JP2003206723A - 排気フィルタ再生装置及び方法 - Google Patents

排気フィルタ再生装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の燃料消費量の増大を抑制しつつ排
気フィルタを連続使用することを可能にする。 【解決手段】 再生処理の開始時にアッシュの堆積量が
所定のしきい値を越えていないと予測される場合、その
しきい値を越えていると予測される場合に比べて多量の
ＰＭをＤＰＦに残存させて再生処理を終了する。ＥＣＵ
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ＤＰ
Ｆ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、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、ＤＰＦに堆積しているアッシュが走
行距離に基づいてフィルタ容量１リットルあたり０．０
５ｇ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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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Ｐ
Ｍ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０．２５
ｇ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３
６が設けられている。インジェクタ３６はＥＣＵ（Elec
tronic 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ＤＰ
Ｆ２６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４
６、並びに出力回路４８を備えている。ＲＯＭ５８、Ｃ
ＰＵ６０、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２
２、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３
６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、Ｄ
ＰＦ２６に堆積したＰＭとともに燃焼する。燃焼したＰ
Ｍ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ＤＰＦ
２６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２
２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ＣＰＵ
６０に入力してもよい。
【００２３】図１は、本発明の第１実施例によるＤＰＦ
２６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１
０ｇ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０．０
５ｇ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、ＤＰＦ
２６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ＤＰＦ２
６の再生処理を終了する。以下、この時期で終了させる
ＤＰＦ２６の再生処理を不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ＥＣ
Ｕ５０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ＲＡ
Ｍ５６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、ＤＰＦ２
６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１
０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Ｓ１４
０）。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Ｓ１
００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Ｐ
Ｍ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Ｓ
１５５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４
２、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Ｓ１１
０、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、ＤＰＦ２
６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１０
ｇ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Ｐ
Ｍ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Ｒ
ＡＭ５６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ＤＰＦ
２６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Ｓ３
４０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ＥＣＵ５
０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）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｈ ３Ｇ３０１ Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｑ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｂ 41/04 ３６０ 41/04 ３６０Ｚ ３８５ ３８５Ｚ 41/38 41/38 Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｊ ３０１Ｋ ３０１Ｎ ３０１Ｗ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ ５７０ ５７０Ｊ (72)発明者 衣川 眞澄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA03 BA04 BA05 BA06 DA01 DA02 EA11 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA23 GA00 GA01 GA09 GA22 3G065 AA01 AA04 CA12 DA05 DA06 FA02 GA00 GA05 GA06 GA08 HA06 KA02 3G084 AA01 AA03 BA05 BA13 BA15 BA20 DA10 EA04 EA11 EB03 EC01 EC03 FA00 FA07 FA27 3G090 AA03 BA01 CA01 CA02 CB02 CB03 DA04 DA09 DA12 EA06 EA07 3G092 AA02 AA17 AB03 BA01 BB06 BB13 DC03 DC09 DE03S DG07 EA02 EA04 EA08 EA11 FA18 FA24 HA01Z HD01Z HD08Z 3G301 HA02 HA13 JA02 JA24 LA03 LB11 LC01 LC03 MA18 MA23 NA08 NE06 NE12 PA01Z PD11Z PD14Z

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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０．０５
    ｇ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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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、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. 【請求項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、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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