(57)【要約】【課題】シングルＤＰＦシステムにおけるＤＰＦ再生において排気昇温とＨＣ昇温とをともに用い、両方法を適切に切り替えることで、ＰＭのより迅速に燃焼させることにより燃費悪化の抑制を達成することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関への新気量とＤＰＦにおけるＰＭ堆積量とを座標軸とする平面上に境界線９０を設定し、新気量が多く、ＰＭ堆積量が小さい領域を排気昇温を選択する排気昇温領域９２とし、新気量が少なく、ＰＭ堆積量が多い領域をＨＣ昇温を選択するＨＣ昇温領域９１とし、これに従って排気昇温かＨＣ昇温かを選択する。さらに触媒が活性状態にない場合には、上記領域と関係なく排気昇温を選択する。【選択図】図９
2009036177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に、粒子状物質を捕集し、触媒が担持されたパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関において、排気温度の上昇を目的とした燃料噴射形態を第１の噴射形態とし、前記パティキュレートフィルタへの未燃炭化水素の供給を目的とした燃料噴射形態を第２の噴射形態として、
前記パティキュレートフィルタに担持された触媒が活性状態であるか非活性状態であるかを判定する触媒状態判定手段と、
前記パティキュレートフィルタを通過する排気量を検出する排気量検出手段と前記パティキュレートフィルタに堆積した前記粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段とのうちの少なくともいずれか一方と、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼するパティキュレートフィルタ再生時において、前記触媒状態判定手段による前記触媒が活性状態か非活性状態であるかの判定と、前記排気量検出手段により検出された排気量と前記堆積量推定手段により推定された粒子状物質の堆積量とのうちの少なくともいずれか一方とに応じて、前記パティキュレートフィルタを速やかに温度上昇させるように、前記内燃機関において前記第１の噴射形態と前記第２の噴射形態とのうちいずれかを選択する噴射形態選択手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
排気通路に、粒子状物質を捕集し、触媒が担持されたパティキュレートフィルタの上流側には酸化触媒を配置されていない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】
前記パティキュレートフィルタを通過する排気量を検出する排気量検出手段を備え、
前記噴射形態選択手段は、前記パティキュレートフィルタ再生時において、前記排気量検出手段により検出された排気量が第１の所定値よりも大きい場合は前記第１の噴射形態を選択し、前記排気量検出手段により検出された排気量が前記第１の所定値よりも小さい場合は前記第２の噴射形態を選択する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記パティキュレートフィルタに堆積した前記粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、
前記噴射形態選択手段は、前記パティキュレートフィルタ再生時において、前記堆積量推定手段により推定された堆積量が第２の所定値よりも大きい場合は前記第２の噴射形態を選択し、前記堆積量推定手段により推定された堆積量が前記第２の所定値よりも小さい場合は前記第１の噴射形態を選択する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記パティキュレートフィルタを通過する排気量を検出する排気量検出手段と、
前記パティキュレートフィルタに堆積した前記粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備え、
前記堆積量と前記排気量とを座標軸とする平面上に境界線が定められ、その境界線によって分割された前記平面の一方の側を第１の領域とし、前記平面の他方の側を第２の領域とし、
同一の前記排気量の値において、前記第１の領域における前記堆積量の値は前記第２の領域における前記堆積量の値より小さく、
同一の前記堆積量の値において、前記第１の領域における前記排気量の値は前記第２の領域における前記排気量の値より大きく、
前記噴射形態選択手段は、前記パティキュレートフィルタ再生時において、前記排気量検出手段により検出された排気量と前記堆積量推定手段により推定された堆積量とが前記第１の領域に属する場合は前記第１の噴射形態を選択し、前記排気量検出手段により検出された排気量と前記堆積量推定手段により推定された堆積量とが前記第２の領域に属する場合は前記第２の噴射形態を選択する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記噴射形態選択手段は、前記触媒状態判定手段によって前記触媒が非活性状態にあると判定された場合は前記第１の噴射形態を選択する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記パティキュレートフィルタの内部温度を取得する温度取得手段を備え、
前記触媒状態判定手段は、前記温度取得手段によって取得された前記パティキュレートフィルタの内部温度が第３の所定値より大きい場合は前記触媒を活性状態と判定し、前記温度取得手段によって取得された前記パティキュレートフィルタの内部温度が前記第３の所定値より小さい場合は前記触媒を非活性状態と判定する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記パティキュレートフィルタの出口温度を計測する排気温度センサを備え、
前記温度取得手段は、前記排気温度センサにより計測された前記パティキュレートフィルタの出口温度を前記パティキュレートフィルタの内部温度とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記内燃機関への吸気通路に吸気量を計測するエアフローメータを備え、
前記排気量検出手段は、前記エアフローメータによって計測された吸気量を前記パティキュレートフィルタを通過する排気量とみなす請求項１乃至８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記パティキュレートフィルタの入口側と出口側の排気圧の差である差圧を計測する差圧センサと、
前記差圧と前記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量との関係を示すマップとを備え、
前記堆積量推定手段は、前記差圧センサによって計測された差圧と、前記マップとから、前記パティキュレートフィルタに堆積された粒子状物質の堆積量の推定値を算出する請求項１乃至９のいずれか１項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。
【背景技術】
【０００２】
環境保護が重要とされる今日において、自動車等に搭載された内燃機関からの排気を浄化する技術は必須である。例えばディーゼルエンジンにおいては、排出されるパティキュレートマター（ＰＭ，粒子状物質）を排気から除去することが必要である。この目的のために通常、排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が装備される。
【０００３】
ＤＰＦの多くはいわゆるハニカム構造のフィルタであり、このフィルタによってエンジンから排出されたＰＭの大部分が捕集されて、排気浄化の目的が果たされる。しかしＤＰＦを使用する際には、ＤＰＦにＰＭがある程度捕集された毎に、捕集されたＰＭを燃焼することによりＤＰＦを再生しなければならない。ＰＭの燃焼のための代表的な手法として例えば、通常のメイン噴射後のタイミングにエンジン内に燃料を噴射するポスト噴射と呼ばれる手法があげられる。
【０００４】
ポスト噴射には、メイン噴射の後に複数回のポスト噴射を行う、いわゆるマルチポスト噴射と、１回のポスト噴射を行うシングルポスト噴射とがある。前者は、ポスト噴射により燃焼をつないで排気温度を上昇させて、この排気温度によりＤＰＦを昇温させてＰＭを燃焼する排気昇温に用いられる。また後者のポスト噴射は筒内では燃焼せず、未燃状態のまま排出された炭化水素（ＨＣ）がＤＰＦで触媒と反応して酸化することでＤＰＦを昇温させてＰＭを燃焼するＨＣ昇温で用いられる。両者における噴射弁リフトと熱発生率とが図１１に示されている。同図より（ａ）マルチポスト噴射ではポスト噴射の影響で熱が発生しており排気温度が上昇すること，（ｂ）シングルポスト噴射ではポスト噴射の影響で熱が発生しておらず燃料が未燃のまま排出されることがわかる。
【０００５】
例えば下記特許文献１には、排気昇温とＨＣ昇温とを併用した場合のオイル希釈を抑制し、これによりエンジンの耐久性向上やメインテナンスインターバルを延長化できる燃料噴射制御装置をが開示されている。この目的のために、エンジンの運転状態に応じて複数の気筒のうちで、ある気筒では排気昇温のためのポスト噴射を行い、別の気筒ではＨＣ昇温のためのポスト噴射をおこなうといったように、気筒ごとに噴射形態を異なるように制御している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＤＰＦにＰＭが堆積する場合に、ＤＰＦ前端面ではＰＭが触媒の上に層をなして堆積する場合が多い。その結果、ＤＰＦの再生において、ＤＰＦ前端面では触媒による酸化反応で昇温させてＰＭを燃焼させることが困難となる。したがってＤＰＦ前端面に堆積したＰＭの燃焼のためには、ＤＰＦに流入する排気自体の温度が高いことによる燃焼をおこなわなければならない。
【０００８】
その場合、ＤＰＦの上流側に触媒が担持されているシステムにおいては、同触媒との反応によって排気温度が上昇する可能性があるので、エンジン排出時の排気温度が高いことは必須条件とはならない。しかし、ＤＰＦの上流側に触媒が存在しないシングルＤＰＦシステムにおいては、ＤＰＦ前端面に堆積したＰＭの燃焼のためには、エンジン排出時の排気温度が高いことが必須となる。
【０００９】
ＨＣ昇温においては、筒内で燃焼されなかった未燃の炭化水素（ＨＣ）をＤＰＦに供給して、それが触媒と反応することで酸化、昇温するので、エンジン排出時の排気温度は一般に低い。一方、排気昇温ではマルチポスト噴射によって筒内で燃焼を起こして排気温度を上昇させるので、エンジン排出時の排気温度が高い。したがってこれを考慮して、従来のシングルＤＰＦシステムにおけるＤＰＦ再生では排気昇温を用いる場合が多かった。
【００１０】
しかし排気昇温においては、エンジンから排出された排気がＤＰＦへ達するまでの排気管を通る間に排気管を通じて放熱してしまう問題があった。そのため、その放熱分も考慮にいれることにより、ポスト噴射時により多くの燃料を噴射して十分なＤＰＦ流入排気温度を確保していた。こうした言わば余分な燃料消費は燃費の悪化につながる。
【００１１】
一方、ＨＣ昇温においては、ＤＰＦ前端面におけるＰＭの燃焼は排気昇温に劣るものの、ＤＰＦ全体の温度上昇に関しては排気昇温よりも速いとの特性を有する。ＤＰＦ再生には燃料が消費されるのであるから、昇温が早くてＤＰＦ再生が早く終了できるＨＣ昇温では、燃費の悪化が抑制できる。従来、排気昇温のみを採用した場合には、こうしたＨＣ昇温のもつ長所が利用できていなかった。
【００１２】
したがって、以上述べたような排気昇温とＨＣ昇温それぞれの長所、欠点を考慮してＤＰＦ再生制御をおこなうことにより、ＤＰＦ再生においてより迅速に昇温が行えてＤＰＦ再生での燃料消費を抑制することが達成できれば大きな利点となる。しかし上記特許文献１を含めた従来技術においては、シングルＤＰＦシステムに対して排気昇温とＨＣ昇温とを切り替えてより迅速なＤＰＦ再生を行うことは考慮されていない。
【００１３】
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、シングルＤＰＦシステムにおけるＤＰＦ再生に対して排気昇温とＨＣ昇温とをともに用い、両方法を適切に切り替えることで、ＰＭをより迅速に燃焼させることにより燃費悪化を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１４】
上記課題を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に、粒子状物質を捕集し、触媒が担持されたパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関において、排気温度の上昇を目的とした燃料噴射形態を第１の噴射形態とし、前記パティキュレートフィルタへの未燃炭化水素の供給を目的とした燃料噴射形態を第２の噴射形態として、前記パティキュレートフィルタに担持された触媒が活性状態であるか非活性状態であるかを判定する触媒状態判定手段と、前記パティキュレートフィルタを通過する排気量を検出する排気量検出手段と前記パティキュレートフィルタに堆積した前記粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段とのうちの少なくともいずれか一方と、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼するパティキュレートフィルタ再生時において、前記触媒状態判定手段による前記触媒が活性状態か非活性状態であるかの判定と、前記排気量検出手段により検出された排気量と前記堆積量推定手段により推定された粒子状物質の堆積量とのうちの少なくともいずれか一方とに応じて、前記パティキュレートフィルタを速やかに温度上昇させるように、前記内燃機関において前記第１の噴射形態と前記第２の噴射形態とのうちいずれかを選択する噴射形態選択手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
これにより本発明の内燃機関の排気浄化装置においては、触媒状態判定手段により触媒が活性状態か否かを判定し、排気量検出手段と堆積量推定手段とのいずれかにより排気量の検出と粒子状物質の堆積量の推定のどちらかが行われて、これらの情報に応じて、パティキュレートフィルタが速やかに昇温するように、噴射形態選択手段が排気昇温のための噴射形態とＨＣ昇温のための噴射形態を選択する。したがって、パティキュレートフィルタが速やかに昇温してパティキュレートフィルタの再生が迅速に行われるので、同再生のために使用される燃料の量を低減して、燃費の悪化を抑制できるとの効果を奏する。
【００１６】
また排気通路に、粒子状物質を捕集し、触媒が担持されたパティキュレートフィルタの上流側には酸化触媒を配置されていないとしてもよい。
【００１７】
これにより、パティキュレートフィルタの上流側には酸化触媒が配置されていないので、パティキュレートフィルタに流入する排気温度を酸化触媒の作用によって昇温することができない。したがって、本発明による触媒状態判定手段により触媒が活性状態か否かを判定し、排気量検出手段と堆積量推定手段とのいずれかにより排気量の検出と粒子状物質の堆積量の推定のどちらかが行われて、これらの情報に応じて、パティキュレートフィルタが速やかに昇温するように、噴射形態選択手段が排気昇温のための噴射形態とＨＣ昇温のための噴射形態を選択するとの手法がより有効となる。本発明の手法により、パティキュレートフィルタが速やかに昇温してパティキュレートフィルタの再生が迅速に行われるので、同再生のために使用される燃料の量を低減して、燃費の悪化を抑制できるとの効果を奏する。
【００１８】
また前記パティキュレートフィルタを通過する排気量を検出する排気量検出手段を備え、前記噴射形態選択手段は、前記パティキュレートフィルタ再生時において、前記排気量検出手段により検出された排気量が第１の所定値よりも大きい場合は前記第１の噴射形態を選択し、前記排気量検出手段により検出された排気量が前記第１の所定値よりも小さい場合は前記第２の噴射形態を選択するとしてもよい。
【００１９】
これにより排気量検出手段によりパティキュレートフィルタを通過する排気量を検出して、この値が第１の所定値より大きければ排気昇温を選択し、同所定値より小さい場合はＨＣ昇温を選択する。したがって、排気量が多くて内燃機関とパティキュレートフィルタとの間の排気管からの放熱で奪われる熱の割合が排気が有する熱量全体に比して小さいときは、パティキュレートフィルタの全端面も効果的に昇温できる排気昇温を選択する。そして排気量が少なくて上記排気管からの放熱の影響が大きいときは、内燃機関からの排出時の排気温度が低いＨＣ昇温を選択する。したがって排気昇温とＨＣ昇温とのそれぞれの特徴を生かして、迅速にパティキュレートフィルタを昇温して再生が行える。よってパティキュレートフィルタ再生による燃費悪化が抑制できる。
【００２０】
また、前記パティキュレートフィルタに堆積した前記粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、前記噴射形態選択手段は、前記パティキュレートフィルタ再生時において、前記堆積量推定手段により推定された堆積量が第２の所定値よりも大きい場合は前記第２の噴射形態を選択し、前記堆積量推定手段により推定された堆積量が前記第２の所定値よりも小さい場合は前記第１の噴射形態を選択するとしてもよい。
【００２１】
これにより、堆積量推定手段によりパティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定して、その値が第２の所定値よりも大きいときは噴射形態選択手段はＨＣ昇温を選択し、同所定値よりも小さいときは排気昇温を選択する。したがって堆積量が多いときには堆積した粒子状物質が全体的に速やかに燃える特性を利用して、パティキュレートフィルタ全体の速やかな昇温に適したＨＣ昇温を選択し、堆積量が小さい場合は、排気昇温を選択する。これにより堆積量が多い間は、堆積した多くの粒子状物質をＨＣ昇温によって一気に燃焼させ、燃焼が進行して堆積量が少なくなってきたら、ＨＣ昇温では燃え残る可能性があるフィルタ全端面に堆積した粒子状物質を排気昇温によって燃焼させるといった再生手順が採用できる。よってＨＣ昇温と排気昇温とのそれぞれの特性を生かして、迅速にパティキュレートフィルタの再生を行い燃費悪化を抑制できるとの効果を奏する。
【００２２】
さらに、前記パティキュレートフィルタを通過する排気量を検出する排気量検出手段と、前記パティキュレートフィルタに堆積した前記粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備え、前記堆積量と前記排気量とを座標軸とする平面上に境界線が定められ、その境界線によって分割された前記平面の一方の側を第１の領域とし、前記平面の他方の側を第２の領域とし、同一の前記排気量の値において、前記第１の領域における前記堆積量の値は前記第２の領域における前記堆積量の値より小さく、同一の前記堆積量の値において、前記第１の領域における前記排気量の値は前記第２の領域における前記排気量の値より大きく、前記噴射形態選択手段は、前記パティキュレートフィルタ再生時において、前記排気量検出手段により検出された排気量と前記堆積量推定手段により推定された堆積量とが前記第１の領域に属する場合は前記第１の噴射形態を選択し、前記排気量検出手段により検出された排気量と前記堆積量推定手段により推定された堆積量とが前記第２の領域に属する場合は前記第２の噴射形態を選択するとしてもよい。
【００２３】
これにより、堆積量と排気量とを座標軸とする平面上に境界線が定められ、それによって平面が第１の領域と第２の領域に分割され、第１の領域上では第２の領域上と比して新気量は多く堆積量は少なく、噴射形態選択手段は、計測された新気量と堆積量とが第１の領域に属したら第１の噴射形態を選択し、第２の領域に属したら第２の噴射形態を選択する。よって上述の、排気量が多くて内燃機関とパティキュレートフィルタとの間の排気管からの放熱で奪われる熱の割合が排気が有する熱量全体に比して小さいときは、パティキュレートフィルタの全端面も効果的に昇温できる排気昇温を選択するとの利点と、堆積量が多いときには堆積した粒子状物質が全体的に速やかに燃える特性を利用して、パティキュレートフィルタ全体の速やかな昇温に適したＨＣ昇温を選択するとの利点とを組み合わせて同時に達成することができる。したがって排気昇温とＨＣ昇温とのそれぞれの特徴を生かしたパティキュレートフィルタの再生により、迅速に粒子状物質の燃焼が行えて、燃費の悪化を抑制できるとの効果を奏する。
【００２４】
また前記噴射形態選択手段は、前記触媒状態判定手段によって前記触媒が非活性状態にあると判定された場合は前記第１の噴射形態を選択するとしてもよい。
【００２５】
これにより、触媒が活性状態にない場合は、他の条件に関係なく排気昇温を選択する。触媒が活性状態にない場合は触媒の作用でＨＣを酸化できないのでＨＣ昇温を選択することに意味がない。したがって触媒の活性状態に応じて、適切に排気昇温かＨＣ昇温かを選択するので、両手法の特性を生かして、パティキュレートフィルタ再生時に迅速に昇温でき、燃費悪化を抑制することができる。
【００２６】
前記パティキュレートフィルタの内部温度を取得する温度取得手段を備え、前記触媒状態判定手段は、前記温度取得手段によって取得された前記パティキュレートフィルタの内部温度が第３の所定値より大きい場合は前記触媒を活性状態と判定し、前記温度取得手段によって取得された前記パティキュレートフィルタの内部温度が前記第３の所定値より小さい場合は前記触媒を非活性状態と判定するとしてもよい。
【００２７】
これによりパティキュレートフィルタの内部温度を取得し、この値が第３の所定値よりも大きい場合は触媒が活性状態であり、同所定値より小さい場合は非活性状態であると判断するので、精度よく触媒が活性状態にあるか否かが判断できる。したがって精度よく推定された触媒状態の情報を用いて排気昇温とＨＣ昇温とを切り替えることにより、両手法の特性を生かして、パティキュレートフィルタ再生時に迅速に昇温でき、燃費悪化を抑制することができる。
【００２８】
また前記パティキュレートフィルタの出口温度を計測する排気温度センサを備え、前記温度取得手段は、前記排気温度センサにより計測された前記パティキュレートフィルタの出口温度を前記パティキュレートフィルタの内部温度としてもよい。また前記パティキュレートフィルタの入口温度を計測する排気温度センサと前記パティキュレートフィルタの出口温度を計測する排気温度センサと前記パティキュレートフィルタを通過する排気量を検出する排気量検出手段とを備え、前記パティキュレートフィルタの内部温度は、前記パティキュレートフィルタの入口温度と前記パティキュレートフィルタの出口温度と前記パティキュレートフィルタを通過する排気量とをもとに計算により求めてもよい。
【００２９】
これにより、パティキュレートフィルタの出口温度を取得し、この値をパティキュレートフィルタの内部温度とみなすので、この計測値を用いて、触媒が活性状態であるか否かを精度よく推定できる。特にフィルタ出口側の温度を計測することで、ＨＣの反応の結果が温度の計測値に表れるので、例えば入口温度を用いる場合よりもより精度よく触媒が活性状態であるか否かを判断できる。したがって精度よく推定された触媒状態の情報を用いて排気昇温とＨＣ昇温とを切り替えることにより、両手法の特性を生かして、パティキュレートフィルタ再生時に迅速に昇温でき、燃費悪化を抑制することができる。またパティキュレートフィルタの入口温度と出口温度とパティキュレートフィルタを通過する排気量とを計測し、パティキュレートフィルタの内部温度を、入口温度、出口温度、排気量から計算して求める場合にも、精度よく触媒が活性状態であるか否かを判断できる。したがって精度よく推定された触媒状態の情報を用いて排気昇温とＨＣ昇温とを切り替えることにより、両手法の特性を生かして、パティキュレートフィルタ再生時に迅速に昇温でき、燃費悪化を抑制することができる。
【００３０】
また、前記内燃機関への吸気通路に吸気量を計測するエアフローメータを備え、前記排気量検出手段は、前記エアフローメータによって計測された吸気量を前記パティキュレートフィルタを通過する排気量とみなすとしてもよい。
【００３１】
これにより、エアフローメータにより吸気量を計測して、この値をパティキュレートフィルタを通過する排気量とみなすので、パティキュレートフィルタを通過する排気量を精度よく求めることができる。したがって、この高精度の排気量数値を用いて、排気昇温かＨＣ昇温かの判断をおこなって、パティキュレートフィルタ再生で迅速な昇温を達成でき、燃費の悪化を抑制できる。
【００３２】
前記パティキュレートフィルタの入口側と出口側の排気圧の差である差圧を計測する差圧センサと、前記差圧と前記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量との関係を示すマップとを備え、前記堆積量推定手段は、前記差圧センサによって計測された差圧と、前記マップとから、前記パティキュレートフィルタに堆積された粒子状物質の堆積量の推定値を算出するとしてもよい。
【００３３】
これにより差圧センサによってパティキュレートフィルタの入口と出口との排気圧の差である差圧を計測して、この計測値とマップとを用いて同フィルタの粒子状物質の堆積量を推定するので、精度よく堆積量を推定できる。したがって、高精度な堆積量推定値を用いて排気昇温かＨＣ昇温かの判断をおこなって、パティキュレートフィルタ再生で迅速な昇温を達成でき、燃費の悪化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る排気浄化装置１の実施例１の概略図である。
【００３５】
排気浄化装置１は、４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成されているとする。エンジン２に吸気管３が接続されており、吸気管３からエンジン２に空気が供給される。またエンジン２に接続された排気管５へ排気が排出される。電子制御装置９（ＥＣＵ）によりエンジン２の燃料噴射を始めとする多様な制御が行われる。
【００３６】
排気管５の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ６（ＤＰＦ）が配置されている。このＤＰＦ６の上流には触媒が配置されていないので、これはシングルＤＰＦシステムである。ＤＰＦ６には酸化触媒が担持されており、いわゆる酸化触媒付きＤＰＦ（Ｃ―ＤＰＦ）である。ＤＰＦ６の出口側には排気温度センサ８が配置され、これによりこの位置における排気温度が計測される。またＤＰＦ６の入口側と出口側における排気圧の差である差圧を計測する差圧センサ７も装備されている。排気温度センサ８と差圧センサ７の計測値はＥＣＵ９へ送られる。
【００３７】
ＤＰＦ６は例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側を交互に目詰めした構造とする。エンジン２の運転中に排出される排気には粒子状物質（ＰＭ）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ６の上記構造のフィルタ壁を排気が通過するときに、このフィルタ壁の内部あるいは表面に捕集される。ＤＰＦ６に堆積したＰＭの堆積量が十分大きくなった度ごとに、堆積したＰＭを燃焼することによって除去し、ＤＰＦ６を再生しなければならない。本実施例では、ＤＰＦ６の再生のための方法として、排気昇温とＨＣ昇温とを用い、両者を切り替える。なお以下では排気昇温を選択するとは、図１１で示された意味での排気昇温のためのマルチポスト噴射を選択することと同義であり、ＨＣ昇温を選択するとは図１１で示された意味でのシングルポスト噴射を選択することと同義であるとする。
【００３８】
上述のとおり排気昇温は、エンジン２においてメイン噴射の後にマルチポスト噴射を行って筒内で燃焼させて排気温度を上げてＤＰＦ６へ送る手法である。高い温度の排気がＤＰＦ６に流入することにより、ＤＰＦ６に堆積したＰＭが燃焼する。またＨＣ昇温は、メイン噴射の後にシングルポスト噴射を行って筒内での燃焼はおこさずに、未燃のまま燃料を排出し、特に未燃ＨＣをＤＰＦ６へ送る手法である。ＤＰＦ６に送られた未燃ＨＣがＤＰＦ６に担持された触媒の作用で酸化してＤＰＦ６の温度を上げ、これによりＰＭが燃焼する。
【００３９】
本発明におけるＤＰＦ再生処理全体のフローチャートが図２に示されている。図２の処理手順をＥＣＵ９によって、ある周期のもとに周期的に行うとすればよい。
【００４０】
まずＤＰＦ再生処理においてはＳ１０でＤＰＦ再生フラグがオンであるかどうかを判断する。ＤＰＦ再生フラグは、それがオンの間ＤＰＦ再生を行うことを示す変数である。エンジン２の運転開始時は、ＤＰＦ再生フラグの初期値をオフと設定すればよい。ＤＰＦ再生フラグがオンの場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ２０へ進み、オフの場合（Ｓ１０：ＮＯ）はＳ３０へ進む。
【００４１】
手順Ｓ３０ではＤＰＦ再生を開始するかどうかをＥＣＵ９が判断する。この判断においては例えば、後述するＳ２１０、Ｓ２２０の手順と同様にＤＰＦ６の差圧を計測し、それを用いてＤＰＦ６におけるＰＭの堆積量を推定して、その推定値が所定の閾値を越えたらＰＭの堆積量が増えすぎたとしてＤＰＦ６の再生を行うと判断すればよい。ＥＣＵ９がＤＰＦ６の再生を実行すると判断した場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、Ｓ５０へ進む。再生が不要と判断した場合（Ｓ３０：ＮＯ）、この処理を終了する。
【００４２】
Ｓ２０に進む場合はＤＰＦ６の再生が既に開始されている状態である。Ｓ２０ではＤＰＦ再生を終了するかどうかが判断される。この判断においては例えば、Ｓ３０で述べたことと同様にＰＭ堆積量を推定して、この推定値が、十分にＰＭが燃焼したとみなせる値よりも小さくなったらＤＰＦ再生を終了すると判断すればよい。Ｓ２０でＤＰＦ再生を終了すると判断した場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ４０に進み、終了しないと判断した場合（Ｓ２０：ＮＯ）はＳ６０に進む。Ｓ４０ではＤＰＦ再生フラグをオフとして、この処理を終了する。Ｓ５０ではＤＰＦ再生フラグをオンとしてＳ６０に進む。
【００４３】
Ｓ６０でＤＰＦ再生方法を選択する。これが本発明の主要部分であり、後に図３，図４，図５に基づいて説明する。次にＳ７０で、Ｓ６０で選択された再生方法を用いて、ＤＰＦ再生を実行する。Ｓ６０における再生は例えば、ある所定時間（上で述べた周期の間）行うとすればよい。以上が図２のフローである。
【００４４】
次に、以下で本発明における上述の図２のＳ６０ＤＰＦ再生方法選択処理の実施例を３通り示す。まず実施例１におけるＳ６０の詳細を示すフローチャートは図３である。これを以下で説明する。以下の処理手順がＥＣＵ９によって指令されて順次実行される。なお実施例１においては差圧センサ７は装備されていなくてもよい。
【００４５】
まずＳ１１０で新気量が計測される。これはエアフローメータ４によって計測してＥＣＵ９へ計測値を送ればよい。この計測値は以下で説明するように昇温方法選択のために使用される。次にＳ１２０でＤＰＦ６の出口排気温度を計測する。これは排気温度センサ８によって計測し、ＥＣＵ９へ計測値を送ればよい。次にＳ１２０で計測した温度をもとに、Ｓ１３０でＤＰＦ６の内部温度を推定する。この手順は予め、実験などによりＥＣＵ９内にＤＰＦ出口温度からＤＰＦ内部温度を推定するマップなどを記憶させておき、これに基づいて推定すればよい。ここでのＤＰＦ温度は例えば、ＤＰＦ６内部の平均温度でよい。
【００４６】
次にＳ１４０で、Ｓ１３０で求めたＤＰＦ温度が予め定めた所定値以上かどうかをＥＣＵ９が判断する。図３ではこの所定値をＴ１で表記している。ＤＰＦ６の温度が所定値以上の場合（Ｓ１４０：ＹＥＳ）はＳ１５０に進み、所定値未満の場合（Ｓ１４０：ＮＯ）はＳ１７０に進む。手順Ｓ１４０の意味は後に説明される。
【００４７】
次にＳ１５０では、Ｓ１１０で求めた新気量が予め定めた所定値より小さいかどうかがＥＣＵ９によって判断される。図３ではこの所定値をＧ１で表記している。新気量が所定値より小さい場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）はＳ１６０に進み、所定値以上の場合（Ｓ１５０：ＮＯ）はＳ１７０へ進む。Ｓ１５０の意味は後に説明される。
【００４８】
Ｓ１６０ではＤＰＦ６の再生方法としてＨＣ昇温が選択される。そしてＳ１７０ではＤＰＦ６の再生方法として排気昇温が選択される。以上で実施例１におけるＤＰＦ再生方法選択処理が終了となる。
【００４９】
以下でＳ１４０，Ｓ１５０における判断処理の意味を説明する。実施例１では（そして以下で説明する実施例２，３においても）、ＤＰＦ６に担持された触媒が活性状態にあるか否かをＤＰＦ６の内部温度によって判断する。そして触媒が活性状態となるＤＰＦ６の温度の下限値をＴ１として予め設定しておく。ＨＣ昇温においては触媒の作用で昇温させるのだから、触媒が活性状態にない場合はＨＣ再生を選択することには意味がない。したがってＳ１４０で触媒が非活性状態だと判断された場合は、Ｓ１５０の判断は行わず、Ｓ１７０に進み排気昇温を選択する。Ｓ１４０で触媒が活性状態と判断された場合は、さらにＳ１５０に進み新気量による判断を行う。
【００５０】
実施例１では、エンジン２から排出されてＤＰＦ６へ流入する排気流量を新気量に置き換えている。排気昇温においては筒内で昇温した排気が排気管５を通ってＤＰＦ６へ流入する際に排気管５を通じて放熱してしまう問題があった。しかしＤＰＦ６へ流入する排気流量が大きい場合には、排気全体がもつ熱容量が大きいため、排気管５からの放熱の影響が相対的な意味で小さい。したがって排気流量が大きい場合には排気昇温を選択して、ＤＰＦ６の前端面も含めた部位でのＰＭの燃焼を効果的に行う。そして排気流量が小さい場合には、排気管５からの放熱の影響が大きいので排気昇温を選択せずＨＣ昇温を選択する。これがＳ１５０の意味である。
【００５１】
図６と図７に、以上のべた実施例１に係る本発明の手法の効果を実験によって実証するグラフが示されている。まず図６は横軸にＤＰＦ６の再生からの経過時間をとって、２通りの新気量に対しＤＰＦ６の前端面の温度の推移を示している。新気量が多い場合の方が前端面温度が速やかに上昇している。これは上で述べた新気量が多い場合には排気管からの放熱の影響が相対的に小さく迅速な昇温が達成できることを裏付けている。
【００５２】
さらに図７には排気昇温とＨＣ昇温とのそれぞれに対して、新気量に応じて、再生にかかるトータルの時間がどのように変化するかを計測したものが示されている。新気量が多い場合は排気昇温の方が再生時間が短くでき、新気量が小さい場合はＨＣ昇温の方が再生時間が短くできることが示されている。これらの実測結果により、上記実施例１のＳ１５０の正当性が立証されている。
【００５３】
次に実施例２を説明する。上の実施例１ではＨＣ昇温か排気昇温かの選択に触媒活性状態（ＤＰＦ温度）と排気流量（新気量）とが用いられたが、以下で説明する実施例２では触媒活性状態（ＤＰＦ温度）とＰＭ堆積量とが用いられる。
【００５４】
実施例２においても図１の装置構成と図２のフローチャートとが用いられる。ただし図２のＳ６０のより詳細な処理手順は図３ではなく図４のフローチャートに従って行われる。また実施例２では、図１においてエアフローメータ４は装備されていなくてもよい。
【００５５】
以下で図４を説明する。まずＥＣＵ９はＳ２１０でＤＰＦ差圧を計測する。これは差圧センサ７によって計測してＥＣＵ９に計測値を送ればよい。次にＳ２２０でＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量を推定する。この手順においては例えば、図１０のマップ８０に示されたＤＰＦ６の差圧とＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量との関係が用いられる。これを以下で説明する。
【００５６】
ＤＰＦ６においては、ＰＭ堆積量がゼロの状態（ＤＰＦ６が新品のとき、あるいはＤＰＦ６内のＰＭが完全に燃焼されたとき）は、初期点３０で示される。そしてエンジン２が運転されてＰＭが排出されることによりＰＭがＤＰＦ６に堆積されていくと、ＤＰＦ６の差圧とＰＭ堆積量とは直線３１（ＰＭ増加第１特性線）上を図示右上へ移動する。さらに途中からより傾きの小さい直線３２（ＰＭ増加第２特性線）上に移り、この直線３２上を図示右上へ移動する。
【００５７】
点３３においてＰＭの堆積量が過剰となりＰＭの燃焼が必要となったとする。このときＰＭの燃焼を開始することにより、ＤＰＦ６の差圧とＰＭ堆積量とは直線３４（ＰＭ低減第１特性線）上を図示左下へ向かって移動する。そして途中から直線３５（ＰＭ低減第２特性線）上へ移り、この直線上を左下へ移動し初期点３０へ戻る。Ｓ２２０では、この図１０のマップ８０と、Ｓ２１０で計測したＤＰＦ差圧と、その時点でＰＭ堆積中かＰＭ燃焼中であるかの情報とを用いてＰＭ堆積量の推定値を算出する。
【００５８】
続いてＳ２３０でＤＰＦ６の出口の排気温度を計測し、Ｓ２４０でＤＰＦ６の内部温度を推定する。このＳ２３０，Ｓ２４０の処理はそれぞれ上述のＳ１２０，Ｓ１３０と同じ処理を行えばよい。次にＳ２５０で、Ｓ２４０で求めたＤＰＦ温度が予め定めた所定値以上かどうかをＥＣＵ９が判断する。図４でもこの所定値をＴ１で表記している。ＤＰＦ６の温度が所定値以上の場合（Ｓ２５０：ＹＥＳ）はＳ２６０に進み、所定値未満の場合（Ｓ２５０：ＮＯ）はＳ２８０に進む。手順Ｓ２５０の意味は後に説明される。
【００５９】
次にＳ２６０では、Ｓ２２０で求めたＰＭ堆積量推定値が予め定めた所定値より小さいかどうかがＥＣＵ９によって判断される。図４ではこの所定値をＭ１で表記している。ＰＭ堆積量推定値が所定値以上の場合（Ｓ２６０：ＹＥＳ）はＳ２７０に進み、所定値未満の場合（Ｓ２６０：ＮＯ）はＳ２８０へ進む。Ｓ２６０の意味は後に説明される。
【００６０】
Ｓ２７０ではＤＰＦ６の再生方法としてＨＣ昇温が選択される。そしてＳ２８０ではＤＰＦ６の再生方法として排気昇温が選択される。以上で実施例２におけるＤＰＦ再生方法選択処理が終了となる。
【００６１】
以下でＳ２５０，Ｓ２６０における判断処理の意味を説明する。まずＳ２５０の判断処理の意味は、上述のＳ１４０と同じであり、ＤＰＦ６の温度が所定値より低く触媒が非活性状態の場合はＨＣ昇温を選択することに意味がないので、排気昇温を選択することである。
【００６２】
また、ＤＰＦ６におけるＰＭの堆積量が多い場合は、ＤＰＦ再生時に堆積した多くのＰＭがまとめて勢いよく燃焼する傾向がある。したがって、そのような場合にはＤＰＦ全体の昇温性能がよりすぐれたＨＣ昇温を選択する。これがＳ２６０の基本的な考え方である。したがって予め定めた所定値よりＰＭ堆積量が多い場合はＨＣ昇温を選択し、小さい場合は排気昇温を選択する。
【００６３】
図８に、排気昇温のみを用いた場合と、上記Ｓ２６０に従ってＨＣ昇温と排気昇温とを切り替えた場合の、再生開始からのＰＭ堆積量の時間的推移の実測結果の傾向が示されている。同図から容易に理解できるように、まず最初にＨＣ昇温によって一気にＰＭを燃焼し、その後排気昇温に切り替えてＤＰＦ６の前端面のＰＭを燃焼させることにより、排気昇温のみの場合と比較して、速やかな燃焼が達成され、ＤＰＦ６の再生が早く終了できる。この結果は上記実施例２の効果を立証するものである。
【００６４】
次に実施例３を説明する。実施例３では、実施例１，２の考え方を組み合わせて、ＨＣ昇温か排気昇温かの選択に、触媒活性状態（ＤＰＦ温度）と排気流量（新気量）とＰＭ堆積量との全てが用いられる。実施例３においても図１の装置構成と図２のフローチャートが用いられる。ただし図２のＳ６０のより詳細な処理手順は図５のフローチャートに従って行われる。以下で図５を説明する。
【００６５】
まずＳ３１０で新気量を計測する。これは上述のＳ１１０と同じ処理でよい。次にＳ３２０でＤＰＦ６の差圧を計測し、Ｓ３３０でＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量を推定するが、これらはそれぞれ上述のＳ２１０，Ｓ２２０と同じ処理を行えばよい。
【００６６】
さらにＳ３４０でＤＰＦ６の出口における排気温度を計測し、Ｓ３５０でＤＰＦ６の内部温度を推定するが、これらはそれぞれＳ１２０，Ｓ１３０、及びＳ２３０、Ｓ２４０と同じ処理を行えばよい。
【００６７】
次にＳ３６０で、Ｓ３５０で求めたＤＰＦ温度が予め定めた所定値以上かどうかをＥＣＵ９が判断する。図５でもこの所定値をＴ１で表記している。ＤＰＦ６の温度が所定値以上の場合（Ｓ３６０：ＹＥＳ）はＳ３７０に進み、所定値未満の場合（Ｓ３６０：ＮＯ）はＳ３９０に進む。手順Ｓ３６０の意味は後に説明される。
【００６８】
次にＳ３７０では、図９に示されたマップ７０が用いられる。このマップ７０は、新気量とＰＭ堆積量とを座標軸とする平面が、ＨＣ昇温を選択するＨＣ昇温領域９１と、排気昇温を選択する排気昇温領域９２とに分割されている。Ｓ３７０では、Ｓ３１０で求めた新気量とＳ３３０で求めたＰＭ堆積量推定値とからなる点が、図９においてＨＣ昇温領域９１にあるのか、排気昇温領域９２にあるのかが判断される。
【００６９】
ＨＣ昇温領域９１内にある場合（Ｓ３７０：ＹＥＳ）はＳ３８０に進み、排気昇温領域９２内の場合（Ｓ３７０：ＮＯ）はＳ３９０へ進む。Ｓ３７０の意味は後に説明される。Ｓ３８０ではＤＰＦ６の再生方法としてＨＣ昇温が選択される。そしてＳ３９０ではＤＰＦ６の再生方法として排気昇温が選択される。以上で実施例３におけるＤＰＦ再生方法選択処理が終了となる。
【００７０】
以下でＳ３６０，Ｓ３７０における判断処理の意味を説明する。まずＳ３６０の判断処理の意味は、上述のＳ１４０、Ｓ２５０と同じであり、ＤＰＦ６の温度が所定値より低く触媒が非活性状態の場合はＨＣ昇温を選択することに意味がないので、排気昇温を選択することである。
【００７１】
またＳ３７０の判断処理の意味は次のとおりである。図９における領域分割は、上述の実施例１のＳ１５０と実施例２のＳ２６０の考え方の組み合わせとなっている。再び述べれば、Ｓ１５０の考え方は、新気量が多い場合は排気昇温を選択し、少ない場合はＨＣ昇温を選択するというものであった。またＳ２６０の考え方は、ＰＭ堆積量が多い場合はＨＣ昇温を選択し、少ない場合は排気昇温を選択するというものであった。したがって、図９がこれらを組み合わせたものであることは容易に理解される。実際に実施する場合には境界線９０は実験、シミュレーション等によって適切な境界線を求めればよい。以上が実施例３である。
【００７２】
なお上ではＤＰＦ６の出口側に排気温度センサ８を配置し、これにより排気温度を計測した。しかし本発明はこの構成に限定されず、ＤＰＦ６の入口温度を計測する排気温度センサとＤＰＦ６の出口温度を計測する排気温度センサとを備えるとしてもよい。そしてエアフローメータ４の計測値をＤＰＦ６を通過する排気量とみなして、ＤＰＦ６の内部温度を、ＤＰＦ６の入口温度と出口温度とＤＰＦ６を通過する排気量とから、予め作成しておいたマップを用いて計算により求めてもよい。この場合、ＤＰＦ６の入口温度と出口温度との両方を用いることで精度よくＤＰＦ６の内部温度を取得することができる。
【００７３】
本発明においては、内燃機関は上記実施例のようにディーゼルエンジンでもよいが、例えばリーンバーンガソリンエンジンであってもよい。実施例のとおりディーゼルエンジンを用いた場合、ディーゼルエンジンにおいては排気浄化技術のより一層の高度化が急務であるので、本発明によってＤＰＦ６の再生制御で迅速な昇温を達成でき、燃費悪化を抑制できるとの効果を奏して好適である。
【００７４】
なお上記実施例においてＤＰＦ６がパティキュレートフィルタを構成する。排気昇温のためのマルチポスト噴射が第１の噴射形態を、ＨＣ昇温のためのシングルポスト噴射が第２の噴射形態を構成する。Ｓ１４０，Ｓ２５０，Ｓ３６０の手順が触媒状態判定手段を構成する。Ｓ１１０，Ｓ３１０の手順が排気量検出手段を構成する。Ｓ２２０，Ｓ３３０の手順が堆積量推定手段を構成する。
【００７５】
Ｓ１６０，Ｓ１７０、Ｓ２７０，Ｓ２８０，Ｓ３８０、Ｓ３９０の手順が噴射形態選択手段を構成する。排気昇温領域９２が第１の領域を構成する。ＨＣ昇温領域９１が第２の領域を構成する。排気温度センサ８が温度取得手段を構成する。マップ８０がマップを構成する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例における内燃機関の排気浄化装置の概要図。
【図２】ＤＰＦ再生処理のフローチャート。
【図３】実施例１におけるＤＰＦ再生方法選択処理のフローチャート。
【図４】実施例２におけるＤＰＦ再生方法選択処理のフローチャート。
【図５】実施例３におけるＤＰＦ再生方法選択処理のフローチャート。
【図６】ＤＰＦ再生時における経過時間とＤＰＦ前端面温度との関係を示す図。
【図７】新気量とＤＰＦ再生時間との関係を示す図。
【図８】ＤＰＦ再生時における経過時間とＰＭ堆積量との関係を示す図。
【図９】新気量−ＰＭ堆積量平面における排気昇温領域とＨＣ昇温領域とを示す図。
【図１０】ＤＰＦ差圧とＰＭ堆積量との関係を示す図。
【図１１】ポスト噴射の形態の違いによる噴射弁リフトと熱発生率との関係を説明する図。ただし（ａ）は排気昇温、マルチポスト噴射を、（ｂ）はＨＣ昇温、シングルポスト噴射を示す。
【符号の説明】
【００７７】
１    排気浄化装置
２    ディーゼルエンジン（内燃機関）
３    吸気管
４    エアフローメータ
５    排気管（排気通路）
６    ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
７    差圧センサ
８    排気温度センサ
９    ＥＣＵ
９１    ＨＣ昇温領域
９２    排気昇温領域
【図１】
2009036177.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009036177.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009036177.tif 000008
【図７】
2009036177.tif 000009
【図８】
2009036177.tif 000010
【図９】
2009036177.tif 000011
【図１０】
2009036177.tif 000012
【図１１】
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