JP2012087705A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気浄化装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ＤＰＦの強制再生において、オイルダイリューション量を減らすために、ＤＰＦ温度を高温化して再生時間を短縮化できるとともに、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ＤＰＦ目標温度設定手段は、レイトポスト噴射開始後ＰＭが燃焼する目標設定温度まで、温度上昇またはレイトポスト噴射開始後の時間経過に伴って、昇温変化率が小さくなるように設定する昇温率設定部を有し、該昇温率設定部における段階的な昇温変化率は、１段目変化率Ａと該１段目変化率より小さい変化率の２段目変化率Ｂとの２段階によって構成されるとともに、該昇温率設定部の昇温率を用いてＤＰＦ温度の目標温度が算出されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関するもので、特に、排ガス中に含まれるパティキュレートマター（粒子状物質、以下ＰＭと略す）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（以下ＤＰＦと略す）の再生制御に関するものである。
ディーゼルエンジンの排ガス規制において、ＮＯｘ低減と同様に重要なのが、ＰＭの低減である。これに対する有効な技術として、ＤＰＦが知られている。
ＤＰＦは、フィルターを用いたＰＭ捕集装置であり、排ガス温度が低いエンジン運転状態では、このＤＰＦにＰＭが堆積し続けるので、強制的に温度を上げてＰＭを燃焼する強制再生が行われる。
ＤＰＦの強制再生では、ＰＭを筒内噴射したレイトポスト噴射（噴射タイミングが遅く、筒内燃焼しない）を行い、ＤＰＦ前段に配置された酸化触媒（以下ＤＯＣと略す）で酸化反応をさせ、この反応熱でＤＰＦ部分の温度を高温にして、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼させている。
従って、その高温まで昇温させる必要があるが、ＤＰＦの強制再生時間を短くする観点からは、ＤＰＦを通過するガス温度をなるべく高温に保つことが必要であるが、ＤＰＦにＰＭが多量に堆積した状態でＤＰＦを通過する排ガス温度を高温にすると多量のＰＭが一気に燃焼して過昇温する危険性がある。
一方、ガス温度を低く設定した場合には、再生時間が長くなり、レイトポスト噴射燃料が、シリンダ内壁面からオイルパン内に落ち、オイル希釈（オイルダイリューション）量が増大する危険性が高まる。
このため、ＤＰＦの入口温度を目標入口温度に一定に保つ制御や、ＤＰＦの再生状態に応じて目標入口温度を変化させる制御等、種々の改良提案がなされている。
例えば、特開２００７−２３９４７０号公報（特許文献１）には、ＤＰＦの入口温度目標値を、スート堆積量、スート堆積量変化速度、ＤＰＦ温度、ＤＰＦ温度変化速度等の何れかから決定されることが示されている。
また、特許３９５１６１９号公報（特許文献２）には、予め設定した時間以上、ＤＰＦの入口目標温度を継続した場合には次のステップの目標温度へ上昇するようにステップ的に目標ＤＰＦ入口温度を変化させる技術が示されている。
さらに、特開２００９−１３８７０２号公報（特許文献３）には、ＤＰＦ入口温度目標値を、ＤＰＦの強制再生の開始からの経過時間を計測して、該計測時間が短いほど目標温度を低く設定し、強制再生手段は、この目標温度に応じて副燃料噴射の噴射量を設定して副燃料噴射を行うことが示されている。
特開２００７−２３９７４０号公報 特許３９５１６１９号公報 特開２００９−１３８７０２号公報
しかしながら、再生経過時間で目標温度を設定すると運転条件の違いにより実際のＤＰＦ温度が目標温度とかけ離れた状態を生じる場合があるため安定的な制御が困難である。また、ＰＭ堆積量を用いる方法では、ＰＭ堆積量を推定する必要があり、その推定精度に大きく依存するため、制御ロジックが煩雑化する問題がある。
そこで、本発明はこれら問題点に鑑みてなされたものであり、ＤＰＦの強制再生において、オイルダイリューション量を減らすために、ＤＰＦ温度を高温化して再生時間を短縮化できるとともに、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、排気通路に酸化触媒（ＤＯＣ）および排気微粒子（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備え、前記ＤＰＦに捕集されたＰＭを再生処理するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記ＰＭの堆積量が所定値を超えた時に、昇温手段を制御して前記ＤＰＦを所定の目標設定温度近傍まで昇温して堆積したＰＭを焼却除去する再生制御手段を備え、
該再生制御手段は、燃焼室内に燃焼に寄与しないタイミングで燃料を噴射するレイトポスト燃料噴射制御手段を有し、該レイトポスト燃料噴射制御手段は、ＤＰＦの入口温度または出口温度または内部温度を含むＤＰＦ温度の目標値を設定するＤＰＦ目標温度設定手段と、該ＤＰＦ目標温度設定手段で設定された前記ＤＰＦ温度の目標値と実際のＤＰＦ温度との偏差を基にレイトポスト噴射量指令値を算出する演算部とを備え、
前記ＤＰＦ目標温度設定手段は、レイトポスト噴射開始後ＰＭが燃焼する目標設定温度まで、温度上昇またはレイトポスト噴射開始後の時間経過に伴って、昇温変化率が小さくなるように設定する昇温率設定部を有し、該昇温率設定部からの昇温率に基づいて前記ＤＰＦ温度の目標温度が算出されることを特徴とする。
かかる発明によれば、ＤＰＦ目標温度設定手段によって、レイトポスト噴射開始後ＰＭが燃焼する目標設定温度まで、レイトポスト噴射開始後の時間経過に伴ってまたはＤＰＦ温度の上昇に伴って、昇温変化率が小さくなるように設定する昇温率算出部を有し、該昇温率算出部からの昇温率に基づいて前記ＤＰＦ温度の目標温度が算出されるので、ＤＰＦ温度、例えば、ＤＰＦ入口温度が低いとき（例えば３００℃程度）は、目標温度を早く増加させて、ＤＰＦ入口温度が高いとき（例えば５７０℃程度）は、目標温度を遅く増加させる。
これによって、ＤＰＦの燃焼温度である目標設定温度（６１０〜６５０℃）に早く到達させ、かつ過昇温を防止することができ、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えつつオイルダイリューション量を減らすことができる。
また、運転条件が変化して昇温特性が変化しても、昇温率設定部から求めた目標温度の変化率を求めて、該変化率より目標温度を求めるようにするため、目標設定温度への到達を安定して行うことができ、昇温制御を安定的に行うことができる。
また、かかる発明において好ましくは、前記ＤＰＦ目標温度設定手段の昇温率設定部は、温度上昇に伴って段階的にまたは連続的に目標温度の昇温変化率が小さくなるように設定する第１昇温率設定部を有するとよい。
具体的には、前記第１昇温率設定部における段階的な昇温変化率は、１段目変化率と該１段目変化率より小さい変化率の２段目変化率との２段階によって構成され、前記目標設定温度がＤＰＦ入口温度で６１０〜６５０℃であり、前記両変化率の切替温度がＤＰＦ入口温度で５００〜６００℃であるとよい。
このように、変化率の切替温度をＤＰＦ入口温度で５００〜６００℃として、ＤＰＦ入口温度がこの温度に達するまでは１段目変化率で目標温度を早く増加させて、この温度を超える場合には、１段目変化率より小さい変化率の２段目変化率で変化させて目標温度を遅く増加させる。従って、目標設定温度に早く到達させ、かつ過昇温を防止することができる。
また、かかる発明において好ましくは、前記ＤＰＦ目標温度設定手段の昇温率算出手段は、レイトポスト噴射開始後の時間経過に伴って、目標設定温度まで段階的にまたは連続的に目標温度の昇温変化率が小さくなるように設定する第２昇温率設定部を有するとよい。
具体的には、前記第２昇温設定部における段階的な昇温変化率は、１段目変化率と該１段目変化率より小さい変化率の２段目変化率との２段階によって構成され、前記目標設定温度がＤＰＦ入口温度で６１０〜６５０℃であり、前記両変化率の切替え時間をレイトポスト噴射開始後所定時間後に設定されるとよい。
このように、１段目変化率と２段目変化率との切替えを、レイトポスト噴射開始後所定時間後に設定されるので、ＤＰＦの再生挙動を時間で管理可能になり再生挙動を一定化でき管理が容易になる。
また、かかる発明において好ましくは、エンジンの運転状態に応じてレイトポスト噴射量指令値の基本指令値を算出するフィードフォワード制御部を備え、前記算出されたＤＰＦ温度の目標温度に応じて前記フィードフォワード制御部からの指令値を補正するフィードフォワード補正手段を備えるとよい。
すなわち、ＤＰＦ目標温度が変化するため、必要なフィードフォワード量、すなわち、基本指令値が変わってくるので、その基本指令値を補正することによって、安定的なレイトポスト燃料噴射を行うことができる。特に、目標設定温度に近づいた際のレイトポスト燃料噴射量を精度よく制御できるようになるため、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えることができる。
本発明によれば、ＤＰＦ目標温度設定手段の昇温率設定部によって、レイトポスト噴射開始後ＰＭが燃焼する目標設定温度まで、温度上昇またはレイトポスト噴射開始後の時間経過に伴って、目標温度の昇温変化率が小さくなるように設定されるため、ＤＰＦの燃焼温度の目標設定温度（６１０〜６５０℃）に早く到達させ、かつ過昇温を防止することができ、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えつつオイルダイリューション量を減らすことができる。
本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の概要構成図である。 ＤＰＦ目標温度設定手段の第１実施形態を示す構成ブロック図である。 第１実施形態のＤＰＦ入口温度目標値の変化を示す説明図である。 第２実施形態を示す構成ブロック図である。 第２実施形態のＤＰＦ入口温度目標値の変化を示す説明図である。 第３実施形態を示す構成ブロック図である。 第３実施形態のＤＰＦ入口温度目標値の変化を示す説明図である。 第４実施形態を示す構成ブロック図である。 第４実施形態のＤＰＦ入口温度目標値の変化を示す説明図である。 第５実施形態を示す構成ブロック図である。 第５実施形態のＤＰＦ入口温度目標値の変化示す説明図である。 第６実施形態を示す構成ブロック図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
図１を参照して、本発明に係るディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の全体構成について説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下エンジンという）１の排気通路３には、ＤＯＣ７と該ＤＯＣ７の下流側にＰＭを捕集するＤＰＦ９とからなる排ガス後処理装置１１が設けられている。
また、排気通路３には排気タービン１３とこれに同軸駆動されるコンプレッサ１５を有する排気ターボ過給機１７を備えており、該排気ターボ過給機１７のコンプレッサ１５から吐出された空気は給気通路１９を通って、インタークーラ２１に入り給気が冷却された後、吸気スロットルバルブ２３で給気流量が制御され、その後、インテークマニホールド２５から吸気ポートを通ってエンジン１の吸気弁を介して燃焼室内に流入するようになっている。
また、エンジン１においては、図示しない、燃料の噴射時期、噴射量、噴射圧力を制御して燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置が接続端子２７を介して再生制御手段（ＥＣＵ）２９と連結されている。
また、排気通路３、または排気マニホールド３１の途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）通路３３が分岐されて、排ガスの一部が吸気スロットルバルブ２３の下流側部位にＥＧＲバルブ３５を介して投入されるようになっている。
エンジン１の燃焼室で燃焼された燃焼ガス、即ち排ガス３７は、排気マニホールド３１及び排気通路３を通って、排気ターボ過給機１７の排気タービン１３を駆動してコンプレッサ１５の動力源となった後、排気通路３を通って排ガス後処理装置１１に流入する。
また、ＤＰＦ９の再生制御手段２９には、ＤＰＦ入口温度センサ３９、ＤＰＦ出口温度センサ４１からの信号が入力されている。さらに、エンジン回転数センサ４３、燃料噴射装置からの燃料噴射量信号４４がそれぞれ再生制御手段（ＥＣＵ）２９に入力されている。また、再生制御装置２９内には、各種マップデータを記憶する記憶部、さらにレイトポスト燃料噴射開始時からの経過時間を計測するタイマー等が設けられている。
この再生制御手段２９は、ＤＰＦ９に堆積したＰＭの堆積量が所定値を超えた時に、昇温手段を制御してＤＰＦ９の入口温度を目標設定温度近傍（６１０〜６５０℃）まで昇温して堆積したＰＭを焼却除去する。
再生制御手段２９によるＰＭの燃焼除去についての制御概要をまず説明する。
強制再生を開始する条件、例えば、車両であれば走行距離、エンジンの運転時間、トータル燃料消費量等を基に判定されて、強制再生が開始されるとＤＯＣ７を活性化するためのＤＯＣ昇温制御が実行される。このＤＯＣ昇温制御は、吸気スロットルバルブ２３の開度が絞られ、燃焼室内に流入する空気量を絞って、排ガス中の未燃燃料を増加させる。さらに、アーリーポスト噴射によって、主噴射の直後にシリンダ内の圧力がまだ高い状態で主噴射より少量の燃料を噴射する１回目のポスト噴射を行い、このアーリーポスト噴射によって、エンジンの出力には影響を与えずに排ガス温度を高め、この高温化された排ガスがＤＯＣ７に流入することで、ＤＯＣ７を活性化させ、そしてＤＯＣ７の活性化に伴い排ガス中の未燃燃料を酸化し、酸化される際に発生する酸化熱で排ガス温度を上昇させる。
そして、次に、ＤＯＣ入口温度が所定温度に達したか、またはＤＰＦ入口温度が所定温度に達したかを判定し、超えている場合には、レイトポスト噴射によってＤＰＦ９の入口温度をさらに上昇させる。このレイトポスト噴射とは、アーリーポスト噴射後のクランク角度が下死点近傍まで進んだ状態で噴射する２回目のポスト噴射のことをいい、このレイトポスト噴射によって、排気弁の開状態時に燃焼室から排気通路３へ燃料を流出させて、排出された燃料は既に活性化されたＤＯＣ７において反応して、発生した酸化熱により排ガス温度をさらに上昇させてＤＰＦ９の再生に必要な温度、例えば６１０〜６５０℃にしてＰＭの燃焼を促進する。
次に、前述したレイトポスト噴射について、再生制御手段２９におけるレイトポスト噴射量制御の概要について説明する、後述する第５実施形態において説明する図１２を参照して説明する。
再生制御手段２９には、燃焼室内に燃焼に寄与しないタイミングで燃料を噴射するレイトポスト燃料噴射制御手段５０を備え、このレイトポスト燃料噴射制御手段５０は、エンジン回転数と燃料噴射量（エンジン負荷）を基に基本噴射量が設定されたフィードフォワード量マップ（ＦＦマップ）５１等に基づいて、レイトポスト噴射量の基本噴射量（基本操作量）を指令するフィードフォワード制御手段５３と、ＤＰＦ９の目標入口温度と実ＤＰＦ入口温度との偏差を基にレイトポスト補正噴射量（補正操作量）を指令するフィードバック制御手段５５と、を有している。
このフィードバック制御手段５５には、ＤＰＦの入口温度の目標値を設定するＤＰＦ目標温度設定手段５２を備え、実ＤＰＦ入口温度と目標入口温度とを加減算器５７に入力して、その偏差を制御量として算出して、その偏差をＰＩＤ演算部（演算部）５９でフィードバック演算を行ってフィードバック制御指令値である補正噴射量を算出する。
そして、フィードフォワード制御手段５３からの基本噴射量と前記フィードバック制御手段５５からの補正噴射量とを加算器６１で加算してレイトポスト燃料噴射量指令信号として出力する。
本発明は前記フィードバック制御手段５５のＤＰＦ目標温度設定手段５２によって設定する目標温度を高温化して、再生時間を短縮化し短時間で再生処理を可能としてオイルダイリューション量を低減するとともに、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えることができるような目標温度を設定するものである。
（第１実施形態）
図２、３を参照して、ＤＰＦ目標温度設定手段５２の第１実施形態について説明する。
図２において、ＤＰＦ入口温度の実測値がＤＰＦ入口温度センサ３９から入力される。その温度を基に、第１目標変化率マップ（第１昇温率設定部）１０１を用いて、ＤＰＦ入口温度の目標変化率（上昇率）を算出する。第１目標変化率マップ１０１は、６００℃を境にそれ以下の場合には５℃／ｓｅｃの上昇率で一定であり、６００℃以上の場合には０．５℃／ｓｅｃの上昇率で変化する。
なお、第１目標変化率マップ１０１に入力される温度は、ＤＰＦ入口温度センサ３９から入力され実測値でなく、前回の演算周期において算出した目標温度を用いてもよい。実質的に目標温度と同一温度になっているものとして扱えるからである。
そして、目標値演算部１０３では、ＤＰＦ入口温度の実測値と算出された目標変化率とを基に目標温度が算出される。その目標温度が、選択部１０５に入力され、また、選択部１０５には目標温度の上限値を設定する目標温度上限値設定部１０７からの信号も入力される。この目標温度上限値とは、ＤＰＦ９の触媒劣化を生じる温度に基づいて設定される目標温度の上限値である。この目標温度上限値としては、例えば６３０℃が設定される。
そして、選択部１０５で、目標値演算部１０３の算出値と目標温度上限値との小さい方を選択して、ＤＰＦ入口温度の目標温度として出力する。
このＤＰＦ入口目標温度の変化状態を図３に示す。例えば、ＤＰＦ入口温度２８０℃でレイトポスト燃料噴射が開始されると、１段目変化率（１段目の温度上昇率）５℃／ｓｅｃの一定の割合で１段目の温度上昇が行われる。すなわち、一定傾斜Ａの部分である。
次に、変化率の切替温度６００℃（５００〜６００℃）に達した場合には、その後においては、２段目変化率（２段目の温度上昇率）０．５℃／ｓｅｃの一定の割合で２段目の温度上昇が行われる。すなわち、一定傾斜Ｂの部分である。
そして、ＤＰＦ９の入口目標設定温度、例えば、６３０℃（６１０〜６５０℃）に到達したら、一定傾斜昇温制御を終了してその６３０℃（６１０〜６５０℃）を保持するように制御する。なお、点線Ｃは従来技術としてＤＰＦ入口目標設定温度として６００℃一定の場合を示す。
このように、ＤＰＦ９の入口目標温度の温度上昇率を２段階に変化させる。目標温度の温度上昇率の切替温度をＤＰＦ入口温度で５００〜６００℃として、ＤＰＦ入口温度がこの温度に達するまでは１段目変化率５℃／ｓｅｃで目標温度を早く増加させて、この切替温度を超える場合には、１段目変化率より小さい変化率の２段目変化率０．５℃／ｓｅｃで変化させて目標温度を遅く増加させる。従って、目標設定温度に早く到達させ、かつ過昇温を防止することができる。
従って、ＤＰＦ９の燃焼温度であるＤＰＦ入口目標設定温度Ｔ（６１０〜６５０℃）に早く到達させ、かつ過昇温を防止することができ、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えつつオイルダイリューション量を減らすことができる。
また、ＤＰＦ触媒の劣化温度から設定される目標温度上限値を超えないように選択部１０５に目標温度上限値を入力することで、ＤＰＦ９の過昇温による問題を抑制することができる。
また、例えば、この目標温度上限値を入口温度目標設定値Ｔとすることによって、目標設定温度（６１０〜６５０℃）を上限値ぎりぎりまで引き上げて目標設定値をより高めることによって、高温による再生が可能になり再生効率が向上して、且つオイルダイリューション量を低減できる。
（第２実施形態）
図４、５を参照して、ＤＰＦ目標温度設定手段５２の第２実施形態について説明する。
第１実施形態においては２段階に温度上昇率を変化させるものであるが、この第２実施形態は、温度上昇率を目標設定温度Ｔまで連続的に変化させることに特徴がある。その他構成については第１実施形態と同様である。
第１実施形態の第１目標変化率マップ１０１に代えて、第２実施形態では図４に示すような第２目標変化率マップ（第１昇温率設定部）２０１を用いる。この第２目標変化率マップ２０１は、ＤＰＦ入口温度の増大とともに、ＤＰＦ入口温度の変化率（上昇率）が連続的に減少して小さくなる特性を有している。
従って、連続に変化する目標温度の変化率に基づいてＤＰＦ入口温度目標値を算出するため、入口温度目標値をきめ細かく算出できるので、入口温度目標値の算出精度を高めることができる。したがって、目標設定温度Ｔを目標上限値ぎりぎりまたは同等にしても、目標温度のコントロールが安定化するため、過昇温を確実に防止することができる。
このＤＰＦ入口目標温度の変化状態を図５に示す。レイトポスト噴射開始時から連続的に目標設定温度Ｔまで、連続的に且つ上昇に伴って上昇率が小さくなるように変化する。
（第３実施形態）
図６、７を参照して、ＤＰＦ目標温度設定手段５２の第３実施形態について説明する。
第１、２実施形態においては、ＤＰＦ温度もしくはＤＰＦ目標温度対して、温度上昇率を変化させたものであったが、第３実施形態においては目標変化率をレイトポスト燃料噴射開始からの経過時間によって変化させる。そのために第３目標変化率マップ（第２昇温率設定部）３０１をさらに設けることに特徴がある。
図６の第３目標変化率マップ３０１においては、再生経過時間、例えばレイトポスト燃料噴射開始後の経過時間に応じて、ｔ１を境にしてそれ以下の場合には目標変化率はｍ１で一定であり、ｔ１以上の場合にはｍ２の一定の上昇率で変化する。第２目標変化率マップ２０１からの出力と、第３目標変化率マップ３０１からの出力とは選択部３０３に入力し、その小さい方を選択して目標値演算部に１０３に入力される。
ＤＰＦ入口目標温度の変化状態を図７に示す。例えば、ｔ１＝１分とすると、ＤＰＦ入口温度２８０℃でレイトポスト燃料噴射が開始されると、１段目変化率ｍ１の一定の割合で１段目の温度上昇が行われる。すなわち、一定傾斜Ａ１の部分である。
次に、経過時間が１分に達した場合には、その後においては、２段目変化率ｍ２の一定の割合で２段目の温度上昇が行われる。すなわち、一定傾斜Ｂ１の部分である。
そして、ＤＰＦ９の入口目標設定温度、例えば、６３０℃（６１０〜６５０℃）に到達したら、一定傾斜昇温制御を終了してその６３０℃（６１０〜６５０℃）を保持するように制御する。なお時間ｔ１は、再生制御装置２９に内蔵されたタイマーによって算出されるようになっている
このように、ＤＰＦ９の入口目標温度の温度上昇率を２段階に変化させるものであり、１段目変化率ｍ１で目標温度を早く増加させて、１分を超える場合には、１段目変化率より小さい変化率の２段目変化率ｍ２で変化させて目標温度を遅く増加させる。従って、目標設定温度に早く到達させ、かつ過昇温を防止することができる。
さらに、１段目変化率と２段目変化率との切替えを、レイトポスト噴射開始後所定時間後に設定されるので、ＤＰＦの再生挙動を時間で管理可能になり再生挙動を一定化して安定化できる。
（第４実施形態）
図８、９を参照して、ＤＰＦ目標温度設定手段５２の第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、第３実施形態の第３目標変化率マップ３０１の２段階的な変化に対して、連続的に変化される特性を有する第４目標変化率マップ（第２昇温率設定部）４０１を備える点に特徴がある。
この第４目標変化率マップ４０１は、再生経過時間とともに、ＤＰＦ入口温度の変化率（上昇率）が連続的に減少して小さくなる特性を有している。
従って、再生経過時間に伴って変化する目標温度の変化率に基づいてＤＰＦ入口温度目標値を算出するため、入口温度目標値をきめ細かく算出できる。
その結果、入口温度目標値の算出精度を高めることができる。したがって、目標設定温度Ｔを目標上限値ぎりぎりまたは同等にしても、目標温度のコントロールが安定化するため、過昇温を確実に防止することができる。
このＤＰＦ入口目標温度の変化状態を図９に示す。レイトポスト噴射開始時から連続的に目標設定温度Ｔまで、連続的に且つ上昇に伴って上昇率が小さくなるように変化する。
（第５実施形態）
図１０、１１を参照して、ＤＰＦ目標温度設定手段５２の第５実施形態について説明する。
第５実施形態は、第３、４実施形態に対して、目標温度をレイトポスト燃料噴射開始からの経過時間によって設定した目標温度マップ５０１をさらに設けることに特徴がある。
この目標温度を直接的に、レイトポスト燃料噴射開始からの経過時間によって設定した目標温度マップ５０１から算出された目標温度を選択部１０５に入力して最小値を算出するため、第２目標変化率マップ２０１および第４目標変化率マップ４０１を用いて目標変化率から算出する際に、経過時間やＤＰＦ温度（ＤＰＦ入口温度の計測データ）等にばらつきの誤差を有していても、目標温度マップ５０１によって、確実に目標温度が設定されようになるため、レイトポスト燃料噴射量制御が安定化する。
また、このＤＰＦ入口目標温度の変化状態を図１１に示す。レイトポスト噴射開始時から連続的に目標設定温度Ｔまで、連続的に且つ上昇に伴って上昇率が小さくなるように変化する。
（第６実施形態）
図１２を参照して、第６実施形態について説明する。
前述したように再生制御手段２９は、エンジンの運転状態に応じてレイトポスト噴射量指令値の基本指令値を算出するフィードフォワード制御部５３と、ＤＰＦ９の目標入口温度と実ＤＰＦ入口温度との偏差を基にレイトポスト補正噴射量（補正操作量）を指令するフィードバック制御手段５５とを備えている。
第６実施形態は、フィードバック制御手段５５の目標入口温度が変化するので、それに対応するようにフィードフォワード量を変える必要がある。このため、フィードフォワード量を補正するＦＦファクターマップ（フィードフォワード補正手段）５０３を備えることに特徴がある。
図１２のＤＰＦ目標温度設定手段５２における目標温度の設定については、第１〜第５実施形態で説明した通りであり、図１２においては、例として、第１実施形態の設定について示している。
ＤＰＦ入口目標温度設定値Ｔ（℃）、切替温度（℃）、１段目上昇率（℃／ｓｅｃ）、２段目上昇率（℃／ｓｅｃ）がそれぞれ入力されて、ＤＰＦ入口目標温度が演算される。
実測したＤＰＦ入口温度と前記した目ＤＰＦ入口目標温度とを加減算器５７に入力して、その偏差を制御量として算出して、その偏差をＰＩＤ演算部５９でフィードバック演算を行ない、フィードバック制御指令値を算出して加算器６１に出力する。
一方、フィードフォワード制御手段５３においては、ＦＦ（フィードフォワード）量マップ５１には、切替温度（例えば６００℃）を維持するためのレイトポスト噴射量が設定されている。
また、ＦＦ量補正ベースマップ５０５には、ＤＰＦの入口温度目標設定値Ｔ（例えば６３０℃）を維持するためのレイトポスト噴射量と、前記の切替温度を維持するためのレイトポスト噴射量との差分が設定されている。
また、ＦＦ量ファクターマップ５０３には、切替温度に達した以降において、（入口温度目標設定値Ｔ−切替温度）と、入口目標温度との割合、すなわち切替温度に達した後において、入口温度目標設定値Ｔ−切替温度との間のどこの温度位置にあるかに応じた制御係数が設定されている。
このように構成されることによって、ＤＰＦ目標温度設定手段５２によって設定された目標温度は、加減算器５７に入力されると共に、ＦＦ量ファクターマップ５０３を用いて目標温度に応じた制御係数が算出される。
そして、該制御係数を積算器５０７にてＦＦ量補正ベースマップ５０５によって算出された補正ベースのレイトポスト噴射量に積算する。積算器５０７で、目標温度に適したレイトポスト噴射量の補正量が算出されて、加算器５０９に入力されてＦＦ量マップ５１からの制御量に加算されてフィードフォワード指令値として出力される。そして、加算器６１で、フィードバック制御手段５５からの指令値と加算される。
なお、ＦＦ量ファクターマップ５０３を用いて目標温度に応じた制御係数を算出して、該制御係数を積算器５０７に掛ける補正制御については、２段目変化（２段目の温度上昇率）時においてだけ行われる制御である。
従って、１段目変化（１段目の温度上昇率）時においては補正されない。すなわち、２段目変化時の領域では、既に切替温度の６００℃に達しているため、その後の昇温制御によってはオーバーシュートして過昇温してしまう恐れがあるため、レイトポスト燃料噴射量を精度よく行う必要がある。このために、本実施例のように目標温度に対応してレイトポスト燃料噴射量に補正を掛けて、安定且つ確実にレイトポスト燃料噴射量を制御している。一方、１段目変化時においては、燃焼可能な約６００℃程度の温度まで早く上昇させることが狙いのため、ＤＰＦ目標温度設定手段５２によって設定された目標温度に基づいてフィードフォワード制御手段５３のフィードフォワード量を補正することまでは行っていない。
第６実施形態によれば、ＤＰＦ目標温度が変化するため、必要なフィードフォワード量、すなわち、基本指令値を補正することによって、安定的なレイトポスト燃料噴射を行うことができ、特に、ＤＰＦの入口温度目標設定値Ｔ（例えば６３０℃）を従来の約６００℃より高めて、ＤＰＦ温度を高温化して再生時間を短縮化して、再生効率を高めるとともに、オイルダイリューション量を減らすようにしても、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えることができる。
以上の第１実施形態〜第６実施形態までの説明においては、ＤＰＦ９に入口温度を対象に説明をしたが、出口温度または内部温度を対象に制御しても同様である。
本発明によれば、ＤＰＦの強制再生において、オイルダイリューション量を減らすために、ＤＰＦ温度を高温化して再生時間を短縮化できるとともに、ＤＰＦの過昇温の危険性を抑えることができるので、ディーゼルエンジンの排気浄化装置への利用に適している。
１ ディーゼルエンジン
３ 排気通路
７ ＤＯＣ（酸化触媒）
９ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
１１ 排ガス後処理装置
２９ 再生制御手段
５０ レイトポスト燃料噴射制御手段
５１ ＦＦ（フィードフォワード）量マップ
５２ ＤＰＦ目標温度設定手段
５３ フィードフォワード制御部
５５ フィードバック制御部
５９ ＰＩＤ演算部（演算部）
１０１ 第１目標変化率マップ（第１昇温率設定部）
１０７ 目標温度上限値設定部
２０１ 第２目標変化率マップ（第１昇温率設定部）
３０１ 第３目標変化率マップ（第２昇温率設定部）
４０１ 第４目標変化率マップ（第２昇温率設定部）
５０１ 目標温度マップ
５０３ ＦＦファクターマップ（フィードフォワード補正手段）
５０５ ＦＦ量補正ベースマップ

Claims (7)

  1. 排気通路に酸化触媒（ＤＯＣ）および排気微粒子（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備え、前記ＤＰＦに捕集されたＰＭを再生処理するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
    前記ＰＭの堆積量が所定値を超えた時に、昇温手段を制御して前記ＤＰＦを所定の目標設定温度近傍まで昇温して堆積したＰＭを焼却除去する再生制御手段を備え、
    該再生制御手段は、燃焼室内に燃焼に寄与しないタイミングで燃料を噴射するレイトポスト燃料噴射制御手段を有し、該レイトポスト燃料噴射制御手段は、ＤＰＦの入口温度または出口温度または内部温度を含むＤＰＦ温度の目標値を設定するＤＰＦ目標温度設定手段と、該ＤＰＦ目標温度設定手段で設定された前記ＤＰＦ温度の目標値と実際のＤＰＦ温度との偏差を基にレイトポスト噴射量指令値を算出する演算部とを備え、
    前記ＤＰＦ目標温度設定手段は、レイトポスト噴射開始後ＰＭが燃焼する目標設定温度まで、温度上昇またはレイトポスト噴射開始後の時間経過に伴って、昇温変化率が小さくなるように設定する昇温率設定部を有し、該昇温率設定部からの昇温率に基づいて前記ＤＰＦ温度の目標温度が算出されることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  2. 前記ＤＰＦ目標温度設定手段の昇温率設定部は、温度上昇に伴って段階的にまたは連続的に目標温度の昇温変化率が小さくなるように設定する第１昇温率設定部を有することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  3. 前記第１昇温率設定部における段階的な昇温変化率は、１段目変化率と該１段目変化率より小さい変化率の２段目変化率との２段階によって構成され、前記目標設定温度がＤＰＦ入口温度で６１０〜６５０℃であり、前記両変化率の切替温度がＤＰＦ入口温度で５００〜６００℃であることを特徴する請求項２記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  4. 前記ＤＰＦ目標温度設定手段の昇温率算出手段は、レイトポスト噴射開始後の時間経過に伴って、目標設定温度まで段階的にまたは連続的に目標温度の昇温変化率が小さくなるように設定する第２昇温率設定部を有することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン排気浄化装置。
  5. 前記第２昇温設定部における段階的な昇温変化率は、１段目変化率と該１段目変化率より小さい変化率の２段目変化率との２段階によって構成され、前記目標設定温度がＤＰＦ入口温度で６１０〜６５０℃であり、前記両変化率の切替時間をレイトポスト噴射開始後所定時間後に設定されることを特徴する請求項４記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  6. エンジンの運転状態に応じてレイトポスト噴射量指令値の基本指令値を算出するフィードフォワード制御部を備え、前記算出されたＤＰＦ温度の目標温度に応じて前記フィードフォワード制御部からの指令値を補正するフィードフォワード補正手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  7. 目標設定温度の上限値が、前記ＤＰＦの触媒劣化を生じる温度に基づいて設定される上限値であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
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