JP2006057608A - ディーゼルエンジンの排気後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ前端面付近に燃え残り、つまりフィルタ前端面詰まりが生じているか否かを診断し得ることができる装置及びそのフィルタ前端面付近に燃え残っているパティキュレートを速やかに燃焼させ得る装置を提供する。
【解決手段】圧力損失検出手段１２により検出されるフィルタ４の圧力損失に基づいてフィルタの非再生処理中にフィルタ４に堆積しているパティキュレート堆積量を推定する第１パティキュレート堆積量推定手段１１と、フィルタ４の圧力損失以外のパラメータに基づいてフィルタの非再生処理中にフィルタ４に堆積しているパティキュレート堆積量を推定する第２パティキュレート堆積量推定手段１１と、これら２種類のパティキュレート堆積量を比較してフィルタ４の前端面詰まりが生じているか否かを判定する手段１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はディーゼルエンジンの排気パティキュレートを処理する排気後処理装置に関する。

排気中に含まれるパティキュートを捕集して堆積させるため排気通路にフィルタが設けられるが、このフィルタの前端面にはパティキュートが堆積しやすいので、このパティキュレートの堆積による圧力損失の上昇を防止するためフィルタの前端面の目封じ部に突起を設けたものがある（特許文献１参照）。
特開２０００−３０９９２２公報

ところで、フィルタは全体としてほぼ円柱状に形成され、この円柱状のフィルタの軸心を排気流れに一致させて排気を流す構成であるため、フィルタの再生処理を開始して排気温度を上昇させると、だいたいフィルタ前端面より少し下流側にはいった当たりで火種が生じ下流側へと燃焼が拡がってゆく。このため、フィルタの再生処理によりフィルタの下流側に堆積しているパティキュレートはよく燃えるものの、フィルタ前端面の近くに堆積しているパティキュレートは、特にフィルタの再生処理に十分な時間がとれないときに燃え残りがちとなる。それでも、フィルタが高温に保たれフィルタの再生処理に十分な時間がとれれば最終的にはフィルタ前端面の近くに堆積しているパティキュレートも燃焼し、従ってフィルタに堆積しているパティキュレートの全てをくまなく燃焼できることとなり、このようなフィルタの再生を完全再生という。

しかしながら、実際にはフィルタを一定の時間高温に保ちつづけるような運転が行われることはあまりなく、低負荷運転が繰り返されるようなときには、フィルタの再生処理を開始しても、フィルタを高温に保ち続けることができず、この結果、フィルタ前端面付近に堆積しているパティキュレートが燃え残る。このようなフィルタの再生を上記の完全再生に対して部分再生という。

フィルタ前端面付近にパティキュレートが燃え残ったままフィルタの再生処理を終了してしまうと、その後の非再生処理中に差圧センサにより検出される圧力損失が、完全再生された後の非再生処理中より高い圧力を示すことが実験により判明している。

これを図示すると、図２において横軸はパティキュレート堆積量、縦軸は差圧センサにより検出されるフィルタの圧力損失である。この場合に、太実線はフィルタが完全再生された後に再び排気中のパティキュレートをフィルタに捕集させたときの特性で、フィルタの完全再生後にはパティキュレート堆積量が大きな領域まで、パティキュレート堆積量にほぼ比例してフィルタの圧力損失が増加している。これに対して、フィルタ前端面にパテキュレートが燃え残ったまま再び排気中のパティキュレートをフィルタに捕集させたときには、図２の細実線に示したように、同じパティキュレート堆積量でみてもフィルタの完全再生後の特性（太実線）より差圧センサにより検出されるフィルタの圧力損失が大きくなっている。そして、フィルタ前端面に燃え残るパティキュレートの量が増加するほど特性の勾配が一段と急になっている（図２の一点鎖線参照）。

図３は横軸に始動からの走行距離を、縦軸にフィルタのパティキュレート堆積量を採ったもので、フィルタ４の完全再生後に再び排気中のパティキュレートをフィルタに捕集させるのであれば差圧センサによりパティキュレート堆積量を推定しようと、シミュレーションによりパティキュレート堆積量を推定しようと、実際のパティキュレート堆積量（図３の太実線参照）に近い推定値を得ることができている。ところが、フィルタの前端面詰まりが生じているときに再び排気中のパティキュレートをフィルタに捕集させると、差圧センサにより推定されるパティキュレート堆積量が実際のパティキュレート堆積量よりも大きく外れて上昇している。ここで、シミュレーションによるパティキュレート堆積量の推定方法には例えば走行履歴によるパティキュレート堆積量の推定方法があり、この方法によればフィルタ前端面に燃え残るパティキュレートの影響を受けることがない。

従って、フィルタの非再生処理中に、差圧センサにより検出されるフィルタの圧力損失からパテキュレート堆積量を推定しその推定値と規定値との比較によりフィルタの再生処理を行うか否かを判定している場合に、フィルタの前端面付近の燃え残りに起因する分だけ圧力損失が大きくなっているときにも、そのときの圧力損失からフィルタのパティキュレート堆積量を推定したのでは、実際のパテキュレート堆積量より多く推定してしまい、規定値を超えることが多くなり、頻繁にフィルタの再生処理が行われ、フィルタの昇温のためにポスト噴射を行っているようなときには燃費が悪化する。

そこで本発明は、第一にフィルタの非再生処理中にフィルタ前端面付近にパティキュレートの燃え残り、つまりフィルタ前端面詰まりが生じているか否かを診断し得る装置を、第二にその診断結果を用いてフィルタ前端面詰まりが生じているときにはそのフィルタ前端面付近に燃え残っているパティキュレートを速やかに燃焼させ得る装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気通路にパティキュレートを捕集して堆積させるフィルタを備え、フィルタの再生時期になると排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行うディーゼルエンジンの排気浄化装置において、圧力損失検出手段の検出されるフィルタの圧力損失に基づいてフィルタの非再生処理中にフィルタに堆積しているパティキュレート堆積量を推定し、フィルタの圧力損失以外のパラメータに基づいてフィルタの非再生処理中にフィルタに堆積しているパティキュレート堆積量を推定し、これら２種類のパティキュレート堆積量を比較してフィルタの前端面詰まりが生じているか否かを判定するように構成する。

また、フィルタの前端面詰まりが生じていると判定したときには次回の再生処理中にフィルタの再生処理時間を延長する。

また、フィルタの前端面詰まりが生じていると判定したときには即座にフィルタの再生処理を行う。

フィルタ前端面詰まりが生じた後の非再生処理中に、第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量は第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量より多くなることから、本発明によれば、フィルタの非再生処理中にこれら２種類のパティキュレート堆積量を比較してフィルタ前端面詰まりが生じているか否かを判定することが可能となった。

また、本発明によれば、フィルタの非再生処理中にフィルタ前端面詰まりが生じていると判定したときには次回の再生処理中にフィルタの再生処理時間を延長するので、次回の再生処理によってフィルタ前端面に残存しているパティキュレートを燃焼させてフィルタを完全再生することができる。

また、本発明によれば、フィルタの非再生処理中にフィルタ前端面詰まりが生じていると判定したときには即座にフィルタの再生処理を行うので、フィルタ前端面に残存しているパティキュレートを速やかに燃焼させてフィルタを完全再生することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示す概略構成図である。

図１において、１はディーゼルエンジンで、２は吸気通路、３は排気通路を示している。排気通路３には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ４を備える。フィルタ４のパティキュレートの捕集量（堆積量）が所定値に達すると、排気温度を上昇させてパティキュレートを燃焼除去する。

フィルタ４の圧力損失（フィルタ４の上流と下流の圧力差）を検出するためにフィルタ４をバイパスする差圧検出通路に差圧センサ１２（圧力損失検出手段）が設けられる。

この差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失は、エンジン回転速度センサ１３からの回転速度、アクセルセンサ１４からのアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）、エアフローメータ１５からの吸入空気流量と共にエンジンコントローラ１１に送られ、主にマイクロプロセッサで構成されるエンジンコントローラ１１では、これらに基づいて燃料噴射制御とフィルタ４の再生処理を行う。

燃料噴射制御では、全負荷付近で多く発生するスモークを防止するため、エアフローメータ１５の出力から算出されるシリンダ吸入空気量とエンジン回転速度に応じて最大噴射量を定めており、アクセル開度に応じた基本燃料噴射量をこの最大噴射量で制限し、この制限後の燃料噴射量を最適な時期に燃料噴射装置（例えばサプライポンプ５、コモンレール６、インジェクタ７からなるコモンレール式噴射装置）を用いて噴射する。

フィルタ４の再生処理では、フィルタ４へのパティキュレートの堆積量を算出（推定）して、これを規定値と比較し、パティキュレート堆積量が規定値以上となったとき、フィルタ４の再生処理を開始する。すなわち、燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射時期を通常よりも遅らせたり、あるいは通常の噴射後にさらに１回噴射（ポスト噴射）することなどにより、排気温度を上昇させることで開始する。

上記のフィルタ４は、例えば全体としてほぼ円柱状に形成され、この円柱状のフィルタ４の軸心を排気流れに一致させている。フィルタ４の再生処理を開始して排気温度を上昇させると、だいたいフィルタ前端面より下流側に少しはいった当たりで火種が生じ排気下流側へと燃焼が拡がってゆく。このため、フィルタ４の再生処理によりフィルタ４の下流側に堆積しているパティキュレートはよく燃えるものの、フィルタ前端面の近くに堆積しているパティキュレートは、特にフィルタ４の再生処理に十分な時間がとれないときに燃え残りがちとなる。それでも、フィルタ４が高温に保たれフィルタ４の再生処理に十分な時間がとれれば最終的にはフィルタ前端面の近くに堆積しているパティキュレートも燃焼し、従ってフィルタ４に堆積しているパティキュレートの全てをくまなく燃焼できる（完全再生）。

しかしながら、実際にはフィルタ４を一定の時間高温に保ちつづけるような運転が行われることはあまりなく、低負荷運転が繰り返されるようなときには、フィルタ４の再生処理を開始しても、フィルタ４を高温に保ち続けることができず、この結果、フィルタ前端面付近に堆積しているパティキュレートが燃え残る（部分再生）。

フィルタ前端面付近にパティキュレートが燃え残ったままフィルタ４の再生処理を終了してしまうと、その後の非再生処理中に差圧センサ１２により検出される圧力損失が、完全再生された後の非再生処理中より高い圧力を示すことが実験により判明している。

これを図示すると、図２において横軸はパティキュレート堆積量、縦軸は差圧センサにより検出されるフィルタの圧力損失である。この場合に、太実線はフィルタ４が完全再生された後に再び排気中のパティキュレートをフィルタに捕集させたときの特性で、フィルタ４の完全再生後にはパティキュレート堆積量が大きな領域まで、パティキュレート堆積量にほぼ比例してフィルタの圧力損失が増加している。これに対して、フィルタ前端面にパテキュレートが燃え残った状態で再び排気中のパティキュレートをフィルタに捕集させたときには、図２の細実線に示したように、同じパティキュレート堆積量でみてもフィルタ４の完全再生後の特性（太実線）より差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失が大きくなっている。そして、フィルタ前端面に燃え残るパティキュレートの量が増加するほど特性の勾配が一段と急になっている（図２の一点鎖線参照）。

図３は横軸に始動からの走行距離を、縦軸にフィルタ４のパティキュレート堆積量を採ったもので、フィルタ４の完全再生後に再び排気中のパティキュレートをフィルタに捕集させるのであれば差圧センサ１２によりパティキュレート堆積量を推定しようと、シミュレーションによりパティキュレート堆積量を推定しようと、実際のパティキュレート堆積量（図３の太実線参照）に近い推定値を得ることができている。ところが、フィルタ４の前端面詰まりが生じているとき再び排気中のパティキュレートをフィルタに捕集させると差圧センサ１２により推定されるパティキュレート堆積量が実際のパティキュレート堆積量よりも大きく外れて上昇している。ここで、シミュレーションによるパティキュレート堆積量の推定方法には例えば走行履歴によるパティキュレート堆積量の推定方法があり、この方法によればフィルタ前端面に燃え残るパティキュレートの影響を受けることがない。

従って、フィルタ４の非再生処理中に差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失からパテキュレート堆積量を推定しその推定値と規定値との比較によりフィルタ４の再生処理を行うかか否かを判定している場合に、フィルタ前端面付近の燃え残りに起因する分だけ圧力損失が大きくなっている非再生処理中にも、そのとき圧力損失からフィルタ４のパテキュレート堆積量を推定したのでは、実際のパテキュレート堆積量より多く推定してしまい、規定値を超える機会が増え、頻繁にフィルタの再生処理が行われ、フィルタの昇温のためにポスト噴射を行っているようなときには燃費が悪化することが考え得る。

このため、エンジンコントローラ１１では、差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失に基づいて非再生処理中にフィルタ４に堆積しているパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆを算出（推定）し、またこれとは別にフィルタ４の圧力損失以外のパラメータである車両の走行履歴に基づいて非再生処理中にフィルタ４に堆積しているパティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍを算出（推定）し、これら２種類のパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆ、ＰＭｓｉｍを比較してフィルタ前端面詰まりが生じているか否かを判定する。例えば、圧力損失によるパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが走行履歴によるパティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍより大きくかつ圧力損失によるパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが、前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍ以上のときにフィルタ４の前端面詰まりが生じていると判定する。

また、この判定結果よりフィルタ前端面詰まりが生じていないときでも、２種類のパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆ、ＰＭｓｉｍのサンプル周期当たりの増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆ、ΔＰＭｓｉｍを算出し、これらを比較して、フィルタ前端面詰まりが生じているか否かを再度判定する。例えば、圧力損失によるパティキュレート堆積量の増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆが走行履歴によるパティキュレート堆積量の増加勾配ΔＰＭｓｉｍより大きくかつ圧力損失によるパティキュレート堆積量の増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆより走行履歴によるパティキュレート堆積量の増加勾配ΔＰＭｓｉｍを差し引いた値が所定値以上のときにフィルタ４の前端面詰まりが生じていると判定する。

また、フィルタ４に前端面詰まりが生じていないときに、フィルタ４に規定値まで堆積したパティキュレートが全て燃え尽きるのに要する時間を基本再生処理時間ｔ０として予め定めておき、フィルタ４の再処理開始からの時間を計測し、この計測値と基本再生処理時間ｔ０との比較によりフィルタ４の再生処理を終了するか否かを判定させる。そして、上記の各判定結果よりフィルタ前端面詰まりが生じているときには即座にフィルタ４の再生処理を開始すると共に、その開始した再生処理中におけるフィルタ４の再生処理時間を上記の基本再生処理時間ｔ０よりも延長する。

エンジンコントローラ１１により実行されるこの制御を以下のフローチャートにより詳述する。

図４は再生処理フラグ１を設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ）に実行する。ステップ１では、後述する図６のステップ３３と同じに、差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失に基づいてパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆを算出する。

ステップ２では再生処理終了フラグをみる。再生処理終了フラグ＝１であるときにはまだ再生処理を終了していないので、そのまま今回の処理を終了する。

再生処理終了フラグ＝０であるときにはステップ２よりステップ３に進みパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆと規定値を比較する。パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが規定値以上になるとステップ４に進んでフィルタ４の再生処理を開始するため再生処理フラグ１＝１とする。パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが規定値に満たない場合はステップ３よりステップ５に進んで再生処理フラグ１＝０とする。

上記再生処理フラグ１＝１により図示しないフローにおいてフィルタ４の再生処理が開始される。

図５は再生処理終了フラグを設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ）に実行する。ステップ１１、１２では今回の再生処理フラグ１と前回の再生処理フラグ１をみる。

今回に再生処理フラグ１＝１でありかつ前回に再生処理フラグ１＝０であった、つまり今回初めて再生処理フラグ１＝１となったときにはステップ１１、１２よりステップ１３に進んでタイマを起動する（タイマ値ｔ＝０）。このタイマは、フィルタ４の再生処理を開始してからの時間（つまり再生処理時間）を計測するためのものである。

今回に再生処理フラグ１＝１でありかつ前回に再生処理フラグ１＝１であった、つまり再生処理フラグ１＝１を継続しているときにはステップ１１、１２よりステップ１４に進みタイマ値ｔをインクリメントする。

ステップ１５ではタイマ値ｔと基本再生処理時間ｔ０を比較する。ここで、基本再生処理時間ｔ０は、フィルタ４に前端面詰まりが生じていないときに、フィルタ４に規定値まで堆積したパティキュレートが全て燃え尽きるのに要する時間で、予め適合しておく。タイマ値ｔが基本再生処理時間ｔ０に満たないときにはまだフィルタ４の再生は終了していないと判断しステップ１６に進んで再生処理終了フラグ＝０とし、タイマ値ｔが基本再生処理時間ｔ０以上になるとフィルタ４の再生が終了したと判断しステップ１５より１７に進んで再生処理終了フラグ＝１とする。

今回に再生処理フラグ１＝０であるときにはステップ１１よりステップ１８以降に進み、ステップ１８〜２４でもフィルタ４の再生処理を終了するか否かを判定し、再生処理を終了したと判断したとき再生処理終了フラグ＝１とする。ただし、ステップ１８〜２４は本発明で新たに導入している部分であり、後述する。

図６はフィルタ４に前端面詰まりが生じたか否かを判定するためのもので、サンプル周期毎に実行する。このサンプル周期の設定については図７のフローにより説明する。

図７は図６に先だって一定時間毎（例えば１０ｍｓ）に実行する。図７においてステップ５１では回転速度センサ１３により検出される回転速度Ｎ、エンジンコントローラ１１内で演算される燃料噴射量Ｑ、水温センサ１６により検出される冷却水温Ｔｗ、始動からの走行距離を読み込む。

ステップ５２では回転速度Ｎと燃料噴射量Ｑから図８を内容とするマップを検索することにより基本サンプル周期を求める。ステップ５３、５４では冷却水温Ｔｗ、始動からの走行距離から図９、図１０を内容とするマップを検索することにより水温補正係数α、走行距離補正係数βを算出し、ステップ５５で次式によりサンプル周期を算出する。

サンプル周期＝基本サンプル周期×α×β …（１）
ここで、基本サンプル周期は図８に示したように高負荷になるほどまたは高回転速度になるほど短くなる値である。これは、高負荷になるほどまたは高回転速度になるほどエンジンからのパティキュレート排出量が多くなるので、これに合わせたものである。一方、水温補正係数α、走行距離補正係数βは図９、図１０に示したように冷却水温Ｔｗが低いほど１．０より小さくなり、また始動からの走行距離が短いほど１．０より小さくなる値である。これは冷間始動であるほど燃焼状態が悪いためにパティキュレート排出量が多くなるので、これに合わせたものである。

このように、エンジンからのパティキュレート排出量が多くなる高負荷高回転速度域や冷間始動時にはパティキュレート排出量の少ない低負荷低回転速度域やエンジンの暖機完了後よりもサンプル周期を短く設定して、フィルタ前端面詰まりが生じているか否かを頻繁に判定することになる。

図６に戻り、ステップ３１、３２では再生処理フラグ１、再生処理フラグ２をみる。ここで、一方の再生処理フラグ１＝１になるのは図４で前述したようにパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが規定値以上となったときであり、またもう一つの再生処理フラグ２＝１になるのは、後述するようにフィルタ前端面詰まりが生じていると判定されたときである（ステップ４０）。再生処理フラグ１＝１であるときや再生処理フラグ２＝１であるときにはそのまま今回の処理を終了する。

一方、再生処理フラグ１＝０でありかつ再生処理フラグ２＝０であるときにはステップ３３以降に進んでフィルタ４に前端面詰まりが生じているか否かを判定する。すなわち、本実施形態において、フィルタ４に前端面詰まりが生じているか否かを判定するのは、フィルタ４の再生処理を行ってないとき（フィルタ４の非再生処理中）である。

ステップ３３、３４ではフィルタ４の圧力損失に基づくパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆの算出と、走行履歴に基づくパティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍの算出を行う。

まず、フィルタ４の圧力損失によるパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆの算出は、基本的にパティキュレート堆積量がフィルタ４を流れる排気の体積流量とフィルタ４の前後圧力損失の関数で表されることを利用するものである。具体的には図１１に示すような特性をエンジンコントローラ１１予めに持たせておき、ステップ３３で差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失を読み込み、この読み込んだフィルタ４の圧力損失から図１１を内容とするテーブルを検索してパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆを算出する。

走行履歴に基づくパティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍの算出には公知の手法を用いる。例えば、エンジンコントローラ１１に図１２に示すようなパティキュレート排出量のマップ（各運転条件での単位時間当りのパティキュレート排出量）を予め持たせておき、ステップ３４で単位時間毎にこのマップを検索して単位時間当りのパティキュレート排出量を求め、これを次式により積算した値をパティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍとして求める。

ＰＭｓｉｍ＝ＰＭｓｉｍ（前回）
＋ΔＰＭ×（サンプル周期／単位時間） …（２）
ただし、ΔＰＭ：単位時間当りのパティキュレート排出量
ＰＭｓｉｍ（前回）：前回のパティキュレート堆積量、
以下、２つのパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆとＰＭｓｉｍを区別するため、ＰＭｄｉｆｆのほうを第１パティキュレート堆積量、ＰＭｓｉｍのほうを第２パティキュレート堆積量とする。

ステップ３５では運転条件（回転速度Ｎと燃料噴射量Ｑ）から図１３を内容とするマップを検索することにより、フィルタ前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍを求める。マップ検索に代えて、計算式により求めるようにしてもかまわない。このときには次式によりフィルタ前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍを算出する。

ＰＭＬｉｍ＝定数×ＰＭｓｉｍ …（３）
ただし、定数：１．０より大きな値、
ステップ３６では第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆと第２パティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍを、また第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆとフィルタ前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍを比較することにより、フィルタ４に前端面詰まりが生じているか否かを判定する。すなわち、第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが第２パティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍより大きく、かつ第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆがフィルタ前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍ以上であるときにフィルタ４に前端面詰まりが生じていると判断してステップ３７に進む。

ここで、第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆがフィルタ前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍ以上であるときを満たすことをも条件としているのは、第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆとフィルタ前端面詰まり判定値ＰＭｓｉｍの差が許容範囲内に収まっている場合に、フィルタ前端面詰まりが生じていると判定させないためである。すなわち、フィルタ前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍは図３に示したように第２パティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍに対して許容範囲の上限を定めるものであり、第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆがこのフィルタ前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍ未満に収まっている場合にはフィルタ前端面詰まりが生じていると判定しない。

それ以外のときにはステップ４１、４２に進んで第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆ、第２パティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍのサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆ、ΔＰＭｓｉｍを算出し、第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆと第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｓｉｍを、また第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆと第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｓｉｍの差とフィルタ前端面詰まり判定値のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭＬｉｍ（一定値）をステップ４３において比較することによっても、フィルタ４に前端面詰まりが生じているか否かを判定する。すなわち、第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆが第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｓｉｍより大きく、かつ第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆと第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｓｉｍの差がフィルタ前端面詰まり判定値のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭＬｉｍ以上であるときにフィルタ４に前端面詰まりが生じていると判断してステップ３７〜４０に進み、それ以外のときにはフィルタ４に前端面詰まりは生じていないと判断してステップ４４、４５に進む。

上記第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆとは、サンプル周期当たりの第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆの変化量のことである。同様にして、第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｓｉｍは、サンプル周期当たりの第２パティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍの変化量のこと、またフィルタ前端面詰まり判定値のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭＬｉｍは、サンプル周期当たりのフィルタ前端面詰まり判定値の変化量のことである。これを図３に示すと、フィルタ前端面詰まりが生じているときには第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆが、第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｓｉｍよりも大きくなっていることがわかる。第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆを得るには今回のサンプル周期で算出した第１パティキュレート堆積量から前回のサンプル周期で得ている第１パティキュレート堆積量を差し引いて求めればよい。同様にして、第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｓｉｍを得るには今回のサンプル周期で算出した第２パティキュレート堆積量から前回のサンプル周期で得ている第２パティキュレート堆積量を差し引いて求める。またフィルタ前端面詰まり判定値のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭＬｉｍを得るには今回のサンプル周期で算出したフィルタ前端面詰まり判定値から前回のサンプル周期で得ているフィルタ前端面詰まり判定値を差し引いて求める。

ここで、第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆと第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｓｉｍの差がフィルタ前端面詰まり判定値のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭＬｉｍ以上であるときを満たすことをも条件としているのは、第１パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｄｉｆｆと第２パティキュレート堆積量のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭｓｉｍの差が許容範囲内に収まっている場合に、フィルタ前端面詰まりが生じていると判定させないためである。すなわち、フィルタ前端面詰まり判定値のサンプル周期当たり増加勾配ΔＰＭＬｉｍは許容範囲を定めるものであり、ΔＰＭｄｉｆｆ−ΔＰＭｓｉｍの値がこのΔＰＭＬｉｍ未満に収まっている場合にはフィルタ前端面詰まりが生じていると判定しない。

フィルタ前端面詰まりが生じていると判断したときには、ステップ３７で第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆから第２パティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍを差し引いた値ｄＰＭを算出し、ステップ３８においてこの差ｄＰＭから図１４を内容とするテーブルを検索して再生処理時間の延長時間ｔｅｎを求め、この延長時間ｔｅｎをステップ３９において基本再生処理時間ｔ０に加算して再生処理時間ｔｇｅｎを算出する。フィルタ前端面詰まりが生じているときに再生処理時間を延長するのは、フィルタ４の前端面に燃え残って詰まりの原因となっているパティキュレートを燃焼させるためである。すなわち、再生処理時間を延長する目的はフィルタ４の完全再生にあるので、再生処理時間の延長に代えて、フィルタ４のベッド温度が上昇するような補正を行ってもよい。

ステップ４０では再生処理フラグ２＝１とする。これは、フィルタ４に前端面詰まりが生じていると判断したときに、フィルタ４の通常の再生処理（第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが規定値以上となったときに行う再生処理のこと）とは別に、再生処理時間を延長したフィルタ４の再生処理を即座に行わせて、フィルタ前端面付近に堆積しているパティキュレートを燃焼させ完全再生を行わせるためである。

この再生処理フラグ２＝１により図示しないフローにおいて、パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが規定値に達していなくてもフィルタ４の再生処理が即座に開始される。

一方、フィルタ前端面詰まりが生じていないと判断したときには、再生処理時間を延長したフィルタ４の再生処理を行わせる必要がないので、ステップ４４で基本再生処理時間ｔ０をそのまま再生処理時間ｔｇｅｎとし、ステップ４５で再生処理フラグ２＝０とする。

このようにして設定した再生処理フラグ２と再生処理時間ｔｇｅｎとは図５のステップ１８以降で用いられる。このため、図６のフローは図５のフローに先だって実行する。

図５においてステップ１８〜２４の操作そのものは、ステップ１１〜１７の操作と同様である。ステップ１１〜１７の操作と異なるのは、フラグが再生処理フラグ１より再生処理フラグ２になることと、タイマ値ｔと比較する相手が基本再生処理時間ｔ０より再生処理時間ｔｇｅｎになることだけであるので、その詳しい説明は省略する。

このようにして、フィルタ４の再生処理中でない場合に、フィルタ４に前端面詰まりが生じていると判断したときには再生処理時間を延長したフィルタ４の再生処理を即座に行わせて、フィルタ前端面付近に堆積しているパティキュレートを燃焼させ完全再生を行わせる。

ここで、本実施形態の作用を説明する。

フィルタ前端面詰まりが生じた状態での非再生処理中には、第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆ（第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量）が、第２パティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍ（第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量）より多くなことから、本実施形態（請求項１、８、９に記載の発明）によれば、非再生処理中におけるこれら２種類のパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆ、ＰＭｓｉｍを比較してフィルタ前端面詰まりが生じているか否かを判定することが可能となった。

また、本実施形態によれば、非再生処理中にフィルタ前端面詰まりが生じていると判定したときに即座にフィルタ４の再生処理を開始する（請求項９に記載の発明））と共に、その開始した再生処理中におけるフィルタ４の再生処理時間を上記の基本再生処理時間ｔ０よりも延長する（請求項８に記載の発明）ので、前回までのフィルタ４の再生処理によってフィルタ前端面に残存しているパティキュレートを燃焼させてフィルタ４を完全再生することができる。

このように、前回までのフィルタ４の再生処理によってフィルタ前端面に残存しているパティキュレートを、即座のフィルタの再生処理によって燃焼させてフィルタ４を完全再生することができることになると、その後のフィルタ４の非再生処理中に差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失からパテキュレート堆積量を算出し、その算出したパテキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆと規定値との比較によりフィルタ４の再生処理を行うかか否かを判定することとしても（図４参照）、判定精度が低下することがない。

本実施形態（請求項７、１５に記載の発明）によれば、フィルタ４の圧力損失以外のパラメータとして非再生処理中の車両の走行履歴を採用しているので、フィルタ４の前回の再生処理終了のタイミングでフィルタ前端面付近に燃え残りによる詰まりが生じていても、非再生処理中に実際のパティキュレート堆積量を精度良く推定できる。

実施形態では、第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが、第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍより大きくかつ第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆが、前端面詰まり判定値ＰＭＬｉｍ以上のときにフィルタ４の前端面詰まりが生じていると判定する場合で説明したが、第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆから第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍを差し引いた値が許容範囲の境界を超えたときにフィルタの前端面詰まりが生じていると判定するようにしてもかまわない。

実施形態では、フィルタの前端面詰まりが生じていると判定したときに、即座にフィルタの再生処理を行い、その再生処理中にフィルタの再生処理時間を延長する場合で説明したが、フィルタの前端面詰まりが生じていると判定したときに、次回の再生処理中にフィルタの再生処理時間を延長するようにしてもかまわない。

請求項１、８、９に記載の第１パティキュレート堆積量推定手段の機能は図６のステップ３３により、第２パティキュレート堆積量推定手段の機能は図６のステップ３４により、前端面詰まり判定手段の機能は図６のステップ３６、４３により、請求項８に記載の再生処理時間延長手段の機能は図６のステップ３８、３９により、請求項９に記載の第２再生処理実行手段の機能は図６のステップ４０、図５のステップ１８〜２４によりそれぞれ果たされている。

本発明の一実施形態を示す概略構成図。 フィルタ前端面詰まりを説明するための波形図。 フィルタ前端面詰まりを説明するための波形図。 再生処理フラグ１の設定を説明するためのフローチャート。 再生処理終了フラグの設定を説明するためのフローチャート。 前端面詰まりが生じているか否かの判定を説明するためのフローチャート。 サンプル周期の設定を説明するためのフローチャート。 基本サンプル周期の特性図。 水温補正係数の特性図。 走行距離補正係数の特性図。 フィルタの圧力損失に対するパティキュレート堆積量の特性図。 単位時間当たりパティキュレート堆積量の特性図。 フィルタ前端面詰まり判定値特性図。 第１パティキュレート堆積量ＰＭｄｉｆｆから第２パティキュレート堆積量ＰＭｓｉｍを差し引いた値に対する延長時間の特性図。

符号の説明

１ エンジン
３ 排気通路
４ フィルタ
１１ エンジンコントローラ
１２ 差圧センサ（圧力損失検出手段）

Claims (20)

1. 排気通路にパティキュレートを捕集して堆積させるフィルタを備え、
   フィルタの再生時期になると排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行うディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   前記フィルタの圧力損失を検出する圧力損失検出手段と、
   この検出されるフィルタの圧力損失に基づいて前記フィルタの非再生処理中に前記フィルタに堆積しているパティキュレート堆積量を推定する第１パティキュレート堆積量推定手段と、
   前記フィルタの圧力損失以外のパラメータに基づいて前記フィルタの非再生処理中に前記フィルタに堆積しているパティキュレート堆積量を推定する第２パティキュレート堆積量推定手段と、
   これら２種類のパティキュレート堆積量を比較して前記フィルタの前端面詰まりが生じているか否かを判定する前端面詰まり判定手段と
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気後処理装置。
2. 前記前端面詰まり判定手段は、前記２種類のパティキュレート堆積量の差が許容範囲の境界を超えたときに前記フィルタの前端面詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
3. 前記前端面詰まり判定手段は、前記第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量が前記第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量より大きく、かつ前記第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量が前端面詰まり判定値以上のときに前記フィルタの前端面詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
4. 前記前端面詰まり判定値は運転条件に応じた値であることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
5. 前記前端面詰まり判定値は前記第２パティキュレート堆積量推定手段が推定するパティキュレート堆積量に応じた値であることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
6. 前記前端面詰まり判定手段は、前記第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量の増加勾配が前記第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量の増加勾配より大きく、かつ前記第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量の増加勾配より前記第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量の増加勾配を差し引いた値が所定値以上のときに前記フィルタの前端面詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
7. 前記フィルタの圧力損失以外のパラメータは走行履歴であることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
8. 排気通路にパティキュレートを捕集して堆積させるフィルタを備え、
   フィルタの再生時期になると排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行うディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   前記フィルタの圧力損失を検出する圧力損失検出手段と、
   この検出されるフィルタの圧力損失に基づいて前記フィルタの非再生処理中に前記フィルタに堆積しているパティキュレート堆積量を推定する第１パティキュレート堆積量推定手段と、
   前記フィルタの圧力損失以外のパラメータに基づいて前記フィルタの非再生処理中に前記フィルタに堆積しているパティキュレート堆積量を推定する第２パティキュレート堆積量推定手段と、
   これら２種類のパティキュレート堆積量を比較して前記フィルタの前端面詰まりが生じているか否かを判定する前端面詰まり判定手段と、
   この判定結果より前記フィルタの前端面詰まりが生じているときには次回の再生処理中に前記フィルタの再生処理時間を延長する再生処理時間延長手段と
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気後処理装置。
9. 排気通路にパティキュレートを捕集して堆積させるフィルタと、
   フィルタの再生時期になると排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行う第１再生処理実行手段と
   を備えディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   前記フィルタの圧力損失を検出する圧力損失検出手段と、
   この検出されるフィルタの圧力損失に基づいて前記フィルタの非再生処理中に前記フィルタに堆積しているパティキュレート堆積量を推定する第１パティキュレート堆積量推定手段と、
   前記フィルタの圧力損失以外のパラメータに基づいて前記フィルタの非再生処理中に前記フィルタに堆積しているパティキュレート堆積量を推定する第２パティキュレート堆積量推定手段と、
   これら２種類のパティキュレート堆積量を比較して前記フィルタの前端面詰まりが生じているか否かを判定する前端面詰まり判定手段と、
   この判定結果より前記フィルタの前端面詰まりが生じているときには前記第１再生処理実行手段とは別に、即座にフィルタの再生処理を行う第２再生処理実行手段と
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気後処理装置。
10. 前記前端面詰まり判定手段は、前記２種類のパティキュレート堆積量の差が許容範囲の境界を超えたときに前記フィルタの前端面詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項８または９に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
11. 前記前端面詰まり判定手段は、前記第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量が前記第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量より大きく、かつ前記第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量が前端面詰まり判定値以上のときに前記フィルタの前端面詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項８または９に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
12. 前記前端面詰まり判定値は運転条件に応じた値であることを特徴とする請求項１１に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
13. 前記前端面詰まり判定値は前記第２パティキュレート堆積量推定手段が推定するパティキュレート堆積量に応じた値であることを特徴とする請求項１１に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
14. 前記前端面詰まり判定手段は、前記第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量の増加勾配が前記第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量の増加勾配より大きく、かつ前記第１パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量の増加勾配より前記第２パティキュレート堆積量推定手段の推定するパティキュレート堆積量の増加勾配を差し引いた値が所定値以上のときに前記フィルタの前端面詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項８または９に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
15. 前記フィルタの圧力損失以外のパラメータは走行履歴であることを特徴とする請求項８または９に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
16. 前記前端面詰まり判定手段は、前記フィルタの前端面詰まりが生じているか否かをエンジンの運転条件に応じたサンプル周期毎に判定することを特徴とする請求項１、８、９のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
17. 前記サンプル周期はエンジンの負荷が大きくなるほど短くなる値であることを特徴とする請求項１６に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
18. 前記サンプル周期はエンジンの回転速度が高くなるほど短くなる値であることを特徴とする請求項１６に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
19. 前記サンプル周期はさらに冷却水温が低くなるほど短くなる値であることを特徴とする請求項１６に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
20. 前記サンプル周期はさらに始動からの走行距離が短いほど短くなる値であることを特徴とする請求項１６に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。

Images