(57)【要約】【課題】捕集装置への粒子状物質の堆積量と走行距離との相関関係を把握し、適切なタイミングで再生制御を行う。【解決手段】Ｎ回目のＤＰＦ再生運転から（Ｎ＋１）回目のＤＰＦ再生運転の間の走行距離をＸとして、この走行距離Ｘの間に複数回のＰＭ堆積量の推定処理を実行してＰＭ堆積量（推定値データ）Ｙを蓄積し、このＰＭ堆積量Ｙの分布から走行距離ＸとＰＭ堆積量Ｙとの相関関係を表す近似式Ｆを算出し、この近似式Ｆに、ＰＭの堆積許容限界を定める限界ＰＭ堆積量ＱLIMを適用して限界ＰＭ堆積量ＱLIMに対応する走行距離を無再生限界走行距離ＳLIMとして求める。そして、ＰＭ堆積量が閾値を超えた場合、ＰＭ再生運転を実施し、また、ＰＭ堆積量が閾値に達せずにＤＰＦ再生運転が実施されない場合であっても、前回のＤＰＦ再生運転からの走行距離が無再生限界走行距離ＳLIMを超えた場合、強制的にＤＰＦ再生運転を実施する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する捕集装置を備えると共に、該捕集装置に堆積した粒子状物質を除去する再生制御を実行するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前回の再生制御終了時から次回の再生制御開始時までに上記捕集装置への上記粒子状物質の堆積量を推定する処理を複数回実行し、該堆積量の推定値データと推定処理時の走行距離データとを収集する堆積量推定部と、
上記堆積量の推定値データと上記走行距離データとの分布に基づいて上記粒子状物質の堆積量と走行距離との相関を表す近似曲線を求め、該近似曲線に基づいて上記再生制御無しの走行限界を規定する無再生限界走行距離を算出する無再生限界走行距離算出部と、
上記堆積量の推定値が閾値を超えた場合に上記再生制御を実行する再生制御部と
を有することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
上記再生制御部は、前回の再生制御終了時からの走行距離が上記無再生限界走行距離に達するまでの間に上記再生制御が実行されなかった場合、上記再生制御を強制的に実行することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
上記無再生限界走行距離算出部は、上記捕集装置への上記粒子状物質の堆積許容限界を定める限界堆積量を上記近似曲線に適用することにより、上記無再生限界走行距離を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
上記堆積量推定部は、上記捕集装置から排出される排気ガスの温度の上昇度合いに基づいて上記粒子状物質の堆積量を推定することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
上記無再生限界走行距離による強制的な再生制御が設定回数連続して実行された場合、上記排気ガスの温度を検出するセンサが異常であると判断する故障診断部を更に有することを特徴とする請求項４記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する捕集装置を備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンを搭載する自動車においては、排気浄化装置の一部として、排気ガス中に含まれる粒子状物質（PM;Particulate Matter）を濾過・捕集するための捕集装置を搭載している。この捕集装置は、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と呼ばれるフィルタから構成されるのが一般的であるが、ＰＭの堆積により濾過・捕集性能が低下するため、堆積したＰＭを除去して初期状態に再生するための再生制御を行う必要がある。
【０００３】
このようなＤＰＦの再生制御は、ＤＰＦへのＰＭの堆積量を推定することで行われる。例えば、特許文献１には、所定の時間間隔で排気温度を一時的に上昇させ、排気温度上昇時のＤＰＦの下流における排気温度が所定の判定値以上に上昇したとき、ＤＰＦの再生処理制御を実行する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＤＰＦの上下流の差圧を検出してＰＭの堆積量を推定し、ＰＭ堆積量が規定量を超えた場合或いは前回のＤＰＦ再生からの走行距離が規定距離を超えた場合にＤＰＦの再生制御を開始し、堆積量が規定量を超えることなく走行距離が規定距離を超えた場合には、再生制御の開始を延期する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３００９７３号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されているような従来の技術では、ＰＭ堆積量と走行距離との相関関係を考慮していない。このため、必ずしも適切なタイミングでＤＰＦの再生制御が実行されるとは限らず、粒子状物質の捕集性能の確保や捕集装置の保護を図る上で十分とは言えない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、捕集装置への粒子状物質の堆積量と走行距離との相関関係を把握し、適切なタイミングで再生制御を行うことのできるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によるディーゼルエンジンの排気浄化装置は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する捕集装置を備えると共に、該捕集装置に堆積した粒子状物質を除去する再生制御を実行するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前回の再生制御終了時から次回の再生制御開始時までに上記捕集装置への上記粒子状物質の堆積量を推定する処理を複数回実行し、該堆積量の推定値データと推定処理時の走行距離データとを収集する堆積量推定部と、上記堆積量の推定値データと上記走行距離データとの分布に基づいて上記粒子状物質の堆積量と走行距離との相関を表す近似曲線を求め、該近似曲線に基づいて上記再生制御無しの走行限界を規定する無再生限界走行距離を算出する無再生限界走行距離算出部と、上記堆積量の推定値が閾値を超えた場合に上記再生制御を実行する再生制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、捕集装置への粒子状物質の堆積量と走行距離との相関関係を把握して適切なタイミングで再生制御を行うことができ、粒子状物質の捕集性能を有効に維持すると共に捕集装置を有効に保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の一形態に係り、図１はエンジンの全体構成図、図２はＤＰＦ再生制御に係る機能ブロック図、図３はＰＭ堆積量と走行距離との相関関係を示す説明図、図４はＤＰＦ再生制御ルーチンのフローチャートである。
【００１０】
図１において、符号１はディーゼルエンジンであり、例えばコモンレール式燃料噴射システムによるディーゼルエンジンである（以下、単に「エンジン」と記載する）。このエンジン１の燃焼室上部には、吸気ポート２と排気ポート３とが開口されると共に、図示しない高圧ポンプから圧送される高圧燃料を畜圧するコモンレールの燃料を各気筒の燃焼室内に噴射するインジェクタ４が臨まされている。尚、符号５は吸気弁、符号６は排気弁である。
【００１１】
又、吸気ポート２の上流に吸気通路７が連通され、その中途に吸気チャンバ８が形成されている。更に、この吸気通路７の空気取り入れ口にエアクリーナ９が取付けられ、その直下流に吸入空気量を検出する吸入空気量センサ１１が臨まされている。
【００１２】
又、排気ポート３の下流に排気通路１０が連通され、この排気通路１０に、主として排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を触媒反応により酸化させるＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst；ディーゼル用酸化触媒）１２と、排気ガス中のＳｏｏｔ（煤、カーボンスート），ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction；可溶性有機成分），ＳＯ4（sulfate；サルフェート)等の粒子状物質（PM：Particulate Matter）をＤＯＣ１２の下流側で捕集する捕集装置であるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter；ディーゼルパティキュレートフィルタ）１３とが介装されている。排気通路１０のＤＰＦ１３の直下流には、ＤＰＦ１３の出口温度（ＤＰＦ１３直下流の排気温度）を検出する排気温度センサ１４が臨まされている。
【００１３】
ＤＯＣ１２は、例えばコーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に、白金、パラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持して形成されている。また、ＤＰＦ１３は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側又は出口側が互い違いとなるように目封じして形成され、ＤＰＦ１３に排気ガスが流入すると、ＤＰＦ１３の多孔性の隔壁を通過しながら下流側へ流れ、その間、排気ガス中のＰＭが捕集されて次第に堆積する。
【００１４】
一方、符号５０は、エンジン１を電子的に制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェイス等からなるマイクロコンピュータを中心として、その他、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を含んで構成されている。ＥＣＵ５０には、上述の各センサ１１，１４からの検出信号が入力され、また、車速センサ１６で検出した車速を示す信号、クランク角センサ１７で検出したエンジン回転数を示す信号、アクセル開度センサ１８で検出したアクセル開度を示す信号、その他図示しない各種センサ類からの信号が入力される。
【００１５】
尚、ＥＣＵ５０は、更に、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信プロトコルに基づく車内ネットワーク（図示せず）に接続され、この車内ネットワークに接続される他の複数のＥＣＵ、変速機を制御するトランスミッションＥＣＵやブレーキを制御するブレーキＥＣＵ等の他の複数のＥＣＵと、相互にデータを送受信し、各種情報の授受を行う。
【００１６】
ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態を検出する各種センサ類からの信号、車内ネットワークを介して入力される各種制御情報に基づいて、燃料噴射量や噴射タイミング等を演算してエンジン１の運転を制御する。このエンジン制御においては、通常走行時、クランク角センサ１７からの信号に基づくエンジン回転数とアクセル開度センサ１８からの信号に基づく負荷とに応じて、マップ参照等により燃料噴射量や噴射時期を決定し、例えばプレ噴射と主噴射とを組み合わせたピストン上死点前後の多段噴射のパターンでインジェクタ４から高圧燃料を噴射させ、燃焼安定化及び排気エミッションの低減を図っている。
【００１７】
また、ＥＣＵ５０は、通常のエンジン制御と並行して、所定のタイミングでＤＰＦ１３を再生するための再生制御を実行する。ＤＰＦ１３の再生制御は、通常運転時のピストン上死点前後の燃料噴射とは別に、ピストン下死点近傍でのポスト噴射を周期的に実行することにより、ＤＰＦ１３に捕集・堆積されているＰＭを焼却して除去する運転モードへの制御である。すなわち、ポスト噴射によってエンジンから意図的に不完全燃焼成分を含むガスを排出させ、ＤＯＣ１２で燃焼（酸化）させることにより、その発生熱によってＤＰＦ１３に捕集されているＰＭを焼却してフィルタを再生する。
【００１８】
このため、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ再生制御に係る各手段の機能として、図２に示すように、ＰＭ堆積量推定部５１，無再生限界走行距離算出部５２，ＤＰＦ再生制御部５３，故障診断部５４を有している。ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ１３のＰＭ堆積量を推定し、推定したＰＭ堆積量が予め設定した閾値を超えた場合、ＤＰＦ再生制御を実行する。また、このとき、ＥＣＵ５０は、前回のＤＰＦ再生制御終了時から次回のＤＰＦ再生制御開始時までの間にＰＭ堆積量の推定処理を複数回実行してデータを蓄積し、蓄積したＰＭ堆積量データの分布から車両の走行距離との相関関係を把握してＤＰＦ再生制御を実行する。
【００１９】
詳細には、ＰＭ堆積量推定部５１におけるＰＭ堆積量の推定処理は、排気ガス温度或いはＤＰＦ１３の上下流側の差圧に基づいて行うことができる。本実施の形態においては、ＰＭ堆積量に応じてＤＰＦ１３の熱容量が変化することに基づき、排気ガス温度の上昇度合いを調べてＰＭ堆積量を推定するようにしている。すなわち、ＤＰＦ１３は、ＰＭ堆積量が少ないときには熱容量も比較的小さく、流入する排気より比較的早期に温度が上昇する一方、ＰＭ堆積量が多くなると、ＤＰＦ１３の熱容量が増大し、流入する排気による温度上昇が比較的緩やかなものとなる。ＤＰＦ１３の温度上昇は、ＤＰＦ１３の出口側の排気温度に反映されることから、ＤＰＦ１３の出口側の排気温度を排気温度センサ１４によって検出し、排気温度の上昇速度θvを調べることにより、ＰＭ堆積量を推定することができる。
【００２０】
例えば、以下の（１）式に示すように、堆積したＰＭ以外の熱容量すなわちＤＰＦ１３だけの熱容量の影響を排除するため、ＰＭ堆積量が０の場合（ＤＰＦ再生運転終了後）の排気温度上昇速度θv0と、その後の運転時に検出される排気温度上昇速度の最大値θvmaxとの差分に変換係数ｋを乗算し、ＰＭ堆積量Ｙを求める。  
Ｙ＝ｋ×（θv0−θvmax）  …（１）
【００２１】
尚、変換係数ｋは、排気温度上昇速度の差分をＰＭ堆積量に変換する係数であり、エンジン回転数とアクセル開度とに基づくマップ参照等によって求め、エンジン回転数が増加する程、またアクセル開度が増加する程、変換係数ｋが大きくなるように設定される。
【００２２】
ＰＭ堆積量推定部５１によるＰＭ堆積量の推定処理は、前回のＤＰＦ再生制御終了時から次回のＤＰＦ再生制御開始時までの間に複数回実施され、ＰＭ堆積量の各推定値データと、各推定値データを取得したときの走行距離データ（前回のＤＰＦ再生制御終了時からの走行距離）とが収集されて蓄積され、無再生限界走行距離算出部５２に送られる。尚、走行距離データは、車速センサ１６の信号に基づいて算出或いは車内ネットワークを介して入力される走行距離情報から取得される。
【００２３】
無再生限界走行距離算出部５２は、ＰＭ堆積量推定部５１で収集したデータを処理し、ＤＰＦ再生制御無しの走行限界を規定する「無再生限界走行距離」を算出する。「無再生限界走行距離」は、ＤＰＦ１３の再生運転を実施しなくともフィルタの詰まりや損傷を発生することなく走行可能な限界距離であり、複数のＰＭ堆積量の推定データを統計処理して算出される。
【００２４】
具体的には、図３に示すように、Ｎ回目のＤＰＦ再生運転から（Ｎ＋１）回目のＤＰＦ再生運転の間の走行距離をＸとして、この走行距離Ｘの間に複数回のＰＭ堆積量の推定処理を実行してＰＭ堆積量（推定値データ）Ｙを蓄積する。そして、このＰＭ堆積量Ｙの分布（図中の斜線で示される分布）から、走行距離ＸとＰＭ堆積量Ｙとの相関関係を表す近似式Ｆ（図中の太線で示す近似曲線）を最小２乗法等を用いて算出する。
【００２５】
近似式Ｆを算出した後は、ＰＭの堆積許容限界を定める限界ＰＭ堆積量ＱLIMを近似式Ｆに適用し、近似曲線上で限界ＰＭ堆積量ＱLIMに対応する走行距離を無再生限界走行距離ＳLIMとして求め、ＤＰＦ再生制御部５３に送出する。この限界ＰＭ堆積量ＱLIMは、再生運転を実施せずにＤＰＦ１３を使用しても、フィルタの詰まりや損傷を生じない限界値に所定の安全率を見込んで設定される許容値であり、ＤＰＦ１３の容量や形式、エンジンの形式等に応じて実験或いはシミュレーションによって求められ、予めＥＣＵ５０内にストアされている。
【００２６】
ＤＰＦ再生制御部５３は、ＰＭ堆積量推定部５１で推定したＰＭ堆積量を予め設定されている閾値と比較し、ＰＭ堆積量が閾値を超えた場合、ＰＭ再生運転を実施し、ＤＰＦ１３に堆積されているＰＭを焼却してフィルタを再生する。また、ＰＭ堆積量が閾値に達せずにＤＰＦ再生運転が実施されない場合であっても、前回のＤＰＦ再生運転からの走行距離が無再生限界走行距離ＳLIMを超えた場合には、強制的にＤＰＦ再生運転を実施する。
【００２７】
これにより、ＰＭ堆積量が実際よりも過少に推定されても、走行距離が無再生限界走行距離ＳLIMを超えると強制的にＤＰＦ再生運転を実施することで、ＤＰＦ再生無しの状態での長距離走行を回避し、ＤＰＦ１３の詰まりや損傷を回避することができる。逆に、ＰＭ堆積量が実際よりも過大に推定された場合には、近似曲線から求まる無再生限界走行距離ＳLIMが相対的に短くなり、精度の低い推定値でのＤＰＦ再生運転を回避することができ、適切に再生制御を行うことができる。
【００２８】
このとき、故障診断部５４は、無再生限界走行距離ＳLIMに基づく強制的なＤＰＦ再生運転の実施を監視する。そして、無再生限界走行距離ＳLIMに基づくＤＰＦ再生運転が設定回数以上連続して実施された場合には、ＰＭ堆積量を推定するための排気温度センサ１４等が異常であり、ＰＭ堆積量の推定バラツキや推定精度が許容範囲を超えて悪化していると判定し、図示しないインストルメントパネルのチェックエンジンランプを点灯して運転者に警告を発すると共に、異常発生を示すデータをＥＣＵ５０内の不揮発性メモリに記録する。
【００２９】
以上のＤＰＦ再生制御に係る処理は、具体的には、図４のフローチャートに示すＤＰＦ再生制御ルーチンによって実行される。以下、図４のＤＰＦ再生制御ルーチンについて説明する。
【００３０】
先ず、最初のステップＳ１，Ｓ２において、本処理の実行条件として、現在までの総走行距離（積算走行距離）が設定距離Ａ未満の条件、ＤＰＦ１３の総再生回数が設定回数Ｂ未満の条件が成立するか否かを調べる。設定距離Ａ及び設定回数Ｂは、ＤＰＦ１３の耐久性を考慮して本処理による制御信頼性を確保するための条件であり、ＤＰＦ１３の容量や形式、エンジンの形式等に応じて実験或いはシミュレーションによって予め設定されている。
【００３１】
そして、ステップＳ１の走行距離の条件或いはステップＳ２のＤＰＦ再生回数の条件を満足しない場合には本処理を抜け、走行距離の条件及びＤＰＦ再生回数の条件を共に満たす場合、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、排気温度センサ１４によって検出したＤＰＦ１３出口側の排気温度の上昇度合いに基づいてＰＭ堆積量の推定を行い、推定値データＹを前回のＤＰＦ再生からの走行距離Ｘと共にメモリに記憶する。
【００３２】
次に、ステップＳ４でＰＭ堆積量の推定値Ｙが閾値ＱSETを超えているか否かを調べる。その結果、ＰＭ堆積量の推定値Ｙが閾値ＱSETを超えている場合には、ステップＳ４からステップＳ５へ進んでＤＰＦ再生運転を実行し、ＤＰＦ１３を再生させてルーチンを抜ける。
【００３３】
また、ＰＭ堆積量の推定値Ｙが閾値ＱSETを超えていない場合、すなわちＰＭ再生運転を実行していない場合には、ステップＳ４からステップＳ６へ進み、前回のＤＰＦ再生からの走行距離が無再生限界走行距離ＳLIMを超えているか否かを調べる。そして、前回のＤＰＦ再生からの走行距離が無再生限界走行距離ＳLIM以下である場合には、ステップＳ７へ分岐し、無再生限界走行距離ＳLIMを超えた場合、ステップＳ１０へ進む。
【００３４】
ステップＳ７では、排気温度上昇によるＰＭ堆積量の推定回数が設定回数Ｃを超えたか否かを調べる。その結果、推定回数が設定回数Ｃ以下の場合には、ルーチンを抜け、ステップＳ１，Ｓ２の条件が成立する限り、前述のステップＳ３におけるＰＭ堆積量の推定処理を続行して推定値データＹをサンプリングする。
【００３５】
その後、ＰＭ堆積量の推定回数が設定回数Ｃを超えると、ステップＳ７からステップＳ８へ進み、サンプリングしたＰＭ堆積量の推定値データＹの分布から走行距離Ｘと推定データＹとの相関関係を示す近似式Ｆを算出する。そして、ステップＳ９で近似式Ｆに限界ＰＭ堆積量ＱLIMを適用して無再生限界走行距離ＳLIMを算出し、ルーチンを抜ける。
【００３６】
一方、ステップＳ６からステップＳ１０へ進んだ場合、すなわち前回のＤＰＦ再生からの走行距離が無再生限界走行距離ＳLIMに達するまでにＤＰＦ再生が実行されていない場合には、ＰＭ堆積量が閾値に達していなくとも、ステップＳ１０で強制的にＤＰＦ再生を実行する。
【００３７】
そして、ステップＳ１１で、無再生限界走行距離ＳLIMに基づく強制的なＤＰＦ再生がＤ回を超えて連続的に実行されたか否かを調べる。その結果、この強制的なＤＰＦ再生が連続してＤ回を超えていない場合には、ルーチンを抜け、強制的なＤＰＦ再生がＤ回を超えて連続した場合、ＰＭ堆積量を推定するための排気温度センサ１４が異常であると判定し、図示しないインストルメントパネルのチェックエンジンランプを点灯して運転者に警告を発すると共に、異常発生をＥＣＵ５０に備えられた不揮発性メモリに記録する。
【００３８】
このように本実施の形態においては、ＰＭ堆積量と走行距離との相関関係を把握してＤＰＦ再生制御を実行するため、ＰＭ堆積量の推定データのバラツキや推定精度の悪化が生じても適切なタイミングでＤＰＦ再生制御を実行することができ、ＰＭ捕集性能を有効に維持することができると共に、捕集装置を有効に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】エンジンの全体構成図
【図２】ＤＰＦ再生制御に係る機能ブロック図
【図３】ＰＭ堆積量と走行距離との相関関係を示す説明図
【図４】ＤＰＦ再生制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
【００４０】
１    エンジン（ディーゼルエンジン）
１３  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
１４  排気温度センサ
５０  電子制御装置
５１  ＰＭ堆積量推定部
５２  無再生限界走行距離算出部
５３  ＤＰＦ再生制御部
５４  故障診断部
ＳLIM  無再生限界走行距離
ＱLIM  限界ＰＭ堆積量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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