JP2006274906A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パティキュレートの堆積形態とは異なるアッシュの堆積形態を考慮して強制再生を実施することにより、耐久性を向上すると共に効率のよい強制再生が可能となる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 排気中に含まれるアッシュがパティキュレートフィルタ（２）に堆積することにより減少するパティキュレートフィルタ（２）の有効捕集表面積に対応し、強制再生の開始時にパティキュレートフィルタ（２）に堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ一定となるように再生時期を補正するための補正値を設定する補正値設定手段（５６）と、予め定められた条件が成立した時を再生時期として設定し、前記補正値に基づき再生時期を補正する再生時期補正手段（５８）とを備え、再生制御手段（５２）は、補正された再生時期にパティキュレートフィルタ（２）の強制再生を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は排気浄化装置に関し、より詳しくはエンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。

従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
このようなパティキュレートフィルタでは、捕集したパティキュレートがパティキュレートフィルタ内に堆積することにより排気抵抗が増大するため、適宜堆積したパティキュレートを何らかの方法で強制的に焼却してパティキュレートフィルタを再生する、即ちフィルタを強制再生する必要がある。

パティキュレートフィルタの強制再生の方法としては、排気通路に設けた燃料添加弁から排気中にＨＣを供給したり、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射することにより排気通路にＨＣを供給して排気温度を上昇させることが知られている。
このような強制再生は、パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積量が所定量を超えたと推定されるときに実施するようにしており、パティキュレート堆積量の推定は、エンジンの運転時間やパティキュレートフィルタ前後の排気圧力差などに基づき行われる。このとき、パティキュレート堆積量の推定が精度よく行われないと、必要以上にパティキュレートフィルタの強制再生が実施されることにより燃料が過剰に消費されて燃費の悪化を招くなどの問題が生じる可能性がある。

一方、排気中にはパティキュレートのほかに、エンジンオイルやエンジン内で発生した摩耗粉、或いは強制再生によって残留したパティキュレートの灰分などに起因したアッシュと呼ばれる物質が含まれている。このアッシュもパティキュレートと共にパティキュレートフィルタに堆積していくが、パティキュレートとは異なり、パティキュレートフィルタの強制再生では焼却されず、パティキュレートフィルタ内に残留する。パティキュレートフィルタ内に残留したアッシュの量が増大してくると、パティキュレートフィルタに堆積するパティキュレートの量を正確に推定することが困難となり、パティキュレートフィルタの強制再生を適正な時期に実施することができなくなるといった問題が生じる。

そこで、パティキュレートフィルタの強制再生完了直後にはパティキュレートフィルタにパティキュレートがほとんど堆積していないことから、このときのパティキュレートフィルタ前後の排気圧力差とパティキュレートフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量をアッシュの堆積量と見なし、このアッシュ推定堆積量で補正したパティキュレートの推定堆積量に基づき強制再生の実施時期を判定することにより、このような問題の発生を防止するようにした排気浄化装置が提案されている（例えば特許文献１）。

より具体的には、パティキュレートフィルタ前後の排気圧力差とパティキュレートフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量から、パティキュレートフィルタの強制再生時に推定したアッシュの堆積量を減算してパティキュレートの堆積量を推定し、このようにして推定されたパティキュレート堆積量が所定の判定値を上回ると強制再生を実施するようにしている。
特開２００３−８３０３６号公報

特許文献１の排気浄化装置では、アッシュをパティキュレートと同等のものと考え、パティキュレートフィルタ前後の排気圧力差とパティキュレートフィルタへの排気流量とに基づき推定した堆積量から、単にアッシュの推定堆積量を減算してパティキュレートの堆積量を推定し、その推定堆積量に基づきパティキュレートフィルタの強制再生を行っている。

即ち、特許文献１の排気浄化装置では、アッシュがパティキュレートと同様の形態でパティキュレートフィルタ内に堆積するものであるとの前提に基づいて、強制再生の要否判断がなされている。
しかしながら、実際にはパティキュレートフィルタにおけるアッシュの堆積形態はパティキュレートの堆積形態と全く異なるものである。ここで、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積形態とアッシュの堆積形態との違いについて、図７及び図８を用いて以下に説明する。

図７はパティキュレートフィルタ２にアッシュが堆積していない状態でのパティキュレートの堆積状態を示す概念図である。パティキュレートフィルタ２はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路２ａが多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。このため、上流側に開口を有する通路２ａからパティキュレートフィルタ２内に流入した排気は、矢印で示すように、各通路２ａを形成している多孔質の壁２ｂを通過し、下流側に開口を有する通路２ａからパティキュレートフィルタ２の下流側に流出するようになっている。

そして、パティキュレートフィルタ２の多孔質の壁２ｂには何も堆積していない状態からパティキュレートフィルタ２への排気の流入を開始したとすると、排気が多孔質の壁２ｂを通過する際に、排気中に含まれるパティキュレート４が多孔質の壁２ｂによって捕捉され、図７に示すように多孔質の壁２ｂの上流側端部から下流側端部にかけてほぼ均一に堆積する。

一方、図８はパティキュレートフィルタ２にアッシュ６が堆積した状態でのパティキュレート４の堆積状態を示す概念図である。図８において、パティキュレートフィルタ２は図７で説明したパティキュレートフィルタと同じものであり、図７と共通する部分については図７と同じ符号を用いて説明する。
アッシュ６は、パティキュレート４と共に排気中に含まれた状態でエンジンから排出され、一旦はパティキュレート４と同様に、排気が多孔質の壁２ｂを通過する際に多孔質の壁２ｂによって捕捉され、壁２ｂの上流側端部から下流側端部にかけてほぼ均一に堆積する。その後、パティキュレート４が所定量堆積してパティキュレートフィルタ２の強制再生が行われると、パティキュレート４が燃焼する一方でアッシュ６は燃焼せず、パティキュレート４の燃焼に伴い通路２ａ内にアッシュ６が浮遊する。そして、その後の排気の流入に伴い、通路２ａ内に浮遊するアッシュ６は、上流側に開口する通路２ａの最下流側から堆積していく。

この結果、アッシュ６が堆積した分だけパティキュレートフィルタ２の有効捕集表面積が減少し、図８に示すようにアッシュ６が堆積していない部分のみでパティキュレート４の捕集が行われるようになる。従って、パティキュレート４が所定の厚さまで堆積したときにパティキュレートフィルタ２の強制再生を行う必要があるものとして、図８においてアッシュ６が通路２ａのほぼ半分を占めるとすれば、図７の場合に比べてほぼ半分の量のパティキュレート４が堆積したときにパティキュレートフィルタ２の強制再生を行う必要があることになる。

このように、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積状態とアッシュの堆積状態とは全く異なるものであることから、特許文献１の排気浄化装置のように、推定堆積量からアッシュの推定堆積量を減算してパティキュレートの堆積量を求め、単にこのパティキュレート堆積量が所定量を上回ったら強制再生を開始するようにすると、強制再生を開始するときのパティキュレートの厚さは必ずしも同一ではなくなる。

この結果、堆積したパティキュレートの厚みが増大するほど、パティキュレートの自己着火によって温度が急激に上昇するので、パティキュレートフィルタの過昇温が生じる可能性が高くなる。パティキュレートフィルタが過昇温してしまうと、亀裂の発生または溶損を招き、黒煙のリークにつながるおそれがある。
また逆に、堆積したパティキュレートの厚みが薄いうちにパティキュレートフィルタの強制再生を開始してしまうと、パティキュレートフィルタの捕集能力にまだ余裕がある状態で強制再生が行われるので、強制再生の頻度が増し、燃費の悪化やドライバビリティの低下などの問題が生じることになる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートの堆積形態とは異なるアッシュの堆積形態を考慮して強制再生を実施することにより、耐久性を向上すると共に効率のよい強制再生が可能となる排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、所定の再生時期に前記パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを焼却して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う再生制御手段とを備えた排気浄化装置において、前記排気中に含まれるアッシュが前記パティキュレートフィルタに堆積することにより減少する前記パティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応し、前記強制再生の開始時に前記パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ一定となるように前記再生時期を補正するための補正値を設定する補正値設定手段と、予め定められた条件が成立した時を前記再生時期として設定し、前記補正値設定手段によって設定された補正値に基づき、前記再生時期を補正する再生時期補正手段とを備え、前記再生制御手段は、前記再生時期補正手段によって補正された再生時期に前記パティキュレートフィルタの強制再生を行うことを特徴とする（請求項１）。

具体的には、前記パティキュレートフィルタに堆積した前記アッシュの量を検出するアッシュ堆積量検出手段を更に備え、前記補正値設定手段は、前記アッシュ堆積量検出手段によって検出されたアッシュ堆積量に予め設定された補正係数を乗じて前記補正値を算出することを特徴とする（請求項２）。
また、前記アッシュ堆積量検出手段は、前記強制再生を終了したときに前記パティキュレートフィルタに堆積している前記アッシュの量を検出することを特徴とする（請求項３）。

より具体的には、前記パティキュレートフィルタ前後の排気圧力差を検出する差圧検出手段を更に備え、前記再生時期補正手段は、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする（請求項４）。

または、前記再生時期補正手段は、前記エンジンを運転するために供給される燃料量の積算値が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記燃料量の積算値及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする（請求項５）。
或いは、前記再生時期補正手段は、前記エンジンの運転時間の積算値が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記運転時間の積算値及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする（請求項６）。

請求項１乃至６の排気浄化装置によれば、排気中に含まれるアッシュがパティキュレートフィルタに堆積することにより減少する前記パティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応し、強制再生の開始時にパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ一定となるように再生時期を補正するための補正値を設定し、この補正値に基づき補正した再生時期にパティキュレートフィルタの強制再生を行うようにしたので、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ同一の時に強制再生が行われるようになる。

この結果、強制再生開始時のパティキュレートの厚さが厚すぎることにより過昇温を招いてパティキュレートフィルタに亀裂が発生したり、溶損などにより黒煙のリークが発生したり、またパティキュレートの厚さが薄いうちから強制再生が実行され、強制再生の頻度が増して燃費やドライバビリティが悪化したりするといった問題の発生を防止することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１０は各気筒に共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）１２を備えており、コモンレール１２に蓄えられた高圧の軽油を各気筒に設けられたインジェクタ１４に供給し、各インジェクタ１４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。

吸気通路１６にはターボチャージャ１８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路１６からターボチャージャ１８のコンプレッサ１８ａへと流入し、コンプレッサ１８ａで過給された吸気はインタークーラ２０及び吸気制御弁６０を介して吸気マニホールド２２に導入される。また、吸気通路１６のコンプレッサ１８ａより上流側には、エンジン１０への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ２４が設けられている。

一方、エンジン１０の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド２６を介して排気管（排気通路）２８に接続されている。なお、排気マニホールド２６と吸気マニホールド２２との間には、ＥＧＲ弁３０を介して排気マニホールド２６と吸気マニホールド２２とを連通するＥＧＲ通路３２が設けられている。
排気管２８はターボチャージャ１８のタービン１８ｂを経た後、排気絞り弁６２を介して排気後処理装置３４に接続されている。タービン１８ｂはコンプレッサ１８ａと連結されており、排気管２８内を流動する排気を受けてコンプレッサ１８ａを駆動する。

排気後処理装置３４は、ケーシング内の上流側に酸化触媒３６が収容されると共に、この酸化触媒３６の下流側には、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）２が収容されている。
酸化触媒３６は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ₂を生成し、このＮＯ₂を酸化剤としてフィルタ２に供給するものである。また、フィルタ２は、前述の図７及び図８で説明したものと同様のものであり、ハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。

フィルタ２に捕集され堆積しているパティキュレートは、酸化触媒３６から供給されたＮＯ₂と反応して燃焼し、フィルタ２の連続再生が行われるようになっている。
酸化触媒３６とフィルタ２との間には、フィルタ２の入口側の排気温度を検出する入口温度センサ３８と、フィルタ２入口側の排気圧力を検出する入口圧力センサ４０とが設けられている。また、フィルタ２の下流側には、フィルタ２出口側の排気圧力を検出する出口圧力センサ４２と、フィルタ２の出口側の排気温度を検出する出口温度センサ４４とが設けられている。

ＥＣＵ４６は、エンジン１０を含め、本発明に係る排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ４６の入力側には、各種制御を行うのに必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ２４、入口温度センサ３８、入口圧力センサ４０、出口圧力センサ４２、及び出口温度センサ４４のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ４８、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５０などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ１４、ＥＧＲ弁３０、吸気制御弁６０、及び排気絞り弁６２などの各種デバイス類が接続されている。

エンジン１０の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ１４からの燃料供給制御もＥＣＵ４６によって行われる。エンジン１０の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ４８によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ５０によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ１４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ１４が開弁駆動される。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒３６を用いた連続再生により、フィルタ２に堆積したパティキュレートの焼却除去が行われるが、エンジン１０の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒３６の活性化温度まで上昇せず、排気中のＮＯが酸化されずに連続再生が行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ２内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ２が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ２におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。

図２は、ＥＣＵ４６内において強制再生の制御を行う制御ブロックを示し、再生制御部(再生制御手段)５２が回転数センサ４８及び入口温度センサ３８からの検出値に基づき、所定の再生時期に燃料噴射弁１４を制御してフィルタ２の強制再生を行う。
また、アッシュ堆積量検出部(アッシュ堆積量検出手段)５４は、再生制御部５２による強制再生が終了したときにアッシュ堆積量を検出するものであり、補正値設定部(補正値設定手段)５６は、アッシュ堆積量検出部５４によって検出されたアッシュ堆積量に、予め設定された補正係数αを乗じて再生時期の補正値を設定するものである。そして、再生時期補正部(再生時期補正手段)５８は、補正値設定部５６によって設定された補正値で、再生制御部５２が強制再生を行う時期を補正するものである。

ここで、アッシュの堆積に伴う再生時期の補正の考え方について、以下に説明する。
図８で説明したとおり、アッシュ６はフィルタ２において上流側に開口する通路２ａの下流側から堆積していくことにより、パティキュレート４を捕集可能なフィルタ２の有効表面積が徐々に減少する。仮に、１つの通路全体に堆積可能なアッシュの量をＭとし、現在堆積しているアッシュの量をｍとすると、１つの通路においてパティキュレートを捕集可能な有効表面積は、アッシュが堆積していない場合を１とすると、１−ｍ／Ｍになる。

パティキュレートはアッシュが堆積していない表面にほぼ均一に堆積することから、パティキュレートが所定の厚さに堆積するまでの時間は、アッシュが堆積していない時を１とすると、アッシュの堆積に伴って１−ｍ／Ｍになることになる。
即ち、アッシュが堆積していないときには運転時間Ｔ０が経過したときに強制再生を行うものとすると、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さが同じ時に強制再生が開始されるようにするには、下式（１）で表される時間Ｔ１が経過した時を再生時期とすればよいことになる。

Ｔ１＝Ｔ０・(１−ｍ／Ｍ) … （１）
ここで、上記式(１)を変形して整理すると下式（２）となる。
Ｔ１＝Ｔ０−α・ｍ … （２）
ただし、α＝Ｔ０／Ｍである。
従って、係数（補正係数）αを予め実験等で求めておけば、アッシュの堆積量と係数αとを乗算した補正値で再生開始時期を補正することにより、パティキュレートがほぼ同じ厚さまで堆積したときに強制再生を開始することができるようになる。

このような考えに基づき、再生時期補正部５８は強制再生の開始時期を補正し、補正された再生時期になると再生制御部５２がフィルタ２の強制再生を実行する。
図３は、このような考えに基づいて行われる強制再生開始及び終了の判定制御の内容を示すフローチャートであり、図３の制御フローが所定の制御周期で繰り返されることにより、強制再生が行われていない状態での強制再生制御の開始の判定と、強制再生を実施中における強制再生制御の終了の判定が行われる。

まず、図３のステップＳ１０２において、強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１は強制再生実行の要否を示すものであり、値が１であると強制再生が必要であり、値が０であると強制再生を必要ではないことを示す。強制再生フラグＦ１の初期設定値は０となっており、最初の制御周期ではステップＳ１０２からステップＳ１０４へと進む。

ステップＳ１０４では、前回強制再生を行ってからのエンジン１０の運転時間を積算しているタイマカウンタ（図示せず）の値Ｔが、再生開始判定値Ｔ１より大であるか否かの判定を行う。この再生開始判定値Ｔ１は、フィルタ２に堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始されるよう、前回の強制再生終了時に補正されたものであって、その補正方法については後述する。なお、最初の強制再生の実施前には初期値Ｔ０がＴ１に対して設定されている。この初期値Ｔ０は、フィルタ２にアッシュが堆積していない状態で、パティキュレートが所定の厚さになるまで堆積するのに要する時間である。

ステップＳ１０４でタイマカウンタによって積算されたエンジン１０の運転時間Ｔが再生開始判定値Ｔ１に達していないと判断した場合は、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ１０２から処理を行う。従って、エンジン１０の運転時間Ｔが再生開始判定値Ｔ１に達しない間は、強制再生フラグＦ１の値が０に維持され、強制再生が不要とされる。

前回強制再生を行ってからタイマカウンタによって積算されたエンジン１０の運転時間Ｔが再生開始判定値Ｔ１に達すると、ステップＳ１０４からステップＳ１０６に進み、強制再生フラグＦ１の値が１に変更され、ステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０８では、前回の強制再生終了後からエンジン１０の運転時間を積算していたタイマカウンタの積算値Ｔを０にリセットし、タイマカウンタの積算を再スタートさせて今回の制御周期を終える。ステップＳ１０６で強制再生フラグＦ１の値が１となることにより、後述する強制再生制御が開始されるので、ステップＳ１０８でリセットされたタイマカウンタは、今度は強制再生制御の実施時間を積算することになる。

次の制御周期では、強制再生フラグＦ１の値が１となっているので、ステップＳ１０２からステップＳ１１０に進み、強制再生フラグＦ１の値が１となってから積算を再スタートしたタイマカウンタの積算値Ｔ、即ち強制再生の実施時間Ｔが、再生終了判定値Ｔ２より大であるか否かの判定を行う。
強制再生の実施時間Ｔが再生終了判定値Ｔ２に満たない場合は、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ１０２からステップＳ１１０へと進む。

そして、強制再生の実施時間Ｔが再生終了判定値Ｔ２に達すると、ステップＳ１１０からステップＳ１１２へと処理が進み、強制再生フラグＦ１の値が、強制再生不要を示す０に変更される。従って、強制再生の実施時間がＴ２に達するとフィルタ２の強制再生が終了することになる。
更にステップＳ１１２からステップＳ１１４に進むと、強制再生を開始してからの経過時間を積算していたタイマカウンタの積算値Ｔを０にリセットし、タイマカウンタの積算を再スタートさせる。ステップＳ１１２で強制再生フラグＦ１の値が０となることで、後述するように強制再生制御が終了するので、ステップＳ１１４でリセットされたタイマカウンタは、今度は強制再生終了後のエンジン１０の運転時間を積算することになる。

次のステップＳ１１６では、アッシュ堆積量Ａと予め記憶された補正係数αとを乗算して求めた補正量を時間Ｔ０から減じることにより、再生開始判定値Ｔ１を補正して設定する。なお、補正係数αは、前述したように、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始されるように再生開始時期を補正するための係数であり、時間Ｔ０は、フィルタ２にアッシュが堆積していない状態で、パティキュレートが所定の厚さになるまで堆積するのに要する時間である。

こうして設定された再生開始判定値Ｔ１を用いて、前述のようにステップＳ１０４で強制再生開始時期を判定することにより、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始される。
なお、このとき用いるアッシュの堆積量Ａは、強制再生の実施回数に応じて増大するものと考え、図５に示す関係をもって、強制再生の実施回数に対応してアッシュの堆積量Ａが予め記憶されたマップから読み出すことにより検出している。

このようにして、アッシュ堆積量Ａと補正係数αとによって強制再生実施時期を補正することにより、強制再生実施時期は図６に示すように傾き−αで徐々に早まっていく。
以上のような強制再生開始及び終了の判定制御が行われることにより、強制再生フラグＦ１の値が１または０に切り換わり、この強制再生フラグＦ１の値に基づき、強制再生制御が行われる。

強制再生制御は、図４のフローチャートに従い、所定の制御周期で行われる。
まず、ステップＳ２０２で強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１の値が０である場合は、フィルタ２の強制再生が不要であるので今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再び強制再生フラグＦ１の値を判定する。
一方、強制再生フラグＦ１の値が１となっている場合には、ステップＳ２０４に進み、入口温度センサ３８の検出値に基づき、酸化触媒３６の温度Ｔｃが２５０℃以上となって、酸化触媒３６が活性化したか否かを判定する。

触媒温度Ｔｃが２５０℃未満である場合にはステップＳ２０６に進み、酸化触媒３６の昇温制御が行われる。
この昇温制御は、酸化触媒３６に高温の排気を供給することにより、酸化触媒３６の温度を活性化温度（例えば２５０℃）まで昇温するものであり、吸気制御弁６０及び排気絞り弁６２を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程において第１の追加燃料噴射を行う。第１の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド２６内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒３６に供給されることにより、酸化触媒３６の温度が上昇する。

ステップＳ２０６で酸化触媒３６の昇温制御を行って制御周期を終え、次の制御周期で再びステップＳ２０２から制御を行う。このとき強制再生フラグＦ１の値は１であるためステップＳ２０４に進むことになり、触媒温度Ｔｃが２５０度未満であると判定される間は、第１追加燃料の噴射による触媒昇温制御が繰り返される。
このようにして第１追加燃料の噴射による昇温制御が繰り返され、酸化触媒３６の温度Ｔｃが２５０℃以上になると、ステップＳ２０４からステップＳ２０８へ進む。ステップＳ２０８では、入口温度センサ３８の検出値に基づき、酸化触媒３６の温度Ｔｃが所定温度以上であるか否かが判定される。この所定温度は、フィルタ２でパティキュレートが最も効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では６００℃を所定温度としている。

ステップＳ２０８で触媒温度Ｔｃが６００℃以上であると判定するとステップＳ２１０に進み、触媒温度Ｔｃが６００℃未満であると判定するとステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２１０及びＳ２１２は、フィルタ２に供給される排気の温度を６００℃に維持するように、第２の追加燃料を各気筒に噴射するものであって、第２の追加燃料は排気行程で噴射されるようになっている。このような噴射タイミングで第２の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第２の追加燃料は気筒内や排気マニホールド２６内で燃焼することなく酸化触媒３６に達し、活性化温度にある酸化触媒３６及びフィルタ２で燃焼する。この燃焼により排気温度が６００℃まで上昇し、フィルタ２に堆積したパティキュレートが焼却される。

第２の追加燃料は回転数センサ４８によって検出されたエンジン回転数とＥＣＵ４６で決定される主噴射量（負荷）とをパラメータとするマップに記憶されており、このマップは第２の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、比較的少なめに設定された減量マップの２種類が用意されている。そして、ステップＳ２１０では触媒温度Ｔｃが６００℃以上であるため、減量マップを用いて比較的少なめの第２の追加燃料を噴射し、ステップＳ２１２では触媒温度Ｔｃが６００℃未満であるため、増量マップを用いて比較的多めの第２の追加燃料を噴射する。これによって酸化触媒３６から排出されてフィルタ２に供給される排気の温度が６００℃前後に維持される。

ステップＳ２１０又はＳ２１２で第２の追加燃料を噴射すると、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２０２から処理を行う。従って、前述したように図３のフローチャートによる強制再生終了判定制御で、強制再生フラグＦ１の値が０とされるまで、酸化触媒３６から排出されてフィルタ２に供給される排気の温度が６００℃前後に維持されて、フィルタ２の強制再生が行われる。そして、強制再生の終了が判定されて強制再生フラグＦ１の値が０とされると、次の制御周期ではステップＳ２０２からステップＳ２０４へは進まずに制御が終了するので、フィルタ２の強制再生が終了する。

以上説明したように、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始されるように再生開始時期を補正するための補正係数αとアッシュ堆積量Ａとを乗算して求めた補正値で再生開始判定値Ｔ１を補正し、補正後の再生開始判定値Ｔ１を用いて、強制再生開始時期を判定するようにしたので、アッシュの堆積量にかかわらず、堆積したパティキュレートの厚さがほぼ同じ時に強制再生が開始される。

この結果、強制再生開始時のパティキュレートの厚さが厚すぎることにより過昇温を招いてパティキュレートフィルタが破損または溶損したり、パティキュレートの厚さが薄いうちから強制再生が実行され、強制再生の頻度が増して燃費やドライバビリティが悪化するといった問題の発生を防止することができる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、補正係数αとアッシュ堆積量Ａとを乗算して求めた補正値で再生開始判定値Ｔ１を補正するようにしたが、再生開始判定値Ｔ１は固定値とし、タイマカウンタによって積算されるエンジン１０の運転時間の方を、上記補正値の加算により補正するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１０の運転時間によって強制再生の時期を判定するようにしたが、強制再生時期の判定方法はこれに限られるものではない。

例えば、入口圧力センサ４０と出口圧力センサ４２とを差圧検出手段とし、これらセンサの検出値に基づき、フィルタ２前後の排気圧力差を求め、この排気圧力差が再生開始判定値以上になるときを再生時期としてもよい。この場合も、上記実施形態と同様に、補正係数αとアッシュ堆積量Ａとを乗算して求めた補正値で再生開始判定値を補正することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、再生開始判定値は固定値とし、検出されたフィルタ２前後の排気圧力差の方を、上記補正値の加算により補正するようにしてもよい。

または、ＥＣＵ４６によって演算されたエンジン１０への燃料供給量に基づき、前回の強制再生終了後にエンジン１０に供給された燃料の積算値を求め、この燃料供給量の積算値が再生開始判定値以上になるときを再生時期としてもよい。この場合も、上記実施形態と同様に、補正係数αとアッシュ堆積量Ａとを乗算して求めた補正値で再生開始判定値を補正することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、再生開始判定値は固定値とし、燃料供給量積算値の方を、上記補正値の加算により補正するようにしてもよい。

このように、強制再生の実施時期を判定する方法は種々あるが、どのような方法であっても、上記実施形態と同様に、補正係数αとアッシュ堆積量Ａとを乗算して求めた補正値で補正を行うことにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、アッシュの堆積量が強制再生の実施回数に応じて増大するものと見なし、図５に示す関係から、強制再生の実施回数に対応して予め記憶したマップから読み出すことにより、アッシュ堆積量を検出するようにしたが、強制再生終了時にはフィルタ２にパティキュレートがほとんど堆積していないことから、強制再生終了時のフィルタ２前後の排気圧力差に基づきアッシュ堆積量を推定して検出するようにしてもよい。また、強制再生の実施回数に代えて、車両の積算走行距離に基づきアッシュ堆積量を推定して検出するようにしてもよいし、消費した燃料量とオイル消費率並びにアッシュ含有量などから推定するようにしても良い。

上記実施形態では、エンジン１０の膨張行程や排気行程における追加燃料の噴射によりフィルタ２の強制再生を行うようにしたが、フィルタ２の強制再生の方法はこれに限られるものではなく、電気ヒータを用いてフィルタ２を過熱するものや、排気管２８に燃料添加弁を設け、排気中に直接燃料を添加するようにしたものなど、フィルタ２の温度を上昇させてパティキュレートを焼却するようにしたものであれば、どのようなものでも適用可能である。

最後に、上記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジン形式はこれに限定されるものではなく、フィルタを用いてパティキュレートの除去を行い、パティキュレートの焼却によりフィルタの再生を行うエンジンであればどのようなものでも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成図である。 図１の排気浄化装置で行われる強制再生制御の制御ブロック図である。 図１の排気浄化装置で行われる強制再生の開始及び終了判定制御のフローチャートである。 図１の排気浄化装置で行われる強制再生制御のフローチャートである。 強制再生実施回数とアッシュ堆積量との関係を示す図である。 アッシュ堆積量と強制再生実施時期との関係を示す図である。 フィルタに捕捉されたパティキュレートの堆積状況を示す概念図である。 フィルタに捕捉されたパティキュレートとアッシュの堆積状況を示す概念図である。

符号の説明

２ フィルタ（パティキュレートフィルタ）
１０ エンジン
２８ 排気管（排気通路）
４０ 入口圧力センサ（差圧検出手段）
４２ 出口圧力センサ（差圧検出手段）
５２ 再生制御部（再生制御手段）
５４ アッシュ堆積量検出部（アッシュ堆積量検出手段）
５６ 補正値設定部（補正値設定手段）
５８ 再生時期補正部（再生時期補正手段）

Claims (6)

1. エンジンの排気通路に配置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、所定の再生時期に前記パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを焼却して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う再生制御手段とを備えた排気浄化装置において、
   前記排気中に含まれるアッシュが前記パティキュレートフィルタに堆積することにより減少する前記パティキュレートフィルタの有効捕集表面積に対応し、前記強制再生の開始時に前記パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの厚さがほぼ一定となるように前記再生時期を補正するための補正値を設定する補正値設定手段と、
   予め定められた条件が成立した時を前記再生時期として設定し、前記補正値設定手段によって設定された補正値に基づき、前記再生時期を補正する再生時期補正手段とを備え、
   前記再生制御手段は、前記再生時期補正手段によって補正された再生時期に前記パティキュレートフィルタの強制再生を行うことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記パティキュレートフィルタに堆積した前記アッシュの量を検出するアッシュ堆積量検出手段を更に備え、
   前記補正値設定手段は、前記アッシュ堆積量検出手段によって検出されたアッシュ堆積量に予め設定された補正係数を乗じて前記補正値を設定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. 前記アッシュ堆積量検出手段は、前記強制再生を終了したときに前記パティキュレートフィルタに堆積している前記アッシュの量を検出することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記パティキュレートフィルタ前後の排気圧力差を検出する差圧検出手段を更に備え、
   前記再生時期補正手段は、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記差圧検出手段によって検出された前記排気圧力差及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化装置。
5. 前記再生時期補正手段は、前記エンジンを運転するために供給される燃料量の積算値が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記燃料量の積算値及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化装置。
6. 前記再生時期補正手段は、前記エンジンの運転時間の積算値が所定の再生開始判定値以上となった時を前記再生時期として設定し、前記運転時間の積算値及び前記再生開始判定値のいずれか一方を前記補正値で補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化装置。

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