JP5327721B2

JP5327721B2 - 内燃機関の排気浄化システム

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Publication number: JP5327721B2
Application number: JP2010021109A
Authority: JP
Inventors: 紘章梅田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: JP2011157893A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

今日、内燃機関に対してすぐれた排気浄化性能が求められている。例えばディーゼルエンジンにおいては、排気管の途中に、エンジンから排出される黒煙などのいわゆる排気微粒子（粒子状物質、ＰＭ：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）の除去のためにディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）を、あるいは排気中のＮＯｘを浄化する目的でＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ：ＬｅａｎＮＯｘＴｒａｐ）を装備する場合が多い。

ＤＰＦを装備した場合、ＤＰＦがＰＭを十分に捕集した度ごとに、ＤＰＦを昇温して捕集したＰＭを燃焼してＤＰＦを再生する（ＤＰＦ再生）。ＬＮＴを装備した場合、エンジンがリーン燃焼状態のときにＬＮＴにＮＯｘを吸蔵し、十分ＮＯｘを吸蔵したとみなされると、リッチ燃焼状態かつ高温状態としてＮＯｘを無害な窒素に還元する（ＮＯｘ還元）。またＬＮＴを装備した場合には、燃料中の硫黄によりＬＮＴが被毒した場合（Ｓ被毒）に、ＬＮＴを昇温して再生する（Ｓ再生）。

以上のＤＰＦ再生、ＮＯｘ還元、Ｓ再生における昇温のために、ＤＰＦやＬＮＴの上流側に燃料を添加する燃料添加弁を設置して、ここから排気管に燃料を添加する手法がある（例えば下記特許文献１）。この手法では、ＤＰＦやＬＮＴよりも上流（かつ添加弁よりは下流）に装備された酸化触媒の作用によって、ＤＰＦやＬＮＴに流入する排気が昇温する。

特開２００４−２３９０７３号公報特開２００５−０９０４３４号公報特開２００５−８３３５０号公報

上記特許文献１の手法においては、触媒不活性時、排気流速が大きい時、もしくは燃料添加しない時の排ガス空燃比が所定値を下回る時には、添加弁から添加された燃料が触媒で反応せず、未燃燃料のまま外気へ放出されてエミッションが悪化する場合がある。そこで上記特許文献２、３では、これを抑制するために、触媒不活性時、排気流速が大きい時、もしくは燃料添加しない時の排ガス空燃比が所定値を下回る時には添加燃料量を所定値以下に制限する技術が提案されている。

しかし、添加燃料量を制限した場合、燃料酸化による発熱量が不足する。このとき、酸化触媒で生じた熱が排気浄化装置（ＤＰＦやＬＮＴ）に伝わるまでには遅れ時間があるため、上記制限期間だけでなく制限解除後も排気浄化装置が温度不足となる可能性が生じていた。その様子が図４に示されている。

また温度不足を早期に解消するための方法として、触媒温度と目標温度との偏差をフィードバック（Ｆ／Ｂ）することが考えられる。しかし、燃料添加に対する触媒昇温の遅れにより、燃料量制限が解除された直後も触媒温度は目標温度に対して不足する分Ｆ／Ｂ量は過積算される。これにより触媒温度が大幅にオーバーシュートして触媒の劣化を招く可能性がある。そうした場合の例が図５に示されている。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ＤＰＦ再生、ＮＯｘ還元、Ｓ再生等の目的のために、排気管に装備された燃料添加弁から燃料を添加してＤＰＦやＬＮＴなどの排気浄化装置を昇温する制御を行う場合に、触媒不活性時等に添加燃料量を制限して未燃燃料が外気へ排出されることを適切に抑制しつつ、制限解除後に迅速に目標温度を回復し、かつ過昇温も回避できる内燃機関の排気浄化システムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に配置されて排気を浄化する排気浄化部と、その排気浄化部の上流に配置された触媒と、その触媒の上流に配置されて、排気浄化の目的のために排気通路中に燃料を添加する添加弁と、前記添加弁から添加された燃料が前記触媒及び排気浄化部をすり抜けることを抑制するために、前記添加弁からの添加燃料量の制限を指令する制限指令手段と、その制限指令手段からの指令による添加燃料量の制限中に、その制限による前記排気浄化部の昇温不足量を積算する積算手段と、前記制限の解除後に、前記積算手段によって積算された昇温不足量を解消するために必要な添加燃料量が所定の上限値を超える場合は、その上限値を超えない範囲内で増量した添加燃料量を前記添加弁から添加するように指令する増量指令手段と、を備え、前記増量指令手段は、前記制限の解除後に、増量した添加燃料量を指令するごとに前記積算手段により積算された昇温不足量を前記増量によって解消された昇温不足量の分だけ減算し、昇温不足量がゼロとなるまで添加燃料量の増量を続けることを特徴とする。

これにより、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、排気浄化の目的のために添加弁から燃料を添加する際に、触媒及び排気浄化部をすり抜ける可能性がある場合は、添加燃料量を制限し、さらに添加燃料量の制限解除後には、添加燃料量を基本添加量よりも増量しつつ、それが上限値を超えることはないように設定する。したがって添加された燃料が触媒及び排気浄化部をすり抜けてエミッションが悪化することを抑制すること、制限解除後に迅速に昇温不足を解消すること、オーバーシュートの発生は抑制することをともに達成できるとの複合的な効果を奏する。

また前記増量指令手段は、前記制限の解除後に、増量した添加燃料量を指令するごとに前記積算手段により積算された昇温不足量を前記増量によって解消された昇温不足量の分だけ減算し、昇温不足量がゼロとなるまで添加燃料量の増量を続けるとしてもよい。

これにより、制限解除後に添加燃料量を増量するたびに、それに相当する分だけ制限期間中の昇温不足量を減算していき、それがゼロとなるまで増量を続けるので、数値的に求められた昇温不足量の積算値に基づいて、制限期間中の昇温不足を制限解除後に精度よく解消することができる。

また前記積算手段は、前記昇温不足量を、添加燃料量の上限値、排気流量、前記排気浄化部へ流入する排気の温度、目標温度から算出して積算するとしてもよい。

これにより、添加燃料量の制限期間中の昇温不足量を、添加燃料量がどれだけの昇温量に変化するかを示す数式によって、簡易にかつ精度よく算出することができる。

また前記増量指令手段は、添加燃料量の増量値の算出のために排気温度のフィードバック制御を実行しないとしてもよい。

これにより、フィードバック制御を用いた場合のオーバーシュートの可能性が回避できるので、迅速に目標温度を回復するときに過昇温の発生を抑制できる。

また前記増量指令手段は、所定時間後の排気温度の予測値と目標温度との偏差が所定範囲内にあるときは添加燃料量の増量を停止するとしてもよい。

これにより、昇温不足が解消されたとみなされる場合は添加燃料量の増量を強制的に終了させることができるので、昇温不足量の計算と平行して行えば、より適切な時点で添加燃料量の増量が終了できる。

また前記上限値を前記制限時における前記昇温不足量の積算の時間波形に応じて設定する第１設定手段を備えたとしてもよい。

これにより、昇温不足量がどのような時間波形をたどって積算されたかに応じて、制限解除後の添加燃料量の上限値を決めるので、柔軟に上限値を決定して迅速な目標値への回復と過昇温の抑制を図ることができる。

また前記第１設定手段は、前記上限値を、前記制限の期間長と、前記制限の解除時における前記昇温不足量の積算値とに応じて設定するとしてもよい。

これにより、制限解除時の昇温不足量と制限期間長とに応じて、制限解除後の添加燃料量の上限値を決めるので、柔軟に上限値を決定して迅速な目標値への回復と過昇温の抑制を図ることができる。

また前記第１設定手段は、前記制限の解除時における前記昇温不足量の積算値を前記制限の期間長で除算した数値が大きいほど、前記上限値を大きい数値に設定するとしてもよい。

これにより、添加燃料量の制限期間中により急激に昇温不足量が増加した場合ほど、制限解除後の添加燃料量の上限値をより大きくするので、急激に生じた昇温不足を、より大きな添加燃料量の増量で迅速に解消することができる。また昇温不足が緩やかに増加した場合には、添加燃料量の増量を抑制して緩やかに解消することができる。

また前記制限の解除後における排気流量が大きいほど前記上限値を小さい数値に設定する第２設定手段を備えたとしてもよい。

これにより、制限の解除後において、排気流量が大きいほど、添加燃料量の増量を抑制するので、排気流量が大きく、排気から排気浄化部への熱伝達率が大きい場合に、添加燃料量の増量を抑制して、過昇温を適切に回避できる。

本発明における内燃機関の排気浄化システムの実施例の構成図。添加燃料量制御のフローチャート。本発明による昇温量、添加燃料量、排気浄化装置に流入する排気温度などの時間波形の例を示す図。従来技術（添加燃料量増量なし）による添加燃料量、排気浄化装置に流入する排気温度などの時間波形の例を示す図。フィードバック制御使用時における添加燃料量、排気浄化装置に流入する排気温度などの時間波形の例を示す図。補正上限値の設定例を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化システム１の実施例１における装置構成の概略図である。

図１の排気浄化システム１は、４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成されている。エンジン２及び排気浄化システム１は、吸気管３、排気管４、ＥＧＲ管５を備える。排気管４には、上流側から酸化触媒６（ＤＯＣ：ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｃｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ）、排気浄化部７が配置されている。そしてこれらを制御する電子制御装置９（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）が装備されている。エンジン２及び排気浄化システム１は自動車に装備されているとすればよい。

吸気管３を通じてエンジン２に空気が供給される。吸気管３にはエアフロメータ３１、吸気スロットル３２が配置されている。エアフロメータ３１は吸気量を計測する。ここでの吸気量は例えば単位時間当たりの質量流量とすればよい。また吸気スロットル３２の開度が調節されることによってエンジン２に供給される吸気量が増減する。

エンジン２にはインジェクタ２１、エンジン回転数センサ２２が装備されている。インジェクタ２１からの噴射によってシリンダ内に燃料が供給される。エンジン回転数センサ２２によってエンジン２の（単位時間あたりの）回転数が計測される。エンジン回転数センサ２２は、例えばエンジン２から連結されたクランクの回転角度を計測するクランク角センサとして、その検出値がＥＣＵ９へ送られてエンジンの回転数が算出されるとすればよい。

またエンジン２に接続された排気管４へ排気が排出される。排気管４には、酸化触媒６よりも上流側に、上流側から燃料添加弁４０（添加弁）、排気温センサ４１が配置されている。燃料添加弁４０によって排気管４内に燃料が添加される。また排気温センサ４１によって酸化触媒６へ流入する排気の温度が計測される。

ＥＧＲ管５は、排気管４から吸気管３への排気再循環（ＥＧＲ：ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うために装備されている。ＥＧＲ管５にはＥＧＲバルブ５１が装備されている。ＥＧＲバルブ５１の開閉によって排気の還流量が調節される。

排気浄化システム１において、排気浄化部７は、ＤＰＦ７ａ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）としてもよく、ＬＮＴ７ｂ（ＬｅａｎＮＯｘＴｒａｐ）としてもよい。あるいはＤＰＦ７ａとＬＮＴ７ｂとの両方が併置される（一方が上流側、他方が下流側のかたちで）としてもよい。排気浄化部７がＤＰＦ７ａの場合には、ＤＰＦ７ａの入口側（上流側）と出口側（下流側）の圧力差（差圧、圧損）を計測する差圧センサ７０が装備される。排気浄化部７がＬＮＴ７ｂの場合は差圧センサ７０を装備しなくともよい。

図１に示された点線は情報の伝達を示している。上で述べたエアフロメータ３１、エンジン回転数センサ２２、排気温センサ４１、差圧センサ７０の計測値はＥＣＵ９へ送られる。またＥＣＵ９によりインジェクタ２１によるエンジン２への燃料噴射のタイミングや噴射量、添加弁４１による排気管４無内への燃料添加のタイミングや添加量、吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度が調節、制御される。ＥＣＵ９は通常のコンピュータと同様の構造を有するとして、各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ９０を備えるとすればよい。

排気浄化部７がＤＰＦ７ａの場合、ＤＰＦ７ａは、例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側を交互に目詰めした構造とすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気にはＰＭ（粒子状物質）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ７ａの上記構造のＤＰＦ壁を排気が通過するときに、このＤＰＦ壁の内部あるいは表面に捕集される。ＤＰＦ７ａは酸化触媒が担持された酸化触媒付きＤＰＦであるとすればよい。

ＤＰＦ７ａにおけるＰＭ堆積量の推定方法としては、例えばＤＰＦ差圧とＰＭ堆積量との関係を示したマップを予め求めておいてメモリ９０に記憶しておき、このマップと実際のＤＰＦ差圧の計測値とからＰＭ堆積量を推定するとすればよい。このマップでは、代表的な特性としては、前後差圧とＰＭ堆積量とをそれぞれ縦軸横軸とした関係がほぼ平行四辺形の形状となり、ＰＭが堆積し、燃焼することによりその平行四辺形を１周する。

あるいはＰＭ堆積量はエンジン２の運転履歴から推定するとしてもよい。具体的には、エンジン２の運転状態、すなわちエンジン回転数と負荷からエンジン２が排出するＰＭ量への関係を表すマップをメモリ９０に予め記憶しておいて、そのマップと時々刻々のエンジン回転数と負荷の数値とから、エンジン２が排出するＰＭ量を算出する。そして、このエンジン２が排出するＰＭ量を積算した数値をＤＰＦ７ａに堆積したＰＭ量とする。なお、その際エンジン回転数はエンジン回転数センサ２２で検出し、負荷は例えばインジェクタ２１への噴射量指令値とすればよい。

ＤＰＦ７ａに堆積したＰＭの堆積量が十分大きくなった度ごとに、堆積したＰＭを燃焼することによって除去し、ＤＰＦ７ａを再生する。ＤＰＦ７ａの再生方法としては例えば、添加弁４０から排気管４内に燃料を添加する。添加弁４０から添加された燃料が酸化触媒６に達して、酸化触媒６に担持された触媒の作用で昇温して、ＤＰＦ７ａに流入する排気を昇温させ、これにより堆積したＰＭが燃焼する。

排気浄化部７がＬＮＴ７ｂの場合、ＬＮＴ７ｂは例えばセラミック製の基材上に担体の層が形成されて、担体上に吸蔵剤と触媒とが担持された構造であるとすればよい。担体としては例えばガンマアルミナを用いれば表面の凹凸による大きな表面積によって多くの吸蔵剤、触媒が担持できて好適である。また吸蔵剤としては例えばバリウム、リチウム、カリウムなど、触媒としては例えば白金などを用いればよい。

ＬＮＴ７ｂにおいては、理論空燃比よりも燃料が希薄な（通常、Ａ／Ｆ値（空燃比値）は１７以上）リーン雰囲気時に排気中のＮＯｘが吸蔵剤に吸蔵される。そして理論空燃比よりも燃料が過剰な（通常、Ａ／Ｆ値は１４．５以下）リッチ雰囲気に空燃比が調節され、上述のように所定の温度条件が満たされると、吸蔵剤に吸蔵されていたＮＯｘが、燃料中の成分から生成された還元剤によって還元されて無害な窒素となって排出される。リッチ雰囲気を形成し、昇温条件を満たすためには例えば、添加弁４０から燃料を添加して酸化触媒６の作用で、ＬＮＴ７ｂに流入する排気を昇温させる手法がある。

ＬＮＴの使用では、硫黄成分による被毒の問題（硫黄被毒あるいはＳ被毒）に対する対策が必要である。硫黄被毒とは、触媒（あるいは吸蔵剤）が燃料中の硫黄と結合してしまうことであり、その結果、触媒が排気浄化のための機能を果たせなくなる現象のことで、特定の条件下でＳ被毒前の状態に戻すことが可能である。

硫黄被毒（Ｓ被毒）から触媒を再生する（Ｓ被毒再生あるいはＳ再生）ためには、リッチ雰囲気とし、かつ所定の温度条件（例えば６５０度以上）を満たす必要がある。この目的のために、例えば排気管４へ添加弁４０から燃料を添加する等の方策がとられる。ＬＮＴ７ｂにおいてＳ被毒が進行したとみなされる毎に、通常こうしたＳ再生を行って、触媒の機能を維持し続ける。

本実施例では、ＤＰＦ再生、Ｓ再生、ＮＯｘ還元のために排気温度を上昇させる目的で、添加弁４０から排気管４内に燃料を添加するが、ＮＯｘ還元が排気浄化のために行われることは言うに及ばず、ＤＰＦ再生、Ｓ再生もＤＰＦ７ａやＬＮＴ７ｂが正常な排気浄化機能を保持するために行うのであるから、この燃料添加は全て排気浄化の目的で行われると言ってよいことは自明である。

本実施例では、以上で述べた装置構成のもとで、ＤＰＦ再生、Ｓ再生、ＮＯｘ還元等を実行するために添加弁４０から燃料を添加して排気浄化部７に流入する排気を昇温させるが、その際に、触媒不活性時等にエミッション悪化回避のために添加燃料量を制限し、かつ制限解除後に過昇温を回避しつつ目標温度を迅速に回復することを考慮した制御を行う。その処理手順は図２に示されている。図２の処理手順はプログラム化されて例えばメモリ９０に予め記憶しておき、ＥＣＵ９がそれを呼び出して自動的に実行するとすればよい。図２のフローチャートは、例えば車両の運転中常に処理し続ければよい。

図２の処理ではまずＥＣＵ９は、Ｓ１０で温度制御（すなわちＤＰＦ再生、Ｓ再生、ＮＯｘ還元等のために排気浄化部７に流入する排気を昇温する制御）の要求が出されているか否かを判断する。ＥＣＵ９は、温度制御の要求が出されている場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）はＳ２０に進み、出されていない場合（Ｓ１０：ＮＯ）は図２の処理を終了する。

ＤＰＦ再生の場合、例えばＤＰＦ７ａにおけるＰＭ堆積量を、差圧センサ７０の計測値と、差圧―堆積量間の関係を示すマップとから推定して、その推定値が所定値を超えたら、ＣＰＵ９が温度制御の要求を出せばよい。またＳ再生の場合、ＬＮＴ７ｂがＳ被毒になる条件（例えば走行距離など）を予め求めておいて、その条件を満たしたらＣＰＵ９が温度制御の要求を出せばよい。またＮＯｘ還元の場合も、ＬＮＴ７ｂが十分にＮＯｘを吸蔵した条件（例えば走行距離など）を予め求めておいて、その条件を満たしたらＣＰＵ９が温度制御（及びリッチ制御）の要求を出せばよい。

次にＥＣＵ９は、Ｓ２０で温度制御が許可されているか否かを判断する。許可されている場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）はＳ２５に進み、許可されていない場合（Ｓ２０：ＮＯ）は再びＳ１０に戻り上記手順を繰り返す。温度制御の許可は、温度制御に適した所定の条件（例えば運転条件など）が満たされたらＥＣＵ９が出すとすればよい。

Ｓ２５に進んだ場合は、昇温制御が要求され、許可も出されている場合であり、ＥＣＵ９は、Ｓ２５で温度制御を実行する。すなわち添加弁４０から排気管４内に燃料を添加する。添加された燃料は酸化触媒６の作用で排気を昇温させ、昇温した排気が排気浄化部７（ＤＰＦ７ａあるいはＬＮＴ７ｂ）に流入して、ＤＰＦ再生、Ｓ再生、ＮＯｘ還元の一部あるいは全てが達成される。その際に、目的（すなわちＤＰＦ再生、Ｓ再生、ＮＯｘ還元）及び現在の状況に応じて、排気浄化部７に流入する排気の目標温度が設定される。

次にＳ３０でＥＣＵ９は、ガス流量（排気流量）Ｇａ、及び酸化触媒６の上流側でのガス温度を取得する。ガス流量は例えばエアフロメータ３１の計測値とすればよい。酸化触媒６の上流側でのガス温度は排気温センサ４１で検出すればよい。

Ｓ４０でＥＣＵ９は、添加弁４０から添加した燃料が排気浄化装置７をすり抜けてエミッションを悪化させることを抑制するための添加燃料量の上限値（ガード値）Ｑｕを取得する。このＱｕは、例えば運転条件を含む様々な条件に応じた数値をマップのかたちでメモリ９０に記憶しておいて、これをＳ４０で呼び出すとすればよい。

この上限値Ｑｕは、触媒不活性時、排気流量が大きい時、燃料添加しない時の排気の空燃比が所定値を下回る場合には、そうでない場合より小さな数値に設定するようにする。これにより、添加弁４０から添加した燃料が排気浄化部７をすり抜けることが抑制できる。

次にＳ５０でＥＣＵ９は、基本添加燃料量Ｑ０を算出する。基本添加燃料量Ｑ０は、排気浄化部７に流入する排気温度を目標温度（上述）にするための添加燃料量である。具体的には次の式（Ｅ１）により算出する。
Ｑ０＝ｃ・Ｇａ・ΔＴ０／ｋ（Ｅ１）

式（Ｅ１）でｃはガス（排気）の比熱、ＧａはＳ３０で求めた排気流量、ΔＴ０は基本要求昇温量（すなわち目標温度とＳ３０で求めた酸化触媒６の上流側でのガス温度との差分値）、ｋは単位体積の燃料により発生する熱量を示す比例定数である。式（Ｅ１）により基本添加燃料量Ｑ０を簡易かつ精度よく算出することができる。

次にＳ６０でＥＣＵ９は、Ｓ５０で算出したＱ０がＳ４０で取得したＱｕより大きいか否かを判断する。Ｑ０がＱｕ以下の場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）は、Ｓ７０へ進み、Ｑ０がＱｕより大きい場合（Ｓ６０：ＮＯ）は、Ｓ１００へ進む。

Ｓ７０に進んだ場合、ＥＣＵ９は、Ｔｓｕｍがゼロであるか否かを判断する。Ｔｓｕｍの詳細は後述のＳ１００で説明するが、基本的には、Ｔｓｕｍは添加燃料量をＱｕに制限することによる昇温不足量を制限期間中に積算した値である。Ｔｓｕｍがゼロである場合（Ｓ７０：ＹＥＳ）は、Ｓ１２０へ進み、Ｔｓｕｍがゼロでない場合（Ｓ７０：ＮＯ）は、Ｓ８０へ進む。

Ｓ８０でＥＣＵ９は、昇温不足が解消しているか否かを判断する。昇温不足が解消している場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）はＳ１２０に進み、昇温不足が解消していない場合（Ｓ８０：ＮＯ）はＳ９０に進む。昇温不足が解消しているか否かの判定条件は、例えば現時点までの添加燃料量から排気浄化部７へ流入する今後の排気温度を予測する数式モデルを予め求めておいて、そのモデルから得た排気温度の予測値と目標温度との差分が所定範囲内に収まっていれば昇温不足が解消していると判定すればよい。

次にＳ９０へ進んだらＥＣＵ９は、制限解除後の添加燃料量の増量する補正において用いる補正上限値Ｔｓｕｍ＿ｕを設定する。この上限値Ｔｓｕｍ＿ｕは、制限解除後に添加燃料量を大きく増量する補正を行うことによって排気浄化部７が過昇温することを回避するために設定する。上限値Ｔｓｕｍ＿ｕの設定の方法は後述する。

結局以上の処理によってＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０の３つのどれかのステップに進むように場合分けされた。Ｓ１００へ進んだ場合は、添加燃料すり抜けの抑制のために添加燃料量がＱｕに制限された場合であり、図３ではＴ１からＴ２の期間に相当する。

Ｓ１１０へ進んだ場合は、添加燃料量のＱｕへの制限は終了したが、過去にＱｕに制限したことによる昇温不足量の積算値Ｔｓｕｍがまだ残っている場合であり、図３ではＴ２からＴ３の期間に相当する。Ｓ１２０へ進んだ場合は、添加燃料量のＱｕへの制限は行っておらず、かつ昇温不足も解消して昇温不足量の積算値Ｔｓｕｍもゼロである場合であり、図３ではＴ１以前、Ｔ３以後の期間である。

Ｓ１００へ進んだらＥＣＵ９は、燃料添加量ＱをＱｕに制限する。そしてＥＣＵ９は、燃料添加量がＱｕに制限された場合の実際の昇温量ΔＴｕを次の式（Ｅ２）で算出する。
ΔＴｕ＝ｋ・Ｑｕ／（ｃ・Ｇａ）（Ｅ２）

Ｓ１００では実際に添加される燃料量であるＱｕが基本燃料添加量Ｑ０よりも小さいので、当然式（Ｅ２）で求めた実際の昇温量ΔＴｕは基本要求昇温量ΔＴ０よりも小さい。実際の昇温量ΔＴｕと基本要求昇温量ΔＴ０との差分が、昇温不足量を表している。この昇温不足量をＴｓｕｍで表す。

Ｓ１００でＥＣＵ９は、燃料添加量がＱｕに制限されている期間中、次の式（Ｅ３）により昇温不足量Ｔｓｕｍを積算していく。なおｈはサンプリング周期であり、ｉは整数値をとる。
Ｔｓｕｍ（ｉ＊ｈ）＝Ｔｓｕｍ（（ｉ−１）＊ｈ）＋ＭＡＸ（ΔＴ０（ｉ＊ｈ）−ΔＴｕ（ｉ＊ｈ），０）（Ｅ３）

なお式（Ｅ３）でＭＡＸ（ａ，ｂ）の形の演算が使われているが、これは周知のとおりａ、ｂのうちで大きい方（小さくない方）を演算結果とする演算である。つまり式（Ｅ３）により、ΔＴ０（ｉ＊ｈ）−ΔＴｕ（ｉ＊ｈ）が正の場合のみ積算されていき、結局Ｔｓｕｍ（ｉ＊ｈ）は昇温不足量の積算値となる。また以下でＭＩＮ（ａ，ｂ）の形の演算も用いるが、これは周知のとおりａ、ｂのうちで小さい方（大きくない方）を演算結果とする演算である。

次に、Ｓ１１０に進んだ場合は、添加燃料量をＱｕに制限することが終了した（解除された）場合であり、迅速に目標温度に戻るように、添加燃料量を増量する補正を行う。その増量値は制限時における昇温不足量に対応して決定する。ただしその際に、急激な添加燃料量の増量によって排気浄化部７の過昇温を回避するために、予め昇温不足量の上限値Ｔｓｕｍ＿ｕ（ｉ＊ｈ）を設定しておく。

具体的には、まず次の式（Ｅ４）により昇温不足量ΔＴ（ｉ＊ｈ）を算出して、これを用いて添加燃料量Ｑ（ｉ＊ｈ）を式（Ｅ５）により算出する。このＱ（ｉ＊ｈ）を添加弁４０から添加する。式（Ｅ４）により、昇温不足量ΔＴ（ｉ＊ｈ）を基本要求昇温量ΔＴ０（ｉ＊ｈ）から増加させる分は、上限値Ｔｓｕｍ＿ｕ以下に抑えられるので、これにともない添加燃料量Ｑも抑制されて、過昇温回避の効果を奏することとなる。
ΔＴ（ｉ＊ｈ）＝ΔＴ０（ｉ＊ｈ）＋ＭＩＮ（Ｔｓｕｍ（ｉ＊ｈ），Ｔｓｕｍ＿ｕ（ｉ＊ｈ））（Ｅ４）
Ｑ（ｉ＊ｈ）＝ｃ・Ｇａ・ΔＴ（ｉ＊ｈ）／ｋ（Ｅ５）

Ｓ１１０ではさらに、（Ｅ４）で昇温した分を、昇温不足量の積算値から減算していく。具体的には次の式（Ｅ６）で減算する。
Ｔｓｕｍ（ｉ＊ｈ）＝ＭＡＸ（Ｔｓｕｍ（（ｉ−１）＊ｈ）−Ｔｓｕｍ＿ｕ（（ｉ−１）＊ｈ），０）（Ｅ６）

Ｓ１２０では、添加弁４０からの添加燃料量をＳ５０で算出した基本添加燃料量Ｑ０にする。そしてＴｓｕｍの値は増加も減少もさせないでゼロのまま保持する。ＥＣＵ９はＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０のいずれかを処理したら、再びＳ１０に戻り上記手順を繰り返す。以上が図２の処理手順である。

上記Ｓ９０における上限値Ｔｓｕｍ＿ｕの設定方法の例が図６に示されている。図６の例では、添加燃料量の制限期間における、昇温不足量Ｔｓｕｍの平均増加率（すなわち制限解除時におけるＴｓｕｍの値を制限期間の長さで除算した値）に応じて上限値を設定している。

そして、添加燃料量の制限期間におけるＴｓｕｍの平均増加率が大きいほど、上限値Ｔｓｕｍ＿ｕをより大きい数値に設定している。これにより図６では制限期間中に急激にＴｓｕｍが増加したパターンＡの方が上限値Ｔｓｕｍ＿ｕが大きく設定される。これにより急激に昇温不足量が増加した場合ほど、制限解除後により多くの燃料を添加して迅速に目標温度を回復することができる。

またＳ９０では、排気流量に応じて上限値Ｔｓｕｍ＿ｕを設定してもよい。具体的には、制限解除後の排気流量が大きいほど、上限値Ｔｓｕｍ＿ｕを小さい値に設定すれば、排気流量が多い場合に高い熱伝達率によりオーバーシュートが発生することが抑制できる。Ｓ９０では上限値Ｔｓｕｍ＿ｕを、上記のＴｓｕｍの平均増加率による設定方法と、排気流量を用いた設定方法を組み合わせて設定してもよい。

以上で述べた本実施例の処理手順による効果が図３に示されている。上記説明から明らかなように、本実施例では、添加燃料量の制限解除後（図３ではＴ２以降）に、添加燃料量Ｑを基本添加燃料量Ｑ０よりも増量する補正を行っている。さらに制限解除後に上限値Ｔｓｕｍ＿ｕを設定して添加燃料量を過大にならないようにしている。そして添加燃料量を決定する際にフィードバック制御を用いていない。

これらの措置によって本発明では、図３の一番下のプロットに示されているように、補正なしの場合のように制限解除後に長く昇温不足が続くことがなく、Ｆ／Ｂ制御を用いた場合のように過昇温が生じることもなく、迅速に目標温度に回復している。

上記実施例において、Ｓ１００の手順とＥＣＵ９とが制限指令手段を構成する。Ｓ１００の手順とＥＣＵ９とが積算手段を構成する。Ｓ１１０の手順とＥＣＵ９とが増量指令手段を構成する。Ｓ９０の手順とＥＣＵ９とが第１設定手段及び第２設定手段を構成する。なお上記実施例では内燃機関としてディーゼルエンジンを用いたが、これを例えばリーンバーンガソリンエンジンに変更しても同様の効果を奏する。

１排気浄化システム
２ディーゼルエンジン（内燃機関）
４排気管（排気通路）
６酸化触媒（触媒）
７排気浄化部
７ａディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、フィルタ、排気浄化部）
７ｂＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ、排気浄化部）
９電子制御装置（ＥＣＵ）
４０添加弁

Claims

内燃機関の排気通路に配置されて排気を浄化する排気浄化部と、
その排気浄化部の上流に配置された触媒と、
その触媒の上流に配置されて、排気浄化の目的のために排気通路中に燃料を添加する添加弁と、
前記添加弁から添加された燃料が前記触媒及び排気浄化部をすり抜けることを抑制するために、前記添加弁からの添加燃料量の制限を指令する制限指令手段と、
その制限指令手段からの指令による添加燃料量の制限中に、その制限による前記排気浄化部の昇温不足量を積算する積算手段と、
前記制限の解除後に、前記積算手段によって積算された昇温不足量を解消するために必要な添加燃料量が所定の上限値を超える場合は、その上限値を超えない範囲内で増量した添加燃料量を前記添加弁から添加するように指令する増量指令手段と、
を備え、前記増量指令手段は、前記制限の解除後に、増量した添加燃料量を指令するごとに前記積算手段により積算された昇温不足量を前記増量によって解消された昇温不足量の分だけ減算し、昇温不足量がゼロとなるまで添加燃料量の増量を続けることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
前記積算手段は、前記昇温不足量を、添加燃料量の上限値、排気流量、前記排気浄化部へ流入する排気の温度、目標温度から算出して積算する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記増量指令手段は、添加燃料量の増量値の算出のために排気温度のフィードバック制御を実行しない請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記増量指令手段は、所定時間後の排気温度の予測値と目標温度との偏差が所定範囲内にあるときは添加燃料量の増量を停止する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記上限値を前記制限時における前記昇温不足量の積算の時間波形に応じて設定する第１設定手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記第１設定手段は、前記上限値を、前記制限の期間長と、前記制限の解除時における前記昇温不足量の積算値とに応じて設定する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記第１設定手段は、前記制限の解除時における前記昇温不足量の積算値を前記制限の期間長で除算した数値が大きいほど、前記上限値を大きい数値に設定する請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記制限の解除後における排気流量が大きいほど前記上限値を小さい数値に設定する第２設定手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。