JP3838100B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気浄化装置として、例えば特開２００１−１１５８８３号公報に開示の技術が知られている。
この従来技術は、流入する排気成分を酸化する機能と、排気成分のうちパティキュレート（ＰＭ）をトラップする機能（ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦとしての機能）とを有する排気浄化手段を備え、ＰＭのトラップ量が所定値を超えたとき（ＤＰＦ再生時期）に、ポスト噴射を行うと共に排気絞り弁（又は吸気絞り弁）を全閉にすることで、排気浄化手段の温度を上昇させてＤＰＦ再生を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術のように排気浄化手段が酸化機能を有する場合、排気浄化手段の昇温には排気中のＨＣの酸化熱が（ＣＯの酸化熱に比べ）大きく影響しており、排気中のＨＣ量が増大するほど酸化熱が増大し、排気浄化手段を効果的に昇温できる。
【０００４】
この場合、図９に吸気絞りによる排気の空気過剰率（排気λ）の変化に対するＨＣ、ＣＯ量、図１０にポスト噴射による排気λの変化に対するＨＣ、ＣＯ量を示すように、排気中のＨＣ量は、ポスト噴射による排気λの変化に対しては感度が良いが（図１０）、吸気絞りによる排気λの変化に対しては感度が悪い（図９）。よって、排気λが同じであっても、その排気λを実現させる際のポスト噴射と吸気絞りとの分担によって排気中のＨＣ量が変化する。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、ＤＰＦ再生のための排気浄化手段の昇温の際に、ポスト噴射と吸気絞りとの分担については一切考慮していないため、以下のような問題点があった。
図１１に示すように、ＤＰＦ再生の際、吸気絞り弁の分担の方が大きい状態（再生状態Ａ）と、ポスト噴射の分担の方が大きい状態（再生状態Ｂ）とを比較すると、排気λが同じであれば、排気浄化手段の温度は再生状態Ｂの方が高くなり（同図中ｃ、ｄ）、排気浄化手段の温度が同じであれば、排気λは再生状態Ａの方が小さくなる（同図中ｅ、ｆ）。
【０００６】
従って、上記従来技術では、ＤＰＦ再生の際に、場合によっては、ポスト噴射の分担が大きすぎ、排気浄化手段の温度が高くなりすぎて排気浄化手段を溶損させたり、吸気絞り弁の分担が大きすぎ、排気λが小さすぎてＰＭが燃焼せずＤＰＦ再生が行えなくなるといった恐れがあった。
本発明は、このような従来の問題点を解決す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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１又は請求項２の発明では、機関の排気通路中に配設され、流入する排気成分を酸化する機能を有する排気浄化手段と、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率（排気λ）を変更可能で、この変更に伴って生じる前記排気浄化手段の温度変化幅が大きい第１の排気制御手段と、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率（排気λ）を変更可能で、この変更に伴って生じる前記排気浄化手段の温度変化幅が小さい第２の排気制御手段と、前記排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき前記第１の排気制御手段を選択し、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率を目標の空気過剰率に一致させるとき前記第２の排気制御手段を選択する選択手段と、を備えることを特徴とする。
特に請求項１の発明では、前記第２の排気制御手段は、機関が吸入する空気の量を変更する吸気絞り弁を含んで構成されることを特徴とする。
特に請求項２の発明では、前記第２の排気制御手段は、機関の排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲガスの量を変更するＥＧＲ弁を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明では、前記第１の排気制御手段が選択されたときは前記排気浄化手段に流入する排気中のＨＣ量が主に変更され、前記第２の排気制御手段が選択されたときは前記排気浄化手段に流入する排気中のＣＯ量が主に変更されることを特徴とする。
請求項４の発明では、前記第１の排気制御手段は、排気中に燃料を供給可能な燃料供給手段を含んで構成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明では、前記選択手段は、前記排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき、前記排気浄化手段のＨＣ酸化機能が活性化するまでの間は、前記第２の排気制御手段を選択することを特徴とする。
請求項６の発明では、前記選択手段は、前記排気浄化手段の再生に先立つ昇温時に前記第１の排気制御手段を優先的に選択し、昇温後の再生時に前記第２の排気制御手段を優先的に選択することを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明では、前記選択手段は、前記排気浄化手段の硫黄（Ｓ）被毒を解除する際には、前記第２の排気制御手段を優先的に選択することを特徴とする。
請求項８の発明では、前記排気浄化手段が排気中のパティキュレートを捕集するフィルタとしての機能と、触媒としての機能とを有し、前記フィルタの再生要求と前記触媒の再生要求とが同時になされた場合は、前記フィルタの再生を優先的に行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２の発明によれば、排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき、特に排気浄化手段の温度が目標から乖離しているときに、前記第１の排気制御手段を選択することで、排気λを殆ど変えることなく、排気浄化手段の温度を制御可能となる。また、排気λを目標の排気λに一致させるとき、特に排気λが目標値から乖離しているときに、前記第２の排気制御手段を選択することで、排気浄化手段の温度を殆ど変えることなく、排気λを制御可能となる。
特に請求項１の発明によれば、吸気絞りにより、主に排気中のＣＯ量を制御でき、発熱量の小さいＣＯ量の制御により、排気浄化手段の温度を変化させることなく、排気λを変化させ得る。
特に請求項２の発明によれば、ＥＧＲにより、主に排気中のＣＯ量を制御でき、発熱量の小さいＣＯ量の制御により、排気浄化手段の温度を変化させることなく、排気λを変化させ得る。
【００１３】
請求項３の発明によれば、発熱量の大きいＨＣ量が多くなる制御と、発熱量の小さいＣＯが多くなる制御とを切換えることで、同一の排気λで排気浄化手段の温度を変化させたり、同一の温度で排気λを変化させることが可能となる。
請求項４の発明によれば、ポスト噴射等により、排気中に燃料を供給することで、主に排気中のＨＣ量を制御でき、発熱量の大きいＨＣ量の制御により、排気λをあまり変化させることなく、排気浄化手段の温度を変化させ得る。
【００１５】
請求項５の発明によれば、排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき、排気浄化手段のＨＣ酸化機能が活性化するまでの間は、前記第２の排気制御手段を選択して、排気中のＣＯ量を増大させることにより、排気浄化手段の温度を目標の温度まで昇温させる時間を最短に制御可能となる。これは、ＨＣ酸化機能の活性化（ＨＣ浄化率が５０％を超える状態）を生じる温度より、ＣＯ酸化機能の活性化（ＣＯ浄化率が５０％を超える状態）を生じる温度の方が低く、それ故、低温では、ＣＯの酸化熱を活用して排気浄化手段を昇温させることが得策だからである。
【００１６】
請求項６の発明によれば、排気浄化手段の再生に際し、再生可能温度に到達するまでは排気λよりも昇温を優先させることで、再生時間を短縮可能となり、再生可能温度に到達した後は、排気λの制御を優先させることで、再生中の溶損を防止することが可能となる。
請求項７の発明によれば、排気浄化手段のＳ被毒を解除する際には、リーン雰囲気ではＳ被毒解除ができないことから、排気λの制御を優先させることで、Ｓの脱離を促進することが可能となる。
【００１７】
請求項８の発明によれば、フィルタの再生要求と触媒の再生要求とが同時になされた場合はフィルタの再生を優先的に行うことで、すなわち、排圧上昇という形でエンジン性能に直接影響を及ぼすフィルタの再生を優先させることで、運転性の悪化を抑制可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
ディーゼルエンジン１の吸気通路２には可変ノズル型のターボチャージャ３の吸気コンプレッサが備えられ、吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。
【００１９】
排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、これを駆動する。
ここで、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。また、このＮＯｘトラップ触媒１３には、貴金属を担持させて、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化する機能を持たせ、酸化機能付きＮＯｘトラップ触媒としてある。
【００２０】
更に、このＮＯｘトラップ触媒１３の下流には、排気中のパティキュレート（以下ＰＭという）を捕集するフィルタ（以下ＤＰＦという）１４を配置してある。また、このＤＰＦ１４には、三元触媒を担持させて、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化する機能と、ＮＯｘを還元する機能とを持たせ、三元機能付きＤＰＦとしてある。尚、ＮＯｘトラップ触媒１３とＤＰＦ１４とは、逆に配置してもよいし、ＤＰＦにＮＯｘトラップ触媒を担持させて一体に構成してもよい。
【００２１】
コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２から、信号が入力されている。
また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサ２３、排気通路１０のＤＰＦ１４入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ２４、ＤＰＦ１４の温度（ＤＰＦ温度）を検出するＤＰＦ温度センサ２５、更に排気通路１０のＤＰＦ１４出口側にて排気の空気過剰率（以下排気λという）を検出する空燃比センサ２６が設けられ、これらの信号もコントロールユニット２０に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度やＤＰＦ１４の温度はこれらの下流側に排気温度センサを設けて、排気温度より間接的に検出するようにしてもよい。
【００２２】
コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９によるメイン噴射及び所定の運転条件においてメイン噴射後（膨張行程又は排気行程）に行うポスト噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
【００２３】
ここにおいて、コントロールユニット２０では、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされて堆積したＮＯｘの脱離浄化、ＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄（Ｓ）被毒によりこれに堆積したＳの燃焼除去（被毒解除）、ＤＰＦ１４に捕集されて堆積したＰＭの燃焼除去（ＤＰＦ再生）のための排気浄化制御を行うようにしており、かかる排気浄化制御について、以下に詳細に説明する。
【００２４】
図２〜図８はコントロールユニット２０にて実行される排気浄化制御のフローチャートである。
先ず図２のフローに沿って説明する。
Ｓ１では、各種センサ信号を読込み、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、触媒温度、ＤＰＦ入口側排気圧力、ＤＰＦ温度、ＤＰＦ出口側排気λを検出する。また、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとをパラメータとするマップから演算されているメイン噴射量Ｑを読込む。
【００２５】
Ｓ２では、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされて堆積したＮＯｘ堆積量を計算する。ここでは、例えば特許公報２６００４９２号第６頁に記載されているＮＯｘ吸収量の計算のように、エンジン回転数の積算値から推測することとする。
Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒にＳ被毒により堆積したＳ堆積量を計算する。ここでも、上記ＮＯｘ堆積量の計算と同様に、エンジン回転数の積算値から推測することとする。
【００２６】
Ｓ４では、ＤＰＦに捕集されて堆積しているＰＭ堆積量を次のように計算する。ＤＰＦのＰＭ堆積量が増えれば、当然ＤＰＦ入口側排気圧力が上昇することから、排気圧力センサにより、ＤＰＦ入口側排気圧力を検出し、現在の運転状態（エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ）での基準排気圧力との比較により、ＰＭ堆積量を推定する。尚、前回のＤＰＦ再生からの走行距離やエンジン回転数積算値と、排気圧力とを組み合わせて、ＰＭ堆積量を推定するようにしてもよい。
【００２７】
Ｓ５では、ＤＰＦ再生時の昇温モード中であることを示すｒｅｇ１フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ１フラグ＝１の場合は、後述する図３の昇温モードの制御へ進む。
Ｓ６では、ＤＰＦ再生時の燃焼モード中であることを示すｒｅｇ２フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ２フラグ＝１の場合は、後述する図４の燃焼モードの制御へ進む。
【００２８】
Ｓ７では、ＤＰＦ再生時の溶損防止モード中であることを示すｒｅｇ３フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ３フラグ＝１の場合は、後述する図５の溶損防止モードの制御へ進む。
Ｓ８では、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除モード中であることを示すｒｅｇ４フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ４フラグ＝１の場合は、後述する図６のＳ被毒解除モードの制御へ進む。
【００２９】
Ｓ９では、ＤＰＦの省エネ再生モード中であることを示すｒｅｇ５フラグが立っているか否かを判定し、ｒｅｇ５フラグ＝１の場合は、後述する図７の省エネ再生モードの制御へ進む。
Ｓ１０では、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイクモード中であることを示すｓｐフラグが立っているか否かを判定する。ｓｐ＝１の場合は、後述する図８のリッチスパイクモードの制御へ進む。
【００３０】
Ｓ１１では、Ｓ４で計算したＤＰＦのＰＭ堆積量が所定値ＰＭ１を超えて（ＤＰＦ入口側排気圧力が図１２に示す現在の運転状態（Ｎｅ、Ｑ）に対応する排圧しきい値を超えて）、ＤＰＦ再生時期になったか否かを判定する。
ＰＭ堆積量＞ＰＭ１で、ＤＰＦ再生時期と判定された場合は、ＤＰＦ再生を開始するため、Ｓ１２へ進んで、ｒｅｇ１フラグ＝１に設定する。
【００３１】
Ｓ１３では、Ｓ３で計算したＮＯｘトラップ触媒のＳ堆積量が所定値Ｓ１を超えて、Ｓ被毒解除時期になったか否かをを判定する。
Ｓ堆積量＞Ｓ１で、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除時期と判定された場合は、Ｓ被毒解除を開始するため、Ｓ１４へ進んで、ｒｅｇ４フラグ＝１に設定する。
【００３２】
Ｓ１５では、Ｓ２で計算したＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１を超えて、ＮＯｘ脱離浄化時期になったか否かを判定する。
ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１で、ＮＯｘ脱離浄化時期と判定された場合は、Ｓ１６へ進んで、触媒温度が所定の温度（リッチスパイクによって浄化可能な下限温度）Ｔlower を超えているか否かを判定し、触媒温度＞Ｔlower であれば、ＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイク制御のため、Ｓ１７へ進んで、ｓｐフラグ＝１に設定する。
【００３３】
尚、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期の判定（Ｓ１３、Ｓ１５）より、ＤＰＦの再生時期の判定（Ｓ１１）を先に実施することで、運転性に影響の出易い排圧の上昇を抑制することができる。
Ｓ１８では、ＤＰＦ温度が所定の温度Ｔ５以上になっているかを判定する。この所定の温度Ｔ５は、例えば４００℃であり、これ以上であれば、わずかなエネルギーをＤＰＦに付加するだけでＤＰＦを再生可能であることから、省エネ再生を行うことが可能となる。
【００３４】
Ｓ１９では、ＰＭ堆積量が所定値ＰＭ２より多いかを判定する。ＰＭ２＜ＰＭ１の関係であり、完全な再生時期ではないが、再生モードにすることで十分な再生効率が得られるＰＭ堆積量ＰＭ２に達しているかを判定する。例えば図１２に示した排圧しきい値の５０％以上であれば省エネ再生を行うというように判定する。
【００３５】
Ｓ２０では、ＤＰＦ温度がＴ５より高く、ＰＭ堆積量もＰＭ２より多いと判定したので、省エネ再生モードの開始のため、ｒｅｇ５フラグ＝１に設定する。
次にＤＰＦ再生時の最初の昇温モードの制御について説明する。
図２のフローのＳ１１での判定で、ＰＭ堆積量＞ＰＭ１であり、ＤＰＦ再生時期と判定された場合は、Ｓ１２でｒｅｇ１フラグ＝１に設定され、次回より、Ｓ５から図３の昇温モードの制御へ進む。
【００３６】
図３の昇温モードの制御について説明する。
Ｓ３１では、ＤＰＦ温度が所定の温度Ｔ１（酸化触媒におけるＨＣ酸化機能の活性化（ＨＣ浄化率が５０％を超える状態）を生じる温度で、例えば４００℃）を超えているか否かを判定する。
ＤＰＦ温度がＴ１以下の場合、Ｓ３２へ進んで、吸気絞り弁（或いはＥＧＲ弁）の制御により、排気λを所定のλ１（≧１）に制御する。すなわち、吸気絞りにより排気λを制御することで、反応性に富むＣＯ（ＨＣが酸化しない低温時にはＣＯの方が反応し易い）をエンジンから排出させることにより、ＤＰＦ温度を上昇させる。
【００３７】
しかしながら、ＣＯは反応温度が低いものの、熱エネルギーが小さく、ＤＰＦを再生可能な温度まで昇温させるのは困難な場合が多い。
その一方、ポスト噴射を用いれば、ＨＣ（燃料）の熱エネルギーは大きいことから容易にＤＰＦや触媒の温度を上昇させることが可能となる。図９に示すように吸気絞り（或いはＥＧＲ）を用いて排気λを変化させた場合、ＨＣに対してＣＯの量が大きく変動する。しかし、ＣＯの熱エネルギーはＨＣの１／４以下であることから、ＤＰＦの温度を大きく上昇させることは困難である。
【００３８】
図１０に示すようにポスト噴射を用いて排気λを変化させた場合、ポスト噴射量に対してＨＣ量は大きく変動するが、ＣＯの変動は小さい。しかし、ポスト噴射だけで排気λを変動させると、ＨＣの量が大幅に上昇してしまい、ＤＰＦや触媒の温度が過度に上昇してしまう恐れがある。
つまり、図１１に示すように同じ排気λであっても、吸気絞りによって積極的にＣＯを排出した場合と、ポスト噴射によってＨＣを出した場合では、触媒、ＤＰＦの温度が大きく異なる（同図ａ〜ｄ）。
【００３９】
ＤＰＦやＮＯｘトラップ触媒の再生においては、目標の排気λは同じでも、目標のベッド温度が異なることから、例えば、ベッド温度が目標に到達している場合は、排気λの調整は吸気絞りで行い、排気λが目標に達していてベッド温度が目標と乖離している場合にはポスト噴射を活用して排気λの変動は抑えてベッド温度の制御を行う必要がある。そこで、吸気絞りやＥＧＲによって出てくるＣＯとポスト噴射によって出てくるＨＣを制御することで目標の排気λとベッド温度を同時に実現可能となる。
【００４０】
そこで、ＤＰＦ温度がＴ１を超えた場合、初回は、Ｓ３３、Ｓ３４へ経て、Ｓ３５へ進み、図１６に示すようにエンジン運転状態（Ｎｅ、Ｑ）により定められる量のポスト噴射を実行し、ＤＰＦに担持させた酸化触媒の酸化反応によってＤＰＦ温度を上昇させる。
その後、Ｓ３３では、ポスト噴射開始又はポスト噴射量変更からの時間ｔpostが所定値ｔst1 を超えたか否かを判定し、ｔpost＞ｔst1 の場合に、Ｓ３４へ進む。ポスト噴射によってＤＰＦの温度を上昇させるが、ＤＰＦには熱慣性があることから、ポスト噴射量の変化に対してＤＰＦ温度が変化するのに時間ｔst1 が必要であることから、本判定を行う。
【００４１】
Ｓ３４では、ＤＰＦ温度が所定の温度Ｔ２（ＤＰＦの再生可能な温度で、例えば６５０℃）を超えたか否かを判定する。
ＤＰＦ温度がＴ２以下の場合、Ｓ３５へ進んで、ポスト噴射量を増量する。
ＤＰＦ温度がＴ２を超えている場合、Ｓ３６へ進んで昇温モードを終了させるため、ｒｅｇ１フラグ＝０とする共に、Ｓ３７へ進んで燃焼モードを開始するため、ｒｅｇ２フラグ＝１とする。
【００４２】
次にＤＰＦ再生時の昇温後の燃焼モードについて説明する。
図３のＳ３７でｒｅｇ２フラグ＝１に設定されると、次回より、図２のフローのＳ６から図４の燃焼モードの制御へ進む。
図４の燃焼モードの制御について説明する。この燃焼モードの制御ではＤＰＦ温度がＰＭ燃焼が可能な温度まで上昇したのに伴いＤＰＦに酸素を供給して再生を行う。
【００４３】
Ｓ４１では、吸気絞り弁の制御により、排気λを図１７に示すようなＰＭ堆積量に応じた目標値に制御する。具体的には、図１４に示すようなエンジン運転状態（Ｎｅ、Ｑ）に応じた目標吸入空気量になるよう吸気絞り弁の開度を制御し、かかる制御の後に、排気λが目標値からずれている場合は、吸気絞り弁の開度を調整して一致させる。尚、ここでは吸気絞り弁で排気λを制御しているが、これに代えてＥＧＲ弁で制御したり、或いは、ＥＧＲ弁を併用して制御するようにしてもよい。
【００４４】
Ｓ４２では、ＤＰＦ温度を所定の温度領域（Ｔ２１〜Ｔ２２）に制御する。上記Ｓ４１で吸気絞り弁を開度を変更するとＤＰＦ温度が目標値（Ｔ２）からずれるが、このずれによってＤＰＦ温度が所定の温度領域から外れた場合に、ポスト噴射量を増減補正して所定の温度領域に戻す。ここで、Ｔ２１はＤＰＦ再生が可能な下限温度として６００℃に、Ｔ２２はＤＰＦが溶損しない上限温度として７００℃に設定される。
【００４５】
Ｓ４３では、Ｓ４１、４２で制御を行った後、ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼除去されるに足る所定時間ｔdpfreg1 経過したか否かを判定する。
所定時間ｔdpfreg1 経過した場合は、ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼除去されたものと見なし、Ｓ４４では、ポスト噴射を止めて、ＤＰＦの加熱を停止する。
Ｓ４５では、燃焼モードが終了したのでｒｅｇ２フラグ＝０にする
Ｓ４６では、燃焼モードは終了したものの、ＰＭの燃え残りがＤＰＦにあった場合に排気λを急に大きくするとＤＰＦでＰＭが一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るためにｒｅｇ３フラグ＝１とする。
【００４６】
次にＤＰＦ再生時の燃焼後の溶損防止モードについて説明する。
図４のＳ４６でｒｅｇ３フラグ＝１に設定されると、次回より、図２のフローのＳ７から図５の溶損防止モードの制御へ進む。
図５の溶損防止モードの制御について説明する。
Ｓ５１では、再生直後もしくは高負荷運転直後なのでＤＰＦ温度が非常に高い状態にあるため、燃え残り若しくは堆積したＰＭが一気に燃えて溶損しないように、吸気絞りとＥＧＲとで排気λを図１７に示す値に制御する。
【００４７】
Ｓ５２では、ＤＰＦ温度がＰＭの酸化が開始する恐れのない温度Ｔ３（＝５００℃）より低いかを判定する。
Ｓ５３では、ＤＰＦの溶損の恐れが無いことから、排気λ制御を中止する。
Ｓ５４では、溶損防止モードが終了したのでｒｅｇ３フラグ＝０にする。
次にＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除時の制御について説明する。
【００４８】
図２のフローのＳ１３での判定で、Ｓ堆積量＞Ｓ１であり、Ｓ被毒解除時期と判定された場合は、Ｓ１４でｒｅｇ４フラグ＝１に設定され、次回より、Ｓ８から図６のＳ被毒解除モードの制御へ進む。
図６のＳ被毒解除モードの制御について説明する。
Ｓ６１では、触媒のＳ堆積量が所定の量に達しているので、吸気絞り弁の制御により、排気λをストイキに制御する。具体的には、図１３に示すストイキ運転のための目標吸入空気量になるように吸気を絞って目標のλ＝１に到達させ、目標のλ＝１と乖離している場合は吸気絞りや更にＥＧＲを用いて排気λを調整する。
【００４９】
また、初回は、Ｓ６２、Ｓ６３を経て、Ｓ６４へ進み、ポスト噴射を行う。
その後、Ｓ６２では、ポスト噴射開始又はポスト噴射量変更からの時間ｔpostが所定値ｔst2 を超えたか否かを判定し、ｔpost＞ｔst2 の場合に、Ｓ６３へ進む。尚、ｔst2 はＮＯｘトラップ触媒の担体の熱容量に合わせて設定される。
Ｓ６３では、触媒温度が所定の温度Ｔ４を超えたか否かを判定する。例えばＢａ系のＮＯｘトラップ触媒を使った場合はリッチ〜ストイキ雰囲気で６００℃以上にする必要があることから、Ｔ４は６００℃以上に設定される。
【００５０】
触媒温度がＴ４以下の場合、Ｓ６４へ進んで、ポスト噴射量を増量する。ポスト噴射量の変更によって排気λが変動するが、Ｓ６１で再度吸入空気量を調整することで目標の排気λと目標のベッド温度を実現可能である。
触媒温度がＴ４を超えている場合、Ｓ６５へ進む。
Ｓ６５では、触媒温度がＴ４を超えている状態で、所定時間ｔdesu1 経過したか、言い換えれば、目標の排気λ、ベッド温度でＳ被毒解除処理が行われたかを判定する。
【００５１】
Ｓ６６では、Ｓ被毒解除が終了したのでストイキ運転を解除する。
Ｓ６７では、Ｓ被毒解除モードが終了したのでｒｅｇ４フラグ＝０にする。
次にＤＰＦの省エネ再生の制御について説明する。
図２のフローのＳ１８、１９での判定で、ＤＰＦ温度＞Ｔ５、ＰＭ堆積量＞ＰＭ２であり、省エネ再生時期と判定された場合は、Ｓ２０でｒｅｇ５フラグ＝１に設定され、次回より、Ｓ９から図７の省エネ再生モードの制御へ進む。
【００５２】
図７の省エネ再生モードの制御について説明する。
Ｓ７１では、吸気絞り弁（或いはＥＧＲ弁）の制御により、排気λを図１７に示すようなＰＭ堆積量に応じた目標値に制御する。
Ｓ７２では、ＤＰＦ温度が燃焼開始温度Ｔ２に達したかを判定する。
Ｓ７３では、ＤＰＦ温度がＴ２より低い場合に、所定量のポスト噴射を実行する
Ｓ７４では、ＤＰＦ温度がＴ２より高い場合に、所定の再生時間ｔdpfreg1 が経過したかを判定し、経過した場合にＳ７５以降へ進む。
【００５３】
Ｓ７５では、ポスト噴射を中止する。
Ｓ７６では、省エネ再生モードが終了したのでｒｅｇ５フラグ＝０にする。
Ｓ７７では、溶損防止モードに移行するのでｒｅｇ３フラグ＝１にする。
次にＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイク制御について説明する。
【００５４】
図２のフローのＳ１５、１６での判定で、ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１、触媒温度＞Ｔlower であり、ＮＯｘ脱離浄化時期と判定された場合は、Ｓ１７でｓｐフラグ＝１に設定され、次回より、Ｓ１０から図８のリッチスパイクモードの制御へ進む。
図８のリッチスパイクモードの制御について説明する。
【００５５】
Ｓ８１では、吸気絞り弁の制御により、図１５に示すエンジン運転状態（Ｎｅ、Ｑ）に応じたリッチスパイク運転のための目標吸入空気量に制御して、リッチスパイクを行う。
Ｓ８２では、リッチスパイク状態で所定の時間ｔsp経過したかを判定する。
Ｓ８３では、所定の時間リッチスパイクを実施したので、リッチ運転を解除する。
【００５６】
Ｓ８４では、リッチスパイクフラグｓｐ＝０にしてリッチスパイクモードを終了させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】 排気浄化制御のフローチャート（その１）
【図３】 排気浄化制御のフローチャート（その２）
【図４】 排気浄化制御のフローチャート（その３）
【図５】 排気浄化制御のフローチャート（その４）
【図６】 排気浄化制御のフローチャート（その５）
【図７】 排気浄化制御のフローチャート（その６）
【図８】 排気浄化制御のフローチャート（その７）
【図９】 吸気絞りにより排気λを変化させた時の排気成分を示す図
【図１０】 ポスト噴射により排気λを変化させた時の排気成分を示す図
【図１１】 吸気絞りとポスト噴射の分担が異なる場合の特性図
【図１２】 ＤＰＦの排圧しきい値を示すマップ
【図１３】 ストイキ運転のための目標吸入空気量を示すマップ
【図１４】 ＤＰＦ溶損防止のための目標吸入空気量を示すマップ
【図１５】 リッチスパイク運転のための目標吸入空気量を示すマップ
【図１６】 昇温のための単位ポスト噴射量を示すマップ
【図１７】 ＰＭ堆積量に対する再生中の目標排気λを示すテーブル
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２ 吸気通路
５ 吸気絞り弁
９ 燃料噴射弁
１０ 排気通路
１２ ＥＧＲ弁
１３ 酸化機能付きＮＯｘトラップ触媒
１４ 三元機能付きＤＰＦ
２０ コントロールユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気浄化装置として、例えば特開２００１−１１５８８３号公報に開示の技術が知られている。
この従来技術は、流入する排気成分を酸化する機能と、排気成分のうちパティキュレート（ＰＭ）をトラップする機能（ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦとしての機能）とを有する排気浄化手段を備え、ＰＭのトラップ量が所定値を超えたとき（ＤＰＦ再生時期）に、ポスト噴射を行うと共に排気絞り弁（又は吸気絞り弁）を全閉にすることで、排気浄化手段の温度を上昇させてＤＰＦ再生を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術のように排気浄化手段が酸化機能を有する場合、排気浄化手段の昇温には排気中のＨＣの酸化熱が（ＣＯの酸化熱に比べ）大きく影響しており、排気中のＨＣ量が増大するほど酸化熱が増大し、排気浄化手段を効果的に昇温できる。
【０００４】
この場合、図９に吸気絞りによる排気の空気過剰率（排気λ）の変化に対するＨＣ、ＣＯ量、図１０にポスト噴射による排気λの変化に対するＨＣ、ＣＯ量を示すように、排気中のＨＣ量は、ポスト噴射による排気λの変化に対しては感度が良いが（図１０）、吸気絞りによる排気λの変化に対しては感度が悪い（図９）。よって、排気λが同じであっても、その排気λを実現させる際のポスト噴射と吸気絞りとの分担によって排気中のＨＣ量が変化する。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、ＤＰＦ再生のための排気浄化手段の昇温の際に、ポスト噴射と吸気絞りとの分担については一切考慮していないため、以下のような問題点があった。
図１１に示すように、ＤＰＦ再生の際、吸気絞り弁の分担の方が大きい状態（再生状態Ａ）と、ポスト噴射の分担の方が大きい状態（再生状態Ｂ）とを比較すると、排気λが同じであれば、排気浄化手段の温度は再生状態Ｂの方が高くなり（同図中ｃ、ｄ）、排気浄化手段の温度が同じであれば、排気λは再生状態Ａの方が小さくなる（同図中ｅ、ｆ）。
【０００６】
従って、上記従来技術では、ＤＰＦ再生の際に、場合によっては、ポスト噴射の分担が大きすぎ、排気浄化手段の温度が高くなりすぎて排気浄化手段を溶損させたり、吸気絞り弁の分担が大きすぎ、排気λが小さすぎてＰＭが燃焼せずＤＰＦ再生が行えなくなるといった恐れがあった。
本発明は、このような従来の問題点を解決す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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１又は請求項２の発明では、機関の排気通路中に配設され、流入する排気成分を酸化する機能を有する排気浄化手段と、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率（排気λ）を変更可能で、この変更に伴って生じる前記排気浄化手段の温度変化幅が大きい第１の排気制御手段と、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率（排気λ）を変更可能で、この変更に伴って生じる前記排気浄化手段の温度変化幅が小さい第２の排気制御手段と、前記排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき前記第１の排気制御手段を選択し、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率を目標の空気過剰率に一致させるとき前記第２の排気制御手段を選択する選択手段と、を備えることを特徴とする。
特に請求項１の発明では、前記第２の排気制御手段は、機関が吸入する空気の量を変更する吸気絞り弁を含んで構成されることを特徴とする。
特に請求項２の発明では、前記第２の排気制御手段は、機関の排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲガスの量を変更するＥＧＲ弁を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明では、前記第１の排気制御手段が選択されたときは前記排気浄化手段に流入する排気中のＨＣ量が主に変更され、前記第２の排気制御手段が選択されたときは前記排気浄化手段に流入する排気中のＣＯ量が主に変更されることを特徴とする。
請求項４の発明では、前記第１の排気制御手段は、排気中に燃料を供給可能な燃料供給手段を含んで構成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明では、前記選択手段は、前記排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき、前記排気浄化手段のＨＣ酸化機能が活性化するまでの間は、前記第２の排気制御手段を選択することを特徴とする。
請求項６の発明では、前記選択手段は、前記排気浄化手段の再生に先立つ昇温時に前記第１の排気制御手段を優先的に選択し、昇温後の再生時に前記第２の排気制御手段を優先的に選択することを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明では、前記選択手段は、前記排気浄化手段の硫黄（Ｓ）被毒を解除する際には、前記第２の排気制御手段を優先的に選択することを特徴とする。
請求項８の発明では、前記排気浄化手段が排気中のパティキュレートを捕集するフィルタとしての機能と、触媒としての機能とを有し、前記フィルタの再生要求と前記触媒の再生要求とが同時になされた場合は、前記フィルタの再生を優先的に行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２の発明によれば、排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき、特に排気浄化手段の温度が目標から乖離しているときに、前記第１の排気制御手段を選択することで、排気λを殆ど変えることなく、排気浄化手段の温度を制御可能となる。また、排気λを目標の排気λに一致させるとき、特に排気λが目標値から乖離しているときに、前記第２の排気制御手段を選択することで、排気浄化手段の温度を殆ど変えることなく、排気λを制御可能となる。
特に請求項１の発明によれば、吸気絞りにより、主に排気中のＣＯ量を制御でき、発熱量の小さいＣＯ量の制御により、排気浄化手段の温度を変化させることなく、排気λを変化させ得る。
特に請求項２の発明によれば、ＥＧＲにより、主に排気中のＣＯ量を制御でき、発熱量の小さいＣＯ量の制御により、排気浄化手段の温度を変化させることなく、排気λを変化させ得る。
【００１３】
請求項３の発明によれば、発熱量の大きいＨＣ量が多くなる制御と、発熱量の小さいＣＯが多くなる制御とを切換えることで、同一の排気λで排気浄化手段の温度を変化させたり、同一の温度で排気λを変化させることが可能となる。
請求項４の発明によれば、ポスト噴射等により、排気中に燃料を供給することで、主に排気中のＨＣ量を制御でき、発熱量の大きいＨＣ量の制御により、排気λをあまり変化させることなく、排気浄化手段の温度を変化させ得る。
【００１５】
請求項５の発明によれば、排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき、排気浄化手段のＨＣ酸化機能が活性化するまでの間は、前記第２の排気制御手段を選択して、排気中のＣＯ量を増大させることにより、排気浄化手段の温度を目標の温度まで昇温させる時間を最短に制御可能となる。これは、ＨＣ酸化機能の活性化（ＨＣ浄化率が５０％を超える状態）を生じる温度より、ＣＯ酸化機能の活性化（ＣＯ浄化率が５０％を超える状態）を生じる温度の方が低く、それ故、低温では、ＣＯの酸化熱を活用して排気浄化手段を昇温させることが得策だからである。
【００１６】
請求項６の発明によれば、排気浄化手段の再生に際し、再生可能温度に到達するまでは排気λよりも昇温を優先させることで、再生時間を短縮可能となり、再生可能温度に到達した後は、排気λの制御を優先させることで、再生中の溶損を防止することが可能となる。
請求項７の発明によれば、排気浄化手段のＳ被毒を解除する際には、リーン雰囲気ではＳ被毒解除ができないことから、排気λの制御を優先させることで、Ｓの脱離を促進することが可能となる。
【００１７】
請求項８の発明によれば、フィルタの再生要求と触媒の再生要求とが同時になされた場合はフィルタの再生を優先的に行うことで、すなわち、排圧上昇という形でエンジン性能に直接影響を及ぼすフィルタの再生を優先させることで、運転性の悪化を抑制可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
ディーゼルエンジン１の吸気通路２には可変ノズル型のターボチャージャ３の吸気コンプレッサが備えられ、吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。
【００１９】
排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、これを駆動する。
ここで、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。また、このＮＯｘトラップ触媒１３には、貴金属を担持させて、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化する機能を持たせ、酸化機能付きＮＯｘトラップ触媒としてある。
【００２０】
更に、このＮＯｘトラップ触媒１３の下流には、排気中のパティキュレート（以下ＰＭという）を捕集するフィルタ（以下ＤＰＦという）１４を配置してある。また、このＤＰＦ１４には、三元触媒を担持させて、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化する機能と、ＮＯｘを還元する機能とを持たせ、三元機能付きＤＰＦとしてある。尚、ＮＯｘトラップ触媒１３とＤＰＦ１４とは、逆に配置してもよいし、ＤＰＦにＮＯｘトラップ触媒を担持させて一体に構成してもよい。
【００２１】
コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２から、信号が入力されている。
また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサ２３、排気通路１０のＤＰＦ１４入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ２４、ＤＰＦ１４の温度（ＤＰＦ温度）を検出するＤＰＦ温度センサ２５、更に排気通路１０のＤＰＦ１４出口側にて排気の空気過剰率（以下排気λという）を検出する空燃比センサ２６が設けられ、これらの信号もコントロールユニット２０に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度やＤＰＦ１４の温度はこれらの下流側に排気温度センサを設けて、排気温度より間接的に検出するようにしてもよい。
【００２２】
コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９によるメイン噴射及び所定の運転条件においてメイン噴射後（膨張行程又は排気行程）に行うポスト噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
【００２３】
ここにおいて、コントロールユニット２０では、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされて堆積したＮＯｘの脱離浄化、ＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄（Ｓ）被毒によりこれに堆積したＳの燃焼除去（被毒解除）、ＤＰＦ１４に捕集されて堆積したＰＭの燃焼除去（ＤＰＦ再生）のための排気浄化制御を行うようにしており、かかる排気浄化制御について、以下に詳細に説明する。
【００２４】
図２〜図８はコントロールユニット２０にて実行される排気浄化制御のフローチャートである。
先ず図２のフローに沿って説明する。
Ｓ１では、各種センサ信号を読込み、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、触媒温度、ＤＰＦ入口側排気圧力、ＤＰＦ温度、ＤＰＦ出口側排気λを検出する。また、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとをパラメータとするマップから演算されているメイン噴射量Ｑを読込む。
【００２５】
Ｓ２では、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされて堆積したＮＯｘ堆積量を計算する。ここでは、例えば特許公報２６００４９２号第６頁に記載されているＮＯｘ吸収量の計算のように、エンジン回転数の積算値から推測することとする。
Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒にＳ被毒により堆積したＳ堆積量を計算する。ここでも、上記ＮＯｘ堆積量の計算と同様に、エンジン回転数の積算値から推測することとする。
【００２６】
Ｓ４では、ＤＰＦに捕集されて堆積しているＰＭ堆積量を次のように計算する。ＤＰＦのＰＭ堆積量が増えれば、当然ＤＰＦ入口側排気圧力が上昇することから、排気圧力センサにより、ＤＰＦ入口側排気圧力を検出し、現在の運転状態（エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ）での基準排気圧力との比較により、ＰＭ堆積量を推定する。尚、前回のＤＰＦ再生からの走行距離やエンジン回転数積算値と、排気圧力とを組み合わせて、ＰＭ堆積量を推定するようにしてもよい。
【００２７】
Ｓ５では、ＤＰＦ再生時の昇温モード中であることを示すｒｅｇ１フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ１フラグ＝１の場合は、後述する図３の昇温モードの制御へ進む。
Ｓ６では、ＤＰＦ再生時の燃焼モード中であることを示すｒｅｇ２フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ２フラグ＝１の場合は、後述する図４の燃焼モードの制御へ進む。
【００２８】
Ｓ７では、ＤＰＦ再生時の溶損防止モード中であることを示すｒｅｇ３フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ３フラグ＝１の場合は、後述する図５の溶損防止モードの制御へ進む。
Ｓ８では、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除モード中であることを示すｒｅｇ４フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ４フラグ＝１の場合は、後述する図６のＳ被毒解除モードの制御へ進む。
【００２９】
Ｓ９では、ＤＰＦの省エネ再生モード中であることを示すｒｅｇ５フラグが立っているか否かを判定し、ｒｅｇ５フラグ＝１の場合は、後述する図７の省エネ再生モードの制御へ進む。
Ｓ１０では、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイクモード中であることを示すｓｐフラグが立っているか否かを判定する。ｓｐ＝１の場合は、後述する図８のリッチスパイクモードの制御へ進む。
【００３０】
Ｓ１１では、Ｓ４で計算したＤＰＦのＰＭ堆積量が所定値ＰＭ１を超えて（ＤＰＦ入口側排気圧力が図１２に示す現在の運転状態（Ｎｅ、Ｑ）に対応する排圧しきい値を超えて）、ＤＰＦ再生時期になったか否かを判定する。
ＰＭ堆積量＞ＰＭ１で、ＤＰＦ再生時期と判定された場合は、ＤＰＦ再生を開始するため、Ｓ１２へ進んで、ｒｅｇ１フラグ＝１に設定する。
【００３１】
Ｓ１３では、Ｓ３で計算したＮＯｘトラップ触媒のＳ堆積量が所定値Ｓ１を超えて、Ｓ被毒解除時期になったか否かをを判定する。
Ｓ堆積量＞Ｓ１で、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除時期と判定された場合は、Ｓ被毒解除を開始するため、Ｓ１４へ進んで、ｒｅｇ４フラグ＝１に設定する。
【００３２】
Ｓ１５では、Ｓ２で計算したＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１を超えて、ＮＯｘ脱離浄化時期になったか否かを判定する。
ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１で、ＮＯｘ脱離浄化時期と判定された場合は、Ｓ１６へ進んで、触媒温度が所定の温度（リッチスパイクによって浄化可能な下限温度）Ｔlower を超えているか否かを判定し、触媒温度＞Ｔlower であれば、ＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイク制御のため、Ｓ１７へ進んで、ｓｐフラグ＝１に設定する。
【００３３】
尚、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期の判定（Ｓ１３、Ｓ１５）より、ＤＰＦの再生時期の判定（Ｓ１１）を先に実施することで、運転性に影響の出易い排圧の上昇を抑制することができる。
Ｓ１８では、ＤＰＦ温度が所定の温度Ｔ５以上になっているかを判定する。この所定の温度Ｔ５は、例えば４００℃であり、これ以上であれば、わずかなエネルギーをＤＰＦに付加するだけでＤＰＦを再生可能であることから、省エネ再生を行うことが可能となる。
【００３４】
Ｓ１９では、ＰＭ堆積量が所定値ＰＭ２より多いかを判定する。ＰＭ２＜ＰＭ１の関係であり、完全な再生時期ではないが、再生モードにすることで十分な再生効率が得られるＰＭ堆積量ＰＭ２に達しているかを判定する。例えば図１２に示した排圧しきい値の５０％以上であれば省エネ再生を行うというように判定する。
【００３５】
Ｓ２０では、ＤＰＦ温度がＴ５より高く、ＰＭ堆積量もＰＭ２より多いと判定したので、省エネ再生モードの開始のため、ｒｅｇ５フラグ＝１に設定する。
次にＤＰＦ再生時の最初の昇温モードの制御について説明する。
図２のフローのＳ１１での判定で、ＰＭ堆積量＞ＰＭ１であり、ＤＰＦ再生時期と判定された場合は、Ｓ１２でｒｅｇ１フラグ＝１に設定され、次回より、Ｓ５から図３の昇温モードの制御へ進む。
【００３６】
図３の昇温モードの制御について説明する。
Ｓ３１では、ＤＰＦ温度が所定の温度Ｔ１（酸化触媒におけるＨＣ酸化機能の活性化（ＨＣ浄化率が５０％を超える状態）を生じる温度で、例えば４００℃）を超えているか否かを判定する。
ＤＰＦ温度がＴ１以下の場合、Ｓ３２へ進んで、吸気絞り弁（或いはＥＧＲ弁）の制御により、排気λを所定のλ１（≧１）に制御する。すなわち、吸気絞りにより排気λを制御することで、反応性に富むＣＯ（ＨＣが酸化しない低温時にはＣＯの方が反応し易い）をエンジンから排出させることにより、ＤＰＦ温度を上昇させる。
【００３７】
しかしながら、ＣＯは反応温度が低いものの、熱エネルギーが小さく、ＤＰＦを再生可能な温度まで昇温させるのは困難な場合が多い。
その一方、ポスト噴射を用いれば、ＨＣ（燃料）の熱エネルギーは大きいことから容易にＤＰＦや触媒の温度を上昇させることが可能となる。図９に示すように吸気絞り（或いはＥＧＲ）を用いて排気λを変化させた場合、ＨＣに対してＣＯの量が大きく変動する。しかし、ＣＯの熱エネルギーはＨＣの１／４以下であることから、ＤＰＦの温度を大きく上昇させることは困難である。
【００３８】
図１０に示すようにポスト噴射を用いて排気λを変化させた場合、ポスト噴射量に対してＨＣ量は大きく変動するが、ＣＯの変動は小さい。しかし、ポスト噴射だけで排気λを変動させると、ＨＣの量が大幅に上昇してしまい、ＤＰＦや触媒の温度が過度に上昇してしまう恐れがある。
つまり、図１１に示すように同じ排気λであっても、吸気絞りによって積極的にＣＯを排出した場合と、ポスト噴射によってＨＣを出した場合では、触媒、ＤＰＦの温度が大きく異なる（同図ａ〜ｄ）。
【００３９】
ＤＰＦやＮＯｘトラップ触媒の再生においては、目標の排気λは同じでも、目標のベッド温度が異なることから、例えば、ベッド温度が目標に到達している場合は、排気λの調整は吸気絞りで行い、排気λが目標に達していてベッド温度が目標と乖離している場合にはポスト噴射を活用して排気λの変動は抑えてベッド温度の制御を行う必要がある。そこで、吸気絞りやＥＧＲによって出てくるＣＯとポスト噴射によって出てくるＨＣを制御することで目標の排気λとベッド温度を同時に実現可能となる。
【００４０】
そこで、ＤＰＦ温度がＴ１を超えた場合、初回は、Ｓ３３、Ｓ３４へ経て、Ｓ３５へ進み、図１６に示すようにエンジン運転状態（Ｎｅ、Ｑ）により定められる量のポスト噴射を実行し、ＤＰＦに担持させた酸化触媒の酸化反応によってＤＰＦ温度を上昇させる。
その後、Ｓ３３では、ポスト噴射開始又はポスト噴射量変更からの時間ｔpostが所定値ｔst1 を超えたか否かを判定し、ｔpost＞ｔst1 の場合に、Ｓ３４へ進む。ポスト噴射によってＤＰＦの温度を上昇させるが、ＤＰＦには熱慣性があることから、ポスト噴射量の変化に対してＤＰＦ温度が変化するのに時間ｔst1 が必要であることから、本判定を行う。
【００４１】
Ｓ３４では、ＤＰＦ温度が所定の温度Ｔ２（ＤＰＦの再生可能な温度で、例えば６５０℃）を超えたか否かを判定する。
ＤＰＦ温度がＴ２以下の場合、Ｓ３５へ進んで、ポスト噴射量を増量する。
ＤＰＦ温度がＴ２を超えている場合、Ｓ３６へ進んで昇温モードを終了させるため、ｒｅｇ１フラグ＝０とする共に、Ｓ３７へ進んで燃焼モードを開始するため、ｒｅｇ２フラグ＝１とする。
【００４２】
次にＤＰＦ再生時の昇温後の燃焼モードについて説明する。
図３のＳ３７でｒｅｇ２フラグ＝１に設定されると、次回より、図２のフローのＳ６から図４の燃焼モードの制御へ進む。
図４の燃焼モードの制御について説明する。この燃焼モードの制御ではＤＰＦ温度がＰＭ燃焼が可能な温度まで上昇したのに伴いＤＰＦに酸素を供給して再生を行う。
【００４３】
Ｓ４１では、吸気絞り弁の制御により、排気λを図１７に示すようなＰＭ堆積量に応じた目標値に制御する。具体的には、図１４に示すようなエンジン運転状態（Ｎｅ、Ｑ）に応じた目標吸入空気量になるよう吸気絞り弁の開度を制御し、かかる制御の後に、排気λが目標値からずれている場合は、吸気絞り弁の開度を調整して一致させる。尚、ここでは吸気絞り弁で排気λを制御しているが、これに代えてＥＧＲ弁で制御したり、或いは、ＥＧＲ弁を併用して制御するようにしてもよい。
【００４４】
Ｓ４２では、ＤＰＦ温度を所定の温度領域（Ｔ２１〜Ｔ２２）に制御する。上記Ｓ４１で吸気絞り弁を開度を変更するとＤＰＦ温度が目標値（Ｔ２）からずれるが、このずれによってＤＰＦ温度が所定の温度領域から外れた場合に、ポスト噴射量を増減補正して所定の温度領域に戻す。ここで、Ｔ２１はＤＰＦ再生が可能な下限温度として６００℃に、Ｔ２２はＤＰＦが溶損しない上限温度として７００℃に設定される。
【００４５】
Ｓ４３では、Ｓ４１、４２で制御を行った後、ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼除去されるに足る所定時間ｔdpfreg1 経過したか否かを判定する。
所定時間ｔdpfreg1 経過した場合は、ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼除去されたものと見なし、Ｓ４４では、ポスト噴射を止めて、ＤＰＦの加熱を停止する。
Ｓ４５では、燃焼モードが終了したのでｒｅｇ２フラグ＝０にする
Ｓ４６では、燃焼モードは終了したものの、ＰＭの燃え残りがＤＰＦにあった場合に排気λを急に大きくするとＤＰＦでＰＭが一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るためにｒｅｇ３フラグ＝１とする。
【００４６】
次にＤＰＦ再生時の燃焼後の溶損防止モードについて説明する。
図４のＳ４６でｒｅｇ３フラグ＝１に設定されると、次回より、図２のフローのＳ７から図５の溶損防止モードの制御へ進む。
図５の溶損防止モードの制御について説明する。
Ｓ５１では、再生直後もしくは高負荷運転直後なのでＤＰＦ温度が非常に高い状態にあるため、燃え残り若しくは堆積したＰＭが一気に燃えて溶損しないように、吸気絞りとＥＧＲとで排気λを図１７に示す値に制御する。
【００４７】
Ｓ５２では、ＤＰＦ温度がＰＭの酸化が開始する恐れのない温度Ｔ３（＝５００℃）より低いかを判定する。
Ｓ５３では、ＤＰＦの溶損の恐れが無いことから、排気λ制御を中止する。
Ｓ５４では、溶損防止モードが終了したのでｒｅｇ３フラグ＝０にする。
次にＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除時の制御について説明する。
【００４８】
図２のフローのＳ１３での判定で、Ｓ堆積量＞Ｓ１であり、Ｓ被毒解除時期と判定された場合は、Ｓ１４でｒｅｇ４フラグ＝１に設定され、次回より、Ｓ８から図６のＳ被毒解除モードの制御へ進む。
図６のＳ被毒解除モードの制御について説明する。
Ｓ６１では、触媒のＳ堆積量が所定の量に達しているので、吸気絞り弁の制御により、排気λをストイキに制御する。具体的には、図１３に示すストイキ運転のための目標吸入空気量になるように吸気を絞って目標のλ＝１に到達させ、目標のλ＝１と乖離している場合は吸気絞りや更にＥＧＲを用いて排気λを調整する。
【００４９】
また、初回は、Ｓ６２、Ｓ６３を経て、Ｓ６４へ進み、ポスト噴射を行う。
その後、Ｓ６２では、ポスト噴射開始又はポスト噴射量変更からの時間ｔpostが所定値ｔst2 を超えたか否かを判定し、ｔpost＞ｔst2 の場合に、Ｓ６３へ進む。尚、ｔst2 はＮＯｘトラップ触媒の担体の熱容量に合わせて設定される。
Ｓ６３では、触媒温度が所定の温度Ｔ４を超えたか否かを判定する。例えばＢａ系のＮＯｘトラップ触媒を使った場合はリッチ〜ストイキ雰囲気で６００℃以上にする必要があることから、Ｔ４は６００℃以上に設定される。
【００５０】
触媒温度がＴ４以下の場合、Ｓ６４へ進んで、ポスト噴射量を増量する。ポスト噴射量の変更によって排気λが変動するが、Ｓ６１で再度吸入空気量を調整することで目標の排気λと目標のベッド温度を実現可能である。
触媒温度がＴ４を超えている場合、Ｓ６５へ進む。
Ｓ６５では、触媒温度がＴ４を超えている状態で、所定時間ｔdesu1 経過したか、言い換えれば、目標の排気λ、ベッド温度でＳ被毒解除処理が行われたかを判定する。
【００５１】
Ｓ６６では、Ｓ被毒解除が終了したのでストイキ運転を解除する。
Ｓ６７では、Ｓ被毒解除モードが終了したのでｒｅｇ４フラグ＝０にする。
次にＤＰＦの省エネ再生の制御について説明する。
図２のフローのＳ１８、１９での判定で、ＤＰＦ温度＞Ｔ５、ＰＭ堆積量＞ＰＭ２であり、省エネ再生時期と判定された場合は、Ｓ２０でｒｅｇ５フラグ＝１に設定され、次回より、Ｓ９から図７の省エネ再生モードの制御へ進む。
【００５２】
図７の省エネ再生モードの制御について説明する。
Ｓ７１では、吸気絞り弁（或いはＥＧＲ弁）の制御により、排気λを図１７に示すようなＰＭ堆積量に応じた目標値に制御する。
Ｓ７２では、ＤＰＦ温度が燃焼開始温度Ｔ２に達したかを判定する。
Ｓ７３では、ＤＰＦ温度がＴ２より低い場合に、所定量のポスト噴射を実行する
Ｓ７４では、ＤＰＦ温度がＴ２より高い場合に、所定の再生時間ｔdpfreg1 が経過したかを判定し、経過した場合にＳ７５以降へ進む。
【００５３】
Ｓ７５では、ポスト噴射を中止する。
Ｓ７６では、省エネ再生モードが終了したのでｒｅｇ５フラグ＝０にする。
Ｓ７７では、溶損防止モードに移行するのでｒｅｇ３フラグ＝１にする。
次にＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイク制御について説明する。
【００５４】
図２のフローのＳ１５、１６での判定で、ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１、触媒温度＞Ｔlower であり、ＮＯｘ脱離浄化時期と判定された場合は、Ｓ１７でｓｐフラグ＝１に設定され、次回より、Ｓ１０から図８のリッチスパイクモードの制御へ進む。
図８のリッチスパイクモードの制御について説明する。
【００５５】
Ｓ８１では、吸気絞り弁の制御により、図１５に示すエンジン運転状態（Ｎｅ、Ｑ）に応じたリッチスパイク運転のための目標吸入空気量に制御して、リッチスパイクを行う。
Ｓ８２では、リッチスパイク状態で所定の時間ｔsp経過したかを判定する。
Ｓ８３では、所定の時間リッチスパイクを実施したので、リッチ運転を解除する。
【００５６】
Ｓ８４では、リッチスパイクフラグｓｐ＝０にしてリッチスパイクモードを終了させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】 排気浄化制御のフローチャート（その１）
【図３】 排気浄化制御のフローチャート（その２）
【図４】 排気浄化制御のフローチャート（その３）
【図５】 排気浄化制御のフローチャート（その４）
【図６】 排気浄化制御のフローチャート（その５）
【図７】 排気浄化制御のフローチャート（その６）
【図８】 排気浄化制御のフローチャート（その７）
【図９】 吸気絞りにより排気λを変化させた時の排気成分を示す図
【図１０】 ポスト噴射により排気λを変化させた時の排気成分を示す図
【図１１】 吸気絞りとポスト噴射の分担が異なる場合の特性図
【図１２】 ＤＰＦの排圧しきい値を示すマップ
【図１３】 ストイキ運転のための目標吸入空気量を示すマップ
【図１４】 ＤＰＦ溶損防止のための目標吸入空気量を示すマップ
【図１５】 リッチスパイク運転のための目標吸入空気量を示すマップ
【図１６】 昇温のための単位ポスト噴射量を示すマップ
【図１７】 ＰＭ堆積量に対する再生中の目標排気λを示すテーブル
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２ 吸気通路
５ 吸気絞り弁
９ 燃料噴射弁
１０ 排気通路
１２ ＥＧＲ弁
１３ 酸化機能付きＮＯｘトラップ触媒
１４ 三元機能付きＤＰＦ
２０ コントロールユニット
Claims (8)
- 機関の排気通路中に配設され、流入する排気成分を酸化する機能を有する排気浄化手段と、
前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率を変更可能で、この変更に伴って生じる前記排気浄化手段の温度変化幅が大きい第１の排気制御手段と、
機関が吸入する空気の量を変更する吸気絞り弁を含んで構成され、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率を変更可能で、この変更に伴って生じる前記排気浄化手段の温度変化幅が小さい第２の排気制御手段と、
前記排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき前記第１の排気制御手段を選択し、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率を目標の空気過剰率に一致させるとき前記第２の排気制御手段を選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 機関の排気通路中に配設され、流入する排気成分を酸化する機能を有する排気浄化手段と、
前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率を変更可能で、この変更に伴って生じる前記排気浄化手段の温度変化幅が大きい第１の排気制御手段と、
機関の排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲガスの量を変更するＥＧＲ弁を含んで構成され、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率を変更可能で、この変更に伴って生じる前記排気浄化手段の温度変化幅が小さい第２の排気制御手段と、
前記排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき前記第１の排気制御手段を選択し、前記排気浄化手段に流入する排気の空気過剰率を目標の空気過剰率に一致させるとき前記第２の排気制御手段を選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記第１の排気制御手段が選択されたときは前記排気浄化手段に流入する排気中のＨＣ量が主に変更され、前記第２の排気制御手段が選択されたときは前記排気浄化手段に流入する排気中のＣＯ量が主に変更されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記第１の排気制御手段は、排気中に燃料を供給可能な燃料供給手段を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記選択手段は、前記排気浄化手段の温度を目標の温度に一致させるとき、前記排気浄化手段のＨＣ酸化機能が活性化するまでの間は、前記第２の排気制御手段を選択することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記選択手段は、前記排気浄化手段の再生に先立つ昇温時に前記第１の排気制御手段を優先的に選択し、昇温後の再生時に前記第２の排気制御手段を優先的に選択することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記選択手段は、前記排気浄化手段の硫黄被毒を解除する際には、前記第２の排気制御手段を優先的に選択することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気浄化手段が排気中のパティキュレートを捕集するフィルタとしての機能と、触媒としての機能とを有し、前記フィルタの再生要求と前記触媒の再生要求とが同時になされた場合は、前記フィルタの再生を優先的に行うことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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