JP6089945B2 - 排気浄化装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置を制御する制御装置に関する。

ディーゼル内燃機関には、パティキュレート・マター（以下、「ＰＭ」という。）を含む排気を浄化する排気浄化装置が設けられている。なお、ＰＭは、煤などの粉粒体と、燃え残った燃料などの可溶性有機成分（以下、「ＳＯＦ」という。）とを含んでいる。

ディーゼル内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に設けられるディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、「ＤＰＦ」という。）と、このＤＰＦの上流の排気通路に設けられる酸化触媒とを備えている。ＤＰＦは、同ＤＰＦを通過する排気に含まれるＳＯＦを捕集する機能を有している。しかし、こうしたＤＰＦでは、ＳＯＦの捕集量が一定量を超えると、ＳＯＦを捕集しきれなくなってしまう。

これに対して特許文献１には、ＤＰＦに捕集されているＳＯＦの量を推定し、推定された捕集量が所定量を超えた場合に排気温度を上昇させる再生処理を実行することが開示されている。再生処理が開始されると、排気温度の上昇によってＤＰＦに捕集されているＳＯＦが燃焼されるため、再びＳＯＦをＤＰＦによって捕集することができるようになる。

特開２０１１−１６３２０２号公報

ところで、排気に含まれるＳＯＦは、ＤＰＦの上流の排気通路に配置される酸化触媒にも捕集される。そのため、ＤＰＦに到達するＳＯＦの量は酸化触媒に捕集されるＳＯＦの量や酸化触媒から脱離するＳＯＦの量によって変化し、酸化触媒の状態に応じて変化する。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は酸化触媒の状態の変化による影響を加味して再生処理の開始タイミングを制御することができる排気浄化装置の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための排気浄化装置の制御装置は、ディーゼル内燃機関の排気通路に設けられるディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、「ＤＰＦ」という。）と、このＤＰＦの上流の排気通路に設けられる酸化触媒と、を備えた排気浄化装置を制御する制御装置を前提としている。そして、この制御装置は、酸化触媒に捕集されている可溶性有機成分（以下、「ＳＯＦ」という。）の捕集量が多いほど大きくなる指標値として酸化触媒からのＳＯＦの最大脱離量を算出し、算出された指標値が開始判定値を超えたときに酸化触媒の温度を上昇させる再生処理を開始する。

ディーゼル内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気に含まれるＳＯＦは酸化触媒に捕集され、酸化触媒から脱離したＳＯＦが同酸化触媒の下流の排気通路に設けられているＤＰＦに到達することになる。また、酸化触媒の温度がある境界温度を超えると、同酸化触媒に捕集されているＳＯＦが一気に脱離する。このように酸化触媒から一気に脱離し得るＳＯＦの量は、酸化触媒に捕集されているＳＯＦの捕集量が多いときほど多くなると推定することができる。

そこで、上記構成では、酸化触媒からＳＯＦが一気に脱離し得る量、すなわち酸化触媒からのＳＯＦの最大脱離量を、酸化触媒に捕集されているＳＯＦの捕集量に応じて変化する指標値として算出し、算出された指標値が開始判定値を超えたときに再生処理を開始するようにしている。これにより、酸化触媒によるＳＯＦの捕集量がある程度多くなってきた段階で再生処理が開始されるようになる。そして、再生処理が行われると、酸化触媒に捕集されているＳＯＦが燃焼され、同酸化触媒によるＳＯＦの捕集量が少なくなる。その結果、酸化触媒に大量のＳＯＦが捕集されている状態でそのＳＯＦが一気に脱離され、捕集しきれないほど大量のＳＯＦが一気にＤＰＦに流入するといった事象が生じにくくなる。したがって、酸化触媒の状態の変化による影響を加味して適切に再生処理の開始タイミングを制御することができるようになる。
なお、上記排気浄化装置の制御装置が行う再生処理は、酸化触媒に流入する排気に燃料を添加する処理を含んでいる。こうした再生処理の実施によって酸化触媒に流入する排気に燃料を添加し、同燃料を酸化触媒で酸化させることにより排気の温度を上昇させるようにするためには、酸化触媒に流入する排気の温度をある程度高温にする必要がある。そこで、上記排気浄化装置の制御装置では、上記指標値が開始判定値を超えた状態で排気の温度が開始判定温度未満であるときには、排気の温度を同開始判定温度以上まで上昇させる排気昇温処理を再生処理よりも先に開始し、排気の温度が同開始判定温度以上まで上昇してから同再生処理を開始するようにしている。このように排気昇温処理によって排気の温度が開始判定温度以上まで上昇してから再生処理を開始させることにより、同再生処理の実施によって酸化触媒及びＤＰＦに捕集されているＳＯＦを好適に燃焼させることができるようになる。
その一方で、上記排気浄化装置の制御装置では、上記指標値が開始判定値を超えた状態で排気の温度が開始判定温度以上であるときには、排気昇温処理を行うことなく再生処理を開始するようにしている。この場合、上記指標値が開始判定値を超えると再生処理が速やかに開始されるため、酸化触媒及びＤＰＦに捕集されているＳＯＦを早期に燃焼させることができるようになる。

ところで、機関運転中において酸化触媒の温度が上記の境界温度未満であるときには、燃焼室から排気とともに排出されたＳＯＦが酸化触媒に捕集される一方で、同酸化触媒からは同酸化触媒に捕集されているＳＯＦが少しずつ脱離してＤＰＦに捕集される。そのため、酸化触媒に捕集されているＳＯＦの捕集量は、燃焼室からのＳＯＦの排出量から、酸化触媒からのＳＯＦの脱離量を減じた値を積算することにより求めることができる。

ここで、燃焼室からのＳＯＦの排出量は、機関回転速度及び燃料噴射量に基づいて推定することができる。また、酸化触媒からのＳＯＦの脱離量は、排気の温度が高いときほど多くなりやすい。

そのため、上記指標値は、機関回転速度及び燃料噴射量に基づいて推定される燃焼室から排出されるＳＯＦの排出量から排気の温度が高いときほど大きい値に設定される脱離量を減じた値を積算した捕集量に基づき算出することができる。こうした指標値を用いることにより、ＤＰＦでは捕集しきれないほどの大量のＳＯＦが酸化触媒から一気に脱離される前に、再生処理を開始させることができるようになる。

なお、酸化触媒からのＳＯＦの脱離量は、酸化触媒の温度がある程度上昇すると急激に多くなる。そこで、上記排気浄化装置の制御装置では、脱離量を、排気の温度が規定温度未満であるときには第１の量とし、排気の温度が規定温度以上であるときには第１の量よりも多い第２の量とすることが好ましい。この構成によれば、酸化触媒の温度と相関を有する排気の温度の変化に応じて脱離量を変化させることになるため、酸化触媒の温度の変化による実際の脱離量の変化態様に即したかたちで脱離量を設定することができるようになる。

一実施形態の制御装置によって制御される排気浄化装置と同排気浄化装置が設けられたディーゼル内燃機関を示す模式図。 同実施形態の制御装置が制御する排気浄化装置の酸化触媒から脱離するＳＯＦの脱離量と排気温度との関係を示すマップ。 再生処理の開始タイミング及び終了タイミングを決定するために同実施形態の制御装置が実行する処理ルーチンを説明するフローチャート。 同実施形態の制御装置によって、排気昇温処理を行うことなく再生処理が開始されるときの様子を示すタイミングチャートであって、（ａ）は酸化触媒の温度の推移を示し、（ｂ）は指標値の推移を示し、（ｃ）は再生処理の実施の有無の推移を示し、（ｄ）は排気昇温処理の実施の有無の推移を示す。 同実施形態の制御装置によって、排気昇温処理の開始後に再生処理が開始されるときの様子を示すタイミングチャートであって、（ａ）は酸化触媒の温度の推移を示し、（ｂ）は指標値の推移を示し、（ｃ）は再生処理の実施の有無の推移を示し、（ｄ）は排気昇温処理の実施の有無の推移を示す。 別の実施形態の制御装置において参照される酸化触媒から脱離するＳＯＦの脱離量と排気温度との関係を示すマップ。

以下、図１〜図５に従って、ディーゼル内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置を制御する制御装置を具体化した一実施形態について説明する。なお、本実施形態の排気浄化装置の制御装置は、ディーゼル内燃機関を制御する制御装置を兼ねている。

図１には本実施形態の制御装置が制御するディーゼル内燃機関と排気浄化装置が示されている。図１に示すディーゼル内燃機関の燃焼室１１では、吸気通路１２を通じて吸入された吸入空気と、インジェクタ１３から噴射された燃料とが混合される。そして、吸入空気及び燃料を含む混合気が燃焼室１１で燃焼されると、この燃焼によって生じた力によってピストン１４が往復動する。また、燃焼室１１で混合気が燃焼されると、排気が燃焼室１１から排気通路１５に排出される。

また、ディーゼル内燃機関には、通電されることによって、インジェクタ１３から噴射された燃料を加熱するグロープラグ１６が設けられている。このグロープラグ１６は、機関始動の初期などに通電される。なお、グロープラグ１６が通電されている場合、グロープラグ１６が通電されていない場合と比較して、燃焼室１１から排気通路１５に排出される排気の温度が高くなる。

本実施形態の制御装置が制御するディーゼル内燃機関には、排気通路１５を流れる排気を浄化する排気浄化装置２０が設けられている。この排気浄化装置２０は、排気通路１５に設けられる酸化触媒２１と、酸化触媒２１よりも排気下流の排気通路１５に設けられるディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、「ＤＰＦ」という。）２２とを備えている。酸化触媒２１では、排気に含まれている炭化水素及び一酸化炭素が水及び二酸化炭素に変換されたり、一酸化窒素が二酸化窒素に酸化されたり、燃焼せずに同酸化触媒２１に到達した燃料が酸化されたりする。一方、ＤＰＦ２２は、排気に含まれるパティキュレート・マター（以下、「ＰＭ」という。）を捕集する機能を有している。なお、ＰＭは、煤などの粉粒体と、燃え残った燃料などの可溶性有機成分（以下、「ＳＯＦ」という。）とを含んでいる。

こうしたディーゼル内燃機関を制御する本実施形態の制御装置である制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどで構築されるデジタルコンピュータを有している。この制御装置５０には、クランクポジションセンサ５１、排気温センサ５２及び差圧センサ５３などの各種センサが電気的に接続されている。クランクポジションセンサ５１は機関回転速度であるクランク軸の回転速度を検出し、排気温センサ５２は酸化触媒２１よりも排気上流の排気通路１５を流れる排気の温度である排気温度ＴＭＰ＿ＥＸを検出する。また、差圧センサ５３は、酸化触媒２１とＤＰＦ２２との間の排気通路１５内の圧力からＤＰＦ２２の排気下流の排気通路１５内の圧力を減じた圧力差であるＤＰＦ前後差圧を検出する。そして、制御装置５０は、各種センサによって検出される情報に基づいて、インジェクタ１３及びグロープラグ１６を適宜制御するようになっている。

ところで、排気に含まれるＰＭは、ＤＰＦ２２だけではなく、このＤＰＦ２２の排気上流に配置されている酸化触媒２１にも捕集される。しかし、酸化触媒２１やＤＰＦ２２ではＰＭを際限なく捕集できるわけではない。そのため、制御装置５０は、酸化触媒２１やＤＰＦ２２を昇温させてこれらに捕集されているＰＭを燃焼させる再生処理を行うようになっている。この再生処理では、燃焼室１１での燃焼行程後の排気行程でインジェクタ１３から燃料を噴射させることにより排気に燃料が添加され、同燃料が排気とともに排気通路１５を流れて酸化触媒２１に付着する。すると、酸化触媒２１に付着した燃料が酸化反応を起こし、この際に生じる反応熱によって排気の温度が上昇する。こうした排気の温度上昇によって酸化触媒２１及びＤＰＦ２２の温度が上昇し、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に付着しているＳＯＦが燃焼することによって除去される。

なお、再生処理の開始タイミング及び終了タイミングは、ＤＰＦ２２への煤の付着具合と、酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集具合とに基づいて決定される。
＜ＤＰＦ２２への煤の付着具合に基づく再生処理の開始タイミング及び終了タイミングの決定方法＞
ＤＰＦ２２への煤の付着量が多くなると、差圧センサ５３によって検出されるＤＰＦ前後差圧が大きくなる。そこで、制御装置５０では、ＤＰＦ前後差圧が所定の開始判定圧力差以上であるときに再生処理が開始される。そして、ＤＰＦ前後差圧が開始判定圧力差よりも小さい終了判定圧力差未満であるときに再生処理が終了される。

＜酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集具合に基づく再生処理の開始タイミング及び終了タイミングの決定方法＞
酸化触媒２１からは同酸化触媒２１に捕集されているＳＯＦの少なくとも一部が脱離し、酸化触媒２１から脱離されたＳＯＦがＤＰＦ２２に流入することとなる。このとき、酸化触媒２１の温度が所定の境界温度を超えると、酸化触媒２１から脱離するＳＯＦの脱離量は、酸化触媒２１の温度が境界温度以下であるときと比較して急激に増大する。また、酸化触媒２１の排気下流に配置されるＤＰＦ２２では、あまりにも大量のＳＯＦが流入する場合に、ＳＯＦを捕集しきれず、一部のＳＯＦがＤＰＦ２２を通過するおそれがある。

そこで、本実施形態の制御装置５０では、酸化触媒２１の温度が上記境界温度を超えたと仮定した場合に同酸化触媒２１から一気に脱離するＳＯＦの量の推定値である指標値ΣＱｂが、その時点での酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集量が多いときほど大きい値に算出される。そして、この指標値ΣＱｂが所定の開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１よりも大きいときには、酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集量がこれ以上に多くなった状態で同酸化触媒２１からＳＯＦが一気に脱離すると、酸化触媒２１から脱離した大量のＳＯＦをＤＰＦ２２で捕集しきれない可能性があるため、再生処理を開始するようにしている。

酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集量の推定値は、所定期間での燃焼室１１からのＳＯＦの排出量Ｑａから、所定期間での酸化触媒２１からのＳＯＦの脱離量Ｘを減じた値を積算することにより求めることができる。そして、本実施形態の制御装置５０では、こうして算出された捕集量の推定値を指標値ΣＱｂとしている。この指標値ΣＱｂは、酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集量の推定値から推定することのできる最大脱離量に相当する。

なお、所定期間における燃焼室１１からのＳＯＦの排出量Ｑａは、クランク軸の回転速度やインジェクタ１３から燃焼室１１への燃料噴射量によって変わる。そのため、クランク軸の回転速度及び燃焼室１１への燃料噴射量と、燃焼室１１からのＳＯＦの排出量との関係を示す公知のマップを用いることにより、排出量Ｑａを求めることができる。

ただし、燃焼室１１から排気されて酸化触媒２１に捕集されるＳＯＦの量は、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが高いときほど少なくなる。そこで、上記マップを用いて求められた排出量Ｑａを排気温度ＴＭＰ＿ＥＸで補正し、この補正後の値を用いて捕集量の推定値を算出するようにしてもよい。

また、所定期間における酸化触媒２１からのＳＯＦの脱離量Ｘは、酸化触媒２１の温度が高温であるときほど多くなる。例えば、酸化触媒２１の温度と相関を有する排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが第１の排気温度ＴＭＰ１未満である場合、酸化触媒２１に捕集されているＳＯＦは酸化触媒２１からほとんど脱離されない。また、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが第１の排気温度ＴＭＰ１を超えているときには、酸化触媒２１に捕集されているＳＯＦの一部が酸化触媒２１から脱離されるようになる。そして、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが第１の排気温度ＴＭＰ１よりも高い第２の排気温度ＴＭＰ２を超えているときには、酸化触媒２１に捕集されているＳＯＦの大部分が酸化触媒２１から脱離されるようになる。

そこで、本実施形態の制御装置５０では、図２に示すマップを用いて、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸに応じた脱離量Ｘを設定するようにしている。
図２に示すように、脱離量Ｘは、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが第１の排気温度ＴＭＰ１未満である場合には「０（零）」とされ、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが第１の排気温度ＴＭＰ１以上であって且つ第２の排気温度ＴＭＰ２未満である場合には「０（零）」よりも多い「第１の量Ｘ１」とされる。また、脱離量Ｘは、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが第２の排気温度ＴＭＰ２以上である場合、「第１の量Ｘ１」よりも多い「第２の量Ｘ２」となる。すなわち、第２の排気温度ＴＭＰ２が、脱離量Ｘが第１の量Ｘ１に設定されるのか第２の量Ｘ２に設定されるのかの境界の温度となる「規定温度」に相当する。

次に、図３に示すフローチャートを参照して、酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集具合に基づいて再生処理の開始タイミング及び終了タイミングを決定する際に制御装置５０が実行する処理ルーチンについて説明する。この処理ルーチンは、上記所定期間に相当する制御サイクル毎に実行される。

図３に示すように、本処理ルーチンにおいて、制御装置５０は、再生処理が行われているか否かを判定する（ステップＳ１１）。再生処理が行われていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御装置５０は、燃焼室１１から排出されるＳＯＦの排出量Ｑａを演算する（ステップＳ１２）。続いて、制御装置５０は、図２に示すマップを用い、脱離量Ｘを排気温度ＴＭＰ＿ＥＸに応じた値に設定する（ステップＳ１３）。そして、制御装置５０は、ステップＳ１２で演算した排出量ＱａからステップＳ１３で設定した脱離量Ｘを減算し、上記所定期間での酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集量の増大値である捕集量増大値Ｑｂを求める（ステップＳ１４）。

続いて、制御装置５０は、前回の指標値ΣＱｂに今回の捕集量増大値Ｑｂを加算して今回の指標値ΣＱｂを求める積算処理を行う（ステップＳ１５）。つまり、ステップＳ１５では、このタイミングで酸化触媒２１の温度が境界温度を超えたと仮定した場合におけるＳＯＦの脱離量、すなわち酸化触媒２１による現時点のＳＯＦの捕集量から想定することのできる最大脱離量として、指標値ΣＱｂが算出される。そして、制御装置５０は、この今回の指標値ΣＱｂが所定の開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ１６）。

ここで、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが高くなる過程で酸化触媒２１の温度が境界温度を超えると、酸化触媒２１からのＳＯＦの脱離量が一気に多くなる。このように大量のＳＯＦが一気にＤＰＦ２２に流入する場合、ＤＰＦ２２による単位時間あたりのＳＯＦの捕集限界を超え、ＳＯＦの一部がＤＰＦ２２に捕集されることなくＤＰＦ２２を通過してしまうことがある。そこで、開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１は、ＤＰＦ２２では捕集しきれないほどの大量のＳＯＦが酸化触媒２１から一気に脱離する前に再生処理を開始できるように捕集限界に相当する値よりも小さな値に設定されている。

そして、指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１以下である場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御装置５０は、再生処理を開始させることなく本処理ルーチンを一旦終了する。一方、指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えている場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、制御装置５０は、酸化触媒２１の温度と相関を有する排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが予め設定されている開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。

ここで、酸化触媒２１に排気上流から流入する排気の温度である排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが低い状態、すなわち酸化触媒２１の温度が低い状態で再生処理を行っても、酸化触媒２１では同酸化触媒２１に付着している燃料が酸化しにくい。そのため、酸化触媒２１の温度が低い場合には再生処理を実施しても酸化触媒２１の温度を十分に上昇させることができず、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に付着しているＳＯＦを十分に燃焼させることができない。そこで、開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈは、酸化触媒２１に付着している燃料の酸化によって酸化触媒２１及びＤＰＦ２２におけるＳＯＦの付着量を減少させることのできる酸化触媒２１の温度の下限値又は同下限値よりも大きい値に設定されている。

そして、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ未満である場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、制御装置５０は、グロープラグ１６への通電によって排気温度ＴＭＰ＿ＥＸを上昇させる排気昇温処理を開始し（ステップＳ１８）、本処理ルーチンを一旦終了する。一方、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ以上である場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、制御装置５０は、排気昇温処理を行うことなく再生処理を開始し（ステップＳ１９）、本処理ルーチンを一旦終了する。

その一方で、再生処理が行われている場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御装置５０は、指標値ΣＱｂの減算処理を行う（ステップＳ２０）。再生処理中にあっては、排気の温度が高いときほど、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に付着しているＳＯＦが効率良く燃焼される。そのため、このステップＳ２０では、酸化触媒２１を通過する排気の温度が高いときほど指標値ΣＱｂが大幅に減算される。

続いて、制御装置５０は、減算処理後の指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１よりも小さい値に設定されている終了判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。指標値ΣＱｂが終了判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ２よりも大きい場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、制御装置５０は、再生処理を継続させるために本処理ルーチンを一旦終了する。一方、指標値ΣＱｂが終了判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ２以下である場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御装置５０は、ＤＰＦ２２での煤の堆積に伴う再生処理の要求があるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ＤＰＦ２２での煤の堆積に伴う再生処理の要求がある場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、制御装置５０は、再生処理を継続させるために本処理ルーチンを一旦終了する。一方、ＤＰＦ２２での煤の堆積に伴う再生処理の要求がない場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御装置５０は、再生処理及び排気昇温処理を終了させ（ステップＳ２３）、本処理ルーチンを一旦終了する。

次に、図４に示すタイミングチャートを参照し、上記指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えたときに排気昇温処理を行うことなく再生処理が開始される場合の動作について説明する。なお、再生処理が実施されていない場合では、ＤＰＦ２２に流入する排気の温度及び酸化触媒２１の温度は、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸとほぼ一致している。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、酸化触媒２１の温度が第２の排気温度ＴＭＰ２未満である場合、酸化触媒２１からは同酸化触媒２１に付着しているＳＯＦが少しずつしか脱離しない。この場合、酸化触媒２１から離脱するＳＯＦの量よりも、排気上流から酸化触媒２１に排気とともに流入して同酸化触媒２１に新たに捕集されるＳＯＦの量のほうが多いため、ＤＰＦ２２によるＳＯＦの捕集量が次第に多くなる。そのため、指標値ΣＱｂが時間の経過とともに徐々に大きくなり、第１のタイミングｔ１１で指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超える。

このとき、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸ及び酸化触媒２１の温度は開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ以上であるため、図４（ｃ），（ｂ）に示すように、排気昇温処理が行われることなく再生処理が開始される。このように再生処理が実施されると、燃焼行程後の排気行程において燃焼室１１内にインジェクタ１３から燃料が噴射され、燃焼室１１からは、燃料が添加された排気が排気通路１５に排出される。そして、このように排気に添加された燃料が排気通路１５内に設けられている酸化触媒２１に付着すると、酸化触媒２１に付着した燃料が酸化され、燃料の酸化に伴って発生する反応熱によって酸化触媒２１の温度が上昇する。こうした再生処理が実施されると、酸化触媒２１からＤＰＦ２２側に流出する排気の温度もまた、酸化触媒２１の温度上昇によって高くなる。その結果、酸化触媒２１に加え、ＤＰＦ２２の温度もまた上昇され、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に捕集されていたＳＯＦが燃焼される。

こうした再生処理の実施により、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に捕集されているＳＯＦの量が減少し、指標値ΣＱｂが小さくされる。そして、指標値ΣＱｂが終了判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ２未満となる第２のタイミングｔ１２で、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２にはＳＯＦがほとんど捕集されていない状態となり、再生処理が終了される。

なお、指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１以下である場合、酸化触媒２１の温度が上記境界温度を超えて酸化触媒２１からＳＯＦが一気に脱離したとしても、ＤＰＦ２２では、酸化触媒２１から一気に脱離したＳＯＦを捕集しきることができる。

次に、図５に示すタイミングチャートを参照し、上記指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えたときに再生処理よりも先に排気昇温処理が開始される場合の動作について説明する。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、酸化触媒２１の温度が第２の排気温度ＴＭＰ２未満である場合、酸化触媒２１からは同酸化触媒２１に付着しているＳＯＦが少しずつしか脱離しない。この場合、酸化触媒２１から離脱するＳＯＦの量よりも、排気上流から酸化触媒２１に排気とともに流入して同酸化触媒２１に新たに捕集されるＳＯＦの量のほうが多いため、ＤＰＦ２２に捕集されるＳＯＦの捕集量が次第に多くなる。そのため、指標値ΣＱｂが時間の経過とともに徐々に大きくなり、第１のタイミングｔ２１で指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超える。

しかし、第１のタイミングｔ２１では、酸化触媒２１に流入する排気の温度である排気温度ＴＭＰ＿ＥＸ及び酸化触媒２１の温度が開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ未満であるため、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、再生処理は開始されずに、排気昇温処理が開始される。すると、グロープラグ１６が通電されることにより、燃焼室１１から排気通路１５に排出される排気の温度、すなわち排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが上昇され、酸化触媒２１の温度もまた上昇される。そして、第２のタイミングｔ２２で排気温度ＴＭＰ＿ＥＸ及び酸化触媒２１の温度が開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈに達すると、再生処理が開始される。

再生処理が実施されると、酸化触媒２１からＤＰＦ２２側に流出する排気の温度もまた、酸化触媒２１の温度上昇に合わせて高くなる。その結果、酸化触媒２１に加え、ＤＰＦ２２の温度もまた上昇され、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に捕集されていたＳＯＦが燃焼される。なお、再生処理の実施期間中であっても、排気昇温処理の実施が継続されている。

このように排気昇温処理及び再生処理の実施中では、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２によるＳＯＦの捕集量が減少し、指標値ΣＱｂが小さくされる。そして、指標値ΣＱｂが終了判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ２未満となる第３のタイミングｔ２３で、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２にはＳＯＦがほとんど捕集されていない状態となり、排気昇温処理及び再生処理が終了される。

上述した構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）本実施形態の制御装置５０では、現時点での酸化触媒２１に捕集されているＳＯＦの捕集量に基づいた指標値ΣＱｂを算出し、指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えたときに再生処理を開始するようにしている。これにより、酸化触媒２１に捕集されているＳＯＦの捕集量がある程度多くなってきた段階で、再生処理が開始されるようになる。そして、再生処理によって、酸化触媒２１に捕集されているＳＯＦが燃焼され、同酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集量が少なくなる。その結果、酸化触媒２１に大量のＳＯＦが捕集されている状態でそのＳＯＦが一気に脱離され、捕集しきれないほど大量のＳＯＦが一気にＤＰＦ２２に流入するといった事象が生じにくくなる。したがって、酸化触媒２１の状態の変化による影響を加味して適切にＤＰＦ２２の再生処理の開始タイミングを制御することができる。

（２）本実施形態の制御装置５０では、クランク軸の回転速度及び燃料噴射量に基づいて設定される燃焼室１１から排出されるＳＯＦの排出量Ｑａから酸化触媒２１の温度が高いときほど大きい値に設定される脱離量Ｘを減じた値である捕集量増大値Ｑｂを積算することにより、指標値ΣＱｂを求めている。そのため、酸化触媒２１の状態の変化を反映させた指標値ΣＱｂを算出することができる。

（３）なお、酸化触媒２１からのＳＯＦの脱離量は、酸化触媒２１の温度がある程度上昇すると急激に多くなる。そこで、本実施形態の制御装置５０では、酸化触媒２１の温度と相関を有する排気温度ＴＭＰ＿ＥＸの変化に応じて脱離量Ｘを設定するようにしたため、酸化触媒２１の温度の変化による実際の脱離量の変化態様に即したかたちで脱離量Ｘを設定することができる。

（４）指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えた状態であっても排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ未満であるときには、酸化触媒２１の温度が低く同酸化触媒２１に捕集されているＳＯＦを十分に燃焼させることができないため、排気昇温処理が実施される。そして、この排気昇温処理によって排気温度ＴＭＰ＿ＥＸ及び酸化触媒２１の温度が上昇されると、再生処理が開始される。このように排気昇温処理によって
酸化触媒２１の温度と相関を有する排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ以上まで上昇してから再生処理を開始させることにより、再生処理の実施によって酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に捕集されているＳＯＦを好適に燃焼させることができる。

（５）その一方で、指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えた状態で排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ以上であるときには、排気昇温処理を行うことなく再生処理が開始される。この場合、指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えると再生処理が速やかに開始されるため、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に捕集されているＳＯＦを早期に燃焼させることができる。

（６）なお、本実施形態の制御装置５０が実施する排気昇温処理では、ディーゼル内燃機関の始動性を向上させるために設けられているグロープラグ１６への通電によって排気の温度及び酸化触媒２１の温度を上昇させている。そのため、排気の温度を上昇させるための発熱体をグロープラグ１６とは別に設ける必要がない分、ディーゼル内燃機関の部品点数の増加を抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えた状態で排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ以上であるときでも、再生処理に加え、排気昇温処理を実施するようにしてもよい。この場合、グロープラグ１６への通電によって車両の電力消費量が多少増大するものの、排気の温度が上昇しやすくなる分、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２に捕集されているＳＯＦの早期燃焼に貢献することができる。

・指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えた状態で排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ未満であったために開始された排気昇温処理は、再生処理の開始を契機に終了させてもよい。この場合、排気昇温処理を再生処理の開始と同時に終了させてもよいし、再生処理が開始されてから所定時間経過後に排気昇温処理を終了させるようにしてもよい。このような構成を採用しても、上記効果（４）と同等の効果を得ることができる。

・グロープラグ１６とは別に、排気通路１５内に排気の温度を上昇させる発熱体を設け、排気昇温処理では同発熱体を発熱させることにより排気温度ＴＭＰ＿ＥＸを上昇させるようにしてもよい。

・機関運転中の排気温度ＴＭＰ＿ＥＸが開始判定温度ＴＭＰ＿Ｔｈ未満になりにくい場合などにあっては、上記ステップＳ１７，Ｓ１８の各処理を省略してもよい。この場合、指標値ΣＱｂが開始判定値ΣＱｂ＿Ｔｈ１を超えたときには、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸに拘わらず、再生処理が速やかに開始されるようになる。

・酸化触媒２１からのＳＯＦの実際の脱離量が、図６に実線で示すように排気温度ＴＭＰ＿ＥＸの変化に合わせて変化する場合、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸと脱離量Ｘとの関係を示すマップとして、図６に示すグラフに準じたマップを採用してもよい。この場合、排気温度ＴＭＰ＿ＥＸの変化に合わせて脱離量Ｘが徐々に変化するようになり、指標値ΣＱｂの算出精度が向上し、結果として、再生処理をより適切なタイミングで開始させることができる。

・酸化触媒２１の排気上流の排気通路１５内に燃料を噴射する添加弁を設け、再生処理時にはこの添加弁によって燃料を排気に添加させるようにしてもよい。この場合であっても、排気に添加された燃料を酸化触媒２１に付着させることができる。

・酸化触媒２１からのＳＯＦの脱離量は、その時点の酸化触媒２１の温度だけではなく、その時点の酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集量によっても変わると考えることもできる。こうした考えに基づき、その時点の酸化触媒２１の温度によって脱離率を決定し、その時点の酸化触媒２１によるＳＯＦの捕集量に対して酸化触媒２１の温度によって決定された脱離率を乗じることにより、脱離量Ｘを算出するようにしてもよい。この場合、捕集量増大値Ｑｂを、「排出量Ｑａ − 脱離率 × 前回の指標値ΣＱｂ」という算出式を用いることにより算出することができる。

１１…燃焼室、１５…排気通路、２０…排気浄化装置、２１…酸化触媒、２２…ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）、５０…制御装置、ＴＭＰ２…規定温度の一例である第２の排気温度、ＴＭＰ＿ＥＸ…排気温度、Ｘ…脱離量、Ｘ１…第１の量、Ｘ２…第２の量、Ｑａ…排出量、ΣＱｂ…指標値、ΣＱｂ＿Ｔｈ１…開始判定値。

Claims (3)

1. ディーゼル内燃機関の排気通路に設けられるディーゼル・パティキュレート・フィルタと、同ディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流の排気通路に設けられる酸化触媒と、を備えた排気浄化装置を制御する排気浄化装置の制御装置であって、
   前記酸化触媒に捕集されている可溶性有機成分の捕集量が多いほど大きくなる指標値として前記酸化触媒からの前記可溶性有機成分の最大脱離量を算出し、算出された指標値が開始判定値を超えたときに前記酸化触媒の温度を上昇させる再生処理を開始し、
   前記再生処理は、前記酸化触媒に流入する排気に燃料を添加する処理を含み、
   前記指標値が前記開始判定値を超えた状態で排気の温度が開始判定温度未満であるときには、排気の温度を同開始判定温度以上まで上昇させる排気昇温処理を前記再生処理よりも先に開始し、排気の温度が同開始判定温度以上まで上昇してから同再生処理を開始し、
   前記指標値が前記開始判定値を超えた状態で排気の温度が前記開始判定温度以上であるときには、前記排気昇温処理を行うことなく前記再生処理を開始する
   ことを特徴とする排気浄化装置の制御装置。
2. 機関回転速度及び燃料噴射量に基づいて推定される燃焼室から排出される可溶性有機成分の排出量から排気の温度が高いときほど大きい値に設定される脱離量を減じた値を積算することにより、前記指標値を算出する
   請求項１に記載の排気浄化装置の制御装置。
3. 前記脱離量は、排気の温度が規定温度未満であるときには第１の量に設定され、同排気の温度が前記規定温度以上であるときには前記第１の量よりも多い第２の量に設定される
   請求項２に記載の排気浄化装置の制御装置。