(57)【要約】【課題】ＰＭの燃焼効率の低下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。【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、フィルターによる粒子状物質の捕集効率の時間変化量をリアルタイムで算出する時間変化量算出部を有し、時間変化量に基づいてフィルターの再生を終了させる制御部と、を備える。例えば、制御部は、時間変化量の絶対値が予め定められた値以下の場合、フィルターの再生を終了させる。【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、
前記フィルターによる前記粒子状物質の捕集効率の時間変化量をリアルタイムで算出する時間変化量算出部を有し、前記時間変化量に基づいてフィルターの再生を終了させる制御部と、
を備える、排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記時間変化量の絶対値が前記予め定められた値以下の場合、フィルターの再生を終了させる、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記時間変化量の絶対値が前記予め定められた値より増加した後に、当該予め定められた値以下になる場合、フィルターの再生を終了させる、請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記予め定められた値は、ブローオフの発生時における前記時間変化量に基づいて定められる、請求項１から３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１から４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の再生は、燃料を消費して、排気ガスの温度を上げ、捕集されたＰＭを燃焼することにより行われる。
【０００４】
例えば、従来の排気浄化装置は、ＤＰＦにおけるＰＭ捕集量の単位時間あたりの減少量（減少率）を算出する算出部と、算出された減少率が所定値より小さくなった場合、ＤＰＦの再生を終了させる制御部と、を備えている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、例えば、従来の排気浄化装置は、ＤＰＦの下流でＰＭの濃度を検出するＰＭセンサーと、ＰＭセンサーで検出されるＰＭの濃度が所定値以上になる場合、再生を終了させる制御部と、を備えている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５０３００２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＤＰＦの再生中の運転条件によってＰＭの燃え方が異なる。
【０００８】
具体的に、高速道路走行中などの排気ガスが高温でガス量も多い場合は、ＰＭはＤＰＦ全体で燃焼される。
【０００９】
一方、市街地走行などの低速で排気ガスの温度が低めでガス量も少ない場合は、ＤＰＦ内の排気ガスの流れは一様でない。ＤＰＦ内の排気ガスの流れが多い箇所ではＰＭが燃えて少量のブローオフが発生する。このような状態になると、ブローオフした部分の流路抵抗が低下するため、排気ガスの流れが少ない箇所では流速が低下して排気ガスはさらに流れにくくなるため、ＰＭは燃焼されない。仮に、ＰＭをＤＰＦ全体で燃焼させるため、再生を継続した場合、再生のための燃料消費の割にＰＭの燃焼量が少なく、ＰＭ再生のために増加した燃料量に対するＰＭの燃焼量（以下、ＰＭの燃焼効率という）が低下する。
【００１０】
上記特許文献１に記載されたＰＭ捕集量の減少率は運転条件によって大きく変動する。例えば、市街地走行におけるＰＭ捕集量の減少率は、高速道路走行におけるＰＭ捕集量の減少率より緩やかに変化する傾向にある。これにより、ＰＭ捕集量の減少率が所定値より小さくなるまでの再生時間は、市街地走行時の方が高速道路走行時より長くなる。
【００１１】
また、上記特許文献２に記載されたＰＭ濃度は運転条件によって大きく変動する。例えば、市街地走行におけるＰＭ濃度は、高速道路走行におけるＰＭ濃度より緩やかに変化する傾向にある。これにより、ＰＭ濃度が所定値以上になるまで再生時間は、市街地走行時の方が高速走行時より長くなる。
【００１２】
以上により、上記特許文献１および２に記載された排気浄化装置では、市街地走行におけるＤＰＦの再生でＰＭの燃焼効率が低下する場合がある。
【００１３】
本開示の目的は、ＰＭの燃焼効率の低下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】
【００１４】
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、
前記フィルターによる前記粒子状物質の捕集効率の時間変化量をリアルタイムで算出する時間変化量算出部を有し、前記時間変化量に基づいてフィルターの再生を終了させる制御部と、
を備える。
【００１５】
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】
【００１６】
本開示によれば、ＰＭの燃焼効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の一実施の形態に係る内燃装置の構成の一例を示すブロック図
【図２】再生時におけるＤＰＦによるＰＭの捕集効率を表すグラフ
【図３】再生時におけるＤＰＦによるＰＭの捕集効率の時間変化量を表すグラフ
【図４】ＤＰＦの再生終了処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、ＤＰＦ３２およびＰＭセンサー３５が設けられている。
【００２１】
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。
【００２２】
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燃焼温度まで昇温することで行われる。
【００２３】
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の素子に付着したＰＭを定期的に除去する場合、ＤＰＦ３２の再生とほぼ同時に高電圧の電流を流して燃焼除去してもよい。
【００２４】
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が設けられている。
【００２５】
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が接続されている。
【００２６】
ＥＣＵ１００は、図１に示すように、捕集効率算出部１０１、時間変化量算出部１０２および記憶部１０３を有する。
【００２７】
記憶部１０３は、エンジンの運転状態と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。
【００２８】
捕集効率算出部１０１は、エンジン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。
【００２９】
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。
【００３０】
以下、ＥＣＵ１００がＤＰＦ３２の再生を終了させる場合について図２を参照して説明する。
【００３１】
図２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２に示す実線は高速道路走行におけるＰＭの捕集効率η１の一例を表す。また、図２に示す破線は市街地走行におけるＰＭの捕集効率η２の一例を表す。
【００３２】
図２に示すように、高速道路走行における捕集効率η１は再生開始時ｔ１のη１１から所定時間経過時ｔ５にη１５に低下する。また、市街地走行における捕集効率η２は再生開始時ｔ１のη２１から所定時間経過時ｔ５にη２５に低下する。捕集効率η１，η２が低下する原因は、再生によりＤＰＦ３２にブローオフが発生することによる。
【００３３】
なお、市街地走行における捕集効率η２の低下は高速道路走行における捕集効率η１の低下より緩やかである。その理由は、排気ガスが低めでガス量も少ない市街地走行では、ＤＰＦ３２内の排気ガスの流れが多い箇所でＰＭが燃えて少量のブローオフが発生する。これに対して、排気ガスが高温でガス量も多い高速道路走行では、ＰＭがＤＰＦ３２の全体で燃焼され、ＤＰＦ３２の全体でブローオフが発生することによる。
【００３４】
市街地走行におけるＤＰＦ３２の再生において、ＰＭをＤＰＦ３２の全体で燃焼させるため、再生を継続した場合、再生のための燃料消費の割にＰＭの燃焼量が少なく、ＰＭの燃焼効率が低下する。ＰＭの燃焼効率の低下を防止するために、再生を適時に終了させる必要がある。
【００３５】
例えば、比較例として、捕集効率が閾値（図２に示す捕集効率ηＴ）以下となる場合、ＥＣＵ１００が再生を終了させることを考える。これにより、高速道路走行における再生時間Ｔ１は、再生開時時ｔ１から再生終了時ｔ３までの時間となる。また、市街地走行における再生時間Ｔ２は、再生開始時ｔ１から再生終了時ｔ４までの時間となる。市街地走行における再生が高速道路走行における再生より長く継続して、市街地走行のＤＰＦ３２の再生において、ＰＭの燃焼効率の低下を防止することができない。
【００３６】
一方、本実施の形態では、時間変化量算出部１０２はＰＭの捕集効率の時間変化量を算出する。ＥＣＵ１００は、再生時におけるＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量に基づいて、ＤＰＦ３２の再生を終了させる。具体的に、ＥＣＵ１００は、捕集効率の時間変化量の絶対値が予め定められた値以下の場合、ＤＰＦ３２の再生を終了させる。
【００３７】
図３は再生時におけるＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量の絶対値を表すグラフである。図３に、高速道路走行におけるＰＭの捕集効率の時間変化量の絶対値δ１の一例を実線で示し、市街地走行におけるＰＭの捕集効率の時間変化量の絶対値δ２の一例を破線で示す。なお、図３における下方向を時間変化量の絶対値が増加するという。また、図３における上方向を時間変化量の絶対値が減少するという。
【００３８】
図３に示すように、高速道路走行におけるＰＭの捕集効率の時間変化量の絶対値δ１は、再生開始時ｔ１のδ１ｍｉｎから再生進行途中時ｔ２’の付近で最大値δ１ｍａｘまで増加し、その後減少する。また、市街地走行におけるＰＭの捕集効率の時間変化量の絶対値δ２は、再生開始時ｔ１のδ２ｍｉｎから再生進行途中時ｔ２’の付近で最大値δ２ｍａｘまで増加し、その後減少する。
【００３９】
捕集効率の時間変化量の絶対値δ１，δ２が減少する過程で、市街地走行における捕集効率の時間変化量の絶対値δ２は、図３に示すように、最大値δ２ｍａｘ（高速道路走行における最大値δ１ｍａｘより小さい値）から高速道路走行における捕集効率の時間変化量の絶対値δ１より緩やかに減少する。そのため、高速道路走行および市街地走行における捕集効率の時間変化量の絶対値δ１，δ２は、再生進行途中時ｔ２’以後少しずつ互いに近づき、時刻ｔ５’で一致し、その後少しずつ互いに離れる。なお、上記減少する過程において捕集効率の時間変化量の絶対値δ１，δ２が一致する時刻ｔ５’は、シミュレーター又は実験結果により求められる。
【００４０】
ＥＣＵ１００は、再生進行途中時ｔ２’以降に、捕集効率の時間変化量が予め定められた値δＴ以下になった場合、再生を終了させる。ここで、予め定められた値δＴは、時刻ｔ５’付近における捕集効率の時間変化量の絶対値δ１，δ２である。予め定められた値δＴは、シミュレーター又は実験結果により求められる。
【００４１】
図３に示すように、高速道路走行における再生時間Ｔ１’は、再生開始時ｔ１から再生終了時ｔ３’となる。また、市街地走行における再生時間Ｔ２’は、再生開始時ｔ１から再生終了時ｔ４’までの時間となる。
【００４２】
図３に高速道路走行における捕集効率の時間変化量の絶対値δ１が予め定められた値δＴを示す再生終了時ｔ３’を示す。また、図３に市街地走行における捕集効率の時間変化量の絶対値δ２が予め定められた値δＴを示す再生終了時ｔ４’を示す。図３に示すように、再生終了時ｔ３’，ｔ４’は共に時刻ｔ５’近傍の時刻である。
【００４３】
再生終了時ｔ３’，ｔ４’が共に時刻ｔ５’近傍の時刻であることから、再生終了時ｔ４’が再生終了時ｔ３’から時間的に隔たることがない。これにより、市街地走行におけるＤＰＦ３２の再生が高速道路走行におけるＤＰＦ３２の再生終了時から長時間にわたって継続するようなことがないため、市街地走行のＤＰＦ３２の再生において、ＰＭの燃焼効率の低下を防止することができる。
【００４４】
次に、ＤＰＦ３２の再生終了処理の一例について図４を参照して説明する。ＤＰＦ３２の再生終了処理は、ＤＰＦ３２の再生開始で開始される。以下、捕集効率算出部１０１および時間変化量算出部１０２をＥＣＵ１００として説明する。なお、ここで、ＥＣＵ１００（捕集効率算出部１０１）がＰＭの排出量（ＤＰＦ３２に流入する排気ガス中のＰＭの流入量）を取得し、また、ＰＭセンサー３５からＰＭの堆積量を取得し、ＰＭの流入量およびＰＭの堆積量に基づいてＰＭの捕集効率をリアルタイムで算出しているものとする。
【００４５】
ステップＳ１００において、ＥＣＵ１００は、ＰＭの捕集効率の時間変化量を算出する。
【００４６】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１００は、時間変化量の絶対値が予め定められた値を超えたか否かについて判断する。
【００４７】
時間変化量の絶対値が予め定められた値を超えた場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１２０に移る。時間変化量の絶対値が予め定められた値を超えない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、処理はステップＳ１１０に戻る。
【００４８】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１００は、時間変化量の絶対値が予め定められた値以下であるか否かについて判断する。
【００４９】
時間変化量の絶対値が予め定められた値以下の場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３２の再生を終了させる（ステップＳ１３０）。その後、処理は終了する。時間変化量の絶対値が予め定められた値以下でない場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、処理はステップＳ１２０に戻る。
【００５０】
以上のように、本実施の形態に係る排気浄化装置によれば、エンジン１からの排気ガスに含まれるＰＭを捕集し、捕集したＰＭが燃焼されることにより再生されるＤＰＦ３２と、ＤＰＦ３２によるＰＭの捕集効率の時間変化量をリアルタイムで算出する時間変化量算出部１０２を有し、時間変化量に基づいてＤＰＦ３２の再生を終了させるＥＣＵ１００と、を備える。ＰＭの捕集効率の時間変化量は、例えば高速道路走行、市街地走行などの運転条件によって大きく変更しない。これにより、例えば、市街地走行におけるＤＰＦ３２の再生が高速道路走行におけるＤＰＦ３２の再生終了時から長時間にわたって継続するようなことがないため、市街地走行のＤＰＦ３２の再生において、ＰＭの燃焼効率の低下を防止することができる。
【００５１】
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。
【００５２】
また、上記実施の形態では、ＤＰＦ３２の再生時におけるＰＭの捕集効率の時間変化量の絶対値が予め定められた値以下の場合に、ＤＰＦ３２の再生を終了させたが、本発明はこれに限らない。例えば、再生時における捕集効率の時間変化量の絶対値の傾きが予め定められた傾き以下の場合に、ＤＰＦ３２の再生を終了させてもよい。図３に予め定められた傾きＳＬを示す。なお、予め定められた傾きは、シミュレーター又は実験結果により求められる。捕集効率の時間変化量の傾きは、運転条件によって大きく変動しないため、例えば、市街地走行のＤＰＦ３２の再生において、ＰＭの燃焼効率の低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本開示の排気浄化装置は、ＰＭの燃焼効率の低下を防止することが要求されるエンジンを搭載した車両として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１  エンジン
２０  排気管
３１  ＤＯＣ
３２  ＤＰＦ
３５  ＰＭセンサー
１００  ＥＣＵ
１０１  捕集効率算出部
１０２  時間変化量算出部
１０３  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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