(57)【要約】【課題】過昇温回避の信頼性を確保しつつ再生処理時間の短縮を図った排気浄化システムを提供する。【解決手段】内燃機関の排気中に含まれる粒子状物質であるＰＭを捕集するフィルタと、フィルタに担持され、所定の活性化温度以上にまで昇温されることにより活性化してＰＭの燃焼を促進させる燃焼触媒と、燃焼触媒が活性化温度以上となるようポスト噴射量を制御することで排気温度を制御するＥＣＵ４０（昇温制御装置）と、を備え、燃焼触媒には、エンジンのアイドリング運転時にフィルタを限界温度にまで上昇させ得る排気温度（過昇温発生温度）よりも低温で活性化するアルカリ系の触媒を採用する。そして、再生目標温度算出手段４３により、フィルタに堆積したＰＭの堆積量に応じてフィルタ入口温度についての再生目標温度を算出するとともに、排気温度制御手段４４により、再生目標温度となるよう排気温度を制御する。【選択図】      図３
2010112251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気中に含まれる粒子状物質であるＰＭを捕集するフィルタと、
前記フィルタに担持され、所定の活性化温度以上にまで昇温されることにより活性化してＰＭの燃焼を促進させる触媒と、
前記触媒が活性化温度以上となるよう排気温度を制御する昇温制御装置と、
を備え、
前記触媒には、前記内燃機関のアイドリング運転時に前記フィルタを限界温度にまで上昇させ得る排気温度よりも低温で活性化する触媒が採用されており、
前記昇温制御装置は、
前記フィルタに堆積したＰＭの堆積量に応じて、前記フィルタの温度又はそのフィルタ温度と相関のある温度についての目標温度を算出する目標温度算出手段と、
前記目標温度となるよう排気温度を制御する排気温度制御手段と、
を有することを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
ＰＭを燃焼させる再生処理中に、前記フィルタの温度又はそのフィルタ温度と相関のある温度を逐次検出する検出手段と、
前記再生処理中に、前記検出手段の検出値に基づきＰＭの燃焼速度を逐次推定する燃焼速度推定手段と、
前記再生処理中に、推定された燃焼速度に基づき前記フィルタに堆積したＰＭの堆積量を逐次推定するＰＭ堆積量推定手段と、
を備え、
前記目標温度算出手段は、前記ＰＭ堆積量推定手段により推定されたＰＭ堆積量に基づき、前記再生処理中に前記目標温度を逐次算出することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
ＰＭ堆積量又はその堆積量と相関のある物理量と、前記目標温度との関係を表すマップが記憶された記憶手段と、
前記フィルタの温度又はそのフィルタ温度と相関のある温度を検出する検出手段と、
を備え、
前記目標温度算出手段は、前記検出手段による検出結果及び前記マップに基づき前記目標温度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
前記触媒には、前記アイドリング運転時に前記フィルタを限界温度にまで上昇させ得る排気温度よりも低温、かつ、ＰＭが急速温度上昇を開始する温度よりも低温で活性化する触媒が採用されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の排気浄化システム。
【請求項５】
前記触媒は、アルカリ系金属を少なくとも含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の排気浄化システム。
【請求項６】
前記触媒は、ゼオライトにアルカリ系金属を担持して、６００℃以上で焼成して得られる複合酸化物であることを特徴とする請求項５に記載の排気浄化システム。
【請求項７】
前記触媒は、一酸化炭素を酸化できない触媒であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタと、そのフィルタに堆積したＰＭの燃焼を促進させる触媒と、を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気浄化システムでは、フィルタに堆積したＰＭを燃焼させて除去する処理（再生処理）を行うことで、内燃機関の運転中にフィルタを適宜再生させる必要がある。このようにＰＭを燃焼させるには、フィルタに担持された触媒を活性化温度まで上昇させることを要する。そこで従来の再生処理では、メインの燃料噴射後にポスト噴射を実施したり、ＥＧＲ量を変化させる等、排気温度を上昇させる昇温制御を実施することで触媒温度を活性化温度まで上昇させることが一般的である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１７０３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、ＰＭ燃焼は一旦起きてしまうと燃焼伝播により連鎖的に燃焼が進行するものであるため、ＰＭ燃焼に伴い、フィルタの機能が損なわれる程にフィルタ温度が高温（例えば９００℃）となる過昇温状態に陥らないよう、昇温制御を実施することが要求される。特に、ＰＭ燃焼を開始させた後、車両運転状態がアイドリング状態等に切り替わった場合には、排気流量が低下するため、排気によってフィルタから持ち去られる熱量が少なくなる。そのため、このような場合には上述の過昇温状態に陥ることが特に懸念される。
【０００４】
この懸念について、図２に示す試験結果を用いてより詳細に説明すると、図２の横軸は、排気温度のうちフィルタ入口部分での温度（フィルタ入口温度）であって、車両走行時（例えば時速３０ｋｍ）を想定した排気流速の状態から、アイドリングを想定した排気流速の状態に切り替える時点における温度を示す。図２の縦軸は、アイドリング状態に切り替わった後におけるフィルタ内最高温度を示す。そして、図２中の実線(3)は、従来の一般的な白金系触媒を用いた場合における試験結果を示しており、フィルタ入口温度が符号Ｍｓ３に示す温度（過昇温発生温度）より高い状態でアイドリングに切り替わると、フィルタ温度が限界温度Ｔｏを超えた過昇温状態に陥るおそれがあることを示している。
【０００５】
この懸念に対し特許文献１記載のシステムでは、車両走行時にフィルタ入口温度が上昇して閾値を超えた場合には、昇温制御による排気温度上昇を抑制させて、過昇温を回避できるとの信頼性確保を図っている。一方、前記閾値を低く設定すれば過昇温回避の信頼性を向上できるものの、その背反としてフィルタ再生処理に要する時間が長くなり、燃費悪化等の不具合を招く。よって、前記信頼性を確保できる程度に閾値を高く設定することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、従来の白金系触媒の活性化温度（図２中のＴｓ３に示す温度）は、過昇温発生温度Ｍｓ３よりも高いため、車両走行時に昇温制御を実施するにあたり、排気温度に対する目標温度を、過昇温の生じるおそれのある温度域（過昇温発生領域Ｍ３）で設定しなければならない。したがって、このような過昇温発生領域Ｍ３で排気温度を制御しなければならない状況下では、過昇温回避の信頼性を確保しつつ再生処理時間の短縮を図るよう排気温度を制御することは極めて困難となる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、過昇温回避の信頼性を確保しつつ再生処理時間の短縮を図った排気浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００９】
請求項１記載の発明では、内燃機関の排気中に含まれる粒子状物質であるＰＭを捕集するフィルタと、／前記フィルタに担持され、所定の活性化温度以上にまで昇温されることにより活性化してＰＭの燃焼を促進させる触媒と、／前記触媒が活性化温度以上となるよう排気温度を制御する昇温制御装置と、を備え、／前記触媒には、前記内燃機関のアイドリング運転時に前記フィルタを限界温度にまで上昇させ得る排気温度（以下、「過昇温発生温度」と記載）よりも低温で活性化する触媒を採用している。そして、前記昇温制御装置は、前記フィルタに堆積したＰＭの堆積量に応じて、前記フィルタの温度又はそのフィルタ温度と相関のある温度についての目標温度を算出する目標温度算出手段と、前記目標温度となるよう排気温度を制御する排気温度制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、過昇温発生温度（図２の符号Ｍｓ１）より低温でＰＭの燃焼を行うことができるアルカリ系金属の触媒を採用するので、ＰＭ燃焼（再生処理）を実行するにあたり、過昇温発生温度Ｍｓ１以下の領域で昇温制御装置は排気温度を制御できる。そのため、昇温制御装置は、フィルタが限界温度に達しない程度に排気温度を高くするように制御することを容易にできる。よって、フィルタに対する過昇温回避の信頼性を確保しつつ再生処理時間の短縮を図ることを容易に実現できる。
【００１１】
さらに、本発明者らが行った試験によれば、フィルタの再生処理を実行するにあたり、ＰＭ堆積量が多い状態であるほど、過昇温発生温度が低下することが明らかになった。図２はその試験結果を示すものであり、図中の実線(1)(2)は、フィルタ入口温度（フィルタ温度と相関のある温度）とフィルタ内最高温度との関係を示す。そして、ＰＭ堆積量が１０g/Lの場合の過昇温発生温度Ｍｓ２は、８g/Lの場合の過昇温発生温度Ｍｓ１に比べて低いことが明らかである。
【００１２】
この試験結果を鑑み、上記請求項１記載の発明では、ＰＭ堆積量に応じて排気温度を制御するので、過昇温回避の信頼性を確保しつつ排気温度を高くすることを促進できる。よって、過昇温回避の信頼性向上及び再生処理時間の短縮を促進できる。また、ＰＭ燃焼による再生処理が進行するにつれ、ＰＭ堆積量は減少していくが、そのＰＭ堆積量の減少に伴い目標温度を高くしていくことを容易に実現できるので、再生処理時間の短縮をより一層促進できる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、ＰＭを燃焼させる再生処理中に、前記フィルタの温度又はそのフィルタ温度と相関のある温度を逐次検出する検出手段と、／前記再生処理中に、前記検出手段の検出値に基づきＰＭの燃焼速度を逐次推定する燃焼速度推定手段と、／前記再生処理中に、推定された燃焼速度に基づき前記フィルタに堆積したＰＭの堆積量を逐次推定するＰＭ堆積量推定手段と、を備え、／前記目標温度算出手段は、前記ＰＭ堆積量推定手段により推定されたＰＭ堆積量に基づき、前記再生処理中に前記目標温度を逐次算出することを特徴とする。
【００１４】
本発明者らは「ＰＭ堆積量は燃焼速度との相関性が高く、その燃焼速度はフィルタ内の温度と相関性が高い」との知見を見出した。この知見に基づき為された上記請求項２記載の発明によれば、フィルタ温度の検出値に基づきＰＭ燃焼速度を逐次推定し、推定したＰＭ燃焼速度に基づきＰＭ堆積量を逐次推定するので、再生処理の進行に伴い変化するＰＭ堆積量を精度良く推定できる。よって、再生処理時間の短縮をより一層促進できる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、ＰＭ堆積量又はその堆積量と相関のある物理量と、前記目標温度との関係を表すマップが記憶された記憶手段と、／前記フィルタの温度又はそのフィルタ温度と相関のある温度を検出する検出手段と、を備え、／前記目標温度算出手段は、前記検出手段による検出結果及び前記マップに基づき前記目標温度を算出することを特徴とする。これによれば、ＰＭ堆積量に対する目標温度の最適値を予め試験により取得しておき、その最適値をマップ化して記憶させることで、目標温度算出手段は、目標温度の最適値（つまり、フィルタが過昇温に達しない程度に排気温度を高くした値）を容易に算出できる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、前記触媒には、前記アイドリング運転時に前記フィルタを限界温度にまで上昇させ得る排気温度よりも低温、かつ、ＰＭが急速温度上昇を開始する温度（図２中の符号Ｐ１，Ｐ２参照）よりも低温で活性化する触媒が採用されていることを特徴とする。
【００１７】
ここで、先述した図２の試験結果によれば、走行状態からアイドリング運転に切り替わる時点でのフィルタ入口温度が高いほど、アイドリング運転時におけるフィルタ内最高温度も高くなる。そして、フィルタ入口温度が符号Ｐ１，Ｐ２に示す温度（急上昇開始温度）より高くなると、フィルタ内最高温度が急速に上昇を開始することが明らかである。この点を鑑み、上記請求項４記載の発明によれば、急上昇開始温度Ｐ１，Ｐ２よりも低温で活性化する触媒が採用されているので、急上昇開始温度Ｐ１，Ｐ２よりも低温で排気温度を制御することができる。よって、アイドリング運転に切り替わっても限界温度Ｔｏに達しないよう排気温度を制御することを、より一層確実にでき、過昇温回避の信頼性向上を図ることができる。
【００１８】
また、上記請求項１記載の「アイドリング運転時にフィルタを限界温度にまで上昇させ得る排気温度（過昇温発生温度）よりも低温で活性化する触媒」の具体例としては、請求項５記載の「アルカリ系金属を少なくとも含んでいる触媒」が挙げられる。しかも、このアルカリ系触媒によれば、ＰＭが燃焼を行うことができる最低温度つまり活性化温度（図２中の符号Ｔｓ１参照）を従来の白金触媒に比べて低くできるとともに、過昇温発生温度Ｍｓ１を高くできる。よって、昇温制御装置が排気温度を制御するにあたり、内燃機関の運転状態がアイドリングに切り替わったとしてもフィルタが限界温度に達しない領域で制御することの確実性を向上でき、過昇温回避の信頼性向上を促進できる。
【００１９】
また、「アイドリング運転時にフィルタを限界温度にまで上昇させ得る排気温度（過昇温発生温度）よりも低温で活性化する触媒」の具体例として、請求項６記載の「ゼオライトにアルカリ系金属を担持して、６００℃以上で焼成して得られる複合酸化物」や、請求項７記載の「一酸化炭素を酸化できない触媒」が挙げられる。一酸化炭素を酸化できない触媒を採用することで、ＰＭ燃焼時に生成されたＣＯがさらにＣＯ２に酸化されて発熱することが抑制されるので、過昇温発生温度Ｍｓ１，Ｍｓ２の値を高くできる。よって、過昇温回避の信頼性向上及び再生処理時間の短縮を促進できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明にかかる排気浄化システムを具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
先ず、本実施形態にかかる排気浄化システムが搭載されるエンジン（内燃機関）の概略について、簡単に説明する。本実施形態では、４輪自動車用ディーゼルエンジンを対象にしており、燃焼室に直接的に高圧燃料（例えば噴射圧力「１０００気圧」以上の軽油）を噴射供給（直噴供給）する方式のエンジンである。また、当該エンジンは、多気筒（例えば直列４気筒）の４ストローク、レシプロ式ディーゼルエンジンを想定している。
【００２２】
次に、エンジンの吸排気系システムの構成について図１を用いて説明する。
【００２３】
当該エンジンは、排気系から吸気系に排気を還流させるＥＧＲ配管１０を備えており、排気の一部を吸気管１１に戻すことで、燃焼室１２における燃焼温度を下げて排ガス中のＮＯＸ低減等を図っている。ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ流量）は、ＥＧＲ弁１３により調整される。
【００２４】
ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲ弁１３の下流側部分には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１４が備えられている。このようにＥＧＲガスを冷却することで、ＥＧＲガスの体積減少（密度上昇）を図り、これによって燃焼室１２に流入する吸気の充填効率向上を図っている。
【００２５】
また、ＥＧＲ配管１０には、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１４に対して迂回させるバイパス配管１５が設けられている。そして、切替弁１６により、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１４へ流通させる流量とバイパス配管１５により迂回させる流量との流通割合が調整されて、ＥＧＲクーラ１４の下流側にてバイパス配管１５と合流した部分における、ＥＧＲガスの温度が調整されることとなる。これによれば、ＥＧＲガスの温度を最適値に調整して、ＥＧＲガスを還流させることによるＮＯＸ低減の効果を向上させることができる。
【００２６】
吸気管１１のうち、ＥＧＲ配管１０が接続される部分の上流側には、燃焼室１２に流入する吸気のうちエアクリーナ２１から流入した新気の流量を調整するスロットル弁１７が備えられている。
【００２７】
吸気管１１と排気管１８との間にはターボチャージャ１９（過給機）が配設されている。ターボチャージャ１９は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ１９ａと、排気管１８に設けられたタービンホイール１９ｂとを有し、それらがシャフト１９ｃにて連結されている。ターボチャージャ１９では、排気管１８を流れる排気によってタービンホイール１９ｂが回転し、その回転力がシャフト１９ｃを介してコンプレッサインペラ１９ａに伝達される。そして、コンプレッサインペラ１９ａにより、吸気管１１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。
【００２８】
また、本実施形態に係るターボチャージャ１９には、排気の流体エネルギをシャフト１９ｃの回転駆動力に変換する割合を設定変更可能にする容量可変型のターボチャージャが採用されている。具体的には、タービンホイール１９ｂには、吹き付けられる排気の流速を可変とするための複数の可変ベーン１９ｄが設けられている。これらの可変ベーン１９ｄは互いに同期した状態で開閉動作する。そして、隣り合う可変ベーン１９ｄ間の隙間の大きさ、すなわち可変ベーン１９ｄの開度を変化させることで、前記排気流速を調整し、これによりタービンホイール１９ｂの回転速度が調整される。そして、タービンホイール１９ｂの回転速度が調整されることにより、燃焼室１２に強制的に供給される空気の量、すなわち過給圧が調整される。
【００２９】
エアクリーナ２１を介して吸入された空気は、ターボチャージャ１９にて過給され、インタークーラ２０によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ２０によって吸入空気を冷却して体積減少（密度上昇）を図ることで、燃焼室１２に流入する吸気の充填効率向上を図っている。
【００３０】
排気管１８のうちタービンホイール１９ｂの下流側には、排気を浄化する浄化装置３０が取り付けられている。浄化装置３０は、ケース３１と、ケース３１に収容されたフィルタ３２及び酸化触媒３３と、ケース３１に取り付けられた温度センサ３４（検出手段）及び差圧センサ３５等を備えて構成されている。フィルタ３２は、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：particulate matters）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter））である。
【００３１】
また、フィルタ３２は、コーディエライト等の耐熱性セラミックからなる円筒状の多孔質隔壁構造にあってハニカム状の穴が交互に目封じされたウォールフロー型のフィルタ基材（モノリス担体）により構成されている。或いは、耐熱性セラミックに替え、耐熱金属で形成された格子に金属の紛体を塗布して焼成し、内部に気孔を生成させることで、先述したウォールフロー型のフィルタ基材を構成するようにしてもよい。
【００３２】
そして、排気がフィルタ３２の多孔質隔壁を通過する際に、排気中のＰＭがハニカム状の穴に捕集されて堆積していく。堆積したＰＭは、定期的に（又は不定期にＰＭ堆積量に応じて）再生処理が行われることにより燃焼し、無害化した炭酸ガスとして排出されるようになっている。
【００３３】
フィルタ３２には、ＰＭ燃焼用の燃焼触媒（特許請求の範囲に記載の「触媒」に相当）が担持されている。具体的には、燃焼触媒はフィルタ３２の基材にコーティングされている。この燃焼触媒は、ＰＭ中の炭素成分が酸化して燃焼するにあたり、そのＰＭ燃焼を促進させるよう機能する。したがって、燃焼触媒が高温排気により加熱されて活性化温度にまで達すると、堆積したＰＭが燃焼を開始することとなる。但し、この燃焼触媒は、一酸化炭素を酸化する能力は有していない。よって、ＰＭ燃焼時に生成されたＣＯがさらにＣＯ２に酸化されて発熱するといった反応は抑制され、ひいては、燃焼中のＰＭが急速に温度上昇することの抑制が図られる。
【００３４】
本実施形態の燃焼触媒には、ゼオライトにアルカリ系金属を担持して、６００℃以上で焼成して得られる複合酸化物を採用することが具体例として挙げられる。また、上記ゼオライトの具体例としてはＡ型ソーダライト、Ｙ型ソーダライト及びモルデナイト等が挙げられ、上記アルカリ系金属の具体例としてはカリウム、セシウム及びルビジウム等が挙げられる。このようにアルカリ系の燃焼触媒を採用することで、フィルタ３２に流入する排気温度を上昇させてＰＭを燃焼させる再生処理を実施するにあたり、燃焼触媒は、後に詳述する過昇温発生温度Ｍｓ１，Ｍｓ２よりも低温で活性化する。
【００３５】
酸化触媒３３は、フィルタ３２の上流側に配置された基材に担持されており、白金系触媒又はアルカリ系の触媒である。この酸化触媒３３は、排ガス中の未燃ＨＣやＣＯを酸化して浄化するよう機能する。
【００３６】
また、前記再生処理を実施する場合には、燃料噴射弁２２からの燃料を噴射するにあたり、１燃焼サイクル中においてエンジン出力用のメイン噴射の後にポスト噴射を実施する。これにより、未燃ＨＣを酸化触媒３３に流入させ、酸化触媒３３での未燃ＨＣの酸化反応時に生じる発熱量を増大させる。その結果、フィルタ３２に流入する排気温度が上昇して、燃焼触媒を活性化温度まで上昇させることができる。これにより、フィルタ３２に堆積したＰＭを燃焼させるといったフィルタ３２の強制再生が為されることとなる。
【００３７】
温度センサ３４は、ケース３１内のうち酸化触媒３３の下流側かつフィルタ３２の上流側に配置されており、フィルタ３２の入口部分の温度（フィルタ入口温度）を検出するものである。差圧センサ３５は、ケース３１内のうちフィルタ３２の上流側と下流側との圧力差を検出する。
【００３８】
エンジンＥＣＵ４０（電子制御ユニット）には、温度センサ３４及び差圧センサ３５の検出信号が入力されるとともに、クランク角センサ２８、図示しないエアフローセンサ、吸気圧センサ及びＡ／Ｆセンサ等の各種センサから出力される検出信号が入力される。ＥＣＵ４０はこれらの検出信号に基づき、以下の如く燃料噴射量、過給圧、ＥＧＲ量、吸気量等を制御することでエンジン制御を行う。
【００３９】
ＥＣＵ４０に備えられたマイコン４０ａは、クランク角センサ２８から入力される検出信号に基づき、エンジンの出力軸（クランク軸）の回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）を算出する。また、図示しないアクセルセンサから入力される検出信号に基づき、運転者によるアクセルペダルの操作量（踏込み量）が算出される。そしてマイコン４０ａは、時々のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度ＮＥ）やアクセルペダル操作量等に基づき燃料の目標噴射量を算出し、その目標噴射量となるよう燃料噴射弁２２の作動を制御する。
【００４０】
マイコン４０ａは、容量可変型ターボチャージャ１９の容量を調整することで過給圧を制御する。すなわち、前述の目標噴射量、及びエンジン回転速度ＮＥ等をパラメータとして、マップ等を用いて可変ベーン１９ｄの目標開度を算出する。そして、目標開度となるよう図示しないアクチュエータを駆動制御することにより、可変ベーン１９ｄが目標開度となるよう制御する。なお、エンジン回転速度ＮＥが高いほど、或いは目標噴射量が多いほど目標開度は大きく設定され、ひいては過給圧が増加する。
【００４１】
マイコン４０ａはＥＧＲ弁１３ａの開度を制御することで、排気管１８からＥＧＲ配管１０に流入して還流するＥＧＲ流量を制御する。すなわち、前述の目標噴射量及びエンジン回転速度ＮＥ等をパラメータとして、マップ等を用いて排気中の酸素濃度（排気酸素濃度）の目標値（目標排気酸素濃度）を算出する。そして、Ａ／Ｆセンサにより検出された排気酸素濃度が目標排気酸素濃度に近づくよう目標ＥＧＲ流量を設定し、その目標ＥＧＲ流量となるようＥＧＲ弁１３ａの作動をフィードバック制御する。
【００４２】
次に、本実施形態の要部である再生処理の制御手法について説明する。
【００４３】
マイコン４０ａは、差圧センサ３５により検出されたフィルタ３２の差圧が閾値を超えて大きくなった場合に、フィルタ３２に所定量以上のＰＭが堆積している堆積状態であると判定する。堆積状態と判定されると、排気温度を上昇させるよう先述したポスト噴射を実行する。すると、フィルタ入口温度が上昇し、燃焼触媒が活性化温度にまで上昇し、ＰＭが燃焼を開始する。但し、ＰＭ燃焼に伴いフィルタ３２内の温度が過剰に高くなると、フィルタ３２が破損して機能が損なわれてしまうことが懸念される。一方、フィルタ内温度が低いとＰＭ燃焼に時間がかかりフィルタ再生処理に要する時間が長くなり、燃費悪化等の不具合を招く。
【００４４】
そこでマイコン４０ａは、フィルタ３２の前記破損が生じない程度にフィルタ入口温度をできるだけ高くするよう、フィルタ入口の目標温度（再生目標温度）を設定し、フィルタ入口温度が再生目標温度に近づくよう、ポスト噴射量を制御することで、フィルタ３２の破損回避の信頼性を確保しつつ、再生処理時間の短縮を図っている。以下、再生目標温度の設定手法について説明する。
【００４５】
図２中の実線(1)(2)は、アルカリ系の燃焼触媒を用いた本実施形態によるＰＭ燃焼時のフィルタ入口温度と、フィルタ３２内部のうち最も高温となる箇所の温度（フィルタ内最高温度）との関係を示す試験データを示す。ちなみに、実線(1)は、フィルタ３２内の単位容積当たりに対するＰＭ堆積量が８ｇの場合、実線(2)は１０ｇの場合の試験データである。また、実線(3)は、白金の燃焼触媒を用いた従来の排気浄化システムにおいて、ＰＭ堆積量が８ｇ／Ｌの場合における試験データである。
【００４６】
また、この試験では、エンジンの運転状態を、車両走行時（例えば時速３０ｋｍ）を想定した排気流速の状態から、アイドリングを想定した排気流速の状態に切り替えることで、排気流量を低下させている。図２の横軸は、アイドリング状態に切り替える時点（排気流量の低下開始時点）において計測したフィルタ入口温度を示し、図２の縦軸は、アイドリング状態に切り替わった後、フィルタ内温度が最大となった時点での温度（フィルタ内最高温度）を示す。
【００４７】
図２中の符号Ｔｏは、フィルタ３２が破損するおそれのあるフィルタ内最高温度（例えば９００℃）を示している。つまり、図２中の実線(1)(2)(3)は、フィルタ入口温度が符号Ｍｓ１，Ｍｓ２，Ｍｓ３に示す温度（過昇温発生温度）より高い状態でアイドリング運転に切り替わると、フィルタ内温度が限界温度Ｔｏを超えた過昇温状態に陥るおそれがあることを示している。燃焼触媒をアルカリ系とした場合における過昇温発生温度Ｍｓ１，Ｍｓ２（過昇温発生領域Ｍ１，Ｍ２の開始温度）は、白金系とした場合における過昇温発生温度Ｍｓ３（過昇温発生領域Ｍ３の開始温度）よりも高い温度となる。また、燃焼触媒をアルカリ系とした場合における燃焼触媒の活性化温度Ｔｓ１、つまりＰＭが燃焼を行うことができる最低温度は、白金系とした場合における燃焼触媒の活性化温度Ｔｓ３よりも低い温度となる。
【００４８】
要するに、燃焼触媒をアルカリ系とすることにより、過昇温発生温度Ｍｓ１，Ｍｓ２を高くできるとともに、活性化温度Ｔｓ１を低くできる。そのため、燃焼触媒をアルカリ系とした本実施形態によれば、過昇温発生領域Ｍ１，Ｍ２よりも低い温度で燃焼触媒を活性化させてＰＭ燃焼を開始させることができる。よって、車両走行時において、過昇温発生領域Ｍ１，Ｍ２よりも低い温度の範囲で再生目標温度を設定できる。
【００４９】
車両走行時における再生目標温度は、アイドリング運転に切り替わったとしてもフィルタ内最高温度が限界温度Ｔｏを超えない温度に設定する必要があるが、上述の如く、過昇温発生領域Ｍ１，Ｍ２よりも低い温度で再生目標温度を設定できる本実施形態によれば、フィルタ３２の破損が生じない程度にフィルタ入口温度をできるだけ高くするようにフィルタ入口温度を制御することを容易に実現できる。
【００５０】
一方、燃焼触媒を白金系とした従来システムの場合には、活性化温度Ｔｓ３が過昇温発生領域Ｍ３の範囲内にあるため、過昇温が発生しない温度領域に再生目標温度を設定することができない。
【００５１】
ちなみに、フィルタ入口温度がアルカリ系燃焼触媒の活性化温度Ｔｓ１である時に、実線(1)(2)によるフィルタ内最高温度Ｔａが実線(3)によるフィルタ内最高温度Ｔｂよりも高くなっている理由を以下に説明する。アルカリ系燃焼触媒による実線(1)(2)ではＰＭが燃焼していることに伴いフィルタ内最高温度Ｔａが上昇しているのに対し、白金燃焼触媒による実線(3)においては、アルカリ系燃焼触媒の活性化温度Ｔｓ１ではＰＭが燃焼していないからである。
【００５２】
また、図２の試験結果について、排気流量を低下させる時点でのフィルタ入口温度が高いほど、フィルタ内最高温度も高くなるが、フィルタ入口温度が符号Ｐ１，Ｐ２に示す温度（急上昇開始温度）よりも高い場合には、フィルタ内最高温度は急速に上昇する。本実施形態では、燃焼触媒をアルカリ系とすることにより、活性化温度Ｔｓ１を急上昇開始温度Ｐ１，Ｐ２よりも低くすることを実現させている。
【００５３】
ところで、実線(1)(2)を比較すると、ＰＭ堆積量が多い状態であるほど、過昇温発生温度Ｍｓ１，Ｍｓ２が低くなることが分かる。そこで本実施形態では、再生目標温度を設定するにあたり、ＰＭ堆積量に応じて可変設定している。以下、フィルタ３２の破損回避の信頼性を確保しつつ再生処理時間の短縮を図るよう、ＰＭ堆積量に応じて再生目標温度を設定する手順について、図３を用いて説明する。
【００５４】
図３は、再生目標温度を設定するようＥＣＵ４０が機能している時の機能ブロック図であり、マイコン４０ａは、以下に説明する燃焼速度推定手段４１、ＰＭ堆積量推定手段４２、再生目標温度算出手段４３、排気温度制御手段４４を有している。
【００５５】
先ず、ＥＣＵ４０は、温度センサ３４の検出信号からフィルタ入口温度を取得する。燃焼速度推定手段４１は、取得したフィルタ入口温度に基づきフィルタ３２にて生じているＰＭの燃焼速度を推定する。すなわち、フィルタ入口温度とＰＭ燃焼速度とは相関が高く、フィルタ入口温度が高いほどＰＭ燃焼速度が速くなっていると推定することができる。例えば、フィルタ入口温度とＰＭ燃焼速度との相関関係を予め試験により取得しておき、その相関関係をマップ化してマイコン４０ａのメモリ４０ｂに記憶する。そして、燃焼速度推定手段４１は、そのマップを参照してフィルタ入口温度に基づきＰＭ燃焼速度を算出すればよい。
【００５６】
次に、ＰＭ堆積量推定手段４２は、推定したＰＭ燃焼速度に基づきＰＭ堆積量を推定する。すなわち、ＰＭ燃焼速度とＰＭ堆積量とは相関が高く、ＰＭ燃焼速度が速いほどＰＭ堆積量も速く減少していくと推定することができる。例えば、ＰＭ燃焼速度とＰＭ堆積量との相関関係を予め試験により取得しておき、その相関関係をマップ化してメモリ４０ｂに記憶する。そして、ＰＭ堆積量推定手段４２は、そのマップを参照してＰＭ燃焼速度に基づきＰＭ堆積量を算出すればよい。
【００５７】
なお、燃焼速度推定手段４１及びＰＭ堆積量推定手段４２を１つの手段とし、フィルタ入口温度とＰＭ堆積量との相関関係をマップ化してメモリ４０ｂに記憶し、そのマップを参照してフィルタ入口温度に基づきＰＭ堆積量を算出するようにしてもよい。
【００５８】
次に、再生目標温度算出手段４３は、算出したＰＭ堆積量に基づき、フィルタ内最高温度が限界温度Ｔｏを超えない程度にフィルタ入口温度を高くするよう再生目標温度を算出している。具体的には、図４に示すマップＭをメモリ４０ｂ（記憶手段）に記憶させておき、当該マップＭを参照してＰＭ堆積量に基づき再生目標温度を算出している。以下、マップＭの内容について説明する。
【００５９】
図４に示す前記マップＭは、ＰＭ堆積量と再生目標温度との関係を示すものであり、予め試験により取得して設定されている。マップＭ中の実線Ｌ１は、フィルタ内最高温度が限界温度Ｔｏに達するライン（過昇温発生ライン）を示す試験結果である。この試験結果は、ＰＭ堆積量が多いほど限界温度Ｔｏに達する時のフィルタ入口温度が低くなることを表している。
【００６０】
この過昇温発生ラインＬ１よりもＰＭ堆積量が多くなる側の領域（斜線Ｒ１に示す領域）は、フィルタ内最高温度が限界温度Ｔｏを超えるリスクの高い過昇温リスク領域Ｒ１である。一方、過昇温発生ラインＬ１よりもＰＭ堆積量が少なくなる側の領域（斜線Ｓ１に示す領域）は、フィルタ内最高温度が限界温度Ｔｏを超えることのない安全領域Ｓ１である。したがって、再生目標温度は、安全領域Ｓ１のうち過昇温発生ラインＬ１と隣接する領域（網点ハッチに示す再生目標温度領域Ｓｔｒｇ）内に存在するよう設定されている。なお、安全領域Ｓ１では、再生目標温度が過昇温発生領域Ｍ１（図２参照）に入ることはない。
【００６１】
ちなみに、図５は、白金系燃焼触媒を用いた従来システムにおける過昇温発生ラインＬ２、過昇温リスク領域Ｒ２及び安全領域Ｓ２を示す試験結果である。但し、この従来システムでは、白金系燃焼触媒の活性化温度Ｔｓ３（図２参照）がアルカリ系燃焼触媒の活性化温度Ｔｓ１よりも高いので、安全領域Ｓ２では白金系燃焼触媒の活性化温度Ｔｓ３に達しない。よって、安全領域Ｓ２で再生目標温度を設定したとしてもＰＭは燃焼せず、フィルタ再生処理が為されない。したがって、ＰＭを燃焼させるには再生目標温度を安全領域Ｓ２よりも高温（例えば６００℃以上）の実用領域Ｓ３で設定しなければならない。なお、実用領域Ｓ３では、再生目標温度が過昇温発生領域Ｍ３（図２参照）に入ることとなる。
【００６２】
図３の説明に戻り、排気温度制御手段４４は、フィルタ入口温度が上述の如く設定した再生目標温度に近づくようポスト噴射量を制御する。例えば、温度センサ３４により検出された実フィルタ入口温度と再生目標温度との偏差をゼロに近づけるよう、ポスト噴射量をフィードバック制御することが望ましい。そして、図３に示す各種手段４１〜４４による再生目標温度の算出及び排気温度制御は、所定周期（例えばマイコン４０ａの演算周期、又は所定クランク角周期）毎に、繰り返し実行される。
【００６３】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６４】
（１）過昇温発生温度Ｍｓ１，Ｍｓ２より低温でＰＭの燃焼を行うことができるアルカリ系金属の燃焼触媒を採用するので、フィルタ再生処理を実行するにあたり、過昇温しない安全領域Ｓ１内にて再生目標温度を設定してもＰＭを燃焼させることができる。そのため、アイドリング運転に切り替わってもフィルタ３２の破損が生じない程度に、フィルタ入口温度をできるだけ高くするよう再生目標温度を設定することを容易に実現できる。よって、フィルタ３２の破損回避の信頼性を確保しつつ再生処理時間の短縮を図ることを容易に実現できる。
【００６５】
（２）ＰＭ堆積量が多いほど再生目標温度を低く設定するので、再生目標温度を安全領域Ｓ１内で設定するにあたり、過昇温発生ラインＬ１ぎりぎりまで近づけて設定することができる。よって、フィルタ３２の破損回避の信頼性を確保しつつ再生処理時間の短縮を図ることを促進できる。
【００６６】
（３）ところで、フィルタ再生処理が進行すればＰＭ堆積量は減少していくので、再生処理の進行に伴い再生目標温度を上昇させていくことができる。この点に鑑み上記実施形態では、図３の各種手段４１〜４４による再生目標温度の算出及び排気温度制御を、所定周期で逐次繰り返し実行する。そのため、再生処理の進行に伴い変化するＰＭ堆積量に応じて再生目標温度が過昇温発生ラインＬ１に近づくよう更新されるので、再生処理時間の短縮をより一層促進できる。
【００６７】
（４）再生目標温度領域Ｓｔｒｇ内に設定された再生目標温度とＰＭ堆積量との関係を予め試験して取得しておき、その関係を特定するマップＭを参照してＰＭ堆積量に基づき再生目標温度を算出するので、マップＭを用いることなく演算式にＰＭ堆積量を代入して再生目標温度を算出する場合に比べて、再生目標温度領域Ｓｔｒｇ内となるよう再生目標温度を算出するにあたり、その算出処理負荷を軽減できる。
【００６８】
（５）再生目標温度の算出に用いるＰＭ堆積量を燃焼速度に基づき推定するので、ＰＭ堆積量を精度良く推定することを容易に実現できる。また、ＰＭ堆積量算出に用いる燃焼速度をフィルタ入口温度に基づき推定するので、燃焼速度を精度良く推定することを容易に実現できる。
【００６９】
（６）急上昇開始温度Ｐ１，Ｐ２よりも低温でＰＭの燃焼を行うことができるアルカリ系金属の燃焼触媒を採用するので、車両走行時において、急上昇開始温度Ｐ１，Ｐ２よりも低温の領域で再生目標温度を設定することができる。よって、過昇温発生温度Ｍｓ１，Ｍｓ２よりは低温であるものの急上昇開始温度Ｐ１，Ｐ２よりも高い温度で再生目標温度を設定する場合に比べ、アイドリング運転に切り替わってもフィルタ３２の破損が生じない程度に排気温度をできるだけ高温に制御することを、確実にできる。よって、過昇温回避の信頼性向上を図ることができる。
【００７０】
（７）従来の排気浄化システムでは、エンジンのアイドリング運転時には、触媒活性化温度Ｔｓ３よりも低い温度でフィルタ入口温度を制御しなければならないので、アイドリング運転時にはＰＭ燃焼させないように排気温度を制御することを要する。これに対し本実施形態では、エンジンのアイドリング運転時であっても、触媒活性化温度Ｔｓ１よりも高い温度でフィルタ入口温度を制御することが可能となるので、アイドリング運転時にもＰＭ燃焼を行わせるよう排気温度を制御することができる。
【００７１】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００７２】
・上記実施形態では、フィルタ入口温度が目標温度となるようポスト噴射量を制御しているが、本発明に係る目標温度は、フィルタ３２の温度と相関のある温度であれば良く、例えば、フィルタ入口温度に替えてフィルタ出口温度に対して目標温度を設定してもよい。また、フィルタ入口温度及びフィルタ出口温度に基づきフィルタ基材の温度（フィルタ床温度）を推定し、推定したフィルタ床温度に対して目標温度を設定してもよい。また、酸化触媒３３の入口温度に対して目標温度を設定してもよい。これらの場合、フィルタ出口温度を検出する温度センサ３７（図１参照）や、酸化触媒３３の入口温度を検出する温度センサ３６（図１参照）を設け、これらの温度センサ３６，３７により検出された実際の温度もしくはその検出温度から推定されるフィルタ床温度と、目標温度との偏差に応じてポスト噴射量をフィードバック制御することが望ましい。
【００７３】
・上記実施形態では、フィルタ再生処理を実施するにあたり、ポスト噴射により酸化触媒３３へ未燃ＨＣを供給してフィルタ入口温度の昇温を図っているが、排気管１８のうち酸化触媒３３の上流側部分へ酸化剤（例えばＨＣ）を供給する酸化剤供給弁（図示せず）を設け、その酸化剤の供給によりフィルタ入口温度の昇温を図るようにしてもよい。この場合、酸化剤の供給量を調整することでフィルタ入口温度を制御することとなる。
【００７４】
・或いは、フィルタ再生処理を実施するにあたり、燃焼室１２から排出される排ガス温度を高くするよう、吸気弁で吸気量を減少させたり、排気弁で排気圧力を上昇させたり、メイン噴射の噴射量を増大させたり、ＥＧＲ量を増大させたりすることで、フィルタ入口温度の昇温を図るようにしてもよい。この場合、吸気量や排気圧、燃料噴射量、ＥＧＲ量等を調整することでフィルタ入口温度を制御することとなる。
【００７５】
・上記実施形態では、燃焼速度に基づきＰＭ堆積量を算出しているが、例えば、差圧センサ３５により検出された差圧等に基づきＰＭ堆積量を算出したり、エンジンの運転時間や車両走行距離等に基づきＰＭ堆積量を推定したりしてもよい。
【００７６】
・本発明に用いる燃焼触媒はアルカリ系触媒に限定されるものではなく、過昇温発生温度Ｍｓ１，Ｍｓ２よりも低温で活性化する触媒であれば、アルカリ系以外の触媒であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる排気浄化システムが適用された、エンジンの吸排気系システムを示す構成図。
【図２】フィルタ再生時に排気流量が低下した場合における、ＰＭ燃焼時のフィルタ入口温度と、フィルタ内最高温度との関係を示す試験データ。
【図３】図１に示すＥＣＵが、再生目標温度を設定するよう機能している時の機能ブロック図。
【図４】図３に示す再生目標温度算出手段が、再生目標温度の算出に用いるマップ。
【図５】白金系の燃焼触媒を採用した従来の排気浄化システムにおいて、過昇温発生ライン等を表す図。
【符号の説明】
【００７８】
３２…フィルタ、３４…温度センサ（検出手段）、４０…ＥＣＵ（昇温制御装置）、４１…燃焼速度推定手段、４２…ＰＭ堆積量推定手段、４３…再生目標温度算出手段（目標温度算出手段）、４４…（排気温度制御手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010112251.tif 000006
【図５】
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