JP2012127297A

JP2012127297A - Ｄｐｆシステム

Info

Publication number: JP2012127297A
Application number: JP2010280880A
Authority: JP
Inventors: Taiji Nagaoka; 大治長岡; Teruo Nakada; 輝男中田; Hiroyuki Yuza; 裕之遊座
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: WO2012081460A1; JP5720229B2

Abstract

【課題】排気管噴射による排気ガスの昇温制御を行う際に、ＨＣ被毒によるＤＯＣの触媒活性不良を防ぐことができるＤＰＦシステムを提供する。
【解決手段】排気管インジェクタ２４から燃料を噴射し、これをＤＯＣ２３で酸化燃焼させてＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生を行うＤＰＦシステム１０において、ＤＯＣ２３の前後に設けられた温度センサ２５，２６と、排気管インジェクタ２４の噴射量Ｑと温度センサの検出値Ｔ₁，Ｔ₂とが入力され、入力された噴射量Ｑと検出値Ｔ₁，Ｔ₂とからＤＯＣ２３の発熱量が適正か否かを判断する被毒防止手段２９と、を備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明はディーゼルエンジンの排気ガスから粒子状物質をＤＰＦで捕集し、これを排気管噴射により燃焼除去するＤＰＦシステムに関する。

従来から、ディーゼルエンジンの排気ガスからＰＭ（Perticulate Matter；粒子状物質）を浄化するためのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）システムの開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。このＤＰＦシステムでは、ＤＰＦと呼ばれるフィルタを排気管に接続して排気ガスからＰＭを捕集すると共に、ＤＰＦの上流側に設けられたＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst；酸化触媒)で排気ガス中のＮＯ_xをＮＯ₂とし、このＮＯ₂の酸化力でＰＭを酸化（燃焼）させてＰＭを除去することが行われる。

また、ＰＭの除去が促進されずＤＰＦにＰＭが堆積する場合には、排気ガス中に未燃燃料を添加し、この燃料をＤＯＣで酸化燃焼させて排気ガスの温度を昇温させ、ＤＰＦに堆積したＰＭを強制的に燃焼除去するＤＰＦ再生が行われる。排気ガスに未燃燃料を添加する手段としては、燃焼行程を終えた直後のエンジン筒内に燃料インジェクタから未燃燃料を噴射するポスト噴射と、ＤＯＣよりも上流側の排気管に設けた排気管インジェクタから未燃燃料を噴射する排気管噴射がある。

ポスト噴射は従来のエンジンシステムの構成のままで実行可能であるが、エンジン筒内のオイル希釈、排気ガスのスモーク発生、運転性への影響などの問題がある。一方、排気管噴射では上述の問題を発生させることなく排気ガスを昇温し、ＤＰＦ再生を行うことができる。

特許第４１７５２８１号公報特許第４１７８９６０号公報

ところで、ポスト噴射ではエンジンが燃焼行程を終えた直後の上死点付近で噴射を行うため、燃焼行程直後の高温で分解される燃料は、活性化しやすい短鎖のＨＣ（HydroCarbon）となる。一方、排気管噴射では排気ガスが比較的低温の排気管内で噴射を行うため、添加された燃料は活性化し難い長鎖のＨＣとなる。

長鎖のＨＣは燃焼しがたく、噴射量の増加時には、ＤＯＣにＨＣが吸着してＨＣ被毒となり、失火し易い（触媒活性が低下し易い）等のデメリットがある。

図５は、排気管噴射を行うＤＰＦシステムにおいて、排気管噴射の燃料噴射量（排気噴射量）と、ＤＯＣ（酸化触媒）の温度変化との関係を示す図であり、ＤＯＣの入口側（上流側）で計測される温度（ＤＯＣ入口温度）、ＤＯＣの中心で計測される排気ガス温度（ＤＯＣ中心温度）およびＤＯＣの出口側（下流側）で計測される排気ガス温度（ＤＯＣ出口温度）の経時変化を示している。

排気噴射量を約５，約１０ｍｍ³／ｓｔとして排気管噴射したとき、ＤＯＣ中心温度およびＤＯＣ出口温度は略一定の値に昇温されており、ＤＯＣの触媒活性が失われることなく排気ガスを安定的に昇温できていることがわかる。

しかしながら排気噴射量を約１５ｍｍ³／ｓｔとしたとき、噴射開始時にはＤＯＣ中心温度およびＤＯＣ出口温度が一時的に昇温されるものの、排気ガスに含まれる多量のＨＣがＤＯＣに吸着し、ＤＯＣの触媒活性が低下して（ＤＯＣが失火して）温度が急激に減少している。

ＤＯＣがＨＣ被毒して失火すると、排気ガスを昇温制御できず、ＰＭを燃焼させてＤＰＦ再生を行うことができない。さらに、ＨＣ被毒後にＤＯＣの温度が上昇すると吸着したＨＣが燃焼するようになるが、ＨＣが一気に燃焼して異常燃焼となり、最悪の場合にはＤＯＣの溶損が発生する可能性もある。

また、ＤＯＣの触媒活性は、運転条件の変化やＤＰＦ再生の繰返しによる触媒の劣化などにより変化する虞があり、触媒の劣化前と同じ噴射量で排気ガスに未燃燃料を添加し続けると、上述のＨＣ被毒やＤＯＣ溶損の可能性がさらに増大する。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、排気管噴射による排気ガスの昇温制御を行う際に、ＨＣ被毒によるＤＯＣの触媒活性不良を防ぐことができるＤＰＦシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、排気管インジェクタから燃料を噴射し、これをＤＯＣで酸化燃焼させてＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生を行うＤＰＦシステムにおいて、前記ＤＯＣの前後に設けられた温度センサと、前記排気管インジェクタの噴射量と前記温度センサの検出値とが入力され、入力された前記噴射量と前記検出値とから前記ＤＯＣの発熱量が適正か否かを判断する被毒防止手段と、を備えるものである。

前記被毒防止手段は、前記温度センサの検出値と排気ガス流量とから前記ＤＯＣの瞬時発熱量を計算して積算すると共に、前記排気管インジェクタの噴射量と前記ＤＯＣの発熱効率とから推定発熱量を計算して積算し、前記推定発熱量の積算値から所定値低い閾値を設定し、前記瞬時発熱量の積算値が前記閾値より大きいとき、前記ＤＯＣの発熱量が適正であると判断し、前記瞬時発熱量の積算値が前記閾値以下であるとき、前記ＤＯＣの発熱量が適正でないと判断すると良い。

前記被毒防止手段は、前記噴射量から理論発熱量を算出して積算し、その理論発熱量の積算値が前記推定発熱量の積算値より小さいときには、前記閾値を前記理論発熱量の積算値から所定値低く設定すると良い。

前記被毒防止手段は、前記ＤＯＣ前方の温度センサの検出値と前記ＤＯＣの排気ガスＳＶ比とから前記発熱効率を参照可能な第１の発熱効率マップと、前記ＤＯＣ前方の温度センサの検出値と排気ガス空燃比とから前記発熱効率を参照可能な第２の発熱効率マップと、を有し、前記第１及び第２の発熱効率マップを参照して前記発熱効率を求めると良い。

前記被毒防止手段は、前記温度センサの検出値から前記排気ガスを目標温度に昇温させるためのベース噴射量を算出すると共に、前記ＤＯＣの発熱量が適正であるか否かを判断した結果に応じて噴射ガード量を設定し、前記ベース噴射量から前記噴射ガード量を減算して前記噴射量を求め、求めた噴射量で前記排気管インジェクタから燃料を噴射させると良い。

前記被毒防止手段は、前記ＤＯＣの発熱量が適正であると判断したとき、前記噴射ガード量の設定値を小さくし、前記ＤＯＣの発熱量が適正でないと判断したとき、前記噴射ガード量の設定値を大きくすると良い。

前記被毒防止手段は、前記ベース噴射量を、前記ＤＯＣの触媒活性が保てる上限噴射量以下とさせると良い。

前記被毒防止手段は、前記ＤＯＣ前方の温度センサの検出値と前記ＤＯＣの排気ガスＳＶ比とから前記上限噴射量を参照可能な第１の上限噴射量マップと、前記ＤＯＣ前方の温度センサの検出値と排気ガス空燃比とから前記上限噴射量を参照可能な第２の上限噴射量マップと、を有し、前記第１及び第２の上限噴射量マップを参照して前記上限噴射量を求めると良い。

前記被毒防止手段は、前記噴射ガード量を記憶しておき、前記ＤＰＦ再生後に、記憶しておいた前記噴射ガード量に基づいて、前記第１及び第２の上限噴射量マップを補正すると良い。

前記ＤＯＣが前後に２分割されると共に、その２分割されたＤＯＣ間に温度センサが設けられると良い。

本発明によれば、排気管噴射による排気ガスの昇温制御を行う際に、ＨＣ被毒によるＤＯＣの触媒活性不良を防ぐことができるＤＰＦシステムを提供できる。

本発明のＤＰＦシステムの構成を示す図である。本発明のＤＰＦシステムの動作を説明する流れ図である。第１及び第２の発熱効率マップを示す図である。第１及び第２の上限噴射量マップを示す図である。排気管噴射を行うＤＰＦシステムにおいて、排気管噴射量とＤＯＣの温度変化との関係を示す図である。

以下に、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき説明する。

図１は、本実施の形態に係るＤＰＦシステムの構成を示す図である。

本実施の形態のＤＰＦシステム１０はターボチャージャ１１を搭載しており、エアクリーナ１２から吸入される空気はターボチャージャ１１のコンプレッサ１３で圧縮されると共に吸気通路１４に圧送され、吸気通路１４に接続された吸気マニホールド１５からエンジンＥに供給される。吸気通路１４には、エンジンＥへの空気量を調節するための吸気バルブ１６が設けられる。

エンジンＥから排出される排気ガスは排気マニホールド１７からターボチャージャ１１のタービン１８に流入すると共にタービン１８を駆動させ、排気管１９に排気される。

このＤＰＦシステム１０は、吸気マニホールド１５と排気マニホールド１７とを接続するＥＧＲ管２０と、ＥＧＲ管２０を通過する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１と、排気マニホールド１７から吸気マニホールド１５へ還流させる排気ガス量を調節するためのＥＧＲバルブ２２と、を備え、排気ガスの一部を吸気側へ還流させてエンジンアウトのＮＯ_x量を低減させるＥＧＲ制御を行う。

排気管１９にはＤＯＣ２３が配設され、そのＤＯＣ２３の上流側の排気管１９には排気管インジェクタ２４が、下流側の排気管１９には排気ガスからＰＭを捕集するためのＤＰＦ３４が設けられる。本実施の形態では、ＤＯＣ２３を前方（上流側）ＤＯＣ２３ａおよび後方（下流側）ＤＯＣ２３ｂに前後２分割した構造とする。

さらに排気管１９には、前方ＤＯＣ２３ａの前方（上流側）、後方ＤＯＣ２３ｂの後方（下流側）および前方ＤＯＣ２３ａと後方ＤＯＣ２３ｂとの間に温度センサ２５，２６，２７が設けられる。

エンジンＥ、吸気バルブ１６、ＥＧＲバルブ２２、排気管インジェクタ２４、温度センサ２５〜２７はＥＣＵ（Electronical Control Unit；電子制御装置）２８と接続され、ＥＣＵ２８には温度センサ２５〜２７からの信号が入力される。またＥＣＵ２８は、エンジンＥの運転、吸気バルブ１６およびＥＧＲバルブ２２の開度、排気管インジェクタ２４の排気管噴射等を制御する。この他にもＥＣＵ２８には車両に搭載される各種センサからの信号が入力されると共に、排気ガス流量および排気ガス空燃比の計算などを行う。

さて、このＤＰＦシステム１０では、エンジンＥから排出された排気ガス中に含まれるＰＭをＤＰＦ３４で捕集し、ＤＰＦ３４に堆積したＰＭを燃焼除去してＤＰＦ再生を行うべく、排気ガスに排気管インジェクタ２４から燃料を添加し（排気管噴射し）、この燃料をＤＯＣ２３で酸化燃焼させて排気ガスを昇温することが行われる。

このとき、ＤＯＣ２３の触媒活性以上に未燃燃料が添加されると、排気管噴射された燃料がＤＯＣ２３上に吸着されてＤＯＣ２３の触媒活性が失われ、ＤＯＣ２３の発熱量が低下して、ＤＰＦ再生できなくなる虞がある。

そこで本実施の形態に係るＤＰＦシステム１０では、排気管インジェクタ２４から排気管噴射された燃料の噴射量Ｑと温度センサ２５，２６，２７からの検出値Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃とが入力されると共に、入力された噴射量と検出値とからＤＯＣ２３の発熱量が適正か否かを判断する被毒防止手段２９がＥＣＵ２８に搭載される。

被毒防止手段２９は、温度センサ２５の検出値（ＤＯＣ入口温度）Ｔ₁、温度センサ２６の検出値（ＤＯＣ出口温度）Ｔ₂、温度センサ２７の検出値（ＤＯＣ中心温度）Ｔ₃と、排気ガス流量ＶとからＤＯＣ２３の瞬時発熱量Ｃ₁を計算して積算し、他方、排気管インジェクタ２４の噴射量ＱとＤＯＣ２３の発熱効率κとから推定発熱量Ｃ₂を計算して積算し、推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₂から所定値低い閾値Ｊ_thを設定するようにされる。瞬時発熱量Ｃ₁は、ＤＯＣ２３の排気ガス温度から求められる実際の発熱量であり、推定発熱量Ｃ₂は、噴射量Ｑと発熱効率κとから推定される発熱量である。さらに被毒防止手段２９は、瞬時発熱量Ｃ₁の積算値Ｊ₁と閾値Ｊ_thとを比較し、瞬時発熱量Ｃ₁の積算値Ｊ₁が閾値Ｊ_th以下であるとき、ＤＯＣ２３の発熱量が適正でないと判断し、瞬時発熱量Ｃ₁の積算値Ｊ₁が閾値Ｊ_thよりも大きいとき、ＤＯＣ２３の発熱量が適正であると判断するように構成される。

また、被毒防止手段２９は、噴射量Ｑから理論発熱量Ｃ₃を算出して積算し、その理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₃が推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₂より小さいときには、閾値Ｊ_thを理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₃から所定値低く設定するように構成される。理論発熱量Ｃ₃は、燃料がＤＯＣ２３上で完全燃焼したときの発熱量であり、ＤＯＣ２３上での実際の発熱量は、理論発熱量Ｃ₃を超えない。推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₂が実際の発熱量より大きく算出されるような運転条件ではＤＯＣ２３の発熱量が適正か否かの判断が不確実となることから、このような運転条件においては理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₃を基に閾値Ｊ_thを設定することで、ＤＯＣ２３の触媒活性の低下をより確実に判断できる。

閾値Ｊ_thは、排気管噴射の噴射量Ｑに対してＤＯＣ２３の発熱量が適正か否かを判断するための値であり、本実施の形態では推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₂あるいは理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₃の０．８掛け（推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₂ラ０．８あるいは理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₃ラ０．８）に設定され、推定発熱量Ｃ₂あるいは理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₂，Ｊ₃よりも低い値に設定される。ただし、本発明は閾値Ｊ_thの設定方法について限定されるものではなく、推定発熱量Ｃ₂あるいは理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₂，Ｊ₃から所定の熱量を減算した閾値Ｊ_thを設定するようにしても良い。

発熱効率κは、噴射量Ｑの完全燃焼時の発熱量に対するＤＯＣ２３上での所定の条件での発熱量の割合を示す値であり、排気ガス温度、排気ガス空燃比、ＤＯＣ２３の排気ガスＳＶ比により０〜１の範囲で変化する。発熱効率κは、予めＤＰＦシステム１０の試験運転から求めても良く、ＤＰＦシステム１０を模したモデル計算から求めても良い。本実施の形態では、被毒防止手段２９は、ＤＯＣ２３前方の温度センサ２５で検出される排気ガス温度（すなわち、ＤＯＣ入口温度Ｔ₁）とＤＯＣ２３の排気ガスＳＶ比とから発熱効率を参照可能な第１の発熱効率マップ３０と、ＤＯＣ入口温度Ｔ₁と排気ガス空燃比λとから発熱効率を参照可能な第２の発熱効率マップ３１と、を有し、第１及び第２の発熱効率マップ３０，３１を参照して発熱効率κを求めるようにされる。

第１及び第２の発熱効率マップ３０，３１の一例を図３に示す。第１の発熱効率マップ３０は、図３（ａ）に示すように、排気ガス温度（本実施の形態では、ＤＯＣ入口温度）およびＤＯＣ２３の排気ガスＳＶ比と、ＤＯＣ２３の発熱効率との関係を表すものであり、排気ガス温度が高いほど発熱効率は高い。また発熱効率は、排気ガスＳＶ比が高くなるに伴い、一旦増加して極大値となった後に減少する傾向を有する。第２の発熱効率マップ３１は、図３（ｂ）に示すように、排気ガス温度および排気ガス空燃比λと、ＤＯＣ２３の発熱効率との関係を表すものであり、排気ガス温度が高いほど発熱効率は高い。また発熱効率は、排気ガス空燃比λが高くなるに伴い、一旦増加して極大値となった後に減少する傾向を有する。

本実施の形態では、被毒防止手段２９はＥＣＵ２８に入力される排気ガス温度Ｔ₁、排気ガスＳＶ比、排気ガス空燃比λから第１及び第２の発熱効率マップ３０，３１を参照し、求めた値のうち、より低い値をＤＯＣ２３の発熱効率κとし、ＤＯＣ２３の触媒活性の低下を速やかに判断できるように構成される。ただし、本発明は発熱効率κの決定方法を限定されるものではなく、第１及び第２の発熱効率マップ３０，３１から求めた値を平均化してＤＯＣ２３の発熱効率κとするなどしても良い。なお、本実施の形態では、排気ガスＳＶ比および排気ガス空燃比λは、ＥＣＵ２８がエンジンＥの運転状態（燃料噴射指示値、点火時期、吸入空気量など）から計算出力した値を用いることとする。ただし、排気管１９に新たにλセンサ（空燃比センサ）を設けるなどし、排気管１９内の排気ガスの状態を直接検出して、検出した値を用いるようにしても良い。

さらに被毒防止手段２９は、温度センサの検出値（ここではＤＯＣ出口温度）Ｔ₂から、排気ガスを目標温度（例えば、約３５０〜４５０℃）に昇温させるために必要なベース噴射量Ｑ₁を算出すると共に、ＤＯＣ２３の発熱量が適正であるか否かを判断した結果に応じて噴射ガード量Ｑ₂を設定し、ベース噴射量Ｑ₁から噴射ガード量Ｑ₂を減算して噴射量Ｑを求め、求めた噴射量Ｑで排気管インジェクタ２４から燃料を噴射させるように構成される。

ベース噴射量Ｑ₁は、排気ガス温度Ｔ₂と目標温度との温度差から、排気ガスを目標温度へ昇温するために必要な不足分の発熱量を基に算出される噴射量である。本実施の形態では、ＤＯＣ２３がＨＣ被毒する可能性を減らすため、被毒防止手段２９は、ベース噴射量Ｑ₁をＤＯＣ２３の触媒活性が保てる上限噴射量Ｑ_sup以下とさせる。

噴射ガード量Ｑ₂は、ＤＯＣ２３がＨＣ被毒して触媒活性が低下したとき、ＤＯＣ２３をＨＣ被毒から回復させるべく、排気管インジェクタ２４の噴射量Ｑを減少させるための値であり、０以上の値に設定される。この噴射ガード量Ｑ₂は、被毒防止手段２９がＤＯＣ２３の発熱量が適正であると判断したときには設定値を小さくされ、ＤＯＣ２３の発熱量が適正でないと判断したときには設定値を大きくされる。本発明は、噴射ガード量Ｑ₂の設定値の操作量について特に限定されるものではないが、例えば瞬時発熱量Ｃ₁および推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₁，Ｊ₂の熱量差を基に過不足分の噴射量を算出し、この算出した値より所定割合低い操作量で噴射ガード量Ｑ₂の設定値を変更するか、あるいは、噴射ガード量Ｑ₂の操作量を所定の固定値とし、噴射ガード量Ｑ₂の一回あたりの操作量を小さくして噴射量Ｑが徐々に増減するようにされると良い。

上限噴射量Ｑ_supは、ＤＯＣ２３がＨＣ被毒せず触媒活性を保てる上限の噴射量であり、排気ガス温度、排気ガス空燃比、ＤＯＣ２３の排気ガスＳＶ比により変化する。上限噴射量Ｑ_supは、予めＤＰＦシステム１０の試験運転から求めても良く、ＤＰＦシステム１０を模したモデル計算から求めても良い。本実施の形態に係る被毒防止手段２９は、ＤＯＣ２３前方の温度センサ２５で検出される排気ガス温度（すなわち、ＤＯＣ入口温度Ｔ₁）とＤＯＣ２３の排気ガスＳＶ比とから上限噴射量を参照可能な第１の上限噴射量マップ３２と、ＤＯＣ入口温度Ｔ₁と排気ガス空燃比λとから上限噴射量を参照可能な第２の上限噴射量マップ３３と、を有し、第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を参照して上限噴射量Ｑ_supを求めるようにされる。

第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３の一例を図４に示す。第１の上限噴射量マップ３２は、図４（ａ）に示すように、排気ガス温度（本実施の形態では、ＤＯＣ入口温度）およびＤＯＣ２３の排気ガスＳＶ比と、ＤＯＣ２３の上限噴射量との関係を表すものであり、排気ガス温度が高いほど上限噴射量は高い。また上限噴射量は、排気ガスＳＶ比が高くなるに伴い、一旦増加して極大値となった後に減少する傾向を有する。第２の上限噴射量マップ３３は、図４（ｂ）に示すように、排気ガス温度および排気ガス空燃比と、ＤＯＣ２３の上限噴射量との関係を表すものであり、排気ガス温度が高いほど上限噴射量は高い。また上限噴射量は、排気ガス空燃比λが高くなるに伴い、一旦増加して極大値となった後に減少する傾向を有する。

本実施の形態では、被毒防止手段２９はＥＣＵ２８に入力される排気ガス温度Ｔ₁、排気ガスＳＶ比、排気ガス空燃比λから第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を参照し、求めた値のうち、より低い値をＤＯＣ２３の上限噴射量Ｑ_supとし、ＤＯＣ２３のＨＣ被毒の可能性をより低減できるように構成される。ただし、本発明は上限噴射量Ｑ_supの決定方法を限定されるものではなく、第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３から求めた値を平均化してＤＯＣ２３の上限噴射量Ｑ_supとするなどしても良い。

また、被毒防止手段２９はＤＰＦ再生中（排気管噴射中）に噴射ガード量Ｑ₂を記憶しておき、そのＤＰＦ再生が完了した後に、記憶しておいた噴射ガード量Ｑ₂に基づいて、第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を補正するように構成される。より具体的には、噴射ガード量Ｑ₂と共に排気ガス温度Ｔ₁、排気ガスＳＶ比、排気ガス空燃比λを関連づけて記憶しておき、これらの値に基づいて第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を補正するようにされる。

次回ＤＰＦ再生時には、補正した第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を用いてＤＯＣ２３の上限噴射量Ｑ_supを求めるようにし、ＤＰＦ再生毎に、第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を噴射ガード量Ｑ₂に基づいて積算補正する。この補正は、記憶しておいた噴射ガード量Ｑ₂を一次遅れフィルタ処理して行うと、外乱などの影響でマップ補正量が大きく乱れて上限噴射量Ｑ_supの値が不安定となることを防止できる。なお、本実施の形態では、ＤＰＦ再生完了直前の噴射ガード量Ｑ₂と、そのときの排気ガス温度Ｔ₁，排気ガスＳＶ比，排気ガス空燃比λとに基づいて、第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を補正するようにされるが、ＤＰＦ再生中に設定された全ての噴射ガード量Ｑ₂を、排気ガス温度Ｔ₁，排気ガスＳＶ比，排気ガス空燃比λと関連づけて記憶しておき、ＤＰＦ再生後に、記憶しておいた全ての値に基づいて補正を行っても良い。

本実施の形態のＤＰＦシステム１０では、ＤＯＣ２３を前方ＤＯＣ２３ａと後方ＤＯＣ２３ｂとに前後２分割し、前方ＤＯＣ２３ａと後方ＤＯＣ２３ｂとの間に温度センサ２７を設けた構成としているが、ＤＯＣ２３を前後２分割せず、ＤＯＣの前後に温度センサ２５，２６を設ける構成としても良い。ＤＯＣ２３を前後２分割とした構成では、温度センサ２７でＤＯＣ中心温度Ｔ₃を検出できるので、排気ガス温度の変化に対して、より迅速に対応できることとなる。他方、ＤＯＣ２３を前後２分割としない構成では、ＤＰＦシステム１０をより安価に提供できる。また、ＤＰＦ以外にも、排気ガス中のＮＯ_xを浄化するためのＨＣ−ＳＣＲ（HydroCarbon-Selective Catalytic Reduction）装置、ＬＮＴ（Lean NO_x Trap）装置などを排気管１９に接続しても良い。

次に、被毒防止手段２９の動作について図２を用いて説明する。

所定の距離を走行するなどし、ＤＰＦ３４にＰＭが堆積していると判断したＥＣＵ２８がＰＭを燃焼除去すべくＤＰＦ再生を開始したとき、ＥＣＵ２８に搭載される被毒防止手段２９は、先ずステップＳ２１において、ＥＣＵ２８からＤＯＣ入口温度（排気ガス温度）Ｔ₁と、排気ガスＳＶ比と、排気ガス空燃比λと、を読み込んで、第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を参照し、当該環境下でのＤＯＣ２３の上限噴射量Ｑ_supを決定してステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、排気ガスの昇温目標温度とＤＯＣ入口温度Ｔ₁との温度差から、排気ガス温度を目標温度とするのに必要なベース噴射量Ｑ₁を算出し、このベース噴射量Ｑ₁と上限噴射量Ｑ_supとを比較する。ベース噴射量Ｑ₁が上限噴射量Ｑ_supより小さいときには、ステップＳ２４に進む。他方、ベース噴射量Ｑ₁が上限噴射量Ｑ_supよりも大きいときには、ＤＯＣ２３のＨＣ被毒の可能性を減らすべく、ステップＳ２３に進んでベース噴射量Ｑ₁を上限噴射量Ｑ_supとし、ステップＳ２４へ進む。

ステップＳ２４では、ＤＯＣ入口温度Ｔ₁と、ＤＯＣ中心温度Ｔ₃と、ＤＯＣ出口温度Ｔ₂と、排気ガス流量Ｖと、排気ガスの熱容量と、から、ＤＯＣ２３の瞬時発熱量Ｃ₁を算出して、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５では、ステップＳ２１で読み込んだＤＯＣ入口温度（排気ガス温度）Ｔ₁と、排気ガスＳＶ比と、排気ガス空燃比λと、から第１及び第２の発熱効率マップ３０，３１を参照し、当該環境下でのＤＯＣ２３の発熱効率κを決定し、次いでステップＳ２６にて発熱効率κと噴射量Ｑと燃料の低位発熱量とから、ＤＯＣ２３の推定発熱量Ｃ₂を算出する。

続くステップＳ２７では、噴射量Ｑと燃料の低位発熱量とから、ＤＯＣ２３の理論発熱量Ｃ₃を算出する。なお、ＤＰＦ再生を開始した直後では、排気管インジェクタ２４は排気管噴射を行っていないため、噴射量Ｑは０であり、算出される推定発熱量Ｃ₂および理論発熱量Ｃ₃も０となる。後述するステップＳ２８〜Ｓ３８を経て噴射量Ｑを決定して排気管噴射を行った後に、ステップＳ２１〜Ｓ２７が再度実行されたときには、所定量の噴射量Ｑが設定されているので、所定の発熱量が算出されることとなる。

しかる後、ステップＳ２８において、算出した瞬時発熱量Ｃ₁，推定発熱量Ｃ₂および理論発熱量Ｃ₃をそれぞれ積算し、瞬時発熱量Ｃ₁，推定発熱量Ｃ₂および理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₁，Ｊ₂，Ｊ₃を求め、ステップＳ２９に進む。なお本発明は、積算値を求めるための積算時間範囲について限定されるものではなく、適宜変更可能である。積算時間範囲を大きくすると外乱による判断の乱れを小さくでき、積算時間範囲を小さくするとＤＯＣ２３の触媒活性の変化を迅速に判断できる。

ステップＳ２９では、ＤＰＦ再生（排気管噴射）を開始してからの時間が、排気管噴射された排気ガスが温度センサ２５〜２７に到達するまでのタイムラグを見越した遅れ時間ｔ_dを経過しているか否かを判定する。遅れ時間ｔ_dを経過していないときには、ＤＯＣ２３は発熱しておらず、ＤＯＣ２３の発熱量が適正か否かを判断できないので、ステップＳ３０に進んで噴射ガード量Ｑ₂を０とし、ステップＳ３７に進む。他方、遅れ時間ｔ_dを経過しているときには、ＤＯＣ２３の発熱量が適正か否かを判断すべく、ステップＳ３１に進む。なお、排気管噴射された燃料が温度センサ２５〜２７に到達するまでの時間は、ＤＰＦシステム１０の構成（例えば、排気管１９の長さおよび断面積など）や排気ガス流量Ｖにより変化するが、遅れ時間ｔ_dは、排気管噴射された排気ガスが温度センサ２５〜２７に到達していることを最低限保証できる固定値として設定すれば良い。また、ＤＰＦシステム１０の構成と排気ガス流量Ｖとを基に、遅れ時間ｔ_dを都度計算して更新するようにしても良い。

ステップＳ３１では、ステップＳ２８で求めた推定発熱量Ｃ₂および理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₂，Ｊ₃を比較し、理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₃が推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₂以上であるとき、ステップＳ３２に進んで閾値Ｊ_thを推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₂の０．８掛けに設定し、ステップＳ３４に進む。他方、理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₃が推定発熱量Ｃ₂の積算値Ｊ₂よりも小さいとき、ステップＳ３３に進んで閾値Ｊ_thを理論発熱量Ｃ₃の積算値Ｊ₃の０．８掛けに設定し、ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４では、ステップＳ２８で求めた瞬時発熱量Ｃ₁の積算値Ｊ₁と、ステップＳ３２あるいはステップＳ３３で求めた閾値Ｊ_thとを比較して、ＤＯＣ２３の発熱量が適正であるか否かを判断する。より具体的には、瞬時発熱量Ｃ₁の積算値Ｊ₁が閾値Ｊ_th以下であるとき、ＤＯＣ２３の発熱量が適正でない（すなわち、ＤＯＣ２３がＨＣ被毒している）と判断し、ステップＳ３５に進んで噴射ガード量Ｑ₂の設定値を大きくし、ステップＳ３７に進む。他方、瞬時発熱量Ｃ₁の積算値Ｊ₁が閾値Ｊ_thより大きいとき、ＤＯＣ２３の発熱量が適正である（すなわち、ＤＯＣ２３がＨＣ被毒していない）と判断し、ステップＳ３６に進んで噴射ガード量Ｑ₂の設定値を小さくし、ステップＳ３７に進む。本実施の形態では噴射ガード量Ｑ₂の一回あたりの操作量を小さくされるため、ステップＳ３５あるいはステップＳ３６の実行毎に噴射量Ｑが徐々に増減するようになり、ステップＳ３５あるいはステップＳ３６が繰り返されることで、噴射量Ｑが、ＤＯＣ２３の触媒活性の劣化度合いに合わせた値に徐々に収束していくこととなる。

しかる後、ステップＳ３７では、ステップＳ２１〜Ｓ２３で求めたベース噴射量Ｑ₁から、ステップＳ３０，Ｓ３５，Ｓ３６で設定した噴射ガード量Ｑ₂を減算して噴射量Ｑを求め、この噴射量Ｑで排気管インジェクタ２４から燃料を噴射させる。このとき、被毒防止手段２９は、設定した噴射ガード量Ｑ₂を、ステップＳ２１で読み込んだＤＯＣ入口温度Ｔ₁、排気ガスＳＶ比および排気ガス空燃比λと関連づけて記憶しておく。

その後、ステップＳ３８においてＤＰＦ再生が完了したかどうかを判断する。ＤＰＦ再生が未完了であるときにはステップＳ２１に戻る。ＤＰＦ再生が完了しているときにはステップＳ３９に進み、ステップＳ３７で記憶しておいた噴射ガード量Ｑ₂、ＤＯＣ入口温度Ｔ₁、排気ガスＳＶ比および排気ガス空燃比λに基づいて第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を積算補正して制御を終了する。

以上説明したように、本実施の形態に係るＤＰＦシステム１０では、殆どコストを追加することなく、噴射量Ｑ、排気ガス温度Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃、排気ガスＳＶ比、排気ガス空燃比λからＤＯＣ２３の発熱量が適正か否かを判断し、その判断に応じて噴射量Ｑを増減するようにされるため、ＤＯＣ２３がＨＣ被毒して触媒活性が低下したときには噴射量Ｑを減少させ、ＤＯＣ２３の触媒活性を速やかに回復させることができ、ＤＯＣ２３の異常燃焼による溶損を防止できる。

また、第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３から求めた上限噴射量Ｑ_sup以下で排気管噴射するため、ＤＯＣ２３がＨＣ被毒する可能性をさらに低減できる。

さらに、ＤＰＦ再生終了後には噴射ガード量Ｑ₂に基づいて第１及び第２の上限噴射量マップ３２，３３を補正するため、運転条件変化や触媒劣化によるＤＯＣ２３の触媒活性の変化にも対応できる。

１０ＤＰＦシステム
２３ＤＯＣ
２４排気管インジェクタ
２５温度センサ
２６温度センサ
２９被毒防止手段
Ｑ噴射量
Ｔ₁ 温度センサの検出値（排気ガス温度）
Ｔ₂ 温度センサの検出値（排気ガス温度）

Claims

排気管インジェクタから燃料を噴射し、これをＤＯＣで酸化燃焼させてＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生を行うＤＰＦシステムにおいて、
前記ＤＯＣの前後に設けられた温度センサと、
前記排気管インジェクタの噴射量と前記温度センサの検出値とが入力され、入力された前記噴射量と前記検出値とから前記ＤＯＣの発熱量が適正か否かを判断する被毒防止手段と、を備えることを特徴とするＤＰＦシステム。
前記被毒防止手段は、前記温度センサの検出値と排気ガス流量とから前記ＤＯＣの瞬時発熱量を計算して積算すると共に、
前記排気管インジェクタの噴射量と前記ＤＯＣの発熱効率とから推定発熱量を計算して積算し、
前記推定発熱量の積算値から所定値低い閾値を設定し、前記瞬時発熱量の積算値が前記閾値より大きいとき、前記ＤＯＣの発熱量が適正であると判断し、前記瞬時発熱量の積算値が前記閾値以下であるとき、前記ＤＯＣの発熱量が適正でないと判断する請求項１記載のＤＰＦシステム。
前記被毒防止手段は、前記噴射量から理論発熱量を算出して積算し、その理論発熱量の積算値が前記推定発熱量の積算値より小さいときには、前記閾値を前記理論発熱量の積算値から所定値低く設定する請求項２記載のＤＰＦシステム。
前記被毒防止手段は、前記ＤＯＣ前方の温度センサの検出値と前記ＤＯＣの排気ガスＳＶ比とから前記発熱効率を参照可能な第１の発熱効率マップと、
前記ＤＯＣ前方の温度センサの検出値と排気ガス空燃比とから前記発熱効率を参照可能な第２の発熱効率マップと、を有し、
前記第１及び第２の発熱効率マップを参照して前記発熱効率を求める請求項２又は３記載のＤＰＦシステム。
前記被毒防止手段は、前記温度センサの検出値から前記排気ガスを目標温度に昇温させるためのベース噴射量を算出すると共に、前記ＤＯＣの発熱量が適正であるか否かを判断した結果に応じて噴射ガード量を設定し、前記ベース噴射量から前記噴射ガード量を減算して前記噴射量を求め、求めた噴射量で前記排気管インジェクタから燃料を噴射させる請求項１〜４いずれかに記載のＤＰＦシステム。
前記被毒防止手段は、前記ＤＯＣの発熱量が適正であると判断したとき、前記噴射ガード量の設定値を小さくし、前記ＤＯＣの発熱量が適正でないと判断したとき、前記噴射ガード量の設定値を大きくする請求項５記載のＤＰＦシステム。
前記被毒防止手段は、前記ベース噴射量を、前記ＤＯＣの触媒活性が保てる上限噴射量以下とさせる請求項５又は６記載のＤＰＦシステム。
前記被毒防止手段は、前記ＤＯＣ前方の温度センサの検出値と前記ＤＯＣの排気ガスＳＶ比とから前記上限噴射量を参照可能な第１の上限噴射量マップと、
前記ＤＯＣ前方の温度センサの検出値と排気ガス空燃比とから前記上限噴射量を参照可能な第２の上限噴射量マップと、を有し、
前記第１及び第２の上限噴射量マップを参照して前記上限噴射量を求める請求項７記載のＤＰＦシステム。
前記被毒防止手段は、前記噴射ガード量を記憶しておき、
前記ＤＰＦ再生後に、記憶しておいた前記噴射ガード量に基づいて、前記第１及び第２の上限噴射量マップを補正する請求項８記載のＤＰＦシステム。
前記ＤＯＣが前後に２分割されると共に、その２分割されたＤＯＣ間に温度センサが設けられる請求項１〜９いずれかに記載のＤＰＦシステム。