(57)【要約】【課題】ＤＰＦの再生開始、終了時期を精度良く検出する。【解決手段】内燃機関１の排気通路２に介装され、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタ１４と、フィルタ１４へ流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段１７と、フィルタ１４から流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段１６と、これら検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて前記フィルタの再生開始時期または再生終了時期を検出する手段２５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介装され、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタへ流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段と、
前記フィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段と、
これら検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて前記フィルタの再生開始時期を検出する手段と、を備えることを特徴とするフィルタの再生時期検出装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に介装され、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタへ流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段と、
前記フィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段と、
これら検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて前記フィルタの再生終了時期を検出する手段と、を備えることを特徴とするフィルタの再生時期検出装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に介装され、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタへ流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段と、
前記フィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段と、
これら検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて前記フィルタの再生開始時期および再生終了時期を検出する手段と、を備えることを特徴とするフィルタの再生時期検出装置。
【請求項４】
前記上流側酸素濃度検出手段または下流側酸素濃度検出手段は、広域空燃比センサまたは酸素濃度センサである請求項１〜３のいずれか一つに記載のフィルタの再生時期検出装置。
【請求項５】
前記フィルタの再生開始時期は、前記上流側酸素濃度検出手段によって検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度検出手段によって検出した下流側酸素濃度との差が所定値以上になったとき、とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のフィルタの再生時期検出装置。
【請求項６】
前記フィルタの再生終了時期は、前記上流側酸素濃度検出手段によって検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度検出手段によって検出した下流側酸素濃度との差が、所定値以下になったとき、とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のフィルタの再生時期検出装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に介装され、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタへ流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段と、
前記フィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段と、
これら検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて前記フィルタの再生開始時期または再生終了時期を検出する手段と、を備え、
前記フィルタの再生開始時期を検出した場合には、前記内燃機関の運転状態をフィルタ再生用の運転状態に切換えることを特徴とするフィルタの再生制御装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に介装され、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタへ流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段と、
前記フィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段と、
これら検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて前記フィルタの再生開始時期または再生終了時期を検出する手段と、を備え、
前記フィルタの再生終了時期を検出した場合には、前記内燃機関の運転状態を通常の運転状態に切換えることを特徴とするフィルタの再生制御装置。
【請求項９】
内燃機関の排気通路に介装され、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタへ流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段と、
前記フィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段と、
これら検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて前記フィルタの再生開始時期または再生終了時期を検出する手段と、を備え、
前記フィルタの再生開始時期を検出した場合には、前記内燃機関の運転状態をフィルタ再生用の運転状態に切換え、前記フィルタの再生終了時期を検出した場合には、前記内燃機関の運転状態を通常の運転状態に切換えることを特徴とするフィルタの再生制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中の微粒子を捕集、除去するためのフィルタを備える内燃機関の排気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子（以下、ＰＭ（パティキュレート・マター）という）を除去するために、排気管にフィルタを介装してＰＭを捕集し、捕集量が所定値に達したらフィルタを加熱してＰＭを燃焼させることによりフィルタの再生を図るという方法が一般的に知られている。
【０００３】
特許文献１には、フィルタの上下流の差圧に基づいて再生の開始時期を判断する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平０５−２４００２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フィルタの上下流の差圧は、再生の度合が同じであってもエンジンの運転状況等により異なり、また、再生が局所的である場合には検知しにくいので、特許文献１の方法では再生開始時期を正確に検知することはできない。このため、必要以上に長い時間、再生用に燃料噴射量を増量して燃費の悪化を招く可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明ではフィルタの再生開始時期を正確に検知して、燃費の悪化を最低限に抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のフィルタの再生時期検出装置は、内燃機関の排気通路に介装され、排気中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、前記フィルタへ流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段と、前記フィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段と、これら検出した上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて前記フィルタの再生開始時期または再生終了時期を検出する手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＰＭの燃焼状態に関連するフィルタの上下流の酸素濃度の差に基づいて再生開始時期や再生終了時期を検出するので、再生開始時期を精度良く検出することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は本実施形態のシステムの構成を表す図である。
【００１０】
１はエンジン、２はエンジン１に供給する空気が流れる吸気通路、６はエンジンに供給する空気量を調節する絞り弁、２６は吸気通路２を流れてきた空気をエンジン１の各気筒に分配する吸気マニホールド、２７は各気筒の排気ガスが合流する排気マニホールド、１２はエンジン１の排気ガスが流れる排気通路、１１は排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気マニホールドに還流するＥＧＲ配管、１９は吸気マニホールド２６に還流するＥＧＲ量を後述するコントロールユニット（ＥＣＵ）２５によって調節するＥＧＲ弁である。
【００１１】
エンジン１はコモンレール式のディーゼルエンジンであり、燃料ポンプ８によって燃料タンク（図示せず）から吸い上げられた燃料は高圧化されてコモンレール９に送られ、各気筒の燃料噴射弁１０から燃焼室に噴射される。
【００１２】
また、過給機としてターボ過給機３を備えており、吸気通路２には空気を圧縮するターボチャージャ３の吸気コンプレッサ３ａが、その下流には圧縮されて高温になった空気を冷却するインタークーラ４が介装されており、排気通路１２には排気ガス圧力により回転する排気タービン３ｂが介装される。排気タービン３ｂはシャフトにより吸気コンプレッサ３ａと接続されており、排気タービン３ｂが回転することによって吸気コンプレッサ３ａも回転し、これにより外部から吸入した空気を圧縮してエンジン１に供給する。
【００１３】
排気タービン３ｂの下流には排気ガスを浄化するための触媒１３が、その下流には排気ガス中のＰＭを捕集・燃焼させるためのフィルタ（以下、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュラー・フィルタ）という）１４が介装される。
【００１４】
また、ターボ過給機３を備えないエンジンにおいても本実施形態を適用することは可能である。
【００１５】
ＤＰＦ１４の上流、下流にはそれぞれ排気ガスの酸素濃度を検出する広域空燃比センサ（以下、λセンサという）が設けられ、検出信号はＥＣＵ２５に読込まれる。
【００１６】
なお、λセンサ１６、１７とは、リッチ側からリーン側にわたって、排気ガス中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出しうるセンサのことであり、検出値はリッチ側からリーン側まで比例的に変化する。
【００１７】
また、ＥＣＵ２５には触媒１３の温度を検出する触媒温度センサ２２、ＤＰＦ１４の温度を検出するＤＰＦ温度センサ、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ２０、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２１の各検出信号も読込まれ、ＥＣＵ２５はこれら各検出値に基づいて、燃料噴射量、吸気絞り量、ＥＧＲ量、後述するＤＰＦ１４の再生開始・終了等の制御を行う。
【００１８】
ここで、ＤＰＦ１４の再生について説明する。
【００１９】
ＤＰＦ１４は表面にＰＭ再生のための触媒が塗布されたセラミック製のフィルタであり、排気ガス中のＰＭを捕集する。ＥＣＵ２５は、ＰＭ捕集量が予め設定した所定値を越えた場合には、ＤＰＦ１４の浄化能力を回復するための制御として、エンジン１の運転モードを変更し、例えば燃料噴射時期を遅角させる、燃料ポンプ８を制御して燃料噴射弁１０から噴射する燃料量を増加させる、または吸気絞り弁６の開度を制御して吸気量を絞る等してＤＰＦ１４の温度を上昇させて、捕集したＰＭを燃焼させる。
【００２０】
次に、図２のフローチャートを用いて、ＥＣＵ２５が実行するＤＰＦ１４の再生のための制御について説明する。なお、図２のフローチャートはＰＭ捕集量の推定値に応じて再生フラグを設定した後のサブルーチンである。再生フラグは、再生要求が出された場合は１、再生要求がない通常運転状態はゼロとする。
【００２１】
ＰＭ捕集量の算出方法は、ＤＰＦ１４の入口と出口の排気圧力差を検出し、現在の運転状態での基準排気圧力と比較する方法や、前回再生時からの走行距離、エンジン回転速度の積算値、排気圧力とを組み合わせて推定する方法等、既に公知の方法を用いるので説明を省略する。ただし、再生フラグを１にしても、直ちに再生モードに切換えることはせず、後述するステップにしたがって再生開始時期を判定してから切換える。
【００２２】
以下、各ステップにしたがって説明する。
【００２３】
ステップＳ１で、現在ＤＰＦ再生フラグがゼロであるか否かの判定をする。ゼロの場合はそのまま処理を終了する。
【００２４】
ゼロでない場合には、ステップＳ２に進み、運転モードがＤＰＦ再生モードか否かの判定を行う。ＤＰＦ再生モードとは、再生フラグが１となった状態ではなく、捕集したＰＭを実際に燃焼させるためのエンジン運転状態のことである。
【００２５】
なお、運転モードにはこの他に昇温モードがある。これは、ＤＰＦ１４に堆積したＰＭを自己酸化する温度まで上昇させるために、排気温度を上昇させる運転モードである。
【００２６】
再生モードである場合にはステップＳ３に進み、そうでない場合にはステップＳ８に進む。
【００２７】
ステップＳ３では、ＤＰＦ１４の入口の空気過剰率λｉｎを、ステップＳ４ではＤＰＦ１４の出口の空気過剰率λｏｕｔをそれぞれ検出する。空気過剰率とは、λセンサ１６、１７で検出した空燃比を理想空燃比（空気／燃料＝１４．７）で除算したものである。
【００２８】
ステップＳ５では入口と出口の空気過剰率の差λｉｎ−λｏｕｔが所定値ａより小さいか否かの判定を行う。
【００２９】
小さい場合はステップＳ６で通常運転モードに切換え、ステップＳ７でＤＰＦ再生フラグをゼロにしてリターンする。
【００３０】
大きい場合はそのままリターンする。
【００３１】
ステップＳ２でＤＰＦ再生モードでない場合はステップＳ８に進み、昇温モードであるか否かの判定を行う。
【００３２】
昇温モードの場合はステップＳ９に進む。ステップＳ９〜Ｓ１１は、前述したステップＳ３〜Ｓ５と同様なので説明を省略する。
【００３３】
ステップＳ１１で入口と出口の空気過剰率の差λｉｎ−λｏｕｔが所定値ａより小さい場合はそのままリターンし、大きい場合はステップＳ１２に進み、ＤＰＦ再生モードに切換えてリターンする。
【００３４】
ステップＳ８で昇温モードでなかった場合にはステップＳ１３に進み、昇温モードに切換えてリターンする。
【００３５】
ここで、ステップＳ５、Ｓ１１での判定および判定に用いる所定値ａについて図３、図４を参照して説明する。
【００３６】
図３はＤＰＦ１４内のＰＭの堆積量およびＤＰＦ１４の入口、出口の空気過剰率λｉｎ、ｏｕｔの変化を表すタイムチャートである。図４はＤＰＦ１４の入口と出口の空気過剰率の差λｉｎ−λｏｕｔの変化を表すタイムチャートである。
【００３７】
図３のｔ１以前は、ＰＭ堆積量が増加し続けている。つまりＰＭは燃焼していない。したがってＤＰＦ１４を通過する排気ガス中の酸素が消費されることはないので、入口の空気過剰率λｉｎと出口の空気過剰率λｏｕｔは略同一である。
【００３８】
ｔ１において、それまで増加し続けてきた堆積量が減少に転じる。これは昇温モードにより温度上昇したＰＭが燃焼を開始、つまり再生を開始したからである。この燃焼によりＤＰＦ１４を通過する排気ガス中の酸素が消費されるので、燃焼開始後にＤＰＦ１４下流の酸素濃度は上流に比べて低下する。酸素濃度が低下することにより図３中に実線で示したＤＰＦ１４下流の空気過剰率λｏｕｔはリッチ側にシフトし、図３中点線で示したＤＰＦ上流の空気過剰率λｉｎと差が生じる。
【００３９】
ＰＭ堆積量の減少が進むと燃焼は徐々に小さくなり、酸素消費量は減少する。したがって図４に示したように、入口と出口の空気過剰率の差も徐々に小さくなる。
【００４０】
そしてｔ２でＰＭ堆積量が略ゼロになると燃焼も終了、つまり再生が終了して、入口と出口の空気過剰率の差はなくなる。
【００４１】
したがって、ＤＰＦ１４の入口と出口の空気過剰率λｉｎ、λｏｕｔの差を演算すれば、実際に燃焼が開始した時期（再生開始時期）および燃焼が終了した時期（再生終了時期）を検出することができる。なお、本実施形態ではセンサの個体差や経年劣化等を考慮して、図４に示すようにＤＰＦ１４の入口と出口の空気過剰率に差が所定値ａまで広がったときに再生開始、所定値ａより小さくなったときに再生終了と判断する。
【００４２】
本実施形態の再生時期検知方法によれば、再生がＤＰＦ１４内部で局所的に発生した場合であっても、燃焼により酸素が消費されるのでＤＰＦ１４下流の酸素濃度には変化が現れ、λセンサ１６はこの変化を検知することができるので、局所的な再生の場合には変化が生じにくいＤＰＦ１４の前後の差圧や温度変化等に基づいて再生（燃焼）開始時期を推定する従来の方法に比べて、より高い精度で再生開始時期を推定することが可能である。
【００４３】
再生終了時期についても、実際の燃焼終了時期を検知することが可能なので、従来のように再生開始からの時間に基づいて再生量を積算して終了時期を決定する方法よりも高い精度で再生終了時期を検知することが可能となる。
【００４４】
上記のように再生開始、終了時期を正確に検知することにより、運転モードの切換制御もより高い精度で行うことが可能となる。
【００４５】
なお、図３において再生開始後、入口の空気過剰率λｉｎおよび出口の空気過剰率λｏｕｔは複数の変曲点をもって変化している。これはＰＭの燃焼速度が過剰に上昇することを防止するために入口の空気過剰率λｉｎを制御しているからであり、出口の空気過剰率λｏｕｔは入口の空気過剰率λｉｎの変化に応じて変化している。
【００４６】
図２のフローチャートを実際に実行する場合は、通常運転モード中にＤＰＦ再生フラグが１となってから図２の制御を開始するので、ステップＳ１からステップＳ２、ステップＳ８、ステップＳ１３と進み、昇温モードに切換わりリターンする。
【００４７】
次回演算時には、前回演算時に昇温モードに切換えているのでステップＳ８からステップＳ９へと進み、ステップＳ９〜Ｓ１１の演算を行う。昇温モードに切換えてから再生（燃焼）が開始するまでは、上述したようにＤＰＦ１４の入口と出口の空気過剰率に差は生じないので、ステップＳ１１はｙｅｓとなり、再生が開始するまでステップＳ１、Ｓ２、Ｓ８〜Ｓ１１を繰り返す。
【００４８】
再生が始まると、ステップＳ１１の判定はｎｏとなり、ステップＳ１２に進みＤＰＦ再生モードに切換わる。
【００４９】
ＤＰＦ再生モードに切換わった後は、ステップＳ２での判定がｙｅｓとなりステップＳ３に進む。再生が終了するまではステップＳ３〜Ｓ５を繰り返し、燃焼が終了したらステップＳ５の判定がｙｅｓとなり、ステップＳ６、Ｓ７へと進み、ＤＰＦ再生フラグをゼロとする。したがって、次回演算時にステップＳ１での判定がｙｅｓとなり、ＤＰＦ再生フラグが１になるまで図２のフローチャートはステップＳ１の判定のみを繰り返すことになる。
【００５０】
以上より本実施形態では、ＤＰＦ１４の入口と出口にλセンサ１７、１６を設けて酸素濃度を検出し、ＰＭが燃焼を開始してＤＰＦ１４の入口の酸素濃度λｉｎと出口の酸素濃度λｏｕｔとに差が生じたときを再生開始時期、燃焼が終了してＤＰＦ１４の入口と出口の空気過剰率が再び略同一になったときを再生終了時期として判定するので、従来のようにエンジン運転時間等に基づいてＰＭ堆積量を推定し、これに基づいて再生開始時期を判断する方法に比べて、より高い精度で再生開始時期、終了時期を検出することが可能となる。
【００５１】
また、再生開始、終了時期を精度良く検出することが可能となるので、ＰＭの燃焼のために燃料噴射量を増加する運転モード（ＤＰＦ再生モード）での運転時間を最小限に抑えることが可能となり、燃費の悪化等を抑制することが可能となる。
【００５２】
なお、本実施形態ではＤＰＦ１４の入口と出口の空気過剰率を検出するのにλセンサ１６、１７を用いて説明したが、理論空燃比付近で検出値が大きく変化する、いわゆるＯ2センサを用いることもできる。
【００５３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ＤＰＦの再生制御に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態のシステムの構成を表す図である。
【図２】本実施形態の制御フローチャートである。
【図３】ＰＭ堆積量と空気過剰率の変化を表すタイムチャートである。
【図４】ＤＰＦ入口と出口の空気過剰率の差の変化を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１    エンジン
２    吸気通路
３    ターボ過給機
４    インタークーラ
６    吸気絞り弁
８    燃料ポンプ
９    コモンレール
１０  燃料噴射弁
１１  ＥＧＲ配管
１２  排気通路
１３  ＮＯｘ触媒
１４  ＤＰＦ
１６  λセンサ（出口側）
１７  λセンサ（入口側）
１９  ＥＧＲバルブ
２０  エンジン回転速度センサ
２１  アクセル開度センサ
２５  エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２６  吸気マニホールド
２７  排気マニホールド
【図１】
2005240719.tif 000003
【図２】
2005240719.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005240719.tif 000006