JP4496126B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排ガス中のパティキュレートを捕集する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では一般に、内燃機関の排気系にフィルタが設けられており、内燃機関から排出された排ガス中のパティキュレートがフィルタに捕集される。フィルタにおけるパティキュレートの堆積量が多くなると、排圧が上昇することによって、内燃機関の出力や燃費の低下を招く。このため、これを防止するために、フィルタを加熱することによって、堆積したパティキュレートを燃焼させることで、フィルタを再生する内燃機関の排ガス浄化装置が従来から知られており、例えば特許文献１に開示されている。

この排ガス浄化装置では、内燃機関の運転中に、フィルタの上流側および下流側の排気管内の圧力をそれぞれ検出するとともに、前者と後者との圧力差（以下「差圧」という）に応じて、フィルタに捕集されたパティキュレートの捕集量を算出し、算出した捕集量が下限捕集量と上限捕集量の間にあるときに、フィルタの再生を実行する。また、この排ガス浄化装置では、捕集量が上限捕集量以上のときには、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積しているとして、フィルタの再生を禁止する。これにより、過剰に堆積したパティキュレートの急激な燃焼による熱暴走によってフィルタが過熱状態になるのを防止し、フィルタの亀裂や溶損などを防止するようにしている。また、フィルタの再生を禁止したときには、警告灯を点灯させ、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積した状態になっていることを運転者に知らせるようになっている。

しかし、フィルタの上流側と下流側との差圧は、パティキュレートの堆積量だけでなく、内燃機関の運転状態によっても変化する。特に、アイドル運転のような低回転状態では、排ガス量が少ないので、排圧が小さく、差圧もまた小さくなる。これに対して、従来の排ガス浄化装置では、フィルタの上流側と下流側との差圧に応じて捕集量を算出しているだけなので、堆積量を正確に推定できないおそれがある。例えば、上述したような内燃機関の低回転状態では、差圧が小さくなるために、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積しているにもかかわらず、推定した捕集量が上限捕集量を下回る場合がある。その場合には、フィルタの再生が禁止されず、フィルタの再生が実行されてしまうことにより、フィルタが過熱状態になり、フィルタの亀裂や溶損などが生じるおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、フィルタに堆積したパティキュレートの堆積量を確認的に精度良く推定でき、推定したパティキュレートの堆積量に基づいてフィルタの再生を適切に禁止することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

特開平８−２８４６４３号公報

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関３から排気系（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に排出された排ガス中のパティキュレートを捕集することによって、排ガスを浄化する内燃機関３の排ガス浄化装置１であって、排気系に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ１１と、フィルタ１１の上流側と下流側との間の排気系の差圧ＤＰを検出する差圧センサ２２と、フィルタ１１に捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する第１堆積量推定手段（クランク角センサ２０、ＥＣＵ２、図２のステップ１）と、推定されたパティキュレート堆積量（ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳ）が所定の第１しきい値ＰＭＳＬＭＴ１に達したときに、フィルタ１１に堆積したパティキュレートを燃焼させることによりフィルタ１１を再生するフィルタ再生手段（インジェクタ６、ＥＣＵ２、図２のステップ５）と、内燃機関３の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を所定の回転数（過堆積判定用の回転数ＮＥＣＨＫ）に上昇させる回転数上昇手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１２）と、内燃機関３の回転数を上昇させたときに差圧センサ２２で検出された差圧ＤＰに応じて、フィルタ１１に捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する第２堆積量推定手段（差圧センサ２２、ＥＣＵ２、図３のステップ１５）と、第２堆積量推定手段により推定されたパティキュレート堆積量（ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳ）が、第１しきい値よりも大きな所定の第２しきい値ＰＭＳＬＭＴ２以上のときに、フィルタ１１の再生を禁止するフィルタ再生禁止手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１６〜１８）と、を備え、内燃機関３は車両Ｖに駆動源として搭載されており、第１堆積量推定手段によるパティキュレート堆積量の推定、およびフィルタ再生手段によるフィルタ１１の再生を、車両Ｖの走行中に実行し、第２堆積量推定手段によるパティキュレート堆積量の推定、および推定されたパティキュレート堆積量に基づくフィルタ１１の再生の禁止を、車両Ｖのサービス点検時に実行することを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排出された排ガス中のパティキュレートが、排気系に設けたフィルタに捕集される。第１堆積量推定手段は、フィルタに堆積したパティキュレートの堆積量を推定し、推定したパティキュレート堆積量が所定の第１しきい値に達したときに、フィルタ再生手段によってフィルタの再生が行われる。また、回転数上昇手段によって内燃機関の回転数を所定の回転数に上昇させるとともに、そのときに差圧センサで検出したフィルタの上下流間の排気系の差圧に応じ、第２堆積量推定手段によって、フィルタに堆積したパティキュレートの堆積量を推定する。そして、そのように推定したパティキュレート堆積量が所定の第２しきい値以上のときには、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積している状態になっているとして、再生禁止手段によってフィルタの再生が禁止される。

以上のように、第１堆積量推定手段によって推定されたパティキュレート堆積量が第１しきい値に達したときに、フィルタの再生を行う。また、内燃機関の回転数を上昇させるとともに、そのときに検出されたフィルタの上下流間の差圧に応じて第２堆積量推定手段により推定されたパティキュレート堆積量が、第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のときに、フィルタの再生を禁止する。内燃機関の回転数を上昇させることによって、排ガス量が多くなり、それに伴い排圧は大きくなる。このため、フィルタの上下流間の差圧がより大きくなり、明確に現れる。また、内燃機関を所定の回転数に保持するので、運転状態の変化に伴う排圧の変動による差圧への影響を排除できる。したがって、このときに検出した差圧に応じてパティキュレートの堆積量を精度良く推定でき、推定したパティキュレートの堆積量が第２しきい値以上のときに、フィルタがパティキュレートの過堆積状態にあるとしてフィルタの再生を適切に禁止することができる。それにより、過熱に起因するフィルタの亀裂や溶損などを確実に防止することができる。

また、内燃機関が車両に搭載されており、第１堆積量推定手段によって推定されたパティキュレート堆積量に基づくフィルタの再生が、車両の走行中に実行される。また、車両の走行中に、パティキュレートの過堆積状態を表示する警告灯が点灯したなどのために、車両がサービス工場に持ち込まれた場合には、そのサービス点検時に、回転数上昇手段によって内燃機関の回転数を上昇させ、そのときのパティキュレート堆積量を推定し、推定したパティキュレート堆積量に基づいてフィルタの再生を禁止する。

このように、パティキュレートの過堆積状態を表示する警告灯の点灯などによって、車両がサービス工場に持ち込まれた場合でも、フィルタの再生を直ちに行うのではなく、上述した第２堆積量推定手段によって推定されたパティキュレート堆積量に基づいて、過堆積状態であるか否かを確認的に判定する。したがって、走行中における過堆積状態の判定の信頼性にかかわらず、フィルタが実際に過堆積状態であるか否かを確認的に精度良く判定することができる。そして、その判定結果に応じ、フィルタが過堆積状態と判定されたときには、フィルタの再生を禁止し、例えばフィルタを交換するとともに、過堆積状態でないと判定されたときには、フィルタの再生を行うなど、適切な対応をとることができる。さらに、車両を走行させることなく、内燃機関の回転数を上昇させるだけで、パティキュレートの堆積量を推定できるので、サービス工場においても、上記の判定を容易に行うことができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、車両Ｖの走行中に、推定したパティキュレートの堆積量が所定の第３しきい値ＰＭＳＬＭＴ３以上のときに、フィルタ１１の再生を禁止する走行中フィルタ再生禁止手段（ＥＣＵ２、図２のステップ３，８）をさらに備え、第２しきい値ＰＭＳＬＭＴ２は、第３しきい値ＰＭＳＬＭＴ３よりも大きな値に設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、車両の走行中に、推定したパティキュレートが、第２しきい値よりも小さな第３しきい値以上のときに、走行中フィルタ再生禁止手段によって、フィルタの再生が禁止される。前述したように、車両のサービス点検時には、内燃機関を所定の高い回転数に保持するとともに、そのときの差圧に応じてパティキュレートの堆積量を推定するので、推定したパティキュレートの堆積量の信頼性は高い。このため、車両のサービス点検時には、フィルタの過堆積状態に相当する堆積量に近い、より大きな第２しきい値を用い、この第２しきい値と推定したパティキュレートの堆積量とを比較することによって、フィルタが実際に過堆積状態であるか否かを正確に判定することができる。

一方、車両の走行中には、運転状態が変化することによって、推定したパティキュレートの堆積量が、実際のパティキュレートの堆積量に対してずれやすく、その信頼性は低い。このため、車両の走行中には、第２しきい値よりも小さな第３しきい値を用い、この第３しきい値と推定したパティキュレートの堆積量とを比較することにより、フィルタの過堆積判定を安全側に行い、フィルタの再生を早めに禁止する。これにより、過堆積状態における再生の実行を確実に回避でき、車両の走行中における過熱に起因するフィルタの亀裂や溶損などを確実に防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による排ガス浄化装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。このエンジン３は、車両Ｖに搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。

エンジン３は、気筒ごとにピストン３ａとシリンダヘッド３ｂを備えており、ピストン３ａとシリンダヘッド３ｂによって燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃焼室３ｃに臨むように燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が取り付けられている。

インジェクタ６（フィルタ再生手段）は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に順に接続されている。インジェクタ６の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量ＱＩＮＪおよび噴射タイミングが制御される。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ２０ａが取り付けられており、このマグネットロータ２０ａとＭＲＥピックアップ２０ｂによって、クランク角センサ２０（第１堆積量推定手段）が構成されている。クランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

吸気管４には、吸入空気量を調整するための吸気絞り弁７が設けられている。吸気絞り弁７には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ７ａが接続されている。吸気絞り弁７の開度は、アクチュエータ７ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。また、吸気管４には、吸気絞り弁７よりも上流側にエアフローセンサ２１が設けられている。エアフローセンサ２１は吸入空気量ＱＡを検出し、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、吸気管４と排気管５の間には、ＥＧＲ通路８が接続されている。ＥＧＲ通路８は、排気管５と吸気管４の吸気絞り弁７よりも下流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ通路８を介して、エンジン３の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気管４に還流し、それにより、燃焼室３ｃ内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のＮＯｘが低減される。

また、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲ弁９が設けられている。ＥＧＲ弁９は、リニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量が、ＥＣＵ２からのデューティ制御された駆動信号で制御されることによって、ＥＧＲガスの環流量が制御される。

また、排気管５のＥＧＲ通路８よりも下流側には、上流側から順に、酸化触媒１０およびフィルタ１１が設けられている。この酸化触媒１０は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排ガスを浄化する。

フィルタ１１は、多孔質セラミックなどで構成されたハニカムコア（図示せず）を有しており、排ガス中の煤などのパティキュレート（以下「ＰＭ」という）を捕集することによって、大気中に排出されるＰＭの量を低減する。また、フィルタ１１のハニカムコアには、酸化触媒１０と同様の酸化触媒（図示せず）が担持されている。このように、フィルタ１１が酸化触媒を担持していることにより、酸化触媒の酸化反応によってフィルタ１１の温度が高められ、それにより、ＰＭが燃焼される。

さらに、排気管５には、酸化触媒１０とフィルタ１１の間とフィルタ１１の下流側とに、圧力導入通路５ａが接続されており、この圧力導入通路５ａには差圧センサ２２（第２堆積量推定手段）が設けられている。差圧センサ２２は、排気管５内のフィルタ１１の上流側と下流側との間の差圧（以下「差圧」という）ＤＰを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。フィルタ１１に堆積したＰＭの堆積量（以下「ＰＭ堆積量」という）が少ないときには、フィルタ１１の通気抵抗が減少することによって差圧ＤＰが小さくなる一方、ＰＭ堆積量が多いときには、フィルタ１１の通気抵抗が増大することによって差圧ＤＰが大きくなるので、差圧ＤＰに応じてＰＭ堆積量を推定することができる。

また、排気管５のフィルタ１１のすぐ上流側および下流側には、第１排ガス温度センサ２３および第２排ガス温度センサ２４がそれぞれ設けられている。第１排ガス温度センサ２３は、フィルタ１１のすぐ上流側の排ガスの温度（以下「フィルタ前ガス温度」という）ＴＤＰＦＦを検出し、第２排ガス温度センサ２４は、フィルタ１１のすぐ下流側の排ガスの温度（以下「フィルタ後ガス温度」という）ＴＤＰＦＢを検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２５から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。また、ＥＣＵ２には、フィルタ１１にＰＭが過剰に堆積している状態（以下「フィルタ１１の過堆積状態」という）を運転者に知らせるための警告灯２６が接続されている。

ＥＣＵ２（第１堆積量推定手段、フィルタ再生手段、回転数上昇手段、第２堆積量推定手段、フィルタ再生禁止手段および走行中フィルタ再生禁止手段）は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ２０〜２５からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、車両Ｖの走行中またはサービス点検中に、フィルタ１１を再生するための再生制御処理を実行する。この処理では、フィルタ１１の再生動作は、エンジン３の膨張行程中や排気行程中に燃焼室３ｃに燃料を付加的に噴射するポスト噴射によって行われる。このポスト噴射による燃料量（以下「ポスト噴射量」という）ＰＯＳＴＱは、フィルタ前ガス温度ＴＤＰＦＦに基づいて、フィルタ１１内の温度が目標温度（例えば６００℃）になるように制御される。これにより、フィルタ１１を高温状態に制御し、フィルタ１１に堆積したＰＭを燃焼させることによって、フィルタ１１が再生される。

図２は、車両Ｖの走行中に実行されるフィルタ１１の再生制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳを算出する。具体的には、このＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳは、次のようにして算出される。まず、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、ＰＭ排出量マップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３から排出された、１ＴＤＣ当たり、すなわち１燃焼ごとのＰＭの排出量を算出する。また、フィルタ酸素量およびフィルタ温度に応じ、ＰＭ再生量マップ（図示せず）を検索することによって、フィルタ１１で燃焼され、再生されるＰＭの再生量を算出する。なお、フィルタ酸素量は、燃料噴射量ＱＩＮＪおよび吸入空気量ＱＡに応じて求められ、また、フィルタ温度は、吸入空気量ＱＡ、フィルタ前ガス温度ＴＤＰＦＦおよび差圧ＤＰに応じて求められる。次に、算出したＰＭ排出量からＰＭ再生量を減算することによって、１ＴＤＣ当たりのＰＭ堆積量を算出する。そして、算出したＰＭ堆積量を前回までのＰＭ堆積量積算値に加算することによって、今回のＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳを算出する。なお、このＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳは、フィルタ１１の再生動作の終了時にリセットされる。

次いで、算出したＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳが所定の第１しきい値ＰＭＳＬＭＴ１以上であるか否かを判別する（ステップ２）。この判別結果がＮＯで、ＤＰＦＰＭＳ＜ＰＭＳＬＭＴ１のときには、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳが比較的少ないため、フィルタ１１の再生動作を行わないものとして、ステップ８に進み、フィルタ再生フラグＦ＿ＲＥＯＫを「０」にセットし、本処理を終了する。

一方、前記ステップ２の判別結果がＹＥＳで、ＤＰＦＰＭＳ≧ＰＭＳＬＭＴ１のときには、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳが、第１しきい値ＰＭＳＬＭＴ１よりも大きな所定の第３しきい値ＰＭＳＬＭＴ３以上であるか否かを判別する（ステップ３）。この判別結果がＮＯのとき、すなわちＰＭＳＬＭＴ１≦ＤＰＦＰＭＳ＜ＰＭＳＬＭＴ３のときには、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳが比較的多いとともに、フィルタ１１が過堆積状態にはないとして、過堆積フラグＦ＿ＰＭＳＯＶを「０」にセットし（ステップ４）、また、フィルタ１１の再生動作を実行すべきとして、フィルタ再生フラグＦ＿ＲＥＯＫを「１」にセットし（ステップ５）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ３の判別結果がＹＥＳで、ＤＰＦＰＭＳ≧ＰＭＳＬＭＴ３のときには、フィルタ１１が過堆積状態であるとして、そのことを運転者に知らせるために警告灯２６を点灯させる（ステップ６）とともに、過堆積フラグＦ＿ＰＭＳＯＶを「１」にセットする（ステップ７）。また、過堆積状態で再生を行うことによるフィルタ１１の亀裂や溶損などを回避するために、フィルタ１１の再生動作を行わないものとして、前記ステップ８を実行し、本処理を終了する。

図３は、車両Ｖのサービス点検時に実行されるフィルタ１１の過堆積判定処理を示すフローチャートである。なお、このサービス点検は、警告灯２６の点灯に応じて車両Ｖがサービス工場に持ち込まれたときに、サービス工場において行われるものである。また、上記過堆積判定処理は、外部診断機（図示せず）からＥＣＵ２に開始信号を出力することによって、所定時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ１１において、判定中フラグＦ＿ＣＨＥＣＫが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、エンジン回転数ＮＥの目標回転数ＮＥＯＢＪを所定の過堆積判定用の回転数ＮＥＣＨＫ（例えば２８００ｒｐｍ）に設定する（ステップ１２）。この設定により、エンジン回転数ＮＥが上昇し、過堆積判定用の回転数ＮＥＣＨＫになるように制御される。次に、判定中フラグＦ＿ＣＨＥＣＫを「１」にセットした（ステップ１３）後、ステップ１４に進む。このステップ１３の実行により、本処理の２回目以降のループでは、前記ステップ１１の判別結果がＹＥＳになり、その場合には、ステップ１４に直接、進む。

このステップ１４では、エンジン回転数ＮＥが過堆積判定用の回転数ＮＥＣＨＫにほぼ等しくなったか否かを判別し、その判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。一方、ステップ１４の判別結果がＹＥＳで、エンジン回転数ＮＥが過堆積判定用の回転数ＮＥＣＨＫにほぼ等しくなったときには、差圧センサ２２で検出した差圧ＤＰに応じてＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳを算出する（ステップ１５）。次いで、算出したＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳが、第３しきい値ＰＭＳＬＭＴ３よりも大きな所定の第２しきい値ＰＭＳＬＭＴ２以上であるか否かを判別する（ステップ１６）。この判別結果がＹＥＳで、ＤＰＦＰＭＳＳ≧ＰＭＳＬＭＴ２のときには、フィルタ１１の上下流間の差圧ＤＰが大きく、フィルタ１１が過堆積状態であるとして、そのことを表すために、過堆積フラグＦ＿ＰＭＳＯＶＳを「１」にセットする（ステップ１７）。また、過堆積状態で再生を行うことによるフィルタ１１の亀裂や破損を回避するため、フィルタ１１の再生動作を禁止するものとし、フィルタ再生フラグＦ＿ＲＥＯＫＳを「０」にセットする（ステップ１８）。そして、判定が終了したことを表すために、判定中フラグＦ＿ＣＨＥＣＫを「０」にセットし（ステップ１９）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ１６の判別結果がＮＯで、ＤＰＦＰＭＳＳ＜ＰＭＳＬＭＴ２のときには、フィルタ１１が過堆積状態でないとして、過堆積フラグＦ＿ＰＭＳＯＶＳを「０」にセットする（ステップ２０）。そして、フィルタ再生フラグＦ＿ＲＥＯＫＳを「１」にセットした（ステップ２１）後、前記ステップ１９を実行し、本処理を終了する。

図４は、上述した過堆積判定処理による判定結果に応じてサービス点検時に実行されるフィルタ１１の再生制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ３１において、図３のステップ１８または２１でセットしたフィルタ再生フラグＦ＿ＲＥＯＫＳが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、フィルタ１１の再生動作を行うことなく、そのまま本処理を終了する。

一方、前記ステップ３１の判別結果がＹＥＳで、Ｆ＿ＲＥＯＫＳ＝１のときには、再生中フラグＦ＿ＤＰＦＲＥが「１」であるか否かを判別する（ステップ３２）。この判別結果がＮＯのときには、エンジン回転数ＮＥの目標回転数ＮＥＯＢＪを所定の再生制御用の回転数ＮＥＲＥ（例えば１５００ｒｐｍ）に設定する（ステップ３３）。この設定により、エンジン回転数ＮＥが再生制御用の回転数ＮＥＲＥになるように制御される。次に、ポスト噴射量ＰＯＳＴＱをエンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて設定する（ステップ３４）ことによって、フィルタ１１の再生動作を開始するとともに、再生中フラグＦ＿ＤＰＦＲＥを「１」にセットし（ステップ３５）、ステップ３６に進む。前記ステップ３２の判別結果がＹＥＳで、すでにフィルタ１１の再生動作中のときには、ステップ３６に直接、進む。

このステップ３６では、エンジン３から排出される排ガスの流量（以下「排ガス流量」という）ＥＸＱを算出する。この排ガス流量ＥＸＱは、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡなどに応じ、気体の状態方程式から求められる。次に、算出した排ガス流量の自乗ＥＸＱ²で差圧ＤＰを除算することによって、今回の補正後差圧ＤＰＣ（ｎ）を算出する（ステップ３７）。このように、差圧ＤＰを排ガス流量ＥＸＱに基づいて補正するのは、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳが同一の場合でも、排ガス流量ＥＸＱに応じて差圧ＤＰが変化するためである。

また、差圧ＤＰを排ガス流量の自乗ＥＸＱ²で除算するのは、以下の理由による。次式（１）は、オリフィスを通過する体積流量Ｑ、オリフィスの断面積Ａおよびオリフィスの上流側および下流側の圧力Ｐ１，Ｐ２の関係を表すものである（オリフィスの式）。また、式（２）および（３）は、上記式（１）を変形したものである。

ここで、Ｃｄはオリフィスの流体係数、ρは流体密度である。オリフィスの断面積Ａが一定であれば、式（２）から、オリフィスの上下流間の差圧（Ｐ１−Ｐ２）は、体積流量の自乗Ｑ²に比例し、また、式（３）から、差圧（Ｐ１−Ｐ２）／堆積流量の自乗Ｑ²が一定になることが分かる。したがって、フィルタ１１の有効断面積をこれらの式中の断面積Ａとみなし、排ガス流量ＥＸＱを体積流量Ｑとみなすと、式（３）から、ＤＰ／ＥＸＱ²がほぼ一定であれば、フィルタ１１の有効断面積がほぼ一定になっており、すなわち、フィルタ１１の再生が終了していると判定できる。なお、上記補正後差圧ＤＰＣには、フィルタ処理が施され、それにより、排ガスの脈動に伴う差圧ＤＰの脈動やノイズ成分などが除去される。

前記ステップ３７に続くステップ３８では、所定のｘ回前のＴＤＣ信号の発生時（例えば３０ｓｅｃ前相当時）に算出された補正後差圧ＤＰＣ（ｎ−ｘ）と今回の補正後差圧ＤＰＣ（ｎ）との差（＝ＤＰＣ（ｎ−ｘ）−ＤＰＣ（ｎ））を、差圧変化量ΔＤＰＣとして算出する。なお、補正後差圧ＤＰＣは、リングバッファなどを用いて記憶されている。

次いで、差圧変化量ΔＤＰＣが所定のしきい値ＤＰＣＬＭＴ以下であるか否かを判別する（ステップ３９）。この判別結果がＮＯのときには、フィルタ１１の有効断面積が増加していて、フィルタ１１の再生の途中であり、フィルタ１１の再生動作を引き続き行うものとして、後述するステップ４６に進み、本処理を終了する。

一方、前記ステップ３９の判別結果がＹＥＳで、ΔＤＰＣ≦ＤＰＣＬＭＴが成立したときには、カウンタ（図示せず）のカウンタ値ＴＤＰＣをインクリメントする（ステップ４０）とともに、カウンタ値ＴＤＰＣが所定値ＴＬＭＴ（例えば１５０ｓｅｃ相当）以上であるか否かを判別する（ステップ４１）。

この判別結果がＮＯで、ＴＤＰＣ＜ＴＬＭＴのときには、本処理を終了する。一方、前記ステップ４１の判別結果がＹＥＳのとき、すなわち、差圧変化量ΔＤＰＣがしきい値ＤＰＣＬＭＴ以下である状態が、所定値ＴＬＭＴに相当する所定時間、継続したときには、フィルタ１１の有効断面積がほぼ一定に収束しており、フィルタ１１の再生が終了したとして、そのことを表すために、フィルタ再生フラグＦ＿ＲＥＯＫＳを「０」にセットする（ステップ４２）。

そして、フィルタ１１の再生動作を終了するために、目標回転数ＮＥＯＢＪを所定の終了用の回転数ＮＥＲＥＥＮＤ（例えば８５０ｒｐｍ）に設定する（ステップ４３）とともに、ポスト噴射量ＰＯＳＴＱを０に設定する（ステップ４４）。また、再生中フラグＦ＿ＤＰＦＲＥを「０」にセットする（ステップ４５）とともに、カウンタ値ＴＤＰＣをリセットした（ステップ４６）後、本処理を終了する。

図５は、図３および図４の処理において、フィルタ１１が過堆積状態でないと判定され、フィルタ１１の再生動作が行われた場合の動作例を示すタイミングチャートである。まず、エンジン回転数ＮＥを過堆積判定用の回転数ＮＥＣＨＫに上昇させる（タイミングｔ１）。エンジン回転数ＮＥの上昇に伴い、排ガス量が増大し、排圧が大きくなることによって、差圧ＤＰは増大する。このときの差圧ＤＰが第２しきい値ＰＭＳＬＭＴ２よりも小さいことによって、フィルタ１１が過堆積状態でないと判定されるのに応じて、エンジン回転数ＮＥを再生制御用の回転数ＮＥＲＥに設定するとともに、ポスト噴射が行われ、フィルタ１１の再生動作が開始される（ｔ２）。

このフィルタ１１の再生動作に伴い、排ガス温度が上昇することによって、フィルタ前ガス温度ＴＤＰＦＦが徐々に上昇し、それに伴いフィルタ１１内の温度も徐々に上昇する。そして、フィルタ１１内の温度が目標温度（例えば６００℃）付近まで上昇すると、フィルタ１１内でＰＭが燃焼し始め、それにより、フィルタ後ガス温度ＴＤＰＦＢも上昇し始める（ｔ３）。ＰＭが燃焼されるのに伴い、フィルタ１１の有効断面積が増大し、通気抵抗が低減することによって、差圧ＤＰが減少し始める（ｔ４）。燃焼が進むと、差圧ＤＰがさらに減少するとともに、その傾きが次第に緩やかになることによって、差圧変化量ΔＤＰＣが次第に減少し、しきい値ＤＰＣＬＭＴを下回るようになる（ｔ５）。そして、その状態が所定時間、継続したときに（ｔ６）、フィルタ１１の再生が完了したとして、フィルタ１１の再生動作が終了される。

以上のように、本実施形態によれば、車両Ｖの走行中には、エンジン３の運転状態に応じてＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳを算出するとともに、第１しきい値ＰＭＳＬＭＴ１≦ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳ＜第３しきい値ＰＭＳＬＭＴ３のときに（図２のステップ２：ＹＥＳ，ステップ３：ＮＯ）、フィルタ１１の再生動作を実行する。また、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳ≧第３しきい値ＰＭＬＭＴ３のとき（図２のステップ３：ＹＥＳ）には、フィルタ１１が過堆積状態であると判定し、警告灯２６を点灯させる。この警告灯２６の点灯に応じて、車両Ｖがサービス工場に持ち込まれたときには、そのサービス点検において、エンジン回転数ＮＥを過堆積判定用の回転数ＮＥＣＨＫに上昇させた状態で検出した差圧ＤＰに応じてＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳを算出するとともに、この算出したＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳが第２しきい値ＰＭＬＭＴ２以上のときに、フィルタ１１が実際に過堆積状態になっていると判定し、フィルタ１１の再生動作を禁止する。

以上のように、エンジン回転数ＮＥを過堆積判定用の回転数ＮＥＣＨＫまで大きく上昇させたときに検出した差圧ＤＰに応じてＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳを推定することによって、このＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳの推定を精度良く行うことができ、推定したＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳ≧第２しきい値ＰＭＬＭＴ２のときに、フィルタ１１が過堆積状態にあるとして、フィル１１タの再生動作を適切に禁止することができる。それにより、過熱に起因するフィルタ１１の亀裂や溶損などを確実に防止することができる。

また、警告灯２６の点灯などによって、車両Ｖがサービス工場に持ち込まれた場合でも、フィルタ１１の再生動作を直ちに行うのではなく、差圧ＤＰに応じて推定したＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳに基づいて、過堆積状態であるか否かを確認的に判定する。したがって、走行中における過堆積状態の判定の信頼性にかかわらず、フィルタ１１が実際に過堆積状態であるか否かを確認的に精度良く判定することができる。そして、その判定結果に応じ、フィルタ１１が過堆積状態と判定されたときには、フィルタ１１の再生動作を禁止し、例えばフィルタ１１を交換するとともに、過堆積状態でないと判定されたときには、フィルタ１１の再生動作を行うなど、適切な対応をとることができる。さらに、車両Ｖを走行させることなく、エンジン回転数ＮＥを上昇させるだけで、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳを推定できるので、サービス工場においても、上記の判定を容易に行うことができる。

さらに、車両Ｖのサービス点検時には、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳＳがより大きな第２しきい値ＰＭＳＬＭＴ２以上のときに、フィルタ１１が過堆積状態であると判定するので、フィルタ１１が実際に過堆積状態であるか否かを正確に判定することができる。一方、車両Ｖの走行中には、ＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳがより小さな第３しきい値ＰＭＳＬＭＴ３以上のときに、フィルタ１１の再生動作を禁止するので、過堆積状態での再生動作の実行を確実に回避でき、車両Ｖの走行中における過熱に起因するフィルタ１１の亀裂や溶損などを確実に防止することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば実施形態では、差圧ＤＰを、差圧センサ２２を用いて直接、検出しているが、これに代えて、フィルタ１１の上流側および下流側にそれぞれ圧力センサを設け、それらの検出値の差から求めてもよい。また、実施形態では、車両Ｖの走行中におけるＰＭ堆積量ＤＰＦＰＭＳを、エンジン３の運転状態に応じて推定しているが、差圧センサ２２で検出した差圧ＤＰに応じて推定してもよい。さらに、実施形態では、図３の過堆積判定処理や図４の再生制御処理を、警告灯２６が点灯した場合のサービス点検時に実行するものとして説明しているが、これに限らず、例えば車両Ｖの定期点検時に実行してもよい。また、実施形態では、フィルタ１１の再生動作をポスト噴射により行っているが、それとともに、またはそれに代えて、他の適当な手法、例えば吸気絞り弁７の絞りなどによって行ってもよい。

さらに、実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外の各種のエンジン、例えば、ガソリンエンジンやクランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。 車両の走行中に実行されるフィルタの再生制御処理を示すフローチャートである。 車両のサービス点検時に実行されるフィルタの過堆積判定処理を示すフローチャートである。 車両のサービス点検時に実行されるフィルタの再生制御処理を示すフローチャートである。 車両のサービス点検時に実行されるフィルタの再生制御の動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（第１堆積量推定手段、フィルタ再生手段、回転数上昇
手段、第２堆積量推定手段、フィルタ再生禁止手段および走行
中フィルタ再生禁止手段）
３ エンジン
５ 排気管（排気系）
６ インジェクタ（フィルタ再生手段）
１１ フィルタ
２０ クランク角センサ（第１堆積量推定手段）
２２ 差圧センサ（第２堆積量推定手段）
Ｖ 車両
ＤＰ 差圧
ＰＭ パティキュレート
ＤＰＦＰＭＳ ＰＭ堆積量
ＤＰＦＰＭＳＳ ＰＭ堆積量
ＰＭＳＬＭＴ１ 第１しきい値
ＰＭＳＬＭＴ２ 第２しきい値
ＰＭＳＬＭＴ３ 第３しきい値
ＮＥ エンジン回転数
ＮＥＣＨＫ 過堆積判定用の回転数（所定の回転数）

Claims (2)

1. 内燃機関から排気系に排出された排ガス中のパティキュレートを捕集することによって、排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
   前記排気系に設けられ、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
   当該フィルタの上流側と下流側との間の前記排気系の差圧を検出する差圧センサと、
   前記フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する第１堆積量推定手段と、
   当該推定されたパティキュレート堆積量が所定の第１しきい値に達したときに、前記フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させることにより当該フィルタを再生するフィルタ再生手段と、
   前記内燃機関の回転数を所定の回転数に上昇させる回転数上昇手段と、
   当該内燃機関の回転数を上昇させたときに前記差圧センサで検出された差圧に応じて、前記フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する第２堆積量推定手段と、
   当該第２堆積量推定手段により推定されたパティキュレート堆積量が、前記第１しきい値よりも大きな所定の第２しきい値以上のときに、前記フィルタの再生を禁止するフィルタ再生禁止手段と、を備え、
   前記内燃機関は車両に駆動源として搭載されており、
   前記第１堆積量推定手段によるパティキュレート堆積量の推定、および前記フィルタ再生手段による前記フィルタの再生を、前記車両の走行中に実行し、
   前記第２堆積量推定手段によるパティキュレート堆積量の推定、および当該推定されたパティキュレート堆積量に基づく前記フィルタの再生の禁止を、前記車両のサービス点検時に実行することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記車両の走行中に、前記推定したパティキュレートの堆積量が所定の第３しきい値以上のときに、前記フィルタの再生を禁止する走行中フィルタ再生禁止手段をさらに備え、
   前記第２しきい値は、前記第３しきい値よりも大きな値に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

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