(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気の後処理装置が設けられ、前記後処理装置に流入する排気に燃料を添加する添加部を備える内燃機関に適用され、
前記後処理装置の上流側の端面のＰＭの除去要求の有無を判定する判定処理部と、
前記判定処理部によって前記除去要求があると判定される場合、前記後処理装置に流入する排気の温度が前記燃料の各成分の沸点のうちの最高値よりも低いことを条件に、前記添加部を操作して前記排気に前記燃料を添加することによって前記端面に前記燃料を付着させる添加処理部と、
前記添加処理部によって前記端面に付着した燃料が残っている間に前記沸点の最高値以上の温度である目標温度に前記端面へと流入する排気の温度を上昇させる上昇処理部と、を備える内燃機関の排気浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に排気の後処理装置が設けられ、前記後処理装置に流入する排気に燃料を添加する添加部を備える内燃機関に適用される、内燃機関の排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１には、ＮＯｘ触媒（後処理装置）を浄化するために、排気通路内の排気に燃料を添加する添加弁によって、燃料を間欠的に添加する処理を実行し、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる装置が記載されている。また、この装置では、ＮＯｘ触媒の浄化処理の終期に、ＮＯｘ触媒の上流側の端面に残った微粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させて除去するために、中期以前における上記燃料を間欠的に添加する処理よりも短期間において、中期以前における上記燃料を間欠的に添加する処理と同量の燃料を間欠的に添加する処理を実行することが提案されている。これは、中期以前における浄化処理によってはＮＯｘ触媒の上流側の端面にＰＭが燃焼しきらずに残ることに鑑み、終期において中期以前におけるよりもＮＯｘ触媒の温度を急激且つより高温に上昇させることによって、同端面のＰＭを燃焼させることを狙っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９１８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記の制御では、ＮＯｘ触媒の上流側の端面のＰＭによる目詰まりを緩和または解消するために、ＮＯｘ触媒の上記一連の浄化処理を実行しているため、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる期間が長期化して、触媒の劣化が懸念される。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、後処理装置の温度上昇期間を短縮しつつも後処理装置の上流側の端面の目詰まりを緩和または解消できるようにした内燃機関の排気浄化制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決すべく、内燃機関の排気浄化制御装置は、排気通路に排気の後処理装置が設けられ、前記後処理装置に流入する排気に燃料を添加する添加部を備える内燃機関に適用され、前記後処理装置の上流側の端面のＰＭの除去要求の有無を判定する判定処理部と、前記判定処理部によって前記除去要求があると判定される場合、前記後処理装置に流入する排気の温度が前記燃料の沸点の最高値よりも低いことを条件に、前記添加部を操作して前記排気に前記燃料を添加することによって前記端面に前記燃料を付着させる添加処理部と、前記添加処理部によって前記端面に付着した燃料が残っている間に前記沸点の最高値以上の温度である目標温度に前記端面へと流入する排気の温度を上昇させる上昇処理部と、を備える。なお、特許請求の範囲に記載の発明は、上記の「燃料の沸点の最高値」を「燃料の各成分の沸点のうちの最高値」に補正したものである。
【０００７】
上記構成では、排気の温度が沸点の最高値よりも低いことを条件に、添加処理部によって排気に燃料が添加される。これにより、排気に添加された燃料の少なくとも一部は、沸騰することなく、後処理装置の上流側の端面に付着する。こうした状態において、上昇処理部によって、排気の温度を上記目標温度まで上昇させることにより、後処理装置の上流側の端面に付着した燃料が燃焼する。そして、このとき、同端面の温度は、排気の温度よりも高くなる。このため、端面に予め燃料を付着させておくことなく、排気の温度を目標温度まで上昇させる場合と比較すると、短時間で端面の目詰まりを緩和または解消することができる。このため、後処理装置の温度上昇期間を短縮しつつも後処理装置の上流側の端面の目詰まりを緩和または解消できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】排気浄化制御装置の一実施形態およびその制御対象を示す図。
【図２】同実施形態にかかる端面に付着したＰＭの除去処理の手順を示す流れ図。
【図３】同実施形態にかかる吸入空気量および添加燃料量とＨＣすり抜け量との関係を示す図。
【図４】燃料添加による酸化触媒の上流側端面における可溶性有機成分の割合を示す図。
【図５】上記実施形態の効果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、内燃機関の排気浄化制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、ディーゼル機関（内燃機関１０）の吸気通路１２から吸入された空気は、各気筒の燃焼室１４に吸入される。燃焼室１４には、燃料噴射弁１６が設けられており、燃焼室１４内に燃料を噴射する。燃料噴射弁１６によって噴射された燃料と吸気通路１２から吸入された空気との混合気は、燃焼した後、排気通路１８に排気として排出される。排気通路１８には、上流側から順に、酸化触媒２０およびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ２２）が設けられている。
【００１０】
吸気通路１２には、吸入空気量Ｇａを検出するエアフローメータ３０が設けられており、排気通路１８のうち酸化触媒２０の上流には、排気温度Ｔｅｘｕを検出する上流側排気温度センサ３２が設けられている。また、酸化触媒２０の上流側および下流側には、下流側の圧力に対する上流側の圧力の差（差圧ΔＰ）を検出する差圧センサ３４が設けられている。さらに、酸化触媒２０とＤＰＦ２２との間には、排気温度Ｔｅｘｄを検出する下流側排気温度センサ３６が設けられている。
【００１１】
制御装置４０は、ＣＰＵ４２およびメモリ４４を備えている。制御装置４０は、上記センサの検出値等を参照しつつ燃料噴射弁１６等のアクチュエータを操作することにより内燃機関１０の制御量（トルク、排気成分等）を制御する制御装置である。特に、制御装置４０は、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭによる目詰まりが生じる場合に、端面のＰＭを除去する処理を実行する。
【００１２】
図２に、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭの除去処理の手順を示す。この処理は、メモリ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２が実行することで実現される。この処理は、所定の実行条件が成立する都度、実行される。
【００１３】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ４２は、まず、酸化触媒２０の上流側の端面の目詰まりの有無を検出する（Ｓ１０）。ここで、目詰まりは、差圧センサ３４によって検出される差圧ΔＰが所定値以上であることと、下流側排気温度センサ３６によって検出される排気温度Ｔｅｘｄに基づき酸化触媒２０の昇温性能の低下が検知されることとの論理積が真となる場合に、目詰まりが生じたと判定する。ここで、昇温性能の判定処理においては、燃料噴射弁１６を操作することによりポスト噴射を行って酸化触媒２０に未燃燃料を供給した際の酸化触媒２０の下流側において想定される排気温度に対し排気温度Ｔｅｘｄが規定値以上低い場合に、昇温性能が低下したと判定すればよい。これは、酸化触媒２０の上流側の端面の目詰まりが生じると、酸化触媒２０の出口温度が想定した割に上昇しなくなることに鑑みたものである。
【００１４】
そしてＣＰＵ４２は、端面の目詰まりが検知されて且つ端面のＰＭの除去要求が生じているか否かを判定する（Ｓ１２）。ここでＣＰＵ４２は、ステップＳ１０において目詰まりが生じたと判定して且つ、後述する処理によってＰＭを除去可能な目標温度まで排気温度を上昇させることができる運転状態にある場合に、除去要求があると判定する。ＣＰＵ４２は、除去要求がないと判定する場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。一方、ＣＰＵ４２は、除去要求があると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、上流側排気温度センサ３２によって検出される排気温度Ｔｅｘｕを取得する（Ｓ１４）。そして、ＣＰＵ４２は、排気温度Ｔｅｘｕが、燃料噴射弁１６から噴射される燃料（可溶性有機成分）の沸点の最低値よりも低いか否かを判定する（Ｓ１６）。すなわち、燃料は混合物であり、沸点が低い成分や高い成分が混在しており、沸点の最低値と最高値とが存在する。ＣＰＵ４２は、沸点の最低値以上であると判定する場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ステップＳ１４の処理に戻る。
【００１５】
一方、ＣＰＵ４２は、沸点の最低値よりも低いと判定する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、燃料噴射弁１６を操作してポスト噴射を実行することにより、排気通路１８に排出される排気に未燃燃料を添加する処理を実行する（Ｓ１８）。この処理は、酸化触媒２０の上流側の端面に燃料を付着させるためのものである。すなわち、排気温度Ｔｅｘｕが沸点の最低値よりも低いときに排気に未燃燃料を添加することにより、酸化触媒２０の上流側の端面に燃料を到達させ、到達した燃料が燃焼もせず気化もせず付着させた状態を維持することができる。ここでは、単位時間当たりの燃料の添加量を、添加された燃料量のうち酸化触媒２０をすり抜ける量が所定量以下となるように設定する。
【００１６】
図３に、燃料の添加量、酸化触媒２０の床温、および吸入空気量と、添加された燃料のうちのすり抜け量（ＨＣすり抜け量）との関係を示す。図３に示すように、酸化触媒２０の床温が低いほどすり抜け量が多く、吸入空気量が多いほどすり抜け量が多く、燃料の添加量が多いほどすり抜け量が多くなっている。このため、酸化触媒２０の床温が低い場合には高い場合よりも単位時間当たりの添加量を少なくし、また、吸入空気量が多い場合には少ない場合よりも単位時間当たりの添加量を少なくする。
【００１７】
そして、ＣＰＵ４２は、添加する処理の開始からの経過時間（添加時間）が閾値以上となったか否かを判定する（Ｓ２０）。ここで閾値は、すり抜け量との関係で設定される単位時間当たりの添加量が最も少なくなる場合においても酸化触媒２０の上流側の端面に付着した燃料量が同端面のＰＭをある程度除去することができる量となる時間に設定されている。ＣＰＵ４２は、閾値以上となるまで添加する処理を継続し（Ｓ２０：ＮＯ）、閾値以上となる場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、添加する処理を終了する（Ｓ２２）。
【００１８】
次にＣＰＵ４２は、上流側排気温度センサ３２によって検出される排気温度Ｔｅｘｕと、排気流量とを取得する（Ｓ２４）。ここで、排気流量は、エアフローメータ３０によって検出される吸入空気量Ｇａに基づきＣＰＵ４２によって把握される量である。そして、ＣＰＵ４２は、燃料噴射弁１６によるメイン噴射の噴射時期を遅角させて効率を低下させ排気温度を目標温度まで上昇させる処理を実行した場合の排気温度の上昇速度を算出する（Ｓ２６）。ここでは、排気温度Ｔｅｘｕが高いほど上昇速度を低い値に算出し、排気流量が多いほど上昇速度を低い値に算出する。これは、排気温度Ｔｅｘｕが高い状態や排気流量が多い状態で上昇速度を大きくすると、酸化触媒２０の上流側の端面の温度が過度に高くなるおそれがあるためである。また、目標温度は、ステップＳ１８の処理によって酸化触媒２０の上流側の端面に燃料を付着させた状態で、同端面の燃料とともにＰＭを燃焼させることが可能な排気温度に設定されている。ただし、目標温度は、ステップＳ１８の処理によって酸化触媒２０の上流側の端面に燃料を付着させる処理をしない場合には、同端面のＰＭを迅速に燃焼させることが困難な温度に設定されている。
【００１９】
そして、ＣＰＵ４２は、算出した上昇速度が閾値速度以上であるか否かを判定する（Ｓ２８）。ここで、閾値速度は、ステップＳ１８の処理によって酸化触媒２０の上流側の端面に付着させた未燃燃料が燃焼しきる以前に、目標温度に到達させることができる速度とされる。閾値速度は、ステップＳ２０の処理において肯定判定されるまでに添加された燃料の添加量が少ないほど大きい速度に設定される。そして、ＣＰＵ４２は、閾値速度未満であると判定する場合（Ｓ２８：ＮＯ）、ステップＳ２４の処理に戻る。一方、ＣＰＵ４２は、閾値速度以上であると判定する場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、燃料噴射弁１６によるメイン噴射の噴射時期を遅角させて効率を低下させ、排気温度を目標温度に上昇させる処理を開始する（Ｓ３０）。ＣＰＵ４２は、排気温度Ｔｅｘｕを上昇させる処理を実行後、排気温度Ｔｅｘｕが目標温度に達する場合、その温度を維持する処理を実行する。そして、ＣＰＵ４２は、排気温度Ｔｅｘｕを上昇させる処理の開始から設定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ３２）。ここで、設定時間は、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭを除去する上で必要な時間に設定されている。設定時間は、排気温度が目標温度に達するまでの時間よりも長い時間である。
【００２０】
そして、ＣＰＵ４２は、設定時間が経過していないと判定する場合（Ｓ３２：ＮＯ）、設定時間が経過するまで待機する。これに対し、ＣＰＵ４２は、設定時間が経過したと判定する場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、燃料噴射弁１６によるメイン噴射の噴射時期を遅角させて効率を低下させる処理を終了する（Ｓ３４）。なお、ＣＰＵ４２は、ステップＳ３４の処理が完了する場合、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
【００２１】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
ＣＰＵ４２は、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭの除去要求が生じたと判定する場合、排気温度Ｔｅｘｕが燃料の沸点の最低値よりも低いことを条件に、ポスト噴射によって排気通路１８に排出される排気に燃料を添加する。
【００２２】
図４に、図２のステップＳ１８の処理によって燃料を添加する処理を実行した場合（添加制御後）と実行しない場合（添加制御前）との酸化触媒２０の上記端面におけるＰＭに対する燃料（可溶性有機成分）の割合を示す。図４に示すように、図２のステップＳ１８の処理によって、酸化触媒２０内の可溶性有機成分の割合を増加させることができる。
【００２３】
ＣＰＵ４２は、酸化触媒２０の上流側の端面に燃料を付着させた状態で、メイン噴射の噴射時期を遅角させることによって、排気温度Ｔｅｘｕを目標温度まで上昇させる。これにより、酸化触媒２０の上流側の端面に付着した燃料が燃焼し、端面の温度が排気温度Ｔｅｘｕよりも上昇する。これにより、端面のＰＭを燃焼させて迅速に除去することができる。
【００２４】
図５に、排気温度を目標温度（ここでは、５００°Ｃ）まで上昇させる前（初期）と、図２のステップＳ１８の処理を実行することなく目標温度まで上昇させた場合（燃料添加制御無し）と、図２のステップＳ１８の処理を実行した後に目標温度まで上昇させた場合（燃料添加制御有り）とのそれぞれにおける端面の目詰まり度合い（閉塞率）を示す。詳しくは、図５は、目標温度としてＰＭを除去する処理を５分間行った時点での実験結果を示している。
【００２５】
図５に示すように、図２のステップＳ１８の処理を実行した後に目標温度まで上昇させる本実施形態によれば、図２のステップＳ１８の処理を実行することなく目標温度まで上昇させた場合と比較して、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭをより多く除去できている。なお、図２のステップＳ１８の処理を実行することなく目標温度まで上昇させた場合であっても、目標温度とする時間を延ばすことにより、ＰＭの除去量を増加させることはできる。しかし、これでは、目標温度とする時間が本実施形態と比較して長くなる。
【００２６】
ちなみに、排気温度Ｔｅｘｄを本実施形態における目標温度よりも高い温度に制御するなら、図２のステップＳ１８の処理を実行することなく、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭを十分且つ迅速に除去することも可能となる。しかし、この場合、酸化触媒２０の劣化が促進されることが懸念される。
【００２７】
このように、本実施形態では、目標温度が過度に高くなることを抑制しつつ且つ目標温度とする期間が長くなることを抑制しつつも、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭを除去することができる。
【００２８】
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）単位時間当たりの添加量を、吸入空気量および酸化触媒２０の温度に応じて可変設定した。これにより、すり抜け量が所定量以下となるように添加量を制御することができる。
【００２９】
（２）排気温度が沸点の最高値以上となる運転状態にいつ移行するかは、ユーザによる内燃機関１０に対するトルクの要求等に依存するため不確定である。このため、酸化触媒２０の上流側の端面への燃料の付着量が所定量となるまで添加処理を実行する場合には、途中で排気温度が沸点の最高値以上となって、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭを除去する処理を完了できなくなるおそれがある。これに対し、本実施形態では、添加時間が閾値以上となることにより、添加処理を終了し、排気温度上昇処理へと移行することにより、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭを除去する処理を完了できる可能性を高めることができる。
【００３０】
（３）排気温度Ｔｅｘｕの上昇速度の閾値速度を、酸化触媒２０の上流側の端面への燃料の付着量に応じて可変設定した。これにより、酸化触媒２０の上流側の端面の燃料が消失する前に排気温度Ｔｅｘｕを目標温度に到達させることができるにもかかわらず、閾値速度未満と判定されることを抑制することができる。
【００３１】
＜対応関係＞
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。なお、以下において、「メモリ４４に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するＣＰＵ４２」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するＣＰＵ４２」と記載する。後処理装置は、酸化触媒２０に対応し、添加部は、燃料噴射弁１６および燃料噴射弁１６を操作してポスト噴射を実行するＣＰＵ４２に対応する。また、判定処理部は、図２のステップＳ１２の処理を実行するＣＰＵ４２に対応し、添加処理部は、ステップＳ１６〜Ｓ２２の処理を実行するＣＰＵ４２に対応し、上昇処理部は、ステップＳ２４〜Ｓ３４の処理を実行するＣＰＵ４２に対応する。また、排気浄化制御装置は、制御装置４０に対応する。
【００３２】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・「添加部について」
燃料噴射弁１６およびＣＰＵ４２を備えて構成されるものに限らない。たとえば、排気通路１８内の排気のうち酸化触媒２０の上流の排気に燃料を添加する添加弁によって構成してもよい。
【００３３】
・「後処理装置について」
上流側の端面のＰＭが除去対象となる後処理装置としては、酸化触媒２０に限らない。たとえば、排気通路１８のうち最上流に位置する後処理装置を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒や、ＮＯｘ選択還元型触媒とし、この後処理装置を上記除去対象となる後処理装置としてもよい。またたとえば、図１に代えて、排気通路１８のうち最上流に位置する後処理装置をＤＰＦ２２とし、その上流側の端面のＰＭを除去対象としてもよい。
【００３４】
・「添加処理部について」
上記実施形態では、燃料の沸点の最低値よりも低い温度である場合に、ステップＳ１８の処理を実行したが、これに限らない。たとえば、燃料の各成分の沸点のうちの最高値よりも低くて且つ最低値よりも高い所定温度よりも低い場合に、ステップＳ１８の処理を実行してもよい。要は、沸点の最高値よりも低い温度であることを条件にステップＳ１８の処理を実行するなら、燃料の全てが気化して端面に燃料が付着することが期待できなくなる事態を回避することができる。
【００３５】
上記実施形態では、すり抜け量が酸化触媒２０におけるＰＭ堆積量に依存することを考慮しなかった。しかし、酸化触媒２０の上流側の端面のＰＭを除去する処理を実行する際の酸化触媒２０のＰＭ堆積量が様々な値となる場合には、これを考慮することが望ましい。
【００３６】
単位時間当たりの添加量を、吸入空気量および酸化触媒２０の床温に応じて可変設定することは必須ではない。たとえば、吸入空気量および酸化触媒２０の床温のいずれか一方に応じて可変設定してもよく、また単位時間当たりの添加量を固定値としてもよい。
【００３７】
添加時間が閾値以上となるまで添加処理を実行するものに限らない。たとえば、添加処理の開始からの総添加量が閾値以上となるまで添加処理を実行するものであってもよい。
・「上昇処理部について」
上記実施形態では、ステップＳ２８の処理が否定判定から肯定判定に代わる場合、排気温度Ｔｅｘｕを上昇させる処理を実行したが、否定判定から肯定判定に代わる場合、端面に付着させた燃料が消失したか否かを判定する処理を実行し、消失していないことを条件に排気温度Ｔｅｘｕを上昇させる処理を実行してもよい。ここで、消失しているか否かの判定は、排気温度Ｔｅｘｕが沸点の最高値以上となったか否かに基づき実行することができる。なお、この場合、消失していると判定した場合には、ステップＳ１２の処理からやりなおせばよい。
【００３８】
上記実施形態では、酸化触媒２０の上流側の端面に燃料を付着させる処理（Ｓ１８）を実行した後、排気温度を閾値速度以上で上昇させることができるか否かを判定したが、これに限らない。たとえば、酸化触媒２０の上流側の端面に燃料を付着させる処理の実行条件に、排気温度を閾値速度以上で上昇させることができる旨の条件を加えてもよい。ただし、この場合であっても、酸化触媒２０の上流側の端面に燃料を付着させる処理の実行後、排気温度を上昇させるのに先立って、排気温度を閾値速度以上で上昇させることができるか否かを判定する処理を再度実行することが望ましい。
【００３９】
排気温度を目標温度まで上昇させる処理としては、メイン噴射の噴射時期を遅角させるものに限らない。たとえば、メイン噴射に伴って燃焼した混合気に対し燃料噴射弁１６によって燃料を噴射するいわゆるアフタ噴射によって、燃焼した上記混合気中の未燃燃料を燃焼させる処理であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…燃焼室、１６…燃料噴射弁、１８…排気通路、２０…酸化触媒、２２…ＤＰＦ、３０…エアフローメータ、３２…上流側排気温度センサ、３４…差圧センサ、３６…下流側排気温度センサ、４０…制御装置、４２…ＣＰＵ、４４…メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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