JP2007198283A - 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム Download PDF

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Abstract

【課題】ＤＰＦの強制再生の際に、内燃機関の運転状態によらず、排気ガス中に供給する未燃燃料を確実に酸化でき、白煙の発生を防止できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】酸化触媒の上流側に未燃燃料を供給し酸化して、ＤＰＦ１２ｂを昇温する制御を行う排気ガス浄化システム１において、空燃比によって制限される第１可燃燃料量Ｑａ１から筒内燃焼分の燃料噴射量Ｑｅを差し引いて求められる第１上限値Ｑｕ１と、大気圧によって制限される第２可燃燃料量Ｑａ２から筒内燃焼分の燃料噴射量Ｑｅを差し引いて求められる第２上限値Ｑｕ２と、触媒温度指標温度Ｔｇ１，Ｔｇ２とエンジン回転数Ｎｅによって制限される酸化触媒で酸化可能な第３可燃燃料量Ｑａ３である第３上限値Ｑｕ３との最小値Ｑｕｍｉｎを、前記未燃燃料の供給量Ｑｐに対する上限値Ｑｕとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気通路の排気ガス中に、ポスト噴射等により供給した未燃燃料を酸化触媒で酸化し、この酸化熱を利用してディーゼルパティキュレートフィルタを昇温して再生する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ、ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、このＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発され、その中に、触媒を担持した連続再生型ＤＰＦ装置がある。
この連続再生型ＤＰＦ装置では、排気ガス温度が約３５０℃以上の時には、フィルタに捕集されたＰＭは連続的に燃焼して浄化され、フィルタは自己再生するが、排気温度が低い場合には、触媒の温度が低下して活性化しないため、酸化反応が促進されず、ＰＭを酸化してフィルタを再生することが困難となる。そのため、ＰＭのフィルタへの堆積により目詰まりが進行するため、この目詰まりによる排圧上昇の問題が生じる。
かかる問題を解決する手法の一つとして、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、排気ガスを強制的に昇温させて、捕集ＰＭを強制的に燃焼除去する強制再生制御を行うものがある。この強制再生制御では、排気ガス昇温制御を行ってフィルタに流入する排気ガスをフィルタに捕集されたＰＭが燃焼する温度以上に昇温する。
この排気ガス昇温制御としては、シリンダ内（筒内）における燃料噴射で、マルチ噴射（多段遅延噴射）やポスト噴射（後噴射）等をする方法や、排気管内に直接噴射する方法等がある。このマルチ噴射は、シリンダ内に燃料を多段階で噴射する遅延多段噴射であり、このマルチ噴射により、シリンダ内で仕事せずに燃焼する燃料量を増加させ、シリンダから排出される排気ガスの温度を酸化触媒の触媒活性温度以上に上昇させる。また、ポスト噴射は、シリンダ内噴射において、主噴射後、マルチ噴射よりもさらに遅いタイミングで補助噴射を行う噴射であり、このポスト噴射により、シリンダから排出される排気ガス中に未燃燃料であるＨＣ（炭化水素）を増加して、このＨＣを酸化触媒で酸化することにより、酸化触媒下流の排気ガスの温度を上昇させることができる。
この排気昇温においては、低速・低負荷運転状態などの排気ガスの温度が低い場合には、最初にマルチ噴射を行って、酸化触媒に流入する排気ガスの温度を、酸化触媒の触媒活性温度以上まで上昇させる。そして、酸化触媒が触媒活性温度以上に上昇した後は、排気ガスの温度を触媒活性温度以上に維持しながらポスト噴射を行って、ＨＣを酸化触媒に供給する。このＨＣは酸化触媒で酸化され発熱するので、排気ガスは更に温度が上昇した状態でフィルタに流入する。この高温の排気ガスによりフィルタに溜まったＰＭは燃焼して除去される。
しかしながら、ポスト噴射量が酸化触媒で酸化可能な量より多いと、未燃燃料が酸化されずに排気ガス浄化システムの下流側に流出し、白煙が発生するという問題がある。そのため、この白煙の発生防止のために、ポスト噴射量が酸化触媒で酸化可能な量を超えないように、ポスト噴射における燃料噴射量をきめ細かく制御することが行われている。
この制御を行う排気ガス浄化システムの例として、前段に酸化触媒、後段に触媒再生型パティキュレートフィルタを配置した排気浄化装置において、両者の間で排気温度を検出する温度センサを配設し、この温度センサの検出温度に応じて開始時の噴射量が段階的に増加するように徐変制御して目標温度まで早期に上昇し、次いで、その目標温度に安定して所定時間保持されるよう比例積分制御を実行して、正確で細やかな温度制御を行う排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
これらの排気ガス浄化システムでは、酸化触媒で酸化可能な未燃燃料の供給量を酸化触媒の温度に関係する排気ガス温度から算出している。しかしながら、酸化触媒で酸化可能な可燃燃料量は、酸素量に関係する空気過剰率（又は空燃比）や大気圧にも関係するので、単に、酸化触媒温度を指標する触媒温度指標温度で、未燃燃料の供給量の上限値を算出するだけでは不十分であり、白煙の発生を完全に防止できない。
特開２００４−１４３９８８号公報
本発明は、上記の白煙発生の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＤＰＦの強制再生の際に、酸化触媒で排気ガス中に供給する未燃燃料を酸化してＤＰＦを昇温する強制再生制御において、内燃機関の運転状態によらず、排気ガス中に供給する未燃燃料を確実に酸化でき、未燃燃料の流出である白煙の発生を防止できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とディーゼルパティキュレートフィルタを配置した排気ガス浄化装置、又は、酸化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配置した排気ガス浄化装置を内燃機関の排気通路に備え、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する際に、前記酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度が所定の判定温度以上となった時に、前記酸化触媒の上流側に未燃燃料を供給し、該未燃燃料を前記酸化触媒で酸化して、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを昇温する制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、 空燃比によって制限される第１可燃燃料量から筒内燃焼分の燃料噴射量を差し引いて求められる第１上限値と、大気圧によって制限される第２可燃燃料量から筒内燃焼分の燃料噴射量を差し引いて求められる第２上限値との最小値を、前記未燃燃料の供給量に対する上限値とすることを特徴とする。
この酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度とは、酸化触媒の温度（ベッド温度）を判定用の温度として用いることが好ましいが、直接測定することが困難であるため、この酸化触媒の温度の代わりとする温度である。この触媒温度指標温度としては、酸化触媒に流入する排気ガスの温度や酸化触媒から流出する排気ガスの温度やこれらの両者の温度から導かれる温度（例えば平均温度等）等を用いることができ、更には、これらの両者の温度をそれぞれ用いて、アンド（ＡＮＤ）やオア（ＯＲ）で使用することもできる。なお、酸化触媒の温度を計測できる場合は、この酸化触媒の温度もここでいう触媒温度指標温度に含むこととする。
この排気ガス浄化方法によれば、未燃燃料の供給量の上限値の算出に際して、空燃比と大気圧から導かれる第１可燃燃料量と第２可燃燃料量、及び、筒内燃焼分の燃料噴射量を考慮に入れているので、より確実に白煙の発生を防止することができる。
上記の排気ガス浄化方法において、前記第１上限値と、前記第２上限値と、前記触媒温度指標温度とエンジン回転数によって制限される酸化触媒で酸化可能な第３可燃燃料量である第３上限値との最小値を、前記未燃燃料の供給量に対する上限値とすることにより、未燃燃料の供給量の上限値の算出に際して、更に、酸化触媒で酸化可能な第３可燃燃料量を考慮に入れているので、より確実に白煙の発生を防止することができる。
上記の排気ガス浄化方法において、前記強制再生中において、筒内燃焼分の燃料噴射量と未燃燃料の供給量を減少した後に、筒内燃焼分の燃料噴射量と未燃燃料の供給量をそれぞれ増加する場合に、未燃燃料の供給量を前記上限値以下に設定すると共に、未燃燃料の供給量を前記上限値に徐々に増加するなまし制御を行うと、これにより、以下のような効果を奏することができる。
この制御によれば、未燃燃料の供給を再開する時に、なまし処理を行い、徐々に供給量を多くするように制御するので、例えば、再生中の減速後にアクセル踏み込む時のように、排ガス温度が低く、酸化触媒の温度が低下しているにもかかわらず、温度センサとの差により、温度が高いと認識してしまって、未燃燃料の供給量が過剰となり白煙を出してしまうことを防止することができる。
なお、このなまし制御では、未燃燃料の供給量を連続的に漸増してもよく、階段状に増加してもよい。また、この増加の速度は、エンジンの機種や酸化触媒の種類、酸化触媒を担持する装置の径、長さ、熱容量、温度センサの位置などによって変化する、これらが固定された時には、実験的に最適な増加速度を求めることができるので、予め、実験などによってこの増加速度を求めておき、再生制御装置に記憶しておく。
また、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とディーゼルパティキュレートフィルタを配置した排気ガス浄化装置、又は、酸化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配置した排気ガス浄化装置と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する制御を行う再生制御装置を備えると共に、前記再生制御装置が、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する際に、前記酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度が所定の判定温度以上となった時に前記酸化触媒の上流側に未燃燃料を供給し、該未燃燃料を前記酸化触媒で酸化して前記ディーゼルパティキュレートフィルタを昇温する制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、空燃比によって制限される第１可燃燃料量から筒内燃焼分の燃料噴射量を差し引いて求められる第１上限値と、大気圧によって制限される第２可燃燃料量から筒内燃焼分の燃料噴射量を差し引いて求められる第２上限値との最小値を、前記未燃燃料の供給量に対する上限値とするように構成される。
この排気ガス浄化システムによれば、未燃燃料の供給量の上限値の算出に際して、酸素量に関係する空燃比と大気圧から導かれる第１可燃燃料量と第２可燃燃料量、及び、筒内燃焼分の燃料噴射量を考慮に入れているので、より確実に白煙の発生を防止することができる。
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記第１上限値と、前記第２上限値と、前記触媒温度指標温度とエンジン回転数によって制限される酸化触媒で酸化可能な第３可燃燃料量である第３上限値との最小値を、前記未燃燃料の供給量に対する上限値とするように構成される。
この排気ガス浄化システムによれば、未燃燃料の供給量の上限値の算出に際して、更に、酸化触媒で酸化可能な第３可燃燃料量を考慮に入れているので、より確実に白煙の発生を防止することができる。
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記強制再生中において、筒内燃焼分の燃料噴射量と未燃燃料の供給量を減少した後に、筒内燃焼分の燃料噴射量と未燃燃料の供給量をそれぞれ増加する場合に、未燃燃料の供給量を前記上限値以下に設定すると共に、未燃燃料の供給量を前記上限値に徐々に増加するなまし制御を行うように構成する。
この排気ガス浄化システムによれば、強制再生中の減速後にアクセル踏み込む時のような場合でも、未燃燃料の供給量が過剰になることを回避でき、白煙の発生を防止することができる。
以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、ＤＰＦの強制再生の際に、酸化触媒で排気ガス中にポスト噴射等で供給する未燃燃料を酸化してＤＰＦを昇温する強制再生制御において、未燃燃料の供給量の上限値を、酸化触媒の温度だけでなく、空燃比（空気過剰率）や大気圧、及び、筒内燃焼分の燃料噴射量を考慮して算出するので、内燃機関の運転状態によらず、排気ガス中に供給する未燃燃料を確実に酸化でき、未燃燃料の流出である白煙の発生を防止できる。
更に、強制再生時に一旦未燃燃料の供給量を減少した後に、未燃燃料の供給量を増加する時には、上限値に徐々に増加するなまし制御を行うので、排気ガス温度センサの検出温度から推定した酸化触媒の温度よりも、実際の酸化触媒の温度が低いことによる白煙の発生を防止することができる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
図１に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に排気ガス浄化装置１２を備えて構成される。
この排気ガス浄化装置１２は、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置の一つであり、上流側に酸化触媒装置１２ａを、下流側に触媒付きフィルタ装置１２ｂを配置して構成される。
この酸化触媒装置１２ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ装置１２ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成される。排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は、多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。また、このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。
そして、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの堆積量を推定するために、排気ガス浄化装置１２の前後に接続された導通管に差圧センサ２１が設けられる。また、この排気ガス浄化装置１２の上流側に排気ブレーキ弁（エキゾーストブレーキ）１８が、下流側に排気絞り弁（エキゾーストスロットル）１３が設けられる。
更に、触媒付きフィルタ装置１２ｂの強制再生制御用に、酸化触媒装置１２ａの上流側に酸化触媒入口排気温度センサ（第１温度センサ）２２が、酸化触媒装置１２ａと触媒付きフィルタ装置１２ｂの間にフィルタ入口排気温度センサ（第２温度センサ）２３がそれぞれ設けられる。
この酸化触媒入口排気温度センサ２２は、酸化触媒装置１２ａに流入する排気ガスの温度である第１排気ガス温度Ｔｇ１を検出する。また、フィルタ入口排気温度センサ２３は、触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入する排気ガスの温度である第２排気ガス温度Ｔｇ２を検出する。
吸気通路１４には、エアクリーナ１５、ＭＡＦセンサ（吸入空気量センサ）１９、吸気絞り弁（インテークスロットル）１６、吸気温度Ｔａを検出するための吸気温度センサ２９等が設けられる。この吸気絞り弁１６は、吸気マニホールドへ入る吸気Ａの量を調整する。
これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、排気ガス浄化装置１２の強制再生制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）３０に入力され、この制御装置３０から出力される制御信号により、吸気絞り弁１６や、燃料噴射装置（噴射ノズル）１７や、排気絞り弁１３や、排気ブレーキ弁１８や、図示しないＥＧＲ通路にＥＧＲクーラと共に設けられたＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ等が制御される。
この燃料噴射装置１７は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール噴射システム（図示しない）に接続されており、制御装置３０には、エンジンの運転のために、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）２４からのアクセル開度、回転数センサ２５からのエンジン回転数等の情報の他、車両速度、冷却水温度等の情報も入力され、燃料噴射装置１７から所定量の燃料が噴射されるように通電時間信号が出力される。
また、この排気ガス浄化装置１２の強制再生制御において、走行中に自動的に強制再生するだけでなく、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの捕集量が一定量を超えて、触媒付きフィルタ装置１２ｂが目詰まった時に、運転者（ドライバー）に注意を促し、任意に運転者が車両を停止して強制再生ができるように、注意を喚起するための警告手段である点滅灯（ＤＰＦランプ）２６及び異常時点灯ランプ２７と、手動再生ボタン（マニュアル再生スイッチ）２８が設けられる。
この排気ガス浄化システム１の制御においては、通常の運転でＰＭを捕集するが、この通常の運転において、強制再生時期であるか否かを監視し、強制再生時期であると判断されると強制再生を行う。この強制再生には、走行中に強制再生を行う走行自動再生と、警告によって運転者が車両を停止してから手動再生ボタン２８を押すことにより開始される手動再生とがあり、走行距離やＤＰＦ差圧の値により適宜選択実施される。なお、これらの強制再生制御を行う再生制御装置は制御装置３０に組み込まれる。
そして、この手動再生や走行自動再生の強制再生は、この実施の形態では、図２や図３に例示するような制御フローに従って行われる。この図２では、酸化触媒の温度（ベッド温度）を指標する触媒温度指標温度としては、フィルタ入口排気温度センサ２３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２を用い、この第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上となった時にポスト噴射により未燃燃料を酸化触媒装置１２ａの上流側に供給する。
この図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、強制再生開始であるか否かを判定し、強制再生開始でない場合には、この強制再生を実施することなく、リターンする。また、ステップＳ１１で強制再生開始である場合には、ステップＳ１２に行く。
この強制再生開始であるか否かは、例えば、走行自動再生であれば、差圧センサ２１の検出値などから触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの捕集量が一定量を超えたことを検知した時に強制再生開始となり、手動再生であれば、手動再生を行うように促された運転者が車両を停止して手動再生ボタン２８を操作した時に強制再生開始となる。
ステップＳ１２では、第１判定温度Ｔｃ１を算出する。この第１判定温度Ｔｃ１は、フィルタ入口排気温度センサ２３で検出された排気ガス温度である第２排気ガス温度Ｔｇ２がこの温度以上になると、酸化触媒装置１２ａの酸化触媒で、ポスト噴射により供給される未燃燃料であるＨＣが十分に酸化される温度である。
この第１判定温度Ｔｃ１は、図７に示すように、エンジン回転数Ｎｅによって変化させる。即ち、エンジン回転数Ｎｅの増加と共に、高くなるように設定する。なお、この図７では、第１判定温度Ｔｃ１より下側ではポスト噴射を禁止し、上側ではポスト噴射を許可する。また、この第１判定温度Ｔｃ１の一例を示せば、アイドル回転数Ｎｅａで２００℃程度に、定格回転数Ｎｅｂで３００℃程度とし、その間は線形補間する。
このエンジン回転数Ｎｅと第１判定温度Ｔｃ１との関係は、エンジンの種類や酸化触媒１２ａの径、長さ、熱容量等や排気ガス浄化システム１の配置などによって異なるが、これらを固定した場合には、エンジン回転数Ｎｅと第１判定温度Ｔｃ１との関係は、予め実験などにより把握できるので、この関係を、マップデータや関数として制御装置３０に記憶しておき、エンジン回転数Ｎｅからマップデータ等を参照してこの第１判定温度Ｔｃ１を算出する。
次のステップＳ１３では、第２排気ガス温度Ｔｇ２のチェックを行う。この第２排気ガス温度Ｔｇ２が、ステップＳ１２で算出した第１判定温度Ｔｃ１より低いときには、ステップＳ１４で、マルチ噴射を行う第１排気ガス昇温制御を、所定の時間（ステップＳ１３の第２排気ガス温度Ｔｇ２のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ１の間行う。そして、ステップＳ１２に戻る。また、ステップＳ１３の判定で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上であると、ステップＳ１５に行く。
なお、酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度として、フィルタ入口排気温度センサ２３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２と酸化触媒入口排気温度センサ２２で検出された第１排気ガス温度Ｔｇ１の両方を用い、この両方のそれぞれに対しての所定の判定温度として第１判定温度Ｔｃ１と第３判定温度Ｔｃ３を用いて、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１判定温度Ｔｃ１を超え、かつ、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第３判定温度Ｔｃ３を超えた時に酸化触媒装置１２ａの上流側にポスト噴射により未燃燃料を供給するようにすることもできる。
この場合は、図２のステップＳ１２とステップＳ１３が、図３のステップＳ１２ＡとステップＳ１３Ａに置き換わる。ステップＳ１２Ａでは、第１判定温度Ｔｃ１に加えて第３判定温度Ｔｃ３を算出する。この第１判定温度Ｔｃ１と第３判定温度Ｔｃ３の値は、エンジン回転数Ｎｅによって変化させる。即ち、エンジン回転数Ｎｅの増加と共に高くなるように設定する。
このエンジン回転数Ｎｅと第１判定温度Ｔｃ１及び第３判定温度Ｔｃ３との関係は、エンジンの種類や酸化触媒１２ａの径、長さ、熱容量等や排気ガス浄化システム１の配置などによって異なるが、これらを固定した場合には、このエンジン回転数Ｎｅと第１判定温度Ｔｃ１及び第３判定温度Ｔｃ３との関係は、予め実験などにより把握できるので、この関係を、マップデータや関数として制御装置３０に記憶しておき、エンジン回転数Ｎｅからマップデータ等を参照して、この第１判定温度Ｔｃ１及び第３判定温度Ｔｃ３を算出する。
また、ステップＳ１３Ａでは、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１判定温度Ｔｃ１以上であるか否かと、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第３判定温度Ｔｃ３以上であるか否かとを判定する。そして、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１判定温度Ｔｃ１以上であり、かつ、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第３判定温度Ｔｃ３以上である場合のみステップＳ１５に行き、その他はステップＳ１４に行く。
ステップＳ１５では、第２判定温度Ｔｃ２を算出する。この第２判定温度Ｔｃ２は、ステップＳ１７の第２排気ガス昇温制御の目標温度であり、フィルタ入口排気温度センサ２３で検出された排気ガスの温度である第２排気ガス温度Ｔｇ２をこの温度以上に維持することにより、触媒付きフィルタ装置１２ｂに捕集されたＰＭの燃焼を良好な状態に維持する。この第２判定温度Ｔｃ２は、通常はＰＭの燃焼開始温度（例えば、３５０℃程度）よりも高い値とし、例えば、５００℃程度とする。また、時間によって多段階に変化させてもよい。
次のステップＳ１６では、第２排気ガス温度Ｔｇ２のチェックを行う。この第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２より低いときは、ステップＳ１７の第２排気ガス昇温制御に行き、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上の時は、ステップＳ１８の再生温度維持制御に行く。
ステップＳ１７では、マルチ噴射に加えてポスト噴射を行う第２排気ガス昇温制御を、所定の時間（ステップＳ１６の第２排気ガス温度Ｔｇ２のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ２の間行う。この第２排気ガス昇温制御では、マルチ噴射により排気ガス温度を上昇させると共に、ポスト噴射により、排気ガス中に供給されたＨＣ（未燃燃料）は、酸化触媒で酸化され発熱する。この発熱により、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１排気ガス温度Ｔｇ１よりも上昇した状態で触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入するようになる。このステップＳ１７の後は、ステップＳ１９に行く。
そして、ステップＳ１６の判定で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上の場合には、ステップＳ１８で、エンジン１０のシリンダ内（筒内）噴射においてマルチ噴射を行う再生温度維持制御を、所定の時間（ステップＳ１６の第２排気ガス温度Ｔｇ２の継続時間のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ３の間行う。
また、ステップＳ１８では、ＰＭ燃焼累積時間のカウントを行う。このカウントは、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上の場合にのみＰＭ燃焼累積時間ｔａをカウントする（ｔａ＝ｔａ＋Δｔ３）。このステップＳ１８の後は、ステップＳ１９に行く。
ステップＳ１９では、強制再生制御の終了か否かを判定するために、ＰＭ燃焼累積時間ｔａのチェックを行う。このチェックではＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間Ｔａｃを超えたか否かをチェックする。即ち、超えていれば、強制再生が完了したとして、ステップＳ２０に行き、超えてなければ、強制再生は完了していないとして、ステップＳ１２に戻る。そして、ＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間ｔａｃを超えるまで、ステップＳ１４の第１排気ガス昇温制御か、ステップＳ１７の第２排気ガス昇温制御か、ステップＳ１８の再生温度維持制御を行う。
そして、ステップＳ２０では、強制再生制御を終了して通常噴射制御に復帰する。その後、リターンする。
なお、この第１及び第２排気ガス昇温制御や再生温度維持制御では、吸気絞り弁１６やＥＧＲ弁等による吸気絞りや、排気絞り弁１３や排気ブレーキ弁１８等による排気絞りを併用する。
この図２又は図３の制御フローに従った強制再生制御により、触媒付きフィルタ装置１２ｂを強制再生する際に、図２のように酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度Ｔｇ２が、その時の内燃機関１０のエンジン回転数Ｎｅに応じて変化する所定の判定温度である第１判定温度Ｔｃ１以上となった時に、あるいは、図３のように、酸化触媒の温度を指標する第１の触媒温度指標温度（第２排気ガス温度）Ｔｇ２が、その時の内燃機関１０のエンジン回転数Ｎｅに応じて変化する所定の判定温度である第１判定温度Ｔｃ１以上で、かつ、同じく酸化触媒の温度を指標する第２の触媒温度指標温度（第１排気ガス温度）Ｔｇ１が、その時の内燃機関１０のエンジン回転数Ｎｅに応じて変化する所定の判定温度である第３判定温度Ｔｃ３以上となった時に、第２排気昇温制御により酸化触媒の上流側に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、この未燃燃料を酸化触媒で酸化して触媒付きフィルタ装置１２ｂを昇温する制御を行うことができる。
そして、本発明においては、ステップＳ１７の第２排気ガス昇温制御におけるポスト噴射量Ｑｐ、即ち、未燃燃料の供給量Ｑｐに対して上限値Ｑｕを設ける。そして、この上限値Ｑｕを、第１上限値Ｑｕ１と第２上限値Ｑｕ２と第３上限値Ｑｕ３との最小値Ｑｕｍｉｎとする（Ｑｕ＝Ｑｕｍｉｎ）。
この第１上限値Ｑｕ１は、ＭＡＦ（マスエアフロー）センサ１９から検出される吸入空気量によって制限される第１可燃燃料量Ｑａ１から筒内燃焼分の燃料噴射量Ｑｅを差し引いて求める（Ｑｕ１＝Ｑａ１−Ｑｅ）。
第２上限値Ｑｕ２は、大気圧によって制限される第２可燃燃料量Ｑａ２から筒内燃焼分の燃料噴射量Ｑｅを差し引いて求める（Ｑｕ２＝Ｑａ２−Ｑｅ）。また、第３上限値Ｑｕ３は、酸化触媒の活性温度に関係する量で、排気ガス温度Ｔｇ１（又は、Ｔｇ２）とエンジン回転数Ｎｅによって制限される酸化触媒で酸化可能な第３可燃燃料量Ｑａ３とする（Ｑｕ３＝Ｑａ３）。これらの算出は、図４に示すようななフローに従って行うことができる。
この第１可燃燃料量Ｑａ１と第２可燃燃料量Ｑａ２は、吸入空気量と大気圧からそれぞれ決まる、エンジンのシリンダ内の燃焼だけでなく、排気系も含めた系全体で燃焼又は酸化可能な燃料量である。即ち、シリンダ内燃焼や酸化触媒による酸化で消費可能な燃料量である。そのため、これらを上限値の算出に用いることにより、酸素量に関して、排気ガス中に供給される未燃燃料も酸化可能な範囲内の量となる。従って、白煙の発生を防止できる。
また、更に、強制再生中において、減速時等でアクセルを離し排気温度が下がった後しばらくしてアクセルを踏み直した場合等のように、筒内燃焼分の燃料噴射量Ｑｅとポスト噴射量Ｑｐを減少した後に、筒内燃焼分の燃料噴射量Ｑｅとポスト噴射量Ｑｐをそれぞれ増加する場合に、ポスト噴射量Ｑｐを上限値Ｑｕ以下に設定すると共に、ポスト噴射量Ｑｐを図５に示すように徐々に上限値Ｑｕに増加するなまし制御を行うように構成する。
このなまし制御では、例えば、図５に示すように、噴射初期値Ｑｐｓと増加速度θを決めて直線状に増加する。あるいは、段階的に増加したり、曲線的に増加してもよいが、実験などにより、白煙発生が少なく、かつ、酸化触媒の昇温が早く、しかも、制御が比較的単純であるように、設定することが好ましい。このなまし制御の噴射初期値や増加速度は、エンジンの機種や排気ガス浄化システムによって最適なものが決まるので、それぞれに合わせて予め設定して、制御装置３０に記憶しておく。
上記の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム１によれば、強制再生制御におけるポスト噴射の際に、ポスト噴射量Ｑｐに上限値Ｑｕを設けたので、触媒付きフィルタ（ＤＰＦ）１２ｂの強制再生の際に、ディーゼルエンジン（内燃機関）１０の運転状態によらず、排気ガス中に供給する未燃燃料を確実に酸化でき、未燃燃料の流出である白煙の発生を防止できる。
また、ポスト噴射を再開し、ポスト噴射量Ｑｐを増加する時には、なまし制御を行うので、排気ガス温度センサ２２（又は２３）の検出温度Ｔｇ１（又はＴｇ２）から推定した酸化触媒の温度よりも、実際の酸化触媒の温度が低いことによる白煙の発生を防止することができる。
次に、このなまし制御について、図５を参照しながら、より詳細に説明する。図５に示すように、強制再生中に、減速等でアクセルを離してしばらくしてから踏み直すと、アクセルを離したことにより、筒内燃焼分の燃料噴射量Ｑｅと、この燃料噴射量に連動しているポスト噴射量Ｑｐとがゼロとなり、フィルタ入口排気ガス温度センサ２３で計測した温度である第２排気ガス温度Ｔｇ２が下がるが、アクセル踏み直し時は、第２排気ガス温度Ｔｇ２は中心部の温度より高くなる。
つまり、外周側よりも中心部の方が排気ガスＧの流速が早いので、燃料噴射を停止した場合には酸化触媒装置１２ａの中心部側が早く温度低下する。そのため、外周側で測定した第２排気ガス温度Ｔｇ２と、酸化触媒装置１２ａの中心部の実際の温度Ｔｃａｔとの間にズレが生じる。
従って、燃料噴射の再開時に、第２排気ガス温度Ｔｇ２でポスト噴射量Ｑｐを制御すると、酸化触媒装置１２ａの中心部の温度Ｔｃａｔが第２排気ガス温度Ｔｇ２よりも低下しているにもかかわらず、酸化触媒の温度が高く酸化能力が高いと認識され、図５のＡのように第２排気ガス温度Ｔｇ２に応じたポスト噴射量Ｑｐでポスト噴射が実行されると、過剰な未燃燃料（ＨＣ）が供給されることになり、酸化触媒で酸化処理ができず、Ｂのように白煙が発生する場合が生じる。
しかしながら、本発明によれば、強制再生でポスト噴射を行っている最中に、アクセルを戻し、次にアクセルを踏み込んだ時のように燃料噴射が一旦停止されてから再開された場合には、それまでの経過時間の差に関係なく、一旦ポスト噴射を停止した後のポスト噴射再開時において、ポスト噴射による未燃燃料の供給量Ｑｐを急激に上限値Ｑｕに近づけずに、図５のＣのように、なまし制御で上限値Ｑｕまで徐々に増加するので、Ｄのように白煙の発生を抑えることができ、再加速時の白煙発生の問題を解決できる。なお、このなまし制御では、再開時の初期噴射量Ｑｐｓとその後の増加速度θを規定している。
なお、上記の実施の形態では、排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置としては、上流側の酸化触媒装置と下流側の触媒付きフィルタ（ＤＰＦ）との組み合わせを例にして説明したが、酸化触媒を担持したフィルタ（ＤＰＦ）であってもよい。更に、酸化触媒の上流側に未燃燃料を供給する方法としてポスト噴射で説明したが、排気通路１４に未燃燃料供給装置を配置して、この未燃燃料供給装置から直接排気通路１４内に未燃燃料を噴射する排気管内直接噴射の方法を採用してもよい。
また、上記の図２及び図３の制御フローでは複雑になるのを避けるため、記載しなかったが、通常は、触媒付きフィルタ１２ｂにおけるＰＭの異常燃焼を避けるために、第２排気ガス温度Ｔｇ２を常時監視し、ステップＳ１８において第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定値Ｔｃ２よりも高い所定の判定値（第４判定温度Ｔｃ４）を超えた場合には、ポスト噴射等を中止し、マルチ噴射のみにしてもよい。
排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 強制再生制御フローの一例を示す図である。 強制再生制御フローの他の例を示す図である。 ポスト噴射量の上限値を求めるためのフローの一例を示す図である。 ポスト噴射におけるなまし制御の効果を模式的に示す図である。 フィルタ入口排気ガス温度と噴射許可ポスト噴射量との関係を示す図である。 エンジン回転数と第１判定温度との関係の一例を示す図である。
符号の説明
１ 排気ガス浄化システム
１０ ディーゼルエンジン
１２ 連続再生型ＤＰＦ装置
１２ａ 酸化触媒
１２ｂ 触媒付きフィルタ
２２ 酸化触媒入口排気温度センサ
２３ フィルタ入口排気温度センサ
３０ 制御装置（ＥＣＵ）
Ｎｅ エンジン回転数
Ｑａ１ 第１可燃燃料量
Ｑａ２ 第２可燃燃料量
Ｑａ３ 第３可燃燃料量
Ｑｅ 筒内燃焼分の燃料噴射量
Ｑｐ ポスト噴射量（未燃燃料の供給量）
Ｑｕ 上限値
Ｑｕ１ 第１上限値
Ｑｕ２ 第２上限値
Ｑｕ３ 第３上限値
Ｑｕｍｉｎ 最小値
Ｔｃ１ 第１判定温度（所定の判定温度）
Ｔｃ２ 第２判定温度
Ｔｃ３ 第３判定温度（所定の判定温度）
Ｔｃ４ 第４判定温度
Ｔｇ１ 第１排気ガス温度（触媒温度指標温度）
Ｔｇ２ 第２排気ガス温度（触媒温度指標温度）

Claims (6)

  1. 上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とディーゼルパティキュレートフィルタを配置した排気ガス浄化装置、又は、酸化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配置した排気ガス浄化装置を内燃機関の排気通路に備え、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する際に、前記酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度が所定の判定温度以上となった時に、前記酸化触媒の上流側に未燃燃料を供給し、該未燃燃料を前記酸化触媒で酸化して、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを昇温する制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、
    空燃比によって制限される第１可燃燃料量から筒内燃焼分の燃料噴射量を差し引いて求められる第１上限値と、大気圧によって制限される第２可燃燃料量から筒内燃焼分の燃料噴射量を差し引いて求められる第２上限値との最小値を、前記未燃燃料の供給量に対する上限値とすることを特徴とする排気ガス浄化方法。
  2. 前記第１上限値と、前記第２上限値と、前記触媒温度指標温度とエンジン回転数によって制限される酸化触媒で酸化可能な第３可燃燃料量である第３上限値との最小値を、前記未燃燃料の供給量に対する上限値とすることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
  3. 前記強制再生中において、筒内燃焼分の燃料噴射量と未燃燃料の供給量を減少した後に、筒内燃焼分の燃料噴射量と未燃燃料の供給量をそれぞれ増加する場合に、未燃燃料の供給量を前記上限値以下に設定すると共に、未燃燃料の供給量を前記上限値に徐々に増加するなまし制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化方法。
  4. 内燃機関の排気通路に、上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とディーゼルパティキュレートフィルタを配置した排気ガス浄化装置、又は、酸化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配置した排気ガス浄化装置と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する制御を行う再生制御装置を備えると共に、前記再生制御装置が、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを強制再生する際に、前記酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度が所定の判定温度以上となった時に前記酸化触媒の上流側に未燃燃料を供給し、該未燃燃料を前記酸化触媒で酸化して前記ディーゼルパティキュレートフィルタを昇温する制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、
    前記再生制御装置が、空燃比によって制限される第１可燃燃料量から筒内燃焼分の燃料噴射量を差し引いて求められる第１上限値と、大気圧によって制限される第２可燃燃料量から筒内燃焼分の燃料噴射量を差し引いて求められる第２上限値との最小値を、前記未燃燃料の供給量に対する上限値とすることを特徴とする排気ガス浄化システム。
  5. 前記再生制御装置が、前記第１上限値と、前記第２上限値と、前記触媒温度指標温度とエンジン回転数によって制限される酸化触媒で酸化可能な第３可燃燃料量である第３上限値との最小値を、前記未燃燃料の供給量に対する上限値とすることを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化システム。
  6. 前記再生制御装置が、前記強制再生中において、筒内燃焼分の燃料噴射量と未燃燃料の供給量を減少した後に、筒内燃焼分の燃料噴射量と未燃燃料の供給量をそれぞれ増加する場合に、未燃燃料の供給量を前記上限値以下に設定すると共に、未燃燃料の供給量を前記上限値に徐々に増加するなまし制御を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の排気ガス浄化システム。
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