センサ、10は過給機、20は制御ユニットを表す。この制御ユニット20はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス23によって互いに接続されたROM24、RAM25、CPU26、入力ポート22および出力ポート27を備える。エアフロメータ3は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対応するADコンバータ21を介して入力ポート22に入力される。差圧センサ8は粒子フィルタ7の上流と、下流との差圧値に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対応するADコンバータ21を介して入力ポート22に入力される。また、走行距離センサ9は、例えばプロペラシャフトの回転に同期したパルスを発生し、このパルスが入力ポート22に入力される。CPU26ではこのパルスに基づいて車両の走行距離が算出される。一方、出力ポート27は対応する駆動回路28を介してインジェクタ4等に接続される。
次に浄化すべき微粒子の発生要因と微粒子の浄化方法について説明する。ディーゼルエンジン1において、インジェクタ4から噴射された燃料が、燃焼室内において圧着着火せしめられると、煤などの微粒子が発生し、その結果、排気ガスに微粒子が混入する。この微粒子を外気中に排出させないため、排気管5には、この微粒子を捕集するための粒子フィルタ7が配置されている。
この粒子フィルタ7は、微粒子を捕集するために多孔質セラミックによって形成されている。すなわち、排気ガスが多孔質セラミックに流入すると、多孔質セラミック表面の細孔に微粒子が捕集され、それによって排気ガス中の微粒子が低減される。
ところで、粒子フィルタ7上に多量の微粒子が捕集されると、背圧が上昇し、機関出力の低下を引き起こす。そこで、粒子フィルタ7上に多量の微粒子が捕集されたときには、粒子フィルタ7に捕集された微粒子を除去するために、再生処理が行われる。本発明による実施例では、粒子フィルタ7を加熱することにより、粒子フィルタ7に捕集された微粒子を除去するための再生処理が実施される。
この場合、本発明による実施例では、例えば、粒子フィルタ7を加熱するために、機関出力発生のためのメインの燃料噴射が行われた後、膨張行程の後半かまたは排気工程の前半に、更に燃料が噴射される。この燃料噴射はポスト噴射と称される。ポスト噴射が行われると、燃焼室内において燃料分子が低分子化され、低分子化された燃料が、排気管5内の酸化触媒6に送り込まれる。低分化された燃料は酸化触媒6において容易に酸化され、この酸化反応熱により排気ガスが加熱される。このとき、酸化触媒6の下流に配置された粒子フィルタ7は、排気ガスによって加熱される。それにより粒子フィルタ7上に堆積した微粒子が燃焼せしめられ、粒子フィルタ7の再生処理が行われる。なお、粒子フィルタ7を加熱するために、ヒーター、バーナー等を用いることもできる。
さて、排気ガス量、すなわち、吸入空気量Gaが一定の場合には差圧センサ8により検出された差圧ΔPは、粒子フィルタ7の前後差圧が小さいときには、粒子フィルタ7上の堆積微粒子量Mに比例する。従って、この場合には、粒子フィルタ7上の再生の開始および停止を、差圧センサ8により検出された差圧ΔPに基づいて制御することができる。しかしながら、粒子フィルタ7の堆積微粒子量が一定であっても、排気ガス量、すなわち、吸入空気量Gaが変化すると、差圧センサ8により検出された差圧ΔPが変化する。従ってこの場合には、粒子フィルタ7の再生の開始および停止を、差圧センサ8により検出された差圧ΔPに基づいて制御することができない。従って、粒子フィルタ7の再生の開始および停止を制御するためには、排気ガス量、すなわち、吸入空気量Gaの影響を受けることなく、微粒子量Mを示している何らかの値が必要となる。
ところで、粒子フィルタ7を流れるガス量Gは、粒子フィルタ7の前後差圧ΔPが小さいときには、差圧ΔPに比例するので、粒子フィルタ7の流量係数をαとすると、粒子フィルタ7内を流れるガス量GはG=α・ΔPで表される。従って、流量係数αは、α=G/ΔPとなる。一方、粒子フィルタ7上の堆積微粒子量Mが増大すると流量係数αは低下する。すなわち、堆積微粒子量Mは流量係数αに反比例する。従って、堆積微粒子量Mは、図2に示されるように、1/α、すなわち、ΔP/Gの値に比例することになる。言い換えると、ΔP/Gの値は、堆積微粒子量Mを示していることになる。従って、本発明による実施例では、ΔP/Gの値を差圧値と称し、この差圧値ΔP/Gを用いて粒子フィルタ7の再生の開始および停止を制御している。なお堆積微粒子量Mは、微粒子の体積または重量を示している。
最初に、アッシュに代表される定常的に発生する不燃堆積物のみが生成されるときの再生処理について、再生処理前の状態から再生処理が終了される状態までの処理を時系列に沿って説明する。再生処理前には、粒子フィルタ7に煤などの微粒子が次第に集積されていく。すなわち、時間が経過するに従って集積微粒子量が増大する。次いで、集積微粒子量が増大し、予め定められた量に到達したときに、粒子フィルタ7に捕集された微粒子を除去する目的で再生処理が開始される。
ところで、本発明による実施例では、粒子フィルタ7に捕集された微粒子の量は、差圧センサ8およびエアフロメータ3から求められる差圧値ΔP/Gaに基づいて推測される。図3Aには、この差圧値ΔP/Gaの時間変化が示されている。
図3Aにおいて、時刻T0は、前回の再生処理が完了したときを示しており、時刻T2は、今回の再生処理が開始されたときを示している。時刻T0から時刻T2の間では、時間の経過と伴に、粒子フィルタ7に微粒子が次第に集積され、粒子フィルタ7に粒子が集積されるにつれて、差圧値ΔP/Gaが増大する。時刻T2において差圧値ΔP/Gaが予め定められた差圧値(PS)に到達すると、再生処理が開始される。以後、再生処理が開始されるための基準となる差圧値を、再生開始差圧値PSと称する。
この再生開始差圧値PSは、例えば、予め定められた一定量の微粒子が粒子フィルタ7に集積されるときの差圧値として設定される。このように再生開始差圧値PSが定められた場合には、再生処理一回あたりに除去される微粒子量が一定となる。
次に、再生処理が開始されてから再生処理が終了されるまでの処理について説明する。再生処理が開始されると、上述したポスト噴射によって、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が燃焼され、除去される。このように粒子フィルタ7に集積された微粒子が燃焼され、除去されるにつれて、集積された微粒子の量は減少せしめられる。微粒子の量が予め定められた量まで減少したときは、微粒子は十分に除去されたと考えられるため、再生処理が終了され、ポスト噴射制御が終了される。
図3Aを参照すると、再生処理の開始(時刻T2)後、再生処理の進行に伴って集積された微粒子の量が徐々に減少し、それに従い、差圧値ΔP/Gaも徐々に低下していく。その後、差圧値ΔP/Gaが予め定められた差圧値PBに到達する、すなわち、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が予め定められた量に達すると、再生処理が終了される。このように再生処理を終了されるための差圧値PBを、基本再生完了差圧値PBと称する。
この基本再生完了差圧値PBは、例えば、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が、再生処理開始時点において粒子フィルタ7に捕集されている微粒子のうちの90%が除去されたときの差圧値として設定される。このように基本再生完了差圧値PBを設定することにより、差圧センサ8の出力に検出誤差が含まれている場合であっても確実に再生処理を完了させることができる。
次に再生処理が終了されたときの基本再生完了差圧値PBの設定について説明する。
上述したように、再生処理が行われたとしても、粒子フィルタ7にはアッシュが残存し、堆積せしめられる。アッシュが大量に堆積したときは、たとえ粒子フィルタ7に煤などの微粒子が集積されていない場合であっても、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PB以上になることがある。このような場合は、再生処理によって集積微粒子を除去しても、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBまで低下しなくなり、再生処理が終了できなくなる。従って、再生処理が終了できるように、次回の再生処理時に用いられる基本再生完了差圧値PBがアッシュの堆積量に応じて新たに設定される。このとき新たに設定される基本再生完了差圧値PBは現在の記基本再生完了差圧値PBに対して増大される。
図4Aは次回の基本再生完了差圧値PBの設定を説明するための図である。上述のとおり、差圧値ΔP/Gaが予め定められた差圧値PBに到達した時刻、すなわち、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が予め定められた量まで減少した時刻を時刻T4とすると、時刻T4において新しい基本再生完了差圧値PB’が設定される。
本発明による実施例では、この新たな基本再生完了差圧値PB’を設定するために、アッシュの予測増加量ΔM1に対応する、差圧値の増加量ΔP1が算出される。次いで、この差圧値の増加量ΔP1が前回の基本再生完了差圧値PBに加算され、その加算結果が新たな基本再生完了差圧値PB’として設定される。
このようなアッシュの予測増加量ΔM1は、燃料に混入されるエンジンオイルの量に比例しており、従って、走行距離に基づいて推定される。なお、アッシュの生成量が少ないときは、必ずしも再生処理を完了するたびにアッシュの予測増加量ΔM1に対応する差圧値の増加分ΔP1を、基本再生完了差圧値PBに加算させる必要はない。例えば再生処理の完了回数が10回につき1回だけ、差圧値の増加分ΔP1を基本再生完了差圧値PBに加算することができ、または、予め定められた走行距離(例えば500km)ごとに差圧値の増加分ΔP1を基本再生完了差圧値PBに加算することができる。
ところで、粒子フィルタ7の温度が低いとき、あるいは、粒子フィルタ7の温度が高温に維持される時間が短いときには、捕集された微粒子を除去するために再生処理が実行されている時間(これを再生処理継続時間と称する)が長くなる。例えば、ポスト噴射によって再生処理が実行されるときには、再生処理継続時間が長いとエンジンオイル内に混入する燃料量が増大し、エンジンオイルの性能が低下せしめられる。そこで、本発明による実施例では、再生処理継続時間が予め定められた時間(再生中断時間ΔTxと称する)以上になるときには、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が除去されていなくても、再生処理が中断される。このような再生中断時間ΔTxを予め定めておくことにより、エンジンオイルの性能の低下が阻止される。なお、この再生中断時間ΔTxは、例えば、45分に設定される。
一方、アッシュのような定常的に発生する不燃堆積物の他に、非定常的に発生する不燃堆積物が発生することがある。以下、不燃堆積物が生じる場合の再生処理について説明する。
非定常的に発生する不燃堆積物として、過給機10から排出される摩耗粉が挙げられる。そこで、まずは過給機10から摩耗粉が発生する理由について説明する。図5に過給機10の断面図を示す。過給機10は、排気側インペラ11と、排気側インペラ11を囲む排気側ハウジング12と、排気側インペラ11を支えるシャフト13とを有する。さらに、排気側ハウジング12の内側表面には、排気側インペラ11に対向する領域にアブレータブルシールの層が形成されている。このアブレータブルシールの層は、過給機10の効率を向上させるために設けられている。すなわち、このようなアブレータブルシールの層を設けると、排気側インペラ11と排気側ハウジング12との隙間を狭くすることができる。その結果、排気側インペラ11は、排気ガスから力を受けやすくなり、それにより過給機10の効率が向上される。
ところで、排気側インペラ11と排気側ハウジング12との間の距離は、様々な要因により一定に維持されないことがある。例えば、過給機10に製造誤差があるとき、排気側ハウジング12が熱変形するとき、シャフト13を位置決めするための潤滑油圧が不十分であるために排気側インペラ11の回転軸が細かく振動せしめられるときが挙げられる。
このように排気側インペラ11と排気側ハウジング12との間の距離が変動すると、排気側ハウジング12に形成されたアブレータブルシールの層と排気側インペラ11とが接触することがある。このような接触が生じたときに、排気側インペラ11が削れてしまわないように、アブレータブルシールの層はNiなどの柔らかい金属により形成されている。その結果、排気側インペラ11とアブレータブルシールの層が接触したときには、アブレータブルシールの層が切削され、それにより摩耗粉が生成される。
この摩耗粉は過給機10から排出されると、下流に配置された粒子フィルタ7に堆積される。この摩耗粉は金属であるため、粒子フィルタ7の再生処理により、粒子フィルタ7が燃焼する温度(約600℃)まで加熱されても除去されない。さらに、過給機10から摩耗粉が発生せしめられる原因は上述のとおり様々である。そのため、いつ摩耗粉が排出されるのか予め予測するのは困難である。このように、過給機10から排出される摩耗粉は非定常的に発生する不燃堆積物の一種である。
次に、摩耗粉に代表されるように非定常的に発生する不燃堆積物が生成されたときの再生処理について、再生処理前の状態から再生処理が終了される状態までの処理を時系列に沿って説明する。なお、以下、再生処理前において再生処理が行われていないときに、過給機10から摩耗粉が排出されたと仮定して説明する。さて、再生処理前には、過給機10から摩耗粉が排出されているので、再生処理前には、粒子フィルタ7に煤などの微粒子が集積されていくのと同時に摩耗粉が堆積する。次いで、煤などの微粒子の量と摩耗粉の量との合計が予め定められた量に到達したときに、粒子フィルタ7に捕集された微粒子を除去する目的で再生処理が開始される。
このときの差圧値ΔP/Gaの時間変化、すなわち、粒子フィルタ7に捕集された煤などの微粒子の量および摩耗粉の量の時間変化が図3Bに示されている。
なお、図3Bにおいて、時刻T0’ は、前回の再生処理が完了したときを示しており、時刻T2’は、今回の再生処理が開始されたときを示している。時刻T0’ から時刻T2’の間では、時間の経過と伴に、粒子フィルタ7に煤などの微粒子が次第に集積され、粒子フィルタ7に煤などの粒子が集積されるにつれて、差圧値ΔP/Gaが増大する。一方、時刻T1’は、摩耗粉が発生したときを示している。なお、図3Bは、時刻T1’において短時間の間に大量の摩耗粉が発生した場合を示している。従って、時刻T1’では、過給機10から排出された摩耗粉が短時間の間に大量に粒子フィルタ7へ堆積するために、差圧値ΔP/Gaは時刻T1’において急激に増加する。
続いて、再生処理が開始されてから再生処理が終了されるまでの処理について説明する。なお、再生処理の具体的な方法は、前述したとおりであるので説明を省略し、再生処理が終了されるときの処理についてのみ説明する。
摩耗粉のように非定常的に発生する不燃堆積物の量が多いときには、図3Bに示されるように、差圧値ΔP/Gaは基本再生完了差圧値PBまで低下せず、基本再生完了差圧値PB付近において基本再生完了差圧値PBよりも若干高い値で停滞する。このときには、長時間経ても差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBまで低下することがなく、従って、再生処理が継続されることになる。
そこで、本発明による実施例では、上述したように差圧値ΔP/Gaが基本再生差圧値PB付近で停滞する場合を捉えるために、堆積微粒子量に対する新たな基準、すなわち、差圧値ΔP/Gaに対する新たな基準が設定される。本発明による実施例では、この差圧値ΔP/Gaに対する新たな基準が補正完了差圧値PCと称され、この補正完了差圧値PCが図3Bにおいて、破線で示されている。図3Bに示されるように、この補正完了差圧値PCは基本再生完了差圧値PBよりも若干大きな値とされている。なお、図3Bに示されるように、差圧値ΔP/Gaが基本再生差圧値PB付近で停滞する場合、本発明による実施例では、差圧値ΔP/Gaが補正完了差圧値PCまで低下してから予め定められた時間経過したときに、再生処理が終了される。本発明による実施例では、この予め定められた時間を再生完了時間ΔTと称している。
ここで、補正再生完了差圧値PCとは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子の燃焼が進行していること、すなわち、微粒子の除去作用が進行していることを確認するための差圧値である。この場合、本発明による実施例では、過給機10のアブレータブルシールの層がすべて摩耗粉となって粒子フィルタ7に堆積されたときに増大する差圧値と基本再生差圧値PBとの和が、補正再生完了差圧値PCとして設定される。すなわち、補正再生完了差圧値PCは、過給機10から排出される摩耗粉が粒子フィルタ7に堆積したときに増大する差圧値と基本再生差圧値PBとの和以上に設定される。このように設定することにより、たとえ摩耗粉が発生したとしても、再生処理が進行すれば差圧値が補正再生完了差圧値PCまで低下せしめられるため、再生処理が進行していることを、より確実に確認することができる。
なお、補正再生完了差圧値PCは、例えば、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が、再生処理開始時点において粒子フィルタ7に捕集されている微粒子のうちの80%が除去されたときの差圧値として設定される。
一方、上述の再生完了時間ΔTは、図3Bに示されるように、差圧値ΔP/Gaが基本再生差圧値PBと補正完了差圧値PCとの間に保持され続けられているときに、機関の運転状態がいろいろと変化したとしても、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が実質的に除去されたと推定できる時間である。即ち、この再生完了時間ΔTは、粒子フィルタ7には実質的に不燃堆積物しか残っていないと推定できる時間である。この再生完了時間ΔTは、実験により求められる。具体例を挙げると、この再生完了時間ΔTは、再生中断時間ΔTxよりも短い時間として設定される。例えば、この再生完了時間ΔTは10分に設定される。なお、再生処理が行われたときに、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBまで低下する場合、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCになってから基本再生完了差圧値PBに低下するまでにかかる時間は、この再生完了時間ΔTよりも短い。従って、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCになってから再生完了時間ΔTを経過しても、差圧値ΔP/Gaが、基本再生完了差圧値PBまで低下しなかったときには、非定常的に発生した不燃堆積物、すなわち、摩耗粉が堆積していると推定でき、このとき再生処理が終了せしめられる。
次に、図6を参照しながら、補正完了差圧値PCを用いた再生処理の終了処理についてより具体的に説明する。図6は基本再生完了差圧値PBの近傍を拡大して示した、差圧値の時間変化を表すタイムチャートである。図6の実線は、図3Bに示される実線の一部の拡大図を示しており、摩耗粉のような不燃堆積物が非定常的に発生したときの差圧値の時間変化を表している。図6において実線で示されるように、再生処理が開始された後、時刻T3’において差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下せしめられると、経過時間が測定され始め、経過時間が再生完了時間ΔTになると、再生処理が終了される。
すなわち、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下したという条件が満たされるときは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子の燃焼が進行していること、すなわち、微粒子の除去作用が進んでいると推定される。一方、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下したときから基本再生差圧値PB以上に維持される時間が再生完了時間ΔT続くという条件が満たされるときは、不燃堆積物による差圧値ΔP/Gaの増加により差圧値ΔP/Gaの低下が抑制されていると推定される。したがって、この2つの条件が満たされるときは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子の除去は終了しているが、不燃堆積物によって差圧値ΔP/Gaが下がらないときであると推定される。本発明による実施例では、このとき、再生処理が終了されるので、再生処理時間が延びることを抑制でき、従って、エネルギーの消費を抑制することができる。
次に摩耗粉が発生したときと発生しなかったときとの違いについて説明する。図6の点線は図3Aに示される実線の一部の拡大図を示しており、摩耗粉が発生しなかったときの差圧値の時間変化を表している。摩耗粉が発生したときの差圧値ΔP/Gaの時間変化は、摩耗粉が発生しなかったときの差圧値ΔP/Gaの時間変化に対して、摩耗粉に起因する差圧値ΔP/Gaの増加量を足したような変化をする。この結果、摩耗粉が発生しなかったときは、差圧値ΔP/Gaが基本再生差圧値PBまで低下するにもかかわらず、摩耗粉が発生したときは、差圧値ΔP/Gaが基本再生差圧値PBまで低下しなくなる。再生完了時間ΔTは、摩耗粉が発生しなかったときに差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下してから基本再生完了差圧値PBになるまでにかかる時間よりも長い。しかしながら、摩耗粉が発生したときは再生完了時間ΔTだけ時間が経過したときに再生処理が終了されるので、再生完了時間ΔTが設けられていない場合に比べて再生処理の時間は低減される。
次に、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下してから基本再生完了差圧値PB以上に維持されている時間が再生完了時間ΔTになったときに行われる、すなわち時刻T3’+ΔTにおいて行われる、新たな基本再生完了差圧値PB’の設定について説明する。
図4Bは次回の基本再生完了差圧値PB’の設定を説明するための図である。上述のとおり、時刻T3’+ΔTにおいて再生処理は終了され、このとき図4Bに示されるように、新たな基本再生完了差圧値PB’が設定される。この場合、
次回の再生処理が行われたときに、差圧値ΔP/Gaが基本再生差圧値PBまで低下しなくなることを防ぐため、粒子フィルタ7に堆積されている不燃堆積物の量を考慮して、基本再生差圧値PBが増大される。この場合、すなわち、再生完了時間ΔTに基づいて再生処理が終了された場合には、不燃堆積物として、アッシュのような定常的に発生される不燃堆積物と、摩耗粉のような非定常的に発生される不燃堆積物の両方が考慮される。
アッシュのような定常的に発生される不燃堆積物については既に説明したので説明を省略する。さて、摩耗粉のような非定常的に発生される不燃堆積物の増加量ΔM2は、例えば次のようにして求められる。すなわち、前述のとおり、再生処理が終了したときには粒子フィルタ7には実質的に不燃堆積物のみが堆積されている状態と推定されるので、再生処理を終了した時点における差圧値ΔP/Gaと基本再生完了差圧値PBとの差分差圧値ΔP2は、非定常的に発生された不燃堆積物の増加量ΔM2に対応する差圧値となる。これにより非定常的に発生された不燃堆積物の予測増加量ΔM2が求められる。次にアッシュのような定常的に発生される不燃堆積物の増加量ΔM1に、摩耗粉のような非定常的に発生される不燃堆積物の増加量ΔM2が足し合わされ、これら不燃堆積物の増加量の合計ΔM(=M1+M2)が算出される。最後に不燃堆積物の増加量の合計ΔMに対応した増加差圧値ΔPに基づいて、新たな基本再生完了差圧値PB’が設定される。
補正再生完了差圧値PCについても同様に、定常的に発生させられる不燃堆積物の増加量ΔMAと、非定常的に発生された不燃堆積物の増加量ΔMBに基づいて、増加差圧値ΔPが算出され、今回の補正再生完了差圧値PCに増加差圧値ΔPを足し合わせることによって、新しい補正再生完了差圧値PC’が設定される。なお、再生開始差圧値PSも同様に設定される。
以上の説明からわかるように、本発明では、粒子フィルタ7において定常的に生成せしめられる不燃堆積物の予測堆積量に基づいて基本再生完了差圧値PBが求められ、粒子フィルタ7において定常的に生成せしめられる不燃堆積物の予測堆積量に基づいて補正再生完了差圧値PCが求められる。更に、本発明では、再生処理の開始後、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下した後、予め定められた再生完了時間ΔTが経過する前に、基本再生完了差圧値PBまで低下した場合は、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBまで低下したときに再生処理が終了され、再生処理の開始後、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下した後、基本再生完了差圧値PB以上に維持される時間が再生完了時間ΔTを越えた場合には、基本再生完了差圧値PB以上に維持される時間が再生完了時間ΔTを越えたときに、再生処理が終了される。
すなわち、本発明では、内燃機関の浄化装置が、排気内の微粒子を捕集する粒子フィルタ7と、粒子フィルタ7に捕集された微粒子を除去するための再生処理を行うための再生処理装置と、粒子フィルタ7の上流と、下流との差圧を取得する差圧センサ8と、制御装置20とを備え、制御装置20は、上述の差圧に基づいて、粒子フィルタ7に堆積した堆積物の量を表す差圧値ΔP/Gaを求め、粒子フィルタ7において定常的に生成せしめられる不燃堆積物の予測堆積量に基づいて、基本再生完了差圧値PBを設定し、粒子フィルタ7において非定常的に堆積せしめられる不燃堆積物の堆積量に基づいて、基本再生完了差圧値PBよりも高い補正再生完了差圧値PCを設定し、再生処理装置による再生処理の開始後に、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下した後、予め定められた再生完了時間ΔTが経過する前に、基本再生完了差圧値PBまで低下した場合は、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PB以下まで低下したときに再生処理を終了し、再生処理装置による再生処理の開始後に、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下した後、基本再生完了差圧値PB以上に維持される時間が再生完了時間ΔTを越えた場合には、基本再生完了差圧値PB以上に維持される時間が再生完了時間ΔTを越えたときに再生処理を終了する。
また、本発明による実施例では、再生処理の開始後、差圧値が補正再生完了差圧値まで低下した後、基本再生完了差圧値PB以上に維持される時間が再生完了時間ΔTを越えたことにより、再生処理が終了せしめられたときは、基本再生完了差圧値PBと、再生処理を終了したときの差圧値ΔP/Gaとの差分差圧値に基づいて、次回の再生処理における基本再生完了差圧値PBおよび、補正再生完了差圧値PCが設定される。
図7は、粒子フィルタの再生処理を行うためのルーチンの第1実施例を示している。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図7を参照すると、まず初めに、ステップ101では、再生処理中フラグがセットされるか否かが判別される。再生処理中フラグは、再生処理が実行されている間にセットされる。すなわちステップ101では、粒子フィルタ7の再生処理が行われているか否かが判別される。再生処理中フラグがセットされていないときはステップ102へ進む。ステップ102では、差圧センサ8により検出された差圧ΔPおよびエアフロメータ3により検出された吸入空気量Gaから算出された、粒子フィルタ7前後の差圧値ΔP/Gaが、再生開始差圧値PS以上か否かが判別される。差圧値ΔP/Gaが再生開始差圧値PS以上であるときは、ステップ103に進み、差圧値ΔP/Gaが再生開始差圧値PS未満であるときには処理サイクルが終了される。
ステップ103では、再生処理中フラグがセットされる。再生処理中フラグがセットされているときには、再生処理を実行するルーチン(例えばポスト噴射制御を実行するルーチン)によって、再生処理が実行される。
これに対し、ステップ101において再生処理中フラグがセットされていると判別されたときには、ステップ104へ進む。ステップ104では、再生カウンタのカウント値Crが1だけインクリメントされ、ステップ105へ進む。従って、この再生カウンタのカウント値Crは、再生処理が開始されてからの経過時間を示していることになる。次いで、ステップ105では、再生カウンタのカウント値Crが、再生中断カウント値Cx以上になったか否かが判別される。この再生中断カウント値Cxは、再生中断時間ΔTxを表している。
再生カウンタのカウント値Crが再生中断カウント値Cx以上になったときはステップ106へ進み、再生カウンタのカウント値Crが再生中断カウント値Cx未満であるときはステップ108へ進む。
ステップ106では、再生処理中フラグがリセットされる。再生処理中フラグがリセットされると再生処理を実行するルーチンによって、再生処理が終了される。その後ステップ107へ進む。ステップ107では、再生カウンタのカウント値Crおよびカウント値Ccがクリアされ、処理サイクルが終了される。
これに対し、ステップ105において、再生カウンタのカウント値Crが再生中断カウント値Cx未満であると判別されたときはステップ108に進む。ステップ108では、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PB以下になったか否かが判別される。差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PB以下になったときはステップ109に進み、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBより大きいときはステップ110に進む。
ステップ109では、正常完了フラグがセットされる。正常完了フラグとは、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PB以下になったことにより、再生処理が終了されたときにセットされるフラグである。このフラグがセットされるときは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子は除去され、かつ、粒子フィルタ7に非定常的に発生する不燃堆積物がほとんど堆積されていない。ステップ109の処理が終了されるとステップ200に進む。
ステップ200では、次回の再生処理が行われたときに用いられる新たな再生開始差圧値PS’、基本再生完了差圧値PB’、補正再生完了差圧値PC’が設定される。この処理を、差圧値設定処理と称し、この差圧値設定処理の詳細については後述する。ステップ200の処理が終了されるとステップ106に進んで,正常完了フラグがリセットされる。次いで、ステップ107に進み、次いで処理サイクルは終了される。
一方、ステップ108において、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBより大きいと判別されたときは、ステップ110に進む。ステップ110では、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PC以下になったか否かが判別される。差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PC以下になったときにはステップ111に進み、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCより大きいときには処理サイクルが終了される。
ステップ111では、補正カウンタのカウント値Ccが1だけインクリメントされ、ステップ112へ進む。この補正カウンタのカウント値Ccは、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PC以下に維持されている時間を表している。ステップ112では、補正カウンタのカウント値Ccが再生完了カウント値Cf以上になったか否かが判別される。補正カウンタのカウント値Ccが再生完了カウント値Cf以上になったときには、ステップ113に進み、補正カウンタのカウント値Ccが再生完了カウント値Cf未満のときには、処理サイクルは終了される。この再生完了カウンタのカウント値Cfは、再生完了時間ΔTを表している。
ステップ113では、みなし完了フラグがセットされる。みなし完了フラグがセットされるときは、粒子フィルタ7に捕集された微粒子が除去され、かつ、粒子フィルタ7に非定常的に発生した不燃堆積物が堆積されているときである。ステップ113の処理が終了されるとステップ200に進む。ステップ200の処理が終了されるとステップ106に進んで,みなし完了フラグがリセットされる。次いで、ステップ107と進み、次いで処理サイクルが終了される。
図8は、図7のステップ200において実行される差圧値設定処理のルーチンを示している。
図8を参照すると、ステップ201では、正常完了フラグがセットされているか否かが判別される。ステップ201において正常完了フラグがセットされているときは、ステップ202に進み、正常完了フラグがセットされていないときはステップ206に進む。
ステップ202では、非定常的に発生させられる不燃堆積物の増加量ΔM2が0とされる。正常完了フラグがセットされているときは、非定常的に発生させられる不燃堆積物はほとんど堆積されていないと推定されるため、増加量ΔM2は0とされる。ステップ202の処理が終了されるとステップ203に進む。
これに対し、ステップ201において、正常完了フラグがセットされていないと判別されたときは、ステップ206に進み、みなし完了状態フラグがセットされているか否かが判別される。みなし完了フラグがセットされているときは、ステップ207に進み、みなし完了フラグがセットされていないときは、図7のステップ106に進む。ステップ207では、再生完了時点の差圧値ΔP/Ga、すなわち、現在の差圧値差圧値ΔP/Gaから、基本再生完了差圧値PBを減算することによって得られた差圧値ΔP2に基づいて、非定常的に発生した不燃堆積物の増加量ΔM2が算出される。ステップ207の処理が終了されると、ステップ203に進む。
ステップ203では、定常的に発生する不燃堆積物の増加量ΔM1が算出される。定常的に発生する不燃堆積物の増加量ΔM1は、予め求められている。ステップ203の処理が終了されるとステップ204に進む。ステップ204では、定常的に発生する不燃堆積物の増加量ΔM1と非定常的に発生する堆積物の増加量ΔM2との和が不燃堆積物の増加量ΔMとされる。ステップ204の処理が終了されるとステップ205に進む。
ステップ205では、ステップ204において得られたΔMに対応する差圧値の増加量ΔPが算出され、現在の再生開始差圧値PS、基本再生完了差圧値PB、補正再生完了差圧値PCにそれぞれ、差分差圧値ΔPが加算される。それにより、次回の再生処理が行われたときの新たな再生開始差圧値PS’、基本再生完了差圧値PB’、補正再生完了差圧値PC’が設定される。ステップ205の処理が終了されると、図7のステップ106に進む。
次に、本発明による第2実施例について説明する。第2実施例では、第1実施形例と異なり、非定常的な不燃堆積物が発生せしめられることが推定されるときに限り、補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理が実行される。
例えば、車両の使用が開始されてから暫くの間は、過給機10のアブレータブルシールの層が削られて過給機10から摩耗粉が排出されるが、このようなアブレータブルシールの層の削り取り作用は次第に弱まり、車両が長期間に亘って使用されると、過給機10からの摩耗粉の排出は停止する。摩耗粉の排出が停止すれば、補正再生完了差圧値PCを用いる意味がなくなる。この場合、摩耗粉がほとんど発生しなくなる車両の総走行距離が存在しており、本発明による実施例では、摩耗粉がほとんど発生しなくなる車両の走行距離を、摩耗粉発生終了距離Dxと称している。
そこで、第2実施例では、車両の総走行距離Dが摩耗粉発生終了距離Dx以下であるときに限り、補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理が実行され、車両の総走行距離Dが摩耗粉発生終了距離Dxを越えたときには、補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理が停止される。
補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理が停止されると、再生完了時間ΔTを過ぎても再生処理が継続されるので、一回あたりの再生処理の時間は長くなる。しかしながら、再生処理が行われる回数が少なくなるので、粒子フィルタ7を再生温度まで加熱する回数を低減でき、結果として、消費エネルギーが低減されることになる。
なお、摩耗粉発生終了距離Dxは、例えば、1000kmに設定される。この摩耗粉発生終了距離Dxは、エンジンの型式や過給機の型式によって相違するため、経験的、実験的に定められる。
図9は、第2実施例を実行するための粒子フィルタの再生処理ルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図7に示される処理ルーチンと図9に示される処理ルーチンとの相違点は、図9に示される処理ルーチンでは、ステップ110の前にステップ110aが追加されているだけであり、残りのステップ101から113およびステップ200については、図7に示される処理ルーチンと図9に示される処理ルーチンとで全く同一である。従って、以下、ステップ101から113およびステップ200についての説明は省略し、ステップ110aのみについて説明する。
図9を参照すると、ステップ110aでは、総走行距離Dが、摩耗粉発生終了距離Dx以下であるか否かが判別される。総走行距離Dが摩耗粉発生終了距離Dx以下であるときは、ステップ110に進み、総走行距離Dが摩耗粉発生終了距離Dxより大きいときは処理サイクルが終了される。
従って、この第2の実施形態では、ひとたび総走行距離Dが摩耗粉発生終了距離Dx以上になると、補正再生完了差圧値PCに基づいて再生処理が終了されることがなくなる。すなわち、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PC以下となる状態が維持されながら、再生完了時間ΔTが経過したとしても、再生処理は終了されることなく継続される。
このように、この第2実施例では、過給機10から摩耗粉が排出されなくなる車両の走行距離が摩耗粉発生終了距離Dxとして記録されており、車両の総走行距離Dが、摩耗粉発生終了距離Dx以下であるときに限り、再生処理が行われて差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PC以下に低下した後、基本再生完了差圧値PM以上に維持される時間が再生完了時間ΔTを越えたときに、再生処理が終了される。
また、変形例として、差圧値ΔP/Gaが基本再生完了差圧値PBよりも大きく、補正再生完了差圧値PC以下である時間が、再生完了時間ΔTを越えた累積回数を、みなし完了回数として記録し、みなし完了回数が予め定められた累積回数以下であるときには、補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理が実行され、みなし完了回数が予め定められた累積回数を越えたときには、補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理を停止させるようにしてもよい。
この場合、みなし完了回数は車両の使用が開始されてから累積して計測される、摩耗粉の発生回数を表しており、摩耗粉の発生回数は、排気側インペラ11と排気側ハウジング12との接触回数を表している。すなわち、排気側インペラ11と排気側ハウジング12との接触回数が増えるにつれ、摩耗粉の発生量は減り、一定回数を超えると摩耗粉は発生しなくなる。従って、この変形例では、このとき補正再生完了差圧値PCに基づく再生終了処理が停止される。なお、みなし完了回数に対して予め定められた回数は、例えば3回である。
このように、この変形例では、再生処理の開始後、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下した後、基本再生完了差圧値PB以上に維持される時間が、再生完了時間ΔTを越えた回数をみなし完了回数として記録され、このみなし完了回数が予め定められた回数以下であるときに限り、再生処理の開始後、差圧値ΔP/Gaが補正再生完了差圧値PCまで低下してから、基本再生完了差圧値PB以上に維持される時間が、再生完了時間ΔTを越えたときに、再生処理が終了される。
3 エアフロメータ
7 粒子フィルタ
8 差圧センサ
10 過給機
11 排気側インペラ
12 排気側ハウジング
20 制御ユニット

Claims (6)

  1. 排気内の微粒子を捕集する粒子フィルタと、
    前記粒子フィルタに捕集された微粒子を除去するための再生処理を行うための再生処理装置と、
    前記粒子フィルタの上流と、下流との差圧を取得する差圧センサと、
    制御装置とを備え、
    前記制御装置は、
    前記差圧に基づいて、前記粒子フィルタに堆積した堆積物の量を表す差圧値を求め、
    前記粒子フィルタにおいて定常的に生成せしめられる不燃堆積物の予測堆積量に基づいて、基本再生完了差圧値を設定し、
    前記粒子フィルタにおいて非定常的に堆積せしめられる不燃堆積物の堆積量に基づいて、基本再生完了差圧値よりも高い補正再生完了差圧値を設定し、
    前記再生処理装置による前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、予め定められた再生完了時間が経過する前に、前記基本再生完了差圧値まで低下した場合には、前記差圧値が前記基本再生完了差圧値以下まで低下したときに前記再生処理を終了し、
    前記再生処理装置による前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が前記再生完了時間を越えた場合には、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が前記再生完了時間を越えたときに前記再生処理を終了する内燃機関の浄化装置。
  2. 前記制御装置は、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が前記再生完了時間を越えたことにより、前記再生処理が終了せしめられたときは、前記基本再生完了差圧値と、再生処理を終了したときの前記差圧値との差分差圧値に基づいて、次回の再生処理における基本再生完了差圧値および、補正再生完了差圧値を設定する請求項1に記載の内燃機関の浄化装置。
  3. 前記補正再生完了差圧値は、機関排気系に設けられた過給機から排出される摩耗粉が前記粒子フィルタに堆積したときに増大する差圧値と前記基本再生完了差圧値との和以上に設定される請求項1又は2に記載の内燃機関の浄化装置。
  4. 前記制御装置は、前記過給機から前記摩耗粉が排出されなくなる車両の総走行距離を摩耗粉発生終了距離として記録しており、車両の総走行距離が、前記摩耗粉発生終了距離以下であるときに限り、前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が前記再生完了時間を越えたときに、前記再生処理を終了する請求項3に記載の内燃機関の浄化装置。
  5. 前記制御装置は、前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が、前記再生完了時間を越えた累積回数をみなし完了回数として記録し、前記みなし完了回数が予め定められた累積回数以下であるときに限り、前記再生処理の開始後、前記差圧値が前記補正再生完了差圧値まで低下した後、前記基本再生完了差圧値以上に維持される時間が、前記再生完了時間を越えたときに、再生処理を終了する請求項1に記載の内燃機関の浄化装置。
  6. 前記再生処理装置は、燃料噴射弁からポスト噴射を行うことによって再生処理を行い、前記制御装置は、前記ポスト噴射制御によるエンジンオイルへの燃料の混入を抑制するために再生中断時間を設定し、前記再生処理が開始されてからの経過時間が、前記再生中断時間以上となったときには、前記再生処理を終了する請求項1に記載の内燃機関の浄化装置。
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