特許 7064376 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】

(24)【登録日】2022-04-26

(45)【発行日】2022-05-10

(54)【発明の名称】排気処理装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/023 20060101AFI20220427BHJP

【ＦＩ】

F01N3/023 K

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018092387

(22)【出願日】2018-05-11

(65)【公開番号】P2019196759

(43)【公開日】2019-11-14

【審査請求日】2021-01-27

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(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】遠藤 宏明

(72)【発明者】

【氏名】北野 貴之

【審査官】二之湯 正俊

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－３１７５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００２６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９６３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０１１６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２６７５９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１１０８４８６４（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／００－ ３／３８

Ｆ０１Ｎ ９／００－１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの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、
前記フィルタよりも上流側の前記排気通路内の排気圧力と前記フィルタの下流側の前記排気通路内の排気圧力との差圧を検出する検出装置と、
前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量の推定値を算出し、算出された前記推定値がしきい値を超える場合に前記フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼させる再生制御を実行する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記検出装置によって検出された前記差圧を用いて前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の第１堆積量を算出し、
前記エンジンの運転状態に基づく前記粒子状物質の排出量を積算して前記第１堆積量の上限値を設定し、
前記第１堆積量が前記上限値よりも大きい場合には、前記上限値を前記推定値とし、
前記第１堆積量が前記上限値よりも大きい状態から前記上限値よりも小さい状態になる場合には、前記第１堆積量を前記推定値とする、排気処理装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記排出量を積算して前記粒子状物質の第２堆積量を算出し、前記第２堆積量に１よりも大きい予め定められた係数を乗算した値を前記第１堆積量の上限値とする、請求項１に記載の排気処理装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記排出量を積算して前記粒子状物質の第２堆積量を算出し、前記第２堆積量が前記第１堆積量よりも大きい場合には、前記第２堆積量を前記推定値とし、前記第２堆積量が前記第１堆積量よりも小さい場合には、前記第１堆積量が前記上限値よりも大きいか否かを判定する、請求項１に記載の排気処理装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記エンジンにおける空燃比がリッチ側の値である場合には、前記空燃比がリーン側の値である場合よりも前記上限値を大きい値に設定する、請求項１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等の排気処理装置に関する。

【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、フィルタに目詰まりが生じ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】

ＰＭ除去フィルタにおける粒子状物質の堆積量は、ＰＭ除去フィルタの上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧に基づいて推定することができる。

【0005】

たとえば、特許４８１０９２２号公報（特許文献１）には、ＰＭ除去フィルタの上流側と下流側とにおける排気圧力の差圧と、吸入空気流量と、ＰＭ除去フィルタ内の排気温度と、燃料噴射量とからＰＭ除去フィルタ内の排気の流量を算出し、差圧と算出されたＰＭ除去フィルタ内の排気の流量と所定のマップとを用いてＰＭ堆積量を推定する技術が開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許４８１０９２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、ＰＭ除去フィルタの上流側と下流側とにおける排気圧力の差圧は、エンジンの運転状態によっては、実際のＰＭ堆積量に比例せずに変化する場合があるため、実際のＰＭ堆積量が少量の状態であるにもかかわらず、排気圧力の差圧がＰＭ除去フィルタの再生を開始するＰＭ堆積量に相当する値になる場合がある。その結果、ＰＭ除去フィルタを再生する頻度が増加することによって、再生に要する燃料量が増加し、燃費が悪化する場合がある。

【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、差圧を用いてＰＭの堆積量を推定する場合において、ＰＭ除去フィルタを再生する頻度の増加を抑制す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、フィルタよりも上流側の排気通路内の排気圧力とフィルタの下流側の排気通路内の排気圧力との差圧を検出する検出装置と、フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量の推定値を算出し、算出された推定値がしきい値を超える場合にフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させる再生制御を実行する制御装置とを備える。制御装置は、検出装置によって検出された差圧を用いてフィルタに堆積した粒子状物質の第１堆積量を算出する。制御装置は、エンジンの運転状態に基づく粒子状物質の排出量を積算して第１堆積量の上限値を設定する。制御装置は、第１堆積量が上限値よりも大きい場合には、上限値を推定値とする。

【0010】

このようにすると、第１堆積量が上限値よりも大きい場合には、上限値がＰＭ堆積量の推定値とされるので、排気圧力の差圧が実際のＰＭ堆積量よりも多い量を示す値に変動する場合にも、実際のＰＭ堆積量とＰＭ堆積量の推定値とが大きく乖離することが抑制される。その結果、ＰＭ除去フィルタを再生する頻度の増加を抑制することができる。

【0011】

好ましくは、制御装置は、第１堆積量が上限値よりも小さい場合には、第１堆積量を推定値とする。

【0012】

このようにすると、第１堆積量に基づいて適切な時期にＰＭ除去フィルタを再生することができる。

【0013】

さらに好ましくは、制御装置は、排出量を積算して粒子状物質の第２堆積量を算出し、第２堆積量に１よりも大きい予め定められた係数を乗算した値を第１堆積量の上限値とする。

【0014】

このようにすると、第１堆積量の上限値を適切に設定することができるため、ＰＭ除去フィルタを再生する頻度の増加を抑制することができる。

【0015】

さらに好ましくは、制御装置は、排出量を積算して粒子状物質の第２堆積量を算出し、第２堆積量が第１堆積量よりも大きい場合には、第２堆積量を推定値とし、第２堆積量が第１堆積量よりも小さい場合には、第１堆積量が上限値よりも大きいか否かを判定する。

【0016】

このようにすると、第１堆積量、第２堆積量および上限値のうちのいずれかに基づいて適切な時期にＰＭ除去フィルタを再生することができる。

【0017】

さらに好ましくは、制御装置は、エンジンにおける空燃比がリッチ側の値である場合には、空燃比がリーン側の値である場合よりも上限値を大きい値に設定する。

【0018】

このようにすると、エンジンおけるＰＭの排出量の大きさに応じて上限値を設定することができるため、ＰＭ除去フィルタの再生を適切な時期に実行することができる。

【発明の効果】

【0019】

この発明によると、差圧を用いてＰＭの堆積量を推定する場合において、ＰＭ除去フィルタを再生する頻度の増加を抑制す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】本実施の形態に係る排気処理装置を備えたエンジンの概略構成を示す図である。

【図2】実ＰＭ堆積量と差圧との関係を説明するための図である。

【図3】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4】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。

【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、その他の形式のディーゼルエンジンであってもよい。

【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。また、第１吸気管２２、第２吸気管２４、第３吸気管２７、吸気マニホールド２８および吸気ポートによって「吸気通路」が構成される。

【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、差圧センサ５６ｅ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。差圧センサ５６ｅは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの上流側の排気管に接続される第１連通路と下流側の排気管に接続される第２連通路との接続部分に設けられる。

【0033】

ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、排気管内を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。排気ポート、排気マニホールド５０、第１排気管５２、タービン３６および第２排気管５４によって「排気通路」が構成される。

【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、差圧センサ５６ｅ、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】

差圧センサ５６ｅは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの上流側の排気管に接続される第１連通路内の圧力と、下流側の排気管に接続される第２連通路内の圧力との差圧を、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの上流側の排気管内の排気圧力Ｐ１と、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの下流側の排気管内の排気圧力Ｐ２との差圧ΔＰ（＝Ｐ１－Ｐ２）として検出する。差圧センサ５６ｅは、検出した差圧ΔＰを示す信号を制御装置２００に送信する。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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排気の浄化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。

【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で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】

制御装置２００は、ＰＭの堆積量の推定値が再生を開始するための判定値（以下、再生判定値と記載する）を超える場合に上述の再生制御を実行する。再生判定値は、たとえば、予め定められた値であってもよいし、エンジン１の運転状態に基づいて設定される値であってもよい。

【0052】

制御装置２００は、たとえば、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの上流側と下流側とにおける排気圧力の差圧ΔＰと、差圧とＰＭ堆積量との関係を示す所定のマップとを用いてＰＭ堆積量を推定することができる。

【0053】

図２は、実ＰＭ堆積量と差圧ΔＰとの関係を説明するための図である。図２の縦軸は、差圧ΔＰを示す。図２の横軸は、実ＰＭ堆積量を示す。図２の一点鎖線に示すように、差圧ΔＰと実ＰＭ堆積量とは、実質的に比例関係にあるため、このような関係を予め所定のマップとして制御装置２００のメモリに記憶しておき、記憶された所定のマップを利用することによって差圧ΔＰからＰＭ堆積量を推定することができる。

【0054】

そして、制御装置２００は、たとえば、差圧ΔＰがしきい値ΔＰ（０）を超えることによって、差圧ΔＰに基づいて推定されるＰＭ堆積量がＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生を開始するための再生判定値ＰＭａ（１）を超える場合に、上述の再生制御を実行することによって、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに堆積したＰＭを適切に除去することができる。

【0055】

しかしながら、図２の実線や二点鎖線に示すように、実際のＰＭ堆積量が少量の状態である場合において、差圧ΔＰは、エンジン１の運転状態によっては、実際のＰＭ堆積量に比例せずに図２の一点鎖線に沿った値から変動する場合がある。その結果、実際のＰＭ堆積量ＰＭａ（０）が再生判定値よりも少ないにもかかわらず、差圧ΔＰがΔＰ（０）まで変動することによって、差圧ΔＰに基づいて推定されるＰＭ堆積量が再生判定値よりも大きいことによってＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が行なわれる。このようにＰＭ堆積量が少量の状態でも再生が行なわれると、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生の頻度が増加することになり、その結果、燃費が悪化する場合がある。

【0056】

そこで、本実施の形態においては、制御装置２００が以下のように動作するものとする。すなわち、制御装置２００は、差圧センサ５６ｅによって検出された差圧ΔＰを用いて第１ＰＭ堆積量を算出するとともに、エンジン１の運転状態に基づくＰＭ排出量を積算して第１ＰＭ堆積量の上限値を設定する。制御装置２００は、第１ＰＭ堆積量が設定された上限値よりも大きい場合には、上限値をＰＭ堆積量の推定値として算出する。

【0057】

このようにすると、第１ＰＭ堆積量が上限値よりも大きい場合には、上限値がＰＭ堆積量の推定値とされるので、排気圧力の差圧が実際のＰＭ堆積量よりも多い量を示す値に変動する場合にも、実際のＰＭ堆積量とＰＭ堆積量の推定値とが大きく乖離することが抑制される。その結果、ＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生する頻度の増加を抑制することができる。

【0058】

以下に、図３を参照して、本実施の形態における制御装置２００で実行される制御処理について説明する。図３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。

【0059】

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、差圧センサ５６ｅを用いてＰＭ除去フィルタ５６ｂの上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔＰを取得する。

【0060】

Ｓ１０２にて、制御装置２００は、取得した差圧ΔＰを用いて第１ＰＭ堆積量を算出する。制御装置２００は、たとえば、取得した差圧ΔＰと所定のマップとを用いて第１ＰＭ堆積量を算出する。所定のマップは、差圧ΔＰと第１ＰＭ堆積量との関係を示すマップであって、実験等によって予め作成される。所定のマップは、たとえば、図２の一点鎖線で示されるような差圧ΔＰと実ＰＭ堆積量との関係に基づいて作成される。

【0061】

Ｓ１０４にて、制御装置２００は、ＰＭ排出量を算出する。具体的には、制御装置２００は、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１回の制御周期におけるＰＭ排出量の推定値を算出する。

【0062】

Ｓ１０６にて、制御装置２００は、算出されたＰＭ排出量の推定値を用いて第２ＰＭ堆積量を算出する。具体的には、制御装置２００は、算出されたＰＭ排出量の推定値を前回の計算における積算値（前回値）に加算することによって今回の計算における積算値（今回値）を算出し、算出された積算値（今回値）を第２ＰＭ堆積量とする。なお、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生制御が開始してから完了するまでの間の所定の時点に、積算値を初期値（たとえば、ゼロ）にリセットする。

【0063】

Ｓ１０８にて、制御装置２００は、第１ＰＭ堆積量と第２ＰＭ堆積量とのうちのいずれか大きい方をＰＭ堆積量の推定値として選択する。

【0064】

Ｓ１１０にて、制御装置２００は、ＰＭ堆積量の上限値を算出する。制御装置２００は、第２ＰＭ堆積量に１よりも大きい予め定められた係数を乗算した値をＰＭ堆積量（実質的に第１ＰＭ堆積量）の上限値として算出する。予め定められた係数は、特に限定されるものではないが、たとえば、第２ＰＭ堆積量が数十％程度増加する値が設定される。

【0065】

Ｓ１１２にて、制御装置２００は、ＰＭ堆積量の推定値と、ＰＭ堆積量の上限値とのうちのいずれか小さい方を再生判定用ＰＭ堆積量として選択する。

【0066】

Ｓ１１４にて、制御装置２００は、再生判定用ＰＭ堆積量が再生判定値（ＰＭａ（１））以上であるか否かを判定する。再生判定用ＰＭ堆積量が再生判定値以上であると判定される場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６に移される。

【0067】

Ｓ１１６にて、制御装置２００は、再生制御を実行する。なお、再生制御については、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。また、再生判定用ＰＭ堆積量が再生判定値よりも小さい場合（Ｓ１１４にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。

【0068】

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４を参照しつつ説明する。図４は、制御装置２００の動作を説明するためのタイミングチャートである。図４の上段のグラフの縦軸は、差圧ΔＰを示す。図４の下段のグラフの縦軸は、ＰＭ堆積量の推定値を示す。図４の上段および下段のグラフの横軸は、時間を示す。さらに、図４のＬＮ１（実線）は、差圧ΔＰの変化（変動あり（その１））を示す。図４のＬＮ２（一点鎖線）は、差圧ΔＰの変化（変動なし）を示す。図４のＬＮ３（二点鎖線）は、差圧ΔＰの変化（変動あり（その２））を示す。図４のＬＮ４（実線）は、差圧ΔＰ（変動あり（その１））に基づくＰＭ堆積量の変化を示す。図４のＬＮ５（一点鎖線）は、差圧ΔＰ（変動なし）に基づくＰＭ堆積量の変化を示す。図４のＬＮ６（二点鎖線）は、差圧ΔＰ（変動あり（その２））に基づくＰＭ堆積量の変化を示す。図４のＬＮ７（破線）は、ＰＭ堆積量の上限値の変化を示す。また、たとえば、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が完了した直後を想定するものとする。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、特に言及しない限り、各時点における第１ＰＭ堆積量は、第２ＰＭ堆積量よりも大きいものとして説明する。

【0069】

差圧センサ５６ｅの検出結果を用いて差圧ΔＰが取得されると（Ｓ１００）、取得された差圧ΔＰから第１ＰＭ堆積量が算出される（Ｓ１０２）。その一方で、エンジン１の運転条件から前回の計算から今回の計算までのＰＭ排出量が算出される（Ｓ１０４）。算出されたＰＭ排出量が前回の計算における積算値に加算されることによって第２ＰＭ堆積量が算出される（Ｓ１０６）。

【0070】

第１ＰＭ堆積量および第２ＰＭ堆積量のうちの大きい方が推定値として選択されるとともに（Ｓ１０８）、第２ＰＭ堆積量に所定の係数が乗算されることによってＰＭ堆積量の上限値が算出される（Ｓ１１０）。

【0071】

推定値として選択された値とＰＭ堆積量の上限値とのうちのいずれか小さい方が再生判定用ＰＭ堆積量として選択される（Ｓ１１２）。

【0072】

＜実ＰＭ堆積量に対する差圧ΔＰの変化に変動がない場合＞
実ＰＭ堆積量に対する差圧ΔＰの変化に変動がない場合には、図４のＬＮ２に示すように、差圧ΔＰが時間の経過とともに増加していくことになるため、差圧ΔＰから算出されるＰＭ堆積量についても図４のＬＮ５に示すように、時間の経過とともに増加していくことになる。その結果、時間ｔ（３）にて、差圧ΔＰがΔＰ（０）以上となり、再生判定用ＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭａ（１）以上となるため（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、再生制御が実行される（Ｓ１１６）。

【0073】

＜実ＰＭ堆積量に対する差圧ΔＰの変化に変動がある場合（その１）＞
たとえば、図４のＬＮ１に示すように、実ＰＭ堆積量に対する差圧ΔＰの変化に変動がある場合には、差圧ΔＰは、図４のＬＮ２に示す差圧ΔＰに対して大きく乖離し、時間ｔ（０）にて、ΔＰ（０）以上となる。そのため、ＰＭ堆積量の上限値としては、図４のＬＮ７に沿った値が選択されることになる。したがって、時間ｔ（１）になるまでの間は、図４のＬＮ７に沿った値が再生判定用ＰＭ堆積量として選択される。差圧ΔＰは、時間ｔ（０）の後において、時間の経過とともに低下していくものとする。この場合、時間ｔ（１）において、図４のＬＮ４およびＬＮ７に示すように、第１ＰＭ堆積量が上限値を下回るため、時間ｔ（１）の後において、第１ＰＭ堆積量が再生判定用ＰＭ堆積量として選択される。その結果、時間ｔ（３）にて、差圧ΔＰがΔＰ（０）以上となり、再生判定用ＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭａ（１）以上となるため（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、再生制御が実行される（Ｓ１１６）。

【0074】

＜実ＰＭ堆積量に対する差圧ΔＰの変化に変動がある場合（その２）＞
たとえば、図４のＬＮ６に示すように、実ＰＭ堆積量に対する差圧ΔＰの変化に変動がある場合には、差圧ΔＰは、図４のＬＮ２に示す差圧ΔＰに対して大きく乖離し、時間ｔ（０）にて、ΔＰ（０）以上となる。そのため、ＰＭ堆積量の上限値としては、図４のＬＮ７に沿った値が選択されることになる。したがって、図４のＬＮ７に沿った値が再生判定用ＰＭ堆積量として選択される。差圧ΔＰは、時間ｔ（０）の後において、図４のＬＮ５に示す差圧ΔＰに対して一定の間隔を空けた状態で時間の経過とともに増加するものとする。この場合、時間ｔ（２）において、図４のＬＮ７に示すように、再生判定用ＰＭ堆積量として選択された上限値が再生判定値ＰＭａ（１）以上となるため（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、再生制御が実行される（Ｓ１１６）。

【0075】

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、第１ＰＭ堆積量が上限値よりも大きい場合には、上限値が再生判定用ＰＭ堆積量とされるので、排気圧力の差圧ΔＰが実際のＰＭ堆積量よりも多い量を示す値に変動する場合にも、実際のＰＭ堆積量と再生判定用ＰＭ堆積量とが大きく乖離することが抑制される。その結果、ＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生する頻度の増加を抑制することができる。したがって、差圧を用いてＰＭの堆積量を推定する場合において、ＰＭ除去フィルタを再生する頻度の増加を抑制する排気処理装置を提供することができる。

【0076】

また、第１ＰＭ堆積量が上限値よりも小さい場合には、第１ＰＭ堆積量が再生判定用ＰＭ堆積量とされるので、第１ＰＭ堆積量に基づいて適切な時期にＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生することができる。

【0077】

さらに、第２ＰＭ堆積量に１よりも大きい予め定められた係数を乗算した値が実質的に第１堆積量の上限値とされるので、第１ＰＭ堆積量の上限値を適切に設定することができるため、ＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生する頻度の増加を抑制することができる。

【0078】

さらに、第２ＰＭ堆積量が第１堆積量よりも大きい場合には、第２ＰＭ堆積量が再生判定用ＰＭ堆積量とされる。そのため、第２ＰＭ堆積量に基づいて適切な時期にＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生することができる。

【0079】

さらに、第２ＰＭ堆積量は、時間が経過するほど実ＰＭ堆積量からずれる場合があるため、第２ＰＭ堆積量が実際のＰＭ堆積量よりも低く見積もられる場合でも差圧ΔＰを利用することによって適切な時期にＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生することができる。

【0080】

以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態では、第２ＰＭ堆積量に予め定められた係数を乗算することによって上限値を算出するものとして説明したが、たとえば、再生制御の完了直後からのエンジン１の運転時間に応じて上限値を変化させてもよい。たとえば、再生制御の完了直後から予め定められた時間が経過するまでの間の係数を、予め定められた時間が経過した後の係数よりも小さい値に設定してもよい。このようにすると、予め定められた係数を乗算することによって上限値を算出する場合よりも上限値が再生判定値を超える時点を遅い時点にずらすことができる。

【0081】

上述の実施の形態では、第２ＰＭ堆積量に予め定められた係数を乗算することによって上限値を算出するものとして説明したが、たとえば、再生制御の完了以降のエンジン１の運転状態に基づいて上限値を設定してもよい。たとえば、エンジン１の空燃比、エンジン１の回転数の大きさ、負荷の大きさ、過給圧の大きさによってＰＭ排出量が異なる場合があるのでそれらの大きさに対応した上限値を設定することによって適切な時期にＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生することができる。

【0082】

たとえば、エンジン１の空燃比を用いてＰＭ堆積量の上限値を設定する場合には、空燃比がリッチ側の値であるほどＰＭ排出量が増加する傾向があるため、空燃比がリーン側の値である場合よりも上限値を大きい値に設定し、空燃比がリーン側の値であるほどＰＭ排出量が減少する傾向があるため、空燃比がリッチ側の値である場合よりも上限値を小さい値に設定してもよい。このようにすると、エンジン１の空燃比に対応した上限値を設定することができるため、適切な時期にＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生することができる。

【0083】

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】

【0084】

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、５６ｅ 差圧センサ、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】