JP6218987B2 - 排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化方法に関する。

ディーゼルエンジンでは、排気ガス中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）を除去するため、排気管路中にDiesel Particulate Filter（ＤＰＦ）が設けられる。ＤＰＦは、排気ガス中に含まれるススなどのＰＭを捕集し、ＰＭが低減された排気ガスを外気に排出する。ＤＰＦにより捕集したＰＭが多くなると、フィルタ機能が低下するため、ＤＰＦでは、捕集したＰＭを燃焼させる再生処理が行われる。

ＤＰＦの再生には、排気ガスの温度が高いときに堆積したＰＭが自然に燃焼する自然再生と、ＰＭ堆積量が所定の基準値を超えたときに行う強制再生とがある。ＤＰＦの強制再生では、排気温度を高めるようにエンジンの運転状態を調整し、さらにＤＰＦの前段において燃料を噴射する外部ドージング、またはエンジンのシリンダ内に燃料を噴射する内部ドージングを行うことにより、堆積したＰＭを強制的に燃焼させる。

ここで、ＤＰＦに捕集されるＰＭ堆積量は、エンジン運転中は実測することができないため、推定によって算出される。従来、ＰＭ堆積量の算出は、ＤＰＦの排気ガスの入口および出口間の差圧を検出し、この差圧に基づいてＰＭ堆積量を算出していた。そして、ＰＭ堆積量が一定の量を超えた場合に、強制再生を実施していた。
しかしながら、図１４に示すように、ＤＰＦを構成するセル内に捕集されたＰＭ１０１は、セル内において、一様に堆積するが、ＰＭ１０１が多くなると、セル内に堆積したＰＭ１０１が所々で剥がれ落ち、剥がれたＰＭ１０２によってセル閉塞を生じることがある。セル閉塞が生じると、ＤＰＦの差圧は、大きくなり、実際のＰＭ堆積量が、強制再生が必要な程ではないにも拘わらず、強制再生が行われてしまう。

このため、特許文献１には、ＤＰＦに入力される排気ガス内のＰＭ量から、ＤＰＦ内で燃焼されるＰＭ量を減算するモデルを用い、ＤＰＦに堆積するＰＭ量を推定し、これを用いて強制再生処理を行う技術が開示されている。
また、特許文献２には、ＤＰＦの差圧の低下率が規定の値以上となったときに、ＤＰＦの強制再生処理を行う技術が開示されている。

特開２０１２−１９７７０５号公報 特開２００５−７６４６２号公報

しかしながら、セル閉塞が生じている部分では、ＰＭの密度が高く、そのまま強制再生を行うと、ＰＭの燃焼温度が非常に高くなり、セルが溶損してしまう可能性がある。前記特許文献１および前記特許文献２に記載の技術では、このような場合におけるセルの溶損を防止することができない。

本発明の目的は、セルの溶損を防止することができ、かつフィルタ内に堆積した粒子状物質を、効率的に燃焼させることのできる、排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化方法を提供することにある。

本発明の排気ガス浄化システムは、
エンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの入口および出口間の差圧を検出する差圧検出部と、
前記フィルタ内を流れる排気ガスの流量を検出する流量検出部と、
前記差圧検出部および前記流量検出部の検出結果に基づいて、前記フィルタの再生処理温度を設定する再生温度設定部と、
前記再生温度設定部により設定された再生処理温度に基づいて、前記フィルタの再生処理を行う再生処理部と、を備え、
前記再生温度設定部は、前記再生処理部により再生処理を開始する第１の再生処理温度を設定し、所定の排気ガス流量のときに、前記差圧検出部により検出される差圧が所定の閾値以下となったら、前記第１の再生処理温度よりも高い第２の再生処理温度を設定することを特徴とする。

本発明によれば、再生温度設定部が、所定の排気ガス流量のときに、前記差圧検出部により検出される差圧が所定の閾値以下となるまでは、低い温度である第１の再生処理温度に設定して、フィルタの再生処理を行い、差圧が、所定の閾値以下となったら、高い温度である第２の再生処理温度に設定して、フィルタの再生処理を行う。したがって、低い温度により閉塞されたセルの粒子状物質の密度の高い部分を燃焼させた後、高い温度によりセル内の粒子状物質を燃焼させることができるため、燃焼温度を上昇させることなく、フィルタのセルの溶損を防止することができ、かつフィルタに堆積した粒子状物質を効率的に燃焼させることができる。

本発明の排気ガス浄化システムは、
エンジンの排気ガス中の粒子物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの入口および出口間の差圧を検出する差圧検出部と、
前記フィルタ内を流れる排気ガスの流量を検出する流量検出部と、
前記差圧検出部および前記流量検出部の検出結果に基づいて、前記フィルタ内に堆積した粒子状物質の差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部と、
前記差圧堆積量算出部により算出された粒子状物質の差圧堆積量に基づいて、前記フィルタの再生処理温度を設定する再生温度設定部と、
前記再生温度設定部により設定された再生処理温度に基づいて、前記フィルタの再生処理を行う再生処理部と、を備え、
前記再生温度設定部は、前記再生処理部により再生処理を開始する第１の再生処理温度を設定し、前記差圧堆積量算出部により算出された粒子状物質の差圧堆積量が、所定の閾値以下となったら、前記第１の再生処理温度よりも高い第２の再生処理温度を設定することを特徴とする。

本発明の排気ガス浄化システムは、
エンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの入口および出口間の差圧を検出する差圧検出部と、
前記フィルタ内を流れる排気ガスの流量を検出する流量検出部と、
前記差圧検出部および前記流量検出部の検出結果に基づいて、前記フィルタ内に堆積した粒子状物質の差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部と、
前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量の時間変化率が、所定の値よりも大きいときに、粒子状物質の堆積モデルを用いて、モデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部と、
前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量、および前記モデル堆積量算出部により算出されたモデル堆積量に基づいて、粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出部と、
前記差圧堆積量算出部により算出された粒子状物質の差圧堆積量に基づいて、前記フィルタの再生処理温度を設定する再生温度設定部と、
前記再生温度設定部により設定された再生処理温度に基づいて、前記フィルタの再生処理を行う再生処理部と、を備え、
前記再生温度設定部は、前記再生処理部により再生処理を開始する第１の再生処理温度を設定し、前記粒子状物質堆積量算出部により算出された粒子状物質堆積量が、所定の閾値以下となったら、前記第１の再生処理温度よりも高い第２の再生処理温度を設定することを特徴とする。

本発明では、前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量の時間変化率が、所定の値よりも大きいときに、粒状物質の堆積モデルを用いて、モデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部と、
前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量、および前記モデル堆積量算出部により算出されたモデル堆積量に基づいて、粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出部と、を備え、
前記再生温度設定部は、前記差圧推定量算出部により算出された差圧堆積量が、前記粒子状物質堆積量算出部により算出された粒子状物質堆積量未満となったら、前記第２の再生処理温度を設定するのが好ましい。

本発明では、前記モデル堆積量算出部により用いられる堆積モデルは、前記フィルタに入力される前記排気ガス内の粒子状物質量から、前記フィルタ内で燃焼される粒子状物質量を減算するモデルであり、
前記粒子状物質堆積量算出部は、第１係数および第２係数の和が一定値を取ることを条件に、前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量に第１係数を乗算し、前記モデル堆積量算出部により算出されたモデル堆積量に第２係数を乗算し、これらの加算値を前記粒子状物質堆積量として算出するのが好ましい。

本発明では、前記再生温度設定部は、前記第１の再生処理温度から前記第２の再生処理温度への遷移を、所定の時間かけて行うのが好ましい。

本発明の排気ガス浄化方法は、
エンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタの入口および出口間の差圧を検出する手順と、
前記フィルタ内を流れる排気ガスの流量を検出する手順と、
検出された差圧および流量に基づいて、所定の排気ガス流量のときに、前記差圧検出部により検出される差圧が所定の閾値以下となったら、再生処理を開始時の第１の再生処理温度よりも、高い第２の再生処理温度を設定し、前記フィルタの再生処理を行う手順と、を実施することを特徴とする。

本発明の実施形態に係る排気ガス浄化システムを備えたディーゼルエンジンの概要構成を示す模式図。 前記実施形態における再生制御部の構成を示すブロック図。 ＰＭ堆積量をパラメータとした排気ガス流量と差圧との関係を示すグラフ。 前記実施形態におけるモデル堆積量算出部の構成を示すブロック図。 従来の再生処理による目標温度とＤＰＦの温度との関係を示すグラフ。 前記実施形態の再生処理による目標温度とＤＰＦの温度との関係を示すグラフ。 前記実施形態の作用を示すフローチャート。 前記実施形態の作用を示すフローチャート。 前記実施形態の作用を示すフローチャート。 前記実施形態における第１係数αの排気ガス流量への依存性を示すグラフ。 前記実施形態における差圧堆積量およびモデル堆積量を使用する領域を表すグラフ。 前記実施形態におけるＤＰＦのセル閉塞による差圧堆積量、差圧、差圧堆積量時間変化率の時間的変化を表すグラフ。 前記実施形態における第１の再生処理温度から第２の再生処理温度に遷移させることを説明するためのグラフ。 ＤＰＦのセルが閉塞する状態を示す断面図。

［１］ディーゼルエンジン１の全体構成
図１は、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置９を含むディーゼルエンジン１の概要構成を示す模式図である。図１において、ディーゼルエンジン１は、内部に複数の燃焼室が形成されたエンジン本体２と、吸入される空気を、フィルタを用いて濾過し、埃などの異物が燃焼室に混入するのを防止するエアクリーナ３と、エンジン本体２内部の各燃焼室に給気を供給する給気管路４と、エンジン本体２内部の各燃焼室から排出された排気ガスを排出する排気管路５と、冷却機構６と、排気タービン過給機７と、排気ガス再循環システム８と、排気ガス浄化装置９と、エンジンコントローラ１０と、再生制御部１１と、再生指示部１２とを備える。

エンジン本体２と給気管路４との間には、給気管路４からの給気がエンジン本体２内部の各燃焼室に分配されるように、給気マニホールド４Ａが取り付けられている。エンジン本体２と排気管路５との間には、エンジン本体２内部の各燃焼室から排出された排気ガスがまとめて排気管路５に流入するように、排気マニホールド５Ａが取り付けられている。

給気管路４には、排気タービン過給機７によって圧縮された空気を冷却するためのアフタークーラ１３が設けられている。冷却機構６は、エンジン本体２内に収められた図示しないクランクシャフト等により駆動されるポンプ１４を備える。
ポンプ１４によって圧送された冷却水は、エンジン本体２、排気タービン過給機７、図示しないオイルクーラ等の冷却が必要な部位を冷却した後、冷却機構６に設けられたラジエータ１５によって空冷される。
アフタークーラ１３およびラジエータ１５は、エンジン本体２に設けられ、かつ、図示しないクランクシャフト等によって回転駆動されるファン１６によって、その冷却作用が促進される。

排気タービン過給機７は、排気管路５の途中に設けられたタービン１７と、給気管路４の途中に設けられ、タービン１７に連結されて駆動されるコンプレッサ１８と、タービン１７に供給される排気ガスの流速を制御する可変ターボノズル１９とを備える。
排気タービン過給機７は、可変ターボノズル１９の開度を制御することにより、タービン１７の回転数を制御する。タービン１７の回転によってコンプレッサ１８が駆動し、エンジン本体２への給気過給が行われる。なお、可変ターボノズル１９は、全閉時には、バイパス路２０を介して排気ガス浄化装置９側に排気するようにしている。
すなわち、可変ターボノズル１９が開時には、排気ガスをタービン翼車１７Ａに供給して仕事をさせ、可変ターボノズル１９が全閉時には、排気ガスを、バイパス路２０を介して排気ガス浄化装置９側に出力して、タービン翼車１７Ａへの仕事を小さくして排気温度を高めるようにしている。

排気ガス再循環システム８は、排気マニホールド５Ａと給気管路４とを連通する排気再循環通路８Ａを備える。排気再循環通路８Ａは、排気マニホールド５Ａから排気ガスの一部を抽出して給気管路４に再循環させる。排気再循環通路８Ａには、排気再循環通路８Ａを開閉するExhaust Gas Recirculation（ＥＧＲ）バルブ８Ｂと、排気マニホールド５Ａからの排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ８Ｃとが設けられている。排気ガス再循環システム８は、排気再循環通路８Ａを介して排気ガスの一部を給気マニホールド４Ａに還流させることによって、給気中の酸素濃度を低下させ、エンジン本体２の燃焼温度を下げる。これにより、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量を低減させることができる。

［２］排気ガス浄化装置９の構造
排気ガス浄化システムとしての排気ガス浄化装置９は、タービン１７の下流側に設けられ、排気ガスに含まれるＰＭを除去するものであり、ディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidant Catalyst：ＤＯＣ）２１、ＤＰＦ２２、差圧センサ２３、温度センサ２４を備える。
ＤＯＣ２１およびＤＰＦ２２は、円筒状の排気管路内部に設けられ、排気管路の上流側にＤＯＣ２１が設けられ、排気管路の下流側にＤＰＦ２２が設けられる。
また、タービン１７と排気ガス浄化装置９との間には、ドージング燃料供給装置２５から供給されるドージング燃料を噴射するドージングノズル２５Ａが配置される。このドージング燃料の噴射は、強制再生が指示された場合に行われる。

ＤＯＣ２１は、Ｐｔ（白金）などによって構成され、排気ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＰＭに含まれる可溶性有機成分（Soluble Organic Fraction：ＳＯＦ）を酸化して除去する。また、ＤＯＣ２１は、排気ガスに含まれるＮＯ（一酸化窒素）を酸化して、ＮＯ_２（二酸化窒素）に変化させ、さらにはドージングノズル２５Ａから噴射されたドージング燃料を酸化することによって排気ガス温度を上昇させる。

ＤＰＦ２２は、ＰＭを捕集する。ＤＰＦ２２は、炭化珪素等を基材として構成される。
排気ガスに含まれるＰＭは、ＤＰＦ２２に形成された微細な孔を通過する際に捕集される。ＤＰＦ２２は、図１に示すように、排気ガスの流れ方向に沿った微細流路を有するセルが円筒状の排気管路内に密集配置される。本実施形態のＤＰＦ２２は、上流側端部を目封じさせたセルと、下流側端部を目封じさせたセルとを交互に配置したウォールフロー型ＤＰＦである。
捕集されたＰＭは、排気ガスが酸化反応を進行させることができる温度であることを条件として、排気ガスに含まれる酸素およびＤＯＣ２１において生成されたＮＯ_２によって酸化（燃焼）されることになる。

差圧センサ２３は、ＤＰＦ２２の上流側に配置され、ＤＰＦ２２の上流側の圧力を検出する圧力センサ２３Ａと、ＤＰＦ２３の下流側に配置され、ＤＰＦ２２の下流側の圧力を検出する圧力センサ２３Ｂと、圧力センサ２３Ａが検出した圧力から圧力センサ２３Ｂが検出した圧力を減算した差圧を再生制御部１１に出力する差圧検出部２３Ｃとを備える。
温度センサ２４は、ＤＰＦ２２の上流側に配置され、ＤＰＦ２２の入口の排気温度を検出し、ＤＰＦ温度として再生制御部１１に出力する。

［３］エンジンコントローラ１０の構造
エンジンコントローラ１０は、図示しないアクセルペダルなどのオペレータの要求に応じた入力手段の入力値に応じて、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ＥＧＲバルブ８Ｂ、可変ターボノズル１９を調整して、エンジン回転数やトルク制御を行う。
ディーゼルエンジン１は、エンジン回転速度センサ１Ａと、給気圧センサ１Ｂと、排気圧センサ１Ｃと、タービン回転速度センサ１Ｄと、流量センサ１Ｅとを備え、各センサの出力が、エンジンコントローラ１０に入力される。

エンジン回転速度センサ１Ａは、エンジン本体２の図示しないクランクシャフトの回転速度を検出し、図示しないクランクシャフトの回転速度を示す信号を、エンジンコントローラ１０に出力する。
給気圧センサ１Ｂは、コンプレッサ１８の出口通路と給気マニホールド４Ａとの間の給気圧力を検出し、エンジンコントローラ１０に出力する。

排気圧センサ１Ｃは、排気マニホールド５Ａとタービン１７の入口通路との間の排気圧力を検出し、排気圧力をエンジンコントローラ１０に出力する。
タービン回転速度センサ１Ｄは、タービン１７の回転速度を検出し、タービン１７の回転速度をエンジンコントローラ１０に出力する。
流量センサ１Ｅは、エアクリーナ３から供給される空気の流量を検出し、エアクリーナ３から供給される空気の流量をエンジンコントローラ１０に出力する。

また、再生処理部としてのエンジンコントローラ１０は、再生制御部１１からの指示によって、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ＥＧＲバルブ８Ｂ、可変ターボノズル１９を制御して、排気温度を上昇させ、その後ドージングノズル２５Ａからドージング燃料を噴射することによって、強制再生制御を行う。特に、エンジンコントローラ１０は、強制再生を行う場合、燃料噴射量を抑え、ＥＧＲバルブ８Ｂ、可変ターボノズル１９をそれぞれ閉にすることによって排気温度を上昇させる。

［４］再生制御部１１の構造
再生制御部１１は、エンジンコントローラ１０から得られる排気ガス流量情報、ＰＭ発生量情報、ＰＭ燃焼量情報、差圧センサ２３により検出される差圧、および温度センサ２４により検出されるＤＰＦ温度に基づいて、ＤＰＦ２２に堆積するＰＭ堆積量ＰＭｓを推定し、ＰＭ堆積量ＰＭｓが所定の閾値ＰＭｔｈを超える場合に、再生指示部１２に通知する。また、再生制御部１１は、再生指示部１２からの手動再生指示があった場合に、エンジンコントローラ１０に手動強制再生を行わせる。再生制御部１１は、手動強制再生が終了した場合、その旨を再生指示部１２に通知する。

再生指示部１２は、運転席近傍に設けられた入出力操作が可能な表示パネルに設けられ、再生制御部１１から通知があった場合、手動再生指示を促す警告表示を行うとともに、手動再生指示の操作があった場合に、手動再生指示を再生制御部１１に出力する。また、再生指示部１２は、手動強制再生指示の終了通知があった場合、その旨を表示出力する。

再生制御部１１は、図１および図２に示すように、差圧堆積量算出部２６、モデル堆積量算出部２７、差圧堆積量時間変化率算出部２８、ＰＭ堆積量算出部（粒子状物質堆積量算出部）２９、および再生温度設定部３０を備える。
差圧堆積量算出部２６には、差圧センサ２３からのＤＰＦ２２の差圧と、温度センサ２４からのＤＰＦ温度と、エンジンコントローラ１０からの排気ガス流量情報とが入力される。排気ガス流量情報は、ＤＰＦ２２に入力される排気ガス体積流量である。
流量検出部としてのエンジンコントローラ１０は、流量センサ１Ｅが検出した給気質量流量と、図１では図示を略したが、燃料噴射量センサが検出した燃料噴射量から推定される排気質量流量とを加算した質量流量を、差圧堆積量算出部２６に出力する。差圧堆積量算出部２６は、排気ガスの質量流量を、温度センサ２４から出力されたＤＰＦ温度に基づいて、排気体積流量に変換する。

差圧堆積量算出部２６は、変換された排気ガス流量ＱＶと、差圧ＤＰと、ＰＭ堆積量との関係を示す三次元マップを有し、検出結果となる変換された排気ガス流量および差圧を入力値として、ＰＭ堆積量を出力する。具体的には、図３に示すように、三次元マップは、ＰＭ堆積量をパラメータとした排気ガス流量ＱＶと差圧ＤＰとの関係を記憶している。排気ガス流量ＱＶが一定の場合、差圧ＤＰの増大に伴ってＰＭ堆積量は増大する。また、差圧ＤＰが一定の場合、排気ガス流量ＱＶの増大に伴ってＰＭ堆積量は減少する。たとえば、図３に示すように、排気ガス流量がＱＶ１で、差圧がＤＰ１〜ＤＰ４の場合、それぞれＰＭ堆積量は、Ｐ１〜Ｐ４となる。すなわち、ＰＭ堆積量は、Ｐ１よりＰ４のほうが大きい。そして、差圧堆積量算出部２６は、推定したＰＭ堆積量を差圧堆積量ＰＭａとして、ＰＭ堆積量算出部２９および差圧堆積量時間変化率算出部２８に出力する。

モデル堆積量算出部２７には、図４に示すように、エンジンコントローラ１０からのＰＭ発生量情報およびＰＭ燃焼量情報と、温度センサ２４からのＤＰＦ温度とが入力される。エンジンコントローラ１０は、燃料噴射量や空燃比などをもとに推定した排気ガス内のＰＭ発生量を示すＰＭ発生量情報と、ＤＯＣ２１から出力されると推定したＮＯ_２発生量およびＤＯＣ２１から出力されるＯ_２発生量を示すＰＭ燃焼量情報とを、モデル堆積量算出部２７に出力する。
モデル堆積量算出部２７は、ディーゼルエンジン１から発生し、ＤＰＦ２２に入力される粒子状物質量としてのＰＭ発生量から、ＤＰＦ２２により燃焼される粒子状物質量としてのＰＭ燃焼量を減算することによって、ＰＭ堆積量を推定する堆積モデルＭを用いる。なお、堆積モデルＭは、ＰＭ堆積速度を算出している。

ＮＯ_２によるＰＭ燃焼量算出部２７Ａは、エンジンコントローラ１０から出力されたＮＯ_２発生量と、ＤＰＦ温度とに基づいて、あらかじめ実測等で求めておいたＤＰＦ２２に堆積したＰＭが、ＮＯ_２によって酸化（燃焼）される反応速度をマップ等で記憶しておいたものを用い、ＮＯ_２によるＰＭ燃焼速度を算出する。
Ｏ_２によるＰＭ燃焼量算出部２７Ｂは、エンジンコントローラ１０から出力されたＯ_２発生量と、ＤＰＦ温度とに基づいて、あらかじめ実測等で求めておいたＤＰＦ２２に堆積したＰＭが、Ｏ_２によって酸化（燃焼）される反応速度をマップ等で記憶しておいたものを用い、Ｏ_２によるＰＭ燃焼速度を算出する。

ここで、エンジンコントローラ１０から出力されるＰＭ発生量は、ＰＭ発生速度であり、演算器２７Ｃは、ＰＭ発生速度からＮＯ_２によるＰＭ燃焼速度、およびＯ_２によるＰＭ燃焼速度を減算したＰＭ堆積速度を、積算部２７Ｄに出力する。積算部２７Ｄは、入力されたＰＭ堆積速度に基づいて、ＰＭ堆積量を積算し、この積算したＰＭ堆積量をモデル堆積量ＰＭｂとしてＰＭ堆積量算出部２９に出力する。

図２に戻り、粒子状物質堆積量算出部としてのＰＭ堆積量算出部２９は、差圧堆積量算出部２６から入力された差圧堆積量ＰＭａと、モデル堆積量算出部２７から入力されたモデル堆積量ＰＭｂとに対して重み係数をかけた加算値としてＰＭ堆積量（粒子状物質堆積量）ＰＭｓを算出する。ＰＭ堆積量ＰＭｓは、第１係数α（０≦α≦１）として次式（１）で表される。
ＰＭｓ＝α・ＰＭａ＋（１−α）・ＰＭｂ…（１）

すなわち、差圧堆積量ＰＭａに重み係数である第１係数αを乗算し、モデル堆積量ＰＭｂに重み係数である第２係数（１−α）を乗算し、それぞれの和を取ったときに、一定値の「１」となるようにしている。換言すれば、第１係数αによって、差圧堆積量ＰＭａとモデル堆積量ＰＭｂとの配分比を決定している。第１係数αが１であれば、ＰＭ堆積量ＰＭｓは、差圧堆積量ＰＭａの値となり、第１係数αが０であれば、ＰＭ堆積量ＰＭｓは、モデル堆積量ＰＭｂの値となる。

また、ＰＭ堆積量算出部２９は、第１係数αを決定する係数決定部２９Ａを有する。係数決定部２９Ａには、エンジンコントローラ１０からの排気ガス流量情報と、温度センサ２４からのＤＰＦ温度とが入力され、ＤＰＦ温度で変換補正したＤＰＦ２２における排気ガス流量を算出し、この排気ガス流量の値が、所定の閾値ＱＶｔｈを超えた場合には、第１係数αを１に設定し、排気ガス流量の値が閾値ＱＶｔｈ未満である場合には、第１係数αを０に設定する。

差圧堆積量時間変化率算出部２８は、差圧堆積量算出部２６から入力される差圧堆積量ＰＭａの時間変化率である差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａを算出し、係数決定部２９Ａ内の係数修正部２９Ｂに出力する。係数決定部２９Ａは、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａ が閾値ΔＰＭａｔｈを超えた場合に、第１係数αの値を、１よりも小さいα’に修正する。

図１に示すように、再生温度設定部３０は、ＤＰＦ２２の再生開始時の第１の再生処理温度を、所定の条件に基づいて、第１の再生処理温度よりも高い第２の再生処理温度に設定する。
具体的には、再生温度設定部３０は、ドージングノズル２５Ａから噴射されたドージング燃料による燃焼温度を温度センサ２４により検出し、検出された温度が目標温度に達しているかどうかを判定し、ドージングノズル２５Ａからの燃料噴射量を調整する。
ＤＰＦ２２内に堆積したＰＭが脱落して、セル閉塞が生じている部分は、図５に示すように、時点ｔ２で通常の再生処理温度で再生処理を行うと、ＰＭの密度が高くなっているため、ＰＭの燃焼が進むにつれ、通常の再生処理温度による目標値よりも、応答する実際の燃焼温度が高くなってしまう。ＤＰＦ２２内における燃焼温度の上昇は、ＤＰＦ２２を構成するセルの溶損を招き、ＤＰＦ２２自体が損傷してしまう。

そこで、再生温度設定部３０は、図６に示すように、時点ｔ２では通常の再生処理温度よりも低い第１の再生処理温度によるＤＰＦ２２の再生処理を開始し、所定の条件となった時点ｔ３で、第２の再生処理温度（通常の再生温度）に切り替える。
所定の条件とは、詳しくは、差圧堆積量算出部２６から入力される差圧堆積量ＰＭａが所定の閾値ＰＭｔｈ以下となり、かつ、差圧堆積量ＰＭａが、式（１）により算出された粒子物質堆積量であるＰＭ堆積量ＰＭｓ未満となった場合である。この条件を満たす場合に、再生温度設定部３０は、前述した図１４に示すようなセル閉塞が解消した判定し、第１の再生処理温度から第２の再生処理温度に設定する。

なお、本実施形態では、所定の条件として、差圧堆積量ＰＭａが、所定の閾値ＰＭｔｈ以下、かつＰＭ堆積量ＰＭｓ未満となることを条件として第２の再生処理温度への遷移を行っているが、本発明はこれに限られない。たとえば、差圧検出部２３Ｃにより検出された差圧が所定の閾値以下となった場合を、所定の条件として第２の再生処理温度に遷移するように設定してもよい。

また、再生温度設定部３０による第１の再生処理温度から第２の再生処理温度への遷移は、図６に示すように、一定の時間Δｔをかけて、徐々に上昇させていく。
これにより、ＤＰＦ２２に急激な温度変化を生じさせることなく、第１の再生処理温度から第２の再生処理温度に遷移させることができるため、ＤＰＦ２２のセルが溶損することを確実に防止できる。
なお、図６に示すように第１の再生処理温度から第２の再生処理温度への遷移を直線的に行ってもよいが、細かいステップで離散的に上昇させてもよい。

［５］実施形態の作用および効果
次に、本発明の排気ガス浄化方法となる前述した排気ガス浄化装置９の作用を、図７から図９に示すフローチャートに基づいて、説明する。
まず、図７に示すように、差圧堆積量算出部２６は、差圧堆積量ＰＭａを算出する（手順Ｓ１）。続けて、差圧堆積量時間変化率算出部２８は、算出された差圧堆積量ＰＭａに基づいて、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａを算出する（手順Ｓ２）。さらに、モデル堆積量算出部２７は、モデル堆積量ＰＭｂを算出する（手順Ｓ３）。なお、手順Ｓ１から手順Ｓ３は、必ずしもこの順番である必要はなく、並列的に処理しても、順番を入れ替えてもよい。

次に、ＰＭ堆積量算出部２９の係数決定部２９Ａは、係数決定処理を実行する（手順Ｓ４）。
具体的には、図９のフローチャートに示すように、係数決定部２９Ａは、排気ガス流量ＱＶが閾値ＱＶｔｈを超えているか否かを判定する（手順Ｓ４１）。排気ガス流量ＱＶが閾値ＱＶｔｈを超えていない場合（Ｓ４１：Ｎｏ）、係数決定部２９Ａは、第１係数αの値を０に設定して係数決定処理を終了する（手順Ｓ４２）。

排気ガス流量ＱＶが、閾値ＱＶｔｈを超えている場合（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、係数決定部２９Ａは、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが、所定の閾値ΔＰＭａｔｈを超えているか否かを判定する（手順Ｓ４３）。差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが所定の閾値ΔＰＭａｔｈを超えていない場合（Ｓ４３：Ｎｏ）、係数決定部２９Ａは、第１係数αの値を１に設定して係数決定処理を終了する（手順Ｓ４４）。
一方、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが、所定の閾値ΔＰＭａｔｈを超えている場合（Ｓ４３：Ｙｅｓ）、係数修正部２９Ｂは、第１係数αをα’に修正し、係数決定処理を終了する（手順Ｓ４５）。

具体的には、図１０に示すように、係数決定部２９Ａは、排気ガス流量ＱＶが、所定の閾値ＱＶｔｈよりも大きいか否かを判定することにより、第１係数αを０、１、α’のいずれかに決定する。
排気ガス流量ＱＶが、所定の閾値ＱＶｔｈを超えていない場合、図１１に示すように、排気ガス流量ＱＶは、領域Ｒ１にあり、この場合、係数決定部２９Ａは、第１係数αを０に決定する。
第１係数αを０とするのは、領域Ｒ１では、差圧堆積量ＰＭａの推定精度が低くなるため、この領域Ｒ１では、ＰＭ堆積量ＰＭｓを、モデル堆積量ＰＭｂとして推定するようにしている。

一方、排気ガス流量ＱＶが、所定の閾値ＱＶｔｈを超えている場合、図１１に示すように排気ガス流量ＱＶは、領域Ｒ２にあり、この場合、係数決定部２９Ａは、第１係数αを１またはα’に決定する。
領域Ｒ２においては、ＤＰＦ２２内のＰＭが再生処理行う必要がある量まで堆積している場合と、ＤＰＦ２２のセル内のＰＭの一部が剥がれ落ち、セル閉塞を生じている場合が考えられる。再生処理を行う必要がある量までＰＭが堆積している場合、係数決定部２９Ａは、第１係数αを１に決定する。

セル閉塞が生じているか否かを判定するに際しては、図１２に示すように、ある時間ｔ１において、セル閉塞が生じると、図１２の中段のグラフのように、ＤＰＦ２２内の差圧ＤＰが急上昇する。これに伴い、図１２の上段のグラフのように、差圧ＤＰから算出される破線で示される差圧堆積量ＰＭａも急上昇し、実線で示される実際のＰＭ堆積量と、差圧堆積量ＰＭａの間にΔＳ分の乖離が生じてしまう。
差圧堆積量ＰＭａが閾値ＰＭｔｈを超えてしまうと、実際のＰＭ堆積量が閾値ＰＭｔｈまで達していなくとも、再生処理が行われてしまう。

そこで、係数修正部２９Ｂは、図１２の下段のグラフのように、差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが所定の閾値ΔＰＭａｔｈを超えているか否かによって、セル閉塞が生じているか否かを判定し、第１係数αの値を、所定の値α’（０＜α’＜１）に修正し、係数決定部２９Ａは、修正されたα’を第１係数αとして決定する。

係数決定部２９Ａによる係数決定処理が終了したら、図７に示すように、ＰＭ堆積量算出部２９は、決定された第１係数αの値を前述した式（１）に代入し、ＰＭ堆積量ＰＭｓを算出する（手順Ｓ５）。
ＰＭ堆積量算出部２９は、ＰＭ堆積量ＰＭｓが、所定の閾値ＰＭｔｈに達しているか否かを判定する（手順Ｓ６）。所定の閾値ＰＭｔｈに達していないと判定された場合（Ｓ６：Ｎｏ）、手順Ｓ１からを繰り返す。

所定の閾値ＰＭｔｈに達していると判定されたら（Ｓ７：Ｙｅｓ）、再生温度設定部３０は、ＤＰＦ２２のセル内のＰＭの崩落が発生しているか否かを判定する（手順Ｓ７）。
ＰＭ崩落発生の判定は、係数決定処理と同様に、差圧堆積量ＰＭａが、所定の閾値ＰＭｔｈを超え、かつ差圧堆積量時間変化率ΔＰＭａが、所定の閾値ΔＰＭａｔｈを超えているか否かによって行われる。ＰＭ崩落が生じていないと判定されたら（Ｓ７：Ｎｏ）、再生温度設定部３０は、図５に示される通常再生処理を行う設定を再生指示部１２に出力する（手順Ｓ８）。

ＰＭ崩落が生じていると判定された場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、再生温度設定部３０は、第１の再生処理温度の設定を行う（手順Ｓ９）。再生指示部１２は、図８に示すように、第１の再生処理温度に基づいて、エンジンコントローラ１０に再生処理を指示する（手順Ｓ１０）。
第１再生処理温度に基づく再生処理の開始後、再生温度設定部３０は、差圧異常が解消したか否かを判定する（手順Ｓ１１）。
差圧異常が解消したか否かの判定は、図１３に示すように、差圧堆積量ＰＭａが急上昇する時点ｔ２以後、差圧堆積量ＰＭａが所定の閾値ＰＭｔｈを下回り、かつ差圧堆積量ＰＭａがＰＭ堆積量ＰＭｓを下回る時点ｔ３によって行われる。なお、差圧堆積量ＰＭａが急上昇する時点ｔ２は、図１２におけるｔ１と同じ時点でもよいが、図１３に示すように、再生処理開始における差圧の閾値ＰＭｔｈ１を設けた場合、時点ｔ２を再生処理の開始時点とする。

差圧異常が解消しないと判定された場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、再生温度設定部３０は、第１の再生処理温度による再生処理を継続する。
差圧異常が解消したと判定された場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、再生温度設定部３０は、第２の再生処理温度を設定して、再生処理温度を遷移させ（手順Ｓ１２）、再生指示部１２は、第２の再生処理温度による再生をエンジンコントローラ１０に指示する（手順Ｓ１３）。

再生制御部１１は、逐次算出されるＰＭ堆積量ＰＭｓが所定値以下となるかを判定する（手順Ｓ１４）。ＰＭ堆積量ＰＭｓが所定値以下とならない場合（Ｓ１４：Ｎｏ）、再生温度設定部３０は、第２の再生処理温度による再生を継続する。
ＰＭ堆積量ＰＭｓが所定値以下となったら、再生制御部１１は、再生処理を終了する（手順Ｓ１５）。

この結果、図６に示すように、再生制御部１１は、セル閉塞が解消するまでは、第１の再生処理温度による再生処理を行い、セル閉塞が解消したと判定されたら、第２の再生処理温度による再生処理を行い、ＤＰＦ２２内に堆積したＰＭを全て燃焼させることができる。
また、セル閉塞が解消するまでは、低い温度の第１の再生処理温度による再生処理を行うことにより、セル閉塞によりＰＭの密度の高い部分の燃焼による急激な温度上昇を避けることができるため、ＤＰＦ２２のセルの溶損を防止することができる。

［６］実施形態の変形
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、モデル堆積量ＰＭｂは、ディーゼルエンジン１から発生するＰＭ発生量から、ＤＰＦで燃焼するＰＭ燃焼量を減算することによってモデル堆積量を算出していたが、本発明はこれに限られない。他の方法によるＰＭ堆積量のモデルに基づいて、モデル堆積量を算出してもよい。

前記実施形態では、セル閉塞解消の判定に、差圧堆積量ＰＭａが、所定の閾値ＰＭｔｈ以下であり、かつＰＭ堆積量ＰＭｓ未満となったときに、セル閉塞解消と判定していたが、これに限らず、所定の閾値以下となった場合のみでセル閉塞解消の判定を行ってもよい。
前記実施形態では、差圧堆積量ＰＭａに基づいて、セル閉塞解消を判定していたが、これに限らず、差圧自体が所定の閾値以下となった場合に、セル閉塞解消と判定してもよい。
その他、本発明の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

１…ディーゼルエンジン、１Ａ…エンジン回転速度センサ、１Ｂ…給気圧センサ、１Ｃ…排気圧センサ、１Ｄ…タービン回転速度センサ、１Ｅ…流量センサ、２…エンジン本体、３…エアクリーナ、４…給気管路、４Ａ…給気マニホールド、５…排気管路、５Ａ…排気マニホールド、６…冷却機構、７…排気タービン過給機、８…排気ガス再循環システム、８Ａ…排気再循環通路、８Ｂ…ＥＧＲバルブ、８Ｃ…ＥＧＲクーラ、９…排気ガス浄化装置、１０…エンジンコントローラ、１１…再生制御部、１２…再生指示部、１３…アフタークーラ、１４…ポンプ、１５…ラジエータ、１６…ファン、１７…タービン、１７Ａ…タービン翼車、１８…コンプレッサ、１９…可変ターボノズル、２０…バイパス路、２３…差圧センサ、２３Ａ…圧力センサ、２３Ｂ…圧力センサ、２３Ｃ…差圧検出部、２４…温度センサ、２５…ドージング燃料供給装置、２５Ａ…ドージングノズル、２６…差圧堆積量算出部、２７…モデル堆積量算出部、２７Ａ…ＮＯ_２によるＰＭ燃焼量算出部、２７Ｂ…Ｏ_２によるＰＭ燃焼量算出部、２７Ｃ…演算器、２７Ｄ…積算部、２８…差圧堆積量時間変化率算出部、２９…ＰＭ堆積量算出部（粒子状物質堆積量算出部）、２９Ａ…係数決定部、２９Ｂ…係数修正部、３０…再生温度設定部。

Claims (6)

1. エンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタの入口および出口間の差圧を検出する差圧検出部と、
   前記フィルタ内を流れる排気ガスの流量を検出する流量検出部と、
   前記差圧検出部および前記流量検出部の検出結果に基づいて、前記フィルタ内に堆積した粒子状物質の差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部と、
   前記差圧堆積量算出部により算出された粒子状物質の差圧堆積量に基づいて、前記フィルタの再生処理温度を設定する再生温度設定部と、
   前記再生温度設定部により設定された再生処理温度に基づいて、前記フィルタの再生処理を行う再生処理部と、を備え、
   前記再生温度設定部は、
   前記差圧堆積量の時間変化率が所定の閾値よりも大きい場合、前記再生処理部により再生処理を開始する第１の再生処理温度を設定し、さらに前記差圧堆積量算出部により算出された粒子状物質の差圧堆積量が、所定の閾値以下となったら、前記第１の再生処理温度よりも高い第２の再生処理温度を設定し、
   前記差圧堆積量の時間変化率が所定の閾値以下の場合、前記再生処理部により再生処理を開始する温度に前記第２の再生処理温度を設定することを特徴とする排気ガス浄化システム。
2. エンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタの入口および出口間の差圧を検出する差圧検出部と、
   前記フィルタ内を流れる排気ガスの流量を検出する流量検出部と、
   前記差圧検出部および前記流量検出部の検出結果に基づいて、前記フィルタ内に堆積した粒子状物質の差圧堆積量を算出する差圧堆積量算出部と、
   前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量の時間変化率が、所定の値よりも大きいときに、粒子状物質の堆積モデルを用いて、モデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部と、
   前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量、および前記モデル堆積量算出部により算出されたモデル堆積量に基づいて、粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出部と、
   前記差圧堆積量算出部により算出された粒子状物質の差圧堆積量に基づいて、前記フィルタの再生処理温度を設定する再生温度設定部と、
   前記再生温度設定部により設定された再生処理温度に基づいて、前記フィルタの再生処理を行う再生処理部と、を備え、
   前記再生温度設定部は、
   前記差圧堆積量の時間変化率が所定の閾値よりも大きい場合、前記再生処理部により再生処理を開始する第１の再生処理温度を設定し、さらに前記粒子状物質堆積量算出部により算出された粒子状物質堆積量が、所定の閾値以下となったら、前記第１の再生処理温度よりも高い第２の再生処理温度を設定し、
   前記差圧堆積量の時間変化率が所定の閾値以下の場合、前記再生処理部により再生処理を開始する温度に前記第２の再生処理温度を設定することを特徴とする排気ガス浄化システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量の時間変化率が、所定の値よりも大きいときに、粒子状物質の堆積モデルを用いて、モデル堆積量を算出するモデル堆積量算出部と、
   前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量、および前記モデル堆積量算出部により算出されたモデル堆積量に基づいて、粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出部と、を備え、
   前記再生温度設定部は、前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量が、前記粒子状物質堆積量算出部により算出された粒子状物質堆積量未満となったら、前記第２の再生処理温度を設定することを特徴とする排気ガス浄化システム。
4. 請求項３に記載の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記モデル堆積量算出部により用いられる堆積モデルは、前記フィルタに入力される前記排気ガス内の粒子状物質量から、前記フィルタ内で燃焼される粒子状物質量を減算するモデルであり、
   前記粒子状物質堆積量算出部は、第１係数および第２係数の和が一定値を取ることを条件に、前記差圧堆積量算出部により算出された差圧堆積量に第１係数を乗算し、前記モデル堆積量算出部により算出されたモデル堆積量に第２係数を乗算し、これらの加算値を前記粒子状物質堆積量として算出することを特徴とする排気ガス浄化システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記再生温度設定部は、前記第１の再生処理温度から前記第２の再生処理温度への遷移を、所定の時間をかけて行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
6. エンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタの入口および出口間の差圧を検出する手順と、
   前記フィルタ内を流れる排気ガスの流量を検出する手順と、
   検出された差圧および流量に基づいて、前記フィルタ内に堆積した粒子状物質の差圧堆積量を算出する手順と、
   算出された差圧堆積量の時間変化率が所定の閾値よりも大きい場合、再生処理を開始する第１の再生処理温度を設定し、さらに粒子状物質の差圧堆積量が、所定の閾値以下となったら、前記第１の再生処理温度よりも高い第２の再生処理温度を設定し、
   算出された差圧堆積量の時間変化率が所定の閾値以下の場合、再生処理を開始する温度に前記第２の再生処理温度を設定する手順と、
   設定された再生処理温度に基づいて、前記フィルタの再生処理を行う手順と、を実施することを特徴とする排気ガス浄化方法。

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