(57)【要約】【課題】フィルタなどの排気浄化手段の熱害を抑制しつつ再生効率を高めて再生処理に伴う燃費悪化を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】排気浄化手段と、当該排気浄化手段の上流の排気通路に還元剤を添加する還元剤添加手段と、当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより排気浄化手段に捕集された被浄化物質を浄化する浄化処理手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、浄化処理手段は、排気浄化手段の部位毎の被浄化物質の捕集量を把握する捕集量把握手段と、当該捕集量把握手段が把握した被浄化物質捕集量に基づいて前記排気浄化手段の部位毎の許容温度を算出する許容温度算出手段と、当該許容温度算出手段が算出した許容温度に基づいて前記還元剤添加手段からの還元剤添加パターンを決定するパターン決定手段とを有する。【選択図】  図１０
2007071050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化手段と、
当該排気浄化手段の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより前記排気浄化手段に捕集された被浄化物質を浄化する浄化処理手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記浄化処理手段は、
前記排気浄化手段の部位毎の被浄化物質の捕集量を把握する捕集量把握手段と、
当該捕集量把握手段が把握した被浄化物質捕集量に基づいて前記排気浄化手段の部位毎の許容温度を算出する許容温度算出手段と、
当該許容温度算出手段が算出した許容温度に基づいて前記還元剤添加手段からの還元剤添加パターンを決定するパターン決定手段と、
を有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】
前記許容温度算出手段は、前記排気浄化手段の所定部位以降に捕集されている総被浄化物質量が多いほど当該所定部位の許容温度を低く算出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３】
前記許容温度算出手段は、被浄化物質捕集量が減少するにつれて許容温度を高く算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記パターン決定手段は、前記捕集量把握手段が把握した被浄化物質捕集量が零ではない場合には、前記許容温度算出手段が算出した許容温度を目標温度に設定し、当該目標温度に基づいて添加パターンを決定するものであり、前記排気浄化手段の排気流れ方向の部位間の目標温度の差が大きい場合には、所定量の還元剤量を所定期間内に均一に添加する均一添加を実行し、目標温度の差が小さい場合には、所定期間内に添加実行と添加停止を繰り返し、かつ添加実行時の添加密度を前記均一添加時よりも大きくすることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記パターン決定手段は、前記捕集量把握手段が把握した被浄化物質捕集量が零である部位では、前記許容温度算出手段が算出した許容温度を目標温度として設定せずに、他の部位における目標温度の差に基づいて還元剤添加パターンを決定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関にて駆動される自動車等から大気中へ排出される煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を低減する技術が望まれている。そのため、内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という場合もある。）を配置し、内燃機関から排出されるＰＭをフィルタにより捕集する技術が知られている。
【０００３】
しかし、フィルタにＰＭが過度に捕集されて、フィルタにＰＭが過堆積すると、フィルタが目詰まりして排気抵抗の増加を生じさせ、エンジンの出力低下を生じさせてしまう。そのため、フィルタに捕集されている微粒子を該フィルタから酸化除去させフィルタを再生する、いわゆるＰＭ酸化除去処理を適宜実行する必要がある。
【０００４】
ＰＭ酸化除去処理は、フィルタの温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで昇温させるための昇温処理を実行するとともに、フィルタへ流入する排気ガスを酸素過剰な雰囲気とするための空燃比処理を行うものである。
【０００５】
そして、このＰＭ酸化除去処理に伴う、燃費悪化あるいは高温によるフィルタの破損などを防止することを目的として、特許文献１には、以下のようなＰＭ酸化除去処理を行う排気浄化装置が提案されている。すなわち、フィルタの温度に応じて昇温操作の実施・停止の時間比率を変更することで、フィルタの上流に配置された酸化触媒に供給されるＨＣ量を多段階あるいは連続的に制御して、フィルタの温度を目標温度近傍に制御する。
【特許文献１】特開２００４−３０１０１３号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の方法では、フィルタ内のＰＭ堆積量の分布や熱の伝播を考慮していないため、改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィルタなどの排気浄化手段の熱害を抑制しつつ再生効率を高めて再生処理に伴う燃費悪化を抑制することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化手段と、当該排気浄化手段の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段と、当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより前記排気浄化手段に捕集された被浄化物質を浄化する浄化処理手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記浄化処理手段は、前記排気浄化手段の部位毎の被浄化物質の捕集量を把握する捕集量把握手段と、当該捕集量把握手段が把握した被浄化物質捕集量に基づいて前記排気浄化手段の部位毎の許容温度を算出する許容温度算出手段と、当該許容温度算出手段が算出した許容温度に基づいて前記還元剤添加手段からの還元剤添加パターンを決定するパターン決定手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、排気浄化手段としては、被浄化物質である排気中の微粒子を捕集するパティキ
ュレートフィルタ、あるいは被浄化物質であるＮＯｘあるいはＳＯｘを吸蔵することにより捕集する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を例示することができる。これらは、フィルタにＮＯｘ触媒が担持されたものでもよいし、フィルタとＮＯｘ触媒が直列的に配置されたものでもよい。
【００１０】
そして、排気浄化手段がフィルタである場合、浄化処理手段は、還元剤添加手段から還元剤を添加させることによりフィルタの温度を上昇させ、フィルタに捕集された被浄化物質たる微粒子を酸化除去するものである。
【００１１】
フィルタは、その温度が過剰に高くなると溶損などの不具合が生じるが、そのフィルタの温度は、微粒子が酸化除去される際の反応熱、フィルタを通過する排気あるいは周囲に奪われる熱などにより、その温度が決まる。
【００１２】
また、微粒子が酸化除去される際の反応により発生した熱は下流に伝わる。ゆえに、排気浄化手段における排気流れ方向の上流側部位で発生した反応熱は中央部位以降へと伝わる。また、中央部位で発生した反応熱は下流側部位へと伝わる。
【００１３】
また、フィルタに捕集された微粒子の量が多いほど、酸化除去反応と昇温が連鎖的におこり、結果的に反応熱が高くなる。
【００１４】
それゆえ、フィルタの上流側部位に捕集された微粒子の量が多いと、当該上流側部位で反応が促進され反応熱が高くなりその熱が下流側部位へと伝わる。そして、その熱と、下流側部位に捕集された微粒子の反応熱でフィルタの温度が過剰に上昇するおそれがある。
【００１５】
一方、フィルタの温度が高いほど微粒子を酸化除去するための反応が促進されるので、微粒子を酸化除去する処理中においては、フィルタの許容温度に近いほど早期に微粒子の捕集量を零にすることができる。ゆえに、フィルタの温度が高いほど酸化除去効率が向上し燃費が向上する。
【００１６】
また、排気浄化手段がＮＯｘ触媒である場合、浄化処理手段は、還元剤添加手段から還元剤を添加させることによりＮＯｘ触媒に捕集（吸蔵）された被浄化物質たるＮＯｘあるいはＳＯｘを放出・還元するものである。
【００１７】
ＮＯｘ触媒は、その温度が過剰に高くなると熱劣化などの不具合が生じるが、そのＮＯｘ触媒の温度は、ＮＯｘあるいはＳＯｘが還元される際の反応熱、ＮＯｘ触媒を通過する排気あるいは周囲に奪われる熱などにより、その温度が決まる。
【００１８】
また、ＮＯｘあるいはＳＯｘが還元される際の反応により発生した熱は下流に伝わる。ゆえに、ＮＯｘ触媒における排気流れ方向の上流側部位で発生した反応熱は中央部位以降へと伝わる。また、中央部位で発生した反応熱は下流側部位へと伝わる。
【００１９】
また、ＮＯｘ触媒に捕集（吸蔵）されたＮＯｘあるいはＳＯｘの量が多いほどＮＯｘ触媒での酸化還元反応が促進され反応熱が高くなる。
【００２０】
それゆえ、ＮＯｘ触媒の上流側部位に捕集されたＮＯｘあるいはＳＯｘの量が多いと、当該上流側部位で反応が促進され反応熱が高くなりその熱が下流側部位へと伝わる。そして、その熱と、下流側部位に捕集されたＮＯｘあるいはＳＯｘの還元反応の反応熱でＮＯｘ触媒の温度が過剰に上昇するおそれがある。
【００２１】
一方、ＮＯｘ触媒の温度が高いほどＮＯｘあるいはＳＯｘを還元するための反応が促進
されるので、ＮＯｘあるいはＳＯｘを還元する処理中においては、ＮＯｘ触媒の許容温度に近いほど早期にその捕集量を零にすることができる。ゆえに、ＮＯｘ触媒の温度が高いほど還元効率が向上し燃費が向上する。
【００２２】
ところで、還元剤添加弁から還元剤を添加する添加パターン、つまり、所定量の還元剤量を所定期間内に均一に添加する添加パターンであるのか、所定期間内に添加実行と添加停止を繰り返す添加パターンであるのかなどによって排気浄化手段の温度上昇度合いが異なる。
【００２３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、捕集量把握手段が排気浄化手段たるフィルタ（又はＮＯｘ触媒）の部位毎の微粒子（又はＮＯｘあるいはＳＯｘ）の捕集量を把握し、許容温度算出手段が、捕集量把握手段が把握した微粒子（又はＮＯｘあるいはＳＯｘ）量に基づいてフィルタ（又はＮＯｘ触媒）の部位毎の許容温度を算出し、パターン決定手段が、許容温度算出手段が算出した許容温度に基づいて還元剤添加手段からの還元剤添加パターンを決定する。これにより、フィルタ、ＮＯｘ触媒などの排気浄化手段の過昇温を防止しつつ、微粒子の酸化除去効率又はＮＯｘあるいはＳＯｘの還元効率を向上させることができる。
【００２４】
ここで、前記許容温度算出手段は、前記排気浄化手段の所定部位以降に捕集されている総被浄化物質量が多いほど当該所定部位の許容温度を低く算出することが好適である。そして、前記許容温度算出手段は、被浄化物質捕集量が減少するにつれて許容温度を高く算出することが好適である。これらにより、排気浄化手段の過昇温を防止することができる。
【００２５】
また、前記パターン決定手段は、前記捕集量把握手段が把握した被浄化物質捕集量が零ではない場合には、前記許容温度算出手段が算出した許容温度を目標温度に設定し、当該目標温度に基づいて添加パターンを決定するものであり、前記排気浄化手段の排気流れ方向の部位間の目標温度の差が大きい場合には、所定量の還元剤量を所定期間内に均一に添加する均一添加を実行し、目標温度の差が小さい場合には、所定期間内に添加実行と添加停止を繰り返し、かつ添加実行時の添加密度を前記均一添加時よりも大きくすることが好適である。
【００２６】
許容温度算出手段が、排気浄化手段の所定部位以降に捕集されている総被浄化物質量が多いほど当該所定部位の許容温度を低く算出する。そして、パターン決定手段が、許容温度算出手段が算出した許容温度を目標温度に設定する場合には、排気浄化手段の排気流れ方向の部位間の目標温度の差が大きい場合であるのは上流側部位の目標温度が低い場合であり、部位間の目標温度の差が小さいのは上流側部位の目標温度が高い場合であることを意味する。それゆえ、部位間の目標温度の差が小さい場合、つまり上流側部位の目標温度が高い場合には、添加密度を大きくすることで上流側部位から排気浄化手段の温度を高温にすることができる。一方、部位間の目標温度の差が大きい場合、つまり上流側部位の目標温度が低い場合には、添加密度を小さくすることで上流側部位の温度が高温にならないようにすることができる。
【００２７】
また、部位間の目標温度の差が小さい場合に添加密度を大きくして上流側部位から排気浄化手段の温度を高温にするが、添加実行と添加停止を繰り返すので、添加停止期間に、ＮＯｘ触媒を通過する排気あるいは周囲により熱が奪われるので、下流側部位の温度が過剰に高くなることを防止することができる。
【００２８】
また、前記パターン決定手段は、前記捕集量把握手段が把握した被浄化物質捕集量が零である部位では、前記許容温度算出手段が算出した許容温度を目標温度として設定せずに
、他の部位における目標温度の差に基づいて還元剤添加パターンを決定することが好適である。
【００２９】
これにより、被浄化物質捕集量が零でない部位における温度を高めたまま再生効率を維持したまま、被浄化物質捕集量が零であり高温にする必要がない部位の温度を低下させることができるので、浄化処理に伴う燃費悪化を抑制することができる。また、触媒の熱劣化を抑制することもできる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、排気浄化手段の熱害を抑制しつつ再生効率を高めて再生処理に伴う燃費悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１に示す内燃機関１は、ディーゼルエンジンである。内燃機関１には排気通路２が接続されており、内燃機関１からの排気が排気通路２を流れる。この排気通路２は、下流にて大気へと通じており、排気通路２の途中には、排気浄化手段３が備えられている。
【００３３】
この排気浄化手段３は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が煤等のＰＭを捕集するフィルタに担持されたものである。また、排気浄化手段３は、ＮＯｘ触媒とフィルタが直列に並んだものであってもよい。
【００３４】
また、排気通路２における排気浄化手段３の上流側には、排気通路２内を流通する排気中に還元剤たる燃料を添加する還元剤添加弁４が取り付けられている。
【００３５】
以上述べたように構成された内燃機関１には、当該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０が併設されている。このＥＣＵ１
０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路であり、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ユニットである。
【００３６】
ＥＣＵ１０には、排気温度センサ（図示省略）、クランクポジションセンサ（図示省略）、アクセルポジションセンサ（図示省略）、エアフローメータ（図示省略）などといった各種センサが電気配線を介して接続され、各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００３７】
一方、ＥＣＵ１０には、還元剤添加弁４、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。
【００３８】
ここで、排気浄化手段３のフィルタにＰＭが過度に堆積すると、フィルタが目詰まりを起こし、排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関１の出力低下を生じさせる。そのため、フィルタに堆積したＰＭを除去するフィルタの再生処理を実行することが必要であり、ＥＣＵ１０は、ＰＭ酸化除去処理を実行する。
【００３９】
ＰＭ酸化除去処理は、フィルタのＰＭ酸化除去処理実行条件が成立したときに、フィルタに堆積したＰＭを除去すべく、ＥＣＵ１０が実行するものである。ＰＭ酸化除去処理実行条件としては、フィルタに堆積したＰＭ量が、所定量以上であるという条件を例示することができる。当該所定量は、ＰＭがフィルタに堆積していることによりフィルタの目詰
まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう限界量よりもやや低めに設定される量である。
【００４０】
そして、ＰＭ酸化除去処理実行条件が成立としていると判別された場合には、ＥＣＵ１０は、フィルタの温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで昇温させる昇温処理を実行するとともに、フィルタへ流入する排気を酸素過剰な雰囲気とする。
【００４１】
昇温処理は、還元剤添加弁４から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分を排気浄化手段３のＮＯｘ触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタの温度を高める処理である。
【００４２】
酸素過剰な雰囲気にする空燃比処理は、フィルタに流入する排気の空燃比がリーン空燃比となるように、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料量又は還元剤添加弁４から排気中へ添加される燃料量を調整する制御である。
【００４３】
そして、このようなＰＭ酸化除去処理が実行されると、フィルタに堆積したＰＭが酸化され、フィルタからＰＭが除去されることになる。
【００４４】
ところで、フィルタの温度は、ＰＭの酸化反応による発熱、排気あるいは周囲に奪われる熱などにより、その温度が決まる。また、ＰＭの酸化反応により発生した熱は下流に伝わる。
【００４５】
それゆえ、図２（ａ）のラインＡに示すように、フィルタの排気流れ方向の上流側部位から下流側部位にかけて均一にＰＭが堆積している場合に、図２（ｃ）の添加パターンＡに示すように、所望量の還元剤量を、還元剤添加弁４の添加インターバルを一定、かつ添加量（弁の開弁期間）を一定、つまり所望量の還元剤量を均一に分割して添加すると、フィルタの温度分布が、図２（ｂ）のラインＡに示すように、上流側部位から下流側部位にかけて徐々に温度が高くなる。
【００４６】
一方、図２（ａ）のラインＢに示すように、フィルタの排気流れ方向の上流側部位から下流側部位にかけて徐々に堆積量が減少している場合に、添加パターンＡのように、所望量の還元剤量を均一に分割して添加すると、上流側部位から下流側部位にかけて堆積量が減少している分、図２（ｂ）のラインＢに示すように、温度上昇度合いがラインＡよりも小さくなる。
【００４７】
一方、図２（ａ）のラインＣに示すように、フィルタの排気流れ方向の上流側部位から中央部位にかけて徐々に堆積量が減少し、中央部位から下流側部位にかけて堆積量が略一定（例えば零）である場合に、添加パターンＡのように、所望量の還元剤量を均一に分割して添加すると、ＰＭが堆積している上流側部位においては温度上昇するが、中央部位から下流側部位にかけてはＰＭの酸化反応による発熱が小さいため温度一定となる。
【００４８】
以上のことより、フィルタの排気流れ方向の上流側部位から下流側部位にかけてＰＭがどれだけ堆積しているかにより温度上昇度合いが異なる。それゆえ、フィルタを排気流れ方向の上流側部位から下流側部位にかけて３つの部位（上流側部位、中央部位、下流側部位）に分割した場合に、各部位以降にどれだけのＰＭが堆積しているかにより当該部位の許容温度が定まる。つまり、各部位以降のＰＭ堆積総量と当該部位における許容温度の関係を示したのが図３であり、本図に示すように、各部位以降のＰＭ堆積総量が多くなるにしたがって当該部位における許容温度が低くなる。なお、フィルタに溶損などの不具合を生じさせないフィルタの限界の温度、つまり許容温度を７００℃としている。
【００４９】
フィルタに溶損などの不具合を生じさせない限界の温度、つまり許容温度を７００℃とすると、フィルタの排気流れ方向の上流側部位から下流側部位にかけて均一にＰＭが堆積している場合にフィルタの温度が最も高温となる下流側部位の温度を７００℃以下とする必要がある。一方、高温であるほどＰＭの酸化除去処理が促進されることを考慮すると、下流側部位の温度をできるかぎり高温にすることが好ましい。
【００５０】
例えば、図４（ａ）に示すように、上流側部位、中央部位、下流側部位それぞれに２（ｇ）のＰＭが堆積していると仮定すると、各部位以降のＰＭ堆積総量は図４（ｂ）に示すようになり、各部位における許容温度は図４（ｃ）に示すようになる。
【００５１】
また、例えば、図５（ａ）に示すように、上流側部位に１．５（ｇ）、中央部位に１．０（ｇ）、下流側部位に０．５（ｇ）のＰＭが堆積していると仮定すると、各部位以降のＰＭ堆積総量は図５（ｂ）に示すようになり、各部位における許容温度は図５（ｃ）に示すようになる。
【００５２】
なお、上流側部位、中央部位、下流側部位のＰＭ堆積量は、図６に示すような差圧センサの検出値と経験則に基づいて把握することができる。あるいは、内燃機関の負荷及び機関回転数の履歴によって推定することもできる。
【００５３】
また、最初はフィルタの各部位に均一に堆積していたとしても、ＰＭ酸化除去処理開始後のフィルタ内の温度分布などによって、部位毎の酸化除去量が異なるので、各部位におけるＰＭ堆積量が異なり、分布が生じる。それゆえ、フィルタに流入するＰＭ量をＰＭｉｎ、各部位ｘ（ｘ＝１〜３、上流側部位：ｘ＝１、中央部位：ｘ＝２、下流側部位：ｘ＝３）のＰＭ堆積量をＰＭｘ、酸化除去されたＰＭ量をＰＭｒｘ、フィルタの温度をＴｘ、今回値を（ｉ）、前回値を（ｉ−１）、単位時間当たりにフィルタを通過する排気量（排気流速）をＳＶとすると、今回のＰＭ堆積量は以下の式（１）のようになる。
ＰＭｘ（ｉ）＝ＰＭｘ（ｉ−１）＋ＰＭｉｎ／３−ＰＭｒｘ・・・（１）
ここで、ＰＭｒｘ＝ｆ（Ｔｘ、ＳＶ）である。かかる事項を考慮して各部位におけるＰＭ堆積量を算出することもできる。
【００５４】
一方、還元剤添加弁４から還元剤を添加する添加パターンによってフィルタの温度が異なる。また、フィルタの温度が高いと酸化除去反応が促進され、ＰＭの酸化反応による発熱量が多くなる。
【００５５】
例えば、図７（ｃ）のパターンＢに示すように、添加実行・停止を繰り返し、所望量の還元剤量を、パターンＡに対して添加密度を大きくした添加実行と、添加停止を繰り返すと、添加実行の間にＰＭの酸化反応により発熱するものの、添加停止期間に排気あるいは周囲により奪われる熱量が増える。
【００５６】
それゆえ、図７（ａ）のラインＢに示すように、フィルタの排気流れ方向の上流側部位から下流側部位にかけて徐々に堆積量が減少している場合には、図７（ｃ）のパターンＢのように添加することが好適である。これにより、図７（ｂ）のラインＢに示すように、上流側部位から中央部位にかけて温度が上昇し、中央部位から下流側部位にかけては温度一定となる温度分布となる。それゆえ、下流側部位においてもフィルタの温度が許容温度を超えないようにすることができるとともにＰＭを酸化除去すべき上流側部位及び中央部位においては最大限にフィルタの温度を高くすることができる。
【００５７】
また、例えば、図７（ｃ）のパターンＣに示すように、添加実行・停止を繰り返し、かつ添加実行期間及び停止期間をラインＢに比して長くすると、パターンＢに比して添加実行の間の発熱量が増えるものの、添加停止期間に排気あるいは周囲により奪われる熱量も
増える。
【００５８】
それゆえ、図７（ａ）のラインＣに示すように、フィルタの排気流れ方向の上流側部位から中央部位にかけて徐々に堆積量が減少し、中央部位から下流側部位にかけて堆積量が略一定（例えば零）である場合には、図７（ｃ）のパターンＣのように添加することが好適である。これにより、図７（ｂ）のラインＣに示すように、上流側部位において温度が上昇し、上流側部位から下流側部位にかけては温度が低下する温度分布となる。それゆえ、フィルタの温度が許容温度を超えないようにすることができるとともにＰＭを酸化除去すべき上流側部位においては最大限にフィルタの温度を高くすることができる。また、ＰＭが堆積していないために高温にする必要がない下流側部位においては低温とすることができるので、熱負荷を抑制することができる。
【００５９】
これらの例示のごとく、図８に示すように、還元剤添加弁４の開弁期間をａ、添加実行時における開弁開始の間隔をｂ、添加実行期間をｃ、添加実行開始から次回の添加実行開始までの期間（添加実行開始間隔）をｄとする場合に、ａ〜ｄの値に応じて以下の特性を有する。
【００６０】
例えば、ｃ及びｄを一定として、ａ／ｂ（添加密度）を変化させると、ａ／ｂが大きい方がフィルタ温度の振幅が大きくなる。ゆえに、ａ／ｂが大きい方が小さい場合よりもより上流側から昇温することができる。また、下流側はａ／ｂの変化による影響が小さい。
【００６１】
また、フィルタの下流側部位は熱容量で温度がなまされる。そのため、平均エネルギー＝単位時間あたりの添加量＝ｄ間の総添加量／ｄ期間となり、これを不変とし、また、ｂは還元剤添加弁４の所要充電時間等で最低期間が定まるので固定とし、かかる条件下では、許容温度が高いほど、ａを大きくしｃを小さくすることが好適である。
【００６２】
上述した事項を踏まえて添加パターンを決定する。それには以下の２つの方法がある。オフライン：シミュレーションモデルあるいは実験等の経験則に基づくマップを予め作成しておく。
オンライン：モデル自体をＥＣＵに実装し、運転状態を基に逐次計算させる。
これらの２つの方法の精度は同等だが、特性は排気流量等多くのパラメータによる影響を受けるので、（１）では予め作成しておくマップ数が膨大になる。それゆえ、（２）の方が好ましい。
【００６３】
例えば、上述した手法を用いてフィルタの各部位における許容温度を把握し、これを目標温度に設定する。そして、図９に示すマップを用いて、各部位におけるフィルタの温度が目標温度となる最大の添加密度を算出するなど、各部位における目標温度を満足できる添加パターンを上記（１）あるいは（２）の手法を用いて算出する。
【００６４】
以下、具体的に本実施例に係るＰＭ酸化除去処理制御の制御ルーチンについて図１０に示すフローチャートに沿って説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間毎、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ１０が実行するルーチンである。
【００６５】
本制御ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という場合もある。）１０１において、上述したＰＭ酸化除去処理実行条件が成立としているか否かを判別する。そして、肯定判定された場合は、Ｓ１０２へ進み、否定判定された場合は、本ルーチンの実行を終了する。
【００６６】
Ｓ１０２においては、上流側部位、中央部位、下流側部位の各部位におけるＰＭ堆積量を算出する。これは、上述した手法を用いて算出するものである。
【００６７】
その後Ｓ１０３へ進み、上流側部位、中央部位、下流側部位の各部位における許容温度を算出する。これは、Ｓ１０２にて算出したＰＭ堆積量を、図３に示したＰＭ堆積量と許容温度との相関関係を示すマップに代入することにより算出するものである。
【００６８】
その後Ｓ１０４へ進み、Ｓ１０３にて算出した許容温度を目標温度に設定し、各部位における温度が目標温度になるように、上述した手法に基づいて還元剤添加弁４による添加パターンを決定する。
【００６９】
その後Ｓ１０５へ進み、Ｓ１０４で決定した添加パターンとなるように還元剤添加弁４による還元剤添加を実行する。
【００７０】
このようにすることで、酸化除去効率を向上させることができるとともに、フィルタの温度が過剰に高くなることを防止することができる。
【実施例２】
【００７１】
フィルタの上流側部位から下流側部位にかけて均一にＰＭが堆積している状態から、ＰＭ酸化除去処理を実行すると、下流側部位の方が先に温度が高くなることから、下流側部位の方からより多くのＰＭが酸化除去され、ＰＭ堆積量が減少していく。
【００７２】
そして、ＰＭ堆積量が零になった場合には、図１１に示すように、当該部位の目標温度を、当該部位の許容温度よりも低めに設定する。例えば、下流側部位が先にＰＭ堆積量が零になったら、実施例１では目標温度は許容温度である７００℃であるが、当該部位では温度確保の必要がないので、できる限り要求温度を下げる。これにより、中央部位まではきちんと酸化除去しつつ、下流側部位は温度を低くするので、無駄な熱負荷がかからず、フィルタの性能を維持することができる。また、何らかの理由で、上流側部位でシステムクライテリアを超える温度上昇が起きたとしても、下流側部位は元々目標温度が低いので、上流の熱が伝わってきても、許容温度を超えるほどの温度上昇とならないようにすることができる。これにより、フィルタの品質を維持することができる。
【００７３】
かかる場合の添加パターンとしては、例えば、図７（ｃ）のパターンＣのように添加密度を大きくした添加実行と添加停止を繰り返し、かつ添加停止期間をパターンＣに比して長くすることを例示することができる。これにより、パターンＣよりも、添加停止期間に排気あるいは周囲により奪われる熱量が増えるので、上流側部位の温度を高く保ちつつ、下流側部位の温度を低くすることができる。それゆえ、ＰＭ酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することができる。
【００７４】
以下、具体的に本実施例に係るＰＭ酸化除去処理制御の制御ルーチンについて図１２に示すフローチャートに沿って説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間毎、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ１０が実行するルーチンである。
【００７５】
本制御ルーチンは、実施例１に係るＰＭ酸化除去処理制御の制御ルーチンに対して、Ｓ２０６が追加されたものであり、その他Ｓ２０１〜Ｓ２０５はそれぞれＳ１０１〜Ｓ１０５と同じである。
【００７６】
Ｓ２０６においては、ＰＭが堆積している部位のみ、目標温度をＳ２０３にて算出した
許容温度に設定し、堆積ＰＭ量が略零と算出された場合にはその部位の目標温度を設定しないようにする。そして、Ｓ２０４においては、Ｓ２０６にて設定された目標温度に基づいて添加パターンを決定する。その際、ＰＭ酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することができるとともに堆積したＰＭを最大限に酸化除去できる添加パターンが選択される。
【００７７】
このようにすることで、堆積ＰＭ量が零である部位では温度が低下されるので、ＰＭ酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することができるとともにフィルタの熱負荷を抑制することができる。一方、ＰＭが堆積している部位では最大限に温度が高められるので酸化除去効率を向上させることができる。
【実施例３】
【００７８】
排気浄化手段３のＮＯｘ触媒は、ＮＯｘと同様のメカニズムによって排気中のＳＯｘを捕集するため、ＳＯｘの捕集量が増加すると、それに応じてＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕集能力が低減する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【００７９】
そして、このようにＮＯｘ触媒にＳＯｘ被毒が生じると、ＮＯｘ捕集能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。したがって、ＮＯｘ触媒に捕集されたＳＯｘを放出及び還元させてＮＯｘ触媒を再生する、ＳＯｘ被毒解消処理を実行する。
【００８０】
このＳＯｘ被毒解消処理では、ＥＣＵ１０は、先ずＮＯｘ触媒の床温を約６００℃に高める触媒昇温処理を実行した上で、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下とするようにする。
【００８１】
具体的に、本実施例の触媒昇温処理では、ＮＯｘ触媒の温度を早期に上昇させる手段として、内燃機関１の圧縮行程上死点近傍での通常の主燃料噴射に加えて、排気行程中もしくは膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行うことが有効である。
【００８２】
また、上述の副噴射の代わりにあるいは副噴射とともに、還元剤添加弁４から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をＮＯｘ触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯｘ触媒の床温を高めるようにしてもよい。
【００８３】
そして、このような触媒昇温処理によりＮＯｘ触媒の床温が約６００℃まで上昇したら、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比以下とすべく還元剤添加弁４から還元剤たる燃料を添加させる還元剤添加制御を実行する。
【００８４】
そして、還元剤添加弁４から還元剤が添加されると、還元剤添加弁４から添加された還元剤は、気筒から排出された排気と混ざり合って理論空燃比以下の混合気を形成してＮＯｘ触媒に流入し、ＮＯｘ触媒に捕集されたＳＯｘが放出・還元されることになる。
【００８５】
このようなＳＯｘ被毒解消処理を実行するにあたっては、還元剤を添加することになるが、この還元剤添加の態様を制御しないとＳＯｘが還元される際の反応熱によりＮＯｘ触媒の温度が過剰に上昇し、ＮＯｘ触媒に熱劣化あるいはＮＯｘ触媒に担持されたフィルタに溶損などの不具合が生じるおそれがある。そのため、還元剤添加弁４から添加する還元剤量を適切な量にすることが重要となる。
【００８６】
そして、ＳＯｘ被毒解消処理においても、実施例１あるいは実施例２と同様の手法を用いて還元剤添加弁４から添加する還元剤添加パターンを決定する。
【００８７】
つまり、ＮＯｘ触媒の各部位におけるＳＯｘ捕集量を把握し、当該ＳＯｘ捕集量に基づいてＮＯｘ触媒の各部位における許容温度を算出する。
【００８８】
そして、捕集量が零ではない場合には、許容温度を目標温度に設定して、当該目標温度に応じて還元剤添加パターンを決定する。他方、ある部位における捕集量が零である場合には、当該部位の目標温度は設定せずに、他の部位における目標温度のみに応じて還元剤添加パターンを決定する。
【００８９】
これにより、添加パターンを適切に決定することができるので、ＳＯｘ被毒解消処理実行中に、ＮＯｘ触媒およびフィルタの温度が上昇することに起因して不具合が生じることを防止することができる。また、ＳＯｘ被毒解消処理実行中にはＮＯｘ触媒の温度ができる限り高温にされるのでＳＯｘ被毒解消処理効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】ＰＭ堆積量、フィルタ温度、添加パターンの関係を示す図である。
【図３】ＰＭ堆積総量とフィルタの許容温度の相関関係を示す図である。
【図４】フィルタの各部位におけるＰＭ堆積量とフィルタの許容温度の相関関係の第１例を示す図である。
【図５】フィルタの各部位におけるＰＭ堆積量とフィルタの許容温度の相関関係の第２例を示す図である。
【図６】フィルタの各部位におけるＰＭ堆積量を検出する差圧センサの概略構成を示す図である。
【図７】ＰＭ堆積量、フィルタ温度、添加パターンの関係を示す図である。
【図８】添加パターンを模式的に示す図である。
【図９】フィルタの各部位におけるフィルタの許容温度と添加密度の相関関係を示す図である。
【図１０】実施例１に係るＰＭ酸化除去処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】実施例２に係るフィルタの各部位における目標温度を模式的に示す図である。
【図１２】実施例２に係るＰＭ酸化除去処理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】
【００９１】
１  内燃機関
２  排気通路
３  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
４  還元剤添加弁
１０  ＥＣＵ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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