JP2002089327A

JP2002089327A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002089327A
Application number: JP2000279420A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Niizawa; 元啓新沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】酸化触媒の温度を、ＮＯからＮＯ２への転換
が活発に行われる温度に制御し、ＮＯ２を利用したパテ
ィキュレートフィルタの連続再燃焼を確実に行わせる。【解決手段】排気微粒子を捕集するパティキュレート
フィルタの上流に、酸化触媒が配置され、排気中のＮＯ
をＮＯ２に転換して、このＮＯ２により、排気微粒子の
連続再燃焼が行われる。酸化触媒によるＮＯ２への転換
は、触媒温度が２５０〜４５０℃の範囲で活発となり、
６００℃以上では、Ｏ２による排気微粒子の燃焼が可能
であるので、再生が必要となったときに、排気温度が２
００〜２５０℃のａ〜ｂの範囲では、ポスト噴射により
酸化触媒の温度上昇を図り、排気温度が４５０〜６００
℃のｄ〜ｆの範囲では、空気の導入による温度低下を図
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
浄化装置、特にディーゼルエンジン等において問題とな
る排気微粒子を処理するための排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気微粒子（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ
Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭともいう）を放出する内燃機関、例
えばディーゼルエンジンにおいては、従来よりこの排気
微粒子を低減するための様々な排気後処理技術が提案さ
れている。

【０００３】しかしながら、排気微粒子成分の中のドラ
イスートについてはカーボンが主成分であり、カーボン
は安定した物質であって、通常は約６００℃以上の比較
的高温度でなければ焼却処理できないため、排気微粒子
成分の中の炭化水素（以下ＨＣという）成分のように、
酸化触媒等で比較的低温度で除去（ＨＣは約２００℃以
上で処理可能である）することが困難である。

【０００４】このため、排気中の排気微粒子を捕集す
る、いわゆるディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄ
ｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ、
以下パティキュレートフィルタという）を設けて、排気
微粒子をこのパティキュレートフィルタで捕集するよう
に構成するとともに、このパティキュレートフィルタの
上流に酸化触媒を配置し、この酸化触媒で排気中のＮＯ
を酸化させてＮＯ₂（以下、ＮＯ₂、Ｏ₂、ＣＯ₂を、それ
ぞれ、ＮＯ２、Ｏ２、ＣＯ２と表記する）を生成させ
（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２の反応によりＮＯｘ中のＮＯ
２の比率が増加）、パティキュレートフィルタに捕集さ
れている排気微粒子を、この生成させた非常に高い酸化
力を持つＮＯ２によって再燃焼させて除去することによ
り、パティキュレートフィルタを再生するようにした連
続再燃焼トラップ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＲｅｇ
ｅｎｅｒａｔｉｎｇＦｉｌｔｅｒ：ＣＲＦ）が提案さ
れている（特開平０１−３１８７１５号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の連続
再燃焼方式による排気微粒子除去の反応原理は、「ＮＯ
２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ２＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ２、
および２ＮＯ２＋２Ｃ→Ｎ２＋２ＣＯ２」であり、エン
ジンからの排気微粒子発生量に見合ったＮＯ２量が存在
すれば、酸化触媒が比較的低温度であってもパティキュ
レートフィルタに捕集された排気微粒子が連続的に除去
され、パティキュレートフィルタに排気微粒子が堆積し
ないため、パティキュレートフィルタを再生させるため
の特別な加熱装置等を設ける必要がない。

【０００６】しかし、酸化触媒によるＮＯからＮＯ２へ
の転換は触媒温度に依存しており、ＮＯからＮＯ２への
転換は、触媒入口の排気温度で約１５０℃当たりから始
まる。また、上記の「ＮＯ２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ
２＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ２、および２ＮＯ２＋２Ｃ→Ｎ２
＋２ＣＯ２」の反応も、やはり温度に依存しているた
め、温度が高い方がＮＯ２による排気微粒子の再燃焼除
去が促進されることにはなる。

【０００７】一方、酸化触媒によるＮＯからＮＯ２への
転換は、酸素濃度が極端に減少しない限り温度の高いほ
ど活発に行われるのではあるが、排気温度が高くなるほ
どＮＯ２の状態を維持することが困難になり、生成され
たＮＯ２が再度ＮＯに戻る現象が発生する。すなわち排
気温度により定まる理論平衡転換率以上には，ＮＯから
ＮＯ２に転換することが出来ない。

【０００８】このため図２に示すように、実際の排気中
における酸化触媒入口から出口でのＮＯからＮＯ２への
転換は、酸化触媒が活性化し始める約１５０℃から始ま
って約３５０℃付近でピークに達し、その後温度が上昇
するのに伴って低下していく。ここで、ディーゼル排気
中のＯ２濃度は一般的には最低でも４〜６％程度は残存
しているため、実際の排気中でのＮＯからＮＯ２への転
換に対してＯ２が不足することはなく、ＮＯ２への転換
は殆ど排気温度によって律則されていると言える。

【０００９】この結果、実用上は、酸化触媒によってＮ
ＯからＮＯ２への転換が活発に行われる約２５０〜４５
０℃の排気（触媒）温度範囲でないと、パティキュレー
トフィルタに捕集された排気微粒子がＮＯ２によって再
燃焼して連続的に除去される状況にはならないことが本
出願人による研究において判明した。

【００１０】なお、排気微粒子成分中のカーボンは、前
述したように約６００℃以上の高い温度であれば、ＮＯ
２の高酸化力に頼らずともＯ２によって再燃焼除去でき
るので、従来の連続再燃焼トラップにあっては、約２５
０〜４５０℃の温度範囲と約６００℃以上の温度範囲と
で、パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子
が連続的に除去されパティキュレートフィルタが再生さ
れる。

【００１１】逆に、約２５０℃以下の温度範囲、および
約４５０〜６００℃の温度範囲では、ＮＯ２の高酸化力
にも、高温度（Ｏ２による酸化）にも期待できないた
め、この領域での頻度が高くなる運転（例えば発進と停
止が交互に頻繁に行われるような場合）が継続されたの
では、徐々にパティキュレートフィルタに排気微粒子が
堆積してしまい、背圧上昇によりエンジン動力性能が悪
くなり、また排気微粒子の燃焼条件に合致したときに排
気微粒子の堆積量が多くなることから、排気微粒子の再
燃焼による発熱が過大となってパティキュレートフィル
タが劣化する可能性がある。

【００１２】上記のような問題に対し、深層濾過形式の
パティキュレートフィルタを３つ以上に分割して、夫々
のパティキュレートフィルタの上流に酸化触媒を配置す
ることにより、排気微粒子燃焼後の２ＮＯ＋Ｏ２→２Ｎ
Ｏ２の転換を複数回実施するようにして、排気微粒子の
再燃焼に寄与するＮＯ２の量を増加させ、排気微粒子の
再燃焼量を増加させようとする試みも提案されている
（特開平０９−０７９０２４号公報参照）。

【００１３】しかしこの場合も、２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ
２の反応が酸化触媒による酸化反応であるため、触媒を
単に分割して小型化するのでは空間速度（Ｓｐａｃｅ
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ：ＳＶ）が大きくなって、上記２ＮＯ
＋Ｏ２→２ＮＯ２の反応も低下することになる。

【００１４】つまりパティキュレートフィルタは分割す
るとしても、触媒の酸化活性は相対的に増加させる必要
がある。これには触媒を大きくしたり、担持する貴金属
の量をある程度増加することが有効である。しかしなが
ら、この場合には排気浄化装置が大型化して搭載性が悪
化したり、担持貴金属量の増加によるコスト増加を招く
という問題が生じることになる。

【００１５】また、上記のように約４５０℃以上では、
ＮＯ２の状態を維持することが困難になる。このためＮ
ＯからＮＯ２への転換率が急激に低下するのであるが、
このような温度条件では、排気微粒子の再燃焼に寄与す
るＮＯ２の量を増加させることが困難になる。したがっ
て上記の４５０〜６００℃の温度範囲で排気微粒子の連
続再燃焼能力を改善することに関しては、パティキュレ
ートフィルタを分割して夫々のパティキュレートフィル
タの上流に酸化触媒を配置したとしても、パティキュレ
ートフィルタに排気微粒子が堆積しなくなる程の大きな
効果は期待できない。

【００１６】さらに、酸化触媒の酸化活性を低下させて
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２の反応を阻害する問題として、
燃料中に含まれる硫黄に起因した触媒の硫黄被毒の問題
が存在する。つまり燃料中の硫黄は酸化物として排気中
に放出される。この硫黄酸化物は殆どＳＯ₂であるが、
図２に示すように、酸化触媒の活性化する温度ではＳＯ
₂も更に酸化されてＳＯ₄ ^--（以下サルフェートという）
に転換される。

【００１７】ＳＯ₂は気体であるがサルフェートは低温
ではミスト状であって排気微粒子の一部を形成すること
は良く知られている。さらに厄介なことには、このサル
フェートが触媒のコート層（例えば活性アルミナ：Ａｌ
₂Ｏ₃）に浸透して吸着し、おおよそ３００℃前後の温度
で吸着量がピークに達する。つまり、上記ＮＯからＮＯ
２への転換が活発に行われる約２５０〜４５０℃の排気
（触媒）温度範囲で連続して運転すると、最もサルフェ
ートが吸着しやすい条件であって、触媒の酸化性能を悪
化させてしまい、ＮＯからＮＯ２への転換も徐々に低下
していくという相反する特性が発現してしまう。

【００１８】温度が上昇するとサルフェートも気化する
ため、触媒が被毒されることはない。また、一旦、硫黄
吸着によって被毒された触媒であっても、比較的高温度
条件（約４５０℃以上）でサルフェートが触媒から気化
脱離するため、性能が回復する。逆を言えば、硫黄によ
って吸着被毒した酸化触媒は比較的高温度条件において
回復処理してやる必要がある。

【００１９】そこで本発明は、連続再燃焼が可能なよう
に酸化触媒の下流にパティキュレートフィルタを配置し
ておき、パティキュレートフィルタに捕集された排気微
粒子を積極的に再燃焼除去してパティキュレートフィル
タを再生すべき状態になった場合、すなわちパティキュ
レートフィルタ再生条件となった場合には、触媒に流入
する排気温度が低い（例えば２５０℃以下）ときには排
気温度を上昇させ、逆に所定温度より高い所定の温度範
囲（例えば４５０〜６００℃）のときには排気温度を低
下させて、ＮＯからＮＯ２への転換が活発に行われる温
度範囲（２５０〜４５０℃）で運転される頻度を積極的
に高め、ＮＯ２によってパティキュレートフィルタに捕
集された排気微粒子を再燃焼除去する能力を増強するこ
とを目的とする。

【００２０】また一方で、酸化触媒の硫黄による吸着被
毒量が限界に達し、触媒の酸化性能を回復処理すべき状
態となった場合には、吸着した硫黄を脱離させるため、
最も硫黄被毒しやすい所定の温度条件（例えば３００
℃）以上にあれば、触媒に流入する排気の温度あるいは
触媒の温度を、硫黄が脱離する所定の温度条件（例えば
４５０℃）以上にまで上昇させることにより、渋滞運転
あるいは発進と停止が交互に頻繁に行われるような運転
が継続された場合にも、硫黄被毒による酸化触媒の性能
悪化を防止して、排気微粒子の過度の堆積を防止し、背
圧上昇によるエンジン動力性能の悪化やパティキュレー
トフィルタの熱的劣化を防止することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る内燃機関
の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、か
つ排気に作用して、少なくともＮＯを酸化してＮＯ２を
生成する酸化触媒と、この酸化触媒の下流側に位置し、
排気中の微粒子を捕集するとともに、捕集した排気微粒
子を排気中のＮＯ２と反応させるパティキュレートフィ
ルタと、上記酸化触媒の温度ないしはこれに関連する排
気の温度を検出する温度検出手段と、上記酸化触媒の温
度を制御する温度制御手段と、上記パティキュレートフ
ィルタの排気微粒子捕集状況を判定する排気微粒子捕集
状況判定手段と、を備え、上記排気微粒子捕集状況判定
手段によって、パティキュレートフィルタの積極的な再
生が必要であると判定されたときに、上記温度検出手段
の検出温度が所定の下限値以下であれば、上記温度制御
手段によって上記酸化触媒の温度をＮＯからＮＯ２への
酸化反応が活性化する温度にまで上昇させ、上記検出温
度が所定の上限値以上であれば、上記温度制御手段によ
って上記酸化触媒の温度をＮＯからＮＯ２への酸化反応
が活性化する温度にまで低下させることを特徴としてい
る。

【００２２】これにより、パティキュレートフィルタの
強制的な再生が必要な場合には、酸化触媒の温度（ある
いは排気温度）が、ＮＯからＮＯ２への転換が活発に行
われる温度範囲、例えば２５０℃〜４５０℃に維持さ
れ、ＮＯ２による排気微粒子の再燃焼除去が行われる。

【００２３】請求項２の発明においては、上記下限値
は、上記酸化触媒の温度上昇に対しＮＯからＮＯ２への
転換率の上昇割合が小から大に変化する温度近傍に設定
されることを特徴としている。

【００２４】請求項３の発明においては、上記上限値
は、上記酸化触媒の温度上昇に対しＮＯからＮＯ２への
転換率の低下割合が大から小に変化する温度近傍に設定
されることを特徴としている。

【００２５】請求項１〜３の発明をより具体化した請求
項４の発明では、上記検出温度が上記上限値を超えてさ
らに上昇し、上記パティキュレートフィルタの排気微粒
子がＯ２によって再燃焼除去される温度に達したとき
は、上記温度制御手段による温度低下を行わないことを
特徴としている。例えば、６００℃以上であれば、ＮＯ
２によらずに、Ｏ２によって排気微粒子の再燃焼除去が
可能である。

【００２６】また請求項５の発明は、上記酸化触媒の硫
黄被毒状況を判定する硫黄被毒状況判定手段を有し、硫
黄被毒状況が所定レベルに達したと判定されたときに、
上記温度制御手段によって、上記酸化触媒の温度を硫黄
が脱離する温度にまで上昇させることを特徴としてい
る。例えば、４５０℃以上にまで触媒温度を高めること
で、硫黄は脱離し、触媒の酸化機能が回復する。

【００２７】この請求項５の発明をより具体化した請求
項６の発明では、特に、上記酸化触媒の温度が、該酸化
触媒が最も硫黄を吸着し始める温度付近から、さらに温
度が上昇して該酸化触媒に吸着した硫黄が活発に脱離し
始める温度付近までの温度範囲にある場合に、上記温度
制御手段による温度上昇を行うようになっている。すな
わち、最も硫黄被毒しやすい例えば３００℃から硫黄が
活発に脱離する例えば４５０℃までの範囲にあるときに
温度上昇が行われ、それよりも温度が低い場合には、硫
黄被毒状況が所定レベルにあっても、温度上昇は行われ
ない。

【００２８】請求項７のように、上記温度制御手段は、
温度上昇手段と温度低下手段とを含むことが望ましい。

【００２９】請求項８の発明は、上記温度上昇手段が、
内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料噴射
装置によって燃料の主噴射後の膨張行程ないしは排気行
程中に追加燃料を噴射するポスト噴射手段であることを
特徴としている。このポスト噴射によって、排気温度が
上昇し、さらには、未燃ＨＣが増えて酸化触媒での発熱
量が増加する。

【００３０】請求項９の発明は、上記温度低下手段が、
上記酸化触媒の入口部の排気通路内への空気導入手段で
あることを特徴としている。

【００３１】請求項１０の発明は、上記温度低下手段
が、主噴射燃料の燃料噴射時期の進角、ＥＧＲの停止、
過給の増強、のいずれか、あるいはこれらの組み合わせ
からなることを特徴としている。

【００３２】請求項１１の発明は、上記排気微粒子捕集
状況判定手段が、内燃機関の回転速度を検出する回転速
度センサと、内燃機関の負荷を検出する負荷センサと、
上記温度検出手段と、の各信号の少なくとも１つの信号
に基づいてパティキュレートフィルタにおける排気微粒
子の捕集状況を判定することを特徴としている。

【００３３】請求項１２の発明は、上記硫黄被毒状況判
定手段が、内燃機関の回転速度を検出する回転速度セン
サと、内燃機関の負荷を検出する負荷センサと、上記温
度検出手段と、の各信号の少なくとも１つの信号に基づ
いて酸化触媒における硫黄被毒状況を判定することを特
徴としている。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、酸化触媒によ
るＮＯからＮＯ２への酸化とＮＯ２によるパティキュレ
ートフィルタの再生をより定常的に行わせることがで
き、パティキュレートフィルタへの排気微粒子の過度の
堆積やパティキュレートフィルタの熱的劣化を防止し
て、背圧上昇によるエンジン動力性能の悪化や燃費の悪
化を回避できる。特に、渋滞運転あるいは発進と停止が
交互に頻繁に行われるような運転が継続される場合であ
っても、ＮＯ２によってパティキュレートフィルタに捕
集された排気微粒子を再燃焼除去する領域を格段に広げ
ることができるため、排気微粒子の過度の堆積を確実に
防止することができる。

【００３５】また請求項２〜４の発明によれば、必要以
上の範囲で温度上昇や温度低下をさせることがなく、効
率のよい温度制御が行える。

【００３６】請求項５の発明によれば、酸化触媒の温度
上昇によって同時に酸化触媒に吸着した硫黄を脱離させ
ることができ、酸化触媒の硫黄被毒により低下した酸化
性能を確実に回復することができる。特に、請求項６の
発明によれば、必要以上の範囲で温度上昇をさせること
がなく、効率のよい温度制御が行える。

【００３７】請求項７の発明によれば、温度制御手段と
して温度上昇手段と温度低下手段とを備えることによ
り、確実に温度制御することが可能である。

【００３８】そして、請求項８の発明によれば、温度上
昇手段としてポスト噴射を利用することにより、温度上
昇のために特別な装置を必要とすることがない。

【００３９】また、請求項９の発明によれば、温度低下
手段として酸化触媒の入口部の排気通路内に空気を導入
することにより確実に温度を下げることができる。

【００４０】請求項１０の発明によれば、温度低下のた
めに特別な装置を必要とすることがない。

【００４１】請求項１１，１２の発明によれば、特別な
センサ類を使用しなくてもパティキュレートフィルタの
排気微粒子捕集状況判定や酸化触媒の硫黄被毒状況判定
が行える。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この
発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジン全
体の構成を示す構成説明図であり、また、図４は、その
燃料供給系のみを示している。

【００４３】図１において、１はディーゼルエンジンの
本体で、排気通路２に酸化触媒装置３を備える。酸化触
媒装置３内の酸化触媒３ａとしては、ＰｄやＰＴ等の貴
金属を担持した活性アルミナ、貴金属（特にＰｔ）をイ
オン交換したゼオライト、またはこれら両材料を組み合
わせたものが利用できる。

【００４４】酸化触媒装置３の下流には、パティキュレ
ートフィルタ４を備える。これは筒の部分に多数の孔を
設けた有底円筒状の芯部材４ａにセラミックファイバ４
ｂを幾層にも巻き回したもので、底面側を下流側にして
取り付けている。このとき、排気は図示の矢印のように
流れ、排気中の排気微粒子がセラミックファイバー４ｂ
に捕集される。パティキュレートフィルタ４としては、
このタイプのものに限られず、従来より公知のウオール
フローハニカムタイプのものであってもよい。

【００４５】酸化触媒３ａの入口部には、電磁弁式通路
開閉弁４３を介して図示しない空気供給源（例えば電動
空気ポンプ、コンプレッサ装置の圧力チャンバ等）に接
続される空気導入通路３９の開口部３９ａが臨んでい
る。そしてその上流部に（開口部３９ａから空気供給が
行われたときに冷却されない位置に）酸化触媒３ａの入
口部の排気温度Ｔ１を検出する第１排温センサ３７が設
けられ、酸化触媒３ａの出口部とパティキュレートフィ
ルタ４の入口部との間には、酸化触媒３ａの出口部もし
くはパティキュレートフィルタ４の入口部の排気温度Ｔ
２を検出する第２排温センサ３８が設けられる。

【００４６】４２はＥＧＲ弁であり、排気通路２から吸
気通路５に還流する排気還流量を制御している。

【００４７】この実施例のエンジン１は、公知（例えば
特開昭９−１１２２５１号公報等）のコモンレール式の
燃料噴射装置１０を備えている。

【００４８】これを図４により概説すると、この燃料噴
射装置１０は、主に燃料タンク１１、燃料供給通路１
２、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１
６、気筒毎に設けられる燃料噴射弁１７からなり、サプ
ライポンプ１４により加圧された燃料は燃料供給通路１
５を介してコモンレール１６にいったん蓄えられたあ
と、コモンレール１６の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射
弁１７に分配される。

【００４９】燃料噴射弁１７は、針弁１８、ノズル室１
９へ燃料を導入する燃料供給通路２０、リテーナ２１、
油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で下方）に
付勢するリターンスプリング２３、油圧ピストン２２へ
燃料を導入する燃料供給通路２４、この燃料供給通路２
４に介装された三方弁（電磁弁）２５、などからなる。
三方弁２５のＯＦＦ時（ポートＡとＢが連通、ポートＢ
とＣが遮断）には、バルブボディ内の燃料供給通路２０
と燃料供給通路２４とが互いに連通して油圧ピストン２
２上部とノズル室１９にともに高圧燃料が導かれるが、
油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の受圧面積より
大きいことから、針弁１８は着座状態にある。そして、
三方弁２５がＯＮ状態（ポートＡとＢが遮断、ポートＢ
とＣが連通）になると、油圧ピストン２２上部の燃料が
戻し通路２８を介して燃料タンク１１に戻され、油圧ピ
ストン２２に作用する燃料圧力が低下するため、針弁１
８が上昇して噴射弁先端の噴孔より燃料が噴射される。
三方弁２５を再びＯＦＦ状態に戻せば、油圧ピストン２
２に蓄圧室１６の高圧燃料が導かれて燃料噴射が終了す
る。つまり、三方弁２５のＯＮ時間により燃料噴射量が
調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間
が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。なお、２６は逆
止弁、２７はオリフィスである。

【００５０】この燃料噴射装置１０は、さらに、コモン
レール圧力を制御するために、サプライポンプ１４から
吐出された燃料を低圧側に戻す戻り通路１３に、圧力制
御弁３１を備えている。この圧力制御弁３１は、コント
ロールユニット４１からのデューティ信号に応じて戻り
通路１３の実質的な流路面積を変えるもので、コモンレ
ール１６への燃料吐出量を調整することによりコモンレ
ール圧力を制御する。コモンレール１６の燃料圧力によ
っても燃料噴射量は変化し、三方弁２５のＯＮ時間が同
じであれば、コモンレール１６の燃料圧力が高くなるほ
ど燃料噴射量が多くなる。

【００５１】また、センサ類として、上記第１、第２排
温センサ３７，３８のほかに、コモンレール圧力ＰＣＲ
を検出する圧力センサ３２、アクセル開度センサ３３
（アクセルペダルの踏み込み量に比例した出力Ｌを発
生）、クランク角センサ３４（エンジン回転数とクラン
ク角度を検出）、気筒判別信号Ｃｙｌを出力する気筒判
別センサ３５、水温信号Ｔｗを出力する水温センサ３
６、などを備えており、これらの検出信号が入力される
コントロールユニット４１では、エンジン回転数とアク
セル開度に応じて主噴射量の目標燃料噴射量とコモンレ
ール１６の目標圧力とを演算し、圧力センサ３２により
検出されるコモンレール圧力がこの目標圧力と一致する
ように圧力制御弁３１を介してコモンレール１６の燃料
圧力をフィードバック制御するとともに、演算した主噴
射の目標燃料噴射量に対応して三方弁２５のＯＮ時間を
制御する。

【００５２】このほか、主噴射とは別に各気筒の膨張行
程もしくは排気行程で後述するようなポスト噴射制御を
必要に応じて実行し、さらに空気導入通路３９の電磁弁
式通路開閉弁４３の開閉制御を行って、酸化触媒３ａに
流入する排気温度の昇温・降温の制御、すなわちパティ
キュレートフィルタ４の連続再燃焼の活性化制御を行っ
ている。

【００５３】次に、コントロールユニット４１で行われ
る一連の制御を、図７〜図１５のフローチャートに基づ
いて説明する。図７は燃料噴射制御のメインルーチン、
図８〜図１５はメインルーチンの一部の詳細を示すサブ
ルーチンである。

【００５４】図７のメインルーチンにおいて、ステップ
１００ではコモンレール圧力ＰＣＲ、エンジン回転数Ｎ
ｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、エンジン負荷Ｌ、および酸化
触媒３ａ入口排気温度Ｔ１、出口排気温度Ｔ２を読み込
み、ステップ２００，３００，４００では、コモンレー
ル圧力制御、エンジンの出力制御のための主噴射制御、
および各気筒の膨張行程もしくは排気行程でのポスト噴
射制御や、空気導入通路３９の電磁弁式通路開閉弁４３
の開閉制御を行って、酸化触媒３ａに流入する排気温度
の昇温・降温の制御を行う。

【００５５】図８のサブルーチンは、コモンレール圧力
制御を行うためのものである。

【００５６】ステップ２０１，２０２では、エンジン回
転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して
コモンレール１６の目標基準圧力ＰＣＲ０と、この目標
基準圧力ＰＣＲ０を得るための圧力制御弁３１の基準デ
ューティ比（基準制御信号）Ｄｕｔｙ０とを求める。こ
れらのマップは、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌ
とをパラメータとしてエンジンコントロールユニット４
１のＲＯＭに予め記憶しているものである。

【００５７】ステップ２０３では、目標基準圧力ＰＣＲ
０とそのときの実際のコモンレール圧力ＰＣＲ１との差
の絶対値│ＰＣＲ０−ＰＣＲ１│を求め、これを目標基
準圧力ＰＣＲ０に対して予め設定された許容圧力差△Ｐ
ＣＲ０と比較する。

【００５８】差│ＰＣＲ０−ＰＣＲ１│が許容範囲内で
あれば、ステップ２０６に進んで基準デューティ比Ｄｕ
ｔｙ０をそのまま開弁デューティ比Ｄｕｔｙとすること
によって同じデューティ比を維持し、ステップ２０７に
おいてこの開弁デューティ比Ｄｕｔｙからデューティ信
号を作って、圧力制御弁３１を駆動する。

【００５９】一方、差│ＰＣＲ０−ＰＣＲ１│が許容範
囲よりも大きい場合は、ステップ２０３からステップ２
０４に進んで、ＰＣＲ０−ＰＣＲ１（＝△Ｐ）に対応し
て予め設定されているＲＯＭ内のテーブルを検索してデ
ューティ比の補正件数ＫＤｕｔｙを求める。たとえば△
Ｐがマイナス（ＰＣＲ０よりもＰＣＲ１が大きい）の場
合は、ＫＤｕｔｙが１よりも小さい値に、この逆に△Ｐ
がプラス（ＰＣＲ０よりもＰＣＲ１が小さい）の場合は
ＫＤｕｔｙが１よりも大きい値として与えられる。

【００６０】具体的には圧力制御弁３１の特性に合わせ
てデューティ比補正係数ＫＤｕｔｙのテーブルデータが
設定されている。

【００６１】そして、ステップ２０５では基準デューテ
ィ比Ｄｕｔｙ０をこの補正係数ＫＤｕｔｙにより補正し
た値（Ｄｕｔｙ０×ＫＤｕｔｙ）を開弁デューティ比Ｄ
ｕｔｙとし、ステップ２０７の操作を実行する。

【００６２】図９のサブルーチンは、主噴射制御を行う
ためのものである。

【００６３】ステップ３０１では、エンジン回転数Ｎｅ
とエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して、主噴射
量Ｑｍａｉｎを求める。

【００６４】ステップ３０２では、この主噴射量Ｑｍａ
ｉｎとコモンレール圧力ＰＣＲ１とから所定のマップを
検索して、必要な主噴射期間ＭＰｅｒｉｏｄを求める。

【００６５】ここで主噴射期間ＭＰｅｒｉｏｄは、時間
（ミリ秒）を単位として設定され、図５に示したよう
に、主噴射量Ｑｍａｉｎが同じならばコモンレール圧力
ＰＣＲ１が高いほど主噴射期間ＭＰｅｒｉｏｄが短くな
り、コモンレール圧力ＰＣＲ１が同じなら主噴射量Ｑｍ
ａｉｎが多いほど主噴射期間ＭＰｅｒｉｏｄが長くな
る。

【００６６】ステップ３０３では、エンジン回転数Ｎｅ
とエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して、主噴射
開始時期Ｍｓｔａｒｔを求める。

【００６７】ステップ３０４では、主噴射量Ｑｍａｉｎ
が供給されるように噴射開始時期ＭｓｔａｒｔよりＭｐ
ｅｒｉｏｄの期間、主噴射すべき気筒の燃料噴射弁１７
を、クランク角センサ３４および気筒判別センサ３５の
信号に基づいて、開弁駆動する。

【００６８】図１０のサブルーチンは、各気筒の膨張行
程もしくは排気行程でのポスト噴射のＯＮ／ＯＦＦや、
空気導入通路３９の電磁弁式通路開閉弁４３の開閉制御
を行うことで、酸化触媒３ａに流入する排気温度を任意
に可変制御するためのものである。つまり、酸化触媒３
ａにおけるＮＯからＮＯ２への転換を活発化させてパテ
ィキュレートフィルタに捕集された排気微粒子を再燃焼
除去する能力を増強したり、あるいは酸化触媒３ａに吸
着した硫黄を脱離させて酸化性能を回復させたりして、
排気微粒子の再燃焼を活性化するための制御を示してい
る。

【００６９】先ず、ステップ４１０では、酸化触媒３ａ
の硫黄被毒の強制回復要否判定フラグがＹｅｓ（ＯＮ）
であるかＮｏ（ＯＦＦ）であるかを判定する。すなわち
酸化触媒３ａの硫黄被毒状況が限界であって触媒に吸着
した硫黄を強制的に除去して触媒の酸化性能を回復する
必要があるか否かを判定する。

【００７０】ステップ４１０で強制回復要否判定フラグ
がＹｅｓであるならば、ステップ６００に進み、硫黄被
毒回復制御を実施した後、ステップ７００に進む。

【００７１】ステップ４１０で強制回復要否判定フラグ
がＮｏであるならば、ステップ４２０に進み、ＮＯ２生
成制御要否判定フラグがＹｅｓ（ＯＮ）であるかＮｏ
（ＯＦＦ）であるかを判定する。すなわち酸化触媒３ａ
でのＮＯ２生成が不十分であって酸化触媒３ａでのＮＯ
２生成を増強させてパティキュレートフィルタ４に捕集
された排気微粒子を積極的に再燃焼除去してパティキュ
レートフィルタを再生すべき必要があるか否かを判定す
る。

【００７２】ステップ４２０でＮＯ２生成制御要否判定
フラグがＹｅｓであるならば、ステップ５００に進み、
ＮＯ２生成制御（パティキュレートフィルタ再生制御）
を実施した後、ステップ７００に進む。

【００７３】ステップ４２０でＮＯ２生成制御要否判定
フラグがＮｏであるならば、ステップ４３０に進み、ポ
スト噴射を停止するとともに空気供給を停止する（電磁
弁式通路開閉弁４３をＯＦＦにする）。そしてステップ
７００に進む。

【００７４】すなわち酸化触媒３ａの硫黄被毒状況が限
界に達しておらず（酸化性能がさほど低下していない状
態）、かつパティキュレートフィルタ４に捕集された排
気微粒子を積極的に再燃焼除去してパティキュレートフ
ィルタを再生すべき状況でもない（排気微粒子捕集量が
少ないので背圧上昇によりエンジン動力性能が悪くなっ
たり、排気微粒子の再燃焼による発熱が過大となってパ
ティキュレートフィルタが劣化するようなことがない状
態）場合は、ポスト噴射によって燃料を消費したり、ま
た、空気供給によって温度を低下させ硫黄被毒を促進す
るようなことは行わない方が好ましいので、ポスト噴射
や空気供給を停止する。

【００７５】ステップ７００では、酸化触媒３ａの硫黄
被毒状況およびパティキュレートフィルタ４の排気微粒
子捕集状況を判定して、ステップ４１０およびステップ
４２０における各判定フラグのＯＮ／ＯＦＦを操作す
る。

【００７６】上記のステップ５００，６００で行われる
制御、およびステップ７００で行われる判定ルーチンに
ついて、以下に詳述する。

【００７７】図１１のサブルーチンは、酸化触媒３ａに
おけるＮＯからＮＯ２への転換を活発化させてパティキ
ュレートフィルタに捕集された排気微粒子を再燃焼除去
する能力を増強する、すなわちＮＯ２の生成制御を行う
ためのものである。

【００７８】ここで、図２に示したように、酸化触媒３
ａにおいてＮＯからＮＯ２への転換が活発に行われるの
は、酸化触媒３ａに流入する排気温度Ｔ１（触媒温度）
が約２５０〜４５０℃の範囲である。

【００７９】図２に対比させて、図３に排気温度と運転
領域との関係を示すとともに、図１６に制御目標温度特
性を示すが、これらの図のように、上記の２５０〜４５
０℃の温度範囲は、通常はｂ〜ｄの範囲であり、実用上
ここで運転される頻度は相対的には低いと言える。

【００８０】このため、図１６に示すように、ｂよりや
や温度の低いａ（例えば２００℃）〜ｂの範囲では温度
を高め、逆にｄより温度の高いｄ〜ｆ（例えば６００
℃）の範囲では温度を低下させ、２５０〜４５０℃の温
度範囲となる領域を、ｂ〜ｄの範囲からａ〜ｆの範囲に
拡大して、酸化触媒３ａでのＮＯからＮＯ２への転換を
活発化させるのである。

【００８１】また、６００℃以上の温度領域のｆ〜全負
荷の範囲では、排気微粒子はＮＯ２の高酸化力に頼らず
ともＯ２によって再燃焼除去できる。この結果、元々ド
ライスートがほとんど排出されないａ以下の極一部の領
域（低回転、低負荷）を除いて、ほとんどの運転領域で
パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子が連
続的に除去され、パティキュレートフィルタが常に再生
されることになるため、加減速を含む実用運転ではパテ
ィキュレートフィルタに排気微粒子が堆積していくこと
がなく、実用上の問題がなくなる。

【００８２】これを図１１のフローチャートに基づいて
説明する。

【００８３】先ずステップ５０１では、酸化触媒３ａの
入口側の排気温度Ｔ１が、触媒が活性し始める所定温度
（図２、図３、図１６のａに対応する温度、例えば２０
０℃）以上であるか否かを判定する。

【００８４】ステップ５０１で２００℃未満であれば、
後噴射を実行して排気温度Ｔ１を上昇させても、ポスト
噴射による未燃ＨＣの増加分を酸化触媒３ａで処理でき
ずに大気に放出されるＨＣ量が増加するため、ステップ
５０６に進んでポスト噴射を停止する。

【００８５】ステップ５０１で２００℃以上であれば、
ポスト噴射の効果が期待できるため、ステップ５０２に
進み、ＮＯからＮＯ２への転換が活発である下限の所定
温度（図のｂに対応する温度、例えば２５０℃）以上で
あるか否かを判定する。

【００８６】ステップ５０２で２５０℃以上であれば、
少なくともポスト噴射を行って温度を高める必要はない
ため、ステップ５０３に進んでポスト噴射は停止し、ス
テップ５０４に進む。

【００８７】ステップ５０２で２５０℃未満であれば、
つまり２００〜２５０℃の温度範囲であれば、ポスト噴
射による未燃ＨＣの増加分を酸化触媒３ａでほとんど処
理できる。またポスト噴射そのものによる排気温度Ｔ１
の上昇と、未燃ＨＣの酸化反応によって酸化触媒３ａが
温度上昇するため、ＮＯからＮＯ２への転換が促進され
るので、ステップ５０７に進んでポスト噴射を行う。

【００８８】ステップ５０７では、主噴射制御の場合と
同様に、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとに対応して予め
ＲＯＭに記憶されているマップから、ＮＯからＮＯ２へ
の転換を促進するためのポスト噴射条件、すなわち、後
噴射量Ｑｐｏｓｔと、コモンレール圧力ＰＣＲ１に対応
するポスト噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄ（図５参照）と、ポ
スト噴射開始時期Ｐｓｔａｒｔ（例えば図６に示すよう
に主噴射された燃料の燃焼が終了した後の膨張行程〜排
気行程に設定する）と、を求め、ステップ５０８で、ポ
スト噴射すべき気筒の燃料噴射弁１７を、クランク角セ
ンサ３４および気筒判別センサ３５の信号に基づいて、
開弁駆動する。

【００８９】ここで、膨張行程から排気行程でのポスト
噴射は、エンジン出力を発生させるために行うのではな
くて、酸化触媒３ａに流入する排気温度Ｔ１の上昇、さ
らには酸化触媒３ａでの未燃ＨＣの酸化反応による触媒
の温度上昇を目的に行うものである。

【００９０】このため、燃費悪化を最小限に止めるとい
う観点からは、一般的には、ポスト噴射燃料量は主噴射
燃料に対して、最大でも燃費換算で２％を上限に設定す
ることが望ましい。

【００９１】ステップ５０４では、ＮＯからＮＯ２への
転換が活発である上限の所定温度（図のｄに対応する温
度、例えば４５０℃）以上であるか否かを判定する。

【００９２】ステップ５０４で４５０℃以上でなけれ
ば、酸化触媒３ａの入口に空気を供給して温度を低下さ
せる必要がないため、ステップ５０９に進んで空気供給
を停止する（電磁弁式通路開閉弁４３をＯＦＦにす
る）。つまり酸化触媒３ａの入口側の排気温度Ｔ１が２
５０〜４５０℃の温度範囲であれば、ＮＯからＮＯ２へ
の転換が活発に行われているため、ポスト噴射や空気供
給は停止する。

【００９３】ステップ５０４で４５０℃以上であれば、
ステップ５０５に進み、パティキュレートフィルタに捕
集された排気微粒子がＯ２によって連続的に再燃焼除去
できる下限の所定温度（図のｆに対応する温度、例えば
６００℃）以上であるか否かを判定する。

【００９４】ステップ５０５で６００℃以上であれば、
排気微粒子はＮＯ２の高酸化力に頼らずともＯ２によっ
て再燃焼除去できるので、温度を高めたり、逆に低下す
る必要もないため、ステップ５０９に進んで空気供給を
停止する。

【００９５】ステップ５０５で６００℃以上でなけれ
ば、つまり約４５０〜６００℃の温度範囲では、ＮＯ２
の高酸化力による排気微粒子の再燃焼除去は期待でき
ず、また高温度下でのＯ２による排気微粒子の再燃焼除
去も期待できないため、そのままの状態ではパティキュ
レートフィルタ４に徐々に排気微粒子が堆積していく。

【００９６】したがって、ステップ５１０に進んで空気
供給を行い、酸化触媒に流入する排気温度Ｔ１を図１６
に示すような温度にまで低下させ、酸化触媒３ａでのＮ
ＯからＮＯ２への転換を活発化させる。

【００９７】次に、図１２のサブルーチンは、酸化触媒
３ａの硫黄被毒量が限界であって触媒の酸化性能を回復
すべき状態となった場合に、吸着した硫黄を脱離させて
酸化触媒の性能を回復させるための制御である。

【００９８】先ずステップ６０１では、酸化触媒３ａの
温度を代表する触媒下流の排気温度Ｔ２が、最も硫黄被
毒しやすい所定温度（図のｃに対応する温度、例えば３
００℃）以上であるか否かを判定する。

【００９９】ステップ６０１で３００℃未満であれば、
図２に示すように、酸化触媒３ａが硫黄被毒するピーク
温度には到達していないため、ポスト噴射を実行すると
硫黄被毒を解消できずに燃費だけが悪化することになる
ので、ステップ６０３に進んでポスト噴射を停止する。

【０１００】ステップ６０１で３００℃以上であれば、
ステップ６０２に進み、酸化触媒３ａ下流の排気温度Ｔ
２が硫黄を脱離する所定温度（図のｅに対応する温度、
例えば５００℃）以上であるか否かを判定する。

【０１０１】ステップ６０２で５００℃以上であれば、
酸化触媒３ａに吸着した硫黄が脱離するため、それ以上
温度を上昇させる必要がないので、ステップ６０３に進
んでポスト噴射を停止する。

【０１０２】ステップ６０２で５００℃未満であれば、
つまり３００〜５００℃の温度範囲である場合には、ポ
スト噴射による未燃ＨＣの増加分を酸化触媒３ａでほと
んど処理できる。またポスト噴射そのものによる排気温
度Ｔ１の上昇と、未燃ＨＣの酸化反応による酸化触媒３
ａの温度（排気温度Ｔ２）の上昇とによって、酸化触媒
３ａに吸着した硫黄が脱離するため、ステップ６０４に
進んでポスト噴射を行う。

【０１０３】ステップ６０４では、主噴射制御の場合と
同様に、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとに対応して予め
ＲＯＭに記憶されているマップから、硫黄を離脱させて
酸化触媒の性能を回復させるためのポスト噴射条件、す
なわち、後噴射量Ｑｐｏｓｔと、コモンレール圧力ＰＣ
Ｒ１に対応するポスト噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄ（図５参
照）と、ポスト噴射開始時期Ｐｓｔａｒｔと、を求め、
ステップ６０５で、ポスト噴射すべき気筒の燃料噴射弁
１７を、クランク角センサ３４および気筒判別センサ３
５の信号に基づいて、開弁駆動する。

【０１０４】ここで、膨張行程から排気行程でのポスト
噴射は、酸化触媒３ａに流入する排気温度Ｔ１の上昇、
または酸化触媒３ａでの未燃ＨＣの酸化反応による触媒
温度（排気温度Ｔ２）の上昇によって、触媒に吸着した
硫黄を離脱させて触媒の性能を回復させるために行うも
のであるため、触媒の温度（排気温度Ｔ２）の目標は、
図１７に示すように、吸着した硫黄が脱離する４５０℃
以上に設定するのが望ましい。

【０１０５】したがって、ＮＯからＮＯ２への転換を活
発化させるために行うポスト噴射の場合に比べて、温度
上昇代を大きくし（ポスト噴射燃料量を多くする）、か
つポスト噴射時期をより上死点に近づけて設定すること
が望ましい（図６参照）。

【０１０６】次に、図１３のサブルーチンは、酸化触媒
３ａの硫黄被毒状況およびパティキュレートフィルタ４
の排気微粒子捕集状況を判定して、図１０に示したＣＲ
Ｆ活性化制御ルーチンにおけるステップ４１０の硫黄被
毒の強制回復要否判定フラグおよびステップ４２０のＮ
Ｏ２生成制御要否判定フラグを、ＯＮ／ＯＦＦするため
のものである。

【０１０７】先ずステップ７１０では、判定すべき時期
であるか否かを判定する。つまり前回の判定から所定時
間（例えば１秒）経過しているか否かを判定する。所定
時間が経過していなければ判定せず、所定時間が経過し
ていればステップ７２０に進む。

【０１０８】ステップ７２０では、パティキュレートフ
ィルタ４における排気微粒子捕集状況（再燃焼状況）を
所定時間毎に判定してデータ処理を行い、ステップ７３
０では、酸化触媒３ａにおける硫黄被毒状況を所定時間
毎に判定してデータ処理を行う。このステップ７２０と
ステップ７３０とで行われるデータ処理の方法は、例え
ばパティキュレートフィルタ４に流入する排気温度もし
くは酸化触媒３ａの温度（出口温度）を代表する、酸化
触媒３ａとパティキュレートフィルタ４との間の排気温
度Ｔ２に基づいて行われ、下記のようにいくつかの方法
がある。

【０１０９】ステップ７２０の排気微粒子捕集状況（再
燃焼状況）判定のためのデータ処理方法の一例として
は、次の（１）と（２）の方法がある。

【０１１０】（１）ＲＡＭにメモリ数が規定されたレジ
スタを設け、所定時間毎に刻々と入力される排気温度Ｔ
２データに基づいて、パティキュレートフィルタ４にお
ける排気微粒子の再燃焼の可能・不可能判定を下記のよ
うに行って、判定結果を順次登録する。判定データ数が
所定数に達したら、先頭データを消去して新たなデータ
を登録する。

【０１１１】ＮＯ２による排気微粒子再燃焼判定条件：
２５０℃＜排気温度Ｔ２＜４５０℃ Ｏ２による排気微粒子再燃焼判定条件：６００℃＜排気
温度Ｔ２排気微粒子再燃焼不可判定条件：排気温度Ｔ２＜２５０
℃＆４５０℃＜排気温度Ｔ２＜６００℃ （２）所定時間毎に刻々と入力されるエンジン回転数Ｎ
ｅと排気温度Ｔ２とに基づいて、エンジン回転数Ｎｅと
排気温度Ｔ２データとに対応して設定されたパティキュ
レートフィルタ４における所定の排気微粒子増減（捕集
・再燃焼）係数マップを検索し、順次累積していく。こ
の場合、計算結果が負になったときは計算結果を０とみ
なして登録する。また、判定データ数は、所定数に到達
するまでインクリメントする。

【０１１２】すなわち、ＮＯ２による排気微粒子再燃焼
可能条件を、「２５０℃＜排気温度Ｔ２＜４５０℃」、
Ｏ２による排気微粒子再燃焼可能条件を、「６００℃＜
排気温度Ｔ２」とし、この条件に該当する領域では、Ｎ
ｅとＴ２に応じて負の値を設定しておき、これを加算す
る。あるいは、正の値を設定して、この値を減ずる。

【０１１３】また、排気微粒子再燃焼不可判定条件を、
「排気温度Ｔ２＜２５０℃＆４５０℃＜排気温度Ｔ２＜
６００℃」とし、この条件に該当する領域では、Ｎｅと
Ｔ２に応じて正の値を設定しておき、これを加算する。

【０１１４】次に、ステップ７３０の硫黄被毒状況判定
のためのデータ処理方法としては、やはり次の（１）と
（２）とがある。

【０１１５】（１）ＲＡＭにメモリ数が規定されたレジ
スタを設け、所定時間毎に刻々と入力される排気温度Ｔ
２データに基づいて、酸化触媒３ａにおける硫黄の吸着
・離脱判定を下記のように行って、判定結果を順次登録
する。判定データ数が所定数に達したら、先頭データを
消去して新たなデータを登録する。

【０１１６】硫黄吸着判定条件：４５０℃＞排気温度Ｔ２硫黄脱離判定条件：４５０℃＜排気温度Ｔ２（２）所定時間毎に刻々と入力されるエンジン回転数Ｎ
ｅと排気温度Ｔ２とに基づいて、エンジン回転数Ｎｅと
排気温度Ｔ２データに対応して設定された酸化触媒３ａ
における所定の硫黄吸着・脱離係数マップを検索し、順
次累積していく。この場合、計算結果が負になったとき
には、計算結果を０とみなして登録する。また、判定デ
ータ数は所定数に到達するまでインクリメントする。

【０１１７】すなわち、硫黄吸着条件を「４５０℃＞排
気温度Ｔ２」とし、この条件に該当する領域では、Ｎｅ
とＴ２に応じて０〜正の値を設定し、これを順次加え
る。また、硫黄脱離条件を「４５０℃＜排気温度Ｔ２」
とし、この条件に該当する領域では、ＮｅとＴ２に応じ
て負の値を設定しておき、これを加算する。あるいは正
の値を設定しておき、これを減じる。

【０１１８】ここで、排気微粒子捕集状況（再燃焼状
況）および硫黄被毒状況の各々について、データ処理と
その判定（後で説明する）について、（１）の方法ある
いは（２）の方法のどちらを選択するかについては、お
およそ下記の通りである。

【０１１９】運行スケジュール（時間、場所、道路）が
管理されている自動車、つまり燃料の消費状況や排気の
排出状況が比較的安定している自動車、例えば都市バス
やゴミ収集車等については、（１）の方法が相対的に適
している。

【０１２０】運行スケジュールが定まっていない上記以
外の自動車については、（２）の方法が相対的に適して
いる。

【０１２１】次に、ステップ７４０では、判定許可を示
すフラグがＹｅｓ（ＯＮ）であるかＮｏ（ＯＦＦ）であ
るかを判定する。つまり、パティキュレートフィルタ４
の排気微粒子捕集状況（再燃焼状況）あるいは酸化触媒
３ａの硫黄被毒状況を、判定すべきか否かを判定する。

【０１２２】ステップ７４０でＮｏであれば、ステップ
７５０でデータ数が規定の数に達しているか否かを判定
する。なお、上記のようにこのデータ数のカウントは、
ステップ７２０，７３０で行われる。

【０１２３】ステップ７５０でデータ数が規定の数に達
していれば、ステップ７７０で判定許可フラグをＯＮに
し、データ数が規定の数に達していなければ、ステップ
７６０で判定許可フラグをＯＦＦにする。上述したよう
に、このフラグに基づいて、ステップ７４０の判定が行
われる。

【０１２４】このように判定許可は、データ数が規定数
に到達して判定精度が良好に確保できるという条件の下
に行われる。つまり、自動車あるいは制御システムがグ
リーンの状態からしばらく走行ないしは運転されるまで
は、判定は行われない。

【０１２５】ステップ７４０でＹｅｓの場合には、ステ
ップ７８０に進み、ステップ７２０で処理されたデータ
に基づいて、排気微粒子捕集状況（再燃焼状況）の判定
が行われ、さらにステップ７９０に進んで、ステップ７
３０で処理されたデータに基づいて、酸化触媒３ａの硫
黄被毒状況の判定が行われる。

【０１２６】上記ステップ７８０のパティキュレートフ
ィルタ４の排気微粒子捕集状況判定を図１４のフローチ
ャートにより説明する。

【０１２７】先ずステップ７８１では、ＮＯ２の生成制
御中であることを示すフラグがＹｅｓ（ＯＮ）であるか
Ｎｏ（ＯＦＦ）であるかを判定する。

【０１２８】判定初回ではＮｏであるため、ステップ７
８２でＮＯ２生成制御を開始すべきか否か、すなわち酸
化触媒３ａでのＮＯからＮＯ２への転換を活発化させて
パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子を積
極的に再燃焼除去すべきか否かを判定する。

【０１２９】この判定方法においては、上記ステップ７
２０で説明したデータ処理の（１）と（２）とに対応し
て、下記の（１）あるいは（２）の判定方法が採用され
る。

【０１３０】（１）全データ数に占める排気微粒子再燃
焼判定条件データ数の比率が所定値（例えば５０％）以
下の場合に、ＮＯ２生成制御を開始すべき（Ｙｅｓ）と
判定する。

【０１３１】（２）排気微粒子増減係数の積算結果が所
定値以上の場合に、ＮＯ２生成制御を開始すべき（Ｙｅ
ｓ）と判定する。

【０１３２】ステップ７８２でＮｏと判定された場合、
つまりパティキュレートフィルタ４の排気微粒子堆積量
が少なくて、まだ排気微粒子を積極的に再燃焼除去する
必要がない場合は、ステップ７８６で、ＮＯ２生成要否
判定フラグ（ステップ４２０のフラグ）とＮＯ２生成制
御中フラグ（ステップ７８１のフラグ）をＯＦＦにす
る。

【０１３３】ステップ７８２でＹｅｓと判定された場
合、つまりパティキュレートフィルタ４の排気微粒子堆
積量が多くて、排気微粒子を積極的に再燃焼除去する必
要がある場合は、ステップ７８３に進み、酸化触媒３ａ
の酸化性能を回復するための硫黄被毒回復制御が行われ
ていることを示すフラグがＹｅｓ（ＯＮ）であるかＮｏ
（ＯＦＦ）であるかを判定する。

【０１３４】仮にここで、何回目かの判定であるとし
て、先に硫黄被毒回復制御が行われている場合は、ステ
ップ７８６に進む。つまりＮＯ２生成制御が必要と判定
された場合でも、硫黄被毒回復制御が終了するまでは、
ＮＯ２生成制御は行われない。

【０１３５】ステップ７８３でＮｏ、すなわち硫黄被毒
回復制御が行われていない場合には、ステップ７８４に
進む。

【０１３６】ステップ７８４では、ＮＯ２生成制御が終
わるまでは硫黄被毒回復制御を行わないようにするため
に、硫黄被毒回復要否判定フラグ（ステップ４１０のフ
ラグ）をＯＦＦにする。そして、ＮＯ２生成要否判定フ
ラグ（ステップ４２０のフラグ）とＮＯ２生成制御中フ
ラグ（ステップ７８１のフラグ）をＯＮにして、ＮＯ２
生成制御の開始サインを出す。

【０１３７】ステップ７８１でＹｅｓ、すなわち上記の
ように判定された結果、既にＮＯ２生成制御中である場
合は、ステップ７８５に進み、ＮＯ２生成制御を停止す
べきか否か、すなわちパティキュレートフィルタに捕集
された排気微粒子の再燃焼除去が終了したので酸化触媒
３ａでのＮＯからＮＯ２への転換の活発化を終了すべき
か否かを判定する。

【０１３８】ここで、Ｎｏ、すなわちＮＯ２生成制御を
継続すべきと判定された場合は、そのまま戻る。また、
Ｙｅｓ、すなわちＮＯ２生成制御を停止してよいと判定
された場合は、ステップ７８６に進み、ＮＯ２生成要否
判定フラグとＮＯ２生成制御中フラグをＯＦＦにして、
ＮＯ２生成制御の停止サインを出す。

【０１３９】ステップ７８５で行われるＮＯ２生成制御
の停止判定について説明すると、この判定方法において
も、上記ステップ７２０のデータ処理方法（１）と
（２）ならびにステップ７８２のＮＯ２生成制御の開始
判定方法（１）と（２）とに対応して、下記の（１）あ
るいは（２）の判定方法が採用される。

【０１４０】（１）全データ数に占める排気微粒子再燃
焼判定条件データ数の比率が所定値以上の場合に停止す
べき（Ｙｅｓ）と判定する。この場合、ＮＯ２生成制御
停止直後に再度開始判定がなされないように、ステップ
７８２の開始判定の排気微粒子再燃焼判定条件データ数
比率（例えば５０％）よりも、停止判定は比率を大きく
して（例えば７０％）設定するのが望ましい。

【０１４１】（２）排気微粒子増減係数の積算結果が０
になった場合に停止すべき（Ｙｅｓ）と判定する。

【０１４２】次に、ステップ７９０の酸化触媒３ａの硫
黄被毒状況判定を図１５のフローチャートにより説明す
る。

【０１４３】先ずステップ７９１では、硫黄被毒回復制
御中を示すフラグ（ステップ７８３と同じフラグ）がＹ
ｅｓ（ＯＮ）であるかＮｏ（ＯＦＦ）であるかを判定す
る。

【０１４４】判定初回ではＮｏであるため、ステップ７
９２で、硫黄被毒回復制御を開始すべきか否か、すなわ
ち酸化触媒３ａに流入する排気の温度あるいは触媒の温
度を積極的に上昇させて、触媒から硫黄を脱離させて酸
化性能を回復させるべきか否かを判定する。

【０１４５】この判定方法においても、上記ステップ７
３０で説明したデータ処理方法の（１）と（２）とに対
応して、下記の（１）あるいは（２）の判定方法が採用
される。

【０１４６】（１）全データ数に占める硫黄脱離判定条
件データ数の比率が所定値（例えば１０％）以下の場合
に、硫黄被毒回復制御を開始すべき（Ｙｅｓ）と判定す
る。

【０１４７】（２）硫黄吸着・離脱係数の積算結果が所
定値以上の場合に、硫黄被毒回復制御を開始すべき（Ｙ
ｅｓ）と判定する。

【０１４８】ステップ７９２でＮｏと判定された場合、
つまり酸化触媒３ａの硫黄吸着量が少なくて、まだ硫黄
を積極的に脱離する必要がない場合は、ステップ７９６
で、硫黄被毒回復要否判定フラグ（ステップ４１０のフ
ラグ）と硫黄被毒回復制御中フラグ（ステップ７８３と
７９１のフラグ）をＯＦＦにする。

【０１４９】ステップ７９２でＹｅｓと判定された場
合、つまり酸化触媒３ａの硫黄吸着量が多くて、硫黄を
積極的に脱離する必要がある場合は、ステップ７９３に
進み、ＮＯ２生成制御が行われていることを示すフラグ
（ステップ７８１と同じフラグ）がＹｅｓ（ＯＮ）であ
るかＮｏ（ＯＦＦ）であるかを判定する。

【０１５０】仮にここで、何回目かの判定であるとし
て、先にＮＯ２生成制御が行われている場合は、ステッ
プ７９６に進む。つまり硫黄被毒回復制御が必要と判定
された場合でも、ＮＯ２生成制御が終了するまでは、硫
黄被毒回復制御は行われない。

【０１５１】ステップ７９３でＮｏ、すなわちＮＯ２生
成制御が行われていない場合にはステップ７９４に進
む。

【０１５２】ステップ７９４では、硫黄被毒回復制御が
終わるまではＮＯ２生成制御を行わないようにするため
に、硫黄被毒回復要否判定フラグ（ステップ４１０のフ
ラグ）と硫黄被毒回復制御中フラグ（ステップ７８３と
７９１のフラグ）をＯＮにし、かつＮＯ２生成要否判定
フラグ（ステップ４２０のフラグ）をＯＦＦにして、硫
黄被毒回復制御の開始サインを出す。

【０１５３】ステップ７９１でＹｅｓ、すなわち上記の
ように判定された結果、既に硫黄被毒回復制御中である
場合は、ステップ７９５に進み、硫黄被毒回復制御を停
止すべきか否か、すなわち酸化触媒３ａから硫黄が脱離
して酸化性能が回復したので、酸化触媒３ａ流入する排
気の温度あるいは触媒の温度を積極的に上昇させること
を終了すべきか否かを判定する。

【０１５４】ここで、Ｎｏ、すなわち硫黄被毒回復制御
を継続すべきと判定された場合はそのまま戻る。また、
Ｙｅｓ、すなわち硫黄被毒回復制御を停止してよいと判
定された場合は、ステップ７９６に進み、硫黄被毒回復
要否判定フラグ（ステップ４１０のフラグ）と硫黄被毒
回復制御中フラグ（ステップ７８３と７９１のフラグ）
とをＯＦＦにして、硫黄被毒回復制御の停止サインを出
す。

【０１５５】ステップ７９５で行われる硫黄被毒回復制
御の停止判定においても、上記ステップ７３０のデータ
処理方法の（１）と（２）、ならびにステップ７９２の
硫黄被毒回復制御の開始判定の方法（１）と（２）とに
対応して、下記の判定方法の（１）あるいは（２）が選
択される。

【０１５６】（１）全データ数に占める硫黄脱離判定条
件データ数の比率が所定値以上の場合に、硫黄被毒回復
制御を停止すべき（Ｙｅｓ）と判定する。この場合、硫
黄被毒回復制御停止直後に再度開始判定がなされないよ
うに、ステップ７９２の開始判定の硫黄離脱判定条件デ
ータ数比率（例えば１０％）よりも、停止判定は比率を
大きくして（例えば２０％）設定するのが望ましい。

【０１５７】（２）硫黄吸着・脱離係数の積算結果が０
になった場合に、硫黄被毒回復制御を停止すべき（Ｙｅ
ｓ）と判定する。

【０１５８】次に、図１８のサブルーチンに、ステップ
５００で行われるＮＯ２生成制御の他の実施例を示す。
なお、図１１に示した第１の実施例と同一機能のステッ
プについては説明を省略する。

【０１５９】ステップ５０５では、パティキュレートフ
ィルタに捕集された排気微粒子がＯ２によって連続的に
再燃焼除去できる下限の所定温度（図のｆに対応する温
度、例えば６００℃）以上であるか否かを判定するが、
このステップ５０５で６００℃以上であれば、排気微粒
子はＮＯ２の高酸化力に頼らずともＯ２によって再燃焼
除去できるので、温度を高めたり、逆に低下させたりす
る必要はないため、ステップ５１１に進んで、排気温度
を通常の状態に復帰させる。

【０１６０】ステップ５０５で６００℃以上でなけれ
ば、つまり約４５０〜６００℃の温度範囲では、ＮＯ２
の高酸化力による排気微粒子の再燃焼除去は期待でき
ず、また高温度下でのＯ２による排気微粒子の再燃焼除
去も期待できないため、そのままの状態ではパティキュ
レートフィルタ４に徐々に排気微粒子が堆積していく。

【０１６１】したがって、ステップ５１２に進んで、酸
化触媒に流入する排気温度Ｔ１を、望ましくは前述した
第１の実施例と同様に図１６に示すような温度にまで低
下させ、酸化触媒３ａでのＮＯからＮＯ２への転換を活
発化させる。ここで、この第２の実施例においては、こ
の操作は、例えば主噴射燃料の燃料噴射時期の進角、Ｅ
ＧＲの停止、フィードバック制御式過給圧制御機構付き
の過給機を備えるエンジンにあっては高過給圧化、ある
いはこれらの組み合わせによって具現化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置を備えたディーゼルエン
ジンの構成説明図。

【図２】酸化触媒におけるＮＯ→ＮＯ２およびＳＯ２→
ＳＯ４の転換特性図。

【図３】排気温度と運転領域との関係を示す特性図。

【図４】コモンレール式燃料噴射装置の構成説明図。

【図５】主噴射およびポスト噴射の噴射量およびコモン
レール圧力に対する燃料噴射期間の特性図。

【図６】ポスト噴射時期を示す特性図。

【図７】燃料噴射制御のメインルーチンのフローチャー
ト。

【図８】コモンレール圧力制御のサブルーチンのフロー
チャート。

【図９】主噴射制御のサブルーチンのフローチャート。

【図１０】ＣＲＦ活性化制御のサブルーチンのフローチ
ャート。

【図１１】ＮＯ２生成制御のサブルーチンのフローチャ
ート。

【図１２】硫黄被毒回復制御のサブルーチンのフローチ
ャート。

【図１３】硫黄被毒状況判定および排気微粒子捕集状況
判定のサブルーチンのフローチャート。

【図１４】排気微粒子捕集状況判定操作のサブルーチン
のフローチャート。

【図１５】硫黄被毒状況判定操作のサブルーチンのフロ
ーチャート。

【図１６】ＮＯ２生成のための制御目標温度の特性図。

【図１７】硫黄被毒回復のための制御目標温度の特性
図。

【図１８】ＮＯ２生成制御の第２の実施例のサブルーチ
ンのフローチャート。

【符号の説明】

３…酸化触媒装置３ａ…酸化触媒４…パティキュレートフィルタ１０…燃料噴射装置３７…第１排温センサ３８…第２排温センサ３９…空気導入通路４３…通路開閉弁４２…ＥＧＲ弁

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｂ０１Ｄ 53/86 ＺＡＢＦ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｂ４Ｄ０５８ 53/94 ３２１ＫＦ０１Ｎ 3/02 ３２１３２１Ｚ 3/18 Ｂ 3/20 Ｅ 3/18 3/24 Ｅ 3/20 Ｒ 3/24 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ３０１ＪＦ０２Ｄ 43/00 ３０１３０１Ｎ３０１Ｒ３０１Ｔ３０１Ｗ 45/00 ３１０Ｒ３１０Ｚ 45/00 ３１０３１２Ｒ３１２Ｚ３１２３１４Ｒ３１４Ｚ３１４Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ１０２Ｇ１０３Ｃ１０３ＢＦターム(参考） 3G084 AA01 BA07 BA13 BA15 BA20 BA25 DA10 EB02 FA10 FA12 FA13 FA17 FA18 FA27 FA33 FA37 FA39 3G090 AA02 CA01 CA02 DA01 DA11 DA12 DA14 DA18 DA20 EA02 EA04 EA06 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB02 AB13 BA00 BA04 BA11 CA13 CA23 CB02 CB03 DA01 DA02 DB06 DB10 EA00 EA01 EA03 EA17 EA30 EA31 FC02 FC04 FC07 FC08 GB01X GB05W GB06W GB07W GB10X GB16X HA15 HA36 HA37 HA42 HA47 HB05 HB06 HB07 3G301 HA02 HA11 JA25 JA33 LB11 LC01 MA11 MA19 MA23 ND41 NE01 NE11 NE16 PA16Z PA17Z PB03A PB03Z PB05Z PB08A PB08Z PD12Z PD15Z PE01Z PE03Z PE05Z PE08Z PF03Z 4D048 AA06 AA14 AB01 AB02 BC01 CC38 CC47 CC53 CD05 DA01 DA02 DA03 DA13 DA20 4D058 JA01 JB02 MA41 PA01 SA08 TA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に配置され、かつ排
気に作用して、少なくともＮＯを酸化してＮＯ₂を生成
する酸化触媒と、この酸化触媒の下流側に位置し、排気
中の微粒子を捕集するとともに、捕集した排気微粒子を
排気中のＮＯ₂と反応させるパティキュレートフィルタ
と、上記酸化触媒の温度ないしはこれに関連する排気の
温度を検出する温度検出手段と、上記酸化触媒の温度を
制御する温度制御手段と、上記パティキュレートフィル
タの排気微粒子捕集状況を判定する排気微粒子捕集状況
判定手段と、を備え、上記排気微粒子捕集状況判定手段によって、パティキュ
レートフィルタの積極的な再生が必要であると判定され
たときに、上記温度検出手段の検出温度が所定の下限値以下であれ
ば、上記温度制御手段によって上記酸化触媒の温度をＮ
ＯからＮＯ₂への酸化反応が活性化する温度にまで上昇
させ、上記検出温度が所定の上限値以上であれば、上記
温度制御手段によって上記酸化触媒の温度をＮＯからＮ
Ｏ₂への酸化反応が活性化する温度にまで低下させるこ
とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】上記下限値は、上記酸化触媒の温度上昇
に対しＮＯからＮＯ₂への転換率の上昇割合が小から大
に変化する温度近傍に設定され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３】上記上限値は、上記酸化触媒の温度上昇
に対しＮＯからＮＯ₂への転換率の低下割合が大から小
に変化する温度近傍に設定されることを特徴とする請求
項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】上記検出温度が上記上限値を超えてさら
に上昇し、上記パティキュレートフィルタの排気微粒子
がＯ₂によって再燃焼除去される温度に達したときは、
上記温度制御手段による温度低下を行わないことを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項５】上記酸化触媒の硫黄被毒状況を判定する
硫黄被毒状況判定手段を有し、硫黄被毒状況が所定レベ
ルに達したと判定されたときに、上記温度制御手段によって、上記酸化触媒の温度を硫黄
が脱離する温度にまで上昇させることを特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】上記酸化触媒の温度が、該酸化触媒が最
も硫黄を吸着し始める温度付近から、さらに温度が上昇
して該酸化触媒に吸着した硫黄が活発に脱離し始める温
度付近までの温度範囲にある場合に、上記温度制御手段
による温度上昇を行うことを特徴とする請求項５に記載
の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】上記温度制御手段は、温度上昇手段と温
度低下手段とを含むことを特徴とする請求項１〜６のい
ずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】上記温度上昇手段が、内燃機関の燃焼室
内に直接燃料を噴射供給する燃料噴射装置によって燃料
の主噴射後の膨張行程ないしは排気行程中に追加燃料を
噴射するポスト噴射手段であることを特徴とする請求項
７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】上記温度低下手段が、上記酸化触媒の入
口部の排気通路内への空気導入手段であることを特徴と
する請求項７または８に記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項１０】上記温度低下手段が、主噴射燃料の燃
料噴射時期の進角、ＥＧＲの停止、過給の増強、のいず
れか、あるいはこれらの組み合わせからなることを特徴
とする請求項７または８に記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項１１】上記排気微粒子捕集状況判定手段は、
内燃機関の回転速度を検出する回転速度センサと、内燃
機関の負荷を検出する負荷センサと、上記温度検出手段
と、の各信号の少なくとも１つの信号に基づいてパティ
キュレートフィルタにおける排気微粒子の捕集状況を判
定することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記
載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】上記硫黄被毒状況判定手段は、内燃機
関の回転速度を検出する回転速度センサと、内燃機関の
負荷を検出する負荷センサと、上記温度検出手段と、の
各信号の少なくとも１つの信号に基づいて酸化触媒にお
ける硫黄被毒状況を判定することを特徴とする請求項５
または６に記載の内燃機関の排気浄化装置。