JP2016114334A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファンを設けることなく、フィルタ再生時にアンモニアガスが排気から熱を受けて熱分解されるのを抑制する。【解決手段】排気を浄化する触媒３０と、粒子状物質を捕集するフィルタ５１と、反応材４６１を有して触媒３０を暖機する反応器４２と、アンモニアガスを貯蔵するタンク４１と、を備える内燃機関１００の制御装置２００が、触媒３０の暖機時に反応器４２に供給されたアンモニアガスをタンク４１に回収する必要があるか否かをフィルタ５１の再生要求があったときに判定し、アンモニアガスをタンク４１回収する必要があると判定したときは、反応材４６１の温度が脱離温度以上となる温度域でかつアンモニアガスが熱分解しない温度域である第１温度域に排気温度を制御してアンモニアガスの回収を完了した後、第１温度域よりも高い温度域でかつフィルタ５１の再生が可能な温度域である第２温度域に排気温度を制御してフィルタ５１を再生する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来の内燃機関の制御装置として、アンモニアガスを化学吸着したときに放熱する蓄熱反応材を有する反応器によってディーゼル酸化触媒を暖機すると共に、パティキュレートフィルタの再生時に反応器内でアンモニアガスが熱分解されるのを防止するために、排気温度が所定温度よりも高くなったときに反応器を冷却する冷却ファンを駆動するものがある（特許文献１参照）。

特開２０１３−１９０１１４号公報

そのため、アンモニアガスが熱分解されるのを防止するには冷却ファンが必要になるという問題点がある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、冷却ファンを設けることなく、パティキュレートフィルタの再生時にアンモニアガスが排気から熱を受けて熱分解されるのを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体から排出された排気を浄化する触媒と、触媒よりも下流に配置され、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、所定の脱離温度未満の温度域でアンモニアガスを化学吸着して放熱し、脱離温度以上の温度域でアンモニアガスが脱離していく反応材を有して触媒又は触媒に導入される排気を加熱し、触媒を暖機する反応器と、反応器に接続され、反応器に供給されると共に反応器から回収されるアンモニアガスを貯蔵するタンクと、を備える内燃機関を制御する制御装置が、触媒の暖機時に反応器に供給されたアンモニアガスをタンクに回収する必要があるか否かをフィルタの再生要求があったときに判定し、アンモニアガスをタンク回収する必要があると判定したときは、反応材の温度が脱離温度以上となる温度域でかつアンモニアガスが熱分解しない温度域である第１温度域に排気温度を制御してアンモニアガスの回収を完了した後、前記第１温度域よりも高い温度域でかつフィルタの再生が可能な温度域である第２温度域に排気温度を制御してフィルタを再生するように構成されている。

本発明によれば、フィルタを再生するために排気温度をアンモニアガスが熱分解してしまう第２温度域に制御するときは、必要に応じて排気温度を第２温度域に制御する前に第１温度域に制御するので、アンモニアガスを事前にタンクに回収することができる。そのため、冷却ファンを設けることなく、フィルタの再生時にアンモニアガスが排気から熱を受けて熱分解されるのを抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。 図２Ａは、パティキュレートフィルタの正面図である。 図２Ｂは、パティキュレートフィルタの側面断面図である。 図３は、タンク圧力とアンモニアガス回収率との関係を示す図である。 図４は、本発明の一実施形態によるフィルタ再生制御について説明するフローチャートである。 図５は、アンモニアガス回収処理について説明するフローチャートである。 図６は、フィルタ再生処理について説明するフローチャートである。 図７は、本発明の一実施形態によるフィルタ再生制御の動作について説明するタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

図１は、本発明の一実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。

内燃機関１００は、内部で燃料を圧縮自己着火燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒に形成される燃焼室２と、各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３と、各燃焼室２内に吸入空気を導入するための吸気マニホールド４と、各燃焼室２内から排気を排出するための排気マニホールド５と、を含む。

各燃料噴射弁３は、燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結される。コモンレール１６は、吐出量の変更が可能な電子制御式の燃料ポンプ１７を介して燃料タンク１８に連結される。燃料タンク１８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ１７によってコモンレール１６内に供給される。コモンレール１６内に供給された燃料は、各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。

吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結される。コンプレッサ７ａの入口は、エアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には、ステップモータにより駆動される電気制御式のスロットル弁１０が配置される。吸気ダクト６の周りには、吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。

排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結される。排気タービン７ｂの出口は、排気後処理装置２０が設けられた排気管２１に連結される。排気マニホールド５と吸気マニホールド４とは、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」という。）を行うためにＥＧＲ通路１２を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路１２内には、電子制御式のＥＧＲ制御弁１３が配置される。ＥＧＲ通路１２の周りには、ＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。

排気後処理装置２０は、機関本体１から排出される排気中の有害物質を取り除いた上で排気を外気に排出するための装置であって、触媒装置３０と、化学蓄熱装置４０と、パティキュレート（Particulate Matter。）捕集装置５０と、を備える。

触媒装置３０は、担体３１に排気浄化触媒を担持させたものであり、排気管２１に設けられる。触媒装置３０には、排気浄化触媒の温度（以下「触媒温度」という。）を検出するための触媒温度センサ２１１が設けられる。排気浄化触媒は、例えば酸化触媒（二元触媒）や三元触媒であり、これらに限らず内燃機関１００の種類や用途に応じて適当な触媒を用いることができる。本実施形態では、排気浄化触媒として酸化触媒を用いる。排気浄化触媒として酸化触媒を用いた場合は、排気中の有害物質であるハイドロカーボン（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が酸化触媒によって酸化除去される。

このように触媒装置３０は、内部に導入された排気を排気浄化触媒で浄化した上で排出する。触媒装置３０が所望の排気浄化性能を発揮するには、排気浄化触媒を所定の活性温度まで昇温させて、排気浄化触媒を活性させる必要がある。そこで本実施形態では、冷間始動時などに触媒装置３０を暖機するための装置として化学蓄熱装置４０を備えている。

化学蓄熱装置４０は、反応媒体と、蓄熱反応材と、の化学反応に伴う反応熱を利用して触媒装置３０に導入される排気を加熱し、触媒装置３０を暖機する装置である。化学蓄熱装置４０は、タンク４１と、反応器４２と、接続管４３と、開閉弁４４と、を備える。

タンク４１は、反応媒体としてのアンモニアガス（ＮＨ_３）を貯蔵する。タンク４１には、タンク４１内のアンモニアガスの貯蔵量を把握するために、タンク４１内の圧力（以下「タンク圧力」という。）を検出する圧力センサ２１２が取り付けられる。タンク４１内にアンモニアガスを貯蔵する方法は特に限られるものではなく、例えばアンモニアガスを物理吸着する物理吸着材をタンク４１内に内蔵し、アンモニアガスを物理吸着材に吸着した状態で貯蔵しても良い。

反応器４２は、触媒装置３０よりも上流側の排気管２１に設けられる。反応器４２は、内部に蓄熱体４６を収容したものである。反応器４２と触媒装置３０との間の排気管２１には、反応器４２から排出される排気の温度を検出する排気温度センサ２１３が設けられる。

蓄熱体４６は、例えば複数枚のプレートを積層して構成されたものであり、各プレートにはアンモニアガスと化学反応を起こして発熱（放熱）する蓄熱反応材４６１が担持されている。各プレート間には排気の流れを阻害しないように所定の間隙が形成されている。蓄熱反応材４６１としては、例えば２価の塩化物や２価の臭化物、２価のヨウ化物などを用いることができる。本実施形態では、２価の塩化物である塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）を蓄熱反応材４６１として用いている。

蓄熱体４６の内部には、各プレートに担持された蓄熱反応材４６１の表面にアンモニアガスを流すためのガス流路４６２が形成されている。蓄熱体４６の表面には、蓄熱体４６の内部に形成されたガス流路４６２にアンモニアガスを導入するための導入口４７が形成されている。

接続管４３は、一端がタンク４１に接続され、他端が反応器４２の内部に収容された蓄熱体４６の導入口４７に接続される通路である。接続管４３を介してタンク４１と蓄熱体４６との間でアンモニアガスの授受が行われる。

開閉弁４４は、接続管４３に設けられる。開閉弁４４が開かれると、タンク４１と蓄熱体４６との間でアンモニアガスの授受が可能となる。開閉弁４４の開閉制御は、後述する電子制御ユニット２００によって行われる。

化学蓄熱装置４０は上記のように構成され、接続管４３を介してタンク４１から蓄熱体４６にアンモニアガスが供給されると、蓄熱体４６の内部でアンモニアガスと蓄熱反応材４６１とが化学反応を起こし、熱が発生する。化学蓄熱装置４０は、この熱によって反応器４２を流れる排気を加熱し、加熱された排気を触媒装置３０に導入することで、触媒装置３０を暖機する。なお、本実施形態では反応器４２を触媒装置３０よりも上流側の排気管２１に設けているが、例えば反応器４２を触媒装置３０の外周に設け、触媒装置３０を直接加熱するように化学蓄熱装置４０を構成しても良い。この場合、蓄熱体４６内部の蓄熱反応材４６１やアンモニアガスは排気によって間接的に加熱される。

パティキュレート捕集装置５０は、触媒装置３０よりも下流側の排気管２１に設けられる。パティキュレート捕集装置５０は、ウォールフロー型のパティキュレートフィルタ５１を内蔵しており、内部に導入された排気をパティキュレートフィルタ５１に通すことで排気中のパティキュレートを捕集する。

図２Ａ及び図２Ｂは、ウォールフロー型のパティキュレートフィルタ５１の構造について説明する図である。図２Ａはパティキュレートフィルタ５１の正面図であり、図２Ｂはパティキュレートフィルタ５１の側面断面図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、パティキュレートフィルタ５１はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５１１，５１２と、これら排気流通路５１１，５１２を互いに隔てる隔壁５１３と、を備える。

本実施形態では、排気流通路５１１，５１２は、上流端が開放されかつ下流端が栓５１５により閉塞された排気流入通路５１１と、上流端が栓５１４により閉塞されかつ下流端が開放された排気流出通路５１２と、により構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分が栓５１４を示す。したがって、排気流入通路５１１及び排気流出通路５１２は薄肉の隔壁５１３を介して交互に配置される。言い換えると排気流入通路５１１及び排気流出通路５１２は各排気流入通路５１１が４つの排気流出通路５１２によって包囲され、各排気流出通路５１２が４つの排気流入通路５１１によって包囲されるように配置される。

なお、排気流通路の構成は上記の構成に限られるものではなく、例えば排気流通路を、上流端及び下流端が開放された排気流入通路と、上流端が栓により閉塞されかつ下流端が開放された排気流出通路と、により構成しても良い。

隔壁５１３は多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。したがって、図２Ｂに矢印で示されるように、排気はまず排気流入通路５１１内に流入し、次いで周囲の隔壁５１３内を通って隣接する排気流出通路５１２内に流出する。このように隔壁５１３は排気流入通路５１１の内周面を構成する。

隔壁５１３の両側面及び細孔内表面には酸化機能を有する触媒が担持される。酸化機能を有する触媒は白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄのような貴金属から構成される。酸化機能を有する触媒は、これに限らず例えばセリウムＣｅ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮｄ、ランタンＬａのような卑金属を含む複合酸化物から構成しても良いし、貴金属及び複合酸化物の組み合わせから構成しても良い。

図１に戻り、パティキュレート捕集装置５０には、パティキュレートフィルタ５１の温度（以下「フィルタ温度」という。）を検出するためのフィルタ温度センサ２１４と、パティキュレートフィルタ５１の前後差圧（以下「フィルタ前後差圧」という。）を検出するための差圧センサ２１５と、が設けられる。なお、フィルタ温度センサ２１４の代わりにパティキュレートフィルタ５１に流入する排気の温度、又はパティキュレートフィルタ５１から流出する排気の温度を検出するための排気温度センサをパティキュレート捕集装置５０に別途設け、排気温度センサで検出した排気温度をフィルタ温度として代用しても良い。また、差圧センサ２１５の代わりに機関背圧を検出するための背圧センサを排気管２１に設け、背圧センサで検出した機関背圧をフィルタ前後差圧として代用しても良い。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述したエアフローメータ８や触媒温度センサ２１１、圧力センサ２１２、排気温度センサ２１３、フィルタ温度センサ２１４、差圧センサ２１５の出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また、入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１６の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。さらに入力ポート２０５には、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１７の出力信号が入力される。

出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０を駆動するステップモータ、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７、化学蓄熱装置４０の開閉弁４４に接続される。

以下、電子制御ユニット２００が実施する化学蓄熱装置４０の制御、すなわち触媒装置３０の暖機制御について説明する。

電子制御ユニット２００は、機関本体１が始動されると、触媒温度センサ２１１で検出された触媒温度に基づいて触媒装置３０の暖機が必要か否かを判断する。電子制御ユニット２００は、触媒温度が排気浄化触媒の活性温度未満であれば、触媒装置３０の暖機が必要と判断して化学蓄熱装置４０の開閉弁４４を開く。開閉弁４４が開かれると、タンク圧力と蓄熱体４６の内部圧力との圧力差に応じてアンモニアガスが接続管４３内を移動する。

機関本体１の始動時は、通常、タンク４１がアンモニアガスで満タンになっている状態なので、蓄熱体４６の内部圧力よりもタンク圧力のほうが高い。そのため、開閉弁４４が開かれると、接続管４３を介してタンク４１から蓄熱体４６にアンモニアガスが供給される。これにより、タンク圧力は徐々に低下していく。

蓄熱体４６に供給されたアンモニアガスは、蓄熱体４６の内部に形成されたガス流路４６２を流れて蓄熱反応材４６１と化学反応を起こし、蓄熱反応材４６１に化学吸着される。この化学反応は発熱反応であり、この発熱反応によって生じる熱、すなわちアンモニアガスが蓄熱反応材４６１に化学吸着されたときに生じる熱によって、反応器４２の内部を流れる排気が加熱される。これにより、反応器４２の内部で加熱された排気が触媒装置３０に導入され、触媒装置３０の暖機が行われる。

このように電子制御ユニット２００は、機関本体１の始動後に接続管４３を介してタンク４１から蓄熱体４６にアンモニアガスを供給することで反応器４２の内部を流れる排気を加熱し、触媒装置３０を暖機する。

一方で機関本体１の始動後は、機関本体１の負荷変動に伴い機関本体１から排出される排気の温度が上昇していく。この排気温度の上昇に伴って蓄熱反応材４６１の温度も上昇していく。蓄熱反応材４６１の温度が所定の脱離温度（例えば２００℃）以上になると、蓄熱反応材４６１に化学吸着されたアンモニアガスは、蓄熱反応材４６１から脱離する。これにより、蓄熱体４６の内部圧力が上昇してタンク圧力よりも高くなると、接続管４３を介して蓄熱体４６からタンク４１にアンモニアガスが戻され、触媒装置３０の暖機時にタンク４１から蓄熱体４６に供給されたアンモニアガスがタンク４１に回収される。なお、アンモニアガスが蓄熱反応材４６１から脱離する化学反応は吸熱反応であり、このとき蓄熱反応材４６１は熱を吸収（蓄熱）する。

電子制御ユニット２００は、圧力センサ２１２で検出されたタンク圧力に基づいて、触媒装置３０の暖機時にタンク４１から蓄熱体４６に供給されたアンモニアガスが全てタンク４１に回収されたと判断すると開閉弁４４を閉じて化学蓄熱装置４０の制御を終了する。具体的には、電子制御ユニット２００は図３のテーブルを参照してタンク圧力に基づいてアンモニアガス回収率を推定し、推定したアンモニアガス回収率が１００％であればアンモニアガスの回収を完了したと判断し、開閉弁４４を閉じて化学蓄熱装置４０の制御を終了する。

アンモニアガス回収率を推定するときのタンク圧力については、例えばタンク内の温度（以下「タンク温度」という。）や外気温度を検出する温度センサを設け、タンク温度や外気温度に基づいて補正しても良い。具体的には、タンク温度や外気温度が予め設定した基準温度（例えば常温）から高くなるほどタンク圧力が低くなるように、逆にタンク温度や外気温度が基準温度から低くなるほどタンク圧力が高くなるように補正する。またタンク圧力を補正するのではなく、例えばマップ等を参照し、タンク圧力とタンク温度（又は外気温度）とに基づいて、直接アンモニアガス回収率を推定するようにしても良い。

また、アンモニアガス回収率が１００％に達する前の状態（例えばアンモニアガス回収率が９０％程度の状態）で開閉弁４４を閉じて、化学蓄熱装置４０による触媒装置３０の暖機制御を終了しても良い。

なお、アンモニアガス回収率が１００％の状態とは、蓄熱体４６に供給したアンモニアガスが全てタンク４１に回収されている状態、すなわちタンク４１がアンモニアガスで満タンになっている状態である。

このように、化学蓄熱装置４０は、触媒装置３０の暖機時にタンク４１から蓄熱体４６に供給したアンモニアガスを、機関本体１の運転中にタンク４１に回収できるように構成されており、次に触媒装置３０の暖機が必要なときに再びタンク４１から蓄熱体４６にアンモニアガスを供給することができるようになっている。

電子制御ユニット２００は、このようにして触媒装置３０の暖機制御を実施する一方で、パティキュレートフィルタ５１はパティキュレートを捕集し続けるとやがて目詰まりを起こすので、目詰まりを起こす前に捕集したパティキュレートを強制的に燃焼除去してパティキュレートフィルタ５１を再生するフィルタ再生制御を実施する。

フィルタ再生制御が実施されると、電子制御ユニット２００によって排気温度が所定の再生目標温度まで昇温させられる。再生目標温度は、パティキュレートフィルタ５１の温度（フィルタ温度）を、捕集したパティキュレートが自己着火し始める６００℃以上に維持することが可能な温度である。

しかしながら、触媒装置３０の暖機時に蓄熱体４６に供給したアンモニアガスをタンク４１に完全に回収する前にフィルタ再生制御を実施してしまうと、以下のような問題が生じることがわかった。

すなわちアンモニアガスは、例えば４００℃程度まで加熱されると、窒素ガス（Ｎ_２）と水素ガス（Ｈ_２）とに熱分解されてしまう。そのため、触媒装置３０の暖機時に蓄熱体４６に供給したアンモニアガスをタンク４１に回収する前の状態、例えば蓄熱反応材４６１にアンモニアガスが化学吸着された状態で排気温度を再生目標温度まで一気に昇温させてしまうと、排気によって蓄熱反応材４６１が脱離温度以上に昇温させられ、蓄熱反応材４６１から脱離したアンモニアガスがさらに排気によって蓄熱体４６の内部で熱分解される温度まで加熱されるおそれがある。また、蓄熱反応材４６１にアンモニアガスが化学吸着されていなくても、例えば蓄熱体４６の内部にアンモニアガスが存在する状態で排気温度を再生目標温度まで一気に昇温させてしまうと、同様にして蓄熱体４６の内部に存在するアンモニアガスが排気によって熱分解される温度まで加熱されるおそれがある。

このように、蓄熱反応材４６１にアンモニアガスが化学吸着された状態や、蓄熱体４６の内部にアンモニアガスが存在する状態で排気温度を再生目標温度まで一気に昇温させてしまうと、熱分解される前にタンク４１に回収されるアンモニアガスも一部存在するが、残りの多くのアンモニアガスについてはタンク４１に回収される前に蓄熱体４６１の内部で排気によって熱分解される温度まで加熱されるおそれがある。

アンモニアガスが熱分解されてしまうと、アンモニアガスの総量が減少することになる。アンモニアガスの総量が減少すると、減少した分だけ反応器で得られる総熱量（化学反応により得られる総熱量）も減少してしまうので、化学蓄熱装置４０による触媒装置３０の暖機性能が悪化する。

また、触媒装置３０の暖機が必要な冷間始動時は、化学蓄熱装置４０による暖機に加えて、点火時期を遅角させて機関本体１から排出される排気の温度を上昇させることで触媒装置３０の暖機を促進させている。したがって、化学蓄熱装置４０による触媒装置３０の暖機性能が悪化すると、触媒装置３０の暖機が完了するまでに要する時間が長くなるので、排気温度を上昇させるために点火時期を遅角させている時間も長くなってしまう。その結果、燃費も悪化することになる。

そこで本実施形態では、蓄熱体４６の内部にアンモニアガスが残存しているか否かをパティキュレートフィルタ５１の再生要求があったときに判定し、アンモニアガスが残存していると判定したときは、排気温度を段階的に昇温させることで、蓄熱体４６内のアンモニアガスをタンク４１に回収した後、パティキュレートフィルタ５１を再生することとした。以下、この本実施形態によるフィルタ再生制御について説明する。

図４は、電子制御ユニット２００が実施する本実施形態によるフィルタ再生制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、パティキュレートフィルタ５１の再生要求があるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、差圧センサ２１５で検出されたパティキュレートフィルタ５１の前後差圧が許容上限値よりも大きければ、パティキュレートフィルタ５１の再生要求があると判定してステップＳ２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、パティキュレートフィルタ５１の前後差圧が許容上限値以下であれば、パティキュレートフィルタ５１の再生要求はないと判定して今回の処理を終了する。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、図３のテーブルを参照してタンク圧力に基づいて推定したアンモニアガス回収率が１００％か否かを判定する。アンモニアガス回収率については、前述した通りタンク圧力の他にタンク温度や外気温度を考慮して推定しても良い。電子制御ユニット２００は、アンモニアガス回収率が１００％でなければステップＳ３の処理に進み、１００％であればステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、蓄熱体４６の内部に残存するアンモニアガスをタンク４１に回収するためのアンモニアガス回収処理を実施する。アンモニアガス回収処理の内容については、図５を参照して後述する。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、パティキュレートフィルタ５１を再生するフィルタ再生処理を実施する。フィルタ再生処理の内容については、図６を参照して後述する。

図５は、アンモニアガス回収処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、排気温度を第１温度域に制御する。第１温度域は、蓄熱反応材４６１の温度が脱離温度以上となる温度域でかつアンモニアガスが熱分解しない温度域である。すなわち第１温度域は、蓄熱体４６の内部温度を２００℃以上かつ４００℃未満に維持することができる排気温度の範囲である。したがって、排気温度が第１温度域に収まっていれば、アンモニアガスを蓄熱反応材４６１から脱離させることができ、脱離したアンモニアガス及び蓄熱体４６の内部に残存していたアンモニアガスを熱分解させることなくタンク４１に回収することができる。

電子制御ユニット２００は、具体的には、圧縮行程で燃料噴射弁３から燃焼用燃料を噴射すると共に、燃焼行程又は排気行程で燃料噴射弁３から追加燃料Ｗを噴射し、追加燃料Ｗの噴射量を例えば排気温度センサ２１３で検出される排気温度等に基づいて制御することで、排気温度を第１温度域に制御する。燃焼行程又は排気行程で追加燃料Ｗを噴射することで、機関出力を増大させることなく追加燃料Ｗが燃焼室２や排気管２１で燃焼し、排気温度が上昇する。

ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、図３のテーブルを参照してタンク圧力に基づいて推定したアンモニアガス回収率が１００％か否かを判定する。アンモニアガス回収率については、前述した通りタンク圧力の他にタンク温度や外気温度を考慮して推定しても良い。電子制御ユニット２００は、アンモニアガス回収率が１００％であればステップＳ３３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、アンモニアガス回収率が１００％未満であればステップＳ３１の処理に戻り、アンモニアガス回収率が１００％になるまで排気温度を第１温度域に制御する。

なお、本実施形態ではアンモニアガス回収率が１００％か否かを判定し、アンモニアガス回収率が１００％になるまで排気温度を第１温度域に制御しているが、アンモニアガスが熱分解されたとしても化学蓄熱装置４０によって触媒装置３０の暖機性能を長期的に確保できるようであれば、本ステップにおいてアンモニアガス回収率を１００％よりも低い値に設定しても良い。

ステップＳ３３において、電子制御ユニット２００は、アンモニアガスの回収が完了したと判断して開閉弁４４を閉じる。

図６は、フィルタ再生処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ４１において、電子制御ユニット２００は、排気温度を第２温度域に制御する。より詳細には、排気温度を第２温度域内の再生目標温度に制御する。第２温度域は、第１温度域よりも高い温度域でかつパティキュレートフィルタ５１の再生が可能な温度域である。すなわち第２温度域は、パティキュレートフィルタ５１の温度を６００℃以上に維持できる温度域である。

電子制御ユニット２００は、具体的には、圧縮行程で燃料噴射弁３から燃焼用燃料を噴射すると共に、燃焼行程又は排気行程で燃料噴射弁３から追加燃料Ｗを噴射し、追加燃料Ｗの噴射量を例えば排気温度センサ２１３で検出される排気温度又はフィルタ温度等に基づいて制御することで、排気温度を第２温度域内の再生目標温度に制御する。本ステップにおける追加燃料Ｗの噴射量は、図５のステップＳ３１における追加燃料Ｗの噴射量よりも多くなる。

ステップＳ４２において、電子制御ユニット２００は、パティキュレートフィルタ５１に捕集されているパティキュレート量（以下「パティキュレート捕集量」という。）Ｑ_ｉを読み込む。パティキュレート捕集量Ｑ_ｉは、パティキュレートフィルタ５１に単位時間当たりに捕集されるパティキュレート増大量ｑ１と、パティキュレートフィルタ５１から単位時間当たりに除去されるパティキュレート減少量ｑ２と、を機関運転中に随時積算することで算出されている（Ｑ_ｉ＝Ｑ_ｉ−１＋ｑ１−ｑ２）。なお、パティキュレート増大量ｑ１は、機関負荷（燃料噴射量）及び機関回転速度の関数としてマップの形で予めＲＯＭに記憶されている。パティキュレート減少量ｑ２は、吸入空気量及びフィルタ温度の関数としてマップの形で予めＲＯＭに記憶されている。

ステップＳ４３において、電子制御ユニット２００は、パティキュレート捕集量Ｑ_ｉが予め設定された所定の再生終了値（例えばゼロ）以下か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、パティキュレート捕集量Ｑ_ｉが再生終了値以下であればパティキュレートフィルタ５１の再生が終了したと判定してフィルタ再生処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、パティキュレート捕集量Ｑ_ｉが再生終了値よりも大きければステップＳ４１の処理に戻り、排気温度を第２温度域内の再生目標温度に制御してパティキュレートフィルタ５１の再生を継続する。

図７は、本実施形態によるフィルタ再生制御の動作について説明するタイムチャートである。

時刻ｔ１で、パティキュレートフィルタ５１の再生要求が有ると判定されると、アンモニアガス回収率が１００％か否かが判定される。時刻ｔ１の時点では、アンモニアガス回収率は１００％未満なので、パティキュレートフィルタ５１を再生する前に、まず蓄熱体４６内部のアンモニアガスをタンク４１に回収するための処理（アンモニアガス回収処理）が実施される。なお、時刻ｔ１の時点では、アンモニアガス回収率は１００％未満なので、前述した化学蓄熱装置４０の制御によって開閉弁４４は開いたままとなっている。

アンモニアガス回収処理が開始されると、排気温度が第１温度域に制御、維持される。第１温度域は、蓄熱反応材４６１の温度が脱離温度以上となる温度域でかつアンモニアガスが熱分解しない温度域である。したがって、排気温度を第１温度域に制御、維持することで、アンモニアガスを蓄熱反応材４６１から脱離させることができ、脱離したアンモニアガス及び蓄熱体４６の内部に残存していたアンモニアガスを熱分解させることなくタンク４１に回収することができる。その結果、時刻ｔ１以降、アンモニアガス回収率が徐々に増加していくことになる。

時刻ｔ２で、アンモニアガス回収率が１００％になると、開閉弁４４を閉じてアンモニアガス回収処理が終了され、フィルタ再生処理が開始される。フィルタ再生処理が開始されると、排気温度が第２温度域内の再生目標温度に制御、維持される。第２温度域は、第１温度域よりも高い温度域でかつパティキュレートフィルタ５１の再生が可能な温度域である。したがって、排気温度を第２温度域内の再生目標温度に制御、維持することで、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートが燃焼除去される。

以上説明した本実施形態によれば、機関本体１から排出された排気を浄化する触媒装置（触媒）３０と、触媒装置３０よりも下流に配置され、排気に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ（フィルタ）５１と、所定の脱離温度未満の温度域でアンモニアガスを化学吸着して放熱し、脱離温度以上の温度域でアンモニアガスが脱離していく蓄熱反応材（反応材）４６１を有して触媒装置３０又は触媒装置３０に導入される排気を加熱し、触媒装置３０を暖機する反応器４２と、反応器４２に接続され、反応器４２に供給されると共に反応器４２から回収されるアンモニアガスを貯蔵するタンク４１と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット（制御装置）２００が、触媒装置３０の暖機時に反応器４２に供給されたアンモニアガスをタンク４１に回収する必要があるか否かをパティキュレートフィルタ５１の再生要求があったときに判定し、アンモニアガスをタンク４１に回収する必要があると判定したときは、蓄熱反応材４６１の温度が脱離温度以上となる温度域でかつアンモニアガスが熱分解しない温度域である第１温度域に排気温度を制御してアンモニアガスの回収を完了した後、第１温度域よりも高い温度域でかつパティキュレートフィルタ５１の再生が可能な温度域である第２温度域に排気温度を制御してパティキュレートフィルタ５１を再生するように構成されている。

そのため、例えば反応器４２を冷却するための冷却ファン等を設けることなく、パティキュレートフィルタ５１の再生時に反応器４２内のアンモニアガスが熱分解されるのを抑制することができる。また、冷却ファン等を設ける必要がないので、冷却ファン等を駆動するための電力も不要となり、結果として燃費の向上を図ることができる。

また、パティキュレートフィルタ５１の再生要求があった場合に、アンモニアガスをタンク４１に回収する必要があると判定したときは、アンモニアガスを回収するためにいったん排気温度を第１温度域まで昇温させるので、パティキュレートフィルタ５１の再生前に予めパティキュレートフィルタ５１を加熱しておくことができる。そのため、その後のパティキュレートフィルタ５１の再生時において、パティキュレートフィルタ５１の温度（フィルタ温度）を捕集したパティキュレートが自己着火し始める６００℃以上まで昇温させるのに必要なエネルギ及び時間を低減させることができる。

また、アンモニアガスの熱分解を抑制することで、化学蓄熱装置４０による触媒装置３０の暖機性能の悪化を抑制でき、触媒装置３０の暖機を早期に終了させることができる。触媒装置３０の暖機が必要な冷間始動時は、化学蓄熱装置４０による暖機に加えて、点火時期を遅角させて機関本体１から排出される排気の温度を上昇させることで触媒装置３０の暖機を促進させている。したがって、触媒装置３０の暖機を早期に終了することができれば、排気温度を上昇させるために点火時期を遅角させている時間も短くすることができるので、点火時期の遅角化による燃費の悪化も抑制できる。

さらに、アンモニアガスの熱分解を抑制することで、化学蓄熱装置４０による触媒装置３０の暖機性能を長期的に維持することができるので、化学蓄熱装置４０の交換も不要となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の実施形態では、燃料を圧縮自己着火燃焼させるように機関本体１を構成していたが、火花点火燃焼させるように構成しても良い。

また、上記の実施形態では、担体３１とパティキュレートフィルタ５１とを別個のケーシングに収めていたが、一つのケーシングに収めても良い。

また、上記の実施形態において、アンモニアガス回収処理の開始時に開閉弁４４が閉じられている可能性がある場合（例えば、アンモニアガス回収率が１００％に達する前に開閉弁４４を閉じて化学蓄熱装置４０による触媒装置３０の暖機制御を終了するようにした場合）は、アンモニアガス回収処理の開始時に開閉弁４４を開くようにしても良い。

また、上記の実施形態において、パティキュレートフィルタ５１の再生要求の有無を差圧センサ２１５の検出値に基づいて判定していが、パティキュレート捕集量Ｑｉに基づいて判定しても良い。

また、上記の実施形態において、排気後処理装置２０にＮＯｘ触媒やＳＯｘ触媒等を別途に追加しても良い。

１ 機関本体
３０ 触媒装置（触媒）
４１ タンク
４２ 反応器
５１ パティキュレートフィルタ（フィルタ）
１００ 内燃機関
２００ 電子制御ユニット（制御装置）
４６１ 蓄熱反応材

Claims (1)

1. 機関本体から排出された排気を浄化する触媒と、
   前記触媒よりも下流に配置され、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
   所定の脱離温度未満の温度域でアンモニアガスを化学吸着して放熱し、前記脱離温度以上の温度域でアンモニアガスが脱離していく反応材を有して前記触媒又は前記触媒に導入される排気を加熱し、前記触媒を暖機する反応器と、
   前記反応器に接続され、前記反応器に供給されると共に前記反応器から回収されるアンモニアガスを貯蔵するタンクと、
   を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒の暖機時に前記反応器に供給されたアンモニアガスをタンクに回収する必要があるか否かを前記フィルタの再生要求があったときに判定し、
   アンモニアガスをタンクに回収する必要があると判定したときは、前記反応材の温度が前記脱離温度以上となる温度域でかつアンモニアガスが熱分解しない温度域である第１温度域に排気温度を制御してアンモニアガスの回収を完了した後、前記第１温度域よりも高い温度域でかつ前記フィルタの再生が可能な温度域である第２温度域に排気温度を制御して前記フィルタを再生するように構成された、
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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