WO2014208771A1

WO2014208771A1 - 排気ガス浄化装置

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Publication number: WO2014208771A1
Application number: PCT/JP2014/067447
Authority: WO
Inventors: 克成城之内; 智宏福田; 裕祐甘利
Original assignee: ヤンマー株式会社
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2014-12-31
Also published as: JP6072910B2; US20160369681A1; JPWO2014208771A1; EP3015665A1; EP3015665A4; CN105339616B; US9695730B2; EP3015665B1; CN105339616A; KR20160009676A

Abstract

排気ガス浄化装置は、エンジン（１）の排気経路（５）内に配置されている酸化触媒（１８）およびフィルタ（１９）と、燃料噴射パターンにしたがって燃料を噴射する燃料噴射装置（１３）と、粒子状物質の堆積量を推定し、かつ前記燃料噴射パターンを設定する制御装置（ＥＣＵ５０）と、を備えている。前記フィルタ（１９）を再生するためにポスト噴射を含む前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量が増えるにつれてポスト噴射量を減らすように、前記燃料噴射パターンが設定される。

Description

排気ガス浄化装置

　本発明は、エンジンの排気経路内に配置されている酸化触媒およびフィルタと、燃料噴射パターンにしたがって燃料を噴射する燃料噴射装置と、粒子状物質の堆積量を推定し、かつ前記燃料噴射パターンを設定するように構成されている制御装置と、を備える排気ガス浄化装置に関する。

　従来、酸化触媒およびフィルタを有するディーゼル微粒子捕集フィルタが知られている。特許文献１も、このようなディーゼル微粒子捕集フィルタを備える排気ガス浄化装置の一例を開示している。

　このような排気ガス浄化装置は、排気ガスの温度を高めることによって酸化触媒を活性化させるように構成されている。酸化触媒が活性化すると排気ガス中の窒素酸化物が酸化されて二酸化窒素が生成される。二酸化窒素は強力な酸化作用を有しているので、フィルタ上のＰＭ（粒子状物質）が酸化されて除去される。排気ガスの温度を高めるために、排気絞り、吸気絞り、およびメイン噴射時期の遅延などが行われる。排気ガス浄化装置は、上述の制御に加えて、活性化した酸化触媒にポスト噴射を使用して燃料を供給することにより、フィルタに入る排気ガスの温度（フィルタ入口温度）を更に高めるように構成されている。フィルタ入口温度がＰＭの燃焼温度（４００℃）を超えると、排気ガス中の酸素によってフィルタ上のＰＭが酸化されて除去される。酸素による燃焼は、二酸化窒素による酸化と比べて、急速にＰＭを除去できる。このため、フィルタを完全に再生する場合には、ポスト噴射を使用して排気ガスの温度を上昇させる。

特開２０１１－２５２４３５号公報

　本発明者は、以下の課題を見いだした。すなわち、フィルタ入口温度が高くなるにつれて、フィルタを再生する速度が高速になる。しかしながら、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量が過剰になっているときに、フィルタ入口温度が高温に保たれると、フィルタ上のＰＭが連鎖的に燃焼する虞がある。この連鎖的な燃焼を、急激な再生と呼ぶ。急激な再生に伴って高熱が発生するため、その高熱によりフィルタが溶けたり割れたりする虞がある。

　急激な再生は、酸素による燃焼であるから、フィルタ入口温度が燃焼温度を超えない限り発生しない。このため、堆積量が過剰である場合、フィルタ入口温度が燃焼温度を超えないように、初期排気温度（燃焼室で発生する排気ガスの温度）を制御することが考えられる。しかし、この場合、酸素による燃焼ではなく、二酸化窒素による酸化のみによりフィルタが再生される。ここで、二酸化窒素による酸化のみでは、短時間でフィルタを再生することができない。そして、フィルタの再生のために長時間（例えば１日）を要することになる。

　つまり、堆積量が増えるにつれてフィルタに高熱が発生しやすくなるが、堆積量に関係なくフィルタ入口温度が抑制されると、フィルタの再生のために長時間を要する。

　そこで、本発明の目的は、フィルタに高熱が発生することを抑制しながら、フィルタを効率的に再生できる排気ガス浄化装置を提供することである。

　前記課題を解決するため、本発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジンの排気経路内に配置されている酸化触媒およびフィルタと、燃料噴射パターンにしたがって燃料を噴射する燃料噴射装置と、粒子状物質の堆積量を推定し、かつ前記燃料噴射パターンを設定するように構成されている制御装置と、を備える排気ガス浄化装置であって、前記フィルタを再生するためにポスト噴射を含む前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量が増えるにつれてポスト噴射量を減らすように、前記燃料噴射パターンが設定される。

　前記排気ガス浄化装置において、前記ポスト噴射量は、前記堆積量が基準しきい値よりも大きいときに、弱噴射量に設定され、前記ポスト噴射量は、前記堆積量が前記基準しきい値以下であるときに、前記弱噴射量よりも大きな強噴射量に設定される。

　前記排気ガス浄化装置において、前記堆積量が前記基準しきい値よりも大きな開始しきい値を超えた後に前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量が増えるにつれて前記ポスト噴射量を減らすように前記燃料噴射パターンが設定され、前記堆積量が前記開始しきい値を超える前に前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量の大きさに関係なく前記ポスト噴射量が一定値に保たれる。

　前記排気ガス浄化装置において、前記堆積量が前記開始しきい値よりも大きな限界しきい値以上であるとき、前記ポスト噴射が禁止される。

　前記排気ガス浄化装置において、前記堆積量が前記開始しきい値から前記基準しきい値まで減少するのに要する時間が、３時間以内となるように、前記ポスト噴射量が設定されている。

　また、本発明の排気ガス装置は、次のようにも表現できる。すなわち、本発明に含まれる排気ガス浄化装置は、
　燃料を噴射する燃料噴射装置と、
　排気経路内に配置される酸化触媒およびフィルタと、
　複数の燃料噴射パターンを記憶し、かつ、各燃料噴射パターンを、その燃料噴射パターンが実行される条件と関連づけて記憶している記憶部と、
　前記フィルタに堆積する粒子状物質の堆積量を推定可能であると共に、前記記憶部に記憶されている情報に基づいて前記複数の燃料噴射パターンから一の燃料噴射パターンを選択して、その一の燃料噴射パターンの燃料噴射を前記燃料噴射装置に実行させる制御装置とを備え、
　前記複数の燃料噴射パターンは、ポスト噴射を行う第１のポスト噴射存在パターンを含み、
　前記第１のポスト噴射存在パターンは、前記制御装置が推定した前記粒子状物質の堆積量に基づいてポスト噴射の噴射量が変動するようになっていて、そのポスト噴射で強噴射量を噴射する場合に前記制御装置が推定する前記粒子状物質の堆積量は、そのポスト噴射で前記強噴射量よりも少ない弱噴射量を噴射する場合に前記制御装置が推定する前記粒子状物質の堆積量よりも小さいことを特徴としている。

　尚、上記複数の燃料噴射パターンは、如何なる自然数の数の第１のポスト噴射存在パターンを有しても良く、また、各第１のポスト噴射存在パターンでは、ポスト噴射で噴射可能な互い異なる噴射量が、如何なる自然数個、存在しても良く、または、各第１のポスト噴射存在パターンでは、ポスト噴射で噴射可能な互い異なる噴射量が、連続的に無限個、存在しても良い。

　また、一実施形態では、
　前記制御装置が推定する前記堆積量が、基準しきい値より大きいか、または、前記基準しきい値以上である場合に、前記弱噴射量の燃料が噴射される一方、前記制御装置が推定する前記堆積量が、基準しきい値以下か、または、前記基準しきいよりも小さい場合に、前記強噴射量の燃料が噴射される。

　尚、ここで、前記制御装置が推定する前記堆積量が、基準しきい値より大きい場合に対応するのが、前記制御装置が推定する前記堆積量が、基準しきい値以下の場合である。また、前記制御装置が推定する前記堆積量が、基準しきい値以上である場合に対応するのが、前記制御装置が推定する前記堆積量が、前記基準しきいよりも小さい場合である。

　また、一実施形態では、
　前記複数の燃料噴射パターンは、ポスト噴射を行う第２のポスト噴射存在パターンを含み、
　前記第２のポスト噴射存在パターンは、制御装置が推定する前記堆積量が、前記基準しきい値よりも大きい開始しきい値よりも大きいか、または、その開始しきい値以上である場合に、前記制御装置が推定した前記粒子状物質の堆積量に基づいてポスト噴射の噴射量が変動するようになっていて、そのポスト噴射で大噴射量を噴射する場合に前記制御装置が推定する前記粒子状物質の堆積量は、そのポスト噴射で前記大噴射量よりも少ない小噴射量を噴射する場合に前記制御装置が推定する前記粒子状物質の堆積量よりも小さい一方、制御装置が推定する前記堆積量が、前記開始しきい値以下であるか、または、前記開始しきい値よりも小さい場合、前記ポスト噴射の噴射量が一定である。

　尚、ここで、制御装置が推定する前記堆積量が、前記基準しきい値よりも大きい開始しきい値よりも大きい場合に対応するのが、制御装置が推定する前記堆積量が、前記開始しきい値以下の場合である。また、制御装置が推定する前記堆積量が、前記基準しきい値よりも大きい開始しきい値以上である場合に対応するのが、制御装置が推定する前記堆積量が、前記開始しきい値よりも小さい場合である。

　また、一実施形態では、
　制御装置が推定する前記堆積量が、前記開始しきい値よりも大きい限界しきい値よりも大きい場合、前記制御装置は、前記複数の燃料噴射パターンから前記ポスト噴射を行わない燃料噴射パターンを選択して、そのポスト噴射を行わない燃料噴射パターンを、前記燃料噴射装置に実行させる。

　また、一実施形態では、
　ポスト噴射を行うと共に、前記堆積量が前記開始しきい値以上である場合に選択される全ての燃料噴射パターンの夫々のポスト噴射では、前記堆積量が３時間以内で前記開始しきい値から前記基準しきい値まで減少する。

　本発明に係る排気ガス浄化装置は、フィルタに高熱が発生することを抑制しながら、フィルタを効率的に再生できる。

本実施形態に係るエンジンの構成を示す図である。エンジンの冷却水回路の構成を示す図である。燃料噴射パターンの一例を示す図である。制御モードの一覧表を示す図である。自己再生領域、再生可能領域、および再生不可能領域を示す図である。堆積量の時間変化の一例を示す図である。リカバリ再生運転による堆積量の変化を示す図である。制御モードの遷移を示すフロー図である。

　図面を参照して、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を搭載するディーゼルエンジン１を説明する。ディーゼルエンジン（以下、エンジン）１は、駆動機構１００に接続されている。駆動機構１００は、エンジン１によって駆動される走行装置および／または作業装置を示している。エンジン１および駆動機構１００は、例えば、バックホーまたはトラクターのような作業車両に搭載される。

　図１は、本実施形態に係るエンジン１の構成を示す図である。エンジン１は、吸気経路２、吸気スロットル弁３、シリンダブロック４、排気経路５、排気スロットル弁６、フィルタユニット７、ＥＧＲ管８、ＥＧＲスロットル弁９、過給機１０、クランク軸１１、および燃料噴射装置１３を備えている。

　エンジン１は４気筒であり、シリンダブロック４は４つの燃焼室１２を有している。吸気経路２は、外部に開放されている吸気管２ａと、吸気管２ａを４つの燃焼室１２に接続する吸気マニホールド２ｂとからなっている。外気（吸気ガス）は、吸気経路２を介して燃焼室１２に導入される。吸気スロットル弁３は、吸気管２ａ上に配置されており、吸気経路２の開度を変更する。排気経路５は、外部に開放されている排気管５ａと、４つの燃焼室１２を排気管５ａに接続する排気マニホールド５ｂとからなっている。排気ガスは、排気経路５を介して燃焼室１２から大気中に排出される。排気スロットル弁６は、排気管５ａ上に設けられており、排気経路５の開度を変更する。ＥＧＲ管（ＥＧＲ経路）８は、排気経路５を吸気経路２に接続している。排気ガスの一部は、ＥＧＲ管８を介して吸気経路２に導入され、吸気ガスに合流する。ＥＧＲスロットル弁９はＥＧＲ管８上に設けられており、ＥＧＲ管８の開度を変更する。また、エンジン１は、ＥＧＲクーラー２４を備え、そのＥＧＲクーラー２４は、ＥＧＲスロットル弁９の下流側で、ＥＧＲ管８上に設けられている。過給機１０は、排気管５ａ上に配置されている排気タービン１０ａと、吸気管２ａ上に配置されている圧縮機１０ｂとを備えている。燃料噴射装置１３は、コモンレール方式を採用している。燃料噴射装置１３は、燃料噴射パターンにしたがって、各燃焼室１２に燃料を供給する。

　フィルタユニット７は、排気経路５上に設けられている。フィルタユニット７は、ディーゼル微粒子捕集フィルタであり、酸化触媒１８およびフィルタ１９を備えている。酸化触媒１８は、排気経路５内でフィルタ１９の上流側に配置されている。排気ガスが排気経路５に沿って排出されるとき、排気ガスは酸化触媒１８を通過した後、フィルタ１９を通過する。排気ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）は、フィルタ１９に捕捉される。

　図１に示すように、エンジン１は、ＥＣＵ５０、回転速度入力装置１４、警告装置１５、ステーショナリ再生ボタン１６、およびリカバリ再生ボタン１７を備えている。エンジンは、ユーザ（オペレータ）がＥＣＵ５０に外部から指令信号を出力するための操作部を備えている。前記回転速度入力装置１４、ステーショナリ再生ボタン１６およびリカバリ再生ボタン１７は、操作部に含まれている。

　ＥＣＵ（制御装置）５０は、エンジン１の運転に関係する各種装置を制御するように構成されている。

　回転速度入力装置１４は、目標回転速度を指定するための操作機器である。本実施形態では、回転速度入力装置１４は、エンジン１の運転状態を変更するアクセルレバー群で構成されている。

　警告装置１５は、オペレータへ各種の警告を行う役割を果たしている。本実施形態では、警告装置１５は、複数の異なる警告を表示できる多数のランプ群で構成されている。

　ステーショナリ再生ボタン１６は、手動の入力操作によって、制御モードをステーショナリ再生モードに変更する指令（ステーショナリ再生モード指令）を発生させる入力装置である。また、リカバリ再生ボタン１７は、手動の入力操作によって、制御モードをリカバリ再生モードに変更する指令（リカバリ再生指令）を発生させる入力装置である。ステーショナリ再生ボタン１６およびリカバリ再生ボタン１７のいずれも、押しボタンであり、指令「有」の状態と、指令「無」の状態とを指定できる。制御モードの内容は、後述する。

　図１に示すように、エンジン１は、環境温度センサ３１、吸気温度センサ３２、初期排気温度センサ３３、触媒入口温度センサ３４、フィルタ入口温度センサ３５、およびＥＧＲ温度センサ３６を備えている。環境温度センサ３１は、圧縮機１０ｂおよびＥＧＲ管８の出口８ｂの上流側で、吸気経路２内の吸気ガスの温度（環境温度）を検出する。吸気温度センサ３２は、圧縮機１０ｂおよびＥＧＲ管８の出口８ｂの下流側で、吸気経路２内の吸気ガスの温度（吸気温度）を検出する。初期排気温度センサ３３は、排気スロットル弁６、排気タービン１０ａ、およびＥＧＲ管８の入口８ａの上流側で、排気経路５内の排気ガスの温度（初期排気温度）を検出する。触媒入口温度センサ３４は、排気スロットル弁６および排気タービン１０ａの下流側かつ酸化触媒１８の上流側で、排気経路５内の排気ガスの温度（触媒入口温度）を検出する。フィルタ入口温度センサ３５は、酸化触媒１８の下流側かつフィルタ１９の上流側で、排気経路５内の排気ガスの温度（フィルタ入口温度）を検出する。ＥＧＲ温度センサ３６は、ＥＧＲクーラー２４およびＥＧＲスロットル弁９の下流側で、ＥＧＲ管８内の排気ガスの温度（ＥＧＲ温度）を検出する。

　図１に示すように、エンジン１は、差圧センサ４０、大気圧センサ４１、吸気圧力センサ４２、および初期排気圧力センサ４３を備えている。差圧センサ４０は、フィルタ入口圧力センサ４０ａ、およびフィルタ出口圧力センサ４０ｂを備えている。フィルタ入口圧力センサ４０ａは、酸化触媒１８の下流側かつフィルタ１９の上流側で、排気経路５内の圧力を検出する。フィルタ出口圧力センサ４０ｂは、フィルタ１９の下流側で、排気経路５内の圧力を検出する。差圧センサ４０は、フィルタ入口圧力センサ４０ａおよびフィルタ出口圧力センサ４０ｂによる検出情報に基づいて、フィルタ１９の両側間の差圧を検出する。大気圧センサ４１は、エンジン１の外部における圧力（大気圧）を検出する。吸気圧力センサ４２は、圧縮機１０ｂおよびＥＧＲ管８の出口８ｂの下流側で、吸気経路２内の吸気ガスの圧力（吸気圧力）を検出する。初期排気圧力センサ４３は、排気スロットル弁６、排気タービン１０ａ、およびＥＧＲ管８の入口８ａの上流側で、排気経路５内の排気ガスの圧力（初期排気圧力）を検出する。

　図１に示すように、エンジン１は、回転速度センサ５１を備えている。回転速度センサ５１は、クランク軸１１の回転速度（エンジン回転速度）を検出する。図１には、複数の矢印が描かれているが、各矢印は、信号の送受信の向きを表している。図１に示すように、環境温度センサ３１、吸気温度センサ３２、初期排気温度センサ３３、触媒入口温度センサ３４、フィルタ入口温度センサ３５、ＥＧＲ温度センサ３６、差圧センサ４０、大気圧センサ４１、吸気圧力センサ４２、初期排気圧力センサ４３、回転速度センサ５１、転速度入力装置１４、ステーショナリ再生ボタン１６およびリカバリ再生ボタン１７は、ＥＣＵ５０に信号を出力するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、それらの信号のうちの一以上の信号に基づいて、吸気スロットル弁３、排気スロットル弁６、ＥＧＲスロットル弁９、燃料噴射装置１３、警告装置１５に制御信号を出力するようになっている。そして、ＥＣＵ５０は、吸気スロットル弁３、排気スロットル弁６およびＥＧＲスロットル弁９の開度を制御し、また、燃料噴射装置１３の燃料の噴射のパターンを制御し、また、警告装置１５に適宜、警告を発信させるようにしている。

　図２は、エンジン１の冷却水回路２０の構成を示す図である。冷却水回路２０は、水経路２１、水ポンプ２２、水ジャケット２３、ＥＧＲクーラー２４、およびラジエータ２５を備えている。水ポンプ２２は水経路２１に沿ってエンジン１の冷却水を流す。水ジャケット２３はシリンダブロック４内に形成されている。また、エンジン１は、水温センサ２６を備えている。水温センサ２６は、水ジャケット２３の下流側かつラジエータ２５の上流側で水経路２１を流れる冷却水の温度（冷却水温度）を検出する。

　次に、堆積量の推定方法を説明する。ここで、堆積量は、フィルタ１９に堆積しているＰＭの量である。ＥＣＵ５０は、２通りの推定方法に基づいて、堆積量を推定できる。２通りの推定方法は、計算式推定方法および差圧式推定方法である。

　計算式推定方法は、エンジンの運転条件に基づいて、堆積量を推定する方法である。計算式推定方法では、エンジンの運転条件に基づいてＰＭ排出量およびＰＭ再生量が推定され、得られたＰＭ排出量およびＰＭ再生量に基づいて堆積量が推定される。ＰＭ排出量は、単位時間において、エンジン１から排出されるＰＭの量を示している。ＰＭ再生量は、単位時間において、再生によりフィルタ１９から除去されるＰＭの量を示している。堆積量は、ＰＭ排出量からＰＭ再生量を減じることによって得られる。ＰＭ排出量およびＰＭ再生量は、いずれも、エンジンの運転条件に基づいて推定される。ＰＭ排出量は基本的にエンジン回転速度および１サイクルの燃料の総噴射量に基づいて推定される。ＰＭ再生量は排気ガスの流量およびフィルタ入口温度センサ３５によって検出されるフィルタ入口温度に基づいて推定される。エンジンの運転条件は、温度センサ３１－３６によって検出される温度群、圧力センサ４１－４５によって検出される圧力群、回転速度センサ５１によって検出されるエンジン回転速度、および燃料噴射装置１３から噴射される総噴射量に基づいて、特定される。

　差圧式推定方法は、フィルタ１９の両側間の差圧に基づいて、堆積量を推定する方法である。堆積量が増加するにつれてフィルタ１９の目詰まりが増加し、フィルタ１９の差圧が大きくなる。逆に、堆積量が低下するにつれてフィルタ１９の差圧が小さくなる。つまり、差圧式推定方法は、差圧と堆積量との間の相関関係を利用して、堆積量を推定する。なお、厳密には、堆積量は、差圧センサ４０によって得られる差圧に、排気ガスの流量による補正を加えることによって得られている。排気ガスの流量は、エンジンの運転条件に基づいて推定される。

　図３から図８を参照して、フィルタ１９の再生を説明する。以下において、各種の温度（℃）および堆積量（ｇ／Ｌ）の数値を、括弧で囲んだ状態で列挙するが、これらの数値は本実施形態で実現できる一例としての数値にすぎず、それ以外の数値を実現することもできる。なお、堆積量の単位ｇ／Ｌは、単位体積あたりのＰＭの重量を示している。

　フィルタ１９の再生は、酸素によるＰＭの燃焼および二酸化窒素によるＰＭの酸化によって、行われる。燃焼または酸化により、フィルタ１９に堆積したＰＭが除去される。酸素によるＰＭの燃焼は、ＰＭの自己着火による燃焼を示している。自己着火は、ＰＭの温度がＰＭの燃焼温度（４００℃）を超える場合に発生する。二酸化窒素はＰＭに対して酸化剤として機能する。酸化触媒１８の温度が所定の活性化温度（３００℃）を超えると、酸化触媒１８が活性化し、排気ガス中の窒素酸化物から高活性な二酸化窒素が生成される。フィルタ１９は酸化触媒１８の下流側に設けられているので、酸化触媒１８の周辺で生成された二酸化窒素がフィルタ１９を通過する。このため、フィルタ１９に堆積したＰＭが酸化され、除去される。なお、触媒入口温度が高温（５５０℃）以上になると、二酸化窒素が生成されなくなるため、酸素による燃焼のみによって再生が行われる。

　触媒入口温度が活性化温度よりも低い場合、二酸化窒素による酸化および酸素による燃焼は発生しない。このため、エンジン１は、触媒入口温度を高めるために、排気絞りを行うと共に、燃料噴射パターンを変更する。

　図３は、燃料噴射パターンの一例を示す図である。図３において、横軸は噴射時期を示しており、縦軸は噴射量を示している。燃料噴射パターンは、噴射時期および噴射量によって規定された燃料噴射の形態のことである。図３に示される燃料噴射パターンは、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、およびポスト噴射を含んでいる。メイン噴射の噴射期間には、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に存在する期間が含まれている。尚、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射およびポスト噴射は、当業者間で技術用語として確立しているものである。プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射およびポスト噴射は、例えば、次のように定義できる。すなわち、プレ噴射は、着火性確保のための噴射である。また、メイン噴射は、主燃焼のための噴射である。また、アフタ噴射は触媒入口温度を上昇させるための噴射である。また、ポスト噴射は、フィルタ入口温度を上昇させるための噴射である。尚、プレ噴射は、燃焼室内にタネ火を作る噴射であり、ＮＯ_Ｘ低減と燃焼音の改善に効果がある。また、アフタ噴射は、燃え残り燃料を、完全に燃焼させる効果があり、排気ガス温度を上昇させ、ガスを効率的に後処理可能にする効果的がある。また、ポスト噴射は、排出ガス温度を上昇させ、ガスを効率的に後処理可能にする効果がある。

　吸気スロットル弁３に吸気絞りを実行させることにより、エンジン１に掛かる負荷が増大するので、燃料の噴射量（メイン噴射量）が増大する。この結果、触媒入口温度が上昇する。また、燃料噴射装置１３に実行させる燃料噴射パターンを変更することにより、トルクを増大させることなく、燃料の総噴射量を増やすことができる。具体的には、メイン噴射のリタードおよび／またはアフタ噴射の使用が行われる。この結果、フィルタ入口温度が上昇する。その上ポスト噴射を含むように燃料噴射パターンが設定されると、更に燃料の総噴射量が増大する。この場合、ポスト噴射で供給された燃料が酸化触媒１８で燃焼し、フィルタ入口温度が触媒入口温度に対して大きく上昇する。

　図４は、制御モードの一覧表を示す図である。エンジン１は、７つの可能な制御モードを選択できるようになっている。７つの制御モードは、自己再生モード、アシスト再生モード、リセット再生モード、ステーショナリ待機モード、ステーショナリ再生モード、リカバリ待機モード、およびリカバリ再生モードからなっている。エンジン１が起動されているとき、７つの制御モードのうちのいずれか１つが選択されており、選択された制御モードに基づいてＥＣＵ５０はエンジン１を制御する。これらの制御モードのそれぞれについて、制御条件、開始条件、および終了条件が設定されている。制御条件は、燃料噴射パターンの構成条件と、吸気絞りの絞り量の条件と、目標回転速度の条件とからなっている。燃料噴射パターンの構成条件は、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、およびポスト噴射の有無、ならびに、これらの噴射の噴射量および噴射時期を含んでいる。目標回転速度の構成は、目標回転速度の有無およびその大きさを示している。

　自己再生モードは、フィルタ１９を再生するための特別な制御を実行しない制御モードである。自己再生モードでは、通常運転が実行される。図３に示されるように、自己再生モードにおける燃料噴射パターンは、プレ噴射およびメイン噴射からなっている。通常運転（自己再生モード）中に触媒入口温度が活性化温度よりも高くなれば、フィルタ１９の再生が自動的に行われる。

　アシスト再生モードは、ポスト噴射を使用することなくフィルタ１９を再生するための制御モードである。アシスト再生モードでは、触媒入口温度を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、かつ吸気絞りが使用される。図３に示されるように、アシスト再生モードにおける燃料噴射パターンは、プレ噴射、メイン噴射、およびアフタ噴射からなっている。また、アシスト再生モードにおけるメイン噴射の噴射時期は、自己再生モードにおけるメイン噴射の噴射時期よりも遅延している。メイン噴射の噴射時期の遅延およびアフタ噴射の使用は、トルク発生に寄与する燃料量の割合を低下させ、温度上昇に寄与する燃料量の割合を増大させる。また、吸気絞りは、エンジン１に掛かる負荷を増大させるので、メイン噴射量を増大させる。図３に示されるように、メイン噴射は、圧縮行程および膨張行程に実行される。つまり、アシスト再生モードでは、圧縮行程および膨張行程における総噴射量が増加されている。このため、触媒入口温度が上昇する。

　アシスト再生モードは、活性化温度よりも高く燃焼温度よりも低いアシスト目標温度（３５０℃）に触媒入口温度を到達させることを目的としている。触媒入口温度が活性化温度に到達すると、フィルタ１９が緩やかに再生される。しかし、アシスト再生モードでは作業の実行が許可されており、回転速度の変動が想定される。回転速度が変動するとメイン噴射量も変動し、触媒入口温度も変動する。このため、回転速度が低く保たれている場合、触媒入口温度がアシスト目標温度に到達しない。尚、上で説明したが、前記アシスト目標温度（３５０℃）の記載における３５０℃のように、括弧で囲んだ数値は、一例にすぎない。そして、各パラメータは、その括弧で囲んだ値以外の値を取ることができる（以下、同様）。

　リセット再生モードは、ポスト噴射を使用してフィルタ１９を急速に再生するための制御モードである。リセット再生モードでは、フィルタ入口温度を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、かつ吸気絞りが使用される。図３に示されるように、リセット再生モードにおける燃料噴射パターンは、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、およびポスト噴射からなっている。つまり、リセット再生モードにおける制御条件は、アシスト再生モードにおける制御条件に加えて、ポスト噴射の使用を含んでいる。触媒入口温度が活性化温度を超えているときにポスト噴射が実行されると、酸化触媒１８で燃料が燃焼する。この結果、排気ガスが更に加熱され、フィルタ入口温度が更に上昇する。

　リセット再生モードは、堆積量がほとんどゼロになるように、燃焼温度よりも高いリセット目標温度（６００℃）にフィルタ入口温度を到達させることを目的としている。フィルタ入口温度がリセット目標温度（６００℃）に到達すると、フィルタ１９が比較的短時間で再生される。しかし、リセット再生モードでも作業の実行が許可されており、回転速度の変動が想定される。このため、回転速度が低く保たれている場合、フィルタ入口温度がリセット目標温度に到達しない。

　自己再生モード、アシスト再生モード、およびリセット再生モードでは、上述したように回転速度が固定されていないため、触媒入口温度またはフィルタ入口温度が良好に上昇しない場合がある。このような場合、フィルタ１９の再生が良好に行われない。このため、フィルタ１９の再生が確実に行われるように、ステーショナリ再生モードが設けられている。

　ステーショナリ再生モードは、回転速度を所定回転速度に維持しかつポスト噴射を使用して、フィルタ１９を急速に再生するための制御モードである。ステーショナリ再生モードでは、フィルタ入口温度を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、吸気絞りが使用され、かつ目標回転速度が所定回転速度に維持される。つまり、ステーショナリ再生モードでは、リセット再生モードにおいて実行される制御に加えて、回転速度が固定されている。所定回転速度は、本実施形態では２２００ｒｐｍである。ステーショナリ再生モードの制御条件は、フィルタ入口温度が燃焼温度（４００℃）よりも高いステーショナリ目標温度（６００℃）に到達するように、設定されている。本実施形態では、ステーショナリ目標温度は、前記リセット目標温度（６００℃）に等しい。

　尚、本実施形態で、実現可能な全ての燃料噴射パターンは、ＥＣＵ５０の内蔵メモリ８０（図１参照）に予めインプットされて記憶されている。また、各燃料噴射パターンは、その燃料噴射パターンが実行される条件と関連づけられて内蔵メモリ８０に記憶されている。前記ＥＣＵ５０は、各種センサからの信号およびオペレータからの信号のうちの少なくとも一つの信号を受けると、内蔵メモリ８０に記憶されている情報を参照して、その少なくとも一つの信号が表す条件に適合する燃料噴射パターンを選択するようになっている。そして、その選択した燃料噴射パターンが実現されるように、燃料噴射装置１３を制御するようになっている。前記内蔵メモリ８０は、記憶部を構成している。尚、記憶部は、ＥＣＵの内蔵メモリで構成するのではなくて、ＥＣＵの外部に設けた記録媒体で構成しても良い。

　話を戻して、フィルタ入口温度が高くなると、堆積量が減少する速度が増大する。ただし、フィルタ入口温度が高くなりすぎると、フィルタ１９が溶けたり割れたりする虞がある。このため、ステーショナリ再生モードの実行時間が短時間である所定時間Ｈ５ａ（３０分）になるように、ステーショナリ目標温度（６００℃）の高さが設定されている。同様に、リセット再生モードの実行時間も短時間である所定時間（３０分）（尚、この所定時間を、以下、Ｈ３ａと表現する）になるように、リセット目標温度の高さも設定されている。

　ステーショナリ待機モードは、ステーショナリ再生モードの実行を待機するための制御モードである。自己再生モード、アシスト再生モード、およびリセット再生モードで、フィルタ１９の再生が良好に行われない場合、上述したようにステーショナリ再生モードを実行する必要がある。しかしながら、ステーショナリ再生モードでは回転速度が所定回転速度に保たれる。作業中に突然ステーショナリ再生モードが実行されることは、急激な回転速度の変動を招くため、好ましくない。このため、オペレータから指令が入力されるまで待機するステーショナリ待機モードが設けられている。ステーショナリ待機モードでは、ＥＣＵ５０は、ステーショナリ警告を発するように、警告装置１５を作動させる。ステーショナリ警告は、オペレータにステーショナリ再生モードの実行を促す警告である。ＥＣＵ５０は、具体的には警告ランプを点灯させる。オペレータはステーショナリ警告を受けると、例えば、作業を中止し、必要に応じてエンジン１を搭載する作業車両を作業場所から別の場所に移動させる。その後、オペレータは、ステーショナリ再生ボタン１６を介してステーショナリ再生指示を入力する。ステーショナリ再生指示が入力されると、ステーショナリ再生モードが開始される。

　ＥＧＲ（排気再循環）は、自己再生モードでは実行可能である。一方、アシスト再生モード、リセット再生モード、ステーショナリ再生モード、およびリカバリ再生モードでは、ＥＧＲは実行不可能である。これらの制御モードでは総噴射量が増量されており、未燃炭化水素の発生量も増加する。つまり、未燃炭化水素がＥＧＲ管８に付着するのを防止するために、これらの制御モードではＥＧＲを行わないようになっている。

　図５は、自己再生領域、再生可能領域、および再生不可能領域を示す図である。図５に示す例では、横軸はエンジン１の回転速度を示しており、縦軸は負荷（トルク）を示している。図５には、エンジン１の出力特性カーブが描かれている。この出力特性カーブ内の領域が、自己再生領域、再生可能領域、および再生不可能領域に分割されている。第１境界線Ｌ１は、自己再生領域と再生可能領域との境界を示している。第２境界線Ｌ２は、再生可能領域と再生不可能領域との境界を示している。第１境界線Ｌ１は、通常運転における触媒入口温度が活性化温度（３００℃）であるときの回転速度－トルクカーブを示している。つまり、自己再生領域は、触媒入口温度が活性化温度以上である領域を示している。回転速度およびトルクが自己再生領域内にあるとき、特別な制御を行うことなくフィルタ１９が再生されている。つまり、自己再生領域は、自己再生モードにおいて必ずフィルタ１９が再生される領域を示している。第２境界線Ｌ２は、通常運転における触媒入口温度が再生限界温度にあるときの回転速度－トルクカーブを示している。リセット再生モードの実行により触媒入口温度が上昇する。しかし、通常運転における触媒入口温度が低すぎるとリセット再生モードが実行されても触媒入口温度が活性化温度に到達しない。再生限界温度は、活性化温度に到達可能な触媒入口温度の下限値を示している。再生可能領域は、触媒入口温度が活性化温度より低く、再生限界温度以上である領域を示している。回転速度およびトルクが再生可能領域内にあるとき、アシスト再生モードまたはリセット再生モードが実行されれば、フィルタ１９の再生が可能である。再生不可能領域は、触媒入口温度が再生限界温度よりも低い領域を示している。回転速度およびトルクが再生不可能領域内にあるとき、アシスト再生モードおよびリセット再生モードのいずれが実行されても、フィルタ１９の再生は不可能である。

　図５を参照して、ステーショナリ再生モードでは、回転速度が所定回転速度Ｒ０に維持される。図５に示す例では、回転速度が所定回転速度Ｒ０以上である場合、再生不可能領域は存在しない。このため、ステーショナリ再生モードでは、触媒入口温度が必ず活性化温度に到達し、フィルタ１９の再生が必ず行われる。所定回転速度Ｒ０は、図５に示されるような実験的に得られた出力特性カーブに基づいて特定される。

　図６は、堆積量の時間変化の一例を示す図である。図６を参照して、制御モードの変更に応じた堆積量の時間変化の一例を説明する。図６において、横軸はエンジン１の連続運転時間（ｈｒ）であり、縦軸は堆積量（ｇ／Ｌ）である。なお、説明の便宜を考慮して制御の遅れによる時間差は無視している。

　時刻Ｔ０から時刻Ｔ１まで、自己再生モード（通常運転）が実行されており、堆積量が増加している。時刻Ｔ１に堆積量がアシストしきい値Ａ２（８ｇ／Ｌ）に到達しており、制御モードが自己再生モードからアシスト再生モードに変更される。堆積量がアシストしきい値Ａ２以上になることは、アシスト再生モードの開始条件の１つである。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで、アシスト再生モードの制御により、堆積量が減少している。時刻Ｔ２に堆積量が許容しきい値Ａ１（６ｇ／Ｌ）に到達しており、制御モードがアシスト再生モードから自己再生モードに変更される。堆積量が許容しきい値Ａ１よりも小さくなることは、自己再生モードの開始条件の１つである。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで自己再生モードが実行されており、堆積量が増加する。また、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までアシスト再生モードが実行されており、堆積量が減少する。このように、基本的には、自己再生モードおよびアシスト再生モードが交互に繰り返し実行される。この結果、堆積量の増大が抑制される。

　時刻Ｔ５は、時刻Ｔ４よりも後の時刻を示している。時刻Ｔ５から時刻Ｔ６まで自己再生モードが実行されており、堆積量が増加している。時刻Ｔ６に連続運転時間が許容連続時間Ｈｄ（１００時間）に到達しており、制御モードが自己再生モードからリセット再生モードに変更される。連続運転時間が許容連続時間Ｈｄを超えることは、リセット再生モードの開始条件の１つである。時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までリセット再生モードが実行されており、堆積量が大きく減少し、ほとんどゼロになっている。リセット再生モードが終了すると、連続運転時間が０時間にリセットされる。時刻Ｔ０および時刻Ｔ６は、連続運転時間が０時間の時刻となっている。

　時刻Ｔ８は、時刻Ｔ７よりも後の時刻を示している。時刻Ｔ８から時刻Ｔ９まで制御モードが自己再生モードに保たれており、堆積量が増加している。時刻Ｔ９に堆積量がアシストしきい値Ａ２（８ｇ／Ｌ）に到達しており、制御モードが自己再生モードからアシスト再生モードに変更される。時刻Ｔ９から時刻Ｔ１０まで制御モードがアシスト再生モードに保たれている。しかし、アシスト再生モードが実行されているにも拘わらず、堆積量が増加している。上述したように、例えば回転速度が低い場合にこのような状況が発生する。このため、時刻Ｔ１０に、堆積量がステーショナリしきい値Ａ３（１０ｇ／Ｌ）に到達しており、制御モードがアシスト再生モードからステーショナリ待機モードに変更される。ステーショナリ待機モードでは、ステーショナリ警告が発せられている。オペレータは、ステーショナリ警告に応じて、ステーショナリ再生モードを実行させるために例えば作業の中止を決定する。時刻Ｔ１１に、ステーショナリ再生モード指令が手動で入力されており、制御モードがステーショナリ待機モードからステーショナリ再生モードに変更される。時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までステーショナリ再生モードが実行されており、堆積量が大きく減少し、許容しきい値Ａ１（６ｇ／Ｌ）よりも小さくなっている。

　図７は、リカバリ再生モードにおける堆積量の変化を示す図である。リカバリ再生モードは、堆積量がリカバリしきい値Ａ４を超えている場合に実行される。リカバリ再生モードは、弱再生モードおよび強再生モードからなっている。制御モードは、まず弱再生モードが実行され、次に強再生モードが実行される。図７において、時刻Ｔ２０から時刻Ｔ２１まで弱再生モードが実行されており、時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２まで、強再生モードが実行されている。

　以下、図７を用いて、リカバリ再生モードを説明する。制御モードがステーショナリ再生モードに変更されれば、通常、フィルタ１９の再生は確実に行われる。しかし、ステーショナリ再生モードへの変更は手動により行われる。このため、ステーショナリ再生モードが実行されないまま、エンジン１の駆動が継続すると、堆積量が過剰になってしまう。堆積量が過剰になっているときにリセット再生モードまたはステーショナリ再生モードが実行されると、フィルタ１９上のＰＭが連鎖的に燃焼する虞がある。以下、この連鎖的な燃焼を、急激な再生と呼ぶ。急激な再生に伴って高熱が発生するため、その高熱によりフィルタ１９が溶けたり割れたりする虞がある。そこで、過剰な堆積の発生時にフィルタ１９を再生するための制御モードとして、リカバリ再生モードが設けられている。急激な再生を招くことなく堆積量を減少させるように、リカバリ再生モードが設けられているのである。

　堆積量が過剰であるとは、堆積量がリカバリしきい値Ａ４（１２ｇ／Ｌ）を超えていることを意味する。リカバリしきい値Ａ４（１２ｇ／Ｌ）は、次のように設定されている。急激な再生は、堆積量が増大にするにつれ、および／またはフィルタ入口温度が高くなるにつれて、発生しやすくなる。リカバリしきい値Ａ４（１２ｇ／Ｌ）は、フィルタ入口温度がステーショナリ目標温度（６００℃）よりも十分高い温度（１０００℃）でも急激な再生が発生しない値に設定されている。このため、堆積量がリカバリしきい値Ａ４（１２ｇ／Ｌ）以下である場合、ステーショナリ再生モードが実行されたとしても、急激な再生は発生しない。また、リカバリ再生を実行可能な堆積量の上限値として、限界しきい値Ａ５（１６ｇ／Ｌ）が設定されている。限界しきい値Ａ５（１６ｇ／Ｌ）は、リカバリしきい値Ａ４（１２ｇ／Ｌ）よりも高い値であって、フィルタ入口温度がリカバリ目標温度（４５０℃）であるときに急激な再生が発生しないように設定されている。このため、堆積量がリカバリしきい値Ａ４を超えても限界しきい値Ａ５より小さい間は、リカバリ再生が可能である。

　弱再生モードは、堆積量をステーショナリしきい値Ａ３まで減少させるための制御モードである。弱再生モードでは、フィルタ入口温度を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、吸気絞りが使用され、かつ目標回転速度が上述の所定回転速度（２２００ｒｐｍ）に維持される。弱再生モードの制御条件は、ステーショナリ再生モードの制御条件に類似している。ここで、ステーショナリ再生モードは、堆積量を急速に減少させることを目的としている。一方、弱再生モードは、急激な再生を発生させないように、堆積量がリカバリしきい値Ａ４に到達するまでフィルタ１９を緩やかに再生することを目的としている。このため、弱再生モードにおける制御条件は、フィルタ入口温度が燃焼温度（４００℃）よりも若干高いリカバリ目標温度（４５０℃）に到達するように、設定されている。リカバリ目標温度（４５０℃）は、ステーショナリ目標温度（６００℃）よりも低い温度である。このため、弱再生モードにおけるポスト噴射量は、リセット再生モードおよびステーショナリ再生モードにおけるポスト噴射量よりも小さくなっている。

　リカバリ目標温度を低くすることによって限界しきい値Ａ５を高くすることができるが、リカバリ目標温度の低下は弱再生モードの実行時間の増大を招く。このため、弱再生モードの最大実行時間Ｈ７１が現実的な実行時間になるように、リカバリ目標温度（４５０℃）の高さが設定されている。本実施形態では、弱再生モードの最大実行時間Ｈ７１は３時間であるが、３時間以外の時間としても良い。

　強再生モードは、ステーショナリ再生モードと同様に、フィルタ１９を急速に再生するための制御モードである。強再生モードでは、フィルタ入口温度を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、吸気絞りが使用され、かつ目標回転速度が上述の所定回転速度（２２００ｒｐｍ）に維持される。強再生モードの制御条件は、ステーショナリ再生モードの制御条件と同一である。弱再生モードの実行により堆積量がリカバリしきい値Ａ４（１２ｇ／Ｌ）よりも低くなっているので、ステーショナリ再生モードと同一の強再生モードを実行できる。

　本実施形態では、強再生モードの実行時間は、ステーショナリ再生モードの実行時間と同様に、所定時間Ｈ７２（３０分）に設定されている。

　リカバリ待機モードは、リカバリ再生モードが実行されるまで待機している際の制御モードである。堆積量がリカバリしきい値Ａ４を超えている場合、制御モードがリカバリ待機モードに変更される。ステーショナリ待機モードと同様に、オペレータから指令が出力されるまで待機するリカバリ待機モードが設けられている。リカバリ待機モードでは、ＥＣＵ５０は、リカバリ警告を発するように、警告装置１５を作動させる。リカバリ警告は、オペレータにリカバリ再生モードの実行を促す警告である。ＥＣＵ５０は、具体的には警告ランプを点灯させる。ステーショナリ警告の場合と同様に、オペレータはリカバリ警告に基づいて、リカバリ再生ボタン１７を介してリカバリ再生指示を入力する。リカバリ再生指示が入力されると、リカバリ再生モードが開始される。

　図８は、制御モードの遷移を示すフロー図である。図８において、ＥＣＵ５０は、制御モードとして、自己再生モードＭ１、アシスト再生モードＭ２、リセット再生モードＭ３、ステーショナリ待機モードＭ４、ステーショナリ再生モードＭ５、リカバリ待機モードＭ６、およびリカバリ再生モードＭ７のいずれか１つを選択する。各制御モードは、所定の開始条件が満たされると開始され、所定の終了条件が満たされると終了し、別の制御モードに移行する。基本的には、堆積量の増加または減少に伴って、制御モードの遷移が発生する。

　図８において、実線および破線の矢印で示される条件は、堆積量の判定条件を含んでいる。堆積量の推定は、上述したように、計算式推定方法および差圧式推定方法に基づいて行われる。堆積量が増加すると差圧式推定方法による推定の精度は低下するため、堆積量が比較的大きい場合には差圧式推定方法は用いられない。一方、堆積量が比較的小さい場合には、計算式推定方法および差圧式推定方法の双方が用いられる。実線の矢印は、計算式推定方法および差圧式推定方法の双方が用いられる場合を示している。破線の矢印は、計算式推定方法のみが用いられる場合を示している。また、二点鎖線の矢印で示される条件は、堆積量以外の判定条件を示している。

　エンジン１が起動されたとき、まず、自己再生モードＭ１が制御モードとして選択される。

　自己再生モードＭ１において条件Ｃ１が満たされる場合、制御モードが自己再生モードＭ１からアシスト再生モードＭ２に変更される。条件Ｃ１は「堆積量≧アシストしきい値Ａ２（８ｇ／Ｌ）」である。アシスト再生モードＭ２において条件Ｃ２または条件Ｃ３が満たされる場合、制御モードは、アシスト再生モードＭ２から自己再生モードＭ１に変更される。条件Ｃ２は「アシスト再生モードＭ２の実行時間≧所定時間Ｈ２ａ（３０分）」である。また、条件Ｃ３は、「堆積量＜許容しきい値Ａ１（６ｇ／Ｌ）」である。

　自己再生モードＭ１において条件Ｃ４が満たされる場合、制御モードが自己再生モードＭ１からリセット再生モードＭ３に変更される。条件Ｃ４は「連続運転時間≧許容連続時間Ｈｄ（１００時間）」である。アシスト再生モードＭ２において条件Ｃ５または条件Ｃ６が満たされる場合、制御モードがアシスト再生モードＭ２からリセット再生モードＭ３に変更される。条件Ｃ５は「連続運転時間≧許容連続時間Ｈｄ（１００時間）」である。また、条件Ｃ６は「堆積量≧アシストしきい値Ａ２（８ｇ／Ｌ）、かつアシスト再生モードＭ２の実行時間≧所定時間Ｈ２ｃ（１０分）」である。また、リセット再生モードＭ３において条件Ｃ７または条件Ｃ８が満たされる場合、制御モードがリセット再生モードＭ３から自己再生モードＭ１に変更される。条件Ｃ７は「リセット再生モードの有効時間≧所定時間Ｈ３ｂ（２５分）」である。リセット再生モードＭ３の有効時間は、リセット再生モードＭ３の実行中におけるフィルタ入口温度がリセット目標温度（６００℃）以上に保たれる時間である。ＥＣＵ５０は、フィルタ入口温度センサ３５の検出情報に基づいて、有効時間を計測する。条件Ｃ８は「リセット再生モードの実行時間≧所定時間Ｈ３ａ（３０分）」である。

　アシスト再生モードＭ２において条件Ｃ９が満たされる場合、制御モードがアシスト再生モードＭ２からステーショナリ待機モードＭ４に変更される。条件Ｃ９は「堆積量≧ステーショナリしきい値Ａ３（１０ｇ／Ｌ）」である。リセット再生モードＭ３において条件Ｃ１０または条件Ｃ１１が満たされる場合、制御モードがリセット再生モードＭ３からステーショナリ待機モードＭ４に変更される。条件Ｃ１０は「堆積量≧ステーショナリしきい値Ａ３（１０ｇ／Ｌ）」である。また、条件Ｃ１１は「堆積量≧アシストしきい値Ａ２（８ｇ／Ｌ）、かつリセット再生モードの実行時間≧所定時間Ｈ３ｃ（１０分）」である。

　ステーショナリ待機モードＭ４において条件Ｃ１２が満たされる場合、制御モードはステーショナリ待機モードＭ４からステーショナリ再生モードＭ５に変更される。条件Ｃ１２は「ステーショナリ再生モード指令：有」であり、オペレータが、ステーショナリ再生ボタン１６を介してステーショナリ再生指示を入力するとの条件である。

　ステーショナリ再生モードＭ５において条件Ｃ１３または条件Ｃ１４が満たされる場合、制御モードはステーショナリ再生モードＭ５から自己再生モードＭ１に変更される。条件Ｃ１３は「ステーショナリ再生モードＭ５の有効時間≧所定時間Ｈ５ｂ（２５分）」である。ステーショナリ再生モードＭ５の有効時間は、ステーショナリ再生モードＭ５においてフィルタ入口温度がステーショナリ目標温度（６００℃）以上に保たれる時間である。また、条件Ｃ１４は「ステーショナリ再生モードＭ５の実行時間≧所定時間Ｈ５ａ（３０分）」である。なお、ステーショナリ再生モードＭ５では回転速度が所定回転速度（２２００ｒｐｍ）に保たれているため、外気温度が特別に低い場合などを除き、条件Ｃ１３が満たされる。

　ステーショナリ待機モードＭ４において条件Ｃ１５または条件Ｃ１６が満たされる場合、制御モードはステーショナリ待機モードＭ４からリカバリ待機モードＭ６に変更される。条件Ｃ１５は「ステーショナリ待機モードＭ４の実行時間≧所定時間Ｈ４ａ（１０時間）」である。また、条件Ｃ１６は「堆積量≧リカバリしきい値Ａ４（１２ｇ／Ｌ）」である。また、ステーショナリ再生モードＭ５において条件Ｃ１７が満たされる場合、制御モードはステーショナリ再生モードＭ５からリカバリ待機モードＭ６に変更される。条件Ｃ１７は「堆積量≧アシストしきい値Ａ２（８ｇ／Ｌ）、かつステーショナリ再生モードの実行時間≧所定時間Ｈ５ａ（３０分）」である。

　リカバリ待機モードＭ６において条件Ｃ１８が満たされる場合、制御モードはリカバリ待機モードＭ６からリカバリ再生モードＭ７の弱再生モードＭ７ａに変更される。条件Ｃ１８は「リカバリ再生指令：有」であり、オペレータが、リカバリ再生ボタン１７を介してリカバリ再生指示を入力するとの条件である。弱再生モードＭ７ａにおいて条件Ｃ１９が満たされる場合、制御モードは弱再生モードＭ７ａから強再生モードＭ７ｂに変更される。条件Ｃ１９は「堆積量≧ステーショナリしきい値Ａ３（１０ｇ／Ｌ）」である。強再生モードＭ７ｂにおいて条件Ｃ２０が満たされる場合、制御モードはリカバリ再生モードＭ７の強再生モードＭ７ｂから自己再生モードＭ１に変更される。条件Ｃ２０は「リカバリ再生モードの実行時間≧所定時間Ｈ７２（３０分）」である。

　本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、次の構成により、次の効果を有している。

（１）本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、エンジン１の排気経路５内に配置されている酸化触媒１８およびフィルタ１９と、燃料噴射パターンにしたがって燃料を噴射する燃料噴射装置１３と、粒子状物質の堆積量を推定し、かつ前記燃料噴射パターンを設定するように構成されている制御装置（ＥＣＵ５０）と、を備えている。リカバリ再生モードが実行されるとき、フィルタ１９を再生するためにポスト噴射を含む燃料噴射パターンが設定される。リカバリ再生モードは、堆積量が相対的に多いときに実行される弱再生モードと、堆積量が相対的に少ないときに実行される強再生モードとからなっている。弱再生モードにおけるポスト噴射量は、強再生モードにおけるポスト噴射よりも小さい。

　本実施形態では、フィルタ１９を再生するためにポスト噴射を含む燃料噴射パターンが設定されるとき（リカバリ再生モードが実行されるとき）に、不連続的に２段階でポスト噴射量が変更されている。しかし、３以上の多段階でポスト噴射が変更されてもよく、あるいは連続的にポスト噴射量が減らされてもよい。つまり、前記フィルタ１９を再生するためにポスト噴射を含む前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量が増えるにつれてポスト噴射量を減らすように、前記燃料噴射パターンが設定されればよい。

　上述の構成のため、堆積量が増えるにつれてフィルタ１９を流れる排気ガスの温度（フィルタ入口温度）が低下する。つまり、堆積量が増えるにつれて酸素による燃焼が起こりにくくなっている。このため、堆積量が多いときにフィルタに高熱が発生しにくい。また、堆積量が減るにつれて酸素による燃焼が起こりやすくなっている。このため、堆積量が少ないときにフィルタ１９が急速に再生される。

　このため、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、フィルタ１９に高熱が発生することを抑制しながら、フィルタ１９を効率的に再生できる。

（２）前記ポスト噴射量は、前記堆積量が基準しきい値（ステーショナリしきい値Ａ３）よりも大きいときに、弱噴射量に設定される。前記ポスト噴射量は、前記堆積量が前記基準しきい値以下であるときに、前記弱噴射量よりも大きな強噴射量に設定される。

　つまり、不連続的に２段階でポスト噴射量が変更されている。尚、３以上の多段階でポスト噴射量を変更しても良い。連続的にポスト噴射量を変更する場合と比べて、不連続的に２段階でポスト噴射量を変更する場合は、燃料噴射パターンを比較的容易に決定できる。

　このため、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、制御に要する負荷を軽減できる。

（３）前記堆積量が前記基準しきい値（ステーショナリしきい値Ａ３）よりも大きな開始しきい値（リカバリしきい値Ａ４）を超えた後に前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量が増えるにつれて前記ポスト噴射量を減らすように前記燃料噴射パターンが設定される。前記堆積量が前記開始しきい値を超える前に前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量の大きさに関係なく前記ポスト噴射量が一定値に保たれる。

　堆積量が多くなるにつれてフィルタに高熱が発生する可能性が高くなる。本実施形態では、堆積量が開始しきい値を超えた場合のみ、堆積量に応じたポスト噴射量の変更が実行される。堆積量が開始しきい値を超えない場合、堆積量に応じたポスト噴射量の変更は実行されない。つまり、フィルタに高熱が発生する虞が低いときに、ポスト噴射量の大きさが変更されない。

（４）前記堆積量が前記開始しきい値（リカバリしきい値Ａ４）よりも大きな限界しきい値Ａ５以上であるとき、前記ポスト噴射が禁止される。

　このため、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、フィルタ１９に高温が発生することを防止できる。

（５）前記ポスト噴射量は、前記堆積量が前記開始しきい値（リカバリしきい値Ａ４）から前記基準しきい値（ステーショナリしきい値Ａ３）まで減少するのに要する時間が、３時間以内となる値となっている。

　このため、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、フィルタ１９を比較的短時間で再生できる。また、本発明に含まれる排気ガス浄化装置は、次のように言い換えることもできる。

　すなわち、本発明に含まれる排気ガス浄化装置は、
　燃料を噴射する燃料噴射装置１３と、
　排気経路５内に配置される酸化触媒１８およびフィルタ１９と、
　複数の燃料噴射パターンを記憶し、かつ、各燃料噴射パターンを、その燃料噴射パターンが実行される条件と関連づけて記憶している記憶部８０と、
　前記フィルタ１９に堆積する粒子状物質の堆積量を推定可能であると共に、前記記憶部８０に記憶されている情報に基づいて前記複数の燃料噴射パターンから一の燃料噴射パターンを選択して、その一の燃料噴射パターンの燃料噴射を前記燃料噴射装置１３に実行させる制御装置（ＥＣＵ）５０とを備え、
　前記複数の燃料噴射パターンは、ポスト噴射を行う第１のポスト噴射存在パターン（リカバリ再生モードにおけるポスト噴射存在パターン）を含み、
　前記第１のポスト噴射存在パターンは、前記制御装置５０が推定した前記粒子状物質の堆積量に基づいてポスト噴射の噴射量が変動するようになっていて、そのポスト噴射で強噴射量（リカバリ強再生モードでのポスト噴射の噴射量）を噴射する場合に前記制御装置５０が推定する前記粒子状物質の堆積量は、そのポスト噴射で前記強噴射量よりも少ない弱噴射量（リカバリ弱再生モードでのポスト噴射の噴射量）を噴射する場合に前記制御装置５０が推定する前記粒子状物質の堆積量よりも小さい。

　尚、この発明では、複数の燃料噴射パターンは、如何なる自然数の数の第１のポスト噴射存在パターンを有しても良く、各第１のポスト噴射存在パターンでは、ポスト噴射で噴射可能な互い異なる噴射量が、如何なる自然数個、存在しても良く、または、各第１のポスト噴射存在パターンでは、ポスト噴射で噴射可能な互い異なる噴射量が、連続的に無限個、存在しても良い。

　また、一実施形態では、
　前記制御装置５０が推定する前記堆積量が、基準しきい値（ステーショナリしきい値Ａ３）より大きいか、または、前記基準しきい値（ステーショナリしきい値Ａ３）以上である場合に、前記弱噴射量の燃料が噴射される一方、前記制御装置５０が推定する前記堆積量が、基準しきい値（ステーショナリしきい値Ａ３）以下か、または、前記基準しきい値（ステーショナリしきい値Ａ３）よりも小さい場合に、前記強噴射量の燃料が噴射される。

　また、一実施形態では、
　前記複数の燃料噴射パターンは、ポスト噴射を行う第２のポスト噴射存在パターンを含み、
　前記第２のポスト噴射存在パターンは、制御装置が推定する前記堆積量が、前記基準しきい値よりも大きい開始しきい値（リカバリしきい値Ａ４）よりも大きいか、または、その開始しきい値以上である場合に、前記制御装置が推定した前記粒子状物質の堆積量に基づいてポスト噴射の噴射量が変動するようになっていて、そのポスト噴射で大噴射量を噴射する場合に前記制御装置が推定する前記粒子状物質の堆積量は、そのポスト噴射で前記大噴射量よりも少ない小噴射量を噴射する場合に前記制御装置が推定する前記粒子状物質の堆積量よりも小さい一方、制御装置が推定する前記堆積量が、前記開始しきい値以下であるか、または、前記開始しきい値よりも小さい場合、前記ポスト噴射の噴射量が一定であるようにしても良い。

　また、一実施形態では、
　制御装置が推定する前記堆積量が、前記開始しきい値よりも大きい限界しきい値よりも大きい場合、前記制御装置は、前記複数の燃料噴射パターンから前記ポスト噴射を行わない燃料噴射パターンを選択して、そのポスト噴射を行わない燃料噴射パターンを、前記燃料噴射装置に実行させるようにしても良い。

　また、一実施形態では、
　ポスト噴射を行うと共に、前記堆積量が前記開始しきい値以上である場合に選択される全ての燃料噴射パターンの夫々のポスト噴射では、前記堆積量が３時間以内で前記開始しきい値から前記基準しきい値まで減少するようにしても良い。

　尚、本実施形態に係るエンジン１は、更に次の変形を採用できる。

　エンジン１において、過給機１０およびＥＧＲ装置（ＥＧＲ管８、ＥＧＲスロットル弁９、ＥＧＲクーラー２４）は、必須の構成要素ではない。エンジン１は、過給機１０および／またはＥＧＲ装置を備えていなくても良い。エンジン１が過給機１０および／またはＥＧＲ装置を備えていない場合、吸気温度は環境温度に概ね等しく、初期排気温度は触媒入口温度に概ね等しい。

　本実施形態では、排気ガスの温度を高めるために、吸気絞りおよび燃料噴射パターンの変更が行われている。吸気絞りの代わりに、または吸気絞りに加えて排気絞りが行われてもよい。排気絞りは、排気スロットル弁６により実行される。

　また、図１を参照して、上述の、環境温度センサ３１、吸気温度センサ３２、初期排気温度センサ３３、触媒入口温度センサ３４、フィルタ入口温度センサ３５、ＥＧＲ温度センサ３６、差圧センサ４０、大気圧センサ４１、吸気圧力センサ４２、初期排気圧力センサ４３および回転速度センサ５１から選んだ任意の一以上のセンサが存在しなくても良い。

　また、この発明では、プレ噴射の前に行われて、あらかじめ燃焼室内に混合気を作って燃料が燃えやすくするためのパイロット噴射を含む燃料噴射パターンを実現できるようにしても良い。尚、ここで、パイロット噴射は、ドライバビリティと燃焼音低減に効果がある噴射である。

　また、今まで説明してきた全ての構成のうちの２以上の構成を組み合わせて、新たな実施形態を構成できることは勿論である。

　１　エンジン
　５　排気経路
　１３　燃料噴射装置
　１８　酸化触媒
　１９　フィルタ
　５０　ＥＣＵ（制御装置）

Claims

　エンジンの排気経路内に配置されている酸化触媒およびフィルタと、
　燃料噴射パターンにしたがって燃料を噴射する燃料噴射装置と、
　粒子状物質の堆積量を推定し、かつ前記燃料噴射パターンを設定するように構成されている制御装置と、を備える排気ガス浄化装置であって、
　前記フィルタを再生するためにポスト噴射を含む前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量が増えるにつれてポスト噴射量を減らすように、前記燃料噴射パターンが設定される、排気ガス浄化装置。
　前記ポスト噴射量は、前記堆積量が基準しきい値よりも大きいときに、弱噴射量に設定され、
　前記ポスト噴射量は、前記堆積量が前記基準しきい値以下であるときに、前記弱噴射量よりも大きな強噴射量に設定される、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
　前記堆積量が前記基準しきい値よりも大きな開始しきい値を超えた後に前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量が増えるにつれて前記ポスト噴射量を減らすように前記燃料噴射パターンが設定され、
　前記堆積量が前記開始しきい値を超える前に前記燃料噴射パターンが設定されるとき、前記堆積量の大きさに関係なく前記ポスト噴射量が一定値に保たれる、請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
　前記堆積量が前記開始しきい値よりも大きな限界しきい値以上であるとき、前記ポスト噴射が禁止される、請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
　前記堆積量が前記開始しきい値から前記基準しきい値まで減少するのに要する時間が、３時間以内となるように、前記ポスト噴射量が設定されている、請求項３または４に記載の排気ガス浄化装置。