(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子の堆積量を精度良く推定することにより、パティキュレートフィルタを適切な時期に再生することを容易に実現できる排気浄化装置を提供する。【解決手段】基材１１に添付され、基材１１の個体情報のうち圧力損失に影響を与える固体情報が記憶された情報添付体１３と、差圧センサ２２により検出された圧力損失の大きさ、および情報添付体１３に記憶された固体情報に基づき、基材１１に捕集された排気微粒子の堆積量（ＰＭ量）を推定する制御装置２０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】
内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタにより捕集された排気微粒子の堆積量が所定量以上となった場合に、堆積した前記排気微粒子を燃焼させて前記パティキュレートフィルタを再生する排気浄化装置において、
内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタで生じる圧力損失を検出する検出手段と、
前記パティキュレートフィルタに添付され、前記パティキュレートフィルタの個体情報のうち前記圧力損失に影響を与える固体情報が記憶された情報添付体と、
前記検出手段により検出された圧力損失の大きさ、および前記情報添付体に記憶された前記固体情報に基づき、前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記情報添付体に記憶された前記固体情報には、前記パティキュレートフィルタの外径、長さ、容積のうち少なくとも１つが情報として含まれている請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記パティキュレートフィルタの内部には、前記パティキュレートフィルタの長手方向に対して垂直の方向に複数並べて配置された多孔質の隔壁が設けられており、
隣り合う前記隔壁の間には、前記長手方向に排気流れを堰き止める栓部材が設けられており、
前記情報添付体に記憶された前記固体情報には、前記隔壁および前記栓部材に囲まれてなるセル空間の前記長手方向の長さが情報として含まれている請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記検出手段により検出された圧力損失の大きさに対する前記堆積量を表す一次関数の傾きを、前記情報添付体に記憶された前記固体情報に基づき補正することにより、前記推定手段は前記堆積量を推定する請求項２または３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記情報添付体に記憶された前記固体情報には、前記パティキュレートフィルタに前記排気微粒子が未だ捕集されていない状態における前記パティキュレートフィルタでの初期圧力損失が情報として含まれている請求項１から４のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記検出手段により検出された圧力損失の大きさに対する前記堆積量を表す一次関数の切片を、前記情報添付体に記憶された前記固体情報に基づき補正することにより、前記推定手段は前記堆積量を推定する請求項５記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記情報添付体に記憶された前記固体情報には、前記パティキュレートフィルタの重量が情報として含まれている請求項１から６のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記パティキュレートフィルタは、触媒を担持するコート材によりコーティングされており、
前記情報添付体に記憶された前記固体情報には、前記コート材の量が情報として含まれている請求項１から７のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記堆積量と前記圧力損失とを対応付ける堆積特性を、堆積量が０の初期点を通る直線を第１特性線として、前記初期点から前記第１特性線を辿って圧力損失が上昇し、所定の遷移点を越えると前記第１特性線よりも緩い傾きの直線を第２特性線として前記第２特性線を辿って圧力損失が上昇する堆積特性とし、
前記第１特性線の長さを前記情報添付体に記憶された前記固体情報に基づき補正することにより、前記推定手段は前記堆積量を推定する請求項７または８記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記パティキュレートフィルタは、前記排気の流れ方向に延びる筒形状であるとともに、筒外面が支持板により覆われて支持されており、
前記情報添付体は、前記パティキュレートフィルタの筒端面に添付されている請求項１から９のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気微粒子を捕集したパティキュレートフィルタを再生する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上が要求されており、特に軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼルエンジンでは、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘに加え、排気ガス中に含まれる煤やＳＯＦ等の排気微粒子を除去することが必要になる。このため、排気通路にパティキュレートフィルタを配置し、ここで、排気ガス中の排気微粒子を捕集している。
【０００３】
パティキュレートフィルタは、流入した排気ガスを多孔質の隔壁に透過させ、その際に、隔壁の表面や細孔で排気ガス中の排気微粒子を捕集する。捕集されて堆積する量が過剰に増えると、パティキュレートフィルタにおける流通抵抗の増大で内燃機関の背圧が上昇し、出力の低下等をもたらす。このため、パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子を燃焼させる等により適宜除去してパティキュレートフィルタを再生する必要がある。
【０００４】
堆積量が過剰に増えると前述の如く出力低下等の不具合が生じる反面、パティキュレートフィルタの再生を頻繁に行うと燃費が悪化する。このため、排気微粒子の堆積量の多少を判断し、再生時期を決定するのが望ましい。
この堆積量を推定する手段として、特許文献１には、パティキュレートフィルタで生じる圧力損失を検出し、その検出された圧力損失の大きさに基づき排気微粒子の堆積量を推定する旨が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８６０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、パティキュレートフィルタには、長さ、容積、重量等の個体差が個々に存在しており、特許文献１記載の排気浄化装置ではこれらの個体差を考慮することなく排気微粒子の堆積量を推定しているため、その推定誤差が大きい。その結果、パティキュレートフィルタを適切な時期に再生することが困難となっている。
そこで、本発明の目的は、パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子の堆積量を精度良く推定することにより、パティキュレートフィルタを適切な時期に再生することを容易に実現できる排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明では、パティキュレートフィルタに添付され、パティキュレートフィルタの個体情報のうち圧力損失に影響を与える固体情報が記憶された情報添付体と、検出手段により検出された圧力損失の大きさ、および情報添付体に記憶された固体情報に基づき、パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量を推定する推定手段と、を備える。
そのため、パティキュレートフィルタの固体差に応じて堆積量を推定できるので、その推定誤差を小さくでき、その結果、パティキュレートフィルタを適切な時期に再生することを容易に実現できる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、固体情報として、パティキュレートフィルタの外径、長さ、容積のうち少なくとも１つを対象としており、請求項３記載の発明ではセル空間の長さを対象としている。そして、これらの固体情報は、パティキュレートフィルタのろ過面積に影響を与える情報であり、ろ過面積が大きいと、圧力損失の大きさに対する堆積量を表す一次関数の傾きが小さくなる。
この点に鑑み、請求項４記載の発明では、前記一次関数の傾きを固体情報に基づき補正しているので、堆積量の推定をより一層精度良くできる。
【０００９】
請求項５記載の発明では、固体情報として初期圧力損失を対象としており、この初期圧力損失が大きいほど圧力損失の大きさに対する堆積量を表す一次関数の切片の値が大きくなる。
この点に鑑み、請求項６記載の発明では、前記一次関数の切片を固体情報に基づき補正しているので、堆積量の推定をより一層精度良くできる。
【００１０】
請求項７記載の発明では、固体情報として重量を対象としており、請求項８記載の発明ではコート材の量を対象としている。そして、これらの固体情報は、パティキュレートフィルタの気孔率に影響を与える情報であり、気孔率が小さいと、堆積特性の第１特性線の長さが大きくなる。
この点に鑑み、請求項９記載の発明では、前記第１特性線の長さを固体情報に基づき補正しているので、堆積量の推定をより一層精度良くできる。
【００１１】
請求項１０記載の発明では、情報添付体は、パティキュレートフィルタの筒端面に添付されている。そのため、情報添付体は支持板により覆われないため、パティキュレートフィルタを支持板で支持させた後であっても、情報添付体から固体情報を読み取る作業を容易にできる。
特に、情報添付体が、一次元バーコードまたは二次元コード等の光学読取装置により読み取られるものである場合には、光学読取装置により読み取る作業を容易にできるので、好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態に係る排気浄化装置がディーゼルエンジン（内燃機関）に搭載された状態を示す模式図であり、この図１に示すように、ディーゼルエンジンの排気管１、２に、フィルタユニット１０が接続されている。
【００１３】
フィルタユニット１０は、パティキュレートフィルタとしての基材１１と支持板１２とを備えて構成されている。基材１１は、ディーゼルエンジンの燃焼室から排出された排気中に含まれる排気微粒子を捕集する。支持板１２は金属製であり、円柱形状の基材１１の外周面を覆うとともに基材１１を支持する。
【００１４】
次に、図２、図３および図４を用いて、基材１１の構造を説明する。
図２は基材１１の斜視図であり、円柱形状の基材１１の一端は排気が流入する流入口１１１を形成し、他端は排気が流出する流出口１１２を形成する。また、基材１１の内部には、基材１１の長手方向（図２の左右方向）に対して垂直の方向に複数並べて配置された多孔質の隔壁１１３が設けられており、流入口１１１または流出口１１２の側から見て、複数は隔壁１１３はハニカム構造となるように配置されている。
【００１５】
図３は基材１１の内部構造を模式的に示す断面図であり、隣り合う隔壁１１３の間には、長手方向に排気流れを目封じする栓部材１１４、１１５が詰め込まれている。なお、図２中の斜線ハッチングは栓部材１１４を示している。栓部材１１４は流入口１１１近傍に位置し、栓部材１１５は流出口１１２近傍に位置する。これにより、隔壁１１３および栓部材１１４、１１５に囲まれてなる複数のセル空間１１６、１１７が形成される。
【００１６】
図４は隔壁１１３の多孔質状態を示す拡大図であり、基材１１の材質つまり隔壁１１３の材質は、コーディエライトや炭化珪素等の多孔質セラミック製である。図４中の斜線ハッチングは隔壁１１３を示す。そして、図３および図４中の矢印に示すように、流入口１１１から流入した排気は、セル空間１１６に流入し、隔壁１１３の孔を通過してセル空間１１７に流入し、その後流出口１１２から流出する。そして、隔壁１１３の孔を排気が通過する際に、排気に含まれる排気微粒子が隔壁１１３に捕集され、走行距離に応じて堆積していく。図４中の黒塗り部は、堆積した排気微粒子を示す。
【００１７】
また、基材１１の表面は、酸化アルミナ等のコート材によりコーティングされており、コート材は、白金やパラジウム等の貴金属を主成分とする酸化触媒を担持している。そして、担持された酸化触媒は、所定の温度条件下で排気微粒子を酸化、燃焼し、除去する。
【００１８】
次に、図１を用いて、排気浄化装置が備える制御装置２０の作動について説明する。
排気管１内部の排気通路には温度センサ２１が設けられており、温度センサ２１により検出された排気温度信号は制御装置２０に入力される。
また、排気管１と排気管２の間には、圧力損失検出手段としての差圧センサ２２が設けられており、差圧センサ２２により検出された差圧信号は制御装置２０に入力される。差圧センサ２２により検出された差圧は、排気が基材１１を通過することにより生じた圧力損失に相当する。
また、制御装置２０には、内燃機関に吸入される吸気量を示す信号が入力される。
【００１９】
ここで、基材１１の流入口１１１または流出口１１２には、基材１１の個体情報のうち前記圧力損失に影響を与える固体情報が記憶された情報添付体１３が添付されている。情報添付体１３には、固体情報がコード化された一次元バーコードまたは二次元コードが表示されている。なお、情報添付体１３の材質は、紙等の容易に燃焼可能な材質が用いられている。
そして、作業員が、情報添付体１３に表示されたコードを図示しない光学読取装置を用いて読み取り、その読み取られた情報を制御装置２０に入力する。
【００２０】
制御装置２０は、入力された排気温度信号、吸気量信号、差圧信号、固体情報に基づき、基材１１に捕集された排気微粒子を燃焼させて除去し、基材１１を再生させる制御を行う。そして、この再生制御を実行する時期は、差圧信号および固体情報に基づき次のように決定される。
【００２１】
すなわち、基材１１に捕集されて堆積した排気微粒子の量（以下、単にＰＭ量と呼ぶ）が過剰に増えると、基材１１における流通抵抗の増大で内燃機関の背圧が上昇し、出力の低下等をもたらす。その反面、基材１１の再生を頻繁に行うと燃費が悪化する。このため、制御装置２０はＰＭ量の多少を判断して再生時期を決定している。具体的には、差圧信号および固体情報に基づきＰＭ量を推定し、推定したＰＭ量が予め設定された上限値となったタイミングで再生制御を実行する。
【００２２】
次に、図５を用いて、本実施形態の要部であるＰＭ量の推定について説明する。
ＰＭ量が増大するにつれ基材１１での圧力損失は増大する。そのため、差圧センサ２２により検出された差圧の大きさに対するＰＭ量は、図５（Ａ）に示す一次関数直線Ｌ１および一次関数直線Ｌ２に示すように、差圧の増大にともなって増大する。
【００２３】
ここで、前記直線Ｌ１、Ｌ２について説明すると、図４（Ａ）はＰＭ量が０に近い状態を示しており、この状態で排気が基材１１を通過すると、排気微粒子は先ず、図４（Ｂ）に示すように隔壁１１３の孔を閉塞する。そして、図４（Ｂ）の状態からさらに排気が基材１１を通過すると、排気微粒子は、図４（Ｃ）に示すように孔を閉塞した排気微粒子の上に堆積していく。
従って、ＰＭ量が少ない再生直後の状態では、ＰＭ量の増大にともない隔壁１１３の孔が閉塞されていくので、ＰＭ量の増大にともない差圧が急激に上昇する。この差圧とＰＭ量の関係を表す一次関数が直線Ｌ１により表されている。
一方、隔壁１１３の大部分の孔が閉塞されたＰＭ量が多い状態では、ＰＭ量が増大すると隔壁１１３の表面に堆積するＰＭ層の厚さが増し、ＰＭ層を透過するときの圧損が増加する為、ＰＭ量の増大に対する差圧の上昇は緩やかになる。この差圧とＰＭ量の関係を表す一次関数が直線Ｌ２により表されている。
【００２４】
ところで、基材１１のろ過面積が大きいと、差圧の大きさに対するＰＭ量を表す直線Ｌ１、Ｌ２の傾きθが小さくなる（図５（Ｂ）参照）。そして、ろ過面積は、基材１１の外径Ｄ、長さＬ１、容積Ｖ、セル空間の長さＬ２（図３参照）を主なパラメータとして決定される。そして、これらのパラメータＤ、Ｌ１、Ｖ、Ｌ２のうち少なくとも１つが固体情報として情報添付体１３に記憶されている。
【００２５】
制御装置２０が有するＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段には、直線Ｌ１、Ｌ２に相当するマップが予め記憶されており、そのマップは、情報添付体１３から入力された前記パラメータＤ、Ｌ１、Ｖ、Ｌ２による固体情報に基づき、図５（Ａ）中の点線に示すように直線Ｌ１、Ｌ２の傾きθが補正されたものである。そして、制御装置２０は、固体情報に基づき補正された直線Ｌ１、Ｌ２に基づき、差圧信号に応じたＰＭ量を推定する。なお、この推定を行っているときの制御装置２０は、特許請求の範囲に記載の「推定手段」に相当する。
【００２６】
以上により、本実施形態によれば、基材１１の固体差に応じてＰＭ量を推定できるので、その推定誤差を小さくでき、その結果、基材１１を適切な時期に再生することを容易に実現できる。
また、本実施形態によれば、情報添付体１３は、基材１１の柱形状端面に添付されているので、情報添付体１３は支持板１２により覆われない。よって、基材１１を支持板１２で支持させた後であっても、情報添付体１３から固体情報を光学読取装置により読み取る作業を容易にできる。
【００２７】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、情報添付体１３に記憶させる固体情報を、ろ過面積に影響を与えるパラメータＤ、Ｌ１、Ｖ、Ｌ２としているのに対し、本第２実施形態では、基材１１が未使用であり、排気微粒子が未だ捕集されていない状態における基材１１での初期圧力損失を固体情報として情報添付体１３に記憶させている。
そして、前記初期圧力損失が大きいほど差圧の大きさに対するＰＭ量を表す直線Ｌ１の切片ｂの値が大きくなる（図６（Ｂ）参照）。
【００２８】
制御装置２０が有するＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段には、直線Ｌ１、Ｌ２に相当するマップが予め記憶されており、そのマップは、情報添付体１３から入力された前記初期圧力損失による固体情報に基づき、図６（Ａ）中の点線に示すように直線Ｌ１の切片ｂが補正されたものである。そして、制御装置２０は、固体情報に基づき補正された直線Ｌ１、Ｌ２に基づき、差圧信号に応じたＰＭ量を推定する。
【００２９】
（第３実施形態）
本第３実施形態では、基材１１の重量を固体情報として情報添付体１３に記憶させている。そして、基材１１の重量が大きいほど隔壁１１３の孔の総面積が小さくなることに起因して、圧力損失ヒステリシスｘの値が大きくなる（図７（Ｂ）参照）。以下、圧力損失ヒステリシスｘについて説明する。
【００３０】
ＰＭ量がゼロの状態から徐々に増えると、直線Ｌ１に沿って差圧も増大する。そして、上述の如く隔壁１１３の孔が全て閉塞されると直線Ｌ２に沿って差圧は増大する。その後、基材１１を再生させるべく排気微粒子を燃焼させると、先ず、隔壁１１３の孔を閉塞する排気微粒子が燃焼するため、燃焼開始直後は、ＰＭ量に対する差圧の値は図７（Ａ）の直線Ｌ３に沿って急速に減少する。そして、隔壁１１３の孔が全て開通されると、差圧の値は図７（Ａ）の直線Ｌ４に沿って緩やかに減少し、直線Ｌ１のＰＭ量がゼロの状態に戻る。なお、直線Ｌ１と直線Ｌ３とは略平行となる。
【００３１】
このように、基材１１の圧力損失特性は、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の順に変化して再び直線Ｌ１に戻るといった履歴（ヒステリシス）となる。そして、図７（Ａ）中の符号ｘに示される直線Ｌ２と直線Ｌ４との幅を、本実施形態では圧力損失ヒステリシスｘと呼ぶ。なお、直線Ｌ１は特許請求の範囲に記載の「第１特性線」に相当し、直線Ｌ２は特許請求の範囲に記載の「第２特性線」に相当する。
【００３２】
制御装置２０が有するＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段には、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に相当するマップが予め記憶されており、そのマップは、情報添付体１３から入力された基材１１の重量による固体情報に基づき、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が補正され、その結果、図７（Ａ）中の点線に示すように圧力損失ヒステリシスｘが補正されている。そして、制御装置２０は、固体情報に基づき補正された直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に基づき、差圧信号に応じたＰＭ量を推定する。
【００３３】
（第４実施形態）
本第４実施形態では、前述したコート材（ウォッシュコート）の量を固体情報として情報添付体１３に記憶させている。そして、コート材の量が多いほど隔壁１１３の孔の総面積が小さくなることに起因して、前述の圧力損失ヒステリシスｘの値が大きくなる（図８（Ｂ）参照）。
【００３４】
制御装置２０が有するＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段には、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に相当するマップが予め記憶されており、そのマップは、情報添付体１３から入力されたコート材の量（体積または重量）による固体情報に基づき、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が補正され、その結果、図８（Ａ）中の点線に示すように圧力損失ヒステリシスｘが補正されている。そして、制御装置２０は、固体情報に基づき補正された直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に基づき、差圧信号に応じたＰＭ量を推定する。
【００３５】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、情報添付体１３が紙に固体情報が表示されたものとして構成され、その紙を基材１１に接着剤等で貼り付けるようにしているが、固体情報を基材１１に直接印刷し、その印刷部分を情報添付体１３として構成するようにしてもよい。また、印刷に替えて基材１１に固体情報を刻印するようにしてもよい。
また、上記各実施形態での固体情報を適宜組み合わせて情報添付体１３に記憶させ、各実施形態での補正内容を組み合わせるようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では制御装置２０の記憶手段に直線Ｌ１、Ｌ２、及び 直線Ｌ３、Ｌ４に相当するマップが記憶されているとしているが、マップではなく式として記憶させるようにしてもよい。
また、上記実施形態では基材１１の形状を円柱形状としているが、本発明の実施にあたり、基材１１の形状は円柱形上に限らない。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置がディーゼルエンジンに搭載された状態を示す模式図。
【図２】図１に示す基材の斜視図。
【図３】図１に示す基材の内部構造を模式的に示す断面図。
【図４】図３に示す隔壁の多孔質状態を示す拡大図。
【図５】第１実施形態に係るＰＭ量推定の補正内容を説明する図。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＰＭ量推定の補正内容を説明する図。
【図７】本発明の第３実施形態に係るＰＭ量推定の補正内容を説明する図。
【図８】本発明の第４実施形態に係るＰＭ量推定の補正内容を説明する図。
【符号の説明】
【００３８】
１１：基材（パティキュレートフィルタ）、１２：支持板、１３：情報添付体、２０：制御装置（推定手段）、２２：差圧センサ（検出手段）、１１３：隔壁、１１４：栓部材
１１５：栓部材、１１６：セル空間、１１７：セル空間。
【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】
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【図８】
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