(57)【要約】【課題】フィルタに対するＰＭの接触性が低下した場合でも、再生されずに残留するＰＭを減少させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】再生手段１１０は、推定手段１４０により推定されたＰＭの堆積量が予め設定された閾値以上である場合に、ＰＭの燃焼が必要な再生モードであることを判定する。再生手段１１０は、再生モードにおいて、ＤＰＦ６２の温度が４５０℃以上かつ５００℃以下の範囲にある熱履歴関数の積算値を求め、積算値が閾値以上である場合にＰＭが剥離状態であることを判定し、積算値が閾値未満である場合にＰＭが接触状態であることを判定する。再生手段１１０は、剥離状態において、ＤＰＦ６２の温度を５５０℃よりも高温にしてＰＭを燃焼させ、接触状態において、ＤＰＦ６２の温度を５００℃以上かつ５５０℃以下の温度にしてＰＭを燃焼させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、該フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼させる再生手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記フィルタの温度を計測する計測手段と、前記計測手段によって計測された前記フィルタの温度を記憶するとともに前記フィルタの温度と時間との関数である熱履歴関数が記憶された記憶手段と、前記粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、を備え、
前記再生手段は、
前記推定手段により推定された前記堆積量が予め設定された閾値以上である場合に、前記粒子状物質の燃焼が必要な再生モードであることを判定し、
前記再生モードにおいて、前記記憶手段に記憶された前記フィルタの温度の履歴と前記熱履歴関数とを参照し、前記フィルタの温度が４５０℃以上かつ５００℃以下の範囲にある前記熱履歴関数の積算値を求め、該積算値が予め設定された閾値以上である場合に前記粒子状物質の接触性が低下した剥離状態であることを判定し、前記積算値が予め設定された閾値未満である場合に前記粒子状物質の接触性が低下していない接触状態であることを判定し、
前記剥離状態において、前記フィルタの温度を５５０℃よりも高温にして前記粒子状物質を燃焼させ、
前記接触状態において、前記フィルタの温度を５００℃以上かつ５５０℃以下の温度にして前記粒子状物質を燃焼させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からディーゼルエンジンの排気中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と称する。）を除去するために、排気通路にＰＭの捕獲を行うパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と称する。）を備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている（下記特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された装置は、内燃機関と、ＮＯｘトラップ触媒と、ＤＰＦを備えている。前記ＮＯｘトラップ触媒は、前記内燃機関の排気通路に配置された、排気中のＮＯｘを吸蔵し還元放出する。ＤＰＦは、前記ＮＯｘトラップ触媒の排気下流側に配置され、活性酸素を放出する触媒が担持され、排気中の粒子状物質を捕獲する。
【０００４】
特許文献１に記載された装置は、さらに、硫黄堆積量推測手段と、硫黄被毒解除時期判定手段と、ＤＰＦ再生要求手段と、再生制御手段と、再生終了判定手段と、硫黄被毒解除制御手段とを備えている。
【０００５】
前記硫黄堆積量推測手段は、前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積した硫黄分の堆積量を推測する。前記硫黄被毒解除時期判定手段は、前記硫黄分の堆積量に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒解除時期を判定する。前記ＤＰＦ再生要求手段は、前記硫黄被毒解除時期判定手段が硫黄被毒解除時期であると判定した場合は、硫黄被毒解除を行う前に、前記ＤＰＦの再生要求を行う。
【０００６】
前記再生制御手段は、前記再生要求に基づいて、ＤＰＦの温度を、前記触媒が活性酸素を放出する温度以上、且つＤＰＦに堆積した粒子状物質が自己着火する温度以下の目標温度範囲にする。前記再生終了判定手段は、前記ディーゼルＤＰＦの再生処理が終了したか否かを判定する。前記硫黄被毒解除制御手段は、前記再生終了判定手段が、ＤＰＦの再生処理が終了したと判定した場合には、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒解除をする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２４６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１に記載された装置は、フィルタの再生時に、ＤＰＦの温度を、触媒が活性酸素を放出する温度以上、且つＰＭが自己着火する温度以下の目標温度範囲にしている。これにより、前記触媒から放出された活性酸素によりＰＭが連続的に燃焼し、従来の温度（ＰＭが自己着火する約６００℃以上の温度）よりも低い温度で、ＤＰＦを再生することができる。
【０００９】
しかし、ＤＰＦの目標温度範囲を、例えば約４５０℃から約５００℃までの温度範囲にした場合には、フィルタに堆積したＰＭの接触性が低下して部分的に剥離し、一部が浮き上がった状態でフィルタに残留することがある。このように、フィルタに堆積したＰＭの一部がフィルタから浮き上がった状態になると、フィルタの入口と出口の差圧は低下するが、フィルタにＰＭが残留しているため、ＤＰＦの再生時において、ＰＭの堆積量が推定値を超え、再生されずに残留するＰＭが増加する虞がある。
【００１０】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、フィルタに対するＰＭの接触性が低下した場合でも、再生されずに残留するＰＭを減少させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、該フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼させる再生手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記フィルタの温度を計測する計測手段と、前記計測手段によって計測された前記フィルタの温度を記憶するとともに前記フィルタの温度と時間との関数である熱履歴関数が記憶された記憶手段と、前記粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、を備え、前記再生手段は、前記推定手段により推定された前記堆積量が予め設定された閾値以上である場合に、前記粒子状物質の燃焼が必要な再生モードであることを判定し、前記再生モードにおいて、前記記憶手段に記憶された前記フィルタの温度の履歴と前記熱履歴関数とを参照し、前記フィルタの温度が４５０℃以上かつ５００℃以下の範囲にある前記熱履歴関数の積算値を求め、該積算値が予め設定された閾値以上である場合に前記粒子状物質の接触性が低下した剥離状態であることを判定し、前記積算値が予め設定された閾値未満である場合に前記粒子状物質の接触性が低下していない接触状態であることを判定し、前記剥離状態において、前記フィルタの温度を５５０℃よりも高温にして前記粒子状物質を燃焼させ、前記接触状態において、前記フィルタの温度を５００℃以上かつ５５０℃以下の温度にして前記粒子状物質を燃焼させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタは、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路に設けられ、当該内燃機関の排気中の粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と称する。）を捕集する。このフィルタは、当該フィルタに捕捉されたＰＭを燃焼させる触媒を担持することができる。
【００１３】
前記触媒は、例えば、２族元素、３族元素、７族元素、鉄元素、及び１１族元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むことができる。また、前記触媒は、例えば、酸化物に少なくともＡｇを担持してなることができる。さらに、前記触媒は、例えば、溶融材料を含まずに構成され、当該触媒によるＰＭの燃焼温度が６００℃以下であることができる。
【００１４】
前記再生手段、前記計測手段、前記記憶手段、及び前記推定手段は、例えばメモリやハードディスク等の記憶装置、該記憶装置に記憶されたデータやプログラム、及びこれらを用いて各種の演算を行うＣＰＵ等の演算装置を含むことができる。また、前記計測手段は、前記フィルタの温度を直接的又は間接的に計測する各種の温度センサを含むことができる。
【００１５】
前記推定手段は、例えば前記フィルタの上流と下流の差圧を計測する差圧センサを備え、該差圧センサによって計測された差圧に基づいてＰＭの堆積量を推定することができる。より具体的には、例えば、予め実験等を行って、フィルタの上流と下流の差圧と、ＰＭの堆積量との関係を求め、得られた差圧と堆積量との関係を、例えば記憶手段に記憶することができる。これにより、推定手段は、記憶手段に保存された差圧と堆積量との関係に基づいて、ＰＭの堆積量を推定することができる。
【００１６】
また、前記推定手段は、ＰＭの堆積量を内燃機関の指令値から算出及び積算して推定することができる。より具体的には、例えば、予め実験等を行って、内燃機関に対する指令値とＰＭの堆積量との関係を求め、得られた指令値と堆積量との関係を、例えば前記記憶手段に記憶することができる。また、前記推定手段は、前記内燃機関に対する指令値の履歴を前記記憶手段に記憶させてもよい。これにより、前記推定手段は、前記記憶手段に記憶された指令値と堆積量との関係と、指令値の履歴とに基づいて、ＰＭの堆積量を推定することができる。
【００１７】
前記記憶手段に記憶される前記熱履歴関数は、例えば、前記フィルタの温度をＴ［℃］とし、Ｔの範囲を４５０≦Ｔ≦５００とし、前記フィルタの温度の計測時間をｘ［ｍｉｎ］とし、Ｃ＝−０．００８Ｔ２＋７Ｔ−１４４０としたときに、ｆ（ｘ）＝ｘ／Ｃによって表すことができる。
【００１８】
前記記憶手段は、例えば、前記推定手段により推定されたＰＭの堆積量が３．２ｇ／Ｌ以上になったときに、前記計測手段によって計測された前記フィルタの温度の記憶を開始してもよい。
【００１９】
前記再生手段は、前記推定手段により推定されたＰＭの堆積量が３．２ｇ／Ｌ以上になったときに、前記粒子状物質の燃焼が必要な再生モードであることを判定することができる。すなわち、前記再生手段が再生モードの判定に用いるＰＭの堆積量の閾値は、予め３．２ｇ／Ｌに設定しておくことができる。
【００２０】
また、前記再生手段は、前記再生モードにおいて、前記フィルタの温度が４５０℃以上かつ５００℃以下を満たす前記熱履歴関数の積算値が予め設定された閾値を超えたか否かの判定を、以下の式（１）を用いて行うことができる。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
すなわち、前記再生手段は、前記再生モードにおいて、前記式（１）を満たす場合に、前記熱履歴関数の積算値が予め設定された閾値以上であると判定することができる。また、前記再生手段は、前記再生モードにおいて、前記式（１）を満たさない場合に、前記熱履歴関数の積算値が予め設定された閾値未満であると判定することができる。
【００２３】
前記再生手段は、前記熱履歴関数の積算値が予め設定された関数閾値以上であると判定し、ＰＭの接触性が低下した剥離状態であることを判定した場合に、前記フィルタの温度を５５０℃より高温にして前記粒子状物質を燃焼させる。これにより、従来は再生されずに残留していた剥離状態のＰＭを燃焼させ、残留するＰＭを減少させることができる。
【００２４】
また、前記再生手段は、前記熱履歴関数の積算値が予め設定された関数閾値未満であると判定し、ＰＭの接触性が低下していない接触状態であることを判定した場合に、前記フィルタの温度を５００℃以上かつ５５０℃以下の温度にして前記粒子状物質を燃焼させる。これにより、接触状態のＰＭを比較的低温で燃焼させて、フィルタを再生することができる。なお、ＰＭを燃焼させるときのフィルタの温度制御は、例えば、前記内燃機関へ噴射される燃料を、前記再生手段によって制御することにより行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタに対するＰＭの接触性が低下した場合に、５５０℃より高温でフィルタの再生を行って、再生されずに残留するＰＭを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】エンジン（内燃機関）及びその周辺の機器の一例を示す概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示すブロック図。
【図３】図２に示す排気浄化装置によるＤＰＦ再生フローの一例を示すフロー図。
【図４】図２に示す排気浄化装置によるＤＰＦ再生フローの一例を示すフロー図。
【図５】図３及び図４に示すＤＰＦ再生フローの変形例１を示すフロー図。
【図６】図３及び図４に示すＤＰＦ再生フローの変形例１を示すフロー図。
【図７】図３及び図４に示すＤＰＦ再生フローの変形例２を示すフロー図。
【図８】図３及び図４に示すＤＰＦ再生フローの変形例２を示すフロー図。
【図９】フィルタ出口温度とフィルタ後段温度との関係を示すグラフ。
【図１０】再生前のＤＰＦに堆積したＰＭの一例を示す写真。
【図１１】フィルタ総熱履歴とフィルタ再生温度との関係を示すグラフ。
【図１２】図１１に示す点（ａ）から（ｄ）におけるＤＰＦの断面写真。
【図１３】図４及び図５に示すＤＰＦ再生フローの各パラメータの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を備えたエンジン（内燃機関）及びその周辺の機器の一例を示す概略構成図である。
【００２９】
図示の例で、エンジン１０は、燃焼室１１とインジェクタ１２を備えた４気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１０は、吸気通路２０に吸気マニホールド２１を介して接続され、排気通路３０に排気マニホールド３１を介して接続されている。吸気通路２０には、ターボチャージャ５０のコンプレッサ５１が設けられている。吸気通路２０は、コンプレッサ５１の下流側に、吸入空気の流量を調節するスロットルバルブ２２を有している。
【００３０】
排気マニホールド３１は、排気ガスの一部（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスと称する。）を吸気側へ再循環させるＥＧＲ通路４０を介して吸気マニホールド２１に接続されている。ＥＧＲ通路４０は、ＥＧＲクーラ４１とＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲバルブ４２は、排気通路３０に流れる排気ガスのガス流量を制御するガス流量制御手段として用いることができる。排気通路３０は、排気マニホールド３１よりも下流側にターボチャージャ５０のタービン５２が設けられ、タービン５２の下流側に排気ガスの後処理をする排気浄化部６０が設けられている。
【００３１】
排気浄化部６０は、酸化触媒（以下、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）と称する。）６１と、その下流側に設けられた排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と称する。）を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと称する。）６２と、を備えている。また、排気浄化部６０は、ＤＰＦ６２の温度を測定する温度センサ６３と、排気浄化部６０の入口と出口の差圧を測定する差圧センサ６４を備えている。
【００３２】
ＤＯＣ６１は、例えばエンジン１０の排気中に含まれるＮＯをＮＯ２に酸化する。ＤＰＦ６２は、エンジン１０の排気通路３０に設けられ、エンジン１０の排気中のＰＭを捕集するフィルタであり、当該フィルタに捕捉されたＰＭを燃焼させる触媒を担持している。
【００３３】
ＤＰＦ６２に担持された触媒は、例えば、２族元素、３族元素、７族元素、鉄元素、及び１１族元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むことができる。また、ＤＰＦ６２に担持された触媒は、例えば、酸化物に少なくともＡｇを担持してなることができる。さらに、ＤＰＦ６２に担持された触媒は、例えば、溶融材料を含まずに構成され、当該触媒によるＰＭの燃焼温度が６００℃以下であることができる。
【００３４】
温度センサ６３は、フィルタであるＤＰＦ６２の温度を直接的又は間接的に計測する。温度センサ６３としては、例えば、サーミスタ素子、熱電対、非接触温度センサ等を用いることができる。温度センサ６３は、ＤＰＦ６２に直接設けてもよいし、排気浄化部６０においてＤＰＦ６２の下流側に設置してもよい。温度センサ６３は、エンジンコントロールユニット（Engine Control Unit：以下、ＥＣＵと称する。）８０の入出力部８１に接続されている。
【００３５】
差圧センサ６４は、排気浄化部６０の入口と出口に接続された圧力センサであり、排気通路３０における排気浄化部６０の上流側と下流側の差圧、すなわちＤＰＦ６２の上流側と下流側の差圧を測定する。差圧センサ６４は、ＥＣＵ８０の入出力部８１に接続されている。
【００３６】
ＥＣＵ８０は、入出力部８１と、例えばＣＰＵ等によって構成された演算部８２と、例えばＲＯＭやＲＡＭ等のメモリによって構成された記憶部８３とを有している。入出力部８１、演算部８２、及び記憶部８３は、アドレスバス８４、コントロールバス８５、及びデータバス８６によって互いに接続されている。また、ＥＣＵ８０は、入出力部８１を介してインジェクタ１２に接続されている。
【００３７】
図２は、本実施形態の排気浄化装置１００の構成を示すブロック図である。
【００３８】
本実施形態の排気浄化装置１００は、フィルタであるＤＰＦ６２と、再生手段１１０と、計測手段１２０と、記憶手段１３０と、推定手段１４０と、を備えている。
【００３９】
再生手段１１０、計測手段１２０、記憶手段１３０、及び推定手段１４０は、例えば図１に示すＥＣＵ８０によって構成することができる。すなわち、再生手段１１０、計測手段１２０、記憶手段１３０、及び推定手段１４０は、例えばメモリやハードディスク等の記憶装置である記憶部８３と、該記憶部８３に記憶されたデータやプログラムと、これらを用いて各種の演算を行う演算部８２と、を含むことができる。
【００４０】
再生手段１１０は、例えば、図１に示すインジェクタ１２をさらに含むことができる。再生手段１１０は、例えば、ＥＣＵ８０によってインジェクタ１２を制御し、未燃焼の燃料が排気ガスに混じって排出されやすい状況を作り出すことで、ＤＰＦ６２に堆積したＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ６２を再生する。
【００４１】
計測手段１２０は、例えば、図１に示す温度センサ６３をさらに含むことができる。計測手段１２０は、ＥＣＵ８０によって温度センサ６３を制御し、フィルタであるＤＰＦ６２の温度を計測する。
【００４２】
記憶手段１３０は、計測手段１２０によって計測されたＤＰＦ６２の温度を、例えば図１に示すＥＣＵ８０の記憶部８３に記憶する。また、記憶手段１３０は、ＤＰＦ６２の温度と時間との関数である熱履歴関数を、記憶部８３に予め記憶しておくことができる。
【００４３】
記憶手段１３０に記憶される熱履歴関数は、例えば、ＤＰＦ６２の温度をＴ［℃］とし、Ｔの範囲を４５０≦Ｔ≦５００とし、ＤＰＦ６２の温度の計測時間をｘ［ｍｉｎ］とし、Ｃ＝−０．００８Ｔ２＋７Ｔ−１４４０としたときに、ｆ（ｘ）＝ｘ／Ｃによって表すことができる。
【００４４】
推定手段１４０は、例えば、図１に示す差圧センサ６４をさらに含むことができる。推定手段１４０は、ＥＣＵ８０によって差圧センサ６４を制御して、排気浄化部６０の入口と出口の差圧を計測する。また、推定手段１４０は、例えば、差圧センサ６４によって計測された差圧に基づいて、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量を推定することができる。より具体的には、例えば、予め実験等を行って、排気浄化部６０の上流と下流の差圧、すなわちＤＰＦ６２の上流と下流の差圧と、ＰＭの堆積量との関係を求め、得られた差圧と堆積量との関係を、例えば記憶手段１３０に記憶することができる。これにより、推定手段１４０は、差圧センサ６４によって計測した差圧と、記憶手段１３０に保存された差圧と堆積量との関係に基づいて、ＰＭの堆積量を推定することができる。
【００４５】
また、推定手段１４０は、ＰＭの堆積量をＥＣＵ８０のエンジン１０に対する指令値から算出及び積算して推定することができる。より具体的には、例えば、予め実験等を行って、エンジン１０に対する指令値とＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量との関係を求め、得られた指令値と堆積量との関係を、例えば記憶手段１３０に記憶することができる。また、推定手段１４０は、エンジン１０に対する指令値の履歴を、記憶手段１３０に記憶させることができる。これにより、推定手段１４０は、記憶手段１３０に記憶された指令値と堆積量との関係と、指令値の履歴とに基づいて、ＰＭの堆積量を推定することができる。
【００４６】
以下、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置１００によってフィルタであるＤＰＦ６２の再生を行うフローの一例について、図３及び図４を用いて説明する。
【００４７】
図３及び図４は、排気浄化装置１００によるＤＰＦ６２の再生フローの一例を示すフロー図である。まず、ステップＳ１において、図１に示すエンジン１０が始動される。次に、ステップＳ２において、推定手段１４０は、差圧センサ６４を用いたＤＰＦ６２の上流と下流の差圧（ΔＰ／Ｇａ）の計測を開始する。次に、ステップＳ３において、計測手段１２０は、温度センサ６３を用いて、ＤＰＦ６２の温度を計測し、記憶手段１３０は、計測手段１２０によって計測されたＤＰＦ６２の温度を、図１に示すＥＣＵ８０の記憶部８３に記憶する。
【００４８】
次に、ステップＳ４において、推定手段１４０は、ＤＰＦ６２の上流と下流の差圧（Δｐ／Ｇａ）が予め設定された閾値、すなわち所定値Ｐ１未満である場合に、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が予め設定された閾値未満であると推定し、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７において、推定手段１４０は、ＤＰＦ６２の状態をＰＭの捕集が可能な状態と判定し、ステップＳ２へ戻り、ＤＰＦ６２の上流と下流の差圧（Δｐ／Ｇａ）を計測する。
【００４９】
また、ステップＳ４において、推定手段１４０は、ＤＰＦ６２の上流と下流の差圧（Δｐ／Ｇａ）が予め設定された閾値、例えば所定値Ｐ１以上である場合に、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が予め設定された閾値以上であると推定し、ステップＳ５へ進む。
【００５０】
ステップＳ５において、再生手段１１０は、測温モードであることを示すフラグ１をＯＮにする。すなわち、再生手段１１０は、推定手段１４０により推定されたＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が予め設定された閾値以上になった場合に、ＤＰＦの熱履歴が必要な測温モードであることを判定する。続くステップＳ６において、再生手段１１０は、ＤＰＦ６２の状態をＰＭの接触性が低下する懸念がある状態であるとみなし、ステップＳ８へ進む。
【００５１】
ステップＳ８において、再生手段１１０は、計測手段１２０によって計測されて記憶手段１３０によって記憶されたＤＰＦ６２の温度を参照して、ＤＰＦ６２の温度が予め設定された下限温度Ｔ１以上かつ予め設定された上限温度Ｔ２以下であるか否かを判定する。ここで、ＤＰＦ６２の下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２は、それぞれ、例えば４５０℃及び５００℃に設定することができる。ステップＳ８において、再生手段１１０によって、ＤＰＦ６２の温度が下限温度Ｔ１以上かつ上限温度Ｔ２以下であることが判定された場合には、ステップＳ９へ進む。
【００５２】
ステップＳ９において、再生手段１１０は、フラグ２がＯＦＦであるかを確認し、フラグ２がＯＦＦである場合にステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１において、再生手段１１０は、フラグ２をＯＮにしてステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２において、再生手段１１０は、記憶手段１３０によって記憶された前回のＤＰＦ６２の温度を参照して、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３において、再生手段１１０は、計測手段１２０によって測定されたＤＰＦ６２の温度を、記憶手段１３０によって所定のサンプリング周期で記憶することを開始させ、ステップＳ１５へ進む。
【００５３】
一方、ステップＳ９において、再生手段１１０によってフラグ２がＯＮであることが判定された場合には、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４において、再生手段１１０は、計測手段１２０によって測定されたＤＰＦ６２の温度を、記憶手段１３０によって所定のサンプリング周期で記憶することを継続し、ステップＳ１５へ進む。
【００５４】
ＤＰＦ６２の再生モードであるステップＳ１５において、再生手段１１０は、記憶手段１３０に記憶されたＤＰＦ６２の温度の履歴と、熱履歴関数ｆ（ｘ）とを参照する。そして、再生手段１１０は、以下の式（１）に基づいて、ＤＰＦ６２の温度が４５０℃以上かつ５００℃以下を満たす熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する。なお、本実施形態において、熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値の閾値は、予め１に設定されている。
【００５５】
【数１】
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【００５６】
ステップＳ１５において、熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が予め設定された閾値以上である場合、すなわち、再生手段１１０によって、前記式（１）を満たすと判定された場合には、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６において、再生手段１１０は、フラグ４がＯＮであるか否かを判定する。
【００５７】
ステップＳ１６において、再生手段１１０によってフラグ４がＯＮであることが判定された場合には、ステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７において、再生手段１１０は、フラグ４をオＯＦＦにしてステップＳ１８へ進む。
【００５８】
一方、ステップＳ１６において、再生手段１１０によってフラグ４がＯＮであることが判定されなかった場合には、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８において、再生手段１１０は、フラグ３をＯＮにしてステップＳ１９へ進む。
【００５９】
ステップＳ１９において、再生手段１１０は、ＤＰＦ６２の状態が再生を要する状態１であること、すなわちＤＰＦ６２に対するＰＭの接触性が低下した剥離状態であることを判定し、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０において、再生手段１１０は、ＤＰＦ６２の温度を５５０℃より高温の再生温度１にしてＰＭを燃焼させ、ステップＳ２７へ進む。
【００６０】
一方、ステップＳ１５において、熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が予め設定された閾値未満である場合、すなわち、再生手段１１０によって、前記式（１）を満たさないと判定された場合には、ステップＳ１６−１へ進む。
【００６１】
また、ステップＳ８において、再生手段１１０によって、ＤＰＦ６２の温度が下限温度Ｔ１未満であること、又は上限温度Ｔ２より高温であることが判定された場合には、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０において、再生手段１１０は、フラグ２がＯＮであるかを確認し、ＯＮである場合にステップＳ２５へ進む。ステップＳ２５において、再生手段１１０は、フラグ２をＯＦＦにし、ステップＳ２６へ進む。ステップＳ２６において、計測手段１２０によって計測されたＤＰＦ６２の温度を記憶手段１３０によって記憶することを終了し、ステップＳ１６−１へ進む。一方、ステップＳ１０において、再生手段１１０は、フラグ２がＯＦＦである場合に、ステップＳ１６−１へ進む。
【００６２】
ステップＳ１６−１において、再生手段１１０は、フラグ４がＯＮであるか否かを判定する。ステップＳ１６−１において、再生手段１１０によってフラグ４がＯＮであることが判明された場合は、ステップＳ２７へ進む。一方、ステップＳ１６−１において再生手段１１０によってフラグ４がＯＮであることが判定されなかった場合は、ステップＳ２１へ進む。
【００６３】
ステップＳ２１において、推定手段１４０は、ＤＰＦ６２の上流と下流の差圧（Δｐ／Ｇａ）が予め設定された閾値、例えば所定値Ｐ２以上であるか否かを判定することで、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が閾値以上であるか否かを判定する。ステップＳ２１において、再生手段１１０によって差圧（Δｐ／Ｇａ）が所定値Ｐ２以上であると判定され、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が閾値以上であると判定されると、ステップＳ２２へ進む。
【００６４】
ステップＳ２２において、再生手段１１０は、フラグ４をＯＮにして、ステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３において、再生手段１１０は、ＤＰＦ６２の状態が再生を必要とする状態２であること、すなわち、ＤＰＦ６２が特定の温度履歴を経ておらず、ＤＰＦ６２に対するＰＭの接触性が低下していない接触状態であることを判定し、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４において、再生手段１１０は、ＤＰＦ６２の温度を５００℃以上かつ５５０℃以下の再生温度２にしてＰＭを燃焼させ、ステップＳ２７へ進む。
【００６５】
一方、ステップＳ２１において、推定手段１４０によって、差圧（Δｐ／Ｇａ）が所定値Ｐ２未満であると判定された場合に、ステップＳ８へ戻り、再生手段１１０によってＤＰＦ６２の温度が予め設定された下限温度Ｔ１以上かつ予め設定された上限温度Ｔ２以下であるか否かを判定する。
【００６６】
ステップＳ２７において、再生手段１１０は、推定手段１４０によって計測されたＤＰＦ６２の上流と下流の差圧（Δｐ／Ｇａ）が、予め設定された閾値、例えば所定値Ｐ３以下であるか否かを判定する。ステップＳ２７において、再生手段１１０は、差圧（Δｐ／Ｇａ）が所定値Ｐ３以下である場合に、ステップＳ２８へ進む。
【００６７】
ステップＳ２８において、再生手段１１０は、ＤＰＦ６２の状態をＰＭの酸化が完了した状態と認識し、ステップＳ２９へ進む。ステップＳ２９において、再生手段１１０は、フラグ１からフラグ４をすべてＯＦＦにして、ステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０において、再生手段１１０は、記憶手段１３０によって記憶されたＤＰＦ６２の温度の履歴をリセットして、ステップＳ３１へ進む。ステップＳ３１において、再生手段１１０は、ＤＰＦ６２の再生を終了する。
【００６８】
一方、ステップＳ２７において、再生手段１１０は、差圧（Δｐ／Ｇａ）が所定値Ｐ３よりも高い場合に、ステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２において、再生手段１１０は、ＤＰＦ６２の再生を継続し、ステップＳ３３へ進む。ステップＳ３３において、再生手段１１０は、フラグ４がＯＮであるか否かを判定する。
【００６９】
ステップＳ３３において、再生手段１１０によってフラグ４がＯＮであることが判定された場合には、ステップＳ８へ戻る。一方、ステップＳ３３において、再生手段１１０によってフラグ４がＯＮであることが判定されなかった場合には、ステップＳ２７へ戻る。
【００７０】
次に、図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローの変形例１について説明する。図５及び図６は、図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローの変形例１を示すフロー図である。
【００７１】
本変形例のＤＰＦ６２の再生フローは、主に、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量を、エンジン１０の指令値から算出及び積算して推定する点で、前述の図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローと異なっている。本変形例のＤＰＦ６２の再生フローのその他の点は、前述の図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローと同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７２】
本変形例のＤＰＦ６２の再生フローにおいて、内燃機関の排気浄化装置１００は、前述の図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローと同様に、ステップＳ１、ステップＳ２、及びステップＳ３を経て、ステップＳ４ａを実行する。ステップＳ４ａにおいて、推定手段１４０は、ＰＭの堆積量をＥＣＵ８０のエンジン１０に対する指令値から算出及び積算して推定し、ステップＳ４ｂへ進む。
【００７３】
ステップＳ４ｂにおいて、推定手段１４０は、算出及び積算したＰＭの堆積量の推定値が、予め設定された閾値、例えば所定値Ｑ１以上である場合に、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が予め設定された閾値以上であると推定し、ステップＳ５へ進む。また、ステップＳ４ｂにおいて、推定手段１４０は、算出及び積算したＰＭの堆積量の推定値が、予め設定された閾値、例えば所定値Ｑ１未満である場合に、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が予め設定された閾値未満であると推定し、ステップＳ７へ進む。
【００７４】
また、本変形例のＤＰＦ６２の再生フローでは、ステップＳ２１の代わりにステップＳ２１ａが実行される。ステップＳ２１ａにおいて、推定手段１４０は、算出及び積算したＰＭの堆積量の推定値が、予め設定された閾値、例えば所定値Ｑ２以上である場合に、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が予め設定された閾値以上であると推定し、ステップＳ２２へ進む。また、ステップＳ２１ａにおいて、推定手段１４０は、ＰＭの堆積量の推定値が、所定値Ｑ２未満である場合に、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が予め設定された閾値未満であると推定し、ステップＳ８へ戻る。
【００７５】
次に、図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローの変形例２について説明する。図７及び図８は、図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローの変形例２を示すフロー図である。
【００７６】
本変形例のＤＰＦ６２の再生フローは、主に、計測手段１２０が、図１に示すＤＰＦ６２の下流側すなわちＤＰＦ６２の後段に設置された温度センサ６３ａを用いてＤＰＦ６２の温度を推定する点で、前述の図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローと異なっている。本変形例のＤＰＦ６２の再生フローのその他の点は、前述の図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローと同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７７】
本変形例のＤＰＦ６２の再生フローにおいて、内燃機関の排気浄化装置１００は、前述の図３及び図４に示すＤＰＦ６２の再生フローと同様に、ステップＳ１及びステップＳ２を経て、ステップＳ３ａを実行する。ステップＳ３ａにおいて、計測手段１２０は、温度センサ６３ａを用いて、ＤＰＦ６２の出口の温度を計測し、記憶手段１３０は、計測手段１２０によって計測されたＤＰＦ６２の出口の温度を、図１に示すＥＣＵ８０の記憶部８３に記憶する。
【００７８】
また、本変形例のＤＰＦ６２の再生フローでは、ステップＳ６の後に、ステップＳ６ａを実行する。ステップＳ６ａにおいて、再生手段１１０は、計測手段１２０によって計測され、記憶手段１３０によって記憶されたＤＰＦ６２の出口の温度から、ＤＰＦ６２の温度を推定し、ステップＳ８ａへ進む。
【００７９】
図９は、フィルタ出口温度、すなわちＤＰＦ６２の出口の温度と、フィルタ後段温度、すなわちＤＰＦ６２の温度との関係を示すグラフである。図９に示すように、フィルタ出口温度、すなわちＤＰＦ６２の出口の温度と、フィルタ後段温度、すなわちＤＰＦ６２の温度とは、概ね正比例の関係にある。したがって、図９に示す関係を予め記憶手段１３０によって記憶しておくことで、再生手段１１０は、計測手段１２０によって計測され、記憶手段１３０によって記憶されたＤＰＦ６２の出口の温度から、ＤＰＦ６２の温度を推定することができる。
【００８０】
ステップＳ８ａにおいて、再生手段１１０は、ステップＳ６ａで推定したＤＰＦ６２の温度が、予め設定された下限温度Ｔ１以上かつ予め設定された上限温度Ｔ２以下であるか否かを判定する。
【００８１】
以下、前述のＤＰＦ６２の各再生フローを実施可能な本実施形態の内燃機関の排気浄化装置１００の作用について説明する。
【００８２】
図１に示すエンジン１０の吸気行程では、スロットルバルブ２２によって吸入空気量が調整され、インジェクタ１２によって燃焼室１１内に燃料が噴射され、燃焼が行われる。燃焼後の排気ガスは、排気マニホールド３１から排気通路３０に流れ、排気ガス中の、未燃焼の炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、一酸化窒素ＮＯは、排気浄化部６０に備えられたＤＯＣ６１によって無害化処理される。また、排気ガス中のＰＭは、ＤＰＦ６２によって捕捉される。
【００８３】
ＤＰＦ６２によって捕捉されたＰＭは、ＤＰＦ６２に堆積して排気ガスの流れを妨げ、浄化能力を低下させるため、堆積したＰＭを燃焼させて除去するＤＰＦ６２の再生が行われる。ＤＰＦ６２の再生段階では、ＤＰＦ６２に堆積したＰＭが燃焼することで、ＤＰＦ６２からＰＭが除去される。
【００８４】
しかし、ＰＭの燃焼温度が、例えば５００℃程度の低温でＤＰＦ６２の再生を行うと、堆積したＰＭ層にクラックが生じ、クラックが生じた部分のＰＭ層がカールしてＤＰＦ６２から浮き上がる現象が生じる場合がある。ＰＭ層にクラックが入る理由は明らかではないが、ＰＭに含まれるＳＯＦ成分（直鎖系脂肪族）が重合して多環系の芳香族を形成し、この重合によりＰＭ層が収縮することが一つの要因と考えられる。
【００８５】
以下の表１に、ＰＭの堆積量［g/L］とＰＭの浮き上がりの有無の一例を示す。なお、ＰＭの堆積量は、ＤＰＦ６２の入口と出口の差圧によって推定することができる。
【００８６】
【表１】
2017180343.tif 000005
【００８７】
図１０は、再生前のＤＰＦ６２に堆積したＰＭの一例を示す写真である。図１０において、（ａ）は、ＤＰＦ６２の表面写真であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＤＰＦ６２の断面写真である。図１１は、フィルタ総熱履歴、すなわちＤＰＦ６２の総熱履歴と、フィルタ再生温度、すなわちＤＰＦ６２の再生温度との関係を示すグラフである。図１２は、図１１に示す点（ａ）から（ｄ）におけるＤＰＦ６２の断面写真である。
【００８８】
図１０に示すように、再生前のＤＰＦ６２には、黒色のＰＭが層状に堆積している。また、図１１の点（ａ）に示すように、例えば、フィルタ再生温度が５００［℃］で、フィルタ総熱履歴が９０［ｍｉｎ］未満の場合には、図１２の（ａ）の断面写真に示すように、ＰＭの接触性の低下とＰＭの浮き上がりは見られない。
【００８９】
これに対し、図１１の点（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）に示すように、例えば、フィルタ再生温度が４００［℃］以上かつ５００［℃］以下でも、フィルタ総熱履歴が９０［ｍｉｎ］を超える場合には、図１２の（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の断面写真に示すように、ＰＭの接触性の低下とＰＭの浮き上がりが見られる。また、図１１の点（ｂ）に対応する図１２の（ｂ）の断面写真では、浮き上がったＰＭが移動してＤＰＦ６２から除去されている。これに対し、図１１の点（ｃ）及び（ｄ）に対応する図１２の（ｃ）及び（ｄ）の断面写真では、接触性が低下して浮き上がったＰＭがＤＰＦ６２に残留している。
【００９０】
このように、ＤＰＦ６２に堆積したＰＭの一部がＤＰＦ６２から浮き上がった状態になると、ＤＰＦ６２の入口と出口の差圧は低下するが、ＤＰＦ６２にＰＭが残留している。そのため、前記特許文献１に記載された装置では、ＤＰＦの再生時において、ＰＭの堆積量が推定値を超え、再生されずに残留するＰＭが増加する虞がある。
【００９１】
これに対し、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置１００は、前述のようにエンジン１０の排気に含まれるＰＭを捕集するフィルタであるＤＰＦ６２と、該ＤＰＦ６２に堆積したＰＭを燃焼させる再生手段１１０と、を備える。さらに、排気浄化装置１００は、ＤＰＦ６２の温度を計測する計測手段１２０と、計測手段１２０によって計測されたＤＰＦ６２の温度を記憶するとともにＤＰＦ６２の温度と時間との関数である熱履歴関数ｆ（ｘ）が記憶された記憶手段１３０と、ＰＭの堆積量を推定する推定手段１４０と、を備える。
【００９２】
そして、再生手段１１０は、推定手段１４０により推定されたＰＭの堆積量が予め設定された閾値以上である場合に、ＰＭの燃焼が必要な再生モードであることを判定する。この再生モードにおいて、再生手段１１０は、記憶手段１３０に記憶されたＤＰＦ６２の温度の履歴と熱履歴関数ｆ（ｘ）とを参照し、ＤＰＦ６２の温度が４５０℃以上かつ５００℃以下の範囲にある熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値を、前記式（１）によって求める。
【００９３】
さらに、再生手段１１０は、熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が予め設定された閾値以上である場合に、ＰＭの接触性が低下した剥離状態であることを判定し、前記積算値が予め設定された閾値未満である場合に、ＰＭの接触性が低下していない接触状態であることを判定する。そして、再生手段１１０は、前記剥離状態において、ＤＰＦ６２の温度を５５０℃よりも高温にしてＰＭを燃焼させ、前記接触状態において、ＤＰＦ６２の温度を５００℃以上かつ５５０℃以下の温度にしてＰＭを燃焼させる。
【００９４】
図１３は、図４及び図５に示すＤＰＦ６２の再生フローにおける各パラメータの関係を示すグラフである。図１３において、（ａ）は、横軸を運転時間、縦軸をＤＰＦ６２の差圧とするグラフであり、（ｂ）は、横軸を運転時間、縦軸をＤＰＦ６２の温度とするグラフであり、（ｃ）は、横軸を運転時間、縦軸を、再生モードでＤＰＦ６２の温度が４５０℃以上かつ５００℃以下を満たす熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値とするグラフである。
【００９５】
なお、図１３の（ａ）から（ｃ）において、実線は、図１３（ｃ）に示す熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が１に到達する場合を示している。また、図１３の（ａ）から（ｃ）において、破線は、図１３（ｃ）に示す熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が１に到達することなく、図１３（ａ）に示すＤＰＦ６２の差圧（ΔＰ／Ｇａ）が所定値Ｐ２に到達する場合を示している。
【００９６】
例えば、図３に示すステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ７を繰り返すうちに、ＤＰＦ６２に対するＰＭの堆積量が増加し、図１３（ａ）に示すように、ＤＰＦ６２の入口と出口の差圧が上昇し、やがて所定値Ｐ１に達する。すると、図３及び図４に示すように、ステップＳ４からステップＳ５、Ｓ６へ進み、再生手段１１０は、再生モードになり、ＤＰＦ６２の温度が４５０℃以上かつ５００℃以下を満たす熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算が開始される。
【００９７】
そして、図１３（ｃ）において実線で示すように、熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が１に到達すると、図４に示すように、ステップＳ１５からステップＳ１６へ進む。さらに、ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ２０へ進み、再生手段１１０は、ＰＭを剥離状態と判定し、図１３（ｂ）に実線で示すように、ＤＰＦ６２の温度を５５０℃より高温にする。
【００９８】
このように、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置１００は、一定の熱履歴を経て、図１２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、一部がＤＰＦ６２から浮き上がった状態で残留している剥離状態のＰＭを検知し、効率よく燃焼させて除去することができる。したがって、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置１００によれば、ＤＰＦ６２に対するＰＭの接触性が低下した場合でも、再生されずに残留するＰＭを減少させることができる。
【００９９】
また、図１３（ｃ）において破線で示すように、熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が１に到達することなく、図１３（ａ）において破線で示すように、ＤＰＦ６２の差圧が所定値Ｐ２に到達する場合がある。この場合、図４に示すステップＳ１５から、ステップＳ１６−１、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、及びＳ２４へ進み、再生手段１１０は、ＰＭを接触状態と判定し、図１３（ｂ）に破線で示すように、ＤＰＦ６２の温度を５００℃以上かつ５５０℃以下の温度にする。
【０１００】
この場合、ＤＰＦ６２の温度が４５０℃以上かつ５００℃以下を満たす熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算を継続し、熱履歴関数ｆ（ｘ）の積算値が１に到達すると、図４に示すように、ステップＳ１５からステップＳ１６へ進む。さらに、ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ２０へ進み、再生手段１１０は、ＰＭを剥離状態と判定し、図１３（ｂ）に実線で示すように、ＤＰＦ６２の温度を５５０℃より高温にする。
【０１０１】
このように、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置１００は、一定の熱履歴を経ておらず、図１２（ａ）に示すように、ＤＰＦ６２から剥離していない接触状態のＰＭを検知し、比較的低温で燃焼させて除去することができる。したがって、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置１００によれば、ＤＰＦ６２の再生温度を低下させることができる。
【０１０２】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【０１０３】
例えば、前記記憶手段は、前記推定手段により推定されたＰＭの堆積量が３．２ｇ／Ｌ以上になったときに、前記計測手段によって計測された前記フィルタの温度の記憶を開始してもよい。
【０１０４】
また、前記再生手段は、前記推定手段により推定されたＰＭの堆積量が３．２ｇ／Ｌ以上になったときに、前記粒子状物質の燃焼が必要な再生モードであることを判定することができる。すなわち、前記再生手段が再生モードの判定に用いるＰＭの堆積量の閾値は、予め３．２ｇ／Ｌに設定しておくことができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０    エンジン（内燃機関）
６２    ＤＰＦ（フィルタ）
１００  排気浄化装置
１１０  再生手段
１２０  計測手段
１３０  記憶手段
１４０  推定手段
【図１】
2017180343.tif 000006
【図２】
2017180343.tif 000007
【図３】
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【図４】
2017180343.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
2017180343.tif 000012
【図８】
2017180343.tif 000013
【図９】
2017180343.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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