(57)【要約】【課題】排気ガス浄化手段の昇温制御の際に、排気ガス浄化手段を過昇温する危険性を低減した排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段２２、４６と、該浄化手段２２、４６を昇温する昇温制御を行う昇温制御手段４４、４５であって浄化手段２２、４６の下流にある温度検出手段４５で検出される温度に基づいて還元剤添加手段４４による還元剤の添加を制御することで上記昇温制御を行う昇温制御手段４４、４５とを有する排気ガス浄化装置において、浄化手段２２、４６を流通する排気ガスの流量Ｑを推定／検出する流量検出手段を更に有し、昇温制御を開始しようとする時に上記流量Ｑが所定量ＣＱ以下の場合には昇温制御を開始しない、排気ガス浄化装置１００を提供する。これにより、所定量ＣＱを適切に設定することで上記浄化手段２２、４６が過昇温される危険性が低減される。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが通る排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、
該排気ガス浄化手段を昇温する昇温制御を実施する昇温制御手段であって、上記排気ガス浄化手段よりも上流において還元剤を添加する還元剤添加手段と、上記排気ガス浄化手段よりも下流において排気ガス温度を検出する温度検出手段とを有し、上記温度検出手段によって検出される排気ガス温度に基づいて上記還元剤添加手段による還元剤の添加を制御することによって上記昇温制御を実施する昇温制御手段と、を具備する排気ガス浄化装置において、
上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定または検出する流量検出手段を更に有していて、
上記昇温制御を開始しようとする時に上記排気ガスの流量が所定量以下の場合には上記昇温制御を開始しない、排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記昇温制御実施中に上記排気ガスの流量が予め定めた第１の所定時間継続して上記所定量以下となった場合には上記昇温制御を中止する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気ガスが通る排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、
該排気ガス浄化手段を昇温する昇温制御を実施する昇温制御手段であって、上記排気ガス浄化手段よりも上流において還元剤を添加する還元剤添加手段と、上記排気ガス浄化手段よりも下流において排気ガス温度を検出する温度検出手段とを有し、上記温度検出手段によって検出される排気ガス温度に基づいて上記還元剤添加手段による還元剤の添加を制御することによって上記昇温制御を実施する昇温制御手段と、を具備する排気ガス浄化装置において、
上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定または検出する流量検出手段を更に有していて、
上記昇温制御実施中に上記排気ガスの流量が予め定めた第１の所定時間継続して上記所定量以下となった場合には上記昇温制御を中止する、排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記昇温制御を中止した後、上記排気ガスの流量が予め定めた第２の所定時間継続して上記所定量を超えた場合には上記昇温制御を再開する、請求項２または３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガスの温度を推定または検出する手段を更に有し、該手段により推定または検出される流入排気ガス温度に基づいて排気ガス流量に関する上記所定量が補正される、請求項１から４の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
上記排気ガス浄化手段が、酸化触媒、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなると吸蔵したＮＯｘを離脱させ、空燃比がリッチとなり還元剤が存在していれば離脱させたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤のうちの少なくとも一つを含む、請求項１から５の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
上記流量検出手段は、機関負荷と機関回転数とに基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定する、請求項１から６の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
上記還元剤添加手段による還元剤の添加は、機関の膨張行程または排気行程中におけるシリンダ内への燃料噴射、機関の排気ポートへの燃料添加、上記排気ガス浄化手段の上流の排気ガス通路内への還元剤添加のうちの少なくとも一つを含む、請求項１から７の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される内燃機関においては、排気ガス中に含まれる有害物質（例えば、煤等の排気微粒子、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等）を除去して排気ガスを浄化すべく、排気ガス通路に目的に応じた排気ガス浄化手段（例えば、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、ＮＯｘ吸蔵剤等）が配置される。
【０００３】
そしてこのように用いられる排気ガス浄化手段を使用するに際しては、その性能を十分に発揮するために、もしくは、排気ガス浄化手段自体の再生を行うために排気ガス浄化手段の温度を上昇させる必要がある場合がある。
例えばディーゼル機関に対して、排気ガス浄化手段としてＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（以下「ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ」という）が排気ガス通路に配置されている場合には、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタに捕集された排気微粒子（ＰＭ）を燃焼除去される（ＰＭ再生）。また、ＮＯｘ吸蔵剤が排気ガス中に含まれるＳＯｘを吸蔵し、そのためにＮＯｘの吸蔵能が低下してしまうという硫黄被毒の問題を解消すべく吸蔵したＳＯｘが放出される（硫黄被毒再生）。これらの再生のために、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの温度を上昇させる必要がある。そして、これらの場合、熱劣化もしくは溶損等が生じないようにＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの温度を制御することが要求される。
【０００４】
このような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの下流に排気ガス温度センサを設け、その測定結果に基づいてＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの温度を推定しつつＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタに適量の還元剤（燃料）を供給してＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの温度を上昇させるという昇温制御の方法が公知である。これは、供給した還元剤をＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにおいて反応させて昇温しようとするものであり、還元剤の供給量が推定されるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの温度によってフィードバック制御され、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタが所望の温度になるように、もしくは過昇温されないように温度制御される。
【０００５】
しかしながら、この方法ではＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを通過する排気ガス流量が少ない場合には、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタが過昇温されてしまう恐れがある。すなわち、この方法のように供給した還元剤をＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタで反応させて昇温しようとする場合においては、還元剤（通常は燃料である軽油が用いられる）の反応性が比較的低いことからＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにおいて大きな温度分布が生じ易い。つまり、還元剤が上流から下流へ移動しながら徐々に反応するため、通常の排気ガス流量の場合には、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの上流側部分よりも下流側部分で温度が高くなる。しかしながら、排気ガス流量が少ない場合にはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの下流側部分に達するまでに還元剤が反応する等の理由で、逆にＮＯｘ吸蔵剤担フィルタの上流側部分で温度が上昇する傾向がある。
【０００６】
このような場合には、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを通過してくる排気ガスの温度は上昇しておらず、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの下流に設けた排気ガス温度センサでは、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの上流側部分の温度上昇が検出できない。このため、この排気ガス温度センサによる測定結果に基づいてＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの温度を上昇させる昇温制御を行うとＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの上流側部分が過昇温されてしまい、熱劣化や溶損が生じる恐れがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、排気ガス浄化手段の下流に設けられた温度検出手段によって検出された排気ガス温度に基づいて還元剤を添加することにより排気ガス浄化手段を昇温制御する排気ガス浄化装置において、排気ガス浄化手段が過昇温する危険性を低減した排気ガス浄化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置を提供する。
１番目の発明は、内燃機関の排気ガスが通る排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、該排気ガス浄化手段を昇温する昇温制御を実施する昇温制御手段であって、上記排気ガス浄化手段よりも上流において還元剤を添加する還元剤添加手段と、上記排気ガス浄化手段よりも下流において排気ガス温度を検出する温度検出手段とを有し、上記温度検出手段によって検出される排気ガス温度に基づいて上記還元剤添加手段による還元剤の添加を制御することによって上記昇温制御を実施する昇温制御手段と、を具備する排気ガス浄化装置において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定または検出する流量検出手段を更に有していて、上記昇温制御を開始しようとする時に上記排気ガスの流量が所定量以下の場合には上記昇温制御を開始しない、排気ガス浄化装置を提供する。
【０００９】
排気ガス浄化手段の上流において還元剤を添加して排気ガス浄化手段を昇温しようとする場合、排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量が少ないと排気ガス浄化手段の下流側部分よりも上流側部分において温度が上昇する傾向がある。そしてこのような場合、排気ガス浄化手段の下流における排気ガスの温度はあまり上昇しないため、排気ガス浄化手段の下流における排気ガス温度に基づいて排気ガス浄化手段の昇温制御が行われていると、排気ガス浄化手段の特に上流側部分が過昇温されてしまう恐れがある。
本発明によれば、上記排気ガス流量が所定量以下の場合には上記昇温制御は開始されないので、所定量を適切に設定することにより排気ガス浄化手段が過昇温される危険性が低減される。
【００１０】
２番目の発明は１番目の発明において、上記昇温制御実施中に上記排気ガスの流量が予め定めた第１の所定時間継続して上記所定量以下となった場合には上記昇温制御を中止する。
この発明によれば、昇温制御の開始後においても排気ガス流量の少ない状態が所定時間継続した場合には昇温制御が中止されるので、より確実に排気ガス浄化手段の過昇温が防止される。
【００１１】
３番目の発明は、内燃機関の排気ガスが通る排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、該排気ガス浄化手段を昇温する昇温制御を実施する昇温制御手段であって、上記排気ガス浄化手段よりも上流において還元剤を添加する還元剤添加手段と、上記排気ガス浄化手段よりも下流において排気ガス温度を検出する温度検出手段とを有し、上記温度検出手段によって検出される排気ガス温度に基づいて上記還元剤添加手段による還元剤の添加を制御することによって上記昇温制御を実施する昇温制御手段と、を具備する排気ガス浄化装置において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定または検出する流量検出手段を更に有していて、上記昇温制御実施中に上記排気ガスの流量が予め定めた第１の所定時間継続して上記所定量以下となった場合には上記昇温制御を中止する、排気ガス浄化装置を提供する。
この発明によっても排気ガス浄化手段が過昇温される危険性を低減することができる。
【００１２】
４番目の発明によれば２番目または３番目の発明において、上記昇温制御を中止した後、上記排気ガスの流量が予め定めた第２の所定時間継続して上記所定量を超えた場合には上記昇温制御を再開する。
この発明によれば、排気ガス浄化手段の過昇温を防止しつつ可能な限り迅速に昇温を図ることができる。
５番目の発明によれば１番目から４番目の何れかの発明において、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガスの温度を推定または検出する手段を更に有し、該手段により推定または検出される流入排気ガス温度に基づいて排気ガス流量に関する上記所定量が補正される。
【００１３】
還元剤が添加される排気ガスの温度によって還元剤の反応性が異なるため、上記排気ガスの温度によって排気ガス浄化手段における温度分布が異なり、排気ガス流量との関係で生じる排気ガス浄化手段の上流側部分と下流側部分との温度差の大きさも異なる。この温度差が小さければ、排気ガス浄化手段の下流における排気ガス温度に基づいて排気ガス浄化手段の昇温制御を行っても排気ガス浄化手段が過昇温されてしまう危険性は低い。
したがって、本発明のようにすることによって、排気ガス流量に関する上記所定量がより適切に補正され、排気ガス浄化手段の過昇温を生じさせずに上記昇温制御が実施可能か否かについて、より適切且つ詳細な判定が可能となる。
【００１４】
６番目の発明によれば１番目から５番目の何れかの発明において、上記排気ガス浄化手段が、酸化触媒、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなると吸蔵したＮＯｘを離脱させ、空燃比がリッチとなり還元剤が存在していれば離脱させたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤のうちの少なくとも一つを含む。
上記排気ガス浄化手段が酸化触媒を含めばＨＣやＣＯ等を、パティキュレートフィルタを含めば煤等の排気微粒子を、ＮＯｘ吸蔵剤を含めばＮＯｘを、夫々排気ガス中から除去することが可能となる。
【００１５】
７番目の発明によれば１番目から６番目の何れかの発明において、上記流量検出手段は、機関負荷と機関回転数とに基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定する。
本発明によれば、排気ガス流量センサを具備することなく簡易な方法で排気ガス流量を求めることができる。
【００１６】
８番目の発明によれば１番目から７番目の何れかの発明において、上記還元剤添加手段による還元剤の添加は、機関の膨張行程または排気行程中におけるシリンダ内への燃料噴射、機関の排気ポートへの燃料添加、上記排気ガス浄化手段の上流の排気ガス通路内への還元剤添加のうちの少なくとも一つを含む。
本発明によれば、還元剤または燃料の添加により確実に排気ガス浄化手段の昇温を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１８】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１９】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口には排気ガス浄化装置１００が連結される。排気ガス浄化装置１００は後述するようにＮＯｘ吸蔵剤４６を担持しているパティキュレートフィルタ２２（以下、単に「フィルタ」という）を内蔵している。また、フィルタ２２の上流には、必要に応じて還元剤を排気経路内に添加する還元剤添加ノズル４４が設けられている。更に、フィルタ２２の下流にはフィルタ２２を通過してきた排気ガスの温度を検出する温度センサ４５が設けられている。
【００２０】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される構成では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。温度センサ４５及び燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、還元剤添加ノズル４４および燃料ポンプ２８に接続される。
【００２２】
図２にフィルタ２２の拡大断面図を示す。図２を参照すると、フィルタ２２は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ２２内には、上流側に栓４８が施された第１通路５０と下流側に栓５２が施された第２通路５４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路５４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５０に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【００２３】
このように捕集された排気微粒子は、内燃機関の運転状態によって、例えば排気温度が高くなる高負荷運転時等には自然に燃焼するが、通常の運転状態では次第に堆積していく。排気微粒子が堆積するとフィルタ２２において生じる排気抵抗（すなわち、圧力損失）が上昇して内燃機関の性能に悪影響を及ぼす要因となる。このため、フィルタ２２に堆積した排気微粒子は燃焼して除去すること（ＰＭ再生）が必要であり、そのためにはフィルタ２２を昇温する必要がある。
【００２４】
一方、フィルタ２２の第１通路５０および第２通路５４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵剤４６が担持されている。ＮＯｘ吸蔵剤４６は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸蔵剤４６は流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通排気ガスの空燃比が小さくなると吸蔵したＮＯｘを排気ガス中に離脱させ、更に空燃比がリッチとなり排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在する状態であると離脱させたＮＯｘを還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。
【００２５】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸蔵剤４６は排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を行う。そして、一定期間使用する等してＮＯｘ吸蔵剤４６の吸蔵効率が低下した時または低下する前に還元剤添加ノズル４４からフィルタ２２上流側の排気ガス通路に還元剤を供給して、ＮＯｘ吸蔵剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると共に還元剤の存在する状態にしてＮＯｘ吸蔵剤４６に吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に還元浄化するようにしている。なお、このようなＮＯｘ吸蔵剤４６におけるＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用のメカニズムについては公知であるので説明は省略する。
【００２６】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵剤４６はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと同様のメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。
【００２７】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤４６に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤４６に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤４６のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤４６のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなるため、ＮＯｘの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒（Ｓ被毒）の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【００２８】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤４６に吸蔵されたＳＯｘについても、ＮＯｘと同じメカニズムで離脱させることが可能であることが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤４６に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの離脱及び還元浄化が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤４６に吸蔵されたＳＯｘを離脱させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには（すなわち硫黄被毒再生するためには）、ＮＯｘ吸蔵剤４６（すなわちフィルタ２２）を通常のＮＯｘの還元浄化等が行われる時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度（例えば６００℃以上）に昇温する必要があり、それと同時に流入する排気ガスの空燃比を略ストイキまたはリッチにする必要がある。
【００２９】
以上のように排気ガス浄化装置１００はフィルタ２２を有し、排気ガス中の排気微粒子とＮＯｘを同時に除去し得るが、このフィルタ２２は必要に応じて再生（ＰＭ再生、硫黄被毒再生）する必要があり、そのためにはフィルタ２２を昇温する必要がある。
これに対し排気ガス浄化装置１００は、上述したようにフィルタ２２の上流に還元剤添加ノズル４４を有すると共にフィルタ２２の下流に温度センサ４５を有しており、必要に応じて通常は以下のような昇温制御を行ってフィルタ２２を昇温する。
【００３０】
すなわち、ＰＭ再生または硫黄被毒再生が必要であると判断されると、還元剤添加ノズル４４から還元剤の添加が行われ、還元剤の反応熱によってフィルタ２２の昇温が図られる。ここでは、還元剤として、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため機関１の燃料である軽油が使用されている。そして、この際、温度センサ４５によりフィルタ２２を通過してくる排気ガスの温度がモニターされてフィルタ２２の温度が推定され、フィルタ２２が過昇温されないように還元剤添加ノズル４４による還元剤の添加が制御される。ここで過昇温とは、フィルタ２２が熱劣化もしくは溶損してしまう温度（以下、単に「熱劣化温度」という）にまで昇温されることを意味する。
【００３１】
このような昇温制御により、通常は問題なくフィルタ２２の昇温が図られるのであるが、一定の場合にはフィルタ２２が過昇温されてしまう危険性がある。すなわち、上述した昇温制御のように添加した還元剤（軽油）をフィルタ２２において反応させて昇温しようとする場合には、還元剤の反応性が比較的低いことからフィルタ２２において大きな温度分布が生じ易い。
【００３２】
つまり、還元剤が上流から下流へ移動しながら徐々に反応するため、通常の排気ガス流量の場合には、フィルタ２２の上流側部分よりも下流側部分で温度が高くなる。図３（ａ）は、この場合のフィルタ２２の各部分における温度の経時変化について示したものであり、図中、ＴＤは熱劣化温度を示し、ＴＬはフィルタ２２を再生するために必要な温度、すなわち昇温制御の目標最低温度を示している。この場合には、フィルタ２２の下流側部分の温度が高いため、フィルタ２２の下流に設けられた温度センサ４５で検出される温度は比較的高く、この温度センサ４５で検出される温度に基づいて還元剤添加ノズル４４による還元剤の添加を制御してもフィルタ２２を過昇温してしまう可能性は低い。
【００３３】
しかしながら、排気ガス流量が少ない場合にはフィルタ２２の下流側部分に達するまでに還元剤が反応してしまう等の理由で、逆にフィルタ２２の上流側部分で温度が上昇する傾向がある。図３（ｂ）は、この場合のフィルタ２２の各部分における温度の経時変化について示したものである。この場合には、フィルタ２２の下流側部分の温度が低いため、フィルタ２２を通過してくる排気ガスの温度は比較的低く、フィルタ２２の下流に設けた温度センサ４５ではフィルタ２２の上流側部分の温度上昇が検出できない。このため、この温度センサ４５で検出される温度に基づいて還元剤添加ノズル４４による還元剤の添加を制御すると、更に昇温が必要と判断されて過剰な還元剤が添加されフィルタ２２を過昇温してしまう可能性がある。
【００３４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、排気ガス浄化装置１００においては、以下で説明するような制御を行い、フィルタ２２が過昇温される危険性を低減する。
図４は、図１に示した構成で実施し得る制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、この制御ルーチンは電子制御ユニット３０により一定時間毎の割り込みによって実行される。
【００３５】
この制御ルーチンが実行されると、まず、ステップ１０１で昇温制御の実施条件が成立したか否かが判定される。上述の説明からも明らかなように、本実施形態における昇温制御は、具体的には、ＰＭ再生制御のため、もしくは硫黄被毒再生制御のためのものである。したがって、実際にここで成立したか否かが判定される実施条件はＰＭ再生制御の実施条件あるいは硫黄被毒再生制御の実施条件である。
【００３６】
ＰＭ再生制御の実施条件であれば、例えばフィルタ２２に堆積した微粒子量が一定量以上になること等であるが、この場合、堆積微粒子量を直接求めることは困難であるので例えば機関から排出される微粒子量、すなわち車両走行距離に基づいて堆積微粒子量を推定する。つまり、前回ＰＭ再生制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時にＰＭ再生制御実施条件が成立したと判定する。
【００３７】
あるいは、この実施条件をフィルタ２２の上流側と下流側の圧力差を基準として判定するようにしてもよい。すなわち、フィルタ２２に排気微粒子が堆積してくるとフィルタ２２における圧力損失が大きくなるため上記圧力差が次第に大きくなる。そこで、ＰＭ再生制御が必要となる排気微粒子堆積量の時の上記圧力差を事前に実験等で求め、基準圧力差としてＲＯＭ３２に記憶させておけば、圧力差を検出または推定し、上記基準圧力差と比較することによってＰＭ再生制御の実施の要否が判定できる。すなわち、検出又は推定された圧力差が上記基準圧力差以上であれば、ＰＭ再生制御実施条件が成立したと判定する。なお、上記圧力差は、差圧センサ（図示なし）を設けて検出することができる。
【００３８】
また、硫黄被毒再生制御の実施条件については、例えばＮＯｘ吸蔵剤４６に吸蔵されたＳＯｘ量、すなわち吸蔵ＳＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合も上述の堆積微粒子量と同様、吸蔵ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるので例えば機関から排出されるＳＯｘ量、すなわち車両走行距離に基づいて吸蔵ＳＯｘ量を推定する。つまり、前回硫黄被毒再生制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時に硫黄被毒再生制御実施条件が成立したと判定する。
【００３９】
ステップ１０１において昇温制御（ＰＭ再生制御または硫黄被毒再生制御）の実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。
ステップ１０３においては、フィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑが推定または検出される。この排気ガス流量Ｑは、フィルタ２２の流入端近傍に流量センサ（図示なし）を設けて求めるようにしてもよいが、本実施形態では機関運転状態に基づいて推定するようにしている。すなわち、排気ガス流量Ｑを機関運転状態、例えば機関負荷Ａ／Ｎ（吸入空気量Ａ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいてその時の機関負荷Ａ／Ｎと機関回転数Ｎとから上記昇温制御実施条件が成立した時、すなわち昇温制御を開始しようとする時の排気ガス流量Ｑを推定する。
【００４０】
ステップ１０３で排気ガス流量Ｑが求められると、この排気ガス流量Ｑは続くステップ１０５において、昇温制御開始可否の判定の基準となる流量ＣＱと比較される。ＣＱの値は実験等により予め設定されるものであり、排気ガス流量Ｑがこの値ＣＱ以下である場合には、上述したような理由で、フィルタ２２の下流に設けられた温度センサ４５で検出される温度に基づいて還元剤添加ノズル４４による還元剤の添加を制御して昇温制御を行うと、フィルタ２２を過昇温してしまう可能性があるという流量である。
【００４１】
ステップ１０５において上記排気ガス流量Ｑが基準となるＣＱ以下であると判定された場合は、そのまま昇温制御を行うとフィルタ２２を過昇温してしまう可能性のある場合であるので、昇温制御は行われずに制御ルーチンが終了する。これによって、排気ガス流量Ｑが少ない時に昇温制御が行われフィルタ２２が過昇温される危険性が低減される。
一方、上記排気ガス流量ＱがＣＱを超えていると判定された場合にはステップ１０７に進み、昇温制御が開始される。すなわち、上記温度センサ４５によって検出される排気ガス温度に基づいて上記還元剤添加ノズル４４による還元剤の添加を制御することによってフィルタ２２の昇温が図られる。
【００４２】
次いで、ステップ１０９において昇温制御の完了条件が成立したか否かが判定される。上述したように、本実施形態における昇温制御は、具体的には、ＰＭ再生制御のため、もしくは硫黄被毒再生制御のためのものであるので、ここで成立したか否かが判定される完了条件はＰＭ再生制御の完了条件あるいは硫黄被毒再生制御の完了条件である。例えば、ＰＭ再生制御もしくは硫黄被毒再生制御に必要な温度以上に必要な時間維持された場合等に昇温制御完了条件が成立したと判定される。
【００４３】
ステップ１０９において昇温制御完了条件が成立したと判定された場合には、制御ルーチンは終了し、成立していないと判定された場合にはステップ１１１に進む。
ステップ１１１においては昇温制御の中止条件が成立したか否かが判定される。ここで昇温制御の中止条件は、昇温制御実施中においてフィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑが上記ＣＱ以下となる状態が予め定めた所定時間ＣＰ１だけ継続することであり、この条件が成立するとステップ１１３に進んで昇温制御が中止される。
【００４４】
昇温制御の実施中に排気ガス流量が低下した場合にも、フィルタ２２の上流側部分が下流側部分よりも昇温され易い状態となる。そしてこの状態が続くと、フィルタ２２の下流に設けられた温度センサ４５で検出される温度に基づいて還元剤添加ノズル４４による還元剤の添加を制御して行う上記昇温制御を継続することによってフィルタ２２を過昇温してしまう可能性が生じる。そこで、本制御ルーチンでは、昇温制御開始後、すなわち昇温制御実施中においても所定時間ＣＰ１以上継続して排気ガス流量ＱがＣＱ以下となった場合には昇温制御を中止するようにして、フィルタ２２が過昇温される危険性を低減している。
【００４５】
なお、基準となる所定時間ＣＰ１には、適切な値が実験等によって予め設定される。すなわち、所定時間ＣＰ１を短く設定するとフィルタ２２の過昇温を確実に防止できるが、昇温制御が頻繁に中止される場合も考えられ、その場合には実施されるべき再生制御がなかなか完了できないという不都合が生じる。一方、所定時間ＣＰ１を長く設定すると、実施されるべき再生制御は速やかに実施され得るが、フィルタ２２が過昇温される可能性は高くなる。所定時間ＣＰ１は、これらのことを考慮して適切な値に設定される。また、当然のことながら、このような所定時間ＣＰ１の設定の際にはＣＱとの関係も考慮される。ＣＱが高めに設定されていればそれだけ昇温制御中止条件は成立し易くなるからである。
【００４６】
ステップ１１１で昇温制御中止条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０７に戻り昇温制御が継続される。ステップ１１１で昇温制御中止条件が成立したと判定されてステップ１１３に進み昇温制御が中止された場合には、続くステップ１１５において昇温制御の再開条件が成立しているか否かが判定される。
【００４７】
ここで昇温制御の再開条件は、昇温制御中止中においてフィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑが上記ＣＱを超える状態が予め定めた所定時間ＣＰ２だけ継続することであり、この条件が成立するとステップ１０７に進んで昇温制御が再開される。
昇温制御の中止中は、まだ昇温制御の完了条件が成立した場合ではないので、排気ガス流量Ｑが増加して上記のような昇温制御を実施してもフィルタ２２を過昇温してしまう可能性が無くなった場合には昇温制御を再開すべきである。しかし、排気ガス流量Ｑは瞬間的に増加する場合もあり、このような場合に昇温制御を再開してもすぐに再度中止することとなってしまう。そこで本制御ルーチンでは、ある程度定常的な運転状態となった場合、すなわち昇温制御中止中において所定時間ＣＰ２以上継続して排気ガス流量ＱがＣＱを超えた場合に昇温制御を再開するようにしている。
【００４８】
なお、基準となる所定時間ＣＰ２には、適切な値が実験等によって予め設定される。すなわち、所定時間ＣＰ２を短く設定するとフィルタ２２に対して実施されるべき再生制御の早期完了が果たされるが、昇温制御の中止と再開が頻繁に繰り返される場合も考えられる。一方、所定時間ＣＰ２を長く設定すると、昇温制御再開条件の成立が難しくなって昇温制御が再開されず、実施されるべき再生制御がなかなか完了できないという不都合が生じる。所定時間ＣＰ２は、これらのことを考慮して適切な値に設定される。また、当然のことながら、所定時間ＣＰ２の設定の際にはＣＱとの関係も考慮される。ＣＱが低めに設定されていればそれだけ昇温制御再開条件は成立し易くなるからである。
【００４９】
ステップ１１５で昇温制御再開条件が成立していないと判定された場合にはステップ１１３に戻り昇温制御を中止した状態が継続される。ステップ１１５で昇温制御再開条件が成立したと判定された場合には、上述したようにステップ１０７に進んで昇温制御が再開され、その後の制御が繰り返される。そして最終的には、昇温制御完了条件が成立して（ステップ１０９）、制御ルーチンが終了する。
【００５０】
以上、説明したように、本排気ガス浄化装置１００においては、フィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑと関連付けて昇温制御を実施するか否か（開始、中止、再開等）を判定することによって、フィルタ２２が過昇温される危険性が低減される。
なお、以上の説明においては、昇温制御実施可否の判定の基準となる流量ＣＱを一定の値（流量）であるかのように説明したが、ＣＱをフィルタ２２に流入する排気ガス温度ＴＩに応じて補正するようにしてもよい。すなわち、還元剤が添加される排気ガス、すなわち流入排気ガスの温度ＴＩによって還元剤の反応性が異なるため、流入排気ガスの温度ＴＩによってフィルタ２２における温度分布が異なり、排気ガス流量Ｑとの関係で生じるフィルタ２２の上流側部分と下流側部分との温度差の大きさも異なる。
【００５１】
例えば流入排気ガスの温度ＴＩが低ければ還元剤の反応性が低下するため、フィルタ２２の下流側部分の温度がより高くなる傾向となる。したがって、先に図３を参照して行った説明等を考慮すると、排気ガス流量Ｑが少ない場合において、流入排気ガス温度ＴＩが低い時には流入排気ガス温度ＴＩが高い時に比べてフィルタ２２の上流側部分と下流側部分との間に生じる温度差は小さくなる傾向がある。この温度差が小さければ、フィルタ２２の下流における排気ガス温度に基づいてフィルタ２２の昇温制御を行ってもフィルタ２２が過昇温されてしまう危険性は低い。つまり、流入排気ガス温度ＴＩが低い時には、上記ＣＱの値をより小さくすることができる。そして逆に流入排気ガス温度ＴＩが高い時には、上記ＣＱの値をより大きくする必要がある。
【００５２】
そして、このように流入排気ガス温度ＴＩに応じてＣＱを補正するための補正係数を事前に求めてグラフ化もしくはマップ化しておくことにより、流入排気ガス温度ＴＩに応じてＣＱをより適切に補正することが可能となり、フィルタ２２の過昇温を生じさせずに上記昇温制御が実施可能か否かについて、より適切且つ詳細な判定が可能となる。
【００５３】
なお、この場合にはフィルタ２２へ流入する排気ガスの温度ＴＩを推定または検出する手段が必要となるが、この手段としてフィルタ２２の流入端近傍に温度センサ（図示なし）を設けてもよい。あるいは、排気ガス流量Ｑの場合と同様に、流入排気ガス温度ＴＩを機関運転状態、例えば機関負荷Ａ／Ｎ（吸入空気量Ａ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて機関負荷Ａ／Ｎと機関回転数Ｎとから推定するようにしてもよい。
【００５４】
また、上述の制御の説明においては、図４に示した制御ルーチンのステップ１０１で昇温制御実施条件が成立したと判定された後、ステップ１０３でフィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑが推定または検出され、ステップ１０５においてこの排気ガス流量ＱがＣＱと比較されて昇温制御を開始するか否かが判定されたが、この部分のステップを省略し、ステップ１０１において昇温制御実施条件が成立したと判定された場合には、すぐにステップ１０７に進み昇温制御が開始されるようにしてもよい。
【００５５】
昇温制御が開始されてもすぐにフィルタ２２が過昇温される場合は少なく、また、排気ガス流量が少ない場合にはステップ１１１において昇温制御中止条件が成立して昇温制御が中止されるので、ステップ１０３及びステップ１０５を省略した場合でもフィルタ２２の過昇温の危険性は低減できる。これにより、制御をより簡単化することができる。
【００５６】
なお、上述した排気ガス浄化装置１００においては、還元剤添加手段としてフィルタ２２の上流に還元剤添加ノズル４４が設けられ、これにより排気ガス通路内へ還元剤（燃料）の添加が行われたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の手段によって還元剤（燃料）の添加が行われてもよい。例えば、燃料噴射弁６により機関の膨張行程または排気行程中にシリンダ内に燃料噴射する、いわゆるポスト噴射によって行うようにしてもよい。あるいは、排気ポート１０の部分に燃料添加ノズル（図示無し）を設け、それによって排気ポート１０内へ燃料添加するようにしてもよい。
【００５７】
また、上述した排気ガス浄化装置１００においては、排気ガス浄化手段としてＮＯｘ吸蔵剤４６が担持されたパティキュレートフィルタ２２が用いられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば酸化触媒等、昇温制御を必要とする他の排気ガス浄化手段にも適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、排気ガス浄化手段の下流に設けられた温度検出手段によって検出された排気ガス温度に基づいて還元剤を添加することにより排気ガス浄化手段を昇温制御する排気ガス浄化装置において、排気ガス浄化手段が過昇温する危険性を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図３】図３は、昇温制御を実施した際のＮＯｘ吸蔵剤担持パティキュレートフィルタの各部分における温度の経時変化について示したものである。
【図４】図４は、図１で示された構成で実施し得る制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…電気制御式燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
３０…電子制御ユニット
４４…還元剤添加ノズル
４５…温度センサ
４６…ＮＯｘ吸蔵剤
１００…排気ガス浄化装置
【図１】
2004044515.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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