JP5931328B2

JP5931328B2 - エンジンの排ガス浄化装置および浄化方法

Info

Publication number: JP5931328B2
Application number: JP2010217145A
Authority: JP
Inventors: 増田　具承; 具承増田; 光範中村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP2012072686A

Description

本発明は、エンジン、特にディーゼルエンジンの排ガス浄化装置に関し、排ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦと略す）を備えるディーゼルエンジンの排ガス浄化装置および浄化方法に関する。

ディーゼルエンジンの排ガス規制において、ＮＯｘ低減と同様に重要なのが、ＰＭ（粒子状物質）の低減である。これに対する有効な技術として、ＤＰＦが知られている。
ＤＰＦは、フィルターを用いた捕集装置であり、排ガス温度が低いエンジン運転状態では、このＤＰＦにＰＭが蓄積し続けるため、強制的に排ガス温度を上げてこのＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去する強制再生が行われる。

このＤＰＦの強制再生は、エンジンの燃料噴射装置を用いて燃焼室内へ主噴射の直後にアーリーポスト噴射を行い、これにより、ＤＰＦの上流側に設置された酸化触媒（ＤＯＣと略す）を活性化してこのＤＯＣの温度を高めた後に、燃焼室内に燃焼に寄与しないタイミングでレイトポスト噴射を行い、ＤＰＦ前段のＤＯＣで昇温された排ガスがＤＰＦに導かれて、ＰＭを燃焼除去するようになっている。

しかし、ＤＰＦには、潤滑オイルの燃焼から生じるアッシュ（灰成分）が排ガス中に含まれ運ばれて捕集されるが、このアッシュ成分は、フィルターの強制再生処理によっても燃焼除去されずに堆積していく問題がある。
従って、図６に示すように、強制再生されることでＰＭ中のスート（煤成分）は焼却されて強制再生前と強制再生後とで圧損の増加と減少を繰り返すが、運転時間の増大につれて燃焼除去されないアッシュ成分の堆積量が増大し、アッシュ堆積による圧力損失が増大し、ＤＰＦ前後の圧力損失に影響を与え、エンジンの許容排圧を超える問題が生じる。

このアッシュ堆積量を考慮して再生処理の開始判定時期を補正する技術して特開２００２−２４２６６０後公報（特許文献１）が知られている。この特許文献１には、ＤＰＦ装置において、潤滑油から生じるアッシュのフィルターへの蓄積状態を推定しながら、このアッシュ蓄積推定値により、再生開始の判断に用いる排圧に関する排圧判定値を修正乃至補正して、再生操作の開始時期を適正に判断でき、フィルターの目詰まりを防止しながら、効率よくＰＭを除去できることが示されている。

特開２００２−２４２６６０号公報

特許文献１の技術は、アッシュのフィルターへの蓄積状態を推定しながら、このアッシュ蓄積推定値により、再生開始の判断に用いる排圧に関する排圧判定値を修正乃至補正して、再生操作の開始時期を適正に補正するものであり、長時間の運転を続けた場合にアッシュが堆積してＤＰＦ前後の圧力損失に影響を与え、エンジンの許容排圧を超える問題を解決することまでは開示されていない。

前記したように、アッシュ成分は、フィルターの強制再生処理によっても燃焼除去されずに堆積していくため、運転時間が延びるに従って、このアッシュ成分の堆積量が増大し、ＤＰＦ前後の圧力損失に影響を与え、エンジンの許容排圧を超える問題が生じるので、アッシュのメンテナンスが必要となり、必要な時期にはＤＰＦ装置のフィルターの交換や、フィルターからアッシュ成分の除去作業をＤＰＦの強制再生処理とは別に行わなければならない。

一方、ＤＰＦの強制再生時には、ポスト噴射を行うことによる燃料のエンジンオイル内への希釈、すなわち、オイルダイリューションの問題が生じる。アッシュの堆積量が増大するに従って、エンジンの排圧（圧力損失）が上昇するため、圧力損失を条件に強制再生を開始する場合には、強制再生操作が頻繁に実行され、それに伴ってオイルダイリューションが増大する問題がある。

つまり、アッシュ堆積の増大が、強制再生間隔を短くし、それに伴いオイルダイリューションの増大を招くという関係が生じる。
従って、アッシュ堆積量がエンジンの許容排圧を超えてエンジン性能に悪影響を与えない範囲内で、且つオイルダイリューションがエンジン性能に悪影響を与えない許容範囲内でＤＰＦを使用することが、アッシュのメンテナンス間隔を最大に伸ばしつつ、エンジントラブルを回避する上で最も効果的である。
このアッシュメンテナンス間隔を伸ばすことは、メンテナンスに伴う車両の非稼働時間、または発電機等の定置エンジンでは発電等の非稼働時間を極力抑えて効率的な運転を可能にする上で重要である。

従って、本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、アッシュ堆積量がエンジンの許容排圧を超えてエンジン性能に悪影響を与えない範囲内で、且つオイルダイリューションがエンジン性能に悪影響を与えない許容範囲内でＤＰＦを使用することによって、アッシュのメンテナンス間隔を最大に延ばしつつ、エンジントラブルを回避するエンジンの排ガス浄化装置および浄化方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の第１発明は、エンジンの排ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備えるエンジンの排ガス浄化装置において、前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを燃焼除去する強制再生手段と、前記強制再生手段を構成するエンジンの燃料噴射制御手段と、強制再生時の前記燃料噴射制御手段からの燃料によるエンジンオイルのオイルダイリューション量を推定するオイルダイリューション量推定手段と、前記ＤＰＦの圧損計測結果から、排ガス流量が最大となる最大エンジン回転数および最大エンジン負荷である定格点におけるＤＰＦの圧力損失を推定する圧力損失推定手段と、該圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が予め設定された強制再生閾値を超え且つエンジン性能上悪影響が生じるＤＰＦ許容値に達している場合には、前記ＤＰＦの交換またはＤＰＦに堆積した灰（アッシュ）のメンテナンスまたはエンジンオイルの交換を含むメンテナンスを報知するメンテナンス報知手段と、圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が、前記強制再生閾値を超え且つ前記ＤＰＦ許容値に達していない場合には、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量がオイルダイリューション許容閾値を超えるまで前記強制再生手段による強制再生を可能とし、超えた場合には前記メンテナンス報知手段を作動する強制再生実行制御手段と、を備え、さらに、前記強制再生実行制御手段は、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量が第１オイルダイリューション閾値以下の場合には運転時強制再生を実行し、前記推定オイルダイリューション量が前記第１オイルダイリューション閾値より大きい前記オイルダイリューション許容閾値である第２オイルダイリューション閾値以下の場合には、停車時強制再生を実行し、前記第２オイルダイリューション閾値を超える場合には、強制再生を不許可としてさらに前記メンテナンス報知手段を作動するように構成し、前記第２オイルダイリューション閾値を超えるまで実行される強制再生を、前記ＤＰＦの圧力損失が前記ＤＰＦ許容値に達する直前まで可能にすることを特徴とする。

かかる第１発明によれば、圧力損失推定手段によって推定された所定の運転条件、すなわち、排ガス流量が最大となる最大エンジン回転数および最大エンジン負荷である定格点における損失圧力が予め設定された強制再生閾値を超え且つＤＰＦ許容値に達している場合には、メンテナンス報知手段によってＤＰＦの交換またはＤＰＦに堆積した灰（アッシュ）のメンテナンスまたはエンジンオイルの交換を含むメンテナンスをドライバー若しくは作業員に対して報知するので、アッシュ堆積量がエンジンの許容排圧を超えてエンジン性能に悪影響を与える範囲での使用が回避される。

また、前記推定された損失圧力が前記強制再生閾値を超え且つ前記ＤＰＦ許容値に達していない場合には、オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量がオイルダイリューション許容閾値を超えるまで強制再生手段による強制再生を可能とするので、すなわち、排圧の圧力損失がＤＰＦ許容値に達するぎりぎりまで、オイルダイリューションがエンジン性能に悪影響を与えない範囲で強制再生を繰り返してＤＰＦの交換やアッシュメンテナンスをせずに使用可能である。

従って、アッシュ堆積によるエンジントラブルのリスクを回避しつつアッシュメンテナンス間隔を極力延ばすことで、メンテナンスに伴う車両の非稼働時間、または発電機等の定置エンジンでは発電等の非稼働時間を低減して効率的な運転が可能になる。

また、本第１発明は、前記強制再生実行制御手段は、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量が第１オイルダイリューション閾値以下の場合には運転時強制再生を実行し、前記推定オイルダイリューション量が前記第１オイルダイリューション閾値より大きい前記オイルダイリューション許容閾値である第２オイルダイリューション閾値以下の場合には、停車時強制再生を実行する。

このように、推定オイルダイリューション量に応じて、推定オイルダイリューション量が低いレベルの第１オイルダイリューション閾値以下の場合には、まだ許容閾値まで余裕があるため、オイルダイリューションが進行する度合いが大きい運転時強制再生を実行し、推定オイルダイリューション量が前記第１オイルダイリューション閾値より大きいオイルダイリューション許容閾値である第２オイルダイリューション閾値以下の場合には、オイルダイリューションが進行する度合いが小さい停車時の強制再生を実行する。
従って、オイルダイリューションの推定量に基づいて、強制再生の手段が選択されるため、オイルダイリューション量に基づいて判定されるオイル交換やアッシュ洗浄等の警告時期を延ばすことができ、メンテナンスに伴う車両の非稼働時間、または発電機等の定置エンジンでは発電等ができない非稼働時間を極力抑えることができる。

また、本第１発明は、前記強制再生実行制御手段は、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量が前記第２オイルダイリューション閾値を超える場合には、強制再生を不許可としてさらに前記メンテナンス報知手段を作動する。

このような構成によって、オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量が、オイルダイリューション許容閾値である第２のダイリューション閾値を超える場合には、アッシュ堆積量の過多によって、必要とする強制再生の間隔が確保できなくなったと判断し、ＤＰＦメンテナンス報知手段を報知して、ＤＰＦの交換、またはＤＰＦに堆積した灰（アッシュ）のメンテナンス、または強制再生間隔が短くなり頻繁に強制再生が行われたものと判断してエンジンオイルの交換も促す報知を発する。
これによって、アッシュ堆積によるエンジントラブルのリスクを回避しつつアッシュメンテナンス間隔を極力延ばすことが可能になる。

また、本発明は、前記圧力損失推定手段は、前記ＤＰＦの圧損計測結果から排ガス流量が最大となる最大エンジン回転数および最大エンジン負荷である定格点における運転状態でのＤＰＦの圧力損失を推定することを特徴とする。

エンジン回転数及びエンジン負荷の定格点、すなわち図４のＰ点の位置であり、最大回転数および最大負荷の点であり、この点でのエンジン回転数とエンジン負荷における圧力損失推定値を用いて判定する。
ＥＧＲ（排ガス再循環装置）が設けられているエンジンでは、ＤＰＦの強制再生を行う際には、ＥＧＲバルブを閉じるため強制再生時には排ガス流量が増大、さらに定格点の運転のためガス量は増加する。そのため、強制再生中にエンジンが定格点の運転状態にある場合には、排圧が上昇しエンジンの許容排圧を超過するおそれがある。従って、定格点での圧力損失推定値を基にＤＰＦ許容値に達しているか否かを判定することによって、許容排圧を超えての運転を防止でき、エンジントラブルを確実に回避できる。

また、本第１発明において好ましくは、低流量域における圧力センサの計測誤差を補正するために、低流量域における前記圧損計測結果に対して運転領域に応じた領域補正を行うとよい。
すなわち、排ガス流量が少ないエンジン低回転、低負荷時には圧力センサからの検出値の誤差が大きく検出値に影響するため、低流量域における圧力センサの計測誤差を補正する。この補正は、低流量域における圧損計測値に運転領域に応じた領域補正を行う補正係数を掛ける。これによって、低流量域での差圧センサの誤差による強制再生頻度の増加を抑制できる。なお、補正係数は、低流量域になるに従って小さい係数を掛けるように補正される。

また、本発明の第２発明は、エンジンの排ガス浄化方法の発明であり、エンジンの排ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備え、前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを燃焼除去する強制再生手段と、前記強制再生手段を構成するエンジンの燃料噴射制御手段と、強制再生時の前記燃料噴射制御手段からの燃料によるエンジンオイルのオイルダイリューション量を推定するオイルダイリューション量推定手段と、前記ＤＰＦの圧損計測結果から、排ガス流量が最大となる最大エンジン回転数および最大エンジン負荷である定格点におけるＤＰＦの圧力損失を推定する圧力損失推定手段と、を備えたエンジンの排ガス浄化装置の排ガス浄化方法において、前記圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が予め設定された強制再生閾値を超え且つエンジン性能上悪影響が生じるＤＰＦ許容値に達している場合には、前記ＤＰＦのメンテナンスを報知し、前記圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が、前記強制再生閾値を超え且つ前記ＤＰＦ許容値に達していない場合には、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量がオイルダイリューション許容閾値を超えるまでは強制再生を実施可能にし、超えた場合には前記メンテナンスを報知するように構成し、さらに、前記推定オイルダイリューション量が第１オイルダイリューション閾値以下の場合には運転時強制再生を実行し、前記推定オイルダイリューション量が前記第１オイルダイリューション閾値より大きい前記オイルダイリューション許容閾値である第２オイルダイリューション閾値以下の場合には、停車時強制再生を実行し、前記第２オイルダイリューション閾値を超える場合には、強制再生を不許可としてさらに前記メンテナンスを報知し、前記第２オイルダイリューション閾値を超えるまで実行される強制再生を、前記ＤＰＦの圧力損失が前記ＤＰＦ許容値に達する直前まで可能にすることを特徴とする。

かかる第２発明のエンジンの排ガス浄化方法によれば、前記排ガス浄化装置と同様にアッシュ堆積量がエンジンの許容排圧を超えてエンジン性能に悪影響を与えない範囲内で、且つオイルダイリューションがエンジン性能に悪影響を与えない許容範囲内でＤＰＦを使用することができる。
従って、アッシュ堆積によるエンジントラブルのリスクを回避しつつアッシュメンテナンス間隔を極力延ばすことで、メンテナンスに伴う車両の非稼働時間、または発電機等の定置エンジンでは発電等の稼働できない非稼働時間を低減して効率的な運転が可能になる。

第１発明によれば、前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを燃焼除去する強制再生手段と、前記強制再生手段を構成するエンジンの燃料噴射制御手段と、強制再生時の燃料噴射制御手段からの燃料によるエンジンオイルのオイルダイリューション量を推定するオイルダイリューション量推定手段と、排ガス流量が最大となる最大エンジン回転数および最大エンジン負荷である定格点におけるＤＰＦの圧力損失を推定する圧力損失推定手段と、該圧力損失推定手段によって推定された所定の運転条件における損失圧力が予め設定された強制再生閾値を超え且つＤＰＦ許容値に達している場合には、前記ＤＰＦの交換またはＤＰＦに堆積した灰（アッシュ）の洗浄またはエンジンオイルの交換等のメンテナンスを報知するメンテナンス報知手段と、圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が、前記強制再生閾値を超え且つ前記ＤＰＦ許容値に達していない場合には、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量がオイルダイリューション許容閾値を超えるまで強制再生を実行可能とする強制再生実行制御手段と、を備えているので、アッシュ堆積量がエンジンの許容排圧を超えてエンジン性能に悪影響を与えない範囲内で、且つオイルダイリューションがエンジン性能に悪影響を与えない許容範囲内でＤＰＦを使用することができる。

従って、アッシュ堆積によるエンジントラブルのリスクを回避しつつアッシュメンテナンス間隔を極力延ばすことができ、メンテナンスに伴う車両の非稼働時間、または発電機等の定置エンジンでは発電等の非稼働時間を低減して効率的な運転が可能になる。

また、第２発明によれば、前記第１発明と同様に、許容排圧を超えない範囲でＤＰＦを使用することができるとともに、メンテナンス間隔を極力延ばすことができ、エンジンの効率的な運転が可能になる。

本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の概要構成図である。第１実施形態を示す強制再生フローチャートである。第２実施形態を示す強制再生フローチャートである。領域補正値と運転領域の関係を示す説明図である。オイルダイリューション量推定例を示す説明図である。運転時間と排気系の圧損の関係を示す説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

図１を参照して、本発明に係るエンジンの排ガス浄化装置の全体構成について説明する。ディーゼルエンジン（以下エンジンという）１の排気通路３には、酸化触媒（ＤＯＣ）５と該ＤＯＣ５の下流側にＰＭ（パティキュレートマター、粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）７とからなる排ガス後処理装置９が設けられている。
また、排気通路３には排気タービン１１ａとこれに同軸駆動されるコンプレッサ１１ｂを有する排気ターボ過給機１１を備えており、該排気ターボ過給機１１のコンプレッサ１１ｂから吐出された空気は給気通路１３を通って、インタークーラ１５に入り給気が冷却された後、給気スロットルバルブ１７で給気流量が制御され、その後、インテークマニホールド１９からシリンダ毎に設けられた吸気ポート２１からエンジン１の吸気弁２３を介して燃焼室２５内に流入するようになっている。

また、エンジン１においては、図示しないが、燃料の噴射時期、噴射量、噴射圧力を制御して燃焼室２５内に燃料を噴射するコモンレール燃料噴射装置が設けられており、該コモンレール燃料噴射装置が各気筒の燃料噴射弁２７に対して所定の燃料噴射時期に、所定の燃料圧力に制御された燃料を供給するようになっている。

また、排気通路３、または排気マニホールド２９の途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環装置）通路３１が分岐されて、排ガスの一部が給気スロットルバルブ１７の下流側部位にＥＧＲクーラ３３、ＥＧＲバルブ３５を介して投入されるようになっている。

エンジン１の燃焼室２５で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス３７は、シリンダ毎に設けられた排気弁３９、排気ポート４１、排気マニホールド２９及び排気通路３を通って、前記排気ターボ過給機１１の排気タービン１１ａを駆動してコンプレッサ１１ｂの動力源となった後、排気通路３を通って排ガス後処理装置９に流入する。

また、ＤＯＣ５の下流側にＤＰＦ７が配置されており、該ＤＰＦ７の強制再生が強制再生手段４３によって行われており、該強制再生手段４３は制御装置４５内に設けられており、該制御装置４５には、コンプレッサ１１ｂへ流入する給気流量を検出するエアフローメータ４７、ＤＯＣ入口温度センサ４９、ＤＰＦ入口温度センサ５１、ＤＰＦ出口温度センサ５３、差圧センサ５５からの信号が入力されている。
さらに、エンジン回転数信号５７、エンジン燃料噴射量信号５９がそれぞれ制御装置（ＥＣＵ）４５に入力されている。

この強制再生手段４３は、ＤＰＦ７に堆積されたＰＭの堆積量が所定値を超えた時に、昇温手段を制御してＤＰＦ７の入口温度を目標温度近傍（約６００℃）まで昇温して堆積したＰＭを焼却除去する。
強制再生手段４３によるＰＭの燃焼除去についての制御概要をまず説明する。
強制再生を開始する条件、例えば、ＰＭの堆積量を推定、車両であれば走行距離、エンジンの運転時間、トータル燃料消費量等を基に判定されて、強制再生が開始されるとＤＯＣ５を活性化するためのＤＯＣ昇温制御が実行される。このＤＯＣ昇温制御は、給気スロットルバルブ１７の開度が絞られ、燃焼室内に流入する空気量を絞って、排ガス中の未燃燃料を増加させる。さらに、アーリーポスト噴射によって、主噴射直後にシリンダ内の圧力がまだ高い状態で主噴射より少量の燃料を噴射する１回目のポスト噴射を燃料噴射制御手段６１によって行う。このアーリーポスト噴射によって、エンジンの出力には影響を与えずに排ガス温度を高め、この高温化された排ガスがＤＯＣ５に流入することで、ＤＯＣ５を活性化させ、そしてＤＯＣ５の活性化に伴い排ガス中の未燃燃料を酸化される際に発生する酸化熱で排ガス温度を上昇させる。

そして、次に、ＤＯＣ入口温度が所定温度に達したかを判定し、超えている場合には、レイトポスト噴射によってＤＰＦ７の入口温度をさらに上昇させる。このレイトポスト噴射は、前記アーリーポスト噴射後のクランク角度が下死点近傍まで進んだ状態で噴射する２回目のポスト噴射のことをいい、燃料噴射制御手段６１によって行われる。
このレイトポスト噴射によって、排気弁の開状態時に燃焼室から排気通路３へ燃料を排出させて、排出された燃料は既に活性化されたＤＯＣ５において反応して、発生した酸化熱により排ガス温度をさらに上昇させてＤＰＦ７の再生に必要な温度、例えば６００℃にしてＰＭの燃焼を促進する。

また、制御装置４５には、ＤＰＦ７に堆積されたＰＭを燃焼除去する強制再生手段４３を備えると共に、さらに、強制再生手段４３を構成するエンジンの燃料噴射制御手段６１と、強制再生時の燃料噴射制御手段からの燃料によるエンジンオイルのオイルダイリューション量を推定するオイルダイリューション量推定手段６３と、所定のエンジン回転数およびエンジン負荷におけるＤＰＦの圧力損失を推定する圧力損失推定手段６５とを備えている。

さらに、圧力損失推定手段６５によって推定された所定の運転条件における損失圧力、例えば定格運転時状態においての損失圧力が、予め設定された強制再生閾値を超え且つＤＰＦ許容値に達している場合に、すなわち、損失圧力から判断すると強制再生の開始閾値を超え、さらに、ＤＰＦ圧損許容値に達している場合には、ＤＰＦ７に故障が生じたと判定してＤＰＦ７の交換、またはＤＰＦ７に堆積した灰（アッシュ）のメンテナンス、またはエンジンオイルの交換を促す警報を報知器６７で発するＤＰＦメンテナンス報知手段（メンテナンス報知手段）６９を備えている。

また、圧力損失推定手段６５によって推定された所定の運転条件における損失圧力、例えば定格運転時状態においての損失圧力が、強制再生閾値を超え且つＤＰＦ許容値に達していない場合に、すなわち、損失圧力から判断すると予め設定された強制再生閾値を超え、さらに、ＤＰＦ圧損許容値に達していない場合には、オイルダイリューション量推定手段６３によって推定された推定オイルダイリューション量がオイルダイリューション許容閾値を超えるまでＤＰＦ７のメンテナンスを報知することなく、前記の強制再生手段４３による強制再生を可能とする強制再生実行制御手段７１を備えている。

以上のように構成された制御装置４５による制御を図２のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、排ガス温度をＤＰＦ入口温度センサ５１、ＤＰＦ出口温度センサ５３からの信号を基に、入口出口温度の平均値として算出し、排ガス量をエアフローメータ４７で検出した給気量と、燃料噴射制御手段６１からの燃料噴射量とを基に算出する。さらに、差圧センサ５５からの信号を基にＤＰＦ７による圧損を計測する。

ステップＳ２では、ステップ１での検出値及び算出値を基に、定格点でのＤＰＦ圧損を推定する。この推定は、次の式（１）〜（３）を用いて行う。なお、定格点とは図４のＰ点で示すように、高回転数および高負荷の最大出力における点であり、この点における圧力損失推定値を推定する。

ここで、ΔＰ：ＤＰＦ圧力損失もしくはＤＰＦ部のゲージ圧[ｋＰａ]
Ｑ：体積ガス流量[Ａｍ３／ｈ]
Ｔ：ＤＰＦ出入口平均ガス温度[℃]
Ｗ：質量ガス流量[ｋｇ／ｈ]
ρ ：排ガス密度[ｋｇ／Ｎｍ３]
μ ：ガス粘度[μＰａ・ｓｅｃ]
添字ＭＶ：通常の運転状態
添字ＲＰ：定格点での運転状態
である。

次に、ステップＳ３で、運転領域より、領域補正値Ｆを算出する。図４のように、領域補正値Ｆと運転領域の関係が予め、マップ状に設定されており、該マップより運転状態に応じた領域補正値Ｆが算出される。
低流量域における圧力センサの計測誤差を補正するために、低流量域における差圧計測値に運転領域に応じた領域補正を行う領域補正値Ｆを掛ける。この領域補正値Ｆは、図４のように低流量域になるに従って小さい係数を掛けて補正する。

このように低流量域において、差圧センサ５５からの検出信号に対して補正係数を掛けることによって、差圧センサ５５からの計測データの信頼性を高めて、差圧センサ５５の誤差による強制再生頻度の増加を抑制できる。さらに、強制再生頻度の増加を抑制する結果、燃費悪化やオイルダイリューション量の増加を抑制できる。

次に、ステップＳ４で、ステップＳ２で推定した定格点でのＤＰＦ圧損推定値に対して、ステップＳ３で算出した領域補正値Ｆを掛けたＤＰＦ圧損推定値が、閾値（強制再生閾値）と比較して大きいか否か判定する。例えば、この閾値を２０ＫＰａに設定する。

次に、ステップＳ４で、Ｎｏの場合には、すなわち、閾値以下の場合には、ステップＳ５でカウンター値をゼロにしてステップＳ１戻り、ステップＳ１〜Ｓ４を繰り返す。
ステップＳ４で、Ｙｅｓの場合には、ステップＳ６に進んで、領域補正値Ｆを掛けたＤＰＦ圧損推定値が、エンジン性能上において悪影響が生じるＤＰＦ許容値を超えるか否かの判定を行う。例えば、このＤＰＦ許容値を２４〜２５ＫＰａの値に設定する。

ＤＰＦ許容値を超えると判定した場合には、ＤＰＦ７の故障と判定してドライバー若しくは作業者等に対して報知する。そして、ＤＰＦ７の交換、またはアッシュの堆積量異常のため、作業者等に対してアッシュメンテナンスの注意、さらに、エンジンオイルがレイトポスト噴射燃料によって希釈されているためエンジンオイルの交換等を促す。
このアッシュメンテナンスは、ＤＰＦ７のフィルターを取り外して、圧縮エアー等で堆積しているアッシュ（灰成分）を吹き飛ばす作業を行う。さらに、アッシュが堆積し過ぎている状況では、図６に示すように基本となる圧損が大きいため強制再生が頻繁に行われる結果、オイルダイリューション量が増加していることから、必要に応じてエンジンオイルの交換も行われる。

次に、ステップＳ６で、Ｎｏの場合、すなわち、領域補正値Ｆを掛けたＤＰＦ圧損推定値が、ＤＰＦ許容値を超えていない場合、ステップＳ７でカウンター値を加算し、ステップＳ８で、そのカウンター値がカウター閾値を超えたか否かを判定する。超えていなければ、所定時間継続していないと判定してステップＳ１にリターンして最初からの手順を繰り返す。

ステップＳ８でカウンター値がカウター閾値えていると判定した場合には、ステップＳ６のＤＰＦ圧損推定値がＤＰＦ許容値を超えていない状態が所定時間継続していると判定してステップＳ９に進み、ステップＳ９で、オイルダイリューション量がオイルダイリューション閾値（オイルダイリューション許容閾値）を超えたか否かを判定する。
オイルダイリューション量は、エンジンのオイルパン内にオイルレベルセンサを設けて、オイルパン内のエンジンオイル量を計測することで推定する。

ステップＳ９の判定で、Ｙｅｓの場合には、ステップＳ１０に進んでアッシュメンテナンス、または必要に応じてオイル交換を行う。
ステップＳ９の判定で、Ｎｏの場合には、ステップＳ１１に進んで停車時強制再生を実行する。

この停車時強制再生とは、車両を停車状態にして、エンジンをアイドル回転数またはこの回転数より少し高めたエンジン回転数（１５００〜２０００ｒｐｍ）で再生処理が実行される。停車時再生条件を満たすと判定した場合、停車時強制再生を実行するようにドライバーに報知すべく、警告灯を点灯させる。本第１実施形態では、ステップＳ１１において、警告を出し警告灯の点灯を認識したドライバーが停車時強制再生処理を開始するためのスイッチ（不図示）を「ＯＮ」にして開始する。そして、停車時強制再生処理を実行する。
一方、後述する運転時強制再生処理とは、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量が所定の条件を満したときに、車両の走行中もしくは作業中に自動的に再生処理が実行されるものである。

前記の停車時強制再生処理及び後述する運転時強制再生処理は共に、前記強制再生手段４３の実行手順に沿って再生が行われるものであり、燃料をポスト噴射することによってＰＭ再生処理を行うため、エンジンオイルの希釈化が生じる。
これはポスト噴射された燃料が、エンジンのシリンダ内に付着し、オイルパン等にあるオイルに浸透することによって生ずるものである。オイルの希釈化の程度（即ち、オイル希釈度）は、ポスト噴射時に噴射された燃料がエンジンにおいて燃焼されずに残存する量に依存する。

停車時強制再生処理は、前述のように車両停車時にエンジンをアイドリング状態またはそれより少し高目の状態で実行するため、ポスト噴射タイミングやポスト噴射量や空気量を適正化することによって、オイル希釈度を少なくなるよう調整できる。一方、運転時強制再生処理は、エンジンの運転状態である回転数及び負荷が使用条件に応じて時々刻々と変化するため、様々な運転条件においてポスト噴射タイミングやポスト噴射量や空気量が適正化する必要があり、オイル希釈度が少なくなるように調整することが難しい。
尚、燃料消費率の観点から言えば、定車時再生処理は、車両を停車してエンジンがアイドリング状態またはそれより少し高いエンジン回転数状態で、再生処理だけにエンジンを回転させるため、運転時強制再生処理のように車両の走行中や車両を用いて作業を行っている最中に実行する運転時強制再生処理に比べて燃料消費率が不利になる傾向がある。

なお、ステップＳ１１では、停車時強制再生を行うので、強制再生中にエンジンの許容排圧を超える恐れが低減される。
すなわち、ＰＭの強制再生中には排ガス温度上昇によって排ガス体積が増大して排圧が上昇する傾向にあるが、そのような状況下において、稼働時再生を実施するとさらに運転状態に応じた回転数及び負荷によって排ガス流量が増大して、エンジンの許容排圧を超える恐れがある。しかし、停車状態で強制再生を実施することでこのような問題を回避できる。

また、エンジン定格運転時における圧力損失を推定して、該推定値がＤＰＦ許容値（エンジンの許容排圧値）に達しているか否かを判定して、該許容値に達している場合には、ＤＰＦ７が故障していると判定して、ＤＰＦの交換やアッシュメンテナンス、またはエンジンオイルの交換を含むメンテナンスをドライバー若しくは作業員に対して報知するので、アッシュ堆積量がＤＰＦ前後の圧力損失に影響を与え、エンジンの許容排圧を超えることが防止される。

また、排ガス流量が最大となる定格点における圧力損失値を推定して、ＤＰＦ許容値に達しているか否かを判定しているため、エンジンの許容排圧を超過しての運転を確実に防止でき、排圧上昇に基づくエンジントラブルを確実に回避できる。
さらに、ＤＰＦ許容値内においては、オイルダイリューション量がオイルダイリューション閾値に達するまで強制再生を繰り返してＤＰＦを使用するため、ＤＰＦ７の交換やアッシュメンテナンス間隔を極力延ばすことができる。

以上のように、アッシュ堆積によるエンジントラブルのリスクを回避しつつアッシュメンテナンス間隔を極力延ばすことで、メンテナンスに伴う車両の稼働できなくなる時間、または発電機等の定置エンジンでは発電等の稼働できない時間を低減して効率的な運転が可能になる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、図２のステップＳ９のオイルダイリューション量がオイルダイリューション閾値（オイルダイリューション許容閾値）を超えたか否かの判定に、オイルパン内のエンジンオイル量を直接計測することでオイルダイリューション量を推定して判定を行った例を説明したが、第２実施形態は、このオイルダイリューション量を、計算式を用いて推定することに特徴がある。すなわち、図２のＭ部分を図３のようにする。

図３のフローチャートを参照して再生手順を説明する。
まず、ステップＳ２１では、オイルダイリューション量を推定する。このオイルダイリューション量は、強制再生中のオイルへの軽油の混入量と、通常時運転中のオイル中軽油の蒸発量とより推定する。
ステップＳ２１では通常時運転中のオイル中軽油の蒸発量を推定するともに、後述するステップＳ３４またはステップＳ２５によって推定される強制再生中のオイルへの軽油の混入量をもとに、オイルダイリューション量Ｘが推定される。

強制再生中のオイルへの軽油混入量は、次の式（４）を用いて推定する。

ここで、Ａ：オイルダイリューション比率
Ｑ_{fuel in oil}：オイルへの軽油混入量[ｍｌ]
Ｑ_{Late Post}：レイトポスト噴射量[ｍｌ／ｓｅｃ]
Ｔ_{Doc In}：ＤＯＣ入口ガス温度[℃]
ΔＴ_Reg：強制再生時間[ｓｅｃ]（レイトポスト噴射時間）
である。

オイル中の軽油の蒸発速度は、軽油の濃度に１次依存と仮定して、エンジンの負荷影響を受けると考え、下記の式（５）〜（７）を用いてオイル中軽油の蒸発量を推定する。

ここで、Ｂ：エンジン負荷に対する蒸発速度係数
Ｋ：オイル中軽油の蒸発速度定数[ｈ^-1]
ｔ：強制再生中を除く運転時間[ｈ]
Ｃ_{fuel in oil}：オイル中軽油濃度[ｗｔ％]
Ｔ_ｑ：エンジントルク[Ｎｍ]
である。

オイルダイリューション量の推定は、式（４）、（８）より強制再生中のオイルへの軽油混入量と、式（６）、（７）を用いて通常運転中のオイル中軽油の蒸発量の推算を用いて行う。

ここで、Ｑ_{Oil 0}：初期オイル量[Ｌ]
Ｑ_Oil：推定時オイル量[Ｌ]
ρ_fuel ：燃料密度[ｋｇ／Ｌ]
ρ_Oil：オイル密度[ｋｇ／Ｌ]
である。

前述のようにステップＳ２１では、通常時運転中のオイル中軽油の蒸発量の推定を行い、さらに、後述するステップＳ３４またはステップＳ２５によって推定された強制再生中のオイルへの軽油混入量（Ｑ_{fuel in oil}）をもとにオイル中軽油濃度（Ｃ_{fuel in oil}）に相当するオイルダイリューション量Ｘが推定されるが、その後ステップＳ２２で、第１オイルダイリューション閾値Ａを超えているか否かが判定され、超えていなければ、ステップＳ２３で運転時強制再生要求があるか否かが判定される。
ステップＳ２２で第１オイルダイリューション閾値Ａを超えていると判定されればステップＳ２７で、運転時強制再生不許可を指示して、次のステップＳ２８で、オイルダイリューション量Ｘの推定値が、第２オイルダイリューション閾値Ｂを超えているか否かが判定される。この第２オイルダイリューション閾値Ｂ（オイルダイリューション許容閾値）を超えている場合には、アッシュ堆積量が過多により、必要な強制再生間隔が確保できなくなったと判断して、ステップＳ２９で停車時強制再生をも不許可として、さらにステップＳ３０でオイル警告を発して作業者にアッシュメンテナンスを警告して、オイル交換、ＤＰＦ交換、アッシュの洗浄処理等を促す。
そして、ステップＳ３１で、サービス工場等でオイル交換、アッシュ洗浄処理等をして、サービスツールで、警告信号や蓄積してきたデータをリセットして初期値に戻す。

また、ステップＳ２８で、オイルダイリューション量Ｘの推定値が、第２オイルダイリューション閾値Ｂを超えていない場合には、ステップＳ３２に進み、停車時強制再生要求があるか否かが判定される。停車時強制再生要求がある場合にはステップＳ３３に進んで、停車時強制再生が実施され、停車時強制再生要求がない場合にはステップＳ２１に戻る。

そして、ステップＳ３３で停車時強制再生実施が行われた後には、ステップＳ３４で強制再生のレイトポスト（Ｌ．Ｐ．）噴射で生じたオイルダイリューション量を推定する。このステップＳ３４における、レイトポスト（Ｌ．Ｐ．）噴射で生じたオイルダイリューション量の増加分は、ステップＳ２１で説明した手法によって推定する。
ステップＳ３５で、停車時強制再生を完了してステップＳ２１にリターンし、ステップＳ２１で、ステップＳ３４で推定した強制再生中のオイルダイリューション量と、通常時運転中のオイル中軽油の蒸発量からオイルダイリューション量が推定される。

一方、ステップＳ２３では、運転時強制再生要求があるか否かが判定される。運転時強制再生要求がある場合にはステップＳ２４に進んで、運転時強制再生が実施され、運転時強制再生要求がない場合にはステップＳ２１に戻る。
そして、ステップＳ２４で運転時強制再生実施が行われた後には、ステップＳ２５で強制再生のレイトポスト（Ｌ．Ｐ.）噴射で生じたオイルダイリューション量を推定する。
このステップＳ２５における、レイトポスト（Ｌ．Ｐ．）噴射で生じたオイルダイリューション量の増加分は、ステップＳ２１で説明した手法によって推定する。
ステップＳ２６で、運転時強制再生を完了してステップＳ２１にリターンし、ステップＳ２１で、ステップＳ２５で推定した強制再生中のオイルダイリューション量と、通常時運転中のオイル中軽油の蒸発量からオイルダイリューション量が推定される。

ステップＳ２１で算出するオイルダイリューション量の推定例を図５に示す。強制再生の間隔が、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３と短くなるに従って、オイルダイリューション率（オイル中軽油量、軽油混入量／オイル量）が早い段階で、目標とするダイリューション閾値を超えることを示す。

以上第２実施形態によれば、オイルダイリューション量推定手段６３によって、オイルダイリューション量を算出して、推定したオイルダイリューション量が第１オイルダイリューション閾値Ａ超えない場合には、オイルダイリューション量の許容閾値に余裕があるため、燃費の良い運転時強制再生処理を実行し、前記推定オイルダイリューション量が前記第１オイルダイリューション閾値Ａより大きい前記オイルダイリューション許容閾値である第２オイルダイリューション閾値Ｂ以下の場合には、オイルダイリューション許容閾値に近づいているため、オイルダイリューションに有利な停車時強制再生処理を実行する。

従って、オイルダイリューションの推定量に基づいて、強制再生処理の手段が選択されるため、オイルダイリューション量に基づいて判定されるオイル交換やアッシュ洗浄等の警告時期を延ばすことができ、メンテナンスに伴う車両の非稼働時間、または発電機等の定置エンジンでは発電等ができない非稼働時間を極力抑えることができる。

すなわち、アッシュの堆積によって、強制再生間隔時間が短くなり、そのためにオイルダイリューションが増量するが、このアッシュ堆積によるＤＰＦの圧損が許容値に達するまでの範囲内において、オイルダイリューションを考慮してメンテナンス期間を延ばすことが可能になる。

さらに、第２実施形態においては、オイルダイリューション量を演算式を用いて推定するため、第１実施形態のようなオイルレベルセンサのような計測装置が不要となり、コスト低減及び装置の簡素化が図れる。

本発明によれば、アッシュ堆積によるエンジントラブルのリスクを回避しつつアッシュメンテナンス間隔を極力延ばすことができ、メンテナンスに伴う車両の稼働できなくなる時間、または発電機等の定置エンジンでは発電等の稼働できない時間を低減して効率的な運転が可能になるので、エンジンの排ガス浄化装置および浄化方法への利用に適している。

１ディーゼルエンジン
３排気通路
５ＤＯＣ（前段酸化触媒）
７ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
９排ガス後処理装置
４３強制再生手段
４５制御装置（ＥＣＵ）
４７エアフローメータ
４９ＤＯＣ入口温度センサ
５１ＤＰＦ入口温度センサ
５３ＤＰＦ出口温度センサ
５７エンジン回転数信号
５９エンジン燃料噴射量信号
６１燃料噴射制御手段
６３オイルダイリューション量推定手段
６５圧力損失推定手段
６７報知器
６９ＤＰＦメンテナンス報知手段（メンテナンス報知手段）
７１強制再生実行制御手段

Claims

エンジンの排ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備えるエンジンの排ガス浄化装置において、
前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを燃焼除去する強制再生手段と、
前記強制再生手段を構成するエンジンの燃料噴射制御手段と、
強制再生時の前記燃料噴射制御手段からの燃料によるエンジンオイルのオイルダイリューション量を推定するオイルダイリューション量推定手段と、
前記ＤＰＦの圧損計測結果から、排ガス流量が最大となる最大エンジン回転数および最大エンジン負荷である定格点におけるＤＰＦの圧力損失を推定する圧力損失推定手段と、
該圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が予め設定された強制再生閾値を超え且つエンジン性能上悪影響が生じるＤＰＦ許容値に達している場合には、前記ＤＰＦの交換またはＤＰＦに堆積した灰（アッシュ）のメンテナンスまたはエンジンオイルの交換を含むメンテナンスを報知するメンテナンス報知手段と、
圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が、前記強制再生閾値を超え且つ前記ＤＰＦ許容値に達していない場合には、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量がオイルダイリューション許容閾値を超えるまで前記強制再生手段による強制再生を可能とし、超えた場合には前記メンテナンス報知手段を作動する強制再生実行制御手段と、を備え、
さらに、前記強制再生実行制御手段は、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量が第１オイルダイリューション閾値以下の場合には運転時強制再生を実行し、前記推定オイルダイリューション量が前記第１オイルダイリューション閾値より大きい前記オイルダイリューション許容閾値である第２オイルダイリューション閾値以下の場合には、停車時強制再生を実行し、前記第２オイルダイリューション閾値を超える場合には、強制再生を不許可としてさらに前記メンテナンス報知手段を作動するように構成し、前記第２オイルダイリューション閾値を超えるまで実行される強制再生を、前記ＤＰＦの圧力損失が前記ＤＰＦ許容値に達する直前まで可能にすることを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
低流量域における圧力センサの計測誤差を補正するために、低流量域における前記圧損計測結果に対して運転領域に応じた領域補正を行うことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
エンジンの排ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備え、前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを燃焼除去する強制再生手段と、前記強制再生手段を構成するエンジンの燃料噴射制御手段と、強制再生時の前記燃料噴射制御手段からの燃料によるエンジンオイルのオイルダイリューション量を推定するオイルダイリューション量推定手段と、前記ＤＰＦの圧損計測結果から、排ガス流量が最大となる最大エンジン回転数および最大エンジン負荷である定格点におけるＤＰＦの圧力損失を推定する圧力損失推定手段と、を備えたエンジンの排ガス浄化装置の排ガス浄化方法において、
前記圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が予め設定された強制再生閾値を超え且つエンジン性能上悪影響が生じるＤＰＦ許容値に達している場合には、前記ＤＰＦのメンテナンスを報知し、
前記圧力損失推定手段によって推定された前記定格点における損失圧力が、前記強制再生閾値を超え且つ前記ＤＰＦ許容値に達していない場合には、前記オイルダイリューション量推定手段による推定オイルダイリューション量がオイルダイリューション許容閾値を超えるまでは強制再生を実施可能にし、超えた場合には前記メンテナンスを報知するように構成し、
さらに、前記推定オイルダイリューション量が第１オイルダイリューション閾値以下の場合には運転時強制再生を実行し、前記推定オイルダイリューション量が前記第１オイルダイリューション閾値より大きい前記オイルダイリューション許容閾値である第２オイルダイリューション閾値以下の場合には、停車時強制再生を実行し、前記第２オイルダイリューション閾値を超える場合には、強制再生を不許可としてさらに前記メンテナンスを報知し、前記第２オイルダイリューション閾値を超えるまで実行される強制再生を、前記ＤＰＦの圧力損失が前記ＤＰＦ許容値に達する直前まで可能にすることを特徴とするエンジンの排ガス浄化方法。