JP2016094868A - 燃料噴射装置を備えた内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）の再生処理時に、耐熱限界温度を超えるのを回避することができ、かつ処理時間も短縮する。【解決手段】排気浄化装置は、燃料噴射装置１１を備えた内燃機関１０の排気通路１５に配置され排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ２２と、ＤＰＦ２２を加熱する加熱手段２３と、酸素濃度センサ２４と、ＰＭの量を推定するための差圧センサ２５と、排気ガスの温度を計測する温度センサ２６と、制御部３１とを備える。制御部３１は、差圧センサ２５によって推定されるＤＰＦ２２に堆積するＰＭの量と酸素濃度センサ２４が計測するＤＰＦ２２の排気ガス流入口直前の酸素濃度とが予め設定した所定値となったときに、加熱手段２３に対する加熱制御を開始し、温度センサ２６の計測値が所定値以上のときに、当該計測値と所定値との温度差からＤＰＦ２２に堆積するＰＭの量を再推定し、酸素濃度を再設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化処理する排気浄化装置として、排気通路に配置され微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を使用する排気浄化装置が知られている。排気ガスは、排気ガス中の微粒子が微粒子捕集フィルタで捕集された後、大気に排出される。エンジンの稼働に応じて、微粒子捕集フィルタには捕集した微粒子が次第に堆積していく。微粒子捕集フィルタには堆積量の限界があり、堆積量が限界値あるいは限界値近くなると、ＥＣＵからの指令により微粒子捕集フィルタの再生処理が行われる。一般に再生処理は堆積した微粒子を加熱し酸化することで行われる。

上記のような微粒子捕集フィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置の一例が特許文献１に記載されている。そこでは、微粒子捕集フィルタに堆積した微粒子が過堆積状態となったときに、エンジンの制御部は微粒子捕集フィルタへの微粒子の捕集量が過堆積であると判断し、切り替えスイッチによって、微粒子捕集フィルタの再生温度を別設定の再生温度に強制的に切り替えるようにしている。

特開２０１４−１７４０号公報

エンジンの排気浄化装置において、排気通路に配置された微粒子捕集フィルタの再生処理は、再生処理時の熱によって微粒子捕集フィルタが耐熱限界温度を超えないこと、短時間で所要の再生処理を終了できること、が望まれる。特許文献１に記載の装置では、微粒子捕集フィルタに堆積した微粒子が過堆積となった状態から再生処理を開始するようにしており、過堆積の状態によっては、再生処理時の熱により微粒子捕集フィルタが耐熱限界温度を超える恐れがある。また、処理時間が長くなるのも避けられない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、再生処理時に微粒子捕集フィルタが耐熱限界温度を超えるのを回避することができ、かつ処理時間も短縮することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。

本発明による燃料噴射装置を備えた内燃機関の排気浄化装置は、燃料噴射装置を備えた内燃機関の排気通路に配置され排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタと、前記微粒子捕集フィルタを加熱する加熱手段と、前記微粒子捕集フィルタの排気ガス流入口直前の酸素濃度を計測する酸素濃度センサと、前記微粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量を推定するための差圧センサと、前記微粒子捕集フィルタから排出される排気ガスの温度を計測する温度センサと、制御部と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、前記制御部は、前記酸素濃度センサ、前記差圧センサおよび前記温度センサからの入力信号により前記加熱手段を制御する加熱制御手段を少なくとも備え、前記差圧センサによって推定される前記微粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量と前記酸素濃度センサが計測する前記微粒子捕集フィルタの排気ガス流入口直前の酸素濃度とが予め設定した所定値となったときに前記加熱手段に対する加熱制御を開始し、前記温度センサの計測値が所定値以上のときに、当該計測値と所定値との温度差から前記微粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量を再推定し、酸素濃度を再設定することを特徴とする。

内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に配置され排気ガス中に含まれる微粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタの再生処理は、排気ガス中に含まれる酸素によって前記捕集された微粒子を酸化処理することによって進行する。微粒子捕集フィルタへ堆積した微粒子の酸化速度は、排気ガス中の酸素濃度が高く、微粒子の堆積量が多いほど大きい。しかし、背反として、微粒子の酸化速度が大きいと、微粒子捕集フィルタの過度の昇温があり、微粒子捕集フィルタが耐熱限界温度を超える。

本発明による内燃機関の排気浄化装置では、制御部は、差圧センサによって推定される微粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量（微粒子堆積量）と酸素濃度センサが計測する微粒子捕集フィルタの排気ガス流入口直前の酸素濃度とが、予め設定した所定値となったときに、前記加熱手段に対する加熱制御を開始し、微粒子捕集フィルタを加熱する。それにより、堆積している微粒子と排気ガス中の酸素との燃焼が進行し、微粒子捕集フィルタは再生処理される。

再生処理開始時に、温度センサの計測値が所定値以上のときは、計測値と所定値との温度差から微粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量を再推定し、それに応じて酸素濃度を再設定する。それにより、温度センサの計測値が所定値以下となるように制御することができる。これにより、微粒子捕集フィルタが過度の昇温により耐熱限界温度を超えるのを回避することができる。また、過堆積になる前に再生処理を開始できるので、処理時間も短縮することができる。

本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、微粒子捕集フィルタの再生処理時に当該フィルタが燃焼熱により耐熱限界温度を超えるのを効果的に回避することができ微粒子捕集フィルタの長寿命化が図られる。また、再生処理時間も短縮することができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を備えたエンジン回りを示す概略構成図。 微粒子捕集フィルタの再生処理に係るフローチャート(その１)。 微粒子捕集フィルタの再生処理に係るフローチャート(その２)。 平均酸素濃度を説明するためのグラフ。 微粒子捕集フィルタが耐熱限界温度を超えるときの微粒子堆積量と酸素濃度との相関を示すグラフ。 微粒子の酸化速度を説明するためのグラフ。 微粒子堆積量および酸素濃度と微粒子酸化速度との相関（図７（ａ））、および微粒子堆積量および酸素濃度と再生処理時での微粒子捕集フィルタの温度との相関（図７（ｂ））を示す２つのグラフ。 微粒子捕集フィルタの微粒子堆積量の違いに起因する再生処理時での微粒子捕集フィルタの温度差を示すグラフ。 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を備えたエンジン回りの他の態様を示す概略構成図。 微粒子捕集フィルタの他の再生処理に係るフローチャート(その１)。 微粒子捕集フィルタの他の再生処理に係るフローチャート(その２)。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を備えたエンジン(内燃機関)１０およびその周辺の一例を示す概略構成図である。図示の例で、エンジン１０は燃料噴射装置１１を備えた４気筒のディーゼルエンジンであり、給気マニホールド１２を介して給気通路１３が接続し、排気マニホールド１４を介して排気通路１５が接続している。給気通路１３には、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａが設けられており、コンプレッサ１６ａよりも下流側には、給気通路１３内を流通する吸入空気の流量を調節するスロットルバルブ１７が設けられている。排気通路１５には、ターボチャージャ１６のタービン１６ｂが設けられるともに、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を給気側へ再循環させるＥＧＲ通路１８が接続しており、ＥＧＲ通路１８には、そこを流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ１９が設けられている。

排気通路１５のタービン１６ｂよりも下流側には、排気ガスの後処理をする排気浄化装置２０が設けられている。排気浄化装置２０は、触媒２１とその下流側に設けられた排気ガス中の粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタ（以下ＤＰＦという）２２と、ＤＰＦ２２を加熱するための加熱手段２３を備える。さらに、排気浄化装置２０は、ＤＰＦ２２の排気ガス流入口直前の酸素濃度を計測する酸素濃度センサ２４と、ＤＰＦ２２に堆積する微粒子の量（堆積量）を推定するための差圧センサ２５と、ＤＰＦ２２から排出される排気ガスの温度を計測する温度センサ２６とを備える。

図１で、３０は、エンジン全体の制御を行うＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）であり、基本的構成は従来知られたものと同じである。ただし、本発明においては、ＥＣＵ３０は、内部に上記排気浄化装置２０を制御するための制御部３１を有しており、制御部３１には、酸素濃度センサ２４、差圧センサ２５、温度センサ２６の検出値が入力信号として送られる。また、制御部３１は、それらの入力信号に基づいて前記加熱手段２３の加熱制御を行う加熱制御手段３２が含まれている。

以下、上記内燃機関の排気浄化装置２０の作動を、図２および図３に示すフローチャートを参照して説明する。

最初に、エンジン１０を作動する（Ｓ１）。制御部３１には差圧センサ２５からの信号が送られ、制御部３１はＤＰＦ２２前後の差圧（Δｐ／Ｇａ）を計測する（Ｓ２）。なお、ΔｐはＤＰＦ２２前後の実際の差圧であり、Ｇａは流入空気量である。差圧は温度と排気ガス流量によって変化するため、Δｐ／Ｇａは所定温度（例えば３００℃）で補正した差圧を流入空気量で割ることで温度、ガス流量に依存しない差圧の特性値として扱っているが、これに限らない。制御部３１は、当該ＤＰＦ２２に堆積する微粒子量と差圧（Δｐ／Ｇａ）との関連テーブルを備えており、計測された差圧値から、制御部３１は、ＤＰＦ２２に堆積している微粒子の量を推定する。また、制御部３１には酸素濃度センサ２４からの信号が送られ、ＤＰＦ２２の排気ガス流入口直前の酸素濃度を計測する（Ｓ３）。さらに、制御部３１には温度センサ２６からの信号が送られ、ＤＰＦ２２の出ガスの温度を計測する（Ｓ４）。

制御部３１は、予め設定した所定時間（Δｔ）が経過したかどうかを判断し（Ｓ５）、経過したときに、所定時間（Δｔ）前までのＤＰＦ２２直前の排気ガスに含まれる平均酸素濃度を算出する（Ｓ６）。図４は、前記平均酸素濃度ｍＯ_２を説明しており、時間ｔの経過とともに変化する酸素濃度の中から、前記所定時間Δｔの間での濃度変化を選定し平均酸素濃度ｍＯ_２の値を算出する。Ｓ５に戻り、所定時間（Δｔ）が経過するまでは、制御部３１は、ＤＰＦ２２の状態を所定時間（Δｔ）経過前の状態とみなし（Ｓ７）、Ｓ２に戻って、差圧の計測（Ｓ２）から再開する。

次に、制御部３１は、前記差圧（Δｐ／Ｇａ）値は予め設定した所定値に到達したかどうかを判断する（Ｓ８）。さらに制御部３１は、前記ＤＰＦ２２直前の平均酸素濃度は予め設定した所定値に到達したかどうかを判断する（Ｓ９）。なお、前記差圧値の所定値とはＯＴを抑制するために設けられた適合定数であり、平均酸素濃度の所定値とは一定範囲のＰＭ（微粒子）酸化速度を維持できる酸素濃度の値である。図５等を参照して後に説明する。

差圧（Δｐ／Ｇａ）値と平均酸素濃度がともに所定値以上となったときに、制御部３１は、ＤＰＦ２２の状態をＰＭ（微粒子）酸化状態とみなし（Ｓ１０）、ＤＰＦ２２の再生を開始する（Ｓ１１）。ここで「ＰＭ酸化状態」とは、ＤＰＦ２２に堆積した微粒子を加熱等の手段により酸化燃焼させることが必要となった状態をいい、「ＤＰＦ２２の再生」とは、ＤＰＦ２２に堆積した微粒子を加熱等の手段により酸化燃焼させて焼失させることで、ＤＰＦ２２をほぼ初期の状態にまで戻すことをいう。

図１を参照して説明した排気浄化装置２０においては、制御部３１がＤＰＦ２２の状態をＰＭ酸化状態とみなし、その判断に基づきＤＰＦ２２を加熱するための前記加熱手段２３を加熱制御手段３２をとおして加熱制御することで、Ｓ１１のＤＰＦ２２の再生処理が開始する。また、ＤＰＦ２２直前の平均酸素濃度が予め設定した所定値に到達したことを条件にＤＰＦ２２の再生を開始するのは、酸素が不足する条件でＤＰＦ２２の再生が開始するのを防止し、ＰＭ流入量＞ＰＭ再生（酸化）量となるのを防ぐためである。

Ｓ８とＳ９のいずれか一方または双方がＮＯの場合、制御部３１は、ＤＰＦ２２の状態をＰＭ堆積状態とみなし（Ｓ１２）、Ｓ２に戻って、差圧の計測（Ｓ２）から再開する。なお、ここで「ＰＭ堆積状態」とは、ＤＰＦ２２でのＰＭの堆積量にまだ余裕があり、エンジンの継続運転が可能な状態をいっている。

次に、前記した、差圧（Δｐ／Ｇａ）値の予め設定した所定値、および、ＤＰＦ２２直前の平均酸素濃度の予め設定した所定値、について説明する。ＤＰＦ２２に堆積したＰＭ（微粒子）の酸化量、すなわち、ＤＰＦ２２の再生速度は、堆積したＰＭ（微粒子）の酸化速度Ｖ_ＰＭに依存する。ここでＰＭ酸化速度Ｖ_ＰＭとは、図６に示すように、ＰＭ堆積量減少率２０→８０％間を最小二乗法で近似したときの傾きをいう。

図７（ａ）に示すように、ＰＭ酸化速度Ｖ_ＰＭは酸素濃度が高く、ＰＭ堆積量が多いほど大きい。一方、背反として、図７（ｂ）に示すように、酸素濃度が高く、ＰＭ堆積量が多いほど、ＤＰＦ２２の温度Ｔは高くなり、再生時にＤＰＦ２２の温度Ｔを適温内に維持しないと、ＤＰＦ２２が耐熱限界温度を超えてしまう。したがって、所定量のＰＭ堆積量の時点で酸素濃度が所定量に達したときに、ＤＰＦ２２の再生処理を開始すれば、熱によるＤＰＦ２２の耐熱限界を超える温度上昇を回避することができる。

一方、ＤＰＦ２２には多くの種類があり、またエンジンごとにその有効容積も異なる。したがって、ＤＰＦ２２の耐熱限界を超える温度上昇を回避できる、前記所定量のＰＭ堆積量（すなわち前記差圧（Δｐ／Ｇａ）値から推定される量）および所定量の酸素濃度の値は、一律ではない。過去の経験から、当該エンジンに搭載している微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）の再生時の耐熱限界温度Ｔａは知られており、図７（ｂ）に示したグラフ（テーブル）を予め備えておくことにより、ＤＰＦ２２の再生時の耐熱限界温度Ｔａに対応するＰＭ堆積量と酸素濃度との相関を知ることができる。

図５は、ＤＰＦ２２再生時の酸素濃度とＰＭ堆積量の関係からＤＰＦ２２の耐熱限界をあらわした限界領域テーブル４０であり、図５において、曲線Ｓは当該ＤＰＦ２２の耐熱限界線を示している。曲線Ｓの外側はＤＰＦ２２の耐熱限界を超える領域であり、内側は耐熱限界を超えずにＤＰＦ２２の再生処理を行える領域である。例えば、従来の予め設定されたＰＭ堆積量ＰＭ_ｆのときに、平均酸素濃度ｍＯ_２がＯ_２Ｘ状態で再生処理を行うと、図５で黒丸に示すように、ＤＰＦ２２の耐熱限界を超える領域内で処理が進行することとなる。そこで、平均酸素濃度ｍＯ_２の状態のときには、ＰＭ堆積量ＰＭ_ａの条件で再生処理を開始すれば、処理は耐熱限界線Ｓの上で進行することとなり、ＤＰＦ２２が耐熱限界を超えることはない。もちろん、ＰＭ堆積量ＰＭ_ａ以下の状態で再生処理を開始してもよく、その場合にも、ＤＰＦ２２が耐熱限界を超えることはない。しかし、図７（ａ）に示したように、ＰＭ酸化速度Ｖ_ＰＭはＯ_２濃度が高く、ＰＭ堆積量が多いほど大きいので、ＰＭ堆積量ＰＭ_ａの条件で再生処理を開始すれば、ＤＰＦ２２再生を最短で行うことができる。また、一定範囲のＰＭ酸化速度Ｖ_ＰＭを維持できる酸素濃度を設定することが望ましい。

本発明では、上記の理由から、図５に示す限界領域テーブル４０での耐熱限界内の値から適宜選択したＰＭ堆積量（なお、この値は差圧センサ２５が計測する差圧（Δｐ／Ｇａ）値でもある）と平均酸素濃度とを、微粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量（堆積量）の「予め設定した所定値」および微粒子捕集フィルタの排気ガス流入口直前の酸素濃度の「予め設定した所定値」といっている。

実際のエンジンの運転にあたっては、制御部３１は、前記差圧センサ２５の計測値から微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）に堆積する微粒子ＰＭの量を推定し、また、酸素濃度センサ２４の計測値から微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）の排気ガス流入口直前の平均酸素濃度（ｍＯ_２）を検知する。そして、両者ともに前記予め設定した所定値となったときに（すなわち、図２のフローチャートでのＳ８およびＳ９がともにＹＥＳの状態となったときに）、加熱制御手段３２による前記加熱手段２３に対する加熱制御を開始する。なお、前記したように、両者の所定値の設定を、ともに図５での曲線Ｓ上の値として設定することにより、ＤＰＦ２２再生を最短で行うことができる。しかし、曲線Ｓの内側の耐熱限界を超えない領域内の値を「予め設定した所定値」として設定することもできる。

Ｓ１１に戻り、制御部３１は温度センサ２６の計測値を監視しており、再生処理開始時に、その時のＤＰＦ２２出ガス温度は所定値以上かどうかを判断する（Ｓ１３）。なお、温度センサ２６の計測値はＤＰＦ２２の温度を実質的に示す。また、ＤＰＦ２２出ガス温度の「所定値」には、当該ＤＰＦ２２の耐熱限界を超えさせない温度値が設定される。通常の場合、前記した２つの「予め設定した所定値」内で再生処理が開始すれば、再生処理開始時のＤＰＦ２２出ガス温度は「所定値」以上にはならない。したがって、ＤＰＦ２２の状態はＰＭ酸化状態をそのまま維持してもよい状態であり、制御部３１は、ＤＰＦ２２再生処理を続行する（Ｓ１７）。

Ｓ１３において、ＤＰＦ２２出ガス温度が所定値以上の場合は、事前に予め設定したＰＭ堆積量の所定値（差圧センサ２５が計測する差圧（Δｐ／Ｇａ）値）に対して、過剰の酸素が供給されている状態であり、その場合には、制御部３１は、ＤＰＦ２２の状態は酸素過剰状態にあると判別する（Ｓ１４）。そして、前記したＤＰＦ２２出ガス温度の「所定値」と温度センサ２６の実測値との温度差からＰＭ堆積量（差圧センサ２５が計測する差圧（Δｐ／Ｇａ）値）を再推定し（Ｓ１５）、また、酸素濃度の再設定を行い（Ｓ１６）、処理を継続する。

なお、前記したＰＭ堆積量の再推定は、次のようにして行われる。図８は、ＰＭ堆積量が異なる場合でのＤＰＦ２２温度差と経過時間の関係を示している。「基準ＰＭ堆積量」は例えば前記した予め設定した所定値でのＰＭ堆積量であり、ＰＭ堆積量２はＰＭ堆積量１よりも大きく、またいずれも基準ＰＭ堆積量よりも大きい。そして、ＤＰＦ２２再生開始時のＤＰＦ２２温度差は、堆積量が基準ＰＭ堆積量より多くなるほど、その量に比例して大きくなる。実機においては、制御部３１は温度センサ２６の計測値から前記温度差を算出し、その値を基礎とし、図８に示すようなテーブルを参照して、ＤＰＦ２２再生開始時のＰＭ堆積量を再推定する。そして、再推定したＰＭ堆積量に応じて酸素濃度の再設定を行う。なお、酸素濃度の再設定は予めＤＰＦ２２温度差に相当するＰＭ堆積量のずれに関するマップを取得しておき、それに従って酸素濃度を補正する。

ＤＰＦ２２の再生処理中に、酸素濃度がＳ９で算出した平均酸素濃度を上回ることが起こりうる。例えば、車を運転していて信号などのためにブレーキを踏むようなときに生じる。この状態になると、ＤＰＦ２２に耐熱限界温度を超える恐れがある。それを回避するために、制御部３１は、酸素濃度が平均値を上回ったかどうかを継続して監視する（Ｓ１８）。上回った場合には、ＤＰＦ２２の状態を酸素過剰状態（Ｓ１０参照）とみなし（Ｓ１９）、ＥＧＲバルブ１９（図１参照）を開き（Ｓ２０）、酸素濃度を下げる。Ｓ１８でＮＯの場合には、制御部３１は、ＤＰＦ２２状態がＰＭ酸化状態にあると判断し（Ｓ２１）、引き続きＤＰＦ２２の再生処理を続行する。

制御部３１は、Ｓ２１の後においてもＤＰＦ２２前後の差圧（Δｐ／Ｇａ）を計測しており、その過程で、差圧（Δｐ／Ｇａ）が前記した所定値を下回ったかどうかを判定する（Ｓ２２）。下回った場合には、ＤＰＦ２２の状態をＰＭ酸化完了状態とみなし（Ｓ２３）、ＤＰＦ２２再生処理を完了する（Ｓ２４）。そうでない場合には、ＤＰＦ２２の状態をＰＭ酸化状態とみなし、再生処理を継続してＳ１８に戻る。

以上のように、本発明による内燃機関の排気浄化装置では、微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）に堆積する微粒子ＰＭの量（堆積量）の所定値と、酸素濃度の所定値と所定値とを予め設定しておき、差圧センサ２５によって推定される微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）に堆積する微粒子ＰＭの量（堆積量）と、酸素濃度センサ２４が計測する微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）の排気ガス流入口直前の酸素濃度とが、前記した予め設定した所定値となったときに、加熱手段２３に対する加熱制御（微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）の再生処理）を開始する。そして、もし、微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）から排出される排気ガスの温度を計測する温度センサ２６の計測値が、所定値（微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）の耐熱限界温度を超える温度）以下のときは、そのまま再生処理を継続し、以上のときに、計測値と所定値との温度差から微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）に堆積する微粒子ＰＭの量を再推定し、酸素濃度を再設定する。

そのために、前記「予め設定した所定値」を適切に選定することにより、微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）の再生処理時に当該フィルタが耐熱限界温度を超えるのを効果的に回避することができ、微粒子捕集フィルタの長寿命化が図られる。また、再生処理時間も短縮することができる。何らかの事情により、再生処理開始時に、温度センサ２６の計測値が所定値以上であっても、微粒子ＰＭの量を再推定し、酸素濃度を再設定することで、微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ２２）が耐熱限界温度を超えるのを回避できる。

［第１の変形例］
次に、本発明による燃料噴射装置を備えた内燃機関の排気浄化装置の第１の変形例を図９を参照して説明する。図９に示すように、ここでは、第２のＥＧＲ通路１８ａが、排気通路１５の排気浄化装置２０よりも下流側と給気マニホールド１２の間に設けられており、第２のＥＧＲ通路１８ａには、そこを流れるＥＧＲガスの流量を制御するＬ−ＥＧＲバルブ１９ａが設けられている。他の構成は、図１に示したものと同じであり、同じ符号を付すことで説明は省略する。

この装置での内燃機関の排気浄化装置２０の作動は、図２および図３に示したフローチャートとほぼ同じであるが、Ｓ２０においてのみ相違する。すなわち、フローチャートは省略するが、図９に示した装置においては、制御部３１がＤＰＦ２２の状態を酸素過剰状態とみなしたとき（Ｓ１９）、制御部はＥＧＲバルブ１９およびＬ−ＥＧＲバルブ１９ａの双方またはＬ−ＥＧＲバルブ１９ａのみを開き、酸素濃度を下げる。第２のＥＧＲ通路１８ａを設けたことにより、ＤＰＦ２２後流の酸素濃度がより低いガスを取り込むことができる利点が生じる。

［第２の変形例］
次に、本発明による燃料噴射装置を備えた内燃機関の排気浄化装置の第２の変形例を図１０、図１１のフローチャートを参照して説明する。ここでは、ＤＰＦ２２に堆積する微粒子ＰＭの堆積量をエンジン指令値から算出して積算する点で、図２および図３に示したフローチャートに基づく内燃機関の排気浄化装置２０の作動と相違する。この制御態様によれば、図２および図３に示したフローチャートに基づく内燃機関の排気浄化装置２０の作動と比較して、差圧センサからの出力とエンジン指令値の２つの方法でＰＭ堆積量を推定できる利点がもたらされる。なお、図１０、図１１に示すフローチャートにおいて、図２、図３で説明したフローチャートと同じステップ番号を付したステップは、図２、図３のフローチャートでの対応ステップと同じ処理を行うものであり、以下において当該ステップでの詳細な処理内容の説明は省略する。

作動にあたり、最初に、エンジン１０を作動し（Ｓ１）、制御部３１はＤＰＦ２２前後の差圧（Δｐ／Ｇａ）を計測する（Ｓ２）。また、制御部３１はエンジン指令値により当該ＤＰＦ２２に堆積するＰＭ堆積量の積算を開始する（Ｓ２ａ）。なお、ここで、「エンジン指令値」とは、回転数と燃焼噴射量との関係から導出されるＰＭの瞬間排出量をいう。制御部３１はＤＰＦ２２の排気ガス流入口直前の酸素濃度を計測し（Ｓ３）、また、ＤＰＦ２２の出ガスの温度を計測する（Ｓ４）。さらに、制御部３１は、予め設定した所定時間（Δｔ）が経過したかどうかを判断し（Ｓ５）、経過したときに、所定時間（Δｔ）前までのＤＰＦ２２直前の排気ガスに含まれる平均酸素濃度を算出する（Ｓ６）。所定時間（Δｔ）が経過するまでは、制御部３１は、ＤＰＦ２２の状態を所定時間（Δｔ）経過前の状態とみなし（Ｓ７）、Ｓ２に戻って、差圧の計測（Ｓ２）から再開する。

次に、制御部３１は、積算ＰＭ堆積量の計算値は所定値に達したかどうかを判断する（Ｓ８ａ）。ここで、「所定値」はＤＰＦ２２再生によりエンジン出力の回復が期待できるＰＭ堆積量として定義される。さらに制御部３１は、前記ＤＰＦ２２直前の平均酸素濃度は予め設定した所定値に到達したかどうかを判断する（Ｓ９）。積算ＰＭ堆積量の計算値と平均酸素濃度がともに所定値以上となったときに、制御部３１は、ＤＰＦ２２の状態をＰＭ（微粒子）酸化状態とみなし（Ｓ１０）、ＤＰＦ２２の再生を開始する（Ｓ１１）。Ｓ８ａとＳ９のいずれか一方または双方がＮＯの場合、制御部３１は、ＤＰＦ２２の状態をＰＭ（微粒子）堆積状態とみなし（Ｓ１２）、Ｓ２に戻って、差圧の計測（Ｓ２）から再開する。

制御部３１は再生処理開始時に、その時のＤＰＦ２２出ガス温度が所定値以上かどうかを判断する（Ｓ１３）。ＮＯの場合には、制御部３１は、ＤＰＦ２２再生処理を続行し（Ｓ１７）、ＹＥＳの場合は、制御部３１はＤＰＦ２２の状態は酸素過剰状態にあると判別する（Ｓ１４）。そして、ＤＰＦ２２出ガス温度の「所定値」と温度センサ２６の実測値との温度差からＰＭ堆積量を再推定し（Ｓ１５）、また、酸素濃度の再設定を行い（Ｓ１６）、処理を継続する。

ＤＰＦ２２の再生処理中に、制御部３１は、酸素濃度が平均値を上回ったかどうかを継続して監視する（Ｓ１８）。上回った場合には、ＤＰＦ２２の状態を酸素過剰状態とみなし（Ｓ１９）、ＥＧＲバルブ１９（あるいはＥＧＲバルブ１９ａ）を開き（Ｓ２０）、酸素濃度を下げる。Ｓ１８でＮＯの場合には、制御部３１は、ＤＰＦ２２状態がＰＭ酸化状態にあると判断するとともに（Ｓ２１）、ＤＰＦ２２前後の差圧（Δｐ／Ｇａ）の計測を継続する（Ｓ２１ａ）。その過程で、差圧（Δｐ／Ｇａ）が前記した所定値を下回ったかどうかを判定１（Ｓ２２）、下回った場合には、ＤＰＦ２２の状態をＰＭ酸化完了状態とみなし（Ｓ２３）、ＤＰＦ２２再生処理を完了する（Ｓ２４）。そうでない場合には、ＤＰＦ２２の状態をＰＭ酸化状態とみなし、再生処理を継続してＳ１８に戻る。

前記したように、この制御態様では、制御部３１はエンジン指令値によりＤＰＦ２２に堆積するＰＭ堆積量の積算を開始し、また所定量に達したかどうかを判断するようにしていることにより、差圧センサが故障しても適切なＰＭ堆積量を推定できる作用効果がもたらされる。

１０…エンジン(内燃機関)、１１…燃料噴射装置、１２…給気マニホールド、１３…給気通路、１４…排気マニホールド、１５…排気通路、１６…ターボチャージャ、１６ａ…コンプレッサ、１６ｂ…タービン、１７…スロットルバルブ、１８…ＥＧＲ通路、１９…ＥＧＲバルブ、２０…排気浄化装置、２１…触媒、２２…微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）、２３…加熱手段、２４…酸素濃度センサ、２５…差圧センサ、２６…温度センサ、３０…
ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）、３１…排気浄化装置を制御する制御部、３２…加熱手段の加熱制御を行う加熱制御手段。

Claims (1)

1. 燃料噴射装置を備えた内燃機関の排気通路に配置され排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタと、前記微粒子捕集フィルタを加熱する加熱手段と、前記微粒子捕集フィルタの排気ガス流入口直前の酸素濃度を計測する酸素濃度センサと、前記微粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量を推定するための差圧センサと、前記微粒子捕集フィルタから排出される排気ガスの温度を計測する温度センサと、制御部と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記制御部は、前記酸素濃度センサ、前記差圧センサおよび前記温度センサからの入力信号により前記加熱手段を制御する加熱制御手段を少なくとも備え、前記差圧センサによって推定される前記微粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量と前記酸素濃度センサが計測する前記微粒子捕集フィルタの排気ガス流入口直前の酸素濃度とが予め設定した所定値となったときに前記加熱手段に対する加熱制御を開始し、前記温度センサの計測値が所定値以上のときに、当該計測値と所定値との温度差から粒子捕集フィルタに堆積する微粒子の量を再推定し、酸素濃度を再設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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