(57)【要約】【課題】ＰＭフィルタの強制再生の際に、ＰＭフィルタにおけるＰＭの燃え残りを抑制し得る内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置４０であって、前記内燃機関の排気通路３０に上流側から下流側に向かって順に配設された酸化触媒４１及びＰＭフィルタ４２と、前記酸化触媒４１に隣接して配設された電熱ヒータ４３と、前記ＰＭフィルタ４２の強制再生の際、前記酸化触媒４１の外周部が昇温するように、前記電熱ヒータ４３を制御する制御装置４７と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に上流側から下流側に向かって順に配設された酸化触媒及びＰＭフィルタと、
前記酸化触媒に隣接して配設された電熱ヒータと、
前記ＰＭフィルタの強制再生の際、前記酸化触媒の外周部が昇温するように、前記電熱ヒータを制御する制御装置と、
を備える排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記強制再生の際、
前記酸化触媒における未反応ＨＣのスリップ状態の発生を検知した場合には、前記電熱ヒータの前記制御を実行し、
前記未反応ＨＣのスリップ状態の発生を検知していない場合には、前記電熱ヒータの前記制御を実行しない
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記酸化触媒の入口側と出口側それぞれで検知される酸素濃度に基づいて、前記酸化触媒においてＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値を算出すると共に、前記酸化触媒の上流側で噴射される燃料噴射量に基づいて、前記酸化触媒においてＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値を算出し、
前記実際値が、前記予測値よりも少ない場合、前記未反応ＨＣのスリップ状態が発生していると判断する
請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記酸化触媒の入口側と出口側それぞれに配設された酸素濃度センサのセンサ値、及び、前記酸化触媒の入口側と出口側それぞれに配設されたＮＯｘ濃度センサのセンサ値に基づいて、前記実際値を算出する
請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記強制再生の際、
前記酸化触媒の外周部の温度が、前記酸化触媒がＨＣ酸化を促進する活性化温度以上になるように、前記電熱ヒータの前記制御を実行する
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御装置は、更に、前記ＰＭフィルタの連続再生の際、
前記酸化触媒の外周部におけるＮＯの酸化反応の低下を検知した場合、前記電熱ヒータを制御して、前記酸化触媒の外周部を加熱する
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記電熱ヒータは、前記酸化触媒の外周部に隣接して配設された
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記電熱ヒータは、前記酸化触媒に対して電流を通流させる電極対を含んで構成され、当該電流を用いた抵抗加熱によって、前記酸化触媒の外周部を加熱する
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の排気浄化装置を有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の排気浄化装置、及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排気通路には、排気ガスに含まれる微粒子状物質（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」と称する）を捕集するＰＭフィルタ等の排気浄化装置が設けられている。
【０００３】
この種のＰＭフィルタは、捕集できるＰＭ量に上限があるため、ＰＭフィルタ中のＰＭを燃焼除去するフィルタ再生が行われている。
【０００４】
従来、この種のＰＭフィルタにおけるフィルタ再生を効率的に行うための排気浄化装置として、上流側から酸化触媒とＰＭフィルタとが並んで設けられた排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
かかる排気浄化装置においては、通常運転時（ここでは、強制再生時以外のときを表す）には、排気ガス中に含まれるＮＯが酸化されることにより生成したＮＯ２を利用してＰＭフィルタの再生を連続的に実行し（以下、「連続再生」と称する）、当該連続再生でＰＭが除去しきれない時には、ＰＭフィルタを強制的に高温化してＰＭフィルタの再生を実行する（以下、「強制再生」と称する）構成となっている。
【０００６】
連続再生は、一般に、排気ガスの温度が低い状態（例えば、３００〜４００℃）でも生じ、特にエンジン等の制御を行うことなく、実施される。連続再生の際には、酸化触媒が排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ２に酸化し、当該ＮＯ２の酸化力を用いて、ＰＭフィルタに堆積するＰＭ（例えば、ｓｏｏｔ）を酸化除去する。
【０００７】
一方、強制再生は、一般に、ＰＭフィルタ内のＰＭ堆積量が増大した場合に、意図的にエンジン等のインジェクタから噴射する燃料（ＨＣ）の噴射量を増加させる等によって、実施される。強制再生の際には、酸化触媒にて当該ＨＣを酸化し（以下、「ＨＣ酸化」とも称する）、酸化触媒でのＨＣ酸化熱を利用して、排気ガスを高温化する（例えば、約６００℃）。これにより、ＰＭフィルタを加熱し、当該ＰＭフィルタ中のＰＭを、排気ガス中のＯ２を用いて燃焼除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１７２３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＰＭフィルタの強制再生の際には、ＰＭフィルタに堆積するＰＭを確実に燃焼除去するため、ＰＭフィルタをむらなく高温化することが求められる。
【００１０】
しかしながら、従来技術に係る強制再生においては、実際には、ＰＭフィルタにおいて径方向（排気管の径方向を表す。以下同じ）の温度分布が生じる場合がある。この要因としては、ＰＭフィルタに対して高温化した排気ガスを送出する酸化触媒において、径方向の温度分布が生じていることが挙げられる。具体的には、酸化触媒は、中心部では、排気ガスの流速が速いことから温度が高くなり、一方で外周部では、放熱の影響で温度が低い状態となっている。そのため、酸化触媒の外周部においては、エンジンのインジェクタ等から追加的に燃料噴射したＨＣの一部が未反応のまま、スリップする状態が発生する場合がある。
【００１１】
このように、酸化触媒の外周部において、ＨＣのスリップ状態が発生した場合、ＰＭフィルタの外周部も、ＰＭを燃焼除去するための温度（例えば、約６００℃）まで十分に昇温されないことになる。結果として、ＰＭフィルタにおいて、ＰＭの燃え残りが生じ、ＰＭフィルタの再生インターバルが短くなる事態につながっている。
【００１２】
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、ＰＭフィルタの強制再生の際に、ＰＭフィルタにおけるＰＭの燃え残りを抑制し得る内燃機関の排気浄化装置、及び車両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】
【００１３】
前述した課題を解決する主たる本開示は、
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に上流側から下流側に向かって順に配設された酸化触媒及びＰＭフィルタと、
前記酸化触媒に隣接して配設された電熱ヒータと、
前記ＰＭフィルタの強制再生の際、前記酸化触媒の外周部が昇温するように、前記電熱ヒータを制御する制御装置と、
を備える排気浄化装置である。
【００１４】
又、他の局面では、
上記の内燃機関の排気浄化装置を備える車両である。
【発明の効果】
【００１５】
本開示に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＰＭフィルタの強制再生の際に、ＰＭフィルタにおけるＰＭの燃え残りを抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る排気浄化装置を含む車両の構成の一例を示す図
【図２】一実施形態に係る排気浄化装置の酸化触媒の構成の一例を示す図
【図３】一実施形態に係る排気浄化装置の動作の一例を示すフローチャート
【図４】一実施形態に係るヒータ制御部の動作を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
［排気浄化装置の構成］
以下、図１、図２を参照して、一実施形態に係る排気浄化装置の構成について説明する。
【００１９】
本実施形態では、内燃機関（以下、「エンジン」とも称する）の排気浄化装置の一例として、ディーゼルエンジンに適用した態様ついて説明する。但し、本実施形態に係る排気浄化装置は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンンジンにも適用し得るのは勿論である。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る排気浄化装置４０を含む車両１の構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態に係る排気浄化装置４０の酸化触媒４１の構成の一例を示す図である。
【００２１】
本実施形態に係る車両１は、エンジン本体１０、吸気通路２０、排気通路３０、エアクリーナ２１、ターボチャージャ２２、吸気スロットルバルブ２３、ＥＧＲ装置３１、及び排気浄化装置４０等を含んで構成される。
【００２２】
エンジン本体１０は、燃焼室及びインジェクタ（図示せず）等を含んで構成される。エンジン本体１０は、燃焼室内で、空気の吸気行程、空気の圧縮行程、燃焼ガスの膨張行程、及び燃焼ガスの排気行程が繰り返し行われることよって、車両１の動力を生成する。
【００２３】
エンジン本体１０は、インジェクタやＥＧＲ装置３１を制御するエンジンＥＣＵ（図示せず）を有している。そして、エンジンＥＣＵは、排気浄化装置４０のＥＣＵ４７（詳細は後述）からのフィルタ再生要求に応じて、エンジン本体１０のインジェクタ等を、燃費を優先した低燃費運転モード（以下、「通常運転時」と称する）、又は、ＰＭフィルタ４２を強制再生する強制再生運転モード等に切り替え可能に構成されている。
【００２４】
尚、本実施形態に係るエンジン本体１０は、４気筒エンジンであり、吸気通路２０から吸気マニホルドを介して四つの燃焼室に分岐し、当該四つの燃焼室から排気マニホルドを介して排気通路３０に合流する構成となっている。
【００２５】
吸気通路２０は、上流側の吸気口２０ａから新気（空気）を吸入し、エンジン本体１０に当該新気を供給する吸気管である。吸気通路２０には、上流側の吸気口２０ａから燃焼室にかけて、順に、エアクリ−ナ２１、ターボチャージャ２２のコンプレッサ、及び吸気スロットルバルブ２３等が設けられている。
【００２６】
排気通路３０は、エンジン本体１０から排出される燃焼後の排気ガスを、車両１の外部に排出する排気管である。排気通路３０には、エンジン本体１０から下流側に向かって、順に、ＥＧＲ装置３１、ターボチャージャ２２のタービン、及び排気浄化装置４０等が設けられている。
【００２７】
排気浄化装置４０は、酸化触媒４１、ＰＭフィルタ４２、電熱ヒータ４３、差圧センサ４４、酸素濃度センサ４５ａ、４５ｂ、ＮＯｘ濃度センサ４６ａ、４６ｂ、及び、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４７を含んで構成される。
【００２８】
酸化触媒４１は、排気ガス中に含まれる未燃焼燃料の炭化水素や一酸化窒炭素を酸化して除去する。酸化触媒４１は、白金や酸化セリウム等の公知の任意の酸化触媒であってよく、例えば、コージェライトや炭化ケイ素等の多孔質セラミックが用いられ、これらに触媒成分を担持して形成されている。
【００２９】
又、酸化触媒４１は、排気通路３０のＰＭフィルタ４２の上流側に隣接して配設されている。そして、酸化触媒４１は、排気ガス中のＮＯをＮＯ２等に変換すると共に、ＰＭフィルタ４２中のＰＭを酸化除去するために望ましいレベル（例えば、約３００℃）まで排気ガス温度を上昇させるようにも機能する。これによって、ＰＭフィルタ４２の連続再生が行われることになる。
【００３０】
ＰＭフィルタ４２は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕捉する。ＰＭフィルタ４２としては、典型的には、コージェライトや炭化ケイ素の多孔質セラミックが素材として用いられる。ＰＭフィルタ４２は、例えば、当該多孔質セラミックで形成した捕集壁中を排気ガスが通過するように入口と出口を交互に目封じしたハニカム構造を呈している。
【００３１】
電熱ヒータ４３は、酸化触媒４１の外周部（酸化触媒４１の径方向における外周部を表す。以下同じ）を加熱するべく、酸化触媒４１に隣接して、典型的には、酸化触媒４１の外周部の壁面に配設されている。電熱ヒータ４３は、例えば、酸化触媒４１の外周部の壁面に配設された一対の電極部、及び当該一対の電極部と接続された電源部（図示せず）を含んで構成される。そして、電熱ヒータ４３は、電源部から供給する電流を、酸化触媒４１の壁面の一対の電極部間に通流させることで、酸化触媒４１を加熱する。尚、電熱ヒータ４３は、ＥＣＵ４７からの制御信号にしたがって、酸化触媒４１の加熱動作を実行する。
【００３２】
尚、電熱ヒータ４３の加熱方式は、酸化触媒４１自身の電気抵抗を利用した抵抗加熱に代えて、電熱線等を用いた加熱方式でもよい。
【００３３】
差圧センサ４４は、ＰＭフィルタ４２の前後差圧を検知する。酸素濃度センサ４５ａは、酸化触媒４１の入口側の酸素濃度を検知する。酸素濃度センサ４５ｂは、酸化触媒４１の出口側の酸素濃度を検知する。ＮＯｘ濃度センサ４６ａは、酸化触媒４１の入口側のＮＯｘ濃度を検知する。ＮＯｘ濃度センサ４６ｂは、酸化触媒４１の出口側のＮＯｘ濃度を検知する。これらのセンサは、公知の任意のセンサで実現され得る。尚、酸素濃度センサ４５ａ（４５ｂ）とＮＯｘ濃度センサ４６ａ（４６ｂ）とは、排気ガス中に含まれるガス濃度を検知するセンサとして、一体的に構成されてもよい。
【００３４】
差圧センサ４４、酸素濃度センサ４５ａ、４５ｂ、及び、ＮＯｘ濃度センサ４６ａ、４６ｂは、それぞれ、自身が検知したセンサ値に係るセンサ情報（以下、「センサ情報」と略称する）をＥＣＵ４７に送信する。
【００３５】
［ＥＣＵの構成］
ここで、図１を参照して、本実施形態に係る排気浄化装置４０のＥＣＵ４７（本発明の「制御装置」に相当する）の構成の一例について、説明する。
【００３６】
ＥＣＵ４７は、ＰＭフィルタ４２の再生制御や電熱ヒータ４３の制御等を行う電子制御ユニットである。
【００３７】
ＥＣＵ４７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。尚、ＥＣＵ４７は、エンジンＥＣＵ等の車両１の各部と通信することで、これらを制御したり、これらからデータを受信したりする。又、ＥＣＵ４７は、車両１に設けられた各種センサ（本実施形態では、差圧センサ４４、酸素濃度センサ４５ａ、４５ｂ、及び、ＮＯｘ濃度センサ４６ａ、４６ｂ）からセンサ情報を取得して、排気浄化装置４０や車両１の各部の状態を検知している。
【００３８】
ＥＣＵ４７は、ＰＭ量推定部４７ａ、フィルタ再生制御部４７ｂ、及びヒータ制御部４７ｃを備えている。
【００３９】
ＰＭ量推定部４７ａは、差圧センサ４４のセンサ情報に基づいて、ＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ量を推定する。
【００４０】
ＰＭ量推定部４７ａは、例えば、差圧センサ４４が示すＰＭフィルタ４２の前後差圧から、ＰＭフィルタ４２中に堆積するＰＭに起因する圧力損失を算出し、これによって、ＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ量を推定する。
【００４１】
尚、ＰＭフィルタ４２の前後差圧とＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ量との対応関係は、例えば、予め実験等によって求められ、ＥＣＵ４７等の記憶部（例えば、ＲＯＭ）に記憶されている。
【００４２】
フィルタ再生制御部４７ｂは、ＰＭ量推定部４７ａに算出されたＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量の推定値を取得し、当該ＰＭ堆積量の推定値が所定の閾値を超えた場合に、エンジン本体１０の燃料噴射量を増加させる等によって、ＰＭフィルタ４２の強制再生を実行する。
【００４３】
フィルタ再生制御部４７ｂは、ＰＭフィルタ４２を強制再生する際には、例えば、エンジン本体１０のエンジンＥＣＵに対して制御信号を出力して、エンジン本体１０を強制再生運転モードで運転させることによって、ＰＭフィルタ４２の強制再生を行う。
【００４４】
強制再生運転モードにおいては、例えば、エンジン本体１０は、インジェクタから噴射する燃料噴射量を増加したり、ポスト噴射を実行したりして、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）量を増加させる。これによって、酸化触媒４１で当該ＨＣを酸化させ、酸化触媒４１でのＨＣ酸化熱を利用して、排気ガスを６００℃程度まで昇温させる。これにより、ＰＭフィルタ４２を加熱し、当該ＰＭフィルタ４２中のＰＭを、排気ガス中のＯ２を用いて燃焼除去する。
【００４５】
但し、強制再生の手法としては、従来公知の種々の手法を適用することが可能である。例えば、車両１が排気管インジェクタを搭載している場合には、フィルタ再生制御部４７ｂは、エンジン本体１０にて追加燃料を噴射させる代わりに、又は、これと共に、当該排気管インジェクタにて追加燃料を噴射させてもよい。
【００４６】
ヒータ制御部４７ｃは、ＰＭフィルタ４２の強制再生を実行する際に、酸化触媒４１の外周部が昇温するように、電熱ヒータ４３を制御する。ヒータ制御部４７ｃは、これによって、酸化触媒４１の外周部において、追加的に噴射されたＨＣが酸化することなく未反応のままスリップする状態（以下、「未反応ＨＣのスリップ状態」と称する）を抑制する。つまり、これによって、ＰＭフィルタ４２に到達する排気ガスの温度を、一様に、上昇させる。
【００４７】
この際、ヒータ制御部４７ｃは、酸化触媒４１の外周部の温度が、酸化触媒４１の触媒が活性化してＨＣ酸化を促進する温度以上、少なくとも２５０℃以上、より好適には３００℃以上となるように、電熱ヒータ４３にて酸化触媒４１を加熱する。
【００４８】
尚、ヒータ制御部４７ｃは、酸化触媒４１の外周部の温度が、一旦、酸化触媒４１の触媒が活性化してＨＣ酸化を促進する温度以上まで上昇した場合には、電熱ヒータ４３による加熱を終了してもよい。
【００４９】
又、本実施形態に係るヒータ制御部４７ｃは、エンジン本体１０のエンジンＥＣＵから燃料噴射量に係る情報を取得すると共に、酸素濃度センサ４５ａ、４５ｂ及びＮＯｘ濃度センサ４６ａ、４６ｂから、酸化触媒４１の入口側と出口側それぞれの酸素濃度及びＮＯｘ濃度に係る情報を取得している。ヒータ制御部４７ｃは、これにより、酸化触媒４１における酸素の使用量の実際値と予測値を算出し、未反応ＨＣのスリップ状態の発生の有無を検知している。そして、ヒータ制御部４７ｃは、強制再生の際、未反応ＨＣのスリップ状態の発生を検知した場合に限って、電熱ヒータ４３による酸化触媒４１の加熱を実行する（詳細は後述）。
【００５０】
但し、ヒータ制御部４７ｃが未反応ＨＣのスリップ状態の発生を検知する手法としては、上記のように、酸化触媒４１における酸素の使用量の実際値と予測値を算出する方法に代えて、酸化触媒４１の温度低下から間接的に検知する方法を用いてもよい。
【００５１】
又、ヒータ制御部４７ｃは、強制再生の際に加えて、ＰＭフィルタ４２が連続再生されている際であって、酸化触媒４１の外周部におけるＮＯの酸化反応の低下を検知した場合には、電熱ヒータ４３を制御して、酸化触媒４１の外周部を加熱してもよい。これによって、酸化触媒４１の外周部における排気ガス中のＮＯからＮＯｘへの酸化を促進し、ＰＭフィルタ４２の連続再生を促進することができる。
【００５２】
尚、ＥＣＵ４７の上記した各機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。
【００５３】
［排気浄化装置の動作］
次に、図３、図４を参照して、本実施形態に係る排気浄化装置４０の動作について説明する。尚、ここでは、ＰＭフィルタ４２を強制再生するための排気浄化装置４０の動作についてのみ説明する。
【００５４】
図３は、排気浄化装置４０の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、例えば、ＥＣＵ４７がコンピュータプログラムに従って、所定間隔（例えば、１秒毎）で実行するものである。
【００５５】
図４は、図３のフローチャートにおけるヒータ制御部４７ｃの動作を模式的に示す図である。
【００５６】
本実施形態に係るヒータ制御部４７ｃは、エネルギー効率の悪化を抑制する観点、及び、ＰＭフィルタ４２に到達する排気ガス中の酸素残存量の過度の減少を避ける観点から、強制再生の際に、未反応ＨＣのスリップ状態の発生を検知した場合に、電熱ヒータ４３による酸化触媒４１の昇温を実行する。
【００５７】
未反応ＨＣのスリップ状態の発生の有無は、例えば、酸化触媒４１において、ＨＣ酸化により、実際に使用された酸素量（以下、「ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値」と称する）と、エンジン本体１０のインジェクタの燃料噴射量（即ち、ＨＣ量）から予測されるＨＣ酸化により使用される酸素量（以下、「ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値」と称する）と、を比較することによって判定することができる。即ち、未反応ＨＣのスリップ状態が発生している場合、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値が、ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値よりも少ない状態となるため、本実施形態に係るヒータ制御部４７ｃは、当該状態を検知する。
【００５８】
一般に、排気ガス中のＨＣ、Ｏ２、ＮＯ等は、酸化触媒４１において、以下の式（１）〜（３）のような化学反応を起こすと考えられている。
４ＨＣ＋５Ｏ２  →  ２Ｈ２Ｏ＋４ＣＯ２  …式（１）
２ＮＯ＋Ｏ２  →  ２ＮＯ２  …式（２）
８ＨＣ＋２０ＮＯ２  →  ４Ｈ２Ｏ＋８ＣＯ２＋２０ＮＯ…式（３）
【００５９】
但し、式（１）〜（３）中のＨＣ、Ｏ２、ＮＯは排気ガス中の成分であり、式（３）中のＮＯ２は式（２）で生成された成分である。
【００６０】
本実施形態に係るヒータ制御部４７ｃは、上記式（１）〜式（３）の化学反応を基準として、酸化触媒４１において、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値、及び、ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値を算出する。但し、式（１）の化学反応の方が、式（２）及び当該式（２）に起因する式（３）の化学反応に比較して、優先的に生じることから、ヒータ制御部４７ｃは、式（１）の化学反応のみを基準として、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値、及びＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値を算出してもよい。
【００６１】
尚、本実施形態に係るヒータ制御部４７ｃは、酸素濃度センサ４５ａのセンサ値と酸素濃度センサ４５ｂのセンサ値の差分から、上記式（１）と式（３）のＨＣ酸化により使用された酸素量を算出し、ＮＯｘ濃度センサ４６ａのセンサ値とＮＯｘ濃度センサ４６ｂのセンサ値の差分から、上記式（３）のＨＣ酸化により使用された酸素量を算出する。
【００６２】
まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ４７は、差圧センサ４４のセンサ値に基づいてＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量を推定し、ＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量が、強制再生開始を判定するための閾値（例えば、ＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量の上限量に対して５０％）以上か否かを判定する。そして、ＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量が閾値以上の場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４７は、ステップＳ２に処理を進める。一方、ＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量が閾値未満の場合（Ｓ１：ＮＯ）、ＥＣＵ４７は、特に処理を実行することなく、一連のフローを終了する。
【００６３】
ステップＳ２において、ＥＣＵ４７は、ＰＭフィルタ４２の強制再生を開始する。この際、ＥＣＵ４７は、例えば、エンジン本体１０のエンジンＥＣＵに対して、強制再生運転モードの実行指令を送信する。これによって、エンジン本体１０は、通常運転時よりも燃料噴射量を増加させる強制再生運転モードでの運転を開始する。
【００６４】
ステップＳ３において、ＥＣＵ４７は、エンジン本体１０のエンジンＥＣＵから、燃料噴射量（ＨＣ量）に係る情報を取得する。そして、ＥＣＵ４７は、当該燃料噴射量（ＨＣ量）から、酸化触媒４１においてＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値を算出する。
【００６５】
尚、このステップＳ３において、ＥＣＵ４７は、例えば、現時点のエンジン本体１０の運転状態から、式（１）の化学反応に加えて、所定割合で式（３）の化学反応が生じると仮定して、燃料噴射量（ＨＣ量）から、ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値を算出する。
【００６６】
ステップＳ４において、ＥＣＵ４７は、酸素濃度センサ４５ａ及びＮＯｘ濃度センサ４６ａからセンサ情報を取得し、酸化触媒４１の入口側における酸素濃度及びＮＯｘ濃度を検知する。
【００６７】
ステップＳ５において、ＥＣＵ４７は、酸素濃度センサ４５ｂ及びＮＯｘ濃度センサ４６ｂからセンサ情報を取得し、酸化触媒４１の出口側における酸素濃度及びＮＯｘ濃度を検知する。
【００６８】
ステップＳ６において、ＥＣＵ４７は、ステップＳ４及びステップＳ５にて検知した酸化触媒４１の入口側における酸素濃度及びＮＯｘ濃度、並びに、酸化触媒４１の出口側における酸素濃度及びＮＯｘ濃度に基づいて、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値を算出する。
【００６９】
このステップＳ６において、ＥＣＵ４７は、例えば、酸素濃度センサ４５ａのセンサ値と酸素濃度センサ４５ｂのセンサ値との差分から、上記式（１）と式（３）のＨＣ酸化により使用された酸素量を算出し、ＮＯｘ濃度センサ４６ａのセンサ値とＮＯｘ濃度センサ４６ｂのセンサ値との差分から、上記式（３）のＨＣ酸化により使用された酸素量を算出する。
【００７０】
尚、ＥＣＵ４７は、例えば、このステップＳ６の算出結果に基づいて、式（１）のＨＣ酸化により使用された酸素量と式（３）のＨＣ酸化により使用された酸素量の割合を算出し、必要に応じて、ステップＳ３で用いた上記所定割合を補正して、ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値を補正してもよい。
【００７１】
ステップＳ７において、ＥＣＵ４７は、ステップＳ６で算出したＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値と、ステップＳ３で算出したＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値と、を比較して、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値が、ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値よりも少ないか否かを判定する。そして、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値が、ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値よりも少ない場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８に処理を進める。一方、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値が、ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値よりも大きい場合（Ｓ７：ＮＯ）、ステップＳ９に処理を進める。尚、ステップＳ７においは、ハンチング動作を防止するためのマージンが設けられており、ＥＣＵ４７は、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値が、ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値よりも、当該マージン分少ないか否かを判定する。
【００７２】
このステップＳ７のように、本実施形態に係るＥＣＵ４７は、酸化触媒４１において実際に使用された酸素量（ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値）が、燃料噴射量（ＨＣ量）から予測される酸素量（ＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値）よりも少ないか否かを判定することによって、未反応ＨＣのスリップ状態の発生を検知する。
【００７３】
ステップＳ８において、ＥＣＵ４７は、電熱ヒータ４３による酸化触媒４１の加熱を実行する。この際、ＥＣＵ４７は、例えば、酸化触媒４１の外周部が３００℃以上になるように、電熱ヒータ４３を制御する。
【００７４】
尚、このステップＳ８において、ＥＣＵ４７は、電熱ヒータ４３による酸化触媒４１の加熱を実行中の場合、特に処理を実行することなく、酸化触媒４１の加熱を継続する。一方、ステップＳ７で（Ｓ７：ＮＯ）の判定結果が継続した場合、電熱ヒータ４３による酸化触媒４１の加熱を終了する。
【００７５】
ステップＳ９において、ＥＣＵ４７は、差圧センサ４４のセンサ情報に基づいてＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量を推定し、ＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量が、強制再生終了を判定するための閾値（例えば、ＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量の上限量に対して０．１％）以下に減少したか否かを判定する。そして、ＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量が閾値以下に減少した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４７は、ステップＳ１０に処理を進め、エンジン本体１０のエンジンＥＣＵに対して、強制再生運転モードの終了指令を送信し、一連の処理フローを終了する。一方、ＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量が閾値以下に減少していない場合（Ｓ９：ＮＯ）、ＥＣＵ４７は、ステップＳ３に戻って、再度、ステップＳ３〜Ｓ８の処理を繰り返す。
【００７６】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る内燃機関（エンジン本体１０）の排気浄化装置４０は、内燃機関の排気通路３０に上流側から下流側に向かって順に配設された酸化触媒４１及びＰＭフィルタ４２と、酸化触媒４１に隣接して配設された電熱ヒータ４３と、ＰＭフィルタ４２の強制再生の際、酸化触媒４１の外周部が昇温するように、電熱ヒータ４３を制御する制御装置４７（ＥＣＵ）と、を備えている。
【００７７】
従って、本実施形態に係る排気浄化装置４０によれば、ＰＭフィルタ４２の強制再生の際に、酸化触媒４１の外周部を加熱することができるため、当該酸化触媒４１の外周部におけるＨＣ（即ち、追加的に噴射した燃料）の酸化を促し、未反応ＨＣのスリップ状態の発生を抑制することが可能である。これによって、ＰＭフィルタ４２の外周部に到達する排気ガスの温度についても、上昇させることができるため、ＰＭフィルタの強制再生の際に、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ（例えば、ｓｏｏｔ）の燃え残りを抑制することができる。換言すると、これによって、ＰＭフィルタ４２の強制再生のインターバルの長期化を図ることができる。
【００７８】
特に、本実施形態に係る排気浄化装置４０の制御装置４７は、ＰＭフィルタ４２の強制再生の際、酸化触媒４１における未反応ＨＣのスリップ状態の発生の有無を判定し、当該未反応ＨＣのスリップ状態の発生を検知した場合には、電熱ヒータ４３による酸化触媒４１の昇温を実行し、当該未反応ＨＣのスリップ状態を検知していない場合には、電熱ヒータ４３による酸化触媒４１の昇温を実行しない構成となっている。これによって、昇温を実行する条件を限って、電熱ヒータ４３を利用する構成とできるため、電熱ヒータ４３の利用に伴うエネルギー効率の悪化を避けることができる。又、これによって、ＰＭフィルタ４２におけるＰＭの燃焼に用いる排気ガス中の酸素残存量の減少を避けることができる。
【００７９】
又、特に、本実施形態に係る排気浄化装置４０の制御装置４７は、酸化触媒４１の上流側で噴射された燃料噴射量（ＨＣ量）から予測されるＨＣ酸化に使用される酸素量の予測値を算出すると共に、酸化触媒の入口側と出口側それぞれの酸素濃度を検知してＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値を算出し、これらを比較することによって、酸化触媒４１における未反応ＨＣのスリップ状態の発生の有無を判定する。これによって、高精度に、酸化触媒４１における未反応ＨＣのスリップ状態の発生の有無を判定することができる。
【００８０】
又、特に、本実施形態に係る排気浄化装置４０の制御装置４７は、酸化触媒４１の入口側と出口側それぞれに配設された酸素濃度センサ４５ａ、４５ｂのセンサ値、及び、ＮＯｘ濃度センサ４６ａ、４６ｂのセンサ値を用いて、ＨＣ酸化に使用された酸素量の実際値を算出する。これによって、より高精度に、酸化触媒４１における未反応ＨＣのスリップ状態の発生の有無を判定することができる。
【００８１】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
【００８２】
例えば、上記実施形態では、ヒータ制御部４７ｃのより好適な一例として、強制再生の際、酸化触媒４１における未反応ＨＣのスリップ状態が発生している場合に限って、酸化触媒４１の外周部を加熱する態様とした。しかしながら、ＥＣＵ４７の演算負荷の軽減等の観点から、ヒータ制御部４７ｃは、当該未反応ＨＣのスリップ状態の発生の有無を判定することなく、酸化触媒４１の外周部を加熱する構成としてもよい。他方、ヒータ制御部４７ｃは、酸化触媒４１の外周部の温度を検知して、当該外周部の温度から、酸化触媒４１における未反応ＨＣのスリップ状態が発生しているか否かを判定してもよい。
【００８３】
又、上記実施形態では、ヒータ制御部４７ｃのより好適な一例として、強制再生の際、酸化触媒４１の外周部のみを加熱する態様とした。しかしながら、電熱ヒータ４３の構成等によっては、ヒータ制御部４７ｃは、酸化触媒４１の外周部に限らず、酸化触媒４１の全体を加熱する構成としてもよい。
【００８４】
又、上記実施形態では、フィルタ再生制御部４７ｂの一例として、ＰＭフィルタ４２の連続再生については、特に、エンジン本体１０等の制御を行わない態様を示した。但し、フィルタ再生制御部４７ｂは、ＰＭフィルタ４２の連続再生を実行する際には、ＥＧＲ装置３１におけるＥＧＲ率を低下させて、エンジン本体１０が排出する排気ガスに含有するＮＯｘの量を連続再生前よりも多くする等の制御を行ってもよい。
【００８５】
又、上記実施形態では、排気浄化装置４０が有する各種センサの一例として、差圧センサ４４、酸素濃度センサ４５ａ、４５ｂ、及びＮＯｘ濃度センサ４６ａ、４６ｂを示した。但し、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量や酸化触媒４１における未反応ＨＣのスリップ状態を検知するための手法は、任意であって、他のセンサのセンサ情報を用いて演算処理により、間接的に求められてもよい。
【００８６】
又、上記実施形態では、ＥＣＵ４７の構成の一例として、ＰＭ量推定部４７ａ、フィルタ再生制御部４７ｂ及びヒータ制御部４７ｃの機能が一のコンピュータによって実現されるものとして記載したが、複数のコンピュータによって実現されてもよいのは勿論である。他方、ＥＣＵ４７とエンジンＥＣＵの機能を一のＥＣＵによって実現してもよいのは勿論である。
【００８７】
又、上記実施形態では、内燃機関の排気浄化装置４０の一例として、車両に適用する態様を示した。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置４０は、車両に限らず、船舶や航空機等、その他の内燃機関を備える装置にも適用し得るのは勿論である。
【００８８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本開示に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＰＭフィルタの強制再生の際に、ＰＭフィルタにおけるＰＭの燃え残りを抑制することが可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  車両
１０  エンジン本体
２０  吸気通路
２１  エアクリーナ
２２  ターボチャージャ
２３  吸気スロットルバルブ
３０  排気通路
３１  ＥＧＲ装置
４０  排気浄化装置
４１  酸化触媒
４２  ＰＭフィルタ
４３  電熱ヒータ
４４  差圧センサ
４５ａ、４５ｂ  酸素濃度センサ  
４６ａ、４６ｂ  ＮＯｘ濃度センサ
４７  ＥＣＵ
４７ａ  ＰＭ量推定部
４７ｂ  フィルタ再生制御部
４７ｃ  ヒータ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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