内燃機関の排気浄化装置
【課題】内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの再生をより適正な時期に行うことができる技術を提供する。
【解決手段】少なくともバイオ燃料を含む複数の燃料を混合して用いることが可能な内燃機関の排気浄化装置において、バイオ燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段７と、パティキュレートフィルタ９と、少なくとも内燃機関１の運転状態に基づいてパティキュレートフィルタ９に捕集されている粒子状物質の量を推定する捕集量推定手段１２と、パティキュレートフィルタ９に捕集されている粒子状物質の量が規定量以上のときにパティキュレートフィルタ９の再生を行なうフィルタ再生手段１２と、捕集量推定手段１２により推定される粒子状物質の量をバイオ燃料の濃度に応じて補正する捕集量補正手段１２と、を具備する。
【解決手段】少なくともバイオ燃料を含む複数の燃料を混合して用いることが可能な内燃機関の排気浄化装置において、バイオ燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段７と、パティキュレートフィルタ９と、少なくとも内燃機関１の運転状態に基づいてパティキュレートフィルタ９に捕集されている粒子状物質の量を推定する捕集量推定手段１２と、パティキュレートフィルタ９に捕集されている粒子状物質の量が規定量以上のときにパティキュレートフィルタ９の再生を行なうフィルタ再生手段１２と、捕集量推定手段１２により推定される粒子状物質の量をバイオ燃料の濃度に応じて補正する捕集量補正手段１２と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）に捕集されている粒子状物質を、該パティキュレートフィルタの温度を上昇させることにより酸化させてフィルタの再生を行なうことができる。例えばフィルタに捕集されているＰＭ量が規定値以上となったときにフィルタの再生が行なわれる。
【０００３】
ここで、燃焼室に水素ガスを供給することにより粒子状物質（以下、「ＰＭ」という。）の排出量を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３２３８２３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、菜種またはパーム等を原料とするバイオ燃料を使用可能な内燃機関が知られている。このバイオ燃料は他の燃料（例えば軽油）に混合して使用することもできる。
【０００５】
ここで、バイオ燃料は酸素を含んだ燃料なので、その濃度が高いほど燃焼が促進されるためＳＯＯＴの排出量が少なくなる。これにより、パティキュレートフィルタに捕集される粒子状物質の量が少なくなる。また、バイオ燃料は軽油等と比較して高沸点成分の割合が高いため、バイオ燃料の濃度が高くなるほど燃料が蒸発し難くなりＳＯＦの排出量が多くなる。つまり、バイオ燃料の濃度が高くなるほど、パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量が少なくなり、その堆積している粒子状物質中のＳＯＦの割合が高くなる。
【０００６】
そして、ＳＯＦは主に未燃燃料であるため、主に煤であるＳＯＯＴと比較して、酸化する温度が低い。そのため、内燃機関の運転状態によってはフィルタの再生制御を行わなくてもＰＭが酸化されるので、フィルタに捕集されているＰＭの量が減少する。つまり、バイオ燃料の濃度が高いときに内燃機関の運転状態に基づいて、フィルタに捕集されているＰＭの量を推定すると、誤った推定がなされる虞がある。これにより、必要以上にフィルタの再生制御が行なわれると、燃費が悪化したりフィルタの熱劣化を進行させたりする。
【０００７】
ここで、バイオ燃料の濃度毎にマップを持たせたり、推定ロジックを変えたりしてＰＭの捕集量を推定することも考えられるが、ＥＣＵに大容量のメモリを搭載する必要があるため困難である。また、開発過程においても実験等を多く行なわなくてはならなくなり開発費用が膨大になる。
【０００８】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの再生をより適正な時期に行うことができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
少なくともバイオ燃料を含む複数の燃料を混合して用いることが可能な内燃機関の排気
浄化装置において、
前記バイオ燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
少なくとも前記内燃機関の運転状態に基づいて前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を推定する捕集量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が規定量以上のときに前記パティキュレートフィルタの再生を行なうフィルタ再生手段と、
前記捕集量推定手段により推定される粒子状物質の量を前記燃料濃度検出手段により検出されるバイオ燃料の濃度に応じて補正する捕集量補正手段と、
を具備することを特徴とする。
【００１０】
前記内燃機関は、バイオ燃料のみであっても、また他の燃料（例えば軽油）のみであっても使用することができる。またバイオ燃料は、酸素を含み且つ所定の高沸点成分の割合が所定値以上の燃料としてもよい。
【００１１】
捕集量推定手段は、例えば燃料供給量や機関回転数等に基づいて内燃機関からの粒子状物質の排出量を推定し、これを積算することによりパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を推定する。なお燃料供給量は、燃料供給量と関連する値であってもよく、例えば内燃機関の負荷、またはスロットル開度、機関発生トルク、としてもよい。つまり、捕集量推定手段は、少なくとも燃料供給量と関連する値に基づいて、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を推定してもよい。
【００１２】
フィルタ再生手段は、粒子状物質の量が規定量以上のときにパティキュレートフィルタの再生を行なうが、この粒子状物質の量は、捕集量推定手段以外により得られる値も用いることができる。つまり、捕集量推定手段の他に、内燃機関の運転状態を用いずにパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物資の量を推定する手段を備えていてもよい。また前記規定量は、パティキュレートフィルタが粒子状物質を捕集する能力の低下または内燃機関の機能低下等を考慮して決定することができる。
【００１３】
ここで、内燃機関の運転状態に基づいて粒子状物質の捕集量を推定する場合には、燃料中のバイオ燃料の濃度に応じて粒子状物質の排出量や酸化量が変化する。しかし、捕集量推定手段は内燃機関の運転状態に基づいてパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量の推定を行なうため、バイオ燃料の濃度が変化したとしても、捕集量推定手段による推定値は変化しない。
【００１４】
そのため、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量の推定値と実際の値とに差を生じるので、この差が小さくなるように捕集量補正手段は補正を行う。ここで、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量はバイオ燃料の濃度と相関関係にあるため、バイオ燃料の濃度に基づいて該粒子状物質の量を補正することができる。これにより、パティキュレートフィルタの再生が必要以上に行なわれることを抑制できる。
【００１５】
なお、粒子状物質の捕集量を補正するのに代えて、規定量を補正してもよい。
【００１６】
本発明においては、前記捕集量補正手段は、バイオ燃料の濃度が高いほど、粒子状物質の量がより少なくなるように補正することができる。
【００１７】
バイオ燃料の濃度が高くなるほどＳＯＦの割合が高くなるため、粒子状物質がより低温で酸化される。また、バイオ燃料の濃度が高くなるほど酸素を含んだ燃料の割合が高くな
るため粒子状物質の排出量が減少する。つまり、バイオ燃料の濃度が高くなるほど、パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量が少なくなる。この関係にしたがって補正を行うことにより、パティキュレートフィルーに捕集されている粒子状物質の推定値と実際の値との差を小さくすることができる。
【００１８】
なお、バイオ燃料の濃度が高いほど、規定量がより多くなるように補正してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パティキュレートフィルタの再生をより適正な時期に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１、およびその排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、ディーゼル機関であり、軽油およびバイオ燃料を混合した混合燃料を用いることができる。混合燃料中のバイオ燃料の濃度は、０から１００％まで如何なる値であっても構わない。
【００２２】
また、内燃機関１には、気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁３が取り付けられている。燃料噴射弁３は、燃料を貯留するための燃料タンク４と燃料パイプ５を介して接続されている。燃料パイプ５の途中には、燃料の圧力を上昇させる燃料ポンプ６が設けられている。
【００２３】
そして燃料タンク４には、該燃料タンク４内に貯留されている燃料中のバイオ燃料の濃度を検出するバイオ燃料濃度センサ７が取り付けられている。なお、本実施例ではバイオ燃料濃度センサ７が、本発明における燃料濃度検出手段に相当する。
【００２４】
一方、内燃機関１には、気筒２へ通じる排気通路８が接続されている。排気通路８の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を担持したパティキュレートフィルタ９（以下、フィルタ９という。）が備えられている。ＮＯx触媒は、流入する排
気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且
つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。また、フィルタ
９は、排気中に含まれるＰＭを捕集する。
【００２５】
さらに、本実施例では、フィルタ９よりも上流の排気通路８を流通する排気中に還元剤たる燃料を添加する燃料添加弁１０を備えている。この燃料添加弁１０は、前記燃料ポンプ６に接続されている。そして、燃料添加弁１０は、後述するＥＣＵ１２からの信号により開弁して燃料を噴射する。この燃料はＮＯx触媒にて反応し、フィルタ９の温度を上昇
させる。
【００２６】
そして、フィルタ９の温度をＰＭの酸化に必要となる温度まで上昇させることにより該フィルタ９に捕集されているＰＭが酸化される。つまり、フィルタ９の再生を行なうことができる。このようにフィルタ９の温度を上昇させるときには、該フィルタ９の温度が目標温度となるように、燃料添加弁１０から噴射する燃料量が決定される。なお、本実施例ではフィルタ９の再生を行なうＥＣＵ１２が、本発明におけるフィルタ再生手段に相当する。このフィルタ９の再生は、ヒータ等を用いてフィルタ９の温度を上昇させて行なってもよい。
【００２７】
また、フィルタ９よりも下流の排気通路８には、該排気通路８を流通する排気の空燃比を測定する空燃比センサ１１が取り付けられている。さらに、排気通路８には、フィルタ９の上流側と下流側との圧力の差を検出する差圧センサ１３が取り付けられている。
【００２８】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１２が併設されている。このＥＣＵ１２は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。
【００２９】
ＥＣＵ１２には上記センサの出力信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ１２には、燃料噴射弁３及び燃料添加弁１０が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ１２により制御される。
【００３０】
ＥＣＵ１２は、内燃機関１の回転数及び燃料供給量に基づいて該内燃機関１から排出されるＰＭ量を推定し、この排出されるＰＭ量を積算することによりフィルタ９に捕集されているＰＭ量を推定している。なお、燃料供給量は、内燃機関１の負荷またはトルクに代えてもよい。このようにしてＰＭ量を推定することを以下、「運転状態によるＰＭ量の推定」という。なお、本実施例においては運転状態によるＰＭ量の推定を行なうＥＣＵ１２が、本発明における捕集量推定手段に相当する。
【００３１】
一方、ＥＣＵ１２は、差圧センサ１３により得られる差圧に基づいて、フィルタ９に捕集されているＰＭ量を推定している。このようにしてＰＭ量を推定することを以下、「差圧によるＰＭ量の推定」という。
【００３２】
つまり、本実施例では２通りの手段によりＰＭ量の推定を行なっている。そして、運転状態によるＰＭ量の推定の結果得られた値が第１規定値以上となったとき、または差圧によるＰＭ量の推定の結果得られた値が第２規定値以上となったときにフィルタ９の再生が行なわれる。なお、本実施例ではフィルタ９の再生を行なうＥＣＵ１２が、本発明におけるフィルタ再生手段に相当する。
【００３３】
ここで、第１規定値は第２規定値よりも小さい値であり、通常は運転状態によるＰＭ量の推定値のほうが早く第１規定値に達する。仮に運転状態によるＰＭ量の推定に誤りがあったとしても、差圧によるＰＭ量の推定によりフィルタ９の再生時期を判断することができる。このようにして、一方が仮に故障しても他方によりフィルタ９の再生時期を判断することができるため、フィルタ９の目詰まりによる内燃機関１の機能低下等を抑制することができる。
【００３４】
ここで、図２は、バイオ燃料の濃度とＰＭ及びＳＯＦの排出量との関係を示した図である。実線はＰＭを示し、破線はＳＯＦを示している。バイオ燃料を軽油に混合して使用する場合には、バイオ燃料の濃度が高いほど含酸素燃料の割合が高くなるため、内燃機関１からのＰＭ排出量が減る。また、バイオ燃料の濃度が高いほど、高沸点成分の割合が高くなるため、ＰＭ中のＳＯＦの割合が高くなる。そして、ＳＯＦはＳＯＯＴと比較して低い温度で酸化されるので、ＰＭ中のＳＯＦの割合が高くなると、フィルタ９に捕集されているＰＭ量が少なくなる。
【００３５】
このようにバイオ燃料の濃度が高くなると、フィルタ９に捕集されているＰＭ量が少なくなる。そのため、運転状態によるＰＭ量の推定の結果得られる値が実際のＰＭ量よりも多くなってしまう。これにより、フィルタ９の再生が必要でない時期に行なわれることになり、燃費が悪化したり熱劣化が進行したりする。
【００３６】
そこで本実施例では、バイオ燃料の濃度に基づいて運転状態によるＰＭ量の推定値を補正する。
【００３７】
ここで、図３はバイオ燃料の濃度とＰＭ量の補正値との関係を示した図である。この関係は予め実験等により求めることができる。この補正値を、運転状態によるＰＭ量の推定値に乗じることによりＰＭ量の補正が行われる。そして、バイオ燃料の濃度が高いほど、内燃機関１からのＰＭ排出量が減り且つＳＯＦ成分の割合が高くなるため、ＰＭ量がより少なくなるように補正される。つまり、補正値は１以下の値であり、バイオ燃料の濃度が高くなるほど補正値は小さくなる。
【００３８】
なお、本実施例では、補正値は１以下の値であるが、補正値が１を超える場合であっても同様に適用することができる。
【００３９】
次に図４は、フィルタ９の再生フローを示したフローチャートである。本ルーチンはイグニッションスイッチがＯＮとなったときに実行される。
【００４０】
ステップＳ１０１では、バイオ燃料の濃度Ｌがバイオ燃料濃度センサ７により測定される。なお、給油されるバイオ燃料の種類は限定されているものとする。ここでは、空燃比センサ１１により得られる空燃比からバイオ燃料の濃度Ｌを推定してもよい。また、燃料の濃度または温度を測定することによりバイオ燃料の濃度Ｌを推定してもよい。
【００４１】
ステップＳ１０２では、ＰＭ量の補正係数Ｋが算出される。つまり、ステップＳ１０１で得られるバイオ燃料の濃度Ｌと図３とから補正値Ｋが算出される。
【００４２】
ステップＳ１０３では、燃料に軽油のみを使用していたと仮定したときに、フィルタ９に捕集されているＰＭ量Ａが算出される。つまり、運転状態によるＰＭ量の推定が行なわれる。これは、フィルタ９に捕集されているＰＭ量の補正前の値である。前述のように、内燃機関１の回転数及び燃料供給量に基づいて該内燃機関１から排出されるＰＭ量を推定し、この排出されるＰＭ量を積算することによりフィルタ９に捕集されているＰＭ量Ａを推定する。
【００４３】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で得られるＰＭ量Ａに、ステップＳ１０２で得られる補正値Ｋを乗じた値が、新たなＰＭ量Ａとされる。つまり、ＰＭ量Ａが補正される。以後、本ステップで得られるＰＭ量Ａを用いてフィルタ９の再生時期が判定される。なお、本実施例ではステップＳ１０３およびステップＳ１０４を実行するＥＣＵ１２が、本発明における捕集量補正手段に相当する。
【００４４】
ステップＳ１０５では、イグニッションスイッチがＯＦＦとなっているか否か判定される。イグニッションスイッチがＯＦＦとなった場合には、次にＯＮとなるまでフィルタ９の再生を行なうことができないため、本ルーチンを終了させる。なお、イグニッションスイッチがＯＦＦとなっても、ＰＭ量ＡはＥＣＵ１２に記憶されている。
【００４５】
ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００４６】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で得られるＰＭ量Ａが規定量Ｂ以上であるか否か判定される。規定量Ｂは、フィルタ９の再生を開始するか否か判定するために設定される値であり、フィルタ９がＰＭを捕集する能力の低下または内燃機関１の機能低下等を考慮して予め実験等により求めておく。
【００４７】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻る。
【００４８】
ステップＳ１０７では、フィルタ９の再生が開始される。つまり、燃料添加弁１０からの燃料添加によりフィルタ９の温度を上昇させてＰＭを酸化させることにより除去する。
【００４９】
ステップＳ１０８では、フィルタ９の再生が完了したか否か判定される。例えばフィルタ９の再生を所定時間以上行なった場合にフィルタ９の再生が完了したと判定される。また、フィルタ９よりも上流側と下流側との排気の差圧が規定値以下となったときにフィルタ９の再生が完了したと判定してもよい。
【００５０】
ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ戻る。
【００５１】
ステップＳ１０９では、ＰＭ量Ａが０とされる。つまり、フィルタ９の再生の完了により、フィルタ９に堆積しているＰＭ量が０とされる。なお、フィルタ９の再生が途中で中止された場合には、そのときにフィルタ９に捕集されているＰＭ量が代入される。
【００５２】
ステップＳ１１０では、イグニッションスイッチがＯＦＦとなっているか否か判定される。ここでは、ステップＳ１０５と同様の判定がなされる。
【００５３】
このようにしてバイオ燃料の濃度に応じてＰＭ量の推定が行なわれ、この推定値に基づいてフィルタ９の再生が行なわれる。
【００５４】
以上説明したように本実施例では、バイオ燃料の濃度が高いほどフィルタ９に捕集されているＰＭ量を少なく推定することにより、必要以上にフィルタ９の再生が行なわれることを抑制できる。これにより、燃費の悪化を抑制したり、フィルタ９の熱劣化（白金等の貴金属のシンタリング等）の進行を抑制したりできる。
【００５５】
また、ＰＭ量を推定するためのマップまたはロジックをバイオ燃料の濃度毎に変える必要が無いため、開発時の負担を軽減することができる。さらに、ＥＣＵ１２のメモリ容量も少なくて済む。
【００５６】
なお、本実施例では簡易的にＰＭ量を補正しているため、推定されるＰＭ量と実際のＰＭ量とに差が生じることも考えられるが、差圧によるＰＭ量の推定を併せて行なうことにより、フィルタ９の再生時期を判断することができる。そして、本実施例に係るＰＭ量の補正を行うことにより、フィルタ９の再生を行なう回数を減少させ得るので、燃費の悪化を抑制したり、フィルタ９の熱劣化の進行を抑制したりできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関、およびその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】バイオ燃料の濃度とＰＭ及びＳＯＦの排出量との関係を示した図である。
【図３】バイオ燃料の濃度とＰＭ量の補正値との関係を示した図である。
【図４】フィルタの再生フローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 燃料タンク
５ 燃料パイプ
６ 燃料ポンプ
７ バイオ燃料濃度センサ
８ 排気通路
９ パティキュレートフィルタ
１０ 燃料添加弁
１１ 空燃比センサ
１２ ＥＣＵ
１３ 差圧センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）に捕集されている粒子状物質を、該パティキュレートフィルタの温度を上昇させることにより酸化させてフィルタの再生を行なうことができる。例えばフィルタに捕集されているＰＭ量が規定値以上となったときにフィルタの再生が行なわれる。
【０００３】
ここで、燃焼室に水素ガスを供給することにより粒子状物質（以下、「ＰＭ」という。）の排出量を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３２３８２３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、菜種またはパーム等を原料とするバイオ燃料を使用可能な内燃機関が知られている。このバイオ燃料は他の燃料（例えば軽油）に混合して使用することもできる。
【０００５】
ここで、バイオ燃料は酸素を含んだ燃料なので、その濃度が高いほど燃焼が促進されるためＳＯＯＴの排出量が少なくなる。これにより、パティキュレートフィルタに捕集される粒子状物質の量が少なくなる。また、バイオ燃料は軽油等と比較して高沸点成分の割合が高いため、バイオ燃料の濃度が高くなるほど燃料が蒸発し難くなりＳＯＦの排出量が多くなる。つまり、バイオ燃料の濃度が高くなるほど、パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量が少なくなり、その堆積している粒子状物質中のＳＯＦの割合が高くなる。
【０００６】
そして、ＳＯＦは主に未燃燃料であるため、主に煤であるＳＯＯＴと比較して、酸化する温度が低い。そのため、内燃機関の運転状態によってはフィルタの再生制御を行わなくてもＰＭが酸化されるので、フィルタに捕集されているＰＭの量が減少する。つまり、バイオ燃料の濃度が高いときに内燃機関の運転状態に基づいて、フィルタに捕集されているＰＭの量を推定すると、誤った推定がなされる虞がある。これにより、必要以上にフィルタの再生制御が行なわれると、燃費が悪化したりフィルタの熱劣化を進行させたりする。
【０００７】
ここで、バイオ燃料の濃度毎にマップを持たせたり、推定ロジックを変えたりしてＰＭの捕集量を推定することも考えられるが、ＥＣＵに大容量のメモリを搭載する必要があるため困難である。また、開発過程においても実験等を多く行なわなくてはならなくなり開発費用が膨大になる。
【０００８】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの再生をより適正な時期に行うことができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
少なくともバイオ燃料を含む複数の燃料を混合して用いることが可能な内燃機関の排気
浄化装置において、
前記バイオ燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
少なくとも前記内燃機関の運転状態に基づいて前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を推定する捕集量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が規定量以上のときに前記パティキュレートフィルタの再生を行なうフィルタ再生手段と、
前記捕集量推定手段により推定される粒子状物質の量を前記燃料濃度検出手段により検出されるバイオ燃料の濃度に応じて補正する捕集量補正手段と、
を具備することを特徴とする。
【００１０】
前記内燃機関は、バイオ燃料のみであっても、また他の燃料（例えば軽油）のみであっても使用することができる。またバイオ燃料は、酸素を含み且つ所定の高沸点成分の割合が所定値以上の燃料としてもよい。
【００１１】
捕集量推定手段は、例えば燃料供給量や機関回転数等に基づいて内燃機関からの粒子状物質の排出量を推定し、これを積算することによりパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を推定する。なお燃料供給量は、燃料供給量と関連する値であってもよく、例えば内燃機関の負荷、またはスロットル開度、機関発生トルク、としてもよい。つまり、捕集量推定手段は、少なくとも燃料供給量と関連する値に基づいて、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を推定してもよい。
【００１２】
フィルタ再生手段は、粒子状物質の量が規定量以上のときにパティキュレートフィルタの再生を行なうが、この粒子状物質の量は、捕集量推定手段以外により得られる値も用いることができる。つまり、捕集量推定手段の他に、内燃機関の運転状態を用いずにパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物資の量を推定する手段を備えていてもよい。また前記規定量は、パティキュレートフィルタが粒子状物質を捕集する能力の低下または内燃機関の機能低下等を考慮して決定することができる。
【００１３】
ここで、内燃機関の運転状態に基づいて粒子状物質の捕集量を推定する場合には、燃料中のバイオ燃料の濃度に応じて粒子状物質の排出量や酸化量が変化する。しかし、捕集量推定手段は内燃機関の運転状態に基づいてパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量の推定を行なうため、バイオ燃料の濃度が変化したとしても、捕集量推定手段による推定値は変化しない。
【００１４】
そのため、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量の推定値と実際の値とに差を生じるので、この差が小さくなるように捕集量補正手段は補正を行う。ここで、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量はバイオ燃料の濃度と相関関係にあるため、バイオ燃料の濃度に基づいて該粒子状物質の量を補正することができる。これにより、パティキュレートフィルタの再生が必要以上に行なわれることを抑制できる。
【００１５】
なお、粒子状物質の捕集量を補正するのに代えて、規定量を補正してもよい。
【００１６】
本発明においては、前記捕集量補正手段は、バイオ燃料の濃度が高いほど、粒子状物質の量がより少なくなるように補正することができる。
【００１７】
バイオ燃料の濃度が高くなるほどＳＯＦの割合が高くなるため、粒子状物質がより低温で酸化される。また、バイオ燃料の濃度が高くなるほど酸素を含んだ燃料の割合が高くな
るため粒子状物質の排出量が減少する。つまり、バイオ燃料の濃度が高くなるほど、パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量が少なくなる。この関係にしたがって補正を行うことにより、パティキュレートフィルーに捕集されている粒子状物質の推定値と実際の値との差を小さくすることができる。
【００１８】
なお、バイオ燃料の濃度が高いほど、規定量がより多くなるように補正してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パティキュレートフィルタの再生をより適正な時期に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１、およびその排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、ディーゼル機関であり、軽油およびバイオ燃料を混合した混合燃料を用いることができる。混合燃料中のバイオ燃料の濃度は、０から１００％まで如何なる値であっても構わない。
【００２２】
また、内燃機関１には、気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁３が取り付けられている。燃料噴射弁３は、燃料を貯留するための燃料タンク４と燃料パイプ５を介して接続されている。燃料パイプ５の途中には、燃料の圧力を上昇させる燃料ポンプ６が設けられている。
【００２３】
そして燃料タンク４には、該燃料タンク４内に貯留されている燃料中のバイオ燃料の濃度を検出するバイオ燃料濃度センサ７が取り付けられている。なお、本実施例ではバイオ燃料濃度センサ７が、本発明における燃料濃度検出手段に相当する。
【００２４】
一方、内燃機関１には、気筒２へ通じる排気通路８が接続されている。排気通路８の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を担持したパティキュレートフィルタ９（以下、フィルタ９という。）が備えられている。ＮＯx触媒は、流入する排
気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且
つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。また、フィルタ
９は、排気中に含まれるＰＭを捕集する。
【００２５】
さらに、本実施例では、フィルタ９よりも上流の排気通路８を流通する排気中に還元剤たる燃料を添加する燃料添加弁１０を備えている。この燃料添加弁１０は、前記燃料ポンプ６に接続されている。そして、燃料添加弁１０は、後述するＥＣＵ１２からの信号により開弁して燃料を噴射する。この燃料はＮＯx触媒にて反応し、フィルタ９の温度を上昇
させる。
【００２６】
そして、フィルタ９の温度をＰＭの酸化に必要となる温度まで上昇させることにより該フィルタ９に捕集されているＰＭが酸化される。つまり、フィルタ９の再生を行なうことができる。このようにフィルタ９の温度を上昇させるときには、該フィルタ９の温度が目標温度となるように、燃料添加弁１０から噴射する燃料量が決定される。なお、本実施例ではフィルタ９の再生を行なうＥＣＵ１２が、本発明におけるフィルタ再生手段に相当する。このフィルタ９の再生は、ヒータ等を用いてフィルタ９の温度を上昇させて行なってもよい。
【００２７】
また、フィルタ９よりも下流の排気通路８には、該排気通路８を流通する排気の空燃比を測定する空燃比センサ１１が取り付けられている。さらに、排気通路８には、フィルタ９の上流側と下流側との圧力の差を検出する差圧センサ１３が取り付けられている。
【００２８】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１２が併設されている。このＥＣＵ１２は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。
【００２９】
ＥＣＵ１２には上記センサの出力信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ１２には、燃料噴射弁３及び燃料添加弁１０が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ１２により制御される。
【００３０】
ＥＣＵ１２は、内燃機関１の回転数及び燃料供給量に基づいて該内燃機関１から排出されるＰＭ量を推定し、この排出されるＰＭ量を積算することによりフィルタ９に捕集されているＰＭ量を推定している。なお、燃料供給量は、内燃機関１の負荷またはトルクに代えてもよい。このようにしてＰＭ量を推定することを以下、「運転状態によるＰＭ量の推定」という。なお、本実施例においては運転状態によるＰＭ量の推定を行なうＥＣＵ１２が、本発明における捕集量推定手段に相当する。
【００３１】
一方、ＥＣＵ１２は、差圧センサ１３により得られる差圧に基づいて、フィルタ９に捕集されているＰＭ量を推定している。このようにしてＰＭ量を推定することを以下、「差圧によるＰＭ量の推定」という。
【００３２】
つまり、本実施例では２通りの手段によりＰＭ量の推定を行なっている。そして、運転状態によるＰＭ量の推定の結果得られた値が第１規定値以上となったとき、または差圧によるＰＭ量の推定の結果得られた値が第２規定値以上となったときにフィルタ９の再生が行なわれる。なお、本実施例ではフィルタ９の再生を行なうＥＣＵ１２が、本発明におけるフィルタ再生手段に相当する。
【００３３】
ここで、第１規定値は第２規定値よりも小さい値であり、通常は運転状態によるＰＭ量の推定値のほうが早く第１規定値に達する。仮に運転状態によるＰＭ量の推定に誤りがあったとしても、差圧によるＰＭ量の推定によりフィルタ９の再生時期を判断することができる。このようにして、一方が仮に故障しても他方によりフィルタ９の再生時期を判断することができるため、フィルタ９の目詰まりによる内燃機関１の機能低下等を抑制することができる。
【００３４】
ここで、図２は、バイオ燃料の濃度とＰＭ及びＳＯＦの排出量との関係を示した図である。実線はＰＭを示し、破線はＳＯＦを示している。バイオ燃料を軽油に混合して使用する場合には、バイオ燃料の濃度が高いほど含酸素燃料の割合が高くなるため、内燃機関１からのＰＭ排出量が減る。また、バイオ燃料の濃度が高いほど、高沸点成分の割合が高くなるため、ＰＭ中のＳＯＦの割合が高くなる。そして、ＳＯＦはＳＯＯＴと比較して低い温度で酸化されるので、ＰＭ中のＳＯＦの割合が高くなると、フィルタ９に捕集されているＰＭ量が少なくなる。
【００３５】
このようにバイオ燃料の濃度が高くなると、フィルタ９に捕集されているＰＭ量が少なくなる。そのため、運転状態によるＰＭ量の推定の結果得られる値が実際のＰＭ量よりも多くなってしまう。これにより、フィルタ９の再生が必要でない時期に行なわれることになり、燃費が悪化したり熱劣化が進行したりする。
【００３６】
そこで本実施例では、バイオ燃料の濃度に基づいて運転状態によるＰＭ量の推定値を補正する。
【００３７】
ここで、図３はバイオ燃料の濃度とＰＭ量の補正値との関係を示した図である。この関係は予め実験等により求めることができる。この補正値を、運転状態によるＰＭ量の推定値に乗じることによりＰＭ量の補正が行われる。そして、バイオ燃料の濃度が高いほど、内燃機関１からのＰＭ排出量が減り且つＳＯＦ成分の割合が高くなるため、ＰＭ量がより少なくなるように補正される。つまり、補正値は１以下の値であり、バイオ燃料の濃度が高くなるほど補正値は小さくなる。
【００３８】
なお、本実施例では、補正値は１以下の値であるが、補正値が１を超える場合であっても同様に適用することができる。
【００３９】
次に図４は、フィルタ９の再生フローを示したフローチャートである。本ルーチンはイグニッションスイッチがＯＮとなったときに実行される。
【００４０】
ステップＳ１０１では、バイオ燃料の濃度Ｌがバイオ燃料濃度センサ７により測定される。なお、給油されるバイオ燃料の種類は限定されているものとする。ここでは、空燃比センサ１１により得られる空燃比からバイオ燃料の濃度Ｌを推定してもよい。また、燃料の濃度または温度を測定することによりバイオ燃料の濃度Ｌを推定してもよい。
【００４１】
ステップＳ１０２では、ＰＭ量の補正係数Ｋが算出される。つまり、ステップＳ１０１で得られるバイオ燃料の濃度Ｌと図３とから補正値Ｋが算出される。
【００４２】
ステップＳ１０３では、燃料に軽油のみを使用していたと仮定したときに、フィルタ９に捕集されているＰＭ量Ａが算出される。つまり、運転状態によるＰＭ量の推定が行なわれる。これは、フィルタ９に捕集されているＰＭ量の補正前の値である。前述のように、内燃機関１の回転数及び燃料供給量に基づいて該内燃機関１から排出されるＰＭ量を推定し、この排出されるＰＭ量を積算することによりフィルタ９に捕集されているＰＭ量Ａを推定する。
【００４３】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で得られるＰＭ量Ａに、ステップＳ１０２で得られる補正値Ｋを乗じた値が、新たなＰＭ量Ａとされる。つまり、ＰＭ量Ａが補正される。以後、本ステップで得られるＰＭ量Ａを用いてフィルタ９の再生時期が判定される。なお、本実施例ではステップＳ１０３およびステップＳ１０４を実行するＥＣＵ１２が、本発明における捕集量補正手段に相当する。
【００４４】
ステップＳ１０５では、イグニッションスイッチがＯＦＦとなっているか否か判定される。イグニッションスイッチがＯＦＦとなった場合には、次にＯＮとなるまでフィルタ９の再生を行なうことができないため、本ルーチンを終了させる。なお、イグニッションスイッチがＯＦＦとなっても、ＰＭ量ＡはＥＣＵ１２に記憶されている。
【００４５】
ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００４６】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で得られるＰＭ量Ａが規定量Ｂ以上であるか否か判定される。規定量Ｂは、フィルタ９の再生を開始するか否か判定するために設定される値であり、フィルタ９がＰＭを捕集する能力の低下または内燃機関１の機能低下等を考慮して予め実験等により求めておく。
【００４７】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻る。
【００４８】
ステップＳ１０７では、フィルタ９の再生が開始される。つまり、燃料添加弁１０からの燃料添加によりフィルタ９の温度を上昇させてＰＭを酸化させることにより除去する。
【００４９】
ステップＳ１０８では、フィルタ９の再生が完了したか否か判定される。例えばフィルタ９の再生を所定時間以上行なった場合にフィルタ９の再生が完了したと判定される。また、フィルタ９よりも上流側と下流側との排気の差圧が規定値以下となったときにフィルタ９の再生が完了したと判定してもよい。
【００５０】
ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ戻る。
【００５１】
ステップＳ１０９では、ＰＭ量Ａが０とされる。つまり、フィルタ９の再生の完了により、フィルタ９に堆積しているＰＭ量が０とされる。なお、フィルタ９の再生が途中で中止された場合には、そのときにフィルタ９に捕集されているＰＭ量が代入される。
【００５２】
ステップＳ１１０では、イグニッションスイッチがＯＦＦとなっているか否か判定される。ここでは、ステップＳ１０５と同様の判定がなされる。
【００５３】
このようにしてバイオ燃料の濃度に応じてＰＭ量の推定が行なわれ、この推定値に基づいてフィルタ９の再生が行なわれる。
【００５４】
以上説明したように本実施例では、バイオ燃料の濃度が高いほどフィルタ９に捕集されているＰＭ量を少なく推定することにより、必要以上にフィルタ９の再生が行なわれることを抑制できる。これにより、燃費の悪化を抑制したり、フィルタ９の熱劣化（白金等の貴金属のシンタリング等）の進行を抑制したりできる。
【００５５】
また、ＰＭ量を推定するためのマップまたはロジックをバイオ燃料の濃度毎に変える必要が無いため、開発時の負担を軽減することができる。さらに、ＥＣＵ１２のメモリ容量も少なくて済む。
【００５６】
なお、本実施例では簡易的にＰＭ量を補正しているため、推定されるＰＭ量と実際のＰＭ量とに差が生じることも考えられるが、差圧によるＰＭ量の推定を併せて行なうことにより、フィルタ９の再生時期を判断することができる。そして、本実施例に係るＰＭ量の補正を行うことにより、フィルタ９の再生を行なう回数を減少させ得るので、燃費の悪化を抑制したり、フィルタ９の熱劣化の進行を抑制したりできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関、およびその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】バイオ燃料の濃度とＰＭ及びＳＯＦの排出量との関係を示した図である。
【図３】バイオ燃料の濃度とＰＭ量の補正値との関係を示した図である。
【図４】フィルタの再生フローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 燃料タンク
５ 燃料パイプ
６ 燃料ポンプ
７ バイオ燃料濃度センサ
８ 排気通路
９ パティキュレートフィルタ
１０ 燃料添加弁
１１ 空燃比センサ
１２ ＥＣＵ
１３ 差圧センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともバイオ燃料を含む複数の燃料を混合して用いることが可能な内燃機関の排気浄化装置において、
前記バイオ燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
少なくとも前記内燃機関の運転状態に基づいて前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を推定する捕集量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が規定量以上のときに前記パティキュレートフィルタの再生を行なうフィルタ再生手段と、
前記捕集量推定手段により推定される粒子状物質の量を前記燃料濃度検出手段により検出されるバイオ燃料の濃度に応じて補正する捕集量補正手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記捕集量補正手段は、バイオ燃料の濃度が高いほど、粒子状物質の量がより少なくなるように補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
少なくともバイオ燃料を含む複数の燃料を混合して用いることが可能な内燃機関の排気浄化装置において、
前記バイオ燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
少なくとも前記内燃機関の運転状態に基づいて前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を推定する捕集量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が規定量以上のときに前記パティキュレートフィルタの再生を行なうフィルタ再生手段と、
前記捕集量推定手段により推定される粒子状物質の量を前記燃料濃度検出手段により検出されるバイオ燃料の濃度に応じて補正する捕集量補正手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記捕集量補正手段は、バイオ燃料の濃度が高いほど、粒子状物質の量がより少なくなるように補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２７４８９２（Ｐ２００８−２７４８９２Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２１７０１（Ｐ２００７−１２１７０１）
【出願日】平成１９年５月２日（２００７．５．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２日（２００７．５．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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