JP4657074B2

JP4657074B2 - 排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法

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Publication number: JP4657074B2
Application number: JP2005297306A
Authority: JP
Inventors: 久信鈴木; 健二河合
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2011-03-23
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Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを触媒にて浄化する排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンともいう）の排気ガスを浄化する排気浄化装置は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中に含まれるパティキュレート（以下、ＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）という）を捕集するパティキュレートフィルタとを備えている。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスに多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ₂もしくはＮＯに還元して放出する触媒である。また、ＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）としては、例えば、ＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）や、ＤＰＮＲ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘＲｅｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）触媒が用いられている。

以上のようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒やフィルタを排気通路に備えた排気浄化装置においては、ＮＯｘ還元制御、Ｓ被毒再生制御、ＰＭ再生制御などの制御（以下、これらの制御を総称して触媒制御という）が行われている。

これら触媒制御のうち、ＮＯｘ還元制御では、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に燃料を供給することにより、触媒に吸蔵されたＮＯｘと燃料成分（ＨＣ）等と反応させてＮＯｘを還元している。

Ｓ被毒再生制御は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させてＮＯｘ吸蔵還元型触媒をＳ被毒から回復させる制御である。Ｓ被毒再生制御において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄分を離脱させるには、触媒温度を所定温度（例えば６００〜７００℃程度）まで昇温した状態で、同触媒を例えば理論空燃比よりもややリッチな空燃比の雰囲気中に曝すのが有効である点を考慮し、例えば、エンジンの燃焼状態の切替えにより触媒温度を上昇させた状態で触媒に燃料を供給している。そして、このように触媒温度の上昇と燃料供給を行うことにより、燃料がリッチ空燃比の雰囲気に曝されるようになり、触媒に吸蔵された硫黄分が触媒から離脱する。なお、Ｓ被毒再生制御では、触媒温度の上昇のために触媒への燃料供給を行う場合もある。

ＰＭ再生制御は、例えばエンジンの燃焼状態を制御して触媒温度（触媒床温）を高温化することにより、ＤＰＮＲ触媒等の触媒上に堆積したＰＭの酸化（燃焼）を促進する制御である。ＰＭ再生制御において、触媒からパティキュレートを焼失させるには、触媒温度を所定温度（例えば６００〜７００℃程度）まで上昇させる必要があるため、ＰＭ再生制御においても、触媒への燃料供給が行われる場合もある。

一方、ディーゼルエンジンとして、複数のシリンダが設けられた左右のバンクを備え、その各バンクを構成する複数のシリンダ群を互いに異なる系統の排気通路に接続したＶ型多気筒エンジンがある。Ｖ型多気筒エンジンでは、左右のバンクへの吸気空気量を均一にするために吸気通路の一部を構成するインテークマニホールドを共通化している。また、このようなＶ型多気筒エンジンにおいても、触媒制御要求に応じて、上記したＰＭ再生制御、Ｓ被毒再生制御、ＮＯｘ還元制御を行っている。

この種のＶ型多気筒エンジンにおいて、触媒制御に関連する技術として、下記の特許文献１に記載の方法がある。この特許文献１に記載の技術では、複数のシリンダ群間の排気ガス流量の差を抑えるように制御することで、排気浄化性能の回復遅れや無駄なエネルギの消費等の問題を解消している。
特開２００５−０３６６６３号公報

ところで、Ｖ型多気筒エンジンにおいて、左右のバンクの各系統の個体差（例えば、触媒の細孔の大きさの差、流量特性の相違、ターボチャージャの能力差など）等により、各系統の触媒に流入する排気ガス流量に差が生じる場合がある。このような排気ガス流量の差が生じると、ＰＭ堆積量やＳ被毒量等による触媒の劣化速度も左右の系統間で相違し、再生時期つまり触媒制御要求が相違することとなる。このように触媒制御要求が相違している場合、一方の系統の触媒制御要求があったときに、その系統のバンクの燃焼状態のみを切替えることはできない。すなわち、Ｖ型ディーゼルエンジン等の場合、前記したように、各バンクへの吸気空気量を均等にすることを目的として、吸気通路の一部を構成するインテークマニホールドを共通化しているため、スロットルバルブ（吸気絞り弁）の調整による空燃比制御（リッチ制御）等の燃焼状態の切替えを片方のバンクのみ実施することはできない。

また、そのような理由から、左右のバンクのいずれか一方の系統の触媒制御要求があったときには、他方の系統については再生制御が必要でないのにも関わらず、エンジンの燃焼状態を切替える必要がある。ここで、ＰＭ再生・Ｓ被毒再生制御の際に実施されるＰＭ再生燃焼及びＳ被毒再生燃焼は燃費の悪化を伴うため、いずれか一方の系統の触媒制御要求がある毎に、その一方の系統の触媒再生のためにＰＭ再生・Ｓ被毒再生燃焼を実施すると、再生回数が増えてしまい、燃費の悪化を招くという問題がある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、内燃機関の複数のシリンダ群に互いに異なる排気系統が接続され、その各排気系統にそれぞれ排気ガスを浄化する触媒が配設された排気浄化装置において、ＰＭ再生・Ｓ被毒再生に伴う燃費悪化を抑制することが可能な制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本発明の装置は、複数のシリンダ群を備える内燃機関に適用される排気浄化装置の制御装置であって、前記複数のシリンダ群にはそれぞれ互いに異なる排気系統が接続され、前記排気浄化装置は、前記排気系統にそれぞれ排気ガスを浄化する触媒を有し、当該制御装置は、前記複数の触媒の状態に関わらず、前記複数の触媒に対して同一のＰＭ除去制御または同一の硫黄除去制御を実施することを特徴としている。
本発明の具体的な構成として、当該制御装置は、前記複数の触媒の中で触媒床温が最も低い触媒を基準に前記ＰＭ除去制御を実施するとともに、前記複数の触媒の触媒床温を平均した値を基準にして前記硫黄除去制御を実施するという構成を挙げることができる。
また、当該制御装置は、前記複数の触媒のＰＭ堆積量をそれぞれ吸入空気量に基づいて推定し、その推定したＰＭ堆積量が最も大きい触媒を基準にして前記ＰＭ除去制御の実施時期を判定するという構成を挙げることができる。
さらに、他の具体的な構成として、当該制御装置は、前記複数の触媒の触媒床温のうちで最も低い触媒床温が前記ＰＭ除去制御に必要な温度になっているか否かを判定し、前記最も低い触媒床温が前記ＰＭ除去制御に必要な温度になっていないときには、前記内燃機関の燃焼状態を前記複数の触媒の触媒床温を上昇させる燃焼状態に切り替えるという構成を挙げることができる。また、当該制御装置は、前記複数の排気系統にそれぞれ設けられた燃料添加弁を制御して前記同一のＰＭ除去制御または前記同一の硫黄除去制御を実施するという構成を挙げることができる。

本発明の方法は、複数のシリンダ群を備える内燃機関に適用される排気浄化装置の制御方法であって、複数のシリンダ群にはそれぞれ互いに異なる排気系統が接続されており、当該制御方法は、前記排気系統にそれぞれ設けられた触媒によって排気ガスを浄化することと、前記複数の触媒の状態に関わらず、前記複数の触媒に対して同一のＰＭ除去制御または同一の硫黄除去制御を実施することとを含むことを特徴としている。

次に、本発明の作用を述べる。

まず、本発明では、複数の排気系統の各触媒の状態に関わらず、全ての排気系統のＰＭ再生またはＳ被毒再生を同一に処理にて制御することにより、各排気系統の触媒制御要求毎にＰＭ再生・Ｓ被毒再生を実施する場合と比較して、再生回数を少なくしてＰＭ再生・Ｓ被毒再生に伴う燃費悪化を抑制している点に特徴がある。ここで、ＰＭ再生・Ｓ被毒再生を単に同一処理にて制御した場合、いずれかの排気系統の触媒にＰＭの燃え残りが発生する可能性がある。また、Ｓ被毒再生制御では触媒の熱劣化が生じる可能性がある。

本発明は、このような点を考慮し、ＰＭの燃え残りが無いようにＰＭ再生制御を実施する。具体的には、複数の触媒の中でＰＭ再生速度が最も遅い触媒つまり触媒床温が最も低い触媒を基準にしてＰＭ再生を実施することにより、ＰＭの燃え残りを無くしている。

また、Ｓ被毒再生に関しては、複数の触媒の中でＳ被毒再生速度が速い触媒つまり触媒床温が最も高い触媒を基準にしてＳ被毒再生を実施することにより、触媒の熱劣化を防ぐことができる。その反面、触媒床温が最も高い触媒を基準とすると、Ｓ被毒再生時間が短くなり、触媒から硫黄分を十分に離脱できなくなる可能性がある。このような点を考慮して、Ｓ被毒再生制御については、複数の触媒の触媒床温を平均した値を基準にしてＳ被毒再生を実施することにより、触媒の熱劣化を最小限に抑えつつ、硫黄分を十分に離脱できるようにしている。

本発明において、各系統の触媒のＰＭ堆積量を吸入空気量に基づいて推定し、その推定したＰＭ堆積量が最も大きい触媒を基準にして、ＰＭ再生時期を判定するようにしてもよい。このような構成を採用すると、ＰＭの燃え残りが発生する可能が最も高い触媒を対象としてＰＭ堆積量を推定することができるので、ＰＭの燃え残りをより確実に無くすことができる。

本発明によれば、内燃機関の複数のシリンダ群に互いに異なる排気系統が接続され、その各排気系統にそれぞれ排気ガスを浄化する触媒が配設された排気浄化装置において、前記複数の排気系統のＰＭ再生またはＳ被毒再生を同一に処理にて制御するので、ＰＭ再生・Ｓ被毒再生に伴う燃費悪化を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
まず、本発明を適用するエンジンの一例を図１を参照しながら説明する。

この例のエンジン１は、４つのシリンダ３からなる左右のバンク２Ｌ，２ＲをＶ型に配置したＶ型８気筒ディーゼルエンジンである。エンジン１には、各シリンダ３（気筒＃１〜＃８）の燃焼室内に燃料を直接噴射するインジェクタ４が配設されている。インジェクタ４は、通電（電圧印加）が行われたときに開弁する電磁駆動式の開閉弁であって、その開弁タイミングは、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１００によって制御される。

エンジン１には、左右のバンク２Ｌ，２Ｒに共通のインテークマニホールド１０と、各バンク２Ｌ，２Ｒ毎のエキゾーストマニホールド１１Ｌ，１１Ｒとが接続されている。なお、以下、左のバンク２Ｌの排気系統を第１系統、右のバンク２Ｒの排気系統を第２系統という場合もある。

エンジン１には、各シリンダ３に吸気を導くための吸気通路５が接続されている。吸気通路５にはエアクリーナ５０が接続されている。吸気通路５は、エアクリーナ５０の下流側において分岐しており、その各分岐路５Ｌ，５Ｒにターボチャージャ７Ｌ，７Ｒのコンプレッサ部７ａが配置されている。コンプレッサ部７ａの下流側の各分岐路５Ｌ，５Ｒにインタークーラ６が接続されている。インタークーラ６は共通吸気通路５Ｃを介してインテークマニホールド１０に接続されている。共通吸気通路５Ｃには、電子制御式のスロットルバルブ（吸気絞り弁）９が配置されており、このスロットルバルブ９の下流側の共通吸気通路５Ｃに、後述するＥＧＲ通路１４Ｌ，１４Ｒが接続されている。各分岐路５Ｌ，５Ｒには、ターボチャージャ７Ｌ，７Ｒのコンプレッサ部７ａの上流側にエアフロメータ８Ｌ，８Ｒが配置されている。

一方、左右のバンク２Ｌ，２Ｒに接続されたエキゾーストマニホールド１１Ｌ，１１Ｒには燃料添加弁１２Ｌ，１２Ｒが配置されている。燃料添加弁１２Ｌ，１２Ｒは、通電（電圧印加）が行われたときに開弁して、左右のバンク２Ｌ，２Ｒの排気系に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。各燃料添加弁１２Ｌ，１２Ｒの開弁タイミングはＥＣＵ１００によって制御される。

エキゾーストマニホールド１１Ｌ，１１Ｒには排気通路１３Ｌ，１３Ｒが接続されている。各排気通路１３Ｌ，１３Ｒにはターボチャージャ７Ｌ，７Ｒのタービン部７ｂが配置されている。ターボチャージャ７Ｌ，７Ｒは可変ノズル式ターボチャージャであって、タービン部７ｂ側に可変ノズルベーン機構が設けられており、その可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。可変ノズルベーン機構の開度はＥＣＵ１００によって制御される。

各エキゾーストマニホールド１１Ｌ，１１Ｒと共通吸気通路５Ｃとの間にはそれぞれＥＧＲ通路１４Ｌ，１４Ｒが接続されている。これらＥＧＲ通路１４Ｌ，１４ＲにはそれぞれＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１５Ｌ，１５Ｒ、及び、ＥＧＲ流量を調整するためのＥＧＲバルブ１６Ｌ，１６Ｒが設けられている。各ＥＧＲバルブ１６Ｌ，１６Ｒの開度はＥＣＵ１００によって制御される。

排気通路１３Ｌ，１３Ｒには、ターボチャージャ７Ｌ，７Ｒの下流側にそれぞれＮＳＲ（ＮＯｘＳｔｏｒａｇｅＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒１７Ｌ，１７Ｒ、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒ、及び、スイーパ１９Ｌ，１９Ｒが配設されている。

ＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であって、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。

ＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒは、排気ガス中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの酸素濃度が低くかつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ₂もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ₂やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気ガス中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ₂となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。

ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒは、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒには、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。スイーパ１９Ｌ，１９Ｒは酸化触媒であって、ＨＣやＣＯを酸化して排気ガスを浄化する。

以上のＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７ＲとＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒとの間に第１排気温センサ２１Ｌ，２１Ｒが配置されている。また、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの下流側には第２排気温センサ２２Ｌ，２２Ｒと空燃比センサ２３Ｌ，２３Ｒが配置されている。さらに、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの上流側と下流側との差圧（前後差圧）を検出する差圧センサ２４Ｌ，２４Ｒが配置されている。これら第１排気温センサ２１Ｌ，２１Ｒ、第２排気温センサ２２Ｌ，２２Ｒ、空燃比センサ２３Ｌ，２３Ｒ、及び、差圧センサ２４Ｌ，２４Ｒの各検出信号はＥＣＵ１００に入力される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、エンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

ＥＣＵ１００には、図１に示すように、エアフロメータ８Ｌ，８Ｒ、第１排気温センサ２１Ｌ，２１Ｒ、第２排気温センサ２２Ｌ，２２Ｒ、空燃比センサ２３Ｌ，２３Ｒ、差圧センサ２４Ｌ，２４Ｒ、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ、エンジン１の回転数を検出するクランクポジションセンサ、及び、アクセル開度センサなどの各種センサが接続されている。そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、インジェクタ４、スロットルバルブ９、ターボチャージャ７Ｌ，７Ｒの可変ノズルベーン機構、及び、ＥＧＲバルブ１６Ｌ，１６Ｒなどを制御してエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は下記の触媒制御を実行する。

−触媒制御−
ＥＣＵ１００は、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒに堆積したＰＭを酸化させるＰＭ再生制御、ＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８ＲのＮＯｘ吸蔵還元触媒をＳ被毒から回復させるＳ被毒再生制御、及び、ＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８ＲのＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御などを実行する。以下、これらＰＭ再生制御、Ｓ被毒再生制御及びＮＯｘ還元制御について説明する。

［ＰＭ再生判定］
ＥＣＵ１００は、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８ＲへのＰＭの堆積量を推定している。ＰＭ堆積量の推定方法としては、エンジン回転数と燃料噴射量に応じたエンジン排出ＰＭ量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるエンジン排出ＰＭ量を積算してＰＭの堆積量を算出するという方法が挙げられる。

また、他の推定方法として、吸入空気量の積算値に基づいてＰＭ堆積量を推定する方法が挙げられる。この推定方法を採用する場合、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒのうち、ＰＭ堆積量の多い触媒を基準にしてＰＭ堆積量を推定することにより、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの双方の触媒に堆積したＰＭの燃え残りがないように最悪を見込んだＰＭ堆積量を推定することが可能になる。具体的には、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒのうち、吸気通路５の各分岐路５Ｌ，５Ｒに配置したエアフロメータ８Ｌ，８Ｒの検出信号から得られる吸入空気量が小さい触媒（ＰＭ堆積量が多い触媒）を基準にして、その吸入空気量を積算してＰＭ堆積量を推定するようにすればよい。

そして、ＥＣＵ１００は、ＰＭ推定量が所定の判定値（限界堆積量）を超えたときにＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの再生時期であると判定してＰＭ再生を実施する。ＰＭ再生制御については後述する。

なお、ＥＣＵ１００は、第１系統と第２系統に配置した差圧センサ２４Ｌ，２４Ｒの出力信号を監視しており、その差圧センサ２４Ｌ，２４Ｒの出力信号から得られる各ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの前後差圧と予め設定された閾値とを比較している。そして、ＰＭ堆積量の推定値が判定値に達する前に、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒのいずれか一方の前後差圧が閾値を超えたときには、その時点でＰＭ再生を開始する。

［Ｓ被毒再生判定］
ＥＣＵ１００は、ＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８ＲのＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳ被毒量を推定している。Ｓ被毒量の推定方法としては、エンジン回転数と燃料噴射量に応じたＳ被毒量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＳ被毒量を積算するという方法が挙げられる。そして、ＥＣＵ１００は、推定したＳ被毒量が所定の判定値（限界推定量）を超えたときにＳ被毒を回復する再生時期であると判定してＳ被毒再生を実施する。Ｓ被毒再生制御については後述する。

［ＰＭ再生・Ｓ被毒再生制御］
次に、ＥＣＵ１００が実行するＰＭ再生・Ｓ被毒再生制御について図２のフローチャートを参照しながら説明する。このＰＭ再生・Ｓ被毒再生制御ルーチンは所定時間周期で繰り返し実行される。

ステップＳＴ１において、ＰＭ再生時期またはＳ被毒再生時期であるか否かを上記した判定手法にて判定する。その判定結果が否定判定である場合はこのルーチンを一旦終了する。ステップＳＴ１の判定結果が肯定判定である場合、ステップＳＴ２おいて、再生時期となった制御が「ＰＭ再生制御」であるか否かを判定し、「ＰＭ再生制御」である場合はステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ２の判定結果が否定判定である場合、再生時期となった制御が「Ｓ被毒再生制御」であると判断してステップＳＴ１１に進む。

ステップＳＴ３では、第１排気温センサ２１Ｌ，２１Ｒの出力信号からＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの触媒床温を推定し、その各床温推定値のうち、低い側の触媒床温がＰＭ再生に必要な温度（例えば３５０℃程度）となっているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合、ＰＭ再生をスムーズに行える状態であると判断してステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ３の判定結果が否定判定である場合、ステップＳＴ４において、触媒床温の昇温を目的として、エンジン１の燃焼状態の切替え（ＰＭ再生燃焼モードへの切替え）を行った後にステップＳＴ５に進む。このようなＰＭ再生燃焼モードは、第１系統及び第２系統について同一の処理にて制御する。ここで、ＰＭ再生燃焼モードにする方法としては、スロットルバルブ９にて吸入空気量を絞って空燃比（Ａ／Ｆ）を低くする方法が挙げられる。また、このような方法に組み合わせて、ＥＧＲ量の増量や燃料噴射時期の遅角を実施するようにしてもよい。

次に、ステップＳＴ５においてＰＭ再生量を算出する。ＰＭ再生量は、触媒床温とＰＭ酸化速度をパラメータとして予め実験・計算等によって作成されたマップを参照して算出する。ここで、ＰＭ再生量は、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８ＲへのＰＭの燃え残りを考慮して、第１系統のＤＰＮＲ触媒１８Ｌまたは第２系統のＤＰＮＲ触媒１８Ｒのうち、触媒床温が低い側の触媒の触媒床温推定値を用いて算出する。さらに、その算出したＰＭ再生量から要求燃料添加量を求め、この要求燃料添加量に基づいて燃料添加弁１２Ｌ、１２Ｒの通電期間（＝燃料添加期間）、要求マルチ添加回数及び添加インターバル（図４参照）を算出する（ステップＳＴ６）。

ステップＳＴ７において、ステップＳＴ６で算出した通電期間、要求マルチ添加回数及び添加インターバルに基づいて、第１系統の燃料添加弁１２Ｌと第２系統の燃料添加弁１２Ｒとを同一処理で制御してＰＭ再生を実施する。

そして、ステップＳＴ８において、ＰＭ再生制御終了条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ＰＭ再生制御実行開始から前記要求燃料添加量分の燃料の添加が完了したか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合、燃料添加を終了して、このルーチンを一旦終了する。

一方、ステップＳＴ２の判定結果が否定判定であり、再生時期となった制御が「Ｓ被毒再生制御」である場合、ステップＳＴ１１において、第１排気温センサ２１Ｌ，２１Ｒの出力信号からＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの各触媒床温を推定し、それら床温推定値の中で、最も低い触媒床温がＳ被毒再生に必要な温度（例えば３５０℃程度）となっているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合、Ｓ被毒再生をスムーズに行える状態であると判断してステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１１の判定結果が否定判定である場合、ステップＳＴ１２において、触媒床温の昇温を目的として、エンジン１の燃焼状態の切替え（Ｓ被毒再生燃焼モード）を行った後に、ステップＳＴ１３に進む。このようなＳ被毒再生燃焼モードは、第１系統及び第２系統について同一の処理にて制御する。ここで、Ｓ被毒再生燃焼モードにする方法としては、スロットルバルブ９にて吸入空気量を絞って空燃比（Ａ／Ｆ）を低くする方法が挙げられる。また、このような方法に組み合わせて、ＥＧＲ量の増量や燃料噴射時期の遅角を実施するようにしてもよい。

ステップＳＴ１３において、第１排気温センサ２１Ｌ、２１Ｒの出力信号から推定したＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの各触媒床温と、空燃比センサ２３Ｌ、２３Ｒの出力信号から得られる空燃比が、Ｓ被毒を回復するためのリッチスパイク実行条件（燃料添加実行可能条件）を満足しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ１５に進む。なお、ステップＳＴ１３の判定処理に用いる触媒床温は、全ての触媒の中で最も低い床温推定値とする。また、空燃比については、第１系統または第２系統のうち、高い側の空燃比を採用する。

ステップＳＴ１３の判定結果が否定判定である場合、ステップＳＴ１４において、触媒床温を制御するための燃料添加（燃料添加弁１２Ｌ，１２Ｒの開弁制御）を実施し、触媒床温の上昇及び空燃比のリッチ化を行ってＳ被毒を回復するための条件を整えてからステップＳＴ１５に進む。ここで、Ｓ被毒を回復するためのリッチスパイク条件は、例えば触媒床温が３５０℃以上で空燃比が２２に達していることなどの条件である。

次に、ステップＳＴ１５においてＳ被毒再生量を算出する。Ｓ被毒再生量は、触媒床温とＳ被毒還元速度をパラメータとして予め実験・計算等によって作成されたマップを参照して算出する。ここで、Ｓ被毒再生量は、触媒の熱劣化を最小限に抑えつつ、硫黄分を十分に離脱できるようにすることを考慮して、第１系統のＤＰＮＲ触媒１８Ｌの触媒床温推定値と、第２系統のＤＰＮＲ触媒１８Ｒの触媒床温推定値との平均値を用いて算出する。次いで、ステップＳＴ１６において、ステップＳＴ１５で算出したＳ被毒再生量から要求燃料添加量を求め、この要求燃料添加量に基づいて、燃料添加弁１２Ｌ、１２Ｒの通電期間（＝燃料添加期間）、要求マルチ添加回数及び添加インターバル（図４参照）を算出する。

ステップＳＴ１７において、ステップＳＴ１６で算出した通電期間、要求マルチ添加回数及び添加インターバルに基づいて、第１系統の燃料添加弁１２Ｌと第２系統の燃料添加弁１２Ｒとを同一処理で制御して、燃料添加弁１２Ｌ，１２Ｒから排気ガスへと一定の時間をおいて間欠的に燃料を添加することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒周囲の排気ガスを一時的に酸素濃度が低くて未燃燃料成分が多い状態にする、リッチスパイクを行うことによってＳ被毒再生を実施する。

そして、ステップＳＴ１８において、Ｓ被毒再生制御終了条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、Ｓ被毒再生制御実行開始から前記要求燃料添加量分の燃料の添加が完了したか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合、リッチスパイクを終了して、このルーチンを一旦終了する。

なお、以上のＰＭ再生・Ｓ被毒再生制御において、ＰＭ再生時期とＳ被毒再生時期とが同時になった場合、例えばＰＭ再生制御を優先する。

以上のように、この例のＰＭ再生・Ｓ被毒再生制御によれば、第１系統と第２系統の各系統のＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの状態に関わらず、第１系統と第２系統の双方の系統のＰＭ再生燃焼またはＳ被毒再生燃焼を同一に処理にて制御しているので、各系統の触媒の触媒制御要求毎にＰＭ再生・Ｓ被毒再生を実施する場合と比較して再生回数が少なくて済むので、ＰＭ再生・Ｓ被毒再生に伴う燃費悪化を抑制することができる。

しかも、ＰＭ再生については、各系統のＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒのうち、触媒床温の低い側の触媒（ＰＭ堆積量の多い側の触媒）を基準にして制御を行っているので、ＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの双方のＰＭを完全に燃焼させることができ、ＰＭの燃え残りを無くすことができる。また、Ｓ被毒再生については、触媒の熱劣化と触媒から硫黄分の離脱効果を考慮して、第１系統と第２系統に配設された複数の触媒（ＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒ）の触媒床温を平均した値を基準にしてＳ被毒再生を実施しているので、触媒の熱劣化を最小限に抑えつつ、硫黄分を十分に離脱することができる。

さらに、この例では、上記したように、ＰＭ再生については触媒床温の低い側の触媒を基準にして制御を行い、Ｓ被毒再生については複数の触媒の触媒床温を平均した値を基準にして制御を行うことで、ＰＭ再生・Ｓ被毒再生の際の燃料添加についても各系統で同一の処理に制御しているので、ＰＭ再生・Ｓ被毒再生に伴う燃費悪化を更に抑制することができる。

［ＮＯｘ還元制御］
まず、ディーゼルエンジンにおいては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となっているため、通常の運転状態では、ＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒの周囲雰囲気は高酸素濃度状態となっている。このため、排気ガス中のＮＯｘは、ＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８ＲのＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるが、周囲雰囲気が低酸素濃度となるときは非常に少ないため、吸蔵されたＮＯｘが還元されにくく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しやすい。

そこで、この例では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒及びＤＰＮＲ触媒のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に燃料を供給することにより、排気の空燃比を制御して触媒の周囲雰囲気を高温化や還元雰囲気にすることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ₂、ＣＯ₂及びＨ₂Ｏに還元して放出する。その具体的な例を図３のフローチャート参照して以下に説明する。なお、図３のＮＯｘ還元制御はＥＣＵ１００が実行する制御である。また、このＮＯｘ還元制御ルーチンは所定時間周期で繰り返し実行される。

ステップＳＴ２１において、第１系統のＮＯｘ還元時期または第２系統のＮＯｘ還元時期であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合、このルーチンを一旦終了する。ステップＳＴ２１の判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ２２に進む。

ここで、各系統のＮＯｘ還元時期の判定方法は、例えば、各系統のＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７Ｒ及びＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８ＲのＮＯｘ吸蔵量を推定し、その推定したＮＯｘ吸蔵量が所定の判定値（限界推定量）を超えたときにＮＯｘを還元する時期であると判定するという方法を採用する。なお、ＮＯｘ吸蔵量の推定は、エンジン回転数と燃料噴射量に応じたＮＯｘ吸蔵量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＮＯｘ吸蔵量を積算するという方法が挙げられる。

ステップＳＴ２２では、ＮＯｘ還元時期となった系統が「第１系統」であるか否かを判定し、「第１系統」である場合はステップＳＴ２３に進む。ステップＳＴ２２の判定結果が否定判定である場合、ＮＯｘ還元時期となった系統が「第２系統」であると判断してステップＳＴ３１に進む。

次に、ステップＳＴ２３において、第１系統の空燃比センサ２３Ｌの検出信号から得られる実空燃比と目標空燃比との偏差に基づいてＮＯｘ還元基本燃料添加量を算出し、そのＮＯｘ還元基本燃料添加量に床温補正係数を乗じて、ＮＯｘ還元制御を実行するときのＮＯｘ還元燃料添加量を算出する。ここで、床温補正係数は、第１系統の第１排気温センサ２１Ｌの検出信号から推定されるＮＳＲ触媒１７Ｌの触媒床温またはＤＰＮＲ触媒１８Ｌの触媒床温のうち、温度が低い側の触媒床温に基づいて図５に示す床温補正係数マップを参照して求める。なお、図５に示す床温補正係数マップは、触媒床温が２００℃以下であるときに燃料添加を行っても触媒のＮＯｘ還元能力が低く、ＨＣがすり抜ける可能性があるという点を考慮して作成されている。また、６００℃に近い領域Ａにおいては、ＮＯ還元能力が低くて燃料添加による燃費悪化が発生する点を考慮して、この領域Ａを「０」に設定している。

ステップＳＴ２４においては、ステップＳＴ２３で算出したＮＯｘ還元燃料添加量に基づいて第１系統の燃料添加弁１２Ｌの通電期間（＝燃料添加期間）、要求マルチ添加回数及び添加インターバル（図４参照）を算出する。ステップＳＴ２５では、ステップＳＴ２４で算出した通電期間、要求マルチ添加回数及び添加インターバルに基づいて、第１系統の燃料添加弁１２Ｌを制御して、燃料添加弁１２Ｌから排気ガスに一定の時間をおいて間欠的に燃料を添加することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の周囲雰囲気を一時的に酸素濃度が低くて未燃燃料成分が多い状態にする、リッチスパイクを行うことによってＮＯｘ還元を実施する。そして、ステップＳＴ２６において、ＮＯｘ還元制御の終了条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘ還元制御実行開始から前記ＮＯｘ還元燃料添加量分の燃料の添加が完了したか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合、リッチスパイクを終了して、このルーチンを一旦終了する。

一方、ステップＳＴ２２の判定結果が否定判定であり、ＮＯｘ還元時期となった系統が「第２系統」である場合、まず、ステップＳＴ３１において、第２系統の空燃比センサ２３Ｒの検出信号から得られる実空燃比と目標空燃比との偏差に基づいてＮＯｘ還元基本燃料添加量を算出し、そのＮＯｘ還元基本燃料添加量に床温補正係数を乗じてＮＯｘ還元燃料添加量を算出する。床温補正係数は、上記と同様に図５の床温補正係数マップを参照して求める。

次に、ステップＳＴ３２においては、ステップＳＴ３１で算出したＮＯｘ還元燃料添加量に基づいて第２系統の燃料添加弁１２Ｒの通電期間（＝燃料添加期間）、要求マルチ添加回数及び添加インターバル（図４参照）を算出する。ステップＳＴ３３では、ステップＳＴ３２で算出した通電期間、要求マルチ添加回数及び添加インターバルに基づいて、第２系統の燃料添加弁１２Ｒを制御して、燃料添加弁１２Ｒから排気ガスに一定の時間をおいて間欠的に燃料を添加することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の周囲雰囲気を一時的に酸素濃度が低くて未燃燃料成分が多い状態にする、リッチスパイクを行うことによってＮＯｘ還元を実施する。そして、ステップＳＴ３３において、ＮＯｘ還元制御の終了条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘ還元制御実行開始から前記ＮＯｘ還元燃料添加量分の燃料の添加が完了したか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合、リッチスパイクを終了して、このルーチンを一旦終了する。

なお、以上のＮＯｘ還元制御において、第１系統のＮＯｘ還元時期と第２系統のＮＯｘ還元時期とが同時になった場合、第１系統または第２系統のいずれか一方の系統のＮＯｘ還元を優先して行ってもよいし、第１系統及び第２系統のＮＯｘ還元を並列処理にて実行するようにしてもよい。また、ＰＭ再生時期またはＳ被毒再生時期とＮＯｘ還元時期とが同時になったときには、例えばＰＭ再生制御またはＳ被毒再生制御を優先する。

−他の実施形態−
以上の例では、排気系統が２系統のＶ型８気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば図６に示すように、左右のバンク２Ｌ，２Ｒにそれぞれ２系統の排気通路２０１Ｌ，２０２Ｌ及び２０１Ｌ，２０１Ｒが形成され、全体として４系統の排気系統が接続されたディーゼルエンジンなど、排気系統が３系統以上の任意の気筒数のディーゼルにも適用可能である。また、Ｖ型エンジンに限られることなく、水平対向型や直列型などの他のレイアウトのエンジンにも適用可能である。さらに、本発明は、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも適用可能である。

以上の例では、各排気系統にＮＳＲ触媒１７Ｌ，１７ＲとＤＰＮＲ触媒１８Ｌ，１８Ｒとを配設しているが、これに限られることなく、ＮＳＲ触媒または酸化触媒とＤＰＦとを各排気系統に配設して排気浄化装置を構成してもよい。

本発明の実施形態の概略構成図である。ＥＣＵが実行するＰＭ再生・Ｓ被毒再生制御の内容を示すフローチャートである。ＥＣＵが実行するＮＯｘ還元制御の内容を示すフローチャートである。燃料添加の際の通電時間、要求マルチ添加回数及び添加インターバルを示すタイミングチャートである。床温補正係数マップを示す図である。４系統の排気通路を備えたエンジンの概略構成図である。

符号の説明

１エンジン
２Ｌ，２ＲＬバンク
３シリンダ
４インジェクタ
５吸気通路
５Ｌ，５Ｒ分岐路
５Ｃ共通吸気通路
１０インテークマニホールド
１１Ｌ，１１Ｒエキゾーストマニホールド
１２Ｌ，１２Ｒ燃料添加弁
１３Ｌ，１３Ｒ排気通路（排気系統）
１７Ｌ，１７ＲＮＳＲ触媒
１８Ｌ，１８ＲＤＰＮＲ触媒
２１Ｌ，２１Ｒ第１排気温センサ
２３Ｌ，２３Ｒ空燃比センサ
２４Ｌ，２４Ｒ差圧センサ
１００ＥＣＵ

Claims

複数のシリンダ群を備える内燃機関に適用される排気浄化装置の制御装置であって、
前記複数のシリンダ群にはそれぞれ互いに異なる排気系統が接続され、前記排気浄化装置は、前記排気系統にそれぞれ排気ガスを浄化する触媒を有し、
当該制御装置は、前記複数の触媒の状態に関わらず、前記複数の触媒に対して同一のＰＭ除去制御または同一の硫黄除去制御を実施することを特徴とする排気浄化装置の制御装置。
請求項１に記載の排気浄化装置の制御装置において、
当該制御装置は、前記複数の触媒の中で触媒床温が最も低い触媒を基準に前記ＰＭ除去制御を実施するとともに、前記複数の触媒の触媒床温を平均した値を基準にして前記硫黄除去制御を実施することを特徴とする排気浄化装置の制御装置。
請求項１または２に記載の排気浄化装置の制御装置において、
当該制御装置は、前記複数の触媒のＰＭ堆積量をそれぞれ吸入空気量に基づいて推定し、その推定したＰＭ堆積量が最も大きい触媒を基準にして前記ＰＭ除去制御の実施時期を判定することを特徴とする排気浄化装置の制御装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置の制御装置において、
当該制御装置は、前記複数の触媒の触媒床温のうちで最も低い触媒床温が前記ＰＭ除去制御に必要な温度になっているか否かを判定し、前記最も低い触媒床温が前記ＰＭ除去制御に必要な温度になっていないときには、前記内燃機関の燃焼状態を前記複数の触媒の触媒床温を上昇させる燃焼状態に切り替えることを特徴とする排気浄化装置の制御装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気浄化装置の制御装置において、
当該制御装置は、前記複数の排気系統にそれぞれ設けられた燃料添加弁を制御して前記同一のＰＭ除去制御または前記同一の硫黄除去制御を実施することを特徴とする排気浄化装置の制御装置。
複数のシリンダ群を備える内燃機関に適用される排気浄化装置の制御方法であって、
複数のシリンダ群にはそれぞれ互いに異なる排気系統が接続されており、
当該制御方法は、前記排気系統にそれぞれ設けられた触媒によって排気ガスを浄化することと、前記複数の触媒の状態に関わらず、前記複数の触媒に対して同一のＰＭ除去制御または同一の硫黄除去制御を実施することとを含む排気浄化装置の制御方法。