JP2008057364A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Abstract

【課題】酸化機能を有する触媒を担持した排気浄化装置の温度を加熱装置によって昇温させる際に、排気浄化装置の過昇温や昇温不足が生じることを抑制する。
【解決手段】ＥＨＣの温度Ｔを第１の目標温度Ｔ１まで上昇させる昇温制御が実施されるときには、フィードフォアード的にＥＨＣの温度Ｔを推定し（Ｓ１０３）、ＥＨＣの温度Ｔに基づいてＥＨＣ１００の温度を第１の目標温度まで上昇させるために必要な熱量を算出するとともに（Ｓ１０５）、該算出された熱量に基づいて電熱ヒータ１００ａへ通電する通電量を制御する（Ｓ１０６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
内燃機関の排気浄化装置として、内燃機関の排気系に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」ともいう。）が担持されたフィルタを配置することにより排気中に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）や微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化する技術が知られている。
ここで、上記のような触媒を担持した排気浄化装置では、内燃機関の排気温度が低いときには排気浄化装置に担持されたＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力が低下する場合がある。これに対し、上記排気浄化装置を昇温させるための電気加熱式ヒータ或いは電気加熱式触媒等を設け、この電気加熱ヒータ等に通電することによって排気浄化装置の温度をＮＯｘ触媒の活性化温度まで上昇させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
しかし、内燃機関の運転状態（例えば、機関負荷）の変動に伴って排気浄化装置に流入する排気の温度が変化し、或いは排気に含まれる還元剤（例えば、燃料等）の量が変化する場合には、排気浄化装置の温度に影響を及ぼすことになる。そのような場合には、上記の排気浄化装置の温度に影響を及ぼす温熱環境の変化に伴って電気加熱式ヒータ等への通電状態（例えば、通電時間や通電量の大きさ）を制御しないと、排気浄化装置の温度を適切に制御することが困難となる場合がある。例えば、排気浄化装置に対して、該排気浄化装置が過度に昇温されて（以下、単に「過昇温」ともいう。）熱劣化が生じたり、逆に排気浄化装置の昇温不足を招く虞があった。
特開平９−２２２００９号公報 特開平５−２１４９２３号公報
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸化機能を有する触媒を担持した排気浄化装置の温度を加熱装置によって昇温させる際に、排気浄化装置の過昇温や昇温不足が生じることを抑制することの可能な技術を提供することである。
上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置の温度を推定して該排気浄化装置の温度を第１の目標温度まで上昇させるために必要な熱量を算出し、この算出される熱量に基づいてフィードフォアード的に加熱装置へ熱量を与えることを最大の特徴とする。
より詳しくは、一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過する排気通路と、
前記排気通路に設けられるとともに酸化機能を有する触媒を担持した排気浄化装置と、
前記排気浄化装置の温度を上昇させる加熱装置と、
前記排気浄化装置の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段により推定される前記排気浄化装置の推定温度に基づいて前記排気浄化装置の温度を第１の目標温度まで上昇させるために必要な熱量を算出する必要熱量算出手段と、
前記必要熱量算出手段により算出される熱量を前記加熱装置から前記排気浄化装置に与えることによって該排気浄化装置を昇温させる昇温手段と、
を備えることを特徴とする。
上記のように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、前記温度推定手段によって前記排気浄化装置の温度が推定され、例えば、前記第１の目標温度よりも該排気浄化装置の温度が低いときに、前記昇温手段によって前記加熱装置から前記排気浄化装置に熱量が与えられ、該排気浄化装置が昇温される。
しかしながら、前記内燃機関の機関負荷が変化すると排気浄化装置に流入する排気の温度等、前記排気浄化装置の温度に影響を及ぼす温熱環境も変化することになる。そのような場合に、前記加熱装置が前記排気浄化装置に与える熱量を制御しないと、排気浄化装置の温度を適切に制御することが困難となる虞がある。例えば、機関負荷が大きくなる場合には排気浄化装置の過昇温が生じやすくなり、逆に機関負荷が小さくなる場合には排気浄化装置の昇温不足が生じ易くなると考えられる。
これに対し、本発明では、前記排気浄化装置の推定温度と前記第１の目標温度とに基づいて、前記排気浄化装置の温度を前記第１の目標温度まで上昇させるために必要な熱量が前記必要熱量算出手段によって算出される。そして、前記加熱装置から前記排気浄化装置に熱量を与えることにより、該排気浄化装置の温度を上昇させることができる。
ここで、前記第１の目標温度とは、前記加熱手段が前記排気浄化装置に熱量を与えることによって該排気浄化装置の温度を上昇させるときの目標となる温度であって、予め設定されていても良い。例えば、前記排気浄化装置に担持されている酸化機能を有する触媒の活性化温度としても良いし、該活性化温度に対して所定のマージンを見込んだ温度であって且つ該活性化温度よりも充分に高い温度としても良い。
そして、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、前記昇温手段による前記排気浄化装置の昇温中に、所定時間毎に前記温度推定手段によって前記排気浄化装置の温度が推定されても良い。これにより、該排気浄化装置の温度を前記第１の目標温度まで上昇させるために必要な残りの熱量を前記必要熱量算出手段が算出することができる。つまり、前記排気浄化装置の温度が推定される毎に、換言すると前記所定時間毎に該排気浄化装置に与える熱量が算出されるため、この熱量に基づいてフィードフォアード的に前記排気浄化装置を前記第１の目標温度まで昇温させることができる。
これにより、前記排気浄化装置に与えられる熱量と前記排気浄化装置の温度を前記第１の目標温度まで上昇させるために必要な熱量とが相違することが抑制され、以って前記排気浄化装置に対して過昇温や昇温不足が生じることを抑制できる。
尚、本発明における排気浄化装置は酸化機能を有する触媒を担持している構成であれば良く、例えば流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する空燃比がリッチで還元剤が存在する時には前記吸蔵されたＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持した構成であっても良いし、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とフィルタを組み合わせて構成されていても良い。
また、本発明において、前記排気浄化装置に熱量を与える構成であれば良く、例えば前記加熱装置は電気加熱式ヒータであって、前記昇温手段は該電気加熱式ヒータに通電することによって前記熱量を前記排気浄化装置に与えても良い。
また、上記電気加熱式ヒータは前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側に設け
られていても良いし、該排気浄化装置自体に組み合わされて構成されていても良い。更に、前記電気加熱式ヒータは酸化機能を有する触媒が担持されている構成（例えば、電気加熱式酸化触媒）であっても良い。
また、本発明における前記加熱装置は、前記排気浄化装置に熱量を与える構成であれば良く、例えば前記加熱装置は、燃焼式バーナ等によるものであってもよい。
また、本発明において前記排気浄化装置は還元剤が供給されることにより該排気浄化装置の排気浄化能力が再生されるとともに、前記昇温手段は前記排気浄化装置に流入する排気に還元剤を供給する還元剤供給手段を更に備え、前記排気浄化装置の推定温度が前記第１の目標温度以上であるときに、前記所定の目標温度よりも高温である第２の目標温度まで前記排気浄化装置の温度を上昇させるべく、前記昇温手段は前記還元剤供給手段に前記還元剤を供給させても良い。
ここで、前記排気浄化装置がＮＯｘ触媒である場合において、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にして、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元処理や、ＮＯｘ触媒の床温を高温（例えば、６００℃乃至６５０℃）に維持し、且つ前記排気の空燃比をリッチ空燃比にすることによってＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復処理を上述した排気浄化能力の再生処理の一例として挙げることができる。また、前記排気浄化装置が酸化能力を有する触媒を担持するフィルタ（以下、単に「フィルタ」という。）である場合において、前記還元剤供給手段によって前記フィルタに還元剤を供給し、該還元剤が酸化されるときの反応熱によって該フィルタの温度を上昇させ、該フィルタに捕集されているＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理も前記再生処理の一例として挙げることができる。
このように、前記排気浄化装置の浄化能力を再生するときに、例えば前記内燃機関の機関負荷が小さく該排気浄化装置の温度が前記第１の目標温度よりも低いときに、前記昇温手段は、まず前記加熱装置から前記排気浄化装置に与える熱量によって前記排気浄化装置の温度を前記第１の目標温度まで上昇させた後、前記還元剤供給手段に前記還元剤を供給させることによって前記第２の目標温度まで前記排気浄化装置の温度を上昇させても良い。
その際、上述のように前記第１の目標温度を前記排気浄化装置に担持されている酸化機能を有する触媒の活性化温度に対して所定のマージンを見込んだ温度とするとより好適である。これにより、前記排気浄化装置に供給される還元剤を確実に該排気浄化装置において酸化させることができる。
つまり、前記還元剤が酸化されずに、前記排気浄化装置よりも下流側にすり抜けてしまうことを抑制できる。また、排気浄化装置の前端面の温度が活性化温度よりも低くなってしまうことを抑制できる。従って、前記還元剤が浄化されないまま大気中に放出されることに起因してエミッションが悪化すること、或いは前記還元剤供給手段によって供給される還元剤が無駄になってしまうことに起因して燃費が悪化することを抑制できる。
尚、上述した第２の目標温度とは、前記排気浄化装置の温度を上昇させる際の最終的な目標温度であり、予め設定される温度である。また、この第２の目標温度は前記排気浄化装置における浄化能力の再生処理の種類に応じて設定されてもよく、例えば上述したＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、ＰＭ再生処理毎に異なるように設定されても良い。
また、前記還元剤供給手段は、排気中に還元剤を噴射する還元剤添加弁や、エンジンの膨張行程や排気行程等に燃料を副噴射する燃料噴射弁を含んで構成されてもよい。
また、より精度良く前記排気浄化装置の温度を推定するための前記温度推定手段は、少なくとも、前記排気浄化装置に流入する排気の温度（以下、単に「流入排気温度」ともいう。）と、前記排気浄化装置に流入する排気に含まれる還元剤が前記酸化機能を有する触媒によって酸化されることにより発生する熱量（以下、単に「還元剤酸化時発生熱量」ともいう。）と、前記排気浄化装置の熱容量と、前記排気浄化装置に流入する排気の流量とに基づいて前記排気浄化装置の温度を推定しても良い。
つまり、上述したように、前記流入排気温度と、前記還元剤酸化時発生熱量が変化すると前記排気浄化装置の温度が変化する。例えば、前記流入排気温度が該排気浄化装置の温度よりも高いときには該排気浄化装置の温度は排気からの受熱によって上昇する。一方、前記流入排気温度が前記排気浄化装置の温度よりも低いときには該排気浄化装置の温度が排気に熱を奪われることで低下する。そして、前記内燃機関の機関負荷の変化に伴い前記流入排気温度も変化するため、前記排気浄化装置の温度も変化する場合がある。
また、前記排気浄化装置は酸化機能を有する触媒を担持しているため、排気に含まれる還元剤が該排気浄化装置に流入すると酸化反応により発熱する。つまり、前記内燃機関での燃焼に用いられる燃料の未燃成分や、前記昇温手段が前記還元剤供給手段を備える場合には該還元剤供給手段によって供給される還元剤の量が変化することにより前記排気浄化装置の温度が変化すると考えられる。
これに対し、本発明では、該流入排気温度と還元剤酸化時発生熱量とに基づいて前記排気浄化装置の温度を推定することで、該温度の推定を精度良く行うことができる。尚、前記還元剤酸化時発生熱量は、例えば前記排気に含まれる還元剤の量と、該還元剤が前記排気浄化装置において酸化される割合（以下、単に「還元剤酸化率」ともいう。）とに基づいて推定しても良い。
また、本発明では、前記排気浄化装置の温度を推定するときに前記排気浄化装置の熱容量と前記排気浄化装置に流入する排気の流量（以下、単に「流入排気流量」ともいう。）とに基づくことにより、該排気浄化装置の温度をより精度良く推定できる。つまり、前記排気浄化装置の熱容量が大きいほど、また前記流入排気流量が多いほど、前記排気浄化装置の温度を上昇させ難いと考えられるからである。尚、前記流入排気流量は前記内燃機関に吸入される吸入空気量に基づいて推定されても良い。
また、前記温度推定手段が前記排気浄化装置の温度を推定するときに、前記昇温手段によって前記加熱装置から前記排気浄化装置に熱量が与えられている場合には、該加熱装置から与えられる熱量を考慮に入れて前記排気浄化装置の温度を推定しても良い。
また、このように推定される前記排気浄化装置の推定温度を前記第１の目標温度まで上昇させるために必要な熱量は、前記第１の目標温度と該推定温度との差と前記排気浄化装置の熱容量と前記流入排気流量とに基づいて算出されても良い。
本発明にあっては、酸化機能を有する触媒を担持した排気浄化装置の温度を加熱装置によって昇温させる際に、排気浄化装置の温度に応じて該加熱装置から排気浄化装置に与える熱量をフィードフォアード的に制御することにより、排気浄化装置の過昇温や昇温不足が生じることを抑制できる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明す
る。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本発明に係る内燃機関１と、その吸排気系の概略構成を示す図である。図１において、内燃機関１には、該内燃機関１に流入する吸気が流通する吸気管２が接続されており、該吸気管２には該吸気管２内を流通する吸気の流量を調節するスロットルバルブ３が設けられている。また、スロットルバルブ３より上流の吸気管２には、吸気管２内を流通する吸気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４が取り付けられている。
また、内燃機関１には、該内燃機関１からの排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中の粒子状物質（例えば、煤）やＮＯｘを浄化する排気浄化部１０が配置されている。以下、排気管５において、排気浄化部１０の上流を第１排気管５ａ、下流を第２排気管５ｂという。ここで、本実施例における第１排気管５ａ及び、第２排気管５ｂは、本発明における排気通路に相当する。
本実施例における排気浄化部１０にはそれぞれ、上流側から、通電によって発熱する電熱ヒータ１００ａが設けられた酸化触媒であるＥＨＣ１００、排気中の粒子状物質を捕集し且つ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタ１０１が直列に設けられている。なお、本実施例においてＥＨＣ１００、フィルタ１０１は、本発明における酸化機能を有する酸化触媒に相当し、排気浄化装置の一部を構成する。更に、本実施例における電熱ヒータ１００ａは本発明における加熱装置に相当し、昇温手段の一部に相当する。
また、図１中、第１排気管５ａには、フィルタ１０１に対するＮＯｘ還元処理などの際に、還元剤としての燃料を排気に添加する燃料添加弁６が備えられている。従って、本実施例では燃料添加弁６が本発明における還元剤供給手段に相当する。
また、排気浄化部１０におけるＥＨＣ１００より上流側には排気の温度を検出する温度センサ１１、排気中のＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ１２が設けられている。
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１及び吸排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３０が併設されている。こ
のＥＣＵ３０は、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ほか、内燃機関１のＥＨＣ１００やフィルタ１０１に係る制御を行うユニットである。
ＥＣＵ３０には、内燃機関１の回転数を検出するクランクポジションセンサ７や、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ８などの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類のほか、温度センサ１１、ＨＣセンサ１２が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ３０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３０には、内燃機関１内の筒内燃料噴射弁（図示省略）、燃料添加弁６、電熱ヒータ１００ａが電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ３０によって制御されるようになっている。尚、本実施例における電熱ヒータ１００ａはＥＣＵ３０の指令により通電、通電の停止を切り替えるほか、通電されるときの通電量を変更することが可能である。
また、ＥＣＵ３０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内
燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。また、ＥＨＣ１００およびフィルタ１０１を昇温させるための後述する昇温ルーチンはＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。
次に、本実施例の排気浄化システムに関し、ＥＨＣ１００、フィルタ１０１を昇温させるときの制御について説明する。例えば、フィルタ１０１に吸蔵されたＳＯｘを還元させるためにＳＯｘ被毒回復還元処理を実施するときは、フィルタ１０１の温度を高温（例えば、６００℃乃至６５０℃）に維持するとともに、フィルタ１０１に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にする制御がなされる。また、フィルタ１０１に捕集されているＰＭを酸化除去するためのＰＭ再生処理を実施するときは、フィルタ１０１の温度をＰＭが酸化（燃焼）可能な温度（例えば、５００℃乃至７００℃）まで上昇させる制御がなされる。
そして、本実施例においては、ＥＨＣ１００、フィルタ１０１を昇温するために燃料添加弁６から還元剤たる燃料を排気中に添加させる。そして、該燃料がＥＨＣ１００において酸化するときの反応熱によって排気の温度を上昇させ、高温となった排気を下流側に設けられるフィルタ１０１に流入させることによってフィルタ１０１の温度が上昇する。しかし、内燃機関１の排気の温度が低いときには、ＥＨＣ１００やフィルタ１０１に担持されている触媒の温度が活性化温度よりも低くなっているときがあり、そのようにときに燃料添加弁６から燃料が添加されても、ＥＨＣ１００やフィルタ１０１において該燃料は酸化されず、ＥＨＣ１００やフィルタ１０１の温度を上昇させることができない。そこで、本実施例ではＥＨＣ１００に設けられる電熱ヒータ１００ａに通電し、この通電により発生する熱によってＥＨＣ１００およびフィルタ１０１を昇温させることとした。
ここで、上述のように内燃機関１から排出される排気の温度は機関負荷に伴って変化するものである。従って、本実施例では、電熱ヒータ１００ａへの通電によるＥＨＣ１００およびフィルタ１０１の昇温制御や、その後に行われる排気中への燃料添加による昇温制御において、排気浄化部１０に流入する排気の温度変化や燃料添加弁６から添加される燃料の添加量の変化に応じて電熱ヒータ１００ａに対する通電量をフィードフォアード的に制御する。これにより、ＥＨＣ１００およびフィルタ１０１が過度に昇温し、或いは逆に昇温不足が発生することを抑制する。
本実施例におけるＥＨＣ１００およびフィルタ１０１の昇温制御では、ＥＨＣ１００の温度を推定し、予め設定される第１の目標温度よりも低いときに電熱ヒータ１００ａに通電し、ＥＨＣ１００の温度を第１の目標温度まで上昇させることにした。ここで、ＥＨＣ１００の温度を上昇させるのは、フィルタ１０１よりも上流側のＥＨＣ１００において発生した熱を排気とともにフィルタ１０１に流し、フィルタ１０１を昇温させるためである。
尚、上記の第１の目標温度とは、ＥＨＣ１００の活性化温度よりも一定のマージン分だけ高く設定された温度であり、予め実験的に求めておく温度である。また、第１の目標温度はＥＨＣ１００およびフィルタ１０１の温度を上昇させる目的に応じて異なる温度に設定することもできる。例えば、フィルタ１０１の排気浄化能力の再生処理（例えば、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、ＰＭ再生処理等）に応じて第１の目標温度は適切な温度に設定される。
例えば、フィルタ１０１に対するＮＯｘ還元処理やＰＭ再生処理においては、ＥＨＣ１００およびフィルタ１０１の触媒活性が維持されるように第１の目標温度を設定しても良い（例えば、２００℃乃至２５０℃）。また、フィルタ１０１に対するＳＯｘ被毒回復処理においては、ＮＯｘ還元処理を実施するときに比べて比較的多量の燃料が添加されるため、該燃料の気化潜熱によってもフィルタ１０１に担持されるＮＯｘ触媒の温度が活性化
温度より低くならないように、或いはフィルタ１０１の下流側に燃料がすり抜けることを抑制できるように第１の目標温度を設定しても良い（例えば、３００℃）。
そして、本実施例においてＥＨＣ１００の温度が第１の目標温度まで上昇した後は、燃料添加弁６から燃料を添加させることによりＥＨＣ１００の温度を第２の目標温度まで上昇させることとした。ここで、第２の目標温度とは、ＥＨＣ１００の最終的な目標温度であり、フィルタ１０１の排気浄化能力の再生処理の種類に応じて設定される温度である。例えば、ＮＯｘ還元処理においては３００℃乃至５００℃、ＳＯｘ被毒回復処理においては６００℃乃至６５０℃、ＰＭ再生処理においては５００℃乃至７００℃に設定しても良い。尚、ＥＨＣ１００等を昇温させるための燃料添加弁６は電熱ヒータ１００ａとともに本発明における昇温手段の一部を構成する。
ここで、図２は本実施例における昇温ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ３０内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。尚、本ルーチンを実行するＥＣＵ３０は本発明における昇温手段に相当する。
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１においては内燃機関１の吸入空気量ＧＡが取得される。具体的には、エアフローメータ４の検出値により吸入空気量ＧＡが取得される。そして、Ｓ１０１の処理が終わるとＳ１０２に進む。
Ｓ１０２においては、排気浄化部１０に流入する排気の温度（以下、単に「入りガス温度」）が取得される。具体的には、温度センサ１１の出力値に基づいて入りガス温度が取得される。また、例えば、機関回転数Ｎｅと機関負荷ＴＱと入りガス温度との関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ３０内に格納しておいても良い。そして、該制御マップに機関回転数Ｎｅと機関負荷ＴＱとをパラメータとしてアクセスすることで、入りガス温度を導出しても良い。尚、その場合には機関回転数Ｎｅはクランクポジションセンサ７の検出値により取得され、機関負荷ＴＱはアクセルポジションセンサ８により検出されるアクセル開度に基づいて取得される。そして、Ｓ１０２の処理が終わるとＳ１０３に進む。
Ｓ１０３においては、Ｓ１０２において推定された入りガス温度に基づいてＥＨＣ１００の温度ＴがＥＣＵ３０によって推定される。また、本ステップにおけるＥＨＣ１００は従来技術を用いて推定されても良い。そして、Ｓ１０３の処理が終わるとＳ１０４に進む。尚、ＥＨＣ１００の温度を推定するＥＣＵ３０は本発明における温度推定手段に相当する。
Ｓ１０４においては、ＥＨＣ１００の推定温度Ｔが予め設定される第１の目標温度Ｔ１より低いか否かが判定される。つまり、本ステップでは、ＥＨＣ１００に設けられる電熱ヒータ１００ａに通電し、ＥＨＣ１００の温度Ｔを第１の目標温度Ｔ１まで上昇させる必要があるか否かが判定される。そして、ＥＨＣ１００の推定温度Ｔが第１の目標温度Ｔ１よりも低いと判定された場合にはＳ１０５に進む。一方、ＥＨＣ１００の推定温度Ｔが第１の目標温度Ｔ１以上であると判定された場合には後述する。
Ｓ１０５においては、ＥＣＵ３０によってＥＨＣ１００の温度を第１の目標温度Ｔ１まで上昇させるために必要な熱量（以下、単に「第１目標温度到達必要熱量」ともいう。）が算出される。具体的には、例えば第１の目標温度Ｔ１とＥＨＣ１００の推定温度Ｔとの差と、ＥＨＣ１００の熱容量と、ＥＨＣ１００に流入する排気の流量とに基づいて上記第１目標温度到達必要熱量を算出するようにしても良い。ここで、ＥＨＣ１００に流入する排気の流量は吸入空気量ＧＡに基づいて導出される。具体的には、吸入空気量ＧＡとＥＨ
Ｃ１００に流入する排気の流量との関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ３０内に格納しておく。そして、該制御マップに吸入空気量ＧＡをパラメータとしてアクセスすることで、ＥＨＣ１００に流入する排気の流量が導出される。従って、本実施例において第１目標温度到達必要熱量を算出するＥＣＵ３０は本発明における必要熱量算出手段に相当する。そして、Ｓ１０５の処理が終わるとＳ１０６に進む。
Ｓ１０６においては、ＥＨＣ１００に対して第１目標温度到達必要熱量だけの熱量を与えることが可能な電熱ヒータ１００ａに対する通電量が算出され、該算出された通電量に基づいて電熱ヒータ１００ａが通電される。これにより、ＥＨＣ１００の温度が上昇し、さらにＥＨＣ１００において昇温された排気が下流側に流れることによりフィルタ１０１の温度も上昇する。そして、Ｓ１０６の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。
また、上述したＳ１０４において、ＥＨＣ１００の推定温度Ｔが第１の目標温度Ｔ１以上であると判定された場合にはＳ２０１へ進む。Ｓ２０１においては、電熱ヒータ１００ａへの通電がなされている場合には該通電が停止される。ＥＨＣ１００の温度が第１の目標温度Ｔ１以上であると推定されているため、これ以上電熱ヒータ１００ａに通電させる必要がないからである。そして、Ｓ２０１の処理が終わるとＳ２０２に進む。
Ｓ２０２においては、Ｓ１０３において推定されたＥＨＣ１００の推定温度Ｔが予め設定される第２の目標温度Ｔ２より低いか否かが判定される。つまり、本ステップでは、燃料添加弁６から燃料を添加させることによりＥＨＣ１００の温度をさらに上昇させる必要があるか否かが判定される。そして、ＥＨＣ１００の推定温度Ｔが第２の目標温度Ｔ２よりも低いと判定された場合にはＳ２０３に進む。一方、ＥＨＣ１００の推定温度Ｔが第２の目標温度Ｔ２以上であると判定された場合にはＳ３０１に進む。
Ｓ２０３においては、ＥＨＣ１００の温度を第２の目標温度Ｔ２まで上昇させるために必要な熱量（以下、単に「第２目標温度到達必要熱量」ともいう。）が算出される。具体的には、例えば第２の目標温度Ｔ２とＥＨＣ１００の推定温度Ｔとの差と、ＥＨＣ１００の熱容量と、ＥＨＣ１００に流入する排気の流量とに基づいて上記第２目標温度到達必要熱量を算出するようにしても良い。また、ＥＨＣ１００に流入する排気の流量は吸入空気量ＧＡに基づいて導出される。そして、Ｓ２０３の処理が終わるとＳ２０４に進む。
Ｓ２０４においては、ＥＨＣ１００に対して第２目標温度到達必要熱量だけの熱量を与えることが可能な燃料の量（以下、「燃料添加量」という。）Ｑａｄが算出される。燃料添加量Ｑａｄの算出は、具体的には燃料添加弁６から添加される燃料がＥＨＣ１００を通過する際に酸化される割合を示す燃料酸化率と第２目標温度到達必要熱量とに基づいて算出される。
ここで、燃料酸化率とは、ＥＨＣ１００において酸化される燃料の量と、排気浄化部１０に流入する燃料の量との比である。そして、燃料酸化率は排気浄化部１０に流入する排気の流量およびＥＨＣ１００の温度によって変化するため、例えば排気浄化部１０に流入する排気の流量とＥＨＣ１００の温度と燃料酸化率との関係が格納されたマップから燃料酸化率を読み出すことにより導出するようにしてもよい。ここでのＥＨＣ１００の温度とは例えば本ルーチンが前回実施された際に推定された温度としても良く、実際に測定された温度としても良い。また、上述したように、排気浄化部１０に流入する排気の流量は吸入空気量ＧＡに基づいて取得しても良い。そして、Ｓ２０４の処理が終わるとＳ２０５に進む。
Ｓ２０５においては、Ｓ２０４の処理で算出された燃料添加量Ｑａｄに基づいて燃料添加弁６から燃料が添加される。そして、Ｓ２０５の処理が終わると本ルーチンを一旦終了
する。
また、Ｓ３０１においては、ＥＨＣ１００の推定温度Ｔが第２の目標温度Ｔ２以上であると判定されているため、フィルタ１０１の再生処理が実施される。例えば、フィルタ１０１に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にすることによってＮＯｘまたはＳＯｘの還元が実施される。或いはフィルタ１０１に流入する排気の空燃比をリーン空燃比にすることによってＰＭの酸化除去が実施される。そして、Ｓ３０１の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。
ここで、上述した、Ｓ１０３の処理において、更に精度良くＥＨＣ１００の温度Ｔを推定するために、図示しない筒内噴射弁から噴射される気筒内での燃焼のための燃料であって、気筒内で燃焼せずに第１排気管５ａに排出される燃料（未燃成分）が排気浄化部１０に流入する量を考慮しても良い。筒内噴射弁から噴射される燃料の未燃成分がＥＨＣ１００において酸化されることによってＥＨＣ１００の温度は上昇するからである。そして、筒内噴射弁から噴射される燃料の未燃成分がＥＨＣ１００において酸化されることによって発生する熱量を考慮に入れてＥＨＣ１００の温度Ｔを推定しても良い。なお、上記燃料の未燃成分の量は、例えばＨＣセンサ１２によって検出される排気中のＨＣ濃度とエアフローメータ４によって検出される吸入空気量ＧＡとに基づいて導出しても良い。
また、本ルーチンは上述したように内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。従って、Ｓ１０３の処理がなされるときに、電熱ヒータ１００ａに対する通電、或いは燃料添加弁６からの燃料添加が実施されている場合がある。そのような場合に以下に示すようにＥＨＣ１００の温度Ｔが推定される。
まず、電熱ヒータ１００ａに対する通電がなされている場合には、電熱ヒータ１００ａへの通電に起因して発生する熱量が取得される。具体的には、例えば電熱ヒータ１００ａへの通電が開始されてからの時間と通電量と発熱量との関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ３０内に格納しておいても良い。そして、該制御マップに通電時間と通電量とをパラメータとしてアクセスすることで、電熱ヒータ１００ａへの通電に起因して発生する熱量を導出しても良い。そして、入りガス温度と電熱ヒータ１００ａへの通電に起因して発生する熱量とに基づいてＥＨＣ１００の温度Ｔが推定される。
また、ＥＨＣ１００の温度Ｔが推定されるときに、燃料添加弁６からの燃料添加が実施されている場合には、燃料添加弁６からの燃料添加が開始されてからの燃料添加量と上述した燃料酸化率とから、ＥＨＣ１００において該燃料が酸化されるときに発生する熱量（以下、単に「燃料酸化時発熱量」ともいう。）が取得される。そして、入りガス温度と燃料酸化時発熱量とＥＨＣ１００の熱容量と排気浄化部１０に流入する排気の流量とに基づいてＥＨＣ１００の温度Ｔが推定される。ここで、上述のように、浄化部１０に流入する排気の流量は吸入空気量ＧＡに基づいて取得しても良い。
以上のように、本ルーチンによれば、内燃機関１の運転状態が変化することに伴い、排気浄化部１０への入りガス温度や、浄化部１０に流入する排気の流量等が変化しても、これらの変化を考慮してＥＨＣ１００の温度を推定することができる。さらに、本ルーチンは上述のように内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行されるため、所定期間毎にＥＨＣ１００の温度が推定される。これにより、ＥＨＣ１００の温度が第１の目標温度まで上昇するまでの期間における電熱ヒータ１００ａへの通電量をフィードフォアード的に精度良く制御することが可能となる。
また、燃料添加弁６から燃料が排気中に添加される昇温制御が実施されるときにおいても、排気中に添加された燃料等がＥＨＣ１００において酸化される際に発生する熱量を考
慮に入れてＥＨＣ１００の温度を推定することができる。つまり、燃料添加弁６から添加される燃料添加量ＱａｄをＥＨＣ１００の温度の推定毎に調節することができる。これにより、ＥＨＣ１００を第２の目標温度まで昇温させるまでに燃料添加弁６から添加される燃料添加量を精度良く制御することが可能となる。
以上より、本発明に係る内燃機関１の排気浄化システムによれば、ＥＨＣ１００やフィルタ１０１の昇温制御においてＥＨＣ１００等の温度に影響を及ぼす種々の要因が変化しても、ＥＨＣ１００等が過度に昇温されてしまうことを抑制し、熱劣化が生じることを抑制することができる。また、該昇温制御における電熱ヒータ１００ａへの通電量や燃料添加弁６からの燃料添加量は必要最小限にすることができるため、これらの電力および燃料の消費量を節約することが可能となる。
さらに、ＮＯｘ還元処理時にはＮＯｘ触媒の温度を活性化温度に維持することができるので、ＮＯｘの浄化率を向上することができる。また、ＰＭ再生処理時には、燃料添加弁６からの燃料添加によりフィルタ１０１の温度上昇を行なうことができるようにＥＨＣ１００の温度が維持されるので、ＰＭを速やかに酸化除去することができる。そして、ＳＯｘ被毒回復処理時においても、燃料添加弁６からの燃料添加によりＮＯｘ触媒の温度上昇を行なうことができるようにＥＨＣ１００の温度が維持されるので、ＳＯｘ被毒を速やかに回復させることができる。さらに、これらの処理において、排気中に添加される燃料が排気浄化装置１０をすり抜けて大気中へ放出されることを抑制できる。
尚、本実施例に係る昇温制御では、ＥＨＣ１００の温度が第１の目標温度に到達するまでは電熱ヒータ１００ａへの通電によりＥＨＣ１００等を昇温し、その後において最終的な目標温度である第２の目標温度までは燃料添加弁６からの燃料添加によってＥＨＣ１００等を昇温する例を説明したが、例えば電熱ヒータ１００ａへの通電によりＥＨＣ１００の温度を第２の目標温度まで上昇させるように制御しても良い。
また、本実施例においては電熱ヒータ１００ａへの通電による発熱によってＥＨＣ１００等を昇温させているが、加熱装置はＥＨＣ１００等を加熱できる構成であれば良く、例えば燃焼式バーナ等によってＥＨＣ１００等を昇温させるようにしても良い。
また、本実施例ではフィルタ１０１に対する排気浄化能力の再生処理（例えば、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、ＰＭ再生処理等）を実施する際に上述した昇温制御を適用する例を説明したが、それに限定されるものではない。例えば内燃機関１の稼働中においてＥＨＣ１００等を活性状態に維持するために、上述の昇温制御を適用しても良い。具体的には、内燃機関１排出される排気の温度が低くＥＨＣ１００等の温度が活性化温度よりも低いときに該昇温制御が実施されることによって、ＥＨＣ１００等の温度を活性化温度まで上昇させ、その後は活性状態を維持することができる。これにより、ＥＨＣ１００やフィルタ１０１における排気浄化能力の信頼性を確保することができる。
本発明に係る内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例１における昇温ルーチンを示すフローチャートである。
符号の説明
１・・・内燃機関
２・・・吸気管
３・・・スロットルバルブ
４・・・エアフローメータ
５・・・排気管
５ａ・・・第１排気管
５ｂ・・・第２排気管
６・・・燃料添加弁
７・・・クランクポジションセンサ
８・・・アクセルポジションセンサ
１０・・・排気浄化部
１１・・・温度センサ
１２・・・ＨＣセンサ
３０・・・ＥＣＵ
１００・・・ＥＨＣ
１００ａ・・・電熱ヒータ
１０１・・・フィルタ

Claims (4)

  1. 一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過する排気通路と、
    前記排気通路に設けられるとともに酸化機能を有する触媒を担持した排気浄化装置と、
    前記排気浄化装置の温度を上昇させる加熱装置と、
    前記排気浄化装置の温度を推定する温度推定手段と、
    前記温度推定手段により推定される前記排気浄化装置の推定温度に基づいて前記排気浄化装置の温度を第１の目標温度まで上昇させるために必要な熱量を算出する必要熱量算出手段と、
    前記必要熱量算出手段により算出される熱量を前記加熱装置から前記排気浄化装置に与えることによって該排気浄化装置を昇温させる昇温手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記加熱装置は電気加熱式ヒータであって、前記昇温手段は該電気加熱式ヒータに通電することによって前記熱量を前記排気浄化装置に与え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. 前記排気浄化装置は還元剤が供給されることにより該排気浄化装置の排気浄化能力が再生されるとともに、
    前記昇温手段は前記排気浄化装置に流入する排気に前記還元剤を供給する還元剤供給手段を更に備え、
    前記排気浄化装置の推定温度が前記第１の目標温度以上であるときに、前記所定の目標温度よりも高温である第２の目標温度まで前記排気浄化装置の温度を上昇させるべく、前記昇温手段は前記還元剤供給手段に前記還元剤を供給させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 前記温度推定手段は、少なくとも前記排気浄化装置に流入する排気の温度と、前記排気浄化装置に流入する排気に含まれる還元剤が前記酸化機能を有する触媒によって酸化されることにより発生する熱量と、前記排気浄化装置の熱容量と、前記排気浄化装置に流入する排気の流量とに基づいて前記排気浄化装置の温度を推定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
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