JP2007032533A - 内燃機関の排気浄化装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンのＮＯｘ吸蔵触媒の上流側に付着したＰＭの量を精度高く算出する。
【解決手段】ＥＣＵは、エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑとに基づいてＰＭ排出量を算出し、ＰＭ排出量を空気量補正するステップ（Ｓ１３０）と、燃料添加制御における燃料添加量を検知するステップ（Ｓ１４０）と、ＰＭ排出量と燃料添加量に基づいてＮＳＲ詰まり率ｒを算出するステップ（Ｓ１５０）と、ＮＳＲ触媒の入りガス温度が低いときの方が高いときよりも係数が大きな補正係数を用いて、補正されたＮＳＲ詰まり率ｒ’を算出するステップ（Ｓ１６０）と、このＮＳＲ詰まり率ｒ’を積算することにより積算ＮＳＲ詰まり率Ｒ’を算出するステップ（Ｓ１６５）とを実行し、積算ＮＳＲ詰まり率Ｒ’が判定しきい値以上であると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、バーンアップ処理を行なう。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気系内に設けられた浄化装置に関し、特に、排気系内に設けられ、排気の浄化を行なう排気浄化装置における目詰まりを検知する技術に関する。

ディーゼルエンジンや希薄燃焼を行なうガソリンエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行なう運転領域が、全運転領域の大部分を占める。この種のエンジン（内燃機関）では一般に、酸素の存在下で窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するＮＯｘ吸収剤（触媒）がその排気系に備えられる。

また、ディーゼルエンジンからは、ＰＭ（Particulate Matter）と呼ばれる、カーボン等の微粒子が排出される。このため、大気中にＰＭが放出されないように排気系にＰＭの捕獲を行うパティキュレートフィルタが設けられる。

このフィルタにより排気中のＰＭが一旦捕獲され大気中へ放出されることを防止することができる。しかし、フィルタに捕獲されたＰＭがフィルタに堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの破損を誘発する可能性がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したＰＭを酸化せしめることによりＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。

このフィルタの再生を行なう技術として、たとえば、フィルタ上流の酸化触媒の酸化作用で排気の温度を上昇させ、フィルタに捕獲されたＰＭを酸化させる技術、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタおよびその上流に酸化能力を有するＮＯｘ触媒を備え、ＮＯｘ触媒にてＳＯＦ成分（Soluble organic fraction：可溶有機成分）を酸化させる技術、パティキュレートフィルタ上流の酸化触媒にてＮＯ₂を生成させ、このＮＯ₂によりＰＭを酸化させる技術が知られている。

ところで、フィルタ上流にフィルタの温度を上昇させるための触媒を設けた場合、その触媒にもＰＭが付着することがある。ここで、フィルタに堆積したＰＭは、排気中の燃料添加により除去することが可能であるが、上流に設けた触媒では、触媒の上流側の温度が上昇しないため、この上流側に付着したＰＭの除去が困難となる。これに対し、内燃機関から排出される排気の温度自体を上昇させることにより、上流側に付着したＰＭを酸化させることが可能である。

内燃機関からの排気の温度を上昇させるために、燃料噴射時期の遅延や、主噴射の他に副噴射を行なうと、この燃料による潤滑油の希釈やシリンダ壁面の潤滑油を洗い流す、いわゆるボアフラッシングが発生する可能性があり、さらにはピストンの焼き付きが発生する可能性がある。

特開２００４−２５７２６７号公報（特許文献１）は、このような問題を解決する排気浄化システムを開示する。この公報に開示された内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられ酸化能力を有する触媒と、酸化能力を有する触媒の下流に設けられ排気中の粒子状物質を捕獲するパティキュレートフィルタと、酸化能力を有する触媒の上流から排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段により燃料を供給してパティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を除去するフィルタ再生手段と、酸化能力を有する触媒の上流で排気の温度を上昇させて酸化能力を有する触媒に堆積した堆積物を除去する前段触媒再生手段とを具備する。

この内燃機関の排気浄化システムによると、パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質は、フィルタ再生手段により除去される。ここで、燃料供給手段から排気中へ燃料が供給されると、この燃料が上流の酸化能力を有する触媒にて酸化され、熱が発生する。また、パティキュレートフィルタが酸化能力を有している場合には、パティキュレートフィルタにおいても熱が発生する。この熱により、パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質は酸化され除去される。しかし、酸化能力を有する触媒の上流側では温度上昇が緩慢となり、粒子状物質の酸化が緩慢となる。ここで、前段触媒再生手段により排気の温度を上昇させ、酸化能力を有する触媒に高い温度の排気を流通させることにより上流側に付着した粒子状物質を酸化させ除去することが可能となる。酸化能力を有する触媒の堆積物を除去する場合に限り排気の温度を上昇させるので、潤滑油の希釈やボアフラッシングの起こる回数を抑制することが可能となる。
特開２００４−２５７２６７号公報

特許文献１に開示された内燃機関の排気浄化システムにおいては、判定手段を用いて、触媒再生手段により触媒に堆積した堆積物を除去するタイミングを判定している。この判定において、触媒の上流側に付着したＰＭの量は、機関回転数と燃料噴射量とＰＭ付着量との関係を予め実験等により求めておき、この値を積算して得られる。

しかしながら、触媒の上流側に付着したＰＭの量を、このような機関回転数と燃料噴射量とＰＭ付着量とからのみ求めたのでは、精度高く算出することができない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、触媒の上流側に付着したＰＭの量を精度高く算出することができる、内燃機関の排気浄化装置の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、内燃機関の排気通路に介装され、内燃機関から排出された特定成分の浄化および微粒子を捕集する排気浄化装置を制御する。この排気浄化装置は、排気に燃料を添加して排気の酸素成分が少ない状態で特定成分を変性させることにより排気を浄化する上流側の触媒と、微粒子を捕集する下流側の捕集機構とを有する。捕集機構は、捕集された微粒子を燃焼させることにより再生される。この制御装置は、内燃機関からの微粒子排出量を算出するための手段と、排気に添加される燃料量を算出するための手段と、排気浄化装置に導入される排気ガスの温度を検知するための検知手段と、微粒子排出量と燃料量と排気ガスの温度とに基づいて、触媒における微粒子による詰まりの度合いを算出するための算出手段とを含む。

第１の発明によると、排気浄化装置は、たとえば、上流側にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒、下流側にパティキュレートフィルタが配置される。算出手段は、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒におけるＰＭによる詰まりの度合いを、微粒子排出量と燃料量と排気ガスの温度とに基づいて算出する。このように、排気ガスの温度（排気浄化装置に導入される排気ガスの温度）を考慮して、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒におけるＰＭによる詰まりの度合いが算出される。排気浄化装置に導入される排気ガスの温度が低いときに排気に添加された燃料は、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の目詰まりの度合いをより大きくさせる可能性がある。このため、排気浄化装置に導入される排気ガスの温度を考慮してＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の目詰まりの度合いを算出するので、精度高く算出することができる。その結果、触媒の上流側に付着したＰＭの量を精度高く算出することができる、内燃機関の排気浄化装置の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、算出手段は、微粒子排出量と燃料量とに基づいて触媒における微粒子による詰まりの度合いを算出するための手段と、度合いと、排気ガスの温度が寄与する補正係数とを用いて、補正された詰まりの度合いを算出するための手段とを含む。

第２の発明によると、たとえば、内燃機関の回転数と燃料噴射量とをパラメータとして作成されたマップに基づいて、微粒子排出量を仮に算出して、これを空気量補正して、微粒子排出量が算出される。微粒子排出量と添加される燃料量とをパラメータとして作成されたマップに基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の目詰まりの度合いが算出される。算出された目詰まりの度合いに、排気浄化装置に導入される排気ガスの温度が低いほど度合いが大きくなるように設定された補正係数を用いて、補正された度合いが算出される。このため、排気浄化装置に導入される排気ガスの温度を考慮して（温度が低いほど目詰まりの影響が大きいというように考慮して）、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の目詰まりの度合いを算出するので、精度高く算出することができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、算出手段は、内燃機関への吸入空気量と燃料噴射量とから微粒子排出量を推定するための手段と、微粒子排出量と燃料量とに基づいて触媒における微粒子による詰まりの度合いを算出するための手段と、度合いと、排気ガスの温度が寄与する補正係数とを用いて、補正された詰まりの度合いを算出するための手段とを含む。

第３の発明によると、内燃機関の回転数と燃料噴射量とをパラメータとして作成されたマップに基づいて、微粒子排出量を仮に算出して、これを空気量補正して、微粒子排出量を算出することができる。微粒子排出量と添加される燃料量とをパラメータとして作成されたマップに基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の目詰まりの度合いが算出される。算出された目詰まりの度合いに、排気浄化装置に導入される排気ガスの温度が低いほど度合いが大きくなるように設定された補正係数を用いて、補正された度合いが算出される。このため、排気浄化装置に導入される排気ガスの温度を考慮して（温度が低いほど目詰まりの影響が大きいというように考慮して）、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の目詰まりの度合いを算出するので、精度高く算出することができる。

第４の発明に係る制御装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、度合いまたは補正された度合いが、予め定められた度合い以上であると、触媒の上流側の微粒子を排除するためのバーンアップ処理を実行するための手段をさらに含む。

第４の発明によると、精度高く算出されたＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の目詰まりの度合いが、バーンアップ処理が必要であると判断されるほどに高いときのみに、バーンアップ処理が実行される。そのため、目詰まりが発生していないときや目詰まりの度合いが少ないときに、バーンアップ処理が行なわれることがなくなるとともに、必要なときのみバーンアップ処理が行なわれるので、触媒の熱的劣化を最小限に抑制できる。

第５の発明に係る制御装置の制御対象である排気浄化装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒であって、捕集機構は、パティキュレートフィルタである。

第５の発明によると、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒によりＮＯｘを還元し、セラミック構造体から構成されるパティキュレートフィルタによりＰＭを捕集する、排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＰＭや添加燃料による目詰まりの度合いを精度高く算出できる。なお、多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を組合わせ、排気がセラミック構造体の多孔質な隙間を通る間に触媒でＰＭを酸化してＮＯｘを還元する、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction）システムでもよい。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の制御装置を、ディーゼルエンジンシステムに適用した実施の形態について説明する。まず、この排気浄化装置が適用されるディーゼルエンジンシステムについて説明する。なお、このディーゼルエンジンシステムは、ディーゼルエンジンのクリーン排気を実現するために、高圧コモンレール式燃料噴射装置、大容量電子制御ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ、ＤＰＮＲ触媒を組合せ、ＰＭおよびＮＯｘを連続かつ同時に低減するシステムである。

図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１０００は、燃料供給系１００、燃焼室２００、吸気系３００および排気系４００等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。

燃料供給系１００は、サプライポンプ１１０、コモンレール１２０、燃料噴射弁１３０、遮断弁１４０、調量弁１６０、燃料添加ノズル１７０、機関燃料通路８００および添加燃料通路８１０等を備えて構成される。

サプライポンプ１１０は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした上で、機関燃料通路８００を介してコモンレール１２０に供給する。コモンレール１２０は、サプライポンプ１１０から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３０に分配する。燃料噴射弁１３０は、その内部に電磁ソレノイドを備え、適宜開弁して燃焼室２００内に燃料を噴射供給する。

サプライポンプ１１０は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路８１０を介して燃料添加ノズル（還元剤噴射ノズル）１７０に供給する。添加燃料通路８１０には、サプライポンプ１１０から燃料添加ノズル１７０に向かって遮断弁１４０および調量弁１６０が順次配設されている。遮断弁１４０は、緊急時において添加燃料通路８１０を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１６０は、燃料添加ノズル１７０に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。燃料添加ノズル１７０は所定圧以上の燃圧（たとえば０．２ＭＰａ）が付与されると開弁し、排気系４００（排気ポート４１０）内に燃料を噴射供給する機械式の開閉弁である。すなわち、調量弁１６０により燃料添加ノズル１７０上流の燃圧が制御されることにより、所望の燃料が適宜のタイミングで燃料添加ノズル１７０より噴射供給（添加）される。

吸気系３００は、各燃焼室２００内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。排気系４００は、上流から下流にかけ、排気ポート４１０、排気マニホールド４２０、触媒上流側通路４３０、触媒下流側通路４４０という各種通路部材が順次接続されて構成され、各燃焼室２００から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。

さらに、このエンジン１０００には、周知の過給機（ターボチャージャ）５００が設けられている。ターボチャージャ５００は、シャフト５１０を介して連結された２つのタービンホイール５２０およびタービンホイール５３０を備える。一方のタービンホイール（吸気側タービンホイール）５３０は、吸気系３００内の吸気に晒され、他方のタービンホイール（排気側タービンホイール）５２０は排気系４００内の排気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５００は、排気側タービンホイール５２０が受ける排気流（排気圧）を利用して吸気側タービンホイール５３０を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行なう。

吸気系３００において、ターボチャージャ５００に設けられたインタークーラ３１０は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１０よりもさらに下流に設けられたスロットル弁３２０は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有する。

また、エンジン１０００には、燃焼室２００の上流（吸気系３００）および下流（排気系４００）をバイパスする排気還流通路（ＥＧＲ通路）６００が形成されている。このＥＧＲ通路６００は、排気の一部を適宜吸気系３００に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６００には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁６１０と、ＥＧＲ通路６００を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ６２０とが設けられている。

排気系４００において、排気側タービンホイール５２０の下流（触媒上流側通路４３０と触媒下流側通路４４０との間）には、ＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒４６０とＤＰＮＲ触媒４７０とから構成される触媒が備えられている。

ＮＳＲ触媒４６０は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、たとえばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を担体とし、この担体上に、たとえばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されることによって構成される。

このＮＳＲ触媒４６０は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（たとえば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ₂もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ₂やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ₂となる。ちなみにＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。すなわち、ＮＳＲ触媒４６０に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整すれば、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができることになる。

このＮＳＲ触媒４６０は、セラミックス担体を採用し、排気との接触面積を増加させるために担体形状がモノリス形状もしくはハニカム形状となるように形成されている。そして、排気の流通方向に貫通孔が備えられ、その貫通孔の断面形状は格子状となっている。また、本実施の形態では、ＮＳＲ触媒４６０にメタル担体を採用することもできる。メタル担体では、平板の上に波板を重ね合わせて長形状積層材を形成し、その後、長形状積層材をロール巻きして円柱状に形成されている。そして、担体上に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されている。

ＤＰＮＲ触媒４７０は、多孔質セラミック構造体に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を組合わせて構成される。エンジン１００からの排出ガスがセラミックスの隙間を通る間に触媒で酸化や還元することで、無害なガスへと化学変化させて排出する。

ＰＭは、リーン燃焼時（酸素の多い希薄燃焼時に多孔質構造の触媒により、一時的に捕集されると同時に、ＮＯｘを吸蔵する際に生成される活性酸素と排出ガス中の酸素により酸化浄化される。ＮＯｘは、リーン燃焼時に触媒にいったん吸蔵され、その後、瞬間的なリッチ燃焼（酸素の少ない濃空燃比燃焼）により還元浄化される。さらに、ＰＭは、リッチ燃焼時に吸蔵ＮＯｘが還元される際に生成する活性酸素により酸化浄化される。

エンジン１０００の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１０００の運転状態に関する信号を出力する。

たとえば、レール圧センサ７００は、コモンレール１２０内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ７１０は、添加燃料通路８１０内を流通する燃料のうち、調量弁１６０へ導入される燃料の圧力（燃圧）Ｐｇに応じた検出信号を出力する。エアフロメータ７２０は、吸気系３００内のスロットル弁３２０下流において吸入空気の流量（吸気量）Ｇａに応じた検出信号を出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３０は、排気系４００の触媒ケーシングの下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ７４０は、同じく排気系４００の触媒ケーシング下流において排気の温度（排気温度）Ｔｅｘに応じた検出信号を出力する。

また、アクセル開度センサ７５０はエンジン１０００のアクセルペダルに取り付けられ、同ペダルへの踏み込み量Ａｃｃに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ７６０は、エンジン１０００の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７００〜７６０は、電子制御装置（ＥＣＵ）１１００と電気的に接続されている。

ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびバックアップＲＡＭ、タイマーやカウンタ等を備え、これらと、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器を含む外部入力回路および外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される。

このように構成されたＥＣＵ１１００は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいてエンジン１０００の燃料噴射等についての基本制御を行なう他、還元剤（還元剤として機能する燃料）添加にかかる添加タイミングや供給量の決定等に関する還元剤（燃料）添加制御等、エンジン１０００の運転状態に関する各種制御を実行する。

次に、ＥＣＵ１１００により実行される燃料添加の概略について説明する。
一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室内で燃焼に供される燃料及び空気の混合気の酸素濃度が、ほとんどの運転領域で高濃度状態にある。

燃焼に供される混合気の酸素濃度は、燃焼に供された酸素を差し引いてそのまま排気中の酸素濃度に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度（空燃比）が高ければ、排気中の酸素濃度（空燃比）も基本的には同様に高くなる。一方、上述したように、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを吸収し、低ければＮＯｘをＮＯ₂
もしくはＮＯに還元して放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状態にある限りＮＯｘを吸収することとなる。ただし、当触媒のＮＯｘ吸収量に限界量が存在し、同触媒が限界量のＮＯｘを吸収した状態では、排気中のＮＯｘが同触媒に吸収されず触媒ケーシングを素通りすることとなる。

そこで、エンジン１０００のように燃料添加ノズル１７０を備えた内燃機関では、適宜の時期に燃料添加ノズル１７０を通じ排気系４００の触媒４５０上流に燃料を添加（以下、排気添加という）することで、一時的に排気中の酸素濃度を低減し、かつ還元成分量（ＨＣ等）を増大させる。すると触媒４５０は、これまでに吸収したＮＯｘをＮＯ₂もしく
はＮＯに還元して放出し、自身のＮＯｘ吸収能力を回復（再生）するようになる。放出されたＮＯ₂やＮＯが、ＨＣやＣＯと反応して速やかにＮ₂に還元されることは上述した通りである。

このとき、自身の吸収したＮＯｘを上記態様で放出しつつ還元浄化する触媒４５０にとって、触媒ケーシング内に流入する排気中の還元成分量（燃料の濃度）と、酸素濃度（空燃比）とにより還元浄化の効率が決定づけられることとなる。

そこで、エンジン１０００では、排気中の適切な還元成分量および空燃比を安定して得ることができるように、排気系４００への燃料添加（燃料添加制御）を実施する。

このように、触媒４５０上流には、ＰＭおよび排気に添加された燃料が到達する。ＮＳＲ触媒４６０はフィルタ機能を有するものではないが、上述したように、その端部では格子状になるように形成されているため、排気中のＰＭおよび排気添加のための燃料がＮＳＲ触媒４６０の上流側に付着しやすい。本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１１００は、的確にＮＳＲ触媒４６０の端面詰まりを検知する。ＮＳＲ触媒４６０の端面詰まりが検知された場合には、公知の技術であるバーンアップ制御を実行して端面温度を上昇せしめて、端面詰まりを解消する。本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１１１０は、このＮＳＲ触媒４６０の端面詰まりを的確に検知でき、このときのみバーンアップ制御を実行するので、バーンアップ制御を実行する判断の精度が向上する。また、不要な場合（ＮＳＲ触媒４６０において端面詰まりが発生していないとき）には、バーンアップ制御を実行しないので、ＮＳＲ触媒４６０を（熱的に）劣化させることを抑制できる。さらに、ＮＳＲ触媒４６０において実際に端面詰まりが発生しているときのみ、バーンアップ制御を実行するので、バーンアップ制御を効果的に行なうことができ、端面詰まりを解消することができる。

図２を参照して、このようなＮＳＲ触媒４６０の端面詰まりを的確に判断するために、ＥＣＵ１１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、単位時間ごとに（サイクルタイムごとに）繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ１１００は、エンジン１０００の回転数ＮＥを検知する。Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１１００は、ガバナパターンに基づいて燃料噴射量Ｑを算出する。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ１１００は、エンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量ＱとＰＭ排出量マップ（エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑとをパラメータとしたマップ）に基づいて、ＰＭ排出量を算出する。Ｓ１３０にて、ＥＣＵ１１００は、算出されたＰＭ排出量を空気量補正（Ｇｎ比補正）した、ＰＭ排出量（Ａ）を算出する。Ｓ１４０にて、ＥＣＵ１１００は、燃料添加制御における燃料添加量（Ｂ）を検知する。

Ｓ１５０にて、ＥＣＵ１１００は、ＰＭ排出量（Ａ）、燃料添加量（Ｂ）とＮＳＲ詰まりマップ（図３に示すような、ＰＭ排出量（Ａ）と燃料添加量（Ｂ）とをパラメータとしたマップ）に基づいて、ＮＳＲ詰まり率ｒを算出する。

Ｓ１６０にて、ＥＣＵ１１００は、ＮＳＲ詰まり率ｒに図４に示す補正係数（ＮＳＲ触媒４６０への入りガス温度をパラメータとする）を乗算して、補正されたＮＳＲ詰まり率ｒ’（単位時間あたり）を算出する。この図４に示すように、ＮＳＲ触媒４６０への入りガス温度が低いほど補正係数が大きく、入りガス温度が高いほど補正係数が小さい。すなわち、入りガス温度が低いときに燃料添加によるＮＳＲ触媒４６０の詰まりの影響が大きく発現するために、ＮＳＲ触媒４６０への入りガス温度が低いほど補正係数が大きく設定されている。このような補正係数が、ＮＳＲ詰まり率ｒに乗算されて補正されたＮＳＲ詰まり率ｒ’（単位時間あたり）が算出される。なお、この補正されたＮＳＲ詰まり率ｒ’（単位時間あたり）は、このプログラムのサイクルタイムあたりの値である。具体的には、このＮＳＲ詰まり率ｒ’（単位時間あたり）は、３％、１％、−１％等である（このようにＮＳＲ詰まり率ｒ’は負の値となり得る）。

Ｓ１６５にて、ＥＣＵ１１００は、補正されたＮＳＲ詰まり率ｒ’（単位時間あたり）を積算して、補正された積算ＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’を算出する。

Ｓ１７０にて、ＥＣＵ１１００は、積算ＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’が、判定しきい値以上であるか否かを判断する。補正されたＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’が、判定しきい値以上であると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、処理はＳ１８０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１７０にてＮＯ）、積算ＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’は、再度このプログラムにおいて積算されるためにメモリ等に記憶される。

Ｓ１８０にて、ＥＣＵ１１００は、バーンアップ処理を実行する。このバーンアップ処理により、ＮＳＲ触媒４６０の上流側の端部を詰まらせていた、ＰＭや添加燃料が除去されて、ＮＳＲ触媒４６０の詰まりが解消される。

Ｓ１８５にて、ＥＣＵ１１００は、積算ＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’が０にクリアされる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１１００で制御されるディーゼルエンジンの動作について説明する。

ディーゼルエンジンの運転中にエンジン回転数ＮＥが検知され、燃料噴射量がＱが算出される（Ｓ１００、Ｓ１１０）。エンジン回転数、燃料噴射量Ｑと、ＰＭ排出量マップとに基づいてＰＭ排出量が算出される（Ｓ１２０）。さらに、このとき、空気量補正（Ｇｎ補正）が行なわれ、ＰＭ排出量（Ａ）が算出される（Ｓ１３０）。

燃料添加制御における燃料添加量（Ｂ）が検知され（Ｓ１４０）、ＰＭ排出量（Ａ）、燃料添加量（Ｂ）と、ＮＳＲ詰まりマップ（図３）とに基づいて、ＮＳＲ詰まり率Ｒが算出される（Ｓ１５０）。ＮＳＲ詰まり率Ｒに図４に示す補正係数（Ｃ）を乗算して、補正されたＮＳＲ詰まり率ｒ’（単位時間あたり）が算出される（Ｓ１６０）。

この補正されたＮＳＲ詰まり率ｒ’（単位時間あたり）が繰り返し積算されて、ＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’が算出される（Ｓ１６５）。

この積算されたＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’が判定しきい値以上であると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、バーンアップ処理が実行され（Ｓ１８０）、その後、ＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’が０にクリアされる（Ｓ１８５）。なお、ＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’が１００％であると、ＮＳＲ触媒４６０の端面がすべて詰まった状態である。

このように、積算ＮＳＲ詰まり率（全体値）Ｒ’は、図４に示す補正係数（Ｃ）が乗算されて算出されたＮＳＲ詰まり率（単位時間あたり）ｒ’を積算して算出されている。補正係数（Ｃ）は、ＮＳＲ触媒４６０の入りガス温度をパラメータとして、温度が低いほどＮＳＲ詰まり率（単位時間あたり）ｒ’が大きくなるように設定されている。したがって、ＮＳＲ触媒４６０の入りガス温度を考慮して添加燃料の影響を目詰まり率に反映させたので、精度高く、ＮＳＲ触媒４６０の目詰まり率（目詰まりの度合い）を算出することができる。また、このように精度高く算出されたＮＳＲ触媒４６０の目詰まり率を用いてバーンアップ処理の実行の要否を決定する。このため、ＮＳＲ触媒４６０に目詰まりが発生していないときやＮＳＲ触媒４６０の目詰まりの度合いが少ないときに、ＮＳＲ触媒４６０に対してバーンアップ処理が行なわれることがなくなるとともに、必要なときのみバーンアップ処理が行なわれるので、ＮＳＲ触媒４６０の熱的劣化を最小限に抑制できる。

以上のようにして、触媒の上流側に付着したＰＭの量を精度高く算出することができる、内燃機関の排気浄化装置の制御装置を提供することができる。

なお、燃料添加量をＨＣ排出量と設定することで、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）システムを含む、種々のディーゼルエンジンの排気浄化（ＰＭ捕集を含む）装置に適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置により制御される排気浄化装置を有するディーゼルエンジンのシステム構成図である。 図１のＥＣＵ１１００で実行されるＮＳＲ触媒端面詰まり判断プログラムの制御構造を示すフローチャートである。 図１のＥＣＵ１１００の内部メモリに記憶されるＮＳＲ詰まりマップを示す図である。 図１のＥＣＵ１１００の内部メモリに記憶されるＮＳＲ触媒入りガス温度に依存する補正係数を示す図である。

符号の説明

１００ 燃料供給系、１１０ サプライポンプ、１２０ コモンレール、１３０ 燃料噴射弁、１４０ 遮断弁、１６０ 調量弁、１７０ 燃料添加ノズル、２００ 燃焼室、３００ 吸気系、３１０ インタークーラ、３２０ スロットル弁、４００ 排気系、４１０ 排気ポート、４２０ 排気マニホールド、４３０ 触媒上流側通路、４４０ 触媒下流側通路、４５０ 触媒、４６０ ＮＳＲ触媒、４７０ ＤＰＮＲ触媒、４８０ 空隙、４９０ 差圧トランスデューサ、５００ ターボチャージャ、５１０ シャフト、５２０ 排気側タービンホイール、５３０ 吸気側タービンホイール、６００ ＥＧＲ通路、６１０ ＥＧＲ弁、６２０ ＥＧＲクーラ、７００ レール圧センサ、７１０ 燃圧センサ、７２０ エアフロメータ、７３０ 空燃比センサ、７４０ 排気温センサ、７５０ アクセル開度センサ、７６０ クランク角センサ、８００ 機関燃料通路、８１０ 添加燃料通路、１０００ エンジン、１１００ ＥＣＵ。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に介装され、前記内燃機関から排出された特定成分の浄化および微粒子を捕集する排気浄化装置の制御装置であって、
   この排気浄化装置は、排気に燃料を添加して排気の酸素成分が少ない状態で前記特定成分を変性させることにより排気を浄化する上流側の触媒と、前記微粒子を捕集する下流側の捕集機構とを有し、前記捕集機構は、捕集された微粒子を燃焼させることにより再生され、
   前記制御装置は、
   前記内燃機関からの微粒子排出量を算出するための手段と、
   前記排気に添加される燃料量を算出するための手段と、
   前記排気浄化装置に導入される排気ガスの温度を検知するための検知手段と、
   前記微粒子排出量と前記燃料量と前記排気ガスの温度とに基づいて、前記触媒における微粒子による詰まりの度合いを算出するための算出手段とを含む、内燃機関の排気浄化装置の制御装置。
2. 前記算出手段は、
   前記微粒子排出量と前記燃料量とに基づいて前記触媒における微粒子による詰まりの度合いを算出するための手段と、
   前記度合いと、前記排気ガスの温度が寄与する補正係数とを用いて、補正された詰まりの度合いを算出するための手段とを含む、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置の制御装置。
3. 前記算出手段は、
   前記内燃機関への吸入空気量と燃料噴射量とから前記微粒子排出量を推定するための手段と、
   前記微粒子排出量と前記燃料量とに基づいて前記触媒における微粒子による詰まりの度合いを算出するための手段と、
   前記度合いと、前記排気ガスの温度が寄与する補正係数とを用いて、補正された詰まりの度合いを算出するための手段とを含む、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記度合いまたは前記補正された度合いが、予め定められた度合い以上であると、前記触媒の上流側の微粒子を排除するためのバーンアップ処理を実行するための手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置の制御装置。
5. 前記触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒であって、
   前記捕集機構は、パティキュレートフィルタである、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の制御装置。

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