JP6565441B2

JP6565441B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP6565441B2
Application number: JP2015151570A
Authority: JP
Inventors: 太中野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: JP2017031856A; WO2017022674A1; CN107849963A; CN107849963B

Description

本発明は、排気系に設けられる触媒の出口側のガス温度を制御する排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等の排気系に設けられる排気浄化触媒として、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化する酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）が知られている。また、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）を捕集するディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）等も知られている。

ＤＰＦに捕集されたＰＭを除去してＤＰＦの機能を再生する方法としては、ＤＰＦの上流に配置された酸化触媒で炭化水素を酸化させることにより、強制的にガス温度を上昇させてＤＰＦに捕集されたＰＭを焼却する、所謂強制再生が知られている。

強制再生においては、ガス温度が高いほどＤＰＦに捕集されたＰＭの燃焼効率が高くなるので処理時間を短縮化でき、燃費の悪化を抑制できるものの、ＤＰＦの破損や、ＤＰＦに担持されている触媒の劣化等を引き起こす虞がある。

そこで、強制再生におけるガス温度を適正温度に維持するための温度制御が必要となる。

例えば、強制再生において、ＤＰＦの温度を所定の目標温度近傍に制御するための技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−７２６６６号公報

強制再生におけるガス温度の温度制御においては、目標温度へ昇温するまでの時間を短縮すること、及びガス温度を目標温度で安定させることが非常に重要であり、より適切な温度制御が要請されている。

本発明は、酸化触媒を介して排気下流に供給されるガスの温度を適切に制御することのできる技術を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の一観点に係る排気浄化装置は、排気中の炭化水素を酸化可能な酸化触媒と、酸化触媒の排気下流側に設けられて排気中の粒子状物質を捕集可能なフィルタと、酸化触媒に炭化水素を供給してフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去する強制再生を実行可能な強制再生手段とを備える排気浄化装置であって、酸化触媒の入口の排気ガス温度である入口温度を検出する入口温度検出手段と、酸化触媒の出口の排気ガス温度である出口温度を検出する出口温度検出手段と、酸化触媒を通過する排気ガス流量を検出する排気ガス流量検出手段と、入口温度と、排気ガス流量と、酸化触媒の出口温度の目標温度と、に基づいて、目標温度にするために酸化触媒に供給する必要がある炭化水素の噴射量である基本噴射量を決定する基本噴射量決定手段と、酸化触媒への炭化水素の供給量の変化に対する酸化触媒の出口温度の応答を示す第１応答遅れモデルに基づいて、基本噴射量の炭化水素を供給した場合における酸化触媒の出口温度の温度変化を推定する第１推定手段と、酸化触媒の入口温度の変化に対する酸化触媒の出口温度の応答を示す第２応答遅れモデルに基づいて、入口温度である場合における出口温度を推定する第２推定手段と、推定された出口温度の温度変化と推定した出口温度とに基づく酸化触媒の出口推定温度と、出口温度検出手段により検出された出口温度との偏差に基づいて、偏差を解消するために補正すべき炭化水素の噴射量である補正噴射量を求めるフィード・バック演算手段と、基本噴射量と補正噴射量とを加算した制御噴射量を強制再生手段に出力させるように制御する再生制御手段と、を有する。

上記排気浄化装置において、第１応答遅れモデルは、３次減衰振動伝達関数で表されるモデルであってもよい。

また、上記排気浄化装置において、第２応答遅れモデルは、３次絶対収束伝達関数で表されるモデルであってもよい。

また、上記排気浄化装置において、偏差に対して位相の進み遅れを調整する進み遅れ調整手段を更に備え、フィード・バック演算手段は、進み遅れの調整後の偏差を解消するための補正噴射量を求めてもよい。

また、上記排気浄化装置において、進み遅れ調整手段は、２次進み遅れ伝達関数で表されるフィルタであってもよい。

本発明によれば、酸化触媒を介して排気下流に供給されるガスの温度を適切に制御することができる。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る電子制御ユニット及び関連する構成要素を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る入口温度処理部の作用を説明する図である。本発明の一実施形態に係る進み遅れ調整部を２次進み遅れフィルタで構成した場合と、変形例に係る進み遅れ調整部を１次進み遅れフィルタで構成した場合とのフィード・バックゲイン及びノイズの影響を説明する図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。

ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０には、吸気マニホールド１０ａと排気マニホールド１０ｂとが設けられている。吸気マニホールド１０ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気を大気に放出する排気通路１２が接続されている。

吸気通路１１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ３０、ＭＡＦセンサ３１、過給機のコンプレッサ３２ａ、インタークーラ３３等が設けられている。排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機のタービン３２ｂ、排気後処理装置２０等が設けられている。また。車両には、外気温度センサ３６が設けられている。外気温度センサ３６は、外気の温度を検出する。外気温度センサ３６の検出値（外気温度）は、電気的に接続されたＥＣＵ（電子制御ユニット）４０に出力される。

排気後処理装置２０は、円筒状の触媒ケース２０ａ内に排気上流側から順に、ＤＯＣ２１と、ＤＰＦ２２とを配置して構成されている。また、ＤＯＣ２１の上流側には排気管内噴射装置２３、ＤＯＣ２１の上流側にはＤＯＣ入口温度センサ２５、ＤＯＣ２１とＤＰＦ２２との間にはＤＯＣ出口温度センサ２６、ＤＰＦ２２の下流側にはＤＰＦ出口温度センサ２７がそれぞれ設けられている。さらに、ＤＰＦ２２の前後には、ＤＰＦ２２の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ２９が設けられている。

排気管内噴射装置２３は、強制再生手段の一例であって、ＥＣＵ４０から出力される制御噴射量を含む指示信号に応じて、排気通路１２内に未燃燃料（主にＨＣ（炭化水素））を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置２３を省略してもよい。なお、以下の説明では、主に排気管内噴射装置２３による噴射を例に説明するが、ポスト噴射を用いる場合には、排気管内噴射装置２３に対する動作及び排気管内噴射装置２３による動作を、エンジン１０に対する動作及びエンジン１０のポスト噴射による動作と読み替えればよい。

ＤＯＣ２１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。ＤＯＣ２１は、排気管内噴射装置２３又はポスト噴射によってＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。

ＤＰＦ２２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。ＤＰＦ２２は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置２３又はポスト噴射によりＤＯＣ２１に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、ＤＰＦ２２に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約６００℃）まで昇温することで行われる。また、ＤＰＦ２２は、上流側のＤＯＣ２１で酸化されずにスリップした未燃焼のＨＣを酸化する能力を有している。

ＤＯＣ入口温度センサ２５は、入口温度検出手段の一例であって、ＤＯＣ２１に流入する上流側の排気ガス温度（以下、入口温度という）を検出する。ＤＯＣ出口温度センサ２６は、出口温度検出手段の一例であって、ＤＯＣ２１から流出する下流側の排気ガス温度（以下、出口温度という）を検出する。この出口温度は、ＤＰＦ２２の上流側の排気ガス温度に相当する。ＤＰＦ出口温度センサ２７は、ＤＰＦ２２から流出する下流側の排気ガス温度（以下、ＤＰＦ出口温度という）を検出する。これら温度センサ２５〜２７の検出値は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０や排気管内噴射装置２３等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。

図２は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を構成する電子制御ユニット及び関連する構成要素を示すブロック図である。

ＥＣＵ４０は、再生制御部４１と、入口温度処理部４２と、加減部４３と、基本噴射量決定部４４と、出口温度推定部４５と、フィード・バック演算部４９と、加算部５５と、を一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

再生制御部４１は、再生制御手段の一例であり、差圧センサ２９の検出値が所定の値以上となった場合に、強制再生処理を開始する。強制再生処理では、再生制御部４１は、強制再生処理におけるＤＯＣ２１の目標とする出口温度（目標温度：例えば、６００℃）を加減部４３に出力する。また、再生制御部４１は、加算部５５から入力された制御噴射量の炭化水素を噴射させるように、排気管内噴射装置２３を制御する。この強制再生処理は、例えば、予め決められた時間だけ継続して実行される。

加減部４３は、再生制御部４１から入力された目標温度から、入口温度処理部４２での処理後の入口温度を減算して、目標温度との温度差を求め、温度差を基本噴射量決定部４４に入力する。

基本噴射量決定部４４は、排気ガス流量検出手段の一部、及び基本噴射量決定手段の一例であり、加減部４３から入力された温度差と、図示しないコモンレール燃料噴射装置によりエンジン１０内で噴射される噴射量（エンジン内噴射量）と、ＭＡＦセンサ３１（排気ガス流量検出手段の一部の一例）からの空気流量と、外気温度センサ３６からの外気温度との入力を受ける。基本噴射量決定部４４は、エンジン内噴射量と、空気流量とを加算することにより、排ガス流量を算出する。次いで、基本噴射量決定部４４は、算出した排ガス流量と、温度差と、外気温度とに基づいて、ＤＯＣ２１の出口温度を目標温度にするために必要な熱量に相当する噴射量（基本噴射量：フィード・フォワード値）を決定する。基本噴射量決定部４４により決定された基本噴射量は、出口温度推定部４５と、加算部５５に出力される。

また、基本噴射量決定部４４は、各部（入口温度処理部４２、出口温度推定部４５、フィード・バック演算部４９等）の伝達関数の係数や、ゲインの値を決定し、各部を設定する。例えば、各部の伝達関数の係数については、複数の運転条件（例えば、排ガス流量、入口温度、出口温度、外気温度、又は車速の少なくとも１つについての条件）に対して、それらの運転条件における最適値を対応付けたマップを予め用意しておき、センサ等により検出された運転条件に基づいてマップから決定するようにしてもよい。また、各部のゲインについては、複数の運転条件に対して、その運転条件における補正値を対応付けたマップを予め用意しておき、センサ等により検出された運転条件等に基づいて所定の演算を行って得られる値に対して、マップから得られる運転条件に対応する補正値により補正を行って決定するようにしてもよい。

出口温度推定部４５は、ＤＯＣ２１の出口温度の応答を近似したＤＯＣ応答遅れモデルに従って、ＤＯＣ２１の出口温度を推定する。出口温度推定部４５は、第１推定手段の一例としての第１推定部４６と、第２推定手段の一例としての第２推定部４７と、加算部４８とを有する。

第１推定部４６は、強制再生用の炭化水素の噴射量の変化に対するＤＯＣ２１の出口温度の応答を近似したＤＯＣ応答遅れモデル（噴射量変化に対するＤＯＣ応答遅れモデル：第１応答遅れモデル）に基づいて、基本噴射量決定部４４から入力された基本噴射量の炭化水素を排気管内噴射装置２３により供給した場合におけるＤＯＣ２１の出口温度の上昇温度を推定し、推定した上昇温度を加算部４８に出力する。

ここで、ＤＯＣ２１についての噴射量変化に対するＤＯＣ応答遅れモデルを示す複素数ｓ領域の伝達関数Ｇ_ｒ（ｓ）は、例えば、式（１）に示す３次減衰振動伝達関数で表せる。

Ｇ_ｒ（ｓ）＝ｋ_ｒ／（（ｃ＊ｓ^２＋ｄ＊ｓ＋１）（ｅ＊ｓ＋１））・・・（１）
ここで、ｋ_ｒは、ゲインであり、ｃ，ｄ，ｅは、係数である。また、噴射量変化に対する応答遅れモデルは、減衰振動とするので、係数ｃ，ｄは、判別式が負、すなわち、ｄ^２−４＊ｃ＊１＜０を満たす。なお、以降、伝達関数は、複素数ｓ領域の伝達関数を意味する。

この３次減衰振動伝達関数で表されるＤＯＣ応答遅れモデルによると、強制再生用の炭化水素の噴射量の変化に対するＤＯＣ２１の出口温度の応答を高精度に近似することができる。

第１推定部４６は、式（２）で示す３次減衰振動伝達関数で表されるフィルタで構成される。

Ｋ_ｒ／（（Ｃ＊ｓ^２＋Ｄ＊ｓ＋１）（Ｅ＊ｓ＋１））・・・（２）
ここで、Ｋ_ｒは、ゲインであり、Ｃ，Ｄ，Ｅは、係数である。

本実施形態では、式（２）においては、Ｋ_ｒ＝ｋ_ｒ、Ｃ＝ｃ，Ｄ＝ｄ，Ｅ＝ｅに設定される。したがって、第１推定部４６の式（２）に示す伝達関数は、式（１）に示す噴射量変化に対するＤＯＣ応答遅れモデルの伝達関数と同じである。

ここで、ＥＣＵ４０内のＣＰＵは時間的に離散した演算しかできないので、ＥＣＵ４０内における各機能部による複素数Ｓ領域の伝達関数の演算については、厳密には、その伝達関数の演算に対応する適切な離散関数の演算に変換して実行されている。本明細書においては、便宜的に、各機能部について、実行される離散関数演算の基となる伝達関数を用いて説明する。

第２推定部４７は、ＤＯＣ２１の入口温度の変化に対するＤＯＣ２１の出口温度の応答を近似したＤＯＣ応答遅れモデル（入口温度変化に対するＤＯＣ応答遅れモデル：第２応答遅れモデル）に基づいて、ＤＯＣ入口温度センサ２５で検出された入口温度である場合における出口温度を推定し、推定した出口温度を加算部４８に出力する。

ここで、ＤＯＣ２１についての入口温度変化に対するＤＯＣ応答遅れモデルを示す伝達関数Ｇ_ｔ（ｓ）は、例えば、式（３）に示す３次絶対収束伝達関数で表せる。

Ｇ_ｔ（ｓ）＝ｋ_ｔ／（ｆ＊ｓ＋１）^３・・・（３）
ここで、ｋ_ｔは、ゲインであり、ｆは、係数である。

この３次絶対収束伝達関数で表される入口温度変化に対するＤＯＣ応答遅れモデルによると、ＤＯＣ２１の入口温度の変化に対するＤＯＣ２１の出口温度の応答を高精度に近似することができる。

第２推定部４７は、例えば、式（４）で示す３次絶対収束伝達関数で表されるフィルタで構成される。

Ｋ_ｔ／（Ｆ＊ｓ＋１）^３・・・（４）
ここで、Ｋ_ｔは、ゲインであり、Ｆは、係数である。

本実施形態では、式（４）においては、Ｋ_ｔ＝ｋ_ｔ、Ｆ＝ｆに設定される。したがって、第２推定部４７の式（４）に示す伝達関数は、式（３）に示す入口温度変化に対するＤＯＣ応答遅れモデルと同じ伝達関数である。

加算部４８は、第１推定部４６で推定された出口温度の温度変化と、第２推定部４７で推定された出口温度とを加算して、出口推定温度を求め、この出口推定温度をフィード・バック演算部４９に出力する。出口推定温度は、フィード・バック演算部４９によるフィード・バックの制御目標とする出口温度（制御目標温度）である。

入口温度処理部４２は、ＤＯＣ入口温度センサ２５からの入口温度に対して、第１応答遅れモデルにおける噴射量の変化から出口温度が変化するまでの応答の遅れ分を進ませる進み補償処理を行い、進み補償処理後の入口温度を加減部４３に出力する。入口温度処理部４２は、例えば、以下の式（５）に示す３次進み遅れ伝達関数を有するフィルタにより構成されている。

Ｋ_ｔ＊（Ｃ＊ｓ^２＋Ｄ＊ｓ＋１）（Ｅ＊ｓ＋１）／（Ｆ＊ｓ＋１）^３・・・（５）
ここで、Ｋ_ｔは、ゲインであり、Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、係数である。

本実施形態では、式（５）においては、Ｋ_ｔ＝ｋ_ｔ、Ｃ＝ｃ，Ｄ＝ｄ，Ｅ＝ｅ，Ｆ＝ｆに設定される。

入口温度処理部４２の式（５）に示す伝達関数は、式（２）（式（１））に示す伝達関数の分母の成分を分子の成分として含み、式（４）（式（３））に示す伝達関数の成分をすべて含む。

入口温度処理部４２によると、入口温度の変化に対して、噴射量変化に対する出口温度の応答の遅れ分を前もって反映させることができる。このため、ＤＯＣ２１の入口温度が変動してもその影響が出口温度に出てこないので、出口温度を目標温度に適切に制御することができる。なお、入口温度処理部４２による作用、効果の詳細については後述する。

フィード・バック演算部４９は、フィード・バック演算手段の一例であり、制御目標温度と、出口温度との偏差に基づいて、基本噴射量を補正する補正噴射量（フィード・バック値）を出力するフィード・バック制御を行う。フィード・バック演算部４９は、加減部５０と、進み遅れ調整部５１と、ＰＩＤ演算部５２とを有する。

加減部５０は、出口温度推定部４５から入力された制御目標温度から、ＤＯＣ出口温度センサ２６からの出口温度を減算することにより、制御目標温度と実際の出口温度との偏差を算出し、偏差を進み遅れ調整部５１に出力する。

進み遅れ調整部５１は、進み遅れ調整手段の一例であり、加減部５０から入力された偏差に対して、フィード・バック処理におけるゲイン（フィード・バックゲイン）を向上するために、位相の進み遅れを調整し、ＰＩＤ演算部５２に出力する。進み遅れ調整部５１は、例えば、式（６）に示す２次進み遅れ伝達関数で表されるフィルタ（２次進み遅れフィルタ）により構成される。

（Ｅ＊ｓ＋１）／（Ｇ＊ｓ＋１）^２・・・（６）
ここで、Ｅ，Ｇは、係数である。

本実施形態では、式（６）においては、Ｅ＝ｅに設定される。

ＰＩＤ演算部５２は、ゲイン５３と、ＰＩＤ制御部５４とを有する。ゲイン５３は、進み遅れ調整部５１から入力された偏差に対してゲインＨを与え、ＰＩＤ制御部５４に出力する。ＰＩＤ制御部５４は、ゲイン５３から入力された値に、式（７）で示す伝達関数に基づいた演算を行い、演算結果を加算部５５に出力する。ここで、ＰＩＤ制御部５４による演算結果が、補正噴射量（フィード・バック値）に対応する。

（Ａ＊ｓ^２＋Ｂ＊ｓ＋１）／ｓ・・・（７）
ここで、Ａ，Ｂは、係数である。

本実施形態では、式（７）においては、Ａ＝ｃ，Ｂ＝ｄに設定される。

加算部５５は、基本噴射量決定部４４から入力された基本噴射量と、フィード・バック演算部４９から入力された補正噴射量とを加算して制御噴射量を求め、制御噴射量を再生制御部４１に出力する。

次に、出口温度推定部４５の作用及び効果について説明する。

出口温度推定部４５の伝達関数のゲイン、係数には、その際の運転条件に適合する第１応答遅れモデル及び第２応答遅れモデルの伝達関数のゲイン、係数が設定される。すなわち、その運転条件に適合する第１応答遅れモデル及び第２応答遅れモデルの伝達関数のｋ_ｒ，ｋ_ｔ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆが、それぞれＫ_ｒ，Ｋ_ｔ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに設定される。

出口温度推定部４５は、基本噴射量及び入口温度を入力として、実際のＤＯＣ２１に対応する第１及び第２応答遅れモデルにより制御目標温度を推定しているので、この制御目標温度と、実際のＤＯＣ２１の出口温度とが一致し、これらの偏差が０となる可能性が高くなる。すなわち、フィード・バック演算部４９の加減部５０から出力される偏差が０となる可能性が高くなる。このため、フィード・バック演算部４９により出力される補正噴射量が０となる可能性が高くなる。このため、ＰＩＤ制御部５４のＩ項（積分項）の不要なため込みによるオーバー・シュート、アンダー・シュートの発生を適切に抑制することができる。

次に、入口温度処理部４２による作用及び効果について説明する。

ここで、入口温度処理部４２、出口温度推定部４５の伝達関数のゲイン、係数には、その際の運転条件に適合する第１応答遅れモデル及び第２応答遅れモデルの伝達関数のゲイン、係数が設定される。すなわち、その運転条件に適合する第１応答遅れモデル及び第２応答遅れモデルの伝達関数のｋ_ｒ，ｋ_ｔ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆが、それぞれＫ_ｒ，Ｋ_ｔ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに設定される。

加減部４３は、目標温度−Ｋ_ｔ＊（フィルタ４２通過後の入口温度）を基本噴射量決定部４４に出力する。基本噴射量決定部４４は、基本噴射量を（目標温度−Ｋ_ｔ＊（フィルタ４２通過後の入口温度））／Ｋ_ｒを演算することにより算出し、基本噴射量を出口温度推定部４５に出力する。

（目標温度−Ｋ_ｔ＊（フィルタ４２通過後の入口温度））／Ｋ_ｒで示される基本噴射量が出口温度推定部４５の第１推定部４６に入力されると、第１推定部４６からの出力は、図３の範囲６３に示す出力と等価となる。すなわち、第１推定部４６の出力は、目標温度（６０）から、入口温度を第２推定部４７と同一の伝達関数を有するフィルタ６１に入力して得られる出力を減算したものと等価となる。

また、フィルタ６１と、第２推定部４７とは、入力を共通とし、伝達関数が共通であるので、図３の範囲６４に示す２つの出力値は同一である。フィルタ６１と、第２推定部４７との出力は、逆位相であるので、加減部６２で打ち消される。

この結果、加減部６２からは、目標温度が制御目標温度として出力される。したがって、入口温度が変動しても、その影響が制御目標温度に及ばない。

また、出口温度推定部４５は、実際のＤＯＣ２１を近似したモデルであるので、実際のＤＯＣ２１でも図３に示した状態と同様な状況が発生することとなる。したがって、基本噴射量を供給した場合に、ＤＯＣ２１では、入口温度が変動しても、出口温度が目標温度に高精度に一致することとなる。

次に、進み遅れ調整部５１による作用及び効果について説明する。

ここで、進み遅れ調整部５１、ＰＩＤ制御部５４の伝達関数のゲイン、係数には、その際の運転条件に適合する第１応答遅れモデルの伝達関数のゲイン、係数が設定される。すなわち、その運転条件に適合する第１応答遅れモデルの伝達関数のｃ，ｄ，ｅが、それぞれＡ（微分ゲイン），Ｂ（比例ゲイン），Ｅに設定される。

なお、基本噴射量と、入口温度が一定であると仮定した場合を例に以下に説明する。

出口温度推定部４５から出力される制御目標温度に対するフィード・バック演算部４９から出力される補正噴射量（フィード・バック値）の応答（伝達関数）は、式（８）に示すように表される。

Ｈ＊ｋ_ｒ／（Ｇ^２＊ｓ^３＋２＊Ｇ＊ｓ^２+ｓ+Ｈ＊ｋ_ｒ）・・・（８）
また、制御目標温度に対する出口温度の応答は、式（９）に示すように表される。なお、ここでは、ＤＯＣ２１の応答遅れの伝達関数としては、ＤＯＣ２１の第１応答遅れモデル及び第２応答遅れモデルの伝達関数（式（１）及び式（３））を用いて表現することとする。

Ｈ＊ｋ_ｒ＊（Ｇ＊ｓ＋１）^２／（（ｅ＊ｓ＋１）（Ｇ^２＊ｓ^３＋２＊Ｇ＊ｓ^２+ｓ+Ｈ＊ｋ_ｒ））・・・（９）
式（８）及び式（９）の伝達関数を絶対収束する、すなわち、オーバー・シュート、アンダー・シュートを発生させないようにするためには、分母の（Ｇ^２＊ｓ^３＋２＊Ｇ＊ｓ^２+ｓ+Ｈ＊ｋ_ｒ）の根が全て実根である、すなわち、この式の判別式が０以上である必要がある。したがって、４−２７＊Ｇ＊Ｈ＊ｋ_ｒ≧０、すなわち、Ｈ≦４／（２７＊Ｇ＊ｋ_ｒ）・・・（１０）である必要がある。

一方、進み遅れ調整部５１がない場合においては、制御目標温度に対する噴射補正量の応答と、制御目標温度に対する出口温度の応答とは、等しく、式（１１）に示すように表される。

Ｈ＊ｋ_ｒ／（ｅ＊ｓ^２+ｓ+Ｈ＊ｋ_ｒ）・・・（１１）
式（１１）の伝達関数を絶対収束するようにするには、分母（ｅ＊ｓ^２＋ｓ＋Ｈ＊ｋ_ｒ）の判別式が０以上となる必要がある。

したがって、１^２−４＊ｅ＊Ｈ＊ｋ_ｒ≧０、すなわち、Ｈ≦１／（４＊ｅ＊ｋ_ｒ）・・・（１２）である必要がある。

ここで、式（１０）及び式（１２）を比較すると、Ｇ＜１６＊ｅ／２７となるようにＧを設定すれば、進み遅れ調整部５１を備えることにより、進み遅れ調整部５１を備えない場合よりも大きなフィード・バックゲインＨが得られることがわかる。本実施形態では、進み遅れ調整部５１のＧは、Ｇ＜１６＊ｅ／２７となるように設定されている。したがって、進み遅れ調整部５１により、フィード・バックゲインを大きくすることができ、フィード・バック演算部４９のフィード・バック処理の応答性能を向上することができる。

次に、本発明の変形例に係る排気浄化装置について説明する。

変形例に係る排気浄化装置は、上記実施形態における進み遅れ調整部５１を、式（１３）で示す１次進み遅れ伝達関数で表されるフィルタ（１次進み遅れフィルタ）で構成している。

（Ｅ＊ｓ＋１）／（Ｇ＊ｓ＋１）・・・（１３）
ここで、Ｅ，Ｇは、係数である。

変形例に係る排気浄化装置においては、出口温度推定部４５から出力される制御目標温度に対するフィード・バック演算部４９から出力される補正噴射量の応答（伝達関数）は、式（１４）に示すように表される。

Ｈ’＊ｋ_ｒ／（Ｇ＊ｓ^２+ｓ+Ｈ’＊ｋ_ｒ）・・・（１４）
ここで、Ｈ’は、変形例でのフィード・バックゲインを示す。

一方、制御目標温度に対する出口温度の応答は、式（１５）に示すように表される。なお、ＤＯＣ２１の応答遅れの伝達関数としては、ＤＯＣ２１の第１応答遅れモデル及び第２応答遅れモデルの伝達関数（式（１）及び式（３））を用いて表現することとする。

Ｈ’＊ｋ_ｒ＊（Ｇ＊ｓ＋１）／（Ｅ＊Ｇ＊ｓ^３＋（Ｅ＋Ｇ）＊ｓ^２＋（Ｅ＊Ｈ’＊ｋｒ＋１）＊ｓ＋Ｈ’＊ｋ_ｒ））・・・（１５）
式（１４）及び式（１５）の伝達関数を絶対収束する、すなわち、オーバー・シュート、アンダー・シュートを発生させないようにするためには、分母の（Ｇ＊ｓ^２+ｓ+Ｈ’＊ｋ_ｒ）が実根を持つ、すなわち、この式の判別式が０以上である必要がある。したがって、１^２−４＊Ｇ＊Ｈ’＊ｋ_ｒ≧０、すなわち、Ｈ’≦１／（４＊Ｇ＊ｋ_ｒ）・・・（１６）である必要がある。

式（１６）と、進み遅れ調整部５１において、２次進み遅れ伝達関数で表されるフィルタを用いた場合のフィード・バックゲインＨを表す式（１０）、すなわちＨ≦４／（２７＊Ｇ＊ｋ_ｒ）とを比較すると、Ｇの値が同じである場合には、フィード・バックゲインＨ’は、フィード・バックゲインＨの２７／１６＝１．６８７５倍となることがわかる。

次に、進み遅れ調整部５１を２次進み遅れフィルタで構成した場合（実施形態）と、進み遅れ調整部５１を１次進み遅れフィルタで構成した場合（変形例）との性能の比較について説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る進み遅れ調整部を２次進み遅れフィルタで構成した場合と、変形例に係る進み遅れ調整部を１次進み遅れフィルタで構成した場合とのフィード・バックゲイン及びノイズの影響を説明する図である。図４は、縦軸にフィルタを用いた場合に取り得る最大のフィード・バックゲインと、フィルタを用いた場合における出口温度信号のノイズに対する出力感度とをとり、横軸にＧ／Ｅをとっている。

係数Ｇの値が同一である場合には、変形例では、フィード・バックゲインＨ’を実施形態におけるフィード・バックゲインＨよりも大きくすることができる。一方、同一のフィード・バックゲインとした場合においては、図中の矢印に示すように、実施形態の方、すなわち、進み遅れ調整部を２次進み遅れフィルタとした方が変形例に比して、ノイズの影響を低減することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、外気温度センサ３６を備え、外気温度を直接検出するようにしていたが、本発明はこれに限られず、例えば、ＭＡＦセンサ３１の近傍に、吸気温度を検出するセンサを設け、このセンサにより検出された吸気温度を外気温度として用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、入口温度、出口温度、目標温度、制御目標温度等の排気ガスに関する温度として、温度の値をそのまま用いるようにしていたが、本発明はこれに限られず、例えば、排気ガスの温度の値に所定の変換を行った値（例えば、排気ガスの比エンタルピ）を用いるようにしてもよい。ここで、特許請求の範囲にいう温度の概念には、温度の値をそのまま用いる場合だけでなく、温度に対して所定の変換を行った値も含まれる。

１０エンジン
２０排気後処理装置
２１ＤＯＣ
２２ＤＰＦ
２３排気管内噴射装置
２５ＤＯＣ入口温度センサ
２６ＤＯＣ出口温度センサ
２７ＤＰＦ出口温度センサ
３６外気温度センサ
４０ＥＣＵ
４１再生制御部
４２入口温度処理部
４３加減部
４４基本噴射量決定部
４５出口温度推定部
４６第１推定部
４７第２推定部
４８加算部
４９フィード・バック演算部
５０加減部
５１進み遅れ調整部
５２ＰＩＤ演算部
５３ＰＩＤゲイン
５４ＰＩＤ制御部
５５加算部

Claims

排気中の炭化水素を酸化可能な酸化触媒と、前記酸化触媒の排気下流側に設けられて排気中の粒子状物質を捕集可能なフィルタと、前記酸化触媒に炭化水素を供給して前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去する強制再生を実行可能な強制再生手段とを備える排気浄化装置であって、
前記酸化触媒の入口の排気ガス温度である入口温度を検出する入口温度検出手段と、
前記酸化触媒の出口の排気ガス温度である出口温度を検出する出口温度検出手段と、
前記酸化触媒を通過する排気ガス流量を検出する排気ガス流量検出手段と、
前記入口温度と、前記排気ガス流量と、前記酸化触媒の出口温度の目標温度と、に基づいて、前記目標温度にするために前記酸化触媒に供給する必要がある炭化水素の噴射量である基本噴射量を決定する基本噴射量決定手段と、
前記酸化触媒への前記炭化水素の供給量の変化に対する前記酸化触媒の前記出口温度の応答を示す第１応答遅れモデルに基づいて、前記基本噴射量の前記炭化水素を供給した場合における前記酸化触媒の前記出口温度の温度変化を推定する第１推定手段と、
前記酸化触媒の入口温度の変化に対する前記酸化触媒の前記出口温度の応答を示す第２応答遅れモデルに基づいて、前記入口温度である場合における前記出口温度を推定する第２推定手段と、
推定された出口温度の前記温度変化と推定した前記出口温度とに基づく前記酸化触媒の出口推定温度と、前記出口温度検出手段により検出された前記出口温度との偏差に基づいて、前記偏差を解消するために補正すべき炭化水素の噴射量である補正噴射量を求めるフィード・バック演算手段と、
前記基本噴射量と前記補正噴射量とを加算した制御噴射量を前記強制再生手段に出力させるように制御する再生制御手段と、
を有する排気浄化装置。
前記第１応答遅れモデルは、３次減衰振動伝達関数で表されるモデルである
請求項１に記載の排気浄化装置。
前記第２応答遅れモデルは、３次絶対収束伝達関数で表されるモデルである
請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
前記偏差に対して位相の進み遅れを調整する進み遅れ調整手段を更に備え、
前記フィード・バック演算手段は、前記進み遅れの調整後の偏差を解消するための前記補正噴射量を求める
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
前記進み遅れ調整手段は、２次進み遅れ伝達関数で表されるフィルタである
請求項４に記載の排気浄化装置。