JP5849743B2 - 内燃機関とその捕集装置の再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置を備え、その捕集装置の前後の圧力損失の値によって、捕集装置の再生を行う内燃機関とその捕集装置の再生方法に関する。

エンジンの排ガス中に含まれるＰＭ（微粒子状物質）を浄化する装置は、エンジンの排気管にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ；捕集装置）を設けて、ＰＭを捕集することにより、排ガスを浄化している。この捕集されたＰＭがＤＰＦ内に堆積すると、フィルタの目詰まりの原因となるので、このＰＭを定期的に燃焼させて、ＤＰＦを再生する必要がある。

通常の運転条件においては、ＤＰＦの温度が、ＰＭが燃焼可能となる６００℃〜８００℃程度になることはなく、ＤＰＦの再生時はＤＰＦを昇温するために、ＤＰＦに設けたセラミックのハニカム細孔にＰＭを一時的に捕集して、ＤＰＦに堆積したＰＭを、適時燃料噴射などによりＤＰＦを６００℃〜８００℃程度に昇温させて高温燃焼し、分解している。しかし、ＤＰＦを昇温させるために、多くの燃料を消費することになり、燃費の悪化の原因となっている。

そこで、フィルタより上流側の排気通路に設けられているか、もしくは、該フィルタに担持されている、酸化機能を有する触媒に未燃燃料を供給することでフィルタ再生制御を実行すると共に、フィルタ再生制御の実行中に、未燃燃料通路付着量が規定付着量以上となったときに、内燃機関の機関負荷を上昇させることで排気を昇温させる排気昇温制御の実行を開始して、通路に付着した未燃燃料を燃焼して排ガス温度を上昇させることにより、燃費の悪化を抑制しつつ、ＰＭを酸化、除去する装置がある（例えば、特許文献１参照）。

一方、現在のエンジンに設けられているＤＰＦには、このフィルタ再生制御に伴う燃費の悪化を防ぐために、ＤＰＦに再生効率を向上させる触媒成分を塗工したものが多い。触媒を担持したＤＰＦは、効率良くＰＭを酸化することができるが、この触媒は経年劣化などによりその効果が低減し、再生効率が低下してしまう。

上記の装置では、この触媒の劣化による再生効率が低下するという問題を解決することができず、触媒が劣化したＤＰＦを再生させるために、より多くの未燃燃料を噴射する必要があるため、燃費が悪化する。

このＤＰＦの触媒の劣化する問題に対して、触媒の劣化を判定する装置がある（例えば、特許文献２参照）。この装置は、ＤＰＦの温度と、ＤＰＦ内のＰＭ堆積量、酸素濃度ないし二酸化窒素濃度と、ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの燃焼特性とから算出した酸化反応速度からＤＰＦの触媒の劣化を判定している。しかしながら、この装置は、触媒の劣化を判定しても、その触媒の劣化に即した制御を行っていないので、根本的に上記の問題を解決するものではない。また、この装置は多くのセンサの測定値を必要とする制御を用いることで、制御が複雑化するという問題もある。

特開２００６−１５２８７０号公報 特開２００９−０３０５６８号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＰＦを再生するときに、簡易化した制御で、ＤＰＦの触媒の劣化を判定し、その触媒の劣化の進行度に合わせて、ＤＰＦの再生温度をコントロールし、排ガス中のＰＭを効率良く浄化して、ＰＭの燃え残りを抑制することができる内燃機関とその捕集装置の再生方法を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明の内燃機関は、排気通路に、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置と、該捕集装置の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサと、該捕集装置の温度を測定する温度センサと、該圧力損失センサと該温度センサの測定値を入力する制御装置とを備えると共に、前記制御装置が、前記圧力損失センサが測定した再生前圧力損失値が、予め定めた判定値より大きくなると、前記捕集装置を予め定めた第１再生温度で再生する第１手段を備える内燃機関において、前記制御装置が、前記第１再生温度下で前記捕集装置を再生中に、前記圧力損失センサの圧力損失値から現圧力損失減少速度を算出する第２手段と、該現圧力損失減少速度が、予め定めた閾値よりも小さくなったときに、前記捕集装置を前記第１再生温度よりも高い第２再生温度で再生する第３手段と、を備えて構成される。

この構成によれば、圧力損失センサと温度センサの二つを用いて、触媒劣化による再生効率の低下の程度を、ＤＰＦ（捕集装置）の再生中の前後の圧力損失の変化速度で推算することができる。また、その結果をフィードバックし、ＤＰＦ触媒の劣化による再生性能の低下分を再生温度の上昇により補うことができるので、ＤＰＦ触媒の劣化を起因とするＰＭ（微粒子状物質）の燃え残りの発生を抑制することができる。

また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記捕集装置における再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを備えると共に、前記第３手段に、前記第１再生温度と前記現圧力損失減少速度とから、前記圧力損失減少速度マップを参照して、前記捕集装置の現触媒劣化進行度を判定する手段と、前記現触媒劣化進行度に応じて、前記圧力損失減少速度マップから算出した前記第２再生温度で前記捕集装置を再生する手段と、を備えると、測定した圧力損失減少速度の値により、触媒劣化進行度を判定し、適切な再生温度に設定して、適時ＰＭの燃焼温度をコントロールすることができる。これにより、過剰な温度上昇を抑制することができるので、余分な燃料を消費せずに燃費を向上することができる。

加えて、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記第３手段の後に、前記判定値と、未堆積状態の圧力損失値との差分値を、前記現圧力損失減少速度で計算して前記捕集装置の再生時間を算出し、該再生時間後に前記捕集装置の再生を終了する第４手段を備えると、算出した現圧力損失減少速度を用いて、ＤＰＦの再生時間を算出して、ＤＰＦの再生を終了することができる。これにより、再生時間の超過による燃費の悪化を防ぐことができ、且つ、ＰＭの異常燃焼も抑制することができるので、ＤＰＦの破損を防止することができる。

その上、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記捕集装置における再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを備えると共に、前記第３手段に、前記圧力損失減少速度マップに交換判定値を設けると共に、前記現圧力損失減少速度が該交換判定値よりも小さくなった場合に、前記捕集装置の交換が必要と判定し、警告する手段を備えると、触媒効果が大幅に低下した状態を判定することができ、その場合に警告灯などの報知装置を用いて、ＤＰＦの交換を警告することができる。

また、上記の問題を解決するための内燃機関の捕集装置の再生方法は、排気通路に、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置と、該捕集装置の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサと、該捕集装置の温度を測定する温度センサとを備える内燃機関の捕集装置の再生方法において、前記圧力損失センサが測定した圧力損失値が、予め定めた判定値より大きくなると、前記捕集装置を予め定めた第１再生温度まで昇温する第１工程と前記第１再生温度下で前記捕集装置の再生中に、前記圧力損失センサの圧力損失値から、現圧力損失減少速度を算出する第２工程と、前記捕集装置の再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを用いて、前記現圧力損失減少速度に対応する前記捕集装置の現触媒劣化進行度を判定する第３工程と、を含むことを特徴とする方法である。

この方法によれば、最低限のセンサ数で、触媒の劣化程度を判定することができる。また、触媒劣化による再生効率低下の程度をＤＰＦの前後の圧力損失の変化速度により推算することができ、触媒の劣化の進行度に合わせてＤＰＦの再生を制御することができる。

さらに、上記の内燃機関の捕集装置の再生方法において、前記第３工程に、前記現圧力損失減少速度が、前記圧力損失減少速度マップに記憶された要交換の圧力損失減少速度よりも小さい場合に、前記捕集装置の要交換を警告する工程と、前記現圧力損失減少速度が、前記圧力損失減少速度マップに記憶された、前記第１再生温度における前回算出した触媒劣化進行度に対応する圧力損失減少速度より小さくなったときに、前記第１再生温度よりも高い第２再生温度を前記圧力損失減少速度マップから算出し、前記捕集装置を該第２再生温度まで昇温する工程と、を含むと、触媒の劣化程度に合せて、交換が必要な場合は警告灯などの手段で交換を警告し、交換は必要ないが劣化が進行した場合は、劣化を起因とするＰＭの燃え残りの発生を抑制するために、ＤＰＦを昇温することができる。

加えて、上記の内燃機関の捕集装置の再生方法において、前記第３工程の後に、前記判定値と、未堆積状態の圧力損失値との差分値を、前記現圧力損失減少速度で計算して前記捕集装置の再生時間を算出し、該再生時間後に前記捕集装置の燃焼を終了すると、さらに余分な燃料の消費を抑えることができ、また、過剰なＤＰＦの昇温を防ぐことができる。

本発明によれば、ＤＰＦを再生するときに、簡易化した制御で、ＤＰＦの触媒の劣化を判定し、その触媒の劣化の進行度に合わせて、ＤＰＦの再生温度をコントロールし、排ガス中のＰＭを効率良く浄化して、ＰＭの燃え残りを抑制することができる。また、ＤＰＦの再生温度をコントロールすることで、過剰な燃料噴射による燃費悪化を抑制すると共に、ＰＭの異常燃焼に起因するＤＰＦの破損も抑制することができる。

加えて、ＤＰＦの触媒の劣化の判定と、その劣化の進行度に合わせたＤＰＦの再生温度のコントロールと、ＤＰＦの再生時間の決定とを、算出した圧力損失減少速度で行うことができるので、使用するセンサを少なくすると共に、制御を簡易化することができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関を示した図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御を示した図であり、（ａ）に第１手段を示し、（ｂ）に第２手段を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御の第３手段を示した概略図である。 図３に示す第３手段で用いる圧力損失減少速度マップである。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御の第４手段を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の捕集装置の再生方法の第１工程と第２工程を示したフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の捕集装置の再生方法の第３工程を示したフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の捕集装置の再生方法の第４工程を示したフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の動作を時間と再生温度と圧力損失値で示したグラフである。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関とその捕集装置の再生方法について、図面を参照しながら説明する。この実施の形態は、ディーゼルエンジンを例に説明するが、ディーゼルエンジンに限定せずに、ガソリンエンジンにも適用することができ、その気筒数や、気筒の配列は限定しない。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

まず、本発明に係る実施の形態の内燃機関について、図１を参照しながら説明する。エンジン（内燃機関）１は、燃焼室３にインジェクタ４から噴射された燃料の燃焼により、シリンダ２ａ内に備えたピストン２ｂを往復運動させて、動力としている。この燃料の燃焼により発生する排ガスを、排気バルブ５から排気通路６へと排出し、排ガスの後処理装置７のＤＯＣ（ディーゼル用酸化触媒）８とＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ；捕集装置）９で浄化して、車外へと放出している。

また、このエンジン１は、インジェクタ４と排気バルブ５などを電子的に制御するエンジンコントロールユニットと呼ばれるＥＣＵ（制御装置）１０を備え、このＥＣＵ１０と接続される圧力損失センサ２１と温度センサ２２とを備える。この圧力損失センサ２１は、ＤＰＦ９の前後の圧力損失値（前後の差圧差）を測定するセンサであり、温度センサ２２は、ＤＰＦ９の内部温度を測定するセンサである。加えて、ＥＣＵ１０により制御される警告灯２３も備える。

この実施の形態では、ＤＯＣ８とＤＰＦ９とを組み合わせたＣＲＴ方式（連続再生式フィルタ方式）としたが、本発明は少なくとも酸化触媒を担持したＤＰＦ９、又は上流に酸化触媒を備えたＤＰＦ９を設ければよく、周知の技術のエンジンの構成を用いることができる。

但し、このエンジン１は、ＤＰＦ９を再生するときに、ＤＰＦ９に未燃燃料を供給する手段として、インジェクタ４をポスト噴射などの追加噴射可能な構成にする、排気通路６に燃料を噴射する添加弁を設ける、及び排気バルブ５の開弁時期を制御するなどを設ける。

次に、このエンジン１のＥＣＵ１０で行われる制御について、図２〜５を参照しながら説明する。ＥＣＵ１０に、図２の（ａ）に示す第１手段、図２の（ｂ）に示す第２手段、図３に示す第３手段、及び図５に示す第４手段を、それぞれプログラムとして備え、エンジン１の運転が開始されると第１手段から順次実行する。

図２の（ａ）に示すように、ＥＣＵ１０は、第１手段として、再生開始判定手段１１を備える。この再生開始判定手段１１は、圧力損失センサ２１の測定した再生前圧力損失値ΔＰ１と、ＥＣＵ１０に予め記憶させておいた判定値ΔＰ０とを比較し、再生前圧力損失
値ΔＰ１が判定値ΔＰ０以上になったときに、インジェクタ４と排気バルブ５を制御して、ＤＰＦ９を予め定めた第１再生温度Ｔｍまで昇温する手段である。

この再生開始判定手段１１で用いる判定値ΔＰ０は、一定量のＰＭ（微粒子状物質）がＤＰＦ９に堆積したときの圧力損失値である。また、この第１手段のＤＰＦ９を昇温する手段は前述したように、ＤＰＦ９に未燃燃料を供給することができればよく、上記のインジェクタ４と排気バルブ５を制御する手段に限定しない。

図２の（ｂ）に示すように、ＥＣＵ１０は、第２手段として、圧力損失減少速度算出手段１２を備える。この圧力損失減少速度算出手段１２は、ＤＰＦ９の再生が開始された直後の、一定温度（この実施の形態では第１再生温度Ｔｍ）条件下で、ＤＰＦ９を予め定めた期間測定して、ＤＰＦ９の前後の圧力損失の単位時間あたりの減少速度である現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍを、以下の数式（１）より算出する手段である。ここで、圧力損失センサ２１の測定開始時ｔ２の圧力損失値をΔＰ２、測定終了時ｔ３の圧力損失値をΔＰ３、予め定めた期間である測定時間をΔｔ（測定終了時ｔ３−測定開始時ｔ２）する。

この第２手段では、上記の算出方法で圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍを算出したが、第１再生温度Ｔｍ下の圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍを算出することができればよく、例えば、排ガス温度、排ガス空燃比、及び排ガス流量から算出する方法や、予めＰＭの燃焼速度をモデル化したマップを参照する方法を用いてもよいが、使用するセンサを少なくすること、且つ、算出方法を簡易化することができるので、好ましくは上記の算出手段を用いるとよい。

図３に示すように、ＥＣＵ１０は、第３手段として、触媒劣化進行度判定手段１３と再生温度算出手段１４とを備えると共に、この第３手段で用いる予め記憶しておいた圧力損失減少速度マップＭ１を備える。

この圧力損失減少速度マップＭ１は、図４に示すように、判定値ΔＰ０の状態の、つまり一定量のＰＭがＤＰＦ９に堆積したときの再生温度と劣化進行度をベースとするマップである。また、ある再生温度下の圧力損失減少速度から、ＤＰＦ９の劣化進行度を、新品時の劣化進行度を示すＤ０から要交換の劣化進行度を示すＤｘまで段階順に分類することができるマップでもある。

図３に示す、触媒劣化進行度判定手段１３は、二種類の判定手段であり、まず一つ目は、圧力損失減少速度マップＭ１を参照して、第１再生温度Ｔｍに応じた要交換の劣化進行度Ｄｘの圧力損失減少速度である要交換判定値Ｖｘ＿Ｔｍを呼び出し、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍと比較し、ＤＰＦ９の交換が必要か否かを判定する手段である。そして、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが要交換判定値Ｖｘ＿Ｔｍ以下の場合に、ＤＰＦ９が要交換と判定して、警告灯２３を点灯する。

これにより、触媒効果が大幅に低下した状態を判定し、交換が必要と判定された場合に警告することにより、ＤＰＦ９を早期に交換して、ＤＰＦ９の触媒効果が大幅に低下した状態で使用し続けることで発生する燃費の悪化やＤＰＦ９の破損を防ぐことができる。

この実施の形態では、警告灯２３を点灯することで、ＤＰＦ９の要交換を警告する手段としたが、ＤＰＦ９の交換を報知することができればよく、上記の構成に限定しない。例
えば、ＤＰＦ９にＰＭが過堆積したときに、エンジン１の回転速度を所定値以下に規制するリンプホームモードを備え、ＤＰＦ９が要交換の劣化進行度Ｄｘになったら、リンプホームモードを作動するよう構成してもよい。

触媒劣化進行度判定手段１３の二つ目の判定手段は、圧力損失減少速度マップＭ１を参照して、第１再生温度Ｔｍと、現時点で判明している前回の劣化進行度Ｄｍとに応じた圧力損失減少速度である閾値Ｖｍ＿Ｔｍを呼び出し、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍと比較し、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが閾値Ｖｍ＿Ｔｍより小さい場合に、圧力損失減少速度マップＭ１を参照し、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍに応じた現劣化進行度Ｄｎを算出する手段である。

これによれば、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍより、ＤＰＦ９の触媒劣化の進行度、つまり触媒劣化による再生効率低下の程度を推算することで、現劣化進行度Ｄｎに合わせた制御を行うことができる。また、触媒の劣化の進行度を圧力損失センサ２１と温度センサ２２の少なくとも二つのセンサから判定することができるので、判定方法が容易で、且つ複数のセンサを設けない分製造コストを低減することができる。

再生温度算出手段１４は、触媒劣化進行度判定手段１３で、現劣化進行度Ｄｎを判定した後に行われる手段であり、圧力損失減少速度マップＭ１を参照して、新品時の触媒劣化進行度Ｄ０と、第１再生温度Ｔｍとに応じた圧力損失減少速度Ｖ０＿Ｔｍの値と等しい圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔαを、現劣化進行度Ｄｎの行の中から選択する手段である。そして、この選択された圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔαに応じた再生温度Ｔαを第２再生温度Ｔαとする。第２再生温度Ｔαが選択されると、ＥＣＵ１０は、インジェクタ４と排気バルブ５とを制御して、ＤＰＦ９を第２再生温度Ｔαまで昇温する。

この再生温度算出手段１４によれば、ＤＰＦ９の触媒の劣化進行度をフィードバックし、触媒劣化による再生性能の低下分を、ＤＰＦ９の再生温度を上昇させることで補うことができ、触媒劣化を起因とするＰＭの燃え残りの発生を抑制することができる。また、触媒劣化による再生性能の低下分だけ、補うことで、過剰な燃料の噴射を抑制して、燃費悪化を防ぐことができる。加えて、適時再生温度をコントロールすることにより、過剰な温度上昇も抑制し、ＰＭの異常燃焼も抑制することができるので、ＤＰＦ９の破損を防止することができる。

図５に示すように、ＥＣＵ１０は、第４手段として、再生終了判定手段１５と再燃焼判定手段１６とを備える。この再生終了判定手段１５は、ＤＦＰ９の再生時間を以下の数式（２）より算出し、算出した再生時間後にＤＰＦ９の再生を終了する手段である。ここで、再生時間をｔ＿ｒｅｇとし、ＤＰＦ９の再生終了判定値である、ＰＭが未堆積の状態の圧力損失値である再生終了判定値をΔＰｉｎｉとする。

ＤＰＦ９の再生が開始されてから、上記の数式（２）より算出された再生時間ｔ＿ｒｅｇ後が経過したときに、インジェクタ４と排気バルブ５を制御して、ＤＰＦ９への未燃燃料の供給を停止して、再生を終了する。

再燃焼判定手段１６は、ＤＰＦ９の再生が終了してから一定時間経過後に行われる手段であり、圧力損失センサ２１で測定した再生後圧力損失値ΔＰ４と再生終了判定値ΔＰｉｎｉとが等しい場合に再生が完全に完了したと判断し、等しくない場合に、再生後圧力損
失値ΔＰ４が再生終了判定値ΔＰｉｎｉと等しくなるまで第２再生温度ＴαでＤＰＦ９を再生させる手段である。

この第４手段によれば、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍを用いて再生時間ｔ＿ｒｅｇを算出して、ＤＰＦ９の再生を終了するので、余分な燃料を消費することがないので、燃費の悪化を防ぐことができる。また、ＤＰＦ９の再生時間をコントロールして、ＤＰＦ９の異常昇温を抑制し、ＰＭの異常昇温を抑制することができるので、ＤＰＦの破損を防止することができる。加えて、再生時間ｔ＿ｒｅｇを目安に、再生を終了するので、逐一圧力損失センサ２１の値を監視する必要がなくなる。

この第４手段は、ＤＰＦ９の再生終了の目安となる時間を予め算出することができればよく、上記の構成に限定しないが、第３手段でも用いる現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍを用いた算出方法を用いると、一連の制御が現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍを用いて行えるので、制御を簡易化することができる。

次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関の捕集装置の再生方法について、図６〜８に示すフローチャートを参照しながら説明する。この実施の形態の再生方法は、図６に示す第１工程と第２工程、図７に示す第３工程、及び図８に示す第４工程からなる。

エンジン１の運転が開始されると、図６に示すように、先ず、第１工程が開始され、再生前圧力損失値ΔＰ１が判定値ΔＰ０以上か否かを判断するステップＳ１を行う。このステップＳ１で、再生前圧力損失値ΔＰ１が、判定値ΔＰ０以上となったと判断されると、次に、ＤＰＦ９を予め定めた第１再生温度Ｔｍに昇温して、再生を開始するステップＳ２を行う。このステップＳ２が完了すると、第１工程が完了する。この第１工程は、ＤＰＦ９にＰＭがある程度堆積したときに、ＤＰＦ９を第１再生温度Ｔｍで再生することができればよく、上記の方法に限定しない。このＤＰＦ９の再生を開始した時間をｔ１とする。

ステップＳ２で用いる第１再生温度Ｔｍを、この実施の形態では、前回の再生方法で用いられた第２再生温度Ｔαとするが、ＤＰＦ９が交換された場合は、リセットされ、既定値（例えば、６００℃）からスタートする。また、第１再生温度Ｔｍを常に一定の温度に設定してもよい。

次に、第２工程が開始され、第１再生温度Ｔｍ下で、圧力損失値を一定時間Δｔ測定するステップＳ３を行う。このステップＳ３では、一定温度下での測定開始時ｔ２の圧力損失値ΔＰ２と測定終了時ｔ３の圧力損失値ΔＰ３とを出力する。次に、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍを算出するステップＳ４を行う。このステップＳ４では、上記の数式（１）を用いる。

この第２工程は、一定温度条件下（この実施の形態では第１再生温度Ｔｍ）で、ＤＰＦ９の前後の圧力損失値の単位時間あたり（この実施の形態では時間Δｔ）の減少速度を算出することができればよく、上記の方法に限定しないが、上記の数式（１）を用いると、センサの数を減らすこと、且つ算出方法を容易に行うことができるので好ましい。

第２工程が完了すると、図７に示すように、第３工程が開始され、圧力損失減少速度マップＭ１から、交換判定値Ｖｘ＿Ｔｍと、閾値Ｖｍ＿Ｔｍとを呼び出すステップＳ５を行う。

次に、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが要交換判定値Ｖｘ＿Ｔｍ以下か否かを判断するステップＳ６を行う。このステップＳ６では、ステップＳ６で現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが要交換判定値Ｖｘ＿Ｔｍ以下であると判断されると、ＤＰＦ９の触媒効果が大幅に
低下していることになり、ＤＰＦ９の要交換を警告するステップＳ７を行い、運転席パネルなどに設けた警告灯２３を表示させてＤＰＦ９の交換を促す。このステップＳ７では、ＤＰＦ９の交換を報知することができればよく、上記の方法に限定しない。また、ステップＳ７の警告に従ってＤＰＦ９を交換した後は、この再生方法に記憶された数値、例えば、第１再生温度Ｔｍや前回の劣化進行度Ｄｍをリセットするとよい。

ステップＳ６で、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが要交換判定値Ｖｘ＿Ｔｍより大きいと判断されると、次に、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが閾値Ｖｍ＿Ｔｍより小さいか否かを判断するステップＳ８を行う。この閾値Ｖｍ＿Ｔｍは、ＤＰＦ９の再生開始前に判明している前回の再生方法で決定されたＤＰＦ９の劣化進行度Ｄｍと、その劣化進行度Ｄｍに応じて設定された第１再生温度Ｔｍに応じた圧力損失減少速度である。よって、このステップＳ８では、前回の劣化進行度Ｄｍから触媒の劣化が進行しているか否かを判断することができる。

このステップＳ８で現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが閾値Ｖｍ＿Ｔｍ以上であれば、ＤＰＦ９の触媒は前回から劣化が進行していないということになり、次に、第１再生温度Ｔｍを第２再生温度ＴαとするステップＳ９を行う。このステップＳ９に劣化進行度が減少している場合には、つまり、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが交換判定値より大きくなる場合に、ＤＰＦ９の触媒の劣化進行度が減少していると判断して、第１再生温度Ｔｍよりも低い温度を第２再生温度Ｔαに設定するステップを用いてもよい。

ステップＳ８で、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍが閾値Ｖｍ＿Ｔｍより小さいと判断されると、次に、圧力損失減少速度マップＭ１から、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍに応じた現劣化進行度Ｄｎを決定するステップＳ１０を行う。このステップＳ１０では、圧力損失減少速度マップＭ１の第１再生温度Ｔｍが示す列から、現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍと等しい値、又は近似値をしめす圧力損失減少速度を選択し、その圧力損失減少速度と第１再生温度Ｔｍとに応じた、劣化進行度を決定する。

ステップＳ１０で現劣化進行度Ｄｎが決定すると、次に、圧力損失減少速度マップＭ１から、現劣化進行度Ｄｎに応じた、新品時の劣化進行度Ｄ０と、第１再生温度Ｔｍに応じた圧力損失減少速度Ｖ０＿Ｔｍと等しい値の圧力損失減少速度Ｔｎ＿Ｔαを決定するステップＳ１１を行う。そして、その圧力損失減少速度Ｔｎ＿Ｔαに応じた再生温度Ｔαを第２再生温度Ｔαに決定するステップＳ１２を行う。

このステップＳ１０〜１２では、例えば、図４の圧力損失減少速度マップＭ１において、現圧力損失減少速度をＶ１−６００、現劣化進行度をＤ１、及び第１再生温度Ｔｍを６００℃としたときに、Ｖ０−６００がＶ１−６１０と等しいとすると、第２再生温度Ｔαは６１０℃となる。つまり、現在の劣化進行度Ｄ１の状態のＤＰＦ９の再生効率を、新品時の状態と同様の再生効率にするために、１０℃昇温することになる。

ステップＳ９、又はステップＳ１２が完了すると、次に、それぞれの方法で算出された第２再生温度Ｔαを用いて、ＤＰＦ９を第２再生温度Ｔαに昇温して、再生するステップＳ１３を行う。このステップＳ１３が完了すると第３工程も完了する。

この第３工程によれば、ＤＰＦ９の触媒の劣化進行度を判定し、触媒の劣化に起因する再生性能の低下分を、再生温度を上昇することで補うことができる。そのため、触媒が劣化しても、常に新品時に近い再生性能を発揮することができる。これにより、ＰＭの燃え残りの発生を抑制すると共に、再生時間も短縮することができる。

次に、図８に示すように、第４工程が開始され、再生終了判定値ΔＰｉｎｉを呼び出し
、再生時間ｔ＿ｒｅｇを算出するステップＳ１４をおこなう。このステップＳ１４では、上記の数式（２）を用いる。次に、ＤＰＦ９の再生が開始されてから、再生時間ｔ＿ｒｅｇが経過したときに、ＤＰＦ９の再生を終了するステップＳ１５を行う。このステップＳ１５でＤＰＦ９の再生を終了する時間をｔ４とする。

次に、再生終了から一定時間経過後に、再生後圧力損失値ΔＰ４を測定するステップＳ１６を行う。この再生後圧力損失値ΔＰ４を測定するタイミングは、予め定めた時間が経過したときや、温度センサ２２が測定する温度が予め定めた温度になってからとする。

次に、再生後圧力損失値ΔＰ４と再生終了判定値ΔＰｉｎｉと等しいか否かを判断するステップＳ１７を行う。このステップＳ１７で再生後圧力損失値ΔＰ４が、再生終了判定値ΔＰｉｎｉと等しいと、ステップＳ１９へ進みＤＰＦ９の再生が完了する。

再生後圧力損失値ΔＰ４が、再生終了判定値ΔＰｉｎｉと等しくない場合は、次に、ＤＰＦ９を第２再生温度Ｔαに昇温して、一定時間経過後に再生を終了するステップＳ１８を行う。この再度第２再生温度Ｔαに昇温する時間は、予め定めた時間、又はステップＳ１８にその時点の圧力損失減少速度を再度算出して、その圧力損失減少速度から算出される再生時間とする。ステップＳ１８が完了すると、ステップＳ１６へと戻る。このステップＳ１６〜Ｓ１８を、再生後圧力損失値ΔＰ４が再生終了判定値ΔＰｉｎｉと等しくなるまで行う。

ステップＳ１７で再生後圧力損失値ΔＰ４が、再生終了判定値ΔＰｉｎｉと等しいと判断されると、最後に、第２再生温度Ｔαを次回の第１再生温度Ｔｍに、及び現劣化進行度Ｄｎを前回の劣化進行度Ｄｍに設定するステップＳ１９を行って、この捕集装置の再生方法は完了する。

算出した再生時間ｔ＿ｒｅｇを用いて、ＤＰＦ９の再生を終了するので、逐一センサで測定しなくとも、ＤＰＦ９を余分に昇温することを防ぐことができる。これにより、余分な燃料噴射を防ぎ、燃費を向上することができる。また、ＰＭの異常燃焼も抑制することができるので、ＤＰＦ９の破損も防止することができる。

上記の再生方法は、第２行程で算出した現圧力損失減少速度Ｖｎ＿Ｔｍを用いて、第３行程と第４行程の制御を行うことができるので、それぞれの制御を行うときに様々な種類のセンサの測定をしなくてもよく、一連の制御で行うことができる。これにより、ＤＰＦ９の再生の制御を容易にすることができる。

上記の再生方法でＤＰＦ９を再生したときの、経過時間と再生温度、又は経過時間と圧力損失値を図９に示す。本発明の再生方法は、時間ｔ３から再生温度が上昇していることがわかる。これにより、ＤＰＦ９の触媒の劣化を起因とする低下した再生効率分を、再生温度を昇温することで補っていることがわかる。また、再生完了時間ｔ５も、従来の再生方法と比べると早く終了しており、余分な燃料の消費を抑えていることがわかる。

本発明の内燃機関は、圧力損失センサで測定した値から算出した圧力損失減少速度で、触媒の劣化の進行度を判定し、その劣化の進行度に合わせて再生温度をコントロールすることができるので、燃費の悪化を防ぐことができるので、特に排ガスを処理するＤＰＦを備えたディーゼルエンジンを搭載したトラックなどの車両に利用することができる。

１ エンジン
２ａ シリンダ
２ｂ ピストン
３ 燃焼室
４ インジェクタ（燃料噴射弁）
５ 排気バルブ（排気弁）
６ 排気通路
７ 後処理装置
８ ＤＯＣ（ディーゼル用酸化触媒）
９ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ；捕集装置）
１０ ＥＣＵ（制御装置）

Claims (7)

1. 排気通路に、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置と、該捕集装置の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサと、該捕集装置の温度を測定する温度センサと、該圧力損失センサと該温度センサの測定値を入力する制御装置とを備えると共に、
   前記制御装置が、前記圧力損失センサが測定した再生前圧力損失値が、予め定めた判定値より大きくなると、前記捕集装置を予め定めた第１再生温度で再生する第１手段を備える内燃機関において、
   前記制御装置が、前記第１再生温度下で前記捕集装置を再生中に、前記圧力損失センサの圧力損失値から現圧力損失減少速度を算出する第２手段と、
   該現圧力損失減少速度が、予め定めた閾値よりも小さくなったときに、前記捕集装置を前記第１再生温度よりも高い第２再生温度で再生する第３手段と、を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記制御装置が、前記捕集装置における再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを備えると共に、
   前記第３手段に、前記第１再生温度と前記現圧力損失減少速度とから、前記圧力損失減少速度マップを参照して、前記捕集装置の現触媒劣化進行度を判定する手段と、
   前記現触媒劣化進行度に応じて、前記圧力損失減少速度マップから算出した前記第２再生温度で前記捕集装置を再生する手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御装置が、前記第３手段の後に、前記判定値と、未堆積状態の圧力損失値との差分値を、前記現圧力損失減少速度で計算して前記捕集装置の再生時間を算出し、該再生時間後に前記捕集装置の再生を終了する第４手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記制御装置が、前記捕集装置における再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを備えると共に、
   前記第３手段に、前記圧力損失減少速度マップに交換判定値を設けると共に、前記現圧力損失減少速度が該交換判定値よりも小さくなった場合に、前記捕集装置の交換が必要と判定し、警告する手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内
   燃機関。
5. 排気通路に、排ガス中の微粒子状物質を捕集する捕集装置と、該捕集装置の前後の圧力損失を測定する圧力損失センサと、該捕集装置の温度を測定する温度センサとを備える内燃機関の捕集装置の再生方法において、
   前記圧力損失センサが測定した圧力損失値が、予め定めた判定値より大きくなると、前記捕集装置を予め定めた第１再生温度まで昇温する第１工程と
   前記第１再生温度下で前記捕集装置の再生中に、前記圧力損失センサの圧力損失値から、現圧力損失減少速度を算出する第２工程と、
   前記捕集装置の再生温度と触媒劣化進行度をベースとする圧力損失減少速度マップを用いて、前記現圧力損失減少速度に対応する前記捕集装置の現触媒劣化進行度を判定する第３工程と、を含むことを特徴とする内燃機関の捕集装置の再生方法。
6. 前記第３工程に、前記現圧力損失減少速度が、前記圧力損失減少速度マップに記憶された要交換の圧力損失減少速度よりも小さい場合に、前記捕集装置の要交換を警告する工程と、
   前記現圧力損失減少速度が、前記圧力損失減少速度マップに記憶された、前記第１再生温度における前回算出した触媒劣化進行度に対応する圧力損失減少速度より小さくなったときに、前記第１再生温度よりも高い第２再生温度を前記圧力損失減少速度マップから算出し、前記捕集装置を該第２再生温度まで昇温する工程と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の捕集装置の再生方法。
7. 前記第３工程の後に、前記判定値と、未堆積状態の圧力損失値との差分値を、前記現圧力損失減少速度で計算して前記捕集装置の再生時間を算出し、該再生時間後に前記捕集装置の再生を終了することを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の捕集装置の再生方法。