(57)【要約】【課題】ＤＰＦとＤＯＣを備える排気浄化部の床温を高温化する制御の実行中に、白煙が大気に放出されるのを良好に抑制する。【解決手段】排気浄化部１８の上流を流れ、ディーゼルエンジン１０の排気に由来するＳＯ３濃度（エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度）と、制約（上限ＳＯ３濃度）との比較に基づき、リファレンスガバナアルゴリズムで使用する予測モデルを、脱離モデルと吸着モデルとの間で切り替える。エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が上限ＳＯ３濃度を超えているような場合は、排気浄化部１８の上流において既にＳＯ３から白煙が発生し得る状態となっている。このような場合、吸着モデルに従ってＤＰＦ１６の目標床温を予測すれば、排気浄化部１８の床温を下降させて排気浄化部１８に流入したＳＯｘを吸着させることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、微粒子除去装置と酸化触媒を備える排気浄化部と、
前記排気通路において前記排気浄化部よりも上流側に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁からの燃料によって前記排気浄化部からＳＯ３が脱離可能な温度まで前記排気浄化部の床温を高温化する制御の実行中における前記床温の目標値を設定する設定手段と、を備え、
前記設定手段は、
前記目標値の複数の候補と予測モデルに基づいて前記排気浄化部の下流を流れる排気中のＳＯ３濃度の将来値を予測し、予測した前記将来値に対応する前記目標値の候補であって、前記排気浄化部の下流を流れる排気中のＳＯ３濃度に関する制約を充足する候補に基づいて前記目標値を修正する目標値修正手段を備え、
前記予測モデルは、前記床温の上昇中に前記排気浄化部から脱離するＳＯ３量と床温の関係に基づいて構築した脱離モデルと、上昇中の前記床温を一転して下降させた場合に前記排気浄化部に吸着するＳＯ３量と床温の関係に基づいて構築した吸着モデルとを備え、
前記目標値修正手段は、前記排気浄化部に流入する排気中のＳＯ３濃度が前記制約以下の場合には前記脱離モデルに基づいて前記将来値を予測し、前記排気浄化部に流入する排気中のＳＯ３濃度が前記制約を超える場合には前記吸着モデルに基づいて前記将来値を予測することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）とディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）を備える排気浄化部の高温化によって硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させる昇温制御を行う内燃機関の制御装置が開示されている。燃料や潤滑油には一般的に硫黄が含まれており、この燃料の燃焼に伴い硫黄からＳＯｘが生成し、排気浄化部に吸着することでＤＰＦの微粒子成分捕集機能やＤＯＣの触媒機能が低下する。この点、特許文献１では、排気浄化部に吸着したＳＯｘ量が放出要求量を超えた場合に昇温制御を行うので、排気浄化部の上記機能を回復させることができる。
【０００３】
また、特許文献１では、排気浄化部から単位時間当たりに放出されるＳＯｘ量が６００℃付近を境に大きく増加することに着目し、昇温制御の実行中の排気浄化部の床温を５００℃〜５５０℃に維持している。排気浄化部の床温をこのような温度範囲に維持することで、昇温制御中に放出させたＳＯｘから白煙が発生するのを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０２９０３８号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５１３５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６５８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の昇温制御では、依然として白煙が発生する可能性がある。というのも、白煙が発生するのは、ＳＯｘのうちのＳＯ３と、Ｈ２Ｏとの反応により生成するＨ２ＳＯ４の濃度が高くなるためであり、このＳＯ３はそもそも燃料の燃焼に伴い生じたものである。つまり、当該昇温制御中は、ディーゼルエンジンから排出されるＳＯ３と、排気浄化部から放出されるＳＯ３の両方がＨ２Ｏと反応できるので、排気浄化部よりも下流においてＨ２ＳＯ４の濃度が高くなり、白煙として大気に放出されてしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、ＤＰＦとＤＯＣを備える排気浄化部の床温を高温化する制御の実行中に、白煙が大気に放出されるのを良好に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、微粒子除去装置と酸化触媒を備える排気浄化部と、
前記排気通路において前記排気浄化部よりも上流側に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁からの燃料によって前記排気浄化部からＳＯ３が脱離可能な温度まで前記排気浄化部の床温を高温化する制御の実行中における前記床温の目標値を設定する設定手段と、を備え、
前記設定手段は、
前記目標値の複数の候補と予測モデルに基づいて前記排気浄化部の下流を流れる排気中のＳＯ３濃度の将来値を予測し、予測した前記将来値に対応する前記目標値の候補であって、前記排気浄化部の下流を流れる排気中のＳＯ３濃度に関する制約を充足する候補に基づいて前記目標値を修正する目標値修正手段を備え、
前記予測モデルは、前記床温の上昇中に前記排気浄化部から脱離するＳＯ３量と床温の関係に基づいて構築した脱離モデルと、上昇中の前記床温を一転して下降させた場合に前記排気浄化部に吸着するＳＯ３量と床温の関係に基づいて構築した吸着モデルとを備え、
前記目標値修正手段は、前記排気浄化部に流入する排気中のＳＯ３濃度が前記制約以下の場合には前記脱離モデルに基づいて前記将来値を予測し、前記排気浄化部に流入する排気中のＳＯ３濃度が前記制約を超える場合には前記吸着モデルに基づいて前記将来値を予測することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気浄化部に流入する排気中のＳＯ３濃度と、排気浄化部の下流を流れる排気中のＳＯ３濃度に関する制約との比較によって、予測モデルを脱離モデルと吸着モデルの間で切り替えることができる。従って、排気浄化部の床温を高温化する制御の実行中に、白煙が大気に放出されるのを良好に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態のシステム構成を示す概略図である。
【図２】リファレンスガバナアルゴリズムによるＤＰＦの目標床温の修正手法の概要を説明する図である。
【図３】排気中のＳＯ３濃度の将来予測値の算出手法を説明する図である。
【図４】脱離モデルのイメージ図である。
【図５】吸着モデルのイメージ図である。
【図６】実施の形態においてＥＣＵ４０により実行されるリファレンスガバナアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。
【図７】ディーゼルエンジンから排出されるＳＯｘ濃度と、燃料中の硫黄濃度と、空燃比との関係を示す図である。
【図８】ＤＯＣでのＳＯ２からＳＯ３への変換比率と、ＤＯＣの床温との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態のシステム構成を示す概略図である。図１に示すシステムは、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０を備えている。ディーゼルエンジン１０の排気通路１２にはＤＯＣ１４とＤＰＦ１６を備える排気浄化部１８が設けられ、排気ポート２０には燃料添加弁２２が設けられている。ＤＯＣ１４は、排気中に含まれるＨＣやＣＯを酸化してＨ２ＯやＣＯ２に変換する触媒である。ＤＰＦ１６は、排気中に含まれる微粒子（ＰＭ）を捕集するフィルタである。燃料添加弁２２は、排気浄化部１８よりも上流に燃料を添加するように構成されている。
【００１１】
また、図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、吸入空気量Ｇａを検出するエアフローメータ２４、排気通路１２に設けられたＡ／Ｆセンサ２６、燃料中の硫黄濃度Ｃｓを検出可能な燃料性状センサ２８、ＤＯＣの床温Ｔｄｏｃを検出可能な温度センサ３０が少なくとも含まれている。ＥＣＵ４０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従ってアクチュエータを操作する。ＥＣＵ４０によって操作されるアクチュエータには、少なくとも燃料添加弁２２が含まれている。
【００１２】
また、図示は省略するが、ＥＣＵ４０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。ＥＣＵ４０のＲＯＭには、後述するアルゴリズム（ＤＰＦ１６で捕捉したＰＭ量を推定するためのアルゴリズム、ディーゼルエンジン１０から排出されるＳＯ３量を推定するためのアルゴリズム、リファレンスガバナアルゴリズム等）のプログラム、図７や図８で説明する関係に基づき作成された各種マップ等が格納されている。
【００１３】
［ＰＭ再生制御］
本実施の形態では、ＥＣＵ４０によるエンジン制御として、ＤＰＦ１６が捕集したＰＭを除去してＤＰＦ１６を再生する制御（以下「ＰＭ再生制御」と称す。）が行われる。ＰＭ再生制御は、ＤＰＦ１６が捕集したＰＭ量の推定値が所定値以上になった場合に、燃料添加弁２２から燃料を繰り返し添加するものである。燃料を繰り返し添加することでＤＰＦ１６の床温を３００℃〜７００℃に上昇させ、これによりＰＭを燃焼除去する。
【００１４】
［実施の形態の特徴］
上述したように、ディーゼルエンジンの燃料や潤滑油には一般的に硫黄が含まれており、この燃料の燃焼に伴い硫黄からＳＯｘが生成する。本実施の形態のディーゼルエンジン１０も同様であり、生成したＳＯｘは、排気通路１２を流れて排気浄化部１８に吸着する。但し、排気浄化部１８の床温が高くなると、これらに吸着したＳＯｘが脱離し始める。ここで、ＰＭ再生制御を行うような温度域においては、排気浄化部１８の床温が高温化するので、ＤＯＣ１４やＤＰＦ１６からＳＯｘがＳＯ３として放出される。ＳＯ３が放出されると、排気通路１２に存在するＨ２Ｏと反応してＨ２ＳＯ４が生成する。
【００１５】
Ｈ２ＳＯ４が生成した場合において、このＨ２ＳＯ４の濃度が高いと、白煙（サルフェート白煙）となって大気中に排出されることになる。そこで、本実施の形態では、ＰＭ再生制御中、排気浄化部１８の下流を流れる排気中の総ＳＯ３濃度を制約以下に維持するように、リファレンスガバナによってＰＭ再生制御中のＤＰＦ１６の目標床温を修正している。リファレンスガバナは、制御対象の状態量に関する制約を充足しつつ、制御対象の制御量の出力値を目標値に追従させることができる有効な手段の１つである。
【００１６】
図２は、リファレンスガバナアルゴリズムによるＤＰＦの目標床温の修正手法の概要を説明する図である。このアルゴリズムでは、先ず、修正前のＤＰＦの目標床温の候補と予測モデルに基づいて、排気中のＳＯ３濃度の将来予測値が算出される。排気中のＳＯ３濃度の将来予測値は、具体的に、修正前のＤＰＦの目標床温の候補と、現在の排気流量とを図３に示す予測モデルに少なくとも入力することで算出される。
【００１７】
将来予測値が算出されたら、この将来予測値に対して制約抵触度が計算される。将来予測値と制約抵触度の計算は有限回繰り返され、修正後のＤＰＦの目標床温が決定される。修正後のＤＰＦの目標床温の決定手法は、具体的に次の通りである。すなわち、繰り返し中に算出された将来予測値であって、制約抵触度の最も小さい将来予測値を出力した際に予測モデルに入力した修正前のＤＰＦの目標床温の候補を特定する。そして、特定した目標床温の候補とオリジナルの目標床温の内のより低い方を、修正後のＤＰＦの目標床温として決定する。
【００１８】
図２で説明したリファレンスガバナアルゴリズムは、本実施形態においても同様に適用される。但し、本実施の形態では、排気浄化部１８の上流を流れ、ディーゼルエンジン１０の排気に由来するＳＯ３濃度（以下「エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度」と称す。）と、制約（具体的には、Ｈ２ＳＯ４の白煙化を抑制できるＳＯ３濃度の上限値をいう。以下「上限ＳＯ３濃度」ともいう。）との比較に基づき、リファレンスガバナアルゴリズムで使用する予測モデル（つまり、図３に示した予測モデル）を、脱離モデルと吸着モデルとの間で切り替える。
【００１９】
脱離モデルは、排気浄化部１８の床温を上昇させた場合に、排気浄化部１８から脱離するＳＯ３量と床温の関係に基づいて構築したモデルである。図４は脱離モデルのイメージを示している。図４に示す脱離モデルは、床温の上昇中に現在床温よりも低温側（左側）のＳＯ３が脱離し、その一方で現在床温よりも高温側（右側）のＳＯ３は脱離しないことを前提としている。この脱離モデルは、ＰＭ再生制御の際にＤＰＦ１６の目標床温を現在床温よりも高温側の値に設定すると、ＤＯＣ１４やＤＰＦ１６の床温、すなわち、排気浄化部１８の床温が上昇して図４の現在床温よりも高温側に移動した結果、この高温側の棒グラフの面積に相当する量のＳＯ３が排気浄化部１８から脱離することを表している。
【００２０】
吸着モデルは、上昇中の床温を一転して下降させた場合に、排気浄化部１８に吸着するＳＯ３量と床温の関係に基づいて構築したモデルである。図５は吸着モデルのイメージを示している。図５に示す吸着モデルは、上昇中の床温を一転して下降させた場合に、現在床温よりも低温側（左側）でＳＯ３が吸着すること、および、下降直前までは床温を上昇させていたので、現在床温よりも低温側のＳＯ３は脱離済みであること、を前提としている。この吸着モデルは、ＰＭ再生制御の際にＤＰＦ１６の目標床温を現在床温よりも低温側の値に設定すると、ＤＯＣ１４やＤＰＦ１６の床温、すなわち、排気浄化部１８の床温が下降して図５の現在床温よりも低温側に移動した結果、この低温側の破線で示す棒グラフの面積に相当する量のＳＯ３が排気浄化部１８に吸着可能となることを表している。
【００２１】
上述の脱離モデルと吸着モデルは次のように切り替えられる。すなわち、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が上限ＳＯ３濃度以下の場合には脱離モデルに切り替えられ、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が上限ＳＯ３濃度を超える場合に吸着モデルに切り替えられる。ＰＭ再生制御の実行中であっても、ディーゼルエンジン１０からはＳＯｘが排出される。そのため、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が上限ＳＯ３濃度を超えているような場合は、排気浄化部１８の上流において既にＳＯ３から白煙が発生し得る状態となっており、この状態で更に排気浄化部１８の床温を上昇させれば、排気浄化部１８の下流を流れる排気中の総ＳＯ３濃度が高確率で上限ＳＯ３濃度を超えてしまい、その結果、排気浄化部１８の下流において白煙が発生してしまう。
【００２２】
この点、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が上限ＳＯ３濃度を超えている場合に、吸着モデルに従ってＤＰＦ１６の目標床温を予測すれば、排気浄化部１８の床温を下降させて排気浄化部１８に流入したＳＯｘを吸着させることができる。一方、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が上限ＳＯ３濃度以下の場合は、排気浄化部１８の上流において白煙が発生し得る状態ではないことから、脱離モデルに従ってＤＰＦ１６の目標床温を予測し、排気浄化部１８の床温を上昇させて排気浄化部１８からＳＯ３を脱離させることができる。このように、本実施の形態によれば、ＰＭ再生制御の実行中に、白煙が大気に放出されるのを良好に抑制できる。
【００２３】
［具体的処理］
図６は、本実施の形態においてＥＣＵ４０により実行されるリファレンスガバナアルゴリズムを具体的に説明するためのフローチャートである。なお、このアルゴリズムは、ＤＰＦ１６で捕集したＰＭ量の推定値が所定値以上になった場合に開始されるものとする。
【００２４】
図６においては、先ず、ＤＰＦ１６の目標床温と反復回数カウンタが初期化される（ステップＳ１）。本ステップでは、具体的に、ＤＰＦ１６の目標床温が初期値（オリジナルの目標床温）に設定され、反復回数カウンタが０に設定される。
【００２５】
ステップＳ１に続いて、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が予測される（ステップＳ２）。本ステップでは、先ず、ディーゼルエンジン１０から排出されるＳＯｘ濃度が推定される。このＳＯｘ濃度は、ディーゼルエンジンから排出されるＳＯｘ濃度（エンジン出ガスＳＯｘ濃度）と、燃料中の硫黄濃度と、空燃比との関係を定めた図７のマップに、Ａ／Ｆセンサ２６のセンサ値から算出した空燃比と、燃料性状センサ２８のセンサ値から算出した硫黄濃度Ｃｓを適用することで推定される。続いて、ＤＯＣでのＳＯ２からＳＯ３への変換比率と、ＤＯＣの床温との関係を定めた図８のマップに、温度センサ３０のセンサ値から算出した床温Ｔｄｏｃを適用することで、当該変換比率を求める。そして、推定したＳＯｘ濃度と求めた変換比率とを下記式（１）に代入し、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度を算出する。
エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度＝推定ＳＯｘ濃度×変換比率  ・・・（１）
なお、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度は、ＳＯｘセンサを排気通路１２に設けることで直接的に検出してもよい。また、空燃比は、エアフローメータ２４で検出した吸入空気量Ｇａと、燃料噴射弁（図示しない）から噴射した燃料量とに基づいて計算してもよい。
【００２６】
ステップＳ２に続いて、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度の制約判定が行われる（ステップＳ３）。本ステップでは、具体的に、ステップＳ２で算出したエンジン出ガス由来ＳＯ３濃度と、上限ＳＯ３濃度とが比較される。この比較の結果、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が上限ＳＯ３濃度以下の場合は、脱離モデルが予測モデルとして選択される（ステップＳ４）。一方、エンジン出ガス由来ＳＯ３濃度が上限ＳＯ３濃度を超える場合は、吸着モデルが予測モデルとして選択される（ステップＳ５）。
【００２７】
ステップＳ４，Ｓ５に続いて、排気浄化部１８の下流における総ＳＯ３濃度が算出される（ステップＳ６）。本ステップでは、具体的に、ステップＳ３〜Ｓ５の処理により選択した予測モデルに、修正前のＤＰＦ１６の目標床温（１回目はオリジナルの目標床温、２回目以降はステップＳ１０で設定した目標床温）と現在の排気流量とが入力され、排気浄化部１８に由来するＳＯ３濃度が算出される。そして、算出したこのＳＯ３濃度と、ステップＳ２で予測したエンジン出ガス由来ＳＯ３濃度との収支から、排気浄化部１８の下流における総ＳＯ３濃度が算出される。なお、排気流量は、エアフローメータ２４で検出した吸入空気量Ｇａに基づいて算出される。
【００２８】
ステップＳ６に続いて、状態量の制約抵触度が計算される（ステップＳ７）。本ステップでは、具体的に、ステップＳ６で算出した総ＳＯ３濃度と、上限ＳＯ３濃度との差に基づいて計算される。計算された制約抵触度は、ＥＣＵ４０のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００２９】
ステップＳ７に続いて、ＤＰＦ１６の目標床温が更新される（ステップＳ８）。本ステップでは、具体的に、二分探索法によって、ステップＳ７で計算した制約抵触度がより小さくなる方向に目標床温を移動させる。なお、脱離モデルを使用して目標床温を上昇させる間の二分探索法の探索範囲は、燃料添加弁２２が作動しない温度（例えば７００℃）を上限値とし、オリジナルの目標床温に相当する温度を下限値とする。また、吸着モデルを使用して目標床温を下降させる間の二分探索法の探索範囲は、オリジナルの目標床温に相当する温度を上限値とし、下限値を燃料添加弁２２が作動しない温度（例えば３００℃）を下限値とする。
【００３０】
ステップＳ８に続いて、反復回数判定が行われる（ステップＳ９）。本ステップでは、具体的に、反復回数カウンタが設定回数以上となったか否かが判定される。反復回数カウンタが設定回数未満の場合は、ステップＳ８で更新されたＤＰＦ１６の目標床温が次回処理時の目標床温に設定され、反復回数カウンタがインクリメントされる（ステップＳ１０）。一方、反復回数カウンタが設定回数以上の場合は、ＤＰＦ１６の目標床温が出力される（ステップＳ１１）。本ステップでは、具体的に、ＥＣＵ４０のＲＡＭに記憶されている制約抵触度の内の最も小さい制約抵触度に対応するＤＰＦ１６の目標床温が特定され、特定した目標床温と、オリジナルの目標床温の内のより低い方を、最終的なＤＰＦ１６の目標床温として決定する。
【００３１】
以上、図６に示したフローチャートによれば、脱離モデルと吸着モデルの切り替えによって、ＰＭ再生制御の実行中に、白煙が大気に放出されるのを良好に抑制できる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ４０が本発明の「設定手段」に相当する。
また、ＥＣＵ４０が図６のステップＳ２〜Ｓ１１の処理を実行することにより本発明の「目標値修正手段」が実現されている。
【００３３】
ところで、上記実施の形態では、ＰＭ再生制御中の予測モデルの切り替えを説明した。しかし、排気浄化部１８からＳＯ３が脱離可能な温度範囲に排気浄化部１８の床温を高温化する制御の実行中であれば、上記実施の形態と同様に予測モデルを切り替えて、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ディーゼルエンジン
１２  排気通路
１４  ＤＯＣ
１６  ＤＰＦ
１８  排気浄化部
２２  燃料添加弁
４０  ＥＣＵ
【図１】
2016176370.tif 000003
【図２】
2016176370.tif 000004
【図３】
2016176370.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016176370.tif 000009
【図８】
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