JP4100448B1 - 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を浄化するためのＤＰＦの強制再生開始時期を、ＤＰＦの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦに偏在して蓄積されたＰＭの蓄積量が少ない間にＰＭを燃焼除去することができ、これにより、強制再生時におけるＰＭの過剰な蓄積に起因するＤＦＰの内部温度の過剰な上昇及びこれによるＤＰＦの溶損を防止できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】前記前後差圧閾値ΔＰｓを、基準の前後差圧閾値ΔＰｓ０に対して、前回の強制再生後の車両の走行距離ΔＭに応じて段階的又は連続的に変化する係数α（ΔＭ）を乗じて設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の強制再生開始時期を、ＤＰＦの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。より詳細には、ＤＰＦに偏在して蓄積されたＰＭの蓄積量が少ない間に燃焼除去することができ、これにより、強制再生時におけるＰＭの過剰な蓄積に起因するＤＰＦの内部温度の過剰上昇とこれによるＤＰＦの溶損を防止できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）をディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集する排気ガス浄化装置の一つに連続再生型ＤＰＦ装置がある。

この連続再生型ＤＰＦ装置では、排気ガス温度が約３５０℃以上の時には、フィルタに捕集されたＰＭは連続的に燃焼して浄化され、フィルタは自己再生するが、低速低負荷等の排気温度が低い場合には、触媒の温度が低下して活性化しないため、ＰＭを酸化してフィルタを自己再生することが困難となる。そのため、ＰＭのフィルタへの堆積により目詰まりが進行するため、この目詰まりによる排圧上昇の問題が生じる。

そこで、フィルタへのＰＭ堆積量が所定の量（閾値）を超えたときに、シリンダ内（筒内）におけるマルチ噴射（多段遅延噴射）やポスト噴射（後噴射）等により、排気ガスを強制的に昇温させて、捕集ＰＭを強制的に燃焼除去する強制再生を行う。この強制再生では、ポスト噴射等によって排気ガス中に供給されたＨＣ（炭化水素）を、フィルタの上流側に配置された酸化触媒やフィルタに担持した酸化触媒で燃焼させることにより、この酸化反応熱を利用して、フィルタ入口やフィルタ表面の排気ガス温度を上昇させ、フィルタに蓄積されたＰＭが燃焼する温度以上にフィルタを昇温して、ＰＭを燃焼除去する。

この強制再生は、手動再生で行う場合と自動再生で行う場合とがある。手動再生の場合には、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、運転者に警告を出して、この警告を受けた運転者が、強制再生の開始用のボタンを押すことで、強制再生を行う。一方、自動再生では、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、特に運転者に警告を出すことなく、自動で走行中であっても強制再生を行う。

このような排気ガス浄化システムの例として、ＰＭの捕集量検出手段（ＤＰＦの前後差圧、あるいは、一定の時間経過）による判定と、前回のＤＰＦの強制再生処理からの走行距離による判定とを組み合わせて、手動再生や自動再生における強制再生開始時期を判断する排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

このような排気ガス浄化システムでは、ＤＰＦの強制再生が必要か否かの判断に、ＤＰＦの前後差圧と、強制再生後の走行距離を使用しており、図６に示すような制御を行う。この制御では、前後差圧ΔＰが所定の前後差圧閾値ΔＰｓと比較され、ΔＰ≧ΔＰｓの時に再生方法決定手段に行き、また、強制再生後の走行距離ΔＭが所定の走行距離閾値ΔＭｓと比較され、ΔＭ≧ΔＭｓの時に再生方法決定手段に行く。つまり、ＰＭ堆積量が増加すると上昇する前後差圧ΔＭが所定の前後差圧閾値ΔＭｓを超えた時、又は、前回ＤＰＦを再生してからの走行距離ΔＭが所定の走行距離閾値ΔＭｓを超えたときに強制再生が必要であると判断している。そして、再生方法決定手段では、手動再生か自動再生かを決定し、手動再生であれば運転者のボタン操作により、また、自動再生であれば自動的に強制再生を行う。

この前後差圧による判定に関しては、従来では、図７に示すように、走行距離ΔＭの増加に伴って、ＰＭ堆積量ΔＶが増加すると共に前後差圧ΔＰも上昇すると考えられていたので、ＰＭ堆積量ΔＶの増加と共に、前後差圧（ΔＰ）も単調増加することを前提としている。なお、図７における実線ＡはＰＭの偏在が殆ど無い例を、点線ＢはＰＭの偏在がある例を、二点鎖線ＣはＰＭの偏在が多い例を示す。

しかしながら、最近では、図８に示すように、走行パターンによってはＰＭ堆積量ΔＶが増加しているにもかかわらず、前後差圧ΔＰが減少するということが分かってきた。これは、走行距離ΔＭが増加していくと、ＰＭがＤＰＦに一様に堆積せず、偏在して堆積され、この蓄積は前後差圧ΔＰには現れ難いためと考えられる。

このような場合では、従来の前後差圧閾値ΔＰｓを走行距離ΔＭによらずに一定にした判定では、強制再生の開始の判断が正確にできず、走行距離ΔＭと走行距離閾値ΔＭｓによる判定で強制再生が必要であると判断されるまでの間、更にＰＭがＤＰＦに捕集されることになる。つまり、前後差圧判定では強制再生ができなかったために、強制再生を開始したいＰＭ堆積量ΔＶｓに、過剰に捕集した過剰ＰＭ堆積量ΔＶａが加わることになる。

従って、前後差圧閾値ΔＰｓを一定とした場合には、強制再生のインターバルが長い、つまり、長距離走行の時には、走行距離閾値ΔＭｓによる強制再生の必要性が判断された時点では，ＰＭ堆積量ΔＶが限度を超える可能性があり、限度を超えた場合には、ＤＰＦの内部温度が過度に上昇してしまい、最悪の場合はＤＰＦの溶損に至ることもある。つまり、強制再生の開始時期を判断するための差圧閾値ΔＰｓを、走行距離ΔＭによらずに一定にした場合には、強制再生を行った時に偏在して蓄積されたＰＭが一気に燃焼し、ＤＦＰの内部温度が過剰に上昇して溶損が発生する場合が生じる。
特開２００５−２５６６２８号公報 特許第３８２４００３号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を浄化するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の強制再生開始時期を、ＤＰＦの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦに偏在して蓄積されたＰＭの蓄積量が少ない間に燃焼除去することができ、これにより、強制再生時におけるＰＭの過剰な蓄積に起因するＤＦＰの内部温度の過剰な上昇及びこれによるＤＰＦの溶損を防止できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、車両に搭載した内燃機関の排気通路にＤＦＰ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を有する排気ガス浄化装置を備え、前記ＤＰＦの強制再生開始時期を、前記ＤＰＦの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する排気ガス浄化方法において、前記前後差圧閾値を、前回の強制再生後の車両の走行距離に応じて変化する係数を基準の前後差圧閾値に乗じて設定する。

この排気ガス浄化方法によれば、前後差圧閾値を走行距離に関係なく一定に設定した場合よりも強制再生の頻度が増加するため、簡単なアルゴリズムで、ＤＰＦに偏在して蓄積されたＰＭ（粒子状物質）を蓄積量が少ない間に燃焼除去することができる。これにより、ＰＭの過剰な蓄積量により強制再生時に発生するＤＦＰの内部温度の過剰な上昇（熱暴走）及びこれによるＤＰＦの溶損を防止できる。

なお、この基準の前後差圧閾値と係数は、試験運転や計算等により求めて設定することができ、これらのデータは予め制御装置に入力される。この係数は、段階的又は連続的又はこれらの組合せ等で変化し、前回の強制再生後の車両の走行距離が大きくなると同じままか小さくなるように設定される。言い換えれば、前後差圧閾値は前回の強制再生後の車両の走行距離が大きくなると段階的又は連続的に小さくなる。この段階的及び連続的な変化は走行距離に関する全領域であってもよく、部分的な領域であってもよい。

また、上記の排気ガス浄化方法において、前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づく強制再生開始時期の判断に加えて、前回の強制再生後の車両の走行距離と所定の走行距離閾値との比較に基づく強制再生開始時期の判断を用いると、前後差圧による判定だけではＰＭの過剰な堆積が生じるおそれがある場合に対しても対応できるようになる。

また、上記の排気ガス浄化方法において、強制再生開始時期であると判断した時に、運転者に警告し、運転者から入力される強制再生開始の信号を受けて強制再生制御を実施する手動再生と、強制再生開始時期であると判断した時に、自動的に強制再生制御を実施する自動再生とを行うと、手動再生により、走行中の強制再生時のポスト噴射により未燃燃料がエンジンオイル（潤滑オイル）に混入してエンジンオイルを希釈するというオイルダイリューション（オイル希釈）の問題を解決でき、また、オイルダイリューションの問題が生じない時の自動再生により、手動再生の場合の運転者の再生制御開始信号の入力（停車と再生ボタン押し等）の煩わしさを少なくすることができる。

そして、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、車両に搭載した内燃機関の排気通路にＤＰＦを有する排気ガス浄化装置と、前記ＤＰＦの強制再生開始時期を、前記ＤＰＦの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記前後差圧閾値を前回の強制再生後の車両の走行距離に応じて変化する係数を基準の前後差圧閾値に乗じて設定するように構成する。

この構成により、前後差圧閾値を走行距離に関係なく一定に設定した場合よりも強制再生の頻度が増加するため、簡単なアルゴリズムで、ＤＰＦに偏在して蓄積されたＰＭを蓄積量が少ない間に燃焼除去することができる。これにより、ＰＭの過剰な蓄積量により強制再生時に発生する熱暴走及びこの熱暴走によるＤＰＦの溶損を防止できる。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づく強制再生開始時期の判断に加えて、前回の強制再生後の車両の走行距離と所定の走行距離閾値との比較に基づく強制再生開始時期の判断を用いるように構成すると、前後差圧による判定だけではＰＭの過剰な堆積が生じるおそれがある場合に対しても対応できるようになる。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、強制再生開始時期であると判断した時に、運転者に警告し、運転者から入力される強制再生開始の信号を受けて強制再生制御を実施する手動再生と、強制再生開始時期であると判断した時に、自動的に強制再生制御を実施する自動再生とを行うように構成すると、手動再生により、走行中の自動再生の場合の走行中の強制再生時のポスト噴射により未燃燃料がエンジンオイルに混入してエンジンオイルを希釈するというオイルダイリューションの問題を解決でき、また、オイルダイリューションの問題が生じない時の自動再生により、手動再生の場合の運転者の再生制御開始信号の入力の煩わしさを少なくすることができる。

なお、この排気ガス浄化システムの例としては、内燃機関の排気通路に上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とＤＰＦを配置した排気ガス浄化装置や、内燃機関の排気通路に酸化触媒を担持したＤＰＦを配置した排気ガス浄化装置等を備えた排気ガス浄化システムがある。

本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、ＤＰＦの強制再生開始時期を、ＤＰＦの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する際に、前後差圧閾値を、基準の前後差圧閾値に対して、前回の強制再生後の車両の走行距離に応じて変化する係数を乗じて設定する。

そのため、差圧判定閾値を強制再生後の走行距離に対応させて、走行距離が大きくなると小さい値になるようにして、差圧判定閾値を下げることができ、強制再生制御の頻度を高めることができる。これにより、ＤＰＦに偏在して蓄積されたＰＭを、蓄積量が少ない間に燃焼除去することができる。そのため、ＰＭの過剰な捕集と、この過剰な捕集に起因して強制再生時に発生するＤＰＦの内部温度の過剰な上昇（熱暴走）及びこれによるＤＰＦの溶損を防止できる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。

この排気ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に排気ガス浄化装置１２とサイレンサー１３を備えて構成される。この排気ガス浄化装置１２は、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置の一つであり、上流側に酸化触媒装置１２ａを、下流側に触媒付きフィルタ装置（ＤＰＦ）１２ｂを配置して構成される。

この酸化触媒装置１２ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。触媒付きフィルタ装置１２ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は、多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。

そして、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの堆積量を推定するために、排気ガス浄化装置１２の前後に接続された導通管に差圧センサ３１が設けられる。また、この排気ガス浄化装置１２の上流側に排気ブレーキ弁（エキゾーストブレーキ）１４が、下流側に排気絞り弁（エキゾーストスロットル）１５が設けられる。

また、吸気通路１６には、エアクリーナ１７、ＭＡＦセンサ（吸入空気量センサ）１８、吸気絞り弁（インテークスロットル）１９が設けられる。この吸気絞り弁１９は、吸気マニホールドへ入る吸気Ａの量を調整する。また、ＥＧＲ通路２０にはＥＧＲクーラ２１とＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁２２が設けられる。

更に、触媒付きフィルタ装置１２ｂの強制再生制御用に、酸化触媒装置１２ａの上流側に酸化触媒入口排気温度センサ３２が設けられ、酸化触媒装置１２ａと触媒付きフィルタ装置１２ｂの間にフィルタ入口排気温度センサ３３が設けられる。この酸化触媒入口排気温度センサ３２は、酸化触媒装置１２ａに流入する排気ガスの温度である酸化触媒入口排気温度Ｔｇ１を検出する。また、フィルタ入口排気温度センサ３３は、触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入する排気ガスの温度であるフィルタ入口排気温度Ｔｇ２を検出する。

これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、排気ガス浄化装置１２の強制再生制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）４０に入力され、この制御装置４０から出力される制御信号により、排気ブレーキ弁１４や、排気絞り弁１５や、吸気絞り弁１９や、ＥＧＲ弁２２や、燃料噴射装置（噴射ノズル）２３等が制御される。

この燃料噴射装置２３は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール噴射システム（図示しない）に接続されており、制御装置４０には、エンジン１０の運転のために、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）３４からのアクセル開度、回転数センサ３５からのエンジン回転数等の情報の他、車両速度、冷却水温度等の情報も入力され、燃料噴射装置２３から所定量の燃料が噴射されるように通電時間信号が出力される。

また、この排気ガス浄化装置１２の強制再生制御において、走行中に自動的に強制再生するだけでなく、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの捕集量が一定量を超えて、触媒付きフィルタ装置１２ｂが目詰まった時に、運転者（ドライバー）に注意を促し、任意に運転者が車両を停止して強制再生ができるように、注意を喚起するための警告手段である点滅灯（ＤＰＦランプ）２４及び異常時点灯ランプ２５と、手動再生ボタン（マニュアル再生スイッチ）２６が設けられる。

この排気ガス浄化システム１の制御においては、通常の運転でＰＭを捕集するが、この通常の運転において、強制再生開始の時期であるか否かを監視し、強制再生開始の時期であると判定されると強制再生を行う。この強制再生には、走行中に強制再生を行う自動再生と、警告によって運転者が車両を停止してから手動再生ボタン２６を押すことにより開始される手動再生とがあり、走行距離やＤＰＦ差圧の値により適宜選択実施される。この手動再生により、走行中の自動再生の場合の走行中の強制再生時のポスト噴射により未燃燃料がエンジンオイル（潤滑オイル）に混入してエンジンオイルを希釈するというオイルダイリューション（オイル希釈）の問題を解決でき、また、オイルダイリューションの問題が生じない時の自動再生により、手動再生の場合の運転者の再生制御開始信号の入力（停車と再生ボタン押し等）の煩わしさを少なくすることができる。

この強制再生制御では、マルチ噴射及び排気絞り（停車時）を行って排気温度を上昇させ、フィルタ入口排気温度センサ３３又は酸化触媒入口排気温度センサ３２で検知されるフィルタ入口排気温度Ｔｇ２又は酸化触媒入口排気温度Ｔｇ１が所定温度（約２５０℃）以上になった時にポスト噴射を行って、フィルタ入口温度Ｔｇ２を上昇させて強制再生を行う。なお、これらの強制再生を行う再生制御装置は制御装置４０に組み込まれる。

次に、この排気ガス浄化システム１における強制再生の開始の判断方法について説明する。図２に示すように、この強制再生の開始の判断は、前後差圧ΔＰと所定の前後差圧閾値ΔＰｓとの比較に基づく強制再生開始時期の判断に加えて、前回の強制再生後の車両の走行距離ΔＭと所定の走行距離閾値ΔＭｓとの比較に基づく強制再生開始時期の判断を用いる。

そして、本発明においては、この前後差圧ΔＰと所定の前後差圧閾値ΔＰｓとの比較に基づく強制再生開始時期の判断の際に用いる前後差圧閾値ΔＰｓを、基準の前後差圧閾値ΔＰｓ０に対して、前回の強制再生後の車両の走行距離ΔＭに応じて変化する係数α（ΔＭｓ）を乗じて設定する。

図２及び図３に示すように、この実施の形態では、係数α（ｃ）は、前回の強制再生後の車両の走行距離ΔＭの関数となり、走行距離ΔＭが所定の第１走行距離ΔＭ１になるまでは、α＝α１（例えば、１．０）で一定に、走行距離ΔＭが所定の第１走行距離ΔＭ１を超えて所定の第２走行距離ΔＭ２になるまでは、αは、α１からα２（例えば、０．８）に線形的（α＝（α２−α１）×（ΔＭ−ΔＭ１）／（ΔＭ２−ΔＭ１）＋α１）に変化し、走行距離ΔＭが所定の第２走行距離ΔＭ２を超えた場合には、α＝α２で一定としている。

これにより、図３に示すように、走行パターンによってＰＭ堆積量ΔＶが増加しているにもかかわらず、つまり、前後差圧ΔＰが走行距離ΔＭｐで前後差圧最大となり、その後は前後差圧ΔＰが減少する場合であっても、前後差圧閾値ΔＰｓを基準の前後差圧閾値ΔＰｓ０に係数αを乗じて設定する（ΔＰｓ＝ΔＰｓ０×α（ΔＭ））ことにより、走行距離ΔＭが走行距離ΔＭａに達して、強制再生を開始したいＰＭ堆積量ΔＶｓになった時に、前後差圧ΔＰが前後差圧閾値ΔＰｓに達して、強制再生開始の判断をすることができる。つまり、前後差圧ΔＰと前後差圧閾値ΔＰｓによる強制再生の開始の判断を正確することができる。そのため、過剰ＰＭ堆積量ΔＶａが加わる前に強制再生が行われ、ＰＭ堆積量ΔＶと前後差圧ΔＰとを低下させることができる。

従って、前後差圧閾値ΔＰｓの変更により、触媒付きフィルタ装置１２ｂの強制再生開始時期を、触媒付きフィルタ装置１２ｂの前後差圧ΔＰと所定の前後差圧閾値ΔＰｓとの比較に基づいて判断する際に、前後差圧閾値ΔＰｓを、前回の強制再生後の車両の走行距離ΔＭに応じて変化する係数α（ΔＭ）を基準の前後差圧閾値ΔＰｓ０に乗じて設定するので、差圧判定閾値ΔＰｓを強制再生後の走行距離ΔＭに対応させて、この走行距離ΔＭが大きくなると小さい値になるようにして、強制再生の頻度を高めることができる。

これにより、触媒付きフィルタ装置１２ｂに偏在して蓄積されたＰＭを蓄積量ΔＶが少ない間に燃焼除去することができるので、ＰＭの過剰な蓄積により強制再生時に発生する触媒付きフィルタ装置１２ｂの内部温度の過剰な上昇及びこれによる触媒付きフィルタ装置１２ｂの溶損を防止できる。

図２、図３の係数α（ΔＭ）の設定は一例であり、この係数α（ΔＭ）の設定方法は、他にも、例えば、前回の強制再生後の車両の走行距離ΔＭが０ｋｍ以上１００ｋｍ未満ではα１＝１．０、１００ｋｍ以上２００ｋｍ未満ではα２、２００ｋｍ以上３００ｋｍ未満ではα３、３００ｋｍ以上４００ｋｍ未満ではα４とし、α１＞α２＞α３＞α４と段階的に小さくなるように設定してもよい。また、走行距離ΔＭの増加に伴い連続的に減少して行くように設定してもよい。更には、段階的な減少と連続的な減少とを組み合わせてもよい。

次に、この排気ガス浄化システム１における制御について制御フローに基づいて説明する。この制御においては、通常の運転でＰＭを捕集するが、この通常の運転において、再生時期であるか否かを監視し、再生時期であると判断されると警告又は走行中の自動再生を行う。警告の場合は、この警告を受けた運転者が車両を停止して手動再生ボタン２６を操作することにより強制再生が行われる。

そして、この手動再生や自動再生の強制再生は、この実施の形態では、図４や図５に例示するような制御フローに従って行われる。この図４の強制再生の開始の判断の制御フローは、通常運転時に通常運転を制御する上位の制御フローから強制再生が必要か否かを判断する度毎に呼ばれて実行されるものとして示してある。

この制御フローで強制再生が必要でないと判断された場合は、そのまま上位の制御フローに戻って通常運転を継続し、次の強制再生が必要か否かの判断時に再度呼ばれ、この制御フローで強制再生が必要であると判断された場合は、この制御フローのステップＳ１０で強制再生制御を行い、その後は上位の制御フローに戻って通常運転を継続し、次の強制再生が必要か否かの判断時に再度呼ばれる。

この図４の制御フローでは、呼ばれてスタートすると、ステップＳ１で、基準の前後差圧閾値ΔＰｓ０の入力と、走行距離閾値ΔＭｓの入力を行う。次のステップＳ２で、差圧センサ３１により前後差圧ΔＰを検出する。また、次のステップＳ３で、前回の強制再生の後の走行距離ΔＭを検出する。

次のステップＳ４では、検出した走行距離ΔＭから係数α（ΔＭ）を算出する。この算出は予め設定され入力されているマップデータ（テーブルデータ）や関数等を用いて行う。次のステップＳ５では、算出した係数α（ΔＭ）を基準の前後差圧閾値ΔＰｓ０に乗じて前後差圧閾値ΔＰｓを算出する。

次のステップＳ６では、前後差圧ΔＰによる強制再生の開始の判断を行う。ここでは、前後差圧ΔＰと前後差圧閾値ΔＰｓとを比較して、前後差圧ΔＰが前後差圧閾値ΔＰｓ以上であるか否かをチェックする。ΔＰ≧ΔＰｓでなければ（ＮＯ）、強制再生の開始とは判断せずに、ステップＳ７の走行距離ΔＭによる強制再生の開始の判断に行き、ΔＰ≧ΔＰｓであれば（ＹＥＳ）強制再生の開始であると判断して、ステップＳ８に行く。

ステップＳ７では、走行距離ΔＭによる強制再生の開始の判断を行う。ここでは、走行距離ΔＭと走行距離閾値ΔＭｓとを比較して、走行距離ΔＭが走行距離閾値ΔＭｓ以上であるか否かをチェックする。ΔＭ≧ΔＭｓでなければ（ＮＯ）、強制再生の開始とは判断せずに、リターンし、ΔＭ≧ΔＭｓであれば（ＹＥＳ）強制再生の開始であると判断して、ステップＳ８に行く。

ステップＳ８では、手動再生か自動再生か、再生方法を決定し、強制再生の条件を満たした時に、ステップＳ１０の強制再生制御に行く。このステップＳ１０の強制再生制御が終了したら、リターンする。

なお、再生方法の決定で、手動再生による強制再生制御であれば、警告手段である点滅灯（ＤＰＦランプ）２３を点滅させて、ＤＰＦの手動再生を運転者に促して、手動再生を行うように促された運転者が車両を停止して手動再生ボタン２６を操作すると強制再生制御となる。また、自動再生における強制再生制御であれば、そのまま強制再生制御となる。この手動再生か自動再生かの判断は、周知の方法を用いることができる。例えば、前回の強制再生後の車両の運転状態の推移により、走行中の強制再生を行うとオイルダイリューションの問題が生じるとされる場合には、手動再生とし、走行中の強制再生を行ってもオイルダイリューションの問題が生じないとされる場合には、自動再生とする。

このステップＳ１０の強制再生制御は、図５に例示するような制御フローによって行われる。この図５の制御フローでは、酸化触媒の温度（ベッド温度）を指標する触媒温度指標温度としては、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２を用い、この第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上となった時にポスト噴射により未燃燃料を酸化触媒装置１２ａの上流側に供給する。また、触媒付きフィルタ装置１２ｂの温度を指標するフィルタ温度指標温度としても、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２を用い、この第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上となった時にポスト噴射を行わずにマルチ噴射による温度維持制御を行う。

この図５の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１では、第１判定温度Ｔｃ１を算出する。この第１判定温度Ｔｃ１は、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された排気ガス温度である第２排気ガス温度（触媒温度指標温度）Ｔｇ２がこの温度になると、酸化触媒装置１２ａの酸化触媒で、ポスト噴射により供給される未燃燃料であるＨＣが十分に酸化される温度（例えば、約２５０℃）である。また、その時のエンジン回転数Ｎｅに従って変化する値を使用してもよい。また、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２に替えて、酸化触媒入口温度センサ３２で検出された第１排気ガス温度Ｔｇ１を用いてもよい。

次のステップＳ１２では、第２排気ガス温度（触媒温度指標温度）Ｔｇ２のチェックを行う。この第２排気ガス温度Ｔｇ２が、ステップＳ１１で算出した第１判定温度Ｔｃ１より低いときには、ステップＳ１３で、第１排気ガス昇温制御を、所定の時間（ステップＳ１３の第２排気ガス温度Ｔｇ２のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ１の間行う。

この第１排気ガス昇温制御では、ポスト噴射無しで、第１マルチ噴射用マップデータに基くマルチ噴射を行う。つまり、このマルチ噴射の制御時に、検出されたエンジン回転数と、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とから、この第１マルチ噴射用マップデータを参照して、マルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングを算出し、マルチ噴射を行う。このマルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングを決める第１マルチ噴射用マップデータは、エンジン回転数と燃料噴射量、言い換えれば、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とをベースとするマップデータであり、実験や計算などにより予め設定され、制御装置に入力されている。このマルチ噴射では、マルチ噴射の噴射量を増加し、マルチ噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりもより遅らせる。このマルチ噴射により、排気ガスの昇温効率を高くして排気ガスの迅速な昇温を図る。

なお、排気ガスの昇温効率の向上を図るため、車両停車時には、排気ブレーキ弁１４を併用し、この排気ブレーキ弁１４の閉弁により、熱が逃げるのを防ぐとともにエンジン負荷を高め、排気ガス温度を効率よく短時間で上昇させて酸化触媒装置１２ａの昇温性を向上させる。

このステップＳ１３の後は、ステップＳ１１に戻る。また、ステップＳ１２の判定で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上であると、ステップＳ１４に行く。なお、酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度として、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２と酸化触媒入口排気温度センサ３２で検出された第１排気ガス温度Ｔｇ１の両方を用い、この両方のそれぞれに対しての所定の判定温度として第１判定温度Ｔｃ１と第３判定温度Ｔｃ３を用いて、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１判定温度Ｔｃ１を超え、かつ、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第３判定温度Ｔｃ３を超えた時に酸化触媒装置１２ａの上流側にポスト噴射により未燃燃料を供給するようにすることもできる。

ステップＳ１４では、第２判定温度Ｔｃ２を算出する。この第２判定温度Ｔｃ２は、ステップＳ１６の第２排気ガス昇温制御の目標温度であり、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された排気ガスの温度である第２排気ガス温度（フィルタ温度指標温度）Ｔｇ２をこの温度Ｔｃ２以上に維持することにより、触媒付きフィルタ装置１２ｂに捕集されたＰＭの燃焼を良好な状態に維持する。この第２判定温度Ｔｃ２は、通常はＰＭの燃焼開始温度（例えば、約３５０℃）よりも高い値とし、例えば、５００℃程度とする。また、第２判定温度Ｔｃ２の値を時間によって多段階に変化させてもよい。

次のステップＳ１５では、第２排気ガス温度（フィルタ温度指標温度）Ｔｇ２のチェックを行う。この第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２より低いときは、ステップＳ１６の第２排気ガス昇温制御に行き、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上の時は、ステップＳ１７の温度維持制御に行く。

ステップＳ１６では、第２排気ガス昇温制御を、所定の時間（ステップＳ１５の第２排気ガス温度Ｔｇ２のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ２の間行う。この第２排気ガス昇温制御では、第１マルチ噴射用マップデータとは異なる第２マルチ噴射用マップデータに基くマルチ噴射を行う。このマルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングを決める第２マルチ噴射用マップデータは、第１マルチ噴射用マップデータと同様に、エンジン回転数と燃料噴射量、言い換えれば、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とをベースとするマップデータであり、実験や計算などにより予め設定され、制御装置に入力されている。

このマルチ噴射では、マルチ噴射の噴射量を排気ガス温度の維持に必要な量まで減少し、マルチ噴射の噴射タイミングに関しては、第１排気ガス昇温制御Ｓ１３時のマルチ噴射の噴射タイミングよりも遅れを少なくする。このマルチ噴射により、排気ガスの温度をある程度維持すると共に、ポスト噴射で燃料を酸化触媒装置１２ａに供給しながら、この燃料を酸化触媒で酸化させて、触媒付きフィルタ１２ｂに流入する排気ガス温度を上げる。

なお、排気ガスの昇温効率の向上を図るため、車両停車時には、排気絞り弁１５を併用し、排気ブレーキ弁１４を全開側にし、排気絞り弁１５を全閉側にすることにより、排気ブレーキ弁１４の閉弁時よりも通路面積を広げることができるので、エンジン負荷が軽減する。そのため、シリンダ内温度の上昇を減少し、ポスト噴射を可能とする。

そして、第２排気ガス昇温制御のマルチ噴射により排気ガス温度の昇温を継続すると共に、ポスト噴射により排気ガス中に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、この未燃燃料を酸化触媒装置１２ａで酸化してこの酸化熱により排気ガスの温度を更に昇温することができる。この昇温した排気ガスの温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上になると触媒付きフィルタ装置１２ｂに捕集されたＰＭが燃焼する。なお、この第２排気ガス昇温制御で、第２排気ガス温度Ｔｇ２を、制御目標の温度Ｔｃ２まで連続的に昇温してもよいが、二段階や多段階で昇温するようにしても良い。このステップＳ１６の後は、ステップＳ１８に行く。

そして、ステップＳ１５の判定で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上の場合には、ステップＳ１７で、エンジン１０のシリンダ内（筒内）噴射においてポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行なう温度維持制御を、所定の時間（ステップＳ１５の第２排気ガス温度Ｔｇ２の継続時間のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ３の間行う。

また、ステップＳ１７では、ＰＭ燃焼累積時間のカウントを行う。このカウントは、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上の場合にのみＰＭ燃焼累積時間ｔａをカウントする（ｔａ＝ｔａ＋Δｔ３）。このステップＳ１７の後は、ステップＳ１８に行く。

ステップＳ１８では、再生制御の終了か否かを判定するために、ＰＭ燃焼累積時間ｔａのチェックを行う。このチェックではＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間Ｔａｃを超えたか否かをチェックする。即ち、超えていれば、再生制御が完了したとして、ステップＳ１９に行き、超えてなければ、再生制御は完了していないとして、ステップＳ１１に戻る。そして、ＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間ｔａｃを超えるまで、ステップＳ１３の第１排気ガス昇温制御か、ステップＳ１６の第２排気ガス昇温制御か、ステップＳ１７の温度維持制御を行う。

そして、ステップＳ１９では、強制再生制御を終了して、車両停車中であれば、排気ブレーキ弁１４や排気絞り弁１５を通常運転状態に戻して、通常噴射制御に復帰する。その後、リターンする。

この強制再生制御によって、強制再生制御の際に、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された排気ガスの温度である第２排気ガス温度（触媒温度指標温度）Ｔｇ２、即ち、触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入する排気ガスの温度が所定の第１判定温度Ｔｃ１より低い場合は、シリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行う第１排気ガス昇温制御Ｓ１３を行い、触媒温度指標温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上の場合は、シリンダ内燃料噴射制御でマルチ噴射に加えてポスト噴射を行う第２排気ガス昇温制御Ｓ１６を行う。

上記の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム１によれば、前後差圧閾値ΔＰｓを走行距離ΔＭに関係なく一定に設定した場合よりも強制再生の頻度が増加するため、簡単なアルゴリズムで、触媒付きフィルタ装置１２ｂに偏在して蓄積されたＰＭをＰＭ蓄積量ΔＶが少ない間に燃焼除去することができる。これにより、ＰＭの過剰な蓄積量により強制再生時に発生する触媒付きフィルタ装置１２ｂの内部温度の過剰な上昇及びこれによる触媒付きフィルタ装置１２ｂの溶損を防止できる。

なお、上記の実施の形態では、排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置としては、上流側の酸化触媒装置１２ａと下流側の触媒付きフィルタ１２ｂとの組み合わせを例にして説明したが、酸化触媒を担持したフィルタであってもよい。更に、酸化触媒１２ａの上流側に未燃燃料（ＨＣ）を供給する方法としてポスト噴射で説明したが、排気通路１１に未燃燃料供給装置を配置して、この未燃燃料供給装置から直接排気通路１１内に未燃燃料を噴射する排気管内直接噴射の方法を採用してもよい。

本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態の強制再生開始の判断の流れの一例を示す図である。 本発明の実施の形態の強制再生開始の判断の制御とその効果を説明するための図である。 強制再生開始の判定の制御フローの例を示す図である。 強制再生の制御フローの例を示す図である。 従来技術の強制再生開始の判断の流れの一例を示す図である。 走行距離とＰＭ堆積量と前後差圧の関係を示す図である。 従来技術の強制再生開始の判断の制御とその問題点を説明するための図である。

符号の説明

１ 排気ガス浄化システム
１０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１ 排気通路
１２ 連続再生型ＤＰＦ装置
１２ａ 酸化触媒
１２ｂ 触媒付きフィルタ
３１ 差圧センサ
４０ 制御装置（ＥＣＵ）
ΔＰ 前後差圧
ΔＰｓ 前後差圧閾値
ΔＰｓ０ 基準の前後差圧閾値
ΔＭ 前回の強制再生後の車両の走行距離
ΔＭｓ 走行距離閾値
ΔＭ１ 第１走行距離
ΔＭ２ 第２走行距離
ΔＶ ＰＭ堆積量
ΔＶａ 過剰ＰＭ堆積量
ΔＶｓ 強制再生を開始したいＰＭ堆積量
α（ｃ），α（ΔＭ） 係数
α１，α２，α３，α４ 係数値

Claims (6)

1. 車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置を備え、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生開始時期を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する排気ガス浄化方法において、
   前記前後差圧閾値を、前回の強制再生後の車両の走行距離に応じて変化する係数を基準の前後差圧閾値に乗じて設定することを特徴とする排気ガス浄化方法。
2. 前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づく強制再生開始時期の判断に加えて、前回の強制再生後の車両の走行距離と所定の走行距離閾値との比較に基づく強制再生開始時期の判断を用いることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
3. 強制再生開始時期であると判断した時に、運転者に警告し、運転者から入力される強制再生開始の信号を受けて強制再生制御を実施する手動再生と、強制再生開始時期であると判断した時に、自動的に強制再生制御を実施する自動再生とを行うことを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化方法。
4. 車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生開始時期を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づいて判断する制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
   前記制御装置が、前記前後差圧閾値を前回の強制再生後の車両の走行距離に応じて変化する係数を基準の前後差圧閾値に乗じて設定することを特徴とする排気ガス浄化システム。
5. 前記制御装置が、前後差圧と所定の前後差圧閾値との比較に基づく強制再生開始時期の判断に加えて、前回の強制再生後の車両の走行距離と所定の走行距離閾値との比較に基づく強制再生開始時期の判断を用いることを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化システム。
6. 前記制御装置が、強制再生開始時期であると判断した時に、運転者に警告し、運転者から入力される強制再生開始の信号を受けて強制再生制御を実施する手動再生と、強制再生開始時期であると判断した時に、自動的に強制再生制御を実施する自動再生とを行うことを特徴とする請求項４又は５記載の排気ガス浄化システム。

Images