JP7132797B2 - Ｄｐｆ再生制御装置及びｄｐｆ再生制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、ＤＰＦ再生制御装置及びＤＰＦ再生制御方法に関する。

ディーゼルエンジンでは排ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集除去するため、後処理装置としてＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）システムが搭載される。ＤＰＦシステムでは、ディーゼルエンジンの排ガス流れの上流側にＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）が、下流側にＤＰＦが配置されている。ＤＰＦで捕集されたＰＭは、所定量に達するか又は一定時間毎に、ＤＰＦ昇温による強制再生によって除去される。ＤＰＦの強制再生には、自動再生及び手動再生が含まれる。

強制再生では、ＤＰＦ再生開始の閾値に達すると、先ずはＤＯＣが活性を有する温度（２５０℃程度）まで排ガス温度（排温）が昇温される。その後、未燃燃料を供給し（レイトポスト噴射；ＬＰ噴射）、ＤＯＣで酸化発熱させることで、ＤＰＦの上流側での排温が６００℃程度にまで昇温する。ＤＯＣが活性を有する温度（２５０℃程度）までの昇温は、吸気スロットルバルブ又は排気スロットルバルブの絞り、アーリーポスト噴射量及び噴射タイミングの変更等によって行われる。これらの制御は、ディーゼルエンジンの回転数及び燃料噴射量に応じたマップに従って行われる。また、これらの制御は、ＬＰ噴射後も、強制再生が終了するまで継続する。

ＤＰＦの強制再生に関する技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、ＬＰ噴射によりＤＰＦを昇温することが記載されている（特に段落００５０）。

特開２０１５－６８２３３号公報

ところで、例えばフォークリフト等では、排温が低い低負荷運転が多いため、運転時間に応じてＤＯＣに燃料や潤滑油などに由来するＳＯＦ（可溶有機分）が堆積していくことが分かってきた。しかし、従来は、ＳＯＦ堆積量によらずＤＯＣが活性を有する温度に到達すると、一定時間経過後にＬＰ噴射が開始されていた。そのため、ＳＯＦ堆積量が多いときには、ＤＯＣが活性を有する温度までの昇温により、ＳＯＦの酸化発熱によるＤＯＣの下流側（ＤＰＦの上流側）での温度上昇幅が大きくなる。この結果、ＬＰ噴射の開始直後において、ＤＯＣでのＳＯＦ分による酸化発熱とＬＰ噴射による発熱とが同時に進行し、ＤＰＦ上流側温度がオーバーシュートし易い。そして、ＤＰＦの上流側温度のオーバーシュートは、ＤＰＦに堆積した煤の異常燃焼をもたらし、ＤＰＦの過昇温に起因するＤＰＦ破損のおそれがある。

本発明の少なくとも一実施形態は、上記課題に鑑みて為されたものであり、ＤＰＦの過昇温を抑制可能なＤＰＦ再生制御装置及びＤＰＦ再生制御方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るＤＰＦ再生制御装置は、
排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するためのＤＰＦ再生制御装置であって、
前記ＤＰＦ再生制御装置は、
前記強制再生開始後、前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達した後に、前記ＤＯＣにおけるＳＯＦの堆積残量に応じた噴射開始条件を満たすか否かを判定するための判定部と、
前記噴射開始条件を満たしたときに前記ＤＯＣへの燃料のレイトポスト噴射を開始するための噴射実行部とを備える。

上記（１）の構成によれば、ＤＯＣ上流側温度がレイトポスト噴射を行うべき所定温度に到達したときであっても、その後に噴射開始条件を満たすまでレイトポスト噴射を待機することで、レイトポスト噴射開始を遅らせることができる。これにより、ＤＯＣでのＳＯＦの酸化発熱が落ち着いてからレイトポスト噴射を行うことができるような適当な噴射開始条件を設定することで、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定するための堆積条件判定部をさらに備える。

上記（２）の構成によれば、ＤＯＣへのＳＯＦ堆積量が多く発熱量が多い場合であっても、レイトポスト噴射開始を遅らせることでＤＰＦの過昇温を抑制できる。また、ＤＯＣへのＳＯＦ堆積量が少ない場合にはレイトポスト噴射がすぐに行われるため、強制再生を迅速に行うことができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記堆積条件判定部は、前記ＤＯＣの上流側温度に応じて設定された重み係数に対し前記ディーゼルエンジンの運転時間を乗じて得られたＳＯＦ堆積指標に基づき、前記堆積条件を満たすか否かを判定するように構成された。

上記（３）の構成によれば、ディーゼルエンジンの運転時間を考慮したＳＯＦ堆積指標を算出できるため、ＳＯＦ堆積量を精度よく評価できる。これにより、適切なＳＯＦ堆積量に基づきレイトポスト噴射を開始できるため、ＤＰＦの過昇温をより確実に抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記重み係数は、前記ＤＯＣの上流側における基準温度を境界として、前記基準温度よりも大きいときに負の重み係数を含み、前記基準温度よりも低いときに正の重み係数を含む。

上記（４）の構成によれば、ＤＯＣの上流側温度が基準温度よりも高いためにＳＯＦが揮発し易い場合に、当該揮発に起因するＳＯＦの減少分を考慮してＳＯＦの堆積量を評価できる。これにより、適切なＳＯＦ堆積量に基づきレイトポスト噴射を開始できるため、ＤＰＦの過昇温をより確実に抑制できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）～（４）の何れか１の構成において、
前記噴射開始条件は、前記ＤＯＣの上流側温度が第１温度に到達した時から前記レイトポスト噴射を開始するまでの時間が、前記ＤＯＣにおけるＳＯＦの堆積残量に応じて設定された遅らせ時間以上である第１噴射開始条件を含む。

上記（５）の構成によれば、ＳＯＦの酸化に起因する発熱量を十分に減少させるために要する遅らせ時間を設定できる。具体的には例えば、ＳＯＦの堆積量が多いほど、遅らせ時間を長くできる。この結果、酸化発熱量が十分に減少するまでレイトポスト噴射開始を遅らせて、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の何れか１の構成において、
前記噴射開始条件は、
前記ＤＯＣの下流側温度が第２温度以下である第２噴射開始条件、又は、
前記ＤＯＣの上流側温度と下流側温度との温度差が第３温度以下である第３噴射開始条件
のうちの少なくとも一方を含む。

上記（６）の構成によれば、第２温度をＤＯＣでの酸化発熱量が十分に少なくなるような温度に設定できる。そして、ＤＯＣの下流側温度（即ちＤＰＦ上流側温度）が第２温度以下にまで低下したときにレイトポスト噴射を行うことで、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。また、第３温度をＤＯＣでの酸化発熱がほとんど生じなくなるような温度に設定できる。そして、ＤＯＣでの上流側温度と下流側温度との温度差が第３温度以下になったときにレイトポスト噴射を行うことで、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記第２温度又は前記第３温度のうちの少なくとも一方の温度は、前記強制再生開始により前記ＤＯＣの下流側温度が昇温した後低下することで至った温度を含む。

上記（７）の構成によれば、ＳＯＦの酸化発熱により堆積残量が十分に減少していると考えられる、ＤＯＣの下流側温度が昇温した後低下したときにレイトポスト噴射を開始でき、ＤＯＣの下流側温度の過昇温を抑制でき、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）～（７）の何れか１の構成において、
前記噴射実行部は、切替条件を満たすまでは前記燃料噴射量のＦＦ制御を行い、前記切替条件を満たした時にＦＢ制御に切り替えるように構成された。

上記（８）の構成によれば、ＤＯＣでのＳＯＦの酸化発熱の初期段階において温度ピークが発生しても、ＦＦ制御によりＤＰＦの過昇温を抑制できる。また、切替条件を満たした時にＦＢ制御を行うことで、ディーゼルエンジンの運転状態等の環境変化に追従させたＤＰＦ上流側温度の制御が可能となり、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記切替条件は、
前記燃料の噴射開始時から所定の切替時間経過時である第１切替条件、又は、
前記ＤＰＦの上流側温度が所定の切替温度到達時である第２切替条件、
のうちの少なくとも一方の切替条件を含む。

上記（９）の構成によれば、レイトポスト噴射の開始に起因する昇温度合いがある程度緩やかになったときにＦＢ制御に切り替えることができ、ディーゼルエンジンの運転状態等の環境変化に追従させたＤＰＦの上流側温度の制御が可能となり、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）の構成において、
前記噴射実行部は、前記ＦＢ制御の開始後、前記ＤＰＦの上流側温度と目標温度との温度差が第４温度を超えるときに、前記ＦＦ制御を再度行うように構成された。

上記（１０）の構成によれば、第４温度をＤＰＦの上流側温度が目標温度に近づいたと判断可能な温度に設定でき、ＤＯＣでのＳＯＦ酸化発熱の初期段階において温度ピークが発生しても、ＦＦ制御によりＤＰＦの過昇温を抑制できる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るＤＰＦ再生制御方法は、
排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するＤＰＦ再生制御方法であって、
前記ＤＰＦ再生制御方法は、
前記強制再生開始後、前記ＤＯＣ上流側温度が所定温度に到達した後に、前記ＤＯＣにおけるＳＯＦの堆積残量に応じた噴射開始条件を満たすか否かを判定する判定ステップと、
前記噴射開始条件を満たしたときに前記ＤＯＣへの燃料のレイトポスト噴射を開始する噴射実行ステップとを含む。

上記（１１）の方法によれば、ＤＯＣの上流側温度がレイトポスト噴射を行うべき所定温度に到達したときであっても、その後に噴射開始条件を満たすまでレイトポスト噴射を待機することで、レイトポスト噴射開始を遅らせることができる。これにより、ＤＯＣでのＳＯＦの酸化発熱が落ち着いてからレイトポスト噴射を行うことができるような適当な噴射開始条件を設定することで、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ＤＰＦの過昇温を抑制可能なＤＰＦ再生制御装置及びＤＰＦ再生制御方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス処理装置を示す全体構成図である。 ＥＣＵの機能を説明するためのブロック図である。 ＥＣＵにより実行されるフローチャートであり、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス処理方法を示す図である。 経過時間に対する温度変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。さらに、各実施形態において、共通する部材については同じ符号を付すものとし、説明の簡略化のために重複する説明は省略する。

また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジン１の排ガス処理装置を示す全体構成図である。図１に示す排ガス処理装置は、排気通路２１に配置されるＤＯＣ３５及びＤＯＣ３５の下流に配置されるＤＰＦ３７を備えるディーゼルエンジン１の排ガス処理装置である。

ディーゼルエンジン１の下流側には、排気通路２１が接続されている。排気通路２１には、ＤＯＣ３５と、ＤＯＣ３５の下流側に配置されるＤＰＦ３７とを備える排ガス処理装置３３が設けられる。ＤＯＣ３５は、排ガス中の未燃燃料（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ_２）を生成する機能を有する。また、ＤＯＣ３５では、噴射された燃料の酸化熱によって通過する排ガスが昇温され、これにより、ＤＰＦ３７の上流側温度（例えば入口温度）が昇温される。ＤＰＦ３７は、排ガス中に含まれる煤等のＰＭをフィルタで捕集し、排ガスから除去する装置である。

ディーゼルエンジン１の上流側には、吸気マニホールド１３を介して吸気通路９が接続される。そして、吸気通路９と排気通路２１との間には、排気ターボ過給機７が設けられる。排気ターボ過給機７は、排気通路２１に配置されている排気タービン３と、吸気通路９に配置されているコンプレッサ５とを有しており、該コンプレッサ５は排気タービン３によって同軸駆動される。また、吸気通路９には、インタークーラ（図示しない）及び吸気スロットルバルブ１１が設けられる。吸気スロットルバルブ１１は、後記するＥＣＵ１０によって、その開度が制御される。そして、コンプレッサ５から吐出された圧縮吸気は、インタークーラで冷却された後、吸気スロットルバルブ１１で吸気流量が制御され、その後、吸気ポート１５を介してディーゼルエンジン１の各シリンダ内の燃焼室３９に流入する。

ディーゼルエンジン１には、燃焼室３９に高圧燃料を噴射するための燃料噴射弁１９が配置される。燃料噴射弁１９は、高圧燃料が蓄圧されたコモンレール（図示しない）に接続されるとともに、後記するＥＣＵ１０によって、その噴射タイミング及び燃料噴射量が制御される。燃焼室３９に噴射された高圧燃料は、上記の吸気と混合された後、燃焼室３９内で燃焼する。

排気通路２１の排気ポート２９の直下流位置において、ＥＧＲ管２３が排気通路２１のから分岐する。ＥＧＲ管２３は、吸気スロットルバルブ１１の下流側に位置している吸気マニホールド１３に接続する。また、ＥＧＲ管２３にはＥＧＲバルブ２５が配置される。そして、ＥＧＲバルブ２５を制御することにより、ディーゼルエンジン１から排出された排ガスの一部が、ＥＧＲ管２３を通ってディーゼルエンジン１を再循環する。

ディーゼルエンジン１から排出された排ガスは、排気タービン３を駆動してコンプレッサ５を同軸駆動させる。そして、排気通路２１を通った後、排ガス処理装置３３のＤＯＣ３５及びＤＰＦ３７へと流入する。排気通路２１には排気スロットルバルブ６１が配置される。

排ガス処理装置３３に流入した排ガスは、ＤＯＣ３５において排ガス中に含まれる未燃燃料及び一酸化炭素が酸化除去される。次いで、ＤＰＦ３７において排ガス中に含まれるＰＭが除去された後、ＰＭ除去後の排ガスはエンジン外部に排出される。

ＤＰＦ３７で除去されたＰＭの一部は、運転中のエンジン排ガス中に存在するＮＯがＤＯＣ３５にて酸化されたＮＯ_２によって再生されるが（自然再生）、残りのＰＭはＤＰＦ３７のフィルタ（図示しない）に堆積する。そして、ＰＭの堆積が過度に進行すると、ＰＭ捕集能力の低下、背圧増大によるエンジン出力の低下等が生じ得る。このため、ＤＰＦ３７を備える排ガス処理装置３３では、堆積したＰＭを強制的に燃焼させることでフィルタを再生させる強制再生が、適切なタイミングで実行される。

強制再生には、ＥＣＵ１０によって自動的に実行される自動再生と、操作者等の手動操作によって実行される手動再生との少なくとも２種類が含まれる。自動再生は、車両（図示しない）の走行及び停止に関わらず所定の強制再生実行条件を満たすことで自動的に実行される。これに対して手動再生は、操作者等のボタン操作等によって実行されるものであり、基本的に車両が停止した状態で実行される。このため、手動再生の方が自動再生よりも再生温度が高くなるように制御される。一例としては、自動再生ではＤＰＦ３７の上流側温度が６００℃～６１０℃程度となるように制御されるのに対し、手動再生ではＤＰＦ３７の上流側温度が６２０℃～６３０℃となるように制御される。

昇温制御は、排気スロットルバルブ６１の開度調整により行うことができる。即ち、排気スロットルバルブ６１を絞る（開度を小さいくする）ことで、排温を高くできる。また、昇温制御は、排気スロットルバルブ６１の開度調整とともに、又は、排気スロットルバルブ６１の開度調整に代えて、吸気スロットルバルブ１１の開度調整により行うこともできる。

排気通路２１には、ＤＯＣ上流側温度センサ４８、ＤＰＦ上流側温度センサ４９、ＤＰＦ下流側温度（例えば出口温度）センサ５０、ＤＰＦ上流側圧力センサ５２、ＤＰＦ下流側圧力センサ５４、及びＤＰＦ差圧センサ５６、背圧センサ（図示しない）等の各種センサ類が配置されている。そして、これらセンサ類で測定されたＤＯＣ入口温度、ＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度、ＤＰＦ差圧等に関する信号は、ＥＣＵ１０に入力される。

なお、ＥＣＵ１０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ。例えばＥＥＰＲＯＭ、ＦｌａｓｈＲＯＭ等）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ｉ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）等を備える。そして、ＥＣＵ１０は、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

図２は、ＥＣＵ１０の機能を説明するためのブロック図である。ＥＣＵ１０（ＤＰＦ再生制御装置）は、ＤＰＦ３７の昇温によりＤＰＦ３７に堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するためのものである。ＥＣＵ１０は、バルブ絞り部１０１と、判定部１０２と、堆積条件判定部１０３と、噴射実行部１０４とを備える。

バルブ絞り部１０１は、強制再生開始時に、吸気スロットルバルブ１１又は排気スロットルバルブ６１のうちの少なくとも一方のバルブの開度を絞るためのものである。バルブ開度が絞られることで、ＤＯＣ３５への排温が昇温する。

判定部１０２は、ＤＰＦ３７の強制再生開始後、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度（例えば２５０℃）に到達した後に噴射開始条件を満たすか否かを判定するためのものである。従来は、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度に到達した時点でレイトポスト噴射が行われていたが、本発明の一実施形態では、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度に到達しても、噴射開始条件を満たすまでレイトポスト噴射開始が待機される。従って、本発明の一実施形態では、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度に到達した後、噴射開始条件が満たされるまで、レイトポスト噴射開始が遅れることになる。

噴射開始条件は、ＤＯＣ３５におけるＳＯＦの堆積残量に応じたものであり、レイトポスト噴射（ＬＰ噴射）を開始するための条件である。具体的には、本発明の一実施形態では、噴射開始条件は、ＤＯＣ３５の上流側温度が第１温度に到達した時からレイトポスト噴射を開始するまでの時間が、ＤＯＣ３５におけるＳＯＦの堆積残量に応じて設定された遅らせ時間以上である第１噴射開始条件を含む。

噴射開始条件が第１噴射開始条件を含むことで、ＳＯＦの酸化に起因する発熱量を十分に減少させるために要する遅らせ時間を設定できる。具体的には例えば、ＳＯＦの堆積量が多いほど、遅らせ時間を長くできる。反対に、ＳＯＦの堆積量が少ないほど、遅らせ時間を短くできる。この結果、酸化発熱量が十分に減少するまでレイトポスト噴射開始を遅らせて、ＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。なお、ＳＯＦの堆積量と遅らせ時間との相関は、例えば、判定部１０２にマップとして記憶できる。

また、本発明の一実施形態では、噴射開始条件は、ＤＯＣ３５の下流側温度が第２温度以下である第２噴射開始条件、又は、ＤＯＣ３５の上流側温度と下流側温度との温度差が第３温度以下である第３噴射開始条件のうちの少なくとも一方を含む。噴射開始条件が第２噴射開始条件又は第３噴射開始条件のうちの少なくとも一方を含むことで、第２温度をＤＯＣ３５での酸化発熱量が十分に少なくなるような温度に設定できる。そして、ＤＯＣ３５の下流側温度（即ちＤＰＦ３７上流側温度）が第２温度以下にまで低下したときにレイトポスト噴射を行うことで、ＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。また、第３温度をＤＯＣ３５での酸化発熱がほとんど生じなくなるような温度に設定できる。そして、ＤＯＣ３５での上流側温度と下流側温度との温度差が第３温度以下になったときにレイトポスト噴射を行うことで、ＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。

さらに、本発明の一実施形態では、上記の第２噴射開始条件における第２温度、又は、上記の第３噴射開始条件における第３温度のうちの少なくとも一方の温度は、強制再生開始によりＤＯＣ３５の下流側温度が昇温した後低下することで至った温度を含む。即ち、第２温度又は第３温度のうちの少なくとも一方は、ＤＯＣ３５でのＳＯＦ酸化発熱に伴うＤＯＣ３５の下流側温度がいったん上昇して温度ピークが検出された後、ＳＯＦの堆積残量減少に伴う下流側温度低下中に至った温度を含む。このようにすることで、ＳＯＦの酸化発熱により堆積残量が十分に減少していると考えられる、ＤＯＣ３５の下流側温度が昇温した後低下したときにレイトポスト噴射を開始でき、ＤＯＣ３５の下流側温度の過昇温を抑制でき、ＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。

堆積条件判定部１０３は、ＤＯＣ３５に堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定するためのものである。そして、詳細は後記するが、後記する噴射実行部１０４は、堆積条件を満たしたときに、ＤＯＣ３５への燃料のレイトポスト噴射を開始するように構成される。従って、本発明の一実施形態では、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多いとき（所定の堆積量を上回るとき）にのみ、レイトポスト噴射が遅れて開始されるようになっている。

このようにすることで、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多く発熱量が多い場合であっても、レイトポスト噴射開始を遅らせることでＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。また、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が少ない場合にはレイトポスト噴射がすぐに行われるため、強制再生を迅速に行うことができる。

堆積条件を構成するＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量は、直接算出してもよいが、本発明の一実施形態では、例えば以下にようにして評価できる。具体的には例えば、堆積条件判定部１０３は、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度以下になった連続時間が所定時間以上の場合に、ＳＯＦ堆積量が多いと評価できる。また、例えば、堆積条件判定部１０３は、直近の一定時間において、ディーゼルエンジン１が低負荷運転（トルク又は燃料噴射量が所定値以下）の時間割合、又は、又は排温が所定温度以下となる時間割合が所定値以上の場合に、ＳＯＦ堆積量が多いと評価できる。

さらに、堆積条件判定部１０３は、例えば、ＤＯＣ３５の上流側温度に応じて決定された重み係数に対し、ディーゼルエンジン１の運転時間（積算でもよく、直近でもよい）を乗じて得られたＳＯＦ堆積指標に基づき、堆積条件を満たすか否かを判定するように構成されることもできる。このようにすることで、ディーゼルエンジンの運転時間を考慮したＳＯＦ堆積指標を算出できるため、ＳＯＦ堆積量を精度よく評価できる。これにより、適切なＳＯＦ堆積量に基づきレイトポスト噴射を開始できるため、ＤＰＦ３７の過昇温をより確実に抑制できる。なお、重み係数は、例えば、ＤＯＣ３５の上流側温度と重み係数との相関マップを堆積条件判定部１０３に記憶し、当該マップに基づいて決定できる。

上記の重み係数は、例えば、ＤＯＣ３５の上流側温度が高いほど、小さな値にすることができる。特に、本発明の一実施形態では、重み係数は、ＤＯＣ３５の上流側における基準温度を境界として、基準温度よりも大きいときに負の重み係数を含み、基準温度よりも低いときに正の重み係数を含む。このようにすることで、ＤＯＣ３５の上流側温度が基準温度よりも高いためにＳＯＦが揮発し易い場合に、当該揮発に起因するＳＯＦの減少分を考慮してＳＯＦの堆積量を評価できる。これにより、適切なＳＯＦ堆積量に基づきレイトポスト噴射を開始できるため、ＤＰＦ３７の過昇温をより確実に抑制できる。

噴射実行部１０４は、噴射開始条件を満たしたときにＤＯＣ３５への燃料のレイトポスト噴射を開始するためのものである。噴射実行部１０４は、本発明の一実施形態では、切替条件を満たすまでは燃料噴射量のＦＦ制御を行い、切替条件を満たした時にＦＢ制御に切り替えるように構成される。即ち、レイトポスト噴射開始直後にはＦＦ制御（フィードフォワード制御）が行われるとともに、切替条件を満たした時に、ＦＢ制御（フィードバック制御）に切り替えられる。燃料噴射量のＦＦ制御において噴射すべき燃料噴射量は、例えば、排ガス流量、ＤＯＣ３５の上流側と下流側との温度差等に基づいて決定される発熱量に応じて、決定できる。

このようにすることで、ＤＯＣ３５でのＳＯＦの酸化発熱の初期段階において温度ピークが発生しても、ＦＦ制御によりＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。また、切替条件を満たした時にＦＢ制御を行うことで、ディーゼルエンジン１の運転状態等の環境変化に追従させたＤＰＦ３７上流側温度の制御が可能となり、ＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。

切替条件は、例えば、燃料の噴射開始時から所定の切替時間経過時である第１切替条件、又は、ＤＰＦ３７上流側温度が所定の切替温度到達時である第２切替条件、のうちの少なくとも一方の切替条件を含む。このようにすることで、レイトポスト噴射の開始に起因する昇温度合いがある程度緩やかになったときにＦＢ制御に切り替えることができ、ディーゼルエンジン１の運転状態等の環境変化に追従させたＤＰＦ３７の上流側温度の制御が可能となり、ＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。

また、噴射実行部１０４は、上記のＦＢ制御の開始後、ＤＰＦ３７上流側温度と目標温度との温度差が第４温度を超えるときに、ＦＦ制御を再度行うように構成される。即ち、ＦＢ制御の開始後にＦＦ制御に戻すことで、第４温度をＤＰＦ３７の上流側温度が目標温度に近づいたと判断可能な温度に設定でき、ＤＯＣ３５でのＳＯＦ酸化発熱の初期段階において温度ピークが発生しても、ＦＦ制御によりＤＰＦ３７の過昇温を抑制できる。

以上の構成を有するＥＣＵ１０（ＤＰＦ再生制御装置）によれば、ＤＯＣ３５上流側温度がレイトポスト噴射を行うべき所定温度に到達したときであっても、その後に噴射開始条件を満たすまでレイトポスト噴射を待機することで、レイトポスト噴射開始を遅らせることができる。これにより、ＤＯＣ３５でのＳＯＦの酸化発熱が落ち着いてからレイトポスト噴射を行うことができるような適当な噴射開始条件を設定することで、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

特に、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多くなる長時間の低負荷運転後の再生時においてもＤＰＦ３７の上流側温度制御性が向上し、ＤＰＦ３７の過昇温によるＤＰＦ３７の焼損リスクを低減できる。この結果、ＤＰＦ３７への許容煤堆積量の引き上げにより再生間隔を長期化でき、再生頻度の引き下げにより燃費の改善、及びオイルダイリューションリスクを低減できる。

図３は、ＥＣＵ１０により実行されるフローチャートであり、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジン１の排ガス処理方法（以下、単に「本実施形態の制御方法」という）を示す図である。本実施形態の制御方法は、排気通路２１に配置されるＤＯＣ３５及びＤＯＣ３５の下流に配置されるＤＰＦ３７を備えるディーゼルエンジン１の排ガス処理装置において、ＤＰＦ３７の昇温によりＤＰＦ３７に堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するものである。本実施形態の制御方法は、上記のＥＣＵ１０により実行されるため、以下の説明は、適宜上記の図２を併せて参照しながら行う。

強制再生が開始されると、バルブ絞り部１０１は、排気スロットルバルブ６１の絞り制御を開始する（ステップＳ１）。これにより、排温の昇温が開始する。なお、排温の昇温は、例えば、アーリーポスト噴射量及び噴射タイミングを変更したり、燃料噴射レール圧を変更したりして行ってもよい。次いで、判定部１０２は、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が大であるか否か、即ち、強制再生開始後、ＤＯＣ３５の上流側温度が所定温度に到達した後に、ＤＯＣ３５におけるＳＯＦの堆積残量に応じた噴射開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２、判定ステップ）。ここでいう噴射開始条件は、上記の判定部１０２において説明した噴射開始条件と同義である。

ＳＯＦ堆積量が大であれば（ＹＥＳ）、本発明の一実施形態であれば、噴火開始条件を満たすか否かを判定するための２つのフローが並行して行われる。具体的には、堆積条件判定部１０３は、レイトポスト噴射開始の遅らせ時間を計算する（ステップＳ３）。ここでいう遅らせ時間は、上記の判定部１０２において説明した遅らせ時間と同義である。そして、噴射実行部１０４は、ＤＯＣ３５の上流側がレイトポスト噴射を行うべき温度（例えば２５０℃）になった時から遅らせ時間だけ、待機する（ステップＳ４、第１噴射開始条件）。

一方で、堆積条件判定部１０３は、強制再生開始によりＤＯＣ３５の下流側温度が昇温した後低下することにより生じた温度ピークを検出する（ステップＳ５）。その後、堆積条件判定部１０３は、ＤＯＣ３５の下流側温度が第２温度以下（第２噴射開始条件）、又は、ＤＯＣ３５の上流側温度と下流側温度との温度差が第３温度以下（第３噴射開始条件）のうちの少なくとも一方の噴射開始条件を満たすまで、待機する（ステップＳ６）。

そして、噴射実行部１０４は、上記いずれかの噴射開始条件を満たしたときに、ＤＯＣ３５への燃料のレイトポスト噴射を開始する（ステップＳ７、噴射実行ステップ）。レイトポスト噴射は、燃料噴射量のＦＦ制御により開始される。そして、噴射実行部１０４は、燃料の噴射開始時から第１切替時間経過時（第１切替条件）、又は、ＤＰＦ３７上流側温度が第２切替温度到達時（第２切替条件）のうちの少なくとも一方の切替条件を満たしたときに（ステップＳ８のＹＥＳ）、レイトポスト噴射をＦＦ制御からＦＢ制御に切り替える（ステップＳ９）。なお、切替条件を満たすまでは（ステップＳ８のＮＯ）、ＦＦ制御が行われる。

ＦＢ制御の開始後、噴射実行部１０４は、ＤＰＦ３７上流側温度と目標温度との温度差が第４温度以下であれば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、ＤＯＣ３５でのＳＯＦ酸化発熱に起因するＤＰＦ３７の過昇温が抑制されたとして、以降は通常再生が行われる（ステップＳ１１）。一方で、ＦＢ制御の開始後、ＤＰＦ３７上流側温度と目標温度との温度差が第４温度を超えるときには（ステップＳ１０のＮＯ）、上記のＦＦ制御を再度行う（ステップＳ１２）。このＦＦ制御は所定時間行われ、所定時間経過後、ＦＢ制御に切り替えられる（ステップＳ９）。

図４は、経過時間に対する温度変化を示すグラフである。実線はＤＰＦ３７の上流側温度、一点鎖線はＤＯＣ３５の上流側温度、破線はＤＰＦ３７の下流側温度を表す。ＤＰＦ３７の強制再生が開始されると、ＤＯＣ３５の上流側温度が昇温し始める（点Ａ）。そして、ＤＯＣ３５の上流側温度がレイトポスト噴射するのに十分な触媒活性を有する２５０℃（所定温度）（点Ｂ）に到達する前に、ＤＯＣ３５でのＳＯＦ酸化発熱が生じ始める。このため、ＤＯＣ３５の下流側温度、即ち、ＤＰＦ３７の上流側温度が昇温する。ただし、この時点では、上記のようにＤＯＣ３５への燃料のレイトポスト噴射は行われない。そのため、ＤＰＦ３７の上流側温度は６００℃以下に抑制され、ＤＰＦ３７の過昇温が抑制される。

そして、ＤＯＣ３５でのＳＯＦ堆積残量がある程度減少すると、酸化発熱量が減少し、ＤＯＣ３５の下流側温度、即ち、ＤＰＦ３７の上流側温度は低下する。そこで、本発明の一実施形態では、温度ピークを越え、ＤＯＣ３５の上流側温度と下流側温度との温度差ΔＴのときにレイトポスト噴射が開始される。レイトポスト噴射により、噴射された燃料がＤＯＣ３５で酸化発熱し、ＤＯＣ３５の下流側温度、即ち、ＤＰＦ３７の上流側温度は再度上昇する。また、ＤＰＦ３７では煤の燃焼が生じ、ＤＰＦ３７の下流側温度も上昇する。そして、レイトポスト噴射開始後十分な時間が経過した後に強制再生が完了し（点Ｃ）、温度が低下する。

以上のような本実施形態の制御方法によれば、ＤＯＣ３５上流側温度がレイトポスト噴射を行うべき所定温度に到達したときであっても、その後に噴射開始条件を満たすまでレイトポスト噴射を待機することで、レイトポスト噴射開始を遅らせることができる。これにより、ＤＯＣ３５でのＳＯＦの酸化発熱が落ち着いてからレイトポスト噴射を行うことができるような適当な噴射開始条件を設定することで、ＤＰＦの過昇温を抑制できる。

特に、ＤＯＣ３５へのＳＯＦ堆積量が多くなる長時間の低負荷運転後の再生時においてもＤＰＦ３７の上流側温度制御性が向上し、ＤＰＦ３７の過昇温によるＤＰＦ３７の焼損リスクを低減できる。この結果、ＤＰＦ３７への許容煤堆積量の引き上げにより再生間隔を長期化でき、再生頻度の引き下げにより燃費の改善、及びオイルダイリューションリスクを低減できる。

１ ディーゼルエンジン
３ 排気タービン
５ コンプレッサ
７ 過給機
９ 吸気通路
１１ 吸気スロットルバルブ
１３ 吸気マニホールド
１５ 吸気ポート
１９ 燃料噴射弁
２１ 排気通路
２３ 管
２５ バルブ
２９ 排気ポート
３３ 排ガス処理装置
３９ 燃焼室
４８，４９ 上流側温度センサ
５０ センサ
５２ 上流側圧力センサ
５４ 下流側圧力センサ
５６ 差圧センサ
６１ 排気スロットルバルブ
１０１ バルブ絞り部
１０２ 判定部
１０３ 堆積条件判定部
１０４ 噴射実行部

Claims (12)

1. 排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するためのＤＰＦ再生制御装置であって、
   前記ＤＰＦ再生制御装置は、
   前記強制再生開始後、前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達した後に、前記ＤＯＣにおけるＳＯＦの堆積残量に応じた噴射開始条件を満たすか否かを判定するための判定部と、
   前記噴射開始条件を満たしたときに前記ＤＯＣへの燃料のレイトポスト噴射を開始するための噴射実行部とを備え、
   前記噴射実行部は、切替条件を満たすまでは前記レイトポスト噴射における燃料噴射量のＦＦ制御を行い、前記切替条件を満たした時にＦＢ制御に切り替えるように構成されるとともに、
   前記切替条件は、
   前記燃料の噴射開始時から所定の切替時間経過時である第１切替条件、又は、
   前記ＤＰＦの上流側温度が所定の切替温度到達時である第２切替条件、
   のうちの少なくとも一方の切替条件を含む、
   ＤＰＦ再生制御装置。
2. 排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するためのＤＰＦ再生制御装置であって、
   前記ＤＰＦ再生制御装置は、
   前記強制再生開始後、前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達した後に、前記ＤＯＣにおけるＳＯＦの堆積残量に応じた噴射開始条件を満たすか否かを判定するための判定部と、
   前記噴射開始条件を満たしたときに前記ＤＯＣへの燃料のレイトポスト噴射を開始するための噴射実行部とを備え、
   前記噴射実行部は、切替条件を満たすまでは前記レイトポスト噴射における燃料噴射量のＦＦ制御を行い、前記切替条件を満たした時にＦＢ制御に切り替えるように構成されるとともに、
   前記噴射実行部は、前記ＦＢ制御の開始後、前記ＤＰＦの上流側温度と目標温度との温度差が第４温度以下を超えるときに、前記ＦＦ制御を再度行うように構成された、
   ＤＰＦ再生制御装置。
3. 前記ＤＯＣに堆積するＳＯＦの堆積量が所定の堆積量を上回っている堆積条件を満たすか否かを判定するための堆積条件判定部をさらに備える、請求項１又は２に記載のＤＰＦ再生制御装置。
4. 前記堆積条件判定部は、前記ＤＯＣの上流側温度に応じて設定された重み係数に対し前記ディーゼルエンジンの運転時間を乗じて得られたＳＯＦ堆積指標に基づき、前記堆積条件を満たすか否かを判定するように構成された、請求項３に記載のＤＰＦ再生制御装置。
5. 前記重み係数は、前記ＤＯＣの上流側における基準温度を境界として、前記基準温度よりも大きいときに負の重み係数を含み、前記基準温度よりも低いときに正の重み係数を含む、請求項４記載のＤＰＦ再生制御装置。
6. 前記噴射開始条件は、前記ＤＯＣの上流側温度が第１温度に到達した時から前記レイトポスト噴射を開始するまでの時間が、前記ＤＯＣにおけるＳＯＦの堆積残量に応じて設定された遅らせ時間以上である第１噴射開始条件を含む、請求項１～５の何れか１項に記載のＤＰＦ再生制御装置。
7. 前記噴射開始条件は、
   前記ＤＯＣの下流側温度が第２温度以下である第２噴射開始条件、又は、
   前記ＤＯＣの上流側温度と下流側温度との温度差が第３温度以下である第３噴射開始条件
   のうちの少なくとも一方を含む、請求項１～６の何れか１項に記載のＤＰＦ再生制御装置。
8. 前記第２温度又は前記第３温度のうちの少なくとも一方の温度は、前記強制再生開始により前記ＤＯＣの下流側温度が昇温した後低下することで至った温度を含む、請求項７に記載のＤＰＦ再生制御装置。
9. 前記切替条件は、
   前記燃料の噴射開始時から所定の切替時間経過時である第１切替条件、又は、
   前記ＤＰＦの上流側温度が所定の切替温度到達時である第２切替条件、
   のうちの少なくとも一方の切替条件を含む、請求項２に記載のＤＰＦ再生制御装置。
10. 前記噴射実行部は、前記ＦＢ制御の開始後、前記ＤＰＦの上流側温度と目標温度との温度差が第４温度以下を超えるときに、前記ＦＦ制御を再度行うように構成された、請求項１に記載のＤＰＦ再生制御装置。
11. 排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するＤＰＦ再生制御方法であって、
    前記ＤＰＦ再生制御方法は、
    前記強制再生開始後、前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達した後に、前記ＤＯＣにおけるＳＯＦの堆積残量に応じた噴射開始条件を満たすか否かを判定する判定ステップと、
    前記噴射開始条件を満たしたときに前記ＤＯＣへの燃料のレイトポスト噴射を開始する噴射実行ステップとを含み、
    前記噴射実行ステップは、切替条件を満たすまでは前記レイトポスト噴射における燃料噴射量のＦＦ制御を行い、前記切替条件を満たした時にＦＢ制御に切り替えるとともに、
    前記切替条件は、
    前記燃料の噴射開始時から所定の切替時間経過時である第１切替条件、又は、
    前記ＤＰＦの上流側温度が所定の切替温度到達時である第２切替条件、
    のうちの少なくとも一方の切替条件を含む、
    ＤＰＦ再生制御方法。
12. 排気通路に配置されるＤＯＣ及び前記ＤＯＣの下流に配置されるＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの排ガス処理装置において、前記ＤＰＦの昇温により前記ＤＰＦに堆積するＰＭを除去する強制再生の実行を制御するＤＰＦ再生制御方法であって、
    前記ＤＰＦ再生制御方法は、
    前記強制再生開始後、前記ＤＯＣの上流側温度が所定温度に到達した後に、前記ＤＯＣにおけるＳＯＦの堆積残量に応じた噴射開始条件を満たすか否かを判定する判定ステップと、
    前記噴射開始条件を満たしたときに前記ＤＯＣへの燃料のレイトポスト噴射を開始する噴射実行ステップとを含み、
    前記噴射実行ステップは、切替条件を満たすまでは前記レイトポスト噴射における燃料噴射量のＦＦ制御を行い、前記切替条件を満たした時にＦＢ制御に切り替えるとともに、
    前記噴射実行ステップは、前記ＦＢ制御の開始後、前記ＤＰＦの上流側温度と目標温度との温度差が第４温度以下を超えるときに、前記ＦＦ制御を再度行う、
    ＤＰＦ再生制御方法。

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