JP2010248945A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦの過昇温抑制のためにガス量増加と酸素濃度低減の両手法を用いるとともに、ガス量と酸素濃度の両方の数値に基づいて、過昇温抑制制御の必要性、さらには過昇温抑制制御が必要な場合に上記２手法のどちらを用いるかを決定する内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】過昇温抑制制御ではない通常制御を続けたと仮定した場合のガス量と酸素濃度の予測値を算出して、同予測値の組が過昇温発生領域内に入るならば、このまま通常制御を続けるとＤＰＦの過昇温が発生するので、過昇温抑制制御に切り替えることが必要であると判定する。過昇温抑制方法としてガス増量制御を実行したと仮定した場合のガス量と酸素濃度の予測値を算出して、同予測値の組が過昇温発生領域内に入るならば、過昇温抑制方法として酸素濃度低減制御を選択し、過昇温発生領域内に入らないならば、ガス増量制御を選択する。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

今日、内燃機関に対してすぐれた排気浄化性能が求められている。特にディーゼルエンジンにおいては、エンジンから排出される黒煙などのいわゆる排気微粒子（粒子状物質、ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の除去が重要である。この目的のために排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が装備されることが多い。

ＤＰＦがＰＭを捕集することにより排気中のＰＭは大部分が除去されるが、ＤＰＦ内にＰＭが堆積し続ける一方では、ＤＰＦは目詰まりを起こしてしまうので、堆積されたＰＭを燃焼して除去することで、ＤＰＦを再生する必要がある。ＤＰＦ内に堆積したＰＭを燃焼するためにシリンダ内でメイン噴射後に燃料を噴射するポスト噴射などの手法が用いられる。

しかし堆積したＰＭの燃焼中に温度が上がり過ぎると、ＤＰＦが溶損したり破損したり、あるい担持された触媒が劣化する等の不具合が生じてしまう。例えば、ＤＰＦの温度が高くＤＰＦにおけるＰＭの堆積量が多い状況下でＤＰＦが燃焼中のときに、エンジンを減速状態にすると、吸気量が急速に低減するので、ＤＰＦ内部の熱が排ガスによって下流に移動されなくなって過昇温が発生する。

下記特許文献１では、ＤＰＦ過昇温の可能性がある場合（排気温度が高く、減速運転状態）に、吸気絞り弁を絞るとともにＥＧＲ弁を全開にすることで排気中の酸素濃度を低減してＤＰＦでのＰＭ燃焼を抑制する技術が開示されている。

特開２００２−１８８４９３号公報

ＤＰＦの過昇温を回避、抑制するための手法としては、上記特許文献１のような排気中の酸素濃度を低減させる手法以外に、排気流量（ガス量）を増加する手法がある。ガス量を増加する手法では、増加したガス量によってＤＰＦ内部の熱を下流へと迅速に持ち去ることによってＤＰＦの温度を急速に低減させる。ガス量増加と酸素濃度低減の両手法を適切に切り替えれば、どちらか一方を用いる場合よりも優れた過昇温抑制性能が達成できることが期待される。

従来技術においては、過昇温抑制制御が必要か否かを判定する際に、過昇温抑制制御を実行しないとした場合に、ガス量が過昇温を抑制するために必要なガス量以上となるか否かを判断材料としていた。さらに過昇温抑制制御が必要な場合に、過昇温抑制制御の方法としてガス量増加と酸素濃度低減とのうちどちらを選択するかに関しても、例えばガス量増加を実行した場合にガス量が過昇温を抑制するために必要なガス量以上となるか否かを判断材料としていた。

以上のとおり、過昇温抑制制御が必要か否か等の判定のために従来技術ではガス量が必要ガス量以上となるか否かに注目していた。一方、ガス量と排気中の酸素濃度とを示す平面上にＤＰＦの過昇温が生じる領域を模式的に図示すると図８のようになる。したがって図８より、過昇温を抑制するために必要なガス量は排気中の酸素濃度によって異なる。

しかし従来技術では、必要ガス量の算出の際に、図８のような酸素濃度との関係は考慮されていなかった。図８に示されているように、ガス量と酸素濃度の両方の数値に基づいて、過昇温抑制制御の必要性の可否、さらには過昇温抑制制御が必要な場合に上記２手法のどちらを用いるかを決定すれば、ＤＰＦの過昇温抑制にとってより適切であると考えられる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ＤＰＦの過昇温抑制のためにガス量増加と酸素濃度低減の両手法を用いるとともに、ガス量と酸素濃度の両方の数値に基づいて、過昇温抑制制御の必要性、さらには過昇温抑制制御が必要な場合に上記２手法のどちらを用いるかを決定する内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、そのフィルタに堆積した粒子状物質が燃焼する際に過昇温を抑制するように制御する過昇温抑制手段と、前記過昇温抑制手段による過昇温の抑制制御を実行しないとした場合の、排気の流量と排気中の酸素濃度との予測値の組が、過昇温を発生させる数値の組であると判定した場合に、前記過昇温抑制手段を実行する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、過昇温の抑制制御を実行しないとした場合の排気の流量と排気中の酸素濃度との予測値の組を用いて、過昇温を発生させるか否かを判定するので、例えば従来技術のように排気の流量のみによって判定する場合と比較して、高精度に過昇温抑制制御の必要性を判定できる。したがって過昇温抑制制御が必要な場合には適切に同制御を実行すると同時に、不必要な過昇温抑制制御によって過度にフィルタを冷却して、そのためにフィルタの再生のために余分な燃料を要し、燃費悪化やオイル希釈を招くことが抑制できる。

また前記判定手段は、前記過昇温抑制手段による過昇温の抑制を実行しないとした場合の、排気中の酸素濃度の予測値を算出する第１算出手段と、その第１算出手段により算出された排気中の酸素濃度において、過昇温が発生しない排気の流量の下限値を算出する第２算出手段と、前記過昇温抑制手段による過昇温の抑制を実行しないとした場合の、排気の流量の予測値が、前記第２算出手段が算出した前記下限値よりも小さい場合に、過昇温が発生すると判定する第１判定手段と、を備えたとしてもよい。

これにより過昇温抑制制御を実行しない場合の排気流量と排気中の酸素濃度の予測値の組を用いた具体的な算出法によって、上述の図８の過昇温発生領域に入るのか否かを算出するので、過昇温が発生するか否かを高精度に判定することができる。

また前記判定手段は、前記過昇温抑制手段による過昇温の発生の抑制を実行しないとした場合の、排気の流量の予測値を算出する第３算出手段と、その第３算出手段により算出された排気の流量において、過昇温が発生しない排気中の酸素濃度の上限値を算出する第４算出手段と、前記過昇温抑制手段による過昇温の抑制を実行しないとした場合の、排気中の酸素濃度の予測値が、前記第４算出手段が算出した前記上限値よりも大きい場合に、過昇温が発生すると判定する第２判定手段と、を備えたとしてもよい。

これにより過昇温抑制制御を実行しない場合の排気流量と排気中の酸素濃度の予測値の組を用いた具体的な算出法によって、上述の図８の過昇温発生領域に入るのか否かを算出するので、過昇温が発生するか否かを高精度に判定することができる。

また内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、そのフィルタに堆積した粒子状物質が燃焼する際に過昇温が発生することを抑制する過昇温抑制手段と、を備え、その過昇温抑制手段は、排気の流量を増加させる第１抑制手段と、排気中の酸素濃度を低減させる第２抑制手段と、を備え、第１抑制手段による排気の流量を増加が実行されたとした場合の、排気の流量と排気中の酸素濃度との予測値の組を用いて、第１抑制手段と第２抑制手段とのいずれを実行するかを選択する選択手段を備えたことを特徴とする。

これにより排気流量増加制御が実行されたとした場合の排気の流量と排気中の酸素濃度との予測値の組を用いて、排気流量増加か酸素濃度低減かのいずれかを選択するので、例えば従来技術のように排気流量のみを用いる場合と比較して、過昇温抑制制御方法をより適切に選択できる。したがって例えば排気流量増加が実行できる場合に酸素濃度低減を実行して、オイル希釈やドライバビリティ悪化といった不具合を招くことが抑制できる。

また前記選択手段は、第１抑制手段による排気の流量の増加が実行されたとした場合の、前記排気の流量の予測値が、前記排気中の酸素濃度の予測値における過昇温が発生しない排気の流量の下限値よりも大きいときに、第１抑制手段を選択するとしてもよい。

これにより排気の流量の予測値と排気中の酸素濃度の予測値との組を用いた具体的な算出方法によって、排気流量増加か酸素濃度低減かを適切に選択することができる。

また前記選択手段は、第１抑制手段による排気の流量の増加が実行されたとした場合の、前記排気中の酸素濃度の予測値が、前記排気の流量の予測値における過昇温が発生しない排気中の酸素濃度の上限値よりも小さいときに、第１抑制手段を選択するとしてもよい。

これにより排気の流量の予測値と排気中の酸素濃度の予測値との組を用いた具体的な算出方法によって、排気流量増加か酸素濃度低減かを適切に選択することができる。

また前記選択手段は、内燃機関の回転数、負荷、燃料噴射量、大気圧のうちの少なくとも１つを用いて、前記排気の流量の予測値と、前記排気中の酸素濃度の予測値とを算出する第５算出手段を備えたとしてもよい。

これにより内燃機関の回転数、負荷、燃料噴射量、大気圧のうちの少なくとも１つを用いて、排気の流量の予測値と排気中の酸素濃度の予測値とを高精度に算出できる。

また前記排気の流量の下限値は、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量と、前記フィルタの温度とに応じて算出されるとしてもよい。

これにより排気の流量の下限値を、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量と、前記フィルタの温度とに応じた適切な値として算出できる。したがって過昇温抑制制御の必要性、過昇温抑制方法の選択を、粒子状物質の堆積量とフィルタ温度とに応じて、きめ細かく実行することができる。

また前記排気中の酸素濃度の上限値は、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量と、前記フィルタの温度とに応じて算出されるとしてもよい。

これにより排気中の酸素濃度の上限値を、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量と、前記フィルタの温度とに応じた適切な値として算出できる。したがって過昇温抑制制御の必要性、過昇温抑制方法の選択を、粒子状物質の堆積量とフィルタ温度とに応じて、きめ細かく実行することができる。

また前記排気中の酸素濃度は、前記フィルタよりも上流における排気中の酸素濃度であるとしてもよい。

これにより酸素濃度の数値は、フィルタにおける粒子状物質の燃焼に関係する酸素濃度の数値となるので、過昇温抑制制御の必要性や過昇温抑制方法の選択を高精度に行える。

本発明における内燃機関の排気浄化装置の実施例での構成図。 実施例１における過昇温抑制制御可否処理のフローチャート。 実施例１における過昇温抑制制御方選択処理のフローチャート。 実施例２における過昇温抑制制御可否処理のフローチャート。 実施例３における過昇温抑制制御方選択処理のフローチャート。 必要ガス量と、排気中の酸素濃度、ＤＰＦ温度、ＰＭ堆積量との関係を示す図。 許容酸素濃度と、排気中の酸素濃度、ＤＰＦ温度、ＰＭ堆積量との関係を示す図。 過昇温発生領域の例を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置１の実施例１における装置構成の概略図である。

図１には、４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成された排気浄化装置１の例が示されている。エンジン２及び排気浄化装置１は、吸気管３、排気管４、ＥＧＲ管５を備える。排気管４には、上流側から酸化触媒６（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｃｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）、ＤＰＦ７が配置されている。そしてこれらを制御する電子制御装置８（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が装備されている。

吸気管３を通じてエンジン２に空気が供給される。吸気管３にはエアフロメータ３１、吸気スロットル３２が配置されている。エアフロメータ３１は吸気量を計測する。ここでの吸気量は例えば単位時間当たりの質量流量とすればよい。また吸気スロットル３２の開度が調節されることによってエンジン２に供給される吸気量が増減する。

エンジン２にはインジェクタ２１、エンジン回転数センサ２２が装備されている。インジェクタ２１からの噴射によってシリンダ内に燃料が供給される。エンジン回転数センサ２２によってエンジン２の（単位時間あたりの）回転数が計測される。エンジン回転数センサ２２は、例えばエンジン２から連結されたクランクの回転角度を計測するクランク角センサとして、その検出値がＥＣＵ８へ送られてエンジンの回転数が算出されるとすればよい。

またエンジン２に接続された排気管４へ排気が排出される。排気管４には、ＤＰＦ７よりも上流側に、酸素濃度を計測する酸素濃度センサ４１と、排気温度を計測する排気温度センサ４２が配置されている。これらのセンサによってＤＰＦ７でのＰＭの燃焼に関係する排気温度、排気中の酸素濃度が計測できる。

ＥＧＲ管５は、排気管４から吸気管３への排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うために装備されている。ＥＧＲ管５にはＥＧＲバルブ５１が装備されている。ＥＧＲバルブ５１の開閉によって排気の還流量が調節される。

ＤＰＦ７は、例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側を交互に目詰めした構造とすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気にはＰＭ（粒子状物質）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ７の上記構造のＤＰＦ壁を排気が通過するときに、このＤＰＦ壁の内部あるいは表面に捕集される。ＤＰＦ７は酸化触媒が担持された酸化触媒付きＤＰＦであるとすればよい。ＤＰＦ７の入口側と出口側における排気圧の差である前後差圧（圧損）を計測する差圧センサ７０も装備されている。

エンジン２及び排気浄化装置１は自動車に搭載されているとすればよい。そして排気浄化装置１にはアクセル開度センサ９０が備えられている。アクセル開度センサ９０は運転者によるアクセルペダルの踏み込み量の情報を検出する。

上で述べたエアフロメータ３１、エンジン回転数センサ２２、酸素濃度センサ４１、排気温度センサ４２、差圧センサ７０、アクセル開度センサ９０の計測値はＥＣＵ８へ送られる。またＥＣＵ８によりインジェクタ２１によるエンジン２への燃料噴射のタイミングや噴射量、吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度が調節、制御される。ＥＣＵ８は通常のコンピュータと同様の構造を有するとして、各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報の記憶を行うメモリ８０を有するとすればよい。

ＤＰＦ７に堆積したＰＭの堆積量が十分大きくなった度ごとに、堆積したＰＭを燃焼することによって除去し、ＤＰＦ７を再生する。ＰＭの堆積量を推定する方法は例えば、ＤＰＦ７の前後差圧とＰＭ堆積量の関数関係（マップ）を予め求めておいてメモリ８０に記憶しておき、差圧センサ７０の計測値と同マップとからＰＭの堆積量を推定すればよい。

ＤＰＦ７の再生方法としては例えば、インジェクタ２１からメイン噴射後のタイミングで燃料を噴射するポスト噴射を実行する。またポスト噴射により筒内に噴射されて未燃のまま排気管４に排出された未燃燃料が、ＤＰＦ７に達して、ＤＰＦ７に担持された触媒の作用で昇温して、ＤＰＦ７に堆積したＰＭを燃焼させる。その際、未燃燃料の一部がＤＯＣ６の作用で酸化することにより排気温度が上昇してＤＰＦ７の昇温に寄与する。

実施例１では、上記の装置構成のもとで、ＤＰＦ７で過昇温発生の可能性が生じた場合に、過昇温の発生を抑制するために、排気流量を増加させてＤＰＦ７の熱を速やかに下流に流すか、あるいは排気中の酸素濃度を低減させてＤＰＦ７内での燃焼反応を抑制するかの処理を実行する。そのための処理手順が図２、３に示されている。

図２は、ＤＰＦ７の過昇温を抑制する制御（過昇温抑制制御）が必要か否かを判定するためのフローチャートである。図３は、過昇温抑制制御を実行する際に、排気流量増加制御と酸素濃度低減制御とのうちどちらを選択するか決定するためのフローチャートである。図２、３（及び後述の図４、５）の処理手順はプログラム化してメモリ８０に記憶しておき、ＥＣＵ８がそれらを自動的に実行するとすればよい。

なお本実施例では、ＤＰＦ７の過昇温は、ＤＰＦ７の再生中のみでなく、例えばＰＭ堆積量が多い状態で、エンジンを急激に加速させた場合などにＰＭが自然に燃焼して発生する過昇温も対象に含めるとする。したがって図２、３のフローチャートは、ＤＰＦ７の再生中のみでなく、車両の運転中常に処理し続ければよい。

まず図２から説明する。以下では、過昇温抑制制御でない制御を通常制御と称する。また単に酸素濃度と述べた場合、排気中の酸素濃度を指すとする。また境界とは、図８の過昇温発生領域の内部と外部との境界を指すとする。

図２の処理では、通常制御を続けた場合の酸素濃度と排気流量（ガス量）との予測値の組が、図８において過昇温発生領域の外部にあればＤＰＦ７の過昇温抑制制御を行わず、過昇温発生領域の内部にあればＤＰＦ７の過昇温抑制制御を実行することを決定する。ただし図８における過昇温発生領域は、ＤＰＦ７の温度とＤＰＦ７のＰＭ堆積量とによって異なるので、その点を考慮する。つまり予めＤＰＦ７の温度とＰＭ堆積量ごとに図８における過昇温発生領域（の境界）を求めておきメモリ８０に記憶しておけばよい。

具体的にはまず、手順Ｓ１０でＥＣＵ８は、通常制御を続けたと仮定した場合の酸素濃度の予測値を算出する。この算出では、エンジン２の運転条件、すなわち回転数と負荷とからエンジン２から排出される排気中の酸素濃度を与えるマップを予め求めてメモリ８０に記憶しておく。そしてエンジン回転数と負荷の実際の数値とそのマップとから排気中の酸素濃度を算出すればよい。エンジン回転数は回転数センサ２２によって計測すればよい。負荷は例えばアクセル開度センサ９０の計測値とすればよい。

次にＳ２０でＥＣＵ８は、過昇温が発生しない最小のガス量（必要ガス量）を算出する。この値をＧａ１とする。具体的にＳ２０においては、ＤＰＦ７の温度とＰＭ堆積量とに応じた図８の過昇温発生領域の境界上において、Ｓ１０で求めた酸素濃度の数値に対応する点のガス量の数値を求めれば、それが必要ガス量である。

こうして得られる必要ガス量の傾向が図６に示されている。必要ガス量と排気中の酸素濃度、ＤＰＦ７の温度、ＤＰＦ７におけるＰＭ堆積量との関係の代表的な傾向は、それぞれ図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されたようになる。必要ガス量と排気中の酸素濃度との関係は図６（ａ）のようになり、酸素濃度が増加するほど必要ガス量も増加する。なお図６（ａ）は図８と同じである。

必要ガス量とＤＰＦ温度との関係は図６（ｂ）のようになる。ＤＰＦ温度が高いほど、ＰＭが燃焼しやすいので必要ガス量も大きくなる。必要ガス量とＰＭ堆積量との関係は図６（ｃ）のようになる。ＰＭ堆積量が多いほど、多くのＰＭが一気に燃焼して過昇温しやすいので必要ガス量も大きくなる。

次にＳ３０でＥＣＵ８は、通常制御時のガス量の予測値を算出する。この予測値をＧａ２とする。Ｓ３０では、Ｓ１０と同様に、エンジン２の回転数と負荷とからエンジン２から排出されるガス量を与えるマップを予め求めてメモリ８０に記憶しておき、エンジン回転数と負荷の実際の数値とそのマップとからガス量を算出すればよい。

Ｓ４０でＥＣＵ８は、Ｓ２０で算出したＧａ１がＳ３０で算出したＧａ２よりも大きいか否かを判断する。ＥＣＵ８は、Ｇａ１がＧａ２よりも大きい場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）はＳ５０へ進み、Ｇａ１がＧａ２以下の場合（Ｓ４０：ＮＯ）はＳ１０へ戻って上記処理を繰り返す。

図８と上記手順とを見比べれば理解されるように、Ｓ４０によって、通常制御を続けた場合に図８の過昇温発生領域の内部に属する（入る）か否かが判別される。Ｇａ１がＧａ２よりも大きい場合が、通常制御を続けると過昇温発生領域の内部に属する（入る）場合であり、Ｇａ１がＧａ２以下である場合が、通常制御を続けると過昇温発生領域の外部に属する（内部に入らない）場合である。

Ｓ５０でＥＣＵ８は、通常制御を続けると過昇温発生領域の内部に入るので、通常制御から過昇温抑制制御に切り替える必要があると判定する。これにより例えば、過昇温抑制制御が必要だと判定された場合に立てるフラグを立てる（フラグの値を１にする）といった処理を実行すればよい。

以上のとおり図２の処理では、ガス量と酸素濃度との両方の予測値を用いて過昇温抑制制御の必要性を判断している。したがって従来技術のようにガス量のみを用いた場合よりも高精度に判断できる。よって例えば不必要な過昇温抑制制御によって、過度にＤＰＦ７を冷却して、余分なポスト噴射が必要となることにより、燃費悪化やオイル希釈等の不具合を発生させることが抑制できる。

次に図３を説明する。図３では、ＤＰＦ７の過昇温抑制制御が必要な場合に、ガス増量制御（排気流量増加制御）を実行するか酸素濃度低減制御を実行するかを選択する。ガス増量制御においては、吸気スロットル３２の開度を上げ（例えば全開）、ＥＧＲバルブ５１の開度を下げる。酸素濃度低減制御においては、逆に吸気スロットル３２の開度を下げ、ＥＧＲバルブ５１の開度を上げる。

酸素濃度低減制御を実行すると、吸気を極端に絞るためエンジン２において燃焼悪化、加速性悪化の懸念がある。一方ガス増量制御にはそのような懸念はない。また酸素濃度低減制御においては、高精度な酸素濃度制御が必要とされ、オイル希釈の懸念もある。以上を考慮して本実施例では、ガス増量制御と酸素濃度低減制御とのうちでは、ガス増量制御がより望ましいとする。

したがってガス増量によって過昇温抑制が可能と判断される場合にはガス増量を実行し、ガス増量によって過昇温抑制が不可能とみなされる場合にのみ、酸素濃度低減制御を実行することとする。

具体的にはまず手順Ｓ１１０でＥＣＵ８は、過昇温抑制制御が必要と判定されているか否かを判断する。これは例えば上述のフラグが立っているかどうかで判断すればよい。ＥＣＵ８は、図２の処理で過昇温抑制制御が必要と判定されている場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）はＳ１２０へ進み、過昇温抑制制御が必要ないと判定されている場合（Ｓ１１０：ＮＯ）はＳ１１０を繰り返す。

Ｓ１２０でＥＣＵ８は、ガス増量制御を実行したと仮定した場合の酸素濃度の予測値を算出する。この手順では、エンジン２の回転数と負荷からガス量増加制御後の酸素濃度への関係を示すマップを予め求めてメモリ８０に記憶しておく。そしてそのマップとエンジン２の回転数と負荷の実際の数値からガス量増加制御後の酸素濃度の予測値を算出する。

Ｓ１３０でＥＣＵ８は、ガス増量制御後に過昇温が発生しない最小のガス量（必要ガス量）を算出する。この値をＧａ３とする。具体的にＳ１３０においては、ＤＰＦ７の温度とＰＭ堆積量とに応じた図８の過昇温発生領域の境界上において、Ｓ１２０で求めた酸素濃度の数値に対応する点のガス量の数値を求めれば、それが必要ガス量である。必要ガス量の傾向は上述の図６のようになる。

Ｓ１４０でＥＣＵ８は、ガス増量制御を実行したと仮定した場合のガス量の予測値を算出する。この予測値をＧａ４とする。この手順では、エンジン２の回転数と負荷からガス量増加制御後のガス量への関係を示すマップを予め求めてメモリ８０に記憶しておく。そしてそのマップとエンジン２の回転数と負荷との実際の数値からガス量増加制御後のガス量の予測値を算出する。

Ｓ１５０でＥＣＵ８は、Ｓ１３０で算出したＧａ３がＳ１４０で算出したＧａ４よりも大きいか否かを判断する。ＥＣＵ８は、Ｇａ３がＧａ４よりも大きい場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）はＳ１６０へ進み、Ｇａ３がＧａ４以下の場合（Ｓ１５０：ＮＯ）はＳ１７０へ進む。

図８と上記手順とを見比べれば理解されるように、Ｓ１５０によって、ガス増量制御を実行すると図８における過昇温発生領域の内部に属するか否かが判別される。Ｇａ３がＧａ４よりも大きい場合が、ガス増量制御を実行すると過昇温発生領域の内部に属する（入る）場合であり、Ｇａ３がＧａ４以下である場合が、ガス増量制御を実行すると過昇温発生領域の外部に属する（出る）場合である。

Ｓ１６０でＥＣＵ８は、ガス増量制御を実行すると過昇温発生領域の内部に属してしまうので、ガス増量制御ではなく、酸素濃度低減制御を実行する。Ｓ１７０でＥＣＵ８は、ガス増量制御を実行すると過昇温発生領域の外部に属するので、ガス増量制御を実行する。

以上のとおり図３ではガス量と酸素濃度の数値を両方用いて過昇温抑制方法を選択しているので、どちらか一方のみを用いる場合よりも、高精度に選択できる。したがって例えばガス増量制御によって過昇温抑制が可能と判断される場合に酸素濃度低減制御を実行することが回避できる。

次に実施例２を説明する。実施例２では、実施例１における図２を図４に置き換える。それ以外は実施例１と同じである。図４では、図２におけるガス量と酸素濃度とが入れ替えられる。以下で図４を説明する。

図４の処理ではまず、手順Ｓ２１０でＥＣＵ８は、通常制御を続けたと仮定した場合のガス量の予測値を算出する。この手順では、エンジン２の回転数と負荷とからガス量への関係を与えるマップを予め求めてメモリ８０に記憶しておく。そして、エンジン回転数と負荷の実際の数値とそのマップとからガス量の予測値を算出すればよい。

次にＳ２２０でＥＣＵ８は、過昇温が発生しない最大の酸素濃度（許容酸素濃度）を算出する。この値をＯ２＿１とする。具体的にＳ２２０においては、ＤＰＦ７の温度とＰＭ堆積量とに応じた図８の過昇温発生領域の境界上において、Ｓ２１０で求めたガス量の数値に対応する点の酸素濃度の数値を求めれば、それが許容酸素濃度である。

こうして得られる許容酸素濃度の傾向が図７に示されている。許容酸素濃度とガス量、ＤＰＦ７の温度、ＤＰＦ７におけるＰＭ堆積量との関係の代表的な傾向は、それぞれ図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されたようになる。許容酸素濃度とガス量との関係は図７（ａ）のようになり、ガス量が増加するほど許容酸素濃度も増加する。なお図７（ａ）は図８と同じである。

許容酸素濃度とＤＰＦ温度との関係は図７（ｂ）のようになり、ＤＰＦ温度が高いほど、ＰＭが燃焼しやすいので許容酸素濃度は小さくなる。許容酸素濃度とＰＭ堆積量との関係は図７（ｃ）のようになり、ＰＭ堆積量が多いほど、多くのＰＭが一気に燃焼して過昇温しやすいので許容酸素濃度は小さくなる。

Ｓ２３０でＥＣＵ８は、通常制御を続けたと仮定した場合の酸素濃度の予測値を算出する。この予測値をＯ２＿２とする。Ｓ２３０では、Ｓ２１０と同様に、エンジン２の回転数と負荷とからエンジン２から排出される排気中の酸素濃度を与えるマップを予め求めてメモリ８０に記憶しておく。そして、エンジン回転数と負荷の実際の数値とそのマップとから酸素濃度の予測値を算出すればよい。

Ｓ２４０でＥＣＵ８は、Ｓ２２０で算出したＯ２＿１がＳ２３０で算出したＯ２＿２よりも小さいか否かを判断する。ＥＣＵ８は、Ｏ２＿１がＯ２＿２よりも小さい場合（Ｓ２４０：ＹＥＳ）はＳ２５０へ進み、Ｏ２＿１がＯ２＿２以上の場合（Ｓ２４０：ＮＯ）はＳ２１０へ戻って上記処理を繰り返す。

図８と上記手順とを見比べれば理解されるように、Ｓ２４０によって、通常制御を続けると図８における過昇温発生領域の内部に属するか否かが判別される。Ｏ２＿１がＯ２＿２よりも小さい場合が、通常制御を続けると過昇温発生領域の内部に属する（入る）場合であり、Ｏ２＿１がＯ２＿２以上である場合が、通常制御を続けると過昇温発生領域の外部に属する（内部に入らない）場合である。

Ｓ２５０でＥＣＵ８は、通常制御を続けると過昇温発生領域の内部に入るので、通常制御から過昇温抑制制御に切り替える必要があると判定する。これにより例えば、過昇温抑制制御が必要だと判定された場合に立てるフラグを立てる（フラグの値を１にする）といった処理を実行すればよい。以上が実施例２である。

次に実施例３を説明する。実施例３では、実施例１又は実施例２における図３が図５に置き換えられる。それ以外は実施例１又は２と同じである。以下で図５を説明する。

図５の処理では、手順Ｓ３１０でＥＣＵ８は、過昇温抑制制御が必要と判定されているか否かを判断する。これは例えば上述のフラグが立っているかどうかで判断すればよい。ＥＣＵ８は、図２又は図４の処理によって過昇温抑制制御が必要だと判定されている場合（Ｓ３１０：ＹＥＳ）はＳ３２０へ進み、過昇温抑制制御が必要ないと判定されている場合（Ｓ３１０：ＮＯ）はＳ３１０を繰り返す。

Ｓ３２０でＥＣＵ８は、ガス増量制御を実行したと仮定した場合のガス量の予測値を算出する。この手順では、エンジン２の回転数と負荷からガス量増加制御後のガス量への関係を示すマップを予め求めてメモリ８０に記憶しておく。そしてそのマップとエンジン２の回転数と負荷の実際の数値からガス量増加制御後のガス量の予測値を算出する。

Ｓ３３０でＥＣＵ８は、ガス増量制御後に過昇温が発生しない最大の酸素濃度（許容酸素濃度）を算出する。この値をＯ２＿３とする。具体的にＳ３３０においては、ＤＰＦ７の温度とＰＭ堆積量とに応じた図８の過昇温発生領域の境界上において、Ｓ３２０で求めた酸素濃度の数値に対応する点のガス量の数値を求めれば、それが許容酸素濃度である。

Ｓ３４０でＥＣＵ８は、ガス増量制御を実行したと仮定した場合の酸素濃度の予測値を算出する。この予測値をＯ２＿４とする。この手順では、エンジン２の回転数と負荷からガス量増加制御後の酸素濃度への関係を示すマップを予め求めてメモリ８０に記憶しておく。そしてそのマップとエンジン２の回転数と負荷の実際の数値からガス量増加制御後の酸素濃度の予測値を算出する。

Ｓ３５０でＥＣＵ８は、Ｓ３３０で算出したＯ２＿３がＳ３４０で算出したＯ２＿４よりも小さいか否かを判断する。ＥＣＵ８は、Ｏ２＿３がＯ２＿４よりも小さい場合（Ｓ３５０：ＹＥＳ）はＳ３６０へ進み、Ｏ２＿３がＯ２＿４以上の場合（Ｓ３５０：ＮＯ）はＳ３７０へ進む。

図８と上記手順とを見比べれば理解されるように、Ｓ３５０によって、ガス増量制御を実行すると図８における過昇温発生領域の内部に属するか否かが判別される。Ｏ２＿３がＯ２＿４よりも小さい場合が、ガス増量制御を実行すると過昇温発生領域の内部に属する（入る）場合であり、Ｏ２＿３がＯ２＿４以上である場合が、ガス増量制御を実行すると過昇温発生領域の外部に属する（出る）場合である。

Ｓ３６０でＥＣＵ８は、ガス増量制御を実行すると過昇温発生領域の内部に属してしまうので、ガス増量制御ではなく、酸素濃度低減制御を実行する。Ｓ３７０でＥＣＵ８は、ガス増量制御を実行すると過昇温発生領域の外部に属するので、ガス増量制御を実行する。以上が実施例３である。

上記実施例において、Ｓ１０、Ｓ３０、Ｓ１２０、Ｓ１４０、Ｓ２１０、Ｓ２３０、Ｓ３２０、Ｓ３４０で、通常制御時のガス量、あるいは酸素濃度の予測値を求めたが、その際のマップはＤＰＦ再生時と非再生時とで別のマップを用いるとしてもよい。また、エンジン２の負荷はインジェクタ２１からの燃料噴射量（の指令値）としてもよい。通常制御時のガス量、あるいは酸素濃度の予測値を求める際に大気圧の数値を用いるとしてもよい。これらにより、高精度に予測値が算出できる。

上記実施例においてＳ１６０、Ｓ１７０、Ｓ３６０、Ｓ３７０の手順とＥＣＵ７とが過昇温抑制手段を構成する。Ｓ４０、Ｓ２４０の手順とＥＣＵ７とが判定手段を構成する。Ｓ１０の手順とＥＣＵ７とが第１算出手段を構成する。Ｓ２０の手順とＥＣＵ７とが第２算出手段を構成する。Ｓ４０の手順とＥＣＵ７とが第１判定手段を構成する。Ｓ２１０の手順とＥＣＵ７とが第３算出手段を構成する。

Ｓ２２０の手順とＥＣＵ７とが第４算出手段を構成する。Ｓ２４０の手順とＥＣＵ７とが第２判定手段を構成する。Ｓ１６０、Ｓ３６０の手順とＥＣＵ７とが第１抑制手段を構成する。ＳＳ１７０、Ｓ３７０の手順とＥＣＵ７とが第２抑制手段を構成する。Ｓ１５０、Ｓ３５０の手順とＥＣＵ７とが選択手段を構成する。Ｓ１２０、Ｓ１４０、Ｓ３２０、Ｓ３４０の手順とＥＣＵ７とが第５算出手段を構成する。なお内燃機関としてディーゼルエンジンを用いたが、これはディーゼルエンジンでなくともよく、例えばリーンバーンガソリンエンジンでもよい。

１ 排気浄化装置
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 吸気管
４ 排気管（排気通路）
５ ＥＧＲ管
７ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、フィルタ）
８ 電子制御装置（ＥＣＵ）
２１ インジェクタ
２２ エンジン回転数センサ
３１ エアフロメータ
３２ 吸気スロットル
５１ ＥＧＲバルブ
４１ 酸素濃度センサ
４２ 排気温度センサ
７０ 差圧センサ

Claims (10)

1. 内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、
   そのフィルタに堆積した粒子状物質が燃焼する際に過昇温を抑制するように制御する過昇温抑制手段と、
   前記過昇温抑制手段による過昇温の抑制制御を実行しないとした場合の、排気の流量と排気中の酸素濃度との予測値の組が、過昇温を発生させる数値の組であると判定した場合に、前記過昇温抑制手段を実行する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記判定手段は、
   前記過昇温抑制手段による過昇温の発生の抑制を実行しないとした場合の、排気中の酸素濃度の予測値を算出する第１算出手段と、
   その第１算出手段により算出された排気中の酸素濃度において、過昇温が発生しない排気の流量の下限値を算出する第２算出手段と、
   前記過昇温抑制手段による過昇温の抑制を実行しないとした場合の、排気の流量の予測値が、前記第２算出手段が算出した前記下限値よりも小さい場合に、過昇温が発生すると判定する第１判定手段と、
   を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記判定手段は、
   前記過昇温抑制手段による過昇温の発生の抑制を実行しないとした場合の、排気の流量の予測値を算出する第３算出手段と、
   その第３算出手段により算出された排気の流量において、過昇温が発生しない排気中の酸素濃度の上限値を算出する第４算出手段と、
   前記過昇温抑制手段による過昇温の抑制を実行しないとした場合の、排気中の酸素濃度の予測値が、前記第４算出手段が算出した前記上限値よりも大きい場合に、過昇温が発生すると判定する第２判定手段と、
   を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、
   そのフィルタに堆積した粒子状物質が燃焼する際に過昇温が発生することを抑制する過昇温抑制手段と、を備え、
   その過昇温抑制手段は、
   排気の流量を増加させる第１抑制手段と、
   排気中の酸素濃度を低減させる第２抑制手段と、を備え、
   第１抑制手段による排気の流量を増加が実行されたとした場合の、排気の流量と排気中の酸素濃度との予測値の組を用いて、第１抑制手段と第２抑制手段とのいずれを実行するかを選択する選択手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記選択手段は、第１抑制手段による排気の流量の増加が実行されたとした場合の、前記排気の流量の予測値が、前記排気中の酸素濃度の予測値における過昇温が発生しない排気の流量の下限値よりも大きいときに、第１抑制手段を選択する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記選択手段は、第１抑制手段による排気の流量の増加が実行されたとした場合の、前記排気中の酸素濃度の予測値が、前記排気の流量の予測値における過昇温が発生しない排気中の酸素濃度の上限値よりも小さいときに、第１抑制手段を選択する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記選択手段は、内燃機関の回転数、負荷、燃料噴射量、大気圧のうちの少なくとも１つを用いて、前記排気の流量の予測値と、前記排気中の酸素濃度の予測値とを算出する第５算出手段を備えた請求項４乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記排気の流量の下限値は、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量と、前記フィルタの温度とに応じて算出される請求項２又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記排気中の酸素濃度の上限値は、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量と、前記フィルタの温度とに応じて算出される請求項３又は６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記排気中の酸素濃度は、前記フィルタよりも上流における排気中の酸素濃度である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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