JP2002070619A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィルタに熱劣化等の熱害を生じないようにす
ること。 【解決手段】排気管７０に設置され、触媒を担持し排気
ガス中の微粒子を捕獲可能なフィルタを有する排気浄化
装置Ａと、排気管７０のうち前記フィルタに入る排気ガ
ス中の酸素濃度を検出する酸素センサ８３と、前記フィ
ルタから排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する酸
素センサ８１と、これら酸素センサ８３、８１の検出値
に基づいてフィルタ内での単位時間あたりの酸素濃度変
化率Ｒを算出する酸素濃度変化率算出手段としてのＥＣ
Ｕ３０と、このＥＣＵ３０が算出した酸素濃度の変化率
Ｒに基づいて前記フィルタの昇温状態を検出する昇温状
態検出手段としてのＥＣＵ３０と、このＥＣＵ３０によ
る昇温状態に応じてディーゼル機関への流入酸素量を調
節する流入酸素量調節手段としてのＥＣＵ３０と、を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置、詳しくは、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子
を除去するために機関排気通路内にフィルタを配置した
内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりディーゼルエンジンにおいて
は、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を除去するため
に機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕獲可能なパ
ティキュレートフィルタを配置しこのパティキュレート
フィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、パテ
ィキュレートフィルタが捕集した微粒子を着火燃焼して
除去することによりパティキュレートフィルタの再生を
図っている。

【０００３】ところが前記捕集した微粒子は600°C程度
以上の高温にならないと着火せず、これに対してディー
ゼルエンジンの排気ガス温は通常、600°Cよりもかなり
低く、高負荷運転している場合でもその排気ガス温は35
0°Cから400°Cでしかない。したがって排気ガス熱だけ
で微粒子に着火させるのは困難である。

【０００４】そこで、パティキュレートフィルタ上に触
媒を担持することで微粒子の着火温度を低下させて排気
ガス熱だけで微粒子に着火させるようにした技術がある
（なお、パティキュレートフィルタ上に触媒を担持した
フィルタを以下「触媒付きパティキュレートフィルタま
たは単にフィルタ」と表記する。）。例えば、特公平7
−106290号公報記載の技術は、白金族金属およびアルカ
リ土類金属酸化物の混合物からなる触媒をパティキュレ
ートフィルタに担持させることで前記問題に対処してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
触媒付きパティキュレートフィルタであっても一部の微
粒子のみしか着火せずよって微粒子が燃え残る場合があ
る。

【０００６】詳しくは、排気ガス中に含まれる微粒子の
量が少ない場合は問題ないが、内燃機関の運転状態によ
っては多量の微粒子が発生する場合があり、その場合は
パティキュレートフィルタに付着した微粒子が完全に燃
焼する前に微粒子上に別の微粒子が堆積して積層状態に
なる。すると、酸素と接触しやすい箇所にある例えば上
層の微粒子は燃焼しても、酸素と接触しづらい箇所にあ
る例えば下層の微粒子は燃焼せず斯くして微粒子が燃え
残るという現象を誘発する。

【０００７】このようになるのは恐らく微粒子が堆積し
ている間に微粒子中の炭素が燃焼しづらいグラファイト
等に変化するからであると考えられる。そしてその場
合、堆積した微粒子を着火させるには600°C以上の高温
状態におくことが必要となる。しかし前記のごとく、デ
ィーゼルエンジンでは、排気ガス温が600°C以上の高温
になることがないため、着火燃焼によって除去される微
粒子よりも堆積する微粒子（以下「堆積微粒子」とい
う。）が多ければ、幾ら触媒付きパティキュレートフィ
ルタであっても排気ガス熱だけでは不十分であり、堆積
した微粒子に着火させるのが困難になる。

【０００８】そこで、排気管のうち触媒付きパティキュ
レートフィルタの設置個所よりも上流に燃料供給手段を
設けて排気中に燃料を供給し、燃料の酸化反応によって
発生する反応熱の利用により堆積した堆積微粒子を燃焼
するという技術が従来より周知である。

【０００９】しかし、このような技術では、燃料の供給
量をフィルタの再生開始時の排気温度に基づいて設定す
るようにしてあるため、堆積微粒子の燃焼中に例えば機
関回転数が増加して排気温度が上昇すると、上昇した排
気温度に対して燃料の供給量が過剰となり、急激に酸化
が進行し、フィルタ温度が微粒子の燃焼温度よりも高く
なってフィルタが熱劣化してしまう虞がある。

【００１０】そこで、排気管のうちフィルタ設置箇所よ
りも下流に排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手
段を設け、この酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度に
基づいてフィルタに熱劣化が生じていないかどうかを検
出する技術が例えば特許第２９９８３２１号公報に開示
されている。

【００１１】しかし、当該フィルタから排出された排気
ガスの酸素濃度からフィルタに熱害を生じる虞ありとい
う判断をした時には既にフィルタが熱劣化している虞が
ある。これは、実際のフィルタ温度とフィルタに熱害を
生じる虞ありと判断した時のフフィルタ温度との間には
時間遅れがあるからである。

【００１２】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
で、その解決しようとする課題は、排気管に触媒付きパ
ティキュレートフィルタを設置した内燃機関の排気浄化
装置において、触媒付きパティキュレートフィルタの設
置箇所を境とした排気管上流側および下流側の酸素濃度
を検出し、これらの酸素濃度からフィルタ内での酸素濃
度変化率を算出し、この酸素濃度変化率からフィルタの
昇温状態を判定し、当該判定状態に応じて内燃機関への
流入酸素量を調節することで、フィルタに熱劣化等の熱
害を生じないようにすることができる内燃機関の排気浄
化装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気昇温装置は、次の手段を採用
した。

【００１４】（１）本発明内燃機関の排気浄化装置は、
排気通路に設置され、触媒を担持し排気ガス中の微粒子
を捕獲可能なフィルタと、前記排気通路のうち前記フィ
ルタに入る排気ガス中の酸素濃度を検出する入口側酸素
濃度検出手段と、前記フィルタから排出される排気ガス
中の酸素濃度を検出する出口側酸素濃度検出手段と、こ
れら両酸素濃度検出手段が検出した値に基づいて前記フ
ィルタ内での単位時間あたりの酸素濃度変化率を算出す
る酸素濃度変化率算出手段と、この酸素濃度変化率算出
手段によって算出した酸素濃度の変化率に基づいて前記
フィルタの昇温状態を検出する昇温状態検出手段と、こ
の昇温状態検出手段により検出したフィルタの昇温状態
に応じて内燃機関への流入酸素量を調節する流入酸素量
調節手段と、を有するようにした。

【００１５】ここで、内燃機関全体の制御を行うＥＣＵ
について簡単に述べるとともに、本発明の構成要素につ
いて説明する。

【００１６】ＥＣＵは、周知のごとくデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バスによって相互に接続され
た、中央処理制御装置ＣＰＵ，読み出し専用メモリＲＯ
Ｍ，ランダムアクセスメモリＲＡＭ，バックアップＲＡ
Ｍ，入力インタフェース回路，出力インタフェース回路
等から構成される。

【００１７】入力インタフェース回路は、内燃機関や車
輌に取り付けられた各種センサと電気的に接続され、こ
れら各種センサの出力信号が入力インタフェース回路か
らＥＣＵ内に入るとこれらのパラメータは一時的にラン
ダムアクセスメモリＲＡＭに記憶される。

【００１８】そして、これらのパラメータに基づいてＣ
ＰＵが必要とする演算処理を行うが、この演算処理の実
行にあたり、ＣＰＵは双方向性バスを通じてランダムア
クセスメモリＲＡＭに記憶しておいた前記パラメータを
必要に応じて呼び出す。

【００１９】「微粒子」とは、内燃機関がディーゼルエ
ンジンの場合は、カーボンスーツ，未燃燃料，オイル等
を例示できる。

【００２０】「フィルタ」は内燃機関がディーゼルエン
ジンの場合は、ディーゼルエンジンから排出される微粒
子を捕集するフィルタ、いわゆるＤｉｅｓｅｌ Ｐａｒ
ｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ＤＰＦを例示でき
る。

【００２１】（２）入口側酸素濃度検出手段および出口
側酸素濃度検出手段は、酸素センサや空燃比センサが好
適である。酸素センサも空燃比センサも周知であるため
詳しい説明は省略する。

【００２２】（３）入口側酸素濃度検出手段に酸素セン
サや空燃比センサを用いる代わりに、例えば縦軸に機関
回転数をまた横軸に機関燃料噴射量をとってなる機関回
転数−機関燃料噴射量線図によって入口側の酸素濃度を
推定してもよい。この線図のことを入口側酸素濃度推定
マップということにし、当該マップを前記ＲＯＭに記憶
しておき必要に応じて当該マップから推定した入口側酸
素濃度を求めてもよい。

【００２３】「酸素濃度変化率算出手段」としては、入
口側酸素濃度検出手段と出口側酸素濃度検出手段とが検
出した値から前記フィルタ内での酸素濃度変化率を算出
するように設定されかつ前記ＲＯＭに記憶されたアプリ
ケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーシ
ョンプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの
属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵを酸素濃度変化率
算出手段ということができる。

【００２４】「昇温状態検出手段」としては、前記酸素
濃度変化率算出手段によって算出した酸素濃度の変化率
（以下「酸素濃度変化率」という。）から前記フィルタ
の昇温状態を検出するように設定されかつ前記ＲＯＭに
記憶されたアプリケーションプログラムを挙げられる。
前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによっ
てなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵ
を昇温状態検出手段ということができる。

【００２５】（４）また、酸素濃度変化率算出手段によ
って算出した酸素濃度変化率が所定の酸素濃度変化率以
上あり、かつ当該状態が所定時間以上持続している場合
は、フィルタの昇温状態が異常であると判定する昇温異
常判定手段を有することも考えられる。

【００２６】このような「昇温異常判定手段」として
は、前記ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラ
ムを挙げられる。当該アプリケーションプログラムの実
行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにあ
る。よって、ＥＣＵを昇温異常判定手段ということがで
きる。

【００２７】よって、酸素濃度変化率が所定の酸素濃度
変化率以上あり、かつ当該状態が所定時間以上持続して
いれば、それだけフィルタ内での酸化反応が促進しフィ
ルタ温度が高まり、フィルタがいずれ熱劣化してしまう
状態にあることを意味する。よって、所定の酸素濃度変
化率と前記所定時間とは、フィルタ内での酸化反応が急
速に進行し、そのままの状態を続けているとフィルタが
熱劣化を生じてしまう虞が高いことを報せる臨界点を意
味する。したがって、酸素濃度の変化率が所定の酸素濃
度変化率以上になることとその状態が所定時間以上持続
することは、フィルタ内での酸化反応が急速に進行し、
フィルタの熱劣化現象を生じる虞が高い状態になる十分
条件を意味する。

【００２８】「流入酸素量調節手段」としては、前記昇
温状態検出手段による昇温状態に応じて内燃機関への流
入酸素量を調節できるように、吸気絞り弁による吸気絞
りの実行や空燃比のリッチ化がなされるように設定され
たアプリケーションプログラムを挙げられる。このアプ
リケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされ
ＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵを流入酸
素量調節手段ということができる。

【００２９】なお空燃比のリッチ化は、例えば内燃機関
のインジェクタ等の燃料噴射装置から噴射される機関燃
料の増量によって行うことが挙げられる。そして、酸素
センサ（Ｏ₂センサ）や空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
から送られて来る信号によって燃料噴射量の増量分は決
められる。

【００３０】このような構成の内燃機関の排気浄化装置
では、排気通路における排気ガスの流れ方向において、
フィルタに対する排気ガスの入口側および出口側それぞ
れの酸素濃度を検出し、排気ガスの出口側の酸素濃度が
排気ガスの入口側の酸素濃度と比較してどのように変化
しているかをみることで、すなわち排気通路におけるフ
ィルタを境にしたその前後における酸素濃度の単位時間
あたりの変化率をみることで、フィルタの内部温度が過
度に昇温しないようにフィードバック制御することが可
能である。

【００３１】そして、フィルタ内部での発熱速度（酸化
反応速度）と相関関係にあるフィルタ前後の酸素濃度差
の時間的変化率、すなわちフィルタに入った排気ガスが
フィルタから排出されるまでの間に酸素濃度がどれだけ
変化したか（どれだけの濃度差を生じたか）の単位時間
当たりの変化率が、フィルタに熱劣化を生じさせてしま
う、前記臨界点の一つである所定の酸素濃度変と比較し
てそれ以上あり、かつその状態がフィルタに熱劣化を生
じさせてしまう、前記臨界点の別の一つである所定時間
以上持続していると昇温状態検出手段が判定した場合に
は、昇温異常判定手段によってフィルタ温度が過度に高
まってやがて熱劣化してしまう虞のある臨界状態に現在
フィルタがある、すなわちフィルタが異常に昇温された
状態にあると予測する。そしてその場合には、吸気絞り
や空燃比のリッチ化を行って排気ガス中の酸素量を低減
させることで酸化反応によるフィルタの過昇温を防止す
る。よってフィルタの熱劣化を有効に防止できる。

【００３２】また、入口側酸素濃度検出手段に酸素セン
サや空燃比センサを用いずに入口側酸素濃度推定マップ
を用いれば酸素センサや空燃比センサによって直接検出
する場合に比べて精度的には劣っても入口側酸素濃度検
出手段として酸素センサや空燃比センサを用いなくても
よいのでそれだけ部品点数の削減ができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明内燃機関の排気浄化
装置の実施形態を添付した図面に基づいて説明する。

【００３４】図１は本発明内燃機関の排気浄化装置を圧
縮着火式内燃機関であるディーゼルエンジンに適用した
場合を示す。

【００３５】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は排気ポートを示
す。

【００３６】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。コンプレッサ１５を取り
付けてある吸気管９０には図示しないエアクリーナやエ
アフローメータを備えてある。

【００３７】吸気ダクト１３内にはステップモータ１６
により駆動するスロットル弁１７を配置し、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を配置してある。図１に示
す実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導びかれ、
機関冷却水によって吸入空気を冷却するようになってい
る。

【００３８】一方、排気ポート１０は排気マニホールド
１９および排気管２０を介してターボチャージャ１４の
タービン２１に連結され、タービン２１の出口は排気通
路である排気管７０に設けた排気浄化装置Ａに連結して
ある。また、排気ポート１０には燃料供給手段である図
示しない燃料添加ノズルを取り付けてある。よって、燃
料添加ノズルは、排気管７０のうち排気浄化装置Ａより
も上流に位置する。

【００３９】排気浄化装置Ａは、ＤＰＦに酸化触媒を担
持しかつ排気ガス中の微粒子を捕獲可能なフィルタであ
る触媒付きパティキュレートフィルタ２２をケース体２
３内に包蔵してなるものである。この排気浄化装置Ａを
用いて排気ガス中の煤等の微粒子を除去するために微粒
子をフィルタで一旦捕集し、当該捕集した微粒子を着火
燃焼する。微粒子を着火燃焼するには、排気ガス熱を利
用する他、前記燃料添加ノズルから排気中に燃料を供給
し、燃料の酸化反応によって発生する反応熱を利用す
る。このようにして微粒子を燃焼除去することでフィル
タから微粒子を除去しフィルタの再生を図る。なお、酸
化触媒の代わりに、燃料の酸化機能を有するＮＯｘ触媒
をＤＰＦに担持してもよい。

【００４０】また、排気マニホールド１９とサージタン
ク１２とは、排気ガス再循環装置（以下、「ＥＧＲ」と
称す）の構成部材であるＥＧＲ通路２４を介してお互い
に連結されている。また、ＥＧＲ通路２４は電気制御式
ＥＧＲ制御弁２５を有する。加えてＥＧＲ通路２４には
その中を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２
６を配置してある。図１に示す実施例では機関冷却水を
冷却装置２６内に導びき、機関冷却水によってＥＧＲガ
スを冷却するようになっている。

【００４１】一方、燃料噴射弁６は、燃料供給管６ａを
介して燃料リザーバであるコモンレール２７に連結して
ある。

【００４２】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によって燃料を供給する。そし
て、コモンレール２７内に供給した燃料は燃料供給管６
ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２
７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を取り付けてあり、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の吐出量を制御す
る。

【００４３】なお、燃料噴射弁６からの噴射燃料の量
は、アクセルペダル４０の踏み込み量と機関回転数の関
数としてマップの形で、次に述べる電子制御ユニット
（以下「ＥＣＵ」と称す。）３０のＲＯＭ３２内に記憶
しておいた要求トルク算出マップ（図示せず）からアク
セルペダル４０の踏み込み量および機関回転数に応じた
要求トルクを求め、この要求トルクに基づいて算出する
ようになっている。

【００４４】ＥＣＵ３０はデジタルコンピューターから
なり、双方向性バス３１によって互いに接続した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、出力ポート３６およびＡＤ変換器３７
を具備する。

【００４５】燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡ
Ｄ変換器３７を介して入力ポート３５に入力する。

【００４６】また、排気管７０のうち排気浄化装置Ａの
下流側近傍には排気浄化装置Ａから排出される排気ガス
温度（出ガス温度）Ｔｏを検出する排気温度センサ７９
を取り付けてある。そして排気温度センサ７９よりも下
流箇所には排気浄化装置Ａ（フィルタ）から排出される
排気ガス中の酸素濃度を検出する出口側酸素濃度検出手
段としての酸素センサ（または空燃比センサ）８１を取
り付けてある。そして排気管７０のうち排気浄化装置Ａ
の上流側にも酸素センサ（または空燃比センサ）８３を
取り付けてあり、この酸素センサ８３によって排気浄化
装置Ａに入る排気ガス中の酸素濃度を検出する。よって
酸素センサ８３は排気浄化装置Ａの入口側酸素濃度検出
手段といえる。 温度センサ７９や酸素センサ８１，８
３の出力信号は、ＡＤ変換器３７を介して入力ポート３
５に入る。

【００４７】また、排気管７０のうち酸素センサ８１よ
りも下流には、ケース体内に例えば吸蔵還元型ＮＯx触
媒を包蔵する触媒コンバータや排気絞り弁（共に図示せ
ず）を取り付けてある。

【００４８】アクセルペダル４０にはアクセルペダル４
０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷セン
サ４１を接続してあり、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に入る。
更に入力ポート３５には、図示しないクランクシャフト
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を接続してある。

【００４９】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，燃料ポンプ２８
と接続してある。

【００５０】次に図２のフローチャートを用いて、本実
施形態に係る排気浄化装置Ａに含まれるフィルタの昇温
状態に異常があるかどうかを判定するためのフィルタ昇
温異常判定制御実行ルーチンを実現するためのプログラ
ムを説明する。

【００５１】本プログラムは、以下に述べるステップ１
０１〜ステップ１０７からなる。また、これらのステッ
プからなるプログラムは、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶し
てあり必要に応じて呼び出される。前記各ステップにお
ける処理は、すべてＥＣＵ３０のＣＰＵ３４による。な
お、記号Ｓを用い、例えばステップ１０１であればＳ１
０１と省略して示す。

【００５２】Ｓ１０１では酸素センサ８１および８３に
より、排気管７０のうち排気浄化装置Ａのフィルタに入
る上流側排気ガス中の酸素濃度およびフィルタから排出
される排気ガス中の酸素濃度を検出する。併せて排気温
度センサ７９により排気浄化装置Ａの出ガス温度Ｔｏを
検出する。

【００５３】Ｓ１０２ではＳ１０１で求めた排気浄化装
置Ａの上流側および下流側それぞれの酸素濃度から両者
の酸素濃度差（ΔＯ２）を算出する。

【００５４】Ｓ１０３では酸素濃度の変化率（以下「酸
素濃度変化率」という。）Ｒを算出するために、本ルー
チン実行時における例えば最初の酸素濃度差（ΔＯ２）
を二回目の酸素濃度差（ΔＯ２）から差し引いたもの単
位時間で除する。

【００５５】これらの関係を算式（１）で示す。

【００５６】 Ｒ＝（（ΔＯ２）ｎ−（ΔＯ２）ｎ−１）／ｔ・・・（１） ただし、 ｎ：本ルーチンの実行回数を示す。

【００５７】ｎ−１：本ルーチンの前回の実行回数を示
す。

【００５８】ｔ：単位時間 Ｓ１０３のことを酸素濃度検出手段である酸素センサ８
３および８１が検出した値に基づいて前記フィルタ内で
の単位時間あたりの酸素濃度変化率を算出する酸素濃度
変化率算出手段という。Ｓ１０３を含む本プログラムは
ＲＯＭ３２に記憶されＲＯＭ３２の属性はＥＣＵ３０に
あるのでＥＣＵ３０を酸素濃度変化率算出手段というこ
ともできる。

【００５９】Ｓ１０４ではＳ１０３で求めた酸素濃度変
化率Ｒを所定の酸素濃度変化率Ｒｓと比較し、その大小
関係を等記号を含む不等式を用いた算式（２）で判定す
る。

【００６０】 Ｒ≧Ｒｓ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） ただし、 Ｒｓ：排気浄化装置Ａのフィルタ内で酸化反応が急速に
進行し、フィルタが熱劣化を生じてしまうことを意味す
る指標の一つ Ｓ１０４で肯定判定した場合はＳ１０５に進む。また否
定判定した場合は本プログラムを必要に応じて繰り返
す。酸化反応が急速におこっていないことになるので本
発明の対象外だからである。

【００６１】Ｓ１０５ではＳ１０４で肯定判定した場合
の状態であるＲ≧Ｒｓの関係が所定時間Ｔｓ以上持続し
ているかどうかを判定する。ここでＴｓとは、Ｒ≧Ｒｓ
の関係が所定時間Ｔｓ以上持続している場合には、それ
だけフィルタ内での酸化反応が促進してフィルタ温度が
異常に高まり、フィルタがやがて熱劣化してしまう状態
にあることを意味する指標である。また前記所定時間Ｔ
ｓは、Ｓ１０１で求めた出ガス温度Ｔｏによってかつフ
ィルタの種類によって定まる定数である。所定時間Ｔｓ
を求めるには、予め用意しておいた出ガス温度Ｔｏに基
づいて定まる一次元マップ（図示せず）から求める。

【００６２】よって、所定の酸素濃度変化率Ｒｓと前記
所定時間Ｔｓとは、フィルタ内での酸化反応が急速に進
行し、フィルタがやがて熱劣化を生じてしまう臨界点を
意味する。換言すれば、酸素濃度の変化率Ｒが所定の酸
素濃度変化率Ｒｓ以上になることおよびその状態が所定
時間Ｔｓ以上持続することは、フィルタ内での酸化反応
が急速に進行し、フィルタの熱劣化現象を生じるための
十分条件である。

【００６３】そして、これらＳ１０４およびＳ１０５
は、酸素濃度変化率算出手段であるＳ１０３で算出した
酸素濃度の変化率に基づいてフィルタの昇温状態を検出
する昇温状態検出手段ということができる。Ｓ１０４お
よびＳ１０５を含む本プログラムはＲＯＭ３２に記憶さ
れＲＯＭ３２の属性はＥＣＵ３０にあるのでＥＣＵ３０
を昇温状態検出手段ということもできる。

【００６４】そして、Ｓ１０５で肯定判定した場合はＳ
１０６に進み、否定判定した場合は本プログラムを必要
に応じて繰り返す。否定判定した場合に本プログラムを
終了するのは酸化反応がおこっていてもフィルタに劣化
を生じる程の状態にないからである。

【００６５】そして、Ｓ１０６ではＳ１０４とＳ１０５
の条件が揃った場合に進むステップであるからこのＳ１
０６でフィルタが異常昇温の状態にあると判断する。よ
ってＳ１０６は、前記酸素濃度変化率算出手段であるＳ
１０４およびＳ１０５で算出した前記酸素濃度変化率Ｒ
を所定の酸素濃度変化率Ｒｓと比較した場合の特定状態
Ｒ≧Ｒｓが所定時間Ｔｓ以上持続している場合には、フ
ィルタの昇温状態が異常であると判定する昇温異常判定
手段ということができる。そしてＳ１０６を含む本プロ
グラムはＲＯＭ３２に記憶されＲＯＭ３２の属性はＥＣ
Ｕ３０にあるのでＥＣＵ３０を昇温異常判定手段いうこ
ともできる。

【００６６】Ｓ１０７ではステップモータ１６によりス
ロットル弁１７を閉じて吸気絞りを行う、すなわち昇温
状態検出手段であるＥＣＵ３０により検出したフィルタ
の昇温状態に応じてディーゼルエンジンへの流入酸素量
を調節するので、Ｓ１０７を流入酸素量調節手段といえ
る。そしてＳ１０７を含む本プログラムはＲＯＭ３２に
記憶されＲＯＭ３２の属性はＥＣＵ３０にあるのでＥＣ
Ｕ３０を流入酸素量調節手段ということもできる。ま
た、吸気絞りを行う代わりに空燃比をリッチになるよう
にしてもよい。このようにすることで排気ガス中の酸素
量を低減させることにより、酸化反応によるフィルタの
過昇温を防止する。

【００６７】なお、この実施形態では、入口側酸素濃度
検出手段に酸素センサ８３を用いたものを示したが、そ
の代わりとして、例えば縦軸に機関回転数をまた横軸に
機関燃料噴射量をとってなる機関回転数−機関燃料噴射
量線図によって入口側の酸素濃度を推定してもよい。こ
の線図のことを入口側酸素濃度推定マップということに
し、当該マップを前記ＲＯＭに記憶しておき必要に応じ
て当該マップから推定した入口側酸素濃度を求めてもよ
い。

【００６８】このような構成のディーゼルエンジンで
は、排気管７０における排気ガスの流れ方向においてフ
ィルタに対する排気ガスの入口側および出口側それぞれ
の酸素濃度を検出し、排気ガスの出口側の酸素濃度が排
気ガスの入口側の酸素濃度と比較してどのように変化し
ているかをみることで、すなわち排気管７０におけるフ
ィルタを境にしたその前後における酸素濃度の単位時間
あたりの変化率をみることで、フィルタの内部温度が過
度に昇温しないように吸気絞り等によりフィードバック
制御することが可能である。

【００６９】そして、フィルタ内部での発熱速度（酸化
反応速度）と相関関係にあるフィルタ前後の酸素濃度差
の時間的変化率、すなわちフィルタに入った排気ガスが
フィルタから排出されるまでの間に酸素濃度がどれだけ
変化したか（どれだけの濃度差を生じたか）の単位時間
当たりの変化率Ｒが、フィルタに熱劣化を生じさせてし
まう、前記臨界点の一つである所定の酸素濃度変率Ｒｓ
と比較してそれ以上あり、かつその状態が、フィルタに
熱劣化を生じさせてしまう、前記臨界点の別の一つであ
る所定時間Ｔｓ以上持続していると、昇温状態検出手段
（Ｓ１０４，Ｓ１０５）が判定した場合には、昇温異常
判定手段（Ｓ１０６）によってフィルタ温度が過度に高
まってやがて熱劣化してしまう虞のある臨界状態に現在
フィルタがある、すなわちフィルタが異常に昇温された
状態にある、と予測する。そしてその場合には、吸気絞
りや空燃比のリッチ化を行って排気ガス中の酸素量を低
減させることで酸化反応によるフィルタの過昇温を防止
する。よってフィルタの熱劣化を有効に防止できる。

【００７０】また、入口側酸素濃度検出手段として酸素
センサや空燃比センサを用いずに前記入口側酸素濃度推
定マップを用いれば、酸素センサや空燃比センサによっ
て直接検出する場合に比べて精度的には劣るかもしれな
いが入口側酸素濃度検出手段として酸素センサや空燃比
センサを用いなくてもよいので、それだけ部品点数の削
減ができる。

【００７１】なお、フィルタ内部で微粒子が部分的に燃
焼を生じた場合でも本発明内燃機関の排気浄化装置によ
ればリアルタイムに検出することができ、事前にフィル
タが過昇温になりそうな状態を把握できる。

【００７２】

【発明の効果】本発明の内燃機関の排気浄化装置では、
排気管に触媒付きパティキュレートフィルタを設置した
内燃機関の排気浄化装置において、触媒付きパティキュ
レートフィルタの設置箇所を境とした排気管上流側およ
び下流側の酸素濃度を検出し、これらの酸素濃度からフ
ィルタ内での酸素濃度変化率を算出し、この酸素濃度変
化率からフィルタの昇温状態を判定し、当該判定状態に
応じて内燃機関への流入酸素量を調節することで、フィ
ルタに熱劣化等の熱害を生じないようにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明内燃機関の排気浄化装置を適用した内燃
機関の全体図

【図２】本発明内燃機関の排気浄化装置に係るフィルタ
の昇温状態に異常があるかどうかを判定するためのフィ
ルタ昇温異常判定制御実行ルーチンを実現するためのプ
ログラムを説明するためのフローチャート

【符号の説明】

１ 機関本体 ２ シリンダブロック ３ シリンダヘッド ４ ピストン ５ 燃焼室 ６ 電気制御式燃料噴射弁 ６ａ 燃料供給管 ７ 吸気弁 ８ 吸気ポート ９ 排気弁 １０ 排気ポート １１ 吸気枝管 １２ サージタンク １３ 吸気ダクト １４ 排気ターボチャージャ １５ コンプレッサ １６ ステップモータ １７ スロットル弁 １８ 冷却装置 １９ 排気マニホールド ２０ 排気管 ２１ タービン ２２ 触媒付きパティキュレートフィルタ
（フィルタ） ２３ ケース体 ２４ ＥＧＲ通路 ２５ 電気制御式ＥＧＲ制御弁 ２６ 冷却装置 ２７ コモンレール ２８ 燃料ポンプ ２９ 燃料圧センサ ３０ ＥＣＵ（酸素濃度変化率算出手段，昇
温状態検出手段，流入酸素量調節手段，昇温異常判定手
段） ３１ 双方向性バス ３２ ＲＯＭ ３３ ＲＡＭ ３４ ＣＰＵ ３５ 入力ポート ３６ 出力ポート ３７ ＡＤ変換器 ３８ 駆動回路 ４０ アクセルペダル ４１ 負荷センサ ４２ クランク角センサ ７０ 排気管（排気通路） ７９ 排気温度センサ ８１ 酸素センサ（出口側酸素濃度検出手
段） ８３ 酸素センサ（入口側酸素濃度検出手
段） Ａ 排気浄化装置 ΔＯ２ 酸素濃度差 Ｒ 酸素濃度変化率 Ｒｓ 所定の酸素濃度変化率 Ｔｏ 排気ガス温度 Ｔｓ 所定時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｄ ３２１Ｇ 3/18 3/18 Ｃ 3/24 3/24 Ｅ Ｒ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３５５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３５５ ３６０ ３６０Ａ ３８０ ３８０Ａ 41/22 ３５５ 41/22 ３５５ ３６０ ３６０ ３８０ ３８０Ｄ Ｆターム(参考） 3G090 AA01 BA01 CA04 CB25 DA01 DA09 DA10 DA12 DA18 DA20 DB10 EA02 EA05 EA06 EA07 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB05 AB06 AB13 BA00 BA04 BA08 BA10 BA14 BA21 BA31 CA18 CB02 CB07 CB08 DA01 DA02 DA05 DB10 DB13 EA00 EA01 EA03 EA05 EA07 EA17 EA30 EA34 FB03 FB10 FB12 FC04 FC08 HA14 HA16 HA36 HA37 HB05 HB06 3G301 HA02 HA11 HA13 JA24 JA33 JB09 LA03 LC04 NA09 NC02 NE13 NE23 PA11A PA11Z PB03Z PB08Z PD02Z PD09Z PD11Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に設置され、触媒を担持し排気
   ガス中の微粒子を捕獲可能なフィルタと、 前記排気通路のうち前記フィルタに入る排気ガス中の酸
   素濃度を検出する入口側酸素濃度検出手段と、 前記フィルタから排出される排気ガス中の酸素濃度を検
   出する出口側酸素濃度検出手段と、 これら両酸素濃度検出手段が検出した値に基づいて前記
   フィルタ内での単位時間あたりの酸素濃度変化率を算出
   する酸素濃度変化率算出手段と、 この酸素濃度変化率算出手段によって算出した酸素濃度
   の変化率に基づいて前記フィルタの昇温状態を検出する
   昇温状態検出手段と、 この昇温状態検出手段により検出したフィルタの昇温状
   態に応じて内燃機関への流入酸素量を調節する流入酸素
   量調節手段と、 を有する内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記入口側酸素濃度検出手段および出口
   側酸素濃度検出手段は、酸素センサまたは空燃比センサ
   であ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。
3. 【請求項３】 前記入口側酸素濃度検出手段は、機関回
   転数と機関燃料噴射量とから前記排気通路のうち前記フ
   ィルタに入る排気ガス中の酸素濃度を求めることを特徴
   とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記酸素濃度変化率算出手段によって算
   出した前記酸素濃度変化率を所定の酸素濃度変化率と比
   較した場合の特定状態が所定時間以上持続している場合
   は、フィルタの昇温状態が異常であると判定する昇温異
   常判定手段を有することを特徴とする請求項１〜３いず
   れか記載の内燃機関の排気浄化装置。