JP5895884B2

JP5895884B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5895884B2
Application number: JP2013059016A
Authority: JP
Inventors: 勇後藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: KR20150119366A; KR101783116B1; JP2014185527A; DE112014001523B4; CN105189959B; WO2014148249A1; DE112014001523T5; CN105189959A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、酸化触媒の硫黄放出処理を行うときに、ＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）堆積量が多い場合には、フィルタ床温処理を実施することが知られている。これに関連する文献として、例えば特許文献１がある。ところで、内燃機関の排気に含まれるＳＯ_２（二酸化硫黄）が、酸化触媒においてＳＯ_３（三酸化硫黄）となり、さらに、Ｈ_２Ｏ（水）と反応することにより、Ｈ_２ＳＯ_４となることが知られている。Ｈ_２ＳＯ_４は、白煙（サルフェート白煙）となって大気中に排出されることがある。特許文献１にはこのような化学反応について開示されていない。

特開２００９−２９９５７２号公報

上述のようにＳＯ_３は、Ｈ_２Ｏと反応することによってＨ_２ＳＯ_４となる。酸化触媒は、ＳＯｘを吸着する性質もある。このため、酸化触媒と併せて設置され、ＰＭを補足するフィルタ（例えば、ＤＰＦ；ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）を再生するときに大量の白煙が発生する可能性がある。すなわち、内燃機関で燃焼される燃料に含まれる硫黄成分（Ｓ成分）と、酸化触媒に吸着されておりＰＭ再生要求に伴う排気温度上昇に起因して脱離した吸着ＳＯｘが白煙となる可能性がある。

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ＰＭ再生時の硫黄脱離に起因する白煙の発生を抑制することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、酸化機能を有する触媒の下流にフィルタを備える内燃機関の制御装置であって、前記フィルタのＰＭ再生要求が成立した場合に、排気温度を、ＰＭ酸化開始温度よりも低く、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気又は前記触媒の床温の最高到達温度よりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持した後、前記ＰＭ酸化開始温度以上とする制御部を備える。

触媒に堆積し、吸着した硫黄は、その性質として、その堆積、吸着時の温度よりも高い温度となることによって脱離が開始される。従って、前回ＰＭ再生完了時から今回フィルタ生成要求迄における排気温度履歴における最高到達温度以上とならなければ、硫黄を脱離させることができない。このため、フィルタの再生要求があったときに、当初より、ＰＭ酸化開始温度となるように制御すれば、硫黄を脱離させることはできる。しかしながら、その一方で、高温になればなるほど硫黄の脱離が速くなり、硫黄の放出速度が速くなる。この結果、白煙の発生を誘発する可能性がある。そこで、触媒に吸着した硫黄Ｓが脱離し、放出することができる最低温度、すなわち、硫黄脱離温度に一定期間維持し、硫黄を脱離、放出した後にＰＭ酸化開始温度以上にまで排気温度を上昇させる。これにより、硫黄脱離時の白煙の発生、及びＰＭ再生時の白煙の発生を抑制することができる。

前記制御部は、前記最高到達温度が、前記触媒におけるＳＯ_２からＳＯ_３への転換率が許容値以下となる転換許容温度以下の場合は、前記硫黄脱離温度を前記最高到達温度よりも高く、前記転換許容温度以下となる任意の温度に設定することができる。

また、前記制御部は、前記最高到達温度が、前記触媒におけるＳＯ_２からＳＯ_３への転換率が許容値以下となる転換許容温度以下の場合は、前記硫黄脱離温度を前記転換許容温度に設定することができる。

最高到達温度が転換許容温度以下の場合は、硫黄脱離温度を転換許容温度以下の範囲内で設定することができる。白煙発生の一因となるＳＯ_３は、ＳＯ_２が酸化することによって生じる。ＳＯ２からＳＯ３への転換率は、排気温度の影響を受ける。このため、硫黄脱離温度を転換許容温度以下の範囲内で設定しておけば、白煙を許容範囲内に抑制することができる。なお、硫黄脱離温度は、最高到達温度よりも高い温度であることが必要であり、また、その温度が高いほど、硫黄脱離の効率が高い。これらを考慮すれば、最高到達温度が転換許容温度以下の場合は、硫黄脱離温度を転換許容温度とすることで、白煙を許容範囲に抑えつつ、効率のよい硫黄脱離を行うことができる。前記硫黄脱離温度を前記転換許容温度に設定することにより、白煙発生を効果的に抑制しつつ、硫黄脱離を早めることができる。

前記制御部は、前記硫黄脱離温度に到達するまでに段階的に排気又は前記触媒の床温を上昇させることができる。これにより、堆積温度が異なる硫黄を白煙の発生を抑えつつ脱離することができる。

前記制御部は、前記フィルタのＰＭ再生要求が成立し、前記触媒の下流側における排気温度上昇要求があった場合に、前記触媒へ流入する排気ガス中の酸素濃度を、前記内燃機関で燃焼する燃料中のＳ濃度値に応じた酸素濃度の上限閾値以下に低下させることができる。

排気経路中に設けられ、酸化機能を有する触媒の下流に配置されたフィルタを再生するときに、酸素が必要となる。その一方で、酸素濃度が高すぎると、Ｓ成分を含んだ燃料が燃焼したことに起因して生成されたＳＯ_２が酸化してＳＯ_３が生成される。同様に、触媒やフィルタに堆積していた硫黄Ｓ成分も脱離、酸化することによってＳＯ_３となる。このようにして生成されたＳＯ_３は、Ｈ_２Ｏと結びついてＨ_２ＳＯ_４となってミスト化、すなわち、白煙となる。そこで、フィルタに堆積した物質、主としてＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）の再生をすべく、排気温度上昇要求が認められた場合に、酸素濃度を低下させる制御を行う。これにより、白煙の発生を抑制することができる。

本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、ＰＭ再生時の硫黄脱離に起因する白煙の発生を抑制することができる。

図１は実施形態の内燃機関の概略構成を示す説明図である。図２は実施形態の内燃機関の制御装置が行う制御の一例を示すフロー図である。図３は排気温度とＳＯ_３転換率との関係を示すグラフである。図４はＳ堆積温度とＳ脱離温度との関係を示すグラフである。図５は実施形態の内燃機関の制御装置が行う制御の一例を示すフロー図である。図６は実施形態の内燃機関の制御装置が行うＰＭ再生のタイムチャートの一例である。図７は堆積Ｓ量と燃料Ｓ濃度との関係を示す説明図である。図８は燃料Ｓ濃度値と白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇとの関係を示すグラフである。図９は白煙の発生状況を示すグラフである。図１０は燃料Ｓ濃度値と白煙抑制制御実施期間τｔｒｇとの関係を示すグラフである。図１１はＰＭ再生時Ａ／Ｆが白煙に及ぼす影響を示すグラフである。図１２（Ａ）は予め設けられた仕向地毎の固定値の候補が格納された様子を模式的に示す説明図であり、図１２（Ｂ）は仕向地に合せて固定値を設定する様子を模式的に示す説明図である。図１３はＰＭ再生インターバル間の排気温度変化例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

（実施形態）
図１は実施形態の内燃機関１の概略構成を示す説明図である。内燃機関１は、エンジン本体２と内燃機関の制御装置（以下、制御装置という）３を備える。エンジン本体２には、吸気通路４と排気通路５が接続されている。エンジン本体２には、ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路６の他端は、吸気通路に接続されている。ＥＧＲ通路６には、ＥＧＲクーラ７とＥＧＲ弁８が配置されている。吸気通路４には、スロットル９が配置されている。排気通路５には、ＤＯＣ（ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ）１０が配置されている。ＤＯＣ１０は、酸化機能を有する触媒であり、内燃機関１に含まれる。排気通路のＤＯＣ１０の下流側には、ＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）１１が配置されている。ＤＰＦ１１は、ＰＭを補足するフィルタであり、内燃機関１に含まれる。

エンジン本体２とＤＯＣ１０との間の排気通路５には、上流側から順に、ＳＯｘセンサ１２、排気添加燃料弁１３、第１温度センサ１４が配置されている。ＳＯｘセンサ１２は、後に説明するＡ／Ｆセンサ１７とともに、内燃機関１、より具体的にエンジン本体２で燃焼する燃料中のＳ濃度値（以下、燃料Ｓ濃度という）を取得する手段に含まれる。排気添加燃料弁１３は、排気通路５中に燃料を噴射することにより、排気ガスに燃料を添加する。燃料が添加された排気ガスは、ＤＯＣ１０にて燃焼され、高温の排気ガスとなる。第１温度センサ１４は、ＤＯＣ１０に導入される排気ガスの温度（ＤＯＣ温度、触媒入りガス温度）を測定する。

ＤＯＣ１０とＤＰＦ１１との間の排気通路５には、第２温度センサ１５が配置されている。第２温度センサ１５は、ＤＰＦ１１に導入される排気ガスの温度（ＤＰＦ温度）Ｔｅｘを測定する。以下の説明では、この排気ガスの温度を排気温度Ｔｅｘとして説明する。

ＤＰＦ１１の下流側の排気通路５には、上流側から順に第３温度センサ１６及びＡ／Ｆセンサ１７が配置されている。第３温度センサ１６は、ＤＰＦ１１から排出された排気ガスの温度を測定する。この第３温度センサ１６の測定値と、上記第２温度センサ１５の測定値からＤＰＦ温度、すなわち、触媒の床温Ｔｍを把握する。なお、触媒温度ＴｍをＤＯＣ温度としたり、これらと相関性を有する値を用いて触媒の床温Ｔｍを取得したりしてもよい。

なお、本実施形態の制御装置３では、後に詳述するように、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気又は前記触媒の床温の最高到達温度よりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持する制御が行われる。ここで、最高到達温度を規定するときに、排気温度Ｔｅｘ又は触媒の床温Ｔｍのいずれか一方を参酌すればよい。脱離の対象となる硫黄Ｓ成分は、触媒に堆積、吸着するため、直接的には、触媒の床温が関与するが、排気温度と触媒の床温は相関性を有するため、いずれかの温度を参酌すればよい。以下の説明においては、排気温度Ｔｅｘに統一して説明する。

Ａ／Ｆセンサ１７は、排気Ａ／Ｆを測定する。Ａ／Ｆセンサ１７は、上述のように、ＳＯｘセンサ１２とともに、燃料Ｓ濃度値を取得する手段に含まれる。燃料Ｓ濃度値と排気中のＳＯｘ濃度とは、相関性を有する。このため、ＳＯｘセンサ１２により検出した排気中のＳＯｘ濃度値と、排気Ａ／Ｆとから、燃料Ｓ濃度を算出することができる。なお、エンジン本体２から排出されるＳＯｘは、ほぼＳＯ_２であるので、ＳＯｘセンサは、ＳＯ_２センサを用いればよい。

内燃機関１は、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１８を備える。ＥＣＵ１８は、内燃機関１における種々の制御を行う。また、ＥＣＵ１８は、制御装置３にも含まれ、制御装置３の制御部として機能する。ＥＣＵ１８は、ＥＧＲ弁８、スロットル９、ＳＯｘセンサ１２、排気添加燃料弁１３、第１温度センサ１４、第２温度センサ１５、第３温度センサ１６及びＡ／Ｆセンサ１７と電気的に接続されており、制御装置３を形成している。ＥＣＵ１８は、ＰＭ堆積量を取得する。具体的に、ＥＣＵ１８は、内燃機関１の稼動パターン（車両の走行パターン）から、ＤＰＦ１１におけるＰＭ堆積量を算出する。そして、ＰＭ再生要求が成立したか否かの判断を行う。さらに、ＥＣＵ１８は、排気温度Ｔｅｘを継続して記録し、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気温度の最高到達温度ＴｅｘＭＡＸを取得する。

制御部として機能するＥＣＵ１８は、ＤＯＣ１０の下流側における排気温度上昇要求、より具体的に、ＤＰＦ１１におけるＰＭ再生要求に基づいてＰＭ再生を行う。ＥＣＵ１８は、ＤＰＦ１１の再生要求が成立した場合、まず、排気温度Ｔｅｘを、ＰＭ酸化開始温度よりも低く、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における最高到達温度ＴｅｘＭＡＸよりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持する。そして、ＥＣＵ１８は、その後、排気温度ＴｅｘをＰＭ酸化開始温度以上とする。この際、ＤＯＣ１０へ流入する酸素濃度を低下させる酸素濃度低下制御を行う。

つぎに、図２に示すフロー図を参照して、制御装置３が行う制御の一例について説明する。図２に示すフロー図は、フィルタ、すなわち、ＤＰＦ１１のＰＭ再生のための制御全体を示している。

まず、前回ＰＭ再生が完了すると、ＥＣＵ１８に記憶されているＰＭ堆積量の数値がクリアされてリセットされ、今回ＰＭ再生に向けた制御が開始される。ステップＳ１では、走行時の排気温度Ｔｅｘが継続的に取得され、ＥＣＵ１８に記憶される。そして、ステップＳ２では、排気温度Ｔｅｘが取得されるたびに、その時点で記憶されている排気温度Ｔｅｘ（前回取得Ｔｅｘ）よりも高いか否かを判断する。ステップＳ２でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ３へ進み、今回取得Ｔｅｘをその時点での最高到達温度ＴｅｘＭＡＸとして記憶する。なお、最初に排気温度Ｔｅｘを取得したときは、比較する値がないため、その排気温度Ｔｅｘが、そのまま、最高到達温度ＴｅｘＭＡＸとして記憶される。

ステップＳ３に引き続き行われるステップＳ４では、ＰＭ再生要求があるか否かを判断する。ステップＳ２でＮｏと判断した場合もステップＳ４の処理が行われる。ステップＳ４でＮｏと判断したときは、ステップＳ１からの処理を繰り返す。ステップＳ４でＹｅｓと判断したときは、今回ＰＭ再生要求が成立したとしてステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、その時点における排気温度の最高到達温度ＴｅｘＭＡＸがＤＯＣ１０やＤＰＦ１１におけるＳＯ_２からＳＯ_３への転換率が許容値以下となる転換許容温度ＴＳＯ_３より高いか否かを判断する。すなわち、ステップＳ５では、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における最高到達温度ＴｅｘＭＡＸが転換許容温度ＴＳＯ_３より高いか否かを判断する。ここで、転換許容温度ＴＳＯ_３について、図３を参照しつつ説明する。図３を参照すると、転換許容温度ＴＳＯ_３は、ＳＯ_２が酸化して、ＳＯ_２からＳＯ_３への転換する割合に関与している。そこで、例えば、ＳＯ_３転換率が４０％まで許容される場合には、図３中、「許容範囲」の最も高い温度が転換許容温度ＴＳＯ_３となる。また、例えば、ＳＯ_３転換率が０％であるときは、図３中、「許容範囲」の最も低い温度が転換許容温度ＴＳＯ_３となる。なお、この転換許容温度ＴＳＯ_３は、触媒諸元によって異なり、適合によって、設定される。

ステップＳ５において、Ｙｅｓと判断したときは、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、ＴｅｘＭＡＸがそのままＴｅｘＭＡＸの値として採用される。一方、ステップＳ５において、Ｎｏと判断したときは、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、転換許容温度ＴＳＯ_３がＴｅｘＭＡＸの値として採用される。ここで、例えば、図３に示すように、許容されるＳＯ_３転換率に幅がある場合は、ＴｅｘＭＡＸとして採用することができる値は、以下の如くである。すなわち、ＴｅｘＭＡＸとして採用することができる値は、ステップＳ３で設定した最高到達温度ＴｅｘＭＡＸよりも高く、転換許容温度ＴＳＯ_３以下の範囲内で設定された任意の温度である。ここで、最高到達温度ＴｅｘＭＡＸよりも高いとの要件は、硫黄を脱離させるために求められるものである。また、転換許容温度ＴＳＯ_３以下の範囲内との要件は、ＳＯ_３転換率を許容範囲内に納めるために求められるものである。ここで、任意の温度としているため、上記条件を満たす温度を採用することができるが、効率よく硫黄を脱離するために、転換許容温度ＴＳＯ_３を採用することが望ましい。例えば、最高到達温度ＴｅｘＭＡＸが転換許容温度ＴＳＯ_３よりも非常に低い温度である場合、転換許容温度ＴＳＯ_３に対して余裕があるにもかかわらず、最高到達温度ＴｅｘＭＡＸを基準にすることは、効率の面で改善の余地がある。すなわち、転換許容温度ＴＳＯ_３以下であれば、ＳＯ_２からＳＯ_３への転換が許容されているのであるから、その範囲内で最も効率よく硫黄の脱離を行う趣旨である。

ステップＳ６に引き続き行われるステップＳ８−１では、硫黄脱離温度として、ＴｅｘＭＡＸ＋αを設定する。ここで、＋αは、ＴｅｘＭＡＸよりも高い温度に設定することを意味している。図４を参照すると、硫黄が脱離する温度は、その硫黄が堆積したときの温度以上であることがわかる。具体的に、排気温度がＡ℃のときに触媒に堆積したＳＯ_２は、触媒温度がＡ＋α℃になると、脱離する。また、排気温度がＢ℃のときに触媒に堆積したＳＯ_２は、触媒温度がＢ＋α℃になると、脱離する。このように、触媒に堆積、吸着した硫黄Ｓを脱離させるためには、その堆積温度を越えることが必要となる。そこで、本実施形態では、硫黄脱離温度として、ＴｅｘＭＡＸ＋αが設定されている。なお、＋αの具体的な値は、適合により、適宜決定することができる。この際、ＴｅｘＭＡＸよりも過剰に温度が高いと、硫黄Ｓの放出速度が速くなり、白煙となりやすいので、この点を考慮して、αの値を決定する。すなわち、硫黄脱離温度は、硫黄を脱離し、放出することができる最低温度を採用する趣旨の下に設定されている。

一方、ステップＳ７に引き続き行われるステップＳ８−２では、硫黄脱離温度として、ＴｅｘＭＡＸを設定する。すなわち、＋αとする措置は不要である。これは、ステップＳ７において転換許容温度ＴＳＯ_３がＴｅｘＭＡＸに置き換えられており、置き換えられたＴｅｘＭＡＸは、実際のＴｅｘＭＡＸよりも高い温度であるので、硫黄Ｓは脱離されることを考慮したものである。

ステップＳ８−１又はステップＳ８−２に引き続き行われるステップＳ９では、硫黄脱離処理が行われる。このステップＳ９は、サブルーチンとなっており、その内容については、後に詳述する。ステップＳ９に引き続き行われるステップＳ１０では、ＴｅｘＭＡＸの値がクリアされる。そして、ステップＳ１１で、ＰＭ再生制御が行われる。具体的に、排気温度Ｔｅｘが、ＰＭ酸化開始温度以上とされる。これにより、ＰＭ再生が行われる。ここで、ＰＭ酸化開始温度は、硫黄脱離温度よりも高い温度であるが、ＰＭ再生制御に先立って、排気温度Ｔｅｘを硫黄脱離温度で一定期間維持し、硫黄Ｓが脱離されている。このため、ＰＭ再生時の白煙の発生が抑制される。

ステップＳ１１の処理が終了すると、今回ＰＭ再生に関する一連の処理が完了し、次回ＰＭ再生要求に向けて、再び、ステップＳ１からの処理が繰り返される。

つぎに、図５に示すフロー図を参照して、制御装置３が行う硫黄処理実行制御、すなわち、図２に示すフロー図におけるステップＳ９の詳細な制御の一例について説明する。なお、ステップＳ８−１を経由した場合は、ＴｅｘＭＡＸ＋α、ステップＳ８−２を経由した場合は、ＴｅｘＭＡＸを所定時間維持することにより、硫黄を脱離した後は、通常のＰＭ再生制御（ステップＳ１１）に移る。

まず、ステップＳ９１では、排気添加燃料条件が充足されているか否かを判断する。具体的に、第１温度センサ１４によって測定された触媒入ガス温度が閾値Ｔ１を上回っているか否かを判断する。この閾値Ｔ１は、添加された燃料が燃焼可能状態になることができるか否かの観点で設定されている。ステップＳ９１でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９２へ進む。ステップＳ９１でＮｏと判断したときは、ステップＳ９１でＹｅｓと判断するまで、ステップＳ９１の処理を繰り返す。

ステップＳ９２では、燃料Ｓ濃度値を取得する。すなわち、上記のように、ＳＯｘセンサ１２とＡ／Ｆセンサ１７の測定値に基づいて燃料Ｓ濃度値を取得する。なお、ＳＯｘセンサ１２に代えて燃料性状センサを設置し、この燃料性状センサの測定値から燃料Ｓ濃度値を求めるようにしてもよい。

ステップＳ９２に引き続き行われるステップＳ９３では、白煙抑制目標Ａ／Ｆ及び酸素濃度低下制御実施期間を読み込む。図６を参照すると、酸素濃度低下制御実施期間は、硫黄脱離処理が実行される期間である。図６を参照すると、本実施形態のＰＭ再生チャートの一例が示されており、Ａ／Ｆは、ＰＭ再生に先立って行われる硫黄脱離処理においてリッチ状態へ向かう側へ制御されている。すなわち、硫黄脱離処理において酸素濃度を低下させる方向に制御されている。ここで、酸素濃度を低下させる方向への制御は、酸素濃度を低下させる制御がされていればよい。すなわち、酸素濃度低下制御は、ストイキを越えてリッチ状態となる場合でだけでなくストイキ状態に近づく場合も含まれる。図６を参照すると、本実施形態では、ストイキの前後の範囲を目安として白煙抑制Ａ／Ｆが設定されている。

このように、酸素濃度低下制御を行うことにより、排気ガス中の残存酸素量が減少するため、白煙として認識されるＨ_２ＳＯ_４の発生要因となるＳＯ_３の生成を抑制することができる。酸素濃度低下制御は、以下の措置を含む。それぞれの措置の意図は以下の如くである。

ＥＣＵ１８は、燃料Ｓ濃度値に基づいて、酸素濃度を設定する。これは、燃料Ｓ濃度値に対応して排気中のＳ濃度が高くなることを考慮したものである。また、ＥＣＵ１８は、燃料Ｓ濃度値に応じて前記酸素濃度の上限閾値を設定する。酸素濃度の上限値とは、換言すれば、リーンの上限値である。リーンになるということは、相対的に空気量が増すことであるから、酸素濃度の上限値が設定されるということは、空気量を多くし過ぎないことを意図している。エンジン本体２から排出されるＳＯ_２や、ＤＯＣ１０やＤＰＦ１１に堆積したＳＯ_２が酸化するとＳＯ_３が生成される。排気ガス中のＳ濃度は、燃料Ｓ濃度値に応じて高くなるから、燃料Ｓ濃度値に応じて酸素濃度の上限値を設定すれば、効果的にＳＯ_３の生成を抑制することができる。

ここで、ＤＯＣ１０やＤＦＰ１１における堆積Ｓ量と燃料Ｓ濃度値との関係について詳細に説明する。図７を参照すると、三種類の燃料について、車両の走行距離と堆積Ｓ量との関係が示されている。燃料Ｓ濃度値は、２０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ及び５０ｐｐｍの三種類である。堆積Ｓ量は、燃料Ｓ濃度値が高くなるほど多くなる。堆積Ｓ量が多いと、ＰＭ再生時にＳ放出量が増加する。従って、燃料Ｓ濃度値が高いほど、ＳＯ_３が発生し易い状態である。このように、燃料Ｓ濃度値が高いとＳＯ_３が多量に発生する可能性が有る。そこで、図８に示すように、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの上限閾値を設定している。具体的に、燃料Ｓ濃度値に応じた基準Ａ／Ｆの±βの範囲を白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの許容範囲としている。なお、±βの範囲としているのは、Ａ／Ｆを正確に狙った値に制御することは困難であることを考慮したものである。燃料Ｓ濃度値に応じた酸素濃度の上限値を設けることにより、リーンまたは、リーンに近い状態でＤＦＰ１１に酸素を供給しつつ、白煙の発生を抑制することができ、燃費の悪化を抑制することができる。

つぎに、図９を参照して、燃料Ｓ濃度値の相違による白煙の発生状況の相違について説明する。ＳＯ_３の濃度が所定の閾値（白煙発生閾値）を越えると、白煙が認識されるようになる。図９を参照すると、この白煙閾値を越えている期間は、燃料Ｓ濃度値が高いほど長期間であることがわかる。従って、白煙を効果的に抑制するためには、図１０に示すように、燃料Ｓ濃度値が高いほど、酸素濃度低下制御実施期間τｔｒｇを長期に設定することが必要となる。

ステップＳ９３に引き続き行われるステップＳ９４では、Ａ／Ｆセンサ１７によって測定したＡ／Ｆｍが白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ＋β以下であるか否かを判断する。ステップＳ９４でＮｏと判断したときはステップＳ９５へ進む。ステップＳ９５では、ΔＥＧＲ分のＥＧＲ追加増量を行う。ステップＳ９４でＮｏと判断したときは、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの許容範囲、すなわち、酸素濃度の上限値を越えているので、ＥＧＲ量を増量して空気量を低下し、酸素濃度を低下させる措置を採る趣旨である。ステップＳ９５の処理が終了した後は、ステップＳ９４からの処理を繰り返す。

一方、ステップＳ９４でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９６へ進む。ステップＳ９６では、Ａ／Ｆセンサ１７によって測定したＡ／Ｆｍが白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ−β以上であるか否かを判断する。ステップＳ９６でＮｏと判断したときはステップＳ９７へ進む。ステップＳ９７では、ΔＥＧＲ分のＥＧＲ減量を行う。ステップＳ９６でＮｏと判断したときは、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの許容範囲を越えているので、ＥＧＲ量を減量して空気濃度を維持する趣旨である。ステップＳ９７の処理が終了した後は、ステップＳ９４からの処理を繰り返す。

なお、本実施形態では、Ａ／Ｆｍを適切な範囲に制御するためにＥＧＲ量を調節しているが、Ａ／Ｆｍを制御することができる他の手段を用いることもできる。例えば、排気添加燃料量の調整によってＡ／Ｆｍを適切な範囲に制御するようにしてもよい。

なお、白煙の発生を抑制する観点からは、酸素濃度の下限値を設けることは重要視されるものではないが、酸素濃度が低くなりすぎると、ＣＯ、ＨＣ、Ｈ_２ＳやＰＭの増加の可能性があるので、Ａ／Ｆは、適度な範囲に維持されていることが望ましい。

ステップＳ９４〜ステップＳ９７までの処理が行われることにより、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇは許容範囲内に制御される。そして、このように白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇが制御されたときに、排気温度、触媒温度はほぼ硫黄脱離温度となるように設定されている。硫黄脱離温度は、ステップＳ８−１又はステップＳ８−２で設定された温度である。硫黄脱離温度は、硫黄の堆積温度を考慮して、急激な脱離が行われないように設定されているため、白煙の発生を抑制することができる。

ステップＳ９６でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９８へ進む。ステップＳ９８では、測定した触媒の床温Ｔｍが硫黄脱離温度以上となっているか否かを判断する。通常、排気温度と触媒の床温とはほぼ同一であると見做せるため、排気温度を硫黄脱離温度以上とすることにより、硫黄を脱離するものである。ここで、硫黄脱離温度は、図２に示すフロー図において、ステップＳ８−１を経由しているのか、ステップＳ８−２を経由しているのかで参照する値が異なる。すなわち、ステップＳ８−１を経由してきた場合には、硫黄脱離温度として、ステップＳ８−１で設定されたＴｅｘＭＡＸ＋αの値が採用される。一方、ステップＳ８−２を経由してきた場合には、硫黄脱離温度として、ステップＳ８−２で設定されたＴｅｘＭＡＸが採用される。

ステップＳ９８でＮｏと判断したときは、ステップＳ９９へ進む。ステップＳ９９では、排気添加燃料を増量する。これにより、床温Ｔｍを上昇させる。ステップＳ９９の処理の後は、再びステップＳ９８の処理を繰り返す。ステップＳ９８でＹｅｓと判断したとき、すなわち、床温Ｔｍが硫黄脱離温度以上となり、硫黄を脱離可能な状態となったと判断したときは、ステップＳ１００へ進む。ステップＳ１００では、硫黄を脱離するための制御実施期間τｔｒｇが経過したか否かを判断する。ステップＳ１００でＮｏと判断したときは、ステップＳ９４空の処理を繰り返す。ステップＳ１００でＹｅｓと判断したときは、サブルーチンは終了となる。以後、図２に示すステップＳ１０へ進み、その後、ステップＳ１１のＰＭ再生制御に移行する。ステップＳ１１はサブルーチンとなっているが、そのサブルーチンが終了すると、処理は終了となる（エンド）。

以上が、制御装置３が行う制御の一例である。ここで、ＰＭ再生に先立って行われる硫黄脱離処理時のＡ／Ｆが白煙に及ぼす影響について図１１を参照しつつ説明する。図１１は、ＰＭ再生時Ａ／Ｆが白煙に及ぼす影響を示すグラフである。図１１を参照すると、ＳＯ_３が多いほど、白煙量が多いことがわかる。また、ＰＭ再生時にＡ／Ｆをリッチ側に制御するほど、具体的に、ａ点からｂ点方向に近づくほど、白煙の発生が抑制されていることがわかる。また、Ａ／Ｆをリッチ側に制御するほど、ＳＯ_３のピーク値が低下していることもわかる。以上から、図５を参照して説明した上記制御のように、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの許容範囲にＡ／Ｆを制御することにより、白煙の抑制、ＰＭの再生をバランスよく実現することができる。

（変形例）
内燃機関に使用される燃料のＳ濃度値が既知である場合や想定されている場合は、予め適合により、そのＳ濃度値に対応させた酸素濃度、酸素濃度低下制御の実施期間とすることができる。この場合、ステップＳ９２及びステップＳ９３の措置は省略される。内燃機関に用いられる燃料のＳ濃度値は、仕向地によっておおよそ把握される場合が多い。そこで、仕向地毎に予め想定されるＳ濃度値を考慮した適合を行い、排気ガス中の酸素濃度、すなわち、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇを、固定値としておくことができる。この固定値は、内燃機関１で燃焼する燃料のＳ濃度値に対応させて設定された値としてもよい。また、同様に、酸素濃度低下制御の実施期間を、内燃機関１で燃焼する燃料のＳ濃度値に対応させて設定された期間に設定してもよい。このように、適合により、酸素濃度を設定するときは、想定するＳ濃度値が高いほど、酸素濃度を低く設定することとなる。また、適合により、酸素濃度低下制御の実施期間を設定するときは、想定するＳ濃度値が高いほど、その期間を長期に設定することとなる。この実施期間は、内燃機関１で燃焼する燃料のＳ濃度値に対応させて設定された期間としてもよい。

図１２（Ａ）を参照すると、ＥＣＵ１８内に仕向地毎の酸素濃度、具体的には、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ−ｎが格納されている。また、同様に、酸素濃度低下制御の実施期間τｔｒｇ−ｎが格納されている。すなわち、ＥＣＵ１８としては、汎用性を持った状態に準備され、仕向地が決定したら、その仕向地に対応した白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ−ｎ、実施期間τｔｒｇ−ｎを選定する。このようにして、仕向地に対応した固定値に基づいて酸素濃度低下制御が行われる状態とされる。また、固定値の設定方法として、図１２（Ｂ）に示しているように、当初ＥＣＵ内の白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ−ｎ、実施期間τｔｒｇ−ｎをブランクにしておく。そして、仕向地が決定したら、その仕向地に対応したＥＣＵ内の白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ−ｎ、実施期間τｔｒｇ−ｎを書き込む。このようにして、仕向地に対応した固定値に基づいて酸素濃度低下制御が行われる状態とすることもできる。

また、図１３を参照すると、ＰＭ再生インターバル間で、排気温度Ｔｅｘの履歴の一例として、ＴｅｘＭＡＸ１、ＴｅｘＭＡＸ２（ＴｅｘＭＡＸ１＞ＴｅｘＭＡＸ２）が記録される場合がある。このように、堆積温度が複数存在する場合に、仮に、最高到達温度であるＴｅｘＭＡＸ１よりも高い温度で硫黄脱離処理を行うとする。すると、ＴｅｘＭＡＸ１で堆積した硫黄は、緩やかな速度で脱離するため、白煙の発生を抑制することができる。ところが、ＴｅｘＭＡＸ２で堆積した硫黄は、堆積時の温度よりもかなり高い温度で脱離され、高速で放出されることになる。この結果、白煙が発生する可能性が高い。そこで、ＴｅｘＭＡＸに到達するまでに段階的に排気温度を上昇させることにより、堆積温度に応じた硫黄脱離処理を実行することができ、白煙の発生を抑制することができる。この場合、例えば、図１３に示すように、ＰＭ再生開始となる８０％の堆積量が認められてから、ＰＭ再生開始迄の最高到達温度とそれ以前の最高到達温度というように、適宜期間を区切って最高到達温度を抽出してもよい。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１内燃機関
２エンジン本体
３制御装置
４吸気通路
５排気通路
１０ＤＯＣ
１１ＤＰＦ
１２ＳＯｘセンサ
１３排気添加燃料弁
１７Ａ／Ｆセンサ

Claims

酸化機能を有する触媒の下流にフィルタを備える内燃機関の制御装置であって、
前記フィルタのＰＭ再生要求が成立した場合に、
排気温度を、ＰＭ酸化開始温度よりも低く、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気又は前記触媒の床温の最高到達温度よりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持した後、前記ＰＭ酸化開始温度以上とする制御部を備え、
前記制御部は、前記最高到達温度が、前記触媒におけるＳＯ _２からＳＯ _３への転換率が許容値以下となる転換許容温度以下の場合は、前記硫黄脱離温度を前記最高到達温度よりも高く、前記転換許容温度以下となる任意の温度に設定する内燃機関の制御装置。
前記制御部は、前記最高到達温度が、前記触媒におけるＳＯ_２からＳＯ_３への転換率が許容値以下となる転換許容温度以下の場合は、前記硫黄脱離温度を前記転換許容温度に設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御部は、前記硫黄脱離温度に到達するまでに段階的に排気又は前記触媒の床温を上昇させる請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御部は、前記フィルタのＰＭ再生要求が成立し、前記触媒の下流側における排気温度上昇要求があった場合に、前記触媒へ流入する排気ガス中の酸素濃度を、前記内燃機関で燃焼する燃料中のＳ濃度値に応じた酸素濃度の上限閾値以下に低下させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。