JP2006291824A - 内燃機関排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＭ再生制御用昇温処理を実行する際に排気浄化用フィルタの上流から排気系内に燃料を添加する内燃機関排気浄化装置にて、高濃度ＨＣの外部への排出を防止する。
【解決手段】 空燃比ＡＦ、算出空燃比ＡＦｃ、排気温度ｔｈｃｏに基づいて高濃度の未燃燃料排出を示すか否かを判定している（Ｓ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４）。そして高濃度未燃燃料が排出されると判断される場合には（Ｓ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４のいずれかで「ｎｏ」）、ＰＭ再生制御における添加１回当たりの燃料添加量を減少補正している（Ｓ１１６）。したがって高濃度のＨＣが排気浄化用フィルタの下流に排出される状況となると、直ちに添加１回当たりの燃料添加量が減少されるので、高濃度ＨＣの外部への排出を防止することができ、白煙の発生を確実に防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気濾過により堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタを備え、粒子状物質を酸化する際に、排気浄化用フィルタの上流から排気系内に燃料を添加することで排気浄化用フィルタに対して粒子状物質浄化用昇温処理を実行する内燃機関排気浄化装置に関する。

内燃機関、特にディーゼルエンジンでは、排気中に含まれる粒子状物質が大気中に放出されないように排気系に排気浄化用フィルタを配置する技術が用いられている。このような内燃機関では排気浄化用フィルタに堆積した粒子状物質を除去して再生する必要がある。このために或程度の粒子状物質が堆積すると燃料噴射状態を変更（遅延噴射）して排気浄化用フィルタを高温化することで粒子状物質を酸化させて浄化する技術が存在する。

このような遅延噴射の燃料は膨張行程にて燃焼するため、燃料全体が十分に燃焼しない。この結果、高濃度のＨＣ（炭化水素）が排気中に含まれることになるため、排気浄化用フィルタにおいても十分に燃焼できずに白煙などの問題を生じるおそれがある。

この白煙防止のためにグロープラグを利用して燃焼室内を加熱することで燃料の霧化を促進して遅延噴射された燃料全体に火炎が伝播するようにし、高濃度のＨＣが排気中に排出されるのを防止する技術が存在する（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２２５５７９号公報（第６−７頁、図２−３）

しかし排気浄化用フィルタに対して排気系に設けた添加弁から燃料を供給して燃焼させることで触媒床温を高温化させる内燃機関排気浄化装置の場合には、燃焼室内にあるグロープラグでは添加燃料を直接加熱できないため添加燃料の霧化を促進することはできない。このためにエミッション上の問題を生じることがある。

例えば、内燃機関の運転状態により、排気浄化用フィルタの再生制御中に急激に燃料噴射量が増加する場合がある。この場合には燃焼室から排出される排気は特に低酸素濃度状態となる。このような低酸素濃度状態の排気中に燃料添加が行われると、通常の燃料添加の場合よりも、添加燃料によるＨＣ濃度は酸素濃度に対して相対的に高濃度側にバランスがくずれる。

しかし上述したごとく添加燃料の霧化をグロープラグでは促進できないので、排気浄化用フィルタ内で十分に添加燃料を燃焼することができない状態となることがあり、このために高濃度のＨＣが排気浄化用フィルタの下流に排出されて、白煙などの問題を生じるおそれがある。

本発明は粒子状物質浄化用昇温処理を実行する際に排気浄化用フィルタの上流から排気系内に燃料を添加する内燃機関排気浄化装置において、高濃度ＨＣの外部への排出を防止することを目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関排気浄化装置は、排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタを備え、粒子状物質を酸化する際に、前記排気浄化用フィルタの上流から排気系内に燃料を添加することで前記排気浄化用フィルタに対して粒子状物質浄化用昇温処理を実行する内燃機関排気浄化装置であって、前記排気浄化用フィルタの下流の排気中に存在する未燃燃料の濃度を反映する物理量、又は前記未燃燃料の濃度に影響する物理量を検出する未燃燃料濃度物理量検出手段と、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記未燃燃料濃度物理量検出手段にて検出された物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合には、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させる添加燃料濃度低減手段とを備えたことを特徴とする。

このように添加燃料濃度低減手段は前記物理量に基づいて高濃度の未燃燃料の排出を示すか否かを判定して、高濃度未燃燃料が排出されると判断した場合には、粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させている。したがって粒子状物質浄化用昇温処理中に急激に燃料噴射量が増加するなどにより、排気浄化用フィルタ内で十分に添加燃料を燃焼することができずに高濃度のＨＣが排気浄化用フィルタの下流に排出される状態になったとしても、直ちに添加による燃料濃度を低下できるので高濃度ＨＣの排出を抑制できる。

このようにして粒子状物質浄化用昇温処理を実行する際に排気浄化用フィルタの上流から排気系内に燃料を添加する内燃機関排気浄化装置において、高濃度ＨＣの外部への排出を防止することができる。この結果、白煙等の発生も未然に防止することができる。

請求項２に記載の内燃機関排気浄化装置では、請求項１において、前記粒子状物質浄化用昇温処理における燃料添加は複数回の添加に分けて周期的に行われると共に、前記添加燃料濃度低減手段は各回の燃料添加量を減少させることにより前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする。

このように周期的に添加される場合には、各回の燃料添加量を減少させることにより添加による燃料濃度を効果的に低下させることができる。こうして高濃度ＨＣの外部への排出を防止でき、白煙等の発生も未然に防止することができる。

請求項３に記載の内燃機関排気浄化装置では、請求項１又は２において、前記未燃燃料濃度物理量検出手段は、排気系において燃料添加位置よりも下流での排気の空燃比を前記物理量として検出する空燃比検出手段であり、前記添加燃料濃度低減手段は、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記空燃比検出手段にて検出された空燃比が、燃料の高濃度状態を判断するための基準空燃比よりも小さい場合を前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする。

このように前記物理量は燃料添加位置よりも下流での排気の空燃比を用いても良い。この空燃比が基準空燃比よりも小さい場合には高濃度の未燃燃料の排出を示すと考えられることから、添加による燃料濃度を低下させることにより、高濃度ＨＣの外部への排出を防止することができる。この結果、白煙等の発生も未然に防止することができる。

請求項４に記載の内燃機関排気浄化装置では、請求項１又は２において、前記未燃燃料濃度物理量検出手段は、内燃機関にて燃焼される燃料量、排気系において添加される燃料量、及び内燃機関の吸入空気量に基づく空燃比計算により排気の空燃比を前記物理量として検出する空燃比検出手段であり、前記添加燃料濃度低減手段は、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記空燃比検出手段にて検出された空燃比が、燃料の高濃度状態を判断するための基準空燃比よりも小さい場合を前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする。

このように前記物理量は、内燃機関にて燃焼される燃料量、排気系において添加される燃料量、及び内燃機関の吸入空気量に基づいて算出した排気の空燃比を用いても良い。このことによっても高濃度の未燃燃料の排出を判定でき、添加による燃料濃度を低下させることにより、高濃度ＨＣの外部への排出を防止することができる。この結果、白煙等の発生も未然に防止することができる。

請求項５に記載の内燃機関排気浄化装置では、請求項３又は４において、前記未燃燃料濃度物理量検出手段は、前記空燃比検出手段に加えて、前記排気浄化用フィルタの触媒床温を検出する触媒床温検出手段を有し、前記添加燃料濃度低減手段は、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記空燃比検出手段にて検出された空燃比が前記基準空燃比よりも小さく、かつ前記触媒床温検出手段にて検出された触媒床温が酸化触媒反応低下を判断するための基準温度よりも低い場合を、前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする。

前述した空燃比に加えて、更に触媒床温を判断対象に含めても良い。触媒床温が低い場合には、酸化触媒反応自体が低下して、排気浄化用フィルタ内において燃料の酸化による消化が困難となる。したがって空燃比が基準空燃比よりも小さく、かつ触媒床温が基準温度よりも低い場合に、高濃度の未燃燃料の排出を示す状態であるとして粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることで、高濃度ＨＣの外部への排出を防止することができる。この結果、より白煙発生の確実性の高い領域に限って燃料添加量を減少できるので、粒子状物質浄化用昇温処理を効率的に早期に処理できる。

請求項６に記載の内燃機関排気浄化装置では、請求項１又は２において、前記未燃燃料濃度物理量検出手段は、前記排気浄化用フィルタの触媒床温を前記物理量として検出する触媒床温検出手段であり、前記添加燃料濃度低減手段は、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記触媒床温検出手段にて検出された触媒床温が酸化触媒反応低下を判断するための基準温度よりも低い場合を前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする。

前記物理量としては、排気浄化用フィルタの触媒床温を用いても良い。前述したごとく触媒床温が低い場合には、酸化触媒反応自体が低下して排気浄化用フィルタ内において燃料の酸化による消化が困難となる。したがって触媒床温が基準温度よりも低い場合に、高濃度の未燃燃料の排出を示す状態であるとして粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることで、高濃度ＨＣの外部への排出を防止することができる。この結果、白煙等の発生も未然に防止することができる。

請求項７に記載の内燃機関排気浄化装置では、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記添加燃料濃度低減手段は、未燃燃料濃度が白煙を排出しない範囲から逸脱する場合を、前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合としていることを特徴とする。

このように設定することにより、添加による燃料濃度を低下する処理にて確実に白煙を防止することが可能となる。
請求項８に記載の内燃機関排気浄化装置では、請求項１〜７のいずれかにおいて、排気系内において燃料を添加する位置よりも下流に排気タービンを配置したターボチャージャーを備えた内燃機関に適用されていることを特徴とする。

特に燃料が添加された排気が、ターボチャージャーの排気タービンを通過する際には、霧化状態に悪影響を及ぼし、その後、通過する排気浄化用フィルタ内での酸化触媒反応による浄化率が低下する。したがって、このようにターボチャージャーを配置した内燃機関に、前述した構成の内燃機関排気浄化装置を適用することで、高濃度ＨＣの外部への排出防止について顕著な効果を生じさせることができる。この結果、白煙等の発生も顕著に防止することができる。

［実施の形態１］
図１は上述した発明が適用された車両用ディーゼルエンジンと内燃機関排気浄化装置の機能を果たすシステムとの概略を表す構成説明図である。尚、本発明は希薄燃焼式ガソリンエンジンなどについて同様な触媒構成を採用した場合においても適用できる。

ディーゼルエンジン２は、複数気筒、ここでは４気筒＃１，＃２，＃３，＃４からなる。尚、他の気筒数でも良い。各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は吸気弁６にて開閉される吸気ポート８及び吸気マニホールド１０を介してサージタンク１２に連結されている。そしてサージタンク１２は、吸気通路１３を介して、インタークーラ１４に連結され、更に過給機、ここでは排気ターボチャージャ１６に設けられたコンプレッサ１６ａの出口側に連結されている。コンプレッサ１６ａの入口側はエアクリーナ１８に連結されている。サージタンク１２には、排気再循環（以下、「ＥＧＲ」と称する）経路２０のＥＧＲガス供給口２０ａが開口している。そしてサージタンク１２とインタークーラ１４との間の吸気通路１３には、スロットル弁２２が配置され、コンプレッサ１６ａとエアクリーナ１８との間には吸入空気量センサ２４及び吸気温センサ２６が配置されている。

各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は排気弁２８にて開閉される排気ポート３０及び排気マニホールド３２を介して排気ターボチャージャ１６の排気タービン１６ｂの入口側に連結され、排気タービン１６ｂの出口側は排気通路３４に接続されている。尚、排気タービン１６ｂは排気マニホールド３２において第４気筒＃４側から排気を導入している。

この排気通路３４には、排気浄化触媒が収納されている３つの触媒コンバータ３６，３８，４０が配置されている。最上流の第１触媒コンバータ３６にはＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａが収納されている。ディーゼルエンジン２の通常の運転時において排気が酸化雰囲気（リーン）にある時には、ＮＯｘはこのＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａに吸蔵される。そして還元雰囲気（ストイキあるいはストイキよりも低い空燃比）ではＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａに吸蔵されたＮＯｘがＮＯとして離脱しＨＣやＣＯにより還元される。このことによりＮＯｘの浄化を行っている。

そして２番目に配置された第２触媒コンバータ３８にはモノリス構造に形成された壁部を有するフィルタ３８ａ（排気浄化用フィルタに相当）が収納され、この壁部の微小孔を排気が通過するように構成されている。このフィルタ３８ａの微小孔表面にはコーティングにてＮＯｘ吸蔵還元触媒の層が形成されているので、排気浄化触媒として機能し前述したごとくにＮＯｘの浄化が行われる。更にフィルタ壁部には排気中の粒子状物質（以下「ＰＭ」と称する）が捕捉されて堆積する。この堆積したＰＭは、高温の酸化雰囲気とすることで、ＮＯｘ吸蔵時に発生する活性酸素によりＰＭの酸化が開始されると共に、更に周囲の過剰酸素によりＰＭ全体が酸化される。このことによりＮＯｘの浄化と共にＰＭの酸化による浄化を実行している。尚、ここでは第１触媒コンバータ３６と第２触媒コンバータ３８とは一体化された構成で形成されている。

最下流の第３触媒コンバータ４０は、酸化触媒４０ａが収納され、ここではＨＣやＣＯが酸化されて浄化される。
尚、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａとフィルタ３８ａとの間には第１排気温センサ４４が配置されている。又、フィルタ３８ａと酸化触媒４０ａとの間において、フィルタ３８ａの近くには第２排気温センサ４６が、酸化触媒４０ａの近くには空燃比センサ４８が配置されている。

上記空燃比センサ４８は、ここでは固体電解質を利用したものであり、排気成分に基づいて排気の空燃比を検出し、空燃比に比例した電圧信号をリニアに出力するセンサである。又、第１排気温センサ４４と第２排気温センサ４６とはそれぞれの位置で排気温度ｔｈｃｉ，ｔｈｃｏを検出するものである。

フィルタ３８ａの上流側と下流側には差圧センサ５０の配管がそれぞれ設けられ、差圧センサ５０はフィルタ３８ａの目詰まりの程度、すなわちＰＭの堆積度合を検出するためにフィルタ３８ａの上下流での差圧ΔＰを検出している。

尚、排気マニホールド３２には、ＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス吸入口２０ｂが開口している。このＥＧＲガス吸入口２０ｂは第１気筒＃１側で開口しており、排気タービン１６ｂが排気を導入している第４気筒＃４側とは反対側である。

ＥＧＲ経路２０の途中にはＥＧＲガス吸入口２０ｂ側から、ＥＧＲガスを改質するための鉄系ＥＧＲ触媒５２が配置され、更にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。尚、ＥＧＲ触媒５２はＥＧＲクーラ５４の詰まりを防止する機能も有している。そしてＥＧＲガス供給口２０ａ側にはＥＧＲ弁５６が配置されている。このＥＧＲ弁５６の開度調節によりＥＧＲガス供給口２０ａから吸気系へのＥＧＲガス供給量の調節が可能となる。

各気筒＃１〜＃４に配置されて、各燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５８は、燃料供給管５８ａを介してコモンレール６０に連結されている。このコモンレール６０内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ６２から燃料が供給され、燃料ポンプ６２からコモンレール６０内に供給された高圧燃料は各燃料供給管５８ａを介して各燃料噴射弁５８に分配供給される。尚、コモンレール６０には燃料圧力を検出するための燃料圧センサ６４が取り付けられている。

更に、燃料ポンプ６２からは別途、低圧燃料が燃料供給管６６を介して添加弁６８に供給されている。この添加弁６８は第４気筒＃４の排気ポート３０に設けられて、排気タービン１６ｂ側に向けて燃料を噴射することにより排気中に燃料添加するものである。この燃料添加により後述する触媒制御モードが実行される。

電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと、各種装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてＥＣＵ７０は前述した吸入空気量センサ２４、吸気温センサ２６、第１排気温センサ４４、第２排気温センサ４６、空燃比センサ４８、差圧センサ５０、ＥＧＲ弁５６内のＥＧＲ開度センサ、燃料圧センサ６４及びスロットル開度センサ２２ａの信号を読み込んでいる。更にアクセルペダル７２の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ７４、及びディーゼルエンジン２の冷却水温ＴＨＷを検出する冷却水温センサ７６から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸７８の回転数ＮＥ（ｒｐｍ）を検出するエンジン回転数センサ８０、クランク軸７８の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ８２から信号を読み込んでいる。

そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態に基づいて、ＥＣＵ７０は燃料噴射弁５８による燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御を実行する。更にＥＧＲ弁５６の開度制御、モータ２２ｂによるスロットル開度制御、燃料ポンプ６２の吐出量制御、及び添加弁６８の開弁制御により後述するＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御あるいはＮＯｘ還元制御といった触媒制御やその他の各処理を実行する。

ＥＣＵ７０が実行する燃焼モード制御としては、通常燃焼モードと低温燃焼モードとの２種類から選択した燃焼モードを、運転状態に応じて実行する。ここで低温燃焼モードとは、低温燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップを用いて大量の排気再循環量により燃焼温度の上昇を緩慢にしてＮＯｘとスモークとを同時低減させる燃焼モードである。この低温燃焼モードは、低負荷低中回転領域にて実行し、空燃比センサ４８が検出する空燃比ＡＦに基づいてスロットル開度ＴＡの調節による空燃比フィードバック制御がなされている。これ以外の燃焼モードが、通常燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップを用いて通常のＥＧＲ制御（ＥＧＲしない場合も含める）を実行する通常燃焼モードである。

そして排気浄化触媒に対する触媒制御を実行する触媒制御モードとしては、ＰＭ再生制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、ＮＯｘ還元制御モード及び通常制御モードの４種類のモードが存在する。

ＰＭ再生制御モードとは、ＰＭの推定堆積量がＰＭ再生基準値に到達すると、特に第２触媒コンバータ３８内のフィルタ３８ａに堆積しているＰＭを高温化により前述したごとく燃焼させてＣＯ2とＨ2Ｏにして排出するＰＭ浄化用昇温処理を実行するモードである。このモードでは、ストイキ(理論空燃比)よりも高い空燃比状態で添加弁６８からの燃料添加を周期的に実行して触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）するが、更に燃料噴射弁５８による膨張行程あるいは排気行程における燃焼室４内への燃料噴射であるアフター噴射を加える場合がある。

尚、ＰＭ再生制御モード内において間欠添加処理によるバーンアップ型昇温処理を実行しても良い。この間欠添加処理は、添加弁６８からの間欠的な燃料添加により空燃比をストイキ又はストイキよりもわずかに低い空燃比とする空燃比低下処理を、全く燃料添加しない期間を間に置いて行う。ここではストイキよりもわずかに低い空燃比とするリッチ化を行っている。この処理においても燃料噴射弁５８によるアフター噴射を加える場合がある。このことにより、ＰＭの焼き尽くし（バーンアップ）作用を生じさせて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａの前端面のＰＭ詰まりを解消したり、フィルタ３８ａ内に堆積したＰＭを焼き尽くす処理を行う。

Ｓ被毒回復制御モードとは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａがＳ被毒してＮＯｘ吸蔵能力が低下した場合にＳ成分を放出させてＳ被毒から回復させるモードである。このモードでは、添加弁６８から燃料添加を繰り返して触媒床温を高温化（例えば６５０℃）する昇温処理を実行し、更に添加弁６８からの間欠的な燃料添加により空燃比をストイキ又はストイキよりもわずかに低い空燃比とする空燃比低下処理を行う。ここではストイキよりもわずかに低い空燃比とするリッチ化を行っている。このモードも燃料噴射弁５８によるアフター噴射を加える場合がある。

ＮＯｘ還元制御モードとは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａに吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ2、ＣＯ2及びＨ2Ｏに還元して放出するモードである。このモードでは、添加弁６８からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加により、触媒床温は比較的低温（例えば２５０〜５００℃）で空燃比をストイキ又はストイキよりも低下させる処理を行う。

尚、これら３つの触媒制御モード以外の状態が通常制御モードとなり、この通常制御モードでは添加弁６８からの燃料添加や燃料噴射弁５８によるアフター噴射はなされない。
次に図２に、ＥＣＵ７０により実行される高濃度ＨＣ排出防止処理のフローチャートを示す。本処理は一定の時間周期で割り込み実行される処理である。なお個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

高濃度ＨＣ排出防止処理が開始されると、まずＰＭ再生制御中か否かが判定される（Ｓ１０２）。ＰＭ再生制御中でなければ（Ｓ１０２で「ｎｏ」）、添加１回当たりの燃料添加量に対する減量補正を解除して（Ｓ１１８）、一旦本処理を終了する。この減量補正解除処理は、直前まで後述する燃料添加量減量補正処理（Ｓ１１６）による減量補正が継続していた場合に、その減量補正を解除するものである。減量補正中でなければ、ステップＳ１１８では特に処理はなされない。

ＰＭ再生制御中であれば（Ｓ１０２で「ｙｅｓ」）、次に燃料添加条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１０４）。例えばＰＭ再生制御時に添加弁６８から添加される燃料の一部が排気系に付着して堆積する場合があり、加速運転などにより急に排気流量が増加するような場合には堆積した燃料が急速に蒸発して添加燃料に加わるおそれがある。これを防止するために一時的に燃料添加を禁止する処理がなされる場合がある。したがって、このような処理等のために燃料添加条件が成立していない場合がある。このように燃料添加条件が不成立な場合には（Ｓ１０４で「ｎｏ」）、燃料添加が行われていないので、このまま一旦本処理を終了する。

燃料添加条件が成立していれば（Ｓ１０４で「ｙｅｓ」）、次に後述する燃料添加量減量補正処理（Ｓ１１６）による減量補正が実行中でないか否かが判定される（Ｓ１０６）。ここで減量補正中でなければ（Ｓ１０６で「ｙｅｓ」）、次に式１に示すごとく、吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）、燃料噴射量Ｆｉｎｊ（ｇ／ｓ）、及び燃料添加量Ｆａｄｄ（ｇ／ｓ）により、計算上で触媒コンバータ３６，３８側へ流れ込む排気の算出空燃比ＡＦｃを求める（Ｓ１０８）。

［式１］ ＡＦｃ ← ＧＡ／（Ｆｉｎｊ ＋ Ｆａｄｄ）
吸入空気量ＧＡは吸入空気量センサ２４の検出値、燃料噴射量Ｆｉｎｊは燃料噴射弁５８から噴射される燃料量、及び燃料添加量Ｆａｄｄは添加弁６８から排気に添加される燃料量である。尚、燃料噴射量Ｆｉｎｊ及び燃料添加量Ｆａｄｄは、燃料噴射制御上及び燃料添加制御上、目標値として設定されている燃料量の値を、燃料圧力を考慮して単位時間当たりの噴射量及び添加量に換算したものである。

次に現在、空燃比センサ４８で検出されている空燃比ＡＦの値が、基準空燃比ＡＦｘ以上か否かが設定される（Ｓ１１０）。この基準空燃比ＡＦｘは、ＰＭ再生制御中において周期的に燃料添加がなされている時に、燃料の高濃度状態を判断するための値であり、ここでは空燃比センサ４８にて検出される空燃比の内で、白煙を生じることがない範囲の下限値を設定している。

したがって実測した空燃比ＡＦがこの基準空燃比ＡＦｘ以上であれば、フィルタ３８ａから流出する排気は白煙を生じない空燃比、すなわち白煙を生じないＨＣ濃度以下になっていることを示している。

ＡＦ≧ＡＦｘであれば（Ｓ１１０で「ｙｅｓ」）、次に前述したごとく算出した算出空燃比ＡＦｃが基準空燃比ＡＦｘ以上か否かが設定される（Ｓ１１２）。
計算上の空燃比である算出空燃比ＡＦｃも基準空燃比ＡＦｘ以上であれば（Ｓ１１２で「ｙｅｓ」）、次に現在、第２排気温センサ４６にて検出されているフィルタ３８ａ下流直下の排気温度ｔｈｃｏが基準温度ＴＨｘ以上か否かが判定される（Ｓ１１４）。この基準温度ＴＨｘは、ＰＭ再生制御中において周期的に燃料添加がなされている時に、酸化触媒反応低下を判断するための触媒床温基準温度である。ここでは第２排気温センサ４６にて検出される排気温度ｔｈｃｏに対する基準温度であり、フィルタ３８ａの触媒活性が高いことにより燃料の消化（浄化）が進んで白煙を生じることがない下限の触媒床温を設定している。

したがって実測した排気温度ｔｈｃｏがこの基準温度ＴＨｘ以上であれば、フィルタ３８ａ内での触媒活性が十分に高く、燃料が十分に消化されて、排気は外部に排出されても白煙を生じないＨＣ濃度以下になっていることを示している。

ここで排気温度ｔｈｃｏが基準温度ＴＨｘ以上であれば（Ｓ１１４で「ｙｅｓ」）、このまま一旦本処理を終了する。したがって前述したステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４の全てが「ｙｅｓ」であれば、燃料添加量の減量補正は行われない。

前述したステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４の１つが「ｎｏ」であれば、すなわちＡＦ≧ＡＦｘ、ＡＦｃ≧ＡＦｘ、ｔｈｃｏ≧ＴＨｘのいずれかの条件が不成立であると、燃料添加量減量補正処理（Ｓ１１６）が実行される。

この燃料添加量減量補正処理では、添加１回当たりの燃料添加量に対して減量補正が実行される。具体的には通常のＰＭ再生制御用として設定された添加１回当たりの燃料添加量より小さい値として予め設定している白煙対策時燃料添加量を添加１回当たりの目標添加燃料量として用いる。又は、通常時の添加１回当たりの燃料添加量と予め設定した減量係数Ｋｄｅｌ（＜１）との積、あるいは通常時の添加１回当たりの燃料添加量から予め設定した一定量（＜添加１回当たりの燃料添加量）を減算した値を、添加１回当たりの目標添加燃料量として用いる。

このことにより以後、継続しているＰＭ再生制御においては、通常のＰＭ再生制御に比較して各回の添加において少ない燃料添加量にてＰＭ再生が実行されることになる。この結果、個々のＰＭ再生期間は延びることになる。

そして高濃度ＨＣ排出防止処理（図２）の次の制御周期においては、ステップＳ１０２，Ｓ１０４にて「ｙｅｓ」と判定されても減量補正中であることから（Ｓ１０６で「ｎｏ」）、再度、ステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４の判定が実行されることはない。

この後、ＰＭ再生制御が終了すれば（Ｓ１０２で「ｎｏ」）、添加１回当たりの燃料添加量に対して行われていた減量補正の解除がなされて（Ｓ１１８）、本処理を一旦終了する。以後は、次のＰＭ再生制御が開始されない限り、ステップＳ１０２で「ｎｏ」と判定される処理が継続する。再度、ＰＭ再生制御が開始されれば（Ｓ１０２で「ｙｅｓ」）、上述した処理が繰り返される。

図３は算出空燃比ＡＦｃが基準空燃比ＡＦｘより小さくなった場合の制御例を示すタイミングチャートである。ＡＦｃ＜ＡＦｘとなることにより（Ｓ１１２で「ｎｏ」）、添加１回当たりの燃料添加量を減量している（Ｓ１１６：ｔ０）。このことにより算出空燃比ＡＦｃと更に実測した空燃比ＡＦとが上昇して、外部への高濃度ＨＣの排出による白煙発生を防止している。

図４は排気温度ｔｈｃｏが基準温度ＴＨｘより低くなった場合の制御例を示すタイミングチャートである。ｔｈｃｏ＜ＴＨｘとなることにより（Ｓ１１４で「ｎｏ」）、添加１回当たりの燃料添加量を減量している（Ｓ１１６：ｔ１０）。このことにより算出空燃比ＡＦｃと実測の空燃比ＡＦとが上昇して、外部への高濃度ＨＣの排出による白煙発生を防止している。

上述した構成において、請求項との関係は次のごとくである。すなわち、ＥＣＵ７０が未燃燃料濃度物理量検出手段、添加燃料濃度低減手段及び空燃比検出手段に相当し、空燃比センサ４８が空燃比検出手段に相当し、第２排気温センサ４６が触媒床温検出手段に相当する。高濃度ＨＣ排出防止処理（図２）のステップＳ１０８の処理が空燃比検出手段としての処理に相当し、ステップＳ１０８以外の処理が添加燃料濃度低減手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．高濃度ＨＣ排出防止処理（図２）のステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４の判定により、各物理量（空燃比ＡＦ、算出空燃比ＡＦｃ、触媒床温に相当する排気温度ｔｈｃｏ）に基づいて高濃度の未燃燃料の排出を示すか否かを判定している。そして、高濃度未燃燃料が排出されると判断される場合には（Ｓ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４のいずれかで「ｎｏ」）、ＰＭ再生制御（粒子状物質浄化用昇温処理に相当）における添加１回当たりの燃料添加量を減少補正している（Ｓ１１６）。

したがって、例えばＰＭ再生制御中に急激に燃料噴射量Ｆｉｎｊが増加することで排気が低酸素濃度化してフィルタ３８ａ内で十分に添加燃料を燃焼することができずに高濃度のＨＣがフィルタ３８ａの下流に排出される状況となると、直ちに添加１回当たりの燃料添加量が減少される。このため高濃度ＨＣの外部への排出を防止することができる。

特に、各判定（Ｓ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４）においては、未燃燃料濃度が白煙を排出しない範囲（基準空燃比ＡＦｘ以上の範囲、基準温度ＴＨｘ以上の範囲）から逸脱する場合を、高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして添加１回当たりの燃料添加量を減量している。このため特に白煙の発生を確実に防止することができる。

（ロ）．排気系において添加弁６８による添加位置よりも下流に排気ターボチャージャ１６の排気タービン１６ｂを配置している。このため添加弁６８から燃料添加された排気は、排気タービン１６ｂを通過する際に添加燃料の霧化状態に悪影響が及び、その後、通過するフィルタ３８ａ内での酸化触媒反応による浄化率が低下する。このため高濃度ＨＣが外部へ排出され易くなる。

しかし本実施の形態によって、高濃度ＨＣの外部への排出を十分に防止できるので、排気ターボチャージャ１６を配置したディーゼルエンジン２にて、特に顕著な効果を生じさせることができ、白煙等の発生も顕著に防止することができる。

［実施の形態２］
本実施の形態では、図２の代わりに図５に示す高濃度ＨＣ排出防止処理が実行される点が異なる。これ以外の構成は、前記実施の形態１と同じであるので図１を参照して説明する。

高濃度ＨＣ排出防止処理（図５）においてステップＳ１０２〜Ｓ１１２，Ｓ１１６，Ｓ１１８は図２にて同一符号にて説明した処理と同じ処理である。異なる点は、ステップＳ１１２にて「ｙｅｓ」と判定された後は一旦本処理を終了すると共に、ステップＳ１１０にて「ｎｏ」あるいはＳ１１２にて「ｎｏ」と判定された場合に、排気温度ｔｈｃｏが基準温度ＴＨｘより低いか否かの判定（Ｓ１１５）がなされる点である。そして、ｔｈｃｏ＜ＴＨｘであれば（Ｓ１１５で「ｙｅｓ」）、燃料添加量減量補正処理（Ｓ１１６）が実行され、ｔｈｃｏ≧ＴＨｘであれば（Ｓ１１５で「ｎｏ」）、このまま一旦本処理を終了する。

したがって燃料添加量減量補正処理（Ｓ１１６）の実行は、ＡＦ＜ＡＦｘ（Ｓ１１０で「ｎｏ」）であってかつｔｈｃｏ＜ＴＨｘ（Ｓ１１５で「ｙｅｓ」）である場合、又はＡＦｃ＜ＡＦｘ（Ｓ１１２で「ｎｏ」）であってかつｔｈｃｏ＜ＴＨｘ（Ｓ１１５で「ｙｅｓ」）である場合になされる。

図６は算出空燃比ＡＦｃが基準空燃比ＡＦｘより小さくなった場合の制御例を示すタイミングチャートであるが、ＡＦｃ＜ＡＦｘとなっても（Ｓ１１２で「ｎｏ」：ｔ２０）、排気温度ｔｈｃｏが基準温度ＴＨｘ以上（Ｓ１１５で「ｎｏ」）である間は、添加１回当たりの燃料添加量の減量はなされない。しかしｔｈｃｏ＜ＴＨｘとなり（ｔ２１）、そしてＡＦｃ＜ＡＦｘとなることで（ｔ２２）、ステップＳ１１２で「ｎｏ」でかつステップＳ１１５で「ｙｅｓ」となると、添加１回当たりの燃料添加量の減量がなされる（Ｓ１１６）。このことにより算出空燃比ＡＦｃと共に、実測の空燃比ＡＦも上昇して、外部への高濃度ＨＣの排出による白煙発生を防止している。

上述した構成において、請求項との関係は次のごとくである。すなわち、ＥＣＵ７０が未燃燃料濃度物理量検出手段、添加燃料濃度低減手段及び空燃比検出手段に相当し、空燃比センサ４８が空燃比検出手段に相当し、第２排気温センサ４６が触媒床温検出手段に相当する。高濃度ＨＣ排出防止処理（図５）のステップＳ１０８の処理が空燃比検出手段としての処理に相当し、ステップＳ１０８以外の処理が添加燃料濃度低減手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．高濃度ＨＣ排出防止処理（図５）のステップＳ１１０，Ｓ１１５の組み合わせ、あるいはステップＳ１１２，Ｓ１１５の組み合わせにより、高濃度の未燃燃料の排出を示す状態であるか否かを判断している。すなわち、空燃比ＡＦ又は算出空燃比ＡＦｃが基準空燃比ＡＦｘより小さく、かつ排気温度ｔｈｃｏが基準温度ＴＨｘより低い場合に、高濃度の未燃燃料の排出、特に白煙排出を示す状態であると判定している。このような高濃度未燃燃料が排出されると判断される場合にＰＭ再生制御における添加１回当たりの燃料添加量を減少補正している（Ｓ１１６）。

このことにより、高濃度ＨＣの外部への排出を防止すると共に、より白煙発生の確実性の高い領域に限って添加１回当たりの燃料添加量を減少できるので、ＰＭ再生制御処理を効率的に早期に処理できる。

（ロ）．前記実施の形態１の（ロ）の効果を生じる。
［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態１の高濃度ＨＣ排出防止処理（図２）において、ステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４の３つ条件が設けられていたが、この３つの条件の内、いずれか１つ又は２つのみの処理としても良い。

前記実施の形態２の高濃度ＨＣ排出防止処理（図５）についても、ステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１５の３つ条件が設けられていたが、この３つの条件の内、ステップＳ１１０，Ｓ１１５の組み合わせ、あるいはステップＳ１１２，Ｓ１１５の組み合わせのみの処理としても良い。

（ｂ）．前記各実施の形態において、触媒床温としては、第２排気温センサ４６により検出されるフィルタ３８ａ下流直下の排気温度ｔｈｃｏを検出して用いていたが、フィルタ３８ａ中に温度センサを設けている場合には、この温度センサの検出温度を用いても良い。

（ｃ）．前記各実施の形態では、排気浄化用のフィルタ３８ａとしては、「ＤＰＮＲ」と称されるＮＯｘ浄化用触媒と捕集したパティキュレートを酸化する触媒とを担持したディーゼルパティキュレートフィルタが用いられていたが、ＮＯｘ浄化用触媒が存在しないフィルタでも良い。すなわち「ＤＰＦ」と称される捕集したパティキュレートを酸化する触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタを用いても良い。

実施の形態１の車両用ディーゼルエンジンと内燃機関排気浄化装置の機能を果たすシステムとの概略構成説明図。 実施の形態１の高濃度ＨＣ排出防止処理のフローチャート。 実施の形態１の処理の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態１の処理の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態２の高濃度ＨＣ排出防止処理のフローチャート。 実施の形態２の処理の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、６…吸気弁、８…吸気ポート、１０…吸気マニホールド、１２…サージタンク、１３…吸気通路、１４…インタークーラ、１６…排気ターボチャージャ、１６ａ…コンプレッサ、１６ｂ…排気タービン、１８…エアクリーナ、２０…ＥＧＲ経路、２０ａ…ＥＧＲガス供給口、２０ｂ…ＥＧＲガス吸入口、２２…スロットル弁、２２ａ…スロットル開度センサ、２２ｂ…モータ、２４…吸入空気量センサ、２６…吸気温センサ、２８…排気弁、３０…排気ポート、３２…排気マニホールド、３４…排気通路、３６…第１触媒コンバータ、３６ａ…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、３８…第２触媒コンバータ、３８ａ…フィルタ、４０…第３触媒コンバータ、４０ａ…酸化触媒、４４…第１排気温センサ、４６…第２排気温センサ、４８…空燃比センサ、５０…差圧センサ、５２…ＥＧＲ触媒、５４…ＥＧＲクーラ、５６…ＥＧＲ弁、５８…燃料噴射弁、５８ａ…燃料供給管、６０…コモンレール、６２…燃料ポンプ、６４…燃料圧センサ、６６…燃料供給管、６８…添加弁、７０…ＥＣＵ、７２…アクセルペダル、７４…アクセル開度センサ、７６…冷却水温センサ、７８…クランク軸、８０…エンジン回転数センサ、８２…気筒判別センサ。

Claims (8)

1. 排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタを備え、粒子状物質を酸化する際に、前記排気浄化用フィルタの上流から排気系内に燃料を添加することで前記排気浄化用フィルタに対して粒子状物質浄化用昇温処理を実行する内燃機関排気浄化装置であって、
   前記排気浄化用フィルタの下流の排気中に存在する未燃燃料の濃度を反映する物理量、又は前記未燃燃料の濃度に影響する物理量を検出する未燃燃料濃度物理量検出手段と、
   前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記未燃燃料濃度物理量検出手段にて検出された物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合には、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させる添加燃料濃度低減手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関排気浄化装置。
2. 請求項１において、前記粒子状物質浄化用昇温処理における燃料添加は複数回の添加に分けて周期的に行われると共に、前記添加燃料濃度低減手段は各回の燃料添加量を減少させることにより前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする内燃機関排気浄化装置。
3. 請求項１又は２において、前記未燃燃料濃度物理量検出手段は、排気系において燃料添加位置よりも下流での排気の空燃比を前記物理量として検出する空燃比検出手段であり、前記添加燃料濃度低減手段は、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記空燃比検出手段にて検出された空燃比が、燃料の高濃度状態を判断するための基準空燃比よりも小さい場合を前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする内燃機関排気浄化装置。
4. 請求項１又は２において、前記未燃燃料濃度物理量検出手段は、内燃機関にて燃焼される燃料量、排気系において添加される燃料量、及び内燃機関の吸入空気量に基づく空燃比計算により排気の空燃比を前記物理量として検出する空燃比検出手段であり、前記添加燃料濃度低減手段は、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記空燃比検出手段にて検出された空燃比が、燃料の高濃度状態を判断するための基準空燃比よりも小さい場合を前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする内燃機関排気浄化装置。
5. 請求項３又は４において、前記未燃燃料濃度物理量検出手段は、前記空燃比検出手段に加えて、前記排気浄化用フィルタの触媒床温を検出する触媒床温検出手段を有し、前記添加燃料濃度低減手段は、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記空燃比検出手段にて検出された空燃比が前記基準空燃比よりも小さく、かつ前記触媒床温検出手段にて検出された触媒床温が酸化触媒反応低下を判断するための基準温度よりも低い場合を、前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする内燃機関排気浄化装置。
6. 請求項１又は２において、前記未燃燃料濃度物理量検出手段は、前記排気浄化用フィルタの触媒床温を前記物理量として検出する触媒床温検出手段であり、前記添加燃料濃度低減手段は、前記粒子状物質浄化用昇温処理時に、前記触媒床温検出手段にて検出された触媒床温が酸化触媒反応低下を判断するための基準温度よりも低い場合を前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合であるとして、前記粒子状物質浄化用昇温処理における添加による燃料濃度を低下させることを特徴とする内燃機関排気浄化装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記添加燃料濃度低減手段は、未燃燃料濃度が白煙を排出しない範囲から逸脱する場合を、前記物理量の値が高濃度の未燃燃料の排出を示す場合としていることを特徴とする内燃機関排気浄化装置。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、排気系内において燃料を添加する位置よりも下流に排気タービンを配置したターボチャージャーを備えた内燃機関に適用されていることを特徴とする内燃機関排気浄化装置。

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