(57)【要約】【課題】フィルタに粒子状物質および不燃成分が堆積している場合でも、フィルタの寿命を損なうことなく、フィルタにアッシュが堆積するのを抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置６０は、フィルタ６２ａと、フィルタ６２ａに捕捉された粒子状物質および不燃成分の堆積量を取得する堆積量取得ユニット６３と、フィルタ６２ａに捕捉された粒子状物質を燃焼させる燃焼ユニット６４と、堆積量取得ユニット６３によって取得された堆積量に基づいて燃焼ユニット６４を制御する制御部６５と、を備える。制御部６５は、堆積量が予め設定された設定値以上になったときに、燃焼ユニット６４を制御して、予め設定された累積時間にわたってフィルタ６２ａの温度を粒子状物質が燃焼する第１の温度とする。また、制御部６５は、累積時間に達した後にフィルタ６２ａの温度を第１の温度よりも低い第２の温度にするとともにフィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させる。【選択図】図４
2018178925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気に含まれる可燃性の粒子状物質および不燃成分を捕捉するフィルタと、前記フィルタに捕捉された前記粒子状物質および前記不燃成分の堆積量を取得する堆積量取得ユニットと、前記フィルタに捕捉された前記粒子状物質を燃焼させる燃焼ユニットと、前記堆積量取得ユニットによって取得された前記堆積量に基づいて前記燃焼ユニットを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記堆積量が予め設定された設定値以上になったときに、前記燃焼ユニットを制御して、予め設定された累積時間にわたって前記フィルタの温度を前記粒子状物質が燃焼する第１の温度とし、前記累積時間に達した後に前記フィルタの温度を前記第１の温度よりも低い第２の温度にするとともに前記フィルタを通過する気体の流量を増加させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からディーゼル機関の排気浄化装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１には、触媒を担持したパティキュレートトラップを排気系に備えたディーゼル機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、停止減速検出手段と、温度検出手段と、制御手段と、を具備することを特徴としている。
【０００３】
前記停止減速検出手段は、機関への燃料供給が不要となる機関の停止操作または機関の減速時を検出する。前記温度検出手段は、触媒温度が所定温度以上であることを検出する。前記制御手段は、前記停止減速検出手段によって機関への燃料供給が不要となる機関の停止操作または機関の減速時が検出され、かつ、前記温度検出手段によって触媒温度が所定温度以上であることが検出されたときに、機関の吸気絞りと機関への燃料供給とを実行する。
【０００４】
前記構成により、特許文献１のディーゼル機関の排気浄化装置では、吸気量が大幅に減少するとき、すなわち、機関への燃料供給が不要となる機関の停止操作後または機関の減速時に、吸気が制限されて燃料が供給される。そのため、還元雰囲気が形成され、その結果、アッシュが分解されて付着力が低下し、フィルタからの除去が容易となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−５４２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の排気浄化装置は、機関の減速時などに吸気が制限されて燃料が供給され、還元雰囲気が形成されることで、アッシュを容易に除去することが可能になるが、フィルタに粒子状物質および不燃成分が堆積している場合を考慮していない。フィルタに粒子状物質が堆積していると、還元雰囲気を形成してアッシュの付着力を低下させても、アッシュを除去してフィルタの外へ排出することが困難になるおそれがある。また、フィルタに粒子状物質が堆積している場合に、燃料が供給されると、粒子状物質が燃焼して過昇温となり、フィルタの寿命が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、フィルタに粒子状物質および不燃成分が堆積している場合でも、フィルタの寿命を損なうことなく、フィルタにアッシュが堆積するのを抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気に含まれる可燃性の粒子状物質および不燃成分を捕捉するフィルタと、前記フィルタに捕捉された前記粒子状物質および前記不燃成分の堆積量を取得する堆積量取得ユニットと、前記フィルタに捕捉された前記粒子状物質を燃焼させる燃焼ユニットと、前記堆積量取得ユニットによって取得された前記堆積量に基づいて前記燃焼ユニットを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記堆積量が予め設定された設定値以上になったときに、前記燃焼ユニットを制御して、予め設定された累積時間にわたって前記フィルタの温度を前記粒子状物質が燃焼する第１の温度とし、前記累積時間に達した後に前記フィルタの温度を前記第１の温度よりも低い第２の温度にするとともに前記フィルタを通過する気体の流量を増加させるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
前記構成により、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気に含まれる粒子状物質および不燃成分を、フィルタによって捕捉することができる。フィルタによって捕捉された粒子状物質および不燃成分は、フィルタの壁に堆積する。このフィルタの壁に堆積した粒子状物質および不燃成分を含む堆積物の堆積量は、堆積量取得ユニットによって測定され、時間の経過とともに増加していく。
【００１０】
前記排気浄化装置は、フィルタに堆積した堆積物の燃焼を開始するためのしきい値となる所定の堆積量が、たとえば制御部に、予め堆積量の設定値として設定されている。また、前記排気浄化装置は、フィルタの温度を粒子状物質が燃焼する第１の温度に維持する時間の長さが、たとえば制御部に、予め累積時間として設定されている。この累積時間は、たとえば、前記設定値以上の堆積量で堆積した堆積物のすべてを燃焼させるには至らず、前記設定値以上の堆積量で堆積した堆積物の一部を燃焼させることができる時間に設定される。
【００１１】
前記排気浄化装置において、フィルタに堆積した堆積物の堆積量が予め設定された前記設定値以上になったときに、制御部は、燃焼ユニットを制御して、予め設定された前記累積時間にわたってフィルタの温度を粒子状物質が燃焼する第１の温度とする。この第１の温度は、たとえば５５０℃以上かつ６５０℃以下である。これにより、フィルタに堆積した堆積物の一部のみを燃焼させることができ、堆積物の燃焼によって発生したアッシュがフィルタの壁に留まるのを抑制することができる。
【００１２】
すなわち、フィルタに堆積した堆積物のすべてを燃焼させると、アッシュの発生量が増加して、アッシュがフィルタの壁に留まる可能性が高くなる。これに対し、堆積物の一部のみを燃焼させることで、アッシュの発生量を減少させ、アッシュがフィルタの壁に留まるのを抑制することができる。また、堆積物の一部のみを燃焼させることで、フィルタの過昇温を防止し、フィルタの寿命が損なわれるのを防止できる。
【００１３】
制御部は、前述のように予め設定された累積時間にわたってフィルタの温度を粒子状物質が燃焼する第１の温度に維持した後に、燃焼ユニットを制御してフィルタの温度を第１の温度よりも低い第２の温度にするとともにフィルタを通過する気体の流量を増加させる。第２の温度は、たとえば４５０℃以上かつ５５０℃以下である。このように、フィルタの壁に堆積した堆積物の一部を燃焼させた後にフィルタの温度を低下させることで、フィルタの壁に残存する堆積物が、反り返って浮き上り、剥がれやすくなる。
【００１４】
さらに、フィルタの壁に残存する堆積物を剥がれやすくするだけでなく、フィルタを通過する気体の流量を増加させることで、その気体の流れによってフィルタの壁から堆積物が剥がされて下流に運ばれる。フィルタの下流に運ばれた堆積物は、たとえばフィルタの下流で燃焼してアッシュになる。これにより、フィルタの壁にアッシュが堆積することが防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フィルタに粒子状物質および不燃成分が堆積している場合でも、フィルタの寿命を損なうことなく、フィルタにアッシュが堆積するのを抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】エンジンとその周辺の機器の一例を示す概略構成図。
【図２】図１に示すＤＰＦの一例を示す拡大断面図。
【図３】図１に示すＤＰＦの他の例を示す拡大断面図。
【図４】本実施形態の排気浄化装置の概略構成を示すブロック図。
【図５Ａ】本実施形態の排気浄化装置の動作の一例を示すフローチャート。
【図５Ｂ】本実施形態の排気浄化装置の動作の一例を示すフローチャート。
【図６】本実施形態の排気浄化装置の動作の一例を示すタイムチャート。
【図７】フィルタの総熱履歴と再生温度との関係の一例を示すグラフ。
【図８】フィルタを通過する気体の流量を増加させた場合の効果の説明図。
【図９】第１の温度でのフィルタ再生時の堆積物の酸化を示す写真図。
【図１０】第２の温度でのフィルタ再生時の堆積物の熱収縮を示す写真図。
【図１１】フィルタ再生中に温度を変化させて気体流量を増加させたときの模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、内燃機関であるエンジン１０と、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置６０を含むエンジン１０の周辺の機器の一例を示す概略構成図である。
【００１９】
エンジン１０は、たとえば、燃焼室１１とインジェクタ１２を備えた４気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１０は、給気通路２０に給気マニホールド２１を介して接続され、排気通路３０に排気マニホールド３１を介して接続されている。給気通路２０には、ターボチャージャ５０のコンプレッサ５１が設けられている。給気通路２０は、コンプレッサ５１の下流側に、吸入空気の流量を調節するスロットルバルブ２２を有している。
【００２０】
排気マニホールド３１は、排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気側へ再循環させるＥＧＲ通路４０を介して給気マニホールド２１に接続されている。ＥＧＲ通路４０は、ＥＧＲクーラ４１とＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲバルブ４２は、排気通路３０に流れる排気の流量を制御する流量制御手段として用いることができる。排気通路３０は、排気マニホールド３１よりも下流側にターボチャージャ５０のタービン５２が設けられ、タービン５２の下流側に排気の後処理をする排気浄化装置６０が設けられている。
【００２１】
排気浄化装置６０は、たとえば、酸化触媒（ＤＯＣ）６１と、その下流側に設けられた排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）６２とを備えている。
【００２２】
図２は、図１に示すＤＰＦ６２の一例を示す拡大断面図である。ＤＰＦ６２は、たとえば、ハニカム構造のフィルタ６２ａと、このフィルタ６２ａの表面に形成された触媒層６２ｂと、この触媒層６２ｂに担持された図示しない酸化触媒とによって構成される。なお、ＤＰＦ６２は、図２に示す構成に限定されない。
【００２３】
図３は、図１に示すＤＰＦ６２の他の例を示す拡大断面図である。ＤＰＦ６２は、たとえば、多孔質のフィルタ６２ａと、第２フィルタ層６２ｃと、この第２フィルタ層６２ｃに積層される触媒層６２ｄと、この触媒層６２ｄに担持される図示しない酸化触媒とによって構成されている。
【００２４】
図１に示すように、排気通路３０における排気浄化装置６０の上流側と下流側には、ＤＰＦ６２を含む排気浄化装置６０の入口と出口の差圧を測定する差圧センサ７０が設けられている。差圧センサ７０は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８０の入出力部８１に接続されている。
【００２５】
ＥＣＵ８０は、入出力部８１と、たとえばＣＰＵ等によって構成された演算部８２と、たとえばＲＯＭやＲＡＭ等のメモリによって構成された記憶部８３とを有している。入出力部８１、演算部８２、および記憶部８３は、アドレスバス８４、コントロールバス８５、およびデータバス８６によって互いに接続されている。また、ＥＣＵ８０は、入出力部８１を介してインジェクタ１２に接続されている。
【００２６】
エンジン１０の吸気行程では、スロットルバルブ２２によって吸入空気量が調整され、インジェクタ１２によって燃焼室１１内に燃料が噴射され、燃焼が行われる。燃焼後の排気は、排気マニホールド３１から排気通路３０に流れ、排気中の、未燃焼の炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、一酸化窒素ＮＯは、排気浄化装置６０に備えられたＤＯＣ６１によって無害化処理される。また、排気に含まれるＰＭは、ＤＰＦ６２によって捕捉される。
【００２７】
ＤＰＦ６２によって捕捉されたＰＭおよび不燃成分は、ＤＰＦ６２のフィルタ６２ａに堆積して排気の流れを妨げ、浄化能力を低下させるため、ＰＭおよび不燃成分の堆積物を燃焼させて除去するＤＰＦ６２の再生が行われる。ＤＰＦ６２の再生段階では、ＤＰＦ６２に堆積した堆積物に含まれるＰＭが燃焼することで、ＤＰＦ６２からＰＭおよび不燃成分の堆積物が除去される。
【００２８】
図４は、本実施形態の排気浄化装置６０の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の排気浄化装置６０は、たとえば、フィルタ６２ａと、堆積量取得ユニット６３と、燃焼ユニット６４と、制御部６５とを備えている。また、排気浄化装置６０は、ＤＰＦ６２の温度を取得する温度センサ６６を備えてもよい。
【００２９】
フィルタ６２ａは、たとえば、内燃機関であるエンジン１０の排気に含まれる可燃性の粒子状物質であるＰＭおよび不燃成分を捕捉するフィルタ６２ａである。図１、図２および図３に示す例において、フィルタ６２ａは、排気通路３０に配置された排気浄化装置６０のＤＯＣ６１の下流側に設けられたＤＰＦ６２のフィルタ６２ａである。
【００３０】
堆積量取得ユニット６３は、フィルタ６２ａに捕捉されたＰＭおよび不燃成分の堆積量を取得するための構成である。図１に示す例において、堆積量取得ユニット６３は、たとえば、差圧センサ７０とＥＣＵ８０とによって構成されている。ＰＭおよび不燃成分を含む堆積物の堆積量は、差圧センサ７０によって計測されるフィルタ６２ａの上流側の圧力とフィルタ６２ａの下流側の圧力との差圧に比例する。すなわち、堆積物の堆積量が増加すれば、差圧センサ７０によって計測される差圧が増加し、堆積物の堆積量が減少すれば、差圧センサ７０によって計測される差圧が減少する。堆積量取得ユニット６３は、この堆積物の堆積量とフィルタ６２ａの差圧との関係に基づいて、堆積物の堆積量を取得することができる。
【００３１】
また、堆積量取得ユニット６３は、差圧センサ７０を含む構成に限定されず、たとえば燃料消費量を取得する燃料消費センサとＥＣＵ８０とによって構成してもよい。この場合、堆積量取得ユニット６３は、たとえば、燃料消費センサによって取得された燃料消費量に基づいて、ＥＣＵ８０によってＤＰＦ６２に捕捉されたＰＭおよび不燃成分の堆積量を推定する。堆積量取得ユニット６３は、この推定値をフィルタ６２ａに捕捉されたＰＭおよび不燃成分を含む堆積物の堆積量として取得してもよい。
【００３２】
燃焼ユニット６４は、ＤＰＦ６２のフィルタに捕捉されたＰＭを燃焼させるための構成である。図１に示す例において、燃焼ユニット６４は、たとえば、インジェクタ１２とＥＣＵ８０とによって構成されている。燃焼ユニット６４は、たとえば、ＥＣＵ８０によってインジェクタ１２を制御して、未燃焼の燃料が排気に混じって排出されやすい状況を作り出す。これにより、燃焼ユニット６４は、ＰＭを燃焼させることができる第１の温度までＤＰＦ６２の温度を上昇させ、フィルタ６２ａの壁に堆積した堆積物に含まれるＰＭを燃焼させることができる。
【００３３】
制御部６５は、堆積量取得ユニット６３によって取得された堆積物の堆積量に基づいて燃焼ユニット６４を制御するように構成されている。図１に示す例において、制御部６５は、たとえば、ＥＣＵ８０によって構成されている。制御部６５を構成するＥＣＵ８０は、堆積量取得ユニット６３によって取得されたＰＭおよび不燃成分を含む堆積物の堆積量に基づいて燃焼ユニット６４を制御する。
【００３４】
温度センサ６６は、フィルタ６２ａの温度を取得するためのセンサである。温度センサ６６は、たとえば、ＤＰＦ６２のケーシングに取り付けられ、ケーシングの温度を計測することで、フィルタ６２ａの温度を取得する。すなわち、ＤＰＦ６２のケーシングの温度とフィルタ６２ａの温度には相関関係がある。そのため、この相関関係とＤＰＦ６２のケーシングの温度とに基づいて、温度センサ６６は、フィルタ６２ａの温度を取得することができる。
【００３５】
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０は、制御部６５の構成に特徴を有している。具体的には、制御部６５は、堆積量取得ユニット６３によって取得された堆積物の堆積量が予め設定された設定値以上になったときに、燃焼ユニット６４を制御して、予め設定された累積時間にわたってフィルタ６２ａの温度をＰＭが燃焼する第１の温度にするように構成されている。また、制御部６５は、予め設定された累積時間に達した後に、フィルタ６２ａの温度を第１の温度よりも低い第２の温度にするとともに、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させるように構成されている。
【００３６】
より詳細には、排気浄化装置６０は、たとえば、制御部６５を構成するＥＣＵ８０の記憶部８３に、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の燃焼を開始するためのしきい値となる所定の堆積量が、予め設定値として記録されている。また、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５を構成するＥＣＵ８０の記憶部８３に、ＰＭを燃焼させることができる第１の温度と、第１の温度よりも低い第２の温度が記録されている。第１の温度は、たとえば５５０℃以上かつ６５０℃以下であり、第２の温度は、たとえば４５０℃以上かつ５５０℃以下である。
【００３７】
また、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５を構成するＥＣＵ８０の記憶部８３に、フィルタ６２ａの温度を第１の温度に維持する時間の長さが、予め累積時間として記録されている。この累積時間は、たとえば、設定値以上の堆積量で堆積した堆積物のすべてを燃焼させるには至らず、設定値以上の堆積量で堆積した堆積物の一部を燃焼させることができる時間に設定される。
【００３８】
また、排気浄化装置６０は、たとえば、制御部６５を構成するＥＣＵ８０の記憶部８３に、燃焼ユニット６４を制御するための制御プログラムが保存されている。排気浄化装置６０は、たとえば、制御部６５を構成するＥＣＵ８０の演算部８２によって、記憶部８３に保存された制御プログラムを実行することで、燃焼ユニット６４を制御することができる。
【００３９】
記憶部８３に保存された制御プログラムは、たとえば、堆積量取得ユニット６３によって取得されたＰＭを含む堆積物の堆積量が、予め設定された設定値以上になったときに、制御部６５によって燃焼ユニット６４を制御するように構成されている。より具体的には、この制御プログラムは、制御部６５によって温度センサ６６からフィルタ６２ａの温度を取得し、制御部６５によって燃焼ユニット６４を制御してフィルタ６２ａの温度を第１の温度に昇温させるように構成されている。
【００４０】
また、記憶部８３に保存された制御プログラムは、制御部６５によって温度センサ６６からフィルタ６２ａの温度を取得し、制御部６５によって燃焼ユニット６４を制御して、フィルタ６２ａの温度を予め設定された累積時間にわたって第１の温度に維持するように構成されている。この累積時間は、たとえば以下の式（１）を満たすように設定される。
【００４１】
【数１】
2018178925.tif 000003
【００４２】
上記式（１）において、ｆ（ｘ）＝ｘ／Ｃである。ここで、ｘは、計測時間［ｍｉｎ］であり、Ｃ＝０．０００６Ｔ２−０．７８０７Ｔ＋２５７．３８であり、Ｔは、不等式：５５０℃≦Ｔ≦６５０℃を満たすフィルタ６２ａの温度［℃］である。
【００４３】
上記累積時間に達するまでのフィルタ６２ａの温度である第１の温度は、たとえば、５５０℃以上かつ６５０℃以下に設定することができる。上記の数式や数値は、たとえば記憶部８３に保存されている。制御部６５は、たとえば、記憶部８３に保存された上記数値、数式および制御プログラムなどに基づいて、上記式（１）を満たす場合に、フィルタ６２ａに堆積したＰＭを含む堆積物の一部を消失させたことを判定することができる。
【００４４】
また、記憶部８３に保存された制御プログラムは、予め設定された上記累積時間に達した後に、制御部６５によって燃焼ユニット６４を制御して、フィルタ６２ａの温度を第１の温度よりも低い第２の温度にするように構成されている。この累積時間に達した後のフィルタの目標温度である第２の温度は、たとえば４５０℃以上かつ５５０℃以下に設定され、記憶部８３に保存される。
【００４５】
また、記憶部８３に保存された制御プログラムは、フィルタ６２ａの温度を第１の温度よりも低い第２の温度にするときに、制御部６５によってＥＧＲバルブ４２や空気圧縮機などを制御して、エンジン１０からの排気を含むフィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させるように構成されている。より具体的には、制御部６５は、たとえば、ＥＧＲバルブ４２の開度を減少させて排気を増加させたり、空気圧縮機を介して外部から排気通路に供給される圧縮空気を増加させたりすることで、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させるように構成されている。
【００４６】
以上のように、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０は、フィルタ６２ａと、堆積量取得ユニット６３と、燃焼ユニット６４と、制御部６５と、を備えている。フィルタ６２ａは、内燃機関であるエンジン１０の排気に含まれる可燃性の粒子状物質（ＰＭ）および不燃成分を捕捉する。堆積量取得ユニット６３は、フィルタ６２ａに捕捉されたＰＭおよび不燃成分の堆積量を取得する。燃焼ユニット６４は、フィルタ６２ａに捕捉されたＰＭを燃焼させる。制御部６５は、堆積量取得ユニット６３によって取得された堆積量に基づいて燃焼ユニット６４を制御する。この制御部６５は、取得された堆積量が予め設定された設定値以上になったときに、燃焼ユニットを制御して、予め設定された上記累積時間にわたってフィルタ６２ａの温度をＰＭが燃焼する第１の温度とする。また、制御部６５は、上記累積時間に達した後にフィルタ６２ａの温度を第１の温度よりも低い第２の温度にするとともにフィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させるように構成されている。
【００４７】
次に、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０の作用について説明する。
【００４８】
図５Ａおよび図５Ｂは、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０の動作の一例を示すフローチャートである。図６は、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０の動作の一例を示すタイムチャートである。
【００４９】
図６の（ａ）から（ｄ）に示すタイムチャートは、それぞれ、次のとおりである。（ａ）は、フィルタ６２ａに堆積したＰＭを含む堆積物の堆積量［ｇ／Ｌ］とエンジン１０の運転時間との関係を示すタイムチャートである。（ｂ）は、フィルタ６２ａの温度［℃］とエンジン１０の運転時間との関係を示すタイムチャートである。（ｃ）は、第１の温度でフィルタ６２ａを再生した累積時間を示す前記式（１）の左辺の値と、エンジン１０の運転時間との関係を示すタイムチャートである。（ｄ）は、フィルタ６２ａを通過する気体の流量とエンジン１０の運転時間との関係を示すタイムチャートである。
【００５０】
図５Ａに示すように、ステップＳ１において、エンジン１０が始動されると、時間の経過に伴って、ＤＰＦ６２のフィルタ６２ａにＰＭおよび不燃成分を含む堆積物が堆積し、図６の（ａ）に示すように、堆積物の堆積量が増加していく。
【００５１】
ステップＳ２において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、堆積量取得ユニット６３を構成する差圧センサ７０によって計測されたフィルタ６２ａの上流側と下流側の差圧（Δｐ／Ｇａ）を取得し、ステップＳ３へ進む。
【００５２】
ステップＳ３において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、温度センサ６６によって計測されたフィルタ６２ａの温度を取得する。
【００５３】
ステップＳ４において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、フィルタ６２ａの上流側と下流側の差圧（Δｐ／Ｇａ）が、予め設定されて記憶部８３に記憶された第１の所定値以上であるか否かを判定する。換言すると、制御部６５は、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第１の所定値以上であるか否かを判定することで、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量が、予め設定された第１の設定値以上になったか否かを判定する。
【００５４】
ステップＳ４において、制御部６５により、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第１の所定値未満であると判定されると、ステップＳ８へ進む。換言すると、制御部６５は、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第１の所定値未満であると判定することで、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量が予め設定された第１の設定値未満であると判定すると、ステップＳ８へ進む。
【００５５】
ステップＳ８において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、フィルタ６２ａの状態を、引き続きＰＭを捕集することが可能なＰＭ捕集状態に設定し、ステップＳ２に戻る。このとき、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量は、図６の（ａ）に示すように、運転時間の開始から時間の経過とともに増加しているが、未だ第１の設定値には達していない。
【００５６】
一方、ステップＳ４において、制御部６５により、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第１の所定値以上であると判定されると、ステップＳ５へ進む。換言すると、制御部６５は、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第１の所定値以上であると判定し、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量が予め設定された第１の設定値以上であると判定すると、ステップＳ５へ進む。このとき、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量は、図６の（ａ）に示すように、第１の設定値以上の最初の極大値に達している。
【００５７】
ステップＳ５において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、フィルタ６２ａの状態を、フィルタ６２ａの再生を必要する要フィルタ再生状態に設定し、ステップＳ６へ進む。
【００５８】
ステップＳ６において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によって燃焼ユニット６４を制御して、フィルタ６２ａの温度をＰＭが燃焼する第１の温度まで上昇させるフィルタ６２ａの再生を開始し、ステップＳ７へ進む。これにより、図６の（ｂ）に示すように、フィルタ６２ａの温度が、たとえば５５０℃以上かつ６５０℃以下の第１の温度まで上昇する。
【００５９】
ステップＳ７において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、フラグがオンにされているか否かを判定する。このステップＳ７において、制御部６５により、フラグがオンにされていることが判定されると、ステップＳ９へ進む。一方、このステップＳ７において、制御部６５により、フラグがオンにされていないことが判定されると、後述するステップＳ１８（図５Ｂ参照）へ進む。
【００６０】
ステップＳ９において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、フィルタ６２ａに堆積した不燃成分のアッシュを除去する制御が必要な、要Ａｓｈ除去状態であることを判定し、ステップＳ１０へ進む。
【００６１】
ステップＳ１０において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、温度センサ６６によって計測されたフィルタ６２ａの温度を取得して記憶部８３に記憶し、ステップＳ１１に進む。
【００６２】
ステップＳ１１において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、予め設定された上記累積時間にわたって、フィルタ６２ａの温度をＰＭが燃焼する第１の温度としたか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１１において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５より、前記式（１）を満たすか否かを判定する。
【００６３】
ステップＳ１１において、前記式（１）を満たしていなければ、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５より、予め設定された上記累積時間に達していないと判定し、ステップＳ１０へ戻る。このとき、図６（ｃ）に示すように、第１の温度でフィルタ６２ａの再生を行った上記累積時間を示す前記式（１）の左辺の値は、時間の経過とともに増加しているが、予め設定された値である１未満である。
【００６４】
ステップＳ１１において、前記式（１）を満たしていれば、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５より、予め設定された上記累積時間に達したと判定してステップＳ１２へ進む。このとき、図６（ｃ）に示すように、第１の温度でフィルタ６２ａの再生を行った上記累積時間を示す前記式（１）の左辺の値は、１以上になっている。
【００６５】
ステップＳ１２において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によって燃焼ユニット６４を制御して、フィルタ６２ａの温度を第１の温度よりも低い第２の温度まで低下させてフィルタ６２ａの再生を継続し、ステップＳ１３へ進む。これにより、図６の（ｂ）に示すように、フィルタ６２ａの温度が、たとえば、５５０℃以上かつ６５０℃以下の第１の温度から、５００℃以上かつ５５０℃以下の第２の温度まで低下する。
【００６６】
ステップＳ１３において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によってＥＧＲバルブ４２を絞り、フィルタ６２ａを通過するエンジン１０の排気を含む気体の流量を増加させ、ステップＳ１４へ進む。これにより、図６の（ｄ）に示すように、フィルタ６２ａを通過する気体の流量が増加する。
【００６７】
ステップＳ１４において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によって、予め設定されて記憶部８３に記憶された所定の時間が経過したか否かを判定する。たとえば制御部６５によって、所定の時間が経過したと判定されると、ステップＳ１５へ進む（図５Ｂ参照）。一方、制御部６５によって所定の時間が経過していないと判定されると、制御部６５によって所定の時間が経過したと判定されるまで、ステップＳ１４を繰り返す。
【００６８】
ステップＳ１５において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によってＥＧＲバルブ４２を制御し、ＥＧＲバルブ４２の開度を元に戻すことで、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を元に戻し、ステップＳ１６へ進む。これにより、図６の（ｄ）に示すように、フィルタ６２ａを通過する気体の流量が、増加した状態から元の状態に戻る。
【００６９】
ステップＳ１６において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によって、記憶部８３に記憶されたフィルタ６２ａの温度の履歴を消去するリセットを行い、ステップＳ１７へ進む。
【００７０】
ステップＳ１７において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によって燃焼ユニット６４を制御して、フィルタ６２ａの温度をＰＭが燃焼する第１の温度まで上昇させるフィルタ６２ａの再生を再開し、ステップＳ１８へ進む。これにより、図６の（ｂ）に示すように、フィルタ６２ａの温度が、第２の温度の温度から第１の温度まで再上昇する。
【００７１】
ステップＳ１８において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、フィルタ６２ａの上流側と下流側の差圧（Δｐ／Ｇａ）が、予め設定されて記憶部８３に記憶された第２の所定値以下であるか否かを判定する。換言すると、制御部６５は、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第２の所定値以下であるか否かを判定することで、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量が、予め設定された第２の設定値以下になったか否かを判定する。
【００７２】
ステップＳ１８において、制御部６５により、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第２の所定値を超えていると判定されると、ステップＳ２１へ進む。換言すると、制御部６５は、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第２の所定値を超えていると判定することで、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量が予め設定された第２の設定値を超えていると判定すると、ステップＳ２１へ進む。
【００７３】
ステップＳ２１において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、第１の温度によるフィルタ６２ａの再生を継続し、ステップＳ２２へ進む。
【００７４】
ステップＳ２２において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、堆積量取得ユニット６３を構成する差圧センサ７０によって計測されたフィルタ６２ａの上流側と下流側の差圧（Δｐ／Ｇａ）を取得して、ステップＳ１８へ戻る。換言すると、制御部６５は、差圧（Δｐ／Ｇａ）を取得することで、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量を取得して、ステップＳ１８へ戻る。
【００７５】
一方、ステップＳ１８において、制御部６５により、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第２の所定値以下であると判定されると、ステップＳ１９へ進む。換言すると、制御部６５は、差圧（Δｐ／Ｇａ）が第２の所定値以下であると判定することで、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量が予め設定された第２の設定値以下であると判定すると、ステップＳ１９へ進む。
【００７６】
ステップＳ１９において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５により、フィルタ６２ａの状態を、ＰＭの酸化が完了したＰＭ酸化完了状態に設定し、このＰＭ酸化完了状態を記憶部８３に記憶して、ステップＳ２０へ進む。
【００７７】
ステップＳ２０において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によって燃焼ユニット６４を制御して、フィルタ６２ａの再生を終了し、ステップＳ２３へ進む。これにより、図６の（ｂ）に示すように、フィルタ６２ａの温度が低下して、フィルタ６２ａの再生を開始する前の温度まで低下する。
【００７８】
また、図６の（ａ）に示すように、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の堆積量は、おおむね運転開始時と等しい極小値になる。また、図６（ｃ）に示すように、第１の温度でフィルタ６２ａの再生を行った上記累積時間である前記式（１）の左辺の値をゼロにするリセットが行われる。
【００７９】
ステップＳ２３において、排気浄化装置６０は、フィルタ６２ａに堆積した不燃成分を含むアッシュの堆積量を算出して、ステップＳ２４へ進む。具体的には、ステップＳ２３において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によって差圧センサ７０からフィルタ６２ａの差圧を取得して、フィルタ６２ａに堆積した不燃成分を含むアッシュの堆積量を算出する。また、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によって車両の累積走行距離を取得し、記憶部８３に予め記憶された車両の累積走行距離とアッシュの堆積量との相関関係に基づいて、アッシュの堆積量を算出してもよい。
【００８０】
ステップＳ２４において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によってアッシュの堆積量からアッシュの厚さを推定し、ステップＳ２５へ進む。アッシュの厚さは、たとえば、アッシュの堆積量をフィルタ６２ａの面積で除することによって求めることができる。
【００８１】
ステップＳ２５において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によってアッシュの厚さが、予め設定され記憶部８３に記憶された所定値以上であるか否かを判定する。このステップＳ２５において、制御部６５によってアッシュの厚さが所定値以上であることが判定されると、ステップＳ２６へ進む。
【００８２】
ステップＳ２６において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によってフラグをオンにして、ステップＳ２へ戻る。これにより、再度、ステップＳ２からステップＳ６を経て、ステップＳ７へ進んだときに、フラグがオンになっていることから、ステップＳ９からステップＳ１７を経て、ステップＳ１８へ進むことになる。すなわち、再度、ステップＳ７へ進んだときに、ステップＳ９からステップＳ１７のアッシュを除去するための制御が行われる。
【００８３】
一方、このステップＳ２５において、制御部６５によってアッシュの厚さが所定値未満であることが判定されると、ステップＳ２７へ進む。ステップＳ２７において、排気浄化装置６０は、たとえば制御部６５によってフラグをオフにして、ステップＳ２へ戻る。これにより、再度、ステップＳ２からステップＳ６を経て、ステップＳ７へ進んだときに、フラグがオフになっていることから、ステップＳ９からステップＳ１７を経ることなく、ステップＳ１８へ進むことになる。すなわち、再度、ステップＳ７へ進んだときに、ステップＳ９からステップＳ１７のアッシュを除去するための制御が行われなくなる。
【００８４】
このように、本実施形態の排気浄化装置６０は、フィルタ６２ａに堆積したＰＭおよび不燃成分を含む堆積物の堆積量が予め設定された第１の設定値以上になったときに、制御部６５は、燃焼ユニット６４を制御して、予め設定された上記累積時間にわたってフィルタ６２ａの温度をＰＭが燃焼する第１の温度とする。この第１の温度は、たとえば５５０℃以上かつ６５０℃以下である。これにより、フィルタ６２ａに堆積した堆積物の一部のみを燃焼させることができ、堆積物の燃焼によって発生したアッシュがフィルタ６２ａの壁に留まるのを抑制することができる。
【００８５】
すなわち、フィルタ６２ａに堆積した堆積物のすべてを燃焼させると、アッシュの発生量が増加して、アッシュがフィルタ６２ａの壁に留まる可能性が高くなる。これに対し、堆積物の一部のみを燃焼させることで、アッシュの発生量を減少させ、アッシュがフィルタ６２ａの壁に留まるのを抑制することができる。また、堆積物の一部のみを燃焼させることで、フィルタ６２ａの過昇温を防止し、フィルタ６２ａの寿命が損なわれるのを防止できる。
【００８６】
また、制御部６５は、前述のように予め設定された上記累積時間にわたってフィルタ６２ａの温度をＰＭが燃焼する第１の温度に維持した後に、燃焼ユニット６４を制御して、フィルタ６２ａの温度を第１の温度よりも低い第２の温度にするとともに、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させる。第２の温度は、たとえば４５０℃以上かつ５５０℃以下である。このように、フィルタ６２ａの壁に堆積した堆積物の一部を燃焼させた後にフィルタ６２ａの温度を低下させることで、フィルタ６２ａの壁に残存する堆積物が、反り返って浮き上り、剥がれやすくなる。
【００８７】
このように、フィルタ６２ａの壁に残存する堆積物を剥がれやすくするだけでなく、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させることで、その気体の流れによってフィルタ６２ａの壁から堆積物が剥がされて下流に運ばれる。フィルタ６２ａの下流に運ばれた堆積物は、たとえばフィルタ６２ａの下流で燃焼してアッシュになる。これにより、フィルタ６２ａの壁にアッシュが堆積することが防止される。
【００８８】
図７は、フィルタ６２ａの総熱履歴と再生温度との関係の一例を示すグラフである。図７では、横軸をフィルタ６２ａの総熱履歴［ｍｉｎ］とし、縦軸をフィルタ６２ａの再生温度［℃］とし、フィルタ６２ａの基材内のＰＭが燃焼した領域Ｒを示している。図７に示すように、フィルタ６２ａの再生温度が５５０［℃］である場合には、フィルタ６２ａの総熱履歴が８［ｍｉｎ］以上になると、フィルタ６２ａの基材内のＰＭが燃焼したことが分かる。また、図８に示すように、フィルタ６２ａの再生温度がおおむね５５０℃から６５０℃までは、再生温度が高いほど、フィルタ６２ａの基材内のＰＭが燃焼するまでのフィルタ６２ａの総熱履歴が減少し、６２０℃以上では総熱履歴が２［ｍｉｎ］以下になっている。
【００８９】
図８は、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させた場合の効果を説明するための図である。図８において、（ａ）は、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させていない場合を示し、（ｂ）は、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させた場合を示している。図８の（ｂ）に示すように、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させた場合、図８の（ａ）に示すフィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させていない場合と比較して、ＰＭは、フィルタ６２ａの後方へ移動していることが分かる。
【００９０】
図９は、５５０℃以上かつ６５０℃以下の第１の温度でフィルタ６２ａを再生したときの堆積物の酸化を示す写真図である。図９に示す時刻０［ｍｉｎ］における写真図では、フィルタ６２ａにおけるガスの流れを矢印で示している。図９に示すように、フィルタ６２ａに堆積した堆積物は、時間の経過とともに酸化され、厚さが薄くなっている。
【００９１】
図１０は、４５０℃以上かつ５５０℃以下の第２の温度でフィルタ６２ａを再生したときの堆積物の熱収縮を示す写真図である。図１０に示す時刻０の写真図では、フィルタ６２ａにおけるガスの流れを矢印で示している。図１０に示すように、フィルタ６２ａに堆積した堆積物は、時刻４３［ｍｉｎ］で亀裂Ｃが生じ、時刻６２［ｍｉｎ］で熱収縮によって反りＷが見られ、時刻８４［ｍｉｎ］でさらに熱収縮している。
【００９２】
図１１は、５５０℃以上かつ６５０℃以下の第１の温度でフィルタ６２ａを再生し、その途中で、４５０℃以上かつ５５０℃以下の第２の温度に下げてフィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させたとき堆積物Ｄの状態を示す模式図である。図１１では、（ａ）から（ｆ）へ進むほど時間が経過している。図１１の（ａ）に示すように、フィルタ６２ａの再生前は、フィルタ６２ａの基材の表面にＰＭおよび不燃成分を含む堆積物Ｄが層状に堆積し、さらにフィルタ６２ａの基材の内部にＰＭが侵入している。
【００９３】
図１１の（ｂ）に示すように、制御部６５は、所定の累積時間にわたって第１の温度でフィルタ６２ａを再生することで、フィルタ６２ａの基材の内部に侵入したＰＭの少なくとも一部が消失したと判断する。さらに、図１１の（ｃ）に示すように、所定の累積時間に達した後に第１の温度よりも低く、ＰＭを含む堆積物が熱収縮する第２の温度でフィルタ６２ａを再生することで、ＰＭを含む堆積物Ｄが反り返る。このとき、フィルタ６２ａを通過する気体の流量を増加させる。
【００９４】
これにより、図１１の（ｄ）に示すように、熱収縮によって反り返ったＰＭを含む堆積物Ｄが剥離し、フィルタ６２ａの下流側へ移動する。その後、図１１の（ｅ）に示すように、フィルタ６２ａの再生温度を、再度、第１の温度に上昇させて、フィルタ６２ａの再生を継続する。これにより、図１１の（ｆ）に示すように、フィルタ６２ａの下流に移動した堆積物Ｄが燃焼してアッシュＡとなり、フィルタ６２ａの再生が終了する。
【００９５】
以上説明したように、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０によれば、フィルタ６２ａにＰＭおよび不燃成分が堆積している場合でも、フィルタ６２ａの寿命を損なうことなく、フィルタ６２ａにアッシュＡが堆積するのを抑制できる。
【００９６】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【００９７】
たとえば、ＰＭの堆積量は、エンジンの指令値からの積算によって算出してもよい。また、排気通路に流れる気体を増加させるために、コンプレッサ等の外部供給系を用いてもよい。また、フィルタの温度は、フィルタの下流の温度を計測して推定してもよい。また、前述のフィルタの再生は、従来のフィルタの再生を複数回行った後に実施してもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１０    エンジン（内燃機関）
６０    排気浄化装置
６２ａ  フィルタ
６３    堆積量取得ユニット
６４    燃焼ユニット
６５    制御部
【図１】
2018178925.tif 000004
【図２】
2018178925.tif 000005
【図３】
2018178925.tif 000006
【図４】
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【図５Ａ】
2018178925.tif 000008
【図５Ｂ】
2018178925.tif 000009
【図６】
2018178925.tif 000010
【図７】
2018178925.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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