JP4185882B2

JP4185882B2 - 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、連続再生式の排気浄化装置（CR-DPF：Continuous Regeneratoin-Diesel Particulate Filter）の開発が注目される。連続再生式の排気浄化装置は、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、触媒の作用によりその堆積PMを連続的に自然再生（燃焼除去）するものあり、フィルタ（DPF：Diesel Particulate Filter）とその上流に配置される酸化触媒（DOC：Diesel Oxidation Catalyst ）との組み合わせるもの（特許文献１）、触媒再生型のフィルタ（CSF：Catalyzed Soot Filter）のみに拠るもの（特許文献２）、が開示される。

このような排気浄化装置においても、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、必要な時期に堆積PMの積極的な燃焼除去（強制再生）が行われるのである。
特開２００３−２０６７２４号特開２００３−１５５９１６号

強制再生の必要な時期（強制再生時期）を判定する手法については、フィルタ前後の差圧またはフィルタ上流の排気圧力から推定されるPM堆積量に基づいて判定する手法（特許文献１，特許文献２）と、運転状態の履歴から推定されるPM堆積量に基づいて判定する手法と、が試行される。前者の場合、フィルタ前後の差圧またはフィルタ上流の排気圧力にPM堆積量は敏感に反映しづらく、フィルタの目詰まり状態がある程度以上に進行しないと実測しがたいのである。後者の場合、環境条件など外乱要因に影響され、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が考えられる。

強制再生時期に行われる強制再生の制御については、フィルタ前後の差圧から推定されるPM堆積量に応じた目標温度を求め、目標温度とフィルタ入口の排気温度（実測値または推定値）との温度差に基づいてフィルタ入口の排気温度が目標温度に維持するべく複数の排気温度調節手段を統合的に制御するものがある（特許文献１）。複数の排気温度調整手段が統合的な制御の対象となるので、複雑な制御則が要求されるばかりでなく、複数の排気温度調整手段に操作量の制御が単純なON-FFに過ぎないデバイスも含まれるため、強制再生開始時の排気温度によっては、目標温度付近において、操作量の制御が単純なデバイスがON-OFFすることにより、フィルタ入口の排気温度が目標温度を挟み上下に大きく変化する可能性も考えられる。複数の排気温度調節手段に操作量がリニアに制御可能なデバイスも含まれるが、その操作量は目標温度とフィルタ入口の排気温度（実測値または推定値）との温度差に基づいて制御されるのみであり、運転状態の時々刻々と変遷する条件下において、フィルタ入口の排気温度を目標温度に安定よく維持するに十分な効果は期待しえない。

強制再生においては、PM堆積量に応じた最適なPM燃焼条件が安定的に制御することにより、PM燃焼量のバラツキが小さくなり、PM堆積量の推定（強制再生時期の判定）精度の向上に繋がる。また、PM堆積量の推定精度が向上すると、強制再生に必要な投入熱源の無駄も小さく抑えられ、燃費の悪化防止が促進されるのである。

この発明は、このような課題を踏まえつつ、その有効な解決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をフィルタに捕集しつつ触媒の作用によりその堆積PMを燃焼させる排気浄化装置において、フィルタのPM堆積量を推定する手段、PM堆積量の推定から強制再生時期かどうかを判定する手段、強制再生時期との判定によりPM堆積量の推定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、同じく判定により強制再生処理としてフィルタ温度が触媒の反応に必要な所定温度以上のときに触媒の反応を促進させるべく排気中に燃料を添加する手段、その添加量を強制再生温度とフィルタ入口の排気温度との偏差および排気流量に基づいて制御する手段、フィルタ入口の排気温度が強制再生温度以上の継続時間が強制再生時間に達すると強制再生処理を終了する手段、を備えるものにあって、前記燃料の添加量を制御する手段は、フィルタ入口の排気温度が強制再生温度以上の継続時間が計測されるとその間は排気流量に基づいて強制再生時間を補正する手段、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、強制再生処理として排気中に燃料を添加する手段は、ポスト噴射に依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、燃料の添加量を制御する手段は、ポスト噴射時期を運転状態およびポスト噴射の制御量に応じて制御する手段、を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明に係る排気浄化装置において、燃料の添加量を制御する手段は、運転状態に対応するメイン噴射量をポスト噴射の制御量に応じて補正する手段、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、フィルタのPM堆積量を推定する手段は、運転状態から推定されるPM排出量とフィルタのPM燃焼特性とから推定されるPM燃焼量との減算値を積算する算出値からPM堆積量を推定する手段、フィルタ前後の差圧またはフィルタ上流の排気圧力からPM堆積量を推定する手段、を備えることを特徴とする。

第１の発明においては、PM堆積量の推定から強制再生が必要な時期（強制再生時期）が判定されると、PM堆積量の推定に応じた強制再生温度および強制再生時間が設定され、フィルタ入口の排気温度が触媒の反応に必要な所定温度以上のときは、排気中に燃料が添加される。添加の燃料は、触媒上で反応するため、その反応熱を排気昇温の熱源に堆積PMの燃焼が促進され、フィルタ入口の排気温度が強制再生温度以上の継続時間が強制再生時間に達すると強制再生が終了する。燃料の添加量は、強制再生温度とフィルタ入口の排気温度との差および排気流量に基づいて制御される。つまり、フィルタ入口の排気温度を強制再生温度に高める必要な熱量が排気流量を含めて演算され、その熱量が燃料の添加量に変換されるのである。そのため、運転状態の時々刻々と変化する条件下においても、熱源が過不足なく投入される具合になり、フィルタ入口の排気温度を強制再生温度（PM堆積量に応じた最適なPM燃焼条件）に効率よく安定的に維持しえるので、PM燃焼量のバラツキも小さく抑えられる。また、PM燃焼量のバラツキが小さくなる分、強制再生時間を短く設定することが可能となる。

また、PM燃焼速度に影響を与える排気流量に基づいて強制再生時間が補正されるので、強制再生を遅滞なく適確に終了しえるようになる。

第２の発明においては、エンジンの燃料噴射装置がコモンレール式の場合、その噴射時期の自由度が高いという利点があり、ポスト噴射により、燃料の動力への変換効率が低いタイミングで筒内に燃料を有効に添加することが可能となる。

第３の発明においては、ポスト噴射時期の制御により、運転状態に拘わらず、添加燃料の動力への変換効率を低く維持可能となり、ポスト噴射に伴うトルク変動の防止が図れる。

第４の発明においては、ポスト噴射量が増えて動力への変換効率がアップするような場合においても、メイン噴射量の補正により、ポスト噴射に伴うトルク変動を抑えることが可能となる。

第５の発明においては、運転状態から推定されるPM排出量とフィルタのPM燃焼特性から推定されるPM燃焼量との減算値を積算する算出値からPM堆積量を推定するのは、実際値とのズレが経時的に大きくなる可能性があり、フィルタ前後の差圧またはフィルタ上流の排気圧力からPM堆積量を推定するのと併用することにより、PM堆積量が過剰となるのを防止しえるのである。

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，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，排気絞り弁１６，連続再生式フィルタ装置１７（CR-DPF）、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、通常制御のほか、強制再生用の昇温制御１，２が設定される。１８はEGR（排気還流）装置のEGRバルブ、１９はターボ過給機１２のタービンを迂回するターボバイパスの開閉バルブ（ターボバイパス弁）である。

CR-DPF１７は、DPF２１（Diesel Particulate Filter）と酸化触媒２２（DOC：Diesel Oxidation Catalyst ）とから構成される。DPF２１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の燃焼可能な着火温度を低めに設定するため、触媒再生型フィルタ（CSF：Catalyzed Soot Filter）が採用される。DOC２２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やNOx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（燃料噴射量）を検出するアクセル開度センサのほか、CR-DPF１７の入口圧力と出口圧力との差圧を検出する差圧センサ２３、DOC２２の入口温度を検出する温度センサ２６とDPF２１の入口温度を検出する温度センサ２４とDPF２１の出口温度を検出する温度センサ２５、吸気流量を検出するエアフローセンサ２７、等が設けられる。

図１３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ことにより、PM堆積量が所定値を超えると、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。排気温度とDPF前後の差圧との関係ついても、定常運転を想定すると、PM堆積量と排気温度との関係と同様の傾向となる。

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とから通常制御に基づいてインジェクタへの燃料噴射信号（メイン噴射量の指令およびメイン噴射時期の指令）を決定する。DPF２１の強制再生が必要な時期を判定すると、強制再生用の昇温制御に切り替わり、CR-DPF１７の雰囲気温度が所定値（例えば、230℃）を下回るときは、昇温制御１に基づいて、触媒の予熱手段を駆動するほか、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な燃料噴射信号（アフタ噴射量の指令およびアフタ噴射時期の指令）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、昇温制御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（ポスト噴射量の指令およびポスト噴射時期の指令）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１９，吸気絞り弁１４または排気絞り弁１６，ターボバイパス弁１９、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、ターボバイパス弁１９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。

DPF２１の強制再生が必要な時期の判定については、DPF２１のPM堆積量（運転状態から推定されるPM排出量とフィルタのPM燃焼特性から推定されるPM燃焼量との減算値を積算する算出値）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時期を判定する手段（図２のS8）と、が設定される。

図１０において、Tは強制再生用のインターバル、T0intは０リセット強制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。T0int＝T1＋T2＋T3＋T4＋T5，T1＜T，T3＜T，T2＝T，T4＝T，T5＜Tである。

DPF２１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。CR-DPF１７前後の差圧から強制再生時期を判定する手段においては、強制再生時期の判定基準となる所定値としてレベル１とこれより高いレベル２が設定され、これらレベル１，レベル２に基づく強制再生時期の判定毎に異な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温度が設定されるのである。

強制再生モードは、PM堆積量（算出値）の超過に基づく強制再生時期の判定，差圧レベル１の超過に基づく強制再生時期の判定，差圧レベル２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（図９、参照）。これらモードに対応する強制再生温度Treg1〜Treg5および強制再生時間T1〜T5は、強制再生用のマップ２に基づく昇温制御の目標温度であり、各強制再生モードが想定するPM堆積量に応じて設定される。

強制再生温度Treg1〜Treg5および強制再生時間T1〜T5については、図１１および図１２のようなマップから、PM堆積量の推定値（PM排出量とPM燃焼量との減算値を積算する算出値に基づく推定値，差圧に基づく推定値，強制再生用のインターバルに対応する運転時間に基づく推定値，０リセット強制再生用のインターバルに対応する運転時間に基づく推定値）に応じた検索値（強制再生温度および強制再生時間）を設定することも考えられる。

PM堆積量の算出（図２のS1）については、運転状態を代表するエンジン回転数Neおよびエンジン負荷Ｑに基づいて、単位時間あたりのPM排出量を求める。その一方、DPFのPM燃焼特性に基づいて、触媒の酸化作用により堆積PMの燃焼が開始される排気条件において、単位時間あたりのPM燃焼量を求める。具体的には、DPF２１の入口温度と空間速度（排気流量／フィルタ容量）とからDPF２１の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。そして、PM排出量からPM燃焼量を引く減算値を順次に積算することにより、DPF２１のPM堆積量を求めるのである。積算値は、負になる可能性があるので、負の積算値＝０に修正する処理が設定される。

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、運転状態から推定されるPM排出量とフィルタのPM燃焼特性とから推定されるPM燃焼量との減算値を積算する算出値を求める。S2においては、PM堆積量の算出値が所定値（しきい値）以上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、差圧がレベル１またはレベル２を超過かどうかを判定する。S5においては、運転時間のカウント値を読み込む。S6においては、運転時間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、かつそ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、運転時間のカウント値を読み込む。S8においては、運転時間のカウント値が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Treg１および強制再生時間T1を設定する。S4の判定に拠る場合、差圧レベル１の超過に対応する強制再生モードまたは差圧レベル２の超過に対応する強制再生モードにより、強制再生温度Treg2またはTreg3および強制再生時間T2またはT3を設定する。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Treg4および強制再生時間T4を設定する。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Treg5および強制再生時間T5を設定する。

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、DPF２１の入口温度および出口温度を監視しながら、昇温制御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制御する。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、DPF２１の入口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。DPF２１の入口温度が酸化処理に必要な温度に至ると昇温制御１から昇温制御２へ切り替わり、ポスト噴射により、筒内に添加の燃料が触媒上で酸化反応され、その反応熱により堆積PMの燃焼処理が促進される（図８、参照）。

S11においては、DPF２１の出口温度が強制再生温度（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、DPF２１の出口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、強制再生を終了すると共に通常の燃料噴射制御へ復帰するのである。

図４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（運転時間のカウント値が強制再生用のインターバルに達する）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、運転時間のカウント処理を継続する。

図５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、運転時間のカウントを０から開始する。S7.3においては、運転時間のカウント（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（運転時間のカウント値が０リセット強制再生用のインターバルに達する）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、運転時間のカウント処理を継続する。

図６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、DPF２１の入口温度（排気温度）が触媒の反応に必要な所定温度（しきい値）を超える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、昇温制御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。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）。

図７は、S10.3（図６、参照）の処理を説明するフローチャートであり、S10.11においては、強制再生開始許可（システムに異常がなく強制再生を正常に行える）かどうかを判定する。S10,12においては、DPFの入口温度が触媒の反応に必要な所定値を超えるかどうかを判定する。S10.11の判定がyesかつS10.12の判定がyesのときは、S10.13へ進む一方、S10.11の判定がnoまたはS10.12の判定がnoのときは、S10.13以降の処理（ポスト噴射）を停止する。

S10.13においては、吸気流量（エアフローセンサ２７の検出信号）と燃料噴射量Ｑ（アクセル開度センサの検出信号）とから排気流量Ｖを算出する。S10.14においては、強制再生温度（図２のS9において設定される）とDPF２１の入口温度との差△Ｔを算出する。強制再生温度は、各強制再生モードが想定するPM堆積量に応じた最適なPM燃焼条件の目標温度である。S10.15においては、温度差△Ｔと排気流量Ｖとからポスト噴射量Ｑpostを算出する。

S10.16においては、エンジン回転数Neおよびエンジン負荷Ｑに基づいて図１４のようなマップから運転領域を確定する。その運転領域に対応するマップ（図１５、参照）からポスト噴射量Ｑpostに応じたポスト噴射時期を求め、これら噴射量Ｑpostおよび噴射時期に基づくポスト噴射を実行する。

DPF２１のPM燃焼特性（PM燃焼速度）は、DPF２１の入口温度（排気温度）が一定の条件下においても、図１７のように排気流量（酸素導入量）によって変化する。そのため、昇温制御２（図６のS10.3、参照）においては、図１６のような補正係数Ｋが設定され、DPF２１の入口温度が強制再生温度以上の継続時間の計測（カウント）が開始されると、その間は排気流量の平均値を順次に求め、その平均値に対応する補正係数Ｋを求め、強制再生時間（S9の設定）を順次に補正する手段が設定されるのである。

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、差圧レベル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として想定されるPM堆積量に応じた強制再生温度および強制再生時間が設定され、これらに基づく終了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、想定されるPM堆積量が大きくなる程、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９，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のである。

昇温制御２における、ポスト噴射量Ｑpostは、温度差△Ｔおよび排気流量Ｖに基づいて制御されるので、運転状態の時々刻々に変化する条件下においても、DPFの入口温度が強制再生温度（PM堆積量に応じた最適な目標温度）に効率よく安定的に維持され、PM燃焼量のバラツキも小さく抑えられる。ポスト噴射については、運転領域毎に設定のマップからポスト噴射量に応じたポスト噴射時期に制御されるので、筒内に添加される燃料の動力への変換効率が低く維持され、ポスト噴射に伴うトルク変動およびドライバビリティの悪化を防止することができる。

PM堆積量の処理量（燃焼量）が安定するため、PM堆積量の推定精度も向上する。また、PM燃焼量のバラツキが小さくなる分、強制再生時間を短く最適に設定可能となり、PM燃焼速度（単位時間あたりのPM燃焼量）に影響を与える排気流量に基づいて、強制再生時間を補正する手段により、強制再生を遅滞なく適確に終了しえるようになり、ポスト噴射に伴う燃費の悪化を最小限に抑えられる。

ポスト噴射に伴うトルク変動およびドライバビリティの悪化を防止するため、筒内に添加される燃料の動力への変換効率がアップするような場合においては、それに応じてメイン噴射量を減側へ補正することが考えられる。昇温制御２の対象は、燃料のポスト噴射に限定されるものでなく、CR-DPF１７上流の排気通路１５への燃料を添加する装置を設定することもできる。昇温制御１の対象は、既述の予熱手段のほか、エンジンの負荷を強制的に高める装置（リターダブレーキやエンジン駆動の補機類など）も利用しえるのである。

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の設定例である。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の実行例である。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の設定例である。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の設定例である。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。

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）
１８ EGRバルブ
１９ターボバイパス弁
２０コントロールユニット
２１ DPF（CSF）
２２ DOC
２３差圧センサ
２４〜２６温度センサ
２７エアフローセンサ

Claims

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触媒の作用によりその堆積PMを燃焼させる排気浄化装置において、フィルタのPM堆積量を推定する手段、PM堆積量の推定から強制再生時期かどうかを判定する手段、強制再生時期との判定によりPM堆積量の推定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、同じく判定により強制再生処理としてフィルタ温度が触媒の反応に必要な所定温度以上のときに触媒の反応を促進させるべく排気中に燃料を添加する手段、その添加量を強制再生温度とフィルタ入口の排気温度との偏差および排気流量に基づいて制御する手段、フィルタ入口の排気温度が強制再生温度以上の継続時間が強制再生時間に達すると強制再生処理を終了する手段、を備えるものにあって、前記燃料の添加量を制御する手段は、フィルタ入口の排気温度が強制再生温度以上の継続時間が計測されるとその間は排気流量に基づいて強制再生時間を補正する手段、を備えることを特徴とする排気浄化装置。
強制再生処理として排気中に燃料を添加する手段は、ポスト噴射に依ることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
燃料の添加量を制御する手段は、ポスト噴射時期を運転状態およびポスト噴射の制御量に応じて制御する手段、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。
燃料の添加量を制御する手段は、運転状態に対応するメイン噴射量をポスト噴射の制御量に応じて補正する手段、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。
フィルタのPM堆積量を推定する手段は、運転状態から推定されるPM排出量とフィルタのPM燃焼特性とから推定されるPM燃焼量との減算値を積算する算出値からPM堆積量を推定する手段、フィルタ前後の差圧またはフィルタ上流の排気圧力からPM堆積量を推定する手段、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。