JP2005090274A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の昇温過程におけるフィルタ内の微粒子物質の燃焼状況に拘わらず、好適に触媒を昇温させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気燃料添加を通じて触媒床温を目標床温とすべく昇温制御を実施する際の、排気燃料添加における燃料の添加量の算出を、次の手順で行う。（１）排気流量と相関を有する吸入空気量に応じて、排気流量変化による出ガス温度センサの検出値の誤差分に相当する空気量補正値を算出する。（２）ＰＭ捕集フィルタのＰＭ堆積量に応じて、昇温中のＰＭ捕集フィルタ内での部分的なＰＭの燃焼による温度上昇分を見込んだＰＭ発熱量補正値を算出する。（３）出ガス温度センサの検出値を上記空気量補正値及びＰＭ発熱量補正値にて補正する。（４）その補正後の値（推定触媒床温）と目標床温との偏差を昇温代として添加量を算出する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、排気中の未燃燃料の酸化反応を促進させる触媒と、フィルタ下流側の排気温度を検出する排気温度センサとを排気通路に備えて昇温制御を行う内燃機関の排気浄化装置に関し、特にその昇温制御に係る制御構造の改良に関するものである。

ディーゼル機関等に適用される排気浄化装置として、内燃機関の排気系に設けられて、排気中の微粒子物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するＰＭ捕集フィルタを備えるものが知られている。こうした排気浄化装置では、捕集したＰＭの堆積によりＰＭ捕集フィルタが目詰まりを起こすことがある。そのため、そうした排気浄化装置の多くは、ＰＭの酸化反応を促進する触媒を設けて捕集されたＰＭを燃焼させることで、ＰＭ捕集フィルタの目詰まりを解消する、いわゆるＰＭ再生を行うようにしている。

ＰＭ再生を行うには、上記触媒を十分な活性状態とすべく触媒床温を高温化する必要がある。そこで従来、例えば特許文献１に見られるように、触媒に対する未燃燃料の供給を通じて触媒床温の高温化を図る、いわゆる昇温制御を行う内燃機関の排気浄化装置が提案されている。

特許文献１に記載の排気浄化装置では、昇温制御中は、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタによって、燃焼室内での燃焼に供される主たる燃料噴射（パイロット噴射、メイン噴射等）がなされた後の膨張行程や排気行程中に、ポスト噴射やアフター噴射と呼ばれる副噴射を実施するようにしている。こうした副噴射にて噴射された燃料の多くは、燃焼室内で燃焼されずに排気と共に排気通路へと排出されることから、上記副噴射の実施により、触媒に対して未燃燃料が供給されるようになる。そうして供給された未燃燃料中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の成分が排気中や触媒上で酸化反応されることから、その酸化反応に伴う発熱で触媒が昇温されることとなる。

また特許文献１に記載の排気浄化装置では、そうした昇温制御に際して、ＰＭ捕集フィルタ下流側の排気温度を検出し、その検出値と昇温制御における触媒床温の目標値（目標床温）との偏差に基づいて上記副噴射の燃料噴射量を、すなわち触媒に対する未燃燃料供給量をフィードバック制御している。そしてこれにより、触媒床温が、ＰＭ再生可能な適正な温度に維持されるようになっている。
特開平１１−３３６５３０号公報

ところで上記昇温制御における触媒床温の昇温途上にあっても、触媒内での温度分布のばらつきのため、ＰＭ捕集フィルタの一部は高温となっており、部分的にＰＭの燃焼が生じていることがある。こうした昇温過程における部分的なＰＭの燃焼に伴う発熱量は、ＰＭの堆積状況によって変化するため、昇温後の触媒床温もその分変化してしまい、昇温不足や過昇温を招く虞がある。例えば上記部分的なＰＭ燃焼による発熱量の大きい状況では、その発熱分だけ触媒床温が上がり過ぎてしまい、触媒が過昇温されてしまうことがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、触媒の昇温過程におけるフィルタ内の微粒子物質の燃焼状況に拘わらず、好適に触媒を昇温させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、排気中の未燃燃料の酸化反応を促進させる触媒とを備え、前記触媒に対する未燃燃料の供給を通じて触媒床温を昇温させる昇温制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記昇温制御における未燃燃料供給量を前記フィルタの微粒子物質の堆積量に応じて補正する供給量補正手段を備えることをその要旨とする。

上述したように、触媒に対して未燃燃料を供給することで、その未燃燃料の酸化反応に伴う発熱で触媒床温や排気温度の高温化を図ることが、すなわち昇温制御を行うことができる。ここでそうした触媒をフィルタ上やフィルタの上流側に配設しておけば、フィルタ温度の高温化を図ることもできる。そしてこれにより、フィルタに堆積された微粒子物質の除去や触媒の硫黄被毒の回復等に必要な触媒床温やフィルタ温度が確保されるようになる。一方、昇温制御においては、触媒床温やフィルタ温度の昇温途上においても、温度分布のばらつきのため、フィルタ内部が部分的に高温となって、フィルタに堆積された微粒子物質の一部が燃焼することがある。そうした部分的な微粒子物質の燃焼による発熱量は、フィルタの微粒子物質の堆積状況に応じて変化するため、その変化分だけ昇温後の触媒床温やフィルタ温度が変化してしまうこととなり、昇温不足や過昇温を招く虞がある。

その点、上記構成では、未燃燃料供給量をフィルタの微粒子物質の堆積量に応じて補正するようにしている。昇温過程における上記部分的な微粒子物質の燃焼による発熱量は、フィルタの微粒子物質の堆積量と相関があるため、上記補正を通じてその発熱の影響分を未燃燃料供給量に反映することができる。例えば昇温過程での上記部分的な微粒子物質の燃焼による発熱量が多いときには、その分、未燃燃料供給量を減量補正して、昇温制御における触媒床温やフィルタ温度の昇温代を減らすようにすれば、触媒やフィルタの過昇温を回避することができる。したがって、上記構成のよれば、触媒の昇温過程におけるフィルタ内の微粒子物質の燃焼状況に拘わらず、好適に触媒を昇温させることができる。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記供給量補正手段は、前記微粒子物質の堆積量が多いときほど、前記未燃燃料供給量が減量されるように前記補正を行うことをその要旨とする。

上記昇温過程におけるフィルタ内での部分的な微粒子物質の燃焼に伴う発熱量は、フィルタの微粒子物質の堆積量が多いほど大きくなる。よって上記構成のように微粒子物質の堆積量が多いときほど、未燃燃料供給量が減量されるようにすれば、その発熱状況を昇温制御中の未燃燃料供給量に好適に反映することができる。

また請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記未燃燃料供給量は、実触媒床温と目標床温との偏差に応じて算出され、前記供給量補正手段は、前記偏差を前記微粒子物質の堆積量に応じて補正することで、該堆積量に応じた前記未燃燃料供給量の補正を行うことをその要旨とする。

上記構成では、実触媒床温と目標床温との偏差に応じて未燃燃料供給量が算出されている。このような場合、上記偏差をフィルタの微粒子物質の堆積量に応じて補正することでも、上記堆積量に応じた未燃燃料供給量の補正を行うことができる。なお、そうした補正は、実際に上記偏差の算出後、その算出された偏差を上記堆積量に応じて補正しても、実触媒床温や目標床温を上記堆積量に応じて予め補正しておき、その後にそれらの偏差を算出するようにしても同様に行うことができる。

また請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記供給量補正手段は、前記微粒子物質の堆積量が多いときほど、前記偏差を小さくするように前記補正を行うことをその要旨とする。

上記の如くフィルタの微粒子物質の堆積量が多いときほど、上記昇温過程の部分的な微粒子物質の堆積に伴う発熱量が大きくなることから、上記構成のように上記偏差の補正を行えば、その発熱状況を昇温制御中の未燃燃料供給量に好適に反映することができるようになる。

また請求項５に記載の発明は、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において、前記未燃燃料供給量は、排気温度の検出値に基づき算出されてなり、排気流量に応じて前記未燃燃料供給量を補正する更なる供給量補正手段を更に備えることをその要旨とする。

昇温制御中の触媒床温やフィルタ温度は、触媒及びフィルタ下流側の排気温度から把握することができる。そこで、そうした触媒及びフィルタの下流側の排気温度を検出するセンサを設け、その排気温度の検出値に基づいて未燃燃料供給量を算出することで、昇温後の触媒床温やフィルタ温度を好適に制御することができる。ところが、そうした温度センサの出力は、排気流量変化の影響を受けることから、その検出値にはその影響分の誤差が含まれており、単純に排気温度の検出値に基づくだけでは、未燃燃料供給量に過不足が生じる虞がある。その点、上記構成では、排気流量に応じた補正が更に行われるため、排気流量変化による排気温度検出値の誤差が昇温制御に与える影響を抑制することができる。

また請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記更なる供給量補正手段は、前記排気流量が少ないときほど、前記未燃燃料供給量が減量されるように前記補正を行うことをその要旨とする。

温度センサによる排気温度の検出値は、排気流量が少ないときほど、本来の値よりも小さくなる傾向にある。よって上記構成のように排気流量の少ないときほど、未燃燃料供給量を減量させるべく補正を行うことで、排気流量変化による排気温度検出値の誤差の影響分を好適に未燃燃料供給量に反映させることができる。

請求項７に記載の発明は、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において、前記未燃燃料供給量は、排気温度の検出値に基づき求められる実触媒床温と前記昇温制御における目標床温との偏差に応じて算出されてなり、前記実触媒床温を排気流量に応じて補正する排気温度補正手段を更に備えることをその要旨とする。

上記構成のように、排気温度の検出値から実触媒床温を求め、その求められた実触媒床温と昇温制御における目標床温との偏差に応じて未燃燃料供給量を算出する場合、実触媒床温を排気流量に応じて補正することで、排気温度検出値の誤差に拘わらず、適正な実触媒床温が求められる。そのため、上記構成のよれば、排気流量変化による排気温度検出値の誤差が昇温制御に与える影響を抑制することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気温度補正手段は、前記排気流量が少ないときほど、前記実触媒床温が高くなるように前記補正を行うことをその要旨とする。

上記のように温度センサの排気温度検出値は、排気流量が少ないときほど、本来の値よりも小さくなる傾向にあることから、上記構成ように、排気流量が少ないときほど、実触媒床温が高くなるように補正を行うことで、排気流量変化による排気温度検出値の誤差の影響分を好適に未燃燃料供給量に反映させることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項５〜８のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気流量は、吸入空気量に応じて求められることをその要旨とする。
排気流量は、内燃機関の燃焼室に導入される空気の流量、すなわち吸入空気量からほぼ一義的に求めることができることから、上記のような排気流量に応じた未燃燃料供給量や実触媒床温の補正に際して、排気流量を吸入空気量に応じて求めるようにすることもできる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒に対する未燃燃料の供給は、排気通路の前記フィルタ及び前記触媒の上流側に設けられた添加弁から排気に対して燃料を添加することでなされることをその要旨とする。

上記昇温制御における触媒への未燃燃料の供給は、上記構成のように、排気通路の前記フィルタ及び前記触媒の上流側に設けられた添加弁から排気に対して燃料を添加することで行うことができる。

請求項１１に記載の発明は、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において、前記触媒に対する未燃燃料の供給は、当該内燃機関の燃焼室での燃料に供される燃料を噴射するインジェクタから、該燃焼室内での燃焼に供される燃料の噴射がなされた後の膨張行程又は排気行程中に燃料の副噴射を行うことでなされることをその要旨とする。

更に昇温制御における触媒への未燃燃料の供給は、上記構成のように、インジェクタにおいて、燃焼室内での燃焼に供される燃料の噴射（パイロット噴射やメイン噴射など）がなされた後の膨張行程中や排気行程中に、いわゆるアフター噴射やポスト噴射と云われる副噴射を実施することでも行うことができる。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を、図を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る排気浄化装置の適用される内燃機関１０の構成を示している。この内燃機関１０は、コモンレール方式の燃料噴射装置、及びターボチャージャ１１を備えるディーゼル機関となっており、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えて構成されている。

内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路１２には、その最上流部に配設されたエアクリーナ１５から下流側に向けて順に、エアフローメータ１６、上記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。また吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐され、吸気ポート２１を介して内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３に接続されている。更に吸気通路１２の上記インタークーラ１８の下流側には、燃焼室１３に導入される空気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサ５５が配設されている。

一方、内燃機関１０の排気系を構成する排気通路１４では、各気筒の燃焼室１３にそれぞれ接続された排気ポート２２は、排気マニホールド２３を介して上記ターボチャージャ１１の排気タービン２４に接続されている。また排気通路１４の排気タービン２４下流には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＰＭ捕集フィルタ２６、酸化触媒コンバータ２７が配設されている。

ＮＯｘ触媒コンバータ２５には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。このＮＯｘ触媒は、排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低いときにその吸蔵したＮＯｘを放出する。またＮＯｘ触媒は、上記ＮＯｘ放出時に、還元剤となる未燃燃料成分がその周囲に十分存在していれば、その放出されたＮＯｘを還元して浄化する。

ＰＭ捕集フィルタ２６は、多孔質材料によって形成されており、排気中のＰＭが捕集されるようになっている。このＰＭ捕集フィルタ２６にも、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５と同様に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＮＯｘの浄化が行われるようになっている。またこのＮＯｘ触媒によって触発される反応により、上記捕集されたＰＭが燃焼（酸化）されて除去されるようにもなっている。

酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒が担持されている。この酸化触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する。
なお排気通路１４の上記ＰＭ捕集フィルタ２６の上流側及び下流側には、ＰＭ捕集フィルタ２６に流入する排気の温度である入ガス温度を検出する入ガス温度センサ２８、及びＰＭ捕集フィルタ２６通過後の排気の温度である出ガス温度を検出する出ガス温度センサ２９がそれぞれ配設されている。また排気通路１４には、上記ＰＭ捕集フィルタ２６の排気上流側とその排気下流側との差圧を検出する差圧センサ３０が配設されている。更に排気通路１４の上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流側、及び上記ＰＭ捕集フィルタ２６と上記酸化触媒コンバータ２７との間には、排気中の酸素濃度を検出する２つの酸素センサ３１、３２がそれぞれ配設されている。

更にこの内燃機関１０には、排気の一部を吸気通路１２内の空気に再循環させる排気再循環（以下、ＥＧＲと記載する）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路３３を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３３の最上流部は、排気通路１４の上記排気タービン２４の排気上流側に接続されている。ＥＧＲ通路３３には、その上流側から、再循環される排気を改質するＥＧＲ触媒３４、その排気を冷却するＥＧＲクーラ３５、その排気の流量を調整するＥＧＲ弁３６が配設されている。そしてＥＧＲ通路３３の最下流部は、吸気通路１２の上記吸気絞り弁１９の下流側に接続されている。

一方、内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射するインジェクタ４０がそれぞれ配設されている。各気筒のインジェクタ４０は、高圧燃料供給管４１を介してコモンレール４２に接続されている。コモンレール４２には、燃料ポンプ４３を通じて高圧燃料が供給される。コモンレール４２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール４２に取り付けられたレール圧センサ４４によって検出されるようになっている。更に燃料ポンプ４３からは、低圧燃料供給管４５を通じて、低圧燃料が添加弁４６に供給されるようになっている。

こうした内燃機関１０の各種制御を司る電子制御装置５０は、内燃機関１０の制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。電子制御装置５０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ５１やアクセル操作量を検出するアクセルセンサ５２、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ５３、外気温を検出する外気温センサ５４等が接続されている。また電子制御装置５０の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９やＥＧＲ弁３６、インジェクタ４０、燃料ポンプ４３、添加弁４６等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置５０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記吸気絞り弁１９の開度制御、上記ＥＧＲ弁３６の開度制御に基づくＥＧＲ制御、上記インジェクタ４０からの燃料噴射量、燃料噴射時期、及び燃料噴射圧の制御、上記添加弁４６からの燃料添加の制御等の各種制御が電子制御装置５０により実施されている。

以上の如く構成された本実施形態では、内燃機関１０の排気浄化性能を維持すべく、ＰＭ再生制御とＳ被毒回復制御とが必要に応じて実施されている。ＰＭ再生制御は、上記ＰＭ捕集フィルタ２６に捕集されたＰＭを燃焼させて浄化することで、同ＰＭ捕集フィルタ２６の目詰まりを防止するために実施される。またＳ被毒回復制御は、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭ捕集フィルタ２６に担持されたＮＯｘ触媒の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸蔵によるＮＯｘ吸蔵能力の低下を解消すべく実施される。

これらのＰＭ再生やＳ被毒回復を行うには、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＰＭ捕集フィルタ２６の触媒床温を十分に高温化する必要がある。そこで、ＰＭ再生制御時やＳ被毒回復制御時には、それらＰＭ再生やＳ被毒回復の実施に必要な目標床温（例えば６００〜７００℃）までＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭ捕集フィルタ２６の触媒床温を昇温させる昇温制御が行われる。

本実施形態では、下記の実行条件（ａ）〜（ｅ）が共に成立するときに昇温制御が実施される。
（ａ）ＰＭ再生、又はＳ被毒回復の要求時である。ここでのＰＭ再生要求は、上記差圧センサ３０の検出結果に基づき、上記ＰＭ捕集フィルタ２６の詰りの発生が確認されたときになされる。またＳ被毒回復要求は、機関運転状態の履歴に基づき算出されるＮＯｘ触媒のＳＯｘ吸蔵量が所定値を超えたときになされる。
（ｂ）上記入ガス温度センサ２８により検出された入ガス温度が、上記添加弁４６から添加された燃料の酸化反応を起こすために必要な最小温度Ａ以上となっている。
（ｃ）上記入ガス温度が、昇温制御に伴う発熱による触媒の過昇温を回避し得る温度範囲の上限値Ｂ未満である。
（ｄ）上記出ガス温度センサ２９により検出された出ガス温度が、同じく昇温制御に伴う発熱による触媒の過昇温を回避し得る温度範囲の上限値Ｃ未満である。
（ｅ）排気に対する燃料添加の実施が許可されている。すなわち、排気燃料添加の実施を許容できる機関運転状態にある。この内燃機関１０では、エンジンストール中でなく、気筒判別が終了しており、且つアクセル開度の制限がなされていないのであれば、排気燃料添加が許可されるようになっている。

こうした実行条件が成立して昇温制御が開始されると、電子制御装置５０は、出ガス温度より求められる推定触媒床温と上記目標床温との偏差に応じて、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＰＭ捕集フィルタ２６の触媒床温を目標床温とするために必要な排気に対する燃料の添加量を算出する。そして電子制御装置５０は、その算出された添加量に応じた上記添加弁４６からの排気燃料添加を、比較的短い間隔で継続的に繰り返し実施する。

これにより、排気中に添加された燃料に含まれるＨＣやＣＯ等の未燃燃料成分が上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭ捕集フィルタ２６に供給され、排気中や触媒上でのその未燃燃料成分が酸化反応されるようになる。そしてそうした未燃燃料成分の酸化反応に伴う発熱により、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭ捕集フィルタ２６の触媒床温の高温化が図られる。

図２に、こうした昇温制御中のＰＭ捕集フィルタ２６内の温度分布を示す。同図に示すようにＰＭ捕集フィルタ２６内の触媒床温の昇温は、全体で均一には進行しないため、昇温中のＰＭ捕集フィルタ２６内部の温度分布にはばらつきが生じる。例えばＰＭ捕集フィルタ２６の排気流入側の部分は、より早期から未燃燃料が供給されてその酸化反応が起きるため、触媒床温は早期から昇温される。そのため、ＰＭ捕集フィルタ２６全体としては、触媒床温が未だ目標昇温に達していない段階においても、上記排気流入側の部分等は高温となってＰＭの燃焼が生じるようになる。

そうした昇温過程の部分的なＰＭ燃焼による発熱量は、ＰＭ捕集フィルタ２６のＰＭの堆積状況に応じて変化する。そのため、たとえ添加量一定で排気燃料添加を継続したとしても、ＰＭ捕集フィルタ２６のＰＭ堆積量が多いほど、上記のような昇温過程で燃焼されるＰＭの量が多くなり、その燃焼に伴う発熱量も大きくなり、昇温後の触媒床温は高くなる。図３は、そうした一定添加量のもとでのＰＭ堆積量と昇温後の触媒床温との関係を示している。

一方、上記出ガス温度センサ２９の出力は、その周囲の排気流量に対する依存性があり、その検出値と実際のその周囲の排気温度とが乖離することがある。よってそうした出ガス温度センサ２９の検出値から求められた推定触媒床温をそのまま用いて昇温制御中の添加量を算出すれば、そうした排気流量変化の影響に応じて添加量の過不足が生じる虞がある。以下に、その理由を説明する。

図４に示すように出ガス温度センサ２９は、上記ＰＭ捕集フィルタ２９下流の排気通路１４内に突出して配設された保護管２９ａと、その保護管２９ａの先端部に収容された温度検出部２９ｂとを有して構成されている。温度検出部２９ｂは、例えば熱電対や感熱素子等からなっており、自身の収容された保護管２９ａ先端部の温度に応じた電力信号を出力する。

さてこうした出ガス温度センサ２９の温度検出部２９ｂによって検出される保護管２９ａ先端部の温度は、排気から出ガス温度センサ２９への熱伝達量Ｑｈｔと、保護管２９ａ等を通じて出ガス温度センサ２９から外部への熱伝導量Ｑｃｏｎｄとの釣り合いによって決まる。ここで熱伝導量Ｑｃｏｎｄは、出ガス温度センサ２９と外部との温度差によって決まり、熱伝達量Ｑｈｔは、排気と出ガス温度センサ２９との温度差、及び排気の流量により決まる。そして排気流量が多くなるほど、熱伝達量Ｑｈｔが大きくなる。そのため、上記温度検出部２９ｂによって検出されるセンサ先端部の温度は、排気温度が一定でも、排気流量が多くなるほど高くなり、図５に示すように出ガス温度センサ２９の検出値として高い温度が示されることとなる。

以上のように、昇温制御時のＰＭ捕集フィルタ２６のＰＭ堆積量の変化は、昇温中のＰＭ捕集フィルタ２６内の発熱量を変化させ、ひいては添加量の過不足を招く要因となる。また排気流量の変化による出ガス温度センサ２９の検出値の誤差も、その検出値を用いて算出される添加量にやはり過不足を生じさせる要因となる。そしてそれらにより、過剰な量の排気燃料添加がなされ、ＮＯｘ触媒が過昇温されてしまえば、その触媒浄化性能が損なわれてしまう虞がある。

そこで本実施形態では、それらＰＭ堆積量や排気流量の影響を考慮して昇温制御中の添加量の算出を行うようにしている。以下、そうした本実施形態の添加量算出態様の詳細を、図６〜図９を併せ参照して説明する。

図６は、本実施形態に適用される添加量算出ロジックを示している。電子制御装置５０は、昇温制御中、この添加量算出ロジックに従って添加量を算出して、上記添加弁４６からの排気燃料添加を実施する。

同図の算出ロジックに示されるように、電子制御装置５０は、その添加量の算出に際して、空気量補正値を求めている。ここで空気量補正値は、上記のような排気流量変化による出ガス温度センサ２９の検出値の誤差を補償するための補正値であり、排気流量と一義的な関係にある吸入空気量に基づき算出される。

そして電子制御装置５０は、上記出ガス温度センサ２９の検出値である出ガス温度に対して上記空気量補正値を加算して、推定触媒床温を算出する。
一方、電子制御装置５０は、ＰＭ捕集フィルタ２６のＰＭ堆積量に基づいてＰＭ発熱量補正値を求めている。ＰＭ発熱量補正値は、上述したような昇温中のＰＭ捕集フィルタ２６内の部分的なＰＭの燃焼に伴う発熱量に応じた補正値で、ＰＭ堆積量に基づき算出される。なおＰＭ堆積量は、機関回転速度、機関負荷、入ガス温度等の機関運転状態から推定して求められている。

続いて電子制御装置５０は、推定触媒床温と目標床温との偏差を求めるとともに、その偏差から上記ＰＭ発熱量補正値を減算して排気燃料添加による触媒温度の昇温代を、すなわち必要とされる触媒温度の上昇分を求め、その昇温代に応じて添加量を算出する。

図７は、吸入空気量に応じた上記空気量補正値の設定態様の一例を示している。同図に示すように、空気量補正値は、吸入空気量の減少に伴う排気流量の減少に応じて、小さい値が設定されるようになっている。この空気量補正値によれば、吸気流量が減少して排気流量が減少することで、排気から出ガス温度センサ２９へと伝達される熱量が低下して、同センサの出力により示される出ガス温度と実際のＰＭ捕集フィルタ２６下流の排気温度との乖離が大きくなるほど、推定触媒床温が増大補正される。そのため、この補正によっては、出ガス温度センサ２９の検出値と実際のＰＭ捕集フィルタ２６下流の排気温度との乖離が是正されることとなる。

図８は、ＰＭ堆積量に応じた上記ＰＭ発熱量補正値の設定態様の一例を示している。同図に示すように、ＰＭ発熱量補正値は、ＰＭ捕集フィルタ２６内における昇温中の発熱量がＰＭ堆積量の増大に伴って増加することに応じて、その値が大きく設定されるようになっている。この補正によっては、ＰＭ堆積量が多いほど、上記添加量の算出に係る昇温代が減少されることとなり、その結果、添加量は減量補正されることとなる。そのため、昇温中の上記ＰＭ捕集フィルタ２６内の発熱量の変化に応じて、添加量が適宜調整されるようになる。

次に、以上のような添加量算出ロジックを採用する本実施形態の昇温制御の制御態様を、図９を参照して説明する。同図には、上記空気量補正値及びＰＭ発熱量補正値による補正を行わずに添加量の算出を行う従来の排気浄化装置、及び本実施形態の排気浄化装置のそれぞれにおける昇温制御態様が概念的に示されている。

上記従来の排気浄化装置では、出ガス温度センサ２９の検出値ｔｈｃｏと目標床温ｔｈｃｂｔとの偏差Δｔｈ１を昇温代として添加量が求められている。よって理論上、排気燃料添加を通じて、触媒床温はその偏差Δｔｈ１分昇温されることとなる。

ところが、上記の如く出ガス温度センサ２９の検出値ｔｈｃｏには、排気流量の影響による誤差Δｔｈｃｂが含まれており、上記出ガス温度センサ２９の検出値ｔｈｃｏと実際の触媒床温ｔｈｃｂとの間には、その誤差Δｔｈｃｂ分の乖離が生じてしまっている。そのため、昇温後の触媒床温は、その誤差Δｔｈｃｂ分、目標床温ｔｈｃｂｔからずれてしまうこととなる。また昇温中にＰＭ捕集フィルタ２６内で上記のような部分的なＰＭの燃焼が生じれば、昇温後の触媒床温は、目標床温ｔｈｃｂｔから更にその燃焼による発熱分ｑだけ更にずれてしまうこととなる。

一方、本実施形態においては、出ガス温度センサ２９の検出値ｔｈｃｏに対して、上記排気流量変化の影響による誤差Δｔｈｃｂに相当する空気量補正値による補正を行うことで推定触媒床温ｔｈｃｂを求めている。更に本実施形態では、上記推定触媒床温ｔｈｃｂと目標床温ｔｈｃｂｔとの偏差から、上記昇温中のＰＭ燃焼に伴う発熱分ｑを見込んだＰＭ発熱量補正値を減算した値Δｔｈ２を昇温代として添加量が求められる。そのため、そうした排気流量変化によるセンサ検出値の誤差や床温中のＰＭ燃焼に拘わらず、昇温後の触媒床温を目標床温ｔｈｃｂｔとすることができる。

以上のような本実施形態では、上記ＰＭ発熱量補正値による補正を通じて上記供給量補正手段の未燃燃料供給量の補正がなされている。また空気量補正値による出ガス温度センサ２９の補正を通じて、上記更なる供給量補正手段による未燃燃料供給量の補正、及び上記排気温度補正手段による実触媒床温の補正がなされている。更に本実施形態においては、上記空気量補正値による補正後の出ガス温度が上記実触媒床温に対応しており、また出ガス温度センサ２９により検出された出ガス温度が上記触媒及びフィルタの下流側における排気温度の検出値に対応している。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、出ガス温度センサ２９によって検出されたＰＭ捕集フィルタ２６下流側の排気温度を、排気流量の指標値である吸入空気量に応じて補正して、実触媒床温の推定値である推定触媒床温を求めている。そのため、出ガス温度センサ２９の出力の排気流量に対する依存性による同センサの検出値と実際の排気温度との乖離を好適に排除して、触媒床温を正確に推定することができる。そして、ひいてはその推定触媒床温を用いて算出される昇温制御時の排気に対する燃料の添加量の適正化を図り、昇温制御をより正確に行うことができる。

（２）本実施形態では、推定触媒床温と目標床温との偏差に対して、ＰＭ捕集フィルタ２６のＰＭ堆積量に応じた補正を行って昇温制御での排気燃料添加による昇温代を求めて添加量の算出を行っている。そしてそれにより、昇温制御中の排気に対する燃料の添加量を、すなわち未燃燃料供給量を、ＰＭ捕集フィルタ２６のＰＭ堆積量に応じて補正するようにしている。そのため、昇温中のＰＭ捕集フィルタ２６内での部分的なＰＭの燃焼に伴う発熱量の変化に拘わらず、適量の未燃燃料をＮＯｘ触媒に対して供給し、好適にＮＯｘ触媒を昇温させることができる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、ＰＭ捕集フィルタ２６下流側の排気温度を参照して添加量の算出を行う場合を説明したが、本実施形態では、ＰＭ捕集フィルタ２６上流側の排気温度、すなわち上記入ガス温度センサ２８の検出値である入ガス温度を参照してその算出を行う場合について説明する。

この場合、入ガス温度センサ２８の検出値には、昇温制御中のＰＭ捕集フィルタ２６内の上記部分的なＰＭの燃焼による発熱に伴う触媒床温の上昇分は反映されないため、その分、入ガス温度センサ２８の検出値と実際の触媒床温との間に乖離が生じることとなる。そうした乖離は、入ガス温度センサ２８の検出値を上記ＰＭ発熱量補正値により補正することで、好適に排除することができる。

こうした場合の添加量算出ロジックの一例を、図１０に示す。この例では、入ガス温度センサ２８の検出値に対して、上記空気量補正値及び上記ＰＭ発熱量補正値をそれぞれ加算して、推定触媒床温が求められる。そしてその推定触媒床温と目標床温との偏差を昇温代として添加量が算出される。こうした場合にも、上記（１）、（２）に記載したものと同様の効果を奏することができる。

なお、上記各実施形態は次のように変更して実施することもできる。
・上記各実施形態では、推定触媒床温と目標床温との偏差に応じて求められた昇温代や推定触媒床温を上記ＰＭ発熱量補正値にて補正するようにしていたが、その補正の態様は適宜変更しても良い。例えばＰＭ堆積量に応じた補正を行わずに昇温代や推定触媒床温を算出し、その算出された昇温代や推定触媒床温を用いて添加量を一旦算出した後に、ＰＭ堆積量に応じた補正を行うようにしても良い。要は、最終的に算出される添加量がＰＭ堆積量に応じて補正されるのであれば、同様の結果を得ることができる。

・上記各実施形態では、エアフローメータ１６により検出された吸入空気量を排気流量の指標値として用いて補正を行うことで、排気流量変化の影響による出ガス温度センサ２９や入ガス温度センサ２８の検出値と実際の排気温度との乖離を排除するようにしていた。こうした補正は、排気流量を直接検出し、その検出値に基づいても同様に行うことができる。また機関回転速度や機関負荷等の機関運転状態から排気流量を推定するとともに、その推定値に基づくことによっても同様の補正を行うことができる。

・上記空気量補正値を用いて行われる吸入空気量（排気流量）に応じた補正についても、その補正の態様は適宜変更しても良い。例えば排気流量変化の影響によるセンサ検出値と実際の排気温度との乖離分に相当する添加量の誤差分を求めるとともに、そうした排気流量に応じた補正を行わずに推定触媒床温を算出して添加量を一旦算出した後、その算出された添加量を上記求められた誤差分の補正を行うようにしても同様の結果を得ることができる。

・上記排気流量変化の影響による出ガス温度センサ２９や入ガス温度センサ２８の検出値と実際の排気温度との乖離が十分に無視できる程小さい場合等には、上記空気量補正値による補正を省略し、上記ＰＭ発熱量補正値による補正のみを行うようにしても良い。

・上記各実施形態では、昇温制御時の触媒に対する未燃燃料の供給を、添加弁４６からの排気燃料添加によって行うようにしていたが、アフター噴射やポスト噴射といったインジェクタ４０からの燃料の副噴射の実施によっても同様の未燃燃料の供給を行なえることは上述した通りである。そうした場合にも、そうした副噴射における燃料の噴射量を、上記添加量算出ロジックと同様の算出ロジックにて算出することで、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。またそれら以外の手段で昇温制御時の触媒に対する未燃燃料供給を行う内燃機関の排気浄化装置にも、本発明を同様に適用することができる。

・本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、図１に例示した構成以外の内燃機関にも同様に適用することができる。要は、排気系に設けられた触媒に対する未燃燃料の供給を通じて触媒床温を昇温する昇温制御の行われる内燃機関の排気浄化装置であれば、本発明は上記各実施形態と同様、或いはそれに準じた態様で適用することが可能である。

本発明の第１実施形態についてその全体構造を示す模式図。 ＰＭ捕集フィルタ内の温度分布を示す図。 ＰＭ堆積量と触媒床温との関係を示すグラフ。 出ガス温度センサ及びその周辺部の断面図。 排気流量と出ガス温度センサ出力との関係を示すグラフ。 上記実施形態における添加量算出ロジックのブロック図。 同実施形態における空気量補正値の設定態様の一例を示すグラフ。 同実施形態におけるＰＭ発熱量補正値の設定態様の一例を示すグラフ。 同実施形態及び従来の排気浄化装置における昇温制御の制御態様を併せ示す概念図。 本発明の第２実施形態に適用される添加量算出ロジックのブロック図。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ターボチャージャ（１７…コンプレッサ、２４…排気タービン）、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…エアフローメータ、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…排気マニホールド、２５…ＮＯｘ触媒コンバータ、２６…ＰＭ捕集フィルタ、２７…酸化触媒コンバータ、２８…入ガス温度センサ、２９…出ガス温度センサ、３０…差圧センサ、３１，３２…酸素センサ、３３…ＥＧＲ通路、３４…ＥＧＲ触媒、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲ弁、４０…インジェクタ、４１…高圧燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…レール圧センサ、４５…低圧燃料供給管、４６…添加弁、５０…電子制御装置、５１…ＮＥセンサ、５２…アクセルセンサ、５３…絞り弁センサ。

Claims (11)

1. 排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、排気中の未燃燃料の酸化反応を促進させる触媒とを備え、前記触媒に対する未燃燃料の供給を通じて触媒床温を昇温させる昇温制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記昇温制御における未燃燃料供給量を前記フィルタの微粒子物質の堆積量に応じて補正する供給量補正手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記供給量補正手段は、前記微粒子物質の堆積量が多いときほど、前記未燃燃料供給量が減量されるように前記補正を行う
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記未燃燃料供給量は、実触媒床温と目標床温との偏差に応じて算出され、前記供給量補正手段は、前記偏差を前記微粒子物質の堆積量に応じて補正することで、該堆積量に応じた前記未燃燃料供給量の補正を行う請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記供給量補正手段は、前記微粒子物質の堆積量が多いときほど、前記偏差を小さくするように前記補正を行う
   請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 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において、
   前記未燃燃料供給量は、排気温度の検出値に基づき算出されてなり、
   排気流量に応じて前記未燃燃料供給量を補正する更なる供給量補正手段を更に備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記更なる供給量補正手段は、前記排気流量が少ないときほど、前記未燃燃料供給量が減量されるように前記補正を行う請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 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において、
   前記未燃燃料供給量は、排気温度の検出値に基づき求められる実触媒床温と前記昇温制御における目標床温との偏差に応じて算出されてなり、
   前記実触媒床温を排気流量に応じて補正する排気温度補正手段を更に備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記排気温度補正手段は、前記排気流量が少ないときほど、前記実触媒床温が高くなるように前記補正を行う請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記排気流量は、吸入空気量に応じて求められる請求項５〜８のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記触媒に対する未燃燃料の供給は、排気通路の前記フィルタ及び前記触媒の上流側に設けられた添加弁から排気に対して燃料を添加することでなされる請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記触媒に対する未燃燃料の供給は、当該内燃機関の燃焼室での燃料に供される燃料を噴射するインジェクタから、該燃焼室内での燃焼に供される燃料の噴射がなされた後の膨張行程又は排気行程中に燃料の副噴射を行うことでなされる請求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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