JP4506539B2

JP4506539B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4506539B2
Application number: JP2005111704A
Authority: JP
Inventors: 司窪島; 茂人矢羽田; 和治栩川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: US20060225409A1; DE102006000164A1; US7325395B2; DE102006000164B4; JP2006291788A

Description

本発明は内燃機関から排出される排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気微粒子の各成分の堆積量算出と、パティキュレートフィルタの再生処理に関する。

環境対策として、内燃機関の排気ポートから排出される大気汚染物質を低減する排気浄化装置が導入されている。従来より、かかる排気浄化装置として、酸化触媒やＮＯｘ触媒、三元触媒といった触媒システムが広く知られている。また、近年、ディーゼルエンジンの排気中に含まれる排気微粒子（パティキュレート）の除去が大きな課題となっており、パティキュレート対策として、排気通路にパティキュレートフィルタを設けた排気浄化装置が実用化されている。パティキュレートフィルタは、多孔質の隔壁に排気を通過させて排気微粒子を捕集するもので、捕集された排気微粒子は隔壁の表面や細孔に堆積する。

パティキュレート堆積量が過剰となると、パティキュレートフィルタにおける流通抵抗の増大で内燃機関の背圧が上昇し、出力の低下などをもたらす。これを避けるため、パティキュレートフィルタの再生処理（この再生処理とは、パティキュレート除去処理のことを示し、以降において再生処理と呼称する。）を定期的に行い、堆積した排気微粒子を燃焼除去する。パティキュレートフィルタの再生処理には、パティキュレート堆積量を精度よく推定し、適切な時期に再生処理を実施することが要求される。

特許文献１には、排気微粒子の堆積によりパティキュレートフィルタにおける圧力損失が増大することを利用して、パティキュレートフィルタの前後の差圧からパティキュレート堆積量を求めることが開示されている。差圧は排気流量に依存するので、望ましくは差圧および排気流量に基づいてパティキュレート堆積量を演算し、所定量を超えたら再生処理が必要と判断して再生処理を実施する。
特開平７−３３２０６５号公報

また、特許文献２には、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を配置し、排気ガス中のＮＯを酸化して生成したＮＯ2 によって、捕集された排気微粒子を処理しパティキュレートフィルタを連続的に再生処理する装置が開示されており、この装置において、エンジン運転情報から「パティキュレート排出量」を、パティキュレートフィルタ温度情報から「パティキュレート燃焼量」を算出し、その差を積算してパティキュレートフィルタへのパティキュレート堆積量を求めることが記載されている。「パティキュレート排出量」と「パティキュレート燃焼量」は、コントローラに予め記憶されているパティキュレート排出量マップおよびパティキュレート燃焼量マップを用いて算出する。
特開２００１−２８０１１８号公報

ところで、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートは、一般に、固体状のすす（炭素Ｃ；ＳＯＯＴ）と、その周囲に付着する液状の有機溶媒可溶分（炭化水素ＨＣ；ＳＯＦ）からなる。このうち、ＳＯＯＴは燃焼温度が高く（例えば、６００℃以上）、運転中に自然燃焼をおこす頻度は小さいが、ＳＯＦは比較的低温（例えば、２５０℃以上）で燃焼するため、ＳＯＦ堆積量が多い場合には、たとえ排気温度が低くてもＳＯＦ燃焼による発熱が引き金となって、ＳＯＯＴが急速に燃焼することがある。この結果、パティキュレートフィルタが許容限度を超えて高温となると、フィルタ基材または触媒を破損する問題が生じる。

ＳＯＦ燃焼に至る排気温度２５０℃は、通常の走行で頻繁に生じるため、パティキュレートフィルタを安全に使用するには、このＳＯＦ燃焼に起因するＳＯＯＴの異常燃焼を防止する必要がある。ところが、特許文献１においてパティキュレート堆積量を求めるために用いられるパティキュレートフィルタ前後差圧は、ＳＯＯＴ堆積量との相関は強いが、ＳＯＦ堆積量との相関は弱い。このため、差圧からのＳＯＦ堆積量推定は困難であった。また、特許文献２の技術では、ＳＯＦとＳＯＯＴを区別せずにパティキュレート堆積量として求めるため、上記問題を回避しようとして早めの再生処理を実施すると再生処理頻度の増加により燃費が悪化する。このように、従来の技術では、ＳＯＦ堆積量を把握してＳＯＯＴの急速燃焼を誘発しないように適切な時期に再生処理を実施することは困難であった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ＳＯＦ堆積量とＳＯＯＴ堆積量をそれぞれ精度よく推定し、ＳＯＦ燃焼に起因するＳＯＯＴの急速燃焼を防止しながら適切な時期に再生処理を実施すること、それにより、安全性を向上させ、出力の低下や燃費の悪化を伴わずに、パティキュレートフィルタを再生処理することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、内燃機関から排出される排気ガスが流通する排気通路の途中に、上記排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有し、所定の時期にパティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子を除去してパティキュレートフィルタを再生処理する内燃機関の排気浄化装置において、
パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子成分のうち有機溶媒可溶成分であるＳＯＦの堆積量を推定するＳＯＦ堆積量推定手段と、
パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子成分のうち固体炭素成分であるＳＯＯＴの堆積量を推定するＳＯＯＴ堆積量推定手段と、
上記ＳＯＦ堆積量推定手段および上記ＳＯＯＴ堆積量推定手段による堆積量推定値に基づいてＳＯＦまたはＳＯＯＴの上記パティキュレートフィルタよりの除去処理が必要か否かを判定する再生要否判定手段と、
ＳＯＦまたはＳＯＯＴの除去処理が必要と判定された時に、パティキュレートフィルタをＳＯＦまたはＳＯＯＴの燃焼温度以上に昇温して、上記パティキュレートフィルタを再生する再生処理手段とを有する。

本発明では、パティキュレートの成分であるＳＯＦとＳＯＯＴの堆積量を別々に推定し、ＳＯＦ堆積量が過剰となる前にパティキュレートフィルタを昇温してＳＯＦのパティキュレートフィルタよりの除去処理を実施することで、ＳＯＦ燃焼に起因するＳＯＯＴの急速燃焼を防止しパティキュレートフィルタの過昇温を抑制する。ＳＯＯＴ堆積量はパティキュレートフィルタの前後差圧との関係（図３）または内燃機関の運転状態やパティキュレートフィルタ温度との関係（図４、５）から、ＳＯＦ堆積量は内燃機関の運転状態やパティキュレートフィルタ温度との関係（図６、７）から推定することができる。これにより、適正な時期にパティキュレートフィルタの再生処理を行って、出力の低下や燃費の悪化を抑制しながら、パティキュレートフィルタを安全に使用することができる。

請求項１記載の発明では、上記再生要否判定手段は、
上記ＳＯＦ堆積量推定手段による堆積量推定値が、予め設定したＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１以上となった時に、ＳＯＦ除去処理が必要と判断するＳＯＦ除去処理決定手段と、
上記ＳＯＯＴ堆積量推定手段による堆積量推定値が、予め設定したＳＯＯＴ除去実施堆積量Ｍ２以上となった時に、ＳＯＯＴ除去処理が必要と判断するＳＯＯＴ除去処理決定手段とを有する。
そして、上記ＳＯＦ除去処理決定手段は、
上記ＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１を、上記ＳＯＯＴ堆積量推定手段により推定されるＳＯＯＴ堆積量に応じて変更するＳＯＦ除去実施堆積量設定手段を有し、ＳＯＯＴ堆積量が多いほど上記ＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１を小さい値とする。

具体的には、パティキュレートフィルタの再生処理を実行する堆積量をＳＯＦとＳＯＯＴとで別々に設定し、ＳＯＦ堆積量がＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１に達したらＳＯＦ除去処理を、ＳＯＯＴ堆積量がＳＯＯＴ除去実施堆積量Ｍ２に達したらＳＯＯＴ除去処理を実施する。ＳＯＦとＳＯＯＴの除去処理を別々に実施することで、より適切な時期に安全かつ効率的にパティキュレートフィルタを再生することができる。
また、ＳＯＦ燃焼によるパティキュレートフィルタ温度の上昇は、ＳＯＦ堆積量に大きく左右され、ＳＯＦ堆積量が少なければＳＯＯＴ堆積量が多くても通常の運転条件では、ＳＯＯＴの急速燃焼は生じにくい（図８、９）。ＳＯＦ堆積量が多くてもＳＯＯＴ堆積量
が少なければ急速燃焼は生じない（図１０）。そこで、ＳＯＦが燃焼してもＳＯＯＴの急速燃焼を誘発しないように、ＳＯＯＴ堆積量に応じてＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１を設定し（図１１）、ＳＯＯＴ堆積量が多い場合にはＳＯＦ堆積量が少ないうちに再生処理を実施して、安全性を高めることができる。

請求項２記載の発明では、上記ＳＯＦ堆積量推定手段は、内燃機関から排気通路に排出されるＳＯＦ排出量とパティキュレートフィルタにおけるＳＯＦ燃焼量を算出し、ＳＯＦ排出量からＳＯＦ燃焼量を減じてＳＯＦ堆積量を推定する。

ＳＯＦは燃焼室で燃焼しなかった燃料や排気に混入したオイルから生成し、内燃機関の回転数または出力トルクが増加するほど単位時間あたりのＳＯＦ排出量が少なくなる（図６）。また、ＳＯＦは比較的低いパティキュレートフィルタ温度で燃焼を開始する（図７）。これらの関係を基にＳＯＦ排出量とＳＯＦ燃焼量を算出して、その差からＳＯＦ堆積量を推定することができる。

請求項３記載の発明では、上記ＳＯＯＴ堆積量推定手段は、パティキュレートフィルタ上流側と下流側の差圧および排気流量に基づいて、または内燃機関のＳＯＯＴ排出量からパティキュレートフィルタにおけるＳＯＯＴ燃焼量を減じて、あるいはこれらの組み合わせによりＳＯＯＴ堆積量を推定する。

ＳＯＯＴ堆積量はパティキュレートフィルタの前後差圧と相関があり、排気流量が一定であれば堆積量が多いほど差圧が大きくなるので（図３）、この関係からＳＯＯＴ堆積量を推定できる。また、ＳＯＦと同様に排出量と燃焼量から堆積量を推定することもできる。この場合、炭素分であるＳＯＯＴは、ＳＯＦと異なり、内燃機関の回転数または出力トルクが増加するほど単位時間あたりのＳＯＯＴ排出量が少なくなり（図４）、パティキュレートフィルタ温度が比較的高温となるまで燃焼しない。これらの一方または組み合わせることで精度よくＳＯＯＴ堆積量を推定できる。

請求項４記載の発明では、上記再生処理手段は、
パティキュレートフィルタをＳＯＦ除去処理温度まで昇温するＳＯＦ除去処理手段と、
パティキュレートフィルタをＳＯＯＴ除去処理温度まで昇温するＳＯＯＴ除去処理手段とを有する。

炭化水素を主成分とするＳＯＦは比較的低い温度で燃焼し、炭素を主成分とするＳＯＯＴは比較的高い温度で燃焼する。これら成分ごとに適切な除去処理温度を設定することで、効率的かつ安全にパティキュレートフィルタを再生処理することができる。

請求項５記載の発明では、上記ＳＯＦ除去処理手段は、パティキュレートフィルタを上記ＳＯＯＴ除去処理手段よりも低いＳＯＦ処理温度へ昇温する。

具体的にはＳＯＯＴの除去処理温度を例えば６００℃とし、ＳＯＦの除去処理温度をこれよりも低い、例えば２５０℃に設定する。２５０℃は通常の運転条件よりもわずかに高い温度であるので燃費の悪化は小さく、ＳＯＯＴの燃焼を引き起こすこともないので、経済性、安全性に優れる。

請求項６記載の発明では、上記再生処理手段は、
上記ＳＯＦ除去処理手段によるＳＯＦ除去処理を、上記ＳＯＯＴ除去処理手段によるＳＯＯＴ除去処理に対して優先的に実施し、上記ＳＯＯＴ除去処理手段によるＳＯＯＴ除去処理は、ＳＯＦ堆積量が所定量以下と推定される場合にのみ実施する。

ＳＯＦ堆積量が多いと、ＳＯＦの燃焼が火種となってＳＯＯＴが急速燃焼することがあるが、ＳＯＦ堆積量が少ない場合には、ＳＯＯＴ堆積量が多くてもＳＯＯＴの急速燃焼に至る可能性は小さい（図８）。そこで、ＳＯＦ除去処理を優先して行うことで温度上昇を抑制することができる。また、ＳＯＯＴ堆積量が少なければＳＯＦ堆積量が多くてもＳＯＯＴは急速燃焼しないので（図９）、ＳＯＦ堆積量が所定量より少ない場合のみＳＯＯＴの除去処理温度まで昇温させることで、パティキュレートフィルタの温度が急上昇するのを防止し、安全に制御性よくパティキュレートフィルタの再生処理が実施できる。

以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１に本発明を適用したディーゼルエンジンの排気浄化装置の概略構成を示す。ディーゼルエンジン１には、エンジン燃焼室に吸入空気を供給するための吸気通路１１と、エンジン燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路２とが接続されている。吸気通路１１にはエアフロメータ１２が設置され、吸気通路１１を流通する吸気量を検出するようになっている。排気通路２の途中にはディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する）３が設けてある。

ＤＰＦ３は、コーディエライトや炭化珪素等の多孔質セラミックをハニカム状に成形し、流路の入口側または出口側を目封じしてフィルタ本体を形成している。エンジン１からＤＰＦ３上流の排気通路２１へ排出される排気ガスは、ＤＰＦ３内の流路へ流入して多孔質の隔壁を通過しながら下流の排気通路２２へと流れる。この時、ＤＰＦ３に排気ガスに含まれる排気微粒子（パティキュレート）が捕集され、運転時間を経るとともに堆積していく。また、ＤＰＦ３は、フィルタ本体を構成する多孔質セラミック表面に、白金やパラジウム等の貴金属を主成分とする酸化触媒が担持した構造とすることもでき、ＤＰＦ３の低温度域で安定的に排気微粒子を酸化、燃焼させることができる。

排気通路２には管壁を貫通して温度センサ４１、４２が設けてあり、排気温度を検出するようになっている。温度センサ４１はＤＰＦ３上流の排気通路２１に設けられ、ＤＰＦ３への入口部の直上流を流通する排気ガスの温度（ＤＰＦ入口温度）を検出する。温度センサ４２はＤＰＦ３下流の排気通路２２に設けられ、ＤＰＦ３出口部の直下流を流通する排気ガスの温度（ＤＰＦ出口温度）を検出する。これら温度センサ４１、４２の検出信号は、エンジン各部を制御するＥＣＵ６に入力される。

ＥＣＵ６では、このＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口温度とからＤＰＦ温度が求められる。ＤＰＦ温度はＤＰＦ３を代表する温度であり、例えば、ＤＰＦ入口温度に一次遅れフィルタ演算を作用させた出力と、ＤＰＦ出口温度との平均値をとって得る。ＤＰＦ入口温度に一次遅れフィルタ演算を作用させるのは、ＤＰＦ入口温度はエンジン本体１からの排気ガスの排出状況で大きく変動するので、その影響を排除するためである。要求される仕様によっては、単に、ＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口温度との平均としたり、加重平均としてもよく、ＤＰＦ３を代表する温度であればよい。

また、排気通路２には、ＤＰＦ３の直上流側で排気通路２１から分岐する第１の分岐通路５１と、ＤＰＦ３の直下流側で排気通路２２から分岐する第２の分岐通路５２とが設けられ、両分岐通路５１、５２に差圧センサ５が介設されている。差圧センサ５は、両分岐通路５１、５２から導入されるＤＰＦ３入口側と出口側の排気ガス圧力の差を検出して、ＥＣＵ６へ出力するようになっている。この差圧は、ＤＰＦ３における排気微粒子の捕集量が増大して圧力損失が大きくなるのに伴って増大する。

ＥＣＵ６には、エアフローメータ１２、温度センサ４１、４２、差圧センサ５などの出力信号の他にも、運転状態を示す種々の信号が入力している。例えば、エンジン回転センサ６１の出力信号からエンジン回転数が、アクセル開度センサ６２の出力信号からアクセル開度が知られるようになっている。ＥＣＵ６は、これらの各種センサの出力信号から知られるエンジン１の運転状態に基づいて運転状態に応じた最適な燃料噴射量を算出して、図示しないインジェクタなどをフィードバック制御する。

また、ＥＣＵ６は、エンジン回転センサ６１、アクセル開度センサ６２から知られるエンジン１の運転状態や、エアフローメータ１２にて検出される吸気量、差圧センサ５にて検出されるＤＰＦ３の前後差圧を基に、排気微粒子の堆積量を演算して、ＤＰＦ３の再生を制御する。一般に、ＤＰＦ３に堆積する排気微粒子の成分には、以下に示す有機溶媒可溶成分（ＳＯＦ）と固体炭素成分（ＳＯＯＴ）の２つの成分がある。
ＳＯＦ：未燃燃料やオイルから生じる成分で炭化水素（ＨＣ）が主成分。２５０℃程度の低温で燃焼する。
ＳＯＯＴ：燃料が高温で炭化して生じる成分で炭素（Ｃ）が主成分。６００℃以上の高温で燃焼する。

本発明では、ＳＯＦの過剰堆積による弊害を回避するために、これらＳＯＦ、ＳＯＯＴの堆積量を別々に推定し、それぞれに対して別々に除去実施堆積量Ｍ１、Ｍ２を設定して、ＤＰＦ３の再生処理の要否を判断する。すなわち、ＳＯＦ堆積量が除去実施堆積量Ｍ１以上となったら、ＳＯＦ除去処理を実施し、ＳＯＯＴ堆積量が除去実施堆積量Ｍ２以上となったら、ＳＯＯＴ除去処理を実施する。ＳＯＦ除去処理はＳＯＦが燃焼可能な温度以上（例えば２５０℃以上）に、ＳＯＯＴ除去処理はＳＯＯＴが燃焼可能な温度以上（例えば６００℃以上）に、それぞれＤＰＦ３を昇温することによって行う。この際、ＳＯＦ除去処理をＳＯＯＴ除去処理よりも優先的に実施することで、ＳＯＦ堆積量が過剰とならないようにし、ＳＯＯＴの燃焼を安全に実施する。

ＤＰＦ３の昇温手段として、具体的には、インジェクタによる燃料噴射の際に、噴射時期の遅角を行って熱サイクルの効率を下げ廃熱を増大させたり、ポスト噴射を行って未燃燃料を排気通路２に供給する、あるいは、吸気スロットル弁を通常より閉じ側とするなどにより、排気を昇温させる公知の方法を採用し得る。

図２に、ＤＰＦ３の再生処理に関し、ＥＣＵ６で実行される制御内容を示す。まず、ステップＳ１００では、エアフローメータ１２、温度センサ４１、４２、差圧センサ５、エンジン回転センサ６１およびアクセル開度センサ６２といった各種センサの出力信号から、吸気量、ＤＰＦ温度、差圧、エンジン回転数、アクセル開度をそれぞれ読み込む。吸気量は本実施形態では質量流量として読み込まれる。

ステップＳ１０１はＳＯＯＴ堆積量推定手段としての処理で、Ｓ１００で読み込んだセンサ出力を基に、ＳＯＯＴ堆積量を推定する。具体的には、図３に示す排気流量に対するＤＰＦ３の前後差圧とＳＯＯＴ堆積量の関係から推定する方法と、図４に示すエンジン１からのＳＯＯＴ排出量と図５に示すＤＰＦ３におけるＳＯＯＴ燃焼量の差を積算して推定する方法とを組合せて推定することができる。これら二つの方法は、一般には実際の測定値に基づく前者の方法の推定精度が高いが、運転条件によっては推定精度が低下する。そこで、推定精度が高い場合（例えば、排気流量が多くかつ定常運転時）にのみ前者の方法を採用し、その他の場合に後者の方法を採用するようにする。二つの方法のうちどちらか一方だけを用いて推定するようにしてもよい。

図３のＤＰＦ３の前後差圧とＳＯＯＴ堆積量の関係において、図中の曲線群は、それぞれの曲線が同じＳＯＯＴ堆積量をとる排気流量および差圧を示しており、排気流量が一定である時、ＳＯＯＴ堆積量が増加するほど差圧が増大する。この関係を予めマップとしてＥＣＵ６のＲＯＭに格納しておくことにより、エアフローメータ１２にて検出される吸気流量、差圧センサ５にて検出されるＤＰＦ３の前後の差圧を基に、ＳＯＯＴ堆積量を算出することができる。排気流量は、質量流量の吸気量を、ＤＰＦ温度および差圧に基づいて体積流量に換算することにより算出する。

図３において、同じＳＯＯＴ堆積量であっても、排気流量が少なければ、差圧が低く現れる。また、排気流量が変動する過渡運転時にも差圧が変動しやすい。このような場合には後者の方法がより推定精度が高くなる。図４に示すように、エンジン１からのＳＯＯＴ排出量はエンジン回転数および出力トルクと相関があり、エンジン回転数または出力トルクが大きいほど単位時間あたりのＳＯＯＴ排出量が増大するので、この関係を予めマップ化しておき、エンジン回転センサ６１およびアクセル開度センサ６２の検出値を基にＳＯＯＴ排出量を算出する。一方、図５に示すように、ＤＰＦ温度が一定温度を超えるとＳＯＯＴが燃焼を開始し、温度の上昇とともにＳＯＯＴ燃焼速度が増大する。よって、この関係を利用して、温度センサ４１、４２にて知られるＤＰＦ温度からＤＰＦ３におけるＳＯＯＴ燃焼量を算出し、ＳＯＯＴ排出量との差を積算することにより、ＳＯＯＴ堆積量を推定することができる。

ステップＳ１０２はＳＯＦ除去実施堆積量設定手段としての処理で、ステップＳ１０１で推定したＳＯＯＴ堆積量から、図１１に基づきＳＯＦ除去処理が必要なＳＯＦ堆積量（ＳＯＦ除去実施堆積量）Ｍ１を算出する。これは、ＳＯＯＴ堆積量が増加するとＳＯＦの燃焼によりＤＰＦ温度が急上昇しやすくなることから、ＳＯＦの除去処理を早めに行ってこれを回避するもので、ＳＯＯＴ堆積量が多いほどＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１が小さい値となるように設定する。これを図８〜１０により説明する。

図８は、加速運転時のＤＰＦ温度変化を示す図で、ＳＯＯＴ堆積量が多い場合において、ＳＯＦ堆積量が少ない場合とＳＯＦ堆積量が多い場合を比較して示している。ＳＯＦ堆積量が多い場合には、車両加速時等に排気温度がＳＯＦ燃焼温度を超えるとＳＯＦが燃焼し、それが火種となりＳＯＯＴが急速に燃焼する。この結果、ＤＰＦ温度は急激に上昇し許容温度を超えてしまう。ＳＯＦは２５０℃以上の比較的低温で燃焼するため、これは特殊な運転状況下ではなく、通常の加速運転において容易に起こり得る。ただし、同様にＳＯＯＴが多く堆積している状態であっても、ＳＯＦ堆積量が少ない場合には、許容温度を超えるような温度上昇は起こらない。なぜならば、ＳＯＯＴ燃焼温度は６００℃以上の比較的高温であるため、火種となるＳＯＦがなければ通常運転時にはＳＯＯＴが燃焼しないからである。

図９は、加速運転時のＤＰＦ温度を、ＳＯＦ堆積量が多い場合において示す図で、ＳＯＯＴ堆積量が少ない場合とＳＯＯＴ堆積量が多い場合の比較を示している。ＳＯＯＴ堆積量が多い場合には、車両加速時等に排気温度がＳＯＦ燃焼温度を超えるとＳＯＦが燃焼し、それが火種となりＳＯＯＴが急速に燃焼する。この結果、ＤＰＦ温度は急激に上昇し許容温度を超えてしまう。ＳＯＦは２５０℃以上の比較的低温で燃焼するため、これは特殊な運転状況下ではなく、通常の加速運転において容易に起こり得る。ただし、同様にＳＯＦが多く堆積している状態であっても、ＳＯＯＴ堆積量が少ない場合には、許容温度を超えるような温度上昇は起こらない。なぜならば、ＳＯＦが燃焼してもそれに伴うＳＯＯＴの燃焼が生じないからである。

図１０は加速運転時のＤＰＦ最高温度を示す図で、ＳＯＦ堆積量の増加とともに最高温度が上昇する。この際、ＳＯＯＴ堆積量が少なければＤＰＦ最高温度は許容温度を超えないが、ＳＯＯＴ堆積量が多いとＳＯＦ燃焼による発熱が火種となりＳＯＯＴが急激に燃焼するため、ＤＰＦ３が異常な高温となることがある。その結果、許容温度を超えるとＤＰＦ３またはＤＰＦ３表面の触媒を破損する可能性がある。図１１は、ＳＯＯＴ堆積量と安全に再生を実施可能なＳＯＦ堆積量Ｍ１の関係を示すもので、ＳＯＯＴ堆積量が多い場合には、より少ないＳＯＦ堆積量に到達した時点でＳＯＦ除去を実施する。

ステップＳ１０３では、ＳＯＯＴ除去が必要なＳＯＯＴ堆積量（ＳＯＯＴ除去実施堆積量）Ｍ２を算出する。本実施形態では、ＳＯＯＴ除去実施堆積量Ｍ２は所定の一定値とする。

ステップＳ１０４はＳＯＦ堆積量推定手段としての処理で、ステップＳ１００で読み込んだセンサ出力を基にＳＯＦ堆積量を推定する。具体的には、図６に示すように、エンジン１からのＳＯＦ排出量はエンジン回転数および出力トルクと相関があり、エンジン回転数または出力トルクが大きいほど単位時間あたりのＳＯＦ排出量が減少する。一方、図７に示すように、ＤＰＦ温度が一定温度を超えるとＳＯＦが燃焼を開始し、温度の上昇とともにＳＯＦ燃焼速度が増大する。この関係を予めマップ化しておき、エンジン回転センサ６１およびアクセル開度センサ６２の検出値を基にＳＯＦ排出量を算出するとともに、温度センサ４１、４２にて知られるＤＰＦ温度からＤＰＦ３におけるＳＯＦ燃焼量を算出し、ＳＯＦ排出量との差を積算することにより、ＳＯＦ堆積量を推定することができる。

ステップＳ１０５はＳＯＦ除去処理決定手段としての処理で、ステップＳ１０４で推定したＳＯＦ堆積量が、ステップＳ１０２で算出したＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１に達したか否かを判定する。

ステップＳ１０５が肯定判定されたらステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６はＳＯＦ除去処理手段としての処理で、上述した燃料噴射時期の遅角、ポスト噴射など公知の方法でＳＯＦ除去処理を実施する。処理温度は、ＳＯＯＴは燃焼しないがＳＯＦは燃焼する比較的低温（例えば２５０℃）とし、この温度以上にＤＰＦ３を昇温することで、ＳＯＦを燃焼、除去する。

ステップＳ１０６の実行後、またはステップＳ１０５が否定判定されたらステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７はＳＯＯＴ除去処理決定手段としての処理で、ステップＳ１０１で推定したＳＯＯＴ堆積量が、ステップＳ１０３で算出したＳＯＯＴ除去実施堆積量Ｍ２に達したか否かを判定する。

ステップＳ１０７が肯定判定されたらステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８はＳＯＯＴ除去処理手段としての処理で、上述した燃料噴射時期の遅角、ポスト噴射など公知の方法でＳＯＯＴ除去処理を実施する。処理温度は、ＳＯＯＴが燃焼する比較的高温（例えば６００℃）とし、この温度以上にＤＰＦ３を昇温することで、ＳＯＯＴを燃焼、除去する。

ステップＳ１０８の実行後、またはステップＳ１０７が否定判定されたらリターンに抜ける。

図１２は、上記図２のフローチャートに基づいてＤＰＦ３の再生処理を実行した場合の、本発明の作用効果を示すタイムチャート図である。図中、横軸に示す車両走行時間とともに、ＤＰＦ３へのＳＯＯＴ堆積量およびＳＯＦ堆積量が増加していく。本発明では、このＳＯＯＴおよびＳＯＦの堆積量を別々に推定し、それぞれ設定された除去実施堆積量Ｍ１、Ｍ２に達したか否かを随時判定する。本図に示す例では、時間ｔ1 にＳＯＦ堆積量がＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１を超えるため、ＳＯＦ除去処理が実施される。この処理は時間ｔ2 で終了するが、ＳＯＦ除去処理は低温（２５０℃以上程度）で実行されるためＳＯＯＴは燃焼せずそのまま堆積が続く。そして、時間ｔ3 にＳＯＯＴ堆積量がＳＯＯＴ除去実施堆積量Ｍ２を超えるためＳＯＯＴ除去処理が実施される。

これにより本発明は次の効果を奏する。従来の排気浄化装置では、排気微粒子のうちＳＯＦ分の推定が困難であったり、排気微粒子をＳＯＦ、ＳＯＯＴに区別せずに両者をまとめて排気微粒子堆積量として算出し、所定値を超えたらＤＰＦ３を再生するようにしていた。このため、ＳＯＦ堆積量が多くなってＳＯＯＴの急速燃焼を誘発したり、ＤＰＦ３の再生処理頻度が多くなって燃費が悪化するおそれがあった。これに対し、本発明ではＳＯＦ、ＳＯＯＴを別々に扱い、それぞれに堆積量の推定や除去処理を実施することで、ＤＰＦ３の再生処理を適切な時期に行うことができ、特にＳＯＦの過剰堆積による弊害を回避して安全性を高める効果が得られる。

本発明の第１実施形態を示す内燃機関の排気浄化装置の全体概略構成図である。排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行されるパティキュレートフィルタの再生処理の制御内容を示すフローチャート図である。パティキュレートフィルタを通過する排気流量に対する、パティキュレートフィルタ前後差圧とＳＯＯＴ堆積量の関係を示す図である。エンジン回転数とエンジン出力トルクに対するＳＯＯＴ排出量の関係を示す図である。パティキュレートフィルタ温度に対するＳＯＯＴ燃焼速度の関係を示す図である。エンジン回転数とエンジン出力トルクに対するＳＯＦ排出量の関係を示す図である。パティキュレートフィルタ温度に対するＳＯＦ燃焼速度の関係を示す図である。加速運転時のパティキュレートフィルタ温度の変化を、ＳＯＦ堆積量が多い場合と少ない場合とで比較した図である。加速運転時のパティキュレートフィルタ温度の変化を、ＳＯＯＴ堆積量が多い場合と少ない場合とで比較した図である。加速運転時のＤＰＦ最高温度を、ＳＯＯＴ堆積量が多い場合と少ない場合とで比較した図である。ＳＯＯＴ堆積量と、ＳＯＦ除去処理を実施するＳＯＦ堆積量Ｍ１の関係を示す図である。本発明の作動を説明するためのタイムチャート図である。

符号の説明

１ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１吸気通路
１２エアフローメータ
２排気通路
２１、２２排気通路
３ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
４１、４２排気温センサ
５差圧センサ
６ＥＣＵ（ＳＯＦ堆積量推定手段、ＳＯＯＴ堆積量推定手段、再生要否判定手段、再生処理手段）

Claims

内燃機関から排出される排気ガスが流通する排気通路の途中に、上記排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有し、所定の時期にパティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子を除去してパティキュレートフィルタを再生する内燃機関の排気浄化装置において、
パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子成分のうち有機溶媒可溶成分であるＳＯＦの堆積量を推定するＳＯＦ堆積量推定手段と、
パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子成分のうち固体炭素成分であるＳＯＯＴの堆積量を推定するＳＯＯＴ堆積量推定手段と、
上記ＳＯＦ堆積量推定手段および上記ＳＯＯＴ堆積量推定手段による堆積量推定値に基づいて、ＳＯＦまたはＳＯＯＴの上記パティキュレートフィルタよりの除去処理が必要か否かを判定する再生要否判定手段と、
ＳＯＦまたはＳＯＯＴの除去処理が必要と判定された時に、パティキュレートフィルタをＳＯＦまたはＳＯＯＴの燃焼温度以上に昇温して、上記パティキュレートフィルタを再生する再生処理手段とを設け、
上記再生要否判定手段は、
上記ＳＯＦ堆積量推定手段による堆積量推定値が、予め設定したＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１以上となった時に、ＳＯＦ除去処理が必要と判断するＳＯＦ除去処理決定手段と、
上記ＳＯＯＴ堆積量推定手段による堆積量推定値が、予め設定したＳＯＯＴ除去実施堆積量Ｍ２以上となった時に、ＳＯＯＴ除去処理が必要と判断するＳＯＯＴ除去処理決定手段とを有するとともに、
上記ＳＯＦ除去処理決定手段は、
上記ＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１を、上記ＳＯＯＴ堆積量推定手段により推定されるＳＯＯＴ堆積量に応じて変更するＳＯＦ除去実施堆積量設定手段を有し、ＳＯＯＴ堆積量が多いほど上記ＳＯＦ除去実施堆積量Ｍ１を小さい値とすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
上記ＳＯＦ堆積量推定手段は、内燃機関から排気通路に排出されるＳＯＦ排出量とパティキュレートフィルタにおけるＳＯＦ燃焼量を算出し、ＳＯＦ排出量からＳＯＦ燃焼量を減じてＳＯＦ堆積量を推定する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記ＳＯＯＴ堆積量推定手段は、パティキュレートフィルタ上流側と下流側の差圧および排気流量に基づいて、または内燃機関のＳＯＯＴ排出量からパティキュレートフィルタにおけるＳＯＯＴ燃焼量を減じて、あるいはこれらの組み合わせによりＳＯＯＴ堆積量を推定する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記再生処理手段は、
パティキュレートフィルタをＳＯＦ除去処理温度まで昇温するＳＯＦ除去処理手段と、
パティキュレートフィルタをＳＯＯＴ除去処理温度まで昇温するＳＯＯＴ除去処理手段とを有する請求項１ないし３のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記ＳＯＦ除去処理手段は、パティキュレートフィルタを上記ＳＯＯＴ除去処理手段よりも低いＳＯＦ除去処理温度へ昇温する請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記再生処理手段は、
上記ＳＯＦ除去処理手段によるＳＯＦ除去処理を、上記ＳＯＯＴ除去処理手段によるＳＯＯＴ除去処理に対して優先的に実施し、上記ＳＯＯＴ除去処理手段によるＳＯＯＴ除去処理は、ＳＯＦ堆積量が所定量以下と推定される場合にのみ実施する請求項４または５記載の内燃機関の排気浄化装置。