内燃機関の排気浄化装置
【課題】ＤＰＦに堆積した煤の燃え残りやＤＰＦの破損を防止しつつＤＰＦの強制再生を効率よく実施可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】強制再生の開始から所定期間に亘りＤＰＦの入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1となるように強制再生をフィードバック制御した後(S14,S16)、ＤＰＦの出口温度Ｔoutが第１所定温度Ｔ1よりも高い第２所定温度Ｔ2となるように強制再生をフィードバック制御する(S18)。
【解決手段】強制再生の開始から所定期間に亘りＤＰＦの入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1となるように強制再生をフィードバック制御した後(S14,S16)、ＤＰＦの出口温度Ｔoutが第１所定温度Ｔ1よりも高い第２所定温度Ｔ2となるように強制再生をフィードバック制御する(S18)。
【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係り、詳しくは、パティキュレート・フィルタに堆積したパティキュレートを強制的に除去するパティキュレート・フィルタの強制再生技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気を浄化する排気後処理装置として、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと略す）が知られている。ＤＰＦは、排気通路に設けられ、排気中のパティキュレート（パティキュレート・マター、以下、ＰＭと略す）を捕集するものである。そして、当該ＤＰＦに捕集されて堆積したＰＭを除去するために、ＤＰＦの上流に酸化触媒を設け、この酸化触媒に未燃燃料を流入させて酸化反応を生起させ、これに伴う反応熱により排気温度を上昇させＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させることでＤＰＦを強制再生する技術が知られている。
【０００３】
ところで、ＰＭは主として煤（スート）であるが、このような強制再生では、ＤＰＦの温度が低すぎると煤の一部が燃え残り、高すぎると煤の燃焼速度が速すぎるためにＤＰＦ内部の温度が異常昇温し、煤の堆積量が多いような場合にはＤＰＦの溶損や破損を招くという問題がある。そこで、通常は、ＤＰＦの温度が強制再生に適温（概ね６００℃以上）となるよう酸化触媒への未燃燃料の供給量を制御するようにしている。
【０００４】
しかしながら、このように制御しても、実際にはＤＰＦの内部では必然的に温度分布が生じ、一般には周辺部ほど温度が低く、当該周辺部において煤の一部が燃え残り易い傾向にある。このような周辺部での煤の燃え残りを極力少なくするためには、酸化触媒への未燃燃料の供給量を多めにしてＤＰＦの温度を全体的に高めに設定することが考えられるが、このようにすると逆にＤＰＦの中心部の温度が必要以上に高温になり、上記ＤＰＦの破損を招きかねず好ましいことではない。この場合、ＤＰＦの破損を招かないようにＰＭの堆積量が比較的少ない段階で強制再生を行うことも考えられるが、強制再生の実施頻度が多くなる結果、未燃燃料の供給量が増加し、燃費の悪化やオイルダイリューションを引き起こし易いという問題がある。
【０００５】
そこで、ＤＰＦ全体に亘り煤を適切に燃焼させるべくＤＰＦの温度を適宜制御することが考えられ、例えば、ＤＰＦの温度を段階的に制御するような技術が知られている（特許文献１等参照）。
【特許文献１】特許第３７５７８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示された技術では、ＰＭにはＳＯＦ（可溶性有機物）成分も含まれることに鑑み、ＤＰＦの温度を最初はＳＯＦ成分を燃焼除去可能な第１の温度（例えば、４５０℃）とし、その後、第２の温度（例えば、６００℃）にして煤を燃焼させるようにしている。より詳しくは、ＤＰＦに第１の所定量以上の粒子状物質が捕集された場合には、第１の温度（４５０℃）までＤＰＦを加熱してＳＯＦを燃焼させ、それでも第２の所定量以上に粒子状物質が残存していたときには、さらに第２の温度（６００℃）までＤＰＦを加熱して残存物質を燃焼させている。つまり、当該技術は、主にＳＯＦ成分の燃焼温度が煤の燃焼温度よりも低いことに着目してＤＰＦの温度を段階的に制御し、燃費の悪化を抑制するようなものである。
【０００７】
このように、上記特許文献１に開示の技術は、ＤＰＦの温度を適宜段階的に制御するようなものではあるものの、ＤＰＦ内部の温度分布に着目したものではなく、煤の燃焼を段階的に制御するようなものでもない。 即ち、上記特許文献１に開示された技術においては、煤に関してはＤＰＦの温度を第２の温度（例えば、６００℃）にして燃焼させているに過ぎず、このような制御ではＤＰＦの周辺部において煤が燃え残りかねず、第２の温度を高く設定するとＤＰＦの破損を招きかねず、依然として上記問題を解消できないことになり好ましいことではない。
【０００８】
また、上記特許文献１ではＤＰＦの温度を全てＤＰＦ上流側の排気温度センサの出力に基づいて推定するようにしているが、このような構成では排気温度センサ下流側で発生するＤＰＦの過昇温を検出できず効率が悪く、やはりＤＰＦの破損を招きかねないという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＤＰＦに堆積した煤の燃え残りやＤＰＦの破損を防止しつつＤＰＦの強制再生を効率よく実施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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタを昇温させて該フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させ、前記フィルタを強制再生させる強制再生手段と、前記フィルタの入口温度を検出または推定する入口温度検出手段と、前記フィルタの出口温度を検出または推定する出口温度検出手段と、前記入口温度検出手段により検出または推定される入口温度が第１所定温度となるように前記強制再生の開始から所定期間に亘り前記強制再生手段をフィードバック制御した後、前記出口温度検出手段により検出または推定される出口温度が前記第１所定温度よりも高い第２所定温度となるように前記強制再生手段をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記フィルタの排気上流側に酸化触媒を有し、前記強制再生手段は、前記酸化触媒に燃料を供給して該燃料を酸化反応させ、該酸化反応により生起される反応熱を利用して前記フィルタを昇温させるものであって、前記フィードバック制御手段は、前記酸化触媒への燃料の供給量をフィードバック制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、強制再生の開始から所定期間に亘りフィルタの入口温度を第１所定温度（例えば、５５０〜６００℃）に保持した後、フィルタの出口温度を第１所定温度よりも高い第２所定温度（例えば、６２０〜６８０℃）となるように強制再生をフィードバック制御するようにした。
一般に強制再生手段によりフィルタを昇温させるとフィルタの中心部では温度が高く周辺部ほど温度が低くなる傾向にあり、フィルタへのパティキュレートの堆積量が比較的多いと、フィルタの中心部に堆積したパティキュレートが急激に燃焼してフィルタを急速に昇温させる一方、周辺部に堆積したパティキュレートが燃え残り易いのであるが、このように強制再生の開始直後からはフィルタの入口温度を低めの第１所定温度に保持することでフィルタの中心部に堆積したパティキュレートを徐々に燃焼させてパティキュレートの急速な燃焼によるフィルタの過昇温を防止できる。そして、所定期間が経過しパティキュレートが減少してフィルタの過昇温のおそれが解消された後には、フィルタの出口温度を高めの第２所定温度に保持することで引き続きフィルタの過昇温を防止しつつフィルタの周辺部に堆積したパティキュレートを燃え残りなく確実に燃焼除去することができる。
【００１２】
特に、本発明におけるフィードバック制御は、第１所定温度への昇温（第１段階目の昇温）はフィルタの入口温度に基づくとともに、第２所定温度への昇温（第２段階目の昇温）はフィルタの出口温度に基づいており、各段階で温度を検出または推定する箇所が異なる点に特徴を有する。
本発明者等の知見によれば、フィルタの入口温度が低いとパティキュレートの再生速度は遅くなるとともにフィルタの出口温度のピークは発現しにくく、パティキュレートが過堆積状況にあってもフィルタの過昇温が引き起こされにくくなることがわかっている。このようなことから、本発明では、上述の通り、第１段階目では強制再生の開始から所定期間に亘りフィルタの入口温度に基づき低めの第１所定温度（例えば、５５０〜６００℃）に保持することで、パティキュレートが過堆積状況にあってもフィルタの過昇温を確実に防止できるとともに、第２段階目ではフィルタの出口温度に基づき第１所定温度よりも高い第２所定温度（例えば、６２０〜６８０℃）となるようにすることで、フィルタの温度を安定的に維持して過昇温を効果的に防止しつつフィルタの周辺部に堆積したパティキュレートを確実に燃焼除去できる。
【００１３】
これにより、効率よく強制再生を実施でき、信頼性の高い排気浄化装置を実現することができる。
また、このように効率よく強制再生を実施できることで、従来のようにＤＰＦの温度を全体的に高めに設定してＤＰＦの破損を招かないよう強制再生の実施頻度を多くする必要がなくなり、強制再生のインターバルを長くでき、省エネルギ化を図ることができる。
【００１４】
請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、強制再生時には、排気上流側の酸化触媒による燃料の反応熱を利用してフィルタを昇温させ、フィルタの入口温度或いは出口温度に基づいて酸化触媒への燃料の供給量をフィードバック制御するので、強制再生の実施頻度を少なくして燃費の悪化を防止できるとともに、オイルダイリューションの発生をも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジン（内燃機関）１の全体構成図を示している。
エンジン１は、例えばコモンレール式直列多気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１のシリンダヘッド２には、燃焼室３に臨んで電磁式の燃料噴射ノズル４が気筒毎に設けられている。各燃料噴射ノズル４は高圧パイプ５によりコモンレール６に接続されるとともに、コモンレール６は高圧パイプ７を介して高圧ポンプ８に接続されている。高圧ポンプ８は燃料タンク９に貯留された燃料（軽油）をコモンレール６に供給する機能を有しており、コモンレール６に供給された燃料は高圧の状態で蓄えられ、各燃料噴射ノズル４から燃焼室３内に噴射される。
【００１６】
シリンダヘッド２には、気筒毎に燃焼室と連通する吸気ポート１０及び排気ポート１１が夫々形成されており、吸気ポート１０には吸気管１２が、排気ポート１１には排気管１３が接続されている。また、シリンダヘッド２には、吸気ポート１０を開閉する吸気バルブ１４と、排気ポート１１を開閉する排気バルブ１５とが設けられている。
吸気管１２には、吸入空気量を調節する電磁式の吸気絞り弁１６と、その上流側に吸気流量を検出するエアフローセンサ１７が設けられている。
【００１７】
排気管１３と吸気管１２との間には、電磁開閉弁であるＥＧＲ弁１９が介挿されたＥＧＲ管１８が設けられている。ＥＧＲ管１８は、一端が排気ポート１１近傍で排気管１３に接続される一方、他端が吸気ポート１０近傍で吸気管１２に接続され、排気管１３と吸気管１２とを連通する。
排気管１３には、上流側から順番に、触媒ユニット２０、ＤＰＦ（フィルタ）２１が介装されている。触媒ユニット２０は、筒状のケースの中に第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３が収容されて形成されている。第１の酸化触媒２２は排気上流側に設けられ、第２の酸化触媒２３は第１の酸化触媒２２と間隔をおいて下流側に設けられている。第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ２及びＨ２Ｏに変換させるとともに、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する機能を有する。
【００１８】
ＤＰＦ２１は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖して、排気中のＰＭを捕集する機能を有しており、さらに、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されている。
また、第１の酸化触媒２２と第２の酸化触媒２３との間には、第１の酸化触媒２２を通過した直後の排気温度Ｔaを検出する第１の温度センサ２５が備えられている。ＤＰＦ２１の下流側には、ＤＰＦ２１通過直後の排気温度Ｔbを検出する第２の温度センサ２６が設けられている。更に、ＤＰＦ２１の上流側と下流側との差圧Ｐdを検出する差圧センサ２７が備えられている。
【００１９】
ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ３０の入力側には、上述したエアフローセンサ１７、第１の温度センサ２５、第２の温度センサ２６及び差圧センサ２７の他に、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ３１、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ３２、及び車速を検出する車速センサ３３等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００２０】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、燃料噴射ノズル４、吸気絞り弁１６及びＥＧＲ弁１９等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３０において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期及びＥＧＲ量等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングで吸気絞り弁１６、燃料噴射ノズル４及びＥＧＲ弁１９等の制御が実施される。
【００２１】
また、上記のようにＤＰＦ２１の上流に第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３が配置されていると、通常のエンジン運転時には、第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３において生成されたＮＯ２がＤＰＦ２１に流入し、ＤＰＦ２１に捕集され堆積しているＰＭ中の炭素成分である煤と反応してこれを酸化させる。酸化した煤はＣＯ２となり、ＤＰＦ２１から除去され、これによりＤＰＦ２１が連続的に再生される（連続再生）。
【００２２】
一方、エンジン１の運転状況によっては、上記連続再生だけではＤＰＦ２１の再生が十分に行われない場合がある。そこで、ＥＣＵ３０は、ＤＰＦ２１におけるＰＭの堆積量に基づき、強制的にＰＭを燃焼除去させるようにもしている（強制再生）。
当該強制再生は、エンジン１の運転時における燃料の主噴射の後の例えば膨張行程以降に燃料のポスト噴射（副噴射）を行い、未燃燃料（ＨＣ、ＣＯ等）を含んだ排気を排気管１３に排出させることによって行われる。排気中に混入された未燃燃料は、第１の酸化触媒２２に流入して酸化され、酸化の反応熱によって排気温度を上昇させる。これにより、高温の排気が排気下流側のＤＰＦ２１に流入して当該ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中の煤を加熱し燃焼させ、ＤＰＦ２１を強制的に再生させることが可能である（強制再生手段）。
【００２３】
ところで、このような強制再生を漫然と行っただけでは、上述したように、実際にはＤＰＦ２１の内部では必然的に温度分布が生じており、一般には中心部から周辺部に向かうほど温度が低いため、当該周辺部において煤の一部が燃え残り易く、一方で未燃燃料の供給量を多めにしてＤＰＦ２１の温度を全体的に高めに設定するとＤＰＦ２１が過昇温して破損しかねないという問題がある。
【００２４】
そこで、本発明に係る排気浄化装置では、このような問題点を解消しつつ強制再生を行うようにしており、以下、本発明に係る強制再生制御の制御内容について説明する。
図２を参照すると、本発明に係る強制再生制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
先ず、ステップＳ１０では、ＤＰＦ２１に捕集されたＰＭの堆積量を推定する。ここでは、差圧センサ２７によって検出されたＤＰＦ２１の上流と下流間の差圧Ｐdに基づき推定する。即ち、差圧Ｐdが大きいほどＤＰＦ２１の排気抵抗が大きくＰＭ堆積量が多いと推定する。なお、当該ステップＳ１０において改めてＰＭ堆積量の推定を行うようにしているが、当該ＰＭ堆積量の推定は当該制御ルーチンの実行中は常時行われるものである。
【００２５】
ステップＳ１２では、上記推定したＰＭ堆積量が強制再生の必要な所定値Ｘ1に達したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でＰＭ堆積量が未だ所定値Ｘ1に達していないと判定された場合にはステップＳ１０に戻り当該判別を繰り返す。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でＰＭ堆積量が所定値Ｘ1に達したと判定された場合にはステップＳ１４に進む。
【００２６】
ステップＳ１４では、先ず第１の温度センサ２５により検出された排気温度Ｔaに基づき、ＤＰＦ２１の入口温度Ｔinを推定する（入口温度検出手段）。ポスト噴射により供給された燃料の殆どは第１の酸化触媒２２によって酸化されて反応熱を発すると考えられるため、第１の酸化触媒２２の直下流の温度に基づいてＤＰＦ２１に流入する排気温度を推定し、ひいてはＤＰＦ２１の入口温度Ｔinを推定する。この際、例えば下流側の第２の酸化触媒２３での熱の持ち去り分等を予め実験等に基づき設定された補正量に基づき補正する。
【００２７】
そして、ＤＰＦ２１の入口温度Ｔinが推定されたら、当該入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1（例えば、５５０〜６００℃の任意値）となるようにポスト噴射をフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）しつつＤＰＦ２１の強制再生を開始する。
ここで目標とする第１所定温度Ｔ1は、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中の煤を十分に燃焼させるには若干低い温度に設定されている。このような低めの温度を維持するようにして強制再生を開始するのは、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中の煤の燃焼を最初は比較的緩やかに進行させ、ＤＰＦ２１に煤が過堆積されているような状況であっても、ＤＰＦ２１が溶損や破損に至るリスクを低減するためであり、以下詳しく説明する。
【００２８】
図３を参照すると強制再生開始後のＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口温度の経時変化の実験結果がタイムチャートで示され、図４を参照すると強制再生開始後のＤＰＦのＰＭ堆積量推定値の経時変化の実験結果がタイムチャートで示され、実線がＤＰＦ入口温度の目標温度（上記第１所定温度Ｔ1に相当）を５８０℃に設定した場合を、二点鎖線が６００℃に設定した場合を、一点鎖線が６２５℃に設定した場合を、破線が６５０℃に設定した場合をそれぞれ表しており、さらに図５を参照するとＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口ピーク温度との関係が示されている。これら図３〜図５によれば、ＤＰＦ入口温度を強制再生開始から６００〜６５０℃辺りまで上昇させるとＤＰＦ出口温度のピーク値が発現し、特にＤＰＦ入口温度を６５０℃にまで上昇させた場合にはＤＰＦ出口ピーク温度が１０００℃を越えるほど高温になることが分る。
【００２９】
このように強制再生開始からＤＰＦ出口温度にピーク値が発現するほどＤＰＦ入口温度を高めることは、図４に示すようにＰＭを早期に燃焼させてＰＭ堆積量を速やかに低減可能である一方、ＤＰＦ自体を過昇温させて溶損させたり破損させたりする要因となる。
従って、ここでは、ＤＰＦ出口温度がピーク値を発現しないような温度となるように、ＤＰＦ入口温度の目標温度である第１所定温度Ｔ1についてある程度低めの温度に設定するようにしている。
【００３０】
なお、第１所定温度Ｔ1が低すぎるとＰＭの燃焼が遅れてしまうため、第１所定温度Ｔ1としては、図３に実線で示したように、５８０℃またはその近傍値であるのが好ましい。
これにより、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中の煤がＤＰＦ２１を過昇温させることなく比較的緩やかに燃焼することになる。
入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1となるように強制再生を開始したら、ステップＳ１６において、強制再生開始から所定時間（所定期間）が経過したか否かを判別する。
【００３１】
上述したようにＤＰＦ２１は一般に中心部が高温になり易いため、ＤＰＦ２１の中心部に堆積したＰＭをある程度まで燃焼除去できれば以降は入口温度Ｔinを上昇させても過昇温のおそれはないと判断できる。従って、ここではＤＰＦ２１の中心部に堆積したＰＭが過昇温のおそれがない程度に減少するまでの時間を予め実験等により所定時間として設定しておき、当該所定時間が経過するのを待つ。
【００３２】
ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で未だ所定時間が経過していないと判定された場合には、ステップＳ１４に戻り当該判別を繰り返す。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で所定時間が経過したと判定された場合にはステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、先ず第２の温度センサ２６により検出された排気温度Ｔbに基づき、ＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutを推定する（出口温度検出手段）。この場合には、排気温度ＴbはＤＰＦ２１の出口近傍の排気温度であるため、排気温度Ｔbをそのまま出口温度Ｔoutとみなすことができる。
【００３３】
そして、ＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutが推定されたら、当該出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2（例えば、６２０〜６８０℃の任意値）となるようにポスト噴射をフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）しつつＤＰＦ２１の強制再生を継続する。
上記所定時間が経過していれば、もはやＤＰＦ２１の温度を高くしてもＤＰＦ２１が過昇温することはないと考えられる。従って、所定時間の経過後においては、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭの燃焼を促進させるべくＤＰＦ２１の温度を上昇させるようにする。
【００３４】
このようにＤＰＦ２１を昇温させると、入口温度Ｔinを上記第１所定温度Ｔ1とした程度の低温状態では上述したようにＤＰＦ２１の周辺部ほど煤の一部が燃え残り易いのであるが、当該周辺部の煤についても良好に燃焼することになり、ＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを燃え残りなく十分に燃焼除去させることができる。
また、ここでは特にＤＰＦ２１の入口温度Ｔinではなく出口温度Ｔoutを監視し、出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2を維持するようにしており、このようにすればＤＰＦ２１の温度を確実に第２所定温度Ｔ2を越えない範囲に安定的に維持でき、継続してＤＰＦ２１の過昇温を防止することができる。
【００３５】
つまり、所定時間の経過後においてＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutを第２所定温度Ｔ2に維持することにより、ＤＰＦ２１の過昇温を効果的に防止しつつＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを燃え残りなく確実に燃焼除去することができる。
出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2となるように強制再生を継続したら、ステップＳ２０において、上記推定されたＰＭ堆積量が所定値Ｘ0にまで減少したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でＰＭ堆積量が未だ所定値Ｘ0にまで減少していないと判定された場合にはステップＳ１８に戻り当該判別を繰り返す。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でＰＭ堆積量が所定値Ｘ0にまで減少したと判定された場合には、ＤＰＦ２１に捕集されたＰＭは十分に燃焼除去されたとみなすことができ、ステップＳ２２において強制再生を終了し、当該ルーチンを抜ける。
【００３６】
このように、本発明に係る排気浄化装置では、強制再生制御において、最初はＤＰＦ２１を低めの温度とした後に高めの温度に移行するようにして２段階の昇温（２段昇温）を行うようにしており、特に、強制再生の開始直後からの１段階目ではＤＰＦ２１の入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1となるようにＦ／Ｂ制御を行い、所定時間が経過した後の２段階目ではＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2となるようにＦ／Ｂ制御を行うようにしている。従って、ＤＰＦ２１の過昇温による破損を防止しつつＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを燃え残りなく確実に燃焼除去することができ、強制再生を効率よく実施することができる。これにより、信頼性の高い排気浄化装置を実現することができる。
【００３７】
図６を参照すると、上記本発明に係る強制再生制御（２段昇温）を実施した場合の入口温度Ｔinと出口温度Ｔoutとの経時変化（ａ）が従来の強制再生制御（１段昇温）の場合（ｂ）と比較してタイムチャートで示されているが、同図に示すように、本発明に係る強制再生制御を行うことにより、強制再生の初期（１段階目）において出口温度Ｔoutにピーク値を生じないようにできるとともに所定時間経過後（２段階目）においても出口温度Ｔoutを従来に比べて低く抑えるようにでき、ＤＰＦ２１の過昇温を抑制しながらＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを良好に燃焼除去することができる。
【００３８】
そして、このように強制再生を効率よく実施することができることになると、ＤＰＦ２１に比較的多くのＰＭが堆積した状態で強制再生を実施することが可能となり、強制再生実施のインターバルを長くすることができる。これにより、強制再生の実施頻度、即ちＤＰＦ２１への未燃燃料の供給頻度を必要最小限に抑えて燃費の悪化を防止でき、省エネルギ化を図ることができる。
【００３９】
以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、ＤＰＦ２１よりも上流側の第１の酸化触媒２２と第２の酸化触媒２３との間に第１の温度センサ２５を設け、当該第１の温度センサ２５により検出された排気温度Ｔaに基づいてＤＰＦ２１の入口温度Ｔinを推定するようにしたが、ＤＰＦ２１の直上流に温度センサを設け、直接入口温度Ｔinを検出するようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、第２の温度センサ２６によりＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutを直接検出するようにしているが、例えばＤＰＦ２１の流れ方向の温度分布等に基づき出口温度Ｔoutを推定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ＤＰＦ２１の入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1となるような強制再生から出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2となるような強制再生に段階的に切り換えるようにしたが、徐々に切り換えるようにしてもよい。例えば、第１所定温度Ｔ1を第２所定温度Ｔ2に向けて徐々に変更するようにしてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、強制再生の開始から所定時間が経過したときに出口温度Ｔoutを第２所定温度Ｔ2とする強制再生に切り換えるようにしているが、所定時間は上述したようにＤＰＦ２１の中心部に堆積したＰＭが過昇温のおそれがない程度に減少するまでの時間であることから、所定時間についてはＤＰＦ２１のＰＭ堆積量に応じて長く或いは短く可変設定するようにしてもよい。また、所定時間に代えて、推定されるＤＰＦ２１のＰＭ堆積量が規定量にまで減少した時点をもって切り換えるようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、エンジン１でのポスト噴射による未燃燃料を第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３に供給し酸化させてＤＰＦ２１の昇温を行うようにしたが、ＤＰＦ２１の昇温手法についてはポスト噴射に限定されるものではなく、例えば第１の酸化触媒２２の上流側に燃料を直接供給するような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の全体構成図である。
【図２】本発明に係る強制再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】強制再生開始後のＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口温度の経時変化の実験結果を示すタイムチャートである。
【図４】強制再生開始後のＤＰＦのＰＭ堆積量推定値の経時変化の実験結果を示すタイムチャートである。
【図５】ＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口ピーク温度との関係を示す図である。
【図６】本発明に係る強制再生制御（２段昇温）を実施した場合の入口温度Ｔinと出口温度Ｔoutとの経時変化（ａ）を従来の強制再生制御（１段昇温）の場合（ｂ）と比較して示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１ エンジン
４ 燃料噴射ノズル
１３ 排気管
２１ ＤＰＦ（フィルタ）
２２ 第１の酸化触媒
２３ 第２の酸化触媒
２５ 第１の温度センサ
２６ 第２の温度センサ
３０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、パティキュレート・フィルタに堆積したパティキュレートを強制的に除去するパティキュレート・フィルタの強制再生技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気を浄化する排気後処理装置として、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと略す）が知られている。ＤＰＦは、排気通路に設けられ、排気中のパティキュレート（パティキュレート・マター、以下、ＰＭと略す）を捕集するものである。そして、当該ＤＰＦに捕集されて堆積したＰＭを除去するために、ＤＰＦの上流に酸化触媒を設け、この酸化触媒に未燃燃料を流入させて酸化反応を生起させ、これに伴う反応熱により排気温度を上昇させＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させることでＤＰＦを強制再生する技術が知られている。
【０００３】
ところで、ＰＭは主として煤（スート）であるが、このような強制再生では、ＤＰＦの温度が低すぎると煤の一部が燃え残り、高すぎると煤の燃焼速度が速すぎるためにＤＰＦ内部の温度が異常昇温し、煤の堆積量が多いような場合にはＤＰＦの溶損や破損を招くという問題がある。そこで、通常は、ＤＰＦの温度が強制再生に適温（概ね６００℃以上）となるよう酸化触媒への未燃燃料の供給量を制御するようにしている。
【０００４】
しかしながら、このように制御しても、実際にはＤＰＦの内部では必然的に温度分布が生じ、一般には周辺部ほど温度が低く、当該周辺部において煤の一部が燃え残り易い傾向にある。このような周辺部での煤の燃え残りを極力少なくするためには、酸化触媒への未燃燃料の供給量を多めにしてＤＰＦの温度を全体的に高めに設定することが考えられるが、このようにすると逆にＤＰＦの中心部の温度が必要以上に高温になり、上記ＤＰＦの破損を招きかねず好ましいことではない。この場合、ＤＰＦの破損を招かないようにＰＭの堆積量が比較的少ない段階で強制再生を行うことも考えられるが、強制再生の実施頻度が多くなる結果、未燃燃料の供給量が増加し、燃費の悪化やオイルダイリューションを引き起こし易いという問題がある。
【０００５】
そこで、ＤＰＦ全体に亘り煤を適切に燃焼させるべくＤＰＦの温度を適宜制御することが考えられ、例えば、ＤＰＦの温度を段階的に制御するような技術が知られている（特許文献１等参照）。
【特許文献１】特許第３７５７８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示された技術では、ＰＭにはＳＯＦ（可溶性有機物）成分も含まれることに鑑み、ＤＰＦの温度を最初はＳＯＦ成分を燃焼除去可能な第１の温度（例えば、４５０℃）とし、その後、第２の温度（例えば、６００℃）にして煤を燃焼させるようにしている。より詳しくは、ＤＰＦに第１の所定量以上の粒子状物質が捕集された場合には、第１の温度（４５０℃）までＤＰＦを加熱してＳＯＦを燃焼させ、それでも第２の所定量以上に粒子状物質が残存していたときには、さらに第２の温度（６００℃）までＤＰＦを加熱して残存物質を燃焼させている。つまり、当該技術は、主にＳＯＦ成分の燃焼温度が煤の燃焼温度よりも低いことに着目してＤＰＦの温度を段階的に制御し、燃費の悪化を抑制するようなものである。
【０００７】
このように、上記特許文献１に開示の技術は、ＤＰＦの温度を適宜段階的に制御するようなものではあるものの、ＤＰＦ内部の温度分布に着目したものではなく、煤の燃焼を段階的に制御するようなものでもない。 即ち、上記特許文献１に開示された技術においては、煤に関してはＤＰＦの温度を第２の温度（例えば、６００℃）にして燃焼させているに過ぎず、このような制御ではＤＰＦの周辺部において煤が燃え残りかねず、第２の温度を高く設定するとＤＰＦの破損を招きかねず、依然として上記問題を解消できないことになり好ましいことではない。
【０００８】
また、上記特許文献１ではＤＰＦの温度を全てＤＰＦ上流側の排気温度センサの出力に基づいて推定するようにしているが、このような構成では排気温度センサ下流側で発生するＤＰＦの過昇温を検出できず効率が悪く、やはりＤＰＦの破損を招きかねないという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＤＰＦに堆積した煤の燃え残りやＤＰＦの破損を防止しつつＤＰＦの強制再生を効率よく実施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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタを昇温させて該フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させ、前記フィルタを強制再生させる強制再生手段と、前記フィルタの入口温度を検出または推定する入口温度検出手段と、前記フィルタの出口温度を検出または推定する出口温度検出手段と、前記入口温度検出手段により検出または推定される入口温度が第１所定温度となるように前記強制再生の開始から所定期間に亘り前記強制再生手段をフィードバック制御した後、前記出口温度検出手段により検出または推定される出口温度が前記第１所定温度よりも高い第２所定温度となるように前記強制再生手段をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記フィルタの排気上流側に酸化触媒を有し、前記強制再生手段は、前記酸化触媒に燃料を供給して該燃料を酸化反応させ、該酸化反応により生起される反応熱を利用して前記フィルタを昇温させるものであって、前記フィードバック制御手段は、前記酸化触媒への燃料の供給量をフィードバック制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、強制再生の開始から所定期間に亘りフィルタの入口温度を第１所定温度（例えば、５５０〜６００℃）に保持した後、フィルタの出口温度を第１所定温度よりも高い第２所定温度（例えば、６２０〜６８０℃）となるように強制再生をフィードバック制御するようにした。
一般に強制再生手段によりフィルタを昇温させるとフィルタの中心部では温度が高く周辺部ほど温度が低くなる傾向にあり、フィルタへのパティキュレートの堆積量が比較的多いと、フィルタの中心部に堆積したパティキュレートが急激に燃焼してフィルタを急速に昇温させる一方、周辺部に堆積したパティキュレートが燃え残り易いのであるが、このように強制再生の開始直後からはフィルタの入口温度を低めの第１所定温度に保持することでフィルタの中心部に堆積したパティキュレートを徐々に燃焼させてパティキュレートの急速な燃焼によるフィルタの過昇温を防止できる。そして、所定期間が経過しパティキュレートが減少してフィルタの過昇温のおそれが解消された後には、フィルタの出口温度を高めの第２所定温度に保持することで引き続きフィルタの過昇温を防止しつつフィルタの周辺部に堆積したパティキュレートを燃え残りなく確実に燃焼除去することができる。
【００１２】
特に、本発明におけるフィードバック制御は、第１所定温度への昇温（第１段階目の昇温）はフィルタの入口温度に基づくとともに、第２所定温度への昇温（第２段階目の昇温）はフィルタの出口温度に基づいており、各段階で温度を検出または推定する箇所が異なる点に特徴を有する。
本発明者等の知見によれば、フィルタの入口温度が低いとパティキュレートの再生速度は遅くなるとともにフィルタの出口温度のピークは発現しにくく、パティキュレートが過堆積状況にあってもフィルタの過昇温が引き起こされにくくなることがわかっている。このようなことから、本発明では、上述の通り、第１段階目では強制再生の開始から所定期間に亘りフィルタの入口温度に基づき低めの第１所定温度（例えば、５５０〜６００℃）に保持することで、パティキュレートが過堆積状況にあってもフィルタの過昇温を確実に防止できるとともに、第２段階目ではフィルタの出口温度に基づき第１所定温度よりも高い第２所定温度（例えば、６２０〜６８０℃）となるようにすることで、フィルタの温度を安定的に維持して過昇温を効果的に防止しつつフィルタの周辺部に堆積したパティキュレートを確実に燃焼除去できる。
【００１３】
これにより、効率よく強制再生を実施でき、信頼性の高い排気浄化装置を実現することができる。
また、このように効率よく強制再生を実施できることで、従来のようにＤＰＦの温度を全体的に高めに設定してＤＰＦの破損を招かないよう強制再生の実施頻度を多くする必要がなくなり、強制再生のインターバルを長くでき、省エネルギ化を図ることができる。
【００１４】
請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、強制再生時には、排気上流側の酸化触媒による燃料の反応熱を利用してフィルタを昇温させ、フィルタの入口温度或いは出口温度に基づいて酸化触媒への燃料の供給量をフィードバック制御するので、強制再生の実施頻度を少なくして燃費の悪化を防止できるとともに、オイルダイリューションの発生をも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジン（内燃機関）１の全体構成図を示している。
エンジン１は、例えばコモンレール式直列多気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１のシリンダヘッド２には、燃焼室３に臨んで電磁式の燃料噴射ノズル４が気筒毎に設けられている。各燃料噴射ノズル４は高圧パイプ５によりコモンレール６に接続されるとともに、コモンレール６は高圧パイプ７を介して高圧ポンプ８に接続されている。高圧ポンプ８は燃料タンク９に貯留された燃料（軽油）をコモンレール６に供給する機能を有しており、コモンレール６に供給された燃料は高圧の状態で蓄えられ、各燃料噴射ノズル４から燃焼室３内に噴射される。
【００１６】
シリンダヘッド２には、気筒毎に燃焼室と連通する吸気ポート１０及び排気ポート１１が夫々形成されており、吸気ポート１０には吸気管１２が、排気ポート１１には排気管１３が接続されている。また、シリンダヘッド２には、吸気ポート１０を開閉する吸気バルブ１４と、排気ポート１１を開閉する排気バルブ１５とが設けられている。
吸気管１２には、吸入空気量を調節する電磁式の吸気絞り弁１６と、その上流側に吸気流量を検出するエアフローセンサ１７が設けられている。
【００１７】
排気管１３と吸気管１２との間には、電磁開閉弁であるＥＧＲ弁１９が介挿されたＥＧＲ管１８が設けられている。ＥＧＲ管１８は、一端が排気ポート１１近傍で排気管１３に接続される一方、他端が吸気ポート１０近傍で吸気管１２に接続され、排気管１３と吸気管１２とを連通する。
排気管１３には、上流側から順番に、触媒ユニット２０、ＤＰＦ（フィルタ）２１が介装されている。触媒ユニット２０は、筒状のケースの中に第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３が収容されて形成されている。第１の酸化触媒２２は排気上流側に設けられ、第２の酸化触媒２３は第１の酸化触媒２２と間隔をおいて下流側に設けられている。第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ２及びＨ２Ｏに変換させるとともに、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する機能を有する。
【００１８】
ＤＰＦ２１は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖して、排気中のＰＭを捕集する機能を有しており、さらに、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されている。
また、第１の酸化触媒２２と第２の酸化触媒２３との間には、第１の酸化触媒２２を通過した直後の排気温度Ｔaを検出する第１の温度センサ２５が備えられている。ＤＰＦ２１の下流側には、ＤＰＦ２１通過直後の排気温度Ｔbを検出する第２の温度センサ２６が設けられている。更に、ＤＰＦ２１の上流側と下流側との差圧Ｐdを検出する差圧センサ２７が備えられている。
【００１９】
ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ３０の入力側には、上述したエアフローセンサ１７、第１の温度センサ２５、第２の温度センサ２６及び差圧センサ２７の他に、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ３１、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ３２、及び車速を検出する車速センサ３３等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００２０】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、燃料噴射ノズル４、吸気絞り弁１６及びＥＧＲ弁１９等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３０において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期及びＥＧＲ量等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングで吸気絞り弁１６、燃料噴射ノズル４及びＥＧＲ弁１９等の制御が実施される。
【００２１】
また、上記のようにＤＰＦ２１の上流に第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３が配置されていると、通常のエンジン運転時には、第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３において生成されたＮＯ２がＤＰＦ２１に流入し、ＤＰＦ２１に捕集され堆積しているＰＭ中の炭素成分である煤と反応してこれを酸化させる。酸化した煤はＣＯ２となり、ＤＰＦ２１から除去され、これによりＤＰＦ２１が連続的に再生される（連続再生）。
【００２２】
一方、エンジン１の運転状況によっては、上記連続再生だけではＤＰＦ２１の再生が十分に行われない場合がある。そこで、ＥＣＵ３０は、ＤＰＦ２１におけるＰＭの堆積量に基づき、強制的にＰＭを燃焼除去させるようにもしている（強制再生）。
当該強制再生は、エンジン１の運転時における燃料の主噴射の後の例えば膨張行程以降に燃料のポスト噴射（副噴射）を行い、未燃燃料（ＨＣ、ＣＯ等）を含んだ排気を排気管１３に排出させることによって行われる。排気中に混入された未燃燃料は、第１の酸化触媒２２に流入して酸化され、酸化の反応熱によって排気温度を上昇させる。これにより、高温の排気が排気下流側のＤＰＦ２１に流入して当該ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中の煤を加熱し燃焼させ、ＤＰＦ２１を強制的に再生させることが可能である（強制再生手段）。
【００２３】
ところで、このような強制再生を漫然と行っただけでは、上述したように、実際にはＤＰＦ２１の内部では必然的に温度分布が生じており、一般には中心部から周辺部に向かうほど温度が低いため、当該周辺部において煤の一部が燃え残り易く、一方で未燃燃料の供給量を多めにしてＤＰＦ２１の温度を全体的に高めに設定するとＤＰＦ２１が過昇温して破損しかねないという問題がある。
【００２４】
そこで、本発明に係る排気浄化装置では、このような問題点を解消しつつ強制再生を行うようにしており、以下、本発明に係る強制再生制御の制御内容について説明する。
図２を参照すると、本発明に係る強制再生制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
先ず、ステップＳ１０では、ＤＰＦ２１に捕集されたＰＭの堆積量を推定する。ここでは、差圧センサ２７によって検出されたＤＰＦ２１の上流と下流間の差圧Ｐdに基づき推定する。即ち、差圧Ｐdが大きいほどＤＰＦ２１の排気抵抗が大きくＰＭ堆積量が多いと推定する。なお、当該ステップＳ１０において改めてＰＭ堆積量の推定を行うようにしているが、当該ＰＭ堆積量の推定は当該制御ルーチンの実行中は常時行われるものである。
【００２５】
ステップＳ１２では、上記推定したＰＭ堆積量が強制再生の必要な所定値Ｘ1に達したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でＰＭ堆積量が未だ所定値Ｘ1に達していないと判定された場合にはステップＳ１０に戻り当該判別を繰り返す。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でＰＭ堆積量が所定値Ｘ1に達したと判定された場合にはステップＳ１４に進む。
【００２６】
ステップＳ１４では、先ず第１の温度センサ２５により検出された排気温度Ｔaに基づき、ＤＰＦ２１の入口温度Ｔinを推定する（入口温度検出手段）。ポスト噴射により供給された燃料の殆どは第１の酸化触媒２２によって酸化されて反応熱を発すると考えられるため、第１の酸化触媒２２の直下流の温度に基づいてＤＰＦ２１に流入する排気温度を推定し、ひいてはＤＰＦ２１の入口温度Ｔinを推定する。この際、例えば下流側の第２の酸化触媒２３での熱の持ち去り分等を予め実験等に基づき設定された補正量に基づき補正する。
【００２７】
そして、ＤＰＦ２１の入口温度Ｔinが推定されたら、当該入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1（例えば、５５０〜６００℃の任意値）となるようにポスト噴射をフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）しつつＤＰＦ２１の強制再生を開始する。
ここで目標とする第１所定温度Ｔ1は、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中の煤を十分に燃焼させるには若干低い温度に設定されている。このような低めの温度を維持するようにして強制再生を開始するのは、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中の煤の燃焼を最初は比較的緩やかに進行させ、ＤＰＦ２１に煤が過堆積されているような状況であっても、ＤＰＦ２１が溶損や破損に至るリスクを低減するためであり、以下詳しく説明する。
【００２８】
図３を参照すると強制再生開始後のＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口温度の経時変化の実験結果がタイムチャートで示され、図４を参照すると強制再生開始後のＤＰＦのＰＭ堆積量推定値の経時変化の実験結果がタイムチャートで示され、実線がＤＰＦ入口温度の目標温度（上記第１所定温度Ｔ1に相当）を５８０℃に設定した場合を、二点鎖線が６００℃に設定した場合を、一点鎖線が６２５℃に設定した場合を、破線が６５０℃に設定した場合をそれぞれ表しており、さらに図５を参照するとＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口ピーク温度との関係が示されている。これら図３〜図５によれば、ＤＰＦ入口温度を強制再生開始から６００〜６５０℃辺りまで上昇させるとＤＰＦ出口温度のピーク値が発現し、特にＤＰＦ入口温度を６５０℃にまで上昇させた場合にはＤＰＦ出口ピーク温度が１０００℃を越えるほど高温になることが分る。
【００２９】
このように強制再生開始からＤＰＦ出口温度にピーク値が発現するほどＤＰＦ入口温度を高めることは、図４に示すようにＰＭを早期に燃焼させてＰＭ堆積量を速やかに低減可能である一方、ＤＰＦ自体を過昇温させて溶損させたり破損させたりする要因となる。
従って、ここでは、ＤＰＦ出口温度がピーク値を発現しないような温度となるように、ＤＰＦ入口温度の目標温度である第１所定温度Ｔ1についてある程度低めの温度に設定するようにしている。
【００３０】
なお、第１所定温度Ｔ1が低すぎるとＰＭの燃焼が遅れてしまうため、第１所定温度Ｔ1としては、図３に実線で示したように、５８０℃またはその近傍値であるのが好ましい。
これにより、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中の煤がＤＰＦ２１を過昇温させることなく比較的緩やかに燃焼することになる。
入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1となるように強制再生を開始したら、ステップＳ１６において、強制再生開始から所定時間（所定期間）が経過したか否かを判別する。
【００３１】
上述したようにＤＰＦ２１は一般に中心部が高温になり易いため、ＤＰＦ２１の中心部に堆積したＰＭをある程度まで燃焼除去できれば以降は入口温度Ｔinを上昇させても過昇温のおそれはないと判断できる。従って、ここではＤＰＦ２１の中心部に堆積したＰＭが過昇温のおそれがない程度に減少するまでの時間を予め実験等により所定時間として設定しておき、当該所定時間が経過するのを待つ。
【００３２】
ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で未だ所定時間が経過していないと判定された場合には、ステップＳ１４に戻り当該判別を繰り返す。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で所定時間が経過したと判定された場合にはステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、先ず第２の温度センサ２６により検出された排気温度Ｔbに基づき、ＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutを推定する（出口温度検出手段）。この場合には、排気温度ＴbはＤＰＦ２１の出口近傍の排気温度であるため、排気温度Ｔbをそのまま出口温度Ｔoutとみなすことができる。
【００３３】
そして、ＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutが推定されたら、当該出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2（例えば、６２０〜６８０℃の任意値）となるようにポスト噴射をフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）しつつＤＰＦ２１の強制再生を継続する。
上記所定時間が経過していれば、もはやＤＰＦ２１の温度を高くしてもＤＰＦ２１が過昇温することはないと考えられる。従って、所定時間の経過後においては、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭの燃焼を促進させるべくＤＰＦ２１の温度を上昇させるようにする。
【００３４】
このようにＤＰＦ２１を昇温させると、入口温度Ｔinを上記第１所定温度Ｔ1とした程度の低温状態では上述したようにＤＰＦ２１の周辺部ほど煤の一部が燃え残り易いのであるが、当該周辺部の煤についても良好に燃焼することになり、ＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを燃え残りなく十分に燃焼除去させることができる。
また、ここでは特にＤＰＦ２１の入口温度Ｔinではなく出口温度Ｔoutを監視し、出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2を維持するようにしており、このようにすればＤＰＦ２１の温度を確実に第２所定温度Ｔ2を越えない範囲に安定的に維持でき、継続してＤＰＦ２１の過昇温を防止することができる。
【００３５】
つまり、所定時間の経過後においてＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutを第２所定温度Ｔ2に維持することにより、ＤＰＦ２１の過昇温を効果的に防止しつつＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを燃え残りなく確実に燃焼除去することができる。
出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2となるように強制再生を継続したら、ステップＳ２０において、上記推定されたＰＭ堆積量が所定値Ｘ0にまで減少したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でＰＭ堆積量が未だ所定値Ｘ0にまで減少していないと判定された場合にはステップＳ１８に戻り当該判別を繰り返す。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でＰＭ堆積量が所定値Ｘ0にまで減少したと判定された場合には、ＤＰＦ２１に捕集されたＰＭは十分に燃焼除去されたとみなすことができ、ステップＳ２２において強制再生を終了し、当該ルーチンを抜ける。
【００３６】
このように、本発明に係る排気浄化装置では、強制再生制御において、最初はＤＰＦ２１を低めの温度とした後に高めの温度に移行するようにして２段階の昇温（２段昇温）を行うようにしており、特に、強制再生の開始直後からの１段階目ではＤＰＦ２１の入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1となるようにＦ／Ｂ制御を行い、所定時間が経過した後の２段階目ではＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2となるようにＦ／Ｂ制御を行うようにしている。従って、ＤＰＦ２１の過昇温による破損を防止しつつＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを燃え残りなく確実に燃焼除去することができ、強制再生を効率よく実施することができる。これにより、信頼性の高い排気浄化装置を実現することができる。
【００３７】
図６を参照すると、上記本発明に係る強制再生制御（２段昇温）を実施した場合の入口温度Ｔinと出口温度Ｔoutとの経時変化（ａ）が従来の強制再生制御（１段昇温）の場合（ｂ）と比較してタイムチャートで示されているが、同図に示すように、本発明に係る強制再生制御を行うことにより、強制再生の初期（１段階目）において出口温度Ｔoutにピーク値を生じないようにできるとともに所定時間経過後（２段階目）においても出口温度Ｔoutを従来に比べて低く抑えるようにでき、ＤＰＦ２１の過昇温を抑制しながらＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを良好に燃焼除去することができる。
【００３８】
そして、このように強制再生を効率よく実施することができることになると、ＤＰＦ２１に比較的多くのＰＭが堆積した状態で強制再生を実施することが可能となり、強制再生実施のインターバルを長くすることができる。これにより、強制再生の実施頻度、即ちＤＰＦ２１への未燃燃料の供給頻度を必要最小限に抑えて燃費の悪化を防止でき、省エネルギ化を図ることができる。
【００３９】
以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、ＤＰＦ２１よりも上流側の第１の酸化触媒２２と第２の酸化触媒２３との間に第１の温度センサ２５を設け、当該第１の温度センサ２５により検出された排気温度Ｔaに基づいてＤＰＦ２１の入口温度Ｔinを推定するようにしたが、ＤＰＦ２１の直上流に温度センサを設け、直接入口温度Ｔinを検出するようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、第２の温度センサ２６によりＤＰＦ２１の出口温度Ｔoutを直接検出するようにしているが、例えばＤＰＦ２１の流れ方向の温度分布等に基づき出口温度Ｔoutを推定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ＤＰＦ２１の入口温度Ｔinが第１所定温度Ｔ1となるような強制再生から出口温度Ｔoutが第２所定温度Ｔ2となるような強制再生に段階的に切り換えるようにしたが、徐々に切り換えるようにしてもよい。例えば、第１所定温度Ｔ1を第２所定温度Ｔ2に向けて徐々に変更するようにしてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、強制再生の開始から所定時間が経過したときに出口温度Ｔoutを第２所定温度Ｔ2とする強制再生に切り換えるようにしているが、所定時間は上述したようにＤＰＦ２１の中心部に堆積したＰＭが過昇温のおそれがない程度に減少するまでの時間であることから、所定時間についてはＤＰＦ２１のＰＭ堆積量に応じて長く或いは短く可変設定するようにしてもよい。また、所定時間に代えて、推定されるＤＰＦ２１のＰＭ堆積量が規定量にまで減少した時点をもって切り換えるようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、エンジン１でのポスト噴射による未燃燃料を第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３に供給し酸化させてＤＰＦ２１の昇温を行うようにしたが、ＤＰＦ２１の昇温手法についてはポスト噴射に限定されるものではなく、例えば第１の酸化触媒２２の上流側に燃料を直接供給するような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の全体構成図である。
【図２】本発明に係る強制再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】強制再生開始後のＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口温度の経時変化の実験結果を示すタイムチャートである。
【図４】強制再生開始後のＤＰＦのＰＭ堆積量推定値の経時変化の実験結果を示すタイムチャートである。
【図５】ＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口ピーク温度との関係を示す図である。
【図６】本発明に係る強制再生制御（２段昇温）を実施した場合の入口温度Ｔinと出口温度Ｔoutとの経時変化（ａ）を従来の強制再生制御（１段昇温）の場合（ｂ）と比較して示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１ エンジン
４ 燃料噴射ノズル
１３ 排気管
２１ ＤＰＦ（フィルタ）
２２ 第１の酸化触媒
２３ 第２の酸化触媒
２５ 第１の温度センサ
２６ 第２の温度センサ
３０ ＥＣＵ
【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、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
前記フィルタを昇温させて該フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させ、前記フィルタを強制再生させる強制再生手段と、
前記フィルタの入口温度を検出または推定する入口温度検出手段と、
前記フィルタの出口温度を検出または推定する出口温度検出手段と、
前記入口温度検出手段により検出または推定される入口温度が第１所定温度となるように前記強制再生の開始から所定期間に亘り前記強制再生手段をフィードバック制御した後、前記出口温度検出手段により検出または推定される出口温度が前記第１所定温度よりも高い第２所定温度となるように前記強制再生手段をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記フィルタの排気上流側に酸化触媒を有し、
前記強制再生手段は、前記酸化触媒に燃料を供給して該燃料を酸化反応させ、該酸化反応により生起される反応熱を利用して前記フィルタを昇温させるものであって、
前記フィードバック制御手段は、前記酸化触媒への燃料の供給量をフィードバック制御することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
前記フィルタを昇温させて該フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させ、前記フィルタを強制再生させる強制再生手段と、
前記フィルタの入口温度を検出または推定する入口温度検出手段と、
前記フィルタの出口温度を検出または推定する出口温度検出手段と、
前記入口温度検出手段により検出または推定される入口温度が第１所定温度となるように前記強制再生の開始から所定期間に亘り前記強制再生手段をフィードバック制御した後、前記出口温度検出手段により検出または推定される出口温度が前記第１所定温度よりも高い第２所定温度となるように前記強制再生手段をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記フィルタの排気上流側に酸化触媒を有し、
前記強制再生手段は、前記酸化触媒に燃料を供給して該燃料を酸化反応させ、該酸化反応により生起される反応熱を利用して前記フィルタを昇温させるものであって、
前記フィードバック制御手段は、前記酸化触媒への燃料の供給量をフィードバック制御することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１３３７６４（Ｐ２００８−１３３７６４Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２００８８（Ｐ２００６−３２００８８）
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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