JP2005113833A - 内燃機関の触媒温度維持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の触媒温度維持方法において、フィルタの再生中に低負荷運転状態となっても該フィルタの温度を維持、若しくは上昇させることができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気通路に備えられ触媒を担持したパティキュレートフィルタ７の温度を上昇若しくは維持する方法であって、少なくとも、内燃機関１に吸入される吸気量を減少させることによりフィルタ７の温度を、一酸化炭素酸化活性温度まで上昇させ得る第１の昇温工程と、少なくとも、吸気行程での気筒２内への燃料噴射によりフィルタ７の温度を、炭化水素酸化活性温度まで上昇させ得る第２の昇温工程と、少なくとも、気筒２内への主噴射の後に行う副噴射によりフィルタ７の温度を、粒子状物質酸化活性温度まで上昇させ得る第３の昇温工程と、を同時期に実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の触媒温度維持方法に関する。

内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという。）を備えることにより、該フィルタで排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を捕集することができる。そして、該フィルタの温度を高めることにより、捕集されたＰＭを酸化除去することができる。このようにフィルタに捕集されたＰＭを除去することをフィルタの再生という。

そして、フィルタの上流に酸化触媒を備え、フィルタの温度が低いときには、主噴射後の副噴射によりフィルタを昇温させ、フィルタの温度が高いときには、ＥＧＲの循環を停止させ、さらに、主噴射時期を進角及び過給の増強によりフィルタの温度を低下させ、ＮＯ_２による連続酸化域である２００℃から４５０℃に維持する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−８９３２７号公報 特開２０００−２１３３３２号公報 特開２００１−１６４９２８号公報

ところで、フィルタの再生中に内燃機関が低負荷運転に移行すると、例え、前記したようなフィルタの温度維持のための制御を行っていても、排気の温度が低いために、該フィルタの温度が上流側から次第に低下してしまうことがある。これにより、フィルタの再生を継続することが困難となる。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の触媒温度維持方法において、フィルタの再生中に低負荷運転状態となっても該フィルタの温度を維持、若しくは上昇させることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の触媒温度維持方法は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気通路に備えられ触媒を担持したパティキュレートフィルタの温度を上昇若しくは維持する方法であって、
少なくとも、前記内燃機関に吸入される吸気量を減少させることにより前記パティキュレートフィルタの温度を、一酸化炭素酸化活性温度まで上昇させ得る第１の昇温工程と、
少なくとも、吸気行程での気筒内への燃料噴射により前記パティキュレートフィルタの温度を、炭化水素酸化活性温度まで上昇させ得る第２の昇温工程と、
少なくとも、気筒内への主噴射の後に行う副噴射により前記パティキュレートフィルタの温度を、粒子状物質酸化活性温度まで上昇させ得る第３の昇温工程と、
を同時期に実施する。

本発明の最大の特徴は、排気温度の上昇、一酸化炭素濃度の上昇、炭化水素濃度の上昇、排気流量の低減を同時に行うことにより、フィルタの温度を維持若しくは上昇させることにある。

ここで、一酸化炭素酸化活性温度（以下、ＣＯ酸化活性温度という。）とは、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）を規定の率以上酸化することができるフィルタ若しくは排気の温度である。同様に、炭化水素酸化活性温度（以下、ＨＣ酸化活性温度という。）とは、排気中の炭化水素（ＨＣ）を規定の率以上酸化することができるフィルタの温度であり、粒子状物質酸化活性温度（以下、ＰＭ酸化活性温度という。）とは、フィルタに捕集された粒子状物質が規定の率以上酸化されるフィルタの温度である。

このような内燃機関の触媒温度維持方法によれば、第１の昇温工程により、排気の温度をＣＯ酸化活性温度まで上昇させることができる。そして、同時期に実行されている第２の昇温工程により、排気中にＣＯが多く含まれるが、このＣＯは第１の昇温工程によりＣＯ酸化活性温度まで上昇された排気のため、フィルタにて酸化され熱を発生させる。さらに、同時期に実行されている第３の昇温工程により、排気中にＨＣが多く含まれるが、このＨＣは、第２の昇温工程により発生する熱により酸化される。そして、第１の昇温工程により、排気の流量が低減されているため、フィルタで発生した熱が排気に奪われて該フィルタの温度が低下することもない。このように、フィルタの再生途中に内燃機関の運転状態が低負荷運転状態に移行したとしても、排気中のＨＣを酸化させることができ、フィルタの温度をＰＭ酸化活性温度に維持することが可能となる。これにより、フィルタの再生を継続して行うことが可能となる。

本発明においては、前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質が酸化され該パティキュレートフィルタの温度が上昇したとしても、該パティキュレートフィルタが過熱する温度までは上昇しないような該パティキュレートフィルタの昇温開始温度を求め、この温度以下のときに前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を実施することができる。

ここで、フィルタに粒子状物質が多く残存している状態で、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を同時期に実施すると、該粒子状物質が一斉に酸化し、このときに発生する熱によりフィルタが過熱する虞がある。このときには、粒子状物質の捕集されている量が多くなるほど、フィルタの温度上昇が大きくなる。従って、捕集されている粒子状物質が酸化されたとしても、フィルタが過熱しないようなフィルタの温度の初期値、すなわち前記第１から第３の昇温工程を開始する条件となるフィルタの温度を求め、この温度よりも現時点でのフィルタの温度が高い場合には前記第１から第３の昇温工程を実施しない。そして、フィルタが過熱する虞のない温度まで該フィルタの温度が低下した後に、前記第１から第３の昇温工程を実施して、フィルタの温度を維持する。このようにして、フィルタの過熱を抑制しつつ、フィルタの再生を継続して行うことができる。

本発明においては、前記パティキュレートフィルタを通過する排気の流量が、該パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質が酸化され該パティキュレートフィルタの温度が上昇したとしても該パティキュレートフィルタが過熱する温度までは上昇しないような排気の流量以上のときに前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を実施することができる。

ここで、フィルタに粒子状物質が多く残存している状態で、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を同時期に実施すると、排気の流量が少ない状態で粒子状物質が一斉に酸化してしまい、このときに発生する熱によりフィルタが過熱する虞がある。このときには、粒子状物質の残存量が多いほど、若しくは排気の流量が少ないほど、フィルタの温度上昇が大きくなる。そこで、現時点でフィルタに捕集されている粒子状物質が酸化されたとしても、フィルタが過熱しないような排気の流量のときに限り第１から第３の昇温工程を同時期に実施することが重要となる。すなわち、前記フィルタが過熱しないような排気の流量よりも現時点での流量が低い場合には、前記第１から第３の昇温工程を
実施しない。そして、粒子状物質の酸化が進み、前記フィルタが過熱しないような排気の流量が現時点での排気の流量まで低下した後に、前記第１から第３の昇温工程を実施する。このようにして、フィルタの過熱を抑制しつつ、フィルタの再生を継続して行うことができる。

本発明においては、前記パティキュレートフィルタの温度が、前記炭化水素酸化活性温度と前記粒子状物質酸化活性温度との間となるように、前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を間欠的に実施することができる。

ここで、第１から第３の昇温工程を同時期に実施すると、排気の流量が少ない状態でＨＣ濃度が高められ、排気通路やフィルタにＨＣが付着することがある。そして、このＨＣにより、白煙が発生することがある。その点、第１から第３の昇温工程を間欠的に実施する、すなわち、第１から第３の昇温工程を実行する期間と、実行を停止する期間とを設けることにより、実行を停止する期間において、排気通路やフィルタに付着したＨＣを徐々に蒸発させることができ、白煙の発生を抑制することができる。

本発明においては、前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程による前記パティキュレートフィルタの温度上昇を停止している間は、前記パティキュレートフィルタを通過する排気の流量を低減させることができる。

前記したように、第１から第３の昇温工程を間欠的に実行すると、実行を停止している期間では、温度の低い排気がフィルタに流入し、該フィルタの温度が低下してしまう。その点、フィルタを通過する排気の流量を低減させることにより、温度の低い排気により奪われる熱量を低減させることができ、フィルタの温度の低下を抑制することができる。

本発明においては、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去している途中で内燃機関が低負荷運転状態若しくはアイドル運転状態に移行した場合に、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を実施することができる。

ここで、粒子状物質を酸化除去する際には前記パティキュレートフィルタが高温状態とされるが、酸化除去をしている最中に内燃機関が低負荷運転状態若しくはアイドル運転状態に移行すると、排気の温度が低下するため、該パティキュレートフィルタの温度も低下してしまう。その点、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を同時期に実施すれば、パティキュレートフィルタの温度を維持することが可能となり、速やかに粒子状物質を除去することが可能となる。ここで、低負荷運転状態とは、粒子状物質を酸化させることができない温度までパティキュレートフィルタの温度が低下する虞のある運転状態としても良い。

また、内燃機関の排気通路に備えられ触媒を担持したパティキュレートフィルタの温度を上昇若しくは維持する方法であって、
少なくとも、前記内燃機関に吸入される吸気量を減少させる第１の昇温手段と、
少なくとも、排気中のＣＯ濃度を５０００ｐ．ｐ．ｍ．以上とする第２の昇温手段と、
少なくとも、排気中のＨＣ濃度を１００００ｐ．ｐ．ｍ．以上とする第３の昇温手段と、
を同時期に実施するとしても良い。

これにより、フィルタ温度を維持若しくは上昇させるための好適な状態を得ることができる。なお、吸気量は排気の量としても良い。

本発明に係る内燃機関の触媒温度維持方法では、パティキュレートフィルタの再生時に低負荷運転がなされても、該パティキュレートフィルタの温度を維持することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の触媒温度維持方法の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の触媒温度維持方法を適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、気筒２内へ軽油を噴射する燃料噴射弁３が備えられている。

また、内燃機関１には、吸気通路４が接続されている。吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁５が設けられている。

内燃機関１には、燃焼室と連通する排気通路６が接続されている。この排気通路６は、下流にて大気へと通じている。

前記排気通路６の途中には、酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ７（以下、フィルタ７という。）が備えられている。そして、該フィルタ７の下流の排気通路６には、該排気通路６を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ８が備えられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ９には、各種センサ等が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁３及び吸気絞り弁５が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ９により制御することが可能になっている。

ここで、フィルタ７の再生は、複数の昇温工程を経て該フィルタ７の温度を例えば６００℃まで高めて行われる。

例えば、内燃機関１の始動時や低負荷運転時であって、排気の温度やフィルタ７の温度が低い場合には、これらの温度をＣＯ酸化活性温度（例えば、２００℃）まで上昇させる。この方法として、吸気絞り弁５により吸気の量を減少させる方法が知られている。すなわち、吸気絞り弁５により吸気量を減少させることにより、排気の温度を上昇させ、この温度が上昇した排気をフィルタ７へ流通させてフィルタ７の温度を上昇させることができる。また、このときに、燃料噴射弁３から噴射させる燃料の噴射時期を通常よりも遅延させてもよい。燃料噴射時期を通常よりも遅延させると、通常の時期に燃料噴射された場合と比較して、ピストンの運動に消費されるエネルギ量が少なくなり、従って、排気の温度が高くなる。これら、排気の温度若しくはフィルタ７の温度をＣＯ酸化活性温度まで上昇させる方法を以下、第１の昇温工程という。

また、フィルタ７の温度がＨＣ酸化活性温度（例えば、３００℃）まで上昇するように
、排気中のＣＯ濃度を高める。このときのＣＯ濃度は、例えば、５０００p.p.m.以上とすることが望ましい。この方法として、排気上死点近傍で燃料を噴射させる方法（以下、第２の昇温工程という。）が知られている。この第２の昇温工程により発生したＣＯがＣＯ酸化活性温度に達している酸化触媒にて酸化され、このときの反応熱でフィルタ７の温度がＨＣ酸化活性温度まで上昇する。また、排気上死点近傍で燃料を噴射させることにより、燃焼状態を安定させることが可能となる。

さらに、フィルタ７の温度がＰＭ酸化活性温度（例えば、６００℃）まで上昇するように、排気中のＨＣ濃度を高める。このときのＨＣ濃度は、例えば、１００００から１２０００p.p.m.とすることが望ましい。この方法として、燃料噴射弁３からの主噴射の後の膨張行程中若しくは排気行程中に、再度燃料噴射弁３から燃料を噴射させる副噴射を行う方法（以下、第３の昇温工程という。）が知られている。この第３の昇温工程によれば、気筒２内から未燃燃料であるＨＣが多く排出される。そして、このＨＣがＨＣ酸化活性温度に達している酸化触媒にて酸化され、このときの反応熱によりフィルタ７の温度がＰＭ酸化活性温度まで上昇する。

このようにして、フィルタ７の温度をＰＭ酸化活性温度まで上昇させ、フィルタ７に堆積しているＰＭを酸化除去することが可能となる。

ところで、フィルタ７の温度を例えば６００℃として、フィルタ７を再生している途中に、内燃機関１の運転状態がアイドル状態等の低負荷状態に移行すると、排気の温度が例えば２００℃よりも低くなり、この状態が継続すると、フィルタ７の温度が低下してしまう。これは、例えフィルタ７の温度を維持するために、前記副噴射を行っていても起こり得る。すなわち、副噴射により排気中のＨＣ濃度を高めたとしても、低負荷により排気の温度が低いために、フィルタ７の上流側では、ＨＣの反応熱による温度上昇よりも排気温度の低下の影響によりフィルタ７の温度が低下してしまう。そして、フィルタ７の上流側の温度が低下すると、該上流側でＨＣの反応速度が低下する。これにより、次第に下流側の温度も低下していき、下流側でもＨＣの反応速度が低下してしまい、最終的にはフィルタ７全体の温度がＨＣ酸化活性温度以下となってしまう。このように、ＨＣ酸化活性温度以下となった場合には、副噴射を行ったとしてもフィルタ７の温度を上昇若しくは維持することができなくなってしまう。これにより、さらに温度が低下してしまう。

従って、フィルタ７の再生を行うには、もう一度ＨＣ酸化活性温度までフィルタ７の温度を上昇させ、さらに、ＰＭ酸化活性温度まで上昇させるという工程を経なければならず、フィルタ７の再生を完了させるまでに時間がかかってしまう。また、フィルタ７の昇温途中に、フィルタ７の再生を行うことができない内燃機関の運転状態に移行すると、フィルタ７の再生を行う機会を失うこととなる。

その点、本実施例においては、フィルタ７の再生途中に内燃機関１の運転状態が、アイドル運転等の低負荷運転状態に移行した場合には、前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程の全てを同時期に実施する。すなわち、従来では、フィルタ７の再生途中に内燃機関１の運転状態が低負荷状態となった場合であっても、第３の昇温工程のみ実施していた。これにより、フィルタ７の上流側から該フィルタ７の温度が低下していた。これに対し、本実施例では、例え、フィルタ７の温度が６００℃であったとしても、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程の全てを同時期に実施する。つまり、排気の温度を例えば２００℃以上、排気中のＣＯ濃度を例えば５０００p.p.m.、排気中のＨＣ濃度を例えば１００００から１２０００p.p.m.としつつ、排気の流量を可及的に減少させる。

ここで、吸気絞り弁５を閉じ側へ制御することにより、排気の流量を可及的に減少させ
ることができ、これにより、第２及び第３の昇温工程によりフィルタ７で発生した熱が排気に奪われて該フィルタ７の温度が低下することを抑制できる。

また、本実施例によれば、低負荷運転状態であっても、排気の温度がＣＯ酸化活性温度まで高められるため、フィルタ７の上流側において、ＣＯを酸化させることができる。この際、第２の昇温工程により排気中のＣＯ濃度が高められているので、フィルタ７の上流側の温度は、少なくともＨＣ酸化活性温度まで上昇される。さらに、第３の昇温工程により排気中のＨＣ濃度が高められているので、フィルタ７の上流側でＨＣが酸化され、ＰＭ酸化活性温度まで上昇される。つまり、フィルタ７に高い温度の排気が流入すると共にＣＯとＨＣの酸化が同時期に行われ、フィルタ７の再生途中でフィルタ７の温度がＰＭ酸化活性温度となっている場合には、フィルタ７の温度が低下することを抑制できる。

このように、フィルタ７の再生中に低負荷運転状態に移行した場合、第３の昇温工程のみを実施していると、フィルタ７の上流側から次第にフィルタ７の温度が低下していくが、第１から第３の昇温工程全てを同時期に実施することにより、フィルタ７の上流側の温度をＰＭ酸化活性温度に保つことができる。

以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ７の温度低下を抑制しフィルタ７の再生を継続して行うことができる。

なお、第１の昇温工程は、排気通路２に排気の流量を調整する排気絞り弁を備え、該排気絞り弁を閉弁側へ制御することにより、排気の流量を減少させても良い。また、前記副噴射を行う時期を、主噴射に近づけて該副噴射した燃料を燃焼させるようにして、排気の温度を上昇させるようにしても良い。

また、第２の昇温工程は、排気中のＣＯの濃度を高めるものであればよく、例えば、第１の昇温工程で採用される吸気絞り弁５による吸気の低減によっても排気中のＣＯ濃度が高まるため、この吸気絞り弁５による吸気の低減を第２の昇温工程に含めても良い。

さらに、第３の昇温工程は、排気中のＨＣ濃度を高めるものであればよく、例えば、第２の昇温工程で採用される排気上死点近傍での燃料噴射によってもＨＣ濃度が高まるため、これを第３の昇温工程に含めても良い。さらに、排気中の燃料添加を採用しても良い。

また、フィルタに酸化触媒を担持せず、該フィルタの上流に酸化触媒を備えるようにしても良い。

本実施例では、フィルタ７が過熱しないように、ＰＭの堆積量を考慮して該フィルタ７の温度制御を行う。その他の構成については実施例１と同様なので、説明を省略する。

ここで、フィルタ７にＰＭが多く堆積しているときに、第１から第３の昇温工程が実施されると、排気の流量が低下されるので、該フィルタ７で発生した熱によりフィルタ７が過熱する虞がある。

そこで、本実施例では、（１）ＰＭの堆積量を算出し、このＰＭが酸化したとしてもフィルタ７が過熱しないような、前記第１から第３の昇温工程の実施を開始するときのフィルタ７の温度（以下、ＯＴ回避可能温度とする。）を算出する。（２）低負荷運転移行後、ＯＴ回避可能温度までは、フィルタ７の昇温制御を行わない。（３）フィルタ７の温度がＯＴ回避可能温度まで低下した後、実施例１による昇温制御、すなわち、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を同時期に実施する。このときに、副噴射の量
若しくは排気上死点近傍での燃料噴射量を調整して、フィルタ７の温度をＯＴ回避可能温度に維持する。これら燃料噴射量の調整は、排気温度センサ８により検出される排気の温度がＯＴ回避可能温度となるように、フィードバック制御により行う。

次に、本実施例による触媒温度維持制御のフローについて説明する。

図２は、本実施例による触媒温度維持制御のフローを示したフローチャート図である。本フローは、所定の時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、フィルタ７に堆積しているＰＭ量を算出する。

フィルタ７に堆積しているＰＭの量は、例えば、フィルタ７前後の差圧を検出する差圧センサを排気通路６に取り付けて、該差圧センサの検出値に応じたＰＭ量を予め実験等により求めておくことにより求めることができる。また、内燃機関１の運転状態（排気温度、燃料噴射量、機関回転数）に応じたＰＭ捕集量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＰＭ捕集量を積算してＰＭの堆積量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定しても良い。

ステップＳ１０２では、フィルタ７の再生が必要なほどＰＭが堆積しているか否か判定する。

これは、ステップＳ１０１で算出されたＰＭの堆積量（ＰＭ）が、フィルタ７の再生が必要とされる堆積量（ＰＭ_ＭＡＸ）よりも多いか否かにより判定される。

ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０３では、フィルタ７の昇温制御が行われる。

ここでは、フィルタ７の温度がＣＯ酸化活性温度、ＨＣ酸化活性温度、若しくはＰＭ酸化活性温度よりも低い場合があるので、第１の昇温工程、第２の昇温工程、第３の昇温工程を同時期に行う制御は行わない。従って、第１から第３の昇温工程を順に行うなどしてフィルタ７の温度をＰＭ酸化活性温度まで上昇させる。

ステップＳ１０４では、フィルタ７のＰＭ堆積量（ＰＭ）が、フィルタ７の再生が完了したとすることができるＰＭ堆積量（ＰＭ_ＭＩＮ）よりも多いか否か判定する。

フィルタ７のＰＭ堆積量（ＰＭ）は、例えば、フィルタ７の再生が行われた期間からＰＭの除去量を求め、ステップＳ１０１で算出されたＰＭ堆積量から、この除去量を減じて求めることができる。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０５では、内燃機関１の運転状態がアイドル状態であるか否か判定する。例えば、内燃機関１の回転数が規定の値以下であり、且つ、運転者がアクセルを全く踏んでいない状態である場合にアイドル状態であると判定される。

ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４に戻る。

ステップＳ１０６では、ＯＴ回避可能温度Ｔｏｔを算出する。ここでは、吸気絞り弁５を絞ったとしてもフィルタ７が過熱しない温度を、該フィルタ７に堆積したＰＭの量から算出する。ここで、ＰＭの堆積量とＯＴ回避可能温度との関係を予め実験等により求めマップ化しておいても良い。また、ＰＭの堆積量は、例えば、フィルタ７よりも上流と下流との排気の圧力差を検出し該圧力差に基づいて求めても良く、フィルタ７の再生が行われた時間から求めても良い。

ステップＳ１０７では、排気温度センサ８により検出される温度からフィルタ７の温度Ｔｆを得る。

ステップＳ１０８では、フィルタの温度ＴｆがＯＴ回避可能温度Ｔｏｔよりも低いか否か判定する。

ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１０９では、フィルタ７の昇温制御が行われる。

ここでは、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程の全てを同時期に行う。このときには、ステップＳ１０３での昇温制御によりフィルタ７の温度はＨＣ酸化活性温度以上とされている。そのため、第１から第３の昇温工程の全てを同時期に行ってもＣＯ及びＨＣの酸化が可能である。

ステップＳ１１０では、昇温制御が停止され、その後ステップＳ１０６へ戻る。

このようにして、フィルタ７の温度がＯＴ回避可能温度よりも低い場合に限り昇温制御を実施することにより、フィルタ７の温度をＯＴ回避可能温度で維持し、フィルタ７の過熱を抑制することができる。

なお、本実施例においては、ＯＴ回避可能温度は、例えば、５００℃程度の温度で一定としても良い。

本実施例では、フィルタ７が過熱しないように、ＰＭの堆積量を考慮して該フィルタ７の温度制御を行う。その他の構成については実施例１と同様なので、説明を省略する。また、実施例２では、ＯＴ回避可能温度に基づいて、フィルタ７の温度制御を行ったが、本実施例においては、第１から第３の昇温工程を同時期に行い排気の流量が減少したとしても、フィルタ７が過熱する虞のないときに限り該第１から第３の昇温工程を同時期に行う。

ここで、フィルタ７にＰＭが多く堆積しているときに、実施例１の第１の昇温工程によるフィルタ７の昇温が行われると、排気流量が低下され、フィルタ７が過熱する虞がある。

そこで、本実施例では、（１）ＰＭの堆積量を算出し、このＰＭが酸化したとしてもフィルタ７が過熱しないような排気の流量（以下、ＯＴ回避可能排気流量とする。）を算出する。実際の排気の流量が、このＯＴ回避可能排気流量以上のときには、第１から第３の昇温工程を同時期に実施しても、フィルタ７の過熱は起こらない。（２）低負荷運転移行後、ＯＴ回避可能排気流量がフィルタ７を通過する排気の流量よりも多い場合には、フィ
ルタ７の昇温制御を行わない。（３）ＯＴ回避可能排気流量がフィルタ７を通過する排気の流量まで低下した後、実施例１による昇温制御、すなわち、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を同時期に行う制御を実施する。

つまり、ＰＭの酸化によりフィルタ７の温度が上昇したとしても、排気の流量が多ければ、該フィルタ７の過熱を抑制することができる。また、フィルタ７の温度の上昇度合いは、該フィルタ７に堆積しているＰＭの量により異なる。そして、フィルタ７の再生が進み該フィルタ７に堆積しているＰＭの量が減少すれば、ＯＴ回避可能排気流量は低下する。ＯＴ回避可能排気流量が現時点での排気の流量以下まで低下した場合には、フィルタ７の過熱を抑制し得る量の排気が該フィルタ７を通過していることとなる。このような量の排気がフィルタ７を通過しているときに限り、第１から第３の昇温工程を同時期に行うようにすることで、フィルタ７の過熱を抑制することができる。

ここで、フィルタ７を通過する排気の流量は、吸気の流量を測定するエアフローメータ等により得ることができる。また、内燃機関１の回転数と負荷と排気の流量との関係を予め求めマップ化したものを用いても良い。

次に、本実施例による触媒通過排気流量制御のフローについて説明する。

図３は、本実施例による触媒通過排気流量制御のフローを示したフローチャート図である。本フローは、所定の時間毎に実行される。なお、図２に示すフローと同じ処理がなされるステップについては同じ番号を付し、説明を省略する。

ステップＳ２０６では、ＯＴ回避可能排気流量Ｑｏｔを算出する。ここでは、フィルタ７の再生開始からの経過時間から、該フィルタ７に残存するＰＭの量を求め、このＰＭが酸化したとしてもフィルタ７が過熱しないような排気の流量を算出する。フィルタ７に残存するＰＭの量と、ＯＴ回避可能排気流量Ｑｏｔとの関係は、予め求めマップ化しておいても良い。また、フィルタ７に残存するＰＭ量は、前記ステップＳ１０４と同様にして求めても良い。

ステップＳ２０７では、フィルタ７を通過する排気の流量Ｑａを求める。これは、前記したようにエアフローメータ等から得ることができる。

ステップＳ２０８では、ＯＴ回避可能排気流量Ｑｏｔがフィルタ７を通過する排気の流量Ｑａ以下であるか否か判定する。

ステップＳ２０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進む。

このようにして、ＯＴ回避可能排気流量がフィルタ７を通過する排気の流量以下のときに限り第１から第３の昇温工程を同時期に行い、フィルタ７の過熱を抑制しつつ、該フィルタ７の温度を維持することができる。

本実施例では、フィルタ７の再生中に該フィルタ７に付着したＨＣによる白煙の発生を抑制する。その他の構成については実施例１と同様なので、説明を省略する。

ここで、アイドル運転等の低負荷時に、実施例１で説明した昇温制御、すなわち、第１、２、３の昇温工程を同時期に行う昇温制御を連続して実施すると、フィルタ７において局所的にＨＣ酸化可能量よりもＨＣ供給量が上回り、ＨＣの供給量が過多となる結果、こ
のＨＣ供給過多となった箇所にＨＣが付着することがある。また、排気通路２の壁面にもＨＣが付着し得る。このＨＣの付着量が多くなると、アイドル運転後に加速が行われたときに、付着していたＨＣが一斉に脱離し、白煙が発生する虞がある。これは特に、フィルタ７の上流側や外周部等の温度が低い場所で起こり得る。

その点、本実施例においては、第１、２、３の昇温工程を同時期に行う昇温制御を断続的に実施する。

図４は、本実施例による昇温制御を行ったときのフィルタ７の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。

本実施例では、昇温制御を例えば１分行い、その後昇温制御を例えば２分停止する等予め設定した時間に基づいて制御を行っても良い。また、フィルタ７の温度が例えば６００℃となった場合に昇温制御を停止し、４００℃以下となった場合に昇温制御を実施する等フィルタ７の温度に基づいて制御を行っても良い。

このように、昇温制御を停止する期間を設けることにより、排気中のＨＣ濃度が低下され、前記昇温制御中にフィルタ７等に付着したＨＣが、この停止期間中に徐々に蒸発し、更には酸化されるので、白煙の発生を抑制することが可能となる。

本実施例では、実施例４と同様に、昇温制御の停止期間を設け、更に、この停止期間中にフィルタ７の温度が低下することを抑制するために、排気の流量を低減させる。この排気の流量の低減は、例えば、排気再循環（以下、ＥＧＲという。）、吸気絞り、排気絞り等により行う。その他の構成については実施例１と同様なので、説明を省略する。ここで、ＥＧＲを行うためには内燃機関１にＥＧＲ装置を備え、また、排気絞りを行う場合には、排気の流量を調整する排気絞り弁を排気通路２に備える。

ここで、ＥＧＲ、吸気絞り、排気絞り等を行うと、排気の流量が低下する。つまり、ＥＧＲは、排気を吸気通路へ再循環させるため、その分排気の流量が減少する。また、吸気絞りは、吸気絞り弁５により吸気の流量を減少させることであり、吸気の流量が減少するのに伴い排気の流量も減少する。さらに、排気絞りにより排気の流量が減少する。このように、排気の流量を減少させることにより、昇温制御停止中、すなわち通常のアイドル時に排出される温度の低い排気がフィルタ７を多く通過することを抑制し、フィルタ７の温度が低下することを抑制できる。従って、ＥＧＲ、吸気絞り、排気絞り等の他にもフィルタ７を通過する排気の流量を低減し得るものであれば本実施例において適用することができる。

図５は、本実施例による昇温制御を行ったときのフィルタ７の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。実線が本実施例による排気の流量を低減する制御を行った場合を示し、破線が本実施例による排気の流量を低減する制御を行わなかった場合、すなわち、実施例４による場合を示している。

このように、フィルタ７の温度低下を抑制し、さらに、昇温制御を停止する期間を長くすることができるので、フィルタ７の昇温に要する燃料を減少させることができ、燃費を向上させることができる。

尚、多気筒機関においては、燃料の燃焼供給を行わない気筒を設けて内燃機関を運転する減筒運転を行って排気の流量を低減させても良い。

実施例に係る内燃機関の触媒温度維持方法を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例２による触媒温度維持制御のフローを示したフローチャート図である 実施例３による触媒通過排気流量制御のフローを示したフローチャート図である。 実施例４による昇温制御を行ったときのフィルタの床温の時間推移を示したタイムチャート図である。 実施例５による昇温制御を行ったときのフィルタの床温の時間推移を示したタイムチャート図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
５ 吸気絞り弁
６ 排気通路
７ パティキュレートフィルタ
８ 排気温度センサ
９ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に備えられ触媒を担持したパティキュレートフィルタの温度を上昇若しくは維持する方法であって、
   少なくとも、前記内燃機関に吸入される吸気量を減少させることにより前記パティキュレートフィルタの温度を、一酸化炭素酸化活性温度まで上昇させ得る第１の昇温工程と、
   少なくとも、吸気行程での気筒内への燃料噴射により前記パティキュレートフィルタの温度を、炭化水素酸化活性温度まで上昇させ得る第２の昇温工程と、
   少なくとも、気筒内への主噴射の後に行う副噴射により前記パティキュレートフィルタの温度を、粒子状物質酸化活性温度まで上昇させ得る第３の昇温工程と、
   を同時期に実施する内燃機関の触媒温度維持方法。
2. 前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質が酸化され該パティキュレートフィルタの温度が上昇したとしても、該パティキュレートフィルタが過熱する温度までは上昇しないような該パティキュレートフィルタの昇温開始温度を求め、この温度以下のときに前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒温度維持方法。
3. 前記パティキュレートフィルタを通過する排気の流量が、該パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質が酸化され該パティキュレートフィルタの温度が上昇したとしても該パティキュレートフィルタが過熱する温度までは上昇しないような排気の流量以上のときに前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒温度維持方法。
4. 前記パティキュレートフィルタの温度が、前記炭化水素酸化活性温度と前記粒子状物質酸化活性温度との間となるように、前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を間欠的に実施することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒温度維持方法。
5. 前記第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程による前記パティキュレートフィルタの温度上昇を停止している間は、前記パティキュレートフィルタを通過する排気の流量を低減させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の触媒温度維持方法。
6. 前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去している途中で内燃機関が低負荷運転状態若しくはアイドル運転状態に移行した場合に、第１の昇温工程、第２の昇温工程、及び第３の昇温工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒温度維持方法。
7. 内燃機関の排気通路に備えられ触媒を担持したパティキュレートフィルタの温度を上昇若しくは維持する方法であって、
   少なくとも、前記内燃機関に吸入される吸気量を減少させる第１の昇温手段と、
   少なくとも、排気中のＣＯ濃度を５０００ｐ．ｐ．ｍ．以上とする第２の昇温手段と、
   少なくとも、排気中のＨＣ濃度を１００００ｐ．ｐ．ｍ．以上とする第３の昇温手段と、
   を同時期に実施する内燃機関の触媒温度維持方法。

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