JP2021181766A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの内部に堆積した煤を除去するためのフィルタ再生処理、及びフィルタと排気管との隙間の部分に堆積した煤を除去するための煤焼き処理の双方を効率的に実行する。【解決手段】排気浄化装置におけるフィルタ１９の通電、及び燃料添加弁１７を制御するコントローラ２７は、フィルタ１９の外周面にそれぞれ固定された一対の電極２１、２４間の電気抵抗値が既定の再生判定値未満の場合にフィルタ再生処理を実行するとともに、同電気抵抗値が、再生判定値よりも大きい値として予め設定された煤焼き判定値未満、かつ再生判定値以上である場合に煤焼き処理を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ装置を備える排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気浄化装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献に記載の排気浄化装置は、電気加熱式触媒装置を備えている。電気加熱式触媒装置は、排気管の内部に設置された電気伝導体からなる触媒担体と、触媒担体の外周面にそれぞれ固定された一対の電極と、を備えている。そして、上記文献の排気浄化装置では、触媒担体と排気管との隙間の部分に堆積した煤の量を、電極間の電気抵抗値から推定している。そして、同排気浄化装置では、推定した煤の堆積量が一定の量を超えると、煤の燃焼に必要な温度まで触媒担体を加熱して堆積した煤を除去する煤焼き処理を実行している。

特開２０１８−５３７８２号公報

ところで、排気浄化装置として、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ装置を備えたものがある。フィルタ装置は、排気管の内部に設置された微粒子物質捕集用のフィルタを備えている。なお、微粒子物質は、排気に含まれる煤のうち、サイズがマイクロメータ・オーダーのものを言う。フィルタには、微粒子物質よりもサイズの大きい煤も捕集される。

フィルタの微粒子物質の捕集能力は、その内部に大量の煤が堆積すると低下する。そこで、上記のようなフィルタを備える排気浄化装置では、微粒子物質の捕集能力が低下する前に、フィルタの内部に堆積した煤を除去するフィルタ再生処理を行う必要がある。一方、こうした排気浄化装置においても、フィルタと排気管との隙間の部分に付着した煤を除去するための煤焼き処理を実行する必要がある。本発明は、フィルタ装置のフィルタ再生処理、及び煤焼き処理を効率的に実行可能な排気浄化装置を提供するものである。

上記課題を解決する排気浄化装置は、内燃機関の排気管の内部に設置されて電気伝導体からなる微粒子物質捕集用のフィルタと、フィルタの外周面にそれぞれ固定された一対の電極と、を有するフィルタ装置を備える。また、同排気浄化装置は、一対の電極の間の電気抵抗値を取得する抵抗値取得部と、フィルタが受け取る熱に変換されるエネルギを供給するエネルギ供給部と、エネルギ供給部によるエネルギの供給を通じてフィルタの内部に堆積した煤を除去するフィルタ再生処理と、エネルギ供給部によるエネルギの供給を通じてフィルタと排気管との隙間の部分に堆積した煤を除去する煤焼き処理と、を実行する制御部と、を備えている。なお、同制御部が実行するフィルタ再生処理は、同処理の実行中にエネルギ供給部が供給するエネルギの総量が、煤焼き処理の実行中にエネルギ供給部が供給するエネルギの総量よりも多い処理とされている。そして、上記排気浄化装置における制御部は、抵抗値取得部が取得した電気抵抗値が既定の第１判定値未満の場合にフィルタ再生処理を実行するとともに、同電気抵抗値が、第１判定値よりも大きい値として予め設定された第２判定値未満、かつ第１判定値以上である場合に煤焼き処理を実行する。

上記排気浄化装置におけるエネルギ供給部が供給したエネルギは、フィルタが受け取る熱に変換される。よって、エネルギ供給部がエネルギを供給することで、フィルタを昇温することができる。さらに、フィルタを昇温することで、フィルタの内部やフィルタと排気管との隙間の部分に堆積した煤を除去できる。そのため、上記排気浄化装置では、フィルタの内部に堆積した煤を除去するフィルタ再生処理と、フィルタと排気管との隙間の部分に堆積した煤を除去する煤焼き処理と、の双方を、エネルギ供給部によるエネルギの供給を通じて行うようにしている。なお、フィルタの内部に堆積した煤は、フィルタと排気管との隙間の部分に堆積した煤よりも除去し難い。そのため、フィルタ再生処理では、煤焼き処理の場合よりも、多くのエネルギが必要となる。

フィルタ再生処理は、フィルタの内部に堆積した煤の量が、フィルタの微粒子物質の捕集能力が低下する量となる前に行う必要がある。また、煤焼き処理は、フィルタと排気管との隙間の部分に堆積した煤の量が、フィルタ、排気管間の絶縁抵抗が低下する量となる前に行う必要がある。フィルタ再生処理、及び煤焼き処理はいずれも、エネルギの消費を伴うことから、両処理の実行は必要となるまで見合わせることが望ましい。

一方、フィルタの内部やフィルタと排気管との隙間の部分に、電気伝導体である煤が堆積すると、フィルタ装置の電極間の電気抵抗値が低下する。フィルタ、排気管間の絶縁抵抗の低下は、それらの間に堆積した煤による導通経路が一箇所でも形成されれば発生する。これに対して、フィルタの微粒子物質の捕集能力の低下は、フィルタの内部の広範囲に亘り、煤が堆積するまで生じない。そのため、フィルタ再生処理の実行が必要となるまでフィルタの内部に煤が堆積したときの上記電極間の電気抵抗値は、煤焼き処理の実行が必要となるまでフィルタと排気管との隙間に煤が堆積したときの上記電極間の電気抵抗値よりも低い値となる。

そこで、上記排気浄化装置における制御部は、煤焼き処理を実行する場合よりも電気抵抗値が低くなった場合にフィルタ再生処理を実行している。そのため、煤焼き処理、及びフィルタ再生処理を効率的に実行できる。

なお、より多くのエネルギ供給が必要なフィルタ再生処理は、煤焼き処理よりも実行時間を長くして行うようにするとよい。
内燃機関の負荷が高く、排気の温度が高くなると、その分、フィルタの温度も高くなる。そのため、内燃機関の負荷が高いときには、フィルタを煤の除去に必要な温度とするために要するエネルギの量が少なくなる。よって、煤焼き処理に比べて多くのエネルギを消費するフィルタ再生処理については、内燃機関の負荷が既定値以上であることを条件に実行することが望ましい。

フィルタに、排気中の未燃燃料の酸化反応を促進する酸化触媒が担持されている場合のエネルギ供給部は、フィルタに流入する前の排気に添加する未燃燃料をエネルギとして供給するものとして構成できる。このときのエネルギ供給部が排気に添加した未燃燃料は、酸化触媒の作用でフィルタの内部で酸化され、その酸化反応による発熱でフィルタが加熱される。

なお、上記排気浄化装置における制御部は、フィルタ装置の電極間の電気抵抗値が第２判定値未満であることが確認されていなくても、フィルタ、排気管間の絶縁抵抗の低下が検知された場合には、煤焼き処理を実行することが望ましい。

排気浄化装置の一実施形態の構成を模式的に示す図。 同排気浄化装置のコントローラが実行するフィルタ保守制御ルーチンのフローチャート。 同排気浄化装置における（ａ）隙間堆積量の推移、（ｂ）内部堆積量の推移、及び（ｃ）フィルタ抵抗値の推移と、煤焼き処理、及びフィルタ再生処理の実行時期と、を示すタイムチャート。

以下、排気浄化装置の一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。本実施形態の排気浄化装置は、車両に搭載された内燃機関に適用されている。
図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置が適用される内燃機関１０の吸気通路１１には、その内部を流れる吸気中に燃料を噴射するインジェクタ１２が設置されている。また、内燃機関１０の燃焼室１３には、吸気通路１１を通じて導入された混合気を火花放電により点火する点火装置１４が設置されている。一方、内燃機関１０の排気通路１５を構成する排気管１６は、ステンレス鋼などの電気伝導体により形成されており、車体に電気的に接地されている。

こうした内燃機関１０に適用される本実施形態の排気浄化装置は、排気管１６に設置されてその内部を流れる排気中に燃料を噴射する燃料添加弁１７を備えている。また、本実施形態の排気浄化装置は、排気管１６における燃料添加弁１７よりも下流側の部分に設置されたフィルタ装置１８を備えている。

フィルタ装置１８は、排気管１６の内部に設置された微粒子物質捕集用のフィルタ１９を備えている。フィルタ１９は、炭化ケイ素などの電気伝導体の多孔質材料により形成されている。また、フィルタ１９には、排気浄化用の触媒が担持されている。本実施形態では、フィルタ１９に担持する触媒として、白金やパラジウム等からなる三元触媒を採用している。三元触媒は、排気中の未燃燃料成分である一酸化炭素や炭化水素を酸化すると同時に、排気中の窒素酸化物を還元する。こうした三元触媒は、排気中の未燃燃料の酸化反応を促進する酸化触媒としての機能を兼ね備えている。また、フィルタ装置１８は、フィルタ１９と排気管１６との間に介設された絶縁体からなるスペーサ２０を有している。フィルタ１９は、このスペーサ２０により排気管１６から絶縁されている。さらに、フィルタ装置１８は、フィルタ１９の外周面にそれぞれ固定された一対の電極、すなわち高電位側の電極２１と、接地側の電極２４と、を備えている。高電位側の電極２１は、スイッチ２２を介して電源２３の高電位側の端子に接続されている。また、接地側の電極２４は、車体に電気的に接地されている。なお、両電極２１、２４間に電流を流すためのフィルタ装置１８の電気回路には、フィルタ１９を通って電極２１、２４間を流れる電流値であるフィルタ電流値Ｉｆを検出する電流計２５と、同電気回路における高電位側の部分と排気管１６との電位差である絶縁電位差Ｅｉを検出するための電圧計２６と、が設けられている。

さらに本実施形態の排気浄化装置は、同装置の制御を行うコントローラ２７を備えている。コントローラ２７は、排気浄化装置の制御のための演算処理を実行する演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶された記憶回路と、を備えている。コントローラ２７には、上述の電流計２５が計測したフィルタ電流値Ｉｆ及び電圧計２６が測定した絶縁電位差Ｅｉが入力されている。また、コントローラ２７には、内燃機関１０の制御を行う電子制御ユニットであるエンジン制御ユニット２８から、内燃機関１０の負荷ＫＬの情報が入力されている。コントローラ２７による排気浄化装置の制御は、演算処理回路が入力された情報に基づいて、記憶回路から読み込んだプログラムを実行し、その実行結果に基づき燃料添加弁１７やスイッチ２２を操作することで行われている。

以上のように構成された本実施形態の排気浄化装置におけるフィルタ装置１８のフィルタ１９は、担持された触媒により、排気中の未燃燃料成分や窒素酸化物を浄化している。なお、内燃機関１０の始動直後のフィルタ装置１８は、フィルタ１９の温度が低くて触媒が未活性となっているため、排気を十分に浄化できない状態にある。また、排気の温度が低くなる内燃機関１０の低負荷・無負荷運転時には、フィルタ１９の温度が低下して触媒の活性を維持できなくなることがある。そこで、コントローラ２７は、内燃機関１０の始動直後や低負荷・無負荷運転時には、スイッチ２２をオンに操作してフィルタ１９に電流を流している。そして、通電に応じたフィルタ１９の発熱で、同フィルタ１９を昇温して触媒を活性化させている。

一方、フィルタ１９は、排気中の微粒子物質を含む煤を捕集してもいる。フィルタ１９が捕集可能な煤の量には限界があり、その内部に堆積した煤の量が限界に近づくと、フィルタ１９の微粒子物質の捕集能力が低下してしまう。また、排気中の煤は、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分にも入り込み、同隙間の部分にも堆積する。そうした隙間の部分に多量の煤が堆積すると、その堆積した煤を通ってフィルタ１９から排気管１６に電流が流れて、それらの間の絶縁抵抗が低下する虞がある。そこで、本実施形態の排気浄化装置におけるコントローラ２７は、フィルタ１９の内部に堆積した煤を除去するためのフィルタ再生処理と、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に堆積した煤を除去するための煤焼き処理と、を必要に応じて実行している。

図２に、フィルタ再生処理や煤焼き処理のため、コントローラ２７が実行するフィルタ保守制御ルーチンのフローチャートを示す。コントローラ２７は、上述した内燃機関１０の始動直後や低負荷・無負荷運転時におけるフィルタ１９の通電を開始する際に、同通電の開始と共に本ルーチンの処理を開始する。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、フィルタ１９の電気抵抗値であるフィルタ抵抗値Ｒｆ、及びフィルタ装置１８の電気回路における高電位側の部分と排気管１６との電気抵抗値である絶縁抵抗値Ｒｉが取得される。ここで取得されるフィルタ抵抗値Ｒｆの値は、電流計２５により測定された電流値と電源２３の出力電圧とに基づき、コントローラ２７が演算して求められた値となっている。また、ここで取得される絶縁抵抗値Ｒｉの値は、電圧計２６により測定された絶縁電位差Ｅｉに基づき、コントローラ２７が演算して求められた値となっている。こうした本実施形態では、フィルタ電流値Ｉｆを計測する電流計２５と、そのフィルタ電流値Ｉｆに基づきフィルタ抵抗値Ｒｆを演算するコントローラ２７と、により、フィルタ装置１８の一対の電極２１、２４の間の電気抵抗値を取得する抵抗値取得部が構成されている。

続いて、ステップＳ１１０において、絶縁抵抗値Ｒｉが既定の短絡判定値Ｒ１未満であるか否かが判定される。そして、絶縁抵抗値Ｒｉが短絡判定値Ｒ１未満の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ３００に、絶縁抵抗値Ｒｉが短絡判定値Ｒ１以上の場合（ＮＯ）にはステップＳ１２０に、それぞれ処理が進められる。なお、短絡判定値Ｒ１の値としては、フィルタ装置１８の製造直後の状態における絶縁抵抗値Ｒｉの公差範囲の下限値よりも小さい値が設定されている。こうしたステップＳ１１０での判定は、フィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗の低下の有無を確認するために行われている。

フィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗の低下が検知されずにステップＳ１２０に処理が進められた場合には、そのステップＳ１２０において、フィルタ抵抗値Ｒｆが既定の再生判定値Ｒ２未満であるか否かが判定される。そして、フィルタ抵抗値Ｒｆが再生判定値Ｒ２未満の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２００に、フィルタ抵抗値Ｒｆが再生判定値Ｒ２以上の場合（ＮＯ）にはステップＳ１３０に、それぞれ処理が進められる。なお、再生判定値Ｒ２には、フィルタ１９の内部に堆積した煤の量が、フィルタ再生処理の実施を必要とする量まで増加したときのフィルタ抵抗値Ｒｆが値として設定されている。

ステップＳ１３０に処理が進められた場合には、そのステップＳ１３０において、フィルタ抵抗値Ｒｆが既定の煤焼き判定値Ｒ３未満であるか否かが判定される。そして、フィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３未満の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１４０に処理が進められ、フィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３以上の場合（ＮＯ）にはそのまま今回の処理が終了される。なお、煤焼き判定値Ｒ３には、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に堆積した煤の量が、煤焼き処理の実施を必要とする量まで増加したときのフィルタ抵抗値Ｒｆが値として設定されている。後述するように、煤焼き判定値Ｒ３は、上述の再生判定値Ｒ２よりも大きい値となる。

フィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３未満であってステップＳ１４０に処理が進められると、そのステップＳ１４０において、煤焼き処理が前回実行されてからの車両の走行距離が既定の煤焼き保留距離Ｄ１を超えているか否かが判定される。煤焼き保留距離Ｄ１には、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に煤が全く堆積していない状態から、煤焼き処理の実施が必要な量の煤が同隙間に堆積するまでに要する車両の走行距離の想定範囲の最小値が値として設定されている。そして、上記走行距離が煤焼き保留距離Ｄ１以下の場合（ＮＯ）にはそのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。これに対して、上記走行距離が煤焼き保留距離Ｄ１を超えている場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ３００に処理が進められて、煤焼き処理が開始される。

一方、上述のステップＳ１２０においてフィルタ抵抗値Ｒｆが再生判定値Ｒ２未満と判定されてステップＳ２００に処理が進められると、内燃機関１０の負荷ＫＬが既定の再生実行判定値ＫＬ１以上となるまで、次の処理への移行を待機する。そして、内燃機関１０の負荷ＫＬが再生実行判定値ＫＬ１以上となるとステップＳ２１０に処理が進められて、フィルタ再生処理が開始される。

フィルタ再生処理が開始されると、まずステップＳ２１０において、燃料添加弁１７による排気への燃料添加が開始される。フィルタ再生処理での排気への燃料添加は、燃料添加弁１７が間欠的に燃料噴射を繰り返すことで行われる。燃料添加弁１７が噴射した燃料は排気と共にフィルタ１９に流入して、フィルタ１９に担持された触媒の作用により酸化される。そして、その酸化反応に伴う発熱により、フィルタ１９が昇温される。こうしたフィルタ再生処理における燃料添加弁１７の燃料噴射の周期、及び各周期における燃料添加弁１７の燃料噴射量は、フィルタ１９の内部に堆積した煤の燃焼浄化に必要な温度にフィルタ１９の温度が高まった状態を維持可能なように設定されている。こうした燃料添加は、フィルタ１９の内部に堆積した煤を除去し切るために必要な時間Ｔ１が経過するまで継続される。そして、燃料添加の開始から時間Ｔ１が経過すると（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２３０においてフィルタ再生処理を終了すべく燃料添加が終了された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

これに対して、上述のステップＳ１１０、或いはステップＳ１４０での判定の結果、ステップＳ３００に処理が進められた場合には、煤焼き処理が開始される。煤焼き処理が開始されると、まずステップＳ３００において、燃料添加弁１７による排気への燃料添加が開始される。煤焼き処理での排気への燃料添加も、フィルタ再生処理の場合と同様に、燃料添加弁１７が間欠的に燃料噴射を繰り返すことで行われる。煤焼き処理における燃料添加弁１７の燃料噴射の周期、及び各周期における燃料添加弁１７の燃料噴射量は、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に堆積した煤の燃焼浄化に必要な温度にフィルタ１９の温度が高まった状態を維持可能なように設定されている。こうした燃料添加は、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に堆積した煤を除去し切るために必要な時間Ｔ２が経過するまで継続される。そして、燃料添加の開始から時間Ｔ２が経過すると（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、ステップＳ３２０において煤焼き処理を終了すべく燃料添加が終了された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、後述するように、煤焼き処理において燃料添加を実施する時間Ｔ２は、フィルタ再生処理において燃料添加を実施する時間Ｔ１よりも短い時間となる。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
フィルタ１９の内部やフィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に、電気伝導体である煤が堆積すると、フィルタ装置１８における電極２１、２４の間の電気抵抗値であるフィルタ抵抗値Ｒｆが低下する。フィルタ１９は、ある程度の多い煤がその内部に堆積しても、微粒子物質の捕集能力を維持できるように設計されている。これに対して、フィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗の低下は、フィルタ１９と排気管１６との間に煤による導通経路が一箇所でも形成されれば発生してしまう。そのため、フィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗の低下は、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に、微粒子物質の捕集能力の低下が生じるフィルタ１９の内部の煤の堆積量よりも少ない量の煤が堆積しただけでも発生する可能性がある。したがって、絶縁抵抗の低下が生じ得る状態となるまでフィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に煤が堆積したときのフィルタ抵抗値Ｒｆは、微粒子物質の捕集能力が低下するまでフィルタ１９の内部に煤が堆積したときのフィルタ抵抗値Ｒｆよりも大きい値となる。そこで、本実施形態の排気浄化装置におけるコントローラ２７は、フィルタ抵抗値Ｒｆが再生判定値Ｒ２未満の場合に、フィルタ１９の内部に堆積した煤を除去するためのフィルタ再生処理を実行する一方で、フィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３未満、かつ再生判定値Ｒ２以上である場合に煤焼き処理を実行するようにしている。

ちなみに、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に堆積した煤の量が少なくても、堆積した場所によっては、フィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗が低下する場合がある。そのため、本実施形態では、フィルタ装置１８の電気回路における高電位側の部分と排気管１６との電位差を絶縁電位差Ｅｉの測定結果からフィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗値Ｒｉを求めている。そして、絶縁抵抗値Ｒｉの低下が確認されたときには、フィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３以上であっても、煤焼き処理を実行している。

なお、本実施形態の排気浄化装置では、フィルタ再生処理、及び煤焼き処理のいずれも、燃料添加弁１７による排気中への間欠的な燃料噴射を通じて行っている。これらの処理において燃料添加弁１７が噴射した燃料は、フィルタ１９内での酸化反応により、フィルタ１９が受け取る熱に変換される。すなわち、両処理において燃料添加弁１７が排気中に噴射する燃料は、フィルタ１９が受け取る熱に変換されるエネルギに相当する。また、本実施形態では、排気中に燃料を噴射する燃料添加弁１７が、そうしたエネルギを供給するエネルギ供給部に対応している。

なお、煤焼き処理での除去の対象となる煤は、フィルタ１９の外周面や排気管１６の内壁面に堆積している。これに対して、フィルタ再生処理での除去の対象となる煤は、多孔質材料からなるフィルタ１９の内部に形成された入り組んだ細孔に堆積しており、煤焼き処理の除去対象となる煤よりも除去し難いものとなっている。そのため、フィルタ再生処理では、煤焼き処理の場合よりも長い期間、フィルタ１９を高温に維持する必要があり、その実行に伴う燃料の消費量は煤焼き処理の場合よりも多くなる。本実施形態では、煤焼き処理よりも燃料消費量の多いフィルタ再生処理については、内燃機関１０の負荷ＫＬが再生実行判定値ＫＬ１以上であることを条件に実行するようにしている。内燃機関１０の負荷ＫＬが高いときには排気の温度が高くなり、フィルタ１９の温度がその分高くなる。そのため、内燃機関１０の負荷ＫＬが高いときにフィルタ再生処理を行えば、煤の除去に必要な温度にフィルタ１９を維持するために必要な燃料の量が少なくなる。これにより、本実施形態では、フィルタ再生処理での燃料の消費を抑えている。ちなみに、煤焼き処理では、そもそも燃料消費量が少ないため、負荷ＫＬが高いことをその実行の条件としても、燃料消費の削減量は限られたものとなる。そこで、本実施形態では、煤焼き処理については、内燃機関１０の負荷ＫＬとは関係なく実行することで、その実行の機会を得やすくしている。

次に、図３に基づき、本実施形態の排気浄化装置における煤焼き処理、及びフィルタ再生処理の実行態様を説明する。なお、図３（ａ）にはフィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に堆積している煤の量である隙間堆積量の推移が、図３（ｂ）にはフィルタ１９の内部に堆積している煤の量である内部堆積量の推移が、図３（ｃ）にはフィルタ抵抗値Ｒｆの推移が、それぞれ示されている。なお、図３の横軸は、運用開始からの内燃機関１０の運用時間を示している。運用開始時におけるフィルタ装置１８の隙間堆積量、及び内部堆積量は共に「０」となっている。また、同図では、内燃機関１０の運用時間に対して、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分、及びフィルタ１９の内部に、それぞれ一定の速度で煤が堆積するものとして、隙間堆積量、及び内部堆積量の推移が示されている。

内燃機関１０の運用開始後、隙間堆積量、及び内部堆積量の増加と共に、フィルタ抵抗値Ｒｆは次第に低下していく。同図の時刻ｔ１に、煤焼き判定値Ｒ３未満となるまでフィルタ抵抗値Ｒｆが低下すると煤焼き処理が実行されて、隙間堆積量は「０」になる。なお、煤焼き処理においても、フィルタ１９の内部に堆積した煤がある程度は除去されるため、煤焼き処理の実行後はその実行前よりも内部堆積量が減少する。また、煤焼き処理の実行後には、煤の除去により、その実行前よりもフィルタ抵抗値Ｒｆが高くなる。ただし、煤焼き処理では、フィルタ１９の内部に堆積した煤を除去し切れない。そのため、煤焼き処理の実行後も、内部堆積量は「０」とはならず、フィルタ抵抗値Ｒｆは内燃機関１０の運用開始時の値よりは低い値となる。

時刻ｔ１における煤焼き処理の実行後には再び、隙間堆積量、及び内部堆積量の増加が始まる。そして、それらの増加に伴ってフィルタ抵抗値Ｒｆが低下する。ただし、時刻ｔ１における煤焼き処理の実行後のフィルタ抵抗値Ｒｆは、内燃機関１０の運用開始時の値よりも低い値となっている。そのため、このときには、隙間堆積量が煤焼き処理の実行を必要とする量となる前にフィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３未満に低下してしまう。そこで、本実施形態では、煤焼き処理の前回の実行からの車両の走行距離が煤焼き保留距離Ｄ１を超えるまでは、次回の煤焼き処理の実行を保留することで、煤焼き処理が不要に高い頻度で実行されないようにしている。図３では、時刻ｔ２及び時刻ｔ３に、フィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３未満に減少、かつ煤焼き処理の前回の実行からの車両の走行距離が煤焼き保留距離Ｄ１を超える状態となって、煤焼き処理が実行されている。ただし、本実施形態の排気浄化装置では、フィルタ１９、排気管１６間の通電が検知された場合には、前回の実行からの車両の走行距離に関わらず、その時点で直ちに煤焼き処理を実行している。

時刻ｔ２における２回目の煤焼き処理の実行後の内部堆積量は、時刻ｔ１における１回目の煤焼き処理の実行後の量よりも多くなる。また、時刻ｔ３における３回目の煤焼き処理の実行後の内部堆積量は、２回目の煤焼き処理の実行後の量よりも更に多くなる。そのため、内部堆積量は、煤焼き処理の実行毎に一時的に減少するものの、長期的には増加傾向を示すように推移することになり、フィルタ抵抗値Ｒｆも、煤焼き処理の実行毎に一時的に高まるものの、長期的には低下の傾向を示すように推移する。そして、時刻ｔ４に、フィルタ抵抗値Ｒｆが再生判定値Ｒ２未満となるまで低下すると、フィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理の実行後には、内部堆積量は「０」となる。また、フィルタ再生処理では、煤焼き処理の場合よりも長い時間、フィルタ１９が高温に維持されるため、フィルタ再生処理の実行後には隙間堆積量も「０」となる。

以上の本実施形態の排気浄化装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態の排気浄化装置におけるコントローラ２７は、フィルタ抵抗値Ｒｆが再生判定値Ｒ２未満の場合に、フィルタ１９の内部に堆積した煤を除去するためのフィルタ再生処理を実行する。また、コントローラ２７は、フィルタ抵抗値Ｒｆが、再生判定値Ｒ２よりも大きい値として予め設定された煤焼き判定値Ｒ３未満、かつ再生判定値Ｒ２以上である場合に、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に堆積した煤を除去するための煤焼き処理を実行する。フィルタ１９の内部、及びフィルタ１９と排気管１６との隙間の部分のそれぞれにおける煤の堆積量に相関を有するフィルタ抵抗値Ｒｆに基づくことで、煤焼き処理、及びフィルタ再生処理をそれぞれ適切な時期に実行することが可能となる。

（２）本実施形態では、フィルタ再生処理では、煤焼き処理の場合よりも長い時間、排気中への燃料添加を実施している。そのため、フィルタ１９と排気管１６との隙間の部分に堆積した煤よりも除去し難いフィルタ１９の内部の煤を除去し切れるようにフィルタ再生処理を実行する一方で、煤焼き処理での不要な燃料消費を抑えられる。

（３）本実施形態では、内燃機関１０の負荷ＫＬが再生実行判定値ＫＬ１以上であることを条件にフィルタ再生処理を実行している。そのため、煤焼き処理の場合よりも長時間の燃料添加が必要なフィルタ再生処理での燃料消費を抑えられる。

（４）本実施形態では、前回の実行からの車両の走行距離が煤焼き保留距離Ｄ１を超えていることを条件に煤焼き処理を実行している。すなわち、本実施形態では、車両の走行距離に基づき、煤焼き処理の最小の実行間隔を定めている。そのため、フィルタ１９の内部への煤の堆積の進行に伴うフィルタ抵抗値Ｒｆの低下により、煤焼き処理が不要に実行され難くなる。

（５）本実施形態では、フィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗の低下が検知された場合には、その時点で直ぐに煤焼き処理を実行している。そのため、フィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗の低下を、その検知後に短時間で解消できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、煤焼き処理の最小の実行間隔を、車両の走行距離に基づき定めていた。内燃機関１０の運転時間や吸気量、燃料噴射量などの隙間堆積量に相関を有した他のパラメータに基づき、煤焼き処理の最小の実行間隔を定めるようにしてもよい。また、最小の実行間隔を定めずに、フィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３未満となったときには常に、煤焼き処理を実行するようにしてもよい。

・上記実施形態では、フィルタ抵抗値Ｒｆが煤焼き判定値Ｒ３未満となった場合に加えて、フィルタ１９、排気管１６間の絶縁抵抗の低下が検知されたときにも煤焼き処理を実行していたが、排気浄化装置が上記絶縁抵抗の低下を検知する手段を有していない場合などには、同低下の検知に応じた煤焼き処理の実行を割愛してもよい。

・上記実施形態では、内燃機関１０の負荷ＫＬが再生実行判定値ＫＬ１以上であることを条件にフィルタ再生処理を実行していたが、煤焼き処理についても負荷ＫＬが一定の値以上であることを条件に実行するようにしてもよい。

・内燃機関１０の負荷ＫＬが再生実行判定値ＫＬ１以上であることを、フィルタ再生処理の実行の条件から除外してもよい。すなわち、フィルタ抵抗値Ｒｆが再生判定値Ｒ２未満となった場合には、内燃機関１０の負荷ＫＬに関わらず、フィルタ再生処理を実行するようにしてもよい。

・上記実施形態では、燃料添加弁１７による排気中への燃料噴射を通じて、フィルタ再生処理、及び煤焼き処理を実行していたが、それ以外の方法でフィルタ１９を昇温してフィルタ再生処理や煤焼き処理を実行するようにしてもよい。フィルタ１９を昇温する方法には、下記のものがある。例えば、減速時の車両の惰性走行中に、点火装置１４の火花放電を停止した状態でインジェクタ１２の燃料噴射を継続することで、インジェクタ１２が噴射した燃料を未燃のまま、フィルタ１９に導入することで、フィルタ１９を昇温することができる。この場合には、インジェクタ１２により噴射された燃料が、フィルタ１９が受け取る熱に変換されるエネルギとなる。また、この場合には、インジェクタ１２がエネルギ供給部に相当する構成となる。他にも、フィルタ１９の昇温は、フィルタ１９への通電によっても行える。この場合には、フィルタ１９に供給された電力が、フィルタ１９が受け取る熱に変換されるエネルギとなる。また、電源２３を含むフィルタ装置１８の電気回路がエネルギ供給部に対応する構成となる。さらに、点火装置１４による混合気の点火時期を遅らせると、燃焼室１３での混合気の燃焼効率が低下して排気の温度が上がるため、これによってもフィルタ１９を昇温できる。この場合には、燃焼効率の低下により、要求分の内燃機関１０の出力を得るため、燃焼室１３で燃焼させる燃料を増量する必要があり、増量した分の燃料が、フィルタ１９が受け取る熱に変換されるエネルギとなる。また、この場合には、点火装置１４及びインジェクタ１２を含む内燃機関１０がエネルギ供給部に相当する構成となる。さらに、そうしたフィルタ１９の昇温方法のうちの複数を併用して、フィルタ再生処理や煤焼き処理を行うようにすることも可能である。

・上記実施形態におけるフィルタ装置１８は、フィルタ１９に三元触媒を担持することで、微粒子物質の捕集に加えて、未燃燃料成分及び窒素酸化物の浄化を行うように構成されていた。このうちの窒素酸化物の浄化をフィルタ装置１８では行わない場合には、フィルタ１９に担持する触媒として、窒素酸化物の還元機能を持たず、未燃燃料の酸化反応を促進する機能のみを有した酸化触媒を採用してもよい。また、フィルタ装置１８では、微粒子物質の捕集だけを行い、かつフィルタ１９での未燃燃料の酸化反応による発熱をフィルタ再生処理や煤焼き処理でのフィルタ１９の昇温に利用しない場合には、触媒をフィルタ１９に担持しない構成とすることも可能である。

１０…内燃機関
１１…吸気通路
１２…インジェクタ
１３…燃焼室
１４…点火装置
１５…排気通路
１６…排気管
１７…燃料添加弁
１８…フィルタ装置
１９…フィルタ
２０…スペーサ
２１…高電位側の電極
２２…スイッチ
２３…電源
２４…接地側の電極
２５…電流計
２６…電圧計
２７…コントローラ
２８…エンジン制御ユニット

Claims (5)

1. 内燃機関の排気管の内部に設置されて電気伝導体からなる微粒子物質捕集用のフィルタと、前記フィルタの外周面にそれぞれ固定された一対の電極と、を有するフィルタ装置を備える排気浄化装置であって、
   前記一対の電極の間の電気抵抗値を取得する抵抗値取得部と、
   前記フィルタが受け取る熱に変換されるエネルギを供給するエネルギ供給部と、
   前記エネルギ供給部による前記エネルギの供給を通じて前記フィルタの内部に堆積した煤を除去するフィルタ再生処理と、前記エネルギ供給部による前記エネルギの供給を通じて前記フィルタと前記排気管との隙間の部分に堆積した煤を除去する煤焼き処理と、を実行する制御部と、
   を備えており、
   前記フィルタ再生処理は、同処理の実行中に前記エネルギ供給部が供給する前記エネルギの総量が、前記煤焼き処理の実行中に前記エネルギ供給部が供給する前記エネルギの総量よりも多い処理であり、
   かつ前記制御部は、前記抵抗値取得部が取得した前記電気抵抗値が既定の第１判定値未満の場合に前記フィルタ再生処理を実行するとともに、同電気抵抗値が、前記第１判定値よりも大きい値として予め設定された第２判定値未満、かつ前記第１判定値以上である場合に前記煤焼き処理を実行するものである
   排気浄化装置。
2. 前記フィルタ再生処理の実行時間は、前記煤焼き処理の実行時間よりも長い時間とされている請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記フィルタ再生処理は、前記内燃機関の負荷が既定値以上であることを条件に実行される請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記フィルタには、排気中の未燃燃料の酸化反応を促進する酸化触媒が担持されており、かつ前記エネルギ供給部は、前記フィルタに流入する前の排気に添加する未燃燃料を前記エネルギとして供給するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
5. 前記制御部は、前記フィルタ、前記排気管間の絶縁抵抗の低下が検知された場合にも、前記煤焼き処理を実行する請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。

Images