JP6007489B2

JP6007489B2 - 排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法

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Publication number: JP6007489B2
Application number: JP2011271262A
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Inventors: 長岡　大治; 大治長岡; 智宏是永
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Filing date: 2011-12-12
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Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するＤＰＦや触媒等の排気ガス浄化ユニットに未燃の炭化水素が吸着されるのを防止できて、排気ガス浄化ユニットの温度を常時制御可能な状態に維持することができる排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法に関する。

車両に搭載するディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス浄化システムには、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を浄化するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）ユニットを用いた装置や、窒素酸化物（ＮＯｘ）をリーン雰囲気中で還元して浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒や選択還元型触媒（ＳＣＲ）等を担持したリーンＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ触媒）ユニットを備えた排気ガス浄化装置が配置されている。

このＤＰＦユニットでは、ＰＭの捕集限界に近づくと、ＤＰＦユニットに捕集されたＰＭを燃焼除去するために排気ガスを昇温する強制再生を行って、ＤＰＦユニットに堆積したＰＭを燃焼除去して、ＰＭの捕集能力を回復する方法が採用されている。この強制再生の排気ガス昇温では、筒内（シリンダ内）での燃料噴射において、ピストンが上死点を過ぎた後にポスト噴射を行い、このポスト噴射で噴射された未燃燃料を排気通路内に供給したり、排気通路に設けた燃料噴射装置から排気通路内へ直接、燃料を噴射して、未燃燃料である炭化水素（ＨＣ）を排気通路内に供給したりしている。この炭化水素を、排気ガス浄化装置の酸化触媒ユニットで酸化して、この酸化熱により昇温した排気ガスをＤＰＦユニットに送り、ＤＰＦユニット及びこのＤＰＦユニットに捕集されたＰＭを昇温して、ＰＭの燃焼可能な温度以上にして、このＰＭを燃焼除去している。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を使用した排気ガス浄化ユニットにおいても、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのリッチ制御では、ポスト噴射や排気通路内への直接燃料噴射を用いて、炭化水素を酸化触媒ユニット等で燃焼させて排気ガスの酸素を消費すると共に排気ガス温度を昇温して、この排ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給してＮＯｘ吸蔵還元型触媒の表面をリッチ状態及び高温状態にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯｘを放出させると共に、この放出されたＮＯｘを触媒作用により還元する方法が採用されている。

また、炭化水素選択還元型触媒（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）を用いてＮＯｘを浄化する排気ガス浄化ユニットにおいても、炭化水素選択還元型触媒の上流側に、排気通路への直接燃料噴射で燃料等の炭化水素を噴射して、この炭化水素を還元剤として用いて排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒で還元する方法が採用されている。

このように、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムの幾つかの排気ガス浄化方法では、軽油等の内燃機関の燃料である炭化水素を、酸化触媒ユニットやＤＰＦユニットやＮＯｘ吸蔵還元型触媒や炭化水素選択還元型触媒等を担持したリーンＮＯｘ触媒ユニットを備えた排気ガス浄化装置の上流側に、それぞれの排気ガス浄化ユニットに応じて予め設定された所定の炭化水素供給条件下で、それぞれのタイミングと供給量で供給している。

しかしながら、排気ガス温度がそれぞれの排気ガス浄化ユニットにおける炭化水素の活性開始温度（ライトオフ温度）以下の場合に炭化水素を添加しても、炭化水素は触媒上で燃焼せず、触媒に吸着してしまうという問題がある。

更に、本発明者らは、多くの実験により、排気ガス温度が活性開始温度の近傍の温度であって炭化水素が燃焼しているような場合であっても、排気ガスの流量が内燃機関を搭載した車両の加速等により増加すると、燃焼火炎が吹き消されてしまい、失火する現象が発生する場合あるとの知見を得た。

この未燃の炭化水素が吸着して、ＨＣ被毒した触媒は、炭化水素が燃焼していない状態から、排気ガス温度が活性開始温度以上に上昇する状態になると、炭化水素が一気に燃焼し、制御不能な状態となってしまう現象があることも分かった。この状態になると触媒温度が異常に昇温し、触媒の劣化やＤＰＦの溶損を引き起こす。また、この現象は、リーンＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ触媒）の脱硫制御においても起こり得ることが分かった。

これに関連して、内燃機関の排気ガス通路に前段酸化触媒及びＤＦＰフィルタを設けた排ガス処理装置において、内燃機関が高負荷状態から低負荷状態に変化したときに発生するＤＰＦフィルタの異常燃焼を防止するために、ＤＰＦ異常燃焼生起運転と判定したとき、吸気スロットルバルブを全開して、排気ガス流量を増大させ、排気ガスの顕熱による熱持ち去りによりＤＰＦフィルタ装置を冷却すると共に、レイトポスト噴射を続行させ、ＤＰＦフィルタ周囲の酸素濃度を低下させ、ＤＰＦフィルタに捕集されたＰＭの異常燃焼を抑制する内燃機関の排気ガス処理方法及び装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この場合は、ＤＰＦフィルタに捕集されたＰＭの異常燃焼の抑制であり、上記の炭化水素の異常燃焼とは異なるが、上記の炭化水素の異常燃焼により、ＤＰＦフィルタに捕集されたＰＭの異常燃焼が発生する可能性が高く、排気ガス浄化ユニットにおける異常燃焼の抑制の重要性を示している。

特開２０１１−１５３５９１号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置される排気ガス浄化装置の上流側に、予め設定された炭化水素供給条件下で、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射又は排気通路内直接噴射により炭化水素（ＨＣ）を供給して、この炭化水素を排気ガス浄化装置の触媒やＤＰＦ等の排気ガス浄化ユニットで燃焼させて、排気ガス浄化装置の浄化能力を回復させるか、又は、排気ガスを浄化するかする排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス浄化ユニットに炭化水素が吸着されるのを防止できて、排気ガス浄化ユニットの温度を常時制御可能な状態に維持することができる排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を配置すると共に、予め設定された炭化水素供給条件下で、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射又は排気通路内直接噴射により、前記排気ガス浄化装置の上流側に炭化水素を供給して、この炭化水素を前記排気ガス浄化装置の一部又は全部を構成する排気ガス浄化ユニットで燃焼させて、前記排気ガス浄化装置の浄化能力を回復させる制御、又は、排気ガスを浄化する制御を行うように構成された制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、この内燃機関の排気ガス温度に対して、前記排気通路内に供給された炭化水素が前記排気ガス浄化ユニットで燃焼可能となり、前記排気ガス浄化ユニットに吸着しなくなる活性領域と、前記排気通路内に供給された炭化水素が前記排気ガス浄化ユニットで燃焼しなくなり、前記排気ガス浄化ユニットに吸着する失火領域との境界となる排気ガス流量若しくは吸気流量の活性限界閾値ラインを予め設定して、該活性限界閾値ラインを前記排気ガス流量若しくは吸気流量がゼロのときに予め設定した正の温度となるように形成すると共に、前記排気ガス流量若しくは吸気流量が大きくなるにつれ、排気ガス温度も大きくなるように形成し、前記炭化水素供給条件下において、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量を求め、この排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせが前記活性領域にあるか、又は、前記失火領域にあるかを判定し、前記活性領域にあると判定した場合には炭化水素の供給と判定して炭化水素の供給を行い、前記失火領域にあると判定した場合には炭化水素の供給の停止と判定して炭化水素の供給を停止する制御を行うように構成される。

この構成によれば、触媒やＤＰＦ等の排気ガス浄化ユニットの入口の排気ガス温度や触媒温度だけでなく、排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）との組み合わせで、炭化水素の供給開始と供給停止を判断する活性限界閾値ラインを設定しているので、排気ガス温度等の温度だけで判断する場合に比べて、排気ガス流量（若しくは吸気流量）による失火現象を考慮できて、より的確に炭化水素の供給開始と供給停止を判断できる。

言い換えれば、同じ排気ガス温度でも排気ガス流量（若しくは吸気流量）によって、炭化水素の供給をしたり、しなかったりする。つまり、同じ排気ガス温度に対して排気ガス流量の閾値を設定し、逆に、同じ排気ガス流量に対して排気ガス温度の閾値を設定することになる。この排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）と炭化水素の供給と供給無しの閾値の関係は、排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）をパラメータとする閾値の２次元テーブルや２次元マップデータや関数等の形で設定される。

そのため、供給した炭化水素が未燃のまま、排気ガス浄化ユニットに吸着されるのを防止できる。その結果、この炭化水素の供給を再開する時点では、即ち、未燃の炭化水素が燃焼できる状況になった時点では、排気ガス浄化ユニットに未燃の炭化水素が吸着されていないので、吸着された未燃の炭化水素に起因する炭化水素の異常燃焼による熱暴走を抑止できて、排気ガス浄化ユニットの温度を常時制御可能な状態に維持することができる。

また、炭化水素の供給開始を的確に判断できるので、供給した炭化水素が不足して排気ガス浄化装置の浄化能力が低下したり、浄化能力の回復が遅れたりすることを回避できる。

上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記活性領域と前記失火領域の境界に幅を持たせて中間領域を設定し、この中間領域の前記活性領域側の境界を供給開始閾値ラインとし、この中間領域の前記失火領域側の境界を供給停止閾値ラインとすると共に、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせが、前記失火領域側から前記活性領域側に移動する際には、前記供給開始閾値ラインを越えた時に炭化水素の供給と判定して炭化水素の供給を行い、前記組み合わせが、前記活性領域側から前記失火領域側に移動する際には、前記供給停止閾値ラインを越えた時に炭化水素の供給の停止と判定して炭化水素の供給を停止する制御を行うように構成されると、制御時の状態（組み合わせ）が活性領域であるか、又は、失火領域であるかを判定する際に、制御時の状態の経過を取り入れて判定することができ、より精度よく炭化水素の供給と停止を制御できる。

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、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせによる判定で、炭化水素の供給と判定してから炭化水素の供給を開始するまでの間に、予め設定した開始猶予時間を経過させる制御を行うと共に、炭化水素の供給の停止と判定してから炭化水素の供給を停止するまでの間に、予め設定した停止猶予時間を経過させる制御を行うように構成されると、炭化水素の供給開始又は供給停止の際に、供給された炭化水素を燃焼する排気ガス浄化ユニットの熱容量を考慮した時間遅れを取り入れた制御となり、より適正なタイミングで炭化水素の供給と停止が可能となる。

そして、上記の目的を達成するための排気ガス浄化方法は、予め設定された炭化水素供給条件下で、内燃機関の排気通路に配置された排気ガス浄化装置の上流側に、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射又は排気通路内直接噴射により炭化水素を供給して、この炭化水素を前記排気ガス浄化装置の一部又は全部を構成する排気ガス浄化ユニットで燃焼させて、前記排気ガス浄化装置の浄化能力を回復させるか、又は、前記排気ガス浄化装置で排気ガスを浄化するかする排気ガス浄化方法において、この内燃機関の排気ガス温度に対して、前記排気通路内に供給された炭化水素が前記排気ガス浄化ユニットで燃焼可能となり、前記排気ガス浄化ユニットに吸着しなくなる活性領域と、前記排気通路内に供給された炭化水素が前記排気ガス浄化ユニットで燃焼しなくなり、前記排気ガス浄化ユニットに吸着する失火領域との境界となる排気ガス流量若しくは吸気流量の活性限界閾値ラインを予め設定して、該活性限界閾値ラインを前記排気ガス流量若しくは吸気流量がゼロのときに予め設定した正の温度となるように形成すると共に、前記排気ガス流量若しくは吸気流量が大きくなるにつれ、排気ガス温度も大きくなるように形成し、前記炭化水素供給条件下において、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量を求め、この排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせが前記活性領域にあるか、又は、前記失火領域にあるかを判定し、前記活性領域にあると判定した場合には炭化水素の供給と判定して炭化水素の供給を行い、前記失火領域にあると判定した場合には炭化水素の供給の停止と判定して炭化水素の供給を停止することを特徴とする方法である。

この方法によれば、触媒やＤＰＦ等の排気ガス浄化ユニットの入口の排気ガス温度や触媒温度だけでなく、排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）との組み合わせで、炭化水素の供給開始と供給停止を判断する活性限界閾値ラインを設定しているので、排気ガス温度等の温度だけで判断する場合に比べて、排気ガス流量（若しくは吸気流量）による失火現象を考慮できて、より的確に炭化水素の供給開始と供給停止を判断できる。

また、上記の排気ガス浄化方法において、前記活性領域と前記失火領域の境界に幅を持たせて中間領域を設定し、この中間領域の前記活性領域側の境界を供給開始閾値ラインとし、この中間領域の前記失火領域側の境界を供給停止閾値ラインとすると共に、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせが、前記失火領域側から前記活性領域側に移動する際には、前記供給開始閾値ラインを越えた時に炭化水素の供給と判定して炭化水素の供給を行い、前記組み合わせが、前記活性領域側から前記失火領域側に移動する際には、前記供給停止閾値ラインを越えた時に炭化水素の供給の停止と判定して炭化水素の供給を停止すると、制御時の状態（組み合わせ）が活性領域であるか、又は、失火領域であるかを判定する際に、制御時の状態の経過を取り入れて判定することができ、より精度よく炭化水素の供給と停止ができる。

更に、上記の排気ガス浄化方法において、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせが、前記活性領域側に入ってから炭化水素の供給を開始するまでの間に、予め設定した開始猶予時間を経過させると共に、前記組み合わせが、前記供失火領域側に入ってから炭化水素の供給を停止するまでの間に、予め設定した停止猶予時間を経過させると、炭化水素の供給開始又は供給停止の際に、供給された炭化水素を燃焼する排気ガス浄化ユニットの熱容量を考慮した時間遅れを取り入れた制御となり、より適正なタイミングで炭化水素の供給と停止ができる。

本発明に係る排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、内燃機関の排気通路に配置される排気ガス浄化装置の上流側に、予め設定された炭化水素供給条件下で、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射又は排気通路内直接噴射により炭化水素（ＨＣ）を供給して、この炭化水素を排気ガス浄化装置の触媒やＤＰＦ等の排気ガス浄化ユニットで燃焼させて、排気ガス浄化装置の浄化能力を回復させるか、又は、排気ガスを浄化するかする排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス浄化ユニットに炭化水素が吸着されるのを防止できて、排気ガス浄化ユニットの温度を常時制御可能な状態に維持することができる。

従って、この排気ガス浄化システムを採用した内燃機関を搭載した車両においては、減速から加速に移行するような走行時でも、安定した温度状態で、ＤＰＦに捕集された粒子状物資（ＰＭ）の強制再生制御、リーンＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ）触媒の浄化能力回復のための空燃比リッチ制御を伴う強制再生制御及び脱硫制御、炭化水素選択還元型触媒（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）によるＮＯｘ低減制御が可能となる。

本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。排気ガス温度と排気ガス流量の活性限界閾値、中間領域幅、供給停止閾値、供給開始閾値の一例を表形式で示す図である。排気ガス温度と排気ガス流量の組み合わせと、活性限界閾値ライン、活性領域、失火領域の一例をグラフで示す図である。（ＨＣ添加停止閾値例の図）本発明の第１の実施の形態の排気ガス浄化方法の制御の流れを示す制御フローの一例を示す図である。排気ガス温度と排気ガス流量の組み合わせと、活性限界閾値ライン、供給開始閾値ライン、供給停止閾値ライン、活性領域、中間領域、失火領域の一例をグラフで示す図である。本発明の第２の実施の形態の排気ガス浄化方法の制御の流れを示す制御フローの一例を示す図である。排気ガス温度と排気ガス流量の活性限界閾値、中間領域幅、供給停止閾値、供給開始閾値の他の例を表形式で示す図である。排気ガス温度と排気ガス流量の組み合わせと、活性限界閾値ライン、供給開始閾値ライン、供給停止閾値ライン、活性領域、中間領域、失火領域の他の例をグラフで示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この実施の形態の排気ガス浄化システム１０は、エンジン（内燃機関）１の排気マニホールド１ａに接続する排気通路１２に配置する排気ガス浄化システムであり、この排気ガス浄化システム１０では、排気ガス浄化装置１３の上流側に炭化水素供給装置１４を設けている。

この排気ガス浄化装置１３は、排気ガス浄化システム１０を搭載するエンジン１の排気ガスの状態等によって、幾つかの種類の排気ガス浄化ユニットが選択される。この排気ガス浄化装置１３には、排気ガスＧ中の粒子状物質（ＰＭ）を浄化するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）ユニットや、窒素酸化物（ＮＯｘ）をリーン雰囲気中で還元して浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒ユニットや、同様に窒素酸化物（ＮＯｘ）をリーン雰囲気中で還元して浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ）ユニット等の排気ガス浄化ユニットが作用される。図１の構成では、ＤＰＦユニット１３ａとその上流側（前段）の酸化触媒ユニット１３ｂの組み合わせを採用している。

しかし、この排気ガス浄化装置１３の種類によって、炭化水素供給装置１４から供給される炭化水素Ｌの供給のタイミング（予め設定された炭化水素供給条件）が異なってくる。排気ガス浄化装置１３にＤＦＰユニット１３ａと酸化触媒ユニット１３ｂの組み合わせを用いる場合には、この炭化水素Ｌの供給は、ＤＰＦユニット１３ａに捕集されたＰＭを強制的に燃焼除去するための強制再生時に行われる。

また、排気ガス浄化装置１３にリーンＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ触媒）の一つであるＮＯｘ吸蔵還元型触媒ユニットを用いる場合には、この炭化水素Ｌの供給は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するために、排気ガス中の空燃比をリッチ状態にするＮＯｘ再生制御で行われ、更に、硫黄被毒からＮＯｘ吸蔵能力を回復するために、排気ガス中の空燃比をリッチ状態にする硫黄パージ制御で行われる。この場合にも、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒ユニットと炭化水素供給装置１４の間に酸化触媒ユニットが設けられることが多い。

また、排気ガス浄化装置１３に炭化水素選択還元型触媒（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）ユニットを用いる場合は、この炭化水素Ｌの供給は、排気ガス中のＮＯｘを還元するために、ほぼ常時行われる。

なお、以下の説明では、図１に示すように、ＤＰＦ装置１３ａと酸化触媒１３ｂの組み合わせで排気ガス浄化装置１３を構成している場合について説明するが、排気ガス浄化装置１３を上記で説明したような別の排気ガス浄化ユニットで構成してもよい。また、ここでは、炭化水素供給装置１４で排気通路１２内に炭化水素Ｌを供給するが、本発明は、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射で排気通路１２内に炭化水素Ｌを供給する場合にも適用できる。

このエンジン１では、吸気Ａが吸気通路１１経由でターボ過給器１５のコンプレッサ１５ａにより昇圧されて、エンジン１のシリンダ内に供給され、同じくシリンダ内に供給される燃料を燃焼させて、排気ガスＧとなる。この排気ガスＧは、必要に応じて一部は排気再循環（ＥＧＲ）に使用されるが、それ以外は、排気マニホールド１１ａから排気通路１２に導かれ、ターボ過給器１５のタービン１５ｂを駆動した後、排気ガス浄化装置１３に流入し、この排気ガス浄化装置１３で浄化される。

更に、制御装置１６が設けられ、図示しないＤＰＦユニット１３ｂの前後差圧を測定する差圧センサや排気ガス温度を測定する温度センサや吸気流量を測定する吸気量センサ（エアマスフローセンサ：ＭＡＦセンサ）等からの測定信号が入力され、これらの測定信号に基づいて、前後差圧、排気ガス温度、吸気流量が求められる。更に、吸気流量と燃料噴射量とから排気ガス流量が算出される。本発明の場合、排気ガス流量と吸気流量との差は、燃料が酸化する際に消費する酸素量と発生する排ガス量との差であるので、排ガス流量の代わりに吸気流量を用いることもできる。この吸気流量を用いると燃料の消費量と排気ガスの量を算出する必要がなくなり、制御装置１６における演算量を減少できる。

この制御装置１６は、予め設定された炭化水素供給条件下で、炭化水素供給装置１４からの排気通路内直接噴射により、排気ガス浄化装置１３の上流側に炭化水素Ｌを供給して、この炭化水素Ｌを排気ガス浄化装置１３の一部又は全部を構成する排気ガス浄化ユニット（ここでは酸化触媒ユニット１３ｂ）で燃焼させて、排気ガス浄化装置１３の浄化能力を回復させる制御を行うように構成される。

そして、更に、この制御装置１６は、次の制御を行うように構成される。このエンジン１の排気ガス温度に対して、排気通路１２内に供給された炭化水素Ｌが酸化触媒ユニット１３ｂで燃焼可能となる活性領域Ｒａと排気通路１２内に供給された炭化水素Ｌが排気ガス浄化ユニット１３ｂで燃焼しなくなる失火領域Ｒｂとの境界となる排気ガス流量（若しくは吸気流量）の活性限界閾値ラインＡを、図２の表の活性限界閾値、つまり、図３のグラフのラインＡに示すように予め設定する。

それと共に、炭化水素供給条件下（ここでは、ＤＰＦユニット１３ｂの強制再生制御の条件下）において、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）を求め、この組み合わせが活性領域Ｒａにあるか、又は、失火領域Ｒｂにあるかを判定し、活性領域Ｒａにあると判定した場合には炭化水素Ｌの供給と判定して炭化水素Ｌの供給を行い、失火領域Ｒｂにあると判定した場合には、炭化水素Ｌの供給の停止と判定して炭化水素Ｌの供給を停止する制御を行うように構成される。

言い換えれば、制御時の排気ガス温度に対して、排気ガス流量が活性限界閾値ラインＡより少なくなって活性領域Ｒａになったら炭化水素を供給し、多くなって失火領域Ｒｂになったら炭化水素の供給を停止する。逆に言えば、排気ガス温度が活性限界閾値ラインＡより高くなって活性領域Ｒａになったら炭化水素を供給し、低くなって失火領域Ｒｂになったら炭化水素の供給を停止する。

これを図４の制御フローを参照しながら説明すると、エンジン１が運転開始されると、図４の制御フローも上位の制御フローから呼ばれてスタートする。この制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で炭化水素（ＨＣ）供給条件下にあるか否かを判定し、炭化水素供給条件下に無い場合は予め設定された時間（各判定のインターバルに関係する時間）を経過したら、ステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１１の判定で炭化水素供給条件下にある場合には、ステップＳ１２に行き、炭化水素供給停止条件、つまり、活性領域Ｒａにあるか（ＮＯ）、又は、失火領域Ｒｂにあるか（ＹＥＳ）を判定し、活性領域Ｒａにある（ＮＯ）場合は炭化水素Ｌの供給と判定して、ステップＳ１４に行き、炭化水素の供給を予め設定された時間（各判定のインターバルに関係する時間）の間行う。一方、ステップＳ１２の判定で失火領域Ｒｂにある（ＹＥＳ）場合には、炭化水素Ｌの供給の中止と判定して、ステップＳ１３に行き、炭化水素の供給の停止を予め設定された時間（各判定のインターバルに関係する時間）の間行う。

これを繰り返して、エンジン１が運転を停止すると、ステップＳ１５の割り込みが発生して、リターンに行き、上位の制御フローに戻り、エンジン１の運転停止と共に、この図４の制御フローも停止する。

次に、この第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１０における排気ガス浄化方法について説明する。この排気ガス浄化方法は、予め設定された炭化水素供給条件下で、エンジン１の排気通路１２に配置された排気ガス浄化装置１３の上流側に、炭化水素供給装置１４からの排気通路内直接噴射により炭化水素Ｌを供給して、この炭化水素Ｌを排気ガス浄化装置１３の一部を構成する酸化触媒ユニット１３ｂで燃焼させて、排気ガス浄化装置１３の浄化能力を回復させる排気ガス浄化方法である。

この排気ガス浄化方法において、このエンジン１の排気ガス温度に対して、排気通路１２内に供給された炭化水素Ｌが酸化触媒ユニット１３ｂで燃焼しなくなる失火領域Ｒｂと、排気通路１２内に供給された炭化水素Ｌが酸化触媒ユニット１３ｂで燃焼可能となる活性領域Ｒａとの境界となる排気ガス流量（若しくは吸気流量）の活性限界閾値ラインＡを予め設定する。

それと共に、炭化水素供給条件下において、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）を求め、この排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）の組み合わせが活性領域Ｒａにあるか、又は、失火領域Ｒｂにあるかを判定し、活性領域Ｒａにあると判定した場合には、炭化水素Ｌの供給を行い、失火領域Ｒｂにあると判定した場合には、炭化水素Ｌの供給を停止する。

この第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１０及び排気ガス浄化方法によれば、ＤＰＦや酸化触媒の排気ガス浄化ユニット１３ａ、１３ｂの入口の排気ガス温度や触媒温度だけでなく、排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）との組み合わせで、炭化水素Ｌの供給開始と供給停止を判断する活性限界閾値ラインＡを設定しているので、排気ガス温度等の温度だけで判断する場合に比べて、排気ガス流量（若しくは吸気流量）による失火現象を考慮できて、より的確に炭化水素Ｌの供給開始と供給停止を判断できる。

そのため、供給した炭化水素Ｌが未燃のまま、排気ガス浄化装置１３を構成する排気ガス浄化ユニット１３ａ、１３ｂに吸着されるのを防止できる。その結果、未燃の炭化水素Ｌが燃焼できる状況になって、炭化水素Ｌの供給を再開する時点では、排気ガス浄化ユニット１３ａ、１３ｂに未燃の炭化水素Ｌが吸着されていないので、吸着された未燃の炭化水素Ｌの異常燃焼による熱暴走を抑止できて、排気ガス浄化ユニット１３ａ、１３ｂの温度を常時制御可能な状態に維持することができる。また、供給した炭化水素Ｌが不足して排気ガス浄化装置１３のＤＰＦユニット１３ａの浄化能力の回復が遅れたりすることを回避できる。

次に、第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１０Ａについて説明する。第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１０Ａは、制御装置１６Ａの構成が異なるだけで、その他の構成は第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１０と同じである。

そして、この第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１０の制御装置１６Ａは、次の制御を行うように構成される。図２の表と図５に示すように、活性領域Ｒａと失火領域Ｒｂの境界に中間領域幅を持たせて中間領域Ｒｃを設定し、この中間領域Ｒｃの活性領域Ｒａ側の境界を供給開始閾値ラインＢとし、この中間領域Ｒｃの失火領域Ｒｂ側の境界を供給停止閾値ラインＣとする。

なお、図２の表と図５では、供給停止閾値を活性限界閾値と同じとし、中間領域幅を3３０℃として、供給開始閾値を設定しているが、図７と図８に示すように、活性限界閾値が供給停止閾値と供給開始閾値とのちょうど中間になるようにしてもよく、ちょうど中間ではないが、活性限界閾値が供給停止閾値と供給開始閾値との間になるようにしてもよい。

なお、図２では、活性限界閾値Ａ、供給開始閾値Ｂ、中間領域幅、供給停止閾値Ｃを示しているが、これらの内、２つがあれば、他の２つを算出できるので、これらの内２つで十分である。

それと共に、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）の組み合わせが、失火領域Ｒｂ側から活性領域Ｒａ側に移動する際には、供給開始閾値ラインＢを越えた時に炭化水素Ｌの供給と判定して炭化水素Ｌの供給を行い、この組み合わせが、活性領域Ｒａ側から失火領域Ｒｂ側に移動する際には、供給停止閾値ラインＣを越えた時に炭化水素Ｌの供給の停止と判定して炭化水素Ｌの供給を停止する制御を行う。

次に、この第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１０Ａにおける排気ガス浄化方法について説明する。この排気ガス浄化方法は、予め設定された炭化水素供給条件下で、エンジン１の排気通路１２に配置された排気ガス浄化装置１３の上流側に、炭化水素供給装置１４からの排気通路内直接噴射により炭化水素Ｌを供給して、この炭化水素Ｌを排気ガス浄化装置１３の一部を構成する酸化触媒ユニット１３ｂで燃焼させて、排気ガス浄化装置１３の浄化能力を回復させる排気ガス浄化方法である。

更に、活性領域Ｒａと失火領域Ｒｂの境界に中間領域幅を持たせて中間領域Ｒｃを設定し、この中間領域Ｒｃの活性領域Ｒａ側の境界を供給開始閾値ラインＢとし、この中間領域Ｒｃの失火領域Ｒｂ側の境界を供給停止閾値ラインＣとする。

それと共に、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）の組み合わせが、失火領域Ｒｂ側から活性領域Ｒａ側に移動する際には、供給開始閾値ラインＢを越えた時に炭化水素Ｌの供給を開始し、この組み合わせが、活性領域Ｒａ側から失火領域Ｒｂ側に移動する際には、供給停止閾値ラインＣを越えた時に炭化水素Ｌの供給を停止する。

これを図６の制御フローを参照しながら説明すると、エンジン１が運転開始されると、図６の制御フローも上位の制御フローから呼ばれてスタートする。この制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で炭化水素（ＨＣ）供給条件下にあるか否かを判定し、炭化水素供給条件下に無い場合は予め設定された時間（各判定のインターバルに関係する時間）を経過したら、ステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１１の判定で炭化水素供給条件下にある場合には、ステップＳ１２ａに行き、炭化水素供給停止条件、つまり、供給停止閾値ラインＣより失火領域Ｒｂ側にあるか（ＹＥＳ）、否か（ＮＯ）を判定し、供給停止閾値ラインＣより失火領域Ｒｂ側にある（ＹＥＳ）場合は炭化水素Ｌの供給の停止と判定して、ステップＳ１３に行き、炭化水素の供給の停止を予め設定された時間（各判定のインターバルに関係する時間）の間行う。一方、ステップＳ１２ａの判定で供給停止閾値ラインＣより活性領域Ｒａ側にある（ＮＯ）場合には、ステップＳ１２ｂに行く。

ステップＳ１２ｂでは、炭化水素供給開始条件、つまり、供給開始閾値ラインＢより活性領域Ｒａ側にあるか（ＹＥＳ）、否か（ＮＯ）を判定し、供給開始閾値ラインＢより活性領域Ｒａ側にある（ＹＥＳ）場合は炭化水素Ｌの供給と判定して、ステップＳ１４に行き、炭化水素の供給を予め設定された時間（各判定のインターバルに関係する時間）の間行う。一方、ステップＳ１２ｂの判定で供給開始閾値ラインＢより失火領域Ｒｂ側にある（ＮＯ）場合には、現状を維持したまま、予め設定された時間（各判定のインターバルに関係する時間）を経過したらステップＳ１１に戻る。

より具体的には、排気ガス流量が３０ｇ／ｓで一定の時に高温側から低温側に変化する場合は、排気ガス温度２６０℃で炭化水素Ｌの供給を停止とし、逆に低温側から高温側に変化する場合は、排気ガス温度２９０℃で炭化水素Ｌの供給を開始する。これは、酸化触媒ユニット１３ｂの熱容量、即ち、酸化触媒ユニット１３ｂの温度の温まり難さと冷え難さを考慮しているためである。

この第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１０Ａ及び排気ガス浄化方法によれば、第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１０Ａ及び排気ガス浄化方法の作用効果に加えて、制御時の状態（組み合わせ）が活性領域Ｒａであるか、又は、失火領域Ｒｂであるかを判定する際に、制御時の状態の経過を取り入れて判定することができ、より精度よく炭化水素Ｌの供給を制御できるようになる。

また、上記の第１及び第２の排気ガス浄化システム１０、１０Ａにおいて、更に、制御装置が、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）の組み合わせによる判定で、炭化水素Ｌの供給と判定してから炭化水素Ｌの供給を開始するまでの間に、予め設定した開始猶予時間を経過させる制御を行うと共に、炭化水素Ｌの供給の停止と判定してから炭化水素Ｌの供給を停止するまでの間に、予め設定した停止猶予時間を経過させる制御を行うように構成されることが好ましい。

つまり、上記の第１及び第２の排気ガス浄化方法において、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量（若しくは吸気流量）の組み合わせによる判定で、炭化水素Ｌの供給と判定してから炭化水素Ｌの供給を開始するまでの間に、予め設定した開始猶予時間を経過させると共に、炭化水素Ｌの供給の停止と判定してから炭化水素Ｌの供給を停止するまでの間に、予め設定した停止猶予時間を経過させることが好ましい。

言い換えれば、排気ガス温度に対し排気ガス流量（若しくは吸気流量）が閾値（Ａ、又はＢ）以下になってから一定時間（開始猶予時間）の経過後に、炭化水素の供給を開始し、閾値（Ａ、Ｃ）以上になってから一定時間（停止猶予時間）の経過後に、炭化水素の供給を停止する。また、逆に言えば、排気ガス流量（若しくは吸気流量）に対し排気ガス温度が閾値（Ａ、又はＢ）以上になってから一定時間（開始猶予時間）の経過後に、炭化水素の供給を開始し、閾値（Ａ、Ｃ）以下になってから一定時間（停止猶予時間）の経過後に、炭化水素の供給を停止する。

この構成と方法により、制御時の状態（組み合わせ）が活性領域Ｒａであるか、又は、失火領域Ｒｂであるかを判定して、炭化水素Ｌの供給開始又は供給停止を行う際に、供給された炭化水素Ｌを燃焼する酸化触媒ユニット１３ｂの熱容量を考慮した時間遅れを取り入れた制御ができるようになり、より適正なタイミングでの炭化水素Ｌの供給と停止が可能となる。

上記の構成の第１及び第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１０、１０Ａ及び排気ガス浄化方法によれば、排気ガス浄化ユニット１３ａ、１３ｂに炭化水素Ｌが吸着されるのを防止できて、排気ガス浄化ユニット１３ａ、１３ｂの温度を常時制御可能な状態に維持することができる。

従って、この排気ガス浄化システム１０、１０Ａを採用したエンジン１を搭載した車両においては、減速から加速に移行するような走行時でも、安定した温度状態で、ＤＰＦ１３ａに捕集された粒子状物資（ＰＭ）の強制再生制御、リーンＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ）触媒の浄化能力回復のための空燃比リッチ制御を伴う強制再生制御及び脱硫制御、炭化水素選択還元型触媒（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）によるＮＯｘ低減制御が可能となる。

なお、排気ガス浄化ユニットが、炭化水素選択還元型触媒を担持した排気ガス浄化ユニットである場合には、予め設定された炭化水素供給条件が、排気ガス中のＮＯｘを浄化する条件となり、供給された炭化水素（ＨＣ）Ｌで排気ガス中のＮＯｘを還元して、排気ガスを浄化することとなる。

本発明の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、内燃機関の排気通路に配置する排気ガス浄化装置の上流側に、予め設定された炭化水素供給条件下で、ポスト噴射等により炭化水素を供給して、この炭化水素を触媒等の排気ガス浄化ユニットで燃焼させて、排気ガス浄化装置の浄化能力を回復させるか、又は、排気ガスを浄化するかする排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス浄化ユニットに炭化水素が吸着されるのを防止できて、排気ガス浄化ユニットの温度を常時制御可能な状態に維持することができるので、自動車等に搭載する内燃機関の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法として利用できる。

１エンジン（内燃機関）
１０排気ガス浄化システム
１１吸気通路
１２排気通路
１３排気ガス浄化装置
１３ａＤＰＦユニット
１３ｂ酸化触媒（ＤＯＣ）ユニット
１４炭化水素供給装置
１５ターボ過給器
１６制御装置（ＥＣＵ）
Ａ空気
Ｇ排気ガス
Ｌ炭化水素（ＨＣ）
Ｒａ活性領域
Ｒｂ失火領域
Ｒｃ中間領域

Claims

内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を配置すると共に、予め設定された炭化水素供給条件下で、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射又は排気通路内直接噴射により、前記排気ガス浄化装置の上流側に炭化水素を供給して、この炭化水素を前記排気ガス浄化装置の一部又は全部を構成する排気ガス浄化ユニットで燃焼させて、前記排気ガス浄化装置の浄化能力を回復させる制御、又は、排気ガスを浄化する制御を行うように構成された制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記制御装置が、
この内燃機関の排気ガス温度に対して、前記排気通路内に供給された炭化水素が前記排気ガス浄化ユニットで燃焼可能となり、前記排気ガス浄化ユニットに吸着しなくなる活性領域と、前記排気通路内に供給された炭化水素が前記排気ガス浄化ユニットで燃焼しなくなり、前記排気ガス浄化ユニットに吸着する失火領域との境界となる排気ガス流量若しくは吸気流量の活性限界閾値ラインを予め設定して、該活性限界閾値ラインを前記排気ガス流量若しくは吸気流量がゼロのときに予め設定した正の温度となるように形成すると共に、前記排気ガス流量若しくは吸気流量が大きくなるにつれ、排気ガス温度も大きくなるように形成し、
前記炭化水素供給条件下において、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量を求め、この排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせが前記活性領域にあるか、又は、前記失火領域にあるかを判定し、前記活性領域にあると判定した場合には炭化水素の供給と判定して炭化水素の供給を行い、前記失火領域にあると判定した場合には炭化水素の供給の停止と判定して炭化水素の供給を停止する制御を行うように構成されたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
前記制御装置が、
前記活性領域と前記失火領域の境界に幅を持たせて中間領域を設定し、この中間領域の前記活性領域側の境界を供給開始閾値ラインとし、この中間領域の前記失火領域側の境界を供給停止閾値ラインとすると共に、
制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせが、前記失火領域側から前記活性領域側に移動する際には、前記供給開始閾値ラインを越えた時に炭化水素の供給と判定して炭化水素の供給を行い、
前記組み合わせが、前記活性領域側から前記失火領域側に移動する際には、前記供給停止閾値ラインを越えた時に炭化水素の供給の停止と判定して炭化水素の供給を停止する制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
前記制御装置が、
制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせによる判定で、炭化水素の供給と判定してから炭化水素の供給を開始するまでの間に、予め設定した開始猶予時間を経過させる制御を行うと共に、
炭化水素の供給の停止と判定してから炭化水素の供給を停止するまでの間に、予め設定した停止猶予時間を経過させる制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
予め設定された炭化水素供給条件下で、内燃機関の排気通路に配置された排気ガス浄化装置の上流側に、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射又は排気通路内直接噴射により炭化水素を供給して、この炭化水素を前記排気ガス浄化装置の一部又は全部を構成する排気ガス浄化ユニットで燃焼させて、前記排気ガス浄化装置の浄化能力を回復させるか、又は、前記排気ガス浄化装置で排気ガスを浄化するかする排気ガス浄化方法において、
この内燃機関の排気ガス温度に対して、前記排気通路内に供給された炭化水素が前記排気ガス浄化ユニットで燃焼可能となり、前記排気ガス浄化ユニットに吸着しなくなる活性領域と、前記排気通路内に供給された炭化水素が前記排気ガス浄化ユニットで燃焼しなくなり、前記排気ガス浄化ユニットに吸着する失火領域との境界となる排気ガス流量若しくは吸気流量の活性限界閾値ラインを予め設定して、該活性限界閾値ラインを前記排気ガス流量若しくは吸気流量がゼロのときに予め設定した正の温度となるように形成すると共に、前記排気ガス流量若しくは吸気流量が大きくなるにつれ、排気ガス温度も大きくなるように形成し、
前記炭化水素供給条件下において、制御時の排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量を求め、この排気ガス温度と排気ガス流量若しくは吸気流量の組み合わせが前記活性領域にあるか、又は、前記失火領域にあるかを判定し、前記活性領域にあると判定した場合には炭化水素の供給と判定して炭化水素の供給を行い、前記失火領域にあると判定した場合には炭化水素の供給の停止と判定して炭化水素の供給を停止することを特徴とする排気ガス浄化方法。