JP2006161718A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路に酸化触媒とフィルタを直列に設けた内燃機関の排気浄化システムにおいて、酸化触媒の目詰まりをより正確に判定する。
【解決手段】 内燃機関の排気浄化システムにおいて、酸化能を有する酸化触媒と、酸化触媒の下流側に設けられ排気中の粒子状物質を捕集可能とするフィルタと、フィルタの上流側および下流側を流れる排気の温度を検出する温度検出手段と、酸化触媒に流れ込む排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段によって酸化触媒への排気に燃料が供給されフィルタの再生制御が行われているとき温度検出手段によって検出される上流側の排気温度と下流側の排気温度との温度差が所定値以上の場合、酸化触媒において目詰まりが発生していると判定する目詰まり判定手段と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、排気浄化を行う内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関において、排気中の粒子状物質が大気に放出されるのを防止するために、排気通路にフィルタが備えられ、そのフィルタによって粒子状物質の捕集が行われる。しかし、フィルタにおける粒子状物質の捕集量には限界容量が存在し、捕集量が過度に多くなると、排気通路における背圧が上昇し、内燃機関の機関負荷を上昇させる結果となる。

そこで、フィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去すべく、フィルタの上流側に酸化触媒を設け、酸化触媒で高温となった排気をフィルタに流し込むことで、フィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。この技術によると、フィルタの前後に排気温度を検出する温度センサを設け、その検出温度に基づいて、酸化触媒における発熱量が制御され、以て捕集された粒子状物質のより適正な酸化除去が図られる。
特公平７−１１１１２９号公報 特開２００４−６８６５１号公報

内燃機関の排気通路に酸化触媒とフィルタを直列に設けることで、排気中の粒子状物質の除去を行う場合、排気中の粒子状物質がフィルタに捕集されるだけではなく、その上流側に位置する酸化触媒の端面にも付着し酸化触媒が目詰まりを起こす可能性がある。酸化触媒が目詰まりを起こすと、酸化触媒において排気が有効に流れる断面積が減少するため、酸化触媒における排気流量が増加する。

その結果、酸化触媒でのＳＶが上昇し、酸化触媒での酸化反応によって発熱源となる排気中の燃料のすり抜け量が増加することになる。燃料のすり抜け量が増加すると、酸化触媒で十分な熱を発生させることが困難となるため、フィルタに流れ込む排気温度を十分に上昇させることが困難となり、以てフィルタに捕集された粒子状物質の酸化除去が円滑に行われない虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、排気通路に酸化触媒とフィルタを直列に設けた内燃機関の排気浄化システムにおいて、酸化触媒の目詰まりをより正確に判定するとともに、酸化触媒の目詰まりに起因する排気浄化システムに生じ得る不具合を回避することを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、フィルタに捕集された粒子状物質の酸化除去が行われているとき、即ち、酸化触媒での酸化熱の発生が行われているときの、フィルタに生じる温度勾配に着目した。それは、酸化触媒において目詰まりが発生すると、上述したようにフィルタに流れ込む排気温度を十分に上昇させることが困難となり、酸化触媒の下流に位置するフィルタの内部の温度勾配が大きくなるからである。

そこで、本発明は、内燃機関の排気浄化システムであって、内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集可能とするフィルタと、前記フィルタにおける上流側および下流側の
部位の温度を検出し、又は推定する温度検出手段と、前記酸化触媒に流れ込む排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段によって前記酸化触媒への排気に燃料が供給され前記フィルタの再生制御が行われているとき、前記温度検出手段によって検出される上流側の部位温度と下流側の部位温度との温度差が所定値を超える場合、前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定する目詰まり判定手段と、を備える。

上述の内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気通路において直列に設けられた酸化触媒とフィルタによって排気浄化、特に排気中の粒子状物質の浄化が行われる。具体的には、フィルタによって排気中の粒子状物質が捕集されることで、該粒子状物質が大気に放出されるのが回避される。そして、捕集された粒子状物質は、フィルタの再生制御において、燃料供給手段によって供給された燃料が酸化触媒で酸化されることで発生する酸化熱に曝されることで、酸化除去される。

ここで酸化触媒に粒子状物質等が付着して目詰まりを起こすと、燃料供給手段から排気中に供給された燃料が酸化触媒をすり抜ける確率が高くなり、酸化触媒で発生する酸化熱量が低下する。その結果、フィルタに流入する排気の排気温度は、酸化触媒に目詰まりが生じていないときと比べて低下し、以てフィルタの上流側部位の温度も低下する。一方で、酸化触媒をすり抜けた燃料は排気の流れによってフィルタの下流側の部位で、捕集された粒子状物質と酸化反応を起こし、フィルタの下流側部位の温度は、酸化触媒に目詰まりが生じていないときと同程度の温度となる。従って、フィルタから流出する排気温度については、酸化触媒に目詰まりが生じているか否かにかかわらず、排気温度には大きな変化は現れない。

以上をまとめると、フィルタの再生制御時において、フィルタの上流側の部位温度と下流側の部位温度との温度差は、酸化触媒の目詰まりの程度に応じて変動することが言える。即ち、酸化触媒の目詰まりが顕著になるに従い、フィルタに流入する排気温度が低下するため、フィルタの上流側の部位温度と下流側の部位温度との温度差は拡大する。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムが備える目詰まり判定手段は、この温度差に基づいて酸化触媒の目詰まりを判定する。尚、酸化触媒の目詰まりの判定基準となるフィルタの部位温度差の前記所定値は、実験等で予め酸化触媒とその目詰まりとの関係を測定し、決定してもよい。このようにフィルタの上流側の部位温度と下流側の部位温度との温度差に基づくことで、フィルタの上流側に位置する酸化触媒の目詰まりをより正確に判定することが可能となる。

ここで、酸化触媒において目詰まりが発生すると、フィルタに流れ込む排気温度が低下するのは上述したとおりである。そして、この目詰まりの状態で、通常のフィルタの再生制御を継続すると、該再生制御に不具合が生じる虞がある。そこで、上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記フィルタの部位温度に従って前記燃料供給手段による燃料供給がフィードバック制御されるとき前記目詰まり判定手段によって前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、該燃料供給のフィードバック制御が禁止されるようにしてもよい。

即ち、フィルタの各部位の温度に基づいて燃料供給手段による燃料供給量がフィードバック制御されている場合に、酸化触媒が目詰まりを起こすことで燃料が供給されているにもかかわらずフィルタに流入する排気温度が上昇しない。その結果、燃料供給手段による燃料供給量が更に増加され、酸化触媒が目詰まりを起こしていないときのフィードバック制御時よりも燃料を多量に消費する。場合によっては、供給燃料を十分に増量しても目的とする温度にフィルタ温度を到達させることが不可能となり、フィードバック制御が破綻する虞がある。そこで、目詰まり判定手段によって酸化触媒に目詰まりが発生していると
判定されるときは、該フィードバック制御を禁止して供給燃料の浪費を抑制することが可能となる。

また、上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記燃料供給手段による燃料供給が適正に行われているか否かを判定する燃料供給適正判定手段を、更に備える場合、前記目詰まり判定手段によって前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、前記燃料供給適正判定手段による判定が禁止されるようにしてもよい。

燃料供給適正判定手段は、フィルタの再生制御時に燃料供給手段による燃料供給が適正量で行われているか否かを判定する機能を有する。目詰まり判定手段によって酸化触媒において目詰まりが発生していると判定される場合、上述したようにフィルタに流入する排気温度が低下する。そのため燃料適正判定手段によって、燃料供給手段からの燃料供給量が減少し適正量の燃料がフィルタの再生制御のために供給されていないと、誤判定される虞がある。そこで、このような場合は、燃料供給適正判定手段による判定を禁止することで、誤判定による排気浄化システムの不具合発生を回避することが可能となる。

また、上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記フィルタの再生制御が行われているとき該フィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を、更に備える場合、前記目詰まり判定手段によって前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、前記堆積量推定手段は、前記温度検出手段によって検出又は推定される前記フィルタの下流側部位の温度に従って、該フィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定するようにしてもよい。

堆積量推定手段は、上述したように、フィルタの再生制御が行われているとき該フィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定する機能を有する。一般に、フィルタの内部には若干の温度勾配が存在するため、フィルタに堆積した粒子状物質が酸化除去されやすい箇所とされにくい箇所とが存在する。フィルタ内部の温度分布において温度が低い箇所ほど粒子状物質が酸化除去されにくいため、フィルタの再生制御を行う場合は、この温度が低い箇所を基準としてフィルタ温度を調整することで、フィルタでの粒子状物質の燃え残りを減らすことが可能となる。

しかし、目詰まり判定手段によって酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、上述したように、フィルタに流れ込む排気温度が低下するため、フィルタの上流側の部位の温度、即ち排気が流れ込む箇所の近傍の温度に基づいてフィルタの再生制御を行うと、フィルタ温度が上昇せずにフィルタの再生制御が長期化し、再生制御に要する燃料量が増大する虞がある。そこで、このような場合は、酸化触媒における目詰まりの有無にかかわらずフィルタ温度に大きな差が生じない、フィルタの下流側の部位の温度を基準として、粒子状物質の堆積量を推定し、フィルタの再生制御を行うことで、再生制御を適正な時間で行うことが可能となる。

また、上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記目詰まり判定手段によって前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、前記温度検出手段によって検出又は推定される前記フィルタの下流側部位の温度に従って、前記フィルタの再生制御における目標到達温度が設定されるようにしてもよい。

目詰まり判定手段によって酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、上述したように、フィルタに流れ込む排気温度が低下するため、フィルタの上流側の部位の温度に従ってフィルタ全体の温度上昇を行うと、酸化触媒における目詰まりの有無にかかわらずフィルタ温度に大きな差が生じない、フィルタの下流側の部位の温度が過度に上昇する虞がある。そこで、フィルタの下流側の部位に従ってフィルタの再生制御を行うこ
とで、フィルタの再生制御時にフィルタの温度が過度に昇温することを回避することが可能となる。

排気通路に酸化触媒とフィルタを直列に設けた内燃機関の排気浄化システムにおいて、酸化触媒の目詰まりをより正確に判定するとともに、酸化触媒の目詰まりに起因する排気浄化システムに生じ得る不具合を回避することが可能となる。

ここで、本発明に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、本発明に係る排気浄化システムが適用される内燃機関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。内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関である。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、所定圧に加圧された燃料を貯留する蓄圧室４と接続されている。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、吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して燃焼室に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。

また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。吸気管８の上流部には吸気管８を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ９が設けられ、更にその下流には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。

吸気絞り弁１０の上流側の吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。過給機１６はいわゆる可変容量型過給機であって、その内部に可動式のノズルベーンを有し、該ノズルベーンの開度を調整することで、過給機１６による過給圧が制御される。過給機１６より下流であって吸気絞り弁１０の上流の吸気管８には、過給機１６によって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。

また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、酸化機能を有する酸化触媒１４と、その下流側に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ１８が設けられている。また、酸化触媒１４の上流の排気管１３には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁１７が備えられている。

更に、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。

また、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（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種の
プログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、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の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０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からの燃料噴射時期および燃料噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に応じて、噴射弁毎に制御される。また、燃料添加弁１７も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。

更に、クランクポジションセンサ３０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の機関回転速度や、各気筒２におけるピストン位置等を検出する。更に、フィルタ１８の上流側（上流側）と下流側（下流側）にそれぞれ排気温度を検出する排気温度センサ３１、３２がそれぞれ設けられ、ＥＣＵ２０と電気的に接続されている。また、フィルタ１８を挟んで上流側の排気管１３内の排気圧と下流側の排気圧との差圧を検出する差圧センサ３３が設けられ、ＥＣＵ２０と電気的に接続されている。

このように構成される内燃機関１の排気浄化システムにおいては、フィルタ１８によって排気中の粒子状物質が捕集される。そして、フィルタ１８に捕集された粒子状物質量が増大すると内燃機関の機関負荷が上昇するため、捕集量が所定量を超えると燃料添加弁１７から排気へ燃料添加が行われる。そして、添加された燃料が酸化触媒１４によって酸化され、生じた酸化熱に捕集された粒子状物質が排気を介して曝されることで、捕集された粒子状物質の酸化除去（フィルタ１８の再生）が行われる。

ここで、排気中の粒子状物質はフィルタ１８のみならず酸化触媒１４の端面にも堆積する場合がある。酸化触媒１４に粒子状物質が堆積すると、酸化触媒１４において排気が流れる有効断面積が減少するため、酸化触媒１４での排気流速度が上昇する。従って、フィルタ１８の再生のために、燃料添加弁１７から排気に添加された燃料が、十分に酸化触媒１４によって酸化されず酸化触媒１４をすり抜ける可能性が高くなる。そのため、フィルタ１８の再生時にフィルタ１８に流れ込む排気温度が低下する。

図２には、酸化触媒１４に粒子状物質が堆積していない場合（線Ｌ１で表される）の酸化触媒１４とフィルタ１８の各部位との温度差と、酸化触媒１４に粒子状物質がある程度堆積している場合（線Ｌ２で表される）の該温度差が示される。上述したように、酸化触媒１４に粒子状物質が堆積すると、フィルタ１８に流入する排気温度が低下する。そして、酸化触媒１４をすり抜けた燃料がフィルタ１８の下流側（フィルタの出口側）で酸化する。その結果、図２の線Ｌ２で示すように、酸化触媒１４に粒子状物質が堆積すると、フィルタ１８においてフィルタ入口とフィルタ出口との温度勾配が大きくなる。

また、図３には、フィルタ１８の再生制御が行われているときのフィルタ各部位の温度推移が示されている。図３（ａ）は、フィルタ１８の上流側の部位の温度推移を表すグラフであり、該グラフ中の線Ｌ３は該部位の目標温度の推移を、即ち燃料添加弁１７からの燃料添加によって温度上昇が想定される該部位の温度推移を表しており、該グラフ中の線Ｌ４は酸化触媒１４において目詰まりが生じていない場合の該部位の実際の温度推移を表しており、該グラフ中の線Ｌ５は酸化触媒１４において目詰まりが生じている場合の該部位の実際の温度推移を表している。

このように、酸化触媒１４において目詰まりが生じていると、上述したように酸化触媒１４での酸化熱の発生量が低下するため、フィルタ１８に流れ込む排気温度が低下し、フィルタ１８の上流側部位の温度が十分に目標温度まで上昇しない。特に、排気が流れ込むフィルタ１８の上流側の部位では排気の流れによって温度上昇が鈍化する傾向が見られる
。その結果、図３（ａ）に示すように、酸化触媒１４に目詰まりが生じている場合と生じていない場合とでは、フィルタ１８の上流側の部位の温度推移は大きく異なる結果となる。

一方で、図３（ｂ）は、フィルタ１８の下流側の部位の温度推移を表すグラフであり、該グラフ中の線Ｌ６は酸化触媒１４において目詰まりが生じていない場合の該部位の実際の温度推移を表しており、該グラフ中の線Ｌ７は酸化触媒１４において目詰まりが生じている場合の該部位の実際の温度推移を表している。

図３（ｂ）に示すように、フィルタ１８の下流側の部位においては、酸化触媒１４に目詰まりが生じている場合と生じていない場合とでは温度上昇の立ち上がりは若干異なるものの、最終的に到達する温度はほぼ同一となる。これは、酸化触媒１４に目詰まりが生じている場合でも、酸化触媒１４をすり抜けた燃料がフィルタ１８で酸化されることで最終的に同程度の温度になるものと考えられる。

そこで、図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すフィルタ１８の各部位の温度推移から酸化触媒１４における目詰まりの有無を判定することが可能である。即ち、フィルタ１８の上流側の部位の温度に影響を与えるフィルタ１８に流入する排気温度とフィルタ１８の下流側の部位の温度が影響を与えるフィルタ１８から流出する排気温度とに着目することで、酸化触媒１４における目詰まりの判定が可能となる。

換言すると、酸化触媒１４に目詰まりが生じると、フィルタ１８に流入する排気温度は低下するものの、フィルタ１８下流側部位の温度は酸化触媒１４に目詰まりが生じない場合とほぼ同程度であることから、フィルタ１８から流出する排気温度は低下しにくい。これより、酸化触媒１４に目詰まりが生じると、フィルタ１８に流入する排気温度とフィルタ１８から流出する排気温度との温度差が拡大することになり、以て該温度差に基づいて酸化触媒１４における目詰まりの判定が可能となる。

ここで、図４に酸化触媒１４における目詰まりを判定するための制御（以下、「酸化触媒詰まり判定制御」という。）に関するフローチャートを示す。尚、本実施例における酸化触媒詰まり判定制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。

Ｓ１０１では、フィルタ１８の再生制御を実行すべきか否かが判定される。具体的には、差圧センサ３３の検出信号が所定圧力以上であるとフィルタ１８に捕集された粒子状物質を酸化除去すべく再生制御を実行すると判定する。フィルタ１８の再生制御を実行すると判定されるとＳ１０２へ進み、該再生制御を実行しないと判定されると本制御を終了する。

Ｓ１０２では、内燃機関１の運転状態が定常運転状態であるか否かが判定される。ここで、定常運転状態とは、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度に大きな変動がみられない運転状態をいい、例えば加速時や減速時以外の一定速運転状態やアイドル運転状態等が挙げられる。このように定常運転状態であるか否かを判定する理由は、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度が大きく変動すると、それとともに排気温度が変動するため、上述したフィルタ１８に流入する排気温度とフィルタ１８から流出する排気温度との温度差に基づいた酸化触媒１４の目詰まりの判定が困難となるからである。内燃機関１の運転状態が定常運転状態であると判定されるとＳ１０３へ進み、内燃機関１の運転状態が定常運転状態でないと判定されると本制御を終了する。

Ｓ１０３では、フィルタ１８の再生制御時の目標温度とフィルタ１８の排気の入口温度
との温度差が、所定温度ΔＴ１未満であるか否かが判定される。該目標温度は、フィルタ１８の再生制御時において、捕集された粒子状物質を酸化除去するために設定されるフィルタ１８の昇温すべき温度である。また、フィルタ１８の排気の入口温度は、排気温度センサ３１の検出温度に基づいて推定される。

このように該温度差が所定温度ΔＴ１未満であるか否かを判定する理由は、該温度差が大きいとき、即ち再生制御時に燃料添加弁１７から比較的多量の燃料が排気に添加されフィルタ１８の温度が急激に上昇するときは、上述したフィルタ１８に流入する排気温度とフィルタ１８から流出する排気温度との温度差に基づいた酸化触媒１４の目詰まりの判定において誤判定を引き起こす可能性があるからである。従って、所定温度ΔＴ１は、該判定における誤判定を引き起こす可能性があるフィルタ１８の、再生制御時の目標温度とフィルタ１８の排気の入口温度との温度差である。該温度差が所定温度ΔＴ１未満であるときは該誤判定の虞はないためＳ１０４へ進み、該温度差が所定温度ΔＴ１未満でないときは本制御を終了する。

Ｓ１０４では、フィルタ１８の排気の出口温度が所定温度Ｔ２未満であるか否かが判定される。フィルタ１８の排気の出口温度は、排気温度センサ３２の検出温度に基づいて推定される。このように排気の出口温度が所定温度Ｔ２未満であるか否かを判定する理由は、フィルタ１８において再生制御時に特に温度が上昇する部位である下流側の部位で過度に温度が上昇すると、上述したフィルタ１８に流入する排気温度とフィルタ１８から流出する排気温度との温度差に基づいた酸化触媒１４の目詰まりの判定において誤判定を引き起こす可能性があるからである。従って、所定温度Ｔ２は、フィルタ１８が過度に昇温したときのフィルタ１８の排気の出口温度である。フィルタ１８の排気の出口温度が所定温度Ｔ２未満であるときは該誤判定の虞はないためＳ１０５へ進み、フィルタ１８の排気の出口温度が所定温度Ｔ２未満でないときは本制御を終了する。

Ｓ１０５では、上述したフィルタ１８に流入する排気温度とフィルタ１８から流出する排気温度との温度差に基づいた酸化触媒１４の目詰まりの判定を行うべく、排気温度センサ３２の検出温度に基づいて推定されるフィルタ１８の排気の出口温度と、排気温度センサ３１の検出温度に基づいて推定されるフィルタ１８の排気の入口温度との温度差が所定温度ΔＴ３を超えているか否かが判定される。ここで、所定温度ΔＴ３は、酸化触媒１４に目詰まりが生じた際の該温度差を意味する。該温度差が所定温度ΔＴ３を超えていると判定されるとＳ１０６へ進み、温度差が所定温度ΔＴ３を超えていないと判定されると本制御を終了する。

Ｓ１０６では、Ｓ１０５での判定結果に基づいて、酸化触媒１４において目詰まりが生じていると判定される。Ｓ１０６の処理後、本制御を終了する。

本制御によると、酸化触媒１４の目詰まりに起因する排気温度の変化およびフィルタ１８の各部位の温度の変化に基づくことで、酸化触媒１４の目詰まりをより正確に判定することが可能となる。

ここで、酸化触媒１４において目詰まりが生じている状態でフィルタ１８の再生制御を行うと、該再生制御が正確に行われない虞がある。これは、酸化触媒１４の目詰まりが生じると燃料添加弁１７からの添加燃料の酸化が十分に行われないことに起因する。そこで、酸化触媒１４において目詰まりが生じている状態でのフィルタ１８の再生制御（以下、「フィルタ再生制御」という。）について、図５に基づいて説明する。

Ｓ２０１では、図４に示した酸化触媒詰まり判定制御を行うことで、酸化触媒１４が目詰まり状態にあるか否かが判定される。そして、本フィルタ再生制御においては、酸化触
媒１４に目詰まりがある場合とない場合とで、行われるフィルタ１８の再生制御が異なる。具体的には、酸化触媒１４が目詰まり状態にあると判定されるとＳ２０２からＳ２０７までの処理が行われ、酸化触媒１４が目詰まり状態にないと判定されるとＳ２０８からＳ２１４までの処理が行われる。

先ず、Ｓ２０１で酸化触媒１４が目詰まり状態にあると判定された場合のフィルタ１８の再生制御について説明する。Ｓ２０２では、フィルタ１８の下流側の部位の目標到達温度が算出される。この目標到達温度とは、フィルタ１８に捕集された粒子状物質を十分に酸化除去するために昇温されるフィルタ１８の到達温度である。この場合、再生制御においてフィルタ１８の下流側の部位を昇温の基準とする理由は、上述したように酸化触媒１４に目詰まりが生じるとフィルタ１８に流れ込む排気温度が低下し、フィルタ１８の上流側の部位の温度は十分に昇温されないため（図３（ａ）線Ｌ５を参照。）、該上流側の部位を基準とすると再生制御に要する時間が不要に長くなる虞があるからである。Ｓ２０２の処理が終了すると、Ｓ２０３へ進む。

Ｓ２０３では、燃料添加弁１７からの燃料添加量が算出される。このとき、燃料添加量は、Ｓ２０２で算出された目標到達温度と、排気温度センサ３２よって推定される現在のフィルタ１８の下流側の部位の温度との差に基づいたフィードバック制御は行われず、目標到達温度とフィルタ１８の下流側の部位の温度とをパラメータとする二次元マップに基づいて決定される。尚、二次元マップによっては、酸化触媒１４の目詰まりによって酸化熱が低下することが考慮された燃料添加量が算出される。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ２０４へ進む。

Ｓ２０４では、Ｓ２０３で算出された燃料添加量に基づいて、燃料添加弁１７から排気への燃料添加が行われる。これにより、フィルタ１８の昇温が行われ、捕集された粒子状物質の酸化除去が行われる。Ｓ２０４の処理が終了すると、Ｓ２０５へ進む。

Ｓ２０５では、フィルタ１８の下流側の部位の温度に基づいて、再生制御において酸化除去された粒子状物質（ＰＭ）量を考慮して、フィルタ１８に残存する粒子状物質量が算出される。ここで、フィルタ１８の下流側の部位の温度を該算出の基準とする理由は、上述したように酸化触媒１４に目詰まりが生じるとフィルタ１８に流れ込む排気温度が低下し、フィルタ１８の上流側の部位の温度は十分に昇温されないため、上流側の部位の温度に基づくと正確な粒子状物質の酸化除去量を算出することが困難となるからである。Ｓ２０５の処理が終了すると、Ｓ２０６へ進む。

Ｓ２０６では、Ｓ２０５で算出された粒子状物質の残存量が所定量ＰＭ０より少ないか否かが判定される。ここで、所定量ＰＭ０は、フィルタ１８の再生制御を終了すると判定するための閾値である。粒子状物質の残存量が所定量ＰＭ０より少ないと判定されると、Ｓ２０７へ進みフィルタ１８の再生制御を終了し、本制御を終える。粒子状物質の残存量が所定量ＰＭ０以上であると判定されると、Ｓ２０３以降の処理が繰り返される。

次に、Ｓ２０１で酸化触媒１４が目詰まり状態にないと判定された場合のフィルタ１８の再生制御、即ち通常の再生制御について説明する。Ｓ２０８では、フィルタ１８の上流側の部位の目標到達温度が算出される。この場合、再生制御においてフィルタ１８の上流側の部位を昇温の基準とする理由は、フィルタ１８の上流側の部位は排気が流れ込むため下流側の部位と比べて比較的温度が低いため、比較的温度が低くなる上流側の部位の温度を再生制御時の基準とすることで、フィルタ１８全体の温度を十分に上昇させることが可能となるからである。このとき、上述したような酸化触媒１４の目詰まりに起因する排気温度の低下は無いため、該上流側の部位を基準とすると再生制御に要する時間が不要に長くなる虞はない。Ｓ２０８の処理が終了すると、Ｓ２０９へ進む。

Ｓ２０９では、燃料添加弁１７からの燃料添加量が算出される。このとき、燃料添加量は、Ｓ２０３の処理と異なり、Ｓ２０８で算出された目標到達温度と、排気温度センサ３２よって推定される現在のフィルタ１８の上流側の部位の温度との差に基づいてフィードバック制御される。これは、上述したような酸化触媒１４の目詰まりに起因する排気温度の低下は無いため、フィードバック制御を行うことで燃料添加量が過度に増大する虞がないためである。Ｓ２０９の処理が終了すると、Ｓ２１０へ進む。

Ｓ２１０では、Ｓ２０９で算出された燃料添加量に基づいて、燃料添加弁１７から排気への燃料添加が行われる。これにより、フィルタ１８の昇温が行われ、捕集された粒子状物質の酸化除去が行われる。Ｓ２１０の処理が終了すると、Ｓ２１１へ進む。

Ｓ２１１では、フィルタ１８の上流側の部位の温度に基づいて、再生制御において酸化除去された粒子状物質（ＰＭ）量を考慮して、フィルタ１８に残存する粒子状物質量が算出される。ここで、Ｓ２０５と異なりフィルタ１８の上流側の部位の温度を該算出の基準とする理由は、上述したような酸化触媒１４の目詰まりに起因する排気温度の低下が無いため、上流側の部位の温度に基づいて正確な粒子状物質の酸化除去量を算出することが可能となり、且つＳ２０８、Ｓ２０９の処理との整合性を図るためである。Ｓ２１１の処理が終了すると、Ｓ２１２へ進む。

Ｓ２１２では、燃料添加弁１７の詰まり判定が行われる。具体的には、燃料添加弁１７からの添加量とフィルタ１８の上流側の部位の温度との関係、即ち燃料添加弁１７からの添加量と酸化触媒１４での酸化熱との関係から、排気に添加されるべき量の燃料が適正に添加されているか否かが判定される。ところで、本判定は、酸化触媒１４が目詰まり状態にある場合の処理（Ｓ２０２からＳ２０７）においては行われていない。これは、酸化触媒１４が目詰まり状態にある場合、酸化触媒１４が十分に添加燃料を酸化させることができないため、該判定を誤る可能性があるためである。Ｓ２１２の処理が終了すると、Ｓ２１３へ進む。

Ｓ２１３では、Ｓ２１１で算出された粒子状物質の残存量が所定量ＰＭ０より少ないか否かが判定される。粒子状物質の残存量が所定量ＰＭ０より少ないと判定されると、Ｓ２１４へ進みフィルタ１８の再生制御を終了し、本制御を終える。粒子状物質の残存量が所定量ＰＭ０以上であると判定されると、Ｓ２０９以降の処理が繰り返される。

本制御によると、酸化触媒１４が目詰まり状態にあるか否かで行われるフィルタの再生制御が異なる。即ち、酸化触媒１４が目詰まり状態にある場合は、原則的にフィルタ１８の下流側の部位の温度に基づいて各処理が行われるとともに、燃料添加量のフィードバック制御および燃料添加弁１７の詰まり判定が禁止される。これにより、フィルタ１８の再生制御に要する時間を可及的に短くすることが可能となるとともに、燃料添加の誤った制御や燃料添加弁１７の誤った詰まり判定を回避することが可能となる。

本発明の実施例に係る内燃機関およびその排気浄化システムの概略構成を表す図である。 本発明の第一実施例に係る内燃機関の排気浄化システムに設けられた酸化触媒とフィルタにおいて、酸化触媒の目詰まりによるフィルタの各部位の酸化触媒との温度差を示す図である。 本発明の第一実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいてフィルタの再生制御が行われときの、フィルタの上流側の部位におけるフィルタ温度の推移（図（ａ））と、フィルタの下流側の部位におけるフィルタ温度の推移（図（ｂ））である。 本発明の第一実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて行われる、酸化触媒の目詰まりを判定するための酸化触媒詰まり判定制御に関するフローチャートである。 本発明の第一実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて行われる、酸化触媒の目詰まりの有無に応じたフィルタの再生制御に関するフローチャートである。

符号の説明

１・・・・内燃機関
１３・・・・排気通路
１４・・・・酸化触媒
１７・・・・燃料添加弁
１８・・・・フィルタ
２０・・・・ＥＣＵ
３１・・・・排気温度センサ
３２・・・・排気温度センサ
３３・・・・差圧センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する酸化触媒と、
   前記酸化触媒の下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集可能とするフィルタと、
   前記フィルタにおける上流側および下流側の部位の温度を検出し、又は推定する温度検出手段と、
   前記酸化触媒に流れ込む排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、
   前記燃料供給手段によって前記酸化触媒への排気に燃料が供給され前記フィルタの再生制御が行われているとき、前記温度検出手段によって検出される上流側の部位温度と下流側の部位温度との温度差が所定値を超える場合、前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定する目詰まり判定手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記フィルタの部位温度に従って前記燃料供給手段による燃料供給がフィードバック制御されるとき前記目詰まり判定手段によって前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、該燃料供給のフィードバック制御が禁止され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。
3. 前記燃料供給手段による燃料供給が適正に行われているか否かを判定する燃料供給適正判定手段を、更に備え、
   前記目詰まり判定手段によって前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、前記燃料供給適正判定手段による判定が禁止され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。
4. 前記フィルタの再生制御が行われているとき該フィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を、更に備え、
   前記目詰まり判定手段によって前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、前記堆積量推定手段は、前記温度検出手段によって検出又は推定される前記フィルタの下流側部位の温度に従って、該フィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定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。
5. 前記目詰まり判定手段によって前記酸化触媒において目詰まりが発生していると判定されると、前記温度検出手段によって検出又は推定される前記フィルタの下流側部位の温度に従って、前記フィルタの再生制御における目標到達温度が設定され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。

Images