JP3885604B2

JP3885604B2 - 排気浄化装置

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Publication number: JP3885604B2
Application number: JP2002036706A
Authority: JP
Inventors: 宗広田畑
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JP2003239724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばディーゼルエンジンの排気パティキュレートを処理する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排気パティキュレートを処理するために、排気系にパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートの捕集量が一定値に達すると排気温度を上昇させてパティキュレートを燃焼処理し、フィルタの再生を行うことが知られている。
【０００３】
一方、このようなパティキュレートフィルタを備えたディーゼルエンジンを前提に、イグニッションスイッチがＯＦＦされた時点で、前記フィルタに担持している触媒の温度が所定の温度以上であることが検出されたとき、吸気絞り弁を閉じて燃料を供給し続けることが特開平１０−５４２６８号公報によって提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィルタの再生処理のため通常の噴射の後に膨張行程での２度目の噴射であるポスト噴射を行う場合に、再生処理の途中でイグニッションキースイッチがＯＦＦとされエンジン停止したとき、フィルタの温度がフィルタの使用温度の上限値を超えて急上昇し、これによってフィルタに担持している触媒が熱劣化したり、触媒を担持している担体が多孔質セラミックである場合には熱応力の影響でフィルタの耐久性が低下することがわかった。
【０００５】
これについてさらに図３のモデル図を用いて説明すると、図３は運転条件（回転速度、燃料噴射量）が中負荷域を中心とするポスト噴射域にあってポスト噴射を行っての再生処理が行われている途中でアクセルペダルが初期位置まで戻され、その直後にイグニッションスイッチがＯＮからＯＦＦへと切り換えられたときを想定している。
【０００６】
まず前提としてフィルタの再生処理がｔ１で開始されるとポスト噴射による未燃燃料がフィルタに担持している触媒上で反応することでフィルタ温度がＴａからＴｂへと上昇し、フィルタに堆積しているパティキュレートが燃焼するのに十分な温度を得ることができ、パティキュレートが燃焼する。
【０００７】
続いて運転者がｔ２よりアクセルペダルを初期位置まで戻すと、エンジン回転速度Ｎｅが低下しｔ３でアイドル状態となる。ｔ２からｔ３までの回転速度の落差分だけ排気流量が減るため、フィルタ温度はＴｂより一段と高いＴｃへと上昇する。
【０００８】
この場合に、アイドル運転を継続すればフィルタ温度がＴｃ以上に上昇することはないのであるが、パティキュレートの燃焼が完了していない時点、例えばｔ４で運転者がイグニッションキースイッチをＯＮからＯＦＦにしたとき、その直後に燃料供給を停止してエンジンを停止させても（第３段目の破線参照）、燃焼の完了していないパティキュレートはフィルタ上流の排気通路内に残っている空気中の酸素を用いて燃焼を継続する。
【０００９】
このとき、エンジン停止により排気がフィルタを通過して流れることがなく、従ってパティキュレートの燃焼した熱がフィルタの下流へと逃されることがないので、フィルタの温度が破線で示したようにフィルタの上限温度Ｔｌｍｔを大きく超えて急上昇し、たとえば１０００℃といった高温にもなる。このように急激な温度変化があると、フィルタに担持している触媒が熱劣化したり多孔質セラミックで構成される担体に熱応力が作用するなどしてフィルタの耐久性が損なわれるのである。
【００１０】
そこで本発明は、エンジンの停止操作時にフィルタの再生処理中であるかどうかを判定し、フィルタの再生処理中であるときには再生処理を中断し、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限した状態で所定の期間、燃料の供給を継続することにより、フィルタに担持している触媒の熱劣化や多孔質セラミックで構成される担体への熱応力の作用を防止してフィルタの耐久性を向上させることを目的とする。
【００１１】
一方、上記の従来装置でもイグニッションスイッチのＯＦＦ時に吸気絞り弁を閉じて燃料を供給し続けるため、その点本発明の構成と類似する。
【００１２】
しかしながら、従来装置は、フィルタを昇温させてもフィルタに堆積したままでパティキュレートのようには除去できないオイルアッシュ（主にエンジンオイルに起因する）を対象とし、このオイルアッシュを分解除去するためには
（１）還元処理を長い時間継続する（分解の促進）、
（２）還元処理後には排気を流さない、
という条件をみたすことが効果的であることに着目して、フィルタに担持している触媒の温度が所定の温度以上であるとき吸気絞りと燃料供給とでフィルタを還元雰囲気とするものである。具体的には、イグニッションキースイッチがＯＦＦにされると、吸気絞り弁を閉じると同時に燃料の供給を停止する。次いで、エンジン回転速度が所定回転速度Ｓ１まで低下すると、燃料の噴射を再開し、燃料噴射をその後にエンジン回転速度数がＳ１よりも小さな所定回転速度Ｓ２に低下するまで継続する。すなわち、従来装置は、イグニッションキースイッチのＯＦＦ時に再生処理中かどうかを判断するものではなく、また、パティキュレートの燃焼の影響を受けてフィルタが過度に高温とならないようにすることを防止する本願発明とは解決課題も異なり、前記所定の温度はフィルタに担持されている触媒が活性状態にあることをみる温度であって、本願発明でいうパティキュレートが燃焼する温度（再生温度）とは全く異なっている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置において、フィルタの再生時期になると排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行う再生処理手段と、エンジンの停止操作時にフィルタの再生処理中であるかどうかを判定する判定手段と、この判定結果よりエンジンの停止操作時にフィルタの再生処理中であるときフィルタの再生処理を中断し、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限した状態で所定の期間、アイドリング運転を行い得る燃料の供給を継続する運転継続手段とを備える。
【００１４】
請求項１５に記載の発明は、排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置において、フィルタの再生時期になると排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行う再生処理手段と、アイドル時にフィルタの再生処理中であるかどうかを判定する判定手段と、この判定結果よりアイドル時にフィルタの再生処理中であるときフィルタの再生処理を中断し、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限した状態を所定の期間、継続する運転継続手段とを備え、前記フィルタの再生処理を中断した後にフィルタ温度が上昇して所定温度を超えたときには、吸気絞り弁の開度を最大開度より最小開度まで小さくし、フィルタ温度が上昇から下降に反転し前記所定温度以下に収まった以降は吸気絞り弁の開度を前記最小開度に維持し、かつフィルタの上流と下流の温度差が所定温度差以下となったときに吸気絞り弁の開度を前記最大開度へと戻す。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、再生処理中にエンジン停止操作が入ったとき即座にフィルタの再生処理を中断するもののエンジンを停止することはせず、燃料の供給を継続（運転継続）することで、フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼する熱がフィルタを通過する排気により滞留することなくフィルタ下流へと逃されると共に、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限することで、パティキュレートの燃焼そのものが抑制され、これによってフィルタの急激な温度上昇を防止することができる。このため、フィルタに触媒を担持するタイプでは触媒の熱劣化を防止し、またフィルタ担体を多孔質セラミックで構成するタイプでは担体への熱応力の作用を防止し、これによってフィルタの耐久性を向上させることができる。
【００１６】
請求項１５に記載の発明によれば、アイドル時にフィルタの再生処理中であることを判定したときには、フィルタの再生処理を中断し、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限した状態を所定の期間、継続するようにしたので、パティキュレートの燃焼する熱のほうが、アイドル時の排気流量よりも相対的にずっと大きくなり、パティキュレートの燃焼する熱を十分にフィルタ下流に逃すことができない事態が生じ得ることがあっても、パティキュレートの燃焼そのものが抑制され、これによってフィルタの急激な温度上昇を防止することができる。このため、フィルタに触媒を担持するタイプでは触媒の熱劣化を防止し、またフィルタ担体を多孔質セラミックで構成するタイプでは担体への熱応力の作用を防止し、これによってフィルタの耐久性を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
まず、図１において、１はディーゼルエンジンで、２は吸気通路、３は排気通路を示す。排気通路３には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ４が設置される。フィルタ４のパティキュレートの捕集量が所定値に達すると、排気温度を上昇させてパティキュレートを燃焼除去する。
【００１９】
詳細には、パティキュレートは黒鉛（煤、ドライスート）と可溶性有機物質（ＳＯＦ）などからなる複合体であり、その大部分は黒鉛である。ここでのフィルタ４は多孔質セラミックから構成される担体に触媒を担持させており、通常の排気温度でＳＯＦや未燃燃料（ＨＣ）、不完全燃焼物（ＣＯ）はこの触媒の効果によりＣＯ₂、Ｈ₂Ｏへと浄化される。従ってフィルタの再生処理のためパティキュレートを燃焼させるという場合のパティキュレートはこの黒鉛である。
【００２０】
フィルタ４の圧力損失（フィルタ４の上流と下流の圧力差）を検出するために、フィルタ４をバイパスする差圧検出通路に差圧センサ１２が設けられる。
【００２１】
この差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失は、クランク角センサ１３からのエンジン回転速度、アクセルセンサ１４からのアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）、エアフローメータ１５からの吸入空気流量と共にコントローラ１１に送られ、主にマイクロプロセッサで構成されるコントローラ１１では、これらに基づいて次のようにフィルタ４の再生処理を行う。
【００２２】
すなわち、再生処理前には差圧センサ１２により検出した圧力損失ΔＰと再生開始判定値とを比較して再生開始時期になったかどうかを判定し、再生開始時期になったとき排気温度を上昇させてのフィルタ４の再生処理を開始し、その後に差圧センサ１２により検出した圧力損失ΔＰと再生終了判定値とを比較して再生終了時期になったかどうかを判定し、再生終了時期時期になったとき再生処理を終了する。
【００２３】
フィルタ４の再生処理は基本的には排気温度を目標温度（パティキュレートが燃焼するに最適な温度のこと）にまで上昇させる処理である。この場合、排気温度はエンジンの負荷と回転速度により異なるので、図２に示したように全運転領域を大きく４つに区分けし、区分けした各運転領域での排気温度に応じて次のように再生処理を行う。
【００２４】
領域Ｒ１：全負荷付近の領域であり、この領域では排気温度が目標温度となり、再生処理を行わせなくても自然にパティキュレートが燃焼して再生が行われるため、再生処理は行わない。
【００２５】
領域Ｒ２：領域Ｒ１より低負荷側である領域Ｒ２〜Ｒ４では排気温度が目標温度とならないため強制的に再生処理を行う必要がある。このため領域Ｒ２ではまず燃料噴射装置（例えばサプライポンプ６、コモンレール７、インジェクタ８からなるコモンレール式噴射装置）から噴射される燃料の噴射時期（メイン噴射時期）を通常（再生処理前）よりも遅らせることによって再生処理を行う。メイン噴射時期の遅角によって排気温度は目標温度へと上昇する。
【００２６】
領域Ｒ３：メイン噴射時期の遅角によっては排気温度を目標温度にできない領域であり、メイン噴射時期の遅角に代わってポスト噴射（メイン噴射後にさらに膨張行程で噴射すること）を行うことによって再生処理を行う。この膨張行程でのポスト噴射により排気温度は目標温度へと上昇する。
【００２７】
領域Ｒ４：排気温度がもともと低い低負荷域であり、この領域では上記いずれの方法によっても排気温度を目標温度へと上昇させることができないので、再生処理は行わない。
【００２８】
このように領域Ｒ３においてポスト噴射を行うことにより再生処理を行うものを前提として、本発明では、ポスト噴射を行っての再生処理の途中でイグニッションキースイッチ１８（図３参照）からの信号がＯＮからＯＦＦへと切換えられたとき、すぐに燃料供給を停止してエンジンを停止させるのではなく、フィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼熱がフィルタ４に滞留することなくフィルタ４の下流へと逃されるようにアイドル噴射量を供給してアイドル運転を継続すると共に、吸気通路２に設けた吸気絞り弁９を駆動してシリンダ内に流入する酸素量（排気中の酸素量）を減らしてフィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼そのものを抑制する。
【００２９】
ここで、このパティキュレートの燃焼制御をさらに図３のモデル図を用いて説明する。
【００３０】
図３は運転条件（エンジン回転速度、燃料噴射量）がポスト噴射域にあってポスト噴射を行っての再生処理が行われている途中でアクセルペダルが初期位置まで戻され、その直後にイグニッションスイッチがＯＮからＯＦＦへと切り換えられたときを想定している。
【００３１】
まず前提として再生処理がｔ１で開始されるとポスト噴射による未燃燃料（ＨＣ）がフィルタ４に担持されている触媒上で反応することでフィルタ温度がＴａからＴｂへと上昇し、パティキュレートが燃焼するに十分な温度を得ることができ、パティキュレートが燃焼する。
【００３２】
続いて運転者がｔ２のタイミングでアクセルペダルを初期位置まで戻すと、エンジン回転速度Ｎｅが低下してｔ３でアイドル状態となり、ｔ２からｔ３までの回転速度の落差分だけ排気流量が減るため、フィルタ４の温度はＴｂより一段と高いＴｃへと上昇する。
【００３３】
この場合に、アイドル運転を継続すればフィルタ４の温度がＴｃ以上に上昇することはないのであるが、フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼が完了していない時点、例えばｔ４で運転者がイグニッションキースイッチをＯＮからＯＦＦにしたとき、すぐに燃料供給を停止してエンジン停止させても、フィルタ４上流の排気通路３に残っている空気中の酸素を用いて、フィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼が継続する。
【００３４】
このとき、エンジン停止により排気がフィルタを経過して流れることがなく、従ってフィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼熱がフィルタ４の下流へと逃されることがないので、フィルタ４の温度が破線で示したようにフィルタ４の上限温度Ｔｌｍｔを大きく超えて急上昇し、たとえば１０００℃といった高温にもなり、フィルタ４の耐久性が損なわれる。
【００３５】
このとき、本発明では次の手順で吸気絞り弁９の開度と燃料供給を制御する。
【００３６】
▲１▼ｔ４のタイミングでイグニッションスイッチ１８からの信号がＯＮからＯＦＦへと切り換えられたとき、再生処理を中断し、フィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼熱がフィルタ４の下流へと流れ去るようにアイドル噴射量をインジェクタ８より供給してアイドル運転を継続する。
【００３７】
▲２▼フィルタ４の温度を検出してこれがフィルタ４の上限温度Ｔｌｍを超えることがないかどうかをモニターする。すなわち、検出したフィルタの温度とフィルタ４の上限温度Ｔｌｍｔとを比較し、フィルタ４の温度が例えばｔ５のタイミングでフィルタ４の上限温度Ｔｌｍｔを超えたときにはそのタイミングより吸気絞り弁９の開度を小さくして排気中の酸素量を減らす。ディーゼル燃焼はもともとリーン雰囲気での燃焼であり、特に低負荷時には燃焼に利用されないで排気通路３に排出される酸素量が多いのであるが、アイドル運転状態で吸気絞り弁９により吸気を絞ることで、燃焼に利用されないで排気通路３に排出される酸素量を減らすことができ、これによりフィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼そのものが緩慢となり、フィルタ４の温度が低下してゆく。
【００３８】
▲３▼この結果、フィルタ４の温度がピークをとったあと反転しｔ６のタイミングでフィルタ４の上限温度Ｔｌｍｔ以下に収まったとすれば、それ以降はフィルタ４の上流と下流の温度差ΔＴをモニターしてその下限値Ｔ０と比較し、温度差ΔＴが下限値Ｔ０より大きいときには吸気絞り弁９の開度をそのまま維持しかつ燃料の供給を継続する。
【００３９】
この温度差ΔＴはフィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼状態を表し、ΔＴの値が大きいときにはパティキュレートの燃焼が盛んであることを、この逆にパティキュレートの燃焼が完了に近づいてくるとΔＴの値が小さくなってくる。従って、▲３▼の手順は、フィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼が完了し、従って吸気絞り弁９を再び開いてもパティキュレートが燃え上がることはない温度差の下限値をＴ０として定めておき、実際の温度差ΔＴがこの下限値Ｔ０より大きいときには吸気絞り弁９を再び開くのを待ってパティキュレートの燃焼が完了するのを待つようにしたものである。
【００４０】
▲４▼温度差ΔＴが例えばｔ７でＴ０以下となれば、フィルタ４に堆積しているパテキュレートの燃焼が完了し、従って吸気絞り弁９を再び開いてもパティキュレートが燃え上がることはないので、吸気絞り弁９を再び開いて全開位置へと戻し、次にはフィルタ４の温度とフィルタ４の再生終了温度Ｔｅを比較する。
【００４１】
▲５▼フィルタ４の温度がフィルタ４の再生終了温度Ｔｅより大きいときにはそのまま待ち、フィルタ４の温度が例えばｔ８でＴｅ以下となれば、フィルタ４の再生終了と判断し、燃料供給を停止してエンジンを停止する。
【００４２】
次に、コントローラ１１により行われるこれらの制御内容を以下のフローチャートに従って説明する。
【００４３】
図４のフローチャートは再生処理フラグを設定するためのもので、所定の時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行する。
【００４４】
ステップ１ではフィルタ４の圧力損失ΔＰを差圧センサ１２の出力から読み込む。
【００４５】
ステップ２では再生処理フラグをみる。この再生処理フラグは後述する再生処理条件が成立したとき１となるフラグであり、エンジン始動時にはゼロに初期設定されている。従って、再生処理条件の成立する前はステップ３に進み、再生開始判定値ΔＰｓを演算する。
【００４６】
このΔＰｓの演算については例えばエンジン回転速度と負荷に基づいて所定のマップを検索することにより排気流量を演算し、この排気流量から所定のテーブルを検索することにより再生開始時の圧力損失である再生開始判定基本値ΔＰｓを演算すればよい。ここで、再生開始時のフィルタの圧力損失は高く、パティキュレート燃焼後の再生終了時のフィルタ４の圧力損失は低下する。再生開始判定値と後述する再生終了判定値は排気流量が増加するほど高く（大きく）なる。
【００４７】
ステップ４、５で再生処理条件をみる。再生処理条件の成立は、フィルタ４の圧力損失ΔＰが再生開始判定値ΔＰｓを超えかつエンジンの回転速度とメイン噴射量Ｑｆ１（図７のステップ３４参照）により定まる運転条件がポスト噴射域にあることである。このため圧力損失ΔＰが再生開始判定値ΔＰｓ以下のときやエンジンの運転条件がポスト噴射域にないときにはステップ７に進み再生処理フラグ＝０として今回の処理を終了する。
【００４８】
圧力損失ΔＰが再生開始判定値ΔＰｓを超えかつエンジンの運転条件がポスト噴射域にあるときにはステップ６に進み、再生処理フラグ＝１とする。この再生処理フラグ＝１を受けて図示しないフローでは再生処理が実行される。
【００４９】
再生処理では、インジェクタ８から噴射される燃料の噴射時期を相対的に遅角したり、ポスト噴射することで、エンジン燃焼を正規の状態から遅らせて排気温度を上昇させるのであり、これによりフィルタ４に捕集されているパティキュレートを燃焼させる。
【００５０】
再生処理フラグ＝１を受けて次回よりはステップ２よりステップ８に進み、イグニッションスイッチ１８からの信号をみる。
【００５１】
イグニッションスイッチ１８からの信号がＯＮ状態にあるときは従来と同様である。すなわち、ステップ９に進み再生終了判定値ΔＰｅを演算する。このΔＰｅの演算についてはΔＰｓの演算と同様である。すなわち、エンジン回転速度とメイン噴射量Ｑｆ１に基づいて排気流量を演算し、この排気流量から所定のテーブルを検索することにより、再生終了時の圧力損失である再生終了判定値ΔＰｅを演算する。
【００５２】
ステップ１０では圧力損失ΔＰとこの再生終了判定値ΔＰｅを比較する。圧力損失ΔＰが再生終了判定値ΔＰｅ以上であれば、再生処理を継続するためステップ６の操作を実行する。
【００５３】
一方、圧力損失ΔＰが再生終了判定値ΔＰｅを下回ると再生終了タイミングになったと判断し、ステップ１１に進んで今回の再生処理を終了し次回の再生処理に備えるため再生処理フラグ＝０とする。
【００５４】
ステップ８でイグニッションスイッチ１８からの信号がＯＦＦ状態になっているときには、ステップ１２に進みエンジン停止要求フラグ（ゼロに初期設定）＝１とした後、ステップ１１の操作を実行する。
【００５５】
ここで、エンジン停止要求フラグは、エンジン停止要求フラグ＝１のとき再生処理中にエンジン停止の要求があったことを表すフラグである。
【００５６】
図５はポスト噴射量を演算するためのもので、クランク角の基準位置信号（図ではＲｅｆ．で略記）の入力毎に実行する。
【００５７】
ステップ２１、２２で再生処理フラグと運転域をみる。再生処理フラグ＝０であるとき、あるいは再生処理フラグ＝１であってもポスト噴射域にないときにはポスト噴射を行う必要がないので、ステップ２５に進んでポスト噴射量ＱＰ＝０とする。
【００５８】
再生処理フラグ＝１かつポスト噴射域にあるときには再生処理のためのポスト噴射を行う必要があるため、ステップ２３以降に進んでポスト噴射量を演算する。
【００５９】
ステップ２３ではエンジン回転速度Ｎｅ、メイン噴射量Ｑｆ１を読み込む。ここで、メイン噴射量Ｑｆ１は後述するようにアクセル開度とエンジン回転速度に応じて定まる基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖに各種の補正を施して得た燃料噴射量である（図７のステップ３４参照）。
【００６０】
ステップ２４ではエンジン回転速度Ｎｅとメイン噴射量Ｑｆ１とから図６を内容とするマップを検索することによりポスト噴射量ＱＰを演算する。ポスト噴射量は、運転条件（Ｎｅ、Ｑｆ１）に応じて変化する排気温度に対応させており、排気温度が低くなる低負荷ほど大きくなる。これは、排気温度が低くなる低負荷ほど目標温度との差が大きくなるので、その分ポスト噴射量を大きくする必要があるからである。最適値は最終的にはマッチングにより定める。
【００６１】
図７はメイン噴射量を演算するためのもので、クランク角の基準位置信号（図ではＲｅｆ．で略記）の入力毎に実行する。
【００６２】
ステップ３１でエンジン停止要求フラグをみる。エンジン停止要求フラグ＝０のときはステップ３２〜３５で従来と同様にしてメイン噴射量を演算する。すなわち、ステップ３２でエンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度ＣＬを読み込み、ステップ３３でＮｅとＣＬから図８を内容とするマップを検索することにより基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖを演算する。ステップ３４ではこの基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖに対してエンジン冷却水温等に基づいて各種の補正を行い、この補正後の値をメイン噴射量Ｑｆ１とする。
【００６３】
ステップ３５ではこのようにして演算したメイン噴射量Ｑｆ１と最大噴射量Ｑｆ１ｍａｘを比較し、Ｑｆ１がＱｆ１ｍａｘを超えるときには最大噴射量Ｑｆ１ｍａｘをメイン噴射量Ｑｆとして設定する。これに対して、Ｑｆ１がＱｆ１ｍａｘ以下のときにはＱｆ１をそのままメイン噴射量Ｑｆとして設定する。なお、最大噴射量Ｑｆ１ｍａｘは図９に示したようにエアフロメータ出力より演算されるシリンダ吸入空気量Ｑａｃとエンジン回転速度Ｎｅに応じて設定されている。
【００６４】
一方、エンジン停止要求フラグ＝１であるときにはステップ３６に進んで温度センサ１６からのフィルタ上流温度Ｔ１を読み込む。この温度Ｔ１はフィルタ温度の代用である。従ってフィルタ４内部に温度センサを設けるようにしてもかまわない。
【００６５】
ステップ３７ではフィルタ温度としてのＴ１と再生終了温度Ｔｅを比較する。再生処理の途中でイグニッションスイッチ１８がＯＮ位置からＯＦＦ位置に切換えられてエンジン停止要求フラグ＝１となった当初はフィルタ温度としてのＴ１がこの再生終了温度Ｔｅより高いのでステップ３８に進み、アイドル噴射量をメイン噴射量Ｑｆ１として設定すると共に、ステップ３９で酸素制限フラグ（ゼロに初期設定）＝１とした後、ステップ３５の操作を実行する。上記のアイドル噴射量は、例えばエンジン回転速度Ｎｅに応じて予め割り付けておく。
【００６６】
つまり、再生処理の途中でイグニッションスイッチ１８がＯＮ位置からＯＦＦ位置に切換えられたときには、すぐに燃料供給を停止するのではなく、アイドル運転を継続させる。そして、アイドル運転を行いながら酸素制限フラグによりフィルタ温度が昇温しすぎないように排気中の酸素量の制限を指示する。すなわち、酸素制限フラグは、酸素制限フラグ＝１であるときフィルタ温度が昇温しすぎないように排気中の酸素量の制限を指示するフラグで、後述するようにこのフラグの指示により吸気絞り弁９が閉じられると、フィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼そのものが抑制されてフィルタ温度がピークを採った後反転して低下していく。その結果、フィルタ温度としてのＴ１が再生終了温度Ｔｅ以下になるとフィルタ４の再生を終了するタイミングになったと判断し、燃料供給を停止するためステップ３７よりステップ４０に進んでメイン噴射量Ｑｆ＝０とする。ステップ４１、４２では次回の運転時に備えるため酸素制限フラグ＝０、エンジン停止要求フラグ＝０としておく。
【００６７】
そして、上記のように演算されたポスト噴射量、メイン噴射量に基づいてフィルタ４の再生処理の開始前には圧縮行程から膨張行程にかけての所定の時期にインジェクタ８が開かれてメイン噴射のみが行われ、ポスト噴射域での再生処理中になると、膨張行程でもう一度インジェクタ８が開かれてポスト噴射が行われる。また、メイン噴射量Ｑｆ１は図４、図５のフローにおいて用いられる。
【００６８】
図１０は吸気絞り弁９の目標開度を演算するためのもので、所定の時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行する。
【００６９】
ステップ５１では酸素制限フラグをみる。酸素制限フラグ＝０のときはエンジンの停止操作時に排気中の酸素制限を行う必要がないのでステップ６３に進み吸気絞り弁９の最大開度ＴＶＯｍａｘを吸気絞り弁９の目標開度ｔＴＶＯとする。吸気絞り弁９の最大開度ＴＶＯｍａｘは吸気絞り弁９の全開位置に相当する値である。
【００７０】
酸素制限フラグ＝１のときはエンジンの停止操作時に排気中の酸素量の制限を行うためステップ５２以降に進む。ステップ５２では温度センサ１６、１７により検出されるフィルタ４の上流温度Ｔ１と下流温度Ｔ２を読み込み、ステップ５３でフィルタ４の上流と下流の温度差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）を算出する。
【００７１】
ステップ５４ではフィルタ温度としてのＴ１とフィルタの上限温度Ｔｌｍｔを比較する。ここで、フィルタ４の上限温度Ｔｌｍｔはフィルタ４が使用される温度として許される上限の温度のことで、例えば６００℃程度を設定する。この値は車種により変化し得る。
【００７２】
フィルタ温度としてのＴ１がフィルタ４の上限温度Ｔｌｍｔを超えているときにはフィルタ４に担持している触媒が熱劣化したり多孔質セラミックからなるフィルタ担体に熱応力が作用するなどフィルタ４の耐久性に問題が出てくるので、ステップ５５〜５７で吸気絞り弁９の開度を減少させることにより、フィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼そのものを抑制してフィルタ温度がフィルタの上限温度Ｔｌｍｔ以下となるようにする。すなわち、ステップ５５では吸気絞り弁９の目標開度ｔＴＶＯを、
ｔＴＶＯ＝ｔＴＶＯｚ−ΔＴＶＯ１…（１）、
ただし、ｔＴＶＯｚ：ｔＴＶＯの前回値、
ΔＴＶＯ１：一定値、
の式により算出する。
【００７３】
（１）式のΔＴＶＯ１は吸気絞り弁９の演算周期当たりの開度減少量、またｔＴＶＯの前回値であるｔＴＶＯｚの初期値は吸気絞り弁９の全開位置に相当する値である。つまり、（１）式は吸気絞り弁９の目標開度を吸気絞り弁９の全開位置に相当する値から演算周期当たりΔＴＶＯ１ずつ減少していく式である。
【００７４】
ステップ５６、５７は吸気絞り弁９の目標開度ｔＴＶＯに対してリミッタ処理を行う部分で、ｔＴＶＯと吸気絞り弁９の最小開度ＴＶＯｍｉｎを比較し、ｔＴＶＯが最小開度ＴＶＯｍｉｎ以下となればｔＴＶＯを最小開度ＴＶＯｍｉｎに制限する。吸気絞り弁９の最小開度ＴＶＯｍｉｎは吸気絞り弁９の全閉位置に相当する値である。
【００７５】
フィルタ４の再生処理によりパティキュレートが燃焼している途中でエンジン停止要求があったときには前述のようにアイドル噴射量を供給してのアイドル運転に切換えるのであるが、このとき上記（１）式により吸気絞り弁９を全開位置より徐々に閉じてゆくと、シリンダ内でのディーゼル燃焼に利用されずに排気通路３へと排出される空気量（酸素量）が減少するためパティキュレートの燃焼そのものが緩慢となってフィルタ温度がピークを採った後反転して低下してゆく。
【００７６】
このため、（１）式の吸気絞り弁９の目標開度の減少を続ければやがてフィルタ温度がフィルタ４の限界温度Ｔｌｍｔにまで低下する。このときにはステップ５４よりステップ５８に進みフィルタ４の上流と下流の温度差ΔＴとフィルタ４の上流と下流の温度差の下限値Ｔ０を比較する。この温度差ΔＴは、フィルタ４の再生処理中のパティキュレートの燃焼状態を表し、ΔＴの値が大きいときにはパティキュレートの燃焼が盛んであることを、この逆にパティキュレートの燃焼が活発でなくなるとΔＴの値が小さくなってくる。従って、フィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼が完了する温度差の下限値をＴ０として定めておけば、ΔＴとＴ０との比較によりパティキュレートの燃焼が完了したかどうか、つまり吸気絞り弁９を元の全開位置に戻すことができるかどうかを判断できる。すなわち、ΔＴがＴ０より大きいときにはまだパティキュレートの燃焼が完了していないと判断してステップ５９に進み、吸気絞り弁９の目標開度ｔＴＶＯをフィルタ温度としてのＴ１がフィルタ４の下限温度Ｔｌｍｔ以下に収まったときの値を維持する（目標開度の前回値であるｔＴＶＯｚを今回の目標開度であるｔＴＶＯとする）。
【００７７】
時間が経過してΔＴが下限値Ｔ０以下となれば、パティキュレートの燃焼が完了したと判断し、ステップ５８よりステップ６０に進み吸気絞り弁９を再び開くため吸気絞り弁９の目標開度ｔＴＶＯを、
ｔＴＶＯ＝ｔＴＶＯｚ＋ΔＴＶＯ１…（２）、
ただし、ｔＴＶＯｚ：ｔＴＶＯの前回値、
ΔＴＶＯ２：一定値、
の式により算出する。
【００７８】
（２）式のΔＴＶＯ２は吸気絞り弁９の演算周期当たりの開度増加量である。つまり、（２）式は吸気絞り弁９の開度を、フィルタ温度としてのＴ１がフィルタ４の上限温度Ｔｌｍｔ以下に収まったタイミングでの値から演算周期当たりΔＴＶＯ２ずつ増加していく式である。
【００７９】
ステップ６１、６２は吸気絞り弁９の目標開度ｔＴＶＯに対してリミッタ処理を行う部分で、ｔＴＶＯと吸気絞り弁９の最大開度ＴＶＯｍａｘを比較し、ｔＴＶＯが最大開度ＴＶＯｍａｘ以上となればｔＴＶＯをＴＶＯｍａｘに制限する。
【００８０】
このようにして演算された吸気絞り弁９の目標開度ｔＴＶＯは、ダイヤフラムアクチュエータ１０ａへの制御圧力を調整するバルブ１０ｂへの指令値に変換されて出力され、ダイヤフラムアクチュエータ１０ａにより目標開度ｔＴＶＯとなるように吸気絞り弁９が駆動される。
【００８１】
ここで、本実施形態の作用を図３のモデル図を参照しながら説明する。
【００８２】
ｔ４のタイミングでイグニッションスイッチ１８がＯＮからＯＦＦへと切り換えられたとき、フィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼熱がフィルタ４の下流へと逃されるようにアイドル噴射量がインジェクタ８より供給されアイドル運転が継続される。
【００８３】
この状態でフィルタ温度としてのＴ１とフィルタ上限温度Ｔｌｍｔとが比較され、フィルタ温度がｔ５のタイミングでフィルタ上限温度Ｔｌｍｔを超えたときにはそのタイミングより吸気絞り弁９の開度が全開位置より小さくされ、排気中の酸素量が減らされると、パティキュレートの燃焼が緩慢となり、フィルタ温度はピークを採ったあと反転して低下してゆく。この結果、フィルタ温度がｔ６のタイミングでフィルタ上限温度Ｔｌｍｔ以下に収まる。
【００８４】
これ以降は吸気絞り弁９の開度を現状に維持したままフィルタ４の上流と下流の温度差ΔＴと下限値Ｔ０とが比較され、ΔＴが下限値Ｔ０より大きいときにはフィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼がまだ完了していないと判断されそのままの状態が継続される。
【００８５】
ΔＴがｔ７で下限値Ｔ０以下となれば、パティキュレートの燃焼が完了し、従って吸気絞り弁９を再び開いてもパティキュレートが燃え上がってしまうことはないと判断され吸気絞り弁９が再び全開位置へと戻される。
【００８６】
次にはフィルタ温度としてのＴ１と再生終了温度Ｔｅとが比較され、フィルタ温度がＴｅより大きいときにはそのまま待ち、フィルタ温度がｔ８でＴｅ以下となればフィルタ４の再生が終了したと判断され、燃料供給が停止されエンジンが停止される。
【００８７】
このように第１実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、フィルタ４の再生処理中にエンジン停止操作が入ったとき即座にフィルタ４の再生処理を中断するもののエンジンを停止せず、燃料の供給を継続（運転継続）することで、フィルタ４に堆積しているパティキュレートの燃焼熱がフィルタ４を通過する排気により滞留することなくフィルタ４の下流へと逃されると共に、フィルタ４に供給される排気中の酸素量を制限することで、パティキュレートの燃焼そのものが抑制され、これによってフィルタ４の急激な温度上昇を防止することができる。このため、フィルタ４に触媒を担持するタイプでは触媒の熱劣化を防止し、またフィルタ担体を多孔質セラミックで構成するタイプでは担体への熱応力の作用を防止し、これによってフィルタ４の耐久性を向上させることができる。
【００８８】
また、フィルタに供給される排気中の酸素量を単に制限しただけで、パティキュレートの燃焼が完了したかどうかを確認することなく、フィルタ４に供給される酸素量を制限しない状態へと戻してエンジン停止したのでは、パティキュレートの燃焼が完了していない場合にエンジン停止後にフィルタ４に酸素が流入して再びパティキュレートが燃焼することが考えられるのであるが、フィルタ前後の温度差ΔＴに基づいてパティキュレートの燃焼が完了したことを確認した後にフィルタ４に供給される酸素量を制限しない状態へと戻すようにしたので、フィルタ４にとって安全な温度域でパティキュレートを燃焼処理することができ、同時にフィルタ４の再生も可能となっている。
【００８９】
次に、図１１は第２実施形態の制御内容を説明するモデル図である。
【００９０】
図１１は運転条件がポスト噴射域にあってポスト噴射を行っての再生処理が行われている途中でアクセルペダルが初期位置まで戻されたときを想定している。
【００９１】
まず前提としてフィルタの再生処理がｔ１で開始されるとポスト噴射によりフィルタ温度はＴａからＴｂへと上昇しパティキュレートが燃焼する。このとき、フィルタに堆積するパティキュレートの量が比較的大きく、この比較的大量のパティキュレートを燃焼させるため、ポスト噴射域が比較的高負荷側に偏っており、従って高負荷側の比較的大量の排気流量が流れている条件でパティキュレートが燃焼し、フィルタ温度がフィルタ上限温度Ｔｌｍｔ以下に保たれているとする。
【００９２】
続いて運転者がｔ２のタイミングでアクセルペダルを初期位置まで戻すと、エンジン回転速度Ｎｅが急激に低下しｔ３でアイドル状態となり、ｔ２からｔ３までの回転速度の落差分だけ排気流量が急激に減る。このときには、パティキュレートの燃焼熱のほうが、アイドル時の排気流量よりも相対的にずっと大きくなり、パティキュレートの燃焼熱を十分にはフィルタの下流に逃すことができない事態が生じ得る。すなわち、このときにはフィルタ温度が破線で示したようにフィルタ上限温度Ｔｌｍｔを大きく超えて急上昇し、フィルタの耐久性が損なわれる。
【００９３】
そこで、第２実施形態では次の手順で吸気絞り弁９の開度と燃料供給を制御する。
【００９４】
▲１▼ｔ３でアイドル状態となったとき再生処理中であれば、直ちに再生処理（ポスト噴射）を中断する。
【００９５】
▲２▼フィルタ温度を検出してこれがフィルタ上限温度Ｔｌｍを超えることがないかどうかをモニターする。すなわち、検出したフィルタ温度とフィルタ上限温度Ｔｌｍｔを比較し、フィルタ温度が例えばｔ５のタイミングでフィルタ上限温度Ｔｌｍｔを超えたときにはそのタイミングより吸気絞り弁の開度を小さくして、排気中の酸素量を減らす。アイドル運転状態で吸気を絞ることで、燃焼に利用されないで排気通路に排出される酸素量を減らすことができ、これによりパティキュレートの燃焼が緩慢となり、フィルタ温度がピークを採った後反転して低下してゆく。
【００９６】
▲３▼この結果、フィルタ温度がｔ６のタイミングでフィルタ上限温度Ｔｌｍｔ以下に収まったとすれば、それ以降はフィルタの上流と下流の温度差ΔＴをモニターして下限値Ｔ０と比較し、ΔＴがＴ０より大きいときにはそのまま待つ。
【００９７】
▲４▼ΔＴがｔ７で下限値Ｔ０以下となれば、パティキュレートの燃焼が完了するので、吸気絞り弁を再び開いてもパティキュレートが燃え上がってしまうことはなく、従って吸気絞り弁を再び開いて全開位置へと戻し、次にはフィルタ温度と再生終了温度Ｔｅを比較する。
【００９８】
▲５▼フィルタ温度がＴｅより大きいときにはそのまま待ち、フィルタ温度がｔ８でＴｅ以下となれば、フィルタの再生が終了したと判断する。
【００９９】
このように、第２実施形態（請求項１５に記載の発明）によれば、アイドル時にフィルタの再生処理中であることを判定したときには、フィルタの再生処理を中断し、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限した状態を所定の期間、継続するようにしたので、パティキュレートの燃焼熱のほうが、アイドル時の排気流量よりも相対的にずっと大きくなり、パティキュレートの燃焼熱を十分にフィルタ下流に逃すことができない事態が生じ得ることがあっても、パティキュレートの燃焼そのものが抑制され、これによってフィルタの急激な温度上昇を防止することができる。このため、第１実施形態と同様にフィルタに触媒を担持するタイプでは触媒の熱劣化を防止し、またフィルタ担体を多孔質セラミックで構成するタイプでは担体への熱応力の作用を防止し、これによってフィルタの耐久性を向上させることができる。
【０１００】
実施形態では、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限する手段が吸気絞り弁である場合で説明したが、これに代えて排気絞り弁やＥＧＲ弁を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図。
【図２】再生処理を行うための運転領域図。
【図３】第１実施形態の制御内容を説明するための波形図。
【図４】再生処理フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図５】ポスト噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図６】運転条件に応じたポスト噴射量の特性図。
【図７】メイン噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図８】基本燃料噴射量の特性図。
【図９】最大噴射量の特性図。
【図１０】吸気絞り弁の目標開度の演算を説明するためのフローチャート。
【図１１】第２実施形態の制御内容を説明するための波形図。
【符号の説明】
１エンジン
２吸気通路
３排気通路
４フィルタ
８インジェクタ
１１コントローラ
１６温度センサ
１７温度センサ
１８イグニッションスイッチ

Claims

排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置において、
フィルタの再生時期になると排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行う再生処理手段と、
エンジンの停止操作時にフィルタの再生処理中であるかどうかを判定する判定手段と、
この判定結果よりエンジンの停止操作時にフィルタの再生処理中であるときフィルタの再生処理を中断し、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限した状態で所定の期間、アイドリング運転を行い得る燃料の供給を継続する運転継続手段と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
前記エンジンの停止操作後にフィルタ温度が上昇して所定温度を超えたときには、フィルタに供給される排気中の酸素量を、エンジンの停止操作時にフィルタに供給されている排気中の酸素量より減らし、
フィルタ温度が上昇から下降に反転し前記所定温度以下に収まった以降はフィルタに供給される排気中の酸素量をその収まったときにフィルタに供給されている排気中の酸素量を維持することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタの上流と下流の温度差が所定温度差以下となったときにフィルタに供給される排気中の酸素量を、前記制限した状態より制限されない状態へと戻すことを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
フィルタに供給される排気中の酸素量を制限する手段は排気絞り弁であることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタに供給される排気中の酸素量を制限する手段はＥＧＲ弁であることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
所定の期間はフィルタの温度が再生終了温度以下に低下するまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
エンジンの停止操作時にフィルタの温度がフィルタの上限温度以下の場合には吸気絞り弁を開いた状態で燃料の供給を継続することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタの再生が終了するまで吸気絞り弁を開いた状態で燃料の供給を継続することを特徴とする請求項７に記載の排気浄化装置。
エンジンの停止操作時にフィルタの温度がフィルタの上限温度以下の場合には排気絞り弁を開いた状態で燃料の供給を継続することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタの再生が終了するまで排気絞弁を開いた状態で燃料の供給を継続することを特徴とする請求項９に記載の排気浄化装置。
エンジンの停止操作時にフィルタの温度がフィルタの上限温度以下の場合にはＥＧＲ弁を開いた状態で燃料の供給を継続することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタの再生が終了するまでＥＧＲ弁を開いた状態で燃料の供給を継続することを特徴とする請求項１１に記載の排気浄化装置。
フィルタ前後の温度差に基づいてパティキュレートの燃焼が完了したと判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
パティキュレートの燃焼が完了した後にフィルタに供給される排気中の酸素量を制限しない状態へと戻すことを特徴とする請求項１３に記載の排気浄化装置。
排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置において、
フィルタの再生時期になると排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行う再生処理手段と、
アイドル時にフィルタの再生処理中であるかどうかを判定する判定手段と、
この判定結果よりアイドル時にフィルタの再生処理中であるときフィルタの再生処理を中断し、フィルタに供給される排気中の酸素量を制限した状態を所定の期間、継続する運転継続手段と
を備え、
前記フィルタの再生処理を中断した後にフィルタ温度が上昇して所定温度を超えたときには、吸気絞り弁の開度を最大開度より最小開度まで小さくし、
フィルタ温度が上昇から下降に反転し前記所定温度以下に収まった以降は吸気絞り弁の開度を前記最小開度に維持し、
かつフィルタの上流と下流の温度差が所定温度差以下となったときに吸気絞り弁の開度を前記最大開度へと戻すことを特徴とする排気浄化装置。