JP6658210B2 - 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を浄化する排気浄化装置、特に、排気浄化装置の排気フィルタの再生に関する。

内燃機関、例えば車両に搭載されるディーゼルエンジンの排気は、大気汚染の原因となる微粒子（Particulate Matter；以下、ＰＭという）を含んでいる。このため、ディーゼルエンジンが搭載された自動車には、排気を浄化する排気浄化装置が備えられている（特許文献１参照）。かかる排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気中からＰＭを除去し、ＰＭ除去後のクリーンガスを大気中に放出している。

ＰＭは、煤（カーボン）と可溶性有機成分（Soluble Organic Fraction；以下、ＳＯＦという）を主成分とする粒子状物質の総称である。ＳＯＦは、燃料（軽油）やエンジンオイルの燃え残りで構成される多成分物質であり、高温では蒸気（気体）であるが、温度が低下すると煤の表面に付着して煤を大きくする性質がある。

排気浄化装置は、排気を浄化するための排気フィルタ（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えて構成され、排気フィルタで排気からＰＭを捕集し、排気中のＰＭを除去する。排気フィルタは、例えば炭化ケイ素やコージライトなどを素材とした多孔質セラミックからなるウォールフロー型のフィルタとして構成され、排気通路に配置される。

排気フィルタでＰＭを捕集し続けると、いずれは排気フィルタに目詰まりが生じ、排気圧の増大によって燃費を低下させるおそれがある。したがって、捕集したＰＭは、排気フィルタから適宜取り除かなければならない。

排気浄化装置は、例えば、エンジンが所定条件（所定時間や所定速度など）で継続して運転され、所定量のＰＭが排気フィルタに捕集された場合、排気温度を所定時間（２０分から３０分間程度）に亘って連続してＰＭの燃焼温度（３００℃から６００℃程度）まで上昇させる。これにより、排気フィルタに捕集されたＰＭを燃焼させて排気フィルタから除去し、ＰＭを適正に捕集することが可能な状態に排気フィルタを再生する。このような再生を繰り返すことで、排気フィルタの継続使用が可能となる。

特許文献１には、排気フィルタに加え、酸化触媒が排気フィルタの上流の排気通路に設けられた排気浄化装置が開示されている。酸化触媒を設けることで、排気フィルタに流入する前に、排気からある程度のＳＯＦが捕集（酸化除去）されている。このように、排気フィルタに達するＳＯＦの量は、酸化触媒で捕集されるＳＯＦの量や酸化触媒から脱離されるＳＯＦの量に応じて、換言すれば酸化触媒の状態に応じて変動する。このため、特許文献１に開示された排気浄化装置では、酸化触媒によるＳＯＦの捕集具合を加味して、排気フィルタの再生処理開始のタイミングを制御している。

特開２０１４−２１８９８２号公報

ここで、ＰＭ、およびＰＭに含まれる煤とＳＯＦとは、それぞれ燃焼特性が異なる。例えば、単成分である煤は、多成分であるＳＯＦよりも急激に（着火温度に達した後、一気に）燃焼しやすい。換言すれば、ＳＯＦは煤と比べて緩やかに燃焼する。その一方で、煤とＳＯＦとが混在するＰＭ（すなわち不均質物質）と比べた場合には、ＳＯＦの方が急激に燃焼しやすい。

したがって、排気フィルタの再生をより効率的かつ安全に制御するためには、ＰＭに含まれる煤とＳＯＦの割合、つまりＰＭの成分を考慮することが望ましい。しかしながら、特許文献１に開示の排気浄化装置では、ＰＭの成分を考慮して排気フィルタの再生制御は行われていない。

そこで、本発明は、排気フィルタに捕集されたＰＭに含まれるＳＯＦの割合（ＰＭの成分）を考慮して、排気フィルタの再生を行うことが可能な排気浄化装置を提供する。

本発明の排気浄化装置は、内燃機関から排出された排気に含まれる微粒子を捕集する排気フィルタと、排気フィルタを通過する排気の温度を上昇させる昇温制御を実施する昇温制御部と、排気フィルタの捕集した微粒子の捕集量を推定する捕集量推定部と、排気フィルタが捕集した微粒子に含まれる可溶性有機成分の割合を推定する成分推定部と、昇温制御を開始する閾値を定める閾値決定部とを備えている。成分推定部によって推定された可溶性有機成分の割合が、第１の割合以上かつ第１の割合より大きい第２の割合以下である第１の領域、第１の割合未満である第２の領域、第２の割合より大きい第３の領域において、昇温制御部は、捕集量推定部で推定した捕集量が、閾値決定部で定めた閾値を超えた際に昇温制御を開始する。閾値決定部は、成分推定部が推定した可溶性有機成分の割合が第１の領域にある場合、第２の領域及び第３の領域にある場合よりも大きな値に閾値を補正する。

また、閾値決定部は、成分推定部が算出した可溶性有機成分の割合が第３の領域にある場合、第２の領域にある場合よりも大きな値に閾値を補正する。

また、排気浄化装置は、排気が流れる排気通路の排気フィルタよりも上流で、微粒子を酸化除去する酸化触媒と、排気通路を流れる排気の温度を測定する温度測定部とを備えている。温度測定部は、排気通路の酸化触媒の上流で排気の温度を測定する第１の温度センサと、排気通路の酸化触媒の下流かつ排気フィルタの上流で排気の温度を測定する第２の温度センサとを有している。成分推定部は、第１の温度センサおよび第２の温度センサで測定された排気の温度に基づいて、微粒子に含まれる可溶性有機成分の割合を算出する。

本発明の排気浄化装置によれば、排気フィルタに捕集されたＰＭに含まれるＳＯＦの割合（ＰＭの成分）を考慮して、排気フィルタの再生を行うことができる。これにより、排気フィルタ再生の実施タイミングを最適化することができ、再生回数の低減や総再生時間の短縮を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る排気浄化装置におけるＰＭ捕集量の推定処理の流れを示すフロー図。 本発明の一実施形態に係る排気浄化装置における排気フィルタの再生を実施する際の処理（再生開始の要否判断とその後の処理）の流れを示すフロー図。 本発明の一実施形態に係る排気浄化装置で用いられるマップの一例であって、ＳＯＦ割合と、該ＳＯＦ割合に対応する許容ＰＭ捕集量との関係を示す図。

以下、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置について、図１から図４を参照して説明する。本実施形態の排気浄化装置は、内燃機関、例えば車両に搭載されたディーゼルエンジンの排気を浄化する装置である。車両は、自家用の乗用自動車、あるいはトラックやバスなどの事業用自動車のいずれであってもよく、用途や車種は特に問わない。また、ディーゼルエンジンが搭載された車両のみならず、車両としては、例えばガソリンエンジンが搭載された自動車やハイブリッド自動車であっても構わない。

図１は、本実施形態の排気浄化装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、排気浄化装置１は、エンジン２の燃焼室２１から排出される排気を浄化する構成となっている。

エンジン２の燃焼室２１には、吸気弁２２を開いて吸気通路３から吸気が吸入される。燃焼室２１への吸気量は、吸気絞り弁２３の開閉によって調整される。次いで、加熱圧縮された吸気にインジェクタ２４から燃料（軽油）が噴射されると、燃料が発火し、空気と燃料を含む混合気が燃焼室２１で燃焼する。混合気の燃焼により、燃焼室２１内でピストン２５が往復運動し、このエネルギーがピストン２５に連結されたクランクシャフト２６の回転運動に変換されて出力される。燃焼後の混合気（排気）は、排気弁２７を開いて燃焼室２１から排気通路４を通して排出され、排気浄化装置１で浄化された後に大気中へ放出される。

エンジン２は、排気通路４から分岐して排気を燃焼室２１へ循環させる排気循環路５を有している。循環気（以下、ＥＧＲガスという）は、排気循環路５に設けられたＥＧＲクーラやターボチャージャ（いずれも図示省略）などを経由し、ＥＧＲ弁６の開閉によって吸気通路３の最下流などに導入される。

排気浄化装置１は、本体部１０と、酸化触媒１２と、排気フィルタ（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ）１３を備えている。本体部１０は、排気を通流させる通気路１１を内部に有する略筒状の構造体であり、燃焼室２１と繋がる排気通路４の途中もしくは終端に配置され、排気通路４の一部を構成している。酸化触媒１２と排気フィルタ１３は、燃焼室２１から排出された排気に含まれる微粒子（ＰＭ）を除去して排気を浄化するための部材であり、酸化触媒１２を排気の流れの上流側（図１においては、左側）、排気フィルタ１３を下流側（同、右側）に位置付けてそれぞれ通気路１１に配置されている。ＰＭは、粒子状物質の総称であるが、本実施形態では便宜上、煤（カーボン）と可溶性有機成分（ＳＯＦ）の２つを成分として構成されているものとして扱う。したがって、ＰＭ、煤、ＳＯＦのうちの２つの量が推定できれば、残りの１つの推定量を算出することができる。

酸化触媒１２は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ_２）を生成させる。また、酸化触媒１２は、ＰＭに含まれるＳＯＦ、具体的には燃焼室２１で燃焼されなかった燃料（軽油）やエンジンオイルの燃え残りを酸化させて除去する。したがって、排気浄化装置１に流入した排気は、通気路１１において酸化触媒１２と接することでＰＭに含まれるＳＯＦの量が減少し、排気フィルタ１３へ向けて流れていく。その際、ＳＯＦの酸化反応で生じる反応熱によって排気の温度が上昇する（後述する第１状態の排気ＥＧ１よりも第２状態の排気ＥＧ２の方が高温となる）。

排気フィルタ１３は、排気（本実施形態では、燃焼室２１から排出された後、酸化触媒１２でＳＯＦ量が減少した排気）に含まれるＰＭを捕集して除去する。排気フィルタ１３の構成は特に限定されないが、例えば炭化ケイ素やコージライトなどを素材とした多孔質セラミックからなるウォールフロー型のフィルタとして構成することができる。排気フィルタ１３の排気との接触部位は、酸化触媒でコーティングされている。したがって、排気浄化装置１の通気路１１で酸化触媒１２と接した排気は、排気フィルタ１３を通過することでＰＭが酸化除去および捕集され、浄化された状態で排気浄化装置１から流出される。ただし、捕集されたＰＭが排気フィルタ１３に堆積していくため、排気フィルタ１３に目詰まりが生じて排気圧が徐々に増大していく。このため、捕集されたＰＭを適宜燃焼させて排気フィルタ１３から取り除き、ＰＭを適正に捕集することが可能な状態に排気フィルタ１３を再生させねばならない。なお、酸化触媒１２における酸化反応により生成されたＮＯ_２による酸化反応によっても、捕集されたＰＭは、一部が燃焼して排気フィルタ１３から取り除かれる。

排気浄化装置１は、排気フィルタ１３の再生を制御する制御部７を備えている。制御部７は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路などを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。制御部７は、各種データを入出力回路により読み込み、メモリから読み出したプログラムを用いてＣＰＵで演算処理し、処理結果に基づいて所定の制御を行う。制御部７は、例えばエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に含めて構成すればよいが、ＥＣＵとは別途に構成してもよい。

図１に示すように、制御部７は、具体的な制御を実行するため、昇温制御部７１、捕集量推定部７２、成分推定部７３、および閾値決定部７４を備えている。これらの昇温制御部７１、捕集量推定部７２、成分推定部７３、および閾値決定部７４は、例えばプログラムとしてメモリに格納されている。なお、かかるプログラムをクラウド上に格納し、制御部７をクラウドと適宜通信させて所望のプログラムを利用可能とする構成であってもよい。この場合、制御部７は、クラウドとの通信モジュールなどを備えた構成とする。

排気フィルタ１３の再生にあたって、昇温制御部７１は、排気フィルタ１３を通過する排気の温度を上昇させる昇温制御を実施する。排気温度の上昇により、排気フィルタ１３に捕集されたＰＭが燃焼して除去される。再生させる排気フィルタ１３は、ＰＭが捕集されて堆積した状態となっており、捕集量推定部７２は、排気フィルタ１３が捕集したＰＭの捕集量を推定する。ＰＭの燃焼態様は、ＰＭの成分によって異なるため、成分推定部７３は、排気フィルタ１３が捕集したＰＭの成分を推定する。具体的には、成分推定部７３は、ＰＭに含まれるＳＯＦの割合を推定する。閾値決定部７４は、昇温制御部７１が実施する排気温度の昇温制御を開始するための閾値を定める。

昇温制御部７１は、捕集量推定部７２で推定したＰＭの捕集量が、閾値決定部７４で定めた閾値を超えた際に排気温度の昇温制御を開始する。その際、閾値決定部７４は、成分推定部７３が推定したＰＭの成分に応じて、定めた閾値を補正する。

また、排気浄化装置１は、排気通路４を流れる排気の温度を測定する温度測定部８を備えている。本実施形態において、排気浄化装置１には、２つの温度センサ８ａ，８ｂが温度測定部８として備えられている。第１の温度センサ８ａは、排気通路４の酸化触媒１２の上流（具体的には、通気路１１よりも上流）で排気の温度を測定している。第２の温度センサ８ｂは、排気通路４の酸化触媒１２の下流かつ排気フィルタ１３の上流（すなわち、通気路１１における酸化触媒１２と排気フィルタ１３の間）で排気の温度を測定している。さらに、排気浄化装置１は、排気フィルタ１３の上流側と下流側での排気の差圧を測定する差圧測定部（一例として、差圧センサ）９を備えている。温度センサ８ａ，８ｂで測定された温度データ、および差圧センサ９で測定された差圧データは、例えば通信ケーブルなどを介して制御部７に送られる。

図２および図３には、排気浄化装置１における排気フィルタ１３の再生制御のフローを示す。以下、排気フィルタ１３の再生制御の具体例およびその作用について、図２および図３に示すフローに従って説明する。

排気浄化装置１は、例えばエンジン２が所定条件（所定時間や所定速度など）で継続して運転され、排気フィルタ１３の再生開始要件を満たした場合、排気フィルタ１３の再生を実施する。本実施形態では、排気フィルタ１３が捕集したＰＭの捕集量（以下、ＰＭ捕集量という）が所定の閾値を超えているか否かを昇温制御部７１で判定している。ＰＭ捕集量は、捕集量推定部７２により推定される。かかる閾値は、閾値決定部７４により定められる。

図２は、ＰＭ捕集量を推定する処理の流れの一例を示すフロー図である。図２に示すように、捕集量推定部７２は、燃焼室２１から排出されて酸化触媒１２と接する前の排気（図１において矢印ＥＧ１で示す。以下、第１状態の排気ＥＧ１という）に含まれるＰＭ量とＳＯＦ量を、エンジン２の回転数とトルクとの関係を示す既知のマップ（図示省略）を参照してそれぞれ推定する（Ｓ２０１）。推定されたＰＭ量からＳＯＦ量を減ずることで、第１状態の排気ＥＧ１に含まれる煤の推定量が算出される。この場合、捕集量推定部７２は、例えばエンジン回転数センサなどが検出した回転数データを読み込み、かかるマップを参照して第１状態の排気ＥＧ１に含まれるＰＭ量とＳＯＦ量をそれぞれ推定する。かかるマップは、制御部７のメモリ、あるいはクラウド上に格納されている。

酸化触媒１２における排気のＳＯＦ浄化率は、酸化触媒１２と接する排気の温度によって推定することができる。このため、捕集量推定部７２では、第１状態の排気ＥＧ１の温度により、酸化触媒１２における第１状態の排気ＥＧ１のＳＯＦ浄化率を推定する（Ｓ２０２）。制御部７のメモリ、あるいはクラウド上には、第１状態の排気ＥＧ１の温度と、酸化触媒１２における第１状態の排気ＥＧ１のＳＯＦ浄化率との関係を示す既知のマップ（図示省略）が格納されている。第１状態の排気ＥＧ１の温度は、第１の温度センサ８ａで測定されている。

そして、推定した浄化率を用いて、第１状態の排気ＥＧ１が酸化触媒１２と接して浄化された排気（図１において矢印ＥＧ２で示す。以下、第２状態の排気ＥＧ２という）のＰＭ量およびＳＯＦ量を、捕集量推定部７２においてそれぞれ推定する（Ｓ２０３）。

例えば、測定された第１状態の排気ＥＧ１の温度に対する酸化触媒１２のＳＯＦ浄化率（酸化触媒１２での酸化反応により除去されるＳＯＦの割合）をα１とすれば、第１状態の排気ＥＧ１に含まれるＳＯＦ量（Ｘ）のうちのＸ＊α１が、酸化触媒１２によって酸化除去される。したがって、Ｘ＊(１−α１)のＳＯＦが除去されずに残存し、第２状態の排気ＥＧ２に含まれていることになる。すなわち、第２状態の排気ＥＧ２に含まれているＳＯＦ量は、Ｘ＊(１−α１)と算出できる。

一方、第１状態の排気ＥＧ１が酸化触媒１２で浄化された後であっても、第２状態の排気ＥＧ２に含まれている煤の量は変わらない。したがって、この煤量に第２状態の排気ＥＧ２のＳＯＦ量を加えることで、第２状態の排気ＥＧ２に含まれているＰＭの量を算出できる。

排気フィルタ１３における排気のＳＯＦ浄化率は、排気フィルタ１３を通過する排気の温度によって推定することができる。このため、捕集量推定部７２では、第２状態の排気ＥＧ２の温度により、排気フィルタ１３における第２状態の排気ＥＧ２のＳＯＦ浄化率を推定する（Ｓ２０４）。制御部７のメモリ、あるいはクラウド上には、第２状態の排気ＥＧ２の温度と、排気フィルタ１３における第２状態の排気ＥＧ２のＳＯＦ浄化率との関係を示す既知のマップ（図示省略）が格納されている。第２状態の排気ＥＧ２の温度は、第２の温度センサ８ｂで測定されている。

そして、推定した浄化率を用いて、排気フィルタ１３に捕集されたＰＭの量（ＰＭ捕集量）、およびＰＭ捕集量に占めるＳＯＦの量（以下、ＳＯＦ捕集量という）を、捕集量推定部７２においてそれぞれ推定する（Ｓ２０５）。

例えば、測定された第２状態の排気ＥＧ２の温度に対する排気フィルタ１３のＳＯＦ浄化率（排気フィルタ１３での酸化反応により除去されるＳＯＦの割合）をα２とすれば、第２状態の排気ＥＧ２に含まれるＳＯＦ量（Ｘ＊(１−α１)）のうちのＸ＊(１−α１)＊α２が、排気フィルタ１３によって酸化除去される。すなわち、Ｘ＊(１−α１)＊α２のＳＯＦが排気フィルタ１３で酸化除去されるので、排気フィルタ１３におけるＳＯＦ捕集量は、Ｘ＊(１−α１)＊(１−α２)と算出できる。

第２状態の排気ＥＧ２が排気フィルタ１３を通過することで、第２状態の排気ＥＧ２に含まれる煤はすべて排気フィルタ１３で捕集されたものと推定できる。したがって、この煤量（つまり、第１状態の排気ＥＧ１に含まれていた煤の量）にＳＯＦ捕集量を加えることで、排気フィルタ１３のＰＭ捕集量を算出する。

すでにＰＭ捕集量およびＳＯＦ捕集量が算出されている場合、捕集量推定部７２は、これらの既算出値に新たに算出した値をそれぞれ加えて積算し、その積算値を、現時点におけるＰＭ捕集量およびＳＯＦ捕集量として推定する。ＰＭ捕集量およびＳＯＦ捕集量が既算出されていない（つまり、これらが初期値である）場合、捕集量推定部７２は、新たに算出した値を、現時点におけるＰＭ捕集量およびＳＯＦ捕集量として推定する。

なお、本実施形態では、温度センサ８ａ，８ｂの温度データを用いてＰＭ捕集量およびＳＯＦ捕集量を推定しているが、推定方法はこれに限定されない。例えば、差圧センサ９で測定した排気フィルタ１３の上流側と下流側での排気の差圧データを用いて、ＰＭ捕集量を推定してもよい。あるいは、車両の走行距離やＰＭ捕集量を直接検出するセンサなどを用いて、ＰＭ捕集量を推定しても構わない。

そして、捕集量推定部７２で推定されたＰＭ捕集量に基づいて、排気フィルタ１３の再生を実施するか否かが昇温制御部７１により判断される。図３は、排気フィルタ１３の再生を実施する際の処理（再生開始の要否判断とその後の処理）の流れを示すフロー図である。図３に示すように、昇温制御部７１は、ＰＭ捕集量が最小閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ３０１）。

ＰＭ捕集量が最小閾値を超えていない場合、排気フィルタ１３の再生は実施されず、所定時間経過後にＳ２０１からの制御を行ってＰＭ捕集量を再度推定し、Ｓ３０１の判定が行われる。

これに対し、ＰＭ捕集量が最小閾値を超えた場合、ＰＭ捕集量のＰＭに含まれるＳＯＦの割合（以下、ＳＯＦ割合という）の推定を行う（Ｓ３０２）。この場合、昇温制御部７１は、成分推定部７３にＳＯＦ割合を推定させる。成分推定部７３は、捕集量推定部７２が推定したＰＭ捕集量およびＳＯＦ捕集量を取得し、ＳＯＦ割合を算出する。例えば、ＳＯＦ割合は、ＰＭ捕集量に占めるＳＯＦ捕集量の割合として算出される。

ＳＯＦ割合が推定された後、ＳＯＦ割合に応じて閾値の補正を行う（Ｓ３０３）。この場合、昇温制御部７１は、閾値決定部７４に閾値を補正させる。閾値決定部７４は、成分推定部７３が推定したＳＯＦ割合に応じて閾値を補正する。本実施形態では、ＳＯＦ割合と、排気フィルタ１３の再生開始までに許容されるＰＭ捕集量（以下、許容ＰＭ捕集量という）との関係に基づいて、閾値の補正を行う。このため、制御部７のメモリには、かかる関係を示すマップが格納されている。なお、例えばかかるマップをクラウド上に格納し、通信モジュールを介して閾値決定部７４をクラウドと適宜通信させてこのマップを利用可能とする構成であってもよい。

閾値決定部７４は、成分推定部７３で推定されたＳＯＦ割合に対する許容ＰＭ捕集量をマップから取得し、取得した許容ＰＭ捕集量の値に閾値を補正する。その際、取得した許容ＰＭ捕集量の値が閾値と異なっていれば、閾値を取得した許容ＰＭ捕集量の値に変更する。双方の値が一致している場合、閾値は変更しなくともよいが、変更しても構わない。

閾値が補正された後、補正後の閾値に基づいて排気フィルタ１３の再生開始の要否が判定される。具体的には、捕集量推定部７２で推定されたＰＭ捕集量が、閾値決定部７４で補正された閾値を超えているか否かを、昇温制御部７１が判定する（Ｓ３０４）。

ＰＭ捕集量が閾値（許容ＰＭ捕集量）を超えていない、つまりＰＭ捕集量が閾値以下である場合、昇温制御部７１は、排気フィルタ１３の再生を実施しない。この場合、所定時間経過後にＳ２０１からの制御を行ってＰＭ捕集量を再度推定し、Ｓ３０１の判定が行われる。

これに対し、ＰＭ捕集量が閾値（許容ＰＭ捕集量）を超えている場合、昇温制御部７１は、排気フィルタ１３に捕集されたＰＭが燃焼可能な温度（以下、ＰＭ燃焼可能温度という）まで、排気フィルタ１３を通過する排気（第２状態の排気ＥＧ２）の温度を上昇させる（Ｓ３０５）。その際、昇温制御部７１は、第２の温度センサ８ｂで測定された温度データを読み込み、第２状態の排気ＥＧ２の温度がＰＭ燃焼可能温度まで達していることを確認する。例えば、ＳＯＦの燃焼温度は３００℃から４００℃程度、Ｃの燃焼温度は６００℃程度であるので、ＰＭの燃焼可能温度は３００℃から６００℃程度となる。

第２状態の排気ＥＧ２の温度を上昇させるためには、例えば、燃料のポスト噴射や吸気絞りなどを行えばよい。この場合、昇温制御部７１は、インジェクタ４や吸気絞り弁２３などの動作を制御することで、通気路１１への燃料の送り量や燃焼室２１への吸気量などを適宜調整する。また例えば、昇温制御部７１は、ＥＧＲ弁６などの動作を制御し、ＥＧＲガスを適宜導入して酸素濃度の調整を行う。

これらの制御は、排気フィルタ１３に捕集されたＰＭが完全に燃焼され、排気フィルタ１３から除去されるまで所定時間（例えば２０分から３０分間程度）に亘って継続される（Ｓ３０６）。昇温制御部７１は、例えば、差圧センサ９で測定した排気フィルタ１３の上流側と下流側での排気の差圧データを用いて、排気フィルタ１３からＰＭが除去されたか否かを判定する。差圧センサ９で測定された差圧が所定の基準値よりも小さければ、排気フィルタ１３に目詰まりが生じておらず、圧損もないものとして、排気フィルタ１３からＰＭが除去されたと判定できる。

ＰＭ燃焼可能温度での所定時間の燃焼後、排気フィルタ１３に捕集されたＰＭが除去されると、昇温制御部７１は、第２状態の排気ＥＧ２の温度制御を停止させ、第２状態の排気ＥＧ２の温度をもとの温度へ戻す（Ｓ３０７）。例えば、インジェクタ４や吸気絞り弁２３、ＥＧＲ弁６などの動作を制御し、燃料のポスト噴射や吸気絞りを停止させるとともに、ＥＧＲガスの導入を再開させる。これにより、第２状態の排気ＥＧ２の温度は、次第に上昇前（排気フィルタ１３の再生開始前）の状態まで低下する。

また、昇温制御部７１は、ＰＭ捕集量およびＳＯＦ捕集量を初期値にリセット（例えば、パラメータをゼロクリア）する（Ｓ３０８）。併せて、ＰＭ（ＳＯＦおよび煤）の燃焼時間を初期値にリセット（例えば、タイマーをゼロクリア）する。

一方、ＰＭ燃焼可能温度での所定時間の燃焼後、排気フィルタ１３に捕集されたＰＭが除去されていない場合（Ｓ３０６）、昇温制御部７１は、排気フィルタ１３からＰＭが除去されるまで、Ｓ３０５の昇温制御を繰り返す。

このように、本実施形態によれば、排気フィルタ１３を再生（具体的には、排気の温度を上昇）させるまでの許容ＰＭ捕集量（昇温制御を開始する閾値）は、従来のようには一定ではなく、ＰＭ捕集量に占めるＳＯＦ割合に応じてその閾値を補正することができる。

図４には、このような閾値の補正を行うために本実施形態で用いるマップの一例を示す。かかるマップは、ＳＯＦ割合と、該ＳＯＦ割合に対応する排気フィルタ１３の再生開始までに許容されるＰＭ捕集量（許容ＰＭ捕集量）との関係を示している。許容ＰＭ捕集量は、補正後の閾値に相当し、この補正後の閾値に基づいて排気の昇温制御が行われる。

図４に示すように、排気フィルタ１３に捕集されたＰＭの成分に相当するＳＯＦの割合（成分推定部７３で推定されたＳＯＦ割合）は、３つの領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に大別される。これら３つの領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、第１のＳＯＦ割合（以下、第１の割合という）、および第１の割合より大きい第２のＳＯＦ割合（以下、第２の割合という）を境界として区分けされている。第１の領域Ｓ１は、ＳＯＦ割合が第１の割合以上かつ第２の割合以下の領域である。第２の領域Ｓ２は、ＳＯＦ割合が第１の割合未満の領域である。第３の領域Ｓ３は、ＳＯＦ割合が第２の割合より大きい領域である。

本実施形態では、３つの領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３において、排気フィルタ１３に捕集されたＰＭに含まれるＳＯＦの割合（ＰＭの成分）を次のように想定している。第１の領域Ｓ１は、ＰＭ中に煤とＳＯＦとが混在している領域、第２の領域Ｓ２は、ＰＭが煤でほぼ占められている（ＳＯＦがほぼ存在していない）領域、そして第３の領域Ｓ３は、ＰＭがＳＯＦでほぼ占められている（煤がほぼ存在していない）領域にそれぞれ相当する。

第２の領域Ｓ２もしくは第３の領域Ｓ３において、ＰＭは、煤もしくはＳＯＦのいずれかでほぼ占められているため、煤とＳＯＦとが混在している第１の領域Ｓ１と比べて均質であり、急激に（着火温度に達した後、一気に）燃焼しやすい。また、単成分である煤でほぼ占められている第２の領域Ｓ２のＰＭは、多成分であるＳＯＦでほぼ占められている第３の領域Ｓ３のＰＭよりもさらに急激に燃焼しやすい。つまり、第２の領域Ｓ２のＰＭと比べた場合には、第３の領域Ｓ３のＰＭは緩やかに燃焼する。

このため、図４に実線で示すように、排気の温度を上昇（排気フィルタ１３の再生を開始）させるための許容ＰＭ捕集量は、ＳＯＦ割合が第１の領域Ｓ１にある場合に、第２の領域Ｓ２および第３の領域Ｓ３にある場合よりも大きい。したがって、閾値決定部７４は、成分推定部７３が推定したＳＯＦ割合が第１の領域Ｓ１にある場合、第２の領域Ｓ２および第３の領域Ｓ３にある場合よりも大きな値に、昇温制御を開始する閾値を補正する。すなわち、ＳＯＦ割合が第１の領域Ｓ１にある場合に補正後の閾値は最大となり、許容ＰＭ捕集量が最も大きくなる。

また、許容ＰＭ捕集量は、ＳＯＦ割合が第３の領域Ｓ３にある場合に、第２の領域Ｓ２にある場合よりも大きい。したがって、閾値決定部７４は、成分推定部７３が推定したＳＯＦ割合が第３の領域Ｓ３にある場合、第２の領域Ｓ２にある場合よりも大きな値に、昇温制御を開始する閾値を補正する。すなわち、ＳＯＦ割合が第２の領域Ｓ２にある場合に補正後の閾値は最小となり、許容ＰＭ捕集量が最も小さくなる。

このように、本実施形態では、ＰＭ捕集量に占めるＳＯＦ割合に応じて、つまりＰＭの成分による燃焼特性を考慮して、排気フィルタ１３を再生させる際に昇温制御を開始する閾値を補正することができる。

従来においては、排気フィルタに捕集されたＰＭのＳＯＦの割合、つまりＰＭの成分に関わらず、ＰＭの捕集量が一定の閾値（図４に示す破線）を超えた時に排気フィルタの再生（排気温度の上昇などによるＰＭの燃焼）が行われていた。これに対し、本実施形態では、ＰＭ捕集量に占めるＳＯＦ割合に応じて、つまりＰＭの成分による燃焼特性を考慮して、排気フィルタ１３を再生させる際に昇温制御を開始する閾値を補正することができる。したがって、より柔軟に排気フィルタ１３の再生を行うことができる。

例えば図４に示すように、本実施形態では、ＳＯＦ割合が第１の領域Ｓ１よりも第３の領域Ｓ３、さらに第３の領域Ｓ３よりも第２の領域Ｓ２にある場合、排気フィルタ１３の再生開始までに許容されるＰＭ捕集量（許容ＰＭ捕集量）に余裕を持たせることができる。このため、特にＳＯＦ割合が第１の状態Ｓ１（煤とＳＯＦが混在している状態）および第３の状態Ｓ３（ＰＭがＳＯＦでほぼ占められている状態）となっている場合、従来よりも昇温制御を開始する閾値を大幅に上げることができる。したがって本実施形態によれば、従来よりも許容ＰＭ捕集量（昇温制御を開始する閾値）に余裕を持たせて、排気フィルタ１３の再生を開始させることができる。すなわち、排気フィルタ１３の再生を開始させるまでの時間（再生間隔）を従来よりも延ばすことができる。

このように本実施形態によれば、再生の実施タイミングをＰＭの成分（ＳＯＦ割合）を考慮して最適化することができるので、排気フィルタ１３の再生回数の低減や総再生時間の短縮を図ることが可能となる。この結果、エンジン２の燃費改善や燃費向上にも寄与することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。このような新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…排気浄化装置、２…エンジン、３…吸気通路、４…排気通路、５…排気循環路、６…ＥＧＲ弁、７…制御部、８…温度測定部、８ａ…第１の温度センサ、８ｂ…第２の温度センサ、９…差圧測定部（差圧センサ）、１０…本体部、１１…通気路、１２…酸化触媒、１３…排気フィルタ、２１…燃焼室、２２…吸気弁、２３…吸気絞り弁、２４…インジェクタ、２５…ピストン、２６…クランクシャフト、２７…排気弁、７１…昇温制御部、７２…捕集量推定部、７３…成分推定部、７４…閾値決定部、ＥＧ１…第１状態の排気、ＥＧ２…第２状態の排気、ＥＧ３…第３状態の排気。

Claims (3)

1. 内燃機関から排出された排気に含まれる微粒子を捕集する排気フィルタと、
   前記排気フィルタを通過する前記排気の温度を上昇させる昇温制御を実施する昇温制御部と、
   前記排気フィルタの捕集した微粒子の捕集量を推定する捕集量推定部と、
   前記排気フィルタが捕集した前記微粒子に含まれる可溶性有機成分の割合を推定する成分推定部と、
   前記昇温制御を開始する閾値を定める閾値決定部と
   を備え、
   前記成分推定部によって推定された前記可溶性有機成分の割合が、第１の割合以上かつ前記第１の割合より大きい第２の割合以下である第１の領域、前記第１の割合未満である第２の領域、前記第２の割合より大きい第３の領域、において、
   前記昇温制御部は、前記捕集量推定部で推定した前記捕集量が、前記閾値決定部で定めた前記閾値を超えた際に前記昇温制御を開始し、
   前記閾値決定部は、前記成分推定部が推定した前記可溶性有機成分の割合が前記第１の領域にある場合、前記第２の領域及び前記第３の領域にある場合よりも大きな値に前記閾値を補正する
   ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記閾値決定部は、前記成分推定部が算出した前記可溶性有機成分の割合が前記第３の領域にある場合、前記閾値を前記第２の領域にある場合よりも大きな値に前記閾値を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記排気が流れる排気通路の前記排気フィルタよりも上流で、前記微粒子を酸化除去する酸化触媒と、
   前記排気通路を流れる前記排気の温度を測定する温度測定部と、を備え、
   前記温度測定部は、前記排気通路の前記酸化触媒の上流で前記排気の温度を測定する第１の温度センサと、前記排気通路の前記酸化触媒の下流かつ前記排気フィルタの上流で前記排気の温度を測定する第２の温度センサと、を有し、
   前記成分推定部は、前記第１の温度センサおよび前記第２の温度センサで測定された前記排気の温度に基づいて、前記微粒子に含まれる前記可溶性有機成分の割合を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。

Images