(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン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におけるパティキュレート堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタの再生を行うようにしたフィルタ制御装置において、
前記エンジンの負荷状態を示す負荷状態データに基づいてパティキュレートの推定発生量を演算する第１推定発生量演算手段と前記負荷状態の変化量を示す変化量データに基づいてパティキュレートの推定発生量を演算する第２推定発生量演算手段とを有し前記第１及び第２推定発生量演算手段の各演算結果の加算値に基づいてパティキュレート推定発生量を演算する第１演算手段と、
前記エンジンの排気状態に基づいて前記パティキュレートの推定自己再生量を演算する第２演算手段と、
前記第１及び第２演算手段に応答しそのときのフィルタにおけるパティキュレートの推定堆積量を演算する第３演算手段と、
該第３演算手段による演算結果を所与の基準値と比較して前記フィルタの再生を開始するか否かを判別する判別手段と
を備えて成ることを特徴とするフィルタ制御装置。
【請求項２】
前記負荷状態データが少なくともアクセル操作量又は変速機のギヤ比を示すデータを含んでいる請求項１記載のフィルタ制御装置。
【請求項３】
前記変化量データが、少なくともアクセル操作量の変化量又は前記エンジンの回転数の変化量を示すデータを含んでいる請求項１記載のフィルタ制御装置。
【請求項４】
前記第１演算手段が、前記エンジンの始動動作の度に前記推定発生量に所定値を加算するように構成されている請求項１記載のフィルタ制御装置。
【請求項５】
前記第２演算手段において、フィルタにおける空気の流量とパティキュレートの堆積量とをさらに考慮して推定自己再生量を演算するようにした請求項１記載のフィルタ制御装置。
【請求項６】
前記エンジンが始動されたか否かを判定するための始動判定手段をさらに備え、前記第１演算手段において、該始動判定手段によって前記エンジンが始動されたと判定された度にそのときのパティキュレート推定発生量に所定値が加算される請求項１記載のフィルタ制御装置。
【請求項７】
前記第１演算手段における前記パティキュレート推定発生量の演算において、少なくともエンジン冷却水温度又は外気温が考慮されている請求項１、２、３、４又は６記載のフィルタ制御装置。
【請求項８】
前記第１演算手段において演算されるパティキュレート推定発生量の初期値を前記フィルタの再生回数に応じて定める請求項１、２、３、４、５又は６記載のフィルタ制御装置。
【請求項９】
前記基準値が前記フィルタの再生回数に応じて定められる請求項１記載のフィルタ制御装置。
【請求項１０】
前記フィルタの再生回数が所定値に達したときに前記フィルタの交換を促すための警報が出力される請求項９記載のフィルタ制御装置。
【請求項１１】
前記第２演算手段において、フィルタにおける空気の流量をさらに考慮して推定自己再生量を演算するようにした請求項１記載のフィルタ制御装置。
【請求項１２】
前記第２演算手段において、フィルタにおけるパティキュレートの堆積量をさらに考慮して推定自己再生量を演算するようにした請求項１記載のフィルタ制御装置。
【請求項１３】
前記基準値が、さらにフィルタ中に堆積される不燃灰の量を考慮して定められる請求項９記載のフィルタ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン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を適切なタイミングで再生することができるようにしたフィルタ制御装置に関する。
【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は、いずれも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ている。したがって、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、ついにはフィルタが目詰まり状態となり、排気抵抗の上昇による損失が増大してしまう。
【０００３】
このため、従来にあっては、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、再びパティキュレートの捕集ができるようにしている。このように、フィルタの再生はフィルタを加熱することによるパティキュレートの焼却という手段によるため、フィルタには熱負荷が掛かることになるので、フィルタの捕集能力に見合った適切なタイミングで再生を繰り返すようにしてフィルタの再生頻度を最小限に抑え、フィルタを有効に利用しなければならない。
【０００４】
そこで、従来においては、フィルタの前後における排気ガスの差圧を計測することによりフィルタに堆積されたパティキュレートの量を推定し、この推定結果に従ってフィルタの再生タイミングを決定し、フィルタの再生制御を行うようにした構成が広く用いられている。また、特開２０００−１７０５２１号公報には、差圧計測を行うことなしに、機関の運転状態を示す各種パラメータに基づいて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適切なパティキュレートフィルタの再生操作を行うことができるようにした方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−１７０５２１号公報に開示されている構成によると、機関の運転状態からパティキュレートの排出量を算出すると共に捕集効率をも算出し、パティキュレートの排出量と捕集効率とからパティキュレート捕集量を算出している。ここで、パティキュレートの排出量の算出を燃料噴射量とエンジン回転数とに基づいて行っているが、パティキュレートの排出量は機関のその他の運転効率によっても大きく影響を受けるため、燃料噴射量とエンジン回転数とに基づく推定によってはパティキュレートの発生量を精度よく算出することはできない。したがって、パティキュレート捕集用のフィルタの適切な再生タイミングを精度良く推定することは困難である。
【０００６】
フィルタの再生タイミングを精度良く推定するには、パティキュレートの堆積量を精度よく積算することのほか、自己再生量も精度よく推定しなければならない。しかし、従来のこの推定は単に排気ガス温度とその時間長さのみによっており、パティキュレートの実際の燃焼状態に影響を与えるその他の因子を考慮していなかったので、必ずしも精度よく自己再生量の推定を行うことができなかった。
【０００７】
また、パティキュレートはフィルタの加熱や排気ガス温度の上昇によって燃焼し、再生されるが、フィルタにおける自己再生を効率よく行わせるために燃料中に添加剤を加える場合にあっては、この添加剤が不燃灰としてフィルタ内に堆積され、フィルタ目詰まりの原因となる。したがって、これを考慮した再生タイミングの決定を行うことが必要であるが、従来においてはこの点を考慮してフィルタの再生タイミングを決定していないため、フィルタを適切なタイミングで再生することができなかった。
【０００８】
さらに、フィルタを再生して繰り返し使用する場合にあっては、フィルタに堆積するパティキュレートの量の推定のほかに、フィルタの交換時期を適切に判断する必要がある。この場合、フィルタの捕集効率の値をフィルタ交換の１つの目安とすることはできるが、フィルタの捕集効率自体もフィルタの再生回数に影響を受けることとなり、適切なフィルタ交換時期を判断する有力な方法は未だ確立されていない。
【０００９】
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、フィルタ制御装置を提供することにある。
【００１０】
【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、エンジン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におけるパティキュレート堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタの再生を行うようにしたフィルタ制御装置において、前記エンジンの負荷状態を示す負荷状態データに基づいてパティキュレートの推定発生量を演算する第１推定発生量演算手段と前記負荷状態の変化量を示す変化量データに基づいてパティキュレートの推定発生量を演算する第２推定発生量演算手段とを有し前記第１及び第２推定発生量演算手段の各演算結果の加算値に基づいてパティキュレート推定発生量を演算する第１演算手段と、前記エンジンの排気状態に基づいて前記パティキュレートの推定自己再生量を演算する第２演算手段と、前記第１及び第２演算手段に応答しそのときのフィルタにおけるパティキュレートの推定堆積量を演算する第３演算手段と、該第３演算手段による演算結果を所与の基準値と比較して前記フィルタの再生を開始するか否かを判別する判別手段とを備えて成ることを特徴とするフィルタ制御装置が提案される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記負荷状態データが少なくともアクセル操作量又は変速機のギヤ比を示すデータを含んでいるフィルタ制御装置が提案される。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、前記変化量データが、少なくともアクセル操作量の変化量又は前記エンジンの回転数の変化量を示すデータを含んでいるフィルタ制御装置が提案される。
【００１３】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明において、前記第１演算手段が、前記エンジンの始動動作の度に前記推定発生量に所定値を加算するように構成されているフィルタ制御装置が提案される。
【００１４】
請求項５の発明によれば、請求項１の発明において、前記第２演算手段において、フィルタにおける空気の流量とパティキュレートの堆積量とをさらに考慮して推定自己再生量を演算するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１５】
請求項６の発明によれば、請求項１の発明において、前記エンジンが始動されたか否かを判定するための始動判定手段をさらに備え、前記第１演算手段において、該始動判定手段によって前記エンジンが始動されたと判定された度にそのときのパティキュレート推定発生量に所定値が加算されるフィルタ制御装置が提案される。
【００１６】
請求項７の発明によれば、請求項１、２、３、４又は６の発明において、前記第１演算手段における前記パティキュレート推定発生量の演算において、少なくともエンジン冷却水温度又は外気温が考慮されているフィルタ制御装置が提案される。
【００１７】
請求項８の発明によれば、請求項１、２、３、４は６の発明において、前記第１演算手段において演算されるパティキュレート推定発生量の初期値を前記フィルタの再生回数に応じて定めるフィルタ制御装置が提案される。
【００１８】
請求項９の発明によれば、請求項１の発明において、前記基準値が前記フィルタの再生回数に応じて定められるフィルタ制御装置が提案される。
【００１９】
請求項１０の発明によれば、請求項９の発明において、前記フィルタの再生回数が所定値に達したときに前記フィルタの交換を促すための警報が出力されるフィルタ制御装置が提案される。
【００２０】
請求項１１の発明によれば、請求項１の発明において、前記第２演算手段において、フィルタにおける空気の流量をさらに考慮して推定自己再生量を演算するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００２１】
請求項１２の発明によれば、請求項１の発明において、前記第２演算手段において、フィルタにおけるパティキュレートの堆積量をさらに考慮して推定自己再生量を演算するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００２３】
請求項１３の発明によれば、請求項９の発明において、前記基準値が、さらにフィルタ中に堆積される不燃灰の量を考慮して定められるフィルタ制御装置が提案される。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１は、本発明によるフィルタ制御装置を備えた排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す構成図である。排気ガス処理装置１は、ディーゼルエンジン２の排気ガス中に含まれるパティキュレートを後処理するための装置であり、ディーゼルエンジン２の排気マニホールド３の出口端３Ａと排気マフラー４との間に設けられている。排気ガス処理装置１は、排気マニホールド３の出口端３Ａにおける入口側で２又に分岐し、排気マフラー４側において１つに集合するよう相互にバイパス通路となる一対の並行通路部分を有する排気ガス通路５を有し、この並行通路部分を構成する第１分岐通路５１及び第２分岐通路５２には、排気ガス中のパティキュレートを捕集するための第１フィルタ６１及び第２フィルタ６２がそれぞれ設けられている。
【００２６】
第１フィルタ６１、第２フィルタ６２は、いずれもこの種の目的で使用される公知の構成のものであり、第１分岐通路５１に送られた排気ガスは全て第１フィルタ６１を通過して排気マフラー４側に送られ、このとき第１フィルタ６１によって排気ガス中に含まれるパティキュレートを効果的に捕集することができる構成となっている。第２フィルタ６２についても同様である。
【００２７】
排気ガス中に含まれるパティキュレートを第１フィルタ６１及び第２フィルタ６２によって構成される一対のフィルタのうちの一方のフィルタによって捕集させるため、排気ガス通路５の出口側には、第１分岐通路５１又は第２分岐通路５２の一方に排気ガスを選択的に流すための切換弁装置７が設けられている。切換弁装置７は、第１分岐通路５１の出口部分５１Ａ内に設けられ、出口部分５１Ａを通る排気ガスの流量を任意に調節可能な第１流量調節弁７１と、第２分岐通路５２の出口部分５２Ａ内に設けられ、出口部分５２Ａを通る排気ガスの流量を任意に調節可能な第２流量調節弁７２とを備えて成っている。
【００２８】
第１流量調節弁７１及び第２流量調節弁７２は、後で詳しく述べるようにして一方が全開の場合には他方が略全閉となるようコントロールユニット８からの駆動信号Ｄ１、Ｄ２により駆動制御され、これにより、第１及び第２フィルタ６１、６２のうちいずれか一方のフィルタにおいて常にディーゼルエンジン２の排気ガス中のパティキュレートの捕集動作を行うことができるようになっている。このように、いずれか一方のフィルタがパティキュレートの捕集動作を行っている場合には、残る他方のフィルタには実質的に排気ガスが流れない構成となっている。
【００２９】
第１及び第２フィルタ６１、６２の各パティキュレート捕集動作によってそこに堆積したパティキュレートを加熱焼却して除去し、フィルタの再生を行うことができるようにするため、排気ガス通路５の入口側には総体的に符号９で示される燃料燃焼装置が設けられている。
【００３０】
燃料燃焼装置９は、第１分岐通路５１内のフィルタ６１の入口近くに配設された第１バーナ９１と、第２分岐通路５２内のフィルタ６２の入口近くに配設された第２バーナ９２とから成る一対のバーナ装置を有し、第１及び第２バーナ９１、９２には、燃料タンク９３内のディーゼルエンジン２用の燃料を燃料ポンプ９４によって加圧することによって得られた加圧燃料が供給油路９５を介して供給される構成となっている。なお、第１及び第２バーナ９１、９２に供給する燃料が、燃料タンク９３からではなく、別途設けた他の燃料供給源から供給油路９５を介して供給される構成としてもよいことは勿論である。
【００３１】
第１バーナ９１の噴口９１Ａは第１フィルタ６１に向けられており、噴口９１Ａから噴射される燃料に着火を行うための点火プラグ９６が噴口９１Ａの近くに配設されている。同様に、第２バーナ９２の噴口９２Ａについても、点火プラグ９７が噴口９２Ａの近くに配設されている。これらの点火プラグ９６、９７のオン、オフ動作は、コントロールユニット８からの点火制御信号Ｆ１、Ｆ２によって制御される構成となっている。
【００３２】
第１バーナ９１にはコントロールユニット８からの駆動信号Ｅ１によって開閉制御される電磁弁９１Ｂが設けられており、電磁弁９１Ｂがコントロールユニット８からの指令によって所定のタイミングで開状態となったときに噴口９１Ａから燃料が第１フィルタ６１に向けて噴射され、これと同期して点火プラグ９６が動作して点火火花を発生させ、これにより噴口９１Ａからの噴射燃料が着火して生じた火炎を第１フィルタ６１に対して放射し、第１フィルタ６１内に堆積しているパティキュレートを加熱燃焼させることができるようになっている。
【００３３】
第２バーナ９２にも、同様に、コントロールユニット８からの駆動信号Ｅ２によって開閉制御される電磁弁９２Ｂが設けられており、電磁弁９２Ｂがコントロールユニット８からの指令によって所定のタイミングで開状態となったときに噴口９２Ａから燃料が第２フィルタ６２に向けて噴射され、これと同期して点火プラグ９７が動作して点火火花を発生させ、これにより噴口９２Ａからの噴射燃料が着火して生じた火炎を第２フィルタ６２に対して放射し、第２フィルタ６２内に堆積しているパティキュレートを加熱燃焼させることができるようになっている。
【００３４】
第１及び第２バーナ９１、９２から上述の如くして放射される火炎により第１及び第２フィルタ６１、６２におけるパティキュレートの加熱燃焼が完了したか否か、すなわちフィルタの再生が完了したか否かを判断できるようにするため、第１及び第２フィルタ６１、６２の外周面６１Ａ、６２Ａにはそれぞれ温度センサ１１、１２が設けられており、温度センサ１１、１２によって外周面６１Ａ、６２Ａの温度を示す温度信号Ｔ１、Ｔ２がコントロールユニット８に送られる構成となっている。
【００３５】
コントロールユニット８は、第１及び第２フィルタ６１、６２のいずれか一方に排気ガスが送られるように排気ガス通路５の流路を切り換えるための切換制御、及び使用によってパティキュレートが堆積したフィルタを再生させるための再生制御を行うためのユニットであり、マイクロコンピュータ８１を用いたコンピュータ制御システムとして構成されている。
【００３６】
図２には、コントロールユニット８の構成を示すブロック図が示されている。コントロールユニット８は、排気ガス中のパティキュレートを捕集しているフィルタのパティキュレート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判定部８２を備えており、判定部８２において、後で詳しく述べるようにしてフィルタのパティキュレート堆積量の推定演算が行われ、この推定演算の結果得られたパティキュレート推定量に基づいてフィルタの再生開始を指示する再生開始信号Ｘが出力され、再生開始信号Ｘは切換制御部８３に入力される。
【００３７】
判定部８２において所要の判定処理演算を実行するために必要なデータを得るため、コントロールユニット８には、排気状態検出部８Ａ、経時検出部８Ｂ、始動判定部８Ｃ、第１機関負荷状態検出部８Ｄ、第２機関負荷状態検出部８Ｅ、環境条件検出部８Ｆ、及び空気量検出部８Ｇが設けられている。
【００３８】
排気状態検出部８Ａは、第１及び第２フィルタ６１、６２の入口側に設けられた温度センサ１６からフィルタの入力側の排気ガス温度を示す排気ガス温度信号Ｔ５を受け取り、受け取った排気ガス温度信号Ｔ５に基づきそのときの排気ガス温度を示す温度データＴ０を出力する。経時検出部８Ｂは排気ガス温度信号Ｔ５に基づき、排気ガス温度が所定の高温状態となっている経過時間を示す時間データＴＭ０を出力する。始動判定部８Ｃは、ディーゼルエンジン２に設けられている図示しない回転数センサに応答し、エンジンが始動されたと判定された場合に始動判定データＳＴを出力する。
【００３９】
第１機関負荷状態検出部８Ｄは、図示しないアクセル開度センサと変速機に設けられている変速比を検出する図示しないギヤシフト位置センサとに応答してそのときのアクセル開度を示すアクセル開度データＡＳ及び変速機のそのときの変速比を示すギヤ比データＶＮを出力する。第２機関負荷状態検出部８Ｅは、ディーゼルエンジン２に設けられている図示しない回転数センサから出力される回転数信号と図示しないアクセル開度センサによって得られたアクセル開度信号とに基づいて、機関の回転数の単位時間当たりの変化量を示すエンジン回転数変化量データΔＮ及びアクセル開度の単位時間当たりの変化量を示すアクセル変化量データΔＡを出力する。
【００４０】
環境条件検出部８Ｆは、図示しないエンジン冷却水温度を検出するための水温センサ及び外気温度を検出するための外気温センサに応答し、エンジン冷却水の水温を示す温度データＴ３及び外気温を示す温度データＴ４を出力する。空気量検出部８Ｇは、第１及び第２フィルタ６１、６２のそれぞれの入口側に設けられた各フィルタに流れ込む空気量を検出する流量センサ１３Ａ、１３Ｂから出力される空気量信号Ａ１、Ａ２を受け取り、受け取った各空気量信号Ａ１、Ａ２に基づく第１、第２空気量データＡ１０、Ａ２０を出力しており、これらのデータはすべて判定部８２に入力されるよう構成されている。
【００４１】
判定部８２には、第１堆積量カウンタ８２Ａ、第２堆積量カウンタ８２Ｂ、再生処理回数カウンタ８２Ｃ、及びＥＥＰＲＯＭ８２Ｄが設けられている。第１堆積量カウンタ８２Ａは、そのときパティキュレートを捕集している第１又は第２フィルタ６１、６２におけるパティキュレートの推定堆積量を計数するためのものであり、第２堆積量カウンタ８２Ｂは、そのときパティキュレートを捕集している第１又は第２フィルタ６１、６２における、自己再生を効率よく行わせるために燃料中に添加されている添加剤のために生じる再生不可能な不燃灰の推定堆積量を計数するためのものである。再生処理回数カウンタ８２Ｃは、そのときパティキュレートを捕集している第１又は第２フィルタ６１、６２の再生処理回数を示している。ＥＥＰＲＯＭ８２Ｄは、コントロールユニット８の電源がオフとされる際に、第１堆積量カウンタ８２Ａ、第２堆積量カウンタ８２Ｂ、再生処理回数カウンタ８２Ｃの各計数値を格納しておくための不揮発性メモリ手段である。
【００４２】
判定部８２は、また、フィルタの再生回数が所定回数を超えた場合にフィルタの交換を促すためのフィルタ劣化報知信号ＳＸを出力する機能と、排気ガス温度が高くなった場合に警告信号ＳＹを出力する機能とを有しており、フィルタ劣化報知信号ＳＸ及び警告信号ＳＹの出力に応答して表示装置８６において所定の表示が行われる構成となっている。
【００４３】
切換制御部８３は再生開始信号Ｘに応答し、排気ガス通路５における排気ガスの流路切換を指示するための切換指令信号Ｙを出力する。駆動部８４は切換指令信号Ｙに応答し、駆動信号Ｄ１、Ｄ２を出力し切換弁装置７の第１流量調節弁７１、第２流量調節弁７２の開閉状態を反転させ、これによりフィルタの切換を行う。
【００４４】
再生制御部８５は、切換指令信号Ｙに応答し、判定部８２においてフィルタのパティキュレート堆積量が所定レベルを越えたと判定されたフィルタの再生を行うために、この再生すべきフィルタを加熱するよう燃料燃焼装置９の動作を制御するために駆動信号Ｅ１、Ｅ２及び点火制御信号Ｆ１、Ｆ２を出力する。
【００４５】
この結果、例えば第２フィルタ６２を再生する場合には、駆動信号Ｅ１によって電磁弁９１Ｂは閉じられたままであり、駆動信号Ｅ２によって電磁弁９２Ｂが開状態とされる。そして、点火制御信号Ｆ２によって点火プラグ９７が動作し、噴口９２Ａから噴射される燃料に点火を行い、これにより生じた火炎を第２フィルタ６２に送ることになる。第２フィルタ６２の温度は温度信号Ｔ２により監視されており、温度信号Ｔ２に基づいて第２フィルタ６２の温度が所定値以上の状態が所定時間継続した場合に電磁弁９２Ｂが閉じられ、第２フィルタ６２の再生が完了する。
【００４６】
以上、第２フィルタ６２の再生について説明したが、第１フィルタ６１の再生も全く同様にして実行される。なお、排気ガス処理装置１は、上述した実施の形態の構成に限定されず、少なくとも排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集したフィルタを再生する手段を備えた構成となっていればよい。
【００４７】
次に、図２に示されている判定部８２について詳しく説明する。判定部８２において行われる処理は、コントロールユニット８内のマイクロコンピュータ８１において所定のプログラムが実行されることにより遂行されるようになっており、図３及び図４は、その所定のプログラムを示すフローチャートである。
【００４８】
図３及び図４に示したフローチャートを参照して判定部８２について説明する。プログラムの起動開始後、ステップＳ１１では、所定の初期化が実行され、このとき、第１堆積量カウンタ８２Ａ、第２堆積量カウンタ８２Ｂ、及び再生処理回数カウンタ８２Ｃの計数値Ｎ、ＤＤ、及びＣＤは零にセットされ、ステップＳ１２に入る。ステップＳ１２では、ＥＥＰＲＯＭ８２Ｄに格納されていた前回の計数値Ｎの値を第１堆積量カウンタ８２Ａにセットすると共に、計数値ＤＤの値を第２堆積量カウンタ８２Ｂにセットし、同じく格納されていた計数値ＣＤの値を再生処理回数カウンタ８２Ｃにセットする各カウンタのセット処理が行われる。そして、ステップＳ１３に入り、ここではマイクロコンピュータ８１においてタスクの実行が開始され、ステップＳ１４に入る。
【００４９】
ステップＳ１４からステップＳ２１までは第１又は第２フィルタ６１、６２におけるパティキュレートの堆積量を推定するための処理である。ステップＳ１４では、始動判定データＳＴに応答してエンジン始動時か否かが判別され、エンジン始動時と判定された場合にはステップＳ１４の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ１５に入る。ステップＳ１５では、エンジン始動時におけるフィルタへのパティキュレート堆積量を示す所定値Ｎｂを堆積量カウンタ８２Ａのその時の計数値Ｎに加算する。所定値Ｎｂは、エンジンの始動１回当たり生じるパティキュレートの量を示すものであり、ステップＳ１４においてエンジンの始動が判定される度にＮにＮｂが加算されることになる。
【００５０】
エンジン始動時には所定値Ｎｂを加算することにより、エンジン始動時には通常の運転時より一度に多量のパティキュレートがフィルタに堆積することが考慮された堆積量の推定が実行されるようになっており、より精度の高いパティキュレート堆積の推定を行うことができる。ステップＳ１５の実行が終了したならば、ステップＳ１６に入る。
【００５１】
一方、ステップＳ１４において、エンジン始動時でないと判定された場合には、ステップＳ１４の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１５が実行されずにステップＳ１６に入る。
【００５２】
ステップＳ１６では、第１機関負荷状態検出部８Ｄから出力されるギヤ比データＶＮ及びアクセル開度データＡＳに基づき、運転時における静的負荷の状態を考慮したパティキュレートの推定堆積量を示す値である第１推定発生量Ｐ１が演算される。次にステップＳ１７では、第１堆積量カウンタ８２Ａの計数値ＮにステップＳ１６で演算された運転時の静的負荷に応じたパティキュレートの第１推定発生量Ｐ１を加算する処理が行われ、ステップＳ１８に入る。
【００５３】
ステップＳ１８では、第２機関負荷状態検出部８Ｆから出力されるエンジン回転数変化量データΔＮ及びアクセル変化量データΔＡに基づき、運転時の変動的負荷状態を考慮したパティキュレートの推定堆積量を示す値である第２推定発生量Ｐ２が演算される。ステップＳ１９では、ステップＳ１８で算出された第２推定発生量Ｐ２を、ステップＳ１７で算出された運転時の静的負荷を考慮した現在のパティキュレートの堆積量である計数値Ｎに加算する処理が堆積量カウンタ８２Ａに対して行われ、ステップＳ２０に入る。
【００５４】
ステップＳ２０では、ステップＳ１９で算出された計数値Ｎに対して、第１又は第２フィルタ６１、６２での自己再生量の算出が行われる。排気状態検出部８Ａから出力されたその運転時間中のフィルタ前の排気ガス温度を示す温度データＴ０と、経時検出部８Ｂから出力されたタスクの実行開始から現在までの運転時間を示す時間データＴＭ０とに基づき、排気ガスによりフィルタが加熱されて自己再生されたパティキュレートの量を演算し、今回の推定自己再生量を示す推定自己再生量Ｐ４が演算される。排気温度がパティキュレートを燃焼できる程高温の状態で一定時間維持されると、パティキュレートは高温の排気ガスにより燃焼されて除去され、その除去された分だけフィルタが自己再生されたこととなるので、パティキュレートが燃焼されたと推定される量を示す値をパティキュレートの推定自己再生量Ｐ４と称する。
【００５５】
ここで、フィルタの自己再生量は各フィルタにおけるパティキュレート堆積量の多少に応じて大きく変動し、さらに、空気量が多いほど自己再生は促進される。これに対応するため、予めコンピュータ内に計数値Ｎに応じて所定の値に設定された自己再生の効率を示す係数値を用意しておく。一方、上述した温度データＴ０と時間データＴＭ０とから自己再生量を演算し、このようにして得られた自己再生量にこの係数値と、空気量検出部８Ｇから出力されたその時のフィルタに流れ込む空気量を示す第１又は第２空気量データＡ１０、Ａ２０とを乗ずることにより第１又は第２フィルタ６１、６２の推定自己再生量Ｐ４の演算をより正確に行うこともできる。
【００５６】
ステップＳ２１では、ステップＳ２０で演算された推定自己再生量Ｐ４をそのときのＮの値から差し引く処理を第１堆積量カウンタ８２Ａに対して行う。この処理により、計数値Ｎの値は、排気ガスの排出状態によりフィルタが自己再生された場合のパティキュレートの減少についても考慮され、現在のパティキュレートの堆積量を正確に推定することができる。
【００５７】
次に、ステップＳ２２では、計数値ＣＤと計数値ＤＤと機種別補正データＱとを用いて、フィルタの再生処理を開始すべきパティキュレートの堆積量を示す基準データＰ０が算出される。基準データＰ０は、フィルタの再生処理回数、及びフィルタにおける燃料添加剤による再生不可能な不燃灰の累積堆積量に応じて定められるようになっている。これは、パティキュレートの自己再生が起きやすくなるようにするため燃料に添加剤が添加されている場合、排気ガス中に添加剤による不燃灰が混ざり、パティキュレートと共にこの不燃灰がフィルタによって捕集され、フィルタに堆積するが、この不燃灰は、フィルタの再生では焼却されずフィルタに堆積していき、フィルタが目詰まりしてその捕集能力が低下するのを考慮するためである。
【００５８】
また、再生回数が多くなるほど熱負荷によるフィルタの劣化や焼却灰（アッシュ）によるフィルタの目詰まり等によりフィルタの捕集能力は図５に示すように低下するので、計数値ＣＤの値が大きくなるにしたがって基準データＰ０の値が小さくなるように設定して早めに再生を行うように構成されている。
【００５９】
図５において、Ｚはフィルタ交換を促すための基準値として設定された再生処理回数しきい値であり、フィルタの再生処理回数による能力低下に加えて添加剤による不燃灰のフィルタへの堆積によるフィルタの目詰まり具合も考慮されているものである。フィルタの能力低下の程度と不燃灰による目詰まり具合との重みについては、例えばマイクロコンピュータ８１の図示しない入力装置によって変更することができるようになっている。
【００６０】
値Ｚと計数値ＣＤとを比較して計数値ＣＤが値Ｚより大きくなった場合には、後述するようにフィルタの急激な能力低下に至る前にフィルタが適切に交換されるようにフィルタ劣化報知信号ＳＸが出力される構成になっている。この結果、その時のフィルタの能力に見合った適切なタイミングで再生を行うことができ、さらに機種別補正データＱを考慮していることにより、その時仕様するエンジンに見合った適切な再生タイミングが判別できる。
【００６１】
図４に戻ると、ステップＳ２２では、さらに、第１又は第２フィルタ６１、６２に堆積している不燃灰の累積堆積量を得るため、フィルタの累積使用時間を経時検出部８Ｂから出力される時間データＴＭＯを利用して得、得た累積使用時間に比例してフィルタに堆積している不燃灰の累積堆積量を示す計数値ＤＤを得る。そして計数値ＣＤの場合と同様に、計数値ＤＤの値が大きくなるにしたがって基準データＰ０の値が小さくなるように設定し、これによっても早めに再生を行うように構成されている。
【００６２】
さらに機種別補正データＱが与えられていることにより、エンジンの仕様に応じても補正された基準データＰ０を得ることができるようになっている。
【００６３】
なお、添加剤による不燃灰のフィルタへの堆積量を考慮せず再生処理回数に応じた基準データＰ０を得るようにしてもよいが、ここでは計数値ＤＤを用いて不燃灰のフィルタへの堆積量も考慮した場合について説明している。
【００６４】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１において得られた現在のパティキュレートの堆積量を示す計数値Ｎの値と、ステップＳ２２において得られた基準データＰ０とを比較し、Ｎ≧Ｐ０か否かが判別される。Ｎ≧Ｐ０となっている場合には、ステップＳ２３の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、フィルタの再生処理を開始するよう切換制御部８３に再生開始信号Ｘを出力する処理が行われ、ステップＳ２５に入る。
【００６５】
ステップＳ２５では、第１堆積量カウンタ８２Ａをリセットする処理が行われ、次にステップＳ２６に入る。ステップＳ２６では、再生処理回数カウンタ８２Ｃのカウンタ値に１を加算して再生処理回数の更新を行う。この更新された処理回数の値が計数値ＣＤとして与えられるようになっている。
【００６６】
次に、ステップＳ２７では、予めコンピュータ内にフィルタの能力低下と添加剤による不燃灰の堆積によるフィルタの目詰まり具合とに応じて所定の値に設定されている図５に従う再生処理回数しきい値Ｚと、ステップＳ２６において更新された計数値ＣＤとを比較し、計数値ＣＤが再生処理回数しきい値Ｚ以上であるか否かが判別される。計数値ＣＤが再生処理回数しきい値Ｚ以上となっている場合にはステップＳ２７の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ２８に入る。ステップＳ２８では、フィルタ交換を促すためフィルタ劣化報知信号ＳＸを出力する処理が行われ、ステップＳ２９に進む。
【００６７】
ステップＳ２３においてＮ＜Ｐ０の場合、及びステップＳ２７においてＣＤ＜Ｚの場合には、いずれもステップＳ２９に入る。
【００６８】
ステップＳ２９では、排気ガス温度を示す温度データＴ０を予め設定されている排気温しきい値ＴＸと比較し、温度データＴ０が排気温しきい値ＴＸ以上となっているか否かが判別される。温度データＴ０が排気温しきい値ＴＸ以上となっている場合には、ステップＳ２９の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ３０に入り、ここでは温度データＴ０が高すぎると警告するための警告信号ＳＹを出力する処理が行われ、ステップＳ３１に入る。ステップＳ２９において温度データＴ０が排気温しきい値ＴＸより低くなっている場合には、ステップＳ３０を実行することなくステップＳ３１に入る。
【００６９】
ステップＳ３１では、図示しないサービスツールを用いて外部からＥＥＰＲＯＭ８２Ｄをクリアする要求があったか否かが判別される。ＥＥＰＲＯＭ８２Ｄをクリアする要求があった場合には、ステップＳ３１の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ３２に進み、ここでは、第１堆積量カウンタ８２Ａ及び再生処理回数カウンタ８２Ｃのそれぞれのカウンタ値をリセットする処理が行われ、ステップＳ３３に進む。ＥＥＰＲＯＭ８２Ｄをクリアする要求がない場合には、ステップＳ３１の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ３３に入る。
【００７０】
ステップＳ３３では、第１堆積量カウンタ８２Ａ、第２堆積量カウンタ８２Ｂ、及び再生処理回数カウンタ８２Ｃのそれぞれのそのときのカウンタ値をＥＥＰＲＯＭ８２Ｄに格納してＥＥＰＲＯＭ８２Ｄの値を更新する処理が行われる。すなわち、ステップＳ３１において外部からＥＥＰＲＯＭ８２Ｄをクリアする要求があった場合には、ＥＥＰＲＯＭ８２Ｄには第１堆積量カウンタ８２Ａ及び再生処理回数カウンタ８２Ｃのそれぞれのそのときのカウンタ値として零が格納されることとなる。
【００７１】
次にステップＳ３４ではタスクの実行が終了され、その後ステップＳ１３に戻り、再びタスクの実行が開始される。
【００７２】
以上説明した本実施の形態では、計数値ＣＤ及び計数値ＤＤの値が大きくなるにしたがって基準データＰ０の値が小さくなるように設定し、これによりフィルタ再生回数が多くなると共に、燃料添加剤により発生したフィルタへの不燃灰の堆積量が多くなる程早めにフィルタの再生を行うように構成されている。しかし、フィルタ再生回数が多くなる程早めにフィルタの再生を行うようにするための構成はこの一構成例に限定されるものではない。例えば、ステップＳ２４の直後に実行されるステップＳ２５の堆積量カウンタ８２Ａのリセットに代えて、堆積量カウンタ８２Ａをそのときのフィルタの再生回数に応じて増加する初期値を計算し、この初期値をセットする手段、又は、フィルタ再生後にはじめて実行されるステップＳ１６において、その推定発生量の初期値をフィルタの再生回数に応じて定める手段を採用する一方、基準データＰ０の値を所定の一定値に保つように構成してもよく、これらの構成によってフィルタ再生回数が多くなる程早めにフィルタの再生を行うようにすることもできる。
【００７３】
また、燃料添加剤により発生した不燃灰のフィルタへの堆積量が多くなる程早めにフィルタの再生を行うようにするための構成もこの一構成例に限定されず、例えば、ステップＳ２２の直前に、計数値Ｎの値に計数値ＤＤの値を加えてＮ＝Ｎ＋ＤＤを行い、フィルタへの不燃灰の堆積量も考慮した計数値Ｎを算出する手段を加える一方、ステップＳ２２では基準データＰ０を設定する際に計数値ＤＤを考慮しないようにすることもできる。また、Ｎ＝Ｎ＋ＤＤを行いフィルタへの不燃灰の堆積量も考慮した計数値Ｎを算出する手段を加えるのは、ステップＳ２２の直前だけでなく、タスクが実行された後であってステップＳ２２の前であればいずれのステップの後であってもよい。
【００７４】
さらに、上記実施の形態では、パティキュレートの堆積量が所定レベルを超えた場合の再生手段として、バーナを備えた燃料燃焼装置９を設け、燃料をバーナから噴射させてこれに着火し、この燃焼による熱で堆積パティキュレートを加熱燃焼させる構成が採用されている。
【００７５】
しかし、フィルタの再生は、上述した構成によるもののみに限定されるものではなく、排気ガスの温度を高温とすることにより、この排気ガスの高熱を利用して再生を行う構成であってもよいし、燃料噴射装置によってポスト噴射を行い、このポスト噴射によりエンジン内で燃焼熱を発生させ、このとき生じる高熱排気ガスを利用して再生を行う構成であってもよい。さらには、排気ガス再循環を行わせることにより、フィルタを加熱して高温とし、これによりフィルタの再生を行う構成としてもよい。
【００７６】
以上、図３、図４を参照して、第１又は第２フィルタ６１、６２の再生開始タイミングを決定するための演算処理について説明した。この演算処理は第１及び第２フィルタ６１、６２に対して交互に実行されるものである。例えば再生開始タイミングを決定するための演算処理がそのとき使用中の第１フィルタ６１に対して実施されている場合、ステップＳ２４で再生開始信号Ｘが出力されると、その後は第２フィルタ６２においてパティキュレート捕集が行われるようフィルタの切り換えが実行されるため、次のプログラムサイクルにおいては、再生開始タイミングを決定するための演算処理処理は第２フィルタ６２に対して行われることになる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、第１演算手段において、エンジンの負荷状態を示す負荷状態データとエンジンの負荷状態の変化量を示す変化量データとに基づいてパティキュレート推定発生量を演算するように構成したので、エンジンの運転状態に応じて発生パティキュレートの量を精度よく推定することができる。そして、第２演算手段においてエンジンの排気状態に基づいてパティキュレートの推定自己再生量を演算し、第３演算手段において上記パティキュレート推定発生量と推定自己再生量とからその時フィルタに堆積されているパティキュレートの量を演算するようにしたので、エンジンの運転状態を的確に反映したパティキュレートの堆積量を精度よく推定できる。また、特別なセンサを用いることなしにフィルタに堆積されたパティキュレートの量を精度よく推定できるので、装置のコストを増加させることがないという利点を有している。また、パティキュレートの堆積量を精度よく推定できるので、フィルタを適正なタイミングで再生することができる。この結果、製造コストを上昇させることなくフィルタの再生頻度を抑え、フィルタにかかる負担を低減させてフィルタの長寿命化を図ることができる。
【００７８】
また、第２演算手段において、エンジンの排気状態に加えて、フィルタにおける空気の流量及び又はパティキュレートの堆積量を考慮してパティキュレートの推定自己再生量を演算する構成によれば、パティキュレートの堆積量をさらに精度よく推定できる。そして、判別手段において、第３演算手段による演算結果をフィルタ中に堆積される不燃灰の量を考慮した所与の基準値と比較してフィルタの再生を開始するか否かを判別するようにすれば、フィルタの再生処理をより適正な時期に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフィルタ制御装置を備えた排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す構成図。
【図２】図１に示したコントロールユニットの構成を示すブロック図。
【図３】図２に示した判定部をマイクロコンピュータにより構成するためのプログラムを示すフローチャートの部分図。
【図４】図２に示した判定部をマイクロコンピュータにより構成するためのプログラムを示すフローチャートの残りの部分図。
【図５】フィルタの再生処理回数と捕集能力との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１  排気ガス処理装置
８  コントロールユニット
８Ａ  排気状態検出部
８Ｂ  経時検出部
８Ｃ  始動判定部
８Ｄ  第１機関負荷状態検出部
８Ｅ  第２機関負荷状態検出部
８Ｆ  環境条件検出部
８Ｇ  空気量検出部
８１  マイクロコンピュータ
８２  判定部
８２Ａ  第１堆積量カウンタ
８２Ｂ  第２堆積量カウンタ
８３Ｃ  再生処理回数カウンタ
８２Ｄ  ＥＥＰＲＯＭ
Ａ１、Ａ２  空気量信号
Ａ１０、Ａ２０  第１、第２空気量データ
ＡＳ  アクセル開度データ
ＣＤ、ＤＤ、Ｎ  計数値
ＳＴ  始動判定データ
Ｔ０、Ｔ３、Ｔ４  温度データ
ＴＭ０  時間データ
ＶＮ  ギヤ比データ
ΔＡ  アクセル変化量データ
ΔＮ  エンジン回転数変化量データ
【図１】
0004266098.tif 000002
【図２】
0004266098.tif 000003
【図３】
0004266098.tif 000004
【図４】
0004266098.tif 000005
【図５】
0004266098.tif 000006