(57)【要約】【課題】フィルタ内に残留しているアッシュの量を正確に把握できるようにすること。【解決手段】パティキュレート捕集用のフィルタ３２の前後差圧ΔＰを検出してフィルタ３２の再生を行うようにした排気ガス浄化装置３０において、フィルタ再生時に第１温度センサ３６と第２温度センサ３７とを用いてフィルタ３２の出口部の温度がその入口部の温度より低くなった（ΔＴ＞Ｍ）ときにフィルタ３２の再生が終了したタイミングであると決定し、この再生終了タイミングにおける前後差圧ΔＰの値からフィルタ３２内のアッシュ残留量を推定しこの推定アッシュ残留量が所定値ＰＸ以上となったときに交換警告信号Ｋ３を出力してフィルタ３２の交換を適切に行えるようにした。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタと該フィルタの前後差圧を検出する差圧検出手段とを備え、前記前後差圧に応答して該フィルタの再生が制御されるように構成された排気ガス浄化装置において、
前記フィルタの前後の温度差を検出するための温度差検出手段と、
該温度差検出手段に応答して前記フィルタの再生終了タイミングを決定するための決定手段と、
前記決定手段によって前記フィルタの再生終了タイミングが決定されたことに応答し前記差圧検出手段からの出力に基づいて前記フィルタ内におけるアッシュ残留量を推定する推定手段と
を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子が大気中に拡散されるのを抑制するため、近年、ディーゼルエンジンの排気系統に装着して排気ガス中のディーゼルパティキュレートを後処理するための種々の装置が開発されてきている。この種の排気ガス処理装置として、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートを排気ガスが排気通路を通過する時に捕集するためのフィルタを備えた構成のものが実用化されつつあるが、フィルタには捕集されたパティキュレートが次第に堆積され、排気抵抗の上昇による損失が次第に増大し、ついにはフィルタが目詰まり状態となる。
【０００３】
このため、フィルタを用いた排気ガス浄化装置の場合、フィルタにおけるパティキュレートの堆積量が所定レベルに達したと推定された場合にフィルタを加熱する等してパティキュレートを焼却してフィルタを再生し、フィルタを繰り返し使用している。
【０００４】
ところで、フィルタを再生するためにパティキュレートを焼却する毎にフィルタ内には焼却灰（アッシュ）が残留し、フィルタ再生の度に残留アッシュが蓄積されていくので、再生回数を重ねるにつれてフィルタ内の残留アッシュのために排気ガスの流出が支障を来すこととなってしまう。このため、従来から、フィルタの再生が終了する度にフィルタの前後差圧を計測し、計測されたフィルタ前後差圧値に基づいてフィルタ内のアッシュ残留量を推定し、この推定結果に従ってフィルタの寿命を決定することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィルタの前後差圧を計測することによりアッシュ残留量を推定する構成によると、フィルタの再生処理を開始した後何らかの理由により再生処理が中断してフィルタ内に未焼却のパティキュレートが残存してしまった場合には、再生処理の終了後にフィルタの前後差圧を計測しても、未焼却パティキュレートのために正確なアッシュ残留量を推定することができず、このため従来においてはフィルタの交換時期を正しく判断することができない場合が多々生じている。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができるようにした、排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明によれば、内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタと該フィルタの前後差圧を検出する差圧検出手段とを備え、前記前後差圧に応答して該フィルタの再生が制御されるように構成された排気ガス浄化装置において、前記フィルタの前後の温度差を検出するための温度差検出手段と、該温度差検出手段に応答して前記フィルタの再生終了タイミングを決定するための決定手段と、前記決定手段によって前記フィルタの再生終了タイミングが決定されたことに応答して前記差圧検出手段からの出力に基づいて前記フィルタ内におけるアッシュ残留量を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置が提案される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明による排気ガス浄化装置をディーゼル機関に適用した場合の実施の形態の一例を示す全体構成図である。符号１で示されるのは４気筒のディーゼル機関であり、各気筒２〜５にはそれぞれインジェクタ６〜９が設けられており、これらのインジェクタ６〜９はエンジン制御ユニット１０によって制御され、高圧燃料を所要のタイミングで所要量だけ対応する気筒内に噴射供給することができる公知の構成となっている。
【００１０】
吸気マニホールド１１に接続されている吸気ダクト１２には、インタークーラ１３及びエアクリーナ１４が設けられており、一方、排気マニホールド１５に接続されている排気ダクト１６には排気ガス浄化装置３０が設けられている。
【００１１】
吸気ダクト１２と排気ダクト１６との間には、ＥＧＲ制御弁１７を設けた排気再循環路１８が設けられており、エンジン制御ユニット１０によって制御されるアクチュエータ１９によってＥＧＲ制御弁１７の開度が調節され、排気ダクト１６内を流れる排気ガスを吸気マニホールド１１に戻す量を調整できる構成となっている。符号２０で示されるのは排気ターボチャージャであり、排気ダクト１６内に配設された排気タービン２１と吸気ダクト１２内に配設されていて排気タービン２１により駆動されるコンプレッサ２２とから成っている。
【００１２】
排気ガス浄化装置３０は、酸化触媒３１とパティキュレート捕集用のフィルタ３２とを備え、排気ダクト１６に上流側からこの順序で配置されている。酸化触媒３１は、例えばハニカム状のコーディエライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に適宜の触媒活性成分を担持させた構成となっている。酸化触媒は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ２　を生成させると共に、排気ガス中のＨＣとＣＯを酸化してＨ２　ＯとＣＯ２　を生成させる構成となっている。
【００１３】
フィルタ３２は、例えば多孔質のコーディエライト、あるいは炭化珪素によって多数のセルが平行に形成され、セルの入口と出口が交互に閉鎖された、いわゆるウォールフロー型と呼ばれるハニカムフィルタや、セラミック繊維をステンレス多孔管に何層にも巻き付けた繊維型フィルタを使用したもので、排気ガス中のパティキュレートを捕集する。
【００１４】
フィルタ３２の入口側（前）と出口側（後）には、それぞれ、排気ガスの圧力を検出するための第１圧力センサ３３及び第２圧力センサ３４が設けられており、第１圧力センサ３３からはフィルタ３２の入口側における排気ガス圧力Ｐ１を示す第１圧力信号Ｓ１が出力され、第２圧力センサ３４からはフィルタ３２の出口側における排気ガス圧力Ｐ２を示す第２圧力信号Ｓ２が出力される。
【００１５】
さらに、フィルタ３２の入口側（前）と出口側（後）には、それぞれ、排気ガスの温度を検出するための第１温度センサ３６及び第２温度センサ３７が設けられており、第１温度センサ３６からはフィルタ３２前の温度Ｔ１を示す第１温度信号Ｓ３が出力され、第２温度センサ３７からはフィルタ３２後の温度Ｔ２を示す第２温度信号Ｓ４が出力される。
【００１６】
符号３５で示されるのは、排気ダクト１６内を流れる排気ガスの流量を検出するための流量センサであり、排気ダクト１６からの排気流量信号Ｆは、第１圧力信号Ｓ１、第２圧力信号Ｓ２、第１温度信号Ｓ３及び第２温度信号Ｓ４と共にフィルタ制御ユニット４０に入力されている。
【００１７】
フィルタ制御ユニット４０は排気ガス浄化装置３０を構成する要素である。フィルタ制御ユニット４０は、マイクロコンピュータ４０Ａを用いたコンピュータ制御システムとして構成されており、フィルタ３２によって捕集されたパティキュレートの堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタ３２を再生させるためのフィルタ制御を行うと共に、フィルタ３２の再生が終了したときのフィルタ３２内におけるアッシュの残留量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタの交換を促すための処理を行う構成となっている。
【００１８】
図２には、フィルタ制御ユニット４０の構成を機能的に示すブロック図が示されている。フィルタ制御ユニット４０は、フィルタ３２によって捕集されたパティキュレートの堆積量を推定演算してフィルタの再生処理を行うべきか否かを判定する第１処理部４１と、フィルタ３２の再生が終了したか否かの確認を確実に行った後、フィルタ３２内に蓄積されているアッシュ残留量を推定してフィルタ３２の交換時期の判定を行う第２処理部４２とを有している。
【００１９】
第１処理部４１では、第１圧力信号Ｓ１と第２圧力信号Ｓ２とに応答してフィルタ３２の前後差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が演算され、これにより得られた前後差圧ΔＰの値に基づいてフィルタ３２におけるパティキュレートの堆積量が推定され、この推定結果に従ってフィルタ３２の再生を行うべきか否かの判別が行われる。そして、第１処理部４１においてフィルタ３２の再生を行うべきと判別されると、第１処理部４１から再生開始信号Ｋ１が出力され、再生開始信号Ｋ１は第２処理部４２と再生制御部４３とに送られる。
【００２０】
第２処理部４２には、第１圧力信号Ｓ１、第２圧力信号Ｓ２、第１温度信号Ｓ３、第２温度信号Ｓ４が入力されており、ここでは、フィルタ３２の再生の終了タイミングの判定と、フィルタ３２の再生が終了したときのフィルタ３２の前後差圧ΔＰからフィルタ３２におけるアッシュ残留量の推定のための演算処理が行われる。第２処理部４２においてフィルタ３２の再生終了タイミング判定が行われると、これに応答して再生終了信号Ｋ２が出力され、再生終了信号Ｋ２は再生制御部４３に送られる。また、第２処理部４２において、アッシュ残留量の推定値が所定レベルに達したと判別されると、第２処理部４２からはフィルタの交換を促す交換警告信号Ｋ３が出力されて表示部４４に送られ、表示部４４で運転者に対してフィルタの交換を促す所定のメッセージが適宜の形態で表示される。
【００２１】
再生制御部４３は、再生開始信号Ｋ１と再生終了信号Ｋ２とに応答し、エンジン制御ユニット１０に対し、フィルタ３２の再生のために排気ガス温度を上昇させるようにエンジン運転を制御するための信号として再生制御信号ＣＳを出力する。
【００２２】
エンジン制御ユニット１０は、再生制御部４３からの再生制御信号ＣＳに応答し、燃料の噴射タイミングを大きく遅れさせて燃料の噴射タイミングが各気筒の圧縮上死点のタイミングよりも後となるようにその燃料噴射を制御し、これにより排気ガスの温度をパティキュレートを燃焼させるのに必要な温度にまで上昇させる。
【００２３】
なお、符号４５で示されるのは、第２処理部４２において得られた各データのうち、所要のデータを格納しておくためのＥＥＰＲＯＭである。
【００２４】
次に図３を参照して、第２処理部４２について詳しく説明する。図３は、第２処理部４２において所要の演算処理を実行させるための演算処理プログラムを示すフローチャートであり、この演算処理プログラムはマイクロコンピュータ４０Ａにおいて実行される。この演算処理プログラムは、再生開始信号Ｋ１の入力に応答して実行が開始され、まず、ステップＳ１１では、フィルタ３２のフィルタ前の温度Ｔ１を示す第１温度信号Ｓ３と、フィルタ３２の後の温度Ｔ２を示す第２温度信号Ｓ４とに基づいて、フィルタ３２の前後での温度差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）を算出し、ステップＳ１２に入る。
【００２５】
ステップＳ１２は、再生開始信号Ｋ１に応答して再生制御信号ＣＳが出力され、これにより排気ガス温度が上昇することによりフィルタ３２に堆積していたパティキュレートが燃焼し、これによりパティキュレートが完全に燃焼し終わってしまった場合には、排気ガス温度がフィルタを通過するときに若干低下することになると言う事実に基づいて、パティキュレートが完全に燃焼し終わったかどうかを判断するためのステップである。ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出した温度差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）が所定値Ｍより大きいか否かの判別が行われる。パティキュレートがまだ完全に燃焼し終わっていない場合には、温度差ΔＴはＭより小さく、ステップＳ１２の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１１に戻る。温度差ΔＴがＭより大きくなるまでステップＳ１１、Ｓ２が繰り返され、温度差ΔＴがＭより大きくなった場合には、パティキュレートの燃焼が終了したと判断してステップＳ１２の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ１３に入る。なお、Ｍの値は、実験等によって適宜に定めることができる。
【００２６】
ステップＳ１３ではフィルタ３２の再生を終了させるための再生終了信号Ｋ２を出力する処理が行われ、ステップＳ１４では、フィルタ３２の前後の差圧に基づきフィルタ３２に蓄積されているアッシュ残留量を推定するため、フィルタ３２のそのときの前後差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出する処理が第１圧力信号Ｓ１及び第２圧力信号Ｓ２に基づいて行われる。フィルタの再生が終了する度にこのようにして得られる、アッシュ残留量を推定するための前後差圧ΔＰの値は、その都度ＥＥＰＲＯＭ４５に格納される。
【００２７】
次に、ステップＳ１５では、今回算出したアッシュ残留量推定のための前後差圧ΔＰ（ｎ）を前回算出したアッシュ残留量推定のための前後差圧ΔＰ（ｎ−１）と比較し、その差分値ΔＰ（ｎ）−ΔＰ（ｎ−１）が予め定められている値Ｋより小さいか否かが判別される。値Ｋは、１回の再生により増加するアッシュ残留量の上限値を示すもので、ΔＰ（ｎ）−ΔＰ（ｎ−１）＜Ｋである場合には、今回の再生により増加したアッシュ残留量がＫ以下であり、ΔＰ（ｎ）の値が正当な値であるので、ステップＳ１５の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ１６に入り、前後差圧ΔＰ（ｎ）が、所定の差圧しきい値ＰＸ以上であるか否かが判別される。差圧しきい値ＰＸは、フィルタ３２に蓄積されているアッシュ残留量がフィルタ交換を必要とする前後差圧ΔＰのレベルを示すものであり、ΔＰ（ｎ）≧ＰＸである場合には、ステップＳ１６の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ１７に入り、ここで、フィルタ交換を促すための交換警告信号Ｋ３を出力する。
【００２８】
次にステップＳ１８ではステップＳ１４で今回得られた前後差圧ΔＰ（ｎ）をＥＥＰＲＯＭ４５に格納する処理が行われる。一方、ステップＳ１６においてΔＰ（ｎ）＜ＰＸである場合にはフィルタ３２に蓄積されているアッシュ残留量がフィルタ交換を必要とするレベルより低いので、ステップＳ１６の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１７が実行されることなく、ステップＳ１８に入りステップＳ１４で今回得られた前後差圧ΔＰ（ｎ）をＥＥＰＲＯＭ４５に格納する処理が行われ、このプログラムの実行が終了する。
【００２９】
ステップＳ１５において、ΔＰ（ｎ）−ΔＰ（ｎ−１）≧Ｋである場合には、今回の再生により増加したアッシュ残留量がＫより大きく、ΔＰ（ｎ）の値の信頼性に問題があると判断し、ステップＳ１５の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１９に入る。すなわち、ステップＳ１５でΔＰ（ｎ）−ΔＰ（ｎ−１）≧Ｋと判別された場合には、フィルタ３２に未燃焼のパティキュレートが残っている可能性が大きく、この場合のフィルタ３２の前後差圧は残留アッシュと未燃焼パティキュレートにより生じていることが考えられるので、今回の差圧ΔＰ（ｎ）に基づいて正確なアッシュ残留量を推定することはできないと判別し、前回の差圧ΔＰ（ｎ−１）がＥＥＰＲＯＭ４５に格納され、このプログラムの実行を終了する。
【００３０】
上述の如く構成されているフィルタ制御ユニット４０の動作について図４を参照して説明する。図４には横軸を時間ｔ、縦軸をフィルタ３２の前後差圧ΔＰとして時間の経過に従う前後差圧ΔＰの変化の状態を表すグラフが示されている。
【００３１】
ここでは新品のフィルタを取り付けて使用を開始した場合が示されており、時刻ｔ＝０で前後差圧ΔＰは零となっている。時間の経過に従ってパティキュレートがフィルタ３２に堆積してフィルタ３２の前後差圧が増加し、時刻ｔ１　で第１処理部４１において前後差圧ΔＰが所定値ＰＡになったと判別されると、第１処理部４１から再生開始信号Ｋ１が出力される。再生制御部４３からは再生開始信号Ｋ１に応答して再生制御信号ＣＳが出力され、フィルタ３２の再生処理が開始される。これによりパティキュレートが燃焼してフィルタ３２の前後差圧が減少し、時刻ｔ２　でフィルタ３２の前後の温度差ΔＴがＭより大きくなって第２処理部４４においてフィルタ３２の再生が終了したと判定されると、第２処理部４４から再生制御部４３に再生終了信号Ｋ２が出力されてフィルタ３２の再生処理が終了する。このとき前後差圧ΔＰはアッシュ残留量に応じた値Ｐａ（＞０）となっている。この値Ｐａが所定値Ｋより小さいか否かが判別され、ＰａがＫより小さい場合には燃え残りがなかったと判断され、値Ｐａに応じたアッシュ残留量がフィルタ３２内にあるとされる。
【００３２】
再生処理終了後、前後差圧ΔＰ＝Ｐａの状態からフィルタ３２によるパティキュレートの捕集が開始される。フィルタ制御ユニット４０が上述の如き動作を繰り返すことによりフィルタ３２の前後差圧ΔＰは実線で示される如く変化し、フィルタ３２が再生処理後においても前後差圧ΔＰ≧ＰＸとなった場合に第２処理部４２から交換警告信号Ｋ３が出力され、フィルタ３２の交換が促される。
【００３３】
また、時刻ｔｎ　でｎ回目の再生処理が終了したときの前後差圧ΔＰ＝Ｐｂを前回（ｎ−１回目）の再生処理が終了したときの前後差圧ΔＰ＝Ｐｃと比較しその差分値Ｐｂ−Ｐｃ（＝ΔＰ（ｎ）−ΔＰ（ｎ−１））がＫ以上である場合には、フィルタ３２内に未処理のパティキュレートが残存していると判定し、この場合にはｎ−１回目の再生処理が終了したときの前後差圧ΔＰ（ｎ−１）＝ＰｃがＥＥＰＲＯＭ４５に格納される。そしてフィルタ３２での捕集が再び開始されると前後差圧ΔＰの値は一点鎖線で示されるように値Ｐｂから時間の経過と共に増大する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、フィルタ前後の温度差に基づいてフィルタの再生が終了したことを確実に確認した後、フィルタ内に蓄積されているアッシュ残留量を推定するようにしたので、フィルタの再生処理開始後にフィルタの再生処理が中断し、フィルタ内に未焼却のパティキュレートが残存した状態で、フィルタの前後差圧が計測されるのを防ぐことができる。したがって、未焼却パティキュレートを含めることなくアッシュ残留量を正確に推定することができるので、フィルタの交換時期を正しく判断することができる。
【００３５】
また、フィルタ再生終了時の残留アッシュによるフィルタの前後差圧は次回のフィルタ再生開始時期を判断するための初期値となるため、より精密にフィルタへのパティキュレート堆積量を推定することができ、この結果フィルタ再生開始時期も正しく判断することができる。
【００３６】
さらに、アッシュ残留量をエンジン制御にフィードバックして燃焼噴射量の補正と吸気量・圧力制御に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気ガス浄化装置をディーゼル機関に適用した場合の実施の形態の一例を示す構成図。
【図２】図１に示したフィルタ制御ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】第２処理部における演算処理実行のためのプログラムを示すフローチャート。
【図４】フィルタ制御ユニットの動作を説明するためのグラフ。
【符号の説明】
３０　排気ガス浄化装置
３１　酸化触媒
３２　フィルタ
３３　第１圧力センサ
３４　第２圧力センサ
３５　流量センサ
３６　第１温度センサ
４０　フィルタ制御ユニット
４１　第１処理部
４２　第２処理部
４３　再生制御部
ＣＳ　再生制御信号
Ｋ１　再生開始信号
Ｋ２　再生終了信号
Ｋ３　交換警告信号
Ｓ１　第１圧力信号
Ｓ２　第２圧力信号
Ｓ３　第１温度信号
Ｓ４　第２温度信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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