WO2015053323A1 - 排気浄化システム - Google Patents

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正 内山
英和 藤江
直人 村澤
哲史 塙
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いすゞ自動車株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification system, and more particularly, to an exhaust purification system including a filter that collects particulate matter in exhaust discharged from an internal combustion engine.
  • DPF diesel particulate filter
  • PM particulate Matter
  • forced regeneration Since the DPF has a limit in the amount of collected PM, it is necessary to perform so-called forced regeneration in which accumulated PM is periodically burned and removed. Forced regeneration is performed by supplying unburned hydrocarbons (HC) to the oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst: DOC) on the exhaust upstream side by in-pipe injection or post-injection to oxidize the exhaust gas to the PM combustion temperature. It is done by raising it.
  • HC unburned hydrocarbons
  • DOC Diesel Oxidation Catalyst: DOC
  • Known techniques for detecting the amount of PM deposited in the DPF include, for example, a technique for estimating based on the differential pressure across the DPF and a technique for estimating from the capacitance between electrodes provided in the DPF. (For example, see Patent Documents 1 and 2).
  • the disclosed system aims to detect the amount of PM accumulated in the DPF with high accuracy.
  • the disclosed system includes an oxidation catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, a filter provided in an exhaust passage downstream of the oxidation catalyst and collecting particulate matter in the exhaust, and a static of the oxidation catalyst.
  • Capacitance detection means for detecting capacitance
  • deposition amount estimation means for estimating the particulate matter deposition amount of the filter based on the capacitance input from the capacitance detection means
  • the accumulation amount estimation Filter regeneration means for performing forced regeneration for injecting fuel to the oxidation catalyst and burning and removing at least particulate matter deposited on the filter when a particulate matter accumulation amount input from the means exceeds a predetermined amount; Prepare.
  • the amount of PM accumulated in the DPF can be detected with high accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing an exhaust purification system according to an embodiment of the present invention. It is a functional block diagram which shows ECU of this embodiment.
  • (A) is an example of a DOC deposition amount map of the present embodiment
  • (B) is a diagram showing an example of a DOC-DPF deposition amount correlation map of the present embodiment.
  • It is a figure which shows an example of the injection quantity correction map of this embodiment.
  • It is a flowchart which shows the control content of this embodiment. It is a figure which shows the graph which compared the electrostatic capacitance between electrodes, and the sensor value of an exhaust temperature sensor.
  • It is a typical whole block diagram which shows the exhaust gas purification system of the internal combustion engine which concerns on other embodiment.
  • a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is provided with an intake manifold 10a and an exhaust manifold 10b.
  • An intake passage 11 for introducing fresh air is connected to the intake manifold 10a, and an exhaust passage 12 for releasing exhaust gas to the atmosphere is connected to the exhaust manifold 10b.
  • an air cleaner 13, a MAF sensor 14, a compressor 15a of a supercharger 15, an intercooler 16 and the like are provided in order from the intake upstream side.
  • a turbine 15 b of the supercharger 15, an exhaust aftertreatment device 20, and the like are provided in order from the exhaust upstream side.
  • the exhaust aftertreatment device 20 is configured by arranging a DOC 21 and a DPF 22 in order from the exhaust upstream side in the catalyst case 20a.
  • An exhaust pipe injection device 23 is provided on the exhaust upstream side of the DOC 21.
  • the exhaust pipe injection device 23 is a part of the filter regeneration means of the present invention, and is unburned in the exhaust passage 12 in response to an instruction signal (pulse current) input from an electronic control unit (hereinafter, ECU) 50. Fuel (mainly HC) is injected. In addition, when using post injection by the multistage injection of the engine 10, this in-pipe injection device 23 may be omitted.
  • the DOC 21 is formed, for example, by supporting a catalyst component on the surface of a ceramic carrier such as a cordierite honeycomb structure, and a large number of cells partitioned by porous partition walls are arranged along the exhaust flow direction. Configured.
  • the DOC 21 collects PM in the exhaust gas in the pores and surfaces of the partition walls, and when unburned fuel (HC) is supplied by the in-pipe injection device 23 or post-injection, oxidizes this to raise the exhaust temperature.
  • HC unburned fuel
  • the DOC 21 of the present embodiment is provided with a plurality of electrodes 27 that are arranged to face each other with at least one partition wall interposed therebetween and form a capacitor.
  • the outer peripheral surface of the electrode 27 is covered with a corrosion-resistant insulating layer (not shown).
  • the plurality of electrodes 27 are electrically connected to the ECU 50 via a capacitance detection circuit (not shown).
  • a plurality of electrodes 27 and a capacitance detection circuit (not shown) are preferable as an example of the capacitance detection means of the present invention.
  • the DPF 22 is formed, for example, by arranging a large number of cells partitioned by porous partition walls along the exhaust flow direction, and alternately plugging the upstream side and the downstream side of these cells.
  • the DPF 22 collects PM in the exhaust gas in the pores and surfaces of the partition walls, and when the estimated amount of accumulated PM reaches a predetermined amount, so-called forced regeneration is performed to remove the PM.
  • forced regeneration unburned fuel (HC) is supplied to the DOC 21 by the exhaust pipe injection device 23 or post injection, and the exhaust temperature flowing into the DPF 22 is raised to the PM combustion temperature (for example, about 500 to 600 ° C.). Done.
  • the ECU 50 performs various controls of the engine 10, the exhaust pipe injection device 23, and the like, and includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like.
  • the ECU 50 includes a PM accumulation amount estimation unit 51, a DOC internal temperature estimation unit 52, a forced regeneration control unit 53, and an injection amount correction unit 54 as some functional elements.
  • a PM accumulation amount estimation unit 51 a PM accumulation amount estimation unit 51
  • a DOC internal temperature estimation unit 52 a DOC internal temperature estimation unit 52
  • a forced regeneration control unit 53 a forced regeneration control unit 53
  • an injection amount correction unit 54 as some functional elements.
  • Each of these functional elements will be described as being included in the ECU 50 which is an integral hardware, but any one of these may be provided in separate hardware.
  • the PM accumulation amount estimation unit 51 is an example of the accumulation amount estimation means of the present invention, and the PM accumulation amount collected in the DPF 22 based on the capacitance C between the electrodes 27 provided on the DOC 21 (hereinafter, referred to as “PM accumulation amount”). DPF accumulation amount PM DPF ) is estimated.
  • the capacitance C between the electrodes 27 is expressed by the following mathematical formula 1, where the dielectric constant ⁇ of the medium between the electrodes 27, the area S of the electrodes 27, and the distance d between the electrodes 27.
  • the area S and the distance d of the electrode 27 are constant, and when the deposition of PM proceeds between the electrodes 27, the capacitance C also changes as the dielectric constant ⁇ and the distance d change. That is, if the electrostatic capacitance C between the electrodes 27 is detected, the PM deposition amount collected in the DOC 21 (hereinafter, DOC deposition amount PM DOC ) can be calculated.
  • the ECU 50 includes a DOC deposition amount map (see, for example, FIG. 3A) showing the relationship between the capacitance C between the electrodes 27 and the DOC deposition amount PM DOC obtained in advance through experiments or the like, and a DOC deposition amount PM DOC. And a DOC-DPF deposition amount correlation map (for example, see FIG. 3 (B)) showing the relationship between DPF and DPF deposition amount PM DPF .
  • the PM deposition amount estimation unit 51 estimates the DOC deposition amount PM DOC by reading a value corresponding to the capacitance C between the electrodes 27 from the DOC deposition amount map, and also calculates the DOC deposition amount from the DOC-DPF deposition amount correlation map.
  • the DPF accumulation amount PM DPF is estimated. Note that the estimation of the DOC accumulation amount PM DOC and the DPF accumulation amount PM DPF is not limited to the map, and may be obtained from an approximate expression or the like created in advance through experiments or the like.
  • the DOC internal temperature estimation unit 52 is an example of the internal temperature estimation means of the present invention, and calculates the internal temperature of the DOC 21 (hereinafter, DOC internal temperature T DOC ) based on the capacitance C between the electrodes 27.
  • DOC internal temperature T DOC the internal temperature of the DOC 21
  • the capacitance C when the dielectric constant ⁇ changes under the influence of the exhaust temperature, the capacitance C also changes accordingly. That is, if the capacitance C between the electrodes 27 is detected, the DOC internal temperature T DOC can be calculated.
  • the ECU 50 stores a temperature characteristic map (see, for example, FIG. 4) indicating the relationship between the capacitance C obtained in advance through experiments or the like and the DOC internal temperature T DOC .
  • the DOC internal temperature estimation unit 52 estimates the DOC internal temperature T DOC by reading a value corresponding to the capacitance C between the electrodes 27 from this temperature characteristic map. Note that the estimation of the DOC internal temperature T DOC is not limited to a map, and may be obtained from an approximate expression or the like created in advance through experiments or the like.
  • the forced regeneration control unit 53 is an example of a filter regeneration unit of the present invention, and controls forced regeneration based on the DPF accumulation amount PM DPF input from the PM accumulation amount estimation unit 51. More specifically, when the DPF accumulation amount PM DPF exceeds the upper limit accumulation amount PM MAX of PM that can be collected in the DPF 22 (PM DEP > PM MAX ), the forced regeneration control unit 53 applies a predetermined amount to the in-pipe injection device 23. The forced regeneration is started by executing the exhaust pipe injection. The injection amount in the exhaust pipe at the time of this forced regeneration is corrected as necessary by an injection amount correction unit 54 described later.
  • the injection amount correction unit 54 performs forced regeneration based on the temperature difference ⁇ T between the DOC internal temperature T DOC input from the DOC internal temperature estimation unit 52 and the target temperature T TARGT that substantially completely burns and removes the PM in the DPF 22. Correct the fuel injection amount at the time. More specifically, the ECU 50 has an injection amount correction map (for example, see FIG. 5) showing the relationship between the temperature difference ⁇ T obtained in advance by experiments or the like and the injection correction amount ⁇ INJ necessary to compensate for the temperature difference ⁇ T. It is remembered.
  • the corrected fuel injection is executed by increasing or decreasing the energization pulse width of each injection applied to the injector of the in-pipe injection device 23, or by increasing or decreasing the number of injections.
  • step (hereinafter, the step is simply referred to as S) 100 the DOC deposition amount PM DOC corresponding to the capacitance C between the electrodes 27 is read from the DOC deposition amount map (see FIG. 3A). Furthermore, in S110, the DPF deposition amount PM DPF corresponding to the DOC deposition amount PM DOC in S100 is read from the DOC-DPF deposition amount correlation map (see FIG. 3B).
  • the DOC internal temperature T DOC corresponding to the capacitance C between the electrodes 27 is read from the temperature characteristic map (see FIG. 4).
  • the DOC internal temperature T DOC and the target temperature T TARGT are compared.
  • the temperature difference ⁇ T absolute value
  • the DOC internal temperature T DOC can be raised to the target temperature T TARGT even if the exhaust pipe injection is executed with the basic injection amount INJ Q_std .
  • the process proceeds to S170, and the exhaust pipe injection is executed with the basic injection amount INJ Q_std .
  • the exhaust purification system of the present embodiment estimates the DPF accumulation amount PM DPF accumulated on the DPF 22 based on the electrostatic capacity C between the electrodes 27 provided in the DOC 21.
  • the PM deposition amount of the DPF 22 is estimated with high accuracy based on the capacitance C between the electrodes 27 with good sensitivity even in the low load operation region or in the final stage of forced regeneration.
  • the exhaust gas purification system of the present embodiment it is possible to estimate the PM deposition amount with high accuracy without being affected by the operating state. Furthermore, by providing the electrode 27 on the DOC 21, it is not necessary to individually set the dimensions and arrangement of the electrode 27 according to the cell shape, pitch, etc. of the DPF 22, and it is possible to flexibly respond to the specifications of the DPF 22, etc. become.
  • the capacitance C between the electrodes 27 has a characteristic that, as shown in FIG. 7, shows a faster response to changes in the exhaust temperature than the sensor value of the exhaust temperature sensor. That is, if the electrostatic capacitance C between the electrodes 27 arranged in the DOC 21 is used, the internal temperature can be detected more accurately than the sensor value of the exhaust temperature sensor provided before and after the DOC 21.
  • the injection amount in the exhaust pipe at the time of forced regeneration (or The post injection amount is corrected. That is, compared with the conventional method of correcting using the sensor value of the exhaust temperature sensor, the DOC internal temperature T DOC is accurately detected, so that the injection amount in the exhaust pipe at the time of forced regeneration is optimized. Yes.
  • the fuel injection amount at the time of forced regeneration can be accurately controlled, and the regeneration efficiency of the DPF 22 can be effectively improved. Further, it is not necessary to provide an exhaust temperature sensor before and after the DOC 21, and the cost and size of the entire apparatus can be effectively reduced.
  • the number of the electrodes 27 may be at least a pair, and is not limited to the illustrated example.
  • the engine 10 is not limited to a diesel engine, and can be widely applied to other internal combustion engines such as a gasoline engine.
  • a bypass passage 25 for bypassing the DOC 21 may be connected to the exhaust passage 12, and the bypass passage 25 may be provided with a measurement DOC 21a having a small capacity.
  • the electrode 27 in the measurement DOC 21a it is preferable to dispose the electrode 27 in the measurement DOC 21a and provide the bypass passage 25 with an orifice 25a (throttle) for adjusting the exhaust flow rate.
  • a voltage may be applied to the electrode 27 to cause it to function as a heater.

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Abstract

　排気浄化システムに関し、ＤＰＦのＰＭ堆積量を高精度に検出する。　エンジン（１０）の排気通路（１２）に設けられたＤＯＣ（２１）と、ＤＯＣ（２１）よりも下流側の排気通路（１２）に設けられて排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ（２２）と、ＤＯＣ（２１）の静電容量を検出する電極（２７）と、電極（２７）から入力される静電容量に基づいてＤＰＦ（２２）のＰＭ堆積量を推定するＰＭ堆積量推定部（５１）と、ＰＭ堆積量推定部（５１）から入力されるＰＭ堆積量が所定量を超えると、ＤＯＣ（２１）に燃料を噴射して、少なくともＤＰＦ（２２）に堆積したＰＭを燃焼除去する強制再生を実行する強制再生制御部（５３）とを備えた。

Description

排気浄化システム
　本発明は、排気浄化システムに関し、特に、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備える排気浄化システムに関する。
　ディーゼルエンジンから排出される排気中の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭ）を捕集するフィルタとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦ）が知られている。
　ＤＰＦは、ＰＭ捕集量に限度があるため、堆積したＰＭを定期的に燃焼除去するいわゆる強制再生を行う必要がある。強制再生は、排気管内噴射やポスト噴射によって、排気上流側の酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣ）に未燃焼の炭化水素（ＨＣ）を供給して酸化させ、排気温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させることで行われる。
　ＤＰＦに捕集されたＰＭ堆積量を検出する技術としては、例えば、ＤＰＦの前後差圧に基づいて推定する手法や、ＤＰＦ内に設けた電極間の静電容量から推定する手法等が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２０１１－２４７１４５号公報 特開２００９－９７４１０号公報
　ところで、ＤＰＦの前後差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する手法では、特に排気流量が低下する運転領域で感度が落ちるため、ＰＭ堆積量を正確に推定できない課題がある。一方、電極間の静電容量から推定する手法では、運転状態等の影響を受けることなくＰＭ堆積量を推定することが可能である。しかしながら、電極の寸法や配置等をＤＰＦのセル形状やピッチ等に応じて個別に設定する必要があるため、ＤＰＦの仕様等に柔軟に対応できない課題がある。
　開示のシステムは、ＤＰＦのＰＭ堆積量を高精度に検出することを目的とする。
　開示のシステムは、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒よりも下流側の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記酸化触媒の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記フィルタの粒子状物質堆積量を推定する堆積量推定手段と、前記堆積量推定手段から入力される粒子状物質堆積量が所定量を超えると、前記酸化触媒に燃料を噴射して、少なくとも前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去する強制再生を実行するフィルタ再生手段とを備える。
　開示のシステムによれば、ＤＰＦのＰＭ堆積量を高精度に検出することができる。
本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。 本実施形態のＥＣＵを示す機能ブロック図である。 （Ａ）は本実施形態のＤＯＣ堆積量マップの一例、（Ｂ）は本実施形態のＤＯＣ－ＤＰＦ堆積量相関マップの一例を示す図である。 本実施形態の温度特性マップの一例を示す図である。 本実施形態の噴射量補正マップの一例を示す図である。 本実施形態の制御内容を示すフローチャートである。 電極間の静電容量と排気温度センサのセンサ値とを比較したグラフを示す図である。 他の実施形態に係る内燃機関の排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
　以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
　図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気を大気に放出する排気通路１２が接続されている。
　吸気通路１１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１３、ＭＡＦセンサ１４、過給機１５のコンプレッサ１５ａ、インタークーラ１６等が設けられている。排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機１５のタービン１５ｂ、排気後処理装置２０等が設けられている。
　排気後処理装置２０は、触媒ケース２０ａ内に排気上流側から順に、ＤＯＣ２１と、ＤＰＦ２２とを配置して構成されている。また、ＤＯＣ２１の排気上流側には排気管内噴射装置２３が設けられている。
　排気管内噴射装置２３は、本発明のフィルタ再生手段の一部であって、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）５０から入力される指示信号（パルス電流）に応じて、排気通路１２内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置２３を省略してもよい。
　ＤＯＣ２１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されており、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気流れ方向に沿って配置して構成されている。ＤＯＣ２１は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、排気管内噴射装置２３又はポスト噴射によって未燃燃料（ＨＣ）が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
　また、本実施形態のＤＯＣ２１には、少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する複数本の電極２７が設けられている。電極２７の外周面は、耐腐食性の絶縁層（不図示）で被覆されている。これら複数本の電極２７は、図示しない静電容量検出回路を介してＥＣＵ５０に電気的に接続されている。複数本の電極２７及び静電容量検出回路（不図示）は、本発明の静電容量検出手段の一例として好ましい。
　ＤＰＦ２２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。ＤＰＦ２２は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、推定されるＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置２３又はポスト噴射によってＤＯＣ２１に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、ＤＰＦ２２に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５００～６００℃）まで昇温することで行われる。
　ＥＣＵ５０は、エンジン１０や排気管内噴射装置２３等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。
　また、ＥＣＵ５０は、図２に示すように、ＰＭ堆積量推定部５１と、ＤＯＣ内部温度推定部５２と、強制再生制御部５３と、噴射量補正部５４とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
　ＰＭ堆積量推定部５１は、本発明の堆積量推定手段の一例であって、ＤＯＣ２１に設けられた電極２７間の静電容量Ｃに基づいて、ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭ堆積量（以下、ＤＰＦ堆積量ＰＭDPF）を推定する。一般的に、電極２７間の静電容量Ｃは、電極２７間の媒体の誘電率ε、電極２７の面積Ｓ、電極２７間の距離ｄとする以下の数式１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　数式１において、電極２７の面積Ｓ及び距離ｄは一定であり、電極２７間にＰＭの堆積が進むと、誘電率ε及び距離ｄが変化することで静電容量Ｃも変化する。すなわち、電極２７間の静電容量Ｃを検出すれば、ＤＯＣ２１に捕集されたＰＭ堆積量（以下、ＤＯＣ堆積量ＰＭDOC）を演算することができる。
　ＥＣＵ５０には、予め実験等により求めた電極２７間の静電容量ＣとＤＯＣ堆積量ＰＭDOCとの関係を示すＤＯＣ堆積量マップ（例えば、図３（Ａ）参照）及び、ＤＯＣ堆積量ＰＭDOCとＤＰＦ堆積量ＰＭDPFとの関係を示すＤＯＣ－ＤＰＦ堆積量相関マップ（例えば、図３（Ｂ）参照）がそれぞれ記憶されている。ＰＭ堆積量推定部５１は、ＤＯＣ堆積量マップから電極２７間の静電容量Ｃに対応する値を読み取ることでＤＯＣ堆積量ＰＭDOCを推定すると共に、ＤＯＣ－ＤＰＦ堆積量相関マップからＤＯＣ堆積量ＰＭDOCに対応する値を読み取ることで、ＤＰＦ堆積量ＰＭDPFを推定するように構成されている。なお、これらＤＯＣ堆積量ＰＭDOC及び、ＤＰＦ堆積量ＰＭDPFの推定はマップに限定されず、予め実験等により作成した近似式等から求めてもよい。
　ＤＯＣ内部温度推定部５２は、本発明の内部温度推定手段の一例であって、電極２７間の静電容量Ｃに基づいて、ＤＯＣ２１の内部温度（以下、ＤＯＣ内部温度ＴDOC）を演算する。上述の数式１において、誘電率εが排気温度の影響を受けて変化すると、これに伴い静電容量Ｃも変化する。すなわち、電極２７間の静電容量Ｃを検出すれば、ＤＯＣ内部温度ＴDOCを演算することができる。
　ＥＣＵ５０には、予め実験等により求めた静電容量ＣとＤＯＣ内部温度ＴDOCとの関係を示す温度特性マップ（例えば、図４参照）が記憶されている。ＤＯＣ内部温度推定部５２は、この温度特性マップから電極２７間の静電容量Ｃに対応する値を読み取ることでＤＯＣ内部温度ＴDOCを推定する。なお、ＤＯＣ内部温度ＴDOCの推定はマップに限定されず、予め実験等により作成した近似式等から求めてもよい。
　強制再生制御部５３は、本発明のフィルタ再生手段の一例であって、ＰＭ堆積量推定部５１から入力されるＤＰＦ堆積量ＰＭDPFに基づいて強制再生を制御する。より詳しくは、強制再生制御部５３は、ＤＰＦ堆積量ＰＭDPFがＤＰＦ２２に捕集可能なＰＭの上限堆積量ＰＭMAXを超えると（ＰＭDEP＞ＰＭMAX）、排気管内噴射装置２３に所定量の排気管内噴射を実行させて強制再生を開始する。この強制再生時の排気管内噴射量は、後述する噴射量補正部５４によって必要に応じて補正される。
　噴射量補正部５４は、ＤＯＣ内部温度推定部５２から入力されるＤＯＣ内部温度ＴDOCと、ＤＰＦ２２内のＰＭを略完全に燃焼除去させる目標温度ＴTARGTとの温度差ΔＴに基づいて、強制再生時の燃料噴射量を補正する。より詳しくは、ＥＣＵ５０には、予め実験等により求めた温度差ΔＴと、この温度差ΔＴを補うのに必要な噴射補正量ΔＩＮＪとの関係を示す噴射量補正マップ（例えば、図５参照）が記憶されている。強制再生時の排気管内噴射量ＩＮＪQ_exhは、噴射量補正マップから温度差ΔＴに応じた噴射補正量ΔＩＮＪを読み取ると共に、読み取った噴射補正量ΔＩＮＪを基本噴射量ＩＮＪQ_stdに加算もしくは減算することで設定される（ＩＮＪQ_exh＝ＩＮＪQ_std＋／－ΔＩＮＪ）。補正後の燃料噴射は、排気管内噴射装置２３のインジェクタに印加される各噴射の通電パルス幅を増減させるか、あるいは噴射回数を増減することで実行される。
　次に、図６に基づいて、本実施形態の排気浄化システムによる制御フローを説明する。なお、本制御はイグニッションキーのＯＮ操作と同時にスタートする。
　ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、ＤＯＣ堆積量マップ（図３（Ａ）参照）から、電極２７間の静電容量Ｃに対応するＤＯＣ堆積量ＰＭDOCが読み取られる。さらに、Ｓ１１０では、ＤＯＣ－ＤＰＦ堆積量相関マップ（図３（Ｂ）参照）から、Ｓ１００のＤＯＣ堆積量ＰＭDOCに対応するＤＰＦ堆積量ＰＭDPFが読み取られる。
　Ｓ１２０では、ＤＰＦ堆積量ＰＭDPFが上限堆積量ＰＭMAXを超えたか否かが判定される。ＤＰＦ堆積量ＰＭDPFが上限堆積量ＰＭMAXを超えた場合（Ｙｅｓ）は、ＤＰＦ２２の強制再生を開始すべくＳ１３０に進む。
　Ｓ１３０では、温度特性マップ（図４参照）から、電極２７間の静電容量Ｃに対応するＤＯＣ内部温度ＴDOCが読み取られ、Ｓ１４０では、ＤＯＣ内部温度ＴDOCと目標温度ＴTARGTとが比較される。目標温度ＴTARGTとＤＰＦ内部温度ＴDPFとの温度差ΔＴ（絶対値）がゼロよりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１５０に進む。一方、温度差ΔＴがゼロの場合（Ｎｏ）は、排気管内噴射を基本噴射量ＩＮＪQ_stdで実行しても、ＤＯＣ内部温度ＴDOCを目標温度ＴTARGTまで上昇させられる。この場合は、Ｓ１７０に進んで、基本噴射量ＩＮＪQ_stdで排気管内噴射が実行される。
　Ｓ１５０では、温度差ΔＴに応じて噴射量補正マップから読み取った噴射補正量ΔＩＮＪを基本噴射量ＩＮＪQ_stdに加算又は減算する噴射量補正（ＩＮＪQ_exh＝ＩＮＪQ_std＋／－ΔＩＮＪ）が実行され、Ｓ１６０では、補正後の排気管内噴射量ＩＮＪQ_exhに基づいて排気管内噴射が実行される。
　Ｓ１８０では、ＤＰＦ堆積量ＰＭDPFがＤＰＦ２２の再生終了を示す下限閾値ＰＭMINまで低下したか否かが判定される。ＤＰＦ堆積量ＰＭDPFが下限閾値ＰＭMINまで低下している場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１９０で排気管内噴射を停止して本制御はリターンされる。その後、Ｓ１００～１９０の各制御ステップは、イグニッションキーのＯＦＦ操作まで繰り返し実行される。
　次に、本実施形態に係る排気浄化システムによる作用効果を説明する。
　従来、差圧センサを用いてＰＭ堆積量を推定する手法では、特に排気流量の低下する低負荷運転領域や強制再生の終盤に感度が低下する課題がある。これに対し、本実施形態の排気浄化システムは、ＤＯＣ２１内に設けた電極２７間の静電容量Ｃに基づいて、ＤＰＦ２２に堆積したＤＰＦ堆積量ＰＭDPFを推定している。すなわち、低負荷運転領域や強制再生の終盤においても感度が良好な電極２７間の静電容量Ｃに基づいて、ＤＰＦ２２のＰＭ堆積量を高精度に推定するように構成されている。
　したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、運転状態の影響等を受けることなくＰＭ堆積量を高精度に推定することができる。さらに、電極２７をＤＯＣ２１に設けたことで、電極２７の寸法や配置等をＤＰＦ２２のセル形状やピッチ等に応じて個別に設定する必要がなくなり、ＤＰＦ２２の仕様等に柔軟に対応することが可能になる。
　また、一般的に電極２７間の静電容量Ｃは、図７に示すように、排気温度の変化に対して排気温度センサのセンサ値よりも速い応答性を示す特性がある。すなわち、ＤＯＣ２１内に配置した電極２７間の静電容量Ｃを用いれば、ＤＯＣ２１の前後に設けた排気温度センサのセンサ値よりも、内部温度を正確に検出することが可能になる。
　本実施形態の排気浄化システムでは、電極２７間の静電容量Ｃから演算したＤＯＣ内部温度ＴDOCと目標温度ＴTARGTとの温度差ΔＴに基づいて、強制再生時の排気管内噴射量（又は、ポスト噴射量）を補正している。すなわち、排気温度センサのセンサ値を用いて補正する従来手法に比べ、ＤＯＣ内部温度ＴDOCを正確に検出することで、強制再生時における排気管内噴射量の最適化が図られるように構成されている。
　したがって、本実施形態の排気浄化システムによれば、強制再生時の燃料噴射量を正確に制御することが可能となり、ＤＰＦ２２の再生効率を効果的に向上することができる。また、ＤＯＣ２１の前後に排気温度センサを設ける必要がなくなり、装置全体のコストやサイズを効果的に低減することも可能になる。
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
　例えば、電極２７の本数は少なくとも一対以上であればよく、図示例に限定されるものではない。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。
　また、図８に示すように、排気通路１２にＤＯＣ２１を迂回させるバイパス通路２５を接続し、このバイパス通路２５に容量の小さい計測用のＤＯＣ２１ａを備えて構成してもよい。この場合は、電極２７を計測用のＤＯＣ２１ａ内に配置すると共に、バイパス通路２５には排気流量を調整するオリフィス２５ａ（絞り）を設けることが好ましい。また、計測用のＤＯＣ２１ａの強制再生を実行する場合は、電極２７に電圧を印加してヒータとして機能させてもよい。
　１０　エンジン
　１２　排気通路
　２０　排気後処理装置
　２１　ＤＯＣ
　２２　ＤＰＦ
　２３　排気管内噴射装置
　２７　電極
　５０　ＥＣＵ
　５１　ＰＭ堆積量推定部
　５２　ＤＯＣ内部温度推定部
　５３　強制再生制御部
　５４　噴射量補正部

Claims (4)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
    　前記酸化触媒よりも下流側の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
    　前記酸化触媒の静電容量を検出する静電容量検出手段と、
    　前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記フィルタの粒子状物質堆積量を推定する堆積量推定手段と、
    　前記堆積量推定手段から入力される粒子状物質堆積量が所定量を超えると、前記酸化触媒に燃料を噴射して、少なくとも前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去する強制再生を実行するフィルタ再生手段と、を備える
    　ことを特徴とする排気浄化システム。
  2. 　前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記酸化触媒の内部温度を推定する内部温度推定手段と、
    　強制再生時のフィルタ目標温度と、前記内部温度推定手段から入力される内部温度との温度差に基づいて、前記フィルタ再生手段の燃料噴射量を補正する噴射量補正手段と、をさらに備える
    　請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 　前記静電容量検出手段が、前記酸化触媒内に一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対以上の電極で構成される
    　請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
  4. 　前記酸化触媒よりも排気上流側及び下流側の排気通路を接続して、当該酸化触媒を迂回するバイパス通路と、
    　前記バイパス通路に設けられた第２の酸化触媒と、をさらに備え、
    　前記電極が前記第２の酸化触媒内に少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置される
    　請求項１から３の何れか一項に記載の排気浄化システム。
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