WO2014115622A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus including a filter that collects particulate matter in exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
  • DPF diesel particulate filter
  • PM particulate matter
  • DPF has a limit on the amount of collected PM
  • forced regeneration unburned fuel (mainly HC) is supplied to the oxidation catalyst on the exhaust upstream side by injection in the exhaust pipe or post injection, and the temperature of the exhaust gas is raised to the PM combustion temperature by the heat generated by oxidation.
  • the PM accumulation amount is estimated based on the pressure difference between the upstream and downstream sides of the DPF, the operation time (or the operation distance), and the forced regeneration is performed when the PM accumulation amount exceeds a predetermined amount.
  • An exhaust purification device that performs the above is disclosed.
  • the flow rate of the exhaust gas flowing through the DPF varies depending on the operating state of the engine.
  • the differential pressure sensor that detects the differential pressure upstream and downstream of the exhaust of the DPF may not be able to accurately estimate the PM deposition amount.
  • the forced regeneration start control based on the operation time (or the operation distance)
  • the forced regeneration is executed in a state where the temperature of the exhaust gas is low. Therefore, in order to raise the low temperature exhaust gas to the PM combustion temperature, it is necessary to secure a large amount of fuel supply, which may lead to deterioration of fuel consumption.
  • the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to improve the estimation accuracy of the PM accumulation amount and to optimize the fuel supply amount at the time of forced regeneration.
  • an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, a filter that collects particulate matter in the exhaust gas, and an exhaust upstream side of the filter.
  • An exhaust temperature detecting means provided in the exhaust passage for detecting the exhaust temperature, a capacitance detecting means for detecting the capacitance of the filter, and collected on the filter based on the detected capacitance.
  • Deposit amount estimating means for estimating the amount of deposited particulate matter, filter regeneration means capable of performing forced regeneration by supplying fuel to the filter and raising the temperature of the filter to the combustion temperature of the particulate matter;
  • the filter regeneration means includes a deposition amount threshold smaller than an upper limit deposition amount of the particulate matter, and a predetermined high amount capable of burning and removing particulate matter deposited up to the deposition amount threshold even if the fuel supply amount is suppressed.
  • Exhaust gas temperature Based on the corresponding temperature threshold, with the amount of the deposit has reached the deposition amount threshold that is estimated, the exhaust gas temperature is detected and executes the forced regeneration to reach the temperature threshold value.
  • a correction means for correcting the temperature threshold value may be further provided.
  • the capacitance detection means may include a pair of electrodes that are disposed opposite to each other with at least one partition wall in the filter and form a capacitor.
  • the exhaust passage on the upstream side and the downstream side of the filter is connected to bypass the filter, and the particulate matter in the exhaust gas that is provided in the bypass passage and flows through the bypass passage.
  • a second filter for collecting, and the pair of electrodes may be arranged to face each other with at least one partition wall interposed in the second filter.
  • the pair of electrodes may function as a heater.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention it is possible to improve the estimation accuracy of the PM accumulation amount and optimize the fuel supply amount during forced regeneration.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the map which estimates PM deposition amount from an electrostatic capacitance in the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine which concerns on one Embodiment of this invention.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention (a) shows a change in the amount of accumulated PM, and (b) shows a change in the exhaust temperature.
  • It is a flowchart which shows the control content by the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine which concerns on one Embodiment of this invention.
  • It is a typical whole block diagram which shows the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine which concerns on other embodiment.
  • a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is provided with an intake manifold 10a and an exhaust manifold 10b.
  • An intake passage 11 for introducing fresh air is connected to the intake manifold 10a, and an exhaust passage 12 for releasing exhaust gas to the atmosphere is connected to the exhaust manifold 10b.
  • the exhaust passage 12 is provided with an exhaust pipe injection device 13, an exhaust temperature sensor 19, and an exhaust aftertreatment device 14 in order from the exhaust upstream side.
  • the exhaust pipe injection device 13 injects unburned fuel (mainly HC) into the exhaust passage 12 in response to an instruction signal output from the ECU 20.
  • unburned fuel mainly HC
  • this in-pipe injection device 13 may be omitted.
  • the exhaust temperature sensor 19 detects the temperature of the exhaust gas flowing in the exhaust passage 12 upstream of the exhaust aftertreatment device 14.
  • the exhaust temperature EGT detected by the exhaust temperature sensor 19 is input to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 that is electrically connected.
  • the exhaust aftertreatment device 14 is configured by arranging an oxidation catalyst 15 and a DPF 16 in order from the exhaust upstream side in a case 14a.
  • the oxidation catalyst 15 is formed, for example, by supporting a catalyst component on the surface of a ceramic carrier such as a cordierite honeycomb structure.
  • a ceramic carrier such as a cordierite honeycomb structure.
  • the DPF 16 is an example of the filter of the present invention. For example, a large number of cells partitioned by porous partition walls are arranged along the flow direction of the exhaust gas, and the upstream side and the downstream side of these cells are alternately arranged. It is formed by plugging.
  • the DPF 16 collects PM in the exhaust gas in the pores and surfaces of the partition walls, and performs so-called forced regeneration that burns and removes the PM when the PM accumulation amount reaches a predetermined amount.
  • the forced regeneration is performed by supplying unburned fuel (mainly HC) to the oxidation catalyst 15 by the exhaust pipe injection device 13 or post injection, and raising the DPF 16 to the PM combustion temperature (for example, about 600 ° C.).
  • the DPF 16 of the present embodiment is provided with a pair of electrodes 17a and 17b that are disposed to face each other with at least one partition wall therebetween to form a capacitor.
  • the pair of electrodes 17a and 17b are electrically connected to the ECU 20, respectively.
  • the ECU 20 performs various controls such as fuel injection of the engine 10 and the exhaust pipe injection device 13, and includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like.
  • the ECU 20 includes a capacitance calculation unit 21, a PM accumulation amount estimation unit 22, a regeneration control unit 23, and a threshold correction unit 24 as some functional elements.
  • Each of these functional elements will be described as being included in the ECU 20 which is an integral hardware, but any one of these may be provided in separate hardware.
  • the capacitance calculation unit 21 and the electrodes 17a and 17b constitute the capacitance detection means of the present invention.
  • the regeneration control unit 23 and the exhaust pipe injection device 13 constitute the filter regeneration means of the present invention.
  • the electrostatic capacity calculator 21 calculates the electrostatic capacity C between the electrodes 17a and 17b based on signals input from the pair of electrodes 17a and 17b.
  • the electrostatic capacity C is calculated by the following formula 1, which is the dielectric constant ⁇ of the medium between the electrodes 17a and 17b, the area S of the electrodes 17a and 17b, and the distance d between the electrodes 17a and 17b.
  • the PM accumulation amount estimation unit 22 calculates the PM accumulation amount PM DEP collected by the DPF 16 based on the capacitance C calculated by the capacitance calculation unit 21. For example, when conductive carbon is deposited between the electrodes 17a and 17b, the distance d between the electrodes 17a and 17b is substantially shortened and the capacitance C is increased. Further, when PM is deposited in the medium between the electrodes 17a and 17b, the capacitance C increases as the dielectric constant ⁇ increases. That is, there is a proportional relationship between the capacitance C and the PM deposition amount PM DEP, and if the capacitance C is calculated, the PM deposition amount PM DEP can be easily estimated.
  • the ECU 20 stores a map (see FIG.
  • the PM deposition amount estimation unit 22 reads the PM deposition amount PM DEP corresponding to the capacitance C calculated by the capacitance calculation unit 21 from this map.
  • the regeneration control unit 23 controls forced regeneration of the DPF 16 based on the exhaust gas temperature EGT input from the exhaust gas temperature sensor 19 and the PM accumulation amount PM DEP estimated by the PM accumulation amount estimation unit 22. More specific control contents will be described with reference to FIG.
  • the ECU 20 includes a first regeneration execution threshold value THV 1 indicated by a broken line A in FIG. 3A and a second regeneration execution threshold value THV 2 indicated by a broken line B in FIG. ), An exhaust gas temperature threshold THV 3 (temperature threshold of the present invention) indicated by a broken line C in FIG. 3B is stored in advance.
  • the first regeneration execution threshold THV 1 corresponds to the upper limit accumulation amount of PM that can be collected in the DPF 16.
  • the second regeneration execution threshold THV 2 corresponds to a PM accumulation amount that can suppress the fuel supply amount when forced regeneration is performed in an operation state where the exhaust gas temperature EGT is a predetermined high temperature (for example, about 400 ° C.). It is smaller than the reproduction execution threshold THV 1.
  • the exhaust temperature threshold THV 3 is set to a high exhaust temperature (for example, about 400 ° C.) at which the PM accumulated up to the second regeneration execution threshold THV 2 can be removed by combustion even if the fuel supply amount is suppressed when performing forced regeneration. Equivalent to.
  • the regeneration control unit 23 When the PM accumulation amount PM DEP reaches the first regeneration execution threshold value THV 1 (PM DEP ⁇ THV 1 ), the regeneration control unit 23 performs forced regeneration regardless of the exhaust gas temperature EGT (FIG. 3 (a), ( Refer to time T3 in b)). Further, the regeneration control unit 23, when the PM accumulation amount PM DEP is equal to or greater than the second regeneration execution threshold value THV 2 and less than the first regeneration execution threshold value THV 1 (THV 2 ⁇ PM DEP ⁇ THV 1 ), Is the exhaust temperature threshold THV 3 or more (EGT ⁇ THV 3 ), the forced regeneration is executed (see times T1 and T2 in FIG. 3B).
  • the exhaust temperature EGT remains When the threshold value is less than THV 3 (EGT ⁇ THV 3 ), forced regeneration is suspended (see times T1 and T2 on the broken line Y in FIG. 3B). That is, when the exhaust gas temperature EGT is low, the forced regeneration is forgotten, and when the exhaust gas temperature EGT rises due to a change in the operation state thereafter, the forced regeneration is executed. Thereby, the fuel supply amount at the time of forced regeneration can be effectively suppressed.
  • the threshold correction unit 24 corrects the exhaust temperature threshold THV 3 based on a time during which forced regeneration is not continuously performed (hereinafter referred to as a regeneration non-execution period T NRE ).
  • the regeneration non-execution time T NRE is calculated by integrating the time counted by the timer counter from when the ignition key is turned ON (including when forced regeneration ends).
  • the ECU 20 stores in advance an upper limit time T MAX that allows the forced regeneration not to be performed.
  • T MAX When the regeneration non-execution time T NRE exceeds the upper limit time T MAX (T NRE > T MAX ), the threshold correction unit 24 corrects the exhaust temperature threshold THV 3 to be low.
  • the maximum value (see ⁇ in FIG. 3B) of the exhaust gas temperature EGT during the forced regeneration non-execution period is stored, and the exhaust gas temperature threshold value THV 3 is set to this maximum value. It is preferable to correct downward.
  • step (hereinafter, the step is simply referred to as S) 100 it is determined whether or not the PM accumulation amount PM DEP estimated from the capacitance C has reached the second regeneration execution threshold value THV2.
  • the control proceeds to S110.
  • the PM accumulation amount PM DEP is less than the second regeneration execution threshold value THV 2 (NO)
  • this control is returned.
  • the exhaust gas temperature EGT whether reaches the exhaust temperature threshold value THV 3 is determined.
  • the control proceeds to S140, and forced regeneration is executed and the process returns.
  • the control proceeds to S150. That is, forced regeneration is suspended.
  • forced regeneration start control is performed based on the DPF differential pressure and operation time.
  • the exhaust gas flow rate changes with the operating state, there is a possibility that the PM accumulation amount cannot be accurately estimated from the DPF differential pressure.
  • forced regeneration start control based on the driving time (or driving distance)
  • forced regeneration may be executed even when the exhaust temperature is low, and the fuel consumption may deteriorate due to an increase in the fuel supply amount. .
  • the exhaust emission control device of this embodiment estimates the PM deposition amount PM DEP from the capacitance C between the pair of electrodes 17a and 17b provided in the DPF 16. Further, even if the estimated PM accumulation amount PM DEP reaches the second regeneration execution threshold value THV 2 , forced regeneration is forgotten when the exhaust gas temperature EGT is low (less than THV 3 ), while the exhaust gas temperature EGT reduces the fuel supply amount. When a high temperature state (THV 3 or more) that can be suppressed is reached, forced regeneration is performed.
  • the PM accumulation amount PM DEP can be estimated with high accuracy and the fuel supply amount can be suppressed based on the capacitance C that is not affected by the change in the operating state.
  • the exhaust purifying apparatus of the present embodiment when the forced regeneration is not performed continues for a predetermined period of time is configured to correct a low exhaust gas temperature threshold value THV 3.
  • a bypass passage 18 that bypasses the DPF 16 may be connected to the exhaust passage 12, and the bypass passage 18 may include a measurement DPF 16 a (second filter) having a small capacity.
  • the pair of electrodes 17a and 17b are arranged opposite to each other with at least one partition wall in the measurement DPF 16a, and an orifice 18a (throttle) for adjusting the flow rate of the exhaust gas is provided in the bypass passage 18.
  • a voltage may be applied to the pair of electrodes 17a and 17b so as to function as a heater.

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Abstract

　内燃機関の排気浄化装置に関し、強制再生時の燃料供給量の最適化を図る。　ＰＭを捕集するＤＰＦ１６と、排気温度を検出する排気温度センサ１９と、ＤＰＦ１６の静電容量を検出する静電容量検出ユニット１７ａ，１７ｂ，２１と、静電容量に基づいてＤＰＦ１６のＰＭ堆積量を推定する堆積量推定部２２と、強制再生を実行可能なフィルタ再生ユニット１３，２３とを備え、フィルタ再生ユニット１３，２３は、ＰＭ上限堆積量よりも小さい堆積量閾値と、燃料供給量を抑制しても堆積したＰＭを燃焼除去し得る温度閾値とに基づき、ＰＭ堆積量が堆積量閾値に達した状態で、排気温度が温度閾値に達すると強制再生を実行する。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを備える排気浄化装置に関する。
　ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集するフィルタとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（以下、ＤＰＦ）が知られている。
　ＤＰＦは、ＰＭ捕集量に限度があるため、堆積したＰＭを定期的に燃焼除去する強制再生を行う必要がある。強制再生は、排気管内噴射やポスト噴射によって、排気上流側の酸化触媒に未燃燃料（主にＨＣ）を供給し、酸化により発生する熱で排気ガスの温度をＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。
　例えば、特許文献１には、ＤＰＦの排気上流側及び下流側の差圧、運転時間（又は運転距離）に基づいてＰＭ堆積量を推定すると共に、ＰＭ堆積量が所定量以上になると、強制再生を実行する排気浄化装置が開示されている。
特許第４０７０６８７号公報
　ところで、ＤＰＦを流れる排気ガスの流量は、エンジンの運転状態に応じて変化する。そのため、ＤＰＦの排気上流側及び下流側の差圧を検出する差圧センサでは、ＰＭ堆積量を正確に推定できない場合がある。また、運転時間（又は、運転距離）に基づいた強制再生の開始制御においては、排気ガスの温度が低い状態で強制再生を実行する可能性がある。そのため、低温の排気ガスをＰＭ燃焼温度まで上昇させるために、燃料供給量を多く確保する必要があり、燃費の悪化を招く虞もある。
　本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＰＭ堆積量の推定精度を向上させると共に、強制再生時における燃料供給量の最適化を図ることにある。
　上述の目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタよりも排気上流側の排気通路に設けられて、排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記フィルタの静電容量を検出する静電容量検出手段と、検出される前記静電容量に基づいて、前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段と、前記フィルタに燃料を供給して、当該フィルタを粒子状物質の燃焼温度まで昇温する強制再生を実行可能なフィルタ再生手段と、を備え、前記フィルタ再生手段は、粒子状物質の上限堆積量よりも小さい堆積量閾値と、燃料供給量を抑制しても前記堆積量閾値まで堆積した粒子状物質を燃焼除去し得る所定の高排気温度に相当する温度閾値とに基づき、推定される前記堆積量が前記堆積量閾値に達した状態で、検出される前記排気温度が前記温度閾値に達すると強制再生を実行することを特徴とする。
　また、前記フィルタ再生手段による強制再生が所定時間継続して実行されない場合に、前記温度閾値を低く補正する補正手段をさらに備えてもよい。
　また、前記静電容量検出手段は、前記フィルタ内に少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されて、コンデンサを形成する一対の電極を含むものであってもよい。
　また、前記フィルタよりも排気上流側及び下流側の前記排気通路を接続して、当該フィルタを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられて、当該バイパス通路を流れる排気中の粒子状物質を捕集する第２のフィルタと、をさらに備え、前記一対の電極は、前記第２のフィルタ内に少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されるものであってもよい。
　また、前記第２のフィルタの強制再生を実行する際は、前記一対の電極をヒータとして機能させてもよい。
　本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＰＭ堆積量の推定精度を向上させると共に、強制再生時における燃料供給量の最適化を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、静電容量からＰＭ堆積量を推定するマップを示す図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、（ａ）はＰＭ堆積量の変化を示す図、（ｂ）は排気温度の変化を示す図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置による制御内容を示すフローチャートである。 他の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。
　以下、図１～４に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
　図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気ガスを大気に放出する排気通路１２が接続されている。さらに、排気通路１２には、排気上流側から順に排気管内噴射装置１３、排気温度センサ１９、排気後処理装置１４が設けられている。
　排気管内噴射装置１３は、ＥＣＵ２０から出力される指示信号に応じて、排気通路１２内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置１３を省略してもよい。
　排気温度センサ１９は、排気後処理装置１４よりも上流側の排気通路１２内を流れる排気ガスの温度を検出する。排気温度センサ１９によって検出される排気温度ＥＧＴは、電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）２０に入力される。
　排気後処理装置１４は、ケース１４ａ内に排気上流側から順に酸化触媒１５、ＤＰＦ１６を配置して構成されている。
　酸化触媒１５は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒１５は、排気管内噴射装置１３又はポスト噴射によって未燃燃料（主にＨＣ）が供給されると、これを酸化して排気ガスの温度を上昇させる。
　ＤＰＦ１６は、本発明のフィルタの一例であって、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気ガスの流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。ＤＰＦ１６は、排気ガス中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭの堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置１３又はポスト噴射により酸化触媒１５に未燃燃料（主にＨＣ）を供給し、ＤＰＦ１６をＰＭ燃焼温度（例えば、約６００℃）まで昇温することで行われる。
　また、本実施形態のＤＰＦ１６には、少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する一対の電極１７ａ，１７ｂが設けられている。これら一対の電極１７ａ，１７ｂは、それぞれＥＣＵ２０と電気的に接続されている。
　ＥＣＵ２０は、エンジン１０や排気管内噴射装置１３の燃料噴射等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ２０は、静電容量演算部２１と、ＰＭ堆積量推定部２２と、再生制御部２３と、閾値補正部２４とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ２０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
　なお、本実施形態において、静電容量演算部２１及び電極１７ａ，１７ｂは、本発明の静電容量検出手段を構成する。また、再生制御部２３及び排気管内噴射装置１３（又は、エンジン１０の図示しない燃料噴射装置）は、本発明のフィルタ再生手段を構成する。
　静電容量演算部２１は、一対の電極１７ａ，１７ｂから入力される信号に基づいて、これら電極１７ａ，１７ｂ間の静電容量Ｃを演算する。静電容量Ｃは、電極１７ａ，１７ｂ間の媒体の誘電率ε、電極１７ａ，１７ｂの面積Ｓ、電極１７ａ，１７ｂ間の距離ｄとする以下の数式１で演算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ＰＭ堆積量推定部２２は、静電容量演算部２１で演算される静電容量Ｃに基づいて、ＤＰＦ１６に捕集されたＰＭ堆積量ＰＭDEPを演算する。例えば、電極１７ａ，１７ｂ間に導体性の炭素が堆積すると、これら電極１７ａ，１７ｂ間の距離ｄは実質的に短くなり、静電容量Ｃが増加する。また、電極１７ａ，１７ｂ間の媒体中にＰＭの堆積が進むと、誘電率εの増加に伴い静電容量Ｃも増加する。すなわち、静電容量ＣとＰＭ堆積量ＰＭDEPとの間には比例関係があり、静電容量Ｃを演算すればＰＭ堆積量ＰＭDEPを容易に推定することができる。ＥＣＵ２０には、予め実験等により作成した静電容量ＣとＰＭ堆積量ＰＭDEPとの比例関係を示すマップ（図２参照）が記憶されている。ＰＭ堆積量推定部２２は、このマップから、静電容量演算部２１で演算される静電容量Ｃに対応するＰＭ堆積量ＰＭDEPを読み取る。
　再生制御部２３は、排気温度センサ１９から入力される排気温度ＥＧＴと、ＰＭ堆積量推定部２２で推定されるＰＭ堆積量ＰＭDEPとに基づいて、ＤＰＦ１６の強制再生を制御する。より具体的な制御内容を図３に基づいて説明する。
　ＥＣＵ２０には、図３（ａ）中に破線Ａで示す第１の再生実行閾値ＴＨＶ1、図３（ａ）中に破線Ｂで示す第２の再生実行閾値ＴＨＶ2（本発明の堆積量閾値）、図３（ｂ）中に破線Ｃで示す排気温度閾値ＴＨＶ3（本発明の温度閾値）が予め記憶されている。第１の再生実行閾値ＴＨＶ1は、ＤＰＦ１６に捕集可能なＰＭの上限堆積量に相当する。第２の再生実行閾値ＴＨＶ2は、排気温度ＥＧＴが所定の高温（例えば、約４００℃）の運転状態で強制再生を行う場合に、燃料供給量を抑制できるＰＭ堆積量に相当し、第１の再生実行閾値ＴＨＶ1よりも小さく設定されている。排気温度閾値ＴＨＶ3は、強制再生を行う場合に燃料供給量を抑制しても、第２の再生実行閾値ＴＨＶ2まで堆積したＰＭを燃焼除去できる高温の排気温度（例えば、約４００℃）に相当する。
　再生制御部２３は、ＰＭ堆積量ＰＭDEPが第１の再生実行閾値ＴＨＶ1に達すると（ＰＭDEP≧ＴＨＶ1）、排気温度ＥＧＴに関係なく強制再生を実行する（図３（ａ），（ｂ）の時刻Ｔ３参照）。また、再生制御部２３は、ＰＭ堆積量ＰＭDEPが第２の再生実行閾値ＴＨＶ2以上、第１の再生実行閾値ＴＨＶ1未満（ＴＨＶ2≦ＰＭDEP＜ＴＨＶ1）の時は、排気温度ＥＧＴが排気温度閾値ＴＨＶ3以上（ＥＧＴ≧ＴＨＶ3）の場合に、強制再生を実行する（図３（ｂ）の時刻Ｔ１，Ｔ２参照）。一方、ＰＭ堆積量ＰＭDEPが第２の再生実行閾値ＴＨＶ2以上、第１の再生実行閾値ＴＨＶ1未満（ＴＨＶ2≦ＰＭDEP＜ＴＨＶ1）の条件を満たしても、排気温度ＥＧＴが排気温度閾値ＴＨＶ3未満（ＥＧＴ＜ＴＨＶ3）の場合は、強制再生を保留する（図３（ｂ）中の破線Ｙの時刻Ｔ１～２参照）。すなわち、排気温度ＥＧＴが低い場合は強制再生を見送りつつ、その後、運転状態の変化により排気温度ＥＧＴが上昇すると、強制再生を実行するように構成されている。これにより、強制再生時の燃料供給量を効果的に抑制することができる。
　閾値補正部２４は、強制再生が継続して実行されない時間（以下、再生不実施期間ＴNREという）に基づいて、排気温度閾値ＴＨＶ3を補正する。本実施形態において、再生不実施時間ＴNREは、イグニッションキーがＯＮ操作された時（強制再生が終了した時も含む）から、タイマカウンタにより計時される時間を積算することで演算される。ＥＣＵ２０には、強制再生の不実施を許容できる上限時間ＴMAXが予め記憶されている。閾値補正部２４は、再生不実施時間ＴNREが上限時間ＴMAXを超えると（ＴNRE＞ＴMAX）、排気温度閾値ＴＨＶ3を低く補正する。なお、具体的な補正方法としては、例えば、強制再生の不実施期間における排気温度ＥＧＴの最高値（図３（ｂ）のα参照）を記憶しておき、排気温度閾値ＴＨＶ3をこの最高値まで下方修正することが好ましい。
　次に、図４に基づいて、本実施形態の排気浄化装置による制御フローを説明する。なお、本制御はイグニッションキーのＯＮ操作と同時にスタートする。
　ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、静電容量Ｃから推定されるＰＭ堆積量ＰＭDEPが、第２の再生実行閾値ＴＨＶ2に達したか否かが判定される。ＰＭ堆積量ＰＭDEPが第２の再生実行閾値ＴＨＶ2以上の場合（ＹＥＳ）、本制御はＳ１１０に進む。一方、ＰＭ堆積量ＰＭDEPが第２の再生実行閾値ＴＨＶ2未満の場合（ＮＯ）、本制御はリターンされる。
　Ｓ１１０では、静電容量Ｃから推定されるＰＭ堆積量ＰＭDEPが、第１の再生実行閾値ＴＨＶ1に達したか否かが判定される。ＰＭ堆積量ＰＭDEPが第１の再生実行閾値ＴＨＶ1以上の場合（ＹＥＳ）、本制御はＳ１２０に進み、排気温度ＥＧＴに関係なく強制再生を実行してリターンされる。一方、ＰＭ堆積量ＰＭDEPが第１の再生実行閾値ＴＨＶ1未満の場合（ＮＯ）、本制御はＳ１３０に進む。
　Ｓ１３０では、排気温度ＥＧＴが排気温度閾値ＴＨＶ3に達したか否かが判定される。排気温度ＥＧＴが排気温度閾値ＴＨＶ3以上の場合（ＹＥＳ）、本制御はＳ１４０に進み、強制再生を実行してリターンされる。一方、排気温度ＥＧＴが排気温度閾値ＴＨＶ3未満の場合（ＮＯ）、本制御はＳ１５０に進む。すなわち、強制再生は保留される。
　Ｓ１５０では、再生不実施時間ＴNREが上限時間ＴMAXを超えたか否かが判定される。再生不実施時間ＴNREが上限時間ＴMAXを超えた場合（ＹＥＳ）、本制御はＳ１６０に進む。一方、再生不実施時間ＴNREが上限時間ＴMAX以下の場合（ＮＯ）、本制御はリターンされる。
　Ｓ１６０では、排気温度閾値ＴＨＶ3をＳ１００～１５０の間で記憶された排気温度ＥＧＴの最高値まで低くする補正を行い、本制御はリターンされる。その後、Ｓ１００～１６０の各制御ステップは、イグニッションキーのＯＦＦ操作まで繰り返し実行される。
　次に、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置による作用効果を説明する。
　従来の強制再生は、ＤＰＦ差圧や運転時間に基づいて、強制再生の開始制御を行っている。しかしながら、排気流量は運転状態に伴い変化するため、ＤＰＦ差圧からはＰＭ堆積量を正確に推定できない可能性がある。また、運転時間（又は、運転距離）に基づいた強制再生の開始制御においては、排気温度が低い状態でも強制再生を実行する場合があり、燃料供給量の増加により燃費が悪化する可能性がある。
　これに対し、本実施形態の排気浄化装置は、ＤＰＦ１６に設けた一対の電極１７ａ，１７ｂ間の静電容量ＣからＰＭ堆積量ＰＭDEPを推定する。また、推定されるＰＭ堆積量ＰＭDEPが第２の再生実行閾値ＴＨＶ2に達しても、排気温度ＥＧＴが低い状態（ＴＨＶ3未満）では強制再生を見送る一方、排気温度ＥＧＴが燃料供給量を抑制できる高温状態（ＴＨＶ3以上）になると、強制再生を実行するように構成されている。
　したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、運転状態の変化の影響を受けない静電容量Ｃに基づいて、ＰＭ堆積量ＰＭDEPを高精度に推定できると共に、燃料供給量を抑制可能な高温の排気温度（ＴＨＶ3以上）になるまで強制再生を保留することで、燃費を効果的に向上することができる。
　また、本実施形態の排気浄化装置は、強制再生が一定期間継続して実行されない場合は、排気温度閾値ＴＨＶ3を低く補正するように構成されている。
　したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、高負荷運転の頻度が少なく、排気温度ＥＧＴが高温にならない使用条件に対しても、強制再生を確実に実行させることが可能になる。
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
　例えば、図５に示すように、排気通路１２にＤＰＦ１６を迂回させるバイパス通路１８を接続し、このバイパス通路１８に容量の小さい計測用ＤＰＦ１６ａ（第２のフィルタ）を備えて構成してもよい。この場合、一対の電極１７ａ，１７ｂを計測用ＤＰＦ１６ａ内に少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置すると共に、バイパス通路１８には排気ガスの流量を調整するオリフィス１８ａ（絞り）を設けることが好ましい。また、計測用ＤＰＦ１６ａの強制再生を実行する場合は、一対の電極１７ａ，１７ｂに電圧を印加してヒータとして機能させてもよい。
　１０　エンジン
　１２　排気通路
　１３　排気管内噴射装置
　１４　排気後処理装置
　１５　酸化触媒
　１６　ＤＰＦ（フィルタ）
　１９　排気温度センサ
　２０　ＥＣＵ
　２１　静電容量演算部
　２２　ＰＭ堆積量推定部
　２３　再生制御部
　２４　閾値補正部

Claims (5)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられて、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
    　前記フィルタよりも排気上流側の排気通路に設けられて、排気温度を検出する排気温度検出手段と、
    　前記フィルタの静電容量を検出する静電容量検出手段と、
    　検出される前記静電容量に基づいて、前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段と、
    　前記フィルタに燃料を供給して、当該フィルタを粒子状物質の燃焼温度まで昇温する強制再生を実行可能なフィルタ再生手段と、を備え、
    　前記フィルタ再生手段は、
    　粒子状物質の上限堆積量よりも小さい堆積量閾値と、燃料供給量を抑制しても前記堆積量閾値まで堆積した粒子状物質を燃焼除去し得る所定の高排気温度に相当する温度閾値とに基づき、推定される前記堆積量が前記堆積量閾値に達した状態で、検出される前記排気温度が前記温度閾値に達すると強制再生を実行する
    　ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　前記フィルタ再生手段による強制再生が所定時間継続して実行されない場合に、前記温度閾値を低く補正する補正手段をさらに備える
    　請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　前記静電容量検出手段は、前記フィルタ内に少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されて、コンデンサを形成する一対の電極を含む
    　請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 　前記フィルタよりも排気上流側及び下流側の前記排気通路を接続して、当該フィルタを迂回するバイパス通路と、
    　前記バイパス通路に設けられて、当該バイパス通路を流れる排気中の粒子状物質を捕集する第２のフィルタと、をさらに備え、
    　前記一対の電極は、前記第２のフィルタ内に少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置される
    　請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 　前記第２のフィルタの強制再生を実行する際は、前記一対の電極をヒータとして機能させる
    　請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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