JP4561879B2 - 排気センサ再生装置およびそれを用いた吸排気制御システム - Google Patents

Description

本発明は、排気センサに付着したパティキュレートを除去して排気センサを再生する排気センサ再生装置およびそれを用いた吸排気制御システムに関する。

従来、内燃機関から排気通路に排出されるパティキュレートをＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等の微粒子除去装置で捕集し、大気中への有害成分の排出を防止することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、排気中に燃料を添加して排気温度を上昇させ、ＤＰＦが捕集したパティキュレートを燃焼してＤＰＦを再生する再生処理を実施している。

また、近年、排気規制の強化が一層厳しくなっているため、内燃機関から排気通路に排出される有害成分を極力低減する技術が検討されている。そこで、排気通路中の排気成分をＡ／Ｆセンサ、酸素センサ、ＮＯｘセンサ等の排気センサで検出し、これら排気センサの出力信号に基づいて吸排気制御を高精度に実施することが求められている。吸排気制御とは、内燃機関への吸気および内燃機関からの排気の少なくとも一方を制御することであり、吸気量制御、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）制御、ターボの過給圧制御等が該当する。

排気センサは、センサ素子の被水等を防止するためにセンサ素子をカバーで覆い、カバーに設けた通気孔を通してセンサ素子の周囲に排気が流入する構造になっていることが一般的である。

しかしながら、排気通路に設置される排気センサは排気に晒されるので、排気センサに排気中のパティキュレートが付着することがある。パティキュレートが排気センサに付着して通気孔を塞ぐと、センサ素子の周囲の排気流れが妨げられるので、排気センサ近傍の排気成分の状態に対して、排気センサの出力信号の応答時間が遅れる。その結果、排気通路中の排気成分を排気センサで高精度に検出できなくなる。すると、排気センサの出力信号に基づいて排気通路中の排気成分を検出し、排気成分に基づいて吸排気制御を高精度に実施できなくなる。

そこで、ＤＰＦが捕集したパティキュレートを燃焼してＤＰＦを再生する再生処理を利用して、排気センサに付着したパティキュレートを燃焼し排気センサの応答時間をパティキュレートの付着前の状態に戻し、排気センサを再生することが考えられる。
特表２００６−５０５７４８号公報

しかしながら、排気温度を上昇させるだけでは、排気センサに付着したパティキュレートを十分に燃焼して排気センサを元の応答時間に戻すことは困難である。
排気中に燃料を添加して排気温度を上昇させる間隔を短くし、排気センサの再生頻度を高くしてパティキュレートを燃焼することも考えられるが、排気通路に設置される部品に排気温度の上昇による負荷が頻繁に加わるとともに、燃費が悪化するという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、排気センサに対する再生処理頻度を高くすることなく排気センサに付着したパティキュレートを十分に燃焼させて排気センサを再生する排気センサ再生装置およびそれを用いた吸排気制御システムを提供することを目的とする。

請求項１から８に記載の発明によると、内燃機関の排気通路中の排気成分を検出する排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていると応答時間判定手段が判定すると、排気温度上昇手段による排気通路中の排気温度の上昇を排気温度制御手段が制御するとともに、排気流速増加手段による排気通路中の排気流速の増加を排気流速制御手段が制御する。

排気温度の上昇だけでなく、排気流速の増加を制御するので、排気センサに付着したパティキュレートが十分に燃焼し、排気センサのセンサ素子の周囲に排気が流通する。これにより、排気センサの応答遅れを解消し、排気センサの出力信号に基づいて排気通路中の排気成分を高精度に検出できる。

さらに、排気温度および排気流速の両方を制御することにより排気センサに付着したパティキュレートを排気センサに対する１回の再生処理で効率よく燃焼できるので、排気センサに対する再生処理の頻度を増加することなく排気センサを再生できる。これにより、排気通路に設置される部品に排気温度の上昇による負荷が加わることを極力低減するとともに、排気センサの再生のために要する資源、例えば燃料および電力の消費を低減できる。

請求項２に記載の発明によると、排気流速制御手段は、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れているとともに排気流速が所定速度以下の場合、排気流速増加手段に排気流速の増加を指令し、応答時間が所定時間以上遅れていても排気流速が所定速度より速い場合、排気流速増加手段に排気流速の増加を指令しない。

排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていても排気流速が所定速度より速い場合には、排気センサに付着しているパティキュレートを十分に燃焼するために必要な排気流速は確保されているので、現在の排気流速をさらに増加する必要はない。これにより、排気流速の不要な増加制御を低減することができる。

請求項３に記載の発明によると、排気温度制御手段は、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れているとともに排気温度が所定温度以下の場合、排気温度上昇手段に排気温度の上昇を指令し、応答時間が所定時間以上遅れていても排気温度が所定温度より高い場合、排気温度上昇手段に排気温度の上昇を指令しない。

排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていても排気温度が所定温度より高い場合には、排気センサに付着しているパティキュレートを十分に燃焼するために必要な排気温度は確保されているので、現在の排気温度をさらに上昇させる必要はない。これにより、排気温度の不要な上昇制御を低減することができる。

請求項４に記載の発明によると、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に対する再生を開始するまでの再生期間を再生期間推定手段が推定し、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていると応答時間判定手段が判定しても、再生期間推定手段が推定する再生期間が所定時間以下の場合、排気流速制御手段は排気流速増加手段に対して排気の流速増加制御を実施せず、排気温度制御手段は排気温度上昇手段に対して排気の温度上昇制御を実施しない。

すなわち、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていても、パティキュレートフィルタの再生を開始するまでの再生期間が所定時間以下であれば、排気センサを再生するためだけに、排気流速増加手段による排気流速の増加、ならびに排気温度上昇手段による排気温度の上昇を実施せず、パティキュレートフィルタの再生処理まで待機する。これにより、排気温度を上昇させてパティキュレートフィルタが捕集したパティキュレートを燃焼するパティキュレートフィルタの再生処理のときに、排気センサに付着したパティキュレートを同時に燃焼して排気センサを再生できる可能性がある。パティキュレートフィルタの再生処理で排気センサを再生できれば、排気センサを再生するために実施する排気流速の増加制御の頻度および排気温度の上昇制御の頻度を極力低減できる。その結果、排気センサを再生するために要する資源消費を極力低減できる。

ところで、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れている場合には、排気センサの出力信号に基づいて吸排気制御を高精度に実施することは困難である。したがって、排気センサが再生されるまでは、排気センサの出力信号に基づく吸排気制御を中止することが望ましい。

そこで、請求項５に記載の発明によると、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れていると応答時間判定手段が判定しても、再生期間推定手段が推定するパティキュレートフィルタの再生期間が所定時間以下であれば、排気流速制御手段が流速増加制御を実施せず、排気温度制御手段が温度上昇制御を実施しない場合、排気センサに基づく吸排気制御の中止を吸排気制御中止手段が吸排気制御手段に対して指令する。

これにより、応答時間が所定時間以上遅れている排気センサの出力信号に基づいて吸排気制御手段が吸排気制御を実施することを防止できる。
請求項６に記載の発明によると、吸排気制御手段は、排気センサの出力信号に基づく吸排気制御の中止を指令されると、吸気量センサの出力信号に基づく吸排気制御を実施する。

これにより、排気センサの応答時間が所定時間以上遅れている場合にも、吸排気制御手段は、排気センサの出力信号に基づく吸排気制御を中止し、吸気センサの出力信号に基づく吸排気制御を実施できる。

請求項７に記載の発明によると、吸排気制御手段は、吸排気制御としてＥＧＲ制御を実施する。
したがって、排気センサを適切に再生することにより、吸排気制御手段は、排気通路中の排気成分を検出する排気センサの出力信号に基づいて、内燃機関の吸気側に環流させるＥＧＲ量を高精度に制御できる。これにより、内燃機関から排気通路に排出される有害成分を極力低減することができる。

尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による吸排気制御システムを図１に示す。

（吸排気制御システム１０）
吸排気制御システム１０は、吸気量センサ（ＡＦＭ：Air Flow Meter）１２、ＥＧＲ弁２０、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）３０、ＤＰＦ４０、電動ファン５０、排気温センサ６０、Ａ／Ｆセンサ７０、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）９０等から構成されている。吸排気制御システム１０は、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）２に対する吸排気を制御するシステムである。エンジン２には、図示しないコモンレールにより蓄圧された燃料が燃料噴射弁４から噴射される。燃料噴射弁４は、後述するアフター噴射およびポスト噴射のうち少なくともポスト噴射を実施することにより、排気温度上昇手段として機能する。

ＡＦＭ１２は、エンジン２に流入する吸気量を検出する。ＥＧＲ弁２０は、エンジン２の吸気側と排気側とを接続するＥＧＲ通路１１０に設置され、排気側から吸気側に環流させるＥＧＲ量を制御する。

ＤＯＣ３０は、ハニカム構造体にプラチナ等の酸化触媒を担持した構造体であり、燃料噴射弁４からのポスト噴射により排気通路１００に添加された燃料を酸化反応させる。この反応熱により、排気通路１００の排気温度が上昇する。

パティキュレートフィルタであるＤＰＦ４０は、多孔質のセラミックにより形成されたハニカム構造体で形成されている。ＤＰＦ４０のハニカム構造体の排気流れ方向に形成された排気通路の入口側および出口側は、互い違いに封止されている。排気中のパティキュレートは、入口側が封止されておらず出口側が封止されている排気通路から流入し、排気通路を形成するハニカム構造体の隔壁を通過する際に隔壁の細孔に捕集される。排気は、入口側が封止されており出口側が封止されていない排気通路から流出する。

排気流速増加手段としての電動ファン５０はＤＯＣ３０の下流側、かつＤＰＦ４０の上流側の排気通路１００に設置されている。電動ファン５０が作動することにより、排気通路１００の排気流速が増加する。

排気温センサ６０は、電動ファン５０の下流側、かつＡ／Ｆセンサ７０の上流側に設置されており、Ａ／Ｆセンサ７０の近傍の排気温度を検出する。
排気センサとしてのＡ／Ｆセンサ７０は、例えば排気中の酸素濃度に依存した限界電流により空燃比を検出するセンサである。排気温センサとして、排気中の酸素濃度に基づく起電力を発生するＯ₂センサを用いてもよい。

Ａ／Ｆセンサ７０は、排気温センサ６０の下流側、かつＤＰＦ４０の上流側に設置されており、排気通路１００中の空燃比を検出する。図１の（Ｂ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ７０は、センサ素子７２の周囲を円筒状の外側カバー７４および内側カバー８０で覆っている。センサ素子７２は、例えば、固体電解質体を有低筒状のコップ型に形成したセンサ素子、あるいは平板状の固体電解質体を積層した積層型のセンサ素子である。

外側カバー７４の周壁には周壁を貫通して複数の通気孔７６が形成されており、先端には通気孔７８が形成されている。内側カバー８０の周壁には複数のルーバーの通気孔８２が形成されており、先端には通気孔８４が形成されている。外側カバー７４の周壁の通気孔７６に対して内側カバー８０の周壁のルーバーの通気孔８２がずれた位置に形成されているので、排気通路１００で生成される凝縮水または結露水に対してセンサ素子７２が被水しにくい構造になっている。

排気センサ再生装置としてのＥＣＵ９０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き換え可能な記憶装置、入出力インタフェース等から構成されている。ＥＣＵ９０は、ＡＦＭ１２、排気温センサ６０、Ａ／Ｆセンサ７０、図示しないエンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等の各種センサの出力信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ＥＣＵ９０は、取得したエンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁４の噴射時期および噴射量を制御する。また、ＥＣＵ９０は、エンジン運転状態に基づいて、エンジンの主なトルクを発生するメイン噴射を含み、メイン噴射の前のプレ噴射、メイン噴射の後のアフター噴射、プレ噴射の前のパイロット噴射、アフター噴射の後のポスト噴射等の多段噴射を実施する。

パイロット噴射は、メイン噴射による着火の前に空気と微少量の燃料とを予め混合させておくために実施される。プレ噴射は、メイン噴射の前に微少量の燃料を噴射してメイン噴射の前に燃焼室で燃料を燃焼させておくことにより、メイン噴射での急激な燃焼を抑制する。これにより、燃焼音および振動を低減する。

アフター噴射は、メイン噴射の後に微少量の燃料を噴射してメイン噴射で燃焼室に発生した未燃成分であるパティキュレート等を燃焼させることにより排ガスを浄化する。燃料噴射弁４からアフター噴射を実施することにより、エンジン２から排出される排気温度は上昇する。ポスト噴射は、微少量の燃料を噴射してＤＰＦ４０が捕集しているパティキュレート等を燃焼するために実施される。

ＥＣＵ９０は、ＥＣＵ９０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。
（吸排気制御手段）
ＥＣＵ９０は、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて目標とする吸気量をマップ等から算出する。吸気量はＥＧＲ量に応じて変化するので、ＥＣＵ９０は、目標の吸気量を得るために、ＥＧＲ弁２０の開度を制御してＥＧＲ量を調整することにより目標吸気量を制御する。この場合、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づいて実際の吸気量（実吸気量）を検出し、実吸気量が目標吸気量となるようにＥＧＲ量を制御する吸排気制御を実施する。例えば、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づいて検出する実吸気量が目標吸気量に対して多い場合、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ量を増加して実吸気量を低減する。一方、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づいて検出する実吸気量が目標吸気量に対して少ない場合、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ量を低減して実吸気量を増加する。このように、ＥＣＵ９０は、排気センサとしてのＡ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づいて、吸排気制御としてＥＧＲ制御を実施する。排気センサの出力信号に基づく吸排気制御として、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ弁２０の開度調整によるＥＧＲ制御以外に、吸気弁の開度調整による吸気量制御、ターボの過給圧制御等を実施してもよい。

（応答時間検出手段）
アクセルオフ時の減速運転において、ＥＣＵ９０は燃料噴射弁４からの燃料噴射をカットするので、排気通路１００は大気相当の雰囲気になる。このとき、ＥＣＵ９０が燃料噴射弁４からの燃料噴射をカットしてから、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号が大気に相当する値になるまでの時間を、ＥＣＵ９０はＡ／Ｆセンサ７０の応答時間として検出する。

燃料カット運転以外にも、エンジン運転状態に基づいて排気通路１００中の空燃比が推定できるのであれば、ＥＣＵ９０は、所定のエンジン運転状態に移行してから、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号が推定される空燃比の値になるまでの時間を、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間として検出してもよい。

（応答時間判定手段）
前述したように、Ａ／Ｆセンサ７０においては、センサ素子７２が被水しにくいように、外側カバー７４の周壁の通気孔７６に対して内側カバー８０の周壁のルーバーの通気孔８２がずれた位置に形成されている。この構成は、言い換えると、Ａ／Ｆセンサ７０のセンサ素子７２の周囲に排気が流通しにくい構成である。このように各周壁に形成された通気孔７６と通気孔８２との位置がずれていても、通気孔７６、８２を排気が通過できれば、センサ素子７２の周囲に排気が流通し、Ａ／Ｆセンサ７０は排気通路１００の空燃比を高精度に検出できる。

しかしながら、Ａ／Ｆセンサ７０は排気中に晒されているので、外側カバー７４および内側カバー８０に排気中のパティキュレートが付着し、外側カバー７４の通気孔７６、７８または内側カバー８０の通気孔８２、８４をパティキュレートが塞ぐことがある。すると、通気孔７６、７８、８２、８４を排気が通過しにくくなり、センサ素子７２の周囲の排気流れが妨げられる。その結果、排気通路１００中の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ７０の応答時間が長くなる。

そこで、ＥＣＵ９０は、燃料カット運転等、エンジン運転状態に基づいて空燃比を推定できる所定のエンジン運転状態に移行してから、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号が推定される空燃比の値になるまでの応答時間が、所定時間以上遅れているかを判定する。Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間以上遅れている場合、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０にパティキュレートが付着して通気孔７６、７８または通気孔８２、８４を塞いでいるので、応答時間が遅れていると判断する。

（排気流速制御手段）
Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間以上遅れている場合、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０に付着しているパティキュレートを燃焼してＡ／Ｆセンサ７０に付着しているパティキュレートを除去する必要があると判断する。そのためには、アフター噴射またはポスト噴射を実施して排気通路１００の排気温度を上昇させる以外に、排気流速が所定速度よりも速いことが必要である。排気流速が所定速度よりも速くなると、Ａ／Ｆセンサ７０に付着しているパティキュレートがＡ／Ｆセンサ７０から脱落しやすくなるともに、温度の上昇した排気が外側カバー７４の通気孔から内側カバー８０に到達し、内側カバー８０に付着したパティキュレートが燃焼し易くなると考えられる。そこで、ＥＣＵ９０は、排気流速が所定速度以下の場合、排気流速増加手段としての電動ファン５０に通電して作動させ、排気通路１００の排気流速を所定速度よりも増加させる。

排気流速がすでに所定速度よりも速い場合には、電動ファン５０を作動させる流速増加制御を実施する必要はない。
（排気温度制御手段）
Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間以上遅れている場合、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０に付着しているパティキュレートを燃焼してＡ／Ｆセンサ７０に付着しているパティキュレートを除去するため、排気通路１００の排気温度を上昇させる必要がある。そこで、ＥＣＵ９０は、排気温度が所定温度以下の場合、排気温度上昇手段としての燃料噴射弁４にアフター噴射およびポスト噴射のうち少なくともポスト噴射を指令し、排気通路１００の排気温度を所定温度よりも上昇させる。

排気温度がすでに所定温度よりも高い場合には、燃料噴射弁４からアフター噴射またはポスト噴射を実施する必要はない。
（Ａ／Ｆセンサ７０の再生処理）
次に、排気センサであるＡ／Ｆセンサ７０の再生処理について、図２の再生ルーチンに基づいて説明する。図２の再生ルーチンは常時実行される。図２において「Ｓ」はステップを表している。ＥＣＵ９０は、ＥＣＵ９０のＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより図２に示すルーチンを実行する。

図２の再生ルーチンにおいてＥＣＵ９０は、まずＳ３００において、排気センサであるＡ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づいて空燃比を検出する。そして、Ａ／Ｆセンサ７０から検出した空燃比の値と、所定のエンジン運転状態から推定した空燃比の値とから、空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ７０の応答時間の遅れを検出する。

ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間（Ｒ１）以上遅れているかを判定し（Ｓ３０２）、応答時間の遅れが所定時間（Ｒ１）より短い場合（Ｓ３０２：Ｎｏ）、本ルーチンを終了する。

Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間の遅れが所定時間（Ｒ１）以上の場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、Ｓ３０４においてＥＣＵ９０は排気通路１００における排気流速が所定速度（Ｖ１）以下であるかを判定する。排気流速はエンジン回転数が増加すると増加するので、ＥＣＵ９０は、エンジン回転数に基づいて排気流速を検出する。

排気流速が所定速度（Ｖ１）以下の場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、Ｓ３０６においてＥＣＵ９０は、電動ファン５０に通電して排気流速を強制的に増加させ、Ｓ３０８に処理を移行する。

排気流速が所定速度（Ｖ１）よりも速い場合（Ｓ３０４：Ｎｏ）、Ｓ３０８においてＥＣＵ９０は、排気通路１００における排気温度が所定温度（Ｋ１）以下であるかを判定する。ＥＣＵ９０は、排気温センサ６０の出力信号に基づいて排気温度を検出する。排気温度が所定温度（Ｋ１）よりも高い場合（Ｓ３０８：Ｎｏ）、ＥＣＵ９０は本ルーチンを終了する。

排気温度が所定温度（Ｋ１）以下の場合（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、Ｓ３１０においてＥＣＵ９０は、排気通路１００における排気温度が所定温度（Ｋ２）以下であるかを判定する。ただし、Ｋ１＞Ｋ２である。排気温度が所定温度（Ｋ２）よりも高い場合（Ｓ３１０：Ｎｏ）、Ｓ３１２においてＥＣＵ９０は、燃料噴射弁４にポスト噴射を指令し、ポスト噴射により排気通路１００の排気温度を上昇させて本ルーチンを終了する。

排気温度が所定温度（Ｋ２）以下の場合（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０は、Ｓ３１４において燃料噴射弁４にアフター噴射を指令するとともに、Ｓ３１２においてポスト噴射を指令する。ＥＣＵ９０は、アフター噴射およびポスト噴射の両方で排気通路１００の排気温度を上昇させて本ルーチンを終了する。

第１実施形態では、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間（Ｒ１）以上遅れている場合、アフター噴射およびポスト噴射のうち少なくともポスト噴射を実施して排気温度を上昇させることに加え、電動ファン５０を駆動して排気流速を増加させている。これにより、排気温度の上昇だけではＡ／Ｆセンサ７０に付着したパティキュレートを燃焼して除去できない場合にも、排気流速の増加によりＡ／Ｆセンサ７０に付着したパティキュレートを燃焼して除去できる。その結果、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が短くなるので、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づいて吸排気制御を高精度に実施できる。

さらに、排気の温度上昇制御および流速増加制御の両方を実施することにより、Ａ／Ｆセンサ７０に付着したパティキュレートをＡ／Ｆセンサ７０に対する１回の再生処理で効率よく燃焼して除去できるので、Ａ／Ｆセンサ７０に対する再生処理の頻度を増加することなくＡ／Ｆセンサ７０を再生できる。これにより、排気通路１００に設置される部品に排気温度の上昇による負荷が加わることを極力低減するとともに、Ａ／Ｆセンサ７０の再生のために要する燃料および電力等の資源の消費を低減できる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態における吸排気制御システムの構成は第１実施形態と実質的に同一である。第２実施形態において、ＥＣＵ９０は、ＥＣＵ９０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより、第１実施形態に記載した手段に加え、以下に記載する手段として機能する。

（再生期間推定手段）
ＤＰＦ４０は排気通路１００中のパティキュレートを捕集するので、ＤＰＦ４０にパティキュレートが堆積していく。所定量以上のパティキュレートが堆積すると、ＤＰＦ４０によるパティキュレートの捕集効率が低下するので、ＤＰＦ４０に堆積しているパティキュレートを燃焼させてＤＰＦ４０を再生する必要がある。ＥＣＵ９０は、エンジン２の運転状態の履歴に基づいてＤＰＦ４０に堆積しているパティキュレートの堆積量を推定する。そして、ＥＣＵ９０は、ＤＰＦ４０に堆積しているパティキュレートの堆積量が所定量に達し、堆積しているパティキュレートを燃焼してＤＰＦ４０から除去するＤＰＦ４０の再生処理を開始するまでの再生期間を推定する。

そして、再生期間推定手段としてのＥＣＵ９０に対する機能追加により、第１実施形態で説明した排気流速制御手段、排気温度制御手段には、以下に示す機能が追加されている。

（排気流速制御手段）
ＤＰＦ４０に堆積しているパティキュレートを燃焼するためにポスト噴射が実施されると、排気通路１００の排気温度が上昇するので、ＤＰＦ４０の再生処理のときにＡ／Ｆセンサ７０に付着しているパティキュレートが燃焼する可能性がある。そこで、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間以上遅れていても、再生期間推定手段が推定するＤＰＦ４０の再生処理を開始するまでの再生期間が所定時間以下であり比較的すぐにＤＰＦ４０の再生処理が開始されるのであれば、電動ファン５０を駆動して排気流速を増加する排気流速増加制御を実施しない。

（排気温度制御手段）
前述したように、ＤＰＦ４０の再生処理のときにＡ／Ｆセンサ７０に付着しているパティキュレートが燃焼する可能性がある。そこで、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間以上遅れていても、再生期間推定手段が推定するＤＰＦ４０の再生を開始するまでの再生期間が所定時間以下であり比較的すぐにＤＰＦ４０の再生処理が開始されるのであれば、ＤＰＦ４０の再生タイミングの前に、アフター噴射およびパイロット噴射のうち少なくともポスト噴射を燃料噴射弁４に指令して排気温度を上昇させる排気温度上昇制御を実施しない。

尚、排気流速増加制御および排気温度上昇制御を実施するか否かの判定基準となるＤＰＦ４０の再生期間の所定時間は、Ａ／Ｆセンサ７０を再生するために消費する電力量および燃料量、ならびにＡ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間以上遅れている状態を継続することによるエミッションの悪化程度に基づいて決定される。

（吸排気制御禁止手段）
Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間以上遅れており、ＤＰＦ４０の再生を開始するまでの再生期間が所定時間以下の場合、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づく吸排気制御を中止し、ＡＦＭ１２の出力信号に基づいて実吸気量が目標吸気量になるようにＥＧＲ量を制御する吸排気制御を実施する。

（Ａ／Ｆセンサ７０の再生処理）
次に、第２実施形態におけるＡ／Ｆセンサ７０の再生処理について、図３の再生ルーチンに基づいて説明する。図３の再生ルーチンは常時実行される。図３において「Ｓ」はステップを表している。ＥＣＵ９０は、ＥＣＵ９０のＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより図３に示すルーチンを実行する。尚、図３のＳ３２８〜Ｓ３３８の処理は図２のＳ３０４〜Ｓ３１４と同一であるから説明を省略する。

図３のＳ３２０においてＥＣＵ９０は、排気センサであるＡ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づく吸排気制御を実施中であるかを判定する。Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づく吸排気制御を実施していない場合（Ｓ３２０：Ｎｏ）、ＥＣＵ９０は本ルーチンを終了する。この場合、ＥＣＵ９０は、ＡＦＭ１２の出力信号に基づいて吸排気制御を実施する。

Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づく吸排気制御を実施している場合（Ｓ３２０：Ｙｅｓ）、Ｓ３２２においてＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づいて空燃比を検出する。そして、Ａ／Ｆセンサ７０から検出した空燃比の値と、所定のエンジン運転状態から推定した空燃比の値とから、空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ７０の応答時間の遅れを検出する。

ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間が所定時間（Ｒ１）以上遅れているかを判定し（Ｓ３２４）、応答時間の遅れが所定時間（Ｒ１）より短い場合（Ｓ３２４：Ｎｏ）、本ルーチンを終了する。

Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間の遅れが所定時間（Ｒ１）以上の場合（Ｓ３２４：Ｙｅｓ）、Ｓ３２６においてＥＣＵ９０は、次回のＤＰＦ４０の再生開始までの再生期間が所定時間（Ｔ１）以下であるかを判定する。次回のＤＰＦ４０の再生開始までの再生期間が所定時間（Ｔ１）より長い場合（Ｓ３２６：Ｎｏ）、ＥＣＵ９０はＳ３２８〜Ｓ３３８において、第１実施形態の図２に示すＳ３０４〜Ｓ３１４と実質的に同じ処理を実施し、本ルルーチンを終了する。

次回のＤＰＦ４０の再生開始までの再生期間が所定時間（Ｔ１）以下の場合（Ｓ３２６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間の遅れが所定時間（Ｒ１）以上であっても（Ｓ３２４：Ｙｅｓ）、Ｓ３４０においてＥＣＵ９０は、排気流速制御手段および排気温度制御手段による強制的な排気流速増加制御および排気温度上昇制御を実施しない。これは、比較的すぐに開始される次回のＤＰＦ４０の再生処理において、Ａ／Ｆセンサ７０に付着しているパティキュレートが燃焼されると判断するからである。

ただし、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間の遅れが所定時間（Ｒ１）以上であれば、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づいて吸排気制御を高精度に実施できないと判断し、Ｓ３４０においてＡ／Ｆセンサ７０の出力信号に基づく吸排気制御を中止して本ルーチンを終了する。

このように、第２実施形態では、Ａ／Ｆセンサ７０の応答時間の遅れが所定時間（Ｒ１）以上であっても、ＤＰＦ４０の再生開始までの再生期間が所定時間（Ｔ１）以下の場合、排気流速制御手段および排気温度制御手段による強制的な排気流速増加制御および排気温度上昇制御を実施せず、次回のＤＰＦ４０の再生処理によりＡ／Ｄセンサ７０に付着したパティキュレートを除去しようとする。

これにより、ＤＰＦ４０の再生タイミング以外でアフター噴射およびパイロット噴射を実施する頻度をさらに低減し、燃費の低減を防止できる。さらに、ポスト噴射による燃料がシリンダ壁面に付着して生じるオイル希釈を低減できる。さらに、排気通路１００に設置される部品に排気温度の上昇による負荷が加わることを極力低減するので、部品の損傷を低減できる。

また、電動ファン５０を駆動して排気流速を増加する排気流速増加制御の実施頻度を低減するので、電力消費を極力低減できる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、排気センサとしてＡ／Ｆセンサ７０およびＯ₂センサを例示した。これ以外にも、排気通路中の排気成分を検出する排気センサとしてＮＯｘセンサを使用してもよい。本発明は、排気中のパティキュレートが付着して応答時間が遅れるのであれば、どのような排気センサに対しても再生装置として適用できる。

また上記実施形態では、排気通路１００における排気流速を増加させる排気流速増加手段として電動ファン５０を使用した。これ以外にも、排気通路１００の通路面積を調整する電磁弁を排気流速増加手段として使用し、排気通路１００の通路面積を電磁弁で絞ることにより排気通路１００における排気流速を増加させてもよい。

上記実施形態では、アフター噴射およびポスト噴射のうち少なくともポスト噴射を実施することにより、排気通路１００における排気温度を上昇させた。これに対し、排気温センサの上流側に排気通路１００に直接燃料を噴射する燃料添加弁を設置し、燃料添加弁から排気通路１００に燃料を噴射して添加することにより、排気通路１００の排気温度を上昇させてもよい。この場合、燃料添加弁から添加する燃料をＤＰＦ４０の再生に利用してもよい。

このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

第１実施形態による吸排気制御システムを示すブロック図。 第１実施形態による再生ルーチンを示すフローチャート。 第２実施形態による再生ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

２：ディーゼルエンジン（内燃機関）、４：燃料噴射弁（排気温度上昇手段）、１０：吸排気制御システム、１２：ＡＦＭ（吸気量センサ）、２０：ＥＧＲ弁、３０：ＤＯＣ、４０：ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）、５０：電動ファン（排気流速増加手段）、７０：Ａ／Ｆセンサ（吸排気センサ）、９０：ＥＣＵ（排気センサ再生装置、応答時間検出手段、応答時間判定手段、排気流速制御手段、排気温度制御手段、再生期間推定手段、吸排気制御手段、吸排気制御禁止手段）、１００：排気通路

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路中の排気成分を検出する排気センサに付着したパティキュレートを除去して前記排気センサを再生する排気センサ再生装置において、
   前記排気センサの応答時間を検出する応答時間検出手段と、
   前記応答時間検出手段が検出する前記応答時間が所定時間以上遅れているかを判定する応答時間判定手段と、
   前記応答時間が所定時間以上遅れていると前記応答時間判定手段が判定すると、排気温度上昇手段による前記排気通路中の排気温度の上昇を制御する排気温度制御手段と、
   前記応答時間が所定時間以上遅れていると前記応答時間判定手段が判定すると、排気流速増加手段による前記排気通路中の排気流速の増加を制御する排気流速制御手段と、
   を備えることを特徴とする排気センサ再生装置。
2. 前記排気流速制御手段は、前記応答時間が所定時間以上遅れているとともに前記排気流速が所定速度以下の場合、前記流速増加手段に前記排気流速の増加を指令し、前記応答時間が所定時間以上遅れていても前記排気流速が所定速度より速い場合、前記流速増加手段に前記排気流速の増加を指令しないことを特徴とする請求項１に記載の排気センサ再生装置。
3. 前記排気温度制御手段は、前記応答時間が所定時間以上遅れているとともに前記排気温度が所定温度以下の場合、前記排気温度上昇手段に前記排気温度の上昇を指令し、前記応答時間が所定時間以上遅れていても前記排気温度が所定温度より高い場合、前記排気温度上昇手段に前記排気温度の上昇を指令しないことを特徴とする請求項１または２に記載の排気センサ再生装置。
4. 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に対する再生を開始するまでの再生期間を推定する再生期間推定手段をさらに備え、
   前記応答時間が所定時間以上遅れていると前記応答時間判定手段が判定しても、前記再生期間推定手段が推定する前記再生期間が所定時間以下であれば、前記排気流速制御手段は前記排気流速増加手段に対して排気の流速増加制御を実施せず、前記排気温度制御手段は前記排気温度上昇手段に対して排気の温度上昇制御を実施しない、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排気センサ再生装置。
5. 前記応答時間が所定時間以上遅れていると前記応答時間判定手段が判定しても、前記再生期間推定手段が推定する前記再生期間が所定時間以下であれば、前記排気流速制御手段が前記流速増加制御を実施せず、前記排気温度制御手段が前記温度上昇制御を実施しない場合、吸排気制御手段に対し前記排気センサの出力信号に基づく吸排気制御の中止を指令する吸排気制御中止手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の排気センサ再生装置。
6. 前記吸排気制御手段は、前記排気センサに基づく吸排気制御の中止を指令されると、吸気量センサの出力信号に基づく吸排気制御を実施することを特徴とする請求項５に記載の排気センサ再生装置。
7. 前記吸排気制御手段は、前記吸排気制御としてＥＧＲ制御を実施することを特徴とする請求項５または６に記載の排気センサ再生装置。
8. 内燃機関の排気通路の排気成分を検出する排気センサと、
   前記排気センサの出力信号に基づいて吸排気制御を実施する吸排気制御手段と、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の排気センサ再生装置と、
   を備えることを特徴とする吸排気制御システム。

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