(57)【要約】【課題】ウォールアッシュをプラグアッシュに遷移させることで、アッシュに起因するフィルタの圧力損失を小さくして、燃費を向上することができる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】フィルタ６におけるウォールアッシュＷＡの堆積状況を取得し、取得したその堆積状況が悪化しているか否かを判定し、堆積状況が悪化していると判定した場合は、酸化触媒装置５の出口からフィルタ６の入口までの間の排気ガス温度Ｔを取得し、取得した排気ガス温度Ｔに基づいて、噴射弁４、７から酸化触媒装置５に未燃燃料Ｆを供給して、その排気ガス温度Ｔをフィルタ６におけるウォールアッシュＷＡをプラグアッシュＰＡに遷移する温度にする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスに未燃燃料を供給する噴射弁を備え、前記内燃機関の排気通路に未燃燃料を酸化する酸化触媒装置と、微粒子を捕集するフィルタと、を備える排気ガス浄化システムにおいて、
前記フィルタにおけるウォールアッシュの堆積状況を取得する堆積状況取得装置と、前記酸化触媒装置の出口から前記フィルタの入口までの間に設置されて排気ガス温度を取得する温度取得装置と、前記堆積状況取得装置、前記温度取得装置、及び前記噴射弁に接続された制御装置とを備えて、
前記堆積状況取得装置が前記堆積状況の悪化を取得した場合は、前記温度取得装置が取得した排気ガス温度に基づいて、前記制御装置により、前記噴射弁から前記酸化触媒装置に未燃燃料を供給して、その排気ガス温度を前記フィルタにおけるウォールアッシュをプラグアッシュに遷移する温度にする制御を行う構成にしたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記堆積状況取得装置が、前記内燃機関の潤滑油の消費量に基づいて前記堆積状況を予測する装置である請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記堆積状況取得装置が、前記内燃機関を備えた車両の走行距離または走行時間に基づいて前記堆積状況を予測する装置である請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記制御装置に接続されて前記フィルタの捕集量を取得する捕集量取得装置を備えて、
前記捕集量取得装置が前記フィルタの捕集量が予め設定した上限値を上回った場合に、その上限値から予め設定した下限値になるまでの間は、前記温度取得装置が取得した排気ガス温度に基づいて、前記制御装置により、前記噴射弁から前記酸化触媒装置に未燃燃料を供給して、その排気ガス温度を前記フィルタに捕集した微粒子を燃焼除去する温度にする強制再生制御を行う構成にし、
前記遷移する温度にする制御は、前記強制再生制御が終了した後に行われる制御である請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記遷移する温度にする制御は、開始されてから前記フィルタにおけるウォールアッシュがプラグアッシュに遷移するのに要する時間が経過するまで行われる制御である請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に配置されたフィルタの微粒子の捕集量が予め設定した上限値を上回った場合に、噴射弁から前記フィルタの上流側に配置された酸化触媒装置に未燃燃料を供給して、前記フィルタに流入する排気ガス温度をそのフィルタが捕集した微粒子を燃焼除去する温度にする排気ガス浄化システムの制御方法において、
前記フィルタにおけるウォールアッシュの堆積状況を取得し、
取得したその堆積状況が悪化しているか否かを判定し、
前記堆積状況が悪化していると判定した場合は、前記酸化触媒装置の出口から前記フィルタの入口までの間の排気ガス温度を取得し、
取得した排気ガス温度に基づいて、前記噴射弁から前記酸化触媒装置に未燃燃料を供給して、その排気ガス温度を前記フィルタにおけるウォールアッシュをプラグアッシュに遷移する温度にすることを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に備えた微粒子を捕集するフィルタの強制再生制御として、周期的変化の高温側温度と低温側温度とをそれぞれ設定して、１サイクルにおける高温側時間と低温側時間を設定して制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７１２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、フィルタには煤だけでなく、内燃機関の潤滑油に起因する灰性状物質（アッシュ）が堆積する。このアッシュは最初はフィルタの内部の各セル間の壁（ＰＭ捕集用の壁）に堆積する（以後、各セル間の壁に堆積するアッシュをウォールアッシュと称す）。ウォールアッシュは排気ガスの温度が高温になると凝集し増大化して、この増大化したウォールアッシュは排気ガスの流れに乗って各セルの下流側端部（目封じ部分）まで移送されてこの下流側端部に堆積する（以後、各セルの下流側端部に堆積したアッシュをプラグアッシュと称す）。ウォールアッシュはプラグアッシュよりもフィルタの圧力損失への影響が大きいため、フィルタの再生においてウォールアッシュに対する対策を行うことが重要である。
【０００５】
上記の特許文献１に記載の装置は、７００℃以上の温度にしてＰＭを燃焼し尽くすものであるが、ウォールアッシュに対する対策が何ら取られていない。それ故、この装置では、フィルタを強制再生してもウォールアッシュによる圧力損失が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、ウォールアッシュをプラグアッシュに遷移させることで、アッシュに起因するフィルタの圧力損失を小さくして、燃費を向上することができる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気ガスに未燃燃料を供給する噴射弁を備え、前記内燃機関の排気通路に未燃燃料を酸化する酸化触媒装置と、微粒子を捕集するフィルタと、を備える排気ガス浄化システムにおいて、前記フィルタにおけるウォールアッシュの堆積状況を取得する堆積状況取得装置と、前記酸化触媒装置の出口から前記フィルタの入口までの間に設置されて排気ガス温度を取得する温度取得装置と、前記堆積状況取得装置、前記温度取得装置、及び前記噴射弁に接続された制御装置とを備えて、前記堆積状況取得装置が前記堆積状況の悪化を取得した場合は、前記温度取得装置が取得した排気ガス温度に基づいて、前記制御装置により、前記噴射弁から前記酸化触媒装置に未燃燃料を供給して、その排気ガス温度を前記フィルタにおけるウォールアッシュをプラグアッシュに遷移する温度にする制御を行う構成にしたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に配置されたフィルタの微粒子の捕集量が予め設定した上限値を上回った場合に、噴射弁から前記フィルタの上流側に配置された酸化触媒装置に未燃燃料を供給して、前記フィルタに流入する排気ガス温度をそのフィルタが捕集した微粒子を燃焼除去する温度にする排気ガス浄化システムの制御方法において、前記フィルタにおけるウォールアッシュの堆積状況を取得し、取得したその堆積状況が悪化しているか否かを判定し、前記堆積状況が悪化していると判定した場合は、前記酸化触媒装置の出口から前記フィルタの入口までの間の排気ガス温度を取得し、取得した排気ガス温度に基づいて、前記噴射弁から前記酸化触媒装置に未燃燃料を供給して、その排気ガス温度を前記フィルタにおけるウォールアッシュをプラグアッシュに遷移する温度にすることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フィルタにおけるウォールアッシュの堆積状況が悪化して、ウォールアッシュによる圧力損失が大きくなった場合に、排気ガス温度をウォールアッシュからプラグアッシュに遷移する温度にする。それ故、ウォールアッシュをプラグアッシュに遷移させることができる。これにより、フィルタの圧力損失の低減には有利になり、燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図２】制御装置の構成を示す図である。
【図３】フィルタの内部のアッシュの堆積状態を示す図である。
【図４】フィルタの内部のウォールアッシュの堆積状態を示す図である。
【図５】フィルタの強制再生制御とアッシュの遷移制御の時系列を示す図である。
【図６】図５の時系列の変形例を示す図である。
【図７】フィルタの内部のプラグアッシュの堆積状態を示す図である。
【図８】本発明の排気ガス浄化システムの制御方法の制御フローを示す図である。
【図９】図８の制御フローのステップＳ３０の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施形態の排気ガス浄化システム及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１に示すように、この排気ガス浄化システム１には、エンジン（内燃機関）２の排気管（排気通路）３に上流側より順に備えた噴射弁４、酸化触媒装置５、排気ガスＧに含まれる微粒子を捕集するフィルタ６が配設される。エンジン２の各気筒２ａには燃料を噴射する噴射弁７が配設される。また、排気ガス浄化システム１を制御する制御装置８が配設される。
【００１３】
噴射弁４、７はともに燃料Ｆを噴射する装置である。噴射弁４、７より燃料Ｆが噴射されると、燃料Ｆに起因する炭化水素（ＨＣ）が排気ガスＧに含まれるようになる。この実施形態では噴射弁４から燃料Ｆを噴射させて、排気ガスＧに未燃燃料を供給している。なお、噴射弁７からポスト噴射により排気ガスＧに未燃燃料を供給する場合は噴射弁４を配設しなくてもよい。
【００１４】
酸化触媒装置５は、ハニカム構造を形成する基材に、排気ガスＧの炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化する貴金属触媒（酸化触媒）が担持されて構成される。貴金属触媒としては、炭化水素を水と二酸化炭素に、一酸化炭素を二酸化炭素にそれぞれ酸化する白金（Ｐｔ）系の触媒が好ましい。
【００１５】
フィルタ６は、その内部にフィルタを備えて構成される。このフィルタは、多孔質のセラミックのハニカムのセル（チャンネル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタである。
【００１６】
制御装置８は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置８は、各種センサ（９、１０、１１、１２、１３、１４、１５）、噴射弁４、７に信号線を介して電気的に接続されている。
【００１７】
図２に例示するように、制御装置８は、各機能要素として、判定部８ａ、強制再生制御部８ｂ、及び遷移制御部８ｃを有している。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、ＣＰＵにより実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能する装置としてもよい。
【００１８】
判定部８ａは、フィルタ６のＰＭ捕集量が予め設定した上限値を上回って強制再生制御が必要か否かを判定したり、フィルタ６におけるウォールアッシュＷＡの堆積状況が悪化してアッシュの遷移制御が必要か否かを判定する機能要素である。
【００１９】
フィルタ６のＰＭ捕集量は捕集量取得装置９により取得される。捕集量取得装置９は、フィルタ６の捕集量を取得する装置である。具体的に、捕集量取得装置９は、フィルタ６の前段の排気管３に設けた圧力センサ１０と後段の排気管３に設けた圧力センサ１１を有して、それらの検出値を基に算出したフィルタ６の前後差圧をフィルタ６の捕集量として算出する。なお、捕集量取得装置９は、燃料噴射量やエンジン回転数に基づいてフィルタの捕集量を予測してもよい。
【００２０】
フィルタ６におけるウォールアッシュＷＡの堆積状況は堆積状況取得装置１２により取得される。堆積状況取得装置１２は、ウォールアッシュＷＡの堆積状況として、エンジン２の潤滑油の消費量に基づいて堆積状況を予測したり、あるいは、エンジン２を備えた車両の走行距離または走行時間に基づいて堆積状況を予測する装置である。エンジン２の潤滑油の消費量は、エンジン２に備えた潤滑油量センサ（オイルゲージ）１３の検出値の変化を基に算出する。車両の走行距離または走行時間は、車両に備えた走行距離計１４または走行時間計（図１では走行距離計のみを図示している）の検出値である。
【００２１】
強制再生制御部８ｂは、判定部８ａでフィルタ６の前後差圧が上限値を上回って強制再生制御が必要であると判定した場合に、前後差圧がその上限値から予め設定した下限値になるまでの間は、フィルタ６の温度に基づいて、噴射弁４または噴射弁７から酸化触媒装置５に未燃燃料Ｆを供給して、その排気ガス温度Ｔをフィルタ６に捕集したＰＭを燃焼除去する温度（例えば６００℃程度）Ｔ１にする強制再生制御を行う機能要素である。フィルタ６の温度は、酸化触媒装置５の出口からフィルタ６の入口までの間の排気管３に温度センサ（温度取得装置）１５を設置して、この温度センサ１５により検出される排気ガスＧの温度と同じ温度として推定する。上限値は、フィルタ６の圧力損失により燃費が悪化する懸念のある値に設定する。下限値は、フィルタ６の内部のＰＭが燃焼してフィルタ６の圧力損失が改善された値に設定する。
【００２２】
遷移制御部８ｃは、堆積状況取得装置１２が堆積状況の悪化を取得した場合は、温度センサ１５が取得した排気ガス温度に基づいて、制御装置８により、噴射弁４または噴射弁７から酸化触媒装置５に未燃燃料Ｆを供給して、その排気ガス温度をフィルタ６におけるウォールアッシュＷＡをプラグアッシュＰＡに遷移する温度（以下、目標温度という）Ｔ２にする制御を行う機能要素である。
【００２３】
フィルタ６に堆積するウォールアッシュＷＡとプラグアッシュＰＡについて説明する。図３に示すように、ＰＭは燃料の燃えかすの微粒子であるのに対し、ＷＡ、ＰＡはエンジン２の潤滑油を由来とした灰性状の微粒子である。フィルタ６の内部には、排気ガスＧに含まれるＰＭ（煤）の他にアッシュが堆積する。このアッシュには、プラグアッシュＰＡとウォールアッシュＷＡの２種類がある。プラグアッシュＰＡは、フィルタ６の下流側の目封じ部分（下流側端部）６ａに栓をする形で堆積するアッシュである。ウォールアッシュＷＡは、ＰＭ捕集用の壁６ｂの表面に一様に堆積するアッシュである。
【００２４】
排気ガスＧがフィルタ６を通過すると、ＰＭ捕集用の壁６ｂに、排気ガスＧに含まれるＰＭとアッシュが堆積する。図４に示すように、アッシュは、ＰＭ捕集用の壁６ｂの表面に一様に堆積する形（ウォールアッシュＷＡ：斜線部分）で最初は堆積する。
【００２５】
フィルタ６にＰＭとアッシュが堆積するにつれて、ＰＭとアッシュに起因する圧力損失が上昇するため、フィルタ６の前後差圧は上昇する。フィルタ６のＰＭ捕集量（前後差圧）が予め設定された上限値を上回ると、排気ガスＧの温度を目標温度Ｔ１（例えば６００℃）まで昇温させて、フィルタ６の強制再生制御を開始する。フィルタ６の強制再生制御は、フィルタ６のＰＭ捕集量がその上限値から予め設定された下限値になるまでの間行う。フィルタ６のＰＭ捕集量が下限値になったときに、フィルタ６に堆積したＰＭが完全燃焼したとして、強制再生制御を終了する。
【００２６】
本発明では、さらに、図５に示すように、堆積状況取得装置１２が堆積状況の悪化を取得した場合は、排気ガスＧの温度を目標温度Ｔ２（例えば７００℃）まで昇温させて、フィルタ６におけるウォールアッシュＷＡをプラグアッシュＰＡに遷移する温度にする制御を行う。この制御は、制御が開始されてからフィルタ６におけるウォールアッシュＷＡがプラグアッシュＰＡに遷移するのに要する時間ｔ１が経過するまで行われる。なお、この制御の実施時期は、強制再生制御の終了直後でなくてもよい。また、図５では、この制御の開始後時間が経過するにつれてフィルタ６の温度（排気ガスＧの温度）が連続的に上昇するようにしているが、図６に示すように階段状に上昇するようにしてもよい。
【００２７】
図７に示すように、アッシュの遷移制御時の排気ガスＧがフィルタ６を通過すると、ウォールアッシュＷＡを構成するアッシュ粒子が凝集して、より粒子径の大きいウォールアッシュ粒子になるとともに、この大径化したウォールアッシュＷＡがフィルタ６の下流側に流されて目封じ部分６ａに栓をする形（プラグアッシュＰＡ：クロスハッチング（ＤＸ）部分）で堆積する。
【００２８】
車両の走行距離または走行時間の積算値が前回のアッシュの遷移制御終了時の走行距離または走行時間の積算値から増加するにつれて、フィルタ６の内部に堆積するウォールアッシュＷＡの量が大きくなる。したがって、制御装置８がアッシュの遷移制御を行う時間ｔ１を車両の走行距離または走行時間に基づいて設定するようにすると、ウォールアッシュＷＡの全量をプラグアッシュＰＡに確実に遷移することができる。
【００２９】
本発明の排気ガス浄化システムの制御方法の制御フローについて図８を参照しながら説明する。図８に示す制御フローは、フィルタ６の強制再生制御時に上級の制御フローより呼ばれて実施されるフローである。
【００３０】
図８に示す制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、前後差圧Ｃが下限値Ｃ２以下となったか否かを判定する。前後差圧Ｃが下限値Ｃ２より大きい場合（ＮＯ）には、周期的にステップＳ１０の判定を行う。前後差圧Ｃが下限値Ｃ２以下である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２０に進み、ステップＳ２０にて、フィルタ６の強制再生制御を終了する。ステップＳ２０の制御を実施後、ステップＳ３０に進む。
【００３１】
ステップＳ３０にて、アッシュの遷移制御が必要であるか否かを判定する。アッシュの遷移制御が不要な場合（フラグが０である場合）（ＮＯ）は、リターンに進んで、本制御フローを終了する。アッシュの遷移制御が必要な場合（フラグが１である場合）（ＹＥＳ）は、ステップＳ４０に進み、ステップＳ４０にて、アッシュの遷移制御を開始する。ステップＳ４０の制御を実施後、ステップＳ５０に進む。なお、ステップＳ３０の詳細については後述する。
【００３２】
ステップＳ５０にて、アッシュの遷移制御開始後の時間ｔが時間ｔ１以上となったか否かを判定する。アッシュの遷移制御開始後の時間ｔが時間ｔ１未満である場合（ＮＯ）には、予め設定した制御時間を経過後再度ステップＳ５０の判定を行う。アッシュの遷移制御開始後の時間ｔが時間ｔ１以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６０に進み、ステップＳ６０にて、アッシュの遷移制御を終了する。ステップＳ６０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
【００３３】
ステップＳ３０の詳細について図９を参照しながら説明する。ステップＳ３１にて、車両の走行距離または走行時間を検出するとともに、ステップＳ３２にて、ステップＳ３１で検出した車両の走行距離または走行時間を基にエンジン２の潤滑油の消費量を算出する。そして、ステップＳ３３にて、ステップＳ３２で算出した潤滑油の消費量を基にアッシュの遷移制御が必要か否かのフラグ立てを行う。アッシュの遷移制御が必要である場合（ＹＥＳ）はフラグを１に、必要でない場合（ＮＯ）はフラグを０に設定する。以上がステップＳ３０の詳細である。
【００３４】
なお、エンジン２の潤滑油の消費量をエンジン２に備えた潤滑油量センサ（オイルゲージ）１３の検出値の変化を基に算出するできる場合は、ステップＳ３１を行わず、ステップＳ３２のみでエンジン２の潤滑油の消費量を算出してもよい。また、潤滑油の消費量を、車両の走行距離、走行時間、エンジン２の駆動時間、燃料消費量の積算値等の各種データに基づいて算出するようにしてもよい。
【００３５】
また、本制御フローでは、ステップＳ３０にてアッシュの遷移制御が必要であるか否かを判定しているが、アッシュの遷移制御が必要であるか否かの判定時点はこのステップＳ３０の時点に限定されない。
【００３６】
以上より、本発明によれば、フィルタ６におけるウォールアッシュＷＡの堆積状況が悪化して、ウォールアッシュＷＡによる圧力損失が大きくなった場合に、排気ガス温度ＴをウォールアッシュＷＡからプラグアッシュＰＡに遷移する温度にする。それ故、ウォールアッシュＷＡをプラグアッシュＰＡに遷移させることができる。これにより、フィルタ６の圧力損失の低減には有利になり、燃費を向上することができる。
【００３７】
また、フィルタ６にウォールアッシュＷＡが一定量以上堆積すると、ＰＭ捕集用の壁６ｂの内部に煤が堆積（深層濾過）するようになるため、フィルタ６の前後差圧とＰＭ捕集量の相関関係が崩れて、フィルタ６のＰＭ捕集量の推定精度が悪化することとなる。これに対し、本発明では、ウォールアッシュＷＡをプラグアッシュＰＡに随時遷移させるので、ＰＭ捕集用の壁６ｂに対する煤の深層濾過が抑制され、フィルタ６のＰＭ捕集量の算出精度を向上させることができる。
【００３８】
また、エンジン２の潤滑油の消費量とフィルタ６へのアッシュの堆積状況の悪化は正の相関関係がある。したがって、堆積状況取得装置１２が、エンジン２の潤滑油の消費量に基づいてウォールアッシュＷＡの堆積状況を予測する装置とすることで、ウォールアッシュＷＡの堆積状況を高精度で算出することができる。
【００３９】
また、エンジン２の潤滑油の消費量と車両の走行距離または走行時間は正の相関関係があるので、エンジン２の潤滑油の消費量の検出が困難な場合は、車両の走行距離または走行時間に基づいて潤滑油の消費量を推定算出することができる。すなわち、堆積状況取得装置１２が車両の走行距離または走行時間に基づいて堆積状況を予測する装置とすることも可能であり、この場合もウォールアッシュＷＡの堆積状況を高精度で算出することができる。
【００４０】
また、フィルタ６の強制再生制御が終了した後にウォールアッシュＷＡをプラグアッシュＰＡに遷移する温度にする制御を行うことで、排気ガスＧの温度Ｔが強制再生制御により高温となっている状態を利用することができるので、噴射弁４、７からの燃料噴射量を低減して、燃費の悪化を防止することができる。さらに、強制再生制御によりフィルタ６に堆積した煤が完全燃焼した後にアッシュを遷移する温度にする制御を行うので、ウォールアッシュＷＡが煤に妨害されることなくフィルタ６の各セルの下流側端部に容易に移送されて、ウォールアッシュＷＡからプラグアッシュＰＡへの遷移を促進することができる。
【００４１】
また、アッシュを遷移する温度にする制御は、この制御が開始されてからフィルタ６におけるウォールアッシュＷＡをプラグアッシュＰＡに遷移するのに要する時間ｔ１が経過するまで行われる制御とすることで、フィルタ６に堆積するウォールアッシュＷＡの全量をプラグアッシュＰＡに確実に遷移することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  排気ガス浄化システム
２  エンジン（内燃機関）
３  排気管（排気通路）
４、７  噴射弁
５  酸化触媒装置
６  フィルタ
８  制御装置
９  捕集量取得装置
１２  堆積状況取得装置
１５  温度センサ（温度取得装置）
ＰＡ  プラグアッシュ
ＷＡ  ウォールアッシュ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019007459.tif 000009
【図８】
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【図９】
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