JP2008014219A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質（ＰＭ）をオゾンにより酸化除去する際に、オゾンを効率的に使用可能とする内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気通路１５内の排気ガス中のＰＭを捕集するＰＭ捕集装置３０と、ＰＭ捕集装置３０にその上流側からオゾンを供給するためのオゾン供給手段４０，４１，４２と、このオゾン供給手段によるオゾン供給実行時に内燃機関１０の燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段１００とを備える。オゾン供給実行時に内燃機関の排ガスにＮＯｘ等のオゾン消費成分を含ませることを回避でき、オゾンを効率的に使用可能とすることができる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気通路１５内の排気ガス中のＰＭを捕集するＰＭ捕集装置３０と、ＰＭ捕集装置３０にその上流側からオゾンを供給するためのオゾン供給手段４０，４１，４２と、このオゾン供給手段によるオゾン供給実行時に内燃機関１０の燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段１００とを備える。オゾン供給実行時に内燃機関の排ガスにＮＯｘ等のオゾン消費成分を含ませることを回避でき、オゾンを効率的に使用可能とすることができる。
【選択図】図１
Description
本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集・酸化することにより浄化する排気浄化装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
一般に、ディーゼルエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と称す）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。そこで、排気ガスから、これらの粒子状物質を捕捉して除去するための装置または方法が種々提案されている。
例えば、燃料を強制的に噴射供給することによりディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の温度を上昇させて捕集したＰＭを酸化・燃焼させるもの、排気ガス中のＮＯからＮＯ２を生成させ、ＮＯ２によりＰＭを酸化させるもの（例えば、特許文献１）、あるいは、触媒化ＤＰＦを用いてＰＭの酸化を図るもの（例えば、特許文献２、特許文献３）等が提案されている。しかし、燃料を強制的に噴射供給するものでは、燃費の悪化を招くという問題がある。また、特許文献１に記載のものでは、ＮＯ２によるＰＭの酸化速度が十分でないために、エンジンから排出されるＰＭを完全に酸化除去するのが困難であるという問題を有している。そして、特許文献２、特許文献３に記載の触媒化ＤＰＦを用いるものでは、触媒およびＰＭが共に固体であるために、両者が十分に接触せずＰＭの酸化反応が不十分であるという問題を有している。
そこで、最近、ＮＯ２に比較して酸化力の強いオゾンO3を用いて、ＰＭを酸化して処理する技術が開示されている（例えば、特許文献４）。この特許文献４に記載されたディーゼルエンジンの排出ガスを後処理する方法および装置では、パティキュレートフィルタの上流に、プラズマにより、排出ガスから酸化剤としてのオゾンＯ3または二酸化窒素ＮＯ２を生成する装置を設け、排出ガスの温度に応じて、低温時にはオゾン及び二酸化窒素を、高温時には二酸化窒素を選択的に用いることにより、パティキュレートフィルタに捕集された煤を酸化除去するとしている。
ところで、特許文献４に記載のディーゼルエンジンの排出ガスを後処理する方法および装置では、ＮＯ２に比較して酸化力の強いオゾンＯ3を用いていることからＰＭの酸化除去能力の向上については評価し得る。しかしながら、酸化力の強いオゾンは、パティキュレートフィルタに入る前に排気ガス中のＮＯｘやＨＣと優先的に反応して消費されてしまうおそれがあり、ＰＭの酸化除去に使用できるオゾンの量が少なくなり、十分な浄化効率が得られず、ＰＭの酸化速度が低下するおそれがあるという問題を有している。
そこで、本発明の目的は、オゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、オゾンを効率的に使用可能とする内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る内燃機関の制御装置は、排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置と、該粒子状物質捕集装置にその上流側からオゾンを供給するためのオゾン供給手段と、該オゾン供給手段によるオゾン供給実行時に内燃機関の燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段とを備えることを特徴とする。
この本発明の一形態によれば、オゾン供給実行時に内燃機関の燃料噴射が停止されるので、内燃機関の排気ガス（実質的には空気）にＮＯｘ、ＨＣといったオゾン消費成分を含ませることを回避することができ、これによって供給オゾンを粒子状物質捕集装置のＰＭ酸化に効率的に用いることが可能となる。
ここで、前記燃料噴射停止手段により燃料噴射が停止された場合に前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇するか否かを予測する予測手段をさらに備え、前記燃料噴射停止手段は、前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されないときに燃料噴射停止を実行するのが好ましい。
燃料噴射が停止されると、比較的大量の空気が粒子状物質捕集装置に流入し、この空気の影響で粒子状物質捕集装置に堆積したＰＭが一瞬燃えて粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇し、粒子状物質捕集装置の溶損・割れといった不都合を生じさせる場合がある。この好ましい形態によれば、前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されないときに燃料噴射停止を実行するので、そのような粒子状物質捕集装置の溶損・割れといった不都合を確実に回避することが可能となる。
また、前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出する温度検出手段をさらに備え、前記燃料噴射停止手段による燃料噴射停止後、前記温度検出手段により検出された温度が第１所定値を下回るまではオゾン供給を実行せず、その検出された温度が第１所定値を下回った後にオゾン供給を実行するのが好ましい。
オゾンはＰＭ酸化のための適切な温度ウィンドウを有し、この温度ウィンドウよりも高温になるとオゾンが熱分解して消失してしまう。この好ましい形態によれば、前記燃料噴射停止手段による燃料噴射停止後、前記温度検出手段により検出された温度が第１所定値を下回るまではオゾン供給が実行されず、その検出された温度が第１所定値を下回った後にオゾン供給が実行される。よって、その検出された温度が第１所定値を下回るまでは、無駄にオゾンを供給して消失してしまうのを防止でき、その検出された温度が第１所定値を下回った後は、オゾンの消失を防ぎつつオゾンをＰＭ酸化に利用できてオゾンの効率的利用を図ることができる。
また、好ましくは、前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されたときに前記燃料噴射停止手段が燃料噴射停止を実行せず、この場合にオゾン供給を実行するか又は所定の強制再生制御を実行する。
前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されたときには、前記燃料噴射停止手段が燃料噴射停止を実行しないので、仮にオゾンが供給されればその少なくとも一部は必然的にＮＯｘ、ＨＣ等の排ガス中のオゾン消費成分との反応に消費される。しかしながらそれでも、オゾン供給が実行された場合は、排ガス中のＮＯがオゾンと反応して酸化力の比較的強い二酸化窒素ＮＯ２が生成されるので、そのオゾンと二酸化窒素とにより堆積ＰＭを酸化除去できる。また、所定の強制再生制御を実行することによっても堆積ＰＭを酸化可能である。
なお、前記予測手段は、前記温度検出手段により検出された温度と第２所定値とを比較して前記粒子状物質捕集装置の温度異常上昇の有無を判断してもよい。
本発明によれば、オゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、オゾンを効率的に使用可能とすることができるという、優れた効果が発揮される。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を概略的に示すシステム図である。図中、１０は内燃機関即ちエンジンであり、本実施形態の場合、圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンである。１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料が燃料噴射弁１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
排気通路１５には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する粒子状物質捕集装置としてのディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す）３０が配置されている。そして、ＤＰＦ３０にその上流側からオゾン（Ｏ３）を供給するためのオゾン供給手段が設けられている。図示されるように、オゾン供給手段は、ＤＰＦ３０の上流側の排気通路１５内に配置されたオゾン供給ノズル４０と、オゾン供給ノズル４０にオゾン供給通路４２を介して接続されたオゾン発生手段としてのオゾン発生器４１とを備える。オゾン発生器４１で発生したオゾンは、オゾン供給通路４２を介してオゾン供給ノズル４０に供給されると共に、このオゾン供給ノズル４０から下流側のＤＰＦ３０に向かって排気通路１５内に噴射供給される。
ＤＰＦ３０は、両端部が截頭円錐状に形成されたほぼ円筒形の金属製ケーシング３１内に不図示の支持部材を介して収容支持されている。支持部材は、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備えており、例えばアルミナマットから構成されている。
図２に示すように、ＤＰＦ３０は、多孔質セラミックからなるハニカム構造体３２を備えたいわゆるウォールフロー型であり、ハニカム構造体３２は、コージェライト、シリカ、アルミナ等のセラミックス材料で形成される。排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。ハニカム構造体３２には、上流側に詰栓３３が施された第１通路３４と、下流側に詰栓３５が施された第２通路３６とが交互に区画形成され、ハニカム状をなしている。これら通路３４，３６はセルとも称され、いずれも排気ガスの流れ方向に平行である。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路３６から多孔質セラミックの流路壁面３７を通過して第１通路３４に流入し、下流側に流れる。このとき、排気ガス中のＰＭは多孔質セラミックによって捕集され、ＰＭの大気への放出が防止される。このように排気ガスが流路壁面を通過し、その際にＰＭを濾過捕集するフィルタ形式がウォールフロー型と称される。
本実施形態のＤＰＦ３０は所謂触媒化ＤＰＦであり、即ち、第２通路３６の内壁面にＰｔ等の貴金属からなる触媒３８が担持ないしコートされている。よってＤＰＦ３０はＰＭの捕集のみならず、この触媒３８を用いて排気ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を除去可能である。
オゾン発生器４１としては、高電圧を印加可能な放電管内に原料となる空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や他の任意の形式のものを用いることができる。ここで原料となる空気または酸素は、特許文献４の場合と異なり、排気通路１５外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体であり、特許文献４のように排気通路１５内の排気ガスに含まれる気体ではない。オゾン発生器４１においては、高温の原料気体を用いるよりも低温の原料気体を用いた方がオゾンの生成効率が高い。従ってこのように排気通路１５外の気体を用いてオゾンを生成することにより、特許文献４の場合に比べ、オゾン生成効率を向上することが可能である。
オゾン供給ノズル４０は、詳しくは後述するが、これから噴射供給されたオゾンが排気ガス中のＮＯｘやＨＣと反応して徒に消費されないように、ＤＰＦ３０の直上流位置に配置され、そこからＤＰＦ３０に向かってオゾンを供給する。また、オゾン供給ノズル４０は、ＤＰＦ３０の上流端面全体にまんべんなくオゾンを供給できるよう、ＤＰＦ３０の上流端面の全直径に及ぶような複数のオゾン供給口４３を有している。オゾン供給ノズル４０は、ＤＰＦ３０のケーシング３１内に挿入配置され、ケーシング３１の直径方向に延在してケーシング３１に固定される。なお、オゾン供給ノズル４０の形態は他にも種々の形態が可能である。例えば一つのオゾン供給口しか有しないものの場合、オゾン供給口とＤＰＦの上流端面との距離を、その上流端面全体にまんべんなくオゾンが行き渡るような距離だけ離間させるのがよい。
本実施形態においては、ＤＰＦ３０におけるＰＭの堆積量ないし詰まり具合を検出する手段が設けられている。即ち、ＤＰＦ３０の上流側及び下流側の排気通路１５にそれぞれ排気圧力を検出する排気圧センサ５１，５２が設けられ、これら排気圧センサ５１，５２は制御手段としてのＥＣＵ１００に接続されている。ＥＣＵ１００は、上流側排気圧センサ５１によって検出された上流側排気圧Ｐｕと、下流側排気圧センサ５２によって検出された下流側排気圧Ｐｌとの偏差ｄＰに基づいて、ＤＰＦ３０におけるＰＭの堆積量ないし詰まり具合を判断する。
なお、本実施形態ではＤＰＦ３０の上下流側の差圧によってＰＭの堆積量ないし詰まり具合を検出するが、ＤＰＦ３０の上流側に配置された一つの排気圧センサのみによって堆積量ないし詰まり具合を検出してもよい。さらに、ＤＰＦ上流側に配置された煤センサの煤信号の時間的な積分を求めることにより詰まり具合を検出することもできる。同じく、煤生成に関する、ＥＣＵ内に保存されたエンジン特性マップデータを評価し、時間的に積分することもできる。
本実施形態においては、ＤＰＦ３０に流入する排気ガスの温度又はＤＰＦ床温を検出する手段が設けられている。本実施形態では、ＤＰＦ３０の直上流位置に、ＤＰＦ３０に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ５３が設けられ、この温度センサ５３の検出信号に基づいてＥＣＵ１００はＤＰＦ３０の直上流位置における排気温度を算出する。この温度センサ５３はオゾン供給ノズル４０とＤＰＦ３０との間の位置の排気温度を検出する。なお、温度センサ５３の温度検出部（熱電対の場合、その先端）はＤＰＦ３０の上流端面の中心付近に位置されるのが好ましい。温度センサは、ＤＰＦ内部の床温を検出するため、その温度検出部がＤＰＦ３０内部に埋め込まれていてもよい。前記センサ５１，５２，５３は全てケーシング３１に取り付けられる。
本実施形態においては、コモンレール式ディーゼルエンジン１０を制御するための通常の構成が備えられている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、前記センサ５１，５２，５３を含む各種センサ類から信号を入力し、これに基づいて所定の演算処理を行い、燃料噴射弁１４、高圧ポンプ１７及びオゾン発生器４１等の作動を制御する。
前記センサ類には、エンジン１０のクランク角を検出するクランク角センサ（図示せず）、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ（符号５５で示す）、コモンレール圧を検出する圧力センサ（図示せず）、水温センサ（図示せず）等が含まれる。ＥＣＵ１００は、クランク角センサの出力パルスに基づいてエンジン回転速度を算出すると共に、このエンジン回転速度と、アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度とに基づいて、所定のマップ等を用いて燃料噴射量を算出する。そしてこの燃料噴射量を所定のタイミングで噴射させるよう燃料噴射弁１４を制御する。
また、ＥＣＵ１００はオゾンの供給をも制御する。即ち、ＥＣＵ１００がオゾン発生器４１をオンすると、オゾン発生器４１でオゾンが発生し、この発生したオゾンがオゾン供給通路４２を介してオゾン供給ノズル４０に到達し、オゾン供給ノズル４０から下流側のＤＰＦ３０に向かって噴射供給される。また、ＥＣＵ１００がオゾン発生器４１をオフするとこのようなオゾンの供給が停止される。さらに、ＥＣＵ１００はオゾン発生器４１への電力供給量を制御してオゾン供給量をも制御する。
さて、本実施形態によれば、ＤＰＦ３０にその上流側からオゾンを供給するので、その供給されたオゾンによりＤＰＦ３０に堆積したＰＭを酸化或いは燃焼させ、除去することができる。そしてこれによりＤＰＦ３０は再生され、本来の性能を再び発揮できるようになる。
ところで、オゾンは直接的には排気ガス中に供給されるので、そのオゾンがＤＰＦ３０に到達する前に排気ガス中のＰＭ以外の成分、典型的にはＨＣ，ＮＯｘと反応して消費され、ＤＰＦ３０におけるＰＭ浄化効率が低下するという問題がある。
例えば、ＮＯｘとオゾンとの反応消費について説明すると、オゾンＯ３と、排気ガス中のＮＯｘ、特にＮＯとが反応する場合、その反応式は次式で表される。
ＮＯ＋Ｏ３→ＮＯ２＋Ｏ２・・・（１）
ＮＯ＋Ｏ３→ＮＯ２＋Ｏ２・・・（１）
この反応によって生成されたＮＯ２は、さらにオゾンＯ３と次式のように反応する。
ＮＯ２＋Ｏ３→ＮＯ３＋Ｏ２・・・（２）
ＮＯ２＋Ｏ３→ＮＯ３＋Ｏ２・・・（２）
そしてさらにこの反応によって生成されたＮＯ３は、次式のように分解される。
２ＮＯ３→２ＮＯ２＋Ｏ２・・・（３）
２ＮＯ３→２ＮＯ２＋Ｏ２・・・（３）
ここで、（１）式に着目すると、ＮＯの酸化にオゾンＯ３が消費されており、また、（２）式に着目すると、ＮＯ２の酸化にオゾンＯ３が消費されている。そして（３）式に着目すると、右辺のＮＯ２は（２）式左辺のＮＯ２となり、よってこの（２）式左辺のＮＯ２を酸化するためにオゾンＯ３が消費される。
このように、ＮＯｘとオゾンとは連鎖的に反応を繰り返す。よって仮にＤＰＦ３０の直前でオゾンを供給したとしても、その位置の排気ガス中にＮＯｘが含まれていれば、ＮＯｘの酸化、分解にオゾンが消費され、ＤＰＦ３０に供与できるオゾン量が減少してしまう。オゾン発生器４１でオゾンを生成するには電力を要するから、このようなオゾンの無駄な消費は電力の無駄な消費につながり、ひいては燃費の悪化を招く可能性もある。
そこで、本実施形態においては、オゾン供給実行時にエンジン１０の燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段が設けられている。このようにオゾン供給実行時にエンジン１０の燃料噴射を停止すれば、エンジン１０の排気ガスにＮＯｘ、ＨＣといったオゾン消費成分を含ませることを回避することができ、つまりエンジン１０の排気ガスは実質的に空気となり、これによって供給オゾンの全量をＤＰＦ３０のＰＭ浄化に用いることができ、ＤＰＦ３０におけるＰＭ浄化効率を格段に向上することができる。
以下、かかる燃料噴射停止即ちフュエルカットを含む本実施形態のＤＰＦ再生制御を説明する。
［ＤＰＦ再生制御の第１の形態］
図３はＤＰＦ再生制御の第１の形態の制御ルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ１００によって所定周期で繰り返し実行される。なお、このルーチンでは、ＤＰＦ３０に流入する排気ガス温度に関する三つの所定値Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２が使用されるが、これら三つの所定値Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２の大小関係は、この第１の形態の場合Ｔ１＜Ｔ０＜Ｔ２である。各所定値の意味については後述する。Ｔ１は例えば２５０℃、Ｔ２は例えば４５０℃である。
図３はＤＰＦ再生制御の第１の形態の制御ルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ１００によって所定周期で繰り返し実行される。なお、このルーチンでは、ＤＰＦ３０に流入する排気ガス温度に関する三つの所定値Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２が使用されるが、これら三つの所定値Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２の大小関係は、この第１の形態の場合Ｔ１＜Ｔ０＜Ｔ２である。各所定値の意味については後述する。Ｔ１は例えば２５０℃、Ｔ２は例えば４５０℃である。
図示されるルーチンは、エンジン１０がフュエルカット可能な運転状態のときに実行され、例えば、エンジン１０の減速中で且つアクセル開度ゼロ（全閉）のときに実行され、車両に搭載されたエンジンの場合ではアクセルオフして車両を減速しているときに実行される。かかる状態かどうかはＥＣＵ１００が、検出したエンジン回転速度及びアクセル開度に基づいて判断する。
本ルーチンが開始されると、ＥＣＵ１００は、まずステップＳ１０１において、ＤＰＦ３０に堆積しているＰＭ量Ｍが所定の許容ＰＭ堆積量Ｍ０より小さいか否かを判断する。ここで許容ＰＭ堆積量Ｍ０とは、実用上ＤＰＦが堆積し得るＰＭ量の最大値をいい、逆に言えば、許容ＰＭ堆積量Ｍ０よりも多量にＰＭが堆積しているとその堆積したＰＭが一気に酸化・燃焼してＤＰＦが溶損したり割れてしまうといった不都合を生じさせる虞があるような量である。
ここで、ＤＰＦに堆積したＰＭ量と、ＤＰＦ上下流側の差圧とは相関関係にあり、ＤＰＦに堆積したＰＭ量が多いほどＤＰＦ上下流側の差圧が大きくなる関係にある。そこでここでは、ＤＰＦに堆積したＰＭ量の代用値として、ＤＰＦ上下流側の差圧を用いて判断を行う。具体的には、ＥＣＵ１００は、上流側排気圧センサ５１によって検出された上流側排気圧Ｐｕと、下流側排気圧センサ５２によって検出された下流側排気圧Ｐｌとの差圧ｄＰ（Ｐｕ−Ｐｌ）を計算すると共に、この差圧ｄＰを、前記許容ＰＭ堆積量Ｍ０に対応した所定の差圧しきい値ｄＰ０と比較する。そしてこの差圧ｄＰが差圧しきい値ｄＰ０より小さい場合は、堆積ＰＭ量Ｍが許容ＰＭ堆積量Ｍ０より小さいとしてステップＳ１０２に進み、逆に差圧ｄＰが差圧しきい値ｄＰ０以上の場合は、堆積ＰＭ量Ｍが許容ＰＭ堆積量Ｍ０以上であるとしてステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１００がオゾン発生器４０をオンとしてオゾン供給を実行する。このときフュエルカットは実行されない。こうなると排気ガス中のオゾン消費成分（ＮＯｘ、ＨＣ）によりオゾンが無駄に消費されるが、ここではＤＰＦに堆積したＰＭ量が非常に多い場合であるので、オゾン消費効率よりも堆積したＰＭの除去を優先する。供給されたオゾンは排気ガス中のＮＯｘと反応して前述のようにＮＯ２を発生させる。ＮＯ２もオゾンほどではないが酸化力が強くＰＭを酸化可能であるので、結局、ＤＰＦに堆積したＰＭはこれらオゾンとＮＯ２とで徐々に酸化除去されることとなる。
ステップＳ１０２では、フュエルカットが実行された場合にＤＰＦの温度が異常上昇するか否かが予測される。即ち、フュエルカットを実行すると比較的大量の空気がＤＰＦに流入し、この空気の影響でＤＰＦに堆積したＰＭが一瞬燃えて前記同様のＤＰＦ溶損・割れといった不都合を生じさせることがある。この温度異常上昇は、ＤＰＦ流入排気ガス温度がある程度以上の高温となると起こりやすく、触媒無しのＤＰＦより本実施形態のような触媒付ＤＰＦの方が起こりやすく、また、ディーゼルエンジンよりもガソリンエンジンのようなストイキ付近で運転するエンジンの方が起こりやすい。
このステップＳ１０２では、前記のようなＤＰＦ温度異常上昇の判断をＤＰＦ流入排気ガス温度を用いて行う。即ち、ＥＣＵ１００は、温度センサ５３によって検出されたＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔを、予め記憶してある所定値Ｔ０（本発明にいう第２所定値）と比較する。そして、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔが所定値Ｔ０より小さい場合、仮にフュエルカットが実行されてもＤＰＦ温度は異常上昇しないと予測して、ステップＳ１０３に進み、フュエルカットを実行する。他方、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔが所定値Ｔ０以上の場合、仮にフュエルカットが実行されればＤＰＦ温度は異常上昇すると予測して、ステップＳ１０７に進み、フュエルカットを不実行とする。このように、所定値Ｔ０は、フュエルカットを実行してもＤＰＦの性能を保証できる最高温度であると言える。このようにフュエルカットを不実行とすることにより、前述したようなフュエルカット実行によるＤＰＦ溶損・割れといった不都合を確実に回避することが可能となる。
ステップＳ１０３でフュエルカットが実行された後はステップＳ１０４に進み、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔを予め記憶してある所定値Ｔ１（本発明にいう第１所定値）と比較する（但しＴ１＜Ｔ０）。この所定値Ｔ１は、オゾンを単独でＰＭ酸化に使用し得る最高温度であり、通常はオゾンが熱分解せず生存できる温度範囲（温度ウィンドウ）のうちの最高温度である（例えば２５０℃）。なお、この所定値Ｔ１は、温度センサ５３の位置、ＤＰＦの位置、ＤＰＦに流入するガス量等をも考慮して設定される値である。
ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔが所定値Ｔ１以上の場合、仮にオゾンを供給したとしても熱分解して消失するオゾンがあると考えられることから、オゾンの効率的利用という観点に鑑み、オゾン供給を実行しないで本ルーチンを終える。他方、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔが所定値Ｔ１より小さい場合、供給オゾンを熱分解させずに堆積ＰＭの除去に効率的に利用できると考えられることから、ステップＳ１０５に進み、オゾン発生器４１をオンしてオゾン供給を実行し、オゾンのみでＤＰＦに堆積したＰＭを酸化除去する。
ここで、最初にステップＳ１０４を実行したときにＴ≧Ｔ１（Ｓ１０４：ＮＯ）であっても、フュエルカットが実行されているのでステップＳ１０４を繰り返し実行していくうちにやがてＴ＜Ｔ１（Ｓ１０４：ＹＥＳ）となり、オゾンのみでＰＭを酸化除去できるようになる。つまりここでは、排気温度がオゾンを消失させないような温度に下がるまで待機する制御が実行されており、これによってもオゾンの効率的利用が図られる。
一方、ステップＳ１０７でフュエルカット不実行とされた後はステップＳ１０８に進む。このステップＳ１０８以降では、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔに応じて、オゾンを用いたＰＭ除去か（Ｓ１０９）、又は所定の強制再生制御によるＰＭ除去（Ｓ１１０）が選択的に行われる。
Ｓ１０９においては、オゾン供給を実行して前述の反応式の如く二酸化窒素ＮＯ２を生成し、これらオゾンＯ３と二酸化窒素ＮＯ２とでＤＰＦに堆積したＰＭを酸化除去する。なお、オゾンによるＰＭ酸化について適切な温度ウィンドウがあるのは前述したとおりである（例えばＴ１＝２５０℃以下）が、二酸化窒素ＮＯ２についても同様に適切な温度ウィンドウがあり、その最高温度は例えばＴ２＝４５０℃である。このように二酸化窒素ＮＯ２はオゾンよりも高温域でＰＭを酸化可能である。
他方、Ｓ１１０においては、通常の燃料噴射に加えてそれより遅れたタイミング（例えば膨張行程）で燃料を別途噴射供給し、この追加的に噴射された燃料によりＤＰＦの温度を上昇させてＤＰＦに堆積したＰＭを酸化除去する。なお、通常の燃料噴射量よりも多い燃料を通常の噴射タイミング（例えば圧縮上死点付近）で噴射させる強制再生制御の方法や、別途ＰＭ酸化用のインジェクタを設けてそこから燃料噴射する強制再生制御の方法もある。
Ｓ１０８において、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔを予め記憶してある所定値Ｔ２と比較する。なおＴ２を便宜上第３所定値と称する。Ｔ１＜Ｔ０＜Ｔ２である。ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔが所定値Ｔ２以下の場合Ｓ１０９の処理を実行し、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔが所定値Ｔ２より大きい場合Ｓ１１０の処理を実行する。
Ｓ１０９の処理では、フュエルカットが実行されないことから排気ガス中のＨＣ，ＮＯｘによりオゾンが消費され、しかも排気温度Ｔがオゾンが熱分解し得る高温（Ｔ１＜Ｔ０≦Ｔ≦Ｔ２）となっていることから、供給されたオゾンは必ずしも全量ＰＭの除去に用いることができず、ＰＭ除去効率は必ずしも良好でない。従って燃費の面で必ずしも有利ではない。他方、Ｓ１１０の処理では、通常の燃料噴射に加えてＰＭ酸化用の燃料噴射が行われるので、当然ながら燃費の面で不利である。
これら両者を比較したとき、いずれの方法が燃費上有利であるかを切り分けるのがＳ１０８の判断である。即ちＳ１０８〜Ｓ１１０では、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔに応じて、燃費上有利ないずれか一方の方法を採用してＰＭ酸化処理を行っている。所定値Ｔ２は、言うなれば、Ｓ１１０の強制再生制御よりもＳ１０９のオゾンによる処理の方が燃費面で有利となる温度域のうちの最高温度である。ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔが所定値Ｔ２以下の場合、オゾンが消失可能な高温域とはいえ比較的低温側であるので、オゾン供給を実行し、オゾンＯ３と二酸化窒素ＮＯ２とによりＰＭ酸化を行う。他方、ＤＰＦ流入排気ガス温度Ｔが所定値Ｔ２を上回っている場合は、オゾンの消失が顕著でオゾンを用いることは燃費上非常に不利であることから、オゾン供給を実行せず、追加の燃料噴射によりＰＭ酸化を行う。
ここで、所定値Ｔ０とＴ２との大小関係について述べる。これら所定値はいずれもオゾンが生存可能な温度域のうちの最高温度Ｔ１より高い温度であり、また前述したように、温度Ｔ０は、フュエルカットを実行してもＤＰＦの性能を保証できる最高温度であり、温度Ｔ２は、強制再生制御よりもオゾンによる処理の方が燃費メリットを発揮できる最高温度である。
ここで述べた制御ルーチンはＴ０＜Ｔ２の場合である。この場合とは、例えば、ＤＰＦにコートされている触媒の酸化性能が比較的高く、ＰＭ酸化時にＤＰＦにおいて大きな熱発生が起こり得る場合である。よってこの場合は、フュエルカットを実行した場合にＤＰＦの異常昇温が比較的起こり易く、フュエルカットを不実行（中止）とする温度しきい値Ｔ０を比較的低温側に設定しなければならない。
しかしながら、例えば、ＤＰＦにコートされている触媒の酸化性能が比較的低かったり、ＤＰＦに触媒を全くコートしていなかったりして、ＰＭ酸化時にＤＰＦにおいてそれほど大きな熱発生が生じない場合もある。この場合、所定値Ｔ０はより高い温度に設定可能となり、所定値Ｔ０，Ｔ２の大小関係が逆転し、Ｔ２＜Ｔ０となることがある。こうなると排気温度が比較的高温の所定値Ｔ０以上となったときフュエルカットを不実行（中止）とすればよいので、フュエルカット実行温度域が拡大し、即ちフュエルカットを実行する上限温度がより高温となり、オゾンを効率的に利用できる温度域が拡大することになる。
そこで、このＴ２＜Ｔ０の場合に実施可能なＤＰＦ再生制御の第２の形態を以下に説明する。
［ＤＰＦ再生制御の第２の形態］
図４はＤＰＦ再生制御の第２の形態の制御ルーチンを示す。このルーチンもＥＣＵ１００によって所定周期で繰り返し実行される。このルーチンにおいて、ＤＰＦ流入排気ガス温度に関する三つの所定値Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２の大小関係はＴ１＜Ｔ２＜Ｔ０であり、特に所定値Ｔ０，Ｔ２の大小関係が逆転している。前記同様、Ｔ１は例えば２５０℃、Ｔ２は例えば４５０℃である。このルーチンもエンジン１０がフュエルカット可能な運転状態のときに実行される。
図４はＤＰＦ再生制御の第２の形態の制御ルーチンを示す。このルーチンもＥＣＵ１００によって所定周期で繰り返し実行される。このルーチンにおいて、ＤＰＦ流入排気ガス温度に関する三つの所定値Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２の大小関係はＴ１＜Ｔ２＜Ｔ０であり、特に所定値Ｔ０，Ｔ２の大小関係が逆転している。前記同様、Ｔ１は例えば２５０℃、Ｔ２は例えば４５０℃である。このルーチンもエンジン１０がフュエルカット可能な運転状態のときに実行される。
このルーチンにおけるステップＳ２０１〜Ｓ２０７はそれぞれ第１の形態のステップＳ１０１〜Ｓ１０７と同様である。相違点としては、前記第１の形態（図３参照）ではＳ１０７でフュエルカット不実行とした後、Ｓ１０８で流入排気ガス温度Ｔと所定値Ｔ２との比較を行ってその結果に応じてオゾン供給（Ｓ１０９）か強制再生制御（Ｓ１１０）を実行したが、この第２の形態ではＳ２０７でフュエルカット不実行とした後、Ｓ２１０で直ちに前記Ｓ１１０同様の強制再生制御を実行する。
前述したように、この第２の形態の場合Ｔ２＜Ｔ０なので、ステップＳ２０２で否定判断（ＮＯ）された場合、Ｔ０≦Ｔ即ちＴ２＜Ｔが成立する。よってオゾン使用による燃費上のメリットは殆ど無く、オゾン供給によらない強制再生制御によってＰＭの酸化除去が行われる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、前記実施形態ではＰＭ捕集装置としてウォ−ルフロー型ＤＰＦを採用したが、他にも様々なフィルタ構造を採用することができる。例えば、静電捕集式のストレートフロー型フィルタであり、これは、排気ガス中に存在する一対の電極間に直流電圧を印加して放電を生成し、ＰＭを例えばマイナスに帯電させ、静電気力でプラス側若しくはアース側の電極に吸着させるものである。したがってＰＭ捕集装置はプラス側若しくはアース側の電極として形成される。基材の形状ないし構造も、前述のようなハニカム状のほか、板状、筒状、ペレット状、メッシュ状などが可能である。
本実施形態では、オゾン供給時にオゾン発生器をオンにして生成されたオゾンを直ちに供給するが、オゾンを予め生成、貯留しておいて、バルブを切り替えることでオゾンを供給するようにしてもよい。またポンプやコンプレッサ等でオゾンを加圧して供給することも可能である。
また、例えばＤＰＦの直上流側に空燃比センサを設け、この空燃比センサが、フュエルカット時に相当する空燃比を検出したとき（或いはフュエルカット時に相当する出力をしたとき）にオゾン供給を実行するようにしてもよい。燃焼室側でフュエルカットしてもその影響がＤＰＦに及ぶまでにタイムラグがあることから、こうすることでオゾン消失成分を確実に排出してからオゾン供給を実行することができ、オゾンを効率的に利用できる。なおこの場合、ＥＣＵ１００は、Ｓ１０４（又はＳ２０４）のＴ＜Ｔ１という条件に加え、「検出された空燃比がフュエルカット時に相当する空燃比である」（或いは「空燃比センサがフュエルカット時に相当する出力をしている」）という条件を満たしたとき、Ｓ１０５（又はＳ２０５）のオゾン供給を実行する。
前記実施形態ではＤＰＦ流入排気ガス温度に基づいて制御を行ったが、ＤＰＦ床温に基づいて制御を行ってもよい。
本発明は、圧縮着火式内燃機関としてのディーゼルエンジン以外にも、ＰＭ発生の可能性のある全ての内燃機関に適用できる。例えば、直噴の火花点火式内燃機関、より具体的には直噴リーンバーンガソリンエンジンである。このエンジンでは筒内燃焼室に燃料が直接噴射されるが、燃料噴射量が多い高負荷域では燃料が燃焼しきらず、ＰＭが発生する可能性がある。このようなエンジンに本発明を適用しても、前記同様の作用効果が十分期待できる。
以上の説明で分かるように、本実施形態においては、ＥＣＵ１００のうちＳ１０４又はＳ２０４を実行する部分が本発明にいう燃料噴射停止手段を構成し、また、ＥＣＵ１００のうちＳ１０２又はＳ２０２を実行する部分が本発明にいう予測手段を構成し、さらに、温度センサ５３及びＥＣＵ１００が本発明にいう温度検出手段を構成する。
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
１０ エンジン
１４ 燃料噴射弁
１５ 排気通路
３０ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
３８ 触媒
４０ オゾン供給ノズル
４１ オゾン発生器
４２ オゾン供給通路
５１，５２ 排気圧センサ
５３ 温度センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１４ 燃料噴射弁
１５ 排気通路
３０ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
３８ 触媒
４０ オゾン供給ノズル
４１ オゾン発生器
４２ オゾン供給通路
５１，５２ 排気圧センサ
５３ 温度センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Claims (5)
- 排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置と、
該粒子状物質捕集装置にその上流側からオゾンを供給するためのオゾン供給手段と、
該オゾン供給手段によるオゾン供給実行時に内燃機関の燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記燃料噴射停止手段により燃料噴射が停止された場合に前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇するか否かを予測する予測手段をさらに備え、
前記燃料噴射停止手段は、前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されないときに燃料噴射停止を実行する
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。 - 前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記燃料噴射停止手段による燃料噴射停止後、前記温度検出手段により検出された温度が第１所定値を下回るまではオゾン供給を実行せず、その検出された温度が第１所定値を下回った後にオゾン供給を実行する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。 - 前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されたときに前記燃料噴射停止手段が燃料噴射停止を実行せず、この場合にオゾン供給を実行するか又は所定の強制再生制御を実行する
ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。 - 前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記予測手段は、前記温度検出手段により検出された温度と第２所定値とを比較して前記粒子状物質捕集装置の温度異常上昇の有無を判断する
ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
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