特許 6772958 排気処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6772958

(24)【登録日】2020年10月5日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】排気処理装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/035 20060101AFI20201012BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/035 E

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-104234(P2017-104234)

(22)【出願日】2017年5月26日

(65)【公開番号】特開2018-200011(P2018-200011A)

(43)【公開日】2018年12月20日

【審査請求日】2019年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 隆男

【審査官】 菅野 京一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２０３８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７４９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９３３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９０６４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの排気通路に設けられる酸化触媒と、
前記排気通路における前記酸化触媒よりも上流の位置に設けられ、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加装置と、
前記排気通路における前記酸化触媒よりも下流の位置に設けられ、前記排気通路を流通する排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに捕集された前記粒子状物質の堆積量が堆積量判定値よりも大きい場合、前記フィルタに流入する排気の温度である排気温度を目標温度にするための指令添加量に基づいて前記燃料添加装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
予め定められた学習条件が成立する場合に、前記排気温度が前記目標温度に近づくように前記指令添加量を補正するための学習値を算出し、
前記排気温度が前記目標温度よりも高い温度判定値を超える場合には、前記学習条件が成立するか否かにかかわらず前記学習値を減少させ、
前記制御装置は、前記排気温度が前記温度判定値を超える場合には、直前の学習値を初期値に減少させる、排気処理装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記排気温度が前記温度判定値を複数回超える場合に前記学習値を減少させる、請求項１に記載の排気処理装置。

【請求項3】

前記学習条件は、前記排気温度が一定となる状態が所定時間継続するという条件を少なくとも含む、請求項１または２に記載の排気処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンから排出される排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタの昇温制御に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジン等の排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化するために、排気管には排気処理装置が設けられる。この排気処理装置は、たとえば、粒子状物質を捕集するＰＭ除去フィルタと、ＰＭ除去フィルタよりも排気の流れの上流側に配置された酸化触媒(ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst)とを含む。ＰＭ除去フィルタにおける粒子状物質の堆積量が多くなると、フィルタが目詰まりを起こして排気の浄化機能が低下するため、ＰＭ除去フィルタを昇温させることによって捕集した粒子状物質を燃焼させてフィルタから除去する、所謂、ＰＭ除去フィルタの再生が行なわれる。

【0003】

ＰＭ除去フィルタの再生では、排気に燃料を添加して、添加した燃料を酸化触媒で反応させ、その反応熱によって排気をＰＭ除去フィルタの再生が可能な温度範囲まで昇温させる。そして、高温となった排気がＰＭ除去フィルタを流通することによって、ＰＭ除去フィルタ内のＰＭが燃焼する。

【0004】

排気に添加する燃料の添加量は、ＰＭ除去フィルタに流入する排気の温度をＰＭ除去フィルタの再生が可能な温度範囲に昇温できる量に調整される。

【0005】

たとえば、特開２００８−２０２５２９号公報（特許文献１）は、排気中への燃料の添加によりＰＭ除去フィルタの温度を目標温度に制御するにあたり、その都度のＰＭ除去フィルタの温度と目標昇温とのずれを補正し得る燃料の添加量を学習し、その学習値を燃料の添加量に反映させつつＰＭ除去フィルタの昇温を制御する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２０２５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したような構成を有する排気処理装置において、燃料タンクから燃料添加装置までの間の燃料系統における燃料の流通経路の途中には、たとえば、流通する燃料から異物を取り除くための燃料フィルタなどの部品が設けられる。燃料フィルタなどの部品は消耗品であり、長期間の使用によりその機能が低下するので、定期的に新しい部品に交換される。燃料フィルタなどの部品が新品に交換されると、燃料タンクから燃料添加装置までの間の燃料の流通経路における抵抗が小さくなるので、部品交換前に学習した学習値に基づいて部品交換後に燃料添加装置を制御すると、部品の交換後に添加される燃料の添加量が所望の量よりも多くなってしまうという場合がある。そのため、一般的には、所定のメンテナンスタイミングで部品が新品に交換されると、その交換にあわせて部品の交換前において学習した学習値を初期値にリセットすることが行なわれている。しかしながら、たとえば、所定のメンテナンスタイミング以外に、ユーザが独自に部品を交換するような場合においては、部品の交換後に添加量の学習値が初期値にリセットされないことが考えられる。この場合、部品の交換後であっても、ＰＭ除去フィルタの再生を行なうための燃料添加制御は、部品交換前の学習値に基づいて制御されるため、部品交換前の学習値が大きい値であると、燃料添加装置から排気に添加される燃料の添加量が必要以上に多くなって、ＰＭ除去フィルタに流通する排気の温度が目標温度よりも上昇してしまうこととなる。そして、ＰＭ除去フィルタに流通する排気の温度が高くなりすぎると、ＰＭ除去フィルタが故障する虞があるので、すぐに燃料添加が停止されてしまう。このように、消耗部品の交換後に、交換前に学習した学習値のリセットがなされてない場合には、ＰＭ除去フィルタの再生制御の実行時において、ＰＭ除去フィルタに流入する排気の温度を精度高く制御できないといった問題が発生する。

【0008】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、燃料系統の部品が交換された時に学習値が初期値にリセットされない場合であっても、部品交換後におけるＰＭ除去フィルタの再生制御の実行時において、ＰＭ除去フィルタに流入する排気の温度を精度高く制御することができる排気処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明のある局面に係る排気処理装置は、エンジンの排気通路に設けられる酸化触媒と、排気通路における酸化触媒よりも上流の位置に設けられ、排気通路内に燃料を添加する燃料添加装置と、排気通路における酸化触媒よりも下流の位置に設けられ、排気通路を流通する排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量が堆積量判定値よりも大きい場合、フィルタに流入する排気の温度である排気温度を目標温度にするための指令添加量に基づいて燃料添加装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、予め定められた学習条件が成立する場合に、排気温度が目標温度に近づくように指令添加量を補正するための学習値を算出する。制御装置は、排気温度が目標温度よりも高い温度判定値を超える場合には、学習条件が成立するか否かにかかわらず学習値を減少させる。

【0010】

このようにすると、たとえば、燃料系統の部品等の交換により指令添加量に対する実際の燃料の添加量が増加することによって、排気温度が温度判定値を超える場合に学習条件が成立するか否かにかかわらず学習値を減少させることによって排気通路内への燃料の添加量を減少させることができる。その結果、排気温度を低下させることができる。その後に学習条件が成立することにより適切な学習値を算出することができる。そのため、排気温度が目標温度になるように燃料添加装置を制御することができる。

【0011】

好ましくは、制御装置は、排気温度が温度判定値を超える場合には、直前の学習値から予め定められた値だけ減算した値を学習値として設定する。

【0012】

このようにすると、学習値を予め定められた値だけ減算することによって燃料添加による排気温度の上昇量が不必要に低下することを抑制することができる。

【0013】

さらに好ましくは、制御装置は、排気温度が温度判定値を超える場合には、直前の学習値を初期値に減少させる。

【0014】

このようにすると、学習値を初期値に減少させることによって排気温度を速やかに低下させることができる。

【0015】

さらに好ましくは、制御装置は、排気温度が温度判定値を複数回超える場合に学習値を減少させる。

【0016】

このようにすると、排気温度が温度判定値を複数回超える場合に学習値を減少させることにより、学習値が不必要に減少されることを抑制することができる。

【0017】

さらに好ましくは、学習条件は、排気温度が一定となる状態が所定時間継続するという条件を少なくとも含む。

【0018】

このようにすると、排気温度が一定となる状態が所定時間継続するという条件が成立する場合に学習値を算出することにより、排気温度が目標温度になるようにするための適切な学習値を設定することができる。そのため、フィルタの昇温制御を精度高く実行することができる。

【発明の効果】

【0019】

この発明によると、燃料系統の部品が交換された時に学習値がリセットされない場合であっても、部品交換後におけるＰＭ除去フィルタの再生制御の実行時において、ＰＭ除去フィルタに流入する排気の温度を精度高く制御することができる排気処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施の形態におけるエンジンの概略構成を示す図である。

【図2】指令添加量の補正方法を説明するための図である。

【図3】学習値が更新されない場合の排気温度の変化を示すタイミングチャートである。

【図4】制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。

【図5】制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図6】変形例における制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称およ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。

【0022】

図１は、本実施の形態におけるエンジン１の概略構成を示す図である。本実施の形態において、エンジン１は、たとえば、コモンレール式のディーゼルエンジンを一例として説明する。しかしながら、エンジン１としては、その他の形式のエンジン（たとえば、ガソリンエンジン等）であってもよい。

【0023】

エンジン１は、エンジン本体１０と、エアクリーナ２０と、インタークーラ２６と、吸気マニホールド２８と、過給機３０と、排気マニホールド５０と、排気処理装置５６と、第１排気再循環装置（以下、第１ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置と記載する）６０と、第２排気再循環装置（以下、第２ＥＧＲ装置と記載する）７０と、制御装置２００と、エンジン回転数センサ２０２と、エアフローメータ２０８と、燃料ポンプ２１０と、燃料フィルタ２１２と、燃料タンク２１４とを備える。

【0024】

エンジン本体１０は、複数の気筒１２と、コモンレール１４と、複数のインジェクタ１６とを含む。本実施の形態においては、エンジン１は、直列４気筒エンジンを一例として説明するが、その他の気筒レイアウト（たとえば、Ｖ型あるいは水平型）のエンジンであってもよい。

【0025】

複数のインジェクタ１６は、複数の気筒１２の各々に設けられ、その各々がコモンレール１４に接続されている燃料噴射装置である。燃料タンク２１４に貯留された燃料は、燃料フィルタ２１２を経由して燃料ポンプ２１０によって所定圧まで加圧されてコモンレール１４へ供給される。コモンレール１４に供給された燃料は複数のインジェクタ１６の各々から所定のタイミングで噴射される。複数のインジェクタ１６は、制御装置２００からの制御信号ＩＪ１〜ＩＪ４に基づいて動作する。

【0026】

エアクリーナ２０は、エンジン１の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ２０には、第１吸気管２２の一方端が接続される。

【0027】

第１吸気管２２の他方端には、過給機３０のコンプレッサ３２の入口に接続される。コンプレッサ３２の出口には、第２吸気管２４の一方端が接続される。コンプレッサ３２は、第１吸気管２２から流通する空気を過給して第２吸気管２４に供給する。コンプレッサ３２の詳細な動作については後述する。

【0028】

第２吸気管２４の他方端には、インタークーラ２６の一方端が接続される。インタークーラ２６は、第２吸気管２４を流通する空気を冷却する空冷式あるいは水冷式の熱交換器である。

【0029】

インタークーラ２６の他方端には、第３吸気管２７の一方端が接続される。第３吸気管２７の他方端には、吸気マニホールド２８が接続される。吸気マニホールド２８は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の吸気ポートに連結される。なお、吸気マニホールド２８の上流には、たとえば、排気マニホールド５０から第１ＥＧＲ装置６０を経由して還流する排気（以下、吸気通路に還流される排気をＥＧＲガスとも記載する）を吸気マニホールドに流通させるための吸気絞り弁が設けられていてもよい。

【0030】

排気マニホールド５０は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の排気ポートに連結される。排気マニホールド５０には、第１排気管５２の一方端が接続される。第１排気管５２の他方端は、過給機３０のタービン３６に接続される。そのため、各気筒の排気ポートから排出される排気は、排気マニホールド５０に集められた後、第１排気管５２を経由してタービン３６に供給される。

【0031】

タービン３６には、第２排気管５４の一方端が接続される。第２排気管５４の他方端は、排気処理装置５６の入口部分に接続される。排気処理装置５６は、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）５６ａと、ＰＭ除去フィルタ５６ｂと、燃料添加装置５６ｃと、排気温度センサ５６ｄとを含む。

【0032】

ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、酸化触媒５６ａよりも排気の流路（排気通路）における下流側に設けられる。燃料添加装置５６ｃは、酸化触媒５６ａよりも排気の流路における上流側に設けられる。排気温度センサ５６ｄは、酸化触媒５６ａとＰＭ除去フィルタ５６ｂとの間の排気の流路に設けられる。

【0033】

ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、流通する排気に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と記載する。）を捕集する。ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、たとえば、セラミックやステンレス等によって形成される。捕集されたＰＭは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内に堆積する。

【0034】

酸化触媒５６ａと燃料添加装置５６ｃとは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに堆積したＰＭを燃焼させ、除去する（再生する）再生機構として機能する。酸化触媒５６ａは、排気が流通する場合に、流通する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭素酸化物（ＣＯｘ）などを酸化するとともに、排気中に燃料添加装置５６ｃから添加された燃料が含まれる場合には燃料を酸化する。燃料の酸化によって生じる反応熱により酸化触媒５６ａを通過する排気の温度が上昇する。高温の排気がＰＭ除去フィルタ５６ｂを通過することによってＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度が上昇し、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内に堆積したＰＭが酸化除去される（燃焼させられる）。これにより、ＰＭ除去フィルタ５６ｂが再生される。

【0035】

排気処理装置５６の出口部分には、第３排気管５８の一方端が接続される。第３排気管５８の他方端には、触媒などの排気から特定の成分を除去する追加の排気処理装置やマフラー等が接続される。そのため、タービン３６から排出された排気は、第２排気管５４、排気処理装置５６、第３排気管５８、各種触媒およびマフラー等を経由して車外に排出される。

【0036】

第３吸気管２７と排気マニホールド５０とは、エンジン本体１０を経由せずに第１ＥＧＲ装置６０によって接続される。第１ＥＧＲ装置６０は、第１ＥＧＲバルブ６２と、第１ＥＧＲクーラ６４と、第１ＥＧＲ通路６６とを含む。第１ＥＧＲ通路６６は、第３吸気管２７と排気マニホールド５０とを接続する。第１ＥＧＲバルブ６２と、第１ＥＧＲクーラ６４とは、第１ＥＧＲ通路６６の途中に設けられる。

【0037】

第１ＥＧＲバルブ６２は、制御装置２００からの制御信号に応じて、第１ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。第１ＥＧＲクーラ６４は、たとえば、第１ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式あるいは空冷式の熱交換器である。排気マニホールド５０内の排気が第１ＥＧＲ装置６０を経由してＥＧＲガスとして吸気側に戻されることによって気筒内の燃焼温度が低下され、ＮＯｘの生成量が低減される。

【0038】

第１吸気管２２と第３排気管５８とは、エンジン本体１０を経由せずに第２ＥＧＲ装置７０によって接続される。第２ＥＧＲ装置７０は、第２ＥＧＲバルブ７２と、第２ＥＧＲクーラ７４と、第２ＥＧＲ通路７６とを含む。第２ＥＧＲ通路７６は、第１吸気管２２と第３排気管５８とを接続する。第２ＥＧＲバルブ７２と、第２ＥＧＲクーラ７４とは、第２ＥＧＲ通路７６の途中に設けられる。

【0039】

第２ＥＧＲバルブ７２は、制御装置２００からの制御信号に応じて、第２ＥＧＲ通路７６を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。第２ＥＧＲクーラ７４は、たとえば、第２ＥＧＲ通路７６を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式または空冷式の熱交換器である。第３排気管５８内の排気が第２ＥＧＲ装置７０を経由してＥＧＲガスとして吸気側に戻されることによって気筒内の燃焼温度が低下され、ＮＯｘの生成量が低減される。

【0040】

過給機３０は、コンプレッサ３２と、タービン３６とを含む。コンプレッサ３２のハウジング内にはコンプレッサホイール３４が収納され、タービン３６のハウジング内にはタービンホイール３８が収納される。コンプレッサホイール３４とタービンホイール３８とは、連結軸４２によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイール３４は、タービンホイール３８に供給される排気の排気エネルギーによって回転駆動される。

【0041】

エンジン１の動作は、制御装置２００によって制御される。制御装置２００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリと、外部との情報のやり取りを行なうための入・出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。入力ポートには、上述したセンサ類（たとえば、排気温度センサ５６ｄ、エンジン回転数センサ２０２、エアフローメータ２０８等）接続される。出力ポートには、制御対象となる機器（たとえば、複数のインジェクタ１６、燃料添加装置５６ｃおよび燃料ポンプ２１０等）が接続される。

【0042】

制御装置２００は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。また、制御装置２００には、時間の計測を行うためのタイマー回路（図示せず）が内蔵されている。

【0043】

排気温度センサ５６ｄは、酸化触媒５６ａから流出する排気の温度、すなわち、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気の温度（以下、排気温度と記載する）Ｔｅｘを検出する。排気温度センサ５６ｄは、検出した排気温度Ｔｅｘを示す信号を制御装置２００に送信する。なお、排気温度Ｔｅｘは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ近傍に設置した温度センサで直接検出する以外に、エンジン１の運転状態や別の場所に設けられた温度センサから推定によって求めてもよい。

【0044】

エンジン回転数センサ２０２は、エンジン１のクランクシャフトの回転数をエンジン回転数ＮＥとして検出する。エンジン回転数センサ２０２は、検出したエンジン回転数ＮＥを示す信号を制御装置２００に送信する。

【0045】

エアフローメータ２０８は、第１吸気管２２に導入される新気の流量（吸入空気量）Ｑｉｎを検出する。エアフローメータ２０８は、検出した吸入空気量Ｑｉｎを示す信号を制御装置２００に送信する。

【0046】

燃料タンク２１４は、複数のインジェクタ１６および燃料添加装置５６ｃに供給するための燃料を貯留する。燃料ポンプ２１０は、制御装置２００からの制御信号に応じて動作し、燃料タンク２１４に貯留される燃料をコモンレール１４に圧送したり、燃料添加装置５６ｃに供給したりする。燃料ポンプ２１０と燃料タンク２１４との間の燃料が流通する通路には燃料フィルタ２１２が設けられる。燃料フィルタ２１２は、流通する燃料に含まれる異物を捕集する。

【0047】

以上のような構成を有するエンジン１においては、ＰＭ除去フィルタ５６ｂにおけるＰＭの堆積量が多くなると、ＰＭ除去フィルタ５６ｂのフィルタ部分が目詰まりを起こして機能が低下する場合がある。そのため、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生するための再生制御を実行する。

【0048】

より具体的には、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内のＰＭの堆積量を取得する。制御装置２００は、たとえば、エンジン１の運転条件（たとえば、エンジン回転数ＮＥや燃料噴射量の指令値や吸入空気量Ｑｉｎ等）から複数の気筒１２からのＰＭの排出量の推定値を算出する。制御装置２００は、算出された推定値を積算することによって堆積量を取得してもよい。なお、ＰＭの排出量の具体的な算出方法については周知の技術を用いればよくその詳細な説明は行なわない。制御装置２００は、取得したＰＭの堆積量が再生判定値を超えると再生制御を実行する。

【0049】

制御装置２００は、再生制御が実行されると、燃料添加装置５６ｃから燃料添加を開始する。制御装置２００は、たとえば、排気温度Ｔｅｘを、目標温度に昇温するための指令添加量を設定し、設定された指令添加量に従って燃料添加装置５６ｃを制御する。ここで、排気の目標温度は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度をＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度まで昇温することができる排気温度として設定される。

【0050】

上述のような再生制御により、排気処理装置５６では、燃料添加装置５６ｃから排気に燃料が添加され、添加された燃料が酸化触媒５６ａで反応し、その反応熱によって排気が昇温する。そして、高温となった排気がＰＭ除去フィルタ５６ｂに流れることによって、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度が、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度範囲内の温度まで昇温し、ＰＭ除去フィルタ５６内のＰＭが燃焼される。制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度がＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度範囲内の温度になった状態の経過時間をカウントし、カウントした経過時間の合計が所定の再生終了時間を超えた場合に、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が完了したと判定する。

【0051】

ところで、エンジン１の稼働時間が長くなると、燃料タンク２１４から燃料添加装置５６ｃの制御弁までの間に設けられるいずれかの構成部品が経年劣化したり、燃料フィルタ２１２において捕集された異物によるフィルタ目詰まりが生じたりすることによって、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生制御の実行時に、排気に添加すべき燃料の指令添加量と、実際に燃料添加装置５６ｃから排気に添加される燃料の実添加量との間にずれが生じる場合がある。

【0052】

そのため、制御装置２００は、予め定められた学習条件が成立する場合に、実添加量を指令添加量に近づけるように、指令添加量を補正するための学習値（たとえば、補正係数）を算出する。制御装置２００は、たとえば、燃料添加後の排気温度Ｔｅｘと目標温度との比に基づいて学習値を算出する。

【0053】

図２は、指令添加量の補正方法を説明するための図である。燃料添加前の排気温度が３００℃で目標温度が６５０℃である場合には、燃料の添加により排気の温度を３５０℃昇温させる必要がある。制御装置２００は排気の温度を３５０℃昇温させるために必要な燃料の添加量である指令添加量を、事前の実験によりメモリに格納された換算係数や排気の流量などを用いて算出する。そして、制御装置２００は、算出された指令添加量（初期値）に基づいて、燃料添加装置５６ｃを制御する。図２の左側の棒グラフに示すように、たとえば、指令添加量（初期値）に基づいて燃料添加装置５６ｃを制御し、燃料の添加によって上昇した排気温度Ｔｅｘが、目標温度の６５０℃よりも５０℃低い６００℃であると、制御装置２００は、燃料添加装置５６ｃから実際に添加された燃料の実添加量が指令添加量（初期値）よりも少ないと判断し、実添加量を指令添加量（初期値）に近づけるように学習値を算出する。この場合、たとえば、制御装置２００は、６５０／６００＝１．０８を学習値として算出する。制御装置２００は、算出された学習値をメモリに記憶する。なお、学習値の初期値は、たとえば、１．０である。制御装置２００は、最初の学習値が算出された以降においては、予め定められた学習条件が成立するたびに、直前の学習値を用いて補正した最終的な指令添加量によって上昇する排気温度Ｔｅｘと目標温度との比から新たな学習値を算出する。

【0054】

制御装置２００は、学習値がメモリに記憶されると、以降の再生制御においては、排気温度と目標温度と排気の流量などから算出される指令添加量（初期値）に対して、メモリに記憶された学習値を乗算する添加量補正を実行して最終的な指令添加量（補正値）を算出する。そして、制御装置２００は、この補正された指令添加量（補正値）に基づいて燃料添加装置５６ｃを制御する。その結果、燃料添加装置５６ｃから排気に添加される燃料の実添加量が増加して、指令添加量（初期値）に近づくこととなり、酸化触媒５６ａにおいて燃料が酸化する際の反応熱が増加する。これにより、排気温度Ｔｅｘが上昇する。そのため、図２の右側の棒グラフに示すように補正によって排気温度Ｔｅｘを目標温度である６５０℃まで上昇させることができる。

【0055】

なお、上述の予め定められた学習条件としては、たとえば、排気温度Ｔｅｘが一定の状態となる時間が予め定められた時間以上であるという条件を含む。なお、予め定められた学習条件としては、上述の条件に加えて、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度が一定の状態となる時間が予め定められた時間以上であるという条件と、タービン３６からの排気のエネルギー（たとえば、タービン３６の出口温度×ガス流量）の変動がしきい値未満であるという条件と、排気温度が目標温度に到達しているとした場合にＰＭ除去フィルタ５６ｂを流通する排気のエネルギーの変動がしきい値未満であるという条件と、排気温度Ｔｅｘがしきい値以上であるという条件とのうちの少なくともいずれかの条件を含むようにしてもよい。

【0056】

なお、制御装置２００は、再生制御の実行中において、排気温度Ｔｅｘが停止判定値Ｔａを超える場合には、ＰＭ除去フィルタ５６ｂが故障する虞があるので、燃料の添加が停止されるように燃料添加装置５６ｃを制御する。また、制御装置２００は、再生制御の実行中において、排気温度Ｔｅｘが停止判定値Ｔａを超えることによって燃料の添加が停止された後においては、排気温度Ｔｅｘが再開判定値よりも低下した場合に、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が行なわれるように、燃料の添加を許可し、学習値に基づく添加量補正により算出した最終的な指令添加量に基づいて燃料添加装置５６ｃを制御する。

【0057】

このような構成を有するエンジン１において、燃料フィルタ２１２や燃料添加装置５６ｃの制御弁などの燃料タンク２１４から燃料添加装置５６ｃの制御弁までの間の燃料系統に設けられるいずれかの部品が交換される場合には、部品の交換前後において劣化や異物の堆積に起因した燃料の流通の制限の度合いが変化する場合がある。その結果、部品交換前までの学習値を用いた指令添加量の補正をしたとしても、燃料添加装置５６ｃから実際に添加される実添加量を所望の値に近づけることができない場合が考えられる。そのため、所定のメンテナンスタイミングで部品を交換した際には、制御装置２００のメモリに記憶された学習値を初期値にリセットすることが行なわれている。

【0058】

しかしながら、所定のメンテナンスタイミング以外で、ユーザが、独自に部品を交換するような場合等においては、部品の交換後に学習値が初期値にリセット（更新）されない場合が考えられる。この場合には、再生制御の実行時には、部品交換前の学習値に基づいて指令添加量が補正されることとなる。従って、部品交換前の学習値が大きい値であると、実添加量が多くなりすぎて排気温度Ｔｅｘが目標温度よりも高い温度に上昇してしまうといった問題が発生する。

【0059】

図３は、部品交換前に学習した学習値が大きく、かつ、部品交換後に学習値が初期値にリセットされない場合の、再生制御における排気の温度の変化を示すタイミングチャートである。図３の上段のグラフの縦軸は、排気の温度を示し、図３の上段のグラフの横軸は、時間を示す。図３の上段のグラフの実線は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気の温度である排気温度Ｔｅｘの変化を示す。図３の上段のグラフの破線は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂから流出する排気の温度の変化を示す。図３の上段のグラフの一点鎖線は、酸化触媒５６ａに流入する排気の温度を示す。さらに、図３の下段のグラフの縦軸は、学習値を示し、図３の下段のグラフの横軸は、時間を示す。

【0060】

たとえば、ＰＭの堆積量が再生判定値よりも小さい場合（すなわち、再生制御が未実行の場合）であって、かつ、学習値がＣａ（＞１．０）である場合に燃料フィルタ２１２がユーザによって交換され、学習値が初期値にリセットされなかった場合を想定する。

【0061】

ＰＭの堆積量が再生判定値よりも小さい場合は、再生制御が実行されないので、酸化触媒５６ａに流入する排気の温度、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気の温度Ｔｅｘ、および、ＰＭ除去フィルタ５６ｂから流出する排気の温度は、略同じ温度（３００℃前後）で推移することになる。このとき、学習値は、Ｃａで維持される。

【0062】

時間ｔ（０）にて、ＰＭ除去フィルタ５６ｂにおけるＰＭの堆積量が再生判定値よりも多くなると、再生制御が実行される。再生制御では、燃料添加装置５６ｃから排気への燃料の添加が行なわれる。

【0063】

この場合、図３の一点鎖線に示すように、酸化触媒５６ａに流入する排気の温度は、３００℃前後での推移が続くのに対して、酸化触媒５６ａにおいて燃料が酸化し、その反応熱が生じるため、図３の実線に示すように、排気温度Ｔｅｘは目標温度である６５０℃前後まで上昇することになる。ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入した排気からＰＭ除去フィルタ５６ｂの構成部材に熱が伝達されるため、図３の破線に示すようにＰＭ除去フィルタ５６ｂから流出する排気の温度は、排気温度Ｔｅｘに追従するように上昇する。

【0064】

燃料フィルタ２１２が新品のものに交換されると、交換前に生じていたフィルタ目詰まりが解消される。部品交換前の学習値が大きい値であると、部品交換後において指令添加量を部品交換前の学習値によって補正して燃料添加装置５６ｃを制御すると、実際に排気に添加される燃料である実添加量が、排気温度Ｔｅｘを目標温度に上昇させるために必要な量よりも多くなりすぎてしまう。これにより、排気温度Ｔｅｘが目標温度を超えて上昇することになる。

【0065】

時間ｔ（１）にて、図３の実線に示すように排気温度Ｔｅｘが停止判定値Ｔａを超える場合には、燃料添加装置５６ｃからの燃料の添加が停止される。そのため、酸化触媒５６ａにおいて反応熱の発生が抑制されるため、排気温度Ｔｅｘは低下していく。その後に、時間ｔ（２）にて、排気温度Ｔｅｘが再開判定値よりも低下し、かつ、その他の再開条件が成立する場合に、燃料添加装置５６ｃから燃料の添加が再開される。燃料の添加が再開されると、上記のように、実添加量は、排気温度Ｔｅｘを目標温度に上昇させるために必要な量よりも多くなりすぎているので、排気温度Ｔｅｘが目標温度を超えて上昇してしまう。そして、排気温度Ｔｅｘが停止判定値Ｔａを超える場合には、燃料添加装置５６ｃからの燃料の添加が停止される。このように、再生制御が終了するまで、燃料添加の再開と停止が繰り返されることとなる。

【0066】

燃料添加の再開と停止が繰り返されると、図３に示すように排気温度Ｔｅｘは一定の状態にならないため、学習条件が成立せず、学習値が更新されない。その結果、時間ｔ（１）〜ｔ（２）のような排気の温度の変化が繰り返されることになる。その結果、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生制御の実行時において、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気の温度を精度高く制御できないといった問題が発生する。また、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに対して高温の排気の流通が繰り返されると、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの劣化が促進される。

【0067】

そこで、本実施の形態においては、制御装置２００は、予め定められた学習条件が成立する場合に、排気温度Ｔｅｘが目標温度に近づくように指令添加量を補正するための学習値を算出する。制御装置は、排気温度Ｔｅｘが目標温度よりも高い温度判定値を超える場合には、学習条件が成立するか否かにかかわらず学習値を減少させるものとする。

【0068】

このようにすると、燃料系統に設けられる部品は新品に交換されたが学習値は初期値にリセットされなかったことに起因して、排気温度Ｔｅｘが温度判定値を超えるような場合には、学習条件が成立するか否かにかかわらず学習値を減少させるので、燃料添加装置に対する最終的な指令添加量を減少させることができる。その結果、再生制御において排気温度Ｔｅｘが所望の値になるように制御することができる。なお、温度判定値は、目標温度よりも高い温度であって、かつ、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気が過熱状態であることを判定するための値である。本実施の形態において、温度判定値は、たとえば、上述の停止判定値と同一の値であるものとする。

【0069】

以下に、図４を参照して、本実施の形態おける制御装置２００で実行される制御処理について説明する。図４は、制御装置２００で実行される制御処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、所定の制御周期毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。

【0070】

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置２００は、学習条件が成立するか否かを判定する。学習条件は、上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。学習条件が成立すると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。

【0071】

Ｓ１０２にて、制御装置２００は、学習処理を実行する。制御装置２００は、学習処理によって学習値を算出する。学習値の算出方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

【0072】

Ｓ１０４にて、制御装置２００は、排気温度Ｔｅｘが温度判定値よりも大きいか否かを判定する。排気温度Ｔｅｘが温度判定値よりも大きいと判定される場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。

【0073】

Ｓ１０６にて、制御装置２００は、学習値減少処理を実行する。具体的には、制御装置２００は、直前の学習値から予め定められた値だけ減算した値を新たな学習値として設定する。

【0074】

なお、学習条件が成立しないと判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０４に移される。また、排気温度Ｔｅｘが温度判定値以下であると判定される場合（Ｓ１０４にてＮＯ）、この処理は終了される。

【0075】

以上のような構造およびフローチャートに基づく制御装置２００の動作について図５を参照しつつ説明する。図５は、制御装置２００の動作を説明するための図である。図５の上段のグラフは、排気の温度の変化を示すタイミングチャートである。

【0076】

図５の上段のグラフの縦軸は、排気の温度を示し、図５の上段のグラフの横軸は、時間を示す。図５の上段のグラフの実線は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気の温度である排気温度Ｔｅｘの変化を示す。図５の上段のグラフの破線は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂから流出する排気の温度の変化を示す。図５の上段のグラフの一点鎖線は、酸化触媒５６ａに流入する排気の温度を示す。さらに、図５の下段のグラフは、学習値の変化を示すタイミングチャートである。図５の下段のグラフの縦軸は、学習値を示し、図５の下段のグラフの横軸は、時間を示す。

【0077】

たとえば、ＰＭの堆積量が再生判定値よりも小さい場合（すなわち、再生制御が未実行の場合）であって、かつ、学習値がＣａ（＞１．０）である場合に燃料フィルタ２１２がユーザによって交換された場合を想定する。

【0078】

なお、この場合における時間ｔ（４）までの排気の温度の変化は、図３における時間ｔ（１）までの排気の温度の変化と同様である。そのため、その詳細な説明は、繰り返さない。

【0079】

時間ｔ（４）にて、図５の実線に示すように排気温度Ｔｅｘが停止判定値Ｔａを超える場合には、燃料添加装置５６ｃからの燃料の添加が停止される。そのため、酸化触媒５６ａにおいて反応熱の発生が抑制されるため、排気温度Ｔｅｘは低下していく。その後に、時間ｔ（５）にて、排気温度Ｔｅｘが再開判定値よりも低下し、かつ、その他の再開条件が成立する場合に、燃料添加装置５６ｃから燃料の添加が再開される。燃料の添加が再開されると、実添加量が、排気温度Ｔｅｘを目標温度に上昇させるために必要な量よりも多くなりすぎて、排気温度Ｔｅｘが目標温度を超えて上昇する。排気温度Ｔｅｘが停止判定値Ｔａを超える場合には、燃料添加装置５６ｃからの燃料の添加が停止される。このように、燃料添加の再開と停止が数回繰り返されることとなる。

【0080】

燃料添加の再開と停止が繰り返される状態では、図５に示すように排気温度Ｔｅｘは一定の状態にならないため、学習条件が成立しない（Ｓ１００にてＮＯ）。しかしながら、時間ｔ（４）にて、排気温度Ｔｅｘが温度判定値（＝停止判定値Ｔａ）を超える場合に（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、学習値減少処理が実行されるため（Ｓ１０６）、図５の下段のグラフの実線に示すように、学習値が直前の学習値Ｃａから予め定められた値だけ低い値が新たな学習値として設定される。その後、排気温度Ｔｅｘが温度判定値を超えると判定される毎に学習値減少処理が実行されることによって学習値が段階的に減少させられる。

【0081】

時間ｔ（６）にて、学習値がＣｂまで減少させられたときに排気温度Ｔｅｘは、温度判定値よりも低い温度で推移することになる。排気温度Ｔｅｘが一定の状態が継続することによって、時間ｔ（７）に学習条件が成立する場合には（Ｓ１００にてＹＥＳ）、学習処理が実行される（Ｓ１０２）。

【0082】

学習処理によって算出された学習値Ｃｃが新たな学習値として設定され、設定された学習値にしたがって指令添加量が補正されることになる。その結果、排気温度が目標温度に到達することになる。

【0083】

以上のようにして、本実施の形態に係る排気処理装置によると、燃料系統に設けられる部品は新品に交換されたが学習値は初期値にリセットされなかったことに起因して、排気温度Ｔｅｘが温度判定値を超えるような場合には、学習条件が成立するか否かにかかわらず学習値を減少させるので、燃料添加装置５６ｃに対する最終的な指令添加量を減少させることができる。その結果、再生制御において排気温度Ｔｅｘが所望の値になるように制御することができる。排気温度Ｔｅｘを低下させた後に、少なくとも排気温度Ｔｅｘが一定となる状態が予め定められた時間が継続した結果、学習条件が成立する場合に学習値が算出される。そのため、排気温度Ｔｅｘを目標温度に到達させるための適切な学習値を算出することができる。したがって、燃料系統の部品が交換された時に学習値がリセットされない場合であっても、部品交換後におけるＰＭ除去フィルタの再生制御の実行時において、ＰＭ除去フィルタに流入する排気の温度を精度高く制御することができる排気処理装置を提供することができる。

【0084】

さらに、学習値減少処理により、直前の学習値から予め定められた値だけ減算した値を新たな学習値として設定することによって、指令添加量を段階的に減少させることができる。そのため、燃料添加による排気温度の上昇量が不必要に低下することを抑制することができる。

【0085】

以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態では、学習値減少処理において、直前の学習値から予め定められた値だけ減算した値を新たな学習値として設定するものとして説明したが、たとえば、学習値の初期値（＝１．０）を新たな学習値として設定してもよい。

【0086】

さらに上述の実施の形態では、排気温度Ｔｅｘが温度判定値を超える場合に、学習値減少処理を実行するものとして説明したが、たとえば、排気温度Ｔｅｘが温度判定値を複数回超える場合に学習値減少処理を実行してもよい。

【0087】

以下、図６を参照して、これらの変形例を適用した制御処理について説明する。図６は、変形例において制御装置２００で実行される制御処理を示すフローチャートである。なお、図６のフローチャートのＳ１００およびＳ１０２の処理は、図４のフローチャートのＳ１００およびＳ１０２の処理と同じ処理である。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。

【0088】

Ｓ２００にて、制御装置２００は、温度ハンチングが発生しているか否かを判定する。すなわち、制御装置２００は、たとえば、排気温度Ｔｅｘが温度判定値を超える毎にカウンタのカウント値を１つずつ増加させ、最初に温度判定値を超えた時点から予め定められた時間が経過するまでにカウント値（温度判定値を超える回数）がしきい値以上となる場合に温度ハンチングが発生していると判定する。制御装置２００は、予め定められた時間が経過した後にカウント値を初期値（＝０）にリセットする。温度ハンチングが発生していると判定される場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２０２に移される。

【0089】

Ｓ２０２にて、制御装置２００は、学習値（補正係数）を初期値（＝１．０）にリセットする。

【0090】

このようにすると、学習値を初期値にリセットすることによって排気温度Ｔｅｘを速やかに低下させることができる。さらに、温度ハンチングが発生しているときに学習値を初期値にリセットするため、排気温度Ｔｅｘが突発的に変化した場合などにおいて学習値が不必要に減少されることを抑制することができる。

【0091】

さらに上述の実施の形態では、補正係数としての学習値を指令添加量に乗算することによって指令添加量を補正するものとして説明したが、たとえば、指令添加量に学習値を加算することによって指令添加量を補正してもよい。

【0092】

さらに上述の実施の形態では、停止判定値と温度判定値とが同一の値であるものとして説明したが、異なる値であってもよい。たとえば、温度判定値は、停止判定値よりも低い値であってもよい。このようにすると、排気温度Ｔｅｘが停止判定値になる前に学習値を減少させることができるため、早期に排気温度Ｔｅｘを低下させることができる。

【0093】

さらに上述の実施の形態では、排気温度Ｔｅｘが温度判定値を超える場合に学習値を減少させるものとして説明したが、排気温度Ｔｅｘに代えてＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度が温度判定値を超える場合に学習値を減少させてもよい。ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度は、たとえば、排気温度ＴｅｘとＰＭ除去フィルタ５６ｂの下流に設けられる温度センサにより検出される温度とに基づいて推定されてもよいし、あるいは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの周囲の温度に基づいて推定されてもよいし、温度センサを用いて直接的に検出されてもよい。

【0094】

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0095】

１ エンジン、１０ エンジン本体、１２ 気筒、１４ コモンレール、１６ インジェクタ、２０ エアクリーナ、２２，２４，２７ 吸気管、２６ インタークーラ、２８ 吸気マニホールド、３０ 過給機、３２ コンプレッサ、３４ コンプレッサホイール、３６ タービン、３８ タービンホイール、４２ 連結軸、５０ 排気マニホールド、５２，５４，５８ 排気管、５６ 排気処理装置、５６ａ 酸化触媒、５６ｂ ＰＭ除去フィルタ、５６ｃ 燃料添加装置、５６ｄ 排気温度センサ、６０，７０ ＥＧＲ装置、６２，７２ ＥＧＲバルブ、６４，７４ ＥＧＲクーラ、６６，７６ ＥＧＲ通路、２００ 制御装置、２０２ エンジン回転数センサ、２０８ エアフローメータ、２１０ 燃料ポンプ、２１２ 燃料フィルタ、２１４ 燃料タンク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】