JP2005016394A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、内燃機関の機関要素の個体差や排気浄化手段の個体差を考慮した、より適正な量の燃料を添加することで、排気浄化手段の温度を目標の温度とする内燃機関の排気浄化システムを提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段と、温度推定手段によって推定された排気浄化手段の温度に基づいて、排気浄化手段の温度を目標温度とするために排気へ添加すべき燃料量を算出する添加量算出手段と、を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、更に、所定の条件下において排気浄化手段の基準温度を算出し（Ｓ１０３）、該基準温度に基づいて該温度推定手段によって推定される排気浄化手段の温度を補正する（Ｓ１０６）温度補正手段を備える。
【選択図】 図４
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段と、温度推定手段によって推定された排気浄化手段の温度に基づいて、排気浄化手段の温度を目標温度とするために排気へ添加すべき燃料量を算出する添加量算出手段と、を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、更に、所定の条件下において排気浄化手段の基準温度を算出し（Ｓ１０３）、該基準温度に基づいて該温度推定手段によって推定される排気浄化手段の温度を補正する（Ｓ１０６）温度補正手段を備える。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気の浄化を行う排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特に希薄燃焼を行う内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘや粒子状物質（以下、「ＰＭ」という）を浄化するために、ＮＯｘを吸蔵し、還元剤の存在下で吸蔵されたＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という）や、ＰＭを捕集するフィルタが、排気通路に設けられている。ここで、ＮＯｘ触媒は排気に含まれるＳＯｘも同様に吸蔵する性質を有しており、そのＳＯｘ吸蔵量が増大することでＮＯｘ触媒の浄化能力が低下する。また、フィルタにおいてＰＭが捕集されることで、排気通路における排気の円滑な流れが妨げられ、排気通路内の圧力が上がり、内燃機関の燃焼に影響を与える虞がある。そこで、ＮＯｘ触媒やフィルタ（以下、両者を併せて「排気浄化手段」という）に流入する排気に燃料を添加して、排気浄化手段の温度を昇温させることで、吸蔵ＳＯｘの離脱や捕集ＰＭの除去を行う技術が知られている。
【０００３】
しかし、排気に添加する燃料が多すぎると、排気浄化手段の温度が過度に昇温して排気浄化手段が熱劣化したり溶損したりする虞が生じ、また添加された燃料が外気へ放出されたりする問題が生じる。一方で、ＮＯｘ触媒に添加する燃料が少なすぎると、排気浄化手段の温度を十分に昇温させることが困難となり、吸蔵ＳＯｘの離脱や捕集ＰＭの除去が十分に行われない。そこで、これらの問題を解決するために、排気浄化手段の温度を昇温させる手法として、排気に含まれる燃料の状態と排気浄化手段の温度に基づいて暫定添加量を算出し、更に添加燃料の排気浄化手段等への吸着割合や、添加燃料の吸着速度もしくは離脱速度に基づいて該暫定添加量を補正し、最終的な添加量を決定する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度と内燃機関の運転状態から、排気通路への燃料の付着量と付着した燃料の蒸発量とを考慮することで、排気へのより適正な燃料の添加量を決定する技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−４４３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２２０１９号公報
【特許文献３】
特開平８−４９５２６号公報
【特許文献４】
特開平８−２６０９４７号公報
【特許文献５】
特開２００２−３８９３９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気浄化手段の温度を昇温させるために排気に燃料を添加する場合には、どの程度排気浄化手段の温度を昇温すべきかを判断するために、排気浄化手段の温度を把握する必要がある。しかし、排気浄化手段は、その構造上、その内部の温度を直接に検出することは困難であるため、内燃機関の運転状態や排気浄化手段に流出入する排気の状態等に基づく推定方法によって、排気浄化手段の温度を推定する。しかし、そのような場合に、内燃機関の機関要素の個体差、例えば燃料噴射弁の噴射特性の個体差による排気中に含まれる燃料の量がばらついたり、排気浄化手段の個体差、特にＮＯｘ触媒の酸化機能が個体差によりばらついたりすると、該推定方法で推定された排気浄化手段の温度と、実際の排気浄化手段の温度との間に誤差が生じ、排気への適正な燃料の添加量を決定することが困難となる。その結果、排気浄化手段が過度に昇温したり、また目標の温度に昇温しなかったりする虞がある。
【０００７】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、排気に燃料を添加することで排気浄化手段の温度を昇温させる内燃機関の排気浄化システムであって、より適正な量の燃料を排気へ添加して、排気浄化手段の温度を目標の温度とする内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、推定される排気浄化手段の温度と、該推定とは異なる所定の条件下において算出される排気浄化手段の温度と、の誤差に着目した。これは、排気浄化手段の温度を比較的高精度で算出することができる条件が存在するため、該条件下において、推定された排気浄化手段の温度と比較的高精度で算出された排気浄化手段の温度との誤差に応じて、推定された排気浄化手段の温度を補正することが可能となるからである。
【０００９】
そこで、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、前記排気浄化手段の上流側の排気通路に設けられ、前記排気浄化手段に流入する排気に燃料を添加することで前記排気浄化手段の温度を上昇させる燃料添加手段と、前記排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段によって推定された前記排気浄化手段の温度に基づいて、該排気浄化手段の温度を目標温度とするために前記燃料添加手段によって排気へ添加すべき燃料量を算出する添加量算出手段と、を備える内燃機関の排気浄化システムであって、前記温度推定手段は、所定の条件下において前記排気浄化手段の基準温度を算出し該基準温度に基づいて該温度推定手段によって推定される前記排気浄化手段の温度を補正する温度補正手段を有するものである。
【００１０】
上記内燃機関の排気浄化システムにおいては、内燃機関から排出された排気が排気浄化手段によって浄化される。排気浄化手段としては、ＮＯｘ触媒や、ＰＭを捕集するフィルタ、更には該ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタも有用である。また。これらＮＯｘ触媒等の上流側に排気温度を昇温させるための前段触媒を更に設けるようにしてもよい。しかし、排気浄化手段において排気中の物質であるＳＯｘやＰＭ等が吸蔵または捕集されることで、排気浄化手段の浄化能力が低下する等の問題が生じる。そこで、燃料添加手段によって排気浄化手段の温度を目標温度として吸蔵ＳＯｘを離脱または捕集ＰＭを除去するために、排気への燃料の添加が行われる。ここで、目標温度とは、排気浄化手段の浄化能力を回復させるために必要な、排気浄化手段の到達すべき温度である。そして、排気浄化手段の浄化能力の低下の要因に応じて、該要因による浄化能力の低下からの回復に要する目標温度は変動させてもよい。
【００１１】
排気への燃料の添加量は、排気浄化手段の温度を推定し、その推定された排気浄化手段の温度と目標温度との温度差を補うのに必要十分な量である必要がある。即ち、排気への燃料の添加量が多すぎると、排気浄化手段の温度が過度に上昇し、排気浄化手段が熱劣化または溶損する弊害が生じる。また、排気への燃料の添加量が少なすぎると、排気浄化手段の温度が十分に上昇せず、排気浄化手段の浄化能力を十分に回復させるに至らない。
【００１２】
ここで、排気浄化システムにおいては、温度推定手段によって、内燃機関の運転状態や排気浄化手段に流出入する排気の状態等の、一又は複数の変数をパラメータとして、予め実験等において得られた普遍的なデータと照合することで、排気浄化手段の温度の推定が行われる。しかし、内燃機関の機関要素や排気浄化手段において個体差が存在する場合には、温度推定手段による温度推定と実際の排気浄化手段の温度との間に誤差が生じることとなる。また、内燃機関の機関要素や排気浄化手段の機能が経年変化をする場合にも、該誤差が生じ得る。そして、温度推定手段による温度推定の誤差が大きくなるに従い、排気浄化手段を目標温度に昇温させるための、排気への適正な量の燃料添加が困難となる。
【００１３】
そこで、排気への燃料の添加量をより適正な量とするために、排気浄化手段の温度を推定するにあたって、所定の条件下において排気浄化手段の基準温度を算出し、該基準温度と該時点での温度推定手段によって推定された排気浄化手段の温度とを比較して、誤差が生じている場合には、その誤差に応じて温度推定手段による推定温度を補正する。ここで、基準温度とは、排気浄化手段の実際の温度、もしくはそれにより近い温度である。そして、所定の条件とは、排気浄化手段の温度を比較的高精度で算出する、即ち基準温度を算出することが可能である内燃機関の運転状態等の条件をいい、予め実験等で該条件を決定する。
【００１４】
即ち、所定の条件下で算出された基準温度と温度推定手段によって推定された温度との間に誤差が存在する場合には、温度推定手段による排気浄化手段の温度の推定において誤差が生じていることを意味する。そこで、該誤差に応じて、温度推定手段による排気浄化手段の温度推定を補正して、以降の温度推定手段による排気浄化手段の温度推定の精度を高めることが可能となる。
【００１５】
これによって、内燃機関の機関要素の個体差や排気浄化手段の個体差による排気浄化手段の温度推定への影響を加味した形で、温度推定手段による排気浄化手段の温度推定が補正されることになるため、これらの個体差が存在していても、より適正な量の燃料を添加することが可能となり、以て排気浄化手段の温度を目標の温度とすることが可能となる。また、内燃機関の機関要素や排気浄化手段の機能が経年変化した場合であっても、所定の条件下において上記の補正を行うことで、温度推定手段による温度推定の誤差を補正することが可能となるため、より適正な量の燃料を添加することが可能となる。
【００１６】
ここで、温度推定手段による温度推定の誤差を補正する温度補正手段は、前記所定の条件下において、前記排気浄化手段に流入する排気の温度および／または該排気浄化手段から流出する排気の温度に基づいて前記排気浄化手段の基準温度を算出し、該基準温度に基づいて前記温度推定手段によって推定される該排気浄化手段の温度を補正する。
【００１７】
基準温度は、所定の条件下における排気浄化手段の実際の温度、またはそれにより近い温度を表すものであるから、排気浄化手段の温度を決定する大きな要因である、排気浄化手段に流入する排気の温度および／または排気浄化手段から流出する排気の温度との関係から基準温度を算出することが可能である。このとき、排気浄化手段に流入する排気温度および／または排気浄化手段から流出する排気温度から基準温度が算出され得る所定の条件およびその算出方法を実験等で予め決定しておく必要がある。
【００１８】
そして、温度補正手段が基準温度に基づいて温度推定手段による推定温度を補正する場合、温度推定手段によって推定される排気浄化手段の温度に対する、該推定される排気浄化手段の温度と基準温度との温度差の比率に基づいて、該温度推定手段によって推定される該排気浄化手段の温度を補正する。
【００１９】
即ち、温度推定手段によって推定される排気浄化手段の温度と、基準温度との間に、どの程度の誤差が生じているか、その誤差量に基づいて補正をする。これにより、該誤差量が大きい場合には温度補正手段による補正量が大きくなり、該誤差量が小さい場合には温度補正手段による補正量は小さくなる。
【００２０】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気への燃料の添加量を算出するにあたって、温度推定手段によって推定される排気浄化手段の温度と、実際の排気浄化手段の温度（基準温度）との誤差に着目し、その誤差が解消するように温度補正手段による補正を行う。しかし、排気へ燃料を添加する燃料添加手段の添加量が本来添加すべき量と異なっている場合にも、排気浄化手段の温度を目標温度とすることが困難となる。そこで、前記添加量算出手段は、排気浄化手段の温度上昇量に基づいて、燃料添加手段によって添加されるべき燃料量を補正する添加量補正手段を有する。
【００２１】
温度補正手段によって補正を行うことで排気浄化手段の温度をより正確に推定し、より適正な量の燃料を排気へ添加することが可能となっているが、それでも尚、排気浄化手段の温度が目標温度とならないのは、燃料添加手段による排気への燃料が正常に行われていないことに起因する。この要因として燃料添加手段の経年変化等が挙げられる。そこで、添加量補正手段は、排気浄化手段の温度が目標温度とならない場合における排気浄化手段の温度上昇量に基づいて、排気へ添加される燃料量を補正する。
【００２２】
即ち、排気浄化手段の温度がいまだ目標温度より低い場合は、実際に燃料添加手段によって添加されている燃料量が本来添加されるべき燃料量より少ない。従って添加量補正手段によって実際に添加される燃料量を増加すべく、添加されるべき燃料量の値を増やす。また、排気浄化手段の温度が過度に目標温度より高い場合は、実際に燃料添加手段によって添加されている燃料量が本来添加されるべき燃料量より多い。従って添加量補正手段によって実際に添加される燃料量を減少すべく、添加されるべき燃料量の値を減らす。これにより、燃料添加手段自身が経年変化する場合等であっても、より適正な量の燃料を添加することが可能となり、以て排気浄化手段の温度を目標の温度とすることが可能となる。
【００２３】
ここで、先述までの、温度補正手段によって排気浄化手段の温度の補正が行われる前記所定の条件は、燃料添加手段によって燃料を排気へ添加することで、前記排気浄化手段によって捕集された排気中の粒子状物質を酸化除去する場合と、燃料添加手段によって燃料を排気へ添加することで、前記排気浄化手段に吸蔵されたＳＯｘを離脱させる場合と、内燃機関の機関温度が所定の機関温度より低い場合と、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合と、のうち何れの場合でもないことを条件とする。
【００２４】
燃料添加手段によって燃料を排気へ添加することで、前記排気浄化手段によって捕集された排気中の粒子状物質を酸化除去する場合と、前記排気浄化手段に吸蔵されたＳＯｘを離脱させる場合においては、添加された燃料によって排気浄化手段の温度が流動的で安定していないため、基準温度を算出するのが困難となる。また、前記内燃機関の機関温度が所定の機関温度より低い場合、例えば内燃機関の冷間始動時等の場合には、排気浄化手段の温度が排気によって十分に暖まっていないため、排気浄化手段の温度が流動的で安定しておらず、基準温度を算出するのが困難となる。また、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合、例えば機関回転速度の変動量が大きい場合や機関負荷の変動量が大きい場合には、排気浄化手段に流れ込む排気の温度や流量が大きく変動するため、排気浄化手段の温度が流動的で安定せず、基準温度を算出するのが困難となる。従って、これらの条件に該当しない条件の下、温度補正手段による補正を行うのが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【００２６】
内燃機関１は、４つの気筒２を有する内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。蓄圧室４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００２７】
次に、内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、気筒２の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。ここで、気筒２の燃焼室と吸気ポートとの連通は、吸気弁の開閉によって行われる。また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。
【００２８】
一方、内燃機関１には排気枝管９が接続され、排気枝管９の各枝管が排気ポートを介して気筒２の燃焼室と連通している。ここで、気筒２の燃焼室と排気ポートとの連通は、排気弁の開閉によって行われる。また、排気枝管９には、排気枝管９を流れる排気に対して燃料を添加する燃料添加弁２１が設けられている。
【００２９】
また、前記排気枝管９は、排気管１０と接続され、この排気管１０は、下流にてマフラー（図示略）に接続されている。更に、排気管１０の途中には、内燃機関１から排出される排気中のＮＯｘを吸蔵、還元して排気中のＮＯｘ浄化を行うＮＯｘ触媒が担持されたフィルタ１１が設けられている。フィルタ１１は、流入する排気に含まれる粒子状物質を捕集する。更に、フィルタ１１の上流の排気管１０には、酸化機能を有する前段触媒１２が設けられている。燃料添加弁２１によって排気へ添加された燃料の一部は前段触媒１２によって酸化され、その酸化熱でフィルタ１１に流入する排気の温度を昇温させる。
【００３０】
ここで、燃料噴射弁３および燃料添加弁２１は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３および燃料添加弁２１における燃料の噴射時期および噴射量が弁毎に制御される。
【００３１】
更に、アクセル開度センサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１にかかる機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２４がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度等を算出する。
【００３２】
また、フィルタ１１の上流側と下流側の排気管１０には、それぞれフィルタ１１に流入する排気の温度とフィルタ１１から流出する排気の温度を検出する排気温度センサ２２および排気温度センサ２３が設けられ、ＥＣＵ２０と電気的に接続されている。これによって、ＥＣＵ２０は、フィルタ１１に流入する排気温度を検出し、該排気温度よりフィルタ１１の温度を推定する。尚、フィルタ１１の温度の推定については、後述する。
【００３３】
これらのセンサと前段触媒１２、フィルタ１１、燃料添加弁２１、ＥＣＵ２０等で構成される排気浄化システムによって、内燃機関１から排出される排気の浄化が行われる。ここで、フィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒と燃料添加弁２１から排気へ添加される燃料とによって、ＮＯｘが吸蔵、還元されて、ＮＯｘの浄化が行われる。その一方で、排気に含まれるＳＯｘも該ＮＯｘ触媒に吸蔵される。ＮＯｘ触媒における吸蔵ＳＯｘ量が増大するに従い、ＮＯｘ触媒の浄化能力が低下するため、定期的に吸蔵されているＳＯｘをＮＯｘ触媒から離脱させる必要がある。また、フィルタ１１における捕集ＰＭ量が増大するに従い、排気管１０における排気の流れが妨げられ、排気管１０内の圧力が上昇し、内燃機関１での燃焼に悪影響を及ぼす虞がある。そのため、捕集されたＰＭを同様に除去する必要がある。
【００３４】
ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを離脱させるには、燃料添加弁２１より排気へ燃料を添加して、その燃料が前段触媒１２によって酸化してその酸化熱によってフィルタ１１に流入する排気の温度を昇温させてフィルタ１１の温度を目標温度に昇温させるとともに、該流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする必要がある。更に、フィルタ１１に捕集されたＰＭを除去するには、同様に排気へ燃料を添加することで、フィルタ１１の温度を目標温度に昇温させる必要がある。尚、フィルタ１１に流入する排気の空燃比はリーン空燃比とする。また、燃料添加弁２１からの排気への燃料添加に加えて、燃料噴射弁３からの燃料の噴射条件を調整することで、排気中に含まれる燃料成分の量を制御して、フィルタ１１の温度を目標温度に昇温させて吸蔵ＳＯｘの離脱や捕集ＰＭの除去が可能となる。
【００３５】
このとき、排気への燃料の添加が多すぎるとフィルタ１１に流入する排気の温度が過度に昇温して、フィルタ１１の溶損やＮＯｘ触媒の熱劣化が生じる虞がある。また、排気への燃料の添加が少なすぎるとフィルタ１１に流入する排気の温度が目標温度に至らず、ＳＯｘの離脱やＰＭの除去が良好に行われない。
【００３６】
ここで、図２は、フィルタ１１（またはフィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒）の目標温度と排気への燃料の添加量との関係を示すグラフである。排気への燃料の添加量は、目標温度と図２中Ｃ１で示されるフィルタ１１の温度との温度差（図２中Ｃ２で示される）に基づいて決定され、該温度差を補うために必要十分な燃料量である。
【００３７】
図２中のＣ１で表される、フィルタ１１の温度は、図３に示されるマップにアクセスすることで、推定される。図３は、フィルタ１１の温度を推定するためのマップである。該マップにおいては、排気温度センサ２２によって検出される、フィルタ１１に流入する排気の温度（図３中の縦軸に示される）と、排気温度センサ２３によって検出される、フィルタ１１から流出する排気の温度（図３中の横軸に示される）をパラメータとしている。例えば、流出する排気温度がＴｅ１であって、流入する排気温度がＴｅ２である場合は、マップに基づいて推定されるフィルタ１１の温度は常にＡｎｍとなる。従って、これらの排気温度から、フィルタ１１の温度が推定される。該マップは、予め実験等による測定で得られた排気温度とフィルタ１１との温度関係を基に作成される。尚、図３に示すマップに代わり、アクセル開度センサ２５によって検出されるアクセル開度と、クランクポジションセンサ２４より算出される内燃機関１の機関回転速度をパラメータとして、フィルタ１１の温度を推定するマップを作成してもよい。
【００３８】
このとき、図２中の「触媒温度推定誤差無し」と表されている場合においては、実際のフィルタ１１の温度と、図３に示すマップに基づいて推定されたフィルタ１１の温度（以下、「ベース温度」といい、図３中においてはＣ１で表される）との間に誤差が無い。従って、目標温度とベース温度との温度差に相当する燃料を燃料添加弁２１より排気へ添加することで、フィルタ１１の温度を目標温度に昇温することが可能である。
【００３９】
しかし、何らかの理由で、実際のフィルタ１１の温度とベース温度との間に誤差が生じる場合がある。例えば、フィルタ１１に担持されたＮＯｘ触媒や前段触媒１２の浄化能力が、それぞれの個体差や経年変化を理由として、図３に示すマップの作成時において想定された浄化能力と相異することによって、フィルタ１１の温度上昇の程度が異なるときには、該誤差が生じる。また、燃料噴射弁３からの燃料噴射量が良好に行われないために、前段触媒１２やＮＯｘ触媒に流入する排気に含まれる燃料の量が、図３に示すマップの作成時において想定された排気に含まれる燃料の量とずれが生じることによっても、該誤差が生じる。
【００４０】
例えば、図２中の「触媒温度推定誤差有り」と表されている場合のように、ベース温度が、実際のフィルタ１１の温度よりΔＴ１だけ高い場合には、燃料添加弁２１より排気へ添加される燃料の量は、本来添加されるべき量である、「触媒温度推定誤差無し」の場合の添加量と比べて、温度差ΔＴ１に相当する分だけ少ない量となる。その結果、実際にはフィルタ１１の温度は、目標温度よりΔＴ１低い温度までしか昇温しないことになる。
【００４１】
そこで、排気への燃料の添加量をより適正な量とする制御について、図４に基づいて説明する。図４は、排気への燃料の添加量をより適正な量とするための制御（以下、「燃料添加補正制御」という）を示すフローチャートである。該制御は、ＥＣＵ２０によって実行される。
【００４２】
まず、Ｓ１０１では、図１に示す排気浄化システムにおいて、フィルタ１１に捕集されたＰＭの除去（以下、「フィルタ再生」という）が行われている最中か、またはフィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの離脱（以下、「ＳＯｘ被毒再生」という）が行われている最中か否かが判断される。フィルタ再生およびＳＯｘ被毒再生は、先述したように、燃料添加弁２１により排気へ燃料を添加したり、燃料噴射弁３からの燃料の噴射条件を調整したりすることで、実行される。
【００４３】
これらが実行されているときは、燃料添加弁２１により排気へ燃料が添加されることで、フィルタ１１の温度が上昇している。従って、フィルタ１１の温度は流動的であり、安定していないため、ベース温度が実際のフィルタ１１の温度とずれているか否かを判断するには好適な条件ではない。そこで、Ｓ１０１において、フィルタ再生またはＳＯｘ被毒再生が実行されていないと判断されると、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０１において、フィルタ再生またはＳＯｘ被毒再生が実行されていると判断されると、Ｓ１０８へ進む。
【００４４】
Ｓ１０２では、燃料添加弁２１による燃料の添加量の補正が行われるための条件が成立しているか否かが判断される。例えば、内燃機関の機関温度が所定の温度より低い場合、例えば冷間始動時である場合には、フィルタ１１には排気が流入しているものの、まだフィルタ１１が十分暖機されていない。そのため、フィルタ１１の温度は流動的であり、安定していないため、ベース温度が実際のフィルタ１１の温度とずれているか否かを判断するには好適な条件ではない。
【００４５】
また、内燃機関１の機関回転速度の変動量が大きい場合や、内燃機関１の機関負荷の変動量が大きい場合のように、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合は、フィルタ１１に流入する排気の温度や排気の流量の変動が大きい。従って、フィルタ１１の温度は流動的となり、安定していないため、ベース温度が実際のフィルタ１１の温度とずれているか否かを判断するには好適な条件ではない。
【００４６】
そこで、Ｓ１０２で、燃料添加弁２１による燃料の添加量の補正が行われるための条件が成立していると判断されると、以降において、燃料添加弁に２１による燃料の添加量の補正を行うべく、Ｓ１０３へ進む。一方で、Ｓ１０２で、燃料添加弁２１による燃料の添加量の補正が行われるための条件が成立していないと判断されると、再びＳ１０１以降の処理を行う。
【００４７】
Ｓ１０３では、基準温度を算出する。基準温度とは、フィルタ１１の温度が流動的でなく安定している条件下において、比較的高い精度で算出され得るフィルタ１１の温度である。本実施の形態においては、基準温度は、Ｓ１０１においてフィルタ再生が実行されておらず、且つＳＯｘ被毒再生が実行されていないと判断され、更にＳ１０２における補正条件が成立していると判断されたときにおいて、算出されるフィルタ１１の温度であり、実際のフィルタ１１の温度、またはそれにより近い温度である。
【００４８】
ここで、本実施の形態において、基準温度は、排気温度センサ２２によって検出された排気温度と、排気温度センサ２３によって検出された排気温度を平均することによって算出される。尚、基準温度の算出においては、上記手法に限られず、予め実験等において、その算出方法を決定しておく。更に、基準温度の算出を行うための条件についても、上記Ｓ１０１およびＳ１０２の条件判断に限られず、予め実験等において、その条件を決定しておく。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００４９】
Ｓ１０４では、Ｓ１０３で算出された基準温度と、図３のマップに従って推定されるベース温度とを比較して、それよりベース温度の補正係数を算出する。該ベース温度補正係数は、ベース温度に対する基準温度の誤差を示すものであり、以下の式１に従って算出される。
【００５０】
ベース温度補正係数＝（基準温度−ベース温度）／ベース温度・・・（式１）
【００５１】
即ち、ベース温度補正係数は、基準温度とベース温度との誤差が大きくなるに従い、その値は大きくなる。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００５２】
Ｓ１０５では、Ｓ１０４で算出したベース温度補正係数が所定の補正係数Ｃ０以下であるか否かが判断される。ベース温度補正係数が所定の補正係数Ｃ０を越えるということは、ベース温度と基準温度との誤差が過大となり、フィルタ１１の浄化能力が本来あるべき程度より大きくかけ離れている状態となっていることを表す。そこで、そのような場合には、更に補正を行うのではなく、フィルタ１１等が既に正常にその機能を発揮しないと判断し、Ｓ１０５からＳ１０７へ進み、フィルタ１１等の異常を警告する。
【００５３】
一方で、ベース温度補正係数が所定の補正係数Ｃ０以下である場合には、該ベース温度補正係数に従って、ベース温度を補正する。ここで、補正されたベース温度に基く、燃料添加弁２１による燃料の添加量は、以下の式２に従って、算出される。
【００５４】
燃料添加量＝（目標温度−ベース温度ｘベース温度補正係数）ｘ空気量ｘ補正係数１ｘ燃料添加弁補正係数・・・（式２）
【００５５】
式２において、補正係数１は、本実施の形態以外の制御上の補正係数である。また、燃料添加弁補正係数については、後述する。Ｓ１０６およびＳ１０７の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が行われる。
【００５６】
Ｓ１０１において、フィルタ再生が実行され、またはＳＯｘ被毒再生が実行されていると判断された後に進むＳ１０８では、燃料添加弁２１による燃料添加量が適正な量であるか否かをフィルタ１１の温度上昇量に基づいて判断し、燃料添加弁２１による燃料添加量が適正な量でないと判断されると、燃料添加弁２１による燃料の添加についての補正が行われる。即ち、Ｓ１０６においてベース温度と基準温度との温度差に基づいて補正を行ったうえで、フィルタ１１の温度が目標温度に昇温しないとき、または目標温度を超えて昇温したときは、燃料添加弁２１によって本来排気へ添加すべき量の燃料が適正に添加されていないことを意味する。その要因としては、燃料添加弁２１内の噴射孔の詰まり等が挙げられる。
【００５７】
そこで、実際に燃料添加弁２１により添加される燃料の量が排気へ添加されるべく、ＥＣＵ２０から燃料添加弁２１に出される指令量を調整する。そこで、先述した燃料添加弁補正係数の量を調整する。即ち、フィルタ１１の温度が目標温度に昇温しないときは、燃料添加弁補正係数の値を大きくすることで、不足している実際の燃料の添加量を増量して、フィルタ１１の温度を目標温度とする。また、フィルタ１１の温度が目標温度を超えるときは、燃料添加弁補正係数の値を小さくすることで、過剰な燃料の添加量を減量して、フィルタ１１の温度を目標温度とする。Ｓ１０８の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が行われる。
【００５８】
本制御によると、前段触媒１２やフィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒、または内燃機関１の燃料噴射弁３等の機能の個体差や、これらの機能の経年変化によって、フィルタ１１の実際の温度と、ベース温度との間に誤差が生じた場合でも、基準温度に基づいてベース温度を補正することによって、より正確にフィルタ１１の温度を推定することが可能となる。その結果、より適正な量の燃料を添加することが可能となり、フィルタ１１の温度をより正確に目標の温度とする。更に、フィルタ１１の温度の推定の精度が向上した場合でも、燃料添加弁２１によって適正な量の燃料が添加されないときには、実際の添加量が適正な量となるべく、補正が行われる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、排気に燃料を添加することで排気浄化手段の温度を昇温させる内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関の機関要素の個体差や排気浄化手段の個体差を考慮することで、より適正な量の燃料を添加し、排気浄化手段の温度を目標の温度とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む内燃機関およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおける、フィルタの目標温度と燃料添加弁による燃料の添加量との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、フィルタの温度を推定するためのマップである。
【図４】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、排気への燃料の添加量をより適正な量とするための制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
９・・・・排気枝管
１０・・・・排気管
１１・・・・フィルタ
１２・・・・前段触媒
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・燃料添加弁
２２・・・・排気温度センサ
２３・・・・排気温度センサ
２４・・・・クランクポジションセンサ
２５・・・・アクセル開度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気の浄化を行う排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特に希薄燃焼を行う内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘや粒子状物質（以下、「ＰＭ」という）を浄化するために、ＮＯｘを吸蔵し、還元剤の存在下で吸蔵されたＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という）や、ＰＭを捕集するフィルタが、排気通路に設けられている。ここで、ＮＯｘ触媒は排気に含まれるＳＯｘも同様に吸蔵する性質を有しており、そのＳＯｘ吸蔵量が増大することでＮＯｘ触媒の浄化能力が低下する。また、フィルタにおいてＰＭが捕集されることで、排気通路における排気の円滑な流れが妨げられ、排気通路内の圧力が上がり、内燃機関の燃焼に影響を与える虞がある。そこで、ＮＯｘ触媒やフィルタ（以下、両者を併せて「排気浄化手段」という）に流入する排気に燃料を添加して、排気浄化手段の温度を昇温させることで、吸蔵ＳＯｘの離脱や捕集ＰＭの除去を行う技術が知られている。
【０００３】
しかし、排気に添加する燃料が多すぎると、排気浄化手段の温度が過度に昇温して排気浄化手段が熱劣化したり溶損したりする虞が生じ、また添加された燃料が外気へ放出されたりする問題が生じる。一方で、ＮＯｘ触媒に添加する燃料が少なすぎると、排気浄化手段の温度を十分に昇温させることが困難となり、吸蔵ＳＯｘの離脱や捕集ＰＭの除去が十分に行われない。そこで、これらの問題を解決するために、排気浄化手段の温度を昇温させる手法として、排気に含まれる燃料の状態と排気浄化手段の温度に基づいて暫定添加量を算出し、更に添加燃料の排気浄化手段等への吸着割合や、添加燃料の吸着速度もしくは離脱速度に基づいて該暫定添加量を補正し、最終的な添加量を決定する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度と内燃機関の運転状態から、排気通路への燃料の付着量と付着した燃料の蒸発量とを考慮することで、排気へのより適正な燃料の添加量を決定する技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−４４３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２２０１９号公報
【特許文献３】
特開平８−４９５２６号公報
【特許文献４】
特開平８−２６０９４７号公報
【特許文献５】
特開２００２−３８９３９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気浄化手段の温度を昇温させるために排気に燃料を添加する場合には、どの程度排気浄化手段の温度を昇温すべきかを判断するために、排気浄化手段の温度を把握する必要がある。しかし、排気浄化手段は、その構造上、その内部の温度を直接に検出することは困難であるため、内燃機関の運転状態や排気浄化手段に流出入する排気の状態等に基づく推定方法によって、排気浄化手段の温度を推定する。しかし、そのような場合に、内燃機関の機関要素の個体差、例えば燃料噴射弁の噴射特性の個体差による排気中に含まれる燃料の量がばらついたり、排気浄化手段の個体差、特にＮＯｘ触媒の酸化機能が個体差によりばらついたりすると、該推定方法で推定された排気浄化手段の温度と、実際の排気浄化手段の温度との間に誤差が生じ、排気への適正な燃料の添加量を決定することが困難となる。その結果、排気浄化手段が過度に昇温したり、また目標の温度に昇温しなかったりする虞がある。
【０００７】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、排気に燃料を添加することで排気浄化手段の温度を昇温させる内燃機関の排気浄化システムであって、より適正な量の燃料を排気へ添加して、排気浄化手段の温度を目標の温度とする内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、推定される排気浄化手段の温度と、該推定とは異なる所定の条件下において算出される排気浄化手段の温度と、の誤差に着目した。これは、排気浄化手段の温度を比較的高精度で算出することができる条件が存在するため、該条件下において、推定された排気浄化手段の温度と比較的高精度で算出された排気浄化手段の温度との誤差に応じて、推定された排気浄化手段の温度を補正することが可能となるからである。
【０００９】
そこで、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、前記排気浄化手段の上流側の排気通路に設けられ、前記排気浄化手段に流入する排気に燃料を添加することで前記排気浄化手段の温度を上昇させる燃料添加手段と、前記排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段によって推定された前記排気浄化手段の温度に基づいて、該排気浄化手段の温度を目標温度とするために前記燃料添加手段によって排気へ添加すべき燃料量を算出する添加量算出手段と、を備える内燃機関の排気浄化システムであって、前記温度推定手段は、所定の条件下において前記排気浄化手段の基準温度を算出し該基準温度に基づいて該温度推定手段によって推定される前記排気浄化手段の温度を補正する温度補正手段を有するものである。
【００１０】
上記内燃機関の排気浄化システムにおいては、内燃機関から排出された排気が排気浄化手段によって浄化される。排気浄化手段としては、ＮＯｘ触媒や、ＰＭを捕集するフィルタ、更には該ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタも有用である。また。これらＮＯｘ触媒等の上流側に排気温度を昇温させるための前段触媒を更に設けるようにしてもよい。しかし、排気浄化手段において排気中の物質であるＳＯｘやＰＭ等が吸蔵または捕集されることで、排気浄化手段の浄化能力が低下する等の問題が生じる。そこで、燃料添加手段によって排気浄化手段の温度を目標温度として吸蔵ＳＯｘを離脱または捕集ＰＭを除去するために、排気への燃料の添加が行われる。ここで、目標温度とは、排気浄化手段の浄化能力を回復させるために必要な、排気浄化手段の到達すべき温度である。そして、排気浄化手段の浄化能力の低下の要因に応じて、該要因による浄化能力の低下からの回復に要する目標温度は変動させてもよい。
【００１１】
排気への燃料の添加量は、排気浄化手段の温度を推定し、その推定された排気浄化手段の温度と目標温度との温度差を補うのに必要十分な量である必要がある。即ち、排気への燃料の添加量が多すぎると、排気浄化手段の温度が過度に上昇し、排気浄化手段が熱劣化または溶損する弊害が生じる。また、排気への燃料の添加量が少なすぎると、排気浄化手段の温度が十分に上昇せず、排気浄化手段の浄化能力を十分に回復させるに至らない。
【００１２】
ここで、排気浄化システムにおいては、温度推定手段によって、内燃機関の運転状態や排気浄化手段に流出入する排気の状態等の、一又は複数の変数をパラメータとして、予め実験等において得られた普遍的なデータと照合することで、排気浄化手段の温度の推定が行われる。しかし、内燃機関の機関要素や排気浄化手段において個体差が存在する場合には、温度推定手段による温度推定と実際の排気浄化手段の温度との間に誤差が生じることとなる。また、内燃機関の機関要素や排気浄化手段の機能が経年変化をする場合にも、該誤差が生じ得る。そして、温度推定手段による温度推定の誤差が大きくなるに従い、排気浄化手段を目標温度に昇温させるための、排気への適正な量の燃料添加が困難となる。
【００１３】
そこで、排気への燃料の添加量をより適正な量とするために、排気浄化手段の温度を推定するにあたって、所定の条件下において排気浄化手段の基準温度を算出し、該基準温度と該時点での温度推定手段によって推定された排気浄化手段の温度とを比較して、誤差が生じている場合には、その誤差に応じて温度推定手段による推定温度を補正する。ここで、基準温度とは、排気浄化手段の実際の温度、もしくはそれにより近い温度である。そして、所定の条件とは、排気浄化手段の温度を比較的高精度で算出する、即ち基準温度を算出することが可能である内燃機関の運転状態等の条件をいい、予め実験等で該条件を決定する。
【００１４】
即ち、所定の条件下で算出された基準温度と温度推定手段によって推定された温度との間に誤差が存在する場合には、温度推定手段による排気浄化手段の温度の推定において誤差が生じていることを意味する。そこで、該誤差に応じて、温度推定手段による排気浄化手段の温度推定を補正して、以降の温度推定手段による排気浄化手段の温度推定の精度を高めることが可能となる。
【００１５】
これによって、内燃機関の機関要素の個体差や排気浄化手段の個体差による排気浄化手段の温度推定への影響を加味した形で、温度推定手段による排気浄化手段の温度推定が補正されることになるため、これらの個体差が存在していても、より適正な量の燃料を添加することが可能となり、以て排気浄化手段の温度を目標の温度とすることが可能となる。また、内燃機関の機関要素や排気浄化手段の機能が経年変化した場合であっても、所定の条件下において上記の補正を行うことで、温度推定手段による温度推定の誤差を補正することが可能となるため、より適正な量の燃料を添加することが可能となる。
【００１６】
ここで、温度推定手段による温度推定の誤差を補正する温度補正手段は、前記所定の条件下において、前記排気浄化手段に流入する排気の温度および／または該排気浄化手段から流出する排気の温度に基づいて前記排気浄化手段の基準温度を算出し、該基準温度に基づいて前記温度推定手段によって推定される該排気浄化手段の温度を補正する。
【００１７】
基準温度は、所定の条件下における排気浄化手段の実際の温度、またはそれにより近い温度を表すものであるから、排気浄化手段の温度を決定する大きな要因である、排気浄化手段に流入する排気の温度および／または排気浄化手段から流出する排気の温度との関係から基準温度を算出することが可能である。このとき、排気浄化手段に流入する排気温度および／または排気浄化手段から流出する排気温度から基準温度が算出され得る所定の条件およびその算出方法を実験等で予め決定しておく必要がある。
【００１８】
そして、温度補正手段が基準温度に基づいて温度推定手段による推定温度を補正する場合、温度推定手段によって推定される排気浄化手段の温度に対する、該推定される排気浄化手段の温度と基準温度との温度差の比率に基づいて、該温度推定手段によって推定される該排気浄化手段の温度を補正する。
【００１９】
即ち、温度推定手段によって推定される排気浄化手段の温度と、基準温度との間に、どの程度の誤差が生じているか、その誤差量に基づいて補正をする。これにより、該誤差量が大きい場合には温度補正手段による補正量が大きくなり、該誤差量が小さい場合には温度補正手段による補正量は小さくなる。
【００２０】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気への燃料の添加量を算出するにあたって、温度推定手段によって推定される排気浄化手段の温度と、実際の排気浄化手段の温度（基準温度）との誤差に着目し、その誤差が解消するように温度補正手段による補正を行う。しかし、排気へ燃料を添加する燃料添加手段の添加量が本来添加すべき量と異なっている場合にも、排気浄化手段の温度を目標温度とすることが困難となる。そこで、前記添加量算出手段は、排気浄化手段の温度上昇量に基づいて、燃料添加手段によって添加されるべき燃料量を補正する添加量補正手段を有する。
【００２１】
温度補正手段によって補正を行うことで排気浄化手段の温度をより正確に推定し、より適正な量の燃料を排気へ添加することが可能となっているが、それでも尚、排気浄化手段の温度が目標温度とならないのは、燃料添加手段による排気への燃料が正常に行われていないことに起因する。この要因として燃料添加手段の経年変化等が挙げられる。そこで、添加量補正手段は、排気浄化手段の温度が目標温度とならない場合における排気浄化手段の温度上昇量に基づいて、排気へ添加される燃料量を補正する。
【００２２】
即ち、排気浄化手段の温度がいまだ目標温度より低い場合は、実際に燃料添加手段によって添加されている燃料量が本来添加されるべき燃料量より少ない。従って添加量補正手段によって実際に添加される燃料量を増加すべく、添加されるべき燃料量の値を増やす。また、排気浄化手段の温度が過度に目標温度より高い場合は、実際に燃料添加手段によって添加されている燃料量が本来添加されるべき燃料量より多い。従って添加量補正手段によって実際に添加される燃料量を減少すべく、添加されるべき燃料量の値を減らす。これにより、燃料添加手段自身が経年変化する場合等であっても、より適正な量の燃料を添加することが可能となり、以て排気浄化手段の温度を目標の温度とすることが可能となる。
【００２３】
ここで、先述までの、温度補正手段によって排気浄化手段の温度の補正が行われる前記所定の条件は、燃料添加手段によって燃料を排気へ添加することで、前記排気浄化手段によって捕集された排気中の粒子状物質を酸化除去する場合と、燃料添加手段によって燃料を排気へ添加することで、前記排気浄化手段に吸蔵されたＳＯｘを離脱させる場合と、内燃機関の機関温度が所定の機関温度より低い場合と、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合と、のうち何れの場合でもないことを条件とする。
【００２４】
燃料添加手段によって燃料を排気へ添加することで、前記排気浄化手段によって捕集された排気中の粒子状物質を酸化除去する場合と、前記排気浄化手段に吸蔵されたＳＯｘを離脱させる場合においては、添加された燃料によって排気浄化手段の温度が流動的で安定していないため、基準温度を算出するのが困難となる。また、前記内燃機関の機関温度が所定の機関温度より低い場合、例えば内燃機関の冷間始動時等の場合には、排気浄化手段の温度が排気によって十分に暖まっていないため、排気浄化手段の温度が流動的で安定しておらず、基準温度を算出するのが困難となる。また、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合、例えば機関回転速度の変動量が大きい場合や機関負荷の変動量が大きい場合には、排気浄化手段に流れ込む排気の温度や流量が大きく変動するため、排気浄化手段の温度が流動的で安定せず、基準温度を算出するのが困難となる。従って、これらの条件に該当しない条件の下、温度補正手段による補正を行うのが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【００２６】
内燃機関１は、４つの気筒２を有する内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。蓄圧室４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００２７】
次に、内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、気筒２の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。ここで、気筒２の燃焼室と吸気ポートとの連通は、吸気弁の開閉によって行われる。また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。
【００２８】
一方、内燃機関１には排気枝管９が接続され、排気枝管９の各枝管が排気ポートを介して気筒２の燃焼室と連通している。ここで、気筒２の燃焼室と排気ポートとの連通は、排気弁の開閉によって行われる。また、排気枝管９には、排気枝管９を流れる排気に対して燃料を添加する燃料添加弁２１が設けられている。
【００２９】
また、前記排気枝管９は、排気管１０と接続され、この排気管１０は、下流にてマフラー（図示略）に接続されている。更に、排気管１０の途中には、内燃機関１から排出される排気中のＮＯｘを吸蔵、還元して排気中のＮＯｘ浄化を行うＮＯｘ触媒が担持されたフィルタ１１が設けられている。フィルタ１１は、流入する排気に含まれる粒子状物質を捕集する。更に、フィルタ１１の上流の排気管１０には、酸化機能を有する前段触媒１２が設けられている。燃料添加弁２１によって排気へ添加された燃料の一部は前段触媒１２によって酸化され、その酸化熱でフィルタ１１に流入する排気の温度を昇温させる。
【００３０】
ここで、燃料噴射弁３および燃料添加弁２１は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３および燃料添加弁２１における燃料の噴射時期および噴射量が弁毎に制御される。
【００３１】
更に、アクセル開度センサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１にかかる機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２４がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度等を算出する。
【００３２】
また、フィルタ１１の上流側と下流側の排気管１０には、それぞれフィルタ１１に流入する排気の温度とフィルタ１１から流出する排気の温度を検出する排気温度センサ２２および排気温度センサ２３が設けられ、ＥＣＵ２０と電気的に接続されている。これによって、ＥＣＵ２０は、フィルタ１１に流入する排気温度を検出し、該排気温度よりフィルタ１１の温度を推定する。尚、フィルタ１１の温度の推定については、後述する。
【００３３】
これらのセンサと前段触媒１２、フィルタ１１、燃料添加弁２１、ＥＣＵ２０等で構成される排気浄化システムによって、内燃機関１から排出される排気の浄化が行われる。ここで、フィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒と燃料添加弁２１から排気へ添加される燃料とによって、ＮＯｘが吸蔵、還元されて、ＮＯｘの浄化が行われる。その一方で、排気に含まれるＳＯｘも該ＮＯｘ触媒に吸蔵される。ＮＯｘ触媒における吸蔵ＳＯｘ量が増大するに従い、ＮＯｘ触媒の浄化能力が低下するため、定期的に吸蔵されているＳＯｘをＮＯｘ触媒から離脱させる必要がある。また、フィルタ１１における捕集ＰＭ量が増大するに従い、排気管１０における排気の流れが妨げられ、排気管１０内の圧力が上昇し、内燃機関１での燃焼に悪影響を及ぼす虞がある。そのため、捕集されたＰＭを同様に除去する必要がある。
【００３４】
ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを離脱させるには、燃料添加弁２１より排気へ燃料を添加して、その燃料が前段触媒１２によって酸化してその酸化熱によってフィルタ１１に流入する排気の温度を昇温させてフィルタ１１の温度を目標温度に昇温させるとともに、該流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする必要がある。更に、フィルタ１１に捕集されたＰＭを除去するには、同様に排気へ燃料を添加することで、フィルタ１１の温度を目標温度に昇温させる必要がある。尚、フィルタ１１に流入する排気の空燃比はリーン空燃比とする。また、燃料添加弁２１からの排気への燃料添加に加えて、燃料噴射弁３からの燃料の噴射条件を調整することで、排気中に含まれる燃料成分の量を制御して、フィルタ１１の温度を目標温度に昇温させて吸蔵ＳＯｘの離脱や捕集ＰＭの除去が可能となる。
【００３５】
このとき、排気への燃料の添加が多すぎるとフィルタ１１に流入する排気の温度が過度に昇温して、フィルタ１１の溶損やＮＯｘ触媒の熱劣化が生じる虞がある。また、排気への燃料の添加が少なすぎるとフィルタ１１に流入する排気の温度が目標温度に至らず、ＳＯｘの離脱やＰＭの除去が良好に行われない。
【００３６】
ここで、図２は、フィルタ１１（またはフィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒）の目標温度と排気への燃料の添加量との関係を示すグラフである。排気への燃料の添加量は、目標温度と図２中Ｃ１で示されるフィルタ１１の温度との温度差（図２中Ｃ２で示される）に基づいて決定され、該温度差を補うために必要十分な燃料量である。
【００３７】
図２中のＣ１で表される、フィルタ１１の温度は、図３に示されるマップにアクセスすることで、推定される。図３は、フィルタ１１の温度を推定するためのマップである。該マップにおいては、排気温度センサ２２によって検出される、フィルタ１１に流入する排気の温度（図３中の縦軸に示される）と、排気温度センサ２３によって検出される、フィルタ１１から流出する排気の温度（図３中の横軸に示される）をパラメータとしている。例えば、流出する排気温度がＴｅ１であって、流入する排気温度がＴｅ２である場合は、マップに基づいて推定されるフィルタ１１の温度は常にＡｎｍとなる。従って、これらの排気温度から、フィルタ１１の温度が推定される。該マップは、予め実験等による測定で得られた排気温度とフィルタ１１との温度関係を基に作成される。尚、図３に示すマップに代わり、アクセル開度センサ２５によって検出されるアクセル開度と、クランクポジションセンサ２４より算出される内燃機関１の機関回転速度をパラメータとして、フィルタ１１の温度を推定するマップを作成してもよい。
【００３８】
このとき、図２中の「触媒温度推定誤差無し」と表されている場合においては、実際のフィルタ１１の温度と、図３に示すマップに基づいて推定されたフィルタ１１の温度（以下、「ベース温度」といい、図３中においてはＣ１で表される）との間に誤差が無い。従って、目標温度とベース温度との温度差に相当する燃料を燃料添加弁２１より排気へ添加することで、フィルタ１１の温度を目標温度に昇温することが可能である。
【００３９】
しかし、何らかの理由で、実際のフィルタ１１の温度とベース温度との間に誤差が生じる場合がある。例えば、フィルタ１１に担持されたＮＯｘ触媒や前段触媒１２の浄化能力が、それぞれの個体差や経年変化を理由として、図３に示すマップの作成時において想定された浄化能力と相異することによって、フィルタ１１の温度上昇の程度が異なるときには、該誤差が生じる。また、燃料噴射弁３からの燃料噴射量が良好に行われないために、前段触媒１２やＮＯｘ触媒に流入する排気に含まれる燃料の量が、図３に示すマップの作成時において想定された排気に含まれる燃料の量とずれが生じることによっても、該誤差が生じる。
【００４０】
例えば、図２中の「触媒温度推定誤差有り」と表されている場合のように、ベース温度が、実際のフィルタ１１の温度よりΔＴ１だけ高い場合には、燃料添加弁２１より排気へ添加される燃料の量は、本来添加されるべき量である、「触媒温度推定誤差無し」の場合の添加量と比べて、温度差ΔＴ１に相当する分だけ少ない量となる。その結果、実際にはフィルタ１１の温度は、目標温度よりΔＴ１低い温度までしか昇温しないことになる。
【００４１】
そこで、排気への燃料の添加量をより適正な量とする制御について、図４に基づいて説明する。図４は、排気への燃料の添加量をより適正な量とするための制御（以下、「燃料添加補正制御」という）を示すフローチャートである。該制御は、ＥＣＵ２０によって実行される。
【００４２】
まず、Ｓ１０１では、図１に示す排気浄化システムにおいて、フィルタ１１に捕集されたＰＭの除去（以下、「フィルタ再生」という）が行われている最中か、またはフィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの離脱（以下、「ＳＯｘ被毒再生」という）が行われている最中か否かが判断される。フィルタ再生およびＳＯｘ被毒再生は、先述したように、燃料添加弁２１により排気へ燃料を添加したり、燃料噴射弁３からの燃料の噴射条件を調整したりすることで、実行される。
【００４３】
これらが実行されているときは、燃料添加弁２１により排気へ燃料が添加されることで、フィルタ１１の温度が上昇している。従って、フィルタ１１の温度は流動的であり、安定していないため、ベース温度が実際のフィルタ１１の温度とずれているか否かを判断するには好適な条件ではない。そこで、Ｓ１０１において、フィルタ再生またはＳＯｘ被毒再生が実行されていないと判断されると、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０１において、フィルタ再生またはＳＯｘ被毒再生が実行されていると判断されると、Ｓ１０８へ進む。
【００４４】
Ｓ１０２では、燃料添加弁２１による燃料の添加量の補正が行われるための条件が成立しているか否かが判断される。例えば、内燃機関の機関温度が所定の温度より低い場合、例えば冷間始動時である場合には、フィルタ１１には排気が流入しているものの、まだフィルタ１１が十分暖機されていない。そのため、フィルタ１１の温度は流動的であり、安定していないため、ベース温度が実際のフィルタ１１の温度とずれているか否かを判断するには好適な条件ではない。
【００４５】
また、内燃機関１の機関回転速度の変動量が大きい場合や、内燃機関１の機関負荷の変動量が大きい場合のように、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合は、フィルタ１１に流入する排気の温度や排気の流量の変動が大きい。従って、フィルタ１１の温度は流動的となり、安定していないため、ベース温度が実際のフィルタ１１の温度とずれているか否かを判断するには好適な条件ではない。
【００４６】
そこで、Ｓ１０２で、燃料添加弁２１による燃料の添加量の補正が行われるための条件が成立していると判断されると、以降において、燃料添加弁に２１による燃料の添加量の補正を行うべく、Ｓ１０３へ進む。一方で、Ｓ１０２で、燃料添加弁２１による燃料の添加量の補正が行われるための条件が成立していないと判断されると、再びＳ１０１以降の処理を行う。
【００４７】
Ｓ１０３では、基準温度を算出する。基準温度とは、フィルタ１１の温度が流動的でなく安定している条件下において、比較的高い精度で算出され得るフィルタ１１の温度である。本実施の形態においては、基準温度は、Ｓ１０１においてフィルタ再生が実行されておらず、且つＳＯｘ被毒再生が実行されていないと判断され、更にＳ１０２における補正条件が成立していると判断されたときにおいて、算出されるフィルタ１１の温度であり、実際のフィルタ１１の温度、またはそれにより近い温度である。
【００４８】
ここで、本実施の形態において、基準温度は、排気温度センサ２２によって検出された排気温度と、排気温度センサ２３によって検出された排気温度を平均することによって算出される。尚、基準温度の算出においては、上記手法に限られず、予め実験等において、その算出方法を決定しておく。更に、基準温度の算出を行うための条件についても、上記Ｓ１０１およびＳ１０２の条件判断に限られず、予め実験等において、その条件を決定しておく。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００４９】
Ｓ１０４では、Ｓ１０３で算出された基準温度と、図３のマップに従って推定されるベース温度とを比較して、それよりベース温度の補正係数を算出する。該ベース温度補正係数は、ベース温度に対する基準温度の誤差を示すものであり、以下の式１に従って算出される。
【００５０】
ベース温度補正係数＝（基準温度−ベース温度）／ベース温度・・・（式１）
【００５１】
即ち、ベース温度補正係数は、基準温度とベース温度との誤差が大きくなるに従い、その値は大きくなる。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００５２】
Ｓ１０５では、Ｓ１０４で算出したベース温度補正係数が所定の補正係数Ｃ０以下であるか否かが判断される。ベース温度補正係数が所定の補正係数Ｃ０を越えるということは、ベース温度と基準温度との誤差が過大となり、フィルタ１１の浄化能力が本来あるべき程度より大きくかけ離れている状態となっていることを表す。そこで、そのような場合には、更に補正を行うのではなく、フィルタ１１等が既に正常にその機能を発揮しないと判断し、Ｓ１０５からＳ１０７へ進み、フィルタ１１等の異常を警告する。
【００５３】
一方で、ベース温度補正係数が所定の補正係数Ｃ０以下である場合には、該ベース温度補正係数に従って、ベース温度を補正する。ここで、補正されたベース温度に基く、燃料添加弁２１による燃料の添加量は、以下の式２に従って、算出される。
【００５４】
燃料添加量＝（目標温度−ベース温度ｘベース温度補正係数）ｘ空気量ｘ補正係数１ｘ燃料添加弁補正係数・・・（式２）
【００５５】
式２において、補正係数１は、本実施の形態以外の制御上の補正係数である。また、燃料添加弁補正係数については、後述する。Ｓ１０６およびＳ１０７の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が行われる。
【００５６】
Ｓ１０１において、フィルタ再生が実行され、またはＳＯｘ被毒再生が実行されていると判断された後に進むＳ１０８では、燃料添加弁２１による燃料添加量が適正な量であるか否かをフィルタ１１の温度上昇量に基づいて判断し、燃料添加弁２１による燃料添加量が適正な量でないと判断されると、燃料添加弁２１による燃料の添加についての補正が行われる。即ち、Ｓ１０６においてベース温度と基準温度との温度差に基づいて補正を行ったうえで、フィルタ１１の温度が目標温度に昇温しないとき、または目標温度を超えて昇温したときは、燃料添加弁２１によって本来排気へ添加すべき量の燃料が適正に添加されていないことを意味する。その要因としては、燃料添加弁２１内の噴射孔の詰まり等が挙げられる。
【００５７】
そこで、実際に燃料添加弁２１により添加される燃料の量が排気へ添加されるべく、ＥＣＵ２０から燃料添加弁２１に出される指令量を調整する。そこで、先述した燃料添加弁補正係数の量を調整する。即ち、フィルタ１１の温度が目標温度に昇温しないときは、燃料添加弁補正係数の値を大きくすることで、不足している実際の燃料の添加量を増量して、フィルタ１１の温度を目標温度とする。また、フィルタ１１の温度が目標温度を超えるときは、燃料添加弁補正係数の値を小さくすることで、過剰な燃料の添加量を減量して、フィルタ１１の温度を目標温度とする。Ｓ１０８の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が行われる。
【００５８】
本制御によると、前段触媒１２やフィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒、または内燃機関１の燃料噴射弁３等の機能の個体差や、これらの機能の経年変化によって、フィルタ１１の実際の温度と、ベース温度との間に誤差が生じた場合でも、基準温度に基づいてベース温度を補正することによって、より正確にフィルタ１１の温度を推定することが可能となる。その結果、より適正な量の燃料を添加することが可能となり、フィルタ１１の温度をより正確に目標の温度とする。更に、フィルタ１１の温度の推定の精度が向上した場合でも、燃料添加弁２１によって適正な量の燃料が添加されないときには、実際の添加量が適正な量となるべく、補正が行われる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、排気に燃料を添加することで排気浄化手段の温度を昇温させる内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関の機関要素の個体差や排気浄化手段の個体差を考慮することで、より適正な量の燃料を添加し、排気浄化手段の温度を目標の温度とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む内燃機関およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおける、フィルタの目標温度と燃料添加弁による燃料の添加量との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、フィルタの温度を推定するためのマップである。
【図４】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、排気への燃料の添加量をより適正な量とするための制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
９・・・・排気枝管
１０・・・・排気管
１１・・・・フィルタ
１２・・・・前段触媒
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・燃料添加弁
２２・・・・排気温度センサ
２３・・・・排気温度センサ
２４・・・・クランクポジションセンサ
２５・・・・アクセル開度センサ
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、
前記排気浄化手段の上流側の排気通路に設けられ、前記排気浄化手段に流入する排気に燃料を添加することで前記排気浄化手段の温度を上昇させる燃料添加手段と、
前記排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段によって推定された前記排気浄化手段の温度に基づいて、該排気浄化手段の温度を目標温度とするために前記燃料添加手段によって排気へ添加すべき燃料量を算出する添加量算出手段と、を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記温度推定手段は、所定の条件下において前記排気浄化手段の基準温度を算出し該基準温度に基づいて該温度推定手段によって推定される前記排気浄化手段の温度を補正する温度補正手段を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 前記温度補正手段は、前記所定の条件下において、前記排気浄化手段に流入する排気の温度および／または該排気浄化手段から流出する排気の温度に基づいて前記排気浄化手段の基準温度を算出し、該基準温度に基づいて前記温度推定手段によって推定される該排気浄化手段の温度を補正する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システム。
- 前記温度補正手段は、前記温度推定手段によって推定される前記排気浄化手段の温度に対する、該推定される排気浄化手段の温度と前記基準温度との温度差の比率に基づいて、該温度推定手段によって推定される該排気浄化手段の温度を補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記添加量算出手段は、前記排気浄化手段の温度上昇量に基づいて、前記燃料添加手段によって添加されるべき燃料量を補正する添加量補正手段を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記温度補正手段によって前記排気浄化手段の温度の補正が行われる前記所定の条件は、
前記燃料添加手段によって燃料を排気へ添加することで、前記排気浄化手段によって捕集された排気中の粒子状物質を酸化除去する場合と、
前記燃料添加手段によって燃料を排気へ添加することで、前記排気浄化手段に吸蔵されたＳＯｘを離脱させる場合と、
前記内燃機関の機関温度が所定の機関温度より低い場合と、
前記内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合と、
のうち何れの場合でもないことを条件とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
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-
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