JP2017218898A

JP2017218898A - 内燃機関のフィルター再生システム及び内燃機関のフィルター再生方法

Info

Publication number: JP2017218898A
Application number: JP2016111459A
Authority: JP
Inventors: 和生大角; Kazuo Osumi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2017-12-14
Also published as: US10920701B2; US20200116096A1; EP3467277A4; CN109312649A; EP3467277A1; CN109312649B; EP3467277B1; WO2017209186A1

Abstract

【課題】内燃機関のフィルターに堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去できる内燃機関のフィルター再生システム及び内燃機関のフィルター再生方法を提供する。
【解決手段】内燃機関のフィルター再生システム１００は、内燃機関１０の排気通路２０に配置されたフィルター３２に堆積したＰＭの量に基づいて、フィルターに堆積したＰＭの炭素が二酸化窒素及び酸素と反応して二酸化炭素及び一酸化窒素が生成されるパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度を算出する算出部５１と、フィルターよりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれ最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度以上である場合に、フィルターに流入する排気の温度を上記のパッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲に制御する排気温度制御部５１と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のフィルター再生システム及び内燃機関のフィルター再生方法に関する。

従来、内燃機関の排気に含まれるｓｏｏｔ等のＰＭを捕集するフィルターを排気通路に備える内燃機関システムが知られている。また、従来、このような内燃機関システムにおいて、フィルターに堆積したＰＭを除去するフィルター再生処理として、アクティブ再生反応やパッシブ再生反応を利用してＰＭを除去するフィルター再生処理が知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

具体的には、特許文献１や特許文献２には、アクティブ再生反応を利用したフィルター再生処理として、フィルターに堆積したＰＭの炭素を酸素と反応させて一酸化炭素及び二酸化炭素を生成させる化学反応（Ｃ−Ｏ_２反応と称する）によって、ＰＭをフィルターから除去する手法が開示されている。また、パッシブ再生反応を利用したフィルター再生処理として、フィルターに堆積したＰＭの炭素を二酸化窒素と反応させて、一酸化窒素と、一酸化炭素又は二酸化炭素とを生成させる化学反応（Ｃ−ＮＯ_２反応と称する）によって、ＰＭをフィルターから除去する手法が開示されている。

特開２０１５−２００３２０号公報特表２０１４−５０７５９２号公報

ところで、パッシブ再生反応を利用したフィルター再生処理としては、上述したＣ−ＮＯ_２反応を利用したものの他に、フィルターに堆積したＰＭの炭素を二酸化窒素及び酸素と反応させて二酸化炭素及び一酸化窒素を生成させる化学反応（Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応と称する）によって、ＰＭをフィルターから除去するものがある。パッシブ再生反応はアクティブ再生反応よりも低温状態で優先的に生じ、パッシブ再生反応の中でも、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応はＣ−ＮＯ_２反応よりも低温状態において反応速度が大きい。そのため、フィルターに堆積したＰＭを効率的に除去するためには、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応を利用することが効果的である。

しかしながら、従来技術では、このＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によってフィルターに堆積したＰＭを効率的に除去することはできなかった。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関のフィルターに堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去することができる内燃機関のフィルター再生システム及び内燃機関のフィルター再生方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る内燃機関のフィルター再生システムは、内燃機関の排気通路に配置されたフィルターに堆積したＰＭの量に基づいて、前記フィルターに
堆積した前記ＰＭの炭素が二酸化窒素及び酸素と反応して二酸化炭素及び一酸化窒素が生成されるパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度を算出する算出部と、前記フィルターよりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれ前記最小の酸素濃度及び前記最小の二酸化窒素濃度以上である場合に、前記フィルターに流入する排気の温度を前記パッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲に制御する排気温度制御部と、を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る内燃機関のフィルター再生方法は、内燃機関の排気通路に配置されたフィルターに堆積したＰＭの量に基づいて、前記フィルターに堆積した前記ＰＭの炭素が二酸化窒素及び酸素と反応して二酸化炭素及び一酸化窒素が生成されるパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度を算出するステップと、前記フィルターよりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれ前記最小の酸素濃度及び前記最小の二酸化窒素濃度以上である場合に、前記フィルターに流入する排気の温度を前記パッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲に制御するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る内燃機関のフィルター再生システム及び内燃機関のフィルター再生方法によれば、フィルターよりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度が、それぞれフィルターに堆積したＰＭの量に基づいて算出されたＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度以上である場合に、フィルターに流入する排気の温度をＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲に制御することができる。これにより、例えばフィルターよりも上流側の排気中の酸素濃度や二酸化窒素濃度がＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が生じる濃度でないにもかかわらず、フィルターに流入する排気の温度を上昇させるといった無駄な制御を行うことなく、フィルターに堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって確実に除去することができる。したがって、フィルターに堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去することができる。

なお、本発明によれば、上記のようにフィルターに堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去できるので、アクティブ再生反応を利用したフィルター再生処理の実行頻度を低減させることもできる。これにより、内燃機関の燃費を低減させることもできる。

実施の形態に係る内燃機関システムの構成を示す模式図である。Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応、Ｃ−ＮＯ_２反応、及びＣ−Ｏ_２反応が優先的に生じる温度範囲を説明するためのグラフである。フィルターに堆積したＰＭの量とＰＭの燃焼速度との関係を説明するためのグラフである。ＰＭの燃焼における酸素濃度とＰＭの燃焼速度との関係を説明するためのグラフである。ＰＭの燃焼における二酸化窒素濃度とＰＭの燃焼速度との関係を説明するためのグラフである。実施の形態に係るフィルター再生処理を示すフローチャートの一例である。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関のフィルター再生システム１００、及び内燃機関のフィルター再生方法について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関のフィルター再生システム１００（以下、フィルター再生システム１００と
略称する）が適用された内燃機関システム１の構成を示す模式図である。図１の内燃機関システム１は車両に搭載されている。この内燃機関システム１は、内燃機関１０、排気通路２０、排気浄化装置３０、各種センサ類（温度センサ４０、酸素濃度センサ４１及び二酸化窒素濃度センサ４２が例示されている）、及び制御装置５０を備えている。なお、これは後述するが、本実施の形態に係るフィルター再生システム１００は、制御装置５０の機能によって実現されている。

内燃機関１０の種類は特に限定されるものではないが、本実施の形態では一例としてディーゼル機関を用いている。排気通路２０は内燃機関１０の各気筒１１から排出された排気（Ｇｅ）が通過する通路である。排気通路２０の上流側端部は分岐して内燃機関１０の各気筒１１の排気ポートに連通している。

排気浄化装置３０は、排気通路２０に配置されている。排気浄化装置３０は、排気に含まれるｓｏｏｔ等のＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ；粒子状物質）を捕集するフィルター３２を備えている。本実施の形態ではフィルター３２の一例として、ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を用いている。

なお、排気浄化装置３０の具体的な構成は、フィルター３２を備えるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されるものではないが、本実施の形態に係る排気浄化装置３０は、フィルター３２よりも上流側の排気通路２０に、酸化触媒３１をさらに備える構成となっている。この酸化触媒３１は、排気が通過可能なフィルターに、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属触媒が担持された構成を有している。酸化触媒３１は、その貴金属触媒の酸化触媒作用によって、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に変化させる酸化反応を促進させる。

温度センサ４０は、排気の温度を検出して、検出結果を制御装置５０に伝える。なお、本実施の形態に係る温度センサ４０は、フィルター３２よりも上流側の排気の温度、より具体的には、フィルター３２よりも上流側、且つ酸化触媒３１よりも下流側の部分における排気の温度を検出しているが、温度センサ４０の検出箇所はこれに限定されるものではない。

酸素濃度センサ４１はフィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度を検出して、検出結果を制御装置５０に伝える。二酸化窒素濃度センサ４２はフィルター３２よりも上流側の排気中の二酸化窒素濃度を検出して、検出結果を制御装置５０に伝える。具体的には本実施の形態に係る酸素濃度センサ４１及び二酸化窒素濃度センサ４２は、フィルター３２よりも上流側、且つ酸化触媒３１よりも下流側の部分における排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度をそれぞれ検出している。

制御装置５０は、内燃機関１０の燃料噴射量や燃料噴射時期等を制御することで内燃機関１０の運転動作を制御する制御装置としての機能を有している。また制御装置５０は、後述するフィルター再生処理を実行することで、フィルター３２を再生するフィルター再生システム１００としての機能も有している。このような制御装置５０は、各種制御処理を実行するＣＰＵ５１と、ＣＰＵ５１の動作に用いられる各種情報を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３等とを有するマイクロコンピュータを備えている。

続いて本実施の形態に係るフィルター再生処理が発明される契機となった技術的知見について説明し、次いで、本実施の形態に係るフィルター再生処理の詳細について説明する。

まず、上記技術的知見について説明する。フィルター３２に堆積したＰＭを除去するためのフィルター再生用の化学反応として、以下の３種類の化学反応が挙げられる。第１の化学反応は、フィルター３２に堆積したＰＭの炭素（Ｃ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）及び酸素（Ｏ_２）と反応させて二酸化炭素（ＣＯ_２）及び一酸化窒素（ＮＯ）を生成させる化学反応（Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応と称する）である。第２の化学反応は、フィルター３２に堆積したＰＭの炭素を二酸化窒素と反応させて、一酸化窒素と、一酸化炭素（ＣＯ）又は二酸化炭素とを生成させる化学反応（Ｃ−ＮＯ_２反応と称する）である。第３の化学反応は、フィルター３２に堆積したＰＭの炭素を酸素と反応させて一酸化炭素及び二酸化炭素を生成させる化学反応（Ｃ−Ｏ_２反応と称する）である。

なお、これらの化学反応のうち、Ｃ−Ｏ_２反応はアクティブ再生反応に相当し、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応、及びＣ−ＮＯ_２反応はパッシブ再生反応に相当する。

上述したＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応、Ｃ−ＮＯ_２反応、及びＣ−Ｏ_２反応が優先的に生じる温度範囲はそれぞれ異なっている。図２は、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応、Ｃ−ＮＯ_２反応、及びＣ−Ｏ_２反応が優先的に生じる温度範囲を説明するためのグラフである。具体的には図２の縦軸は、これらの反応によって生成された一酸化炭素及び二酸化炭素の合計濃度を示し、横軸はフィルター３２の温度を示している。図２の縦軸で上側に向かうほど、ＰＭの燃焼速度が速いことを示している。図２のライン２００はＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応によって生成される一酸化炭素及び二酸化炭素の合計濃度を示し（但し、この場合、実際に生成されるのは二酸化炭素である）、ライン２０１はＣ−ＮＯ_２反応によって生成される一酸化炭素及び二酸化炭素の合計濃度を示し、ライン２０２はＣ−Ｏ_２反応によって生成される一酸化炭素及び二酸化炭素の合計濃度を示している。

図２から、ライン２０２で示すＣ−Ｏ_２反応は高温領域で優先的に生じ、ライン２０１で示すＣ−ＮＯ_２反応は中温領域で優先的に生じ、ライン２００で示すＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応は低温領域（具体的には２５０℃以上、３５０℃以下の温度領域）で優先的に生じることが分かる。すなわち、低温領域においてはＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応の反応速度が最も大きい。

この低温領域における反応速度が大きいＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応を効率的に生じさせて、このＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応を利用することができれば、フィルター３２に堆積したＰＭを効率的に除去することができる。ところで、このＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応を効率的に生じさせるために、例えばフィルター３２を内燃機関１０に近い箇所に配置することで、内燃機関１０の運転中にフィルター３２に流入する排気温度をできるだけＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応の優先的に生じる温度領域に維持することが考えられる。しかしながら、仮にフィルター３２を内燃機関１０に近い箇所に配置したとしても、フィルター３２の全体をＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応が優先的に生じる温度領域にすることは困難である。そのため、この手法では、フィルター３２に堆積したＰＭを効率的に除去できるとはいえない。

そこで、本発明者は、フィルター３２に堆積したＰＭの量と、このＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応で燃焼できる排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度とに着目した。図３は、フィルター３２に堆積したＰＭの量とＰＭの燃焼速度との関係を説明するためのグラフである。具体的には、図３の縦軸はフィルター３２に堆積したＰＭの燃焼量（具体的にはｓｏｏｔの燃焼量）を示し、横軸はフィルター３２の温度を示している。ライン２１０、ライン２１１、及びライン２１２は、それぞれフィルター３２に堆積したＰＭの量がａ_１（ｇ／Ｌ）、ａ_２（ｇ／Ｌ）、及びａ_３（ｇ／Ｌ）の場合のＰＭの燃焼量を示している。なお、ａ_１よりもａ_２の方が大きく、ａ_２よりもａ_３の方が大きい。

図３に示すように、少なくともＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応が優先的に生じる低温領域におい
て、同一のフィルター温度で比較した場合、ＰＭの燃焼量は、ライン２１０よりもライン２１１の方が多く、ライン２１１よりもライン２２２の方が多くなっている。このことから、フィルター３２に堆積したＰＭの量が多いほど、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応で燃焼するＰＭ量が大きくなり、その結果、フィルター３２に堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去できることが分かる。

図４は、ＰＭの燃焼における酸素濃度とＰＭの燃焼速度との関係を説明するためのグラフである。具体的には図４の縦軸はＰＭの燃焼によって生じる一酸化炭素及び二酸化炭素の合計濃度を示し、横軸はフィルター３２の温度を示している。ライン２２０、ライン２２１及びライン２２２はそれぞれ、排気中の二酸化窒素濃度が一定の条件下で、排気中の酸素濃度がｂ_１（％）、ｂ_２（％）、及びｂ_３（％）の場合を示し、ライン２２３、ライン２２４、ライン２２５及びライン２２６はそれぞれ、排気中の二酸化窒素濃度が一定の条件下で、排気中の酸素濃度がｂ_４（％）、ｂ_５（％）、ｂ_６（％）、及びｂ_７（％）の場合を示している。なお、ｂ_１〜ｂ_７の大小関係は、ｂ_１＜ｂ_２＜ｂ_３＜ｂ_４＜ｂ_５＜ｂ_６＜ｂ_７の関係となっている。

図４に示すように、少なくともＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応が優先的に生じる低温領域において、同一のフィルター温度と同一の二酸化窒素濃度で比較した場合、排気中の酸素濃度が高いほど、ＰＭの燃焼によって生じる一酸化炭素及び二酸化炭素の合計濃度が多くなっている。このことから、排気中の酸素濃度が高いほど、フィルター３２に堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去できることが分かる。

図５は、ＰＭの燃焼における二酸化窒素濃度とＰＭの燃焼速度との関係を説明するためのグラフである。具体的には図５の縦軸はＰＭの燃焼によって生じる一酸化炭素及び二酸化炭素の合計濃度を示し、横軸はフィルター３２の温度を示している。ライン２３０、ライン２３１、及びライン２３２はそれぞれ、排気中の酸素濃度が一定の条件下で、排気中の二酸化窒素濃度がｃ_１（ｐｐｍ）、ｃ_２（ｐｐｍ）、及びｃ_３（ｐｐｍ）の場合を示し、ライン２３３、ライン２３４、ライン２３５及びライン２３６はそれぞれ、排気中の酸素濃度が一定の条件下で、排気中の二酸化窒素濃度がｃ_４（ｐｐｍ）、ｃ_５（ｐｐｍ）、ｃ_６（ｐｐｍ）及びｃ_７（ｐｐｍ）の場合を示している。なお、ｃ_１〜ｃ_７の大小関係は、ｃ_１＜ｃ_２＜ｃ_３＜ｃ_４＜ｃ_５＜ｃ_６＜ｃ_７の関係となっている。

図５に示すように、少なくともＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応が優先的に生じる低温領域において、同一のフィルター温度と同一の酸素濃度で比較した場合、排気中の二酸化窒素濃度が高いほど、ＰＭの燃焼によって生じる一酸化炭素及び二酸化炭素の合計濃度が多くなっている。このことから、排気中の二酸化窒素濃度が高いほど、フィルター３２に堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去できることが分かる。

以上のことから、フィルター３２に堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去するためには、少なくともフィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応の生じる最小の酸素濃度及び二酸化窒素濃度以上である必要があり、そして、フィルター３２よりも上流側の酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれ高いほどフィルター３２に堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によってより効率的に除去できることが分かる。以上の技術的知見に基づいて、本実施の形態に係るフィルター再生処理は発明された。

続いて、本実施の形態に係るフィルター再生処理の詳細について説明する。図６は、本実施の形態に係るフィルター再生処理を示すフローチャートの一例である。制御装置５０は図６のフローチャートを内燃機関１０の始動後において所定周期で繰り返し実行する。
なお、図６の各ステップは、制御装置５０の具体的にはＣＰＵ５１が実行する。また本実施の形態に係るフィルター再生方法は、この図６を実行する制御装置５０によって実現されている。

まず、ステップＳ１０において、制御装置５０は、フィルター３２に堆積したＰＭの量（ＰＭ量）を推定する。制御装置５０によるＰＭ量の具体的な推定手法は、特に限定されるものではなく、公知のＰＭ量の推定手法を適用することができる。本実施の形態に係る制御装置５０は、一例として、フィルター３２よりも上流側の排気圧とフィルター３２よりも下流側の排気圧との差圧（前後差圧）に基づいてフィルター３２に堆積したＰＭ量を推定している。

具体的には、制御装置５０の記憶部（例えばＲＯＭ５２）には、フィルター３２の前後差圧とフィルター３２に堆積したＰＭ量との関係を規定するマップ又は演算式が予め記憶されている。なお、このマップ又は演算式は、前後差圧が大きいほど、フィルター３２に堆積したＰＭ量の算出値が多くなるように規定されている。また、内燃機関システム１は、フィルター３２の前後差圧を検出する差圧センサ（図示せず）を備えている。そして、制御装置５０は、この差圧センサの検出結果に基づいて前後差圧を取得し、取得された前後差圧に対応するＰＭ量を記憶部のマップ又は演算式に基づいて算出し、算出されたＰＭ量をステップＳ１０のＰＭ量として取得する。

ステップＳ１０の後に制御装置５０は、ステップＳ１０で推定されたＰＭ量に基づいて、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度（ｍｉｎＡ）及び最小の二酸化窒素濃度（ｍｉｎＢ）を算出する（ステップＳ２０）。具体的には制御装置５０は、ステップＳ１０で推定されたＰＭ量に基づいてフィルター３２に堆積したＰＭに含まれる炭素量（すなわち、堆積したＰＭ中の炭素濃度）を算出する。そして制御装置５０は、この算出された炭素量の炭素をＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応で燃焼するのに最低限必要な排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度（すなわち最小の酸素濃度及び二酸化窒素濃度）を算出する。

なお、制御装置５０は、ステップＳ２０において、ステップＳ１０で推定されたＰＭ量に基づいてフィルター３２に堆積したＰＭ中の炭素量を算出するに当たり、ＰＭ量とＰＭ中の炭素量とを関連付けて規定した所定のマップ又は演算式を用いて、ＰＭ中の炭素量を算出する。この所定のマップ又は演算式は、推定されたＰＭ量が多いほど、算出されるＰＭ中の炭素量が多くなるように規定されている。また、この所定のマップ又は演算式は、制御装置５０の記憶部に予め記憶されている。

また、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応は、下記式（１）の化学式によって表すことができる。そこで、制御装置５０は、ステップＳ２０において、算出された炭素量に基づいて最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度を算出するに当たり、具体的には、下記式（１）の化学式に基づいて、最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度を算出する。

ステップＳ２０の後に制御装置５０はステップＳ３０を実行する。ステップＳ３０において、制御装置５０は、フィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度がステップＳ２０で算出された最小の酸素濃度（ｍｉｎＡ）以上であり、且つ、フィルター３２よりも上流側の排気中の二酸化窒素濃度がステップＳ２０で算出された最小の二酸化窒素濃度（ｍｉｎＢ）以上であるか否かを判定する。

具体的にはステップＳ３０において制御装置５０は、酸素濃度センサ４１の検出結果に基づいて、フィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度を取得し、二酸化窒素濃度センサ４２の検出結果に基づいて、フィルター３２よりも上流側の排気中の二酸化窒素濃度を取得する。そして、制御装置５０は、このようにして取得された酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれステップＳ２０で算出された最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度以上であるか否かを判定している。

但し、制御装置５０による酸素濃度及び二酸化窒素濃度の取得手法は、上記手法に限定されるものではない。他の例を挙げると、例えば空燃比制御等のために内燃機関システム１がラムダセンサを備えている場合には、制御装置５０は、このラムダセンサの検出値に基づいて、フィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度を取得することもできる。また、フィルター３２よりも上流側の排気中の二酸化窒素濃度は内燃機関１０の燃焼状態と関連性を有しているので、制御装置５０は、内燃機関１０の燃焼状態に基づいてフィルター３２よりも上流側の排気中の二酸化窒素濃度を取得することもできる。

ステップＳ３０でＮＯと判定された場合、すなわち、フィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度が最小の酸素濃度より小さい場合、又は、フィルター３２よりも上流側の排気中の二酸化窒素濃度が最小の二酸化窒素濃度より小さい場合、制御装置５０はフローチャートの実行を終了する。

一方、ステップＳ３０でＹＥＳと判定された場合、制御装置５０は、フィルター３２に流入する排気の温度をＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲（以下、所定温度範囲と称する）に制御する（ステップＳ４０）。本実施の形態では、ステップＳ４０に係る所定温度範囲の一例として、２５０℃以上３５０℃以下の温度範囲を用いる。なお、この所定温度範囲は予め記憶部（例えばＲＯＭ５２）に記憶されている。

このステップＳ４０に係る排気温度の制御手法の具体例は、特に限定されるものではないが、本実施の形態に係る制御装置５０は、一例として、アフター噴射（メイン噴射の後に、気筒１１に燃料を噴射する燃料噴射）を実行することで、排気温度を所定温度範囲に制御する。具体的には制御装置５０は、フィルター３２に流入する排気の温度を温度センサ４０の検出結果に基づいてモニタリングしながら、アフター噴射の噴射量等を制御することで、フィルター３２に流入する排気温度を所定温度範囲に制御している。

このステップＳ４０の実行によって、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応を優先的に生じさせることができる。これにより、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって、フィルター３２に堆積したＰＭを除去することができる。

なお、本実施の形態に係る制御装置５０は、ステップＳ４０を所定期間、実行している。このステップＳ４０を実行する期間（所定期間）の具体的な値は、特に限定されるものではなく、例えば、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によってＰＭを十分に除去できる時間を用いることができる。この所定期間は、予め実験、シミュレーション等によって求めておき、制御装置５０の記憶部に記憶させておけばよい。

なお、ステップＳ４０における排気温度の制御手法の具体例は、上述したようなアフター噴射によるものに限定されない。他の例を挙げると、制御装置５０は、内燃機関１０の可変動弁機構（図示せず）によって内燃機関１０の排気バルブの開閉時期を変更することで、内燃機関１０から排出される排気温度を制御して、フィルター３２に流入する排気温度を所定温度範囲に制御することもできる。具体的には、排気バルブの開閉時期が遅角するほど、排気温度が上昇する傾向がある。そこで、制御装置５０は、可変動弁機構によって排気バルブの開閉時期の遅角量を制御することで、フィルター３２に流入する排気温度を所定温度範囲に制御することができる。ステップＳ４０の後に制御装置５０はフローチャートの実行を終了する。

なお、ステップＳ２０を実行する制御装置５０のＣＰＵ５１は、フィルター３２に堆積したＰＭの量に基づいて、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度を算出する算出部としての機能を有する部材に相当する。また、ステップＳ４０を実行する制御装置５０のＣＰＵ５１は、フィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれステップＳ２０で算出された最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度以上である場合に、フィルター３２に流入する排気の温度をＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲に制御する排気温度制御部としての機能を有する部材に相当する。

なお、本実施の形態に係るフィルター再生システム１００は、１つの制御装置５０によって上記フィルター再生処理を実行しているが、フィルター再生システム１００の構成はこれに限定されるものではない。例えばフィルター再生システム１００は、上記フィルター再生処理を複数の制御装置によって分散的に実行してもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係るフィルター再生システム１００及びフィルター再生方法によれば、フィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度が、それぞれフィルター３２に堆積したＰＭの量に基づいて算出されたＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度以上である場合に、フィルター３２に流入する排気の温度をＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲に制御することができる。これにより、例えばフィルター３２よりも上流側の排気中の酸素濃度や二酸化窒素濃度がＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応が生じる濃度でないにもかかわらず、フィルター３２に流入する排気の温度をアフター噴射等によって上昇させるといった無駄な制御を行うことなく、フィルター３２に堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって確実に除去することができる。したがって、フィルター３２に堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去することができる。

また、本実施の形態によれば、上述したようにフィルター３２に堆積したＰＭをＣ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によって効率的に除去できるので、Ｃ−Ｏ_２反応のアクティブ再生反応を利用したフィルター再生処理の実行頻度を低減させることもできる。また、本実施の形態によれば、上述したようにアクティブ再生反応を利用したフィルター再生処理の実行頻度を低減できるので、以下に説明するように、内燃機関１０の燃費を向上させることもできる。

具体的には、図２において前述したように、アクティブ再生反応は高温状態で生じるため、アクティブ再生反応を実行しようとした場合、排気温度をこのアクティブ再生反応が生じる高温にする必要がある。この一例を挙げると、排気通路２０のフィルター３２よりも上流側の部分に配置された燃料添加弁（図示せず）によって、フィルター３２よりも上流側の排気に燃料を噴射して、この燃料の燃焼熱によって排気をアクティブ再生反応が生じる高温にする必要がある。このため、アクティブ再生反応を利用したフィルター再生処理の実行頻度が多いほど、内燃機関１０の燃費は悪化する傾向がある。これに対して、本実施の形態によれば、上述したように、Ｃ−ＮＯ_２−Ｏ_２反応のパッシブ再生反応によってＰＭを効率的に除去できる結果、アクティブ再生反応を利用したフィルター再生処理の
実行頻度を低下させることができるので、内燃機関１０の燃費を低減させることができる。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１内燃機関システム
１０内燃機関
２０排気通路
３０排気浄化装置
３２フィルター
５０制御装置
５１ＣＰＵ（算出部、排気温度制御部）
１００内燃機関のフィルター再生システム

Claims

内燃機関の排気通路に配置されたフィルターに堆積したＰＭの量に基づいて、前記フィルターに堆積した前記ＰＭの炭素が二酸化窒素及び酸素と反応して二酸化炭素及び一酸化窒素が生成されるパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度を算出する算出部と、
前記フィルターよりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれ前記最小の酸素濃度及び前記最小の二酸化窒素濃度以上である場合に、前記フィルターに流入する排気の温度を前記パッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲に制御する排気温度制御部と、を備えることを特徴とする内燃機関のフィルター再生システム。
前記温度範囲は、２５０℃以上３５０℃以下の温度範囲である請求項１記載の内燃機関のフィルター再生システム。
内燃機関の排気通路に配置されたフィルターに堆積したＰＭの量に基づいて、前記フィルターに堆積した前記ＰＭの炭素が二酸化窒素及び酸素と反応して二酸化炭素及び一酸化窒素が生成されるパッシブ再生反応が生じる最小の酸素濃度及び最小の二酸化窒素濃度を算出するステップと、
前記フィルターよりも上流側の排気中の酸素濃度及び二酸化窒素濃度がそれぞれ前記最小の酸素濃度及び前記最小の二酸化窒素濃度以上である場合に、前記フィルターに流入する排気の温度を前記パッシブ再生反応が優先的に生じる温度範囲に制御するステップと、を含むことを特徴とする内燃機関のフィルター再生方法。