(57)【要約】【課題】ＰＭの燃焼効率の悪化を防止することができる排気浄化装置および内燃機関をすること。【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、フィルターの再生が開始されてからブローオフが生じるまでの再生経過時間を計測する再生経過時間計測部と、再生経過時間から予め定められた時間を減算することで、次回の再生時間を算出する再生時間算出部と、を有し、次回の再生時間に基づいてフィルターを再生させる制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、
前記フィルターの再生が開始されてからブローオフが生じるまでの再生経過時間を計測する再生経過時間計測部と、前記再生経過時間から予め定められた時間を減算することで、次回の再生時間を算出する再生時間算出部と、を有し、前記次回の再生時間に基づいて前記フィルターを再生させる制御部と、
を備える、排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御部は、予め定められた回数に１回の割合で、前記ブローオフが生じるまで前記フィルターを再生させる、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記再生時間算出部は、前記フィルターの再生によって前記ブローオフが生じずに再生時間が満了した場合、前記再生時間に基づいて前記次回の再生時間を算出する、請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の排気浄化装置を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気浄化装置および内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関からの排気ガス中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集するフィルターとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦ）が知られている。
【０００３】
ＤＰＦに捕集されたＰＭは、排気ガスが昇温されることにより燃焼される。これにより、ＤＰＦが再生される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４９３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＤＰＦの再生直後に、ＰＭがＤＰＦで捕集されずにＤＰＦをすり抜けてしまうブローオフを生じることが知られている。
【０００６】
ＤＰＦの再生をブローオフが発生するまで継続することは、次回の再生までの期間（インターバル）が長くなるが、再生に要する燃料が増えるので、ＰＭの燃焼効率を悪化させる場合がある。
【０００７】
本開示の目的は、ＰＭの燃焼効率の悪化を防止することができる排気浄化装置および内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の排気浄化装置は、
内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、
前記フィルターの再生が開始されてからブローオフが生じるまでの再生経過時間を計測する再生経過時間計測部と、前記再生経過時間から予め定められた時間を減算することで、次回の再生時間を算出する再生時間算出部と、を有し、前記次回の再生時間に基づいて前記フィルターを再生させる制御部と、
を備える。
【０００９】
本開示の内燃機関は、上記排気浄化装置を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、ＰＭの燃焼効率の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施の形態に係る内燃装置の排気系の一例を示す概略構成図
【図２】ＤＰＦの再生時におけるＰＭの燃焼量の一例を簡易的に示すグラフ
【図３】再生時にＤＰＦに流入する排気ガスの温度の一例を簡易的に表すグラフ
【図４】再生時におけるＤＰＦによるＰＭの捕集効率の一例を簡易的に表すグラフ
【図５】ＤＰＦの再生時間の算出処理の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態は、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００１３】
まず、本実施の形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構造について説明する。図１は、実施の形態に係るエンジン１の排気系の一例を示す概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、エンジン１の排気マニホールド１２には排気管２０が連結されている。排気管２０にはエンジン１からの排気ガスが流入する。排気管２０内には、排気上流側から順に酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）３１、温度センサー３６、ＤＰＦ３２およびＰＭセンサー３５が設けられている。
【００１５】
ＤＯＣ３１は、燃料が供給された場合、これを酸化して排気ガスを昇温させる。
【００１６】
ＤＰＦ３２は多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを有している。セルは排気ガスの流れ方向に沿って配置されている。セルの上流側と下流側とは交互に目封止されている。ＤＰＦ３２は、排気ガス中に含まれるＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集する。ＤＰＦ３２に捕集されたＰＭを燃焼することにより、ＤＰＦ３２が再生される。ＤＰＦ３２の再生は、ＤＰＦ３２よりも上流側のＤＯＣ３１に燃料を供給し、排気ガスをＰＭ燃焼温度Ｔｃ（図３参照）まで昇温することで行われる。
【００１７】
ＰＭセンサー３５は、ＤＰＦ３２を通過した後の排気ガス中に含まれるＰＭをリアルタイムで検出する。具体的に、ＰＭセンサー３５は、素子に堆積したＰＭの堆積量に応じた検出値を出力する。なお、ＰＭセンサー３５は、ＰＭの堆積量が所定値を超えた場合に素子に高電圧の電流を流して、素子に堆積したＰＭを燃焼除去するようにしても良い。
【００１８】
温度センサー３６は、ＤＰＦ３２に流入する排気ガスの温度を検出する。
【００１９】
エンジン１の運転制御を電気的な補助装置を用いて行う際に、それらを総合的に制御するＥＣＵ１００（本発明の「制御部」に対応）が設けられている。
【００２０】
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。ＥＣＵ１００の入力回路には、ＰＭセンサー３５および温度センサー３６が接続されている。
【００２１】
図２は、ＤＰＦ３２の再生時におけるＰＭの燃焼量の一例を簡易的に示すグラフである。図２の横軸に再生時間を示し、縦軸にＰＭの燃焼量を示す。また、エンジン１の高速運転時における再生時間に対するＰＭの燃焼量を実線で示し、エンジン１の低速運転時における再生時間に対するＰＭの燃焼量を破線で示す。
【００２２】
図２に示すように、高速運転時および低速運転時における再生時間に対するＰＭの燃焼量の増加度合いは、再生時間の後半において徐々に小さくなる。その理由は、ＤＰＦ３２内の排気ガスの流速は一様では無く、排気ガスの流速の早い部分でＰＭの燃焼が大きく一部でＰＭが燃焼しつくすと部分的にブローオフが生じる。部分的なブローオフによりＤＯＣ３１で昇温された排気ガスが通り抜けてしまうため、残ったＰＭの燃焼が更に難しくなるためである。ＤＰＦ３２の再生をブローオフが発生するまで継続することは、再生に要する燃料が増えるので、ＰＭの燃焼効率（ＰＭ再生のために増加した燃料量に対するＰＭの燃焼量）を悪化させる場合がある。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、ＥＣＵ１００は、図１に示すように、捕集効率算出部１０１、再生経過時間計測部１０２、再生時間算出部１０３および記憶部１０４を有する。
【００２４】
図３は、再生時にＤＰＦ３２に流入する排気ガスの温度の一例を簡易的に表したグラフである。図３に再生開始時ｔａから上昇し、所定時間経過時ｔｂにＰＭ燃焼温度Ｔｃに達する排気ガスの温度を示す。
【００２５】
記憶部１０４は、エンジン１の運転状態とＰＭの排出量との予め定められた関係を示すＰＭ排出量マップを記憶する。エンジン１の運転状態には、例えばエンジン回転数、燃料噴射量が含まれる。ＰＭ排出量マップは、例えばシミュレーター又は実験結果に基づいて作成される。
【００２６】
捕集効率算出部１０１は、エンジン１の運転状態に基づいて、上述のＰＭ排出量マップを参照してＰＭの排出量を算出する。なお、ＰＭの排出量がＤＰＦ３２に流入する排気ガス中のＰＭの流入量に対応する。
【００２７】
捕集効率算出部１０１は、算出したＰＭ排出量およびＰＭセンサー３５により検出されたＰＭの堆積量に基づいて、ＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率をリアルタイムで算出する。なお、捕集効率（％）とは、ＤＰＦ３２から流出する排気ガス中のＰＭの流出量をＤＰＦ３２へ流入する排気ガス中のＰＭの流入量（ＰＭの排出量）で除算した値を、１から減算した数値で示される。
【００２８】
図４は、再生時におけるＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率を表すグラフである。図４の横軸に再生時間を示し、縦軸にＰＭの捕集効率を示す。また、図４にエンジン１の高速運転時におけるＰＭの捕集効率を実線で示し、エンジン１の低速運転時におけるＰＭの捕集効率を破線で示す。
【００２９】
図４に示すように、高速運転時および低速運転時の再生時間の後半において、ＰＭの捕集効率の低下が発生する。このようなＰＭの捕集効率の低下が発生する理由は、ＤＰＦ３２内の排気ガスの流速は一様では無く、排気ガスの流速の早い部分でＰＭの燃焼が大きく一部でＰＭが燃焼しつくすと部分的にブローオフが生じる。部分的なブローオフによりＤＯＣ３１で昇温された排気ガスが通り抜けてしまうため、残ったＰＭの燃焼が更に難しくなるためである。
【００３０】
ＥＣＵ１００は、ＰＭの捕集効率に基づいてブローオフの発生を推定する。具体的に、ＥＣＵ１００は、ＰＭの捕集効率が所定値ηｃ（図４参照）以下になった場合にブローオフの発生を推定する。
【００３１】
再生経過時間計測部１０２は、温度センサー３６の検出結果に基づいて、排気ガスの温度がＰＭ燃焼温度Ｔｃ以上にある時間を、再生の開始時からブローオフの発生時まで累積する。累積された時間（累積値）を再生経過時間という場合がある。ここで、「ブローオフが生じるまで」とは、ＥＣＵ１００によりブローオフの発生が推定されるまでの意味である。図４に、再生の開始時ｔｂ、ブローオフの発生時ｔｃおよび再生経過時間Ｔｒをそれぞれ示す。なお、ブローオフの発生時ｔｃは、例えば図４に実線で示す高速運転時のＰＭの捕集効率と所定値ηｃとの交点における時間として表される。
【００３２】
再生時間算出部１０３は、図４に示すように、再生経過時間Ｔｒから予め定められた時間Ｔｓを減算することで、次回の再生時間Ｔｑ（＝Ｔｒ−Ｔｓ）を算出する。ここで、「予め定められた時間」とは、ＤＰＦ３２の再生時にブローオフが発生しないと予測される時間である。予め定められた時間は、例えばシミュレーター又は実験結果に基づいて求められる。
【００３３】
ＥＣＵ１００は、次回の再生時間Ｔｑに基づいてＤＰＦ３２を再生させる。つまり、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３２の再生をブローオフの発生前に終了させる。
【００３４】
しかしながら、ＤＰＦ３２の再生をブローオフの発生前に終了させることは、ＰＭが再生終了直後のＤＰＦ３２に溜まっている場合があることを意味する。これにより、次回の再生までの期間（インターバル）が短くなって、再生回数が増加する場合がある。
【００３５】
そこで、本実施の形態では、ＥＣＵ１００は、予め定められた回数（例えば、１０回）に１回の割合で、ブローオフが生じるまでＤＰＦ３２を再生させる。
【００３６】
次に、ＤＰＦ３２の再生時間の算出処理について図４および図５を参照して説明する。図５は、ＤＰＦの再生時間の算出処理の一例を示すフローチャートである。ＤＰＦ３２の再生時間の算出処理は、ＤＰＦ３２の再生開始で開始される。以下、捕集効率算出部１０１、再生経過時間計測部１０２および再生時間算出部１０３をＥＣＵ１００として説明する。
【００３７】
ステップＳ１００において、ＥＣＵ１００は、再生終了か否かについて判断する。ここで、再生終了とは、ＤＰＦ３２の再生時間が満了した場合、又は、ＤＰＦ３２の再生時間が満了する前にエンジン１が停止された場合をいう。
【００３８】
再生終了の場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１０に移る。再生終了しない場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、処理は終了する。
【００３９】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１００は、ＰＭの捕集効率に基づいて、ブローオフが生じたか否かについて判断する。
【００４０】
ブローオフが生じた場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１２０に移る。ブローオフが生じない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、処理はステップＳ１４０に移る。
【００４１】
ステップＳ１２０おいて、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３２の再生の開始時からブローオフの発生時までの再生経過時間Ｔｒを計測する。
【００４２】
次に、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１００は、再生経過時間Ｔｒから予め定められた時間Ｔｓを減算することで、次回の再生時間Ｔｑを算出する。
【００４３】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ１００は、再生時間が満了したことによる再生終了か否かについて判断する。再生時間が満了したことによる再生終了の場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１５０に移る。再生時間が満了したことによる再生終了でない場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、処理は終了する。
【００４４】
ステップＳ１５０において、ＥＣＵ１００は、再生時間を参照して、次回の再生時間Ｔｑを算出する。
【００４５】
上記実施の形態に係る排気浄化装置によれば、ＤＰＦ３２の再生が開始されてからブローオフが生じるまでの再生経過時間Ｔｒを計測する再生経過時間計測部１０２と、再生経過時間Ｔｒから予め定められた時間Ｔｓを減算することで、次回の再生時間Ｔｑを算出する再生時間算出部１０３と、次回の再生時間Ｔｑに基づいてＤＰＦ３２を再生させるＥＣＵ１００と、を備える。これにより、ブローオフが発生するまでＤＰＦ３２の再生を継続しない、または、仮にブローオフが発生するまでＤＰＦ３２の再生を継続する場合であっても、ブローオフ発生から継続される再生を前回の再生より短時間とすることができる。そのため、再生に要する燃料の増加を抑えることができ、ＰＭの燃料効率の悪化を防止することが可能となる。
【００４６】
また、ブローオフが生じない場合（図５に示すステップＳ１１０：ＮＯ）、かつ、再生時間が満了したことによる再生終了の場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は再生時間を参照して次回の再生時間Ｔｑを算出する（ステップＳ１５０）。これにより、例えば、再生時間と同じ時間を次回の再生時間Ｔｑとした場合、次回の再生において、ブローオフが発生するまで再生を継続しないことになる蓋然性が高くなるため、これによっても、ＰＭの燃料効率の悪化を防止することができる。
【００４７】
また、ＥＣＵ１００は、予め定められた回数に１回の割合で、ブローオフが生じるまでＤＰＦ３２を再生させる。これにより、ブローオフの発生回数を抑えることができるため、ブローオフ時におけるＰＭの通過量を減少させることができる。
【００４８】
なお、上記実施の形態では、ブローオフの発生をＥＣＵ１００がＰＭの捕集効率に基づいて推定する方法を示したが、本発明はこれに限らず、ブローオフの発生を判定する方法であればどのようなものでもよい。例えば、ブローオフの発生をＰＭの捕集効率の時間的変化に基づいて推定してもよく、また、例えば、ＰＭの捕集効率とＰＭの捕集効率の時間的変化との両方に基づいて推定してもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、ＤＰＦ３２を再生する技術について説明したが、本発明はこれに限らず、ＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を再生する技術にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本開示の排気浄化装置は、ＰＭの燃焼効率の悪化を防止することが要求される内燃装置として有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１  エンジン
３１  ＤＯＣ
３２  ＤＰＦ
３５  ＰＭセンサー
３６  温度センサー
１００  ＥＣＵ
１０１  捕集効率算出部
１０２  再生経過時間計測部
１０３  再生時間算出部
１０４  記憶部
【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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