JP4311316B2

JP4311316B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4311316B2
Application number: JP2004273173A
Authority: JP
Inventors: 洋之木村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-09-21
Also published as: JP2006090147A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンを搭載した車両に用いて好適な、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジン（以下、エンジンともいう）の排気通路に酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）とを排気上流側からこの順に介装して、排気中のパティキュレート（排気微粒子，ＰＭ：Particulate Matter）を除去する排気浄化装置が知られている。

このうち、ＤＰＦはＰＭを捕集するものであるが、時間の経過とともにＤＰＦ内に堆積するＰＭは増加してＤＰＦが目詰まりして通気性が損なわれてしまうおそれがある。このような事態を回避すべく、ＤＰＦによって捕集されたＰＭを燃焼させることで、定期的にあるいは必要に応じて除去することでＤＰＦの再生を図る手法が存在する。
このＤＰＦの再生の手法を簡単に説明すると、ＤＰＦの上流側にＤＯＣを配し、このＤＯＣによってディーゼルエンジンの排気中に比較的多量に含まれるＮＯ（一酸化窒素）を酸化することで酸化剤としての機能の高いＮＯ₂（二酸化窒素）に転換し、このＮＯ₂により、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させることで、排気温度が比較的低い場合であっても、ＤＰＦを連続的に再生（いわゆる、連続再生）できるようになっている。

しかしながら、排気温度が十分に上昇しないような場合、（例えば、エンジン負荷が低くまたエンジン回転数が低いような場合）には、連続再生を行なうことができず、ＤＰＦには次第にＰＭが堆積していくこととなるため、強制再生という手法が用いられる。
この強制再生の手法はいくつか存在するが、その一例を挙げると、エンジンの膨張行程あるいは排気行程で燃料を噴射する、いわゆるポスト燃料噴射を実行する手法がある。これにより、エンジンで燃焼されなかった燃料（つまり、未燃燃料）を多く含んだ排気をＤＯＣに供給することで、ＤＯＣにおいて未燃燃料を酸化（つまり、燃焼）させることができる。そして、このＤＯＣにおいて昇温された排気がＤＯＣの下流に配設されたＤＰＦに流れ込むことでＤＰＦの温度を上昇させＤＰＦに堆積したＰＭを強制的に燃焼させるのである。

このように、通常、ＤＰＦはＰＭを燃焼させる（即ち、再生処理を行なう）ことを前提として設計されているので、ある程度の熱には耐えることができる。しかし、ＤＰＦに堆積しているＰＭの量が急激に燃焼するような事態が発生してしまうと、ＰＭの燃焼によって過大な熱が発生し、ＤＰＦが溶損してしまうおそれがある。
このような事態を避けるための技術の一例として、以下の特許文献１の技術が挙げられる。この特許文献１には、ＤＰＦを通過した排気の温度を計測する温度センサによって触媒床温度を推定し、この推定された触媒床温度が所定の警戒温度を超えた時には、燃料噴射装置による燃料添加を停止する旨が開示されている。
特開２００３−１５５９１３号公報

しかしながら、この特許文献１の技術によれば、ＤＰＦが実際に所定の警戒温度を超えた後に燃料噴射装置を制御するようになっているため、いわゆる制御遅れを避けることはできず、ＤＰＦを確実に保護することは困難である。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、排気フィルタの過昇温による溶損や破損を回避しながら、排気フィルタの再生処理を実行することができる、内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項１）は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中のパティキュレートを捕集する排気フィルタと、該排気フィルタの上流に位置して該排気通路に設けられた酸化触媒とを有し、該排気フィルタの強制再生時に該酸化触媒の上流側に燃料を添加して燃料を酸化反応させ該排気フィルタの温度を上昇させる内燃機関の排気浄化装置において、該強制再生時における燃料の添加量を該内燃機関の運転状態に応じて設定する燃料添加量設定手段と、該燃料添加量設定手段により設定された添加量の燃料が添加された場合の該排気フィルタの温度を推定するフィルタ温度推定手段と、該フィルタ温度推定手段によって推定された該フィルタ推定温度が予め設定された該排気フィルタの温度を上昇させるときの目標温度履歴をたどるように該燃料添加量を逐次補正する補正手段とをそなえることを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１記載の内容において、該温度推定手段は、該排気フィルタによって捕集されたパティキュレートが酸化することで発生する熱量を推定する発熱量推定手段と、該排気の該排気フィルタへ熱伝達による熱輸送量を推定する熱輸送量推定手段とを有し、該発熱量推定手段は、該排気の温度から、該パティキュレートと排気中の酸素の反応速度定数を求め、該反応速度定数と該排気の酸素濃度と該排気フィルタの該パティキュレート捕集量とから該パティキュレートの燃焼量を算出し、該パティキュレートの燃焼量から該パティキュレートが酸化することで発生する熱量を推定し、該熱輸送量推定手段は、該排気のプラントル数および該排気のレイノルズ数を算出し、該レイノルズ数とプラントル数からヌッセルト数を算出し、該ヌッセルト数と該排気の熱伝導率との積を該排気フィルタの直径で除算することで得られる該排気と該排気フィルタとの間の熱伝達率に基づいて該熱輸送量を推定することを特徴としている。

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて設定された添加量の燃料が添加された場合の排気フィルタの温度を推定し、推定された排気フィルタの温度が予め設定された該排気フィルタの温度を上昇させるときの目標温度履歴をたどるように燃料添加量を逐次補正することで、制御遅れを生じることなく、排気フィルタの過昇温に起因する溶損や破損を回避しながら、排気フィルタの再生処理を実行することができる。（請求項１）
また、排気フィルタによって捕集されたパティキュレートが酸化することで生じる熱量と、排気と排気フィルタとの間で生じる熱輸送量とを考慮して排気フィルタの温度を推定するので、推定精度を高めることができる。（請求項２）

以下、図面により、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式的なブロック図、図２はその作用を示す模式的なフローチャート、図３（Ａ）はＤＰＦの推定温度を示す模式的なグラフ、図３（Ｂ）は燃料添加量を示す模式的なグラフである。なお、以後、「上流，下流」という記載は、排気の流れに基づくものである。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（内燃機関）１０の吸気系（図示略）には吸気量を測定するエアフローセンサ（図示略）および吸気量を可変的に制限する吸気絞り（図示略）がそなえられるとともに、エンジン１０の排気系１１には、上流側から、酸化触媒（以下、ＤＯＣ）１２，排気フィルタ（以下、ＤＰＦ）１３となるようにＤＯＣ１２とＤＰＦ１３とがそれぞれ配設されている。

このうち、ＤＯＣ１２は、触媒担持層としてアルミナＡｌ₂Ｏ₃をハニカム状の基材にコーティングし、この触媒担持層に白金Ｐｔ又はパラジウムＰｄ等を担持させたものである。なお、アルミナＡｌ₂Ｏ₃のコーティングは、排気ガスとの接触面積が多くなるように表面を粗くするためのものである。
そして、このＤＯＣ１２へ、ＮＯを主成分とした排気が流れ込むと、ＤＯＣでは、以下の式（１）のような反応が主に促進されるようになっている。
２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂・・・（１）
ＮＯ₂はＮＯに比べて酸化剤としての機能が高く、低い活性化エネルギでＰＭを酸化させることができる。このため、ＤＯＣ１２により排気中のＮＯをＮＯ₂へと酸化させ、このＮＯ₂により、ＤＯＣ１２の下流に配設されたＤＰＦ１３に捕集されたＰＭを酸化（燃焼）させるようになっているのである。

また、ＤＰＦ１３は、セラミック製ハニカム型フィルタであり、ＤＰＦ１３内に流入した排気に含まれるＰＭが捕集できるようになっている。
そして、ＤＯＣ１２によって上述の反応式（１）の反応が促進され、ＮＯ₂を比較的多く含んだ排気がＤＰＦ１３に流れ込むと、ＤＰＦ１３では以下の式（２）で示す酸化反応が促進されるようになっている。
２ＮＯ₂＋２Ｃ→Ｎ₂＋２ＣＯ₂・・・（２）
つまり、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭをＮＯ₂により酸化（燃焼）させることにより、ＰＭをＣＯ₂にしてＤＰＦ１３から除去するとともに排気ガス中のＮＯ_X（ＮＯ₂）をＮ₂に分解して、ＰＭ及びＮＯ_X量を低減するとともに、過剰量のＰＭがＤＰＦ１３に堆積することによって、ＤＰＦ１３がＰＭを捕集できなくなることを防ぐことができるようになっている。

また、これらのＤＯＣ１２とＤＰＦ１３との間にはＤＯＣ１２を通過し且つＤＰＦ１３に流入する前の排気温度を測定する第１温度センサ１４が設けられ、また、ＤＰＦ１３の下流にはＤＰＦ１３を通過した後の排気温度を測定する第２温度センサ１５が設けられている。そして、これらの第１温度センサ１４および第２温度センサ１５による測定結果はそれぞれＥＣＵ１６（後述する）に伝達されるようになっている。

また、ＤＰＦ１３の上流と下流との間には差圧センサ２３が介装され、ＤＰＦ１３の上流側および下流側における排気圧の差を測定できるようになっている。なお、差圧センサ２３による測定結果はＥＣＵ１６へ伝達されるようになっている。
また、このディーゼルエンジン１０には、図示しないＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が設けられ、排気ポート（図示略）から排出された排気の一部（いわゆるＥＧＲガス）を吸気ポート（図示略）へ導入できるようになっている。なお、このＥＧＲガスの量は後述するＥＣＵ１６によって制御されるようになっている。

また、エンジン１０には、このエンジン１０を電子的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１６がそなえられており、このＥＣＵ１６には、いずれも図示しない入出力ユニット、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、プログラムなどを記憶するメモリなどがそなえられている。そして、このＥＣＵ１６には、プログラムとして、排気制御部（燃料添加量設定手段）１７，ＤＰＦ温度推定部（フィルタ温度推定手段）１８，補正部（補正手段）１９が主にそなえられている。

このうち、排気制御部１７は、ＤＰＦ１３を強制再生する場合に、膨張行程あるいは排気行程での燃料噴射（いわゆるポスト噴射）を実行するのに先立って酸素濃度に応じた燃料噴射量を予め設定し、その後、設定した量の燃料を噴射するようにインジェクタを制御することができるようになっている。なお、この場合のポスト噴射の燃料噴射量は、エンジン１０の主燃焼後の排気の酸素濃度に応じて（即ち、エンジン１０の運転状態に応じて）設定されるようになっている。

また、この排気制御部１７は、ＤＰＦ１３の強制再生実行時のＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの量および吸気絞りに変化する吸気量を設定し、設定したＥＧＲガス量および吸気量となるようにＥＧＲ装置および吸気絞りを制御することもできるようになっている。
これらにより、ＤＯＣ１２に供給される排気に含まれる酸素濃度を濃くしたり薄くしたりすることができるようになっている。

また、ＤＰＦ温度推定部１８は、ＤＰＦ１３を実際に強制再生するのに先立ってＤＰＦ１３の温度を推定するものであって、より具体的には、排気制御部１７によって設定された量の燃料をインジェクタが噴射したと仮定した際のＤＰＦ１３の温度（即ち、ＤＰＦ推定温度Ｔ_DPF(t)）を求めるものである。
また、このＤＰＦ温度推定部１８は、発熱量推定部（発熱量推定手段）２０と熱輸送量推定部（熱輸送量推定手段）２１とを有している。

このうち、発熱量推定部２０は、以下の式（３）〜（６）を用いて、ＤＰＦ１３によって捕集されたＰＭが燃焼することで発生する熱量（発熱量Ｑ_b）を推定するものである。

この式（３）はアレニウスの反応速度則として知られている計算式であって、このうち、ｆは頻度因子、Ｅは活性化エネルギ、Ｒは一般ガス定数（８．３１４）、ＴはＤＰＦ１３の任意の点における排気温度、そして、ｋは反応速度定数である。また、指数ｎは、経験定数であり−２〜＋２の範囲で適宜選択される数値である。
また、排気温度Ｔは、第1温度センサ１４と第２温度センサ１５との間の任意の点における排気の温度であって、より具体的には、第１温度センサ１４によって測定されたＤＰＦ１３の上流端近傍の排気温度と第２温度センサ１５によって測定されたＤＰＦ１３の下流近傍の排気温度との間における排気温度は直線的に変化するとみなすことでＤＰＦ１３内の排気温度の分布を求めることにより得られる値である。なお、ＤＰＦ１３内で最も排気温度が高温となるのはＤＰＦ１３の下流端近傍であるので、本実施形態においては、ＤＰＦ１３の下流端近傍における排気の温度を上式（３）の排気温度Ｔに代入するようになっている。

また、ＰＭ（実質的には炭素Ｃ）が燃焼する場合の反応は、以下の（４）式で表すことができる。
Ｃ＋Ｏ₂→ＣＯ₂＋ｑ_c ・・・（４）
なお、この（４）式中、ｑ_cは炭素の低発熱量（３２．７６）である。
また、ＰＭの燃焼量、即ち、ＰＭが燃焼したことによる単位時間当たりのＣＯ₂発生量は以下の（５）式で表すことができる。

この式（５）中、［ＣＯ₂］はＣＯ₂モル濃度、［Ｃ］はＣモル濃度、［Ｏ₂］はＯ₂モル濃度、Δ［Ｃ］は消費炭素量、そして、ｋは式（３）で求められた反応速度定数である。
このうち、［Ｃ］は、差圧センサ２３によって測定されたＤＰＦ１３の上流と下流との間での差圧を図示しない堆積ＰＭマップに適用することによって得られるようになっている。また、［Ｏ₂］は、ＤＰＦ１３の強制再生に先立ち排気制御部１７によって設定された燃料噴射量，ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料量および空気量と、エンジン１０の吸気系に備えられた図示しないエアフローセンサによって測定された吸入空気量とに基づいて得られるようになっている。なお、排気系１１にリニアＡ／Ｆセンサ（ＬＡＦＳ）を設けて直接的に測定するようにしてもよい。

そして、以下の式（６）により、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭが燃焼することで発生する熱量（発熱量）Ｑ_bを得ることができるようになっている。

ここで、Δ［Ｃ］は式（５）で得られたＰＭの燃焼量であり、Ｍ_cは、炭素の分子量であり、また、ｑ_cは式（４）においても用いられた炭素の低発熱量（＝３２．７６）である。
他方、熱輸送量推定部２１は、以下の式（７）〜（９）によって排気とＤＰＦ１３との間で交換される熱量Ｑ_cを推定するものである。

これらの式のうち、Ｎｕはヌッセルト数、Ｒｅはレイノルズ数、Ｐｒはプラントル数、αは排気とＤＰＦ１３との間の熱伝達率、λはＤＰＦ１３内の熱伝導率、ｄはＤＰＦの代表長さ、Ａは伝熱面積、Ｔ_DPF(t-Δt)は前回推定されたＤＰＦ１３の温度、Ｔ_GASは排気温度、Δｔは推定時間（時間の刻み幅）である。
また、λはＤＰＦの材質によって決まる物性値、ＤＰＦ１３の代表長さｄはＤＰＦ１３の直径、ＡはＤＰＦ１３の表面積、Ｔ_DPF(t-Δt)は冷態始動時では大気温度、温態始動時は始動後十分に時間が経過した時の排気温度であって、２回目以降の計算時では後述する式（１０）によって前回得られたＤＰＦ温度、排気温度Ｔ_GASは第１温度センサ１４および第２温度センサ１５に基づいて得られたＤＰＦ１３内の排気温度分布によって推定されたＤＰＦ１３の任意点における排気温度、Δｔは推定時間であり、前回Ｑ_cを求めてから今回Ｑ_cを求めるまでの間の時間であって制御周期として扱ってもよい。

そして、ＤＰＦ温度推定部１８は、発熱量推定部２０によって得られた発熱量Ｑ_b、熱輸送量推定部２１によって得られた排気とＤＰＦ１３との間での交換熱量Ｑ_cに基づいた以下の式（１０）により、ＤＰＦ１３の温度を推定するようになっている。

ここで、Ｑ_bは上記の式（６）によって得られた熱量発熱量、Ｑ_cは上記の式（９）によって得られた熱輸送量、Ｃ_DPFはＤＰＦ１３の比熱、ρ_DPFはＤＰＦの密度、Ｔ_DPF(t-Δt)はこの式（１０）によって前回得られたＤＰＦ１３の推定温度である。なお、Ｃ_DPFおよびρ_DPFはＤＰＦ１３の材質によって決まる物性値である。
そして、補正部１９は、ＤＰＦ温度推定部１８が上式（１０）を用いて推定したＤＰＦ１３の推定温度Ｔ_DPF(t)が、予め定められた目標温度履歴を外れるような場合には、逐次、ポスト噴射における燃料噴射量を補正し、例えば、推定温度Ｔ_DPF(t)がｔ₂の時点において規定温度（所定値）Ｔ₁を超える場合には、逐次、排気制御部１７による排気への燃料添加量、即ち、ポスト噴射実行時に噴射される燃料目標量を減じるように補正するものである。なお、この目標温度履歴は、ＥＣＵ１６内の図示しないメモリ内に予め記憶されている温度カーブであり、実験で得られたものであって、強制再生を実行した場合にＤＰＦ１３が過昇温することなく適切に堆積したＰＭを燃焼させることができる理想的な温度を時系列にプロットしたものである。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
図２に示すように、差圧センサ２３によってＤＰＦ１３の上流および下流との間の排気差圧が測定され（ステップＳ１１）、この排気差圧をＥＣＵ１６に内蔵された堆積ＰＭマップ（図示略）に適用することによって、ＤＰＦ１３に堆積しているＰＭ量を求める（ステップＳ１２）。

また、ＤＰＦ１３の強制再生に先立ち排気制御部１７によって設定された燃料噴射量、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料量および空気量および吸入空気量に基づいて、発熱量推定部２０が、排気に含まれるＯ₂量を算出する（ステップＳ１３〜Ｓ１８）。なお、このＯ₂量はＯ₂センサやＬＡＦＳなどによって直接的に測定するようにしてもよい。
そして、発熱量推定部２０が、ステップＳ１２において得られたＤＰＦ１３に堆積中のＰＭ量と、ステップＳ１８において得られた排気中のＯ₂量とに基づいて（より具体的には、上述の式（３）〜（６）を用いて）、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭが燃焼することによって発生する発熱量Ｑ_bを算出する（ステップＳ２３）。

また、図２中、ステップＳ１３〜Ｓ１７，Ｓ１９〜Ｓ２１で示すように、ＤＰＦ１３の強制再生に先立ち排気制御部１７によって設定された燃料噴射量、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料量および空気量および吸入空気量と、第１温度センサ１４によって測定されたＤＰＦ１３の上流側における排気温度と、第２温度センサ１５によって測定されたＤＰＦ１３の下流側における排気温度とに基づき、排気の流速を得る。なお、ここで得られた排気流速に基づき上記の式（７）におけるレイノルズ数Ｒｅが求められる。

また、第１温度センサ１４によって測定されたＤＰＦ１３の上流側における排気温度と、第２温度センサ１５によって測定されたＤＰＦ１３の下流側における排気温度とに基づき、ＤＰＦ１３の内部における排気温度の分布を得る（ステップＳ１９，Ｓ２０，Ｓ２２）。
そして、ステップＳ２１によって得られた排気の流速と、ステップＳ２２によって得られたＤＰＦ１３の内部における排気温度の分布に基づいて得られた任意の点における排気温度とから、熱輸送量推定部２１が、排気とＤＰＦ１３との間で交換される熱輸送量Ｑ_cを算出する（ステップＳ２４）。

その後、ＤＰＦ温度推定部１８は、ステップＳ２３で得られた発熱量Ｑ_bと熱輸送量Ｑ_cとに基づいてＤＰＦ１３の温度を推定する（ステップＳ２５）。
ここで推定されたＤＰＦ１３の推定温度（フィルタ推定温度）が、警戒温度（所定値）を超える場合には、補正部１９が、排気制御部１７によって設定された強制再生を実行する際のポスト噴射における燃料噴射量（ポスト噴射量）を補正する。

ここで、この補正部１９によるポスト噴射量の補正について、図３を用いて説明すると、図３（Ｂ）において時点ｔ₁で示すように、排気制御部１７により噴射量Ａ₁の燃料がポスト噴射されて強制再生が開始されると、図３（Ａ）に示すようにＤＰＦ１３の推定温度Ｔ_DPF(t)は徐々に上昇していく。
その後、このＤＰＦ１３の推定温度Ｔ_DPF(t)がｔ₂で示す時点における規定温度（所定値）Ｔ₁を超えると、補正部１９は、排気濃度をＡ₁からＡ₂に減じる補正を行なう（図３（Ｂ）中時点ｔ₂参照）。

これにより、ＤＰＦ１３の推定温度Ｔ_DPF(t)の上昇は止まり、目標温度履歴をたどることになりＤＰＦ１３の許容温度Ｔ₂に達することなく強制再生を行なうためのポスト噴射量を、実際のＤＰＦ１３の過昇温に先立って得ることができる。
このように、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＤＰＦ１３の温度を予め推定し、推定されたＤＰＦ１３の温度が目標温度履歴をたどるようにポスト噴射量を逐次補正することで、ＤＰＦ１３の過昇温に起因する溶損や破損を回避しながら、ＤＰＦ１３の再生処理を実行することができる。

また、ＤＰＦ１３によって捕集されたＰＭが酸化することで生じる熱量Ｑ_bと、排気とＤＰＦ１３との間で生じる熱輸送量Ｑ_cとを考慮してＤＰＦ１３の温度を推定するので、推定精度を高めることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

上述の実施形態においては、ＤＰＦ１３の下流に配設された第２温度センサ１５により計測された排気温度に基づいてＤＰＦ１３の下流端部近傍の温度を推定する場合を例にとって説明したが、このような例に限られない。例えば、第１温度センサ１４により計測された排気温度に基づいてＤＰＦ１３の上流端部近傍の温度を推定した後、このＤＰＦ１３の上流端部近傍の熱がＤＰＦ１３内を徐々に伝達していくものとして温度を推定し、最終的にＤＰＦ１３の下流端近傍の温度を推定するようにしてもよい。

また、ＤＰＦ１３の上流端および下流端近傍のＤＰＦ温度を推定するとともに、得られた上流端近傍のＤＰＦ温度とＤＰＦ下流端近傍の温度との間の温度差を直線近似で表すことによって、ＤＰＦ１３中の任意の場所における温度を推定するようにしてもよい。
また、このＤＰＦ１３の推定温度Ｔ_DPF(t)がｔ₂で示す時点における規定温度Ｔ₁を超えると、補正部１９が、ポスト噴射量をＡ₁からＡ₂に減じる補正を行なう場合を図３（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明したが、例えば、ＤＰＦ１３の推定温度Ｔ_DPF(t)がｔ₂で示す時点における規定温度Ｔ₁を下回った場合には、補正部１９が、ポスト噴射量を増大し、推定温度Ｔ_DPF(t)が目標温度履歴に一致するように補正することで、適切に強制再生が実行されることはいうまでもない。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の作用を示す模式的なフローチャートである。本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の作用を示す模式的なタイムチャートである。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１排気系（排気通路）
１２ＤＯＣ（酸化触媒）
１３ＤＰＦ（排気フィルタ）
１４第１温度センサ
１５第２温度センサ
１６ＥＣＵ
１７排気制御部（燃料添加量設定手段）
１８ＤＰＦ温度推定部（フィルタ温度推定手段）
１９補正部（補正手段）
２０発熱量推定部（発熱量推定手段）
２１熱輸送量推定部（熱輸送量推定手段）
２３差圧センサ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられて排気中のパティキュレートを捕集する排気フィルタと、該排気フィルタの上流に位置して該排気通路に設けられた酸化触媒とを有し、該排気フィルタの強制再生時に該酸化触媒の上流側に燃料を添加して燃料を酸化反応させ該排気フィルタの温度を上昇させる内燃機関の排気浄化装置において、
該強制再生時における燃料の添加量を該内燃機関の運転状態に応じて設定する燃料添加量設定手段と、
該燃料添加量設定手段により設定された添加量の燃料が添加された場合の該排気フィルタの温度を推定するフィルタ温度推定手段と、該フィルタ温度推定手段によって推定された該フィルタ推定温度が予め設定された該排気フィルタの温度を上昇させるときの目標温度履歴をたどるように該燃料添加量を逐次補正する補正手段とをそなえる
ことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
該温度推定手段は、該排気フィルタによって捕集されたパティキュレートが酸化することで発生する熱量を推定する発熱量推定手段と、
該排気の該排気フィルタへ熱伝達による熱輸送量を推定する熱輸送量推定手段とを有し、
該発熱量推定手段は、
該排気の温度から、該パティキュレートと排気中の酸素の反応速度定数を求め、該反応速度定数と該排気の酸素濃度と該排気フィルタの該パティキュレート捕集量とから該パティキュレートの燃焼量を算出し、該パティキュレートの燃焼量から該パティキュレートが酸化することで発生する熱量を推定し、
該熱輸送量推定手段は、
該排気のプラントル数および該排気のレイノルズ数を算出し、該レイノルズ数と該プラントル数からヌッセルト数を算出し、該ヌッセルト数と該排気の熱伝導率との積を該排気フィルタの直径で除算することで得られる該排気と該排気フィルタとの間の熱伝達率に基づいて該熱輸送量を推定する
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。