JP2009138702A - 排気後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の悪化を防止しつつパティキュレートマターを捕捉するフィルタを過昇温なく速やかに再生可能な排気後処理装置を提供する。
【解決手段】フィルタの強制再生を行う場合には、フィルタの排気流入口部分の目標温度Ｔftを設定し、当該目標温度Ｔftに応じて副燃料噴射の噴射量を設定するが、この際、目標温度Ｔft（＝Ｔft1）についてはフィルタの再生開始後の経過期間ｔrが短いほど低く設定する(B10)。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気後処理装置に係り、特に、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるパティキュレートマターを捕捉するフィルタの再生時における過昇温を防止する技術に関する。

車両用ディーゼルエンジンの排気通路には一般に排気浄化触媒とともに煤等のパティキュレートマター（ＰＭ）を捕捉するフィルタが介装されており、これにより排気中の有害物質（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯx等）が酸化或いは還元されて除去されるとともに、ＰＭの大気中への放散が防止される。
ところで、フィルタにはＰＭが堆積するが、当該ＰＭはフィルタを加熱昇温することで燃焼除去され、これによりフィルタの再生が図られる。従って、一般に、フィルタへのＰＭの堆積量に応じて適宜フィルタを強制的に加熱昇温する、所謂強制再生が行われている。

フィルタを加熱昇温するには、排気温度を上昇させることが有効であり、例えばディーゼルエンジンにおいて主噴射後の排気行程中に副燃料噴射（ポスト噴射）を行い、未燃燃料を排気通路内或いはフィルタ上流側に設けた酸化触媒で反応させて排気温度を昇温させる技術が開発されている。
そして、予めフィルタ入口目標温度を設定しておき、フィルタ入口温度が当該目標温度となるように噴射量を設定して副燃料噴射を行う技術が公知である（特許文献１等参照）。
特開２００６−２４２０７２号公報

ところで、上記特許文献１に開示されるように、フィルタ入口目標温度に基づいて噴射量を設定して副燃料噴射を行うようにすると、副燃料噴射の噴射開始初期の段階、フィルタへのＰＭ堆積量が多い場合、フィルタ内部の酸素濃度が高い場合、フィルタ内部の排気流量が少ない場合、フィルタ入口温度が急激に上昇した場合等において、例えばフィルタ入口目標温度の設定温度が高め設定であると、フィルタ内部の温度が異常に上昇し、フィルタが過昇温を招き易いという問題がある。

このようなことから、例えばフィルタ入口目標温度を低めの所定値に設定して副燃料噴射を行うことも考えられる。
しかしながら、フィルタ入口目標温度を一律に低い所定値に設定してしまうと、過昇温は防止できるものの、全体的にフィルタの温度が低くなってしまい、フィルタに堆積したＰＭを燃焼させるのに時間を要し、強制再生を速やかに完了することができないという問題がある。

そして、このようにＰＭの燃焼に時間を要することになると、結果的に燃料消費量が多くなるため、燃費の悪化に繋がり好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃費の悪化を防止しつつパティキュレートマターを捕捉するフィルタを過昇温なく速やかに再生可能な排気後処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の排気後処理装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕捉するフィルタと、前記排気通路に前記フィルタの排気上流に位置して設けられた酸化触媒と、内燃機関の燃料噴射弁により主燃料噴射を行った後、排気行程で副燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、前記フィルタに捕捉されたパティキュレートマターを除去して該フィルタの再生が必要なとき、前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことで排気温度を上昇させて前記酸化触媒を昇温させるとともに、未燃燃料を該酸化触媒で酸化反応させて前記フィルタを昇温させ、前記フィルタに捕捉されたパティキュレートマターを燃焼除去して前記フィルタを強制的に再生させる強制再生手段と、前記強制再生手段により前記フィルタを強制的に再生させる際の前記フィルタの排気流入口部分の目標温度を設定するフィルタ入口目標温度設定手段とを備え、前記フィルタ入口目標温度設定手段は、前記強制再生手段による前記フィルタの再生開始後の経過期間を計時する再生期間計時手段を含み、該再生期間計時手段により計時される経過期間が短いほど前記目標温度を低く設定し、前記強制再生手段は、該目標温度に応じて前記副燃料噴射の噴射量を設定し前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことを特徴とする。

請求項２の排気後処理装置では、前記フィルタ入口目標温度設定手段は、前記フィルタに捕捉されるパティキュレートマターの堆積量を検出するパティキュレートマター堆積量検出手段を含み、該パティキュレートマター堆積量検出手段により検出されるパティキュレートマターの堆積量が多いほど前記目標温度を低く設定し、前記強制再生手段は、該目標温度に応じて前記副燃料噴射の噴射量を設定し前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことを特徴とする。

請求項３の排気後処理装置では、前記フィルタ入口目標温度設定手段は、前記強制再生手段による前記フィルタの再生開始後の経過期間を計時する再生期間計時手段を含み、該再生期間計時手段により計時される経過期間が短いほど前記目標温度を低く設定して第１目標温度を得るとともに、前記フィルタに捕捉されるパティキュレートマターの堆積量を検出するパティキュレートマター堆積量検出手段を含み、該パティキュレートマター堆積量検出手段により検出されるパティキュレートマターの堆積量が多いほど前記目標温度を低く設定して第２目標温度を得、前記強制再生手段は、前記第１目標温度及び前記第２目標温度のいずれか低い方の目標温度に応じて前記副燃料噴射の噴射量を設定し前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことを特徴とする。

請求項４の排気後処理装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記フィルタ入口目標温度設定手段は、さらに、前記フィルタ内部の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を含み、該酸素濃度検出手段により検出される前記フィルタ内部の酸素濃度が高いほど前記目標温度を低く設定することを特徴とする。
請求項５の排気後処理装置では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記フィルタ入口目標温度設定手段は、さらに、前記排気通路の排気流量を検出する排気流量検出手段を含み、該排気流量検出手段により検出される排気流量が少ないほど前記目標温度を低く設定することを特徴とする。

請求項６の排気後処理装置では、請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記フィルタ入口目標温度設定手段は、さらに、前記フィルタの排気流入口部分の温度を検出するフィルタ入口温度検出手段を含み、該フィルタ入口温度検出手段により検出される温度の上昇率が大きいほど前記目標温度を低く設定することを特徴とする。

請求項１の排気後処理装置によれば、フィルタの強制再生を行う場合には、フィルタの排気流入口部分の目標温度が設定され、当該目標温度に応じて副燃料噴射の噴射量が設定され、燃料噴射制御手段により副燃料噴射が行われてフィルタの強制再生が実施されることになるが、目標温度はフィルタの再生開始後の経過期間が短いほど低く設定される。
従って、フィルタの再生開始後、副燃料噴射の開始初期にはフィルタに堆積したＰＭが一気に燃焼に至る傾向にあり、フィルタが過昇温し易いのであるが、当該副燃料噴射の開始初期に近いほどフィルタの排気流入口部分の目標温度を低く設定することにより、フィルタを極力高温に至らないようにして該フィルタの過昇温を未然に防止することができる。一方、フィルタの再生開始後の経過期間に応じて目標温度を適切に可変設定することから、目標温度を必要以上に低く設定しないようにでき、故にフィルタの温度が低くなり過ぎてフィルタに堆積したＰＭの燃焼に時間を要することを回避でき、強制再生を速やかに完了して燃料消費量の増大を防止することができる。

これにより、燃費の悪化を抑制しながら、フィルタの熱劣化を防止してフィルタの耐久性能を向上させることができる。また、例えば排気後処理装置が車両に搭載されている場合において、再生期間の長期化を抑えて車両の運転フィーリングの向上を図ることができる。
請求項２の排気後処理装置によれば、フィルタの強制再生を行う場合には、フィルタの排気流入口部分の目標温度はＰＭの堆積量が多いほど低く設定される。

従って、ＰＭのフィルタへの堆積量が多いと、ＰＭが一気に燃焼したときにフィルタが過昇温し易いのであるが、ＰＭの堆積量が多いほどフィルタの排気流入口部分の目標温度を低く設定することにより、フィルタを極力高温に至らないようにして該フィルタの過昇温を未然に防止することができる。一方、ＰＭの堆積量に応じて目標温度を適切に可変設定することから、目標温度を必要以上に低く設定しないようにでき、故にフィルタの温度が低くなり過ぎてフィルタに堆積したＰＭの燃焼に時間を要することを回避でき、強制再生を速やかに完了して燃料消費量の増大を防止することができる。

これにより、燃費の悪化を抑制しながらフィルタの耐久性能を向上させることができる。
請求項３の排気後処理装置によれば、フィルタの強制再生を行う場合には、フィルタの排気流入口部分の目標温度はフィルタの再生開始後の経過期間が短いほど低く設定されて第１目標温度とされるとともに、ＰＭの堆積量が多いほど低く設定されて第２目標温度とされ、これら第１目標温度及び第２目標温度のいずれか低い方の目標温度に応じて副燃料噴射の噴射量が設定される。

従って、フィルタの再生開始後、副燃料噴射の開始初期にはフィルタに堆積したＰＭが一気に燃焼に至る傾向にあり、フィルタが過昇温し易く、また、ＰＭのフィルタへの堆積量が多いと、ＰＭが一気に燃焼したときにフィルタが過昇温し易いのであるが、フィルタの再生開始後の経過期間に応じた第１目標温度とＰＭの堆積量に応じた第２目標温度のいずれか低い方の目標温度に応じて副燃料噴射の噴射量を設定することで、フィルタを極力高温に至らないようにして該フィルタの過昇温を未然に防止することができる。一方、フィルタの再生開始後の経過期間やＰＭの堆積量に応じて目標温度を適切に可変設定することから、目標温度を必要以上に低く設定しないようにでき、故にフィルタの温度が低くなり過ぎてフィルタに堆積したＰＭの燃焼に時間を要することを回避でき、強制再生を速やかに完了して燃料消費量の増大を防止することができる。

これにより、効果的に燃費の悪化を抑制しながらフィルタの耐久性能を向上させることができる。
請求項４の排気後処理装置によれば、さらにフィルタ内部の酸素濃度が高いほどフィルタの排気流入口部分の目標温度は低く設定される。
従って、フィルタ内部の酸素濃度が高いと、ＰＭが燃焼し易くフィルタが過昇温し易いのであるが、フィルタ内部の酸素濃度が高いほどフィルタの排気流入口部分の目標温度を低く設定することにより、フィルタを極力高温に至らないようにして該フィルタの過昇温を未然に防止することができ、燃費の悪化を抑制しながらフィルタの耐久性能をさらに向上させることができる。

請求項５の排気後処理装置によれば、さらに排気流量が少ないほど目標温度は低く設定される。
従って、排気流量が少ないと、熱の持ち去りが少なくフィルタが過昇温し易いのであるが、排気流量が少ないほどフィルタの排気流入口部分の目標温度を低く設定することにより、フィルタを極力高温に至らないようにして該フィルタの過昇温を未然に防止することができ、燃費の悪化を抑制しながらフィルタの耐久性能をさらに向上させることができる。

請求項６の排気後処理装置によれば、フィルタの排気流入口部分の温度の上昇率が大きいほど目標温度は低く設定される。
従って、フィルタの排気流入口部分の温度の上昇率が大きいと、フィルタ全体の温度上昇率も大きくなり、フィルタは過昇温し易いのであるが、当該温度の上昇率が大きいほどフィルタの排気流入口部分の目標温度を低く設定することにより、フィルタを極力高温に至らないようにして該フィルタの過昇温を未然に防止することができ、燃費の悪化を抑制しながらフィルタの耐久性能をさらに向上させることができる。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、車両に搭載された本発明に係る排気後処理装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気後処理装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下、コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に噴射する。

吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、エアクリーナ７から吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管（排気通路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。

排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理ユニット３０に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。
排気後処理ユニット３０は、酸化触媒３６が収容されると共に、この酸化触媒３６の排気下流側にディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦという）３８が収容されて構成されている。ＤＰＦ３８は、排気中のパティキュレートマター（以下、ＰＭという）を捕集することによりエンジン１の排気を浄化するために設けられる。

ＤＰＦ３８はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のＰＭを捕集する。
酸化触媒３６は排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成するので、このように酸化触媒３６とＤＰＦ３８とを配置することにより、ＤＰＦ３８に捕集され堆積しているＰＭは、通常においては、酸化触媒３６から供給されたＮＯ_２と反応して酸化し、これによりＤＰＦ３８の連続再生が行われる。

酸化触媒３６の上流側には、酸化触媒３６及びＤＰＦ３８の排気上流側の排気圧力を検出する上流側圧力センサ４０が設けられ、下流側にはＤＰＦ３８の排気下流側の排気圧力を検出する下流側圧力センサ４２が設けられている。
また、酸化触媒３６とＤＰＦ３８との間には、ＤＰＦ３８に流入する排気の温度、ひいてはＤＰＦ３８の排気流入口部分の温度を検出するＤＰＦ入口温度センサ（フィルタ入口温度検出手段）４４、ＤＰＦ３８に流入する排気中の酸素濃度、即ちフィルタ入口酸素濃度ＤO2を検出する酸素センサ４６が設けられている。

さらに、排気管２０には排気流量Ｆexを検出する流量センサ４８が設けられている。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）５０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行う。

ＥＣＵ５０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した上流側圧力センサ４０、下流側圧力センサ４２、ＤＰＦ入口温度センサ４４、酸素センサ４６及び流量センサ４８のほか、各種センサ類が接続されている。一方、出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６などの各種デバイス類が接続されている。

これより、ＥＣＵ５０では、エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づいてインジェクタ４からの燃料供給量を制御する燃料供給制御等の各種制御が行われる。
特に、本発明に係る排気後処理装置では、エンジン１は主燃料噴射のほかに排気昇温等を目的として排気行程（例えば、排気行程後期）においてインジェクタ４から副燃料噴射（以下、レイトポスト噴射という）を行うことが可能に構成されており、ＥＣＵ５０の指令により当該レイトポスト噴射を実施可能である（燃料噴射制御手段）。即ち、ＥＣＵ５０の指令に基づきレイトポスト噴射を行うことで、レイトポスト噴射による燃料の多くを未燃燃料として排気管２０に排出するようにでき、当該未燃燃料と排気中の残存酸素とを排気管２０内で反応させて排気温度を上昇させ、或いは、当該未燃燃料を酸化触媒３６上で酸化反応させて酸化触媒３６の昇温を図ることが可能である。

従って、例えばＤＰＦ３８の再生が必要なときにあっては、強制的にＥＣＵ５０により強制再生制御が実施されるが、当該強制再生制御としてレイトポスト噴射を行うことにより、酸化触媒３６が昇温して排気下流側のＤＰＦ３８が加熱され、これによりＤＰＦ３８に堆積したＰＭが燃焼除去されてＤＰＦ３８の再生が行われる（強制再生手段）。
なお、ＤＰＦ３８の強制再生が必要か否かについては、例えば、上流側圧力センサ４０と下流側圧力センサ４２との差圧からＤＰＦ３８の目詰まり状況を判定することでＤＰＦ３８へのＰＭの堆積量Ｑpmを推定し、当該推定値が所定量に達したか否かに基づいて判断する。即ち、ＰＭ堆積量Ｑpmの推定値が所定量に達すると、ＤＰＦ３８の強制再生が必要な状況と判定され、強制再生制御が開始される。

ところで、レイトポスト噴射を実施してＤＰＦ３８の強制再生を行う場合には、通常は、先ずＤＰＦ３８の排気流入口部分の目標温度、即ちフィルタ入口目標温度Ｔftを設定するようにし（フィルタ入口目標温度設定手段）、当該フィルタ入口目標温度Ｔftに基づいて、レイトポスト噴射を実施するのに必要な燃料量Ｑfpを設定するようにしている。
しかしながら、このようにフィルタ入口目標温度Ｔftを設定し、当該フィルタ入口目標温度Ｔftを目標にレイトポスト噴射を実施したとしても、実際には装置の状態等の種々の要因により、ＤＰＦ３８の実温度がフィルタ入口目標温度Ｔftを超えて異常に上昇してしまうことがある。このようにＤＰＦ３８の温度が異常に上昇すると、ＤＰＦ３８が過昇温に至り、熱劣化を引き起こすおそれがあり好ましいことではない。

そこで、本発明ではこのような事態を未然に防止するように図っており、以下、上記のように構成された本発明に係る排気後処理装置の作用及び効果について説明する。
図２を参照すると、ＥＣＵ５０で実行される本発明におけるフィルタ入口目標温度Ｔftの設定手順がブロック図で示されており、以下同図に基づき本発明に係るフィルタ入口目標温度Ｔftの設定手順について説明する。

ＤＰＦ３８の強制再生が開始されると、先ずブロックＢ１０が実行され、当該ブロックＢ１０では、ＥＣＵ５０内のタイマカウンタ（再生期間計時手段）で計時される強制再生の開始からの再生経過時間ｔrに応じてフィルタ入口目標温度Ｔft1（第１目標温度）を設定する。具体的には、図３に設定マップを示すように、フィルタ入口目標温度Ｔft1は、レイトポスト噴射の開始初期のように再生経過時間ｔrが短いときには低く、再生経過時間ｔrが長くなるにつれて高くなるように設定される（例えば、５００℃〜６５０℃の範囲）。

このように、再生経過時間ｔrが短いほどフィルタ入口目標温度Ｔft1を低く設定すると、強制再生の開始後、レイトポスト噴射の開始初期には、一般にＤＰＦ３８に堆積したＰＭが一気に燃焼に至る傾向にあり、ＤＰＦ３８が過昇温し易いのであるが、当該フィルタ入口目標温度Ｔft1を最終的にフィルタ入口目標温度Ｔftとすることで、ＤＰＦ３８を極力高温に至らないようにしてＤＰＦ３８の過昇温を未然に防止することができる。

一方、この際、再生経過時間ｔrに応じてフィルタ入口目標温度Ｔftを適切に可変設定することになるため、フィルタ入口目標温度Ｔftを必要以上に低く設定しないようにでき、ＤＰＦ３８の温度が低くなり過ぎてＤＰＦ３８に堆積したＰＭの燃焼に時間を要することを回避でき、強制再生を速やかに完了して燃料消費量の増大を防止することができる。
即ち、再生経過時間ｔrが短いほどフィルタ入口目標温度Ｔftを低く設定することにより、燃費の悪化を抑制しながら、ＤＰＦ３８の熱劣化を防止してＤＰＦ３８の耐久性能を向上させることができ、また、再生期間の長期化を抑えて車両の運転フィーリングの向上をも図ることができる。

ブロックＢ２０では、ＤＰＦ３８のＰＭ堆積量Ｑpmに応じてフィルタ入口目標温度Ｔft2（第２目標温度）を設定する。具体的には、図４に設定マップを示すように、フィルタ入口目標温度Ｔft2は、ＰＭ堆積量Ｑpmが少ないときには高く、ＰＭ堆積量Ｑpmが多くなるにつれて低くなるように設定される（例えば、５００℃〜６５０℃の範囲）。なお、ＰＭ堆積量Ｑpmについては、上述したように上流側圧力センサ４０と下流側圧力センサ４２との差圧に基づきＤＰＦ３８の目詰まり状況を判定することで推定するようにしてもよいが、これに限られるものではない（パティキュレートマター堆積量検出手段）。

このように、ＰＭ堆積量Ｑpmが多いほどフィルタ入口目標温度Ｔft2を低く設定すると、ＰＭ堆積量Ｑpmが多い場合には、ＰＭが一気に燃焼したときにＤＰＦ３８が過昇温し易いのであるが、当該フィルタ入口目標温度Ｔft2を最終的にフィルタ入口目標温度Ｔftとすることで、ＤＰＦ３８を極力高温に至らないようにしてＤＰＦ３８の過昇温を未然に防止することができる。

一方、この際、ＰＭ堆積量Ｑpmに応じてフィルタ入口目標温度Ｔftを適切に可変設定することになるため、上記同様、フィルタ入口目標温度Ｔftを必要以上に低く設定しないようにでき、ＤＰＦ３８の温度が低くなり過ぎてＤＰＦ３８に堆積したＰＭの燃焼に時間を要することを回避でき、強制再生を速やかに完了して燃料消費量の増大を防止することができる。

即ち、ＰＭ堆積量Ｑpmが多いほどフィルタ入口目標温度Ｔftを低く設定することにより、燃費の悪化を抑制しながら、ＤＰＦ３８の熱劣化を防止してＤＰＦ３８の耐久性能を向上させることができ、また、再生期間の長期化を抑えて車両の運転フィーリングの向上をも図ることができる。
ブロックＢ３０では、酸素センサ（酸素濃度検出手段）４６により検出されるフィルタ入口酸素濃度ＤO2に応じて補正係数Ｋd（値０〜１．０）を設定する。そして、当該補正係数Ｋdを上記フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2に乗算する。具体的には、図５に設定マップを示すように、補正係数Ｋdは、フィルタ入口酸素濃度ＤO2が低いときには大きく（値１．０近傍）、フィルタ入口酸素濃度ＤO2が高くなるにつれて小さくなるように設定されており、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2に乗算することで、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2が、フィルタ入口酸素濃度ＤO2が高くなるほど一層低くなるように補正される。

このように、フィルタ入口酸素濃度ＤO2が高いほどフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2を低く設定すると、ＤＰＦ３８内部の酸素濃度が高い場合には、ＰＭが燃焼し易くＤＰＦ３８が過昇温し易いのであるが、これらフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2のいずれか一方を最終的にフィルタ入口目標温度Ｔftとすることで、ＤＰＦ３８を極力高温に至らないようにしてＤＰＦ３８の過昇温を未然に防止することができ、燃費の悪化を抑制しながら、ＤＰＦ３８の熱劣化を防止してＤＰＦ３８の耐久性能をさらに向上させることができる。

ブロックＢ４０では、流量センサ（排気流量検出手段）４８により検出される排気流量Ｆexに応じて補正係数Ｋf1（値０〜１．０）を設定する。そして、当該補正係数Ｋf1を上記フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2に乗算する。具体的には、図６に設定マップを示すように、補正係数Ｋf1は、排気流量Ｆexが少ないときには小さく、排気流量Ｆexが多くなるにつれて大きく（値１．０近傍）なるように設定されており、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2に乗算することで、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2が、排気流量Ｆexが少ないときには一層低くなるように補正される。

このように、排気流量Ｆexが少ないほどフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2を低く設定すると、排気流量Ｆexが少ない場合には、熱の持ち去りが少なくＤＰＦ３８が過昇温し易いのであるが、これらフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2のいずれか一方を最終的にフィルタ入口目標温度Ｔftとすることで、ＤＰＦ３８を極力高温に至らないようにしてＤＰＦ３８の過昇温を未然に防止することができ、燃費の悪化を抑制しながら、ＤＰＦ３８の熱劣化を防止してＤＰＦ３８の耐久性能をさらに向上させることができる。

補正係数Ｋd及び補正係数Ｋf1を加味してフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2が求められたら、ブロックＢ５０において、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2のうちのいずれか低い方（ｍｉｎ）を選択する。
このように、ＤＰＦ３８の再生開始後の再生経過時間ｔrに応じたフィルタ入口目標温度Ｔft1とＰＭ堆積量Ｑpmに応じたフィルタ入口目標温度Ｔft2のいずれか低い方を選択すると、ＤＰＦ３８を極力高温に至らないようにしてＤＰＦ３８の過昇温を未然に防止することができ、これを最終的にフィルタ入口目標温度Ｔftとすることで、燃費の悪化を効果的に抑制しながら、ＤＰＦ３８の熱劣化を防止してＤＰＦ３８の耐久性能を効果的に向上させることができる。

ブロックＢ６０では、ＤＰＦ入口温度センサ４４からの温度情報に基づきＤＰＦ３８の排気流入口部分でのフィルタ入口温度上昇率ΔＴ（単位時間当たりの上昇温度）を求め、当該フィルタ入口温度上昇率ΔＴに応じて目標温度低下量ΔＴftを設定する。そして、当該目標温度低下量ΔＴftを上記のように求めたフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2から減算する。具体的には、図７に設定マップを示すように、目標温度低下量ΔＴftは、フィルタ入口温度上昇率ΔＴが小さいときには少なく、フィルタ入口温度上昇率ΔＴが大きくなるにつれて多くなるように設定されており（例えば、最大温度幅５０℃）、当該フィルタ入口温度上昇率ΔＴをフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2から減算することで、上記フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2が、フィルタ入口温度上昇率ΔＴが大きくなるほど一層低くなるように補正される。

また、フィルタ入口温度上昇率ΔＴは排気流量Ｆexとの相関が強いことから、ブロックＢ７０では、流量センサ４８により検出される排気流量Ｆexに応じて補正係数Ｋf2（値１．０以上）を設定する。そして、当該補正係数Ｋf2を上記目標温度低下量ΔＴftに乗算する。具体的には、図８に設定マップを示すように、補正係数Ｋf2は、排気流量Ｆexが少ないときには大きく、排気流量Ｆexが多くなるにつれて小さく（値１．０近傍）なるように設定されており、目標温度低下量ΔＴftに乗算することで、目標温度低下量ΔＴftが、排気流量Ｆexが少ないほどより大きくなるように補正される。即ち、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2が、排気流量Ｆexが少ないほどより低くなるようにさらに補正され、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2の適正化が図られる。

さらに、フィルタ入口温度上昇率ΔＴはレイトポスト噴射の噴射量Ｑfpとの相関も強いことから、ブロックＢ８０では、前回設定されたレイトポスト噴射量Ｑfpに応じて補正係数Ｋp（値１．０以上）を設定する。そして、当該補正係数Ｋpを上記目標温度低下量ΔＴftに乗算する。具体的には、図９に設定マップを示すように、補正係数Ｋpは、レイトポスト噴射量Ｑfpが少ないときには小さく（値１．０近傍）、レイトポスト噴射量Ｑfpが多くなるにつれて大きくなるように設定されており、目標温度低下量ΔＴftに乗算することで、目標温度低下量ΔＴftが、レイトポスト噴射量Ｑfpが多いほどより大きくなるように補正される。即ち、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2が、レイトポスト噴射量Ｑfpが多いほどより低くなるようにさらに補正され、フィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2の適正化が図られる。

このように、フィルタ入口温度上昇率ΔＴが大きいほどフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2を低く設定すると、フィルタ入口温度上昇率ΔＴが大きい場合には、ＤＰＦ３８全体の温度上昇率も大きくなり、ＤＰＦ３８は過昇温し易いのであるが、これらフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2を最終的にフィルタ入口目標温度Ｔftとすることで、ＤＰＦ３８を極力高温に至らないようにしてＤＰＦ３８の過昇温を未然に防止することができる。

以上説明したように、本発明に係る排気後処理装置によれば、レイトポスト噴射の噴射量Ｑfpを設定するためのフィルタ入口目標温度Ｔftを、強制再生の開始からの再生経過時間ｔrが短いほど、ＤＰＦ３８のＰＭ堆積量Ｑpmが多いほど、フィルタ入口酸素濃度ＤO2が高いほど、排気流量Ｆexが多いほど、さらにはフィルタ入口温度上昇率ΔＴが大きいほど低く、必要な範囲で低く、適正に設定するようにしている。

これにより、強制再生を速やかに完了して燃費の悪化を抑制しながら、ＤＰＦ３８の過昇温を未然に防止してＤＰＦ３８の熱劣化を防止しＤＰＦ３８の耐久性能を向上させることができ、さらには、再生期間の長期化を抑えることで車両の運転フィーリングの向上をも図ることができる。
以上で本発明に係る排気後処理装置の一実施形態の説明を終えるが、本発明の実施形態は上記に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、主として強制再生の開始からの再生経過時間ｔr、ＤＰＦ３８のＰＭ堆積量Ｑpmに基づいてフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2をそれぞれ設定し、これらフィルタ入口目標温度Ｔft1、Ｔft2をフィルタ入口酸素濃度ＤO2、排気流量Ｆex、フィルタ入口温度上昇率ΔＴに基づき補正してフィルタ入口目標温度Ｔftを設定するようにしているが、必ずしもフィルタ入口酸素濃度ＤO2、排気流量Ｆex、フィルタ入口温度上昇率ΔＴによる補正を行わなくてもよく、このようにしても十分に本発明の効果を得ることができる。また、再生経過時間ｔrにのみ基づいてフィルタ入口目標温度Ｔftを設定するようにしても、或いはＤＰＦ３８のＰＭ堆積量Ｑpmにのみ基づいてフィルタ入口目標温度Ｔftを設定するようにしてもよく、このようにしても十分に本発明の効果を得ることができる。

即ち、図２において、ブロックＢ３０、ブロックＢ４０、ブロックＢ６０〜Ｂ８０のうちの少なくともいずれかを実施しなくてもよいし、ブロックＢ１０及びブロックＢ２０のいずれか一方並びにブロックＢ５０を実施しなくてもよく、このようにしても本発明の作用効果を十分に達成することが可能である。
また、上記実施形態では、ＤＰＦ入口温度センサ４４を設け、ブロックＢ６０において、当該ＤＰＦ入口温度センサ４４からの温度情報に基づいてフィルタ入口温度上昇率ΔＴを求めるようにしているが、例えば排気上流側の酸化触媒３６の排気流入口部分の温度を検出し、当該検出値を一次遅れ処理するようにしてＤＰＦ３８のフィルタ入口温度上昇率ΔＴを求めるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、酸素センサ４６を設け、当該酸素センサ４６から直接に酸素濃度を検出するようにしているが、これに限られるものではない。
また、上記実施形態では、流量センサ４８を設け、当該流量センサ４８から直接に排気流量を検出するようにしているが、これに限られるものではなく、吸入空気量情報、燃料量情報、排気温度情報、排気圧情報等に基づき排気流量を算出するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、レイトポスト噴射を実施することでＤＰＦ３８の強制再生を行うようにしているが、排気管２０に酸化触媒３６の排気上流に位置して燃料噴射装置を別途設け、当該燃料噴射装置からの排気管内燃料噴射をも利用してＤＰＦ３８の強制再生を行うようにしてもよく、このような構成であっても本発明を良好に適用可能である。
また、上記実施形態では、ターボチャージャ８や吸気制御弁１２、さらにはＥＧＲ弁２２、ＥＧＲ通路２４や排気絞り弁２６を設けるようにしているが、これらは本発明においては必須ではなく、設けないようにしてもよい。

本発明に係る排気後処理装置を含むエンジン全体のシステム構成図である。 本発明に係る排気後処理装置の強制再生制御におけるフィルタ入口目標温度Ｔftの設定手順を示すブロック図である。 再生経過時間ｔrに応じたフィルタ入口目標温度Ｔft1の設定マップである。 ＰＭ堆積量Ｑpmに応じたフィルタ入口目標温度Ｔft2の設定マップである。 フィルタ入口酸素濃度ＤO2に応じた補正係数Ｋdの設定マップである。 排気流量Ｆexに応じた補正係数Ｋf1の設定マップである。 フィルタ入口温度上昇率ΔＴに応じた目標温度低下量ΔＴftの設定マップである。 排気流量Ｆexに応じた補正係数Ｋf2の設定マップである。 レイトポスト噴射量Ｑfpに応じた補正係数Ｋpの設定マップである。

符号の説明

１ エンジン（ディーゼルエンジン）
４ インジェクタ
２０ 排気管（排気通路）
３０ 排気後処理ユニット
３６ 酸化触媒
３８ ＤＰＦ（フィルタ）
４０ 上流側圧力センサ
４２ 下流側圧力センサ
４４ ＤＰＦ入口温度センサ（フィルタ入口温度検出手段）
４６ 酸素センサ（酸素濃度検出手段）
４８ 流量センサ（排気流量検出手段）
５０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕捉するフィルタと、
   前記排気通路に前記フィルタの排気上流に位置して設けられた酸化触媒と、
   内燃機関の燃料噴射弁により主燃料噴射を行った後、排気行程で副燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、
   前記フィルタに捕捉されたパティキュレートマターを除去して該フィルタの再生が必要なとき、前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことで排気温度を上昇させて前記酸化触媒を昇温させるとともに、未燃燃料を該酸化触媒で酸化反応させて前記フィルタを昇温させ、前記フィルタに捕捉されたパティキュレートマターを燃焼除去して前記フィルタを強制的に再生させる強制再生手段と、
   前記強制再生手段により前記フィルタを強制的に再生させる際の前記フィルタの排気流入口部分の目標温度を設定するフィルタ入口目標温度設定手段とを備え、
   前記フィルタ入口目標温度設定手段は、前記強制再生手段による前記フィルタの再生開始後の経過期間を計時する再生期間計時手段を含み、該再生期間計時手段により計時される経過期間が短いほど前記目標温度を低く設定し、
   前記強制再生手段は、該目標温度に応じて前記副燃料噴射の噴射量を設定し前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことを特徴とする排気後処理装置。
2. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕捉するフィルタと、
   前記排気通路に前記フィルタの排気上流に位置して設けられた酸化触媒と、
   内燃機関の燃料噴射弁により主燃料噴射を行った後、排気行程で副燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、
   前記フィルタに捕捉されたパティキュレートマターを除去して該フィルタの再生が必要なとき、前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことで排気温度を上昇させて前記酸化触媒を昇温させるとともに、未燃燃料を該酸化触媒で酸化反応させて前記フィルタを昇温させ、前記フィルタに捕捉されたパティキュレートマターを燃焼除去して前記フィルタを強制的に再生させる強制再生手段と、
   前記強制再生手段により前記フィルタを強制的に再生させる際の前記フィルタの排気流入口部分の目標温度を設定するフィルタ入口目標温度設定手段とを備え、
   前記フィルタ入口目標温度設定手段は、前記フィルタに捕捉されるパティキュレートマターの堆積量を検出するパティキュレートマター堆積量検出手段を含み、該パティキュレートマター堆積量検出手段により検出されるパティキュレートマターの堆積量が多いほど前記目標温度を低く設定し、
   前記強制再生手段は、該目標温度に応じて前記副燃料噴射の噴射量を設定し前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことを特徴とする排気後処理装置。
3. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕捉するフィルタと、
   前記排気通路に前記フィルタの排気上流に位置して設けられた酸化触媒と、
   内燃機関の燃料噴射弁により主燃料噴射を行った後、排気行程で副燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、
   前記フィルタに捕捉されたパティキュレートマターを除去して該フィルタの再生が必要なとき、前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことで排気温度を上昇させて前記酸化触媒を昇温させるとともに、未燃燃料を該酸化触媒で酸化反応させて前記フィルタを昇温させ、前記フィルタに捕捉されたパティキュレートマターを燃焼除去して前記フィルタを強制的に再生させる強制再生手段と、
   前記強制再生手段により前記フィルタを強制的に再生させる際の前記フィルタの排気流入口部分の目標温度を設定するフィルタ入口目標温度設定手段とを備え、
   前記フィルタ入口目標温度設定手段は、前記強制再生手段による前記フィルタの再生開始後の経過期間を計時する再生期間計時手段を含み、該再生期間計時手段により計時される経過期間が短いほど前記目標温度を低く設定して第１目標温度を得るとともに、前記フィルタに捕捉されるパティキュレートマターの堆積量を検出するパティキュレートマター堆積量検出手段を含み、該パティキュレートマター堆積量検出手段により検出されるパティキュレートマターの堆積量が多いほど前記目標温度を低く設定して第２目標温度を得、
   前記強制再生手段は、前記第１目標温度及び前記第２目標温度のいずれか低い方の目標温度に応じて前記副燃料噴射の噴射量を設定し前記燃料噴射制御手段により前記副燃料噴射を行うことを特徴とする排気後処理装置。
4. 前記フィルタ入口目標温度設定手段は、さらに、前記フィルタ内部の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を含み、該酸素濃度検出手段により検出される前記フィルタ内部の酸素濃度が高いほど前記目標温度を低く設定することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の排気後処理装置。
5. 前記フィルタ入口目標温度設定手段は、さらに、前記排気通路の排気流量を検出する排気流量検出手段を含み、該排気流量検出手段により検出される排気流量が少ないほど前記目標温度を低く設定することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の排気後処理装置。
6. 前記フィルタ入口目標温度設定手段は、さらに、前記フィルタの排気流入口部分の温度を検出するフィルタ入口温度検出手段を含み、該フィルタ入口温度検出手段により検出される温度の上昇率が大きいほど前記目標温度を低く設定することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか記載の排気後処理装置。

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