JP2003254041A

JP2003254041A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2003254041A
Application number: JP2002053658A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Oki; 久大木; Shinobu Ishiyama; 忍石山; Kotaro Hayashi; 孝太郎林; Hisafumi Magata; 尚史曲田; Masaaki Kobayashi; 正明小林; Daisuke Shibata; 大介柴田; Takahiro Oba; 孝宏大羽; Akihiko Negami; 秋彦根上; Tomoyuki Ono; 智幸小野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-10
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP4032774B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、広範囲の運
転領域でフィルタの詰まりを検出することができる技術
を提供する。【解決手段】排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィ
ルタ５と、フィルタ５の少なくとも上流の圧力を検出す
る圧力検出手段７と、内燃機関１に吸入される新気の量
を検出する吸入空気量検出手段３と、圧力検出手段７に
より検出された圧力を吸入空気量検出手段３により検出
された新気の量で除した値でフィルタ５の詰まり度合い
を判定する詰まり判定手段１１と、を具備し、圧力検出
手段７及び吸入空気量検出手段３の検出値の変動を除去
した値にてフィルタ５の詰まり検出を行った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは経済性に優れてい
る反面、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代
表されるパティキュレートマター（Particulate Matte
r：以下特に断らない限り「ＰＭ」という。）の除去が
重要な課題となっている。このため、大気中にＰＭが放
出されないようにディーゼルエンジンの排気系にＰＭの
捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フ
ィルタ」とする）を設ける技術が知られている。

【０００３】このフィルタにより排気中のＰＭが一旦捕
集され大気中へ放出されることを防止することができ
る。しかし、フィルタに捕集されたＰＭが該フィルタに
堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがあ
る。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の
圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘
発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆
積したＰＭを着火燃焼せしめることにより該ＰＭを除去
することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭ
を除去することをフィルタの再生という。

【０００４】このようなフィルタの再生において、例え
ば特開平５−２８８０３７号公報では、フィルタの前後
差圧から複数回のフィルタ再生後の詰まり度の平均値を
検出し、その値に応じて再生時期を補正している。ここ
で、複数回のフィルタ再生後においてフィルタ詰まり度
平均値に、新品時のフィルタ詰まり度、又はフィルタ使
用初期の詰まり度と差が生じるならば、その変化分はフ
ィルタに捕集された灰分に起因するものと見ることがで
きる。従って、走行距離から灰分が寄与する詰まり度変
化を類推するのではなく、複数回のフィルタ再生後のフ
ィルタつまり度平均値を検出することで、直接的に灰分
に起因する詰まり度変化を検知し、フィルタ再生時期を
補正している。このようにして、補正されるフィルタ再
生時期を適正なものとすることができ毎回のＰＭ捕集量
が一定化し安定した再生を実施することが可能となって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フィルタ前後
の差圧のみを用いてフィルタ詰まりを検出する方法で
は、減速時やアイドル時、定常運転時等の特定の運転条
件に限り判定を行うことが可能であるが、その他の運転
状態において詰まり判定を行うことは困難である。詰ま
り判定が長期間なされないまま多量のＰＭが堆積する
と、次回フィルタ再生時に多量のＰＭが燃焼することに
よりフィルタが過熱し、該フィルタに熱劣化が発生する
虞がある。

【０００６】本発明は、上記したような問題点に鑑みて
なされたものであり、内燃機関の排気浄化装置におい
て、広範囲の運転領域でフィルタの詰まりを検出するこ
とができる技術を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採
用した。即ち、第１の発明は、排気中の粒子状物質を一
時捕獲可能なフィルタと、前記フィルタの少なくとも上
流の圧力を検出する圧力検出手段と、内燃機関に吸入さ
れる新気の量を検出する吸入空気量検出手段と、前記圧
力検出手段により検出された圧力を前記吸入空気量検出
手段により検出された新気の量で除した値で前記フィル
タの詰まり度合いを判定する詰まり判定手段と、を具備
することを特徴とする。

【０００８】本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄
化装置において、前記圧力検出手段により検出された圧
力を前記吸入空気量検出手段により検出された新気の量
で除した値を用いることにより運転状態に起因したセン
サ出力の変動を除去し、加減速時においても詰まり判定
を精度良く行うことにある。

【０００９】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、圧力検出手段によりフィルタ前の圧力、若し
くはフィルタ前後の差圧が検出される。ここで、圧力検
出手段により検出された値は加減速時には大きく変動す
るため、この値のみに基づいてフィルタの詰まりを判定
することは困難である。しかし、圧力検出手段により検
出される圧力は、吸入空気量と相関関係があるため、圧
力検出手段の検出値を吸入空気量検出手段の検出値で除
することにより、運転状態の変化に起因した変動分を除
去することが可能となる。これにより、加減速時であっ
てもフィルタの詰まり度合いを表す値を得ることが可能
となり、フィルタの詰まりを判定することが可能とな
る。

【００１０】上記課題を達成するために本発明の内燃機
関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第
２の発明は、排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィ
ルタと、前記フィルタの少なくとも上流の圧力を検出す
る圧力検出手段と、内燃機関に吸入される新気の量を検
出する吸入空気量検出手段と、前記フィルタに流入する
排気の温度を検出する排気温度検出手段と、前記圧力検
出手段により検出された圧力を前記排気温度検出手段に
より検出された排気の温度に基づいて基準となる状態に
おける圧力に補正する圧力補正手段と、前記圧力補正手
段により補正された圧力を前記吸入空気量検出手段によ
り検出された新気の量で除した値で前記フィルタの詰ま
り度合いを判定する詰まり判定手段と、を具備すること
を特徴とする。

【００１１】本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄
化装置において、前記圧力検出手段により検出された圧
力に温度補正を加えた値を前記吸入空気量検出手段によ
り検出された新気の量で除した値を用いることにより運
転状態に起因したセンサ出力の変動を除去し、加減速時
においても詰まり判定を精度良く行うことにある。

【００１２】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、圧力検出手段によりフィルタ前の圧力、若し
くはフィルタ前後の差圧が検出される。また、排気の温
度が変動すると圧力検出手段により検出される圧力も変
動するため、圧力補正手段は、排気の温度に基づいて検
出された圧力を基準状態における圧力に換算する。

【００１３】ここで、圧力補正手段により検出された圧
力値は加減速時には大きく変動するため、この値のみに
基づいてフィルタの詰まりを判定することは困難であ
る。しかし、圧力補正手段により補正される圧力値は、
吸入空気量と相関関係があるため、圧力補正手段により
補正された圧力値を吸入空気量検出手段により検出され
た値で除することにより、運転状態の変化に起因した変
動分を除去することが可能となる。これにより、加減速
時であってもフィルタの詰まり度合いを表す値を得るこ
とが可能となり、フィルタの詰まりを判定することが可
能となる。

【００１４】本発明においては、前記詰まり判定手段
は、車両の加速度が所定範囲外のときに求められた値を
除外してフィルタの詰まり判定を行うことができる。こ
こで、急加速時若しくは急減速時には、脈動波や応答遅
れにより吸入空気量とフィルタ前圧力との間の相関関係
が成立しなくなることがある。従って、このときの値を
除外することにより誤判定を防止することが可能とな
る。

【００１５】本発明においては、前記詰まり判定手段
は、吸入空気量検出手段により検出された値が所定値以
下のときに求められた値を除外してフィルタの詰まり判
定を行うことができる。ここで、吸入空気量が少ないと
きには、吸入空気に伝播する脈動波の影響が大きいため
に、吸入空気量を誤検出する虞がある。従って、このと
きの値を除外することにより誤判定を防止することが可
能となる。

【００１６】本発明においては、前記詰まり判定手段
は、平均化処理を行った値を用いて詰まり判定を行うこ
とができる。このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、残存する変動分を小さくすることが可能とな
る。平均化処理は、例えばなまし、平均化等により行う
ことが可能である。

【００１７】本発明においては、前記フィルタは、窒素
酸化物を窒素に還元するＮＯx触媒を担持することがで
きる。ここで、ＮＯx触媒を担持させることによりフィ
ルタに捕集された粒子状物質を容易に除去することが可
能となる。しかも、フィルタの詰まり判定を行うとき
に、吸入空気量を増量する必要がないので、粒子状物質
の連続再生能力を維持することが可能となる。

【００１８】本発明においては、前記詰まり判定手段
は、前記判定値の変化割合を求め、その変化割合が所定
値以上の場合にはフィルタに捕集された粒子状物質の除
去を行う間隔を短くすることができる。このように構成
された内燃機関の排気浄化装置では、連続してフィルタ
の詰まり判定が可能であるため、フィルタの詰まりを早
期に検出しフィルタに捕集された粒子状物質を除去する
ことにより、フィルタに過度に粒子状物質が堆積するこ
とを抑制することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本実施の形態に係るエン
ジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。

【００２０】図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイ
クル・ディーゼル機関である。

【００２１】内燃機関１には、吸気管２が接続されてお
り、該吸気管２の途中には、該吸気管２内を流通する吸
気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメー
タ３が取り付けられている。

【００２２】一方、内燃機関１には、排気管４が接続さ
れ、該排気管４の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担
持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタ
という。）５が設けられている。前記フィルタ５より上
流の排気管４には、該排気管４内を流通する排気の温度
に対応した電気信号を出力する排気温度センサ６が取り
付けられている。また、フィルタ５上流には排気を導入
する上流側導入管７ａの一端が接続され、フィルタ５下
流には下流側導入管７ｂの一端が接続される。上流側導
入管７ａの他端及び下流側導入管７ｂの他端は差圧セン
サ７に接続されている。差圧センサ７は、上流側導入管
７ａ及び下流側導入管７ｂから導入された排気の差圧に
対応した電気信号を出力する。

【００２３】以上述べたように構成された内燃機関１に
は、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１１が併設され
ている。このＥＣＵ１１は、内燃機関１の運転条件や運
転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユ
ニットである。

【００２４】ＥＣＵ１１には、各種センサが電気配線を
介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣ
Ｕ１１に入力されるようになっている。また、前記ＥＣ
Ｕ１１は、各種アプリケーションプログラム及び各種制
御マップを記憶している。

【００２５】ところで、フィルタ５に捕集されたＰＭが
該フィルタ５に堆積するとフィルタ５の目詰まりを発生
させることがある。この目詰まりが発生すると、フィル
タ５上流の排気の圧力が上昇し内燃機関１の出力低下や
フィルタ５の毀損を誘発する虞がある。このようなとき
には、フィルタ５上に堆積したＰＭを除去するフィルタ
５の再生を行う必要がある。

【００２６】このようなフィルタの再生を行う方法とし
ては、排気中への燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量
を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、
更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１
６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴
射の後の膨張行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の
方法が考えられる。

【００２７】尚、本実施の形態では、フィルタ５より上
流の排気管４を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽
油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給
機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ
５に流入する排気の酸素濃度を低下させてフィルタ５の
再生を行うようにした。

【００２８】還元剤供給機構は、図１に示されるよう
に、その噴孔が排気管４内に臨むように取り付けられ、
ＥＣＵ１１からの信号により開弁して燃料を噴射する還
元剤噴射弁８と、燃料ポンプ９から吐出された燃料を前
記還元剤噴射弁８へ導く還元剤供給路１０と、を備えて
いる。

【００２９】このような還元剤供給機構では、燃料ポン
プ９から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路１０を介
して還元剤噴射弁８へ印加される。そして、ＥＣＵ１１
からの信号により該還元剤噴射弁８が開弁して排気管４
内へ還元剤としての燃料が噴射される。

【００３０】次に、排気中への燃料添加によるフィルタ
５の再生制御について説明する。

【００３１】再生制御では、ＥＣＵ１１は、フィルタ５
に流入する排気中に燃料を添加する燃料添加制御を実行
する。

【００３２】ＥＣＵ１１は、還元剤噴射弁８から還元剤
たる燃料を噴射させるべく該還元剤噴射弁８を制御する
ことにより、フィルタ５に流入する排気の空燃比を一時
的に所定の目標空燃比とする。

【００３３】具体的には、ＥＣＵ１１は、機関回転数、
アクセル開度、エアフローメータ３の出力信号値（吸入
空気量）、燃料噴射量等を読み出す。更に、ＥＣＵ１１
は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と
燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マッ
プへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空
燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加
量）を算出する。

【００３４】続いて、ＥＣＵ１１は、前記目標添加量を
パラメータとして流量調整弁制御マップへアクセスし、
還元剤噴射弁８から目標添加量の還元剤を噴射させる上
で必要となる還元剤噴射弁８の開弁時間（目標開弁時
間）を算出する。

【００３５】還元剤噴射弁８の目標開弁時間が算出され
ると、ＥＣＵ１１は、還元剤噴射弁８を開弁させる。

【００３６】ＥＣＵ１１は、還元剤噴射弁８を開弁させ
た時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射
弁８を閉弁させる。

【００３７】このように還元剤噴射弁８が通常目標開弁
時間だけ開弁されると、通常目標添加量の燃料が還元剤
噴射弁８から排気管４内へ噴射されることになる。そし
て、還元剤噴射弁８から噴射された還元剤は、排気管４
の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の
混合気を形成してフィルタ５に流入する。

【００３８】この結果、フィルタ５に流入する排気は、
比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。そ
して、フィルタ５に流入した燃料により活性酸素が放出
されることによって、ＰＭが酸化されやすいものに変質
し単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、
燃料添加により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活
性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。更に、燃料
の酸化反応によりフィルタ５の温度が上昇する。そし
て、活性酸素によりＰＭは酸化燃焼され除去される。

【００３９】ところで、フィルタ５に担持された吸蔵還
元型ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃
度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵
し、一方、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低
下したときは吸蔵していたＮＯxを放出する。その際、
排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還
元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒か
ら放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ₂）に還元
せしめることができる。

【００４０】ここで、内燃機関１が希薄燃焼運転されて
いる場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比が
リーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排
気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸蔵
されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期
間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、
排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去され
ずに大気中へ放出されてしまう。

【００４１】従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されて
いる場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前に
ＮＯx触媒に還元剤を供給し、ＮＯx触媒に吸蔵された窒
素酸化物（ＮＯx）を還元させる必要がある。

【００４２】このような還元剤を供給する方法として
も、前記排気中への燃料添加等を行うことができる。こ
のような方法により、フィルタ５に還元剤が供給される
と、ＮＯxが還元されると共に前記したようにＰＭが酸
化除去される。

【００４３】ところで、フィルタに所定量以上のＰＭが
捕獲された後にフィルタの再生処理を行うと、捕獲され
たＰＭが燃焼するときに発生する熱によりフィルタが過
熱し熱劣化を生じる虞がある。従って、所定量以上のＰ
Ｍが捕獲される前にフィルタの再生を行う必要があり、
フィルタの再生時期を精度良く求めることが重要とな
る。

【００４４】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置で
は、フィルタの再生を行う時期をフィルタ前後の差圧若
しくは吸入空気量に基づいて定めていた。即ち、内燃機
関がアイドル状態、減速状態、定常状態等の特定の運転
状態にあるときのフィルタ前後の差圧が、所定の値より
も大きくなった場合、若しくは、所定の運転状態にある
ときの吸入空気量が所定の値よりも小さくなった場合に
フィルタに詰まりが発生していると判定していた。

【００４５】このような判定方法では、加減速時にはセ
ンサ等の変動が大きくなり、所定の運転状態以外でフィ
ルタの詰まりを判定することは困難である。また、例え
ば、減速時にフィルタ前後の差圧を用いて判定を行う場
合には、ＥＧＲ弁を閉弁し、吸気絞り弁を開弁して吸入
空気量を増大させて差圧の検出精度を向上させることが
あるが、このような状態ではフィルタの床温が低下し易
く、ＰＭの連続再生能力が低下してフィルタにＰＭが堆
積してしまう虞がある。

【００４６】そこで、本実施の形態では、フィルタ前後
の差圧を吸入空気量で除した値に基づいてフィルタの詰
まり判定を行う。ここで、フィルタ前後の差圧は差圧セ
ンサ７により検出され、吸入空気量はエアフローメータ
３により検出されるが、どちらの値も加減速時に変動す
るため、どちらかの値を単独で用いて詰まり判定を行う
ことは困難である。しかし、フィルタ前後の差圧と吸入
空気量とには、相関関係があるため、フィルタ前後の差
圧を吸入空気量で除すると、加減速に起因したセンサ出
力の変動が除去され、加減速時であってもフィルタの詰
まり度合いを表す数値を得ることができる。

【００４７】尚、本実施の形態では、差圧センサ７の出
力値をそのまま用いないで排気温度によりその値を基準
状態の圧力に換算して用いている。これは、排気の温度
が変動すると、排気の量が変動しなくてもフィルタ前後
の差圧が変動するからである。これにより、排気温度の
変動が大きい運転状態であっても精度の良い詰まり判定
を行うことができる。ここで、排気の温度は排気温度セ
ンサ６の出力信号により求める。フィルタ５前後の差圧
ΔＰは、排気温度センサ６によって検出される排気温度
より基準状態における差圧ΔＰ’に換算される。このと
きの換算式は、予め実験等により求めておいても良い。

【００４８】また、本実施の形態では、所定の加速度の
範囲外である急加減速が行われた場合のセンサ出力値は
除外する。これは、エアフローメータ３から差圧センサ
７までの経路が長いため、エアフローメータ３で検出さ
れた吸入空気量が差圧センサ７で検出されるまでに時間
を要し、相関関係が成立しなくなるので、センサ出力の
変動を除去することが困難となるためである。また、排
気管４に発生する脈動によって差圧センサ７の出力のみ
が変動するため詰まり判定が困難となるためである。

【００４９】更に、本実施の形態では、機関回転数が低
いときのセンサ出力値は除外して詰まり判定を行う。こ
れは、吸入空気量が少ない状態では、吸気脈動波の振幅
が大きくエアフローメータ３の出力信号が変動するから
である。特に、吸気絞り弁を備えないディーゼル機関で
は、吸気絞り弁により脈動波が遮断されないためその影
響が大きくなる。

【００５０】一方、本実施の形態では、フィルタ５前後
の差圧を排気温度で補正し更に吸入空気量で除した値に
平均化処理を加えて詰まり判定を行う。これにより、ノ
イズ等によるセンサの検出不良若しくは出力変動等をあ
る程度除去することができ、詰まり判定の精度を向上さ
せることができる。ここで、本実施の形態では、例え
ば、０．１秒毎に補正後の差圧ΔＰ’を算出し、２００
乃至３００の重みづけにてなまし（指数平均）を行う。
若しくは、０．１秒毎に補正後の差圧ΔＰ’を算出し、
２００乃至３００のデータを平均化（加算平均）する。
または、１秒毎に補正後の差圧ΔＰ’を算出し、今まで
のデータの２０分の１９と新たに算出されたデータの２
０分の１を加算するなましを行っても良い。

【００５１】尚、本実施形態では、フィルタ５前後の差
圧を排気温度で補正し更に吸入空気量で除した値が所定
値以上となった場合にフィルタ５に詰まりが発生する虞
があるとしてＰＭ再生を行う。この判定条件となる所定
値は、予め実験等により求めておくことが可能である。

【００５２】ここで、図２は、車速の推移に対する、フ
ィルタ前後差圧ΔＰ、吸入空気量Ｇａ、吸入空気量Ｇａ
あたりの補正差圧ΔＰ’、吸入空気量Ｇａあたりの補正
差圧ΔＰ’をなました値、吸入空気量Ｇａあたりの補正
差圧ΔＰ’をなました値であって急加減速及びアイドル
時の値を除外したものを指し示す図である。

【００５３】領域は、車両が停止している状態であ
り、アイドル状態である。このときには、差圧ΔＰ及び
吸入空気量Ｇａの変動が大きい。また、差圧ΔＰと吸入
空気量Ｇａとに相関がないため、差圧ΔＰ’を吸入空気
量Ｇａで除した値の変動も大きくなっている。従って、
精度の良い詰まり判定が困難となるため、詰まり判定時
にはこのときの値を除外している。

【００５４】領域は、車両が緩やかに加速している状
態である。このときには、差圧ΔＰと吸入空気量Ｇａと
には相関関係があるため、差圧ΔＰ’を吸入空気量Ｇａ
で除した値の変動が小さくなっている。更に、なまし処
理を行うことにより変動を小さくすることができ、詰ま
り判定を行うことが可能となる。

【００５５】領域は、車両が一定の速度で走行してい
る定常状態である。このときには、差圧ΔＰと吸入空気
量Ｇａとには相関関係があるため、差圧ΔＰ’を吸入空
気量Ｇａで除した値の変動が小さくなっている。更に、
なまし処理を行うことにより変動を小さくすることがで
き、詰まり判定を行うことが可能となる。

【００５６】領域は、車両が急加速している状態であ
る。このときには、差圧ΔＰと吸入空気量Ｇａとに相関
がないため、差圧ΔＰ’を吸入空気量Ｇａで除した値の
変動が大きくなっている。従って、精度の良い詰まり判
定が困難となるため、詰まり判定時にはこのときの値を
除外している。

【００５７】領域は、定常状態であり領域と同様で
ある。

【００５８】領域は、車両が緩やかに減速している状
態である。このときには、差圧ΔＰと吸入空気量Ｇａと
には相関関係があるため、差圧ΔＰ’を吸入空気量Ｇａ
で除した値の変動が小さくなっている。更に、なまし処
理を行うことにより変動を小さくすることができ、詰ま
り判定を行うことが可能となる。

【００５９】領域は、アイドル状態であり領域と同
様である。

【００６０】このように、本実施の形態では、図２の車
両状態において領域、、、でフィルタの詰まり
判定が可能である。

【００６１】次に、本実施の形態によるＰＭ詰まり判定
方法のフローを説明する。

【００６２】図３は、本実施の形態によるＰＭ詰まり判
定方法のフローを示すフローチャート図である。

【００６３】ステップＳ１０１では、フィルタ５の前後
差圧ΔＰ、機関吸入空気量Ｇａ、フィルタ５上流の排気
温度Ｔ、車両速度Ｖが検出される。

【００６４】ステップＳ１０２では、排気温度Ｔに基づ
いてフィルタ前後差圧ΔＰを標準状態における差圧に換
算し、補正差圧ΔＰ’を算出する。

【００６５】ステップＳ１０３では、吸入空気量当たり
のフィルタ前後差圧（ΔＰ’／Ｇａ）を算出する。

【００６６】ステップＳ１０４では、差圧検出条件が成
立しているか否か判定する。差圧検出条件として、吸入
空気量Ｇａが所定値よりも大きいか否か判定される。こ
こで、所定値とは、アイドル時の吸入空気量Ｇａであり
予め実験等により求めておく。更に、差圧検出条件とし
て、車両の加速度が所定の範囲内であるか否かも判定さ
れる。車両の加速度は、スピードセンサ（図示省略）か
らの信号により得られる車両速度の変化率を算出するこ
とにより得られる。所定の範囲となる加速度は、予め実
験等により求めておく。

【００６７】ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了する。

【００６８】ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３
で算出された吸入空気量当たりのフィルタ前後差圧（Δ
Ｐ’／Ｇａ）になまし処理（平均化処理）を行う。なま
し処理後のフィルタ前後差圧を（ΔＰ’／Ｇａ）ａｖｅ
とする。

【００６９】ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５
でなまし処理が行われた吸入空気量当たりのフィルタ前
後差圧（ΔＰ’／Ｇａ）ａｖｅが所定値よりも大きいか
否か判定する。ここで、予め実験等によりフィルタ５に
詰まりが発生したときの値を求めておき、それよりも小
さい数値を判定条件となる所定値としてＥＣＵ１１に記
憶させておく。

【００７０】ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了させる。

【００７１】ステップＳ１０７では、ＰＭ再生制御が行
われる。ＥＣＵ１１は、フィルタ５に還元剤を供給し、
堆積したＰＭを酸化除去する。

【００７２】このようにして、フィルタ５のＰＭ再生時
期を求め、ＰＭ再生制御を実行することが可能となる。

【００７３】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置で
は、限られた運転状態においてＰＭ再生時期を求めるこ
とができた。

【００７４】しかし、フィルタ再生時期の判定に適した
運転状態にならないと詰まり判定を行うことができず、
多量のＰＭがフィルタに堆積する虞があった。

【００７５】その点、本実施の形態による内燃機関の排
気浄化装置では、加減速時であっても精度良くフィルタ
のＰＭ再生時期を求めることができる。

【００７６】尚、本実施の形態では、フィルタ前後の差
圧ΔＰを排気温度Ｔで補正し更に吸入空気量Ｇａで除し
た値が所定値以上の速さで変化した場合には、ＰＭ再生
の間隔を短くしても良い。ここで、従来の内燃機関の排
気浄化装置では、所定の運転条件においてフィルタの詰
まり判定を行っていたため、その条件外で運転されてい
る場合にスモーク等の発生により、急激にフィルタの詰
まりが進行してもそれを検出することができなかった。
従って、多量のＰＭがフィルタに堆積する虞があった。

【００７７】その点、本実施の形態による内燃機関の排
気浄化装置では、加速状態等においても連続的に詰まり
判定を行うことができ、フィルタの詰まり度合いの変化
率を求めることができる。詰まり度合いが所定速度以上
で変化した場合には、フィルタ再生間隔を短くしてフィ
ルタ５に多量のＰＭが堆積することを抑制することがで
きる。このようにして、ＰＭ除去時のフィルタの過熱を
抑制することができる。

【００７８】尚、本実施の形態では、フィルタ前後の差
圧を用いたが、これに代えてフィルタ上流の圧力を用い
ても良い。

【００７９】以上説明したように、本実施の形態による
内燃機関の排気浄化装置では、吸入空気量当たりのフィ
ルタ前後差圧が所定値以上となった場合には、フィルタ
に詰まりが発生する虞があると判定することができる。

【００８０】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、フィルタ上流の圧力若しくはフィルタ前後の差圧を
吸入空気量で除した値が所定値よりも大きい場合にフィ
ルタに詰まりが発生すると判定することができる。これ
によりフィルタに堆積した粒子状物質を除去する時期を
精度良く求めることができる。従って、フィルタに多く
の粒子状物質が堆積してしまい、該粒子状物質を燃焼除
去するときに発生する熱によりフィルタが過熱すること
を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄
化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す
概略構成図である。

【図２】車速とセンサ出力値及び判定値との推移を指
し示したタイムチャート図である。

【図３】ＰＭ詰まり判定方法のフローを示すフローチ
ャート図である。

【符号の説明】

１・・・・内燃機関２・・・・吸気管３・・・・エアフローメータ４・・・・排気管５・・・・パティキュレートフィルタ６・・・・排気温度センサ７・・・・差圧センサ８・・・・還元剤噴射弁９・・・・燃料ポンプ１０・・・還元剤供給路１１・・・ＥＣＵ

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｃ 3/28 ３０１Ｂ０１Ｄ 46/42 Ａ // Ｂ０１Ｄ 46/42 53/36 １０３Ｂ１０３Ｃ (72)発明者林孝太郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者曲田尚史愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者小林正明愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者柴田大介愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者大羽孝宏愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者根上秋彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者小野智幸愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G090 AA03 BA01 CA01 CA04 DA03 DA04 DA05 DA09 DA12 DA18 DA19 DA20 DB10 3G091 AA02 AA18 AA28 AB06 AB13 BA00 BA08 BA10 BA14 BA31 BA38 CA13 CA18 CB02 DA01 DA02 DB01 DB05 DB10 EA01 EA05 EA17 EA30 EA32 EA39 HA14 HA36 HA37 4D048 AA06 AA14 AA18 AB01 AB02 AC02 BB02 BB14 CC61 CD05 DA01 DA02 DA03 DA06 DA07 DA20 4D058 MA44 MA54 PA04 SA08 TA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィ
ルタと、前記フィルタの少なくとも上流の圧力を検出する圧力検
出手段と、内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入空気量検
出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力を前記吸入空気
量検出手段により検出された新気の量で除した値で前記
フィルタの詰まり度合いを判定する詰まり判定手段と、を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィ
ルタと、前記フィルタの少なくとも上流の圧力を検出する圧力検
出手段と、内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入空気量検
出手段と、前記フィルタに流入する排気の温度を検出する排気温度
検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力を前記排気温度
検出手段により検出された排気の温度に基づいて基準と
なる状態における圧力に補正する圧力補正手段と、前記圧力補正手段により補正された圧力を前記吸入空気
量検出手段により検出された新気の量で除した値で前記
フィルタの詰まり度合いを判定する詰まり判定手段と、を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記詰まり判定手段は、車両の加速度が所
定範囲外のときに求められた値を除外してフィルタの詰
まり判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載
の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記詰まり判定手段は、吸入空気量検出手
段により検出された値が所定値以下のときに求められた
値を除外してフィルタの詰まり判定を行うことを特徴と
する請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項５】前記詰まり判定手段は、平均化処理を行っ
た値を用いて詰まり判定を行うことを特徴とする請求項
１乃至４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記フィルタは、窒素酸化物を窒素に還元
するＮＯx触媒を担持していることを特徴とする請求項
１乃至５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記詰まり判定手段は、前記判定値の変化
割合を求め、その変化割合が所定値以上の場合にはフィ
ルタに捕集された粒子状物質の除去を行う間隔を短くす
ることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内
燃機関の排気浄化装置。