JP2004301013A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦ再生時には速やかに目標温度まで昇温して、目標温度近傍にＤＰＦ温度を維持し、ＰＭの未燃焼による燃費悪化や、高温によるＤＰＦの破損あるいは酸化触媒の劣化等を防止する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１の排気通路２にＤＰＦ３を設置し、その上流にＤＯＣ４を設置する。ＥＣＵ６によりポスト噴射等の昇温操作を行って、ＤＰＦ３に堆積したＰＭを燃焼除去する際に、ＤＰＦ３の温度に応じて昇温操作の実施・停止の時間比率（Ｄｕｔｙ比）を変更することで、ＤＯＣ４に供給されるＨＣ量を多段階あるいは連続的に制御して、ＤＰＦ３の温度を目標温度近傍に制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路にパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関し、詳しくはパティキュレートフィルタの昇温再生を効率よく行うことのできる排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境対策として、内燃機関からの排出ガスを触媒やフィルタで処理し、有害成分の放出を抑制する排ガス浄化装置が重要となっている。一例として、排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記載）を設置し、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（以下、ＰＭと記載）を捕集する排ガス浄化装置が知られている。ＤＰＦは、堆積したＰＭを定期的に消却除去することで再生され、連続的な使用が可能である。
【０００３】
ＤＰＦの再生は、ＤＰＦの前後差圧を基に算出されるＰＭ堆積量が所定値に到達した時に、ＰＭが燃焼する温度、例えば６００℃以上にＤＰＦ温度を昇温させることにより行われる。この時、昇温手段としては、ポスト噴射や燃料噴射時期の遅角、吸気絞り等の手段が用いられるが、これら昇温手段はいずれも燃費悪化を伴う不具合がある。
【０００４】
一方、再生温度を高くするほど、ＰＭの燃焼速度が速くなり、再生が短時間で終了するため、ＤＰＦの再生に伴う燃費悪化を小さくすることができる。ただし、ＤＰＦ温度が高すぎると、ＤＰＦの破損あるいはＤＰＦに担持した酸化触媒の劣化等をまねく危険がある（図１３参照）。従って、燃費悪化を抑制し、かつ安全にＤＰＦを再生するためには所定の温度近傍にＤＰＦ温度を維持する必要があり、通常は、ＤＰＦ上流あるいは下流の排気温度を検出し、その温度が目標温度となるように昇温手段を操作している。
【０００５】
従来技術として、例えば、特許文献１があり、図１４（ａ）のように、酸化触媒（以下、ＤＯＣと記載）がＤＰＦの上流に直列に配置された構成において、ＤＰＦ上流（ＤＯＣ下流）の排気温度をＤＰＦ温度として検出する。そして、図１５のように、ＤＰＦ温度が所定値（例えば、５００℃）を越えたら昇温を停止し、所定値（例えば、５００℃）を下回ったら昇温を実施するようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１０１１２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１の技術では、昇温手段（例えば、ポスト噴射）の実施・停止を切り替える操作しか行わないために、次のような問題が生じる。排気温度が所定の目標温度近傍に到達して、ポスト噴射の実施・停止が繰り返されている場合にポスト噴射を停止（図１６中のＡの時点）すると、低温の排気が流入するうえＨＣ反応熱がなくなるためＤＯＣ温度が急激に低下する。しかし、この時点では、検出しているＤＰＦ上流排気温度の変化は、ＤＯＣ温度の変化に対して時間遅れがあるため、検出温度はしばらく高温のまま維持される。図１４（ｂ）は、この時の排気管内の温度分布を示すものである。
【０００８】
つまり、ＤＰＦ上流排気温度が高温を維持している間はポスト噴射は停止され、その後、ＤＰＦ上流排気温度が目標温度（例えば５００℃）を下回った時点で始めてポスト噴射を再開（図１６中のＢの時点）することとなる。しかし、再びポスト噴射を開始した時点では、さらにＤＯＣ温度は大きく低下しており、低温のＤＯＣを通過した低温の排気が流入するため、ポスト噴射をしているにも関わらず下流のＤＰＦ温度は、一旦大きく低下してしまう。
【０００９】
従って、ポスト噴射の再開によるＨＣ反応熱でＤＯＣ温度が昇温し、その結果ＤＯＣの下流にあるＤＰＦ温度が目標温度近傍に復帰するまでには、長い時間を要する。図１６のように、ポスト噴射を実施していてもＤＰＦ温度が低い（例えば４５０℃以下）と、ＤＰＦ上のＰＭ燃焼速度が遅いため、この状態では、ポスト噴射により燃費だけは悪化するが、ＤＰＦ上のＰＭはほとんど燃焼しない事態となってしまう。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、ＤＰＦ再生時には速やかに目標温度温度まで昇温して、目標温度近傍にＤＰＦ温度を維持し、ＰＭの未燃焼による燃費悪化を回避することができるとともに、高温によるＤＰＦの破損あるいは酸化触媒の劣化等を防止して、ＤＰＦの再生を効率よく行うことのできる排ガス浄化装置を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設置されるパティキュレートフィルタと、
上記パティキュレートフィルタを昇温するための昇温手段と、
上記パティキュレートフィルタの温度を推定する温度推定手段と、
上記パティキュレートフィルタへのパティキュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段と、
上記パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、上記昇温手段を操作して上記パティキュレートフィルタの温度を所定値に昇温し、堆積したパティキュレートを焼却除去して上記パティキュレートフィルタを再生する再生手段を備え、
上記再生手段は、上記温度推定手段で推定される上記パティキュレートフィルタの温度に応じて、上記昇温手段によるエネルギー投入量を決定するエネルギー投入量決定手段を有している。
【００１２】
上記構成において、上記再生手段は、上記パティキュレートフィルタの温度に応じて、上記昇温手段によるエネルギー投入量を最適となるように決定するとともに、上記パティキュレートフィルタの温度変化に応じて、エネルギー投入量を変更する。これにより、上記パティキュレートフィルタの温度を速やかに目標温度まで上昇し、かつ目標温度の近傍に維持するので、燃費悪化や上記パティキュレートフィルタの破損あるいは酸化触媒の劣化等を回避して上記パティキュレートフィルタの再生を効率よく行うことができる。
【００１３】
請求項２の発明において、上記エネルギー投入量決定手段は、上記温度推定手段で推定される上記パティキュレートフィルタの温度に応じて、上記昇温手段による昇温操作の実施・停止の時間比率（Ｄｕｔｙ比）を決定するＤｕｔｙ比決定手段を有する。
【００１４】
従来は、昇温操作を実施・停止の２段階で切り替えていたが、上記Ｄｕｔｙ比決定手段で、昇温の実施・停止のＤｕｔｙ比を変化させることで、ＨＣ量を多段階あるいは連続的に制御して、上記パティキュレートフィルタの温度を最適に制御することができる。
【００１５】
請求項３の発明において、上記Ｄｕｔｙ比決定手段は、上記温度推定手段で推定される上記パティキュレートフィルタの温度に応じて、所定周期毎に周期期間内で昇温を実施する時間の周期に対する比率を決定する。
【００１６】
具体的には、所定周期、例えば１０ｓｅｃ程度以内において、昇温を実施する時間の比率を決定すればよく、これに応じて昇温操作を行うことで、上記パティキュレートフィルタの温度を効果的に制御できる。
【００１７】
請求項４の発明において、上記パティキュレートフィルタは、上流に酸化触媒を備えるセラミック製フィルタか、酸化触媒が担持されたセラミック製フィルタの少なくとも一方とする。
【００１８】
上記パティキュレートフィルタの上流に別体として、または上記パティキュレートフィルタと一体に酸化触媒を設けると、排気中のＨＣを酸化反応させ、その反応熱で上記パティキュレートフィルタを容易に昇温させることができるので望ましい。
【００１９】
請求項５の発明において、上記昇温手段は、排気中のＨＣを増量し、上記酸化触媒でのＨＣ反応熱によりパティキュレートフィルタを昇温する。
【００２０】
上記昇温手段により、排気中に供給されるＨＣ量を容易に制御できるので、上記Ｄｕｔｙ比決定手段で決定されたＤｕｔｙ比で昇温操作を実施することで、上記パティキュレートフィルタの温度制御を効果的に行うことができる。
【００２１】
請求項６の発明において、上記昇温手段は、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞りおよびＥＧＲ量の増量の操作のいずれかまたは複数の操作の組み合わせにより排気中のＨＣを増量する。
【００２２】
具体的には、これらポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞りおよびＥＧＲ量の増量といった操作により、排気中に供給されるＨＣ量を制御し、本発明の効果を容易に得ることができる。
【００２３】
請求項７の発明において、上記Ｄｕｔｙ比決定手段は、
（１）上記温度推定手段の出力が目標温度に対し所定の範囲内にある場合は、Ｄｕｔｙ比を基準値に設定する操作を行い、
（２）上記温度推定手段の出力が目標温度に対し所定温度以上高い場合は、Ｄｕｔｙ比を基準値に対し減少させる操作を行い、
（３）上記温度推定手段の出力が目標温度に対し所定温度以上低い場合は、Ｄｕｔｙ比を基準値に対し増加させる操作を行い、
（４）上記温度推定手段の出力が上記パティキュレートフィルタの破損または触媒劣化を招くほど高い場合は、Ｄｕｔｙ比を０として上記昇温手段を停止する操作を行い、
（５）上記温度推定手段の出力が上記酸化触媒の活性温度よりも低い場合は、Ｄｕｔｙ比を０として上記昇温手段を停止する操作を行う。
【００２４】
このように、上記パティキュレートフィルタの温度に応じて、昇温の実施・停止のＤｕｔｙ比を変化させることで、上記パティキュレートフィルタの昇温速度を制御し、目標温度近傍に維持することができる。また、上記パティキュレートフィルタの温度が著しく高い場合あるいは低い場合には、Ｄｕｔｙ比を０として昇温を停止することで、破損や触媒劣化、燃費の悪化を防止することができる。
【００２５】
請求項８の発明において、上記温度推定手段は、上記パティキュレートフィルタの上流および下流の一方または両方に設置された温度センサの出力を基に上記パティキュレートフィルタの温度を推定する。
【００２６】
上記パティキュレートフィルタの温度は、その上下流の一方または両方に設置された温度センサの出力を基に容易に推定され、これを基に上記再生制御を行うことで本発明の効果が容易に得られる。
【００２７】
請求項９の発明において、上記パティキュレート堆積量推定手段は、上記パティキュレートフィルタの前後差圧またはエンジンの運転状態に基づいて、あるいはこれらの組み合わせによりパティキュレート堆積量を推定する。
【００２８】
上記パティキュレート堆積量は、上記パティキュレートフィルタの前後差圧またはエンジンの運転状態に基づいて容易に推定され、これを基に上記再生制御を行うことで本発明の効果が容易に得られる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。図１はディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示すもので、ディーゼルエンジン１の排気通路２を構成する排気管２ｂ、２ｃ間にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３が設置され、その上流には排気管２ａ、２ｂ間に酸化触媒（ＤＯＣ）４が設置されている。ＤＰＦ３は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じしてなる。エンジン１から排出された排気ガスは、ＤＰＦ３の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレート（ＰＭ）が捕集されて次第に堆積する。
【００３０】
ＤＯＣ４は公知の構造で、コーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に酸化触媒を担持してなる。ＤＯＣ４は、排気通路２に供給される炭化水素（ＨＣ）を触媒反応により燃焼させて排気温度を上昇させ、ＤＰＦ３を昇温する。なお、ＤＰＦ３には酸化触媒が担持されていても、担持されていなくてもよい。本実施形態では、ＤＰＦ３に酸化触媒が担持されていないものとして説明する。あるいは、酸化触媒が担持されたＤＰＦ３を用い、その上流にＤＯＣ４を設置しない装置構成とすることもできる。
【００３１】
ＤＰＦ３の上流側の排気管２ｂおよび下流側の排気管２ｃには、それぞれ温度センサとしての排気温センサ５１、５２が設置される。排気温センサ５１、５２はＥＣＵ６に接続されており、ＤＰＦ３の入ガス温度または出ガス温度を検出して、ＥＣＵ６に出力する。ＥＣＵ６は排気温センサ５１、５２の出力に基づいてＤＰＦ３の温度（中心温度）を推定する。エンジン１の吸気管１１には、エアフローメータ（吸気量センサ）５３が設置されて吸気量をＥＣＵ６に出力するようになっている。エアフローメータ５３下流の吸気管１１には、吸気絞り弁１２が設置されており、ＥＣＵ６の指令で吸気量を増減する。また、エンジン１の吸気管１１は、ＥＧＲバルブ７を備えたＥＧＲ配管７１によって、ＤＯＣ４の上流側の排気管２ａと連通しており、ＥＧＲバルブ７はＥＣＵ６の指令で吸気に還流する排気量（ＥＧＲ量）を増減する。
【００３２】
なお、ここでは、ＤＰＦ３の上流および下流に設置され、上流および下流の排気温度を検出する排気温センサ５１、５２を設けたが、排気温センサ５１、５２をいずれか一方として、その出力を基にＤＰＦ３の温度を推定することも可能である。
【００３３】
排気管２ｂ、２ｃには、ＤＰＦ３にて捕集されたパティキュレートの量（ＰＭ捕集量）を知るために、ＤＰＦ３の前後差圧を検出する差圧センサ８が接続される。差圧センサ８の一端側はＤＰＦ３上流の排気管２ｂに、他端側はＤＰＦ３下流の排気管２ｃにそれぞれ圧力導入管８１、８２を介して接続されており、ＤＰＦ３の前後差圧に応じた信号をＥＣＵ６に出力する。
【００３４】
ＥＣＵ６には、さらに、アクセル開度センサや回転数センサといった図示しない各種センサが接続されている。ＥＣＵ６は、これらセンサからの検出信号を基に運転状態を検出し、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン１への燃料噴射を制御する。また、吸気絞り弁１２の弁開度を調節することで吸気量を、ＥＧＲバルブ７の弁開度を調節することでＥＧＲ量を制御する。
【００３５】
次に、ＤＰＦ３の再生制御について説明する。ＥＣＵ６は、排気中のＨＣを増量し、ＤＯＣ４でのＨＣ反応熱によりＤＰＦ３を昇温する手段（昇温手段）を有しており、ＤＰＦ３へのＰＭ堆積量を推定して（パティキュレート堆積量推定手段）、ＰＭ堆積量が予め決められた所定値を超えた時に、昇温手段を作動させてＤＰＦ３の温度を所定値に昇温する（再生手段）。これにより、堆積したＰＭが焼却除去されＤＰＦ３が再生する。ＤＰＦ３の温度は、排気温センサ５１、５２の出力に基づいて推定される（温度推定手段）。
【００３６】
昇温手段として、具体的には、ポスト噴射、燃料噴射時期遅角（リタード）、吸気絞り、ＥＧＲ増量等の操作が行なわれる。これらの操作により排気通路２に供給される未燃ＨＣが増加し、さらにリタード、ＥＧＲ増量等の操作により排気温度が上昇する。また、図２に他の装置構成の例として示すように、ＤＯＣ４上流の排気管２ａに燃料添加装置９を配設して、直接ＨＣを供給することもできる。昇温手段としては、これらのうちいずれか１つの操作を行っても、複数の操作を組み合わせることもできる。
【００３７】
パティキュレート堆積量推定手段は、例えば、差圧センサ８で検出されるＤＰＦ３の前後差圧からＰＭ堆積量を推定する。図３に示すように、排気流量が一定の場合には、ＰＭ堆積量が多いほどＤＰＦ前後差圧が増加するので、この関係を予め調べておくことでＰＭ堆積量を知ることができる。あるいは、ＰＭ堆積量を、各種センサの出力から知られるエンジン１の運転状態に基づいて推定することも、これらの方法を組み合わせることもできる。温度推定手段は、ここでは、排気温センサ５１、５２の出力を基に推定するが、排気温センサ５１、５２のいずれか一方のみを有する装置構成とし、ＤＰＦ３の上流または下流の排気温度からＤＰＦ温度を推定することもできる。
【００３８】
ところで、ＤＯＣ４およびＤＰＦ３の温度は、（１）ＨＣの酸化反応による発熱と（２）排気あるいは周囲に奪われる熱との収支のバランスにより、その温度が決まる。上述した従来技術では、再生手段は昇温手段の実施・停止の２段階の操作しか行っていないため、排気温センサ出力が所定値を越えた場合には、昇温手段を停止することになるが、いきなり（１）をなくしてしまうと（２）が急激に相対的に大きくなる。特に、上流に設置されたＤＯＣ４の温度は、ＨＣの供給がなくなると前端部から急速に低下するが、後端部まで温度が低下してＤＯＣ４下流の排気温度に反映されるまでの遅れや排気温センサ出力に時間遅れがあるために、再生手段が昇温手段を再び作動させるまでに、ＤＯＣ４の温度がさらに下がってしまう。このため、ＤＰＦ３の昇温に時間がかかり、その間、ＰＭがほとんど燃焼しないために、再生時間が長くなって燃費悪化をまねくこととなる。
【００３９】
そこで、本発明では、排気温センサ出力が所定値を越えた場合に、（１）を徐々に減らすようにする。その結果、収支としては（１）＜（２）となるためＤＯＣ４あるいはＤＰＦ３の温度が低下して過昇温を防止することが可能となる。しかも、ＤＯＣ４の温度を急速ではなく徐々に低下させることができる。
【００４０】
これを実現するため、本発明において、再生手段は、温度推定手段で推定されるＤＰＦ３の温度に応じて、昇温手段によるエネルギー投入量を決定する（エネルギー投入量決定手段）。具体的には、ＤＰＦ３の温度に応じて昇温操作の実施・停止の時間比率（Ｄｕｔｙ比）を決定し（Ｄｕｔｙ比決定手段）、このＤｕｔｙ比をＤＰＦ３の温度変化に応じて随時変更する。つまり、従来は排気温度センサ出力（ＤＰＦ温度を代表する温度）が所定値を少しでも越えたら、すぐに昇温操作（ポスト噴射等）を中止していたが、本発明では、従来のような昇温の実施・停止の２段階ではなく、検出温度に応じて、その実施頻度を段階的あるいは連続的に低下させることで、ＤＯＣ４の温度が急速に下がるのを防止する。その結果、ＤＰＦ３温度を目標温度近傍に容易に維持する。従って、排気温センサ出力が所定値を下回って、再びポスト噴射等の昇温操作を再開した場合にも、ＤＰＦ３温度が大きく低下することなく、良好な再生状態を維持することが可能となる。
【００４１】
より具体的には、例えば、図４のように、Ｄｕｔｙ比を大きくするほどＤＰＦ温度は上昇するので、ＤＰＦ温度を目標温度に維持するのに必要なＤｕｔｙ比＝Ａ（例えば６０％）として、ＤＰＦ温度が目標温度に対して高い時にはＤｕｔｙ比をＡより小さくし（例えばＢ＝５５％）、ＤＰＦ温度が目標温度に対して低い時にはＤｕｔｙ比をＡより大きくする（例えばＣ＝６５％、Ｄ＝１００％）制御を行う。このように、Ｄｕｔｙ比をＡを基準に４段階（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に設定し、ＤＰＦ３の温度に応じてＤｕｔｙ比を切り替える代わりに、ＤＰＦ温度に応じて連続的に変更してもよい。さらに、ＤＰＦ温度が酸化触媒の劣化およびＤＰＦ３の破損を引き起こすほど高温になる場合は、ＤＰＦ温度が所定値以下となるまでＤｕｔｙ比を０％として昇温を停止すると、安全性が向上する。また、ＤＰＦ温度が酸化触媒の活性温度（例えば２００℃）よりも低い場合は、排気中のＨＣ量を増加しても昇温に効果がないため、Ｄｕｔｙ比を０％として昇温を停止することで、燃費悪化を抑制する効果が高まる。
【００４２】
図５のように、昇温実施Ｄｕｔｙ比の増加に伴い、エンジン排出ＨＣ量が増加し、図６のように、エンジン排出ＨＣ量の増加に伴い、その反応熱でＤＰＦ温度が上昇するので、Ｄｕｔｙ比をＤＰＦ温度に応じて変更することで、ＤＯＣ４へ流入するＨＣ量を多段階にあるいは連続的に制御することができる。そして、その時のＤＰＦ温度に応じて、ＤＰＦ３を目標温度まで上昇または目標温度近傍に維持するために最適なＨＣ量が供給され、ＤＰＦ３温度を最適に制御することが可能になる。
【００４３】
Ｄｕｔｙ比は所定の繰返し周期τａ （例えば３ｓｅｃ）の間で昇温を実施する時間τ１（τ１≦τａ ）を変更することで変化させる（図７）。この場合、Ｄｕｔｙ比＝τ１／τａ となる。これを昇温手段がポスト噴射である場合について説明するならば、ポスト噴射を実施するサイクルと実施しないサイクルとの比率を変更することに相当する（図８）。また、τａ 、τ１をクランク角と同期させてもよい。
【００４４】
昇温手段は、Ｄｕｔｙ比１００％で昇温を実施した場合に、ＤＰＦ３の温度が、各運転条件において目標温度を上回る所定値となるように設定する。これを昇温手段がポスト噴射である場合について説明すると、例えば各回転数、アクセル開度でポスト噴射を実施した場合に、十分な時間を経過した後にＤＰＦ３の温度が所定値（例えば７５０℃）となるようなポスト噴射量を、回転数とアクセル開度の２次元マップとして持つ。
【００４５】
なお、同様の考え方に基づく技術として、検出した排気温度に基づいて、噴射１回当たりのポスト噴射量を増減するという方法が考えられる。この方法は、例えば、排気温度が高い場合にはポスト噴射量を増量し、排気温度が低い場合にはポスト噴射量を減量することで、排気中のＨＣ量を増減するものである。ただし、一般的に、ポスト噴射実施時には、ポスト噴射燃料の一部がシリンダ内で燃焼することによるエンジン出力変化の補正（具体的には、ポスト噴射実施時にポスト噴射未実施時とエンジン出力が等しくなるようにメイン噴射量を補正すること）、あるいはポスト噴射量増量によるエミッション悪化の防止など、多くの確認あるいは調整項目が新たに生じる。また、ポスト噴射時期（ポスト噴射燃料を噴射している期間）が、ピストンが上死点通過後遅過ぎるとポスト噴射燃料がシリンダ壁に到達してオイル希釈を起こす問題があり、逆に、ポスト噴射時期が早すぎるとメイン噴射との間隔が小さくなるためにスモークを生じやすい、あるいはポスト噴射燃料がシリンダ内で燃焼してしまうため十分なＨＣが排出できないなどの問題がある。
【００４６】
従って、ポスト噴射量を排気温度に応じて徐々に変化させようとすると、非常に多くの確認あるいは調整が新たに必要となり、さらに上記理由から実用上ポスト噴射量を増減できる範囲は狭く限られてしまうため、ＤＰＦ３の温度を連続的に変更するという本来の目的を十分に達成できないおそれがある。
【００４７】
図９は、ＥＣＵ６による再生制御の第１の実施の形態を示すフローチャート図である。ＥＣＵ６は、まず、ステップ１０１で、ＤＰＦ３の上下流に配置した排気温センサ５１、５２から排気温度Ｔ１、Ｔ２を読込む。ステップ１０２では、ＤＰＦ３上下流の排気温度Ｔ１、Ｔ２を基にＤＰＦ温度Ｔを算出する。簡易的にはＴ＝Ｔ１あるいはＴ＝Ｔ２とする。または排気温度Ｔ１、Ｔ２より計算によりＴを求めることもできる。ステップ１０３では、ＤＰＦ３上へのＰＭ堆積量を推定する。例えば、通過する排気流量に対するＤＰＦ３の前後差圧とＰＭ堆積量の関係（図３参照）を利用して、差圧センサ８で検出される前後差圧と、エアフローメータ５３の出力から算出される排気流量をもとにＰＭ堆積量を推定することができる。
【００４８】
ステップ１０４では、推定したＰＭ堆積量がＤＰＦ３を再生する必要のある所定値に達したか否かを判定する。そして、ＰＭ堆積量＞所定値なら、ＤＰＦ３の再生を行なうために、ＤＰＦを昇温する操作を行う。昇温操作としては、例えば、ポスト噴射を行い、具体的には、エンジン運転のためのメイン燃料噴射の後（上死点後の膨張工程）に少量の燃料を追加噴射し未燃のＨＣを発生させる。このＨＣがＤＯＣ４で酸化反応により発熱し、ＤＰＦ３に高温の排気を供給する。ステップ１０４が否定判定された場合は、ポスト噴射を行わず、そのまま本処理を終了する。
【００４９】
ステップ１０５では、ＤＰＦ温度Ｔを所定値１（例：２００℃）と比較する。所定値１は酸化触媒の活性温度であり、Ｔ＜所定値１（例：２００℃）の場合、酸化触媒が活性化しておらず、ＨＣをＤＯＣ４に供給しても昇温に対して効果が得られない。このため、Ｄｕｔｙ＝０％としてポスト噴射を停止する。ステップ１０５が否定判定された場合は、続くステップ１０６で、ＤＰＦ温度Ｔを所定値２（例：７００℃）と比較する。Ｔ＞所定値２（例：７００℃）と高温の場合、酸化触媒の劣化およびＤＰＦ破損の危険がある。このため、Ｄｕｔｙ＝０％としてポスト噴射を停止する。
【００５０】
ステップ１０６が否定判定された場合は、ステップ１０７へ進み、ＤＰＦ温度Ｔを所定値３（例：５５０℃）と比較する。Ｔ＜所定値３（例：５５０℃）であり、ＤＰＦ温度Ｔが目標温度（例：６５０℃）に対して大きく下回る場合には、ＤＰＦ３を速やかに昇温するためにＤｕｔｙ＝Ｄ（例：１００％）とする。ステップ１０７が否定判定された場合は、ステップ１０８へ進み、ＤＰＦ温度Ｔを所定値４（例：６６０℃）と比較する。Ｔ＞所定値４（例：６６０℃）である場合には、ＤＰＦ温度Ｔが目標温度（例：６５０℃）に対してやや高いので、ＤＰＦ温度を低下させるため、Ｄｕｔｙ＝Ｂとする。Ｂは、前記図４において、Ｄｕｔｙ比に対応するＤＰＦ温度が目標温度よりも低くなるよう設定する（例：５５％）。
【００５１】
ステップ１０８が否定判定された場合は、ステップ１０９へ進み、ＤＰＦ温度Ｔを所定値５（例：６４０℃）と比較する。Ｔ＜所定値５（例：６４０℃）である場合には、ＤＰＦ温度Ｔが目標温度（例：６５０℃）に対してやや低いので、ＤＰＦ温度を上昇させるため、Ｄｕｔｙ＝Ｃとする。Ｃは、上記図４において、Ｄｕｔｙ比に対応するＤＰＦ温度が目標温度よりも高くなるように設定する（例：６５％）。
【００５２】
ステップ１０９が否定判定された場合、すなわち、所定値５（例：６４０℃）＜Ｔ＜所定値４（例：６６０℃）である場合には、ステップ１１０へ進んで、Ｄｕｔｙ＝Ａとする。Ａは、前記図４において、Ｄｕｔｙ比に対応するＤＰＦ温度が目標温度となるように設定する（例：６０％）。なお、所定値１〜５の大小関係は、
所定値１（例：２００℃）＜所定値３（例：５５０℃）＜所定値５（例：６４０℃）＜所定値４（例：６６０℃）となる。
【００５３】
図１０は、本発明の効果を示すタイムチャート図で、上記図９のフローチャートに従って、ＤＰＦ３の再生制御を行った例である。図１０のように、再生開始時には、ＤＰＦ温度が低いため、昇温操作を実施しても効果が小さいと判断してＤｕｔｙ＝０％とする。そして、酸化触媒の活性温度以上となった時点でＤｕｔｙ＝１００％として、ＤＰＦ温度を速やかに昇温し、目標温度の近傍となったら、Ｄｕｔｙ比を段階的に減少させて緩やかに昇温させる。Ｄｕｔｙ比の減少によりＤＰＦ温度が目標温度を下回った場合には、Ｄｕｔｙ比を段階的に増加させてて緩やかに温度を低下させる。これを繰り返すことにより、図１１に示すように、ＤＰＦ３の温度を目標温度近傍に維持することができるので、従来の温度制御手法に比べて、ＤＰＦ温度の制御性に優れ、ＤＯＣ４の劣化やＤＰＦ３の破損のおそれがなく、ＰＭの未燃焼による燃費の悪化を抑制して、効率よいＤＰＦ３の再生制御が可能になる。
【００５４】
図１２に、ＥＣＵ６による再生制御の第２の実施の形態を示す。上記図９のフローチャートに示した第１の実施の形態では、ＤＰＦ温度に応じてＤｕｔｙ比を段階的に変更するのに対し、本例ではＤｕｔｙ比を連続的に変更している。ＥＣＵ６は、まず、ステップ２０１で、ＤＰＦ３の上下流に配置した排気温センサ５１、５２から排気温度Ｔ１、Ｔ２を読込む。ステップ２０２では、ＤＰＦ３上下流の排気温度Ｔ１、Ｔ２を基にＤＰＦ温度Ｔを算出する。簡易的にはＴ＝Ｔ１あるいはＴ＝Ｔ２とする。または排気温度Ｔ１、Ｔ２より計算によりＴを求めることもできる。ステップ２０３では、ＤＰＦ３上へのＰＭ堆積量を推定する。例えば、通過する排気流量に対するＤＰＦ３の前後差圧とＰＭ堆積量の関係（図３参照）を利用して、差圧センサ８で検出される前後差圧と、エアフローメータ５３の出力から算出される排気流量をもとにＰＭ堆積量を推定することができる。
【００５５】
ステップ２０４では、推定したＰＭ堆積量がＤＰＦ３を再生する必要のある所定値に達したか否かを判定する。そして、ＰＭ堆積量＞所定値なら、ＤＰＦ３の再生を行なうために、ＤＰＦを昇温する操作を行う。昇温操作としては、例えば、ポスト噴射を行い、具体的には、エンジン運転のためのメイン燃料噴射の後（上死点後の膨張工程）に少量の燃料を追加噴射し未燃のＨＣを発生させる。このＨＣがＤＯＣ４で酸化反応により発熱し、ＤＰＦ３に高温の排気を供給する。ステップ２０４が否定判定された場合は、ポスト噴射を行わず、そのまま本処理を終了する。
【００５６】
ステップ２０５では、ＤＰＦ温度Ｔを所定値１（例：２００℃）と比較する。所定値１は酸化触媒の活性温度であり、Ｔ＜所定値１（例：２００℃）の場合、酸化触媒が活性化しておらず、ＨＣをＤＯＣ４に供給しても昇温に対して効果が得られない。このため、Ｄｕｔｙ＝０％としてポスト噴射を停止する。ステップ２０５が否定判定された場合は、続くステップ２０６で、ＤＰＦ温度Ｔを所定値２（例：７００℃）と比較する。Ｔ＞所定値２（例：７００℃）と高温の場合、酸化触媒の劣化およびＤＰＦ破損の危険がある。このため、Ｄｕｔｙ＝０％としてポスト噴射を停止する。ちなみに所定値１、２の大小関係は
所定値１＜所定値２
となる。
【００５７】
ステップ２０６が否定判定された場合は、ステップ２０７へ進み、目標温度（例：６５０℃）と現在のＤＰＦ温度Ｔとの偏差ΔＴを算出する。次いで、ステップ２０８で、算出された偏差ΔＴを基に関数Ｋ（ΔＴ）を用いＤｕｔｙを算出する。例えば、
Ｋ（ΔＴ）＝−Ｋｐ×ΔＴ＋Ａ_０
とする。ここで、Ｋｐは所定の正の定数であり、また、Ａは、前記図４において、Ｄｕｔｙ比に対応するＤＰＦ温度が目標温度となるように設定する（例：６０％）。
このようにしても、再生時にＤＰＦ温度を目標温度まで速やかに上昇させ、その近傍に維持する同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】本発明を適用した排気浄化装置の他の例を示す全体構成図である。
【図３】排気流量に対するＤＰＦ前後差圧とＰＭ堆積量の関係を示す図である。
【図４】昇温実施Ｄｕｔｙ比とＤＰＦ温度の関係を示す図である。
【図５】昇温実施Ｄｕｔｙ比とエンジン排出ＨＣ量の関係を示す図である。
【図６】エンジン排出ＨＣ量とＤＰＦ温度の関係を示す図である。
【図７】昇温の実施・停止をＤｕｔｙ比（＝τ１／τａ ）によって切替えることを説明するための図である。
【図８】ポスト噴射の実施・停止をＤｕｔｙ比（＝τ１／τａ ）によって切替えることを説明するための図である。
【図９】ＥＣＵによる再生制御の第１の実施の形態を示すフローチャート図である。
【図１０】ＤＰＦ温度に応じて昇温実施Ｄｕｔｙ比を変更することによる効果を説明するためのタイムチャート図である。
【図１１】本発明の温度制御手法による効果を従来の温度制御手法と比較して示すタイムチャート図である。
【図１２】ＥＣＵによる再生制御の第２の実施の形態を示すフローチャート図である。
【図１３】ＤＰＦ温度に対するＰＭ燃焼速度と再生による燃費悪化の関係を示した図である。
【図１４】ＤＯＣの温度が急激に低下した場合の、排気管内の温度分布を示した図である。
【図１５】従来の温度制御手法を説明するためのタイムチャート図である。
【図１６】昇温手段の停止により、ＤＰＦ温度が大きく低下することを示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１ 吸気管
１２ 吸気絞り弁
２ 排気通路
２ａ、２ｂ、２ｃ 排気管
３ パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４ 酸化触媒（ＤＯＣ）
５１、５２ 排気温センサ
５３ エアフローメータ
６ ＥＣＵ
７ ＥＧＲバルブ
８ 差圧センサ

Claims (9)

1. 内燃機関の排気通路に設置されるパティキュレートフィルタと、上記パティキュレートフィルタを昇温するための昇温手段と、
   上記パティキュレートフィルタの温度を推定する温度推定手段と、
   上記パティキュレートフィルタへのパティキュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段と、
   上記パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、上記昇温手段を操作して上記パティキュレートフィルタの温度を所定値に昇温し、堆積したパティキュレートを焼却除去して上記パティキュレートフィルタを再生する再生手段を備える排気浄化装置であって、
   上記再生手段が、上記温度推定手段で推定される上記パティキュレートフィルタの温度に応じて、上記昇温手段によるエネルギー投入量を決定するエネルギー投入量決定手段を有していることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記エネルギー投入量決定手段は、上記温度推定手段で推定される上記パティキュレートフィルタの温度に応じて、上記昇温手段による昇温操作の実施・停止の時間比率（Ｄｕｔｙ比）を決定するＤｕｔｙ比決定手段を有する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記Ｄｕｔｙ比決定手段は、上記温度推定手段で推定される上記パティキュレートフィルタの温度に応じて、所定周期毎に周期期間内で昇温を実施する時間の周期に対する比率を決定する請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記パティキュレートフィルタは、上流に酸化触媒を備えるセラミック製フィルタか、酸化触媒が担持されたセラミック製フィルタの少なくとも一方である請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記昇温手段は、排気中のＨＣを増量し、上記酸化触媒でのＨＣ反応熱によりパティキュレートフィルタを昇温する請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 上記昇温手段は、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞りおよびＥＧＲ量の増量の操作のいずれかまたは複数の操作の組み合わせにより排気中のＨＣを増量する請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記Ｄｕｔｙ比決定手段は、
   （１）上記温度推定手段の出力が目標温度に対し所定の範囲内にある場合は、Ｄｕｔｙ比を基準値に設定する操作を行い、
   （２）上記温度推定手段の出力が目標温度に対し所定温度以上高い場合は、Ｄｕｔｙ比を基準値に対し減少させる操作を行い、
   （３）上記温度推定手段の出力が目標温度に対し所定温度以上低い場合は、Ｄｕｔｙ比を基準値に対し増加させる操作を行い、
   （４）上記温度推定手段の出力が上記パティキュレートフィルタの破損または触媒劣化を招くほど高い場合は、Ｄｕｔｙ比を０として上記昇温手段を停止する操作を行い、
   （５）上記温度推定手段の出力が上記酸化触媒の活性温度よりも低い場合は、Ｄｕｔｙ比を０として上記昇温手段を停止する操作を行う請求項４ないし６のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記温度推定手段は、上記パティキュレートフィルタの上流および下流の一方または両方に設置された温度センサの出力を基に上記パティキュレートフィルタの温度を推定する請求項１ないし７のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 上記パティキュレート堆積量推定手段は、上記パティキュレートフィルタの前後差圧またはエンジンの運転状態に基づいて、あるいはこれらの組み合わせによりパティキュレート堆積量を推定する請求項１ないし８のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。

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