JP2012097669A

JP2012097669A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2012097669A
Application number: JP2010246562A
Authority: JP
Inventors: Kiyoka Tsunekawa; 希代香恒川; Kojiro Okada; 公二郎岡田; Kazuhito Kawashima; 川島　　一仁
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: JP5516888B2

Abstract

【課題】過昇温によるフィルタの溶損を抑制しつつフィルタを効率的に再生することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】フィルタ再生手段によるフィルタの再生制御実行中に、過昇温予測手段がフィルタの過昇温が発生する可能性ありと予測した場合に、第１の実行手段によってフィルタの再生が中断されると共に内燃機関に供給される新規の空気量を低減させることにより排気空燃比を低下させて粒子状物質の燃焼を抑制させる第１の燃焼抑制制御が実行され、この第１の燃焼抑制制御実行中に、過昇温検出手段によってフィルタの過昇温が発生したことが検出されると、第１の燃焼抑制制御の実行に加えて、第２の実行手段によってフィルタに流入する排ガスに含まれる燃料量を増加させることにより排気空燃比を低下させて粒子状物質の燃焼を抑制する第２の燃焼抑制制御が実行される構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等に搭載され、内燃機関（エンジン）から排出される排ガスを浄化する排気浄化装置に関する。

自動車等に搭載されるエンジン、特にディーゼルエンジンから排出される排ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等や、粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等が多く含まれている。このため、一般的には、エンジンから排出される排ガスが通過する排気通路に、例えば、上記含有物質を分解（還元等）するための酸化触媒や、ＰＭを捕集するためのフィルタを設け、これらフィルタ等によって排ガスが浄化された状態で大気中に放出されるようにしている。

このようなフィルタは、使用に伴ってフィルタ内にＰＭが堆積されて通過抵抗が増大するため、フィルタの再生処理を適宜実行する必要がある。再生処理の方法としては、例えば、筒内に燃料をポスト噴射することによって酸化触媒に未燃燃料を流入させて排気温度を上昇させ、この熱によってフィルタに捕集されたＰＭを燃焼させることでフィルタを再生させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１９３８２４号公報

このように排ガスの温度をコントロールしてフィルタを昇温させることで、フィルタを再生することができるが、フィルタを所定の許容温度以上に昇温（過昇温）させてしまうと、フィルタの溶損が発生してしまう虞がある。排ガスの温度制御は応答性が悪く排ガス温度を下げるまでにかなりの時間を要するため、フィルタが一旦過昇温してしまうとフィルタの温度が下がるまでの間にフィルタの溶損が発生してしまう虞がある。さらにフィルタが過昇温してしまうと、ＰＭの燃焼によりフィルタが自己発熱して高温状態が続くため、排ガス温度を下げてもフィルタ担体の温度を下げることが困難な場合もある。

このため、排ガスの温度制御によってフィルタを再生させる場合には、ＰＭの堆積限界量に対して大きなマージンを持たせる必要性が生じる。すなわちＰＭの堆積量が多いほどフィルタの過昇温が発生しやすいため、ＰＭの堆積量が比較的少ない段階でＰＭを適宜燃焼させる必要性が生じる。例えば、再生インターバルを短くしたり、昇温ステップを多くしたりするなどの対策が必要となる。このようにＰＭの堆積限界量に対して比較的大きなマージンを持たせることで、フィルタの過昇温を抑制することはできるが、それに伴い、例えば、オイルダイリューション、燃費悪化、排ガス悪化といった問題が生じる虞がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、過昇温によるフィルタの溶損を抑制しつつフィルタを効率的に再生することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、内燃機関の排気通路に設けられ排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生させる再生制御を実行するフィルタ再生手段と、前記フィルタ再生手段による前記フィルタの再生制御実行中に、当該フィルタの過昇温が発生する可能性を予測する過昇温予測手段と、前記過昇温予測手段によって前記フィルタの過昇温が発生する可能性ありと予測された場合に、前記フィルタ再生手段による前記フィルタの再生を中断すると共に前記内燃機関に供給される新規の空気量を低減させることにより排気空燃比を低下させて粒子状物質の燃焼を抑制させる第１の燃焼抑制制御を実行する第１の実行手段と、前記第１の実行手段による第１の燃焼抑制制御実行中に、当該フィルタの過昇温が発生したことを検出する過昇温検出手段と、前記過昇温検出手段によって前記フィルタの過昇温が検出された場合に、前記第１の実行手段による第１の燃焼抑制制御の実行に加えて、前記フィルタに流入する排ガスに含まれる燃料量を増加させることにより排気空燃比を低下させて粒子状物質の燃焼を抑制する第２の燃焼抑制制御を実行する第２の実行手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置にある。

かかる第１の態様では、過昇温の発生が予測される場合には、再生制御を中止すると共に新規の空気量（ＰＭの燃焼に寄与する空気の絶対量）を下げることにより、フィルタへの熱供給とフィルタでのＰＭ燃焼が応答性よく抑制される。また仮に過昇温が発生した場合には、排ガスに含まれる燃料量を増加させることで排気空燃比のさらなる低下（リッチ化）を達成できる。これにより排ガス単位体積に占める空気量が極めて少なくなるため、ＰＭ燃焼をより効果的に抑制することができる。

本発明の第２の態様は、前記排気通路を流通する排気流量を検出する排気流量検出手段を備え、前記第１の実行手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられるスロットル弁及びＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁の少なくとも一方を制御して新規の空気量を低減させると共に、前記排気流量検出手段によって排気流量が所定値以上であることが検出された場合には、前記スロットル弁を優先的に制御することを特徴とする第１の態様の内燃機関の排気浄化装置にある。

かかる第２の態様では、ＥＧＲ弁制御によるＥＧＲ増量よりも応答性の高いスロットル弁制御によって新規の空気量を低減させることで、過昇温の予測に対して素早く第１の燃焼抑制制御を開始できる。

本発明の第３の態様は、前記フィルタの入口における前記排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記第１の実行手段及び前記第２の実行手段は、前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値以下となるように排気空燃比を低下させることを特徴とする第１又は２の態様の内燃機関の排気浄化装置にある。

かかる第３の態様では、ＰＭ燃焼に深く寄与する酸素濃度を指標とすることで、フィルタの温度を効果的に抑制することができる。

本発明の第４の態様は、前記フィルタの出口における前記排ガスの温度を検出する排気温度検出手段を備え、前記過昇温予測手段は、前記フィルタ再生手段による再生制御実行中に前記排気温度検出手段により検出される排ガス温度と前回の再生制御実行時に検出された排ガス温度とを比較することにより過昇温が発生する可能性を予測することを特徴とする第１〜３の何れか一つの態様の内燃機関の排気浄化装置にある。

かかる第４の態様では、フィルタの出口（下流側）に設けられた排気温度検出手段のみで過昇温の予測と、過昇温の検出とを実現することができ、設置スペースが抑えられると共にコストを削減することができる。

かかる本発明では、フィルタ再生中におけるフィルタの過昇温を効果的に抑制することができる。これにより、例えば、ＰＭの堆積限界量に近づいた時点でフィルタの再生を行うことも可能となる。したがって、オイルダイリューション、燃費悪化、排ガス悪化といった問題を生じさせることなくフィルタを効率的に再生することができる。つまり本発明によれば、過昇温によるフィルタの溶損を抑制しつつフィルタを効率的に再生することができる。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の制御部を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る燃焼抑制制御を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、一実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、排気浄化装置１０は、排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとを有し、これらの排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとは、車両に搭載される内燃機関である多気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１の排気管（排気通路）１２に介装されている。

エンジン１１は、シリンダヘッド１３とシリンダブロック１４とを有し、シリンダブロック１４の各シリンダボア１５内には、ピストン１６が往復移動自在に収容されている。このピストン１６とシリンダボア１５とシリンダヘッド１３とで燃焼室１７が形成されている。なおピストン１６は、コンロッド１８を介してクランクシャフト１９に接続されており、ピストン１６の往復運動によってクランクシャフト１９が回転するようになっている。

シリンダヘッド１３には吸気ポート２０が形成され、この吸気ポート２０には吸気マニホールド２１を含む吸気管（吸気通路）２２が接続されている。また、吸気ポート２０には、吸気弁２３が設けられておりこの吸気弁２３によって吸気ポート２０が開閉されるようになっている。

またシリンダヘッド１３には、排気ポート２４が形成され、この排気ポート２４には、排気マニホールド２５を含む排気管（排気通路）１２が接続されている。排気ポート２４には排気弁２６が設けられており、吸気ポート２０と同様に、排気ポート２４はこの排気弁２６によって開閉されるようになっている。

これら吸気管２２及び排気管１２の途中には、ターボチャージャ２７が設けられている。ターボチャージャ２７は、図示しないタービンと、このタービンに連結されたコンプレッサとを有し、エンジン１１からターボチャージャ２７内に排ガスが流れ込むと、排ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管２２からターボチャージャ２７内に空気を吸い込んで加圧するようになっている。またターボチャージャ２７の下流側の吸気管２２には、インタークーラ２８が配されている。そして、ターボチャージャ２７で加圧された空気は、インタークーラ２８によって冷却されてエンジン１１の各吸気ポート２０に供給される。

インタークーラ２８の下流側の吸気管２２には、電動アクチュエータの駆動により吸気管（吸気通路）を開閉するスロットル弁２９が設けられている。さらに、スロットル弁２９の下流側の吸気管２２には、ターボチャージャ２７の上流側の排気管１２に連通するＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）３０が接続されている。またこのＥＧＲ管３０にはＥＧＲクーラ３１が設けられ、ＥＧＲ管３０の吸気管２２との接続部分にはＥＧＲ弁３２が設けられている。そしてこのＥＧＲ弁３２が開弁することで、排気管１２を流れる排ガスの一部がＥＧＲクーラ３１によって冷却された後、吸気管２２に供給されるようになっている。

なおシリンダヘッド１３には、各気筒の燃焼室１７内に燃料を直噴射する電子制御式の燃料噴射弁３３が設けられている。燃料噴射弁３３にはコモンレール３４から燃料が供給される。コモンレール３４にはサプライポンプ３５により燃料タンク（図示なし）の燃料が供給され、エンジン１１の回転速度に応じてサプライポンプ３５から所定圧で燃料がコモンレール３４に供給される。コモンレール３４では燃料が所定の燃圧に調整され、コモンレール３４から所定の燃圧に制御された高圧燃料が燃料噴射弁３３に供給される。

ターボチャージャ２７の下流側の排気管１２には、排気浄化装置１０を構成する排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に酸化触媒と称する）３６と、排気浄化用のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、単にフィルタと称する）３７とが上流側から順に配されている。また本実施形態では、酸化触媒３６とターボチャージャ２７との間の排気管１２に、燃料（軽油）を排気管（排気通路）１２内に噴射するインジェクタ３９が設けられている。詳しくは後述するが、フィルタ３７の過昇温が生じた際に、このインジェクタ３９から排気管１２内を流れる排ガスに燃料が添加される。

このような排気浄化装置１０では、酸化触媒３６に供給された燃料が酸化反応することにより生じる反応熱をフィルタ３７へ流入させてフィルタ３７を昇温させることで、フィルタ３７が捕集した粒子状物質（ＰＭ）を燃焼、除去することができる。

酸化触媒３６は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されてなる。酸化触媒３６に排ガスが流入すると、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。なお酸化触媒３６における酸化反応が起こるには、酸化触媒３６が所定温度以上に加熱されている必要があるため、酸化触媒３６は可及的にエンジン１１に近い位置に配されていることが好ましい。酸化触媒３６がエンジン１１の熱によって加熱されることで、エンジン始動時等であっても比較的短時間で酸化触媒３６を所定温度以上に加熱することができるからである。

フィルタ３７は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造を有する。フィルタ３７内には、例えば、上流側端部が開放され下流側端部が閉塞された排ガス通路３７ａと下流側端部が開放され上流側端部が閉塞された排ガス通路３７ｂとが交互に配列されている。そして、排ガスは、まず上流側端部が開放された排ガス通路３７ａに流入し、隣接する排ガス通路３７ｂとの間に設けられた多孔質の壁面から下流側端部が開放された排ガス通路３７ｂに流入して下流側に流出し、この過程において排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）が、壁面に衝突したり吸着されたりして捕集される。

捕集されたＰＭは、排ガス中のＮＯ_２によって酸化（燃焼）されＣＯ_２として排出され、またフィルタ３７内に残存するＮＯ_２はＮ_２に分解されて排出されるようになっている。すなわち、フィルタ３７では、排ガスを浄化して、ＰＭ及びＮＯｘの排出量を大幅に低減できるようになっている。

なおこれらフィルタ３７の出口近傍（下流側）には、排気温センサ４０が設けられており、この排気温センサ４０によってフィルタ３７から排出される排ガスの温度を検出している。フィルタ３７の入口付近（上流側）には、排ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ４１が設けられている。さらに本実施形態では、フィルタ３７の入口付近に、排ガスの流量を検出する排気流量検出手段としての排気流量センサ４２を備えている。

また車両には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０が設けられており、このＥＣＵ５０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このＥＣＵ５０が、上述した排気温センサ４０、酸素濃度センサ４１、排気流量センサ４２等の各種センサ類からの情報に基づいて、排気浄化装置１０を含むエンジン１１の総合的な制御を行っている。

ところでフィルタ３７に捕集されたＰＭは、上述のようにフィルタ３７内で酸化（燃焼）されるものの、エンジン１１の運転状況によっては十分に酸化（燃焼）されない場合がある。このため、フィルタ３７内にはＰＭが徐々に堆積されてしまう。そこでフィルタ３７に所定量のＰＭが堆積すると、フィルタ３７の温度を上昇させてフィルタ３７に捕集されたＰＭを燃焼させるフィルタ３７の再生制御を実行している。このフィルタ３７の再生制御時には、フィルタ３７の過昇温が発生し、フィルタ３７の温度を低下させるまでの間にフィルタ３７の溶損が発生してしまう虞がある。

そこで本発明では、フィルタ３７の再生制御実行中に、必要に応じて粒子状物質の燃焼を抑制する第１及び第２の燃焼抑制制御を実施するようにしている。すなわちこれら第１及び第２の燃焼抑制制御を実施することで、フィルタ３７の温度上昇を抑制している。これにより、フィルタ３７の過昇温の発生を抑制することができる。またフィルタ３７の過昇温が発生した場合でも、比較的短時間でフィルタ３７の温度を低下させることができるため、フィルタ３７の溶損の発生を抑制することができる。

具体的には、図２に示すように、ＥＣＵ５０の制御部５１は、フィルタ再生手段５２と、過昇温予測手段５３と、第１の実行手段５４と、過昇温検出手段５５と、第２の実行手段５６と、を備えている。

フィルタ再生手段５２は、フィルタ３７の温度を上昇させてフィルタ３７に捕集された粒子状物質を燃焼させてフィルタ３７を再生させる再生制御を実行する。この再生制御は、例えば、エンジン１１の運転時における燃料のメイン噴射の後にポスト噴射を行って、未燃燃料を含んだ排ガスを排気管１２に一定時間排出させることによって行われる。排ガス中の未燃燃料は、酸化触媒３６に流入して酸化（燃焼）して排気温度を上昇させるため、この熱によってフィルタ３７に堆積したＰＭが燃焼されてフィルタ３７が再生される。

過昇温予測手段５３は、フィルタ３７の再生制御中に、フィルタ３７の過昇温が発生する可能性を予測する。具体的には、過昇温予測手段５３は、フィルタ３７の温度条件が過昇温予測条件を満たしているか否かを判定し、フィルタ３７の温度条件が過昇温予測条件を満たしている場合に過昇温が発生する可能性ありと判定する。例えば、本実施形態では、過昇温予測手段５３は、フィルタ３７の出口に設けられる排気温センサ４０が所定の閾値未満であり、且つ前回の再生制御中に排気温センサ４０で検出された温度に対する上昇幅が所定値以上である場合に、過昇温予測条件を満たしていると判定している。

第１の実行手段５４は、過昇温予測手段５３によってフィルタ３７の過昇温が発生する可能性ありと予測された場合に、フィルタ再生手段５２によるフィルタ３７の再生制御を中止すると共にエンジン１１に供給される新規の空気量を低減させることにより排気空燃比を低下させて粒子状物質の燃焼を抑える第１の燃焼抑制制御を実行する。この第１の燃焼抑制制御が実行されることで、フィルタ３７の温度上昇が抑制される。本実施形態では、第１の実行手段５４は、フィルタ３７の入口に設けられた酸素濃度センサ４１の検出結果に基づいて排気空燃比を適宜低減させている。すなわち、第１の実行手段５４は、酸素濃度センサ４１によって検出される排ガスの酸素濃度が所定値以下となるように新規の空気量を適宜低減させている。このようにＰＭ燃焼に深く寄与する排ガスの酸素濃度を指標とすることで、フィルタ３７の温度を効果的に抑制することができる。

なお新規の空気量を低減させる方法は、特に限定されないが、例えば、エンジン１１の吸気通路２２に設けられるスロットル弁２９及びＥＧＲ弁３２の少なくとも一方を制御して新規の空気量を低減させている。スロットル弁２９及びＥＧＲ弁３２のうちの何れか一方、或いは両方を制御するかは、エンジン１１の運転状態に応じて適宜決定されればよいが、フィルタ３７の入口付近に設けられた排気流量センサ４２によって排ガス流量が所定値以上であることが検出された場合には、スロットル弁２９を優先的に制御することが好ましい。新規の空気量低減にあたっては、ＥＧＲ弁３２の制御によるＥＧＲ増量よりもスロットル弁２９の制御による外気の吸入量減量の方が、応答性が高く過昇温の予測に対して素早く対応できるからである。

過昇温検出手段５５は、第１の実行手段５４による第１の燃焼抑制制御の実行中に、フィルタ３７の過昇温が発生したことを検出する。具体的には、過昇温検出手段５５は、フィルタ３７の出口に設けられた排気温センサ４０が所定値以上となった場合に、フィルタ３７の過昇温が発生したと判定する。

第２の実行手段５６は、過昇温検出手段５５によってフィルタ３７の過昇温が検出された場合に、上述した第１の実行手段５４による第１の燃焼抑制制御の実行に加えて、第２の燃焼抑制制御を実行する。第２の燃焼抑制制御では、フィルタ３７に流入する排ガスに含まれる燃料量を増加させて排気空燃比を低下させる。このように過昇温検出手段５５によって過昇温の発生が検出された場合には、第１の実行手段５４によって第１の燃焼抑制制御が実施されると共に第２の実行手段５６によって第２の燃焼抑制制御が実行されることで、排ガス単位体積に含まれる空気量が減少される。これにより粒子状物質の燃焼をより効果的に抑制することができ、それに伴ってフィルタ３７の温度が効果的に低下してフィルタ３７の過昇温状態が早期に解消される。したがって、フィルタ３７の過昇温による溶損の発生も実質的に防止することができる。

なお第２の実行手段５６は、第１の実行手段５４と同様に、フィルタ３７の入口に設けられた酸素濃度センサ４１の検出結果に基づいて排気空燃比を適宜低減させている。すなわち、第２の実行手段５６は、酸素濃度センサ４１によって検出される排ガスの酸素濃度が所定値以下となるように排ガスに含まれる燃料量を適宜増加させている。

本実施形態では、酸化触媒３６の入口付近に設けられたインジェクタ３９から排気管１２内の排ガスに燃料を添加することで排ガスに含まれる燃料量を増加させ、排気空燃比を低下（リッチ化）させている。これにより排気空燃比を確実に低下（リッチ化）させることができ、粒子状物質の燃焼を効果的に抑制することができる。

排ガスに含まれる燃料量を増加させる方法は、特に限定されず、例えば、筒内に燃料をポスト噴射するようにしてもよい。上述のようにフィルタ３７の再生制御実行時には、燃料のポスト噴射が行われることでフィルタ３７の温度は上昇するが、第２の燃焼抑制制御実行時には、燃料のポスト噴射が行われることでフィルタ３７の温度は低下する。フィルタ３７の再生制御実行時には、排ガス中に比較的多くの酸素が含まれているため、この酸素が消費されるまではポスト噴射された燃料が燃焼（粒子状物質の燃焼）されてフィルタ３７の温度は上昇する。一方、第２の燃焼抑制制御実行時には、第１の燃焼抑制制御がすでに実行されており排ガスに含まれる酸素量は既に減少している。この状態でポスト噴射を行うと、排ガス単位体積に占める空気量が極めて少なくなるため、燃焼が促進されることはなく、ＰＭの燃焼がより効果的に抑制される。

以上のように、フィルタ３７の再生制御実行中に、必要に応じて排ガスの空燃比（排気空燃比）を適宜調整する（低下させる）ことで、過昇温に起因するフィルタ３７の溶損の発生を効果的に抑制することができる。

以下、排気浄化装置１０による第１及び第２の燃焼抑制制御についてさらに説明する。図３は、第１及び第２の燃焼抑制制御の一例を示す説明するフローチャートである。

図３に示すように、まずステップＳ１でフィルタ再生手段５２によるフィルタ３７の再生制御が開始されると、所定のタイミング、例えば、一定の間隔で、過昇温予測手段５３によってフィルタ３７の過昇温が発生する可能性が予測される（ステップＳ２）。具体的には、過昇温予測手段５３によって、上述のようにフィルタ温度条件が過昇温予測条件を満たしているか否かが判定され、フィルタ３７の温度条件が過昇温予測条件を満たしている場合に、過昇温が発生する可能性ありと判定される。

ここで、過昇温予測手段５３によってフィルタ３７の温度条件が過昇温予測条件を満たしていないと判定された場合には（ステップＳ２；Ｎｏ）、ステップＳ３に進み、フィルタ３７の再生制御が継続される。一方、過昇温予測手段５３によってフィルタ３７の温度条件が過昇温予測条件を満たしていると判定された場合には（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進み、第１の実行手段５４によってフィルタ再生手段５２による再生制御が中止されると共に第１の燃焼抑制制御が開始される。

第１の燃焼抑制制御が開始されると、まずはエンジン１１の運転状態が判定される。具体的には、ステップＳ５で排気流量Ｖ_ＥＸが所定値Ｖ_{ＥＸＳＴＤ}以下であるか否が判定される。ここで、Ｖ_ＥＸ≦Ｖ_{ＥＸＳＴＤ}である場合には、すなわちスロットル弁２９の開度が比較的小さい場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、さらにエンジン１１の運転状態がアイドル状態であるか否かが判定される。

エンジン１１の運転状態がアイドル状態であると判定された場合には（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ７でＥＧＲ弁３２が制御されてＥＧＲ弁３２の開度が増加する。これにより、エンジン１１に供給されるＥＧＲ量が増加すると共に、新規の空気量が低減される。すなわち排気空燃比が低下する。これにより粒子状物質の燃焼が抑えられてフィルタ３７の温度上昇が抑制される。

なおエンジン１１の運転状態がアイドル状態の場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、スロットル弁２９の開度は比較的小さくスロットル弁２９の操作によってエンジン１１に供給される新規の空気量を調整することは難しい。しかしながら、ＥＧＲ弁３２を制御することで（ステップＳ７）、エンジン１１に供給される新規の空気量を比較的容易に調整することができる。

その後ステップＳ８では、過昇温検出手段５５によってフィルタ３７の過昇温が発生したか否かが判定される。具体的には、フィルタ３７の出口に設けられた排気温センサ４０によって検出されるフィルタ３７の温度Ｔ_ＤＰＦが所定温度Ｔ_ＭＡＸ１（例えば、８００℃）以上であるか否かが判定される。ここで、フィルタ３７の温度Ｔ_ＤＰＦが所定温度Ｔ_ＭＡＸ１よりも低い場合には（ステップＳ８：Ｎｏ）、すなわち第１の燃焼抑制制御の実行によりフィルタ３７の温度が十分に抑制されている場合には、第１の燃焼抑制制御を終了してステップＳ１に戻り、フィルタ３７の再生制御が再開される。なお所定温度Ｔ_ＭＡＸ１は、フィルタ３７の物理的耐熱限界温度ではなく、それよりも低く、ある程度余裕を持った値に設定されている。

一方、フィルタ３７の温度Ｔ_ＤＰＦが所定温度Ｔ_ＭＡＸ１以上である場合には（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、過昇温検出手段５５によってフィルタ３７の過昇温が発生したと判定されてステップＳ９に進み、第１の実行手段５４による第１の燃焼抑制制御に加えて、第２の実行手段５６によって第２の燃焼抑制制御が実行される。

これによりフィルタ３７に流入する排ガスに含まれる燃料量が増加して排気空燃比がさらに低下（リッチ化）する。すなわち排ガスの酸素濃度がさらに低下する。したがって粒子状物質の燃焼がより効果的に抑制され、フィルタ３７の温度を低下させて過昇温を早期に解消することができる。

第２の燃焼抑制制御が実行されると、具体的には、インジェクタ３９から燃料が噴射されて排気管１２を流れる排ガスに燃料が添加される（ステップＳ９）。ステップＳ１０では、排ガスの酸素濃度λ_ＥＸが所定値λ_{ＥＸＳＴＤ}以下であるか否かが判定される。排ガスの酸素濃度λ_ＥＸが所定値λ_{ＥＸＳＴＤ}よりも高い場合には（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ９に戻り、排ガスへの燃料の添加が継続される。一方、排ガスの酸素濃度λ_ＥＸが所定値λ_{ＥＸＳＴＤ}以下である場合には（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に進み、フィルタ３７の温度Ｔ_ＤＰＦが所定温度Ｔ_ＭＡＸ２以下であるか否かが判定される。ここで、所定温度Ｔ_ＭＡＸ２は、排ガスへの燃料添加による温度上昇分を算出し、その上昇分をＴ_ＭＡＸ１に加算した値を用いる。また所定温度Ｔ_ＭＡＸ２は、計算によって求めなくとも実験等により予め決定された値でもよい。

そして、フィルタの温度Ｔ_ＤＰＦが所定温度Ｔ_ＭＡＸ２よりも高い場合には（ステップＳ１０：Ｎｏ）、過昇温が十分に解消されていないと判定され、ステップＳ９に戻って排ガスへの燃料の添加が継続される。

フィルタの温度Ｔ_ＤＰＦが所定温度Ｔ_ＭＡＸ２以下である場合には（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、フィルタ３７の過昇温が解消されたと判定され、排ガスへの燃料の添加（第２の燃焼抑制制御）を終了してステップＳ１に戻り、フィルタ３７の再生制御が再開される。

また上述したように排気流量が所定値以下であり（ステップＳ５:Ｙｅｓ）、エンジン１１の運転状態がアイドル状態である場合には（ステップＳ６:Ｙｅｓ）、ＥＧＲ弁３２を調整することでエンジン１１に供給される新規の空気量を調整している。これに対し、排気流量が所定値よりも大きい場合、すなわちスロットル弁２９の開度が比較的大きい場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ１２に進み、スロットル弁２９の開度を減少させてエンジン１１に供給される新規の空気量を調整する（減少させる）。その後、ステップＳ８に進む。

また排気流量は所定値以下であるが（ステップＳ５:Ｙｅｓ）、エンジン１１の運転状態がアイドル状態ではない場合には（ステップＳ６:Ｎｏ）、ステップＳ１３に進み、スロットル弁２９の開度を減少させると共にＥＧＲ弁３２の開度を増加させて、エンジン１１に供給される新規の空気量を調整する（減少させる）。その後、ステップＳ８に進む。

このようにスロットル弁２９の制御が可能な場合には、ＥＧＲ弁３２の制御よりもスロットル弁２９の制御を優先させることが好ましい。スロットル弁２９の制御はＥＧＲ弁３２の制御よりも応答性が高いため、過昇温の予測に素早く対応することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。

１０排気浄化装置
１１エンジン
１２排気管（排気通路）
２２吸気管（吸気通路）
２８インタークーラ
２９スロットル弁
３０ＥＧＲ管
３２ＥＧＲ弁
３６酸化触媒
３７フィルタ
３９インジェクタ
４０排気温センサ
４１酸素濃度センサ
４２排気流量センサ
５０ＥＣＵ
５１制御部
５２フィルタ再生手段
５３過昇温予測手段
５４第１の実行手段
５５過昇温検出手段
５６第２の実行手段

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生させる再生制御を実行するフィルタ再生手段と、
前記フィルタ再生手段による前記フィルタの再生制御実行中に、当該フィルタの過昇温が発生する可能性を予測する過昇温予測手段と、
前記過昇温予測手段によって前記フィルタの過昇温が発生する可能性ありと予測された場合に、前記フィルタ再生手段による前記フィルタの再生を中断すると共に前記内燃機関に供給される新規の空気量を低減させることにより排気空燃比を低下させて粒子状物質の燃焼を抑制させる第１の燃焼抑制制御を実行する第１の実行手段と、
前記第１の実行手段による第１の燃焼抑制制御実行中に、当該フィルタの過昇温が発生したことを検出する過昇温検出手段と、
前記過昇温検出手段によって前記フィルタの過昇温が検出された場合に、前記第１の実行手段による第１の燃焼抑制制御の実行に加えて、前記フィルタに流入する排ガスに含まれる燃料量を増加させることにより排気空燃比を低下させて粒子状物質の燃焼を抑制する第２の燃焼抑制制御を実行する第２の実行手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記排気通路を流通する排気流量を検出する排気流量検出手段を備え、
前記第１の実行手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられるスロットル弁及びＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁の少なくとも一方を制御して新規の空気量を低減させると共に、前記排気流量検出手段によって排気流量が所定値以上であることが検出された場合には、前記スロットル弁を優先的に制御す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装置。
前記フィルタの入口における前記排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、
前記第１の実行手段及び前記第２の実行手段は、前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値以下となるように排気空燃比を低下させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記フィルタの出口における前記排ガスの温度を検出する排気温度検出手段を備え、
前記過昇温予測手段は、前記フィルタ再生手段による再生制御実行中に前記排気温度検出手段により検出される排ガス温度と前回の再生制御実行時に検出された排ガス温度とを比較することにより過昇温が発生する可能性を予測することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。