JP4150308B2

JP4150308B2 - 排気浄化装置

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Description

この発明は、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるPM（Particulate Matter:粒子状物質）を除去処理するための排気浄化装置に関する。

近年、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるPMの有望な低減手段のひとつとして、連続再生式フィルタ装置（CR-DPF：continuous Regeneratoin-Diesel Particulate Filter ）の開発が注目される（特許文献１〜特許文献４、参照）。連続再生式フィルタ装置は、エンジンの排気中に含まれるPMをフィルタに捕集しつつ、その捕集PMを触媒作用により連続的に燃焼除去するものである。このようなフィルタ装置においても、触媒には活性温度領域があり、これを下回るような排気温度での運転状態が長く継続すると、フィルタの連続再生が十分に行われず、PM堆積量が過剰になり、エンジン性能に悪影響を及ぼしかねない。また、触媒の活性温度領域に入るような排気温度での運転状態へ移行すると、フィルタの過剰に堆積するPMが急激に燃焼する可能性があり、フィルタの溶損や亀裂を生じやすくなる。そのため、必要な時期に強制的な堆積PMの燃焼除去（フィルタの強制再生）が行われるのである。
特開２００１−２８０１１８号特開２００３−１５５９１６号特開２００３−１５５９１８号特開２００３−１５５９１９号

強制再生の必要な時期（強制再生時期）を判定する方法については、エンジンの運転履歴から推定されるフィルタのPM堆積量から強制再生時期を判定する方法が試行される。その場合、環境条件など外乱要因やエンジンおよびフィルタの経時劣化に影響され、フィルタのPM堆積量を正確に推定するのが難しく、PM堆積量の推定値と実際値とのズレが経時的に大きくなる可能性もあり、強制再生（堆積PMの燃焼除去）を適正なタイミングに維持するのが難しい。このため、フィルタの亀裂や溶損の起因となるPMの過剰堆積を回避するべく、触媒作用によるPM燃焼量を安全側に少なく見積ることが考えられるが、少なく見積り過ぎると、強制再生の頻度が上がり、燃費の悪化を招きやすくなってしまう。

この発明は、このような不具合を回避しつつ、強制再生を効率よく適確に処理しえる手段の提供を目的とする。

第１の発明は、エンジンの排気中に含まれるPMを捕集しつつ触媒作用により燃焼させる排気浄化装置において、エンジンのPM排出量を求める手段、フィルタのPM燃焼量を求める手段、PM排出量からPM燃焼量を引く減算値を順次に積算してフィルタのPM堆積量を求める手段、PM堆積量が所定値以上のときに強制再生時期を判定する手段、運転時間または運転距離が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間に強制再生処理の履歴がないときに強制再生時期を判定する手段、運転時間または運転距離または強制再生回数がPM堆積量を定期的に初期化する０リセット強制再生用に設定のインターバルに達すると強制再生時期を判定する手段、強制再生時期との判定を受けるとフィルタ温度を積極的に高める強制再生処理を行う手段、エンジンの経時劣化の進度に応じてPM排出量を補正する手段、フィルタの経時劣化の進度に応じてPM燃焼量を補正する手段、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る排気浄化装置において、エンジンのPM排出量を求める手段は、エンジン回転数とエンジン負荷とからこれらをパラメータに設定されるマップに基づいてPM排出量を求める手段、を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明に係る排気浄化装置において、エンジンのPM排出量を求める手段は、エンジン負荷の変化率に応じてPM排出量を補正する手段、を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明に係る排気浄化装置において、エンジンのPM排出量を求める手段は、エンジン運転状態として空気過剰率を求める手段、空気過剰率からこれをパラメータに設定されるマップに基づいてスモーク濃度を求める手段、スモーク濃度と吸気流量と燃料流量とからPM排出量を求める手段、を備えることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明に係る排気浄化装置において、エンジンのPM排出量を求める手段は、エンジン運転状態として空気過剰率を求める手段、空気過剰率とエンジン回転数とからこれらをパラメータに設定されるマップに基づいてスモーク濃度を求める手段、スモーク濃度と吸気流量と燃料流量とからPM排出量を求める手段、を備えることを特徴とする。

第６の発明は、第１の発明に係る排気浄化装置において、フィルタのPM燃焼量を求める手段は、吸気流量と排気密度とから排気流量を求める手段、排気流量とフィルタ容積とから空間速度を求める手段、空間速度とフィルタ温度とからこれらをパラメータに設定されるマップに基づいてPM燃焼速度を求める手段、を備えることを特徴とする。

第７の発明は、第１の発明に係る排気浄化装置において、フィルタのPM燃焼量を求める手段は、フィルタ温度からこれをパラメータに設定されるマップに基づいてPM燃焼速度を求める手段、を備えることを特徴とする。

第８の発明は、第１の発明に係る排気浄化装置において、エンジンの経時劣化の進度に応じてPM排出量を補正する手段は、運転時間または運転距離から補正係数を求める手段、を備えることをことを特徴とする。

第９の発明は、第１の発明に係る排気浄化装置において、フィルタの経時劣化の進度に応じてPM燃焼量を補正する手段は、フィルタ温度が許容範囲を超える経過時間の積算値から補正係数を求める手段、を備えることを特徴とする。

第１の発明においては、強制再生時期の判定について、PM堆積量の推定に基づく判定方法と、強制再生用のインターバルに基づく判定方法と、０リセット強制再生用のインターバルに基づく判定方法と、が併用されるのであり、これらのチェックが働くため、PM堆積量が過剰に至るのを未然に回避しえる確率が高められる。また、強制再生用のインターバルに基づく再生処理および０リセット強制再生用のインターバルに基づく再生処理により、PM堆積量の実際値と推定値とのズレが補正されるので、PM堆積量の推定精度も高度に維持しえる。PM堆積量については、PM排出量とPM燃焼量とから、これらの減算値を順次に積算することにより求められる。PM排出量およびPM燃焼量は、エンジンの経時劣化の進度およびフィルタの経時劣化の進度に応じて補正されるので、実際量とのズレが僅少に抑えられ、PM堆積量の推定に基づく強制再生のタイミングを適正に維持しえる。

第２の発明においては、エンジンのPM排出量はエンジン回転数とエンジン負荷とからこれらをパラメータに設定されるマップ（エンジンの運転領域に対応するPM排出量特性マップ）から容易に求められる。

第３の発明においては、PM排出量（エンジン回転数とエンジン負荷とからこれらをパラメータに設定されるマップから求められる）は、エンジン負荷の変化率に応じて補正されるので、加速などの過度運転時に変化するPM排出量についても、これを高精度に求められるのである。

第４の発明においては、エンジン運転状態として空気過剰率が求められ、空気過剰率からこれをパラメータに設定されるマップ（空気過剰率に対応するスモーク濃度特性マップ）からスモーク濃度が求められ、スモーク濃度と吸気流量と燃料流量とからPM排出量が求められる。空気過剰率とスモーク濃度との関係は、加速などの過渡運転時においても、変化しないため、PM排出量に補正を加える必要がない。

第５の発明においては、空気過剰率およびエンジン回転数に対応するスモーク濃度が求められ、エンジンのPM堆積量を高精度に求められるのである。エンジン回転数毎のスモーク濃度と空気過剰率との関係についても、過渡運転で変化しないため、PM排出量に補正を加える必要がない。

第６の発明においては、吸気流量と排気密度とから排気流量が求められ、排気流量とフィルタ容積とから空間速度が求められ、空間速度とフィルタ温度とからこれらをパラメータに設定されるマップ（空間速度およびフィルタ温度に対応するPM燃焼速度特性マップ）からPM燃焼速度が求められる。これらの処理により、PM燃焼量（PM燃焼速度×単位時間）を高精度に求められるのである。

第７の発明においては、フィルタ温度からこれをパラメータに設定されるマップ（フィルタ温度に対応するPM燃焼速度特性マップ）からPM燃焼速度が容易に求められる。

第８の発明においては、運転時間または運転距離はエンジンの劣化進度に最も良く反映するので、これに対応する補正係数に基づいてエンジンの劣化進度に応じたPM排出量（ひいてはPM堆積量）の適確な補正が得られる。

第９の発明においては、フィルタ温度が許容範囲を超える経過時間（高温被暴時間）の積算値は、フィルタの劣化進度に最も良く反映するので、これに対応する補正係数に基づいてフィルタの劣化進度に応じたPM燃焼量（ひいてはPM堆積量）の適確な補正が得られる。

図１において、１０はディーゼルエンジンであり、コモンレール式燃料噴射装置（図示せず）を備える。エンジン１０の吸気通路１１にターボ過給機１２のコンプレッサ１２ａ，インタクーラ１３，吸気絞り弁１４が介装される。エンジン１０の排気通路１５にターボ過給機１２のタービン１２ｂ，排気絞り弁１６，連続再生式フィルタ装置（CR-DPF）１７、が介装される。コモンレール式燃料噴射装置は、コモンレールに燃料を蓄圧する高圧ポンプと、コモンレールに各気筒の噴射ノズルを接続する燃料供給管と、を備える。燃料噴射装置および後述の予熱手段を制御するのがコントロールユニット２０であり、通常の制御マップのほか、強制再生用の昇温制御マップが格納される。２１はEGR（排気還流）装置のEGRバルブ、２２はターボ過給機１２のタービン１２ｂを迂回するターボバイパスの開閉バルブである。

１７は、DPF（Diesel Particulate Filter）２５と酸化触媒２６（DOC：Diesel Oxidation Catalyst ）とから構成される。DPF２５は、ハニカム構造体に形成され、その格子状に区画される流路（セル）の入口と出口が交互に目封じされる。つまり、入口の目封じされる流路と出口の目封じされる流路とが交互に隣接され、これらを区画する多孔質の隔壁が排気の通過を許容するようになっている。この例においては、隔壁に捕集されるPMの着火温度を低めに設定するため、触媒（アルミナなど）付きフィルタ（CSF：Catalyzed Soot Filter）が採用される。DOC２６は、触媒を担持するハニカム構造体に形成され、ハニカム構造体の格子状に区画される流路を通過する排気に含まれる主にHC（炭化水素）を酸化処理するものであり、その反応熱により触媒温度が上昇して堆積PMの燃焼を促進するのである。

コントロールユニット２０の制御に必要な検出手段として、エンジン回転数Neを検出する回転センサ（クランク角センサを兼ねる）およびエンジン負荷q（例えば、燃料噴射量）を検出する負荷センサのほか、１７の入口圧力と出口圧力との差圧を検出する差圧センサ３０、DPF２５の入口温度を検出する温度センサ３１ａとDPF２５の出口温度を検出する温度センサ３１ｂ、吸気流量を検出するエアフローセンサ３２、等が設けられる。差圧センサ３０は、１７の入口圧力を検出する圧力センサのみでも良い。

図１０は、PM堆積量と排気温度との関係を表す例示するものであり、PM排出量＝PM燃焼量となる基準温度を上回る排気温度の運転状態のときは、PM燃焼量＞PM排出量となり、PM堆積量が減少する一方、基準温度を下回る排気温度の運転状態のときは、PM燃焼量＜PM排出量となり、PM堆積量が増加する。そのため、基準温度を下回る排気温度の運転状態が継続すると、エンジン性能の低下を回避するため、強制再生が必要となるのである。CR-DPF１７前後の差圧または排気圧力と排気温度との関係についても、PM堆積量と排気温度との関係と同様である。

コントロールユニット２０は、エンジン回転数Neとエンジン負荷ｑとから通常の制御マップに基づいて噴射ノズルへの燃料噴射信号（噴射量の指令および噴射時期の指令）を決定する。DPF２５の強制再生が必要な時期を判定すると、通常の制御マップから強制再生用の昇温マップに切り替わり、CR-DPF１７の雰囲気温度が所定値（例えば、230℃）を下回るときは、触媒の予熱手段を駆動するほか、必要があれば昇温マップ１に基づいて燃料のメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うような燃料噴射信号を決定する一方、CR-DPF１７の雰囲気温度が所定値以上のときは、昇温マップ２に基づいてメイン噴射から大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行うような燃料噴射信号を決定するのである。

触媒の予熱手段については、EGRバルブ２１，吸気絞り弁１４または排気絞り弁１６，ターボバイパスの開閉バルブ２２、の少なくとも１つがエンジン１０の排気温度を積極的に高める制御に利用される。ターボ過給機１２が可変ノズル式の場合、ターボバイパスの開閉バルブ２２に代えて可変ノズルを触媒の予熱手段として制御することも考えられる。

DPF２５の強制再生が必要な時期の判定については、DPF２５のPM堆積量が所定値以上のときに強制再生時期を判定する手段（図２のS2）と、CR-DPF１７前後の差圧が所定値以上のときに強制再生時期を判定する手段（図２のS4）と、PM堆積量に基づく強制再生の完了から計測される運転時間（または運転距離）が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間に強制再生の履歴がないときに強制再生時期を判定する手段（図２のS6）と、運転時間（または運転距離または強制再生の回数）がPM堆積量を定期的に初期化する０リセット強制再生用のインターバルに達すると強制再生を判定する手段（図２のS8）と、が設定される。

図１１において、Tは強制再生用のインターバル、T0intは０リセット再生用のインターバルであり、☆はT0int毎の０リセット強制再生、○はPM堆積量に基づく強制再生、◇は強制再生用のインターバルTに基づく強制再生、の実行を例示する。T1＜T，T3＜T，T2＝T，T4＝T，T5＜Tである。

DPF２５の強制再生時期は、このような複数の異なる方法に基づいて判定され、これら何れかの判定を受けると、そのときの判定方法に対応する強制再生モードとしてPM堆積量に応じた強制再生温度および強制再生時間を設定する手段（図２のS9）が設定される。強制再生モードは、PM堆積量の超過に基づく強制再生時期の判定，差圧の超過に基づく強制再生時期の判定，強制再生用のインターバルに基づく強制再生時期の判定，０リセット強制再生用のインターバルに基づく強制再生時期の判定、から選定される。これらモードに対応する強制再生温度は、昇温制御の目標温度であり、PM堆積量に応じて設定される（図１２、参照）。強制再生時間については、PM堆積量および強制再生温度に応じて設定される（図１３、参照）。そして、DPF２５の出口温度または入口温度または出口温度と入口温度との平均値が強制再生モードに設定される強制再生温度以上の継続状態が強制再生時間に及ぶと、昇温マップ２に基づく燃料噴射制御を解除する手段（図３のS11およびS12）が設定される。

PM堆積量の算出（図２のS1）については、エンジン運転状態としての空気過剰率を求める手段（図４のS1.1）、空気過剰率からこれをパラメータに設定される図１４のようなマップ（空気過剰率に対応するスモーク濃度特性マップ）からスモーク濃度を求める手段（図４のS1.2）、スモーク濃度と吸気流量（エアフローセンサ３０の検出信号）と燃料流量（エンジン負荷センサの検出信号）とからPM排出量を求める手段（図４のS1.3）、吸気流量と排気密度とから排気流量を求める手段（図４のS1.4）、排気流量とDPF容積とから空間速度を求める手段（図４のS1.5）、空間速度とDPF２５の雰囲気温度（DPFの出口温度または入口温度またはこれらの平均値）とからこれらをパラメータに設定される図１９のようなマップ（空間速度−DPF温度に対応するPM燃焼速度特性マップ）からPM燃焼速度を求める手段（図４のS1.6）、PM堆積量としてPM排出量からPM燃焼量を引く減算値を順次に積算する手段（図４のS1.7）、が設定される。

図４のS1,1〜図４のS1.3が、エンジン１０のPM排出量を求める手段、図４のS1.4〜図４のS1,6が、DPFのPM燃焼量を求める手段、図４のS1.7が、DPFのPM堆積量を求める手段、を構成する。図４のS1,7においては、PM排出量からPM燃焼量（PM燃焼速度×単位時間）を引く減算値は、負になる可能性があるので、負の減算値＝０に修正する処理が設定される。

エンジン１０のPM排出量を求める手段（図４のS1,1〜図４のS1.3）については、エンジン回転数Neとエンジン負荷ｑ（燃料噴射量）とからこれらをパラメータに設定される図１６のようなマップ（エンジンの運転領域に対応するPM排出量特性マップ）からPM堆積量を求める手段に代えることが考えられる。エンジン回転数Neおよび燃料噴射量ｑに対応するPM堆積量は、過度運転（加減速など）時に変化するため、図１７のようなマップから燃料噴射量ｑの変化率に対応する補正係数に基づいて過度補正を加えるようにすると良い。

DPFのPM燃焼量を求める手段（図４のS1.4〜図４のS1,6）については、DPF２５の雰囲気温度からこれをパラメータに設定される図２０または図２１のようなマップ（DPF温度に対応するPM燃焼速度特性マップ）に基づいてPM燃焼速度を求めることも考えられる。図２１のPM燃焼速度特性マップは、ある基準温度（しきい値）を境にそれ以上の温度領域でPM燃焼速度が一律に設定される。

エンジン１０の経時劣化が進むと、PM排出量の算出値と実際値とのズレが、DPF２５の経時劣化が進むと、PM燃焼量の算出値と実際値とのズレが、大きくなりかねないので、これらのズレを回避するため、エンジン１０のPM排出量を求める手段，DPFのPM燃焼量を求める手段においては、図２３，図２４のようなマップに基づく補正処理が行われる。図２３のマップは、運転時間または運転距離に対応する補正係数を設定するものであり、エンジン１０の経時劣化に最も良く反映する運転時間または運転距離をパラメータに補正係数が求められ、PM排出量の算出値に乗算される。図２４のマップは、DPFの出口温度が許容範囲を超える経過時間（高温被爆時間）の積算値に対応する補正係数を設定するものであり、DPFの経時劣化に最も良く反映する高温被爆時間の積算値をパラメータに補正係数が求められ、PM燃焼量の算出値に乗算されるのである。

図２，図３は、コントロールユニット２０の制御内容を説明するフローチャートであり、S1においては、DPF２５のPM堆積量を算出する。S2においては、PM堆積量の算出値（推定量）が所定値（しきい値）を上回るかどうかを判定する。S3においては、CR-DPF１７前後の差圧を読み込む。S4においては、差圧が所定値（しきい値）上回るかどうかを判定する。S5においては、運転時間（または運転距離）のカウント値を読み込む。S6においては、強運転時間（または運転距離）のカウント値が強制再生用のインターバルに達したかどうか、かつインターバルの間に強制再生の履歴がないかどうか、を判定する。S7においては、運転時間（または運転距離または強制再生回数）のカウント値を読み込む。S8においては、運転時間（または運転距離または強制再生回数）のカウント値が０リセット強制再生用のインターバルに達したかどうかを判定する。

S2の判定がnoかつS4の判定がnoかつS6の判定がnoかつS8の判定がnoのときは、S1へ戻る。S2の判定がyesまたはS4の判定がyesまたはS6の判定がyesまたはS8の判定がyesのときは、S9へ進む。S9においては、強制再生時期の判定（yes）がS2の判定〜S8の判定の何れかに拠るのかに応じて強制再生モードを選定する。S2の判定に拠る場合、PM堆積量の超過に対応する強制再生モードにより、強制再生温度および強制再生時間をPM堆積量に応じて設定する。S4の判定に拠る場合、差圧の超過に対応する強制再生モードにより、強制再生温度および強制再生時間をPM堆積量に応じて設定する。S6の判定に拠る場合、強制再生用のインターバルに対応する強制再生モードにより、強制再生温度および強制再生時間をPM堆積量に応じて設定する。S8の判定に拠る場合、０リセット強制再生用のインターバルに対応する強制再生モードにより、強制再生温度および強制再生時間をPM堆積量に応じて設定する。

S10においては、選定の強制再生モードに基づいて強制再生を実行する。触媒の酸化反応に十分な排気温度の運転状態のときは、DPF２５の出口温度または入口温度またはこれらの平均値を監視しながら、昇温マップ２に基づいてメイン噴射から大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行うように燃料噴射装置を制御する（昇温制御２）。触媒の酸化反応に必要な排気温度を下回る運転状態のときは、CR-DPF１７の雰囲気温度を監視しながら、触媒の予熱手段を制御するほか、必要があれば昇温マップ１に基づいてメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うように燃料噴射装置を制御する（昇温制御１）。アフタ噴射においては、燃料の発熱量のうちの動力に使用されない熱量が増えて排気温度が上昇するため、DPF２５の触媒も堆積PMの酸化処理に必要な温度へ高められるのである。触媒温度が酸化処理に必要な温度に至ると昇温マップ１から昇温マップ２へ切り替わり、ポスト噴射により、排気中に添加される未燃燃料が触媒上で酸化反応され、その反応熱により触媒温度を上昇させるため、堆積PMの燃焼処理が促進される（図２５、参照）。

S11においては、DPFの出口温度または入口温度またはこれらの平均値が強制再生温度（しきい値）に達するかどうか、を判定する。S11の判定がyesになると、S12へ進む一方、S11の判定がnoのときは、yesになるまで判定を繰り返す。S12においては、DPFの雰囲気温度が強制再生温度以上の継続時間が強制再生時間（しきい値）に達したかどうかを判定する。S12の判定がyesになると、S13へ進む一方、S12の判定がnoのときは、yesになるまで判定を繰り返す。S13においては、強制再生モードをリセットする。S14においては、強制再生の昇温制御を解除すると共に通常の燃料噴射へ復帰するのである。

図４は、S1（図２、参照）の処理を説明するフローチャートであり、S1.1においては、吸気流量と燃料流量とから空気過剰率を算出する。S1.2においては、空気過剰率から図１４のマップに基づいてスモーク濃度を求める。S1.3においては、スモーク濃度と吸気流量と燃料流量とからPM排出量を算出する。図１４の空気過剰率に対応するスモーク濃度特性マップについては、図１５のようにエンジン回転数Neごとに設定すると、空気過剰率に対応するスモーク濃度がエンジン回転数Neごとにきめ細かく求められるのである。

S1.4においては、吸気流量と排気の密度とから排気流量＝吸気流量／排気の密度を算出する。排気の密度は、空気の密度と同等であるとの仮定に基づいて、排気温度（DPF２５の入口温度と出口温度との平均値）とCR-DPF１７前後の差圧とから求める。S1.5においては、排気流量とDPF容量とから、触媒による化学反応の効率に影響を与える空間速度＝排気流量／フィルタ容量を算出する（図１８、参照）。S1.6においては、空間速度とDPFの触媒温度（DPF２５の出口温度または入口温度または出口温度と入口温度との平均値）とから図１９のマップに基づいてPM燃焼速度を求め、単位時間あたりのPM燃焼量に変換する。

S1.7においては、PM排出量からPM燃焼量を引く減算値を順次に積算することにより、DPFのPM堆積量を算出する。減算値＝PM排出量−PM燃焼量が負となる可能性があり、このようなの場合、減算値＝０に修正するのである。

図５は、S3（図２、参照）の処理を説明するフローチャートであり、S3.1においては、差圧センサ３０の検出信号および温度センサ３１ａ，３１ｂの検出信号を読み込む。S3.2においては、DPF２５の入口温度および出口温度に基づいて、強制再生時期の判定基準値と対比される、CR-DPF１７前後の差圧を補正する。

CR-DPF１７前後の差圧は、DPF２５のPM堆積量が同一の場合においても、運転条件に応じて大きく変化するので、差圧の検出を特性の運転条件に制限することが考えられる。図６は、その具体的な処理を説明するフローチャートであり、S3.01においては、エンジンの運転状態が差圧検出の許可条件を満たすかどうかを判定する。S3.01の判定がyesのときは、S3.02およびS3.03へ進み、図５のS3.1およびS3.2と同様の処理を行う一方、S3.01の判定がnoのときは、差圧検出の許可条件が成立するかどうかの判定を繰り返すのである。これにより、強制再生時期の判定に用いられる検出値（排気圧力または差圧）も安定するため、強制再生時期の判定が正確に行えるようになる。S3.01の処理に代わる手段として、図２２のようなマップに基づいて、差圧のしきい値（差圧に基づく強制再生時期の判定基準となる所定値）を排気流量に応じて補正する処理も考えられる。

図７は、S5（図２、参照）の処理を説明するフローチャートであり、S5.1においては、強制再生の完了かどうかを判定する。S5.1の判定がyesのときは、S5.2において、運転時間（または運転距離）のカウントを０から開始する。S5.3においては、運転時間（または運転距離）のカウント（計測）を処理する。S5.4においては、強制再生の開始かどうかを判定する。S5.4の判定がyesのときは、S5.5において、運転時間（または運転距離）のカウント値を０にリセットする。S5.1の判定がnoのときは、強制再生の完了かどうかの判定を繰り返す。S5.4の判定がnoのときは、S5.3へ戻り、運転時間（または運転距離）のカウント処理を継続する。

図８は、S7（図２、参照）の処理を説明するフローチャートであり、S7.1においては、０リセット強制再生の完了かどうかを判定する。S7.1の判定がyesのときは、S7.2において、運転時間（または運転距離または強制再生回数）のカウントを０から開始する。S7.3においては、運転時間（または運転距離または強制再生回数）のカウント（計測）を処理する。S7.4においては、０リセット強制再生の開始かどうかを判定する。S7.4の判定がyesのときは、S7.5において、運転時間（または運転距離または強制再生回数）のカウント値を０にリセットする。S7.1の判定がnoのときは、０リセット強制再生の完了かどうかの判定を繰り返す。S7.4の判定がnoのときは、S7.3へ戻り、運転時間（または運転距離または強制再生回数）のカウント処理を継続する。

図９は、S10（図２、参照）の処理を説明するフローチャートであり、S10.1においては、昇温制御１が有効な下限値を下回る排気温度の運転状態かどうか判定する。S10.1の判定がyesのときは、S10.2へ進む一方、S10．１の判定がnoのときは、S10.5において、通常の制御マップに基づく燃料噴射を継続しつつ、昇温制御１への移行に待機する。

S10.2においては、触媒の酸化反応に十分な排気温度の運転状態かどうかを判定する。S10.2の判定がyesのときは、S10.3において、通常の制御マップを昇温マップ２へ切り替えることにより、メイン噴射から大幅に遅れるタイミングでポスト噴射を行うように燃料噴射装置を制御する（昇温制御２）。その一方、S10.2の判定がnoのときは、S10.4において、触媒の予熱手段を制御するほか、必要があればメイン噴射に続いて燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行うように燃料噴射装置を制御する（昇温制御１）。

昇温制御２（S10.3）においては、堆積PMの異常燃焼によりDPF２５の雰囲気温度が急激に上昇する可能性が全くないわけでないため、DPFの雰囲気温度が許容範囲の上限値に達すると、燃料のポスト噴射を中止するように設定すると良い。

DPF２５の強制再生時期の判定については、PM堆積量の推定に基づく判定方法と、差圧に基づく判定方法と、強制再生用のインターバルに基づく判定方法と、０リセット強制再生用のインターバルに基づく判定方法と、が併用されるのであり、これらのチェックが働くため、PM堆積量が過剰に至るのを未然に回避しえる確率が高められる。これら判定方法に対応する強制再生モードが選定され、PM堆積量に応じた強制再生温度および強制再生時間に基づく解除条件が成立するまでの間、CR-DPF１７の昇温制御が行われるのである。このため、強制再生時期の判定方法によりPM堆積量の判定レベルが異なっても、強制再生をそのときのPM堆積量に適合する燃焼形態（燃焼時間や燃焼温度）をもって効率よく適正に処理しえるようになり、過剰な強制再生による燃費の悪化や堆積PMの異常燃焼によるフィルタおよび触媒の劣化を防止できる。

具体的には、PM堆積量の算出値が大きくなる程、昇温制御２の目標温度（強制再生温度）が低く設定される（図１３、参照）ので、堆積PMの異常燃焼が防止され、強制再生を効率よく適正に制御できるのである。また、強制再生用のインターバルに基づく再生処理および０リセット強制再生用のインターバルに基づく再生処理により、PM堆積量の実際値と推定値とのズレが補正されるので、PM堆積量の推定精度も高度に維持しえる。

PM堆積量に基づく強制再生時期の判定基準となる所定値（しきい値）として想定されるPM堆積量レベルは、差圧に基づく強制再生時期の判定基準となる所定値（しきい値）として想定されるPM堆積量レベルよりも低く設定すると、PM堆積量の実際値よりも算出値が下回るようなズレの場合においても、差圧に基づく強制再生時期の判定により、過剰にPMが堆積することを回避しえるのである。

堆積PMの異常燃焼を回避する手段として、DPF２５の出口温度または入口温度またはこれらの平均値に応じて排気中の酸素濃度を制御することにより、DPF２５の雰囲気温度を許容範囲の上限値以下に抑えることも考えられる。その場合、コントロールユニット２０において、EGR弁２１，吸気絞り弁１４または排気絞り弁１５，ターボバイパスの開閉バルブ２２または可変ノズル式ターボ過給機の可変ノズル、などを対象に排気中の酸素濃度をDPF２５の昇温に応じて減少させるような制御機能が設定されることになる。

システムの構成を説明する概要図である。コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。コントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容に係る強制再生モード設定例である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。コントロールユニットの制御内容を説明する特性図である。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン
１１吸気通路
１２ターボ過給機
１４吸気絞り弁
１５排気通路
１６排気絞り弁
１７ CR-DPF（連続再生式フィルタ装置）
２０コントロールユニット
２１ EGRバルブ
２２ターボバイパスの開閉バルブ
２５ DPF（CSF）
２６ DOC（酸化触媒）
３０差圧センサ
３１ａ，３１ｂ温度センサ
３２エアフローセンサ

Claims

エンジンの排気中に含まれるPMを捕集しつつ触媒作用により燃焼させる排気浄化装置において、エンジンのPM排出量を求める手段、フィルタのPM燃焼量を求める手段、PM排出量からPM燃焼量を引く減算値を順次に積算してフィルタのPM堆積量を求める手段、PM堆積量が所定値以上のときに強制再生時期を判定する手段、運転時間または運転距離が強制再生用に設定のインターバルに達するとその間に強制再生処理の履歴がないときに強制再生時期を判定する手段、運転時間または運転距離または強制再生回数がPM堆積量を定期的に初期化する０リセット強制再生用に設定のインターバルに達すると強制再生時期を判定する手段、強制再生時期との判定を受けるとフィルタ温度を積極的に高める強制再生処理を行う手段、エンジンの経時劣化の進度に応じてPM排出量を補正する手段、フィルタの経時劣化の進度に応じてPM燃焼量を補正する手段、を備えることを特徴とする排気浄化装置。
エンジンのPM排出量を求める手段は、エンジン回転数とエンジン負荷とからこれらをパラメータに設定されるマップに基づいてPM排出量を求める手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
エンジンのPM排出量を求める手段は、エンジン負荷の変化率に応じてPM排出量を補正する手段、を備えることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
エンジンのPM排出量を求める手段は、エンジン運転状態として空気過剰率を求める手段、空気過剰率からこれをパラメータに設定されるマップに基づいてスモーク濃度を求める手段、スモーク濃度と吸気流量と燃料流量とからPM排出量を求める手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
エンジンのPM排出量を求める手段は、エンジン運転状態として空気過剰率を求める手段、空気過剰率とエンジン回転数とからこれらをパラメータに設定されるマップに基づいてスモーク濃度を求める手段、スモーク濃度と吸気流量と燃料流量とからPM排出量を求める手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタのPM燃焼量を求める手段は、吸気流量と排気密度とから排気流量を求める手段、排気流量とフィルタ容積とから空間速度を求める手段、空間速度とフィルタ温度とからこれらをパラメータに設定されるマップに基づいてPM燃焼速度を求める手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタのPM燃焼量を求める手段は、フィルタ温度からこれをパラメータに設定されるマップに基づいてPM燃焼速度を求める手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
エンジンの劣化進度に応じてPM排出量を補正する手段は、運転時間または運転距離から補正係数を求める手段、を備えることをことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタの劣化進度に応じてPM燃焼量を補正する手段は、フィルタ温度が許容範囲を超える経過時間の積算値から補正係数を求める手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。