(57)【要約】【課題】触媒を担持するＤＰＦに捕集されたＰＭの燃焼特性を適確に把握し、精度良く触媒の劣化判定を行う。【解決手段】触媒を担持するＤＰＦ１３を排気通路１０に備えるディーゼルエンジン１の排気浄化装置において、触媒の劣化を判定する劣化判定手段９を備え、劣化判定手段９は、触媒の劣化度合を表す劣化判定用パラメータと、ＤＰＦ１３内に堆積しているＰＭの酸化反応速度に基づいて設定する劣化判定用閾値と、に基づいて触媒の劣化判定を行う。【選択図】図１
2009030568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を担持するＤＰＦを排気通路に備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段を備え、
前記劣化判定手段は、前記触媒の劣化度合を表す劣化判定用パラメータと、前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの酸化反応速度に基づいて設定する劣化判定用閾値と、に基づいて前記触媒の劣化を判定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】
前記劣化判定用パラメータは、前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭのＤＰＦ再生時における酸化反応速度に基づく値であることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記劣化判定手段は、前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭのＤＰＦ再生時における酸化反応速度を、少なくともＤＰＦの温度と、ＤＰＦ内のＰＭ堆積量、酸素濃度ないし二酸化窒素濃度と、ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの燃焼特性と、に基づいて算出することを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記劣化判定手段は、前記劣化判定用パラメータとしてＤＰＦ再生時における排気圧力回復速度を排気圧力の検出値に基づいて算出し、前記劣化判定用閾値を前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの反応速度論から求まる酸化反応速度に基づいて算出した排気圧力回復速度よりも低く設定し、前記劣化判定用パラメータが前記劣化判定用閾値よりも低くなったときに前記触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項２または３に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記劣化判定手段は、前記劣化判定用パラメータとしてＤＰＦ再生時における排気温度の昇温幅を前記ＤＰＦの上流側と下流側の排気温度の検出値に基づいて算出し、前記劣化判定用閾値を前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの反応速度論から求まる酸化反応速度に基づいて算出した排気温度の昇温幅よりも小さく設定し、前記劣化判定用パラメータが前記劣化判定用閾値よりも小さくなったときに前記触媒は劣化していると判定することを特徴とする請求項２または３に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記劣化判定手段は、前記劣化判定用パラメータとしてＤＰＦ再生時における前記ＤＰＦでの発熱反応発現温度を用い、前記劣化判定用閾値を前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの反応速度論から求まる酸化反応速度に基づいて算出した発熱反応発現温度よりも高く設定し、前記劣化判定用パラメータが前記劣化判定用閾値よりも高くなったときに前記触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項２または３に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記劣化判定手段は、前記発熱反応発現温度をＤＰＦ入口の排気温度とＤＰＦ出口の排気温度とに基づいて算出することを特徴とする請求項６に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記劣化判定手段は、前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの燃焼特性を、前記ＤＰＦ内のＰＭ堆積量、酸素濃度、または二酸化窒素濃度のいずれかの値が小さいほど酸化速度は遅くかつ酸化温度は高いと見積もることを特徴とする請求項３から７の何れか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記劣化判定手段は、前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの燃焼特性を、ＰＭ生成時の機関筒内燃焼温度が高い場合には酸化速度は遅くかつ酸化温度は高く見積もることを特徴とする請求項３から８のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記劣化判定手段は、前記ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの燃焼特性を、ＰＭ捕集後の前記ＤＰＦの熱履歴に基づいて見積もり、前記ＤＰＦの温度が高いほど酸化速度は遅くかつ酸化温度は高く、また前記ＤＰＦの温度の維持時間が長いほど酸化速度は遅くかつ酸化温度は高く見積もることを特徴とする請求項３から９のいずれか一つに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、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）の劣化診断に関し、特に、フィルタ表面に触媒を担持したＤＰＦの劣化診断に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気に含まれる微粒子（ＰＭ）を捕集するための装置として、ＤＰＦが知られている。ＤＰＦ内のＰＭの捕集量が増加すると排圧が上昇するので、ＰＭ捕集量が一定以上になった場合には、排気温度を上昇させる等してＤＰＦの温度を上昇させてＰＭを燃焼除去する、いわゆる再生処理を行う必要がある。
【０００３】
ところで、再生処理に必要な温度を低下させる等の目的で、例えば白金等の貴金属を含有する触媒を担持したＤＰＦも知られている。このような触媒を担持したＤＰＦの触媒機能の劣化を診断する方法として、ＤＰＦ再生中におけるＤＰＦ前後の排気温度の差に基づいて触媒の劣化診断を行う方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
具体的には、触媒が劣化するとＰＭの酸化反応が低下して反応熱が小さくなるという特性に着目し、ＤＰＦ前後の排気温度の差が予め設定した閾値より小さくなった場合には、触媒が劣化していると診断している。
【特許文献１】特開２００４−１１５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＰＭの発熱反応（酸化反応）は、反応速度論的にアレニウス式に従い、ＤＰＦ温度、触媒劣化状況、ＰＭの燃焼特性（主に結晶性）、酸素濃度、二酸化炭素濃度、ＤＰＦ内のＰＭ堆積量によって変化するものであるため、ＤＰＦの再生特性はＤＰＦの温度により一元的に決まるものではない。
【０００６】
しかしながら、特許文献１ではＰＭの結晶性を考慮していないため、触媒の劣化診断において誤診断をするおそれがある。例えば、結晶性の高いＰＭが多く堆積している場合には、結晶性の高いＰＭは燃えにくく、結晶性が低く燃えやすいＰＭが多い場合に比べて触媒での反応熱は小さくなる。このため、触媒が劣化していないにもかかわらず、ＤＰＦ前後の排気温度差が小さいということで劣化しているとの診断をするおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明では、ＰＭの燃焼特性も考慮して精度よく劣化診断を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、触媒を担持するＤＰＦを排気通路に備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。特に、触媒の劣化を判定する劣化判定手段を備え、この劣化判定手段は、触媒の劣化度合を表す劣化判定用パラメータと、ＤＰＦ内に堆積しているＰＭの酸化反応速度に基づいて設定する劣化判定用閾値と、に基づいて触媒の劣化を判定するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、再生が行われる環境により変化するＰＭの酸化反応速度に応じた適切な劣化判定用閾値を設定することができ、結果として精度よく劣化判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
１はディーゼルエンジン本体、２は各気筒の燃料噴射弁、３は高圧の燃料を蓄える蓄圧室を有する燃料噴射装置（以下、コモンレール式燃料噴射装置という）、４は吸気コレクタ、５は吸気通路、１０は排気通路、９は目標再生温度の設定や再生処理時の昇温制御等、種々の制御を行うコントロールユニット（劣化判定手段）、１４はディーゼルエンジン本体１の駆動力を駆動軸に伝達する変速機である。なお、変速機１４は有段変速機、無段変速機のいずれであっても構わない。
【００１２】
燃料噴射弁２には、コモンレール式燃料噴射装置３によって高圧燃料が供給される。また、各燃料噴射弁２はコントロールユニット（ＥＣＵ）９からの噴射信号に応じて開閉動作し、高圧燃料を気筒内に噴射する。
【００１３】
ディーゼルエンジン本体１の各吸気ポートに接続する吸気コレクタ４には、吸気通路５が接続し、吸気通路５には、上流側からの過給のための可変ノズル式ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ、加圧されて高温となった空気を冷却するインタークーラ７、吸気量を制御する吸気絞弁８を配置する。また、排気通路１０には、その上流側から、可変ノズル式ターボチャージャ６のタービン６ｂ、排気中の未燃焼成分を酸化処理する酸化触媒１１、排気中のＰＭを補集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１３を順次配置する。
【００１４】
また、排気通路１０のタービン６ｂの上流から分岐して吸気コレクタ４に接続するＥＧＲ通路１５を設け、このＥＧＲ通路１５にはＥＧＲ弁１６を設置し、運転条件に応じて吸気中に還流する排気量を制御する。
【００１５】
ＥＣＵ９には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１７、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ１８、また排気通路１０の酸化触媒１１とＤＰＦ１３との間の排気圧力を検出する排気圧センサ１９、ＤＰＦ１３の下流の排気圧力を検出する排気圧センサ１２、ＤＰＦ１３の下流の排気空燃比を検出する排気空燃比センサ２０、ＤＰＦ１３より下流側の吸気温度を検出する温度センサ２１、酸化触媒１１とＤＰＦ１３との間の排気温度を検出する温度センサ２２からの各検出信号が入力される。そして、これら検出信号に基づいて可変ノズル式ターボチャージャ６の可変ノズルベーンの開度を制御するための信号、ＥＧＲ弁１６の開度を制御するための信号、吸気絞弁８の開度を制御するための信号、さらには、ＰＭ堆積量検知手段としてＤＰＦ１３内のＰＭ堆積量、燃料噴射弁２による燃料噴射量を制御するための信号、ＤＰＦ再生制御開始時期判定手段としてＤＰＦ１３の再生時期を判断し、昇温手段として再生のための排気温度上昇に必要な燃料供給をする燃料噴射弁２を作動させるための信号等をそれぞれ演算し、出力する。
【００１６】
次にＤＰＦ１３の再生制御について図２を参照して説明する。図２はＤＰＦ１３の再生制御のためのＥＣＵ９が実行する制御ルーチンを表すフローチャートである。なお、この制御ルーチンは一定周期毎、例えば１０ｍｓごとに繰り返し実行する。
【００１７】
ステップＳ１では、運転状態としてエンジン回転数センサ１７及びアクセル開度センサ１８の検出信号を読み込む。
【００１８】
ステップＳ２では、図３に示すサブルーチンを実行する。このサブルーチンは、排出するＰＭの酸化温度別に運転領域を分割し、各運転領域ごとの燃焼特性（瞬時運転条件の酸化温度Ｔｏｘｉ）及びＰＭ堆積量を推定するためのものである。運転領域は、例えば図４に示すように、エンジントルクが低い方から、つまりＰＭの酸化温度が低い方からＡ、Ｂ、Ｃと３分割する。なお、酸化温度はエンジン回転数に対する感度が低いため、図４ではエンジントルクのみに応じて運転領域を分割している。
【００１９】
ステップＳ１００１では、図５のマップからベース酸化温度Ｔｂを算出する。図５は、縦軸にエンジントルク、横軸にエンジン回転数をとり、ＰＭのベース酸化温度をエンジントルク及びエンジン回転数に割り付けたものである。
【００２０】
このマップは、ＰＭの結晶性が上がるほどＰＭの酸化温度も上昇するという特性に基づいて作成している。結晶性は、結晶子の径が大きいほど、また、結晶子中の層間隔が狭いほど高くなる。そして、結晶子径は図９に示すようにエンジントルクが大きくなるほど大きくなり、層間隔は図１０に示すようにエンジントルクが大きくなるほど狭くなる。したがって、図５では、ＰＭの酸化温度もエンジントルクが大きくなるほど高くなっている。
【００２１】
ところで、ＤＰＦ１３に触媒を担持した場合は、担持しない場合に比べてＰＭの酸化温度は低下するが、図２０に示すように、エンジントルクが大きくなるほど酸化温度が高くなる特性自体は変わらない。図２０は、エンジン回転数を一定とした場合における、結晶性及び酸化温度とエンジントルクとの関係を表した図である。縦軸がＰＭの酸化温度、横軸が結晶性であり、図中のＰｏ１〜Ｐｏ３は触媒を担持しない場合を表し、Ｐｃ１〜Ｐｃ３は触媒を担持する場合を表す。なお、エンジントルクの大きさはＰｏ１＜Ｐｏ２＜Ｐｏ３、Ｐｃ１＜Ｐｃ２＜Ｐｃ３である。
【００２２】
なお、酸化温度はエンジン回転数が高くなるほど高くなる傾向があるが、エンジン回転数に対する感度はエンジントルクに対する感度に比べて小さい。したがって、演算負荷軽減等のために、エンジントルクのみを用いてベース酸化温度を検索するようにしてもよい。
ステップＳ１００２では、空気過剰率の違いによる酸化温度を補正するための空気過剰率補正係数Ｋを、予め作成しておいた図１１に示すテーブルを用いて、空気過剰率λから酸化温度の補正係数Ｋを求める。図１１は縦軸に補正係数Ｋ、横軸に空気過剰率λをとったもので、空気過剰率が低下するほど補正係数Ｋも大きくなっている。
【００２３】
ステップＳ１００３では、ベース酸化温度Ｔｂを空気過剰率の違いによる酸化温度補正係数Ｋを用いて、下式（１）により瞬時運転条件での酸化温度Ｔｏｘｉを算出する。
【００２４】
Ｔｂ×Ｋ＝Ｔｏｘｉ      ・・・（１）
これは、図１２に示すように、同一のエンジントルク及びエンジン回転数であっても、空気過剰率λが小さくなるほどＰＭの結晶性が上がるという特性を考慮して、エンジントルクとエンジン回転数のみから求めた酸化温度を補正するものである。
【００２５】
なお、排気還流（ＥＧＲ）を行う場合には、ＥＧＲ率に応じた補正係数Ｆを用いて、式（１）で算出した酸化温度Ｔｏｘｉをさらに補正してもよい。補正係数Ｆは、例えば図１３のテーブルに示すように、ＥＧＲ率が大きくなるほど小さくなるように設定する。これは、ＥＧＲ率が高くなるほど筒内温度は相対的に低下し、これにより結晶性が低下して酸化温度も低下するためである。
【００２６】
図１２はエンジン回転数及びエンジントルクが同一の場合に、λ＝１．５の場合の結晶性とλ＝１の場合の結晶性の違いを模式的に表した図である。この違いは、空気過剰率λが小さくなるほど燃焼時の筒内温度が高くなるためと考えられる。
【００２７】
このようにして算出した瞬時運転条件での酸化温度Ｔｏｘｉを、前回再生終了から次回再生までの間、算出するごとにメモリしておく。
【００２８】
そして、ステップＳ１００４では、瞬時運転条件の酸化温度Ｔｏｘｉが閾値Ｂより低い場合には領域Ａ、閾値Ｂよりも高く閾値Ｃよりも低い場合は領域Ｂ、閾値Ｃよりも高い場合は領域Ｃと判別する。なお、閾値Ｂ、Ｃは予め設定しておく。また、各領域ごとに代表再生温度を設定しておき、代表再生温度と瞬時排出量Ｍとの積を各領域の堆積量としてメモリする。
【００２９】
本実施形態では、一定時間Ｔ-ｔｉｍｅごとに、ステップＳ２の後でステップＳ９〜Ｓ１１を実行する。なお、ステップＳ９〜Ｓ１１を実行している間も、ステップＳ１〜Ｓ８は独立して実行している。
【００３０】
ステップＳ９では、ＤＰＦ１３のベッド温度として温度センサ２２の検出信号、つまりＤＰＦ１３に流入する排気ガス温度を読み込む。
【００３１】
ステップＳ１０では、ＤＰＦ１３に堆積しているＰＭの燃焼特性変化を把握する。具体的には、ステップＳ２で推定した各運転領域ごとのＰＭ堆積量と、ステップＳ９で読み込んだＤＰＦ１３の温度に基づいて、燃焼特性を判断する指標値としての燃焼性指標値Ｇを次のようにして算出する。
【００３２】
ＧＡ＝Ａｉｎｉｔｉａｌ＋∫ａｄｔ      ・・・（２）
ＧＢ＝Ｂｉｎｉｔｉａｌ＋∫ｂｄｔ      ・・・（３）
ＧＣ＝Ｃｉｎｉｔｉａｌ＋∫ｃｄｔ      ・・・（４）
なお、Ａｉｎｉｔｉａｌ、Ｂｉｎｉｔｉａｌ、ＣｉｎｉｔｉａｌはそれぞれステップＳ３００４で推定した各運転領域の瞬時運転条件での酸化温度Ｔｏｘｉであり、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ結晶性上昇係数である。結晶性上昇係数は、ＤＰＦ１３を所定の温度に維持した場合に、単位時間当りに結晶性がどれだけ上昇するか、つまり単位時間当りに酸化温度がどれだけ上昇するかを表す値である。
【００３３】
例えば、図６に示すように、領域Ａの結晶性は温度がＴ３の場合には結晶性上昇係数はａ３であるが、温度をＴ２に上昇させると結晶性上昇係数も大きくなりａ２となる。したがって、ＤＰＦ１３の温度が高いほど、または当該温度での保持時間が長いほど、ＰＭの結晶性は上昇して、酸化温度が高くなる。
【００３４】
また、図７に示すように同じ温度Ｔ３で比較すると、領域Ａよりも結晶性の高い領域である領域Ｂの結晶性上昇係数ｂは、結晶性上昇係数ａよりも小さい。これは、結晶性が高い領域になるほど、ＤＰＦ１３内での温度履歴による結晶性の上昇幅が小さくなることを表している。したがって、領域Ｃの結晶性上昇係数ｃは結晶性上昇係数ｂよりもさらに小さくなる。
【００３５】
これらの特性をもとに、図８に示すテーブルを予め作成する。図８は横軸がＤＰＦ１３の温度、縦軸が結晶性上昇係数であり、ＤＰＦ１３の温度が高いほど各領域の結晶性上昇係数は大きくなっている。また、結晶性上昇係数の大きさは、ＤＰＦ１３の温度が高くなってもａ＞ｂ＞ｃのままである。
【００３６】
式（２）〜（４）を実行する際には、ステップＳ９で読み込んだＤＰＦ１３の温度で、図８のマップを検索することにより各領域の結晶性上昇係数ａ、ｂ、ｃを求める。
このようにして算出した各領域の燃焼性指標値Ｇはメモリしておく。
【００３７】
ステップＳ１１では、一定時間Ｔ−ｔｉｍｅ経過したか否かを判定し、経過している場合にはステップＳ３に進む。経過していない場合はステップＳ９に戻る。
【００３８】
すなわち、燃焼性指標値Ｇの演算を一定時間Ｔ−ｔｉｍｅ繰り返す。この間、演算するごとに燃焼性指標値Ｇを更新する。そして、領域ＡのＰＭの燃焼性指標値ＧＡが閾値Ｂを超えた場合には、今まで領域Ａとして扱ってきたＰＭを領域Ｂに編入して、次回以降の演算を行う。領域Ｂ、領域Ｃについても同様である。
【００３９】
ステップＳ３では、所定時間Ｔ−ｔｉｍｅの間に新たに堆積したＰＭと、ステップＳ１０の演算結果とに基づいて各領域のＰＭ堆積量を更新する。
【００４０】
図２のフローチャートの説明に戻る。
【００４１】
ステップＳ４では、再生要求フラグ（Ｔ＿ＤＰＦ＿ｃａｌ）が立っているか否かを判定する。Ｔ＿ＤＰＦ＿ｃａｌ＝０であればステップＳ５に進み、Ｔ＿ＤＰＦ＿ｃａｌ＝１であれば後述するＤＰＦ再生温度設定用のサブルーチンに入る。
【００４２】
ステップＳ５では、後述する劣化フラグ（Ａｇｅｄ）が立っているか否かを判定する。Ａｇｅｄ＝０であればステップＳ６に進み、Ａｇｅｄ＝１であれば図１６のサブルーチンに入る。サブルーチンのステップＳ３００１では、再生目標温度Ｔ１、Ｔ２を現状よりも高い値に変更する。そしてステップＳ３００２では、ＭＩＬランプ（エンジンチェックランプ）を点灯させて、劣化していることを運転者に知らせる。
【００４３】
ステップＳ６では、ＤＰＦ再生モード中であるか否かを示すフラグ（ｒｅｇ）が立っているか否かを判定する。ｒｅｇ＝０の場合はステップＳ７に進み、ｒｅｇ＝１の場合は後述するＤＰＦ再生モード用のサブルーチンに入る。
【００４４】
ステップＳ７では、劣化防止モードフラグ（ｒｅｃ）が立っているか否かの判定を行う。劣化防止モードフラグｒｅｃ＝０の場合はステップＳ８に進み、劣化防止モードフラグｒｅｃ＝１の場合は後述する劣化防止モード用のサブルーチンに入る。
【００４５】
ステップＳ８では、ステップＳ２で推定したＰＭ堆積量が、再生が必要な場合の堆積量として予め設定したＰＭ１より多いか否かを判定する。これはＤＰＦ１３の再生時期になっているか否かの判定である。再生時期であるか否かの判定方法としては、この他に、例えば図１４に示すような、エンジン回転数及びエンジントルクと、堆積量が所定量ＰＭ１に達した場合の排圧（排圧しきい値）との関係を表すマップを予め作成しておき、排圧が排圧しきい値を超えているか否かで判定する方法がある。また、前回の再生からの走行距離が所定の距離を超えており、かつＤＰＦ１３の排圧が排圧しきい値を超えている場合に、再生時期であると判定する方法を用いてもよい。
【００４６】
再生時期であると判定された場合には、図１９に示すサブルーチンに進み、ステップＳ６００１で再生要求フラグＴ＿ＤＰＦ＿ｃａｌを１として再生要求を出す。ステップＳ８で再生時期ではないと判定された場合には、リターンする。
【００４７】
次に各サブルーチンについて説明する。
【００４８】
図１５は、ステップＳ４で再生要求フラグＴ＿ＤＰＦ＿ｃａｌが立っている場合に実行する再生温度設定用の制御ルーチンである。
【００４９】
ステップＳ２００１では、下式（５）により全領域の堆積量と代表再生温度との積の総和Ｎを算出し、図２１に示すテーブルを用いて目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦを検索する。
【００５０】
Ｎ＝Ａ領域量＋Ｂ領域量＋Ｃ領域量      ・・・（５）
ただし、Ａ領域量＝Ｔａ×Ｍ、Ｂ領域量＝Ｔｂ×Ｍ、Ｃ領域量＝Ｔｃ×Ｍ、Ｍ：瞬時排出量とする。
【００５１】
また、図２１のテーブルは、横軸に総和Ｎ、縦軸に目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦをとっており、総和Ｎが大きくなるほど目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦが高くなっている。
【００５２】
ステップＳ２００２では目標再生温度範囲の上限値Ｔ１及び下限値Ｔ２を下式（６）、（７）により決定する。なお、目標温度範囲は、当該温度範囲内に保持すれば確実にＰＭを燃焼除去し得る温度範囲となるよう設定する。例えば、Ｄを１０度程度の値に設定する。
【００５３】
Ｔ１＝Ｔ＿ＤＰＦ＋Ｄ      ・・・（６）
Ｔ２＝Ｔ＿ＤＰＦ−Ｄ      ・・・（７）
ステップＳ２００３では再生要求フラグＴ＿ＤＰＦ＿ｃａｌをゼロにし、ステップＳ２００４ではＤＰＦ再生モードフラグｒｅｇを１にする。これにより、次回演算時には、ステップＳ７から再生モード用のサブルーチンに入る。
【００５４】
ステップＳ２００５では、目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦとなるように、ポスト噴射によるＤＰＦ１３の昇温を開始する。ポスト噴射量は、目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦや運転状態に応じて設定する。
【００５５】
上記の制御は、図２２に示すように、ＤＰＦ１３の温度がある程度高い場合（図２２中のＴ１：例えば５００度程度）には、ＤＰＦ１３内に堆積しているＰＭの結晶性が上がるため、再生温度が上昇する、という発明者らが見出した知見に基づくものである。すなわち、ＤＰＦ１３内のＰＭについて、ＤＰＦ１３に捕集されるときの酸化温度のみではなく、ＤＰＦ１３に捕集されてから再生されるまでに受けた熱履歴による酸化温度の変化をも考慮して、目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦを設定するものである。
【００５６】
ところで、上記制御ではＰＭを確実に燃焼除去し得る目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦを設定し、これに応じて燃料噴射量の増量や燃料噴射時期の遅角等を行っており、堆積しているＰＭの酸化温度が高い場合には目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦも高く設定することとなる。しかし、目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦは堆積しているＰＭの酸化温度によらず一定の所定温度（例えば６００度程度）に設定しておき、堆積しているＰＭの酸化温度が所定温度ではＰＭを燃焼除去できないほど高温の場合には、排気の酸素濃度を上昇させるようにしてもよい。酸素濃度が上昇すれば燃焼が促進されるため、ＤＰＦ１３内に堆積しているＰＭを燃焼除去することができる。更に、目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦを相対的に高い温度に設定した場合には、目標再生温度Ｔ＿ＤＰＦを高く設定し、かつ酸素濃度を上昇させるようにしてもよい。
【００５７】
なお、ＤＰＦ１３に堆積しているＰＭは、ＤＰＦ１３がある程度高温でないと、結晶性は上がらないので、Ｓ９〜Ｓ１１を一定時間Ｔ-ｔｉｍｅごとに実行するのではなく、ＤＰＦ１３の温度が所定温度以上になった場合にのみ実行するようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、Ａ〜Ｃの３領域に分割して、各領域ごとにＤＰＦ１３内で受けた熱履歴による燃焼特性の変動を算出しているが、より多くの領域に分割することで、より精密な再生温度の制御を行うことが可能となる。
【００５９】
図１７は、ステップＳ６でＤＰＦ再生モードフラグｒｅｇ＝１である場合に実行する再生制御用の制御ルーチンである。
【００６０】
ステップＳ４００１では、ＤＰＦ１３に堆積しているＰＭ量に応じて、排気λを目標値に制御する。ここでは、吸気絞弁８の開度を調節することにより目標の排気λの制御を行う。つまり、ＰＭ堆積量に応じた排気λを実現するための吸入空気量目標値を設定し、この吸入空気量目標値となるように吸気絞弁８の開度を調節する。
【００６１】
吸入空気量目標値は、図２３に示すようなマップを用いて設定する。図２３は、縦軸がエンジントルク、横軸がエンジン回転数である。そして、排気λの目標値に応じてマップ変更するものである。例えば、目標値がλ＝１の場合には図２３中に実線で示したようなマップであり、目標値がλ＝１．５の場合には、図２３中に破線で示したようなマップに切り替る。
【００６２】
なお、ＤＰＦ再生温度として高温を要しない場合には、ポスト噴射を用いずに、吸気絞弁８の開度調整もしくは噴射時期リタード、またはこれらの併用で目標温度に到達させることもできる。
【００６３】
ステップＳ４００２では、ＤＰＦ１３の温度が目標温度範囲の上限値Ｔ１を超えたか否かを判定する。超えていない場合にはステップＳ４００３に進む。超えている場合はステップＳ４０１１に進み、ポスト噴射量を運転状態に応じた単位噴射量だけ減量する。運転状態に応じた単位噴射量は、例えば図２４に示すようなマップを用いて設定する。図２４は単位噴射量をエンジントルク及びエンジン回転数に割り付けたマップであり、低回転・低トルクほど噴射量は少なく、高回転・高トルク領域ほど噴射量は多くなっている。また、ポスト噴射量が変動することで排気λが目標値から外れることを防止するために、吸気絞弁８によって吸気量を調整してベッド温度の変化を抑制しつつ排気λを達成する。
【００６４】
ステップＳ４００３では、ＤＰＦ１３の温度が目標温度範囲の下限値Ｔ２を下回っているか否かを判定する。下回っていない場合はステップＳ４００４に進む。下回っている場合はステップＳ４０１０に進み、ポスト噴射量を運転状態に応じた単位噴射量だけ増量する。ここでの単位噴射量は、ステップＳ４０１１と同様の方法で設定する。
【００６５】
ステップＳ４００４では、オリフィスの流量式を変形した式（８）を利用してＤＰＦ１３の仮想断面積Ｓ２を算出し、これをＰＭが堆積していない状態のＤＰＦ１３の断面積Ｓｉｎｔと比較する。
【００６６】
Ｓ２＝Ｑ／（２×ΔＰ／ρ）1/2      ・・・（８）
Ｓ２：仮想断面積、Ｑ：ガス流量、ΔＰ：ＤＰＦ前後差圧、ρ：密度
比較の結果、仮想断面積Ｓ２が断面積Ｓｉｎｔと等しければ、ステップＳ４００７へ進み、等しくなければステップＳ４００５に進む。
【００６７】
これは、ＰＭが堆積して流路が塞がれることによって上昇していた排気圧力が、再生時にＰＭが燃焼除去されることで低下する様子を、仮想断面積を用いて推定し、再生処理を終了してよいか否かを判定するものである。
【００６８】
ステップＳ４００５では、仮想断面積Ｓ２がＤＰＦ再生により拡大する速度ｄＳ２／ｄｔ（劣化判定用パラメータ）を算出し、これを反応速度論的な演算から求まる速度に基づいて設定した閾値Ｖａｇｅｄ（劣化判定用閾値）と比較する。なお、仮想断面積Ｓ２が拡大するにしたがって排気圧力は低下（回復）するので、仮想断面積Ｓ２が拡大する速度ｄＳ２／ｄｔは、排気圧力の回復速度に相当する。
【００６９】
ここで、反応速度論的な演算から求まる速度について説明する。
【００７０】
図２５はＰＭ堆積量と再生速度との関係を表した図であり、ＰＭ堆積量が多いほど再生速度が速くなっている。図２６はＯ2濃度と再生速度との関係を表した図であり、Ｏ2濃度が高いほど再生速度が速くなっている。図２７はＮＯ2濃度と再生速度との関係を表した図であり、ＮＯ2濃度が高いほど再生速度が速くなっている。図２８はＤＰＦの温度と再生速度との関係を表した図であり、ＤＰＦ温度が高いほど再生速度が速くなっている。図２９はＰＭの結晶性と再生速度との関係を表した図であり、結晶性が高いほど再生速度が遅くなっている。そして、ＰＭの結晶性は活性化エネルギＥに影響を与える。
【００７１】
また、頻度因子ＢはＰＭの堆積の形態に依存するが、ＤＰＦ１３の形状が同一であれば大きな変化はない。
【００７２】
上記図２５〜２９に示したように、ＤＰＦ１３の再生特性はＤＰＦ１３の温度により一元的に定まるものではなく、ＰＭ堆積量、Ｏ2濃度、ＮＯ2濃度、ＰＭの結晶性といった再生が行われる環境によって変化するものである。すなわち、酸化反応速度Ｖは式（９）のように表すことができる。
【００７３】
Ｖ＝Ｂｅｘｐ（−Ｅ／ＲＴ）×[ＰＭ][Ｏ2][ＮＯ2]      ・・・（９）
Ｂ：頻度因子、Ｅ：活性化エネルギ、[ＰＭ]：ＰＭ堆積量、[Ｏ2]：Ｏ2濃度、[ＮＯ2]：ＮＯ2濃度
再生速度が式（９）で求まる反応速度Ｖである場合の、再生速度と排気圧力回復速度との関係を、図３０に示すようにマップ化する。そして、これに基づいて、許容できる程度の劣化度の場合における排気圧力回復速度を、触媒が劣化したか否かの判定用の閾値Ｖａｇｅｄとして設定する。触媒が劣化するとＰＭの燃焼が遅くなることにより排気圧力の回復が遅れるので、閾値Ｖａｇｅｄは図３０に破線で示すように反応速度論的に求めた再生速度に対する排気圧力回復速度より低くなる。
【００７４】
なお、反応速度論的に求めた再生速度に対する排気圧力回復速度は、再生速度が速くなるほど速くなる。これは、再生速度が速い方が、堆積しているＰＭがより早く燃焼除去されてＤＰＦ１３の流路断面積が早く拡大するからである。
【００７５】
このように反応速度論的に求まる再生速度に基づいて設定した閾値Ｖａｇｅｄと、検出値に基づいて算出した排気圧力回復速度とを比較し、閾値Ｖａｇｅｄの方が大きければ触媒は劣化していると判断して、ステップＳ４００６に進んで劣化フラグＡｇｅｄを立てる。閾値Ｖａｇｅｄの方が小さければリターンする。
【００７６】
このように、再生が行われている環境を考慮した閾値を用いて劣化判定を行うことにより、精度の高い劣化判定を行うことが可能となる。
【００７７】
ステップＳ４００４で仮想断面積Ｓ２が断面積Ｓｉｎｔと等しい場合には、再生処理を終了するため、ステップ４００７でポスト噴射を停止してＤＰＦ１３の加熱を停止する。
【００７８】
そして、ステップＳ４００８で再生モードフラグｒｅｇをゼロにして、ステップＳ４００９で劣化防止モードフラグｒｅｃを立ててリターンする。
【００７９】
図１８は劣化防止モード時に実行する制御ルーチンを表すフローチャートである。
【００８０】
再生モードを終了して急激に排気λを大きくすると、仮にＤＰＦ１３内にＰＭの燃え残りがあった場合にはＤＰＦ１３内でＰＭが急激に燃焼し、この燃焼熱によってＤＰＦ１３が劣化するおそれがある。この燃焼熱による劣化を防止するためのモードが劣化防止モードである。
【００８１】
ステップＳ５００１では、温度センサ２１の検出信号を読み込んでＤＰＦ１３のベッド温度を検知する。
【００８２】
ステップＳ５００２では、排気λを所定の値、例えばλ≦１．４に制御する。制御方法は、図１７のステップＳ４００１と同様に、目標排気λを実現するための目標吸入空気量を求めて吸気絞弁８の開度を制御してもよいし、排気空燃比センサ２０の出力に基づいて、フィードバック制御によって所定の排気λを実現するようにしてもよい。
【００８３】
ステップＳ５００３では、ＤＰＦ１３のベッド温度が所定の温度Ｔ４より低いか否かの判定を行う。温度Ｔ４は、ＰＭの急激な燃焼が開始するおそれのない温度を設定する。判定の結果、温度Ｔ４より低ければステップＳ５００４に進み、高ければリターンする。
【００８４】
ステップＳ５００４ではステップＳ５００２で開始したλ制御を停止する。これは、温度Ｔ４より低い温度であれば、酸素濃度が大気並みになっても、ＰＭが一気に燃焼することによるＤＰＦ１３の劣化を回避することができるからである。
【００８５】
ステップＳ５００５では、劣化防止モードが終了したので、劣化防止モードフラグｒｅｃをゼロにする。
【００８６】
以上により本実施形態では、次のような効果をえることができる。
【００８７】
（１）ＤＰＦ１３に担持する触媒の劣化判定を、触媒の劣化度合を表す劣化判定用パラメータと、ＤＰＦ１３内に堆積しているＰＭの酸化反応速度に基づいて設定する劣化判定用閾値と、に基づいて行うので、再生が行われる環境により変化するＰＭの酸化反応速度に応じた適切な劣化判定用閾値を設定することができ、結果として精度よく劣化判定を行うことができる。
【００８８】
（２）劣化判定用のパラメータは、ＤＰＦ１３内に堆積しているＰＭのＤＰＦ再生時における酸化反応速度に基づく値であって、酸化反応速度を少なくともＤＰＦ１３の温度と、ＤＰＦ１３内のＰＭ堆積量、酸素濃度ないし二酸化窒素濃度と、ＤＰＦ１３内に堆積しているＰＭの燃焼特性と、に基づいて算出するので、ＤＰＦ１３の温度等の再生が行われる環境によって変化するＰＭの酸化反応速度に応じた、適切な劣化判定用のパラメータを設定することができる。
【００８９】
（４）ＤＰＦ１３内に堆積しているＰＭの燃焼特性を、ＰＭ生成時の機関筒内燃焼温度が高い場合には、酸化速度は遅くかつ酸化温度は高く見積もるので、結晶性に応じて異なるＰＭの燃焼特性を考慮した精度の高い劣化判定を行うことができる。
【００９０】
（５）ＤＰＦ１３内に堆積しているＰＭの燃焼特性を、ＰＭ捕集後のＤＰＦ１３の熱履歴に基づいて見積もり、ＤＰＦ１３の温度が高いほど酸化速度は遅くかつ酸化温度は高く、またＤＰＦ１３の温度の維持時間が長いほど酸化速度は遅くかつ酸化温度は高く見積もるので、ＤＰＦ１３に捕集された後に受ける熱履歴によって変化するＰＭの燃焼特性を考慮した精度の高い劣化判定を行うことができる。
【００９１】
第２実施形態について説明する。
【００９２】
本実施形態の構成及び制御は、基本的に第１実施形態と同様であるが、ＤＰＦ１３の劣化判定方法が異なる。
【００９３】
本実施形態の劣化判定用の制御ルーチンについて図３１を参照して説明する。なお、ステップＳ７００１〜Ｓ７００３、Ｓ７００７〜Ｓ７０１１は図１７のステップＳ４００１〜Ｓ４００３、Ｓ４００７〜Ｓ４０１１と同様なので、説明を省略する。
【００９４】
ステップＳ７００４では、劣化判定用パラメータとしてＤＰＦ１３の前後の温度差△ＤＰＦを検出し、これが劣化判定用の閾値Ｔｅｍｐ＿ａｇｅｄより高いか否かの判定を行う。低い場合には劣化していると判定し、ステップＳ７００５に進んで、劣化フラグＡｇｅｄを立てる。高い場合にはステップＳ７００６に進む。
【００９５】
劣化判定用の閾値Ｔｅｍｐ＿ａｇｅｄは、図３０に示す仮想断面の拡大速度の閾値Ｖａｇｅｄと同様に、反応速度論的に求めた再生速度に基づいて図３１のように設定する。すなわち、反応速度論から求めた再生速度に対するＰＭ燃焼によるＤＰＦ１３の前後の温度差を求め、これに基づいて、許容できる程度の劣化度の場合における温度差を判定用の閾値Ｔｅｍｐ＿ａｇｅｄとして設定する。触媒が劣化すると酸化反応による発熱量が少なくなるので、閾値Ｔｅｍｐ＿ａｇｅｄは図３２に示すように反応速度論的に求めた再生速度に対する温度差よりも小さくなる。
【００９６】
ステップＳ７００６では、再生開始からの時間ｔ１が規定時間ｔ＿ｄｐｆ＿ｒｅｇを超えたか否かの判定を行う。規定時間ｔ＿ｄｐｆ＿ｒｅｇは、堆積しているＰＭを確実に燃焼しきることができる時間であり、ＤＰＦ１３の容量等に基づいて予め設定しておく。
【００９７】
規定時間ｔ＿ｄｐｆ＿ｒｅｇを超えた場合はステップＳ７００７に進み、超えていない場合はリターンして、上記各ステップを繰り返す。
【００９８】
ところで、ステップＳ７００４では、他の判定方法を用いることができる。例えば、再生処理中にＤＰＦ１３の温度上昇が発現するときのＤＰＦ１３の温度（発熱反応発現温度）を算出し、これを劣化判定用の閾値と比較することでも劣化判定を行うことができる。
【００９９】
すなわち、温度センサ２２と温度センサ２１との温度差をモニタし、再生開始後に温度センサ２１の検出温度が温度センサ２２の検出温度を上回ったときの温度センサ２２の検出温度を発熱反応発現温度とする。そして、図３３に示すように、反応速度論的に求めた再生速度に対する発熱反応発現温度（図３３中の実線）を求め、これに基づいて図３３中の破線のように劣化判定用の閾値を設定する。
【０１００】
なお、触媒が劣化している場合には、より高温までＤＰＦ１３を昇温しなければＰＭの酸化が開始しないため、発熱反応発現温度は劣化していない場合に比べて高くなる。そこで、劣化判定用の閾値は、反応速度論的に求めた再生速度に対する発熱反応発現温度よりも高い値を設定する。
【０１０１】
また、発熱反応発現温度に基づいて劣化判定を行う場合には、ＤＰＦ１３のベッド温度を直接検出する温度センサを設けることで、発熱反応発現温度の違いをより精度良く検出することができる。
【０１０２】
以上により本実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】第１実施形態のシステムの構成図である。
【図２】第１実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図３】ＰＭの燃焼特性判別及び堆積量算出用のサブルーチンである。
【図４】ＰＭの燃焼特性別の運転領域マップである。
【図５】ベース酸化温度算出用マップである。
【図６】ＤＰＦ内でのＰＭの結晶性上昇を説明するための図である（その１）。
【図７】ＤＰＦ内でのＰＭの結晶性上昇を説明するための図である（その２）。
【図８】結晶性上昇係数マップである。
【図９】結晶子径と運転領域との関係を表すマップである。
【図１０】層間隔と運転領域との関係を表すマップである。
【図１１】空気過剰率に応じた酸化温度補正係数算出用のテーブルである。
【図１２】空気過剰率と結晶性との関係を説明するための図である。
【図１３】ＥＧＲ率に応じた酸化温度補正係数算出用のテーブルである。
【図１４】排圧閾値マップである。
【図１５】再生温度設定用の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１６】再生目標温度変更用の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１７】再生制御用の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１８】劣化防止モード用の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１９】再生要求フラグを立てるための制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図２０】触媒を担持する場合としない場合のＰＭの結晶性及び酸化温度とエンジントルクとの関係を表す図である。
【図２１】目標再生温度決定用のテーブルである。
【図２２】ＤＰＦ温度と結晶性の関係を表す図である。
【図２３】目標吸入空気量マップ算出用のである。
【図２４】ポスト噴射の単位噴射量算出用のマップである。
【図２５】ＰＭ堆積量と再生速度との関係を表す図である。
【図２６】Ｏ2濃度と再生速度との関係を表す図である。
【図２７】ＮＯ2濃度と再生速度との関係を表す図である。
【図２８】ＤＰＦの温度と再生速度との関係を表す図である。
【図２９】ＰＭの結晶性と再生速度との関係を表す図である。
【図３０】反応速度論的に求めた再生速度と排気圧力回復速度及び劣化判定用閾値との関係を表す図である。
【図３１】第２実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図３２】反応速度論的に求めた再生速度とＰＭ酸化による昇温幅及び劣化判定用閾値との関係を表す図である。
【図３３】反応速度論的に求めた再生速度と発熱反応発現温度及び劣化判定用閾値との関係を表す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１    エンジン
２    燃料噴射弁
３    燃料噴射装置（コモンレール式燃料噴射装置）
４    吸気コレクタ
５    吸気通路
６    可変ノズル式ターボチャージャ
７    インタークーラ
８    吸気絞弁
９    コントロールユニット
１０  排気通路
１１  酸化触媒
１２  排気圧センサ（下流側）
１３  ＤＰＦ
１４  変速機
１５  ＥＧＲ通路
１６  ＥＧＲ弁
１７  エンジン回転数センサ
１８  アクセル開度センサ
１９  排気圧センサ（上流側）
２０  排気空燃比センサ
２１  温度センサ（下流側）
２２  温度センサ（上流側）
【図１】
2009030568.tif 000003
【図２】
2009030568.tif 000004
【図３】
2009030568.tif 000005
【図４】
2009030568.tif 000006
【図５】
2009030568.tif 000007
【図６】
2009030568.tif 000008
【図７】
2009030568.tif 000009
【図８】
2009030568.tif 000010
【図９】
2009030568.tif 000011
【図１０】
2009030568.tif 000012
【図１１】
2009030568.tif 000013
【図１２】
2009030568.tif 000014
【図１３】
2009030568.tif 000015
【図１４】
2009030568.tif 000016
【図１５】
2009030568.tif 000017
【図１６】
2009030568.tif 000018
【図１７】
2009030568.tif 000019
【図１８】
2009030568.tif 000020
【図１９】
2009030568.tif 000021
【図２０】
2009030568.tif 000022
【図２１】
2009030568.tif 000023
【図２２】
2009030568.tif 000024
【図２３】
2009030568.tif 000025
【図２４】
2009030568.tif 000026
【図２５】
2009030568.tif 000027
【図２６】
2009030568.tif 000028
【図２７】
2009030568.tif 000029
【図２８】
2009030568.tif 000030
【図２９】
2009030568.tif 000031
【図３０】
2009030568.tif 000032
【図３１】
2009030568.tif 000033
【図３２】
2009030568.tif 000034
【図３３】
2009030568.tif 000035