JP5736759B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気中に含まれる粒子状物質をフィルタによって捕集するとともに、堆積した粒子状物質を燃焼除去してフィルタを再生するようにした内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

車両に搭載された内燃機関の排気を浄化する装置として、同排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter: ＰＭ）を排気通路途中のフィルタによって捕集するものが知られている。この排気浄化装置では、捕集されたＰＭの堆積量が増大するにつれてフィルタでの圧力損失が増大し、これに伴う内燃機関の排気背圧増大によって機関出力低下や燃費の低下を招く。

そこで、フィルタに捕集されたＰＭの捕集量（堆積量）が所定値に達すると、フィルタの温度に関わるパラメータが閾値よりも高いことを少なくとも条件の１つとして、フィルタの温度を高温化することによってＰＭを酸化（燃焼）してフィルタを再生する制御が行なわれる。このフィルタ再生制御では、例えば、主噴射燃料噴射（メイン噴射）後に少量の燃料を副次的に噴射（ポスト噴射）することで、フィルタの排気上流側の酸化触媒の温度（排気温）を上昇させる。その後に、フィルタ再生用のポスト噴射を実行し、フィルタに堆積したＰＭを燃焼除去することでフィルタの再生を図っている。なお、上記ポスト噴射は、フィルタに堆積したＰＭが燃焼除去された旨判断されることをもって停止される。

ここで、フィルタ再生制御の実行条件に関わる上記閾値が高く設定されると、ＰＭが燃焼されてフィルタの再生が良好に行なわれる反面、フィルタの再生の頻度が低くなる。これとは逆に、上記閾値が低く設定されると、フィルタの再生の頻度が高くなる反面、フィルタの温度が充分に高くならず、ポスト噴射を行なっている割にＰＭが燃焼除去されない現象、いわゆるフィルタの再生不良が起こるおそれがある。このように、閾値の設定の仕方によっては、フィルタの再生不良を招くことがある。

また、ポスト噴射が行なわれると、その噴射された燃料の一部がピストン及びシリンダ間を通ってオイルパンに流下して機関オイルを稀釈するところ、上記フィルタの再生不良が生ずると、ＰＭが燃焼除去されにくいことからポスト噴射が長い時間にわたり継続され、機関オイルの稀釈が進行する。また、フィルタの再生不良時には、内燃機関自体や機関オイルの温度が低く、ポスト噴射された燃料が揮発しにくいこと、シリンダ壁面に付着しピストンに掻き落とされてオイルパンに流下する燃料が多くなること等から、機関オイルの稀釈がさらに進行する。オイル稀釈が進行すると、内燃機関の各摺動部での油膜切れや、機関オイルの油面上昇が起こり得る。

そこで、こうした再生不良が生じていることを運転者に報知し、さらには、この再生不良を解消するための操作を運転者に促すために、ＤＰＦランプを点灯したり点滅したりすることが行なわれる。上記操作としては、例えば、フィルタの再生に適した車両走行をするための運転操作が挙げられる。運転者がこの操作を行なうことで、フィルタの温度が上昇し、ＰＭが燃焼除去されてフィルタが適正に再生されるようになる。なお、運転者の操作により行なわれるフィルタの再生制御と、そうでない再生制御とを区別するために、前者は「手動再生制御」と呼ばれ、後者は「自動再生制御」と呼ばれる。

上記のような自動再生制御及び手動再生制御を行なう技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。同特許文献１では、自動再生制御を行なうか手動再生制御を行なうかを、車両の走行距離に対するフィルタの再生回数に基づいて判定するようにしている。すなわち、再生回数が閾値よりも小さいときには自動再生制御を行なうべきと判定し、同再生回数が閾値以上のときには手動再生制御を行なうべきと判定する。手動再生制御を行なうべきと判定した場合には、ＤＰＦランプを点滅させることで、車両の走行を停止し、手動再生スイッチをオン操作することを運転者に促すようにしている。こうした判定を行なうことにより、特許文献１では、手動再生スイッチの操作による手動再生の頻度を低減して、運転者の操作性向上を図っている。

特開２００５−２９９４３８号公報

ところが、上記特許文献１に記載された技術は、ＤＰＦランプの点滅による手動再生の煩わしさを解消することを目的に行なわれるものである。この観点から、特許文献１では、再生不良が生じたときに直ちに再生不良と判定してＤＰＦランプを点滅するというよりも、再生不良がある程度進行したときに再生不良と判定してＤＰＦランプを点滅させるものと考えられる。そのため、再生不良が生じていないときには再生不良と判定せず、再生不良が生じているときに直ちに再生不良と判定するといった適切な判定を行なうことが難しい。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、フィルタが再生不良であるかどうかを適切に判定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にある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に配置され、同内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記内燃機関の主噴射燃料噴射後に再生燃料噴射を行なって、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生制御を行なうフィルタ再生制御手段と、前記フィルタ再生制御手段による前記フィルタの再生継続時間を計時するとともに、前記再生継続時間が経過するまでに前記フィルタ再生制御により燃焼除去される前記粒子状物質の燃焼量を機関運転状態に基づき推定し、前記再生継続時間と前記燃焼量とに基づき前記フィルタが再生不良であるかどうかを判定する判定手段とを備えることを要旨とする。

ここで、再生継続時間は、フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼除去されて所定の量に減少するまでにフィルタ再生制御が行なわれる時間の積算値であり、フィルタ再生制御が一時的に停止された場合、その停止時間は再生継続時間に含まれない。

上記の構成によれば、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質は、排気通路に配置されたフィルタによって捕集される。一方で、捕集された粒子状物質が堆積したフィルタは、フィルタ再生制御手段のフィルタ再生制御によって再生を図られる。このフィルタ再生制御では、内燃機関の主噴射燃料噴射後に再生燃料噴射が行なわれる。この再生燃料噴射された燃料によりフィルタの温度が上昇し、同フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼除去される。

ここで、内燃機関が粒子状物質の燃焼除去に適した運転状態にあって、フィルタの再生不良が起こっていなければ、フィルタに堆積した粒子状物質のうち燃焼除去されるものは、再生継続時間が長くなるに従い多くなるはずである。燃焼除去される粒子状物質の量が再生継続時間の割に多くならなければ、内燃機関が粒子状物質の燃焼除去に適した運転状態になく、粒子状物質が充分に燃焼していない状況、いわゆるフィルタの再生不良が生じているものと考えられる。

このように、フィルタの再生継続時間と、その再生継続時間経過までに、フィルタ再生制御により燃焼除去される粒子状物質の燃焼量と、フィルタの再生不良の有無との間には相関関係が見られる。

従って、請求項１に記載の発明によるように、計時された再生継続時間と、その再生継続時間が経過するまでに燃焼除去される粒子状物質の燃焼量とに基づくことにより、判定手段において、再生不良が生じていないときには再生不良と判定せず、再生不良が生じているときに直ちに再生不良と判定するといった適切な判定を行なうことが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記判定手段は、前記再生継続時間が経過するまでに燃焼除去される前記粒子状物質の量についての許容範囲の最小値を再生不良判定閾値とし、同再生不良判定閾値と、推定した前記粒子状物質の前記燃焼量とに基づき、前記フィルタが再生不良であるかどうかを判定するものであることを要旨とする。

ここで、内燃機関が粒子状物質の燃焼除去に適した運転状態にあって、フィルタの再生不良が起こっていなければ、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去される粒子状物質の量についての許容範囲の最小値は、その再生継続時間が長くなるに従い多くなるはずである。

再生継続時間が経過するまでに燃焼除去される粒子状物質の燃焼量が上記許容範囲の最小値に満たなければ、内燃機関が粒子状物質の燃焼除去に適した運転状態になく、フィルタの温度が充分上昇せず、粒子状物質が充分に燃焼していない状況（フィルタの再生不良）が生じているものと考えられる。

このように、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去される粒子状物質の量についての許容範囲の最小値と、その再生継続時間が経過するまでに、フィルタ再生制御により燃焼除去される粒子状物質の燃焼量と、フィルタの再生不良の有無との間には相関関係が見られる。

この点、請求項２に記載の発明では、フィルタの再生不良の有無についての判定を行なう際に、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去される粒子状物質の量についての許容範囲の最小値が再生不良判定閾値とされる。そして、この再生不良判定閾値と、上記再生継続時間が経過するまでに、フィルタ再生制御により燃焼除去される粒子状物質の燃焼量とに基づき、フィルタの再生不良の有無が判定される。従って、フィルタの再生不良の有無についての判定をより正確に行なうことが可能となり、上記請求項１に記載の発明の効果がより確実に得られるようになる。

なお、上記請求項２に記載の発明における判定手段の判定は、例えば、請求項３に記載の発明によるように、前記再生継続時間と前記粒子状物質の燃焼量とから得られる値が前記再生不良判定閾値よりも小さいと再生不良と判定するものであってもよい。

この判定の内容は、上述した、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去される粒子状物質の量についての許容範囲の最小値と、その再生継続時間が経過するまでにフィルタ再生制御により燃焼除去される粒子状物質の燃焼量と、フィルタの再生不良の有無との間に見られる上記相関関係に沿ったものである。従って、上記内容の判定が判定手段によって行なわれることで、請求項２に記載の発明の効果が好適に得られる。

また、上記請求項１に記載の発明は、前記判定手段により前記フィルタが再生不良であると判定されたときに、前記フィルタの温度に関わるパラメータを上昇させるための操作を運転者に促す報知手段をさらに備える。

上記の構成によれば、判定手段によりフィルタが再生不良であると判定された場合には、報知手段により、フィルタの温度に関わるパラメータを上昇させるための操作が運転者に促される。そのため、運転者は、フィルタの再生不良が起こっていること、及び、フィルタの温度に関わるパラメータを上昇させるための操作をなすべきことに気付かされる。その後、運転者により上記の操作が行なわれて、内燃機関が粒子状物質の燃焼除去に適した運転状態になると、フィルタ再生制御が継続して行なわれることにより再生不良の解消が可能となる。

さらに、上記請求項１に記載の発明は、前記フィルタ再生制御手段は、前記フィルタの温度に関わるパラメータが閾値よりも高いことを少なくとも条件の１つとして前記フィルタ再生制御を行なうものであり、前記報知手段の作動時には、前記閾値を高い値に変更することも要旨とする。

上記の構成によれば、報知手段の作動時には、フィルタ再生制御手段において、フィルタ再生制御の実行の可否を判断する際に用いられる閾値が高い値に変更される。
従って、報知手段の作動に応じ、運転者により、フィルタの温度に関わるパラメータを上昇させるための操作が行なわれて、その内燃機関が、粒子状物質の燃焼除去に適した運転状態になって、フィルタの温度に関わるパラメータが、変更後の閾値よりも高くなった場合に限り、フィルタ再生制御が継続して行なわれる。このフィルタ再生制御により、フィルタの温度が上昇し、粒子状物質が燃焼除去され、フィルタの再生不良が解消されるようになる。

これに対し、報知手段が作動しても、運転者による上記操作が行なわれず、同内燃機関が、粒子状物質の燃焼除去に適した運転状態にならず、フィルタの温度に関わるパラメータが、変更後の閾値よりも高くならない場合には、フィルタ再生制御が行なわれない。

ここで、内燃機関の主噴射燃料噴射後に再生燃料噴射が行なわれると、その噴射された燃料の一部が機関オイルに混入して同機関オイルを稀釈するところ、上記フィルタの再生不良が生ずると、粒子状物質が燃焼除去されにくいことから再生燃料噴射が長い期間にわたり継続され、機関オイルの稀釈が進行する。また、フィルタの再生不良時には、内燃機関自体や機関オイルの温度が低く、再生燃料噴射された燃料が揮発しにくいこと、シリンダ壁面に付着しピストンに掻き落とされてオイルパンに流下する燃料が多くなること等から、機関オイルの稀釈がさらに進行する。

しかし、請求項１に記載の発明では、上記のように、報知手段が作動しても、内燃機関が粒子状物質の燃焼除去に適した運転状態にならない場合には、フィルタ再生制御（再生燃料噴射）が行なわれないことから、燃料の機関オイルへの混入によるオイル稀釈が抑制される。このように、フィルタの再生と機関オイルの稀釈抑制との両立が図られる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、その適用対象となるディーゼル機関を模式的に示す概略構成図。 ＰＭ発生量ｐｍｅの決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。 ＰＭ燃焼量ｐｍｃの決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。 ＤＰＦランプの点灯を制御する手順を示すフローチャート。 再生継続時間と、ＰＭ燃焼量及び再生不良判定閾値との関係を示す特性図。 ＤＰＦ再生制御への移行可否を判定する手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、車両には、その駆動源として内燃機関が搭載されている。ここでは、内燃機関としてディーゼル機関１０が採用されている。

ディーゼル機関１０には、気筒毎の燃焼室１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁１２が設けられている。各燃料噴射弁１２は、燃料タンク１３からサプライポンプ１４に至り、かつそのサプライポンプ１４を通じて加圧されてコモンレール１５に蓄圧された燃料を、燃焼室１１に噴射する。また、燃焼室１１内では、吸気通路１６を通じて導入される吸入空気と上記燃料噴射弁１２から噴射される燃料とからなる混合気が燃焼されるとともに、同混合気の燃焼後の排気が排気通路１７へ排出される。そして、この混合気の燃焼に伴うピストン１８の直線往復運動がコンロッド（図示略）を介してクランクシャフト１９の回転運動に変換されることによって、当該機関１０としての動力が得られる。

一方、ディーゼル機関１０には、上記排気通路１７を流れる排気を浄化するための排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置は、排気通路１７の途中に配置された酸化触媒コンバータ（以下「ＣＣＯ」という）２１と、同排気通路１７においてＣＣＯ２１の下流側に配置されたディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下「ＤＰＦ」という）２２とを備えている。ＣＣＯ２１は、排気中の未燃燃料の酸化反応を促進させる触媒であり、排気温の昇温に用いられる。ＤＰＦ２２は、多孔質材によって形成されており、煤を主成分とする粒子状物質（以下「ＰＭ」という）を捕集する。

車両の室内には、上記ＤＰＦ２２の再生不良（これについては後述する）が生じたときに、その旨を報知する報知手段として、ＤＰＦランプ２３が設けられている。このＤＰＦランプ２３は、ＤＰＦ２２の再生が適正に行なわれているときには消灯し、再生不良の発生に応じて点灯する。

車両には、ディーゼル機関１０の運転状態や、車両走行状態を検出するための各種センサが設けられている。各種センサには以下のものが含まれている。
・吸気通路１６内の空気の流量を吸入空気量Ｇａとして検出するエアフロメータ３１。

・クランクシャフト１９の回転速度を機関回転速度ＮＥとして検出する回転速度センサ３２。
・排気通路１７において、ＣＣＯ２１の上流側に配置されて、排気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサ３３。

・排気通路１７において、ＣＣＯ２１の上流側に配置されて、同ＣＣＯ２１に流入する排気の温度をＣＣＯ前排気温として検出する第１排気温センサ３４。
・排気通路１７において、ＣＣＯ２１とＤＰＦ２２との間に配置されて、ＤＰＦ２２に流入する排気の温度をＤＰＦ前排気温Ｔｈｅｇとして検出する第２排気温センサ３５。

・排気通路１７において、ＤＰＦ２２の上流側圧力と下流側圧力との差（ＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰ）を検出する差圧センサ３６。
・車両の走行速度を検出する車速センサ３７。

上記各種センサ３１〜３７の出力信号は電子制御装置４１に入力される。電子制御装置４１は、演算処理装置（ＣＰＵ）、プログラムメモリ（ＲＯＭ）、データメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ等を備えている。ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサ３１〜３７から入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭは、ディーゼル機関１０の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

この電子制御装置４１は、上記各種センサ３１〜３７の出力信号に基づいて、ディーゼル機関１０の運転に関する各種状態量を求める。そして、それら求めた状態量に基づいて燃料噴射弁１２、サプライポンプ１４、ＤＰＦランプ２３等を駆動して、上記燃焼室１１内への燃料噴射量を制御するための燃料噴射量制御、上記ＤＰＦ２２の浄化機能を維持するためのフィルタ再生制御としてのＤＰＦ再生制御、ＤＰＦランプ２３の点灯制御等を実行する。

ＤＰＦ再生制御は、ＤＰＦ２２で捕集されて堆積するＰＭがディーゼル機関１０の運転時間とともに増加していくと、排気の流通抵抗が増大し、背圧が上昇し機関出力が低下するため、ＰＭを酸化により除去してＤＰＦ２２を再生させるために行なわれる制御である。この電子制御装置４１によるＤＰＦ再生制御は、特許請求の範囲における「フィルタ再生制御手段」に相当する。

このＤＰＦ再生制御に際しては、ディーゼル機関１０の運転中に、ＤＰＦ２２に堆積するＰＭの量（ＰＭ堆積量）が推定される。
ＰＭ堆積量の推定処理としては、（Ｉ）機関運転状態に基づくものと、（II）差圧ΔＰに基づくものとがある。

（Ｉ）機関運転状態に基づくＰＭ堆積量の推定処理
この推定処理では、ＰＭ発生量ｐｍｅ及びＰＭ燃焼量ｐｍｃが用いられて推定ＰＭ堆積量ＰＭｓが算出される。

ここで、ＰＭ発生量ｐｍｅは、単位時間当たり（例えば推定処理の１制御周期の間）にディーゼル機関１０の全燃焼室１１から排出されるＰＭの量である。ＰＭ発生量ｐｍｅは、回転速度センサ３２によって検出される機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖ（指令値）に基づいて算出される。この算出に際しては、例えば、図２のマップが参照される。このマップは、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖをパラメータとし、ＰＭ発生量ｐｍｅを実験、計算等によって求めた値をマップ化したものであって、電子制御装置４１のＲＯＭに記憶されている。なお、図２のマップにおいて、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖがマップ上の各ポイント間の値になるときには、補間処理によってＰＭ発生量ｐｍｅが算出される。

一方、ＰＭ燃焼量ｐｍｃは、単位時間当たり（例えば推定処理の１制御周期の間）にＤＰＦ２２に堆積されているＰＭが酸化燃焼される量である。ＰＭ燃焼量ｐｍｃは、第２排気温センサ３５によって検出されるＤＰＦ前排気温Ｔｈｅｇ（ＤＰＦ２２の温度に相当）、及びエアフロメータ３１によって検出される吸入空気量Ｇａに基づいて算出される。この算出に際しては、例えば、図３のマップが参照される。このマップは、ＤＰＦ前排気温Ｔｈｅｇ及び吸入空気量Ｇａをパラメータとし、ＰＭ燃焼量ｐｍｃを実験、計算等によって求めた値をマップ化したものであって、電子制御装置４１のＲＯＭに記憶されている。なお、図３のマップにおいて、ＤＰＦ前排気温Ｔｈｅｇ及び吸入空気量Ｇａがマップ上の各ポイント間の値になるときには、補間処理によってＰＭ燃焼量ｐｍｃが算出される。

そして、これらＰＭ発生量ｐｍｅ及びＰＭ燃焼量ｐｍｃが用いられ、次式（１）に従って、推定ＰＭ堆積量ＰＭｓが逐次算出（積算）される。
ＰＭｓ←ＰＭｓ（前回値）＋ｐｍｅ−ｐｍｃ・・・（１）
なお、フィルタ再生開始時のＰＭｓ（前回値）は、再生開始判定値に相当する値である。

（II）差圧ΔＰに基づくＰＭ堆積量の推定処理
排気浄化装置においては、ＤＰＦ２２へのＰＭの堆積が進行するに従って、その堆積されたＰＭが排気の流れの妨げとなり、排気の流動抵抗が増加する。これに伴って排気通路１７に配置されたＤＰＦ２２の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔＰが大きくなる。このＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰは、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭの燃焼除去が進行して、ＤＰＦ２２に堆積しているＰＭ堆積量が減少するに従って小さくなる。このように、ＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰと、ＤＰＦ２２に堆積しているＰＭ堆積量との間に相関関係が見られるので、差圧ΔＰからＤＰＦ２２のＰＭ堆積量を推定することが可能である。

この点に着目し、差圧センサ３６によって検出される差圧ΔＰに基づいてマップ（図示略）を参照して、ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭの堆積量（推定ＰＭ堆積量ＰＭｄ）を推定する。このマップは、上記したＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰとＰＭ堆積量との相関関係を考慮して、実験・計算等によって適合した値をマップ化したものであって、電子制御装置４１のＲＯＭに記憶されている。

そして、上記（Ｉ），（II）の２つの推定処理にて推定される推定ＰＭ堆積量ＰＭｓ，ＰＭｄのうち、いずれか一方が再生開始判定値（限界堆積量に相当する値）に達すること、及びＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータが閾値よりも高いことを含む所定の再生実行条件が満たされると、ＤＰＦ再生制御が開始される。ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータには、ＣＣＯ前排気温（ＣＣＯ２１に流入する排気の温度）、ＤＰＦ前排気温Ｔｈｅｇ（ＤＰＦ２２に流入する排気の温度）、車速等が含まれている。なお、車速は、ＤＰＦ２２の温度に直接関わるパラメータとは言い難い。しかし、車両の低負荷走行時、低速走行時等には、ディーゼル機関１０から排出される排気の温度が低く、ＤＰＦ２２の温度が高くなりにくい。つまり、車速とＤＰＦ２２の温度との間には相関関係が見られる。そのため、車速についても、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータとされている。

なお、上記のように、ＰＭ堆積量を推定するために、２種類の推定処理を行なっているのは、ＤＰＦ２２の再生開始判定の信頼性を高めるためである。
上記ＤＰＦ再生制御が開始されると、機関運転のための燃料噴射（燃料噴射弁１２から燃焼室１１への燃料噴射）である主噴射燃料噴射（メイン噴射）を行なった後に、ＣＣＯ昇温燃料噴射（ポスト噴射）を実行する。このＣＣＯ昇温燃料噴射によって燃料噴射弁１２から噴射された燃料は、排気通路１７に送出されてＣＣＯ２１に達する。ＣＣＯ２１に燃料成分が到達すると、ＨＣやＣＯ等の成分が排気中や触媒上で酸化される。この酸化に伴う発熱により、ＣＣＯ２１の温度（排気温）が上昇し、この温度上昇によってＤＰＦ２２の温度が上昇する。そして、このようなＣＣＯ昇温燃料噴射を行なった後に、所定のタイミングで再生燃料噴射としてのＤＰＦ再生燃料噴射（ポスト噴射）を実行することにより、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭが燃焼除去され、ＤＰＦ２２のＰＭ堆積量が減少していき、ＤＰＦ２２が再生される。

上記ＤＰＦ再生制御は、機関運転状態に基づく推定ＰＭ堆積量ＰＭｓが再生完了判定値にまで減少することをもって停止される。
ここで、ＤＰＦ再生制御の実行条件に関わる上記閾値が高く設定されると、ＤＰＦ２２の温度が高くなったときにポスト噴射が行なわれるため、ＰＭが燃焼されやすく、ＤＰＦ２２の再生が良好に行なわれる。反面、車両の低負荷走行時、低速走行時等、ＤＰＦ２２の温度が高くなりにくい状況では、ポスト噴射が行なわれなくなり、その分、ＤＰＦ２２の再生の頻度が低くなり、ＰＭの堆積量が増える。

これとは逆に、上記閾値が低く設定されると、車両の低負荷走行時、低速走行時等、ＤＰＦ２２の温度が高くなりにくい状況でもポスト噴射が行なわれ、ＤＰＦ２２の再生の頻度が高くなる。反面、ＤＰＦ２２の温度が充分に高くならず、ポスト噴射を行なっている割にＰＭが燃焼除去されない現象、いわゆるＤＰＦ２２の再生不良が起こるおそれがある。このように、閾値の設定の仕方によっては、ＤＰＦ２２の再生不良を招くことがある。

本実施形態では、ＤＰＦ２２の再生頻度を確保することを優先させて、上記閾値として低い値が設定されている。
また、上記ポスト噴射が行なわれると、その噴射された燃料の一部がピストン１８及びシリンダ２０間を通ってオイルパンに流下して機関オイルを稀釈する。上記ＤＰＦ２２の再生不良が生ずると、ＰＭが燃焼除去されにくいことからポスト噴射が長い時間にわたり継続され、機関オイルの稀釈が進行する。また、ＤＰＦ２２の再生不良時には、ディーゼル機関１０自体や機関オイルの温度が低く、ポスト噴射された燃料が揮発しにくい。また、シリンダ２０の壁面に付着しピストン１８に掻き落とされてオイルパンに流下する燃料が多くなる。これらのことから、機関オイルの稀釈がさらに進行する。オイル稀釈が進行すると、ディーゼル機関１０の各摺動部での油膜切れや、機関オイルの油面上昇が起こり得る。

そこで、こうした再生不良が生じていることを運転者に報知し、さらには、この再生不良を解消するための操作を運転者に促すために、上記ＤＰＦランプ２３を点灯することが行なわれる。上記操作としては、例えば、ＤＰＦ２２の再生に適した車両走行をするための運転操作が挙げられる。例を挙げると、変速位置として、変速機に例えば５つの変速段が設定されている場合には、３速（３ｒｄ）を選択し、車速が６０ｋｍ／ｈ以上となるようにアクセル操作を行なうことである。運転者がこの操作を行なうことで、機関負荷が増大して排気温ひいてはＤＰＦ２２の温度が上昇し、ＰＭが燃焼除去されてＤＰＦ２２が適正に再生されるようになる。

なお、電子制御装置４１は、ＤＰＦ再生制御の実施に伴い、その再生制御の継続時間（再生継続時間）をタイマカウンタによって計時する。ここで、再生継続時間は、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭが燃焼除去されるまでにＤＰＦ再生制御が行なわれる時間の積算値であり、フィルタ再生制御が一時的に停止された場合、その停止時間は再生継続時間に含まれない。

また、電子制御装置４１は、上記再生継続時間を計時しているときには、上記のようにして機関運転状態（機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖ）に基づいて算出したＰＭ燃焼量ｐｍｃを、一定時間おきに積算する処理を行なう。この処理を行なうことで、電子制御装置４１は、上記再生継続時間が経過するまでに、ＤＰＦ再生制御により燃焼除去されるＰＭの燃焼量を推定するようにしている。

次に、前記のように構成された本実施形態の作用について説明する。
図４のフローチャートは、電子制御装置４１が実行する各処理のうち、ＤＰＦランプ２３を点灯させる制御を行なうための「ＤＰＦランプ点灯制御ルーチン」を示している。このルーチンは、ディーゼル機関１０の運転中、所定の演算周期をもって（例えば、所定時間経過毎に）繰り返し実行される。

このルーチンが開始されると、電子制御装置４１はまずステップ１００において、その時点でのＰＭ堆積量を読込み、これがＤＰＦ点灯閾値αよりも多いか否かを判定する。ＰＭ堆積量としては、前述した推定処理に従って推定されたものが用いられる。ＤＰＦ点灯閾値αは、上述した再生実行条件のうち再生開始判定値（限界堆積量）よりも大きな値に設定されている。ＤＰＦ再生制御によりＰＭが適正に燃焼されてＤＰＦ２２が再生されていれば、ＰＭ堆積量が再生開始判定値（限界堆積量）を多少超えることはあっても、ＤＰＦ点灯閾値αを超えることは起こりにくい。逆に、ＤＰＦ再生制御を行なっているにも拘わらずＰＭ堆積量がＤＰＦ点灯閾値αを超えるようなことがあれば、ＤＰＦ２２の再生が適正に行なわれていないと考えられる。

このような観点から、ステップ１００の判定条件が満たされていると、ＤＰＦ２２の再生不良が生じている可能性が高いことから、ステップ１１０においてＤＰＦランプ２３を点灯させ、その後にこのＤＰＦランプ点灯制御ルーチンを終了する。ステップ１１０でのＤＰＦランプ２３の点灯により、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータを上昇させるための操作が運転者に促される。そのため、運転者は、ＤＰＦ２２の再生不良が起こっていること、及び、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータを上昇させるための操作をなすべきことに気付かされる。その後、運転者により上記の操作が行なわれて、ディーゼル機関１０が、ＰＭの燃焼除去に適した運転状態になると、ＤＰＦ再生制御が継続されることにより、再生不良の解消が可能となる。

これに対し、ステップ１００の判定条件が満たされていないと、ステップ１２０へ移行する。ステップ１２０では、ＤＰＦ再生制御中に行なわれるイグニションキー（図４ではＩＧと表記）のオン−オフの操作回数（ディーゼル機関１０の運転・停止の回数）が閾値βよりも大きいか否かを判定する。

ＤＰＦ再生制御中におけるイグニションキーのオン−オフ操作の回数が少なければ、そのことがＰＭの燃焼除去に及ぼす影響が小さく、ＤＰＦ再生制御が適正に行なわれるものと考えられる。逆に、ＤＰＦ再生制御中にイグニションキーのオン−オフ操作が何回も行なわれると、排気温、ひいてはＤＰＦ２２の温度があまり上がらず、ポスト噴射が行なわれてもＰＭが充分燃焼されず、ＤＰＦ２２の再生が適正に行なわれにくいと考えられる。

このような観点から、たとえＰＭ堆積量がＤＰＦ点灯閾値α以下であっても（ステップ１００：ＮＯ）、ステップ１２０の判定条件が満たされていると、ＤＰＦ２２の温度が低くＰＭの再生不良が生じている可能性が高いことから、上述したステップ１１０へ移行する。これに対し、ステップ１２０の判定条件が満たされていないと、次のステップ１３０へ移行する。

ここで、ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態にあって、ＤＰＦ２２の再生不良が起こっていなければ、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭのうち燃焼除去されるものの量（ＰＭ燃焼量）は、図５において実線で示すように、再生継続時間が長くなるに従い多くなる。これに伴い、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの量についての許容範囲の最小値は、その再生継続時間が長くなるに従い多くなるはずである。

燃焼除去されるＰＭの量が再生継続時間の割に多くならなければ、すなわち、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの燃焼量が上記許容範囲の最小値に満たなければ、ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態にない。そのため、ＤＰＦ２２の温度が充分上昇せず、ＰＭが充分に燃焼していない状況、いわゆるＤＰＦ２２の再生不良が生じているものと考えられる。

このように、ＤＰＦ２２の再生継続時間と、その再生継続時間経過までに、ＤＰＦ再生制御により燃焼除去されるＰＭ燃焼量と、ＤＰＦ２２の再生不良の有無との間には相関関係が見られる。これに伴い、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの量についての許容範囲の最小値と、その再生継続時間が経過するまでに、フィルタ再生制御により燃焼除去されるＰＭ燃焼量と、ＤＰＦ２２の再生不良の有無との間には相関関係が見られる。

このような観点から、ステップ１３０では、上述したＰＭ燃焼量の積算値、すなわち、再生継続時間が経過するまでにＤＰＦ再生制御により燃焼除去されるＰＭ燃焼量を、再生継続時間とＰＭの燃焼量とから得られる値とし、これが再生不良判定閾値γよりも少ないか否かを判定する。ここで、再生不良判定閾値γとしては、上述した再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの量についての許容範囲の最小値が用いられる。本実施形態では、再生継続時間毎の再生不良判定閾値γが実験、計算等によって求められて設定されている。この設定に際しては、ポスト噴射された燃料による機関オイルの稀釈が許容範囲内に収まる値であることも考慮されている。この再生不良判定閾値γは、再生継続時間が短いときには小さな値を採り、再生継続時間が長くなるに従い徐々に大きな値になる。そして、ステップ１３０では、タイマカウンタによって計時された、そのときの再生継続時間に対応する再生不良判定閾値γが、ＰＭ燃焼量との比較のための再生不良判定閾値γとして用いられる。

前記ステップ１３０の判定条件が満たされていると、ＰＭ堆積量がＤＰＦ点灯閾値α以下（ステップ１００：ＮＯ）であり、イグニションキーのオン−オフ操作の回数が閾値β以下（ステップ１２０：ＮＯ）であるが、ＤＰＦ２２の再生不良が生じていてポスト噴射された燃料による機関オイルの稀釈が進行しているとしてステップ１１０へ移行する。

これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされていないと、ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態にあり、ＤＰＦ２２に再生不良が生じている可能性が低いとして、上記ステップ１１０の処理を行なうことなく、図４のＤＰＦランプ点灯制御ルーチンを終了する。この場合には、ＤＰＦランプ２３は消灯した状態に維持される。

上記図４の「ＤＰＦランプ点灯制御ルーチン」においては、電子制御装置４１によるステップ１３０の処理が、特許請求の範囲における判定手段に相当する。
次に、図６のフローチャートは、電子制御装置４１が実行する各処理のうち、ＤＰＦランプ２３が点灯された場合に、ＤＰＦ再生制御への移行可否を判定等するためのルーチンを示している。このルーチンは、ディーゼル機関１０の運転中、所定の演算周期をもって（例えば、所定時間経過毎に）繰り返し実行される。

このルーチンが開始されると、電子制御装置４１はまずステップ２００において、ＤＰＦランプ２３が点灯されているかどうかを判定する。この判定条件が満たされていない（ＤＰＦランプ２３消灯）と、ＤＰＦ２２の再生不良の可能性が低いことから、ステップ２４０において、ＤＰＦ再生制御へ移行することを許可する。この許可により、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータが閾値よりも高いことを含む所定の再生実行条件が満たされていれば、ＤＰＦ再生制御が継続される。そして、このステップ２４０の処理を経た後に、図６のＤＰＦ再生制御への移行可否判定ルーチンを終了する。

これに対し、上記ステップ２００の判定条件が満たされている（ＤＰＦランプ２３点灯）と、続くステップ２１０〜２３０において、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータが再生禁止閾値Ａ〜Ｃよりも高いかどうかを判定する。

具体的には、ステップ２１０では、第１排気温センサ３４によるＣＣＯ前排気温が再生禁止閾値Ａよりも高いかどうかを判定する。ステップ２２０では、第２排気温センサ３５によるＤＰＦ前排気温Ｔｈｅｇが再生禁止閾値Ｂよりも高いかどうかを判定する。ステップ２３０では、車速センサ３７による車速が再生禁止閾値Ｃよりも高いかどうかを判定する。

各再生禁止閾値Ａ〜Ｃは、通常時、すなわちＤＰＦ２２の消灯時において、ＤＰＦ再生制御を開始するかどうかを決定する際に用いられる閾値よりも高い値に設定されている。すなわち、ＤＰＦ再生制御は、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータが閾値よりも高いことを少なくとも条件の１つとして行なわれるものであるが、ＤＰＦ２２が再生不良であると判定されてＤＰＦランプ２３が点灯された場合には、閾値が高い値（再生禁止閾値Ａ〜Ｃ）に変更される。ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータが、この変更後の閾値（再生禁止閾値Ａ〜Ｃ）よりも高いことを少なくとも条件の１つとしてＤＰＦ再生制御が行なわれることとなる。

そして、上記ステップ２１０〜２３０の判定条件が全て満たされた場合に限り、上述したステップ２４０へ移行する。すなわち、ＤＰＦ２２が再生不良であると判定されてＤＰＦランプ２３が点灯されたとき（ステップ２００：ＹＥＳ）には、その後に、運転者により、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータを上昇させるための操作が行なわれる場合と、行なわれない場合とがある。同操作が行なわれて、ディーゼル機関１０が、ＰＭの燃焼除去に適した運転状態になって、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータが、変更後の閾値よりも高くなった場合に限り、ＤＰＦ再生制御が継続して行なわれる。このフィルタ再生制御により、ＤＰＦ２２の温度が上昇してＰＭが燃焼除去され、ＤＰＦ２２の再生不良が解消されるようになる。

これに対し、上記ステップ２１０〜２３０の判定条件が１つでも満たされていないと、ステップ２５０において、ＤＰＦ再生制御へ移行するのを禁止する。この移行禁止により、ＤＰＦ再生制御が行なわれなくなる。すなわち、ＤＰＦ２２が再生不良であると判定されてＤＰＦランプ２３が点灯された後に、運転者による上記操作が行なわれず、同ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態にならない場合には、ＤＰＦ再生制御が行なわれなくなる。

そして、このステップ２５０の処理を経た後に、図６のＤＰＦ再生制御への移行可否判定ルーチンを終了する。
ここで、上述したようにＤＰＦ２２の再生不良が生ずると、ＰＭが燃焼除去されにくいことからＤＰＦ再生燃料噴射（ポスト噴射）が長い期間にわたり継続され、機関オイルの稀釈が進行する。また、ＤＰＦ２２の再生不良時には、ＤＰＦ再生燃料噴射（ポスト噴射）された燃料が揮発しにくいこと、シリンダ２０の壁面に付着しピストン１８に掻き落とされてオイルパンに流下する燃料が多くなること等から、機関オイルの稀釈がさらに進行する。

しかし、本実施形態では、上記のように、ＤＰＦ２２が再生不良であると判定されてＤＰＦランプ２３が点灯された後に、ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態にならない場合には、ＤＰＦ再生制御が行なわれないことから、ポスト噴射された燃料による機関オイルの稀釈が抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態にあって、ＤＰＦ２２の再生不良が起こっていなければ、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭのうち燃焼除去されるものは、再生継続時間が長くなるに従い多くなるはずである。燃焼除去されるＰＭの量が再生継続時間の割に多くならなければ、ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態になく、ＰＭが充分に燃焼していない状況、いわゆるＤＰＦ２２の再生不良が生じているものと考えられる。

このように、ＤＰＦ２２の再生継続時間と、その再生継続時間経過までに、ＤＰＦ再生制御により燃焼除去されるＰＭの燃焼量と、ＤＰＦ２２の再生不良の有無との間には相関関係が見られる。

従って、上記実施形態によるように、計時された再生継続時間と、その再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの燃焼量とに基づくことにより、再生不良が生じていないときには再生不良と判定せず、再生不良が生じているときに直ちに再生不良と判定するといった適切な判定を行なうことができるようになる。

（２）ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態にあって、ＤＰＦ２２の再生不良が起こっていなければ、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの量についての許容範囲の最小値は、その再生継続時間が長くなるに従い大きくなるはずである。

再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの燃焼量が上記許容範囲の最小値に満たなければ、ディーゼル機関１０がＰＭの燃焼除去に適した運転状態になく、ＤＰＦ２２の温度が充分上昇せず、ＰＭが充分に燃焼していない状況（ＤＰＦ２２の再生不良）が生じているものと考えられる。

このように、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの量についての許容範囲の最小値と、その再生継続時間が経過するまでに、ＤＰＦ再生制御により燃焼除去されるＰＭの燃焼量と、ＤＰＦ２２の再生不良の有無との間には相関関係が見られる。

この点、本実施形態では、ＤＰＦ２２の再生不良の有無についての判定を行なう際に、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの量についての許容範囲の最小値を再生不良判定閾値γとする。この再生不良判定閾値γと、推定したＰＭ燃焼量とに基づき、ＤＰＦ２２が再生不良であるかどうかの判定を行なうようにしている（図４のステップ１３０）。

そのため、判定をより正確に行なうことが可能となり、上記（１）に記載の効果がより確実に得られるようになる。
（３）上記（２）の判定内容として、再生継続時間とＰＭの燃焼量とから得られる値（再生継続時間が経過するまでにＤＰＦ再生制御により燃焼除去されるＰＭ燃焼量）が再生不良判定閾値γよりも小さい（少ない）と再生不良と判定するようにしている。

この判定内容は、上述した、再生継続時間が経過するまでに燃焼除去されるＰＭの量についての許容範囲の最小値と、その再生継続時間が経過するまでにＤＰＦ再生制御により燃焼除去されるＰＭの燃焼量と、ＤＰＦ２２の再生不良の有無との間に見られる上記相関関係に沿ったものである。従って、上記内容の判定が行なわれることで、上記（２）の効果が好適に得られる。

（４）ＤＰＦ２２が再生不良であると判定されたときに、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータを上昇させるための操作を運転者に促す報知手段としてＤＰＦランプ２３を設けている（図１）。

このため、ＤＰＦ２２が再生不良であると判定されたときにＤＰＦランプ２３を点灯させることで運転者に対し、ＤＰＦ２２の再生不良が起こっていること、及び、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータを上昇させるための操作をなすべきことを気付かせることができる。

その後、運転者により上記の操作が行なわれて、ディーゼル機関１０が、ＰＭの燃焼除去に適した運転状態になると、ＤＰＦ再生制御が行なわれることにより、再生不良を解消することが可能となる。

（５）ＤＰＦ再生制御は、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータが閾値よりも高いことを少なくとも条件の１つとして行なわれるものであるところ、ＤＰＦ２２が再生不良であると判定されてＤＰＦランプ２３が点灯されるときには、上記閾値をＤＰＦランプ消灯時よりも高い値（再生禁止閾値Ａ〜Ｃ）に変更するようにしている。

このため、ＤＰＦランプ２３の点灯に応じ、運転者により、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータを上昇させるための操作が行なわれて、そのディーゼル機関１０が、ＰＭの燃焼除去に適した運転状態になって、ＤＰＦ２２の温度に関わるパラメータが、変更後の閾値よりも高くなった場合に限り、ＤＰＦ再生制御が継続して行なわれる。このＤＰＦ再生制御により、ＤＰＦ２２の温度が上昇し、ＰＭが燃焼除去され、ＤＰＦ２２の再生不良を解消することができるようになる。

これに対し、ＤＰＦランプ２３が点灯しても、運転者による上記操作が行なわれず、同ディーゼル機関１０が、ＰＭの燃焼除去に適した運転状態にならない場合には、ＤＰＦ再生制御が行なわれなくなる。このため、ＤＰＦ再生制御による不要なポスト噴射を行なわないようにして、ポスト噴射された燃料による機関オイルの希釈を抑制することができる。このように、本実施形態によれば、ＤＰＦ２２の再生と機関オイルの稀釈抑制との両立を図ることができる。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・報知手段として、ＤＰＦランプ２３とは異なるもの、例えば音声で報知するものを採用してもよい。

・図４のＤＰＦランプ点灯制御ルーチンにおけるステップ１００，１２０の判定処理の少なくとも一方を省略してもよい。
・図６のＤＰＦ再生制御への移行可否判定ルーチンにおけるステップ２１０〜２３０の判定処理の１つ又は２つを省略してもよい。

・前記実施形態では、パティキュレートフィルタとしてＤＰＦを用いているが、本発明はこれに限られることなく、ＤＰＮＲ触媒を用いた排気浄化装置にも適用することができる。

・本発明の排気浄化装置は、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行なう運転領域が、全運転領域の大部分を占める希薄燃焼式ガソリン機関にも適用可能である。

・本発明の排気浄化装置は、車両用に限らず、その他の用途に使用される内燃機関にも適用可能である。

１０…ディーゼル機関（内燃機関）、１７…排気通路、２２…ＤＰＦ（フィルタ）、２３…ＤＰＦランプ（報知手段）、４１…電子制御装置（フィルタ再生制御手段及び判定手段）、γ…再生不良判定閾値。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、同内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記内燃機関の主噴射燃料噴射後に再生燃料噴射を行なって、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生制御を行なうフィルタ再生制御手段と、
   前記フィルタ再生制御手段による前記フィルタの再生継続時間を計時するとともに、前記再生継続時間が経過するまでに前記フィルタ再生制御により燃焼除去される前記粒子状物質の燃焼量を機関運転状態に基づき推定し、前記再生継続時間と前記燃焼量とに基づき前記フィルタが再生不良であるかどうかを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記フィルタが再生不良であると判定されたときに、前記フィルタの温度に関わるパラメータを上昇させるための操作を運転者に促す報知手段を備え、
   前記フィルタ再生制御手段は、前記フィルタの温度に関わるパラメータが閾値よりも高いことを少なくとも条件の１つとして前記フィルタ再生制御を行なうものであり、前記報知手段の作動時には、前記閾値を高い値に変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記判定手段は、前記再生継続時間が経過するまでに燃焼除去される前記粒子状物質の量についての許容範囲の最小値を再生不良判定閾値とし、同再生不良判定閾値と、推定した前記粒子状物質の前記燃焼量とに基づき、前記フィルタが再生不良であるかどうかを判定するものである請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記判定手段は、前記再生継続時間と前記粒子状物質の燃焼量とから得られる値が前記再生不良判定閾値よりも小さいと再生不良と判定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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