JP3979437B1 - 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム Download PDF

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Abstract

【課題】ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＰＭを浄化するために、酸化触媒とＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの強制再生実施時に、ＤＰＦに流入する排気ガスを速やかに昇温でき、これにより、強制再生時間を短縮できて、強制再生用の燃費を改善することができる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】ＤＰＦ１２ｂの強制再生時のシリンダ内燃料噴射のマルチ噴射において、このマルチ噴射用の制御用マップを、マルチ噴射のみで触媒温度指標温度Ｔｇ２，Ｔｇ１を第１判定温度Ｔｃ１に昇温する第１排気ガス昇温制御と、その後のフィルタ温度指標温度Ｔｇ２を第２判定温度Ｔｃ２に昇温するためにマルチ噴射に加えてポスト噴射する第２排気ガス昇温制御とで異なるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中の成分を浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ装置の浄化能力を回復するために、シリンダ内燃料噴射におけるマルチ噴射を伴う排気ガス昇温制御を行う排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムに関するものである。
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ、ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、このＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発され、その中に、触媒を担持した連続再生型ＤＰＦ装置がある。
この連続再生型ＤＰＦ装置では、排気ガス温度が約３５０℃以上の時には、フィルタに捕集されたＰＭは連続的に燃焼して浄化され、フィルタは自己再生するが、排気温度が低い場合、例えば、内燃機関のアイドル運転や低負荷・低速度運転等の低排気温度状態が継続した場合等においては、排気ガスの温度が低く触媒の温度が低下して活性化しないため、酸化反応が促進されず、ＰＭを酸化してフィルタを再生することが困難となる。従って、ＰＭのフィルタへの堆積が継続されて、フィルタの目詰まりが進行するため、このフィルタの目詰まりによる排圧上昇の問題が生じる。
かかる問題を解決する手法の一つとして、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、排気ガスを強制的に昇温させて、捕集されているＰＭを強制的に燃焼除去する再生制御を行うものがある。この再生制御では、排気ガス昇温制御を行ってフィルタに流入する排気ガスをフィルタに捕集されたＰＭが燃焼する温度以上に昇温する。これにより、フィルタ温度を高くしてＰＭを燃焼除去してフィルタを強制再生させる。
この排気ガス昇温制御としては、シリンダ内（筒内）における燃料噴射で、マルチ噴射（多段遅延噴射）やポスト噴射（後噴射）等を行う方法がある。このマルチ噴射は、シリンダ内に燃料を多段階で噴射する遅延多段噴射であり、このマルチ噴射により、シリンダ内で仕事せずに燃焼する燃料量を増加させ、シリンダから排出される排気ガスの温度、即ち、酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度を酸化触媒の触媒活性温度以上に上昇させることができる。
また、ポスト噴射は、シリンダ内噴射において、主噴射後、マルチ噴射よりもさらに遅いタイミングで補助噴射を行う噴射であり、このポスト噴射により、シリンダから排出される排気ガス中にＨＣ（炭化水素）を増加して、このＨＣを酸化触媒で酸化させることにより、酸化触媒装置下流の排気ガスの温度を上昇させることができる。
一方、ポスト噴射によって未燃燃料がエンジンオイル（潤滑オイル）に混入してエンジンオイルを希釈するというオイルダイリューションに対する対策の面から、運転状態の安定した停車アイドル時にこの強制再生を行うように制御するものがある。この制御では、フィルタ装置にＰＭが所定量溜まった場合に、運転者（ドライバー）に警告ランプ等の警告手段でフィルタ装置の再生制御が必要なことを知らせて、この知らせを受けた運転者が車両を止めて、手動再生ボタンを押すことによって、手動再生モードに入り強制再生を行うようにするものである。
このシステムでは、フィルタ装置の前段（上流側）に酸化触媒装置を設置し、ポスト噴射によって排気ガス中に供給されたＨＣをこの酸化触媒装置で酸化させることにより、フィルタ装置の入口の排気ガスの温度を上昇させて強制再生を実行する。
この排気昇温においては、低速・低負荷運転状態などの排気ガスの温度が低い場合には、最初にシリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行う第１排気ガス昇温制御を行って、酸化触媒装置の温度を、酸化触媒の触媒活性温度以上まで上昇させる。そして、酸化触媒装置が触媒活性温度以上に上昇した後は、シリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を行う第２排気ガス昇温制御で、排気ガスの温度を触媒活性温度以上に維持しながらマルチ噴射に加えてポスト噴射を行って、ＨＣを酸化触媒装置に供給する。このＨＣは酸化触媒で酸化されて発熱するので、排気ガスは更に温度が上昇した状態でフィルタ装置に流入する。そして、この高温の排気ガスによりフィルタ装置がＰＭの燃焼開始温度以上になると、溜まったＰＭは燃焼して除去される。この時に、排気温度を酸化触媒活性温度以上に保つためにマルチ噴射を継続するが、ポスト噴射を行わない温度維持制御を行う（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
この第１排気ガス昇温制御、第２排気ガス昇温制御、及び、温度維持制御においては、マルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングは、エンジン回転数と燃料噴射量とをベースとするマップデータを基に制御され、このマップデータは、実験や計算などにより予め設定される。
しかしながら、従来技術においては、第１排気ガス昇温制御、第２排気ガス昇温制御、及び、温度維持制御の全てにおいて、同一のマップデータで制御していたため、昇温性能と温度維持性能の両立を図ることが難しく、昇温時間が長くなるという問題や燃費が悪化するという問題があった。
特開２００４−２２５５７９号公報 特表２００２−０６６８１３号公報
本発明の目的は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＰＭを浄化するために、酸化触媒とＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの強制再生実施時に、ＤＰＦに流入する排気ガスを速やかに昇温でき、これにより、強制再生時間を短縮できて、強制再生用の燃費を改善することができる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
以上のような目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に、上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配置した排気ガス浄化装置、又は、酸化触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配置した排気ガス浄化装置と、前記酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度を検出する指標温度検出手段と、該指標温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の浄化能力を回復するための強制再生制御を行う制御装置を備え、該制御装置が、強制再生制御の際に、前記触媒指標温度が所定の第１判定温度より低い場合は、シリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行う第１排気ガス昇温制御を行い、前記触媒指標温度が前記所定の第１判定温度以上の場合は、シリンダ内燃料噴射制御でマルチ噴射に加えてポスト噴射を行う第２排気ガス昇温制御を行う排気ガス浄化システムの制御方法において、前記第１排気ガス昇温制御で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、第１マルチ噴射用マップデータに基づいて算出し、前記第２排気ガス昇温制御で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、前記第１マルチ噴射用マップデータとは異なる第２マルチ噴射用マップデータに基づいて算出すると共に、前記第１排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を増加し、マルチ噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりも遅らせ、前記第２排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を酸化触媒に流入する排気ガス温度の維持に必要な量まで減少し、マルチ噴射の噴射タイミングに関しては、前記第１排気ガス昇温制御時のマルチ噴射の噴射タイミングよりも遅れを少なくして、酸化触媒に流入する排気ガスの温度の維持に必要な遅れとすることを特徴とする。
この酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度とは、酸化触媒の温度（ベッド温度）を判定用の温度として用いることが好ましいが、直接測定することが困難であるため、この酸化触媒の温度の代わりとする温度である。この触媒温度指標温度としては、酸化触媒に流入する排気ガスの温度や酸化触媒から流出する排気ガスの温度やこれらの両者の温度から導かれる温度（例えば平均温度等）等を用いることができ、更には、これらの両者の温度をそれぞれ用いて、アンド（ＡＮＤ）やオア（ＯＲ）で使用することもできる。なお、酸化触媒の温度を計測できる場合は、この酸化触媒の温度もここでいう触媒温度指標温度に含むこととする。また、所定の第１判定温度としては、酸化触媒装置の酸化触媒活性温度（例えば、２００℃〜２５０℃程度）が用いられる。
また、このディーゼルパティキュレートフィルタ装置（ＤＰＦ装置）の温度を指標するフィルタ温度指標温度とは、ＤＰＦ装置の温度を判定用の温度として用いることが好ましいが、直接測定することが困難であるため、このＤＰＦ装置の温度の代わりとする温度である。このフィルタ温度指標温度としては、ＤＰＦ装置に流入する排気ガスの温度やＤＰＦ装置から流出する排気ガスの温度やこれらの両者の温度から導かれる温度（例えば平均温度等）等を用いることができ、更には、これらの両者の温度をそれぞれ用いて、アンド（ＡＮＤ）やオア（ＯＲ）で使用することもできる。なお、ＤＰＦ装置の温度を計測できる場合は、このＤＰＦ装置の温度もここでいうフィルタ温度指標温度に含むこととする。また、所定の第２判定温度としては、排気ガスの昇温目標温度（例えば、５００℃〜６００℃程度）が用いられる。
この制御方法では、排気ガスの温度が低い時は、第１排気ガス昇温制御で、ポスト噴射を行わずに、第１マルチ噴射用マップデータに基くマルチ噴射を行うことにより、排気ガスの昇温効率を高くして排気ガスの迅速な昇温を図る。また、排気ガスの温度が上がり、排気ガス中の燃料を酸化触媒で酸化できるようになった場合には、第２排気ガス昇温制御で、第２マルチ噴射用マップデータに基くマルチ噴射を行って排気ガスの温度をある程度維持すると共に、ポスト噴射で燃料を酸化触媒に供給しながら、この燃料を酸化触媒で酸化させて、ＤＰＦのフィルタに流入する排気ガス温度を上げる。
これらのマルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングを決める第１及び第２マルチ噴射用マップデータは、エンジン回転数と燃料噴射量とをベースとするマップデータであり、実験や計算などにより予め設定され、制御装置に入力される。マルチ噴射の制御時に、検出されたエンジン回転数と、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とから、この第１及び第２マルチ噴射用マップデータを参照して、マルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングが算出される。
本発明では、この時に、第１マルチ噴射用マップデータと第２マルチ噴射用マップデータに関しては、それぞれの制御の目的に合わせた別々のマップデータとする。つまり、マルチ噴射を行う際、触媒温度指標温度が所定の第１判定温度よりも低い時、即ち、酸化触媒を酸化触媒活性温度以上に排気温度を昇温する時と、触媒温度指標温度が所定の第１判定温度以上の時、即ち、ポスト噴射を行ってＤＰＦのフィルタをＰＭの燃焼温度以上に昇温する時とで、マルチ噴射用のマップを別に組む。これにより、ＤＰＦのフィルタに流入する排気ガスが効率よく速やかに昇温されるようになるので、強制再生時間が短縮され、強制再生用の燃費も改善される。
また、前記第１排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を増加し、マルチ噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりも遅らせ、前記第２排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を酸化触媒に流入する排気ガス温度の維持に必要な量まで減少し、マルチ噴射の噴射タイミングに関しては、前記第１排気ガス昇温制御時のマルチ噴射の噴射タイミングよりも遅れを少なくして、酸化触媒に流入する排気ガスの温度の維持に必要な遅れとすることを特徴としているので、本発明では、これらの制御をすることにより、ＤＰＦのフィルタに流入する排気ガスが効率よく速やかに昇温されるようになる。
また、この強制再生制御は、ＤＰＦ装置の目つまり状態が所定の状態を超えた場合に、車両の走行中において自動的に強制再生を行う走行自動再生制御も含まれるが、特に、ＤＰＦ装置の目つまり状態が所定の状態を超えて、点灯ランプ等の警告手段によりＤＰＦ装置の再生開始を促された運転者からの再生開始指示入力を受けることによって開始する手動再生制御の場合も多いので、この強制再生制御に手動再生制御を含めることが好ましい。
そして、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配置した排気ガス浄化装置、又は、酸化触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配置した排気ガス浄化装置と、前記酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度を検出する指標温度検出手段と、該指標温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の浄化能力を回復するための強制再生制御を行う制御装置を備え、該制御装置が、強制再生制御の際に、前記触媒指標温度が所定の第１判定温度より低い場合は、シリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行う第１排気ガス昇温制御を行い、前記触媒指標温度が前記所定の第１判定温度以上の場合は、シリンダ内燃料噴射制御でマルチ噴射に加えてポスト噴射を行う第２排気ガス昇温制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記第１排気ガス昇温制御で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、第１マルチ噴射用マップデータに基づいて算出し、前記第２排気ガス昇温制御で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、前記第１マルチ噴射用マップデータとは異なる第２マルチ噴射用マップデータに基づいて算出すると共に、前記第１排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を増加し、マルチ噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりも遅らせ、前記第２排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を酸化触媒に流入する排気ガス温度の維持に必要な量まで減少し、マルチ噴射の噴射タイミングに関しては、前記第１排気ガス昇温制御時のマルチ噴射の噴射タイミングよりも遅れを少なくして、酸化触媒に流入する排気ガスの温度の維持に必要な遅れとする制御を行うように構成される。
更に、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記強制再生制御に手動再生制御を含む制御を行うように構成される。
これらの構成により、上記の排気ガス浄化システムの制御方法を実施できる排気ガス浄化システムを提供でき、同様の作用効果を奏することができる。
本発明の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路に、酸化触媒と排気ガス中のＰＭを浄化するためのＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＤＰＦの強制再生時のシリンダ内燃料噴射のマルチ噴射において、このマルチ噴射用の制御用マップを、マルチ噴射のみで触媒温度指標温度を第１判定温度に昇温する第１排気ガス昇温制御と、その後のフィルタ温度指標温度を第２判定温度に昇温するためにマルチ噴射に加えてポスト噴射する第２排気ガス昇温制御とで、それぞれの制御に適したように異ならせて構成したので、ＤＰＦの強制再生実施時に、ＤＰＦに流入する排気ガスを速やかにかつ効率よく昇温できる。これにより、強制再生時間を短縮できて、強制再生用の燃費を改善することができる。
更に、第１排気ガス昇温制御では、マルチ噴射による噴射量を多くして、噴射タイミングを遅らせることによりて昇温時間を短縮でき、第２排気ガス昇温制御では、マルチ噴射による噴射量を絞り、噴射タイミングを戻す方向に制御して第１排気ガス昇温制御の噴射タイミングよりも遅れを少なくして、昇温した排気ガスの温度を維持するようにすると、より効率よく排気ガスの昇温及び排気ガスの温度の維持ができる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
図１に、この実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に排気ガス浄化装置１２を設けて構成される。この排気ガス浄化装置１２は、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置の一つであり、上流側に酸化触媒装置１２ａを、下流側に触媒付きフィルタ装置１２ｂを有して構成される。また、この排気ガス浄化装置１２の上流側に排気ブレーキ弁（エキゾーストブレーキ）１３が、下流側に排気絞り弁（エキゾーストスロットル）１４が設けられる。なお、この排気ブレーキ弁１３と排気絞り弁１４の位置関係は特に限定されず、前後はどちらが前になってもよい。また、排気ガス浄化装置１２との位置関係も特に限定されない。但し、排気ブレーキの効きを考慮すると、排気ブレーキ弁１３を上流側に排気絞り弁１４を下流側に配置することが、好ましい。更に、排気ガス浄化装置１２の下流側に、消音器（サイレンサー）１５が設けられる。
この酸化触媒装置１２ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタ装置１２ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。
そして、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの堆積量を推定するために、排気ガス浄化装置１２の前後に接続された導通管に差圧センサ３１が設けられる。また、触媒付きフィルタ装置１２ｂの再生制御用に、酸化触媒装置１２ａの上流側に酸化触媒入口排気温度センサ３２が、酸化触媒装置１２ａと触媒付きフィルタ装置１２ｂの間にフィルタ入口排気温度センサ３３がそれぞれ設けられる。
この酸化触媒入口排気温度センサ３２は、酸化触媒装置１２ａに流入する排気ガスの温度である第１排気ガス温度Ｔｇ１を検出する。また、フィルタ入口排気温度センサ３３は、触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入する排気ガスの温度である第２排気ガス温度Ｔｇ２を検出する。
更に、吸気通路１６には、エアクリーナ１７、ＭＡＦセンサ（吸入空気量センサ）３４、吸気絞り弁（インテークスロットル）１８、吸気温度Ｔａを検出するための吸気温度センサ３５等が設けられる。この吸気絞り弁１８は、吸気マニホールドへ入る吸気Ａの量を調整する。
これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、排気ガス浄化装置１２の再生制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）４０に入力され、この制御装置４０から出力される制御信号により、吸気絞り弁１８や、燃料噴射装置（噴射ノズル）１９や、排気ブレーキ弁１３や、排気絞り弁１４や、ＥＧＲ通路２１にＥＧＲクーラ２１と共に設けられたＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ２２等が制御される。
この燃料噴射装置１９は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール噴射システム（図示しない）に接続されており、制御装置４０には、エンジンの運転のために、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）３６からのアクセル開度、回転数センサ３７からのエンジン回転数等の情報の他、車両速度、冷却水温度等の情報も入力され、燃料噴射装置１９から所定量の燃料が噴射されるように通電時間信号が出力される。
また、この排気ガス浄化装置１２の再生制御において、走行中に自動的に強制再生するだけでなく、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの捕集量が一定量を超えて、触媒付きフィルタ装置１２ｂが目詰まった時に、運転者（ドライバー）に注意を促し、任意に運転者が車両を停止して強制再生ができるように、注意を喚起するための警告手段である点滅灯（ＤＰＦランプ）２３及び異常時点灯ランプ２４と、手動再生ボタン（マニュアル再生スイッチ）２５が設けられる。
この排気ガス浄化システム１の制御においては、通常の運転でＰＭを捕集するが、この通常の運転において、再生時期であるか否かを監視し、再生時期であると判断されると警告又は走行自動再生を行う。警告の場合は、この警告を受けた運転者が手動再生ボタン２５を操作することにより手動再生が行われる。
そして、この手動再生や走行自動再生の強制再生は、この実施の形態では、図２や図３に例示するような制御フローに従って行われる。この図２では、酸化触媒の温度（ベッド温度）を指標する触媒温度指標温度としては、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２を用い、この第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上となった時にポスト噴射により未燃燃料を酸化触媒装置１２ａの上流側に供給する。また、触媒付きフィルタ装置１２ｂの温度を指標するフィルタ温度指標温度としても、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２を用い、この第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上となった時にポスト噴射を行わずにマルチ噴射による温度維持制御を行う。
この図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、走行自動再生や手動再生による強制再生制御であるか否かを判定し、強制再生制御でない場合には、この強制再生制御を実施することなく、リターンし、通常運転制御を行う。また、ステップＳ１１で強制再生制御である場合には、ステップＳ１２に行く。
この強制再生制御であるか否かは、手動再生による強制再生制御であれば、排気ガス浄化装置１２の前後の間の差圧を計測する差圧センサ３１によって検出された差圧が所定の判定用差圧値を超えた場合等に、警告手段である点滅灯（ＤＰＦランプ）２３を点滅させて、ＤＰＦの手動再生を運転者に促して、手動再生を行うように促された運転者が車両を停止して手動再生ボタン２５を操作すると強制再生制御となる。また、走行自動再生における強制再生制御であれば、差圧センサ３１の検出値などから触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの捕集量が一定量を超えたことを検知した時に強制再生制御となる。
ステップＳ１２では、第１判定温度Ｔｃ１を算出する。この第１判定温度Ｔｃ１は、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された排気ガス温度である第２排気ガス温度（触媒温度指標温度）Ｔｇ２がこの温度になると、酸化触媒装置１２ａの酸化触媒で、ポスト噴射により供給される未燃燃料であるＨＣが十分に酸化される温度（例えば、２００℃〜２５０℃程度）である。また、その時のエンジン回転数Ｎｅに従って変化する値を使用してもよい。また、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２に替えて、酸化触媒入口温度センサ３２で検出された第１排気ガス温度Ｔｇ１を用いてもよい。
次のステップＳ１３では、第２排気ガス温度（触媒温度指標温度）Ｔｇ２のチェックを行う。この第２排気ガス温度Ｔｇ２が、ステップＳ１２で算出した第１判定温度Ｔｃ１より低いときには、ステップＳ１４で、第１排気ガス昇温制御を、所定の時間（ステップＳ１３の第２排気ガス温度Ｔｇ２のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ１の間行う。
この第１排気ガス昇温制御では、ポスト噴射無しで、第１マルチ噴射用マップデータに基くマルチ噴射を行う。つまり、このマルチ噴射の制御時に、検出されたエンジン回転数と、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とから、この第１マルチ噴射用マップデータを参照して、マルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングを算出し、マルチ噴射を行う。このマルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングを決める第１マルチ噴射用マップデータは、エンジン回転数と燃料噴射量、言い換えれば、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とをベースとするマップデータであり、実験や計算などにより予め設定され、制御装置に入力されている。このマルチ噴射では、マルチ噴射の噴射量を増加し、マルチ噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりもより遅らせる。このマルチ噴射により、排気ガスの昇温効率を高くして排気ガスの迅速な昇温を図る。
なお、排気ガスの昇温効率の向上を図るため、車両停車時には、排気ブレーキ弁１３を併用し、この排気ブレーキ弁１３の閉弁により、熱が逃げるのを防ぐとともにエンジン負荷を高め、排気ガス温度を効率よく短時間で上昇させて酸化触媒装置１２ａの昇温性を向上させる。
このステップＳ１３の後は、ステップＳ１２に戻る。また、ステップＳ１３の判定で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上であると、ステップＳ１５に行く。
なお、酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度として、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された第２排気ガス温度Ｔｇ２と酸化触媒入口排気温度センサ３２で検出された第１排気ガス温度Ｔｇ１の両方を用い、この両方のそれぞれに対しての所定の判定温度として第１判定温度Ｔｃ１と第３判定温度Ｔｃ３を用いて、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１判定温度Ｔｃ１を超え、かつ、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第３判定温度Ｔｃ３を超えた時に酸化触媒装置１２ａの上流側にポスト噴射により未燃燃料を供給するようにすることもできる。
この場合は、図２のステップＳ１２とステップＳ１３が、図３のステップＳ１２ＡとステップＳ１３Ａに置き換わる。ステップＳ１２Ａでは、第１判定温度Ｔｃ１に加えて第３判定温度Ｔｃ３を算出する。
また、ステップＳ１３Ａでは、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１判定温度Ｔｃ１以上であるか否かと、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第３判定温度Ｔｃ３以上であるか否かとを判定する。そして、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第１判定温度Ｔｃ１以上であり、かつ、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第３判定温度Ｔｃ３以上である場合のみステップＳ１５に行き、その他はステップＳ１４に行く。
ステップＳ１５では、第２判定温度Ｔｃ２を算出する。この第２判定温度Ｔｃ２は、ステップＳ１７の第２排気ガス昇温制御の目標温度であり、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された排気ガスの温度である第２排気ガス温度（フィルタ温度指標温度）Ｔｇ２をこの温度Ｔｃ２以上に維持することにより、触媒付きフィルタ装置１２ｂに捕集されたＰＭの燃焼を良好な状態に維持する。この第２判定温度Ｔｃ２は、通常はＰＭの燃焼開始温度（例えば、３５０℃程度）よりも高い値とし、例えば、５００℃程度とする。また、第２判定温度Ｔｃ２の値を時間によって多段階に変化させてもよい。
次のステップＳ１６では、第２排気ガス温度（フィルタ温度指標温度）Ｔｇ２のチェックを行う。この第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２より低いときは、ステップＳ１７の第２排気ガス昇温制御に行き、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上の時は、ステップＳ１８の温度維持制御に行く。
ステップＳ１７では、第２排気ガス昇温制御を、所定の時間（ステップＳ１６の第２排気ガス温度Ｔｇ２のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ２の間行う。この第２排気ガス昇温制御では、第１マルチ噴射用マップデータとは異なる第２マルチ噴射用マップデータに基くマルチ噴射を行う。このマルチ噴射の噴射量と噴射のタイミングを決める第２マルチ噴射用マップデータは、第１マルチ噴射用マップデータと同様に、エンジン回転数と燃料噴射量、言い換えれば、検出されたアクセル開度などから算出される燃料噴射量とをベースとするマップデータであり、実験や計算などにより予め設定され、制御装置に入力されている。
このマルチ噴射では、マルチ噴射の噴射量を排気ガス温度の維持に必要な量まで減少し、マルチ噴射の噴射タイミングに関しては、第１排気ガス昇温制御Ｓ１４時のマルチ噴射の噴射タイミングよりも遅れを少なくする。このマルチ噴射により、排気ガスの温度をある程度維持すると共に、ポスト噴射で燃料を酸化触媒装置１２ａに供給しながら、この燃料を酸化触媒で酸化させて、触媒付きフィルタ１２ｂに流入する排気ガス温度を上げる。
なお、排気ガスの昇温効率の向上を図るため、車両停車時には、排気絞り弁１４を併用し、排気ブレーキ弁１３を全開側にし、排気絞り弁１４を全閉側にすることにより、排気ブレーキ弁１３の閉弁時よりも通路面積を広げることができるので、エンジン負荷が軽減する。そのため、シリンダ内温度の上昇を減少し、ポスト噴射を可能とする。
そして、第２排気ガス昇温制御のマルチ噴射により排気ガス温度の昇温を継続すると共に、ポスト噴射により排気ガス中に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、この未燃燃料を酸化触媒装置１２ａで酸化してこの酸化熱により排気ガスの温度を更に昇温することができる。この昇温した排気ガスの温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上になると触媒付きフィルタ装置１２ｂに捕集されたＰＭが燃焼する。なお、この第２排気ガス昇温制御で、第２排気ガス温度Ｔｇ２を、制御目標の温度Ｔｃ２まで連続的に昇温してもよいが、二段階や多段階で昇温するようにしても良い。このステップＳ１７の後は、ステップＳ１９に行く。
そして、ステップＳ１６の判定で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２判定温度Ｔｃ２以上の場合には、ステップＳ１８で、エンジン１０のシリンダ内（筒内）噴射においてポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行なう温度維持制御を、所定の時間（ステップＳ１６の第２排気ガス温度Ｔｇ２の継続時間のチェックのインターバルに関係する時間）Δｔ３の間行う。
また、ステップＳ１８では、ＰＭ燃焼累積時間のカウントを行う。このカウントは、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上の場合にのみＰＭ燃焼累積時間ｔａをカウントする（ｔａ＝ｔａ＋Δｔ３）。このステップＳ１８の後は、ステップＳ１９に行く。
ステップＳ１９では、再生制御の終了か否かを判定するために、ＰＭ燃焼累積時間ｔａのチェックを行う。このチェックではＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間Ｔａｃを超えたか否かをチェックする。即ち、超えていれば、再生制御が完了したとして、ステップＳ２０に行き、超えてなければ、再生制御は完了していないとして、ステップＳ１２に戻る。そして、ＰＭ燃焼累積時間ｔａが所定の判定時間ｔａｃを超えるまで、ステップＳ１４の第１排気ガス昇温制御か、ステップＳ１７の第２排気ガス昇温制御か、ステップＳ１８の温度維持制御を行う。
そして、ステップＳ２０では、強制再生制御を終了して、車両停車中であれば、排気ブレーキ弁１３や排気絞り弁１４を通常運転状態に戻して、通常噴射制御に復帰する。その後、リターンする。
なお、これらの制御中においては、常時、車両の走行開始を監視して、走行を開始したときは、リターンに行き、この制御フローを中断して、通常運転制御などの所定の制御に戻る。
この強制再生制御によって、強制再生制御の際に、フィルタ入口排気温度センサ３３で検出された排気ガスの温度である第２排気ガス温度（触媒温度指標温度）Ｔｇ２、即ち、触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入する排気ガスの温度がが所定の第１判定温度Ｔｃ１より低い場合は、シリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行う第１排気ガス昇温制御Ｓ１４を行い、触媒温度指標温度Ｔｇ２（又はＴｇ１）が所定の第１判定温度Ｔｃ１以上の場合は、シリンダ内燃料噴射制御でマルチ噴射に加えてポスト噴射を行う第２排気ガス昇温制御Ｓ１７を行うと共に、第１排気ガス昇温制御Ｓ１４で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、第１マルチ噴射用マップデータに基づいて算出し、第２排気ガス昇温制御Ｓ１７で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、第１マルチ噴射用マップデータとは異なる第２マルチ噴射用マップデータに基づいて算出することができる。
更に、第１排気ガス昇温制御Ｓ１４においては、マルチ噴射の噴射量を増加し、マルチ噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりもより遅らせ、第２排気ガス昇温制御Ｓ１７においては、マルチ噴射の噴射量を排気ガス温度の維持に必要な量まで減少し、マルチ噴射の噴射タイミングに関しては、第１排気ガス昇温制御Ｓ１４時のマルチ噴射の噴射タイミングよりも遅れを少なくすることができる。
上記の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム１によれば、ディーゼルエンジン１０の排気通路１１に、酸化触媒装置１２ａと排気ガス中のＰＭを浄化するための触媒付きフィルタ１２ｂを備えた排気ガス浄化システム１において、触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生時のシリンダ内燃料噴射のマルチ噴射において、このマルチ噴射用の制御用マップを、マルチ噴射のみで触媒温度指標温度Ｔｇ２（又はＴｇ１）を第１判定温度Ｔｃ１に昇温する第１排気ガス昇温制御Ｓ１４と、その後のフィルタ温度指標温度Ｔｇ２を第２判定温度Ｔｃ１に昇温するためにマルチ噴射に加えてポスト噴射する第２排気ガス昇温制御Ｓ１７とで、異なるように構成したので、触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生実施時に、触媒付きフィルタ１２ｂに流入する排気ガスを速やかに昇温できる。これにより、強制再生時間を短縮できて強制再生用の燃費を改善することができる。
更に、第１排気ガス昇温制御Ｓ１４では、マルチ噴射による噴射量を多くして、噴射タイミングを遅らせることによりて昇温時間を短縮でき、第２排気ガス昇温制御Ｓ１７では、マルチ噴射による噴射量を絞り、噴射タイミングを戻す方向に制御して第１排気ガス昇温制御Ｓ１４の噴射タイミングよりも遅れを少なくして、昇温した排気ガスの温度を維持するようにすることができるので、より効率よく排気ガスの昇温及び排気ガスの温度の維持ができる。
従って、触媒付きフィルタ１２ｂの強制再生実施時に、触媒付きフィルタ１２ｂに流入する排気ガスを速やかに昇温でき、これにより、強制再生時間を短縮できて、強制再生用の燃費を改善することができる。
なお、上記の実施の形態では、排気ガス浄化システム１の排気ガス浄化装置１２としては、上流側の酸化触媒装置１２ａと下流側の触媒付きフィルタ（ＤＰＦ）１２ｂとの組み合わせを例にして説明したが、排気ガス浄化装置を酸化触媒を担持したフィルタ（ＤＰＦ）で構成してもよい。
本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムのシステム構成図である。 強制再生制御フローの一例を示す図である。 強制再生制御フローの他の例を示す図である。
符号の説明
１ 排気ガス浄化システム
１０ ディーゼルエンジン
１２ 連続再生型ＤＰＦ装置
１２ａ 酸化触媒装置
１２ｂ 触媒付きフィルタ装置（ＤＰＦ装置）
３２ 酸化触媒入口排気温度センサ
３３ フィルタ入口排気温度センサ
４０ 制御装置（ＥＣＵ）
Ｔｃ１ 所定の第１判定温度
Ｔｃ２ 所定の第２判定温度
Ｔｃ３ 所定の第３判定温度
Ｔｇ１ 第１排気ガス温度（触媒温度指標温度）
Ｔｇ２ 第２排気ガス温度（触媒温度指標温度、フィルタ温度指標温度）

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路に、上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配置した排気ガス浄化装置、又は、酸化触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配置した排気ガス浄化装置と、前記酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度を検出する指標温度検出手段と、該指標温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の浄化能力を回復するための強制再生制御を行う制御装置を備え、該制御装置が、強制再生制御の際に、前記触媒指標温度が所定の第１判定温度より低い場合は、シリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行う第１排気ガス昇温制御を行い、前記触媒指標温度が前記所定の第１判定温度以上の場合は、シリンダ内燃料噴射制御でマルチ噴射に加えてポスト噴射を行う第２排気ガス昇温制御を行う排気ガス浄化システムの制御方法において、
    前記第１排気ガス昇温制御で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、第１マルチ噴射用マップデータに基づいて算出し、前記第２排気ガス昇温制御で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、前記第１マルチ噴射用マップデータとは異なる第２マルチ噴射用マップデータに基づいて算出すると共に、
    前記第１排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を増加し、マルチ噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりも遅らせ、前記第２排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を酸化触媒に流入する排気ガス温度の維持に必要な量まで減少し、マルチ噴射の噴射タイミングに関しては、前記第１排気ガス昇温制御時のマルチ噴射の噴射タイミングよりも遅れを少なくして、酸化触媒に流入する排気ガスの温度の維持に必要な遅れとすることを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
  2. 前記強制再生制御に、手動再生制御が含まれることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
  3. 内燃機関の排気通路に、上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配置した排気ガス浄化装置、又は、酸化触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配置した排気ガス浄化装置と、前記酸化触媒の温度を指標する触媒温度指標温度を検出する指標温度検出手段と、該指標温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の浄化能力を回復するための強制再生制御を行う制御装置を備え、該制御装置が、強制再生制御の際に、前記触媒指標温度が所定の第１判定温度より低い場合は、シリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を伴わないマルチ噴射を行う第１排気ガス昇温制御を行い、前記触媒指標温度が前記所定の第１判定温度以上の場合は、シリンダ内燃料噴射制御でマルチ噴射に加えてポスト噴射を行う第２排気ガス昇温制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、
    前記制御装置が、
    前記第１排気ガス昇温制御で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、第１マルチ噴射用マップデータに基づいて算出し、前記第２排気ガス昇温制御で行うマルチ噴射の噴射量と噴射タイミングを、前記第１マルチ噴射用マップデータとは異なる第２マルチ噴射用マップデータに基づいて算出すると共に、
    前記第１排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を増加し、マルチ噴射の噴射タイミングを、通常運転時の燃料噴射タイミングよりも遅らせ、前記第２排気ガス昇温制御においては、マルチ噴射の噴射量を酸化触媒に流入する排気ガス温度の維持に必要な量まで減少し、マルチ噴射の噴射タイミングに関しては、前記第１排気ガス昇温制御時のマルチ噴射の噴射タイミングよりも遅れを少ない、酸化触媒に流入する排気ガス温度の維持に必要な遅れとする制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  4. 前記強制再生制御に、手動再生制御が含まれることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化システム。
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