JP4049193B2 - 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

Description

本発明は、連続再生型ＤＰＦ装置やＮＯｘ浄化装置等の排気ガス浄化装置のマルチ噴射を伴う強制再生制御の際に、トルクショックの発生を防止しながら、マルチ噴射制御用のデータマップのメッシュ数やデータマップ数を減少して制御用データを簡素化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に関する。

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装置は、上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とＤＰＦ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ＤＰＦ装置を配置した排気ガス浄化装置等からなる。この装置では、フィルタに流入する排気ガスの温度が約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。しかし、排気ガスの温度が低い場合には、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自己再生することが困難となる。そのため、ＰＭのフィルタへの堆積により目詰まりが進行するため、この目詰まりによる排圧上昇の問題が生じる。

そこで、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、シリンダ内（筒内）におけるポスト噴射（後噴射）等により排気ガス中に供給したＨＣ（炭化水素）を、フィルタの上流側に配置された酸化触媒やフィルタに担持した酸化触媒で燃焼させることにより、この燃焼熱を利用して、フィルタ入口やフィルタ表面の排気ガスの温度を上昇させ、フィルタに蓄積されたＰＭが燃焼する温度以上にフィルタを昇温して、ＰＭを燃焼除去する。

この時に、酸化触媒が活性温度以下であると、ＨＣが酸化されず、白煙となって排出されてしまうので、この場合にはシリンダ内噴射でマルチ噴射（遅延多段噴射）を行って排気ガスの温度を上昇させ、酸化触媒が活性温度以上になるようにしてから、ポスト噴射を行っている。このマルチ噴射による排気ガス昇温により、白煙の排出を防止しつつＤＰＦ入口温度を上昇させることができる（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、マルチ噴射制御においては、マルチ噴射がパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフター噴射等の各段階から構成されているため、この各段階の噴射に対して噴射量や噴射タイミング等の噴射制御用データが必要になる。そのため、これらの噴射制御用データの数が著しく多くなり、この噴射制御用データの作成工数や制御の際の計算量や計算時間等が多くなるという問題がある。従って、噴射制御用データのベースマップのメッシュ数（区分数）や環境補正用等のデータマップ数を減少して、制御を簡素化することが求められている。

これに関連して、本発明者らは、エンジンが高負荷運転状態にある場合は排気マニホールドから排出される排気ガス温度が上昇するとの知見から、次のような考えに至った。強制再生制御中において、エンジンが高負荷運転状態にある場合は、マルチ噴射を行わなくても、通常の運転で排気ガス温度が昇温するため、敢えてマルチ噴射を行う必要が無い。従って、この高負荷運転状態ではマルチ噴射を止めて通常噴射とすることにより、マルチ噴射の噴射制御用データのデータマップにおいて、高負荷運転状態の部分を通常運転のデータマップで代用できるようになる。これにより、この高負荷運転状態におけるマルチ噴射の噴射制御用データが不要になり、制御用データの低減を図ることができる。

つまり、強制再生制御時に高負荷運転状態に入っていたり、強制再生制御の最中に高負荷運転状態に移行した時にはマルチ噴射を止めて通常噴射に切り換える制御により、高負荷運転状態におけるマルチ噴射制御を無くすことができるので、制御性の向上を図ることができる。なお、排気マニホールドから排出される排気ガス温度がある程度上昇しても、酸化触媒の下流側のフィルタ入口温度が昇温するまで、時間がかかる場合があるので、この高負荷運転状態に入っていても、排気ガス昇温制御を継続して行う必要がある場合が生じる。

しかしながら、強制再生制御は走行中や停車作業中にも行われる場合があるため、強制再生制御中のエンジンの運転状態は必ずしも一定ではなく、排気ガス昇温制御では、マルチ噴射を必要とする低・中負荷運転状態にある場合や、マルチ噴射を必要としない高負荷運転状態にある場合や、これらの間を移行する場合等があり、この移行時にマルチ噴射から通常噴射へ又はその逆方向に切り換えると、マルチ噴射と通常噴射ではトルクの発生量が異なり、しかも、高負荷運転状態であるため、切り換え時にエンジンの発生トルクに大きな変動が生じるトルクショックが発生するという問題が生じる。

一方、一般的なトルクショック対策の一つとして、低発熱率パイロット・メイン噴射モード（第１噴射モード）とそれ以外の通常噴射モード（第２噴射モード）との間の燃料噴射モードの切り換え時に、燃料噴射量の目標値の変化量に対して所定のなまし制御を実行する圧縮着火式内燃機関が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この一般的に行われているなまし制御は、現状の噴射量と噴射タイミング等の制御目標量から新たな制御目標量に時間的に徐々に変化させる制御であるため、制御目標値を決めるための制御用データの量的な簡素化には結びつかない。
特開２００４−３５３５２９号公報 特開２００３−２０１８９９号公報（請求項３、コラム１６）

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、連続再生型ＤＰＦやＮＯｘ浄化装置等の排気ガス浄化装置の強制再生制御において、発生トルクの急激な変動であるトルクショックの発生を回避しながら、マルチ噴射制御用のデータマップのメッシュ数及びデータマップ数等の噴射制御用データ数を減少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。

上記の目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に、上流側に酸化触媒を担持した酸化触媒装置を有する排気ガス浄化装置、又は、酸化触媒を担持した排気ガス浄化装置と、前記排気ガス浄化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、排気温度を昇温するために、マルチ噴射制御を行う排気ガス浄化システムの制御方法において、前記強制再生制御の際に、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態の場合には、マルチ噴射を止めた通常噴射制御を行うと共に、内燃機関の回転数と負荷に応じて、制御用の領域をマルチ噴射制御領域と過渡領域と通常噴射制御領域に区分し、該過渡領域内においては、マルチ噴射制御領域側のマルチ噴射制御の噴射制御用データと、通常噴射制御領域側の通常噴射制御の噴射制御用データとの補間によって得られる噴射制御用データを用いて、シリンダ内燃料噴射を行うことを特徴とする。

更には、上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、前記過渡領域における補間を、噴射制御用データＦ（ｉ）がｉ＝１〜Ｉ個（ｉ，Ｉは正数）あるとした場合に、内燃機関の回転数Ｎｅｍにおける負荷Ｑｍを基にして、該回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域側の境界での負荷をＱｍｌ、噴射制御用データをＦｍｌ（ｉ）とし、該回転数Ｎｅｍにおける通常噴射制御領域側の境界での負荷をＱｎｌ、噴射制御用データをＦｎｌ（ｉ）とした時に、Ｆｔ（ｉ）＝（（Ｑｎｌ−Ｑｔ）×Ｆｍｌ（ｉ）＋（Ｑｔ−Ｑｍｌ）×Ｆｎｌ（ｉ））／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）で計算される噴射制御用データＦｔ（ｉ）を、前記過渡領域内における噴射制御用データＦ（ｉ）とすることを特徴とする。

また、上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、前記過渡領域の噴射制御用データＦ（ｉ）として、各シリンダの１サイクル中に噴射される各段階の噴射別の噴射量と噴射タイミングの一方、又は、両方を採用することを特徴とする。この各段階としては、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフター噴射等がある。

また、上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、前記負荷の代りに各シリンダの１サイクル中に噴射される総燃料噴射量を用いることを特徴とする。

この高負荷運転状態とは、負荷が比較的大きく、シリンダから排出される排気ガスの温度である排気温度が所定の温度よりも高くなるような、内燃機関の運転状態のことを言い、制御上では、内燃機関に要求されるエンジン出力である負荷が、内燃機関の回転数に応じて決まる所定の負荷以上となる運転状態とすることができる。この所定の負荷は実験や計算等により予め設定し、制御装置に入力及び記憶することができる。

そして、この高負荷運転状態であるか否かは、内燃機関のエンジン回転数と負荷をベースにしたデータマップを参照することにより、高負荷運転状態であるか否かを判定することができる。なお、負荷の代りにアクセルセンサからの出力や、要求されたエンジン出力を出すために必要な燃料噴射量やシリンダ内に噴射する総燃料噴射量等を用いることもできる。これらの噴射量は、各シリンダの１サイクル中に噴射される量である。

上記の制御方法によれば、高負荷運転状態では、内燃機関の排気マニホールドから排出される排気ガス温度が上昇するため、触媒や排気ガス浄化装置の温度上昇や温度維持のために、排気ガス温度を上昇させるためのマルチ噴射を行う必要がなくなることを考慮して、強制再生制御の際に、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態に入った場合には、マルチ噴射制御を止めて通常噴射制御に移行する制御を行う。これにより、マルチ噴射制御の噴射制御用データのデータマップにおいて、高負荷運転状態の部分を通常噴射制御を行う通常運転（強制再生制御ではない運転状態）のデータマップ等の噴射制御用データで代用できるようになるので、マルチ噴射制御の噴射制御用データのデータマップ等の高負荷運転状態の部分が不要になり、マルチ噴射制御のためのデータマップのメッシュ数等を減少でき、また、環境補正用等のデータマップ等の数も減少できる。なお、この環境補正用のデータマップには、大気温度、大気圧、エンジン水温、その他補機類の稼働状況等に関するものがある。

また、上記の制御方法では、内燃機関の負荷に応じて、排気ガスの低温時に、排気ガス温度を昇温するためのマルチ噴射（多段噴射）制御を行うマルチ噴射制御領域と、マルチ噴射制御による昇温を必要としない高負荷運転状態に対応する通常噴射制御領域との間に、過渡領域を設け、強制再生制御中に、内燃機関の負荷の増大により、内燃機関の運転状態がマルチ噴射制御領域から過渡領域に入った時に、過渡領域内における位置に応じて重み付けを行って、過渡領域内における噴射制御用データを、両領域の噴射制御用データを補間して求める。

この過渡領域内においては、補間によって得られる噴射制御用データを用いて、シリンダ内燃料噴射を行うことにより、負荷の変化に伴って、シリンダ内燃料噴射が、マルチ噴射から通常噴射に徐々にスムーズに切り換わるので、トルクショックの発生を回避できると共に、過渡領域における噴射制御用データが不要になるので、この点からもデータマップのメッシュ数やデータマップの数等の噴射制御用データの数を減少できる。この補間に関しては、種々の補間方法を用いることができるが、線形補間（一次式による補間）を用いると補間に要するデータ数が少なく、計算も簡単になり、制御がシンプルになる。

また、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、上流側に酸化触媒を担持した酸化触媒装置を有する排気ガス浄化装置、又は、酸化触媒を担持した排気ガス浄化装置と、前記排気ガス浄化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、排気温度を昇温するために、マルチ噴射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、前記強制再生制御の際に、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態の場合には、マルチ噴射を止めた通常噴射制御を行うと共に、内燃機関の回転数と負荷に応じて、制御用の領域をマルチ噴射制御領域と過渡領域と通常噴射制御領域に区分し、該過渡領域内においては、マルチ噴射制御領域側のマルチ噴射制御の噴射制御用データと、通常噴射制御領域側の通常噴射制御の噴射制御用データとの補間によって得られる噴射制御用データを用いて、シリンダ内燃料噴射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、前記過渡領域における補間を、噴射制御用データＦ（ｉ）がｉ＝１〜Ｉ個あるとした場合に、内燃機関の回転数Ｎｅｍにおける負荷Ｑｍを基にして、該回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域側の境界での負荷をＱｍｌ、噴射制御用データをＦｍｌ（ｉ）とし、該回転数Ｎｅｍにおける通常噴射制御領域側の境界での負荷をＱｎｌ、噴射制御用データをＦｎｌ（ｉ）とした時に、Ｆｔ（ｉ）＝（（Ｑｎｌ−Ｑｔ）×Ｆｍｌ（ｉ）＋（Ｑｔ−Ｑｍｌ）×Ｆｎｌ（ｉ））／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）で計算される噴射制御用データＦｔ（ｉ）を、前記過渡領域内における噴射制御用データＦ（ｉ）とするように構成される。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記過渡領域の噴射制御用データＦ（ｉ）として、各シリンダの１サイクル中に噴射される各段階の噴射別の噴射量と噴射タイミングの一方、又は、両方を採用するように構成される。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記負荷の代りに各シリンダの１サイクル中に噴射される総燃料噴射量を用いるように構成される。

上記の構成の排気ガス浄化システムによれば、上記の排気ガス浄化方法を実施でき、同様な効果を奏することができる。また、この排気ガス浄化装置には、連続再生型ＤＰＦのみならず、同様な強制再生制御を行うＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等のＮＯｘ浄化装置も含まれる。更に、本発明の適用範囲は、硫黄被毒からの回復等の強制再生制御等も含めることができるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒のみならず選択還元型（ＳＣＲ）触媒等を備えた排気ガス浄化装置の硫黄被毒等に対する強制再生制御等も含まれる。要は上記と同様な制御を行う排気ガス浄化システムであれば、本発明の適用範囲内となる。

本発明に係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によれば、連続再生型ＤＰＦ装置やＮＯｘ浄化装置等の排気ガス浄化装置の強制再生制御において、高負荷運転状態に対応する通常噴射制御領域の部分では強制再生制御では無い通常運転制御の噴射制御用データを使用することができるようになるため、マルチ噴射制御のための噴射制御用データが減少する。

また、強制再生制御において、内燃機関の運転状態がマルチ噴射を必要とするマルチ噴射制御領域から、マルチ噴射を必要としない通常噴射制御領域との間を移行する場合であっても、過渡領域を設けて、シリンダ内燃料噴射が滑らかに移行するように構成しているので、トルクショックの発生を防止できる。

しかも、この過渡領域内では補間を用いているため、過渡領域内におけるマルチ噴射制御のための噴射制御用データも不要になる。従って、強制再生制御におけるマルチ噴射制御用データのデータマップのメッシュ数や環境補正用のデータマップ等を減少できる。

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、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を例にして、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。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）１３が設けられる。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）１４が、下流側に排気絞り弁（エキゾーストスロットル）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）１８、吸気絞り弁（インテークスロットル）１９等が設けられる。この吸気絞り弁１９は、吸気マニホールドへ入る吸気Ａの量を調整する。また、ＥＧＲ通路２０には、ＥＧＲクーラ２１とＥＧＲ弁２２が設けられる。

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１９や、燃料噴射装置（噴射ノズル）２３や、排気ブレーキ弁１４や、排気絞り弁１５や、ＥＧＲ弁２２等が制御される。

この燃料噴射装置２３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２７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）３４からのアクセル開度、回転数センサ３５からのエンジン回転数、レール圧センサ３６からのコモンレール圧力等の情報の他、車両速度、冷却水温度等の情報も入力され、燃料噴射装置２３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）２４及び異常時点灯ランプ２５と、手動再生ボタン（マニュアル再生スイッチ）２６が設けられる。

次に、この排気ガス浄化システム１の制御について説明する。この制御においては、通常の運転でＰＭを捕集するが、この通常の運転において、強制再生開始の時期であるか否かを監視し、強制再生開始の時期であると判定されると強制再生制御を行う。この強制再生制御には、走行中に強制再生制御を行う走行自動再生と、警告によって運転者が車両を停止してから手動再生ボタン２６を押すことにより開始される手動再生とがあり、走行距離やＤＰＦ差圧の値により適宜選択実施される。なお、これらの強制再生制御を行う再生制御装置は制御装置４０に組み込まれる。

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、酸化触媒１２ａの温度（ベッド温度）を指標する触媒温度指標温度が所定の第１判定温度Ｔｃ１より低い時は第１排気ガス昇温制御を行い、所定の第１判定温度Ｔｃ１以上となった時は、ポスト噴射を伴う第２排気ガス昇温制御を行う。更に、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が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上となった時には温度維持制御を行う。

そして、本発明においては、この第１排気ガス温度制御、第２排気ガス温度制御、及び、温度維持制御で、いずれも、図２に示すように、低・中負荷運転領域に対応するマルチ噴射制御領域Ｒｍでは、排気ガス昇温用のマルチ噴射制御を行い、高負荷運転状態に対応する通常噴射制御領域Ｒｎでは、マルチ噴射制御を行わず通常噴射制御を行う。また、このマルチ噴射制御領域Ｒｍと通常噴射制御領域Ｒｎの間に設けた過渡領域Ｒｔでは、補間によって求められた噴射制御用データによるマルチ噴射制御が行われる。

この補間は、次のようにして行われる。まず、予め、図２に示すような、内燃機関の回転数Ｎｅ（横軸）と負荷Ｑ（縦軸）に対して、マルチ噴射制御領域Ｒｍと過渡領域Ｒｔと通常噴射制御領域Ｒｎを区分する領域データマップを用意し、制御装置４０に記憶させておく。この領域データマップは予め実験や計算などにより排気ガスの昇温をマルチ噴射で行う必要があるか否かを検討することにより設定しておくことができる。

次に、強制再生制御中に検出されたエンジンの回転数Ｎｅｍと負荷Ｑｍから、現在（制御時）のエンジンの運転状態は図２に示す領域データマップのいずれの領域にあるかを判定する。つまり、回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域（低・中負荷運転状態）Ｒｍ側の境界Ｌｍでの負荷をＱｍｌとし、通常噴射領域（高負荷運転状態）Ｒｎ側の境界Ｌｎでの負荷をＱｎｌとし、負荷Ｑｍが負荷Ｑｍｌ以下であれば、マルチ噴射制御領域Ｒｍにあるとし、負荷Ｑｍが負荷Ｑｍｌを越え、負荷Ｑｎｌ以下であれば、過渡領域Ｒｔにあり、負荷Ｑｍが負荷Ｑｎｌを越えていれば、通常噴射制御領域Ｒｎにあるとする。

そして、マルチ噴射制御領域Ｒｍにあれば、マルチ噴射用の制御用データマップから算出した噴射制御用データＦｍ（ｉ）に基づいてマルチ噴射制御を行い、通常噴射制御領域Ｒｎにあれば、通常噴射用の制御用データマップから算出した噴射制御用データＦｎ（ｉ）に基づいて通常噴射制御を行う。

一方、過渡領域Ｒｔにある場合には、噴射制御用データＦ（ｉ）、つまり、図６に模式的に示すような、各シリンダの１サイクル中に噴射される各段階（パイロット噴射Ｆ１、プレ噴射Ｆ２、メイン噴射Ｆ３、アフター噴射Ｆ４等）の噴射量と噴射タイミング等のデータにおいて、この噴射制御用データＦ（ｉ）がｉ＝１〜Ｉ個（ここではｉ，Ｉは正数）あるとした場合に、エンジン１０の回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域Ｒｍ側の境界Ｌｍでのマルチ噴射の噴射制御用データＦｍｌ（ｉ）と、エンジン１０の回転数Ｎｅｍにおける通常噴射領域Ｒｎ側の境界Ｌｎでの通常噴射の噴射制御用データＦｎｌ（ｉ）との補間によって得られる噴射制御用データＦ（ｉ）を用いて、シリンダ内燃料噴射を行う。

このマルチ噴射の噴射制御用データＦｍｌ（ｉ）は、マルチ噴射制御用のベースマップから得られた制御用データに環境補正用データマップから得られた補正係数で補正して得られ、また、この通常噴射の噴射制御用データＦｎｌ（ｉ）は、通常噴射制御用のベースマップから得られた制御用データに環境補正用データマップから得られた補正係数で補正して得られる。

この補間として、線形補間を用いる場合には、Ｆｔ（ｉ）＝（（Ｑｎｌ−Ｑｍ）×Ｆｍｌ（ｉ）＋（Ｑｍ−Ｑｍｌ）×Ｆｎｌ（ｉ））／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）で計算される噴射制御用データの量Ｆｔ（ｉ）を、過渡領域Ｒｔ内における噴射制御用データＦ（ｉ）とする。

また、この補間で、最初に、過渡領域Ｒｔにおける位置の指標値ｔを算出し、これを用いて補間してもよい。この位置の指標値ｔは通常噴射領域Ｒｎ側の境界Ｌｎの位置をゼロとし、マルチ噴射領域Ｒｍ側の境界Ｌｍの位置を１とした時に、負荷Ｑｍに対応する位置をゼロから１の間の数値で示すものであり、ｔ＝（Ｑｎｌ−Ｑｍ）／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）で算出される。次に、このｔを用いて、Ｆｔ（ｉ）＝ｔ×Ｆｍｌ（ｉ）＋（１−ｔ）×Ｆｎｌ（ｉ）で計算される噴射制御用データの量Ｆｔ（ｉ）を、過渡領域Ｒｔ内における噴射制御用データＦ（ｉ）とする。

なお、この過渡領域Ｒｔの噴射制御用データの量Ｆ（ｉ）としては、各シリンダの１サイクル中に噴射される各段階の噴射別の噴射量と噴射タイミングの両方を選択することが好ましいが、その一方、あるいは、トルクショックに及ぼす影響が多い段階の噴射制御用データのみを用いてもよい。

また、通常は、この図２に示すような領域データマップは、第１排ガス温度制御、第２排気ガス温度制御、温度維持制御でそれぞれ異なるものを使用するが、より制御の簡素化のために同一の領域マップデータを用いて制御用データマップの数を低減してもよい。

次に、この制御について、図３〜図５の制御フローを用いて説明する。この図３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Ｎｅｍ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。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。

そして、第２排気ガス昇温制御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。

この図３の制御フローでは、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Ｔｇ２が所定の第１判定温度Ｔｃ１より低い時は第１排気ガス昇温制御を行い、所定の第１判定温度Ｔｃ１以上となった時は、ポスト噴射を伴う第２排気ガス昇温制御を行う。更に、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が所定の第２判定温度Ｔｃ２以上となった時には温度維持制御を行う。

なお、上記の図３の制御フローでは、酸化触媒１２ａ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、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を用いているが、酸化触媒１２ａの温度（ベッド温度）を指標する触媒温度指標温度として、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を用いてもよい。

そして、本発明では、これらのステップＳ１４の第１排気ガス昇温制御、ステップＳ１７の第２排気ガス昇温制御、ステップＳ１８の温度維持制御において、低・中負荷運転領域ではマルチ噴射制御を行うが、高負荷運転状態ではマルチ噴射を行わない通常噴射制御を行う。

この制御は図４及び図５に示すような制御フローに従って行うことができる。この図４及び図５の制御フローは第１排気ガス昇温制御、第２排気ガス昇温制御、温度維持制御に入った時にシリンダ内燃料噴射の噴射制御用データＦ（ｉ）が必要な時に呼ばれて、この制御フローでこの噴射制御用データＦ（ｉ）を算出し、算出後にこの制御フローを呼んだ所に戻るものとして示されている。

この図４の制御フローがスタートすると、ステップＳ３1 でエンジン１０の運転状態を示すエンジン回転数Ｎｅｍと負荷Ｑｍを入力し、ステップＳ３２でエンジン１０の回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域Ｒｍ側の境界Ｌｍの負荷Ｑｍｌと、通常噴射領域Ｒｎ側の境界Ｌｎの負荷Ｑｎｌを入力する。

次のステップＳ３３で、負荷Ｑｍをチェックし、負荷Ｑｍｌ以下であるか否かを判定する。この判定で負荷Ｑｍが負荷Ｑｍｌ以下であれば、ステップＳ３４に行き、ｉ＝１〜Ｉ個の噴射制御用データＦ（ｉ）をマルチ噴射のベースのデータマップと環境補正用データマップとから算出した噴射制御用データＦｍ（ｉ）とし、リターンする。

このステップＳ３３の判定で負荷Ｑｍが負荷Ｑｍｌ以下で無ければ、ステップＳ３５に行き、負荷Ｑｍをチェックし、負荷Ｑｎｌ以上であるか否かを判定する。この判定で負荷Ｑｍが負荷Ｑｎｌ以上であれば、ステップＳ３６に行き、ｉ＝１〜Ｉ個の噴射制御用データＦ（ｉ）を通常運転の通常噴射のベースのデータマップと環境補正用データマップとから算出した噴射制御用データＦｎ（ｉ）とし、リターンする。

このステップＳ３５の判定で負荷Ｑｍが負荷Ｑｎｌ以上でなければ、ステップＳ３７に行く。このステップＳ３７では、エンジン１０の回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域Ｒｍ側の境界Ｌｍでのマルチ噴射の噴射制御用データＦｍｌ（ｉ）と、エンジン１０の回転数Ｎｅｍにおける通常噴射領域Ｒｎ側の境界Ｌｎでの通常噴射の噴射制御用データＦｎｌ（ｉ）をｉ＝１〜Ｉ個入力する。

次のステップＳ３８で、補間の噴射制御のデータＦｔ（ｉ）を、Ｆｔ（ｉ）＝（（Ｑｎｌ−Ｑｍ）×Ｆｍｌ（ｉ）＋（Ｑｍ−Ｑｍｌ）×Ｆｎｌ（ｉ））／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）によりｉ＝１〜Ｉ個算出し、次のステップＳ３９でｉ＝１〜Ｉ個のＦ（ｉ）をＦｔ（ｉ）とし、リターンする。

なお、この補間で、過渡領域Ｒｔにおける位置の指標値ｔを用いる場合は、図５の制御フローに示すように、ステップＳ３８の代りに、ステップＳ３８ａとステップＳ３８ｂとで構成し、ステップＳ３８ａで、位置の指標値ｔをｔ＝（Ｑｎｌ−Ｑｍ）／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）で算出し、ステップＳ３８ｂで、この位置の指標値ｔを用いて、Ｆｔ（ｉ）＝ｔ×Ｆｍｌ（ｉ）＋（１−ｔ）×Ｆｎｌ（ｉ）で噴射制御用データＦｔ（ｉ）を算出する。

これらの図４及び図５の制御フローによれば、強制再生制御において、エンジン１０の運転状態が高負荷運転状態の場合には、マルチ噴射を止めた通常噴射制御を行うと共に、エンジン１０の回転数Ｎｅｍと負荷Ｑｍに応じて、制御用の領域をマルチ噴射制御領域Ｒｍと過渡領域Ｒｔと通常噴射制御領域Ｒｎに区分し、過渡領域Ｒｔ内においては、マルチ噴射制御領域Ｒｍ側の境界Ｌｍでのマルチ噴射制御の噴射制御用データＦｍｌ（ｉ）と、通常噴射制御領域Ｒｎ側の境界Ｌｎでの通常噴射制御の噴射制御用データＦｎｌ（ｉ）との補間によって得られる噴射制御用データＦｔ（ｉ）を用いて、シリンダ内燃料噴射を行うことができる。

また、過渡領域Ｒｔにおける補間を、噴射制御用データＦ（ｉ）がｉ＝１〜Ｉ個あるとした場合に、エンジン１０の回転数Ｎｅｍにおける負荷Ｑｍを基にして、回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域Ｒｍ側の境界Ｌｍでの負荷をＱｍｌ、噴射制御用データをＦｍｌ（ｉ）とし、回転数Ｎｅｍにおける通常噴射制御領域Ｒｎ側の境界Ｌｎでの負荷をＱｎｌ、噴射制御用データをＦｎｌ（ｉ）とした時に、Ｆｔ（ｉ）＝（（Ｑｎｌ−Ｑｔ）×Ｆｍｌ（ｉ）＋（Ｑｔ−Ｑｍｌ）×Ｆｎｌ（ｉ））／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）で計算される噴射制御用データＦｔ（ｉ）を、過渡領域Ｒｔ内における噴射制御用データＦ（ｉ）とすることができる。

なお、上記の実施の形態では、排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置としては、上流側の酸化触媒装置１２ａと下流側の触媒付きフィルタ１２ｂとの組み合わせを例にして説明したが、酸化触媒を担持したフィルタであってもよい。更に、酸化触媒１２ａの上流側に未燃燃料（ＨＣ）を供給する方法としてポスト噴射で説明したが、排気通路１６に未燃燃料供給装置を配置して、この未燃燃料供給装置から直接排気通路１６内に未燃燃料を噴射する排気管内直接噴射の方法を採用してもよい。

また、この排気ガス浄化装置としては、連続再生型ＤＰＦのみならず、同様な強制再生制御を行うＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等のＮＯｘ浄化装置を採用することもできる。更に、本発明の適用範囲は、硫黄被毒からの回復等の強制再生制御等も含めることができるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒のみならず選択還元型（ＳＣＲ）触媒等を備えた排気ガス浄化装置の硫黄被毒に対する強制再生制御等も含むことができる。

排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 領域データマップの一例を模式的に示す図である。 強制再生制御の制御フローの一例を示す図である。 噴射制御用データの算出用の制御フローの一例を示す図である。 噴射制御用データの算出用の制御フローの多の例を示す図である。 シリンダ内燃料噴射の各段階を模式的に示す図である。

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（内燃機関）
１２ 連続再生型ＤＰＦ装置（排気ガス浄化装置）
１２ａ 酸化触媒
１２ｂ 触媒付きフィルタ
３１ 差圧センサ
４０ 制御装置（ＥＣＵ）
Ｆ（ｉ） 過渡領域の噴射制御用データ
Ｆｍ（ｉ） マルチ噴射用の噴射制御用データ
Ｆｍｌ（ｉ） マルチ噴射制御領域側の境界での噴射制御用データ
Ｆｎ（ｉ） 通常噴射用の噴射制御用データ
Ｆｎｌ（ｉ） 通常噴射領域側の境界での噴射制御用データ
Ｆｔ（ｉ） 補間の噴射制御用データ
Ｌｍ マルチ噴射制御領域側の境界
Ｌｎ 通常噴射領域側の境界
Ｎｅ、Ｎｅｍ エンジン回転数
Ｑ，Ｑｍ エンジン負荷
Ｑｍｌ マルチ噴射制御領域側の境界での負荷
Ｑｎｌ 通常噴射領域側の境界での負荷
Ｒｍ マルチ噴射制御領域
Ｒｎ 通常噴射制御領域
Ｒｔ 過渡領域
ｔ 位置の指標値

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に、上流側に酸化触媒を担持した酸化触媒装置を有する排気ガス浄化装置、又は、酸化触媒を担持した排気ガス浄化装置と、前記排気ガス浄化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、排気温度を昇温するために、マルチ噴射制御を行う排気ガス浄化システムの制御方法において、
   前記強制再生制御の際に、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態の場合には、マルチ噴射を止めた通常噴射制御を行うと共に、内燃機関の回転数と負荷に応じて、制御用の領域をマルチ噴射制御領域と過渡領域と通常噴射制御領域に区分し、該過渡領域内においては、マルチ噴射制御領域側のマルチ噴射制御の噴射制御用データと、通常噴射制御領域側の通常噴射制御の噴射制御用データとの補間によって得られる噴射制御用データを用いて、シリンダ内燃料噴射を行うことを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
2. 前記過渡領域における補間を、噴射制御用データＦ（ｉ）がｉ＝１〜Ｉ個あるとした場合に、内燃機関の回転数Ｎｅｍにおける負荷Ｑｍを基にして、該回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域側の境界での負荷をＱｍｌ、噴射制御用データをＦｍｌ（ｉ）とし、該回転数Ｎｅｍにおける通常噴射制御領域側の境界での負荷をＱｎｌ、噴射制御用データをＦｎｌ（ｉ）とした時に、Ｆｔ（ｉ）＝（（Ｑｎｌ−Ｑｔ）×Ｆｍｌ（ｉ）＋（Ｑｔ−Ｑｍｌ）×Ｆｎｌ（ｉ））／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）で計算される噴射制御用データＦｔ（ｉ）を、前記過渡領域内における噴射制御用データＦ（ｉ）とすることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
3. 前記過渡領域の噴射制御用データＦ（ｉ）として、各シリンダの１サイクル中に噴射される各段階の噴射別の噴射量と噴射タイミングの一方、又は、両方を採用することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
4. 前記負荷の代りに各シリンダの１サイクル中に噴射される総燃料噴射量を用いることを特徴とする請求項２又は３に記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
5. 内燃機関の排気通路に、上流側に酸化触媒を担持した酸化触媒装置を有する排気ガス浄化装置、又は、酸化触媒を担持した排気ガス浄化装置と、前記排気ガス浄化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、排気温度を昇温するために、マルチ噴射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、前記強制再生制御の際に、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態の場合には、マルチ噴射を止めた通常噴射制御を行うと共に、内燃機関の回転数と負荷に応じて、制御用の領域をマルチ噴射制御領域と過渡領域と通常噴射制御領域に区分し、該過渡領域内においては、マルチ噴射制御領域側のマルチ噴射制御の噴射制御用データと、通常噴射制御領域側の通常噴射制御の噴射制御用データとの補間によって得られる噴射制御用データを用いて、シリンダ内燃料噴射を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
6. 前記制御装置が、前記過渡領域における補間を、噴射制御用データＦ（ｉ）がｉ＝１〜Ｉ個あるとした場合に、内燃機関の回転数Ｎｅｍにおける負荷Ｑｍを基にして、該回転数Ｎｅｍにおけるマルチ噴射制御領域側の境界での負荷をＱｍｌ、噴射制御用データをＦｍｌ（ｉ）とし、該回転数Ｎｅｍにおける通常噴射制御領域側の境界での負荷をＱｎｌ、噴射制御用データをＦｎｌ（ｉ）とした時に、Ｆｔ（ｉ）＝（（Ｑｎｌ−Ｑｔ）×Ｆｍｌ（ｉ）＋（Ｑｔ−Ｑｍｌ）×Ｆｎｌ（ｉ））／（Ｑｎｌ−Ｑｍｌ）で計算される噴射制御用データＦｔ（ｉ）を、前記過渡領域内における噴射制御用データＦ（ｉ）とすることを特徴とする請求項５記載の排気ガス浄化システム。
7. 前記制御装置が、前記過渡領域の噴射制御用データＦ（ｉ）として、各シリンダの１サイクル中に噴射される各段階の噴射別の噴射量と噴射タイミングの一方、又は、両方を採用することを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化システム。
8. 前記制御装置が、前記負荷の代りに各シリンダの１サイクル中に噴射される総燃料噴射量を用いることを特徴とする請求項６又は７に記載の排気ガス浄化システム。

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