JP6606931B2

JP6606931B2 - 内燃機関の排気後処理装置

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Publication number: JP6606931B2
Application number: JP2015175460A
Authority: JP
Inventors: 大輔津田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2035-09-07
Also published as: JP2016084804A

Description

本発明は、内燃機関の排気後処理装置に関するもので、より詳しくは、排気通路上に設けられた排気後処理手段の昇温制御を行う内燃機関の排気後処理装置に関する。

排気通路上に設けられた排気後処理手段と、排気後処理手段に燃料成分を供給する燃料供給手段とを備え、排気後処理手段に燃料成分を供給する内燃機関の排気後処理装置が知られている。かかる排気後処理装置は、排気後処理手段に対する燃料成分の供給を通じて排気後処理手段を昇温し、排気後処理手段を再生する。そして、排気温度が所定の温度（失活判定温度）より低くなると、排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定し、燃料成分の供給を中止する（例えば、特許文献１参照）。

特許第４４２８９７４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された内燃機関の排気後処理装置は、排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定するまで燃料成分の供給を継続するので、排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定する直前で供給された燃料成分は余剰となり、白煙として外部に排出される。
一方、失活判定温度を高く設定すると排気温度が失活判定温度以下となる直前で供給された燃料成分の余剰は抑制されるが、排気後処理手段の活性状態を維持できる運転状態でも燃料成分が供給されないことになり、排気後処理手段を効率的に再生できない。
本発明は、上記実情に鑑みたものであり、排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態にあると判定した際に燃料成分の余剰を抑制できる内燃機関の排気後処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気通路上に設けられた排気後処理手段と、前記排気後処理手段に燃料成分を供給する燃料供給手段とを備え、前記燃料供給手段からの前記燃料成分の供給により前記排気後処理手段の昇温制御を行う内燃機関の排気後処理装置において、
前記排気通路上の排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記昇温制御時に燃料供給量算出手段によって算出した燃料成分の供給量の供給後に、前記排気温度が所定の温度より低くなることを含む所定の条件が成立した場合に、前記排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定する運転状態判定手段と、前記昇温制御時に前記排気温度検出手段によって検出された前記排気温度が低くなるにつれて、該昇温制御のための前記燃料成分の供給量が多くなるように該供給量を大きな値として算出する前記燃料供給量算出手段と、前記運転状態判定手段によって、前記燃料供給量算出手段によって算出した燃料成分の供給量の供給後に前記排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定したときに、燃料成分の供給量を制限して減少させるために、前記昇温制御時に前記排気温度検出手段によって検出された前記排気温度が低くなるにつれて、該昇温制御のための前記燃料成分の供給量を小さな値に制限する制限燃料供給量算出手段と、前記燃料供給量算出手段が算出した供給量と前記制限燃料供給量算出手段が制限した供給量に基づいて、前記燃料供給手段によって供給する燃料成分の供給量を設定する燃料供給量設定手段と、を備え、前記燃料供給量設定手段は、前記運転状態判定手段が前記昇温制御時に前記排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定した際には、前記燃料供給量算出手段が算出した供給量と制限燃料供給量算出手段が制限した供給量のうち、値が小さいものを燃料成分の供給量として設定して昇温制御を継続することを特徴とする。

本発明によれば、運転状態判定手段が、昇温制御時に燃料供給量算出手段によって算出した燃料成分の供給量の供給後に排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定した際には、燃料供給量設定手段は、燃料供給量算出手段が算出した供給量と制限燃料供給量算出手段が制限した供給量のうち、値が小さいものを燃料供給量として設定して、昇温制御を継続するので、排気後処理手段を効率的に再生することができ、排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定した際も燃料成分の余剰を抑制することができる。

本発明の一態様では、前記制限燃料供給量算出手段は、前記内燃機関の運転状況に応じて前記燃料成分の供給量を補正する。
このようにすれば、制限燃料供給量算出手段は、内燃機関の運転状況に応じて燃料成分の供給量を補正するので、内燃機関の運転状況に応じて燃料成分の供給量を調整することができる。

本発明の一態様では、前記排気通路の排気流量を検出する排気流量検出手段を備え、前記制限燃料供給量算出手段は前記排気流量検出手段で検出された排気流量に対応した流量係数で前記燃料成分の供給量を補正する。
このようにすれば、制限燃料供給量算出手段は排気流量検出手段で検出された排気流量に対応した流量係数で燃料成分の供給量を補正するので、排気流量の増減に応じて燃料成分の供給量を調整することができる。

本発明の一態様では、前記制限燃料供給量算出手段は、前記内燃機関が搭載された車両の車速に対応する車速係数で前記燃料成分の供給量を補正する。
このようにすれば、内燃機関が車両の原動機を構成する場合に、制限燃料供給量算出手段は車両の車速に対応する車速係数で燃料成分の供給量を補正するので、車速の増減に応じて燃料成分の供給量を調整することができる。

本発明の一態様では、前記燃料供給手段による前記燃料成分の供給を中止する燃料供給中止手段を備え、前記燃料供給中止手段は、前記排気温度検出手段によって検出された前記排気温度が前記排気後処理手段が不活性となる排気温度より低い場合に前記燃料成分の供給を中止する。
このようにすれば、燃料供給中止手段は、排気温度検出手段によって検出された排気温度が排気後処理手段が不活性となる排気温度より低い場合、燃料成分の供給を中止するので、排気後処理手段が不活性の場合に燃料成分の供給を中止することができる。

本発明の一態様では、制限燃料供給量算出手段による燃料成分の供給量の補正は、前記排気流量が大きいほど前記燃料成分の減少量を大きくするように補正する。また、本発明の一態様では、制限燃料供給量算出手段による燃料成分の供給量の補正は、前記車速が高いほど前記燃料成分の減少量を大きくするように補正する。
排気流量が大きいほど、または車速が高いほど、排気流や走行風による排気後処理手段からの熱の持ち去り量が多くなるため、車速または排気流量に応じて燃料成分の減少量を補正することによって、燃料成分の余剰を抑制することができる。

本発明によれば、排気後処理手段を効率的に再生することができ、排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定した際にも燃料成分の余剰を抑制することができる。

本発明の実施形態である排気後処理装置が適用されるディーゼルエンジンの概略を示す図である。図１に示した燃料噴射装置の燃料噴射パターンの概略を示す概念図である。排気後処理装置の制御構成の概略を示すブロック図である。図３に示した排気後処理装置のポスト噴射量制御の内容を示すフローチャートである。図４に示したポスト噴射量制御の結果を示すタイムチャートである。低噴射量マップの概略を示す図である。補正係数マップの概略を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気後処理装置に好適な実施形態を詳細に説明する。ここでは、自動車の原動機を構成するディーゼルエンジンの排気後処理装置を例に説明するが、この実施形態によりこの発明が限定されるものではなく、本実施形態で説明する構成の全てが本発明の解決手段として必須とされるものではない。

図１は、本発明の実施形態である排気後処理装置が適用されるディーゼルエンジンの概略を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る排気後処理装置が適用される内燃機関は、コモンレール式のディーゼルエンジン１であって、エンジン本体２、燃料供給手段４、ＥＧＲ装置５、ターボチャージャ６を備えて構成される。

エンジン本体２は、シリンダブロック２１とシリンダブロック２１の上に固定されたシリンダヘッド２２とにより構成される。シリンダブロック２１には、車両前後方向に複数のシリンダ（気筒）２１１が設けられ、これらの下方域に共通する一つのクランクシャフト２３が回転可能に支持されている。シリンダ２１１は、円筒形に形成され、その内部には、ピストン２４が上下方向に往復動可能に収容されている。ピストン２４は、頭部が閉塞された円筒形に形成され、その胴部には径方向に貫通するピン穴２４１が設けられている。また、ピストン２４の胴部には、コネクティングロッド２５の一端（スモール・エンド）が収容され、ピン穴２４１を挿通するピストンピン２６により、コネクティングロッド２５の一端がピストン２４に連結されている。また、ピストン２４の頭部には燃焼室２４２が形成されている。

クランクシャフト２３は、コネクティングロッド２５とともに、ピストン２４の往復運動（下降運動）を回転運動に変換するもので、クランクシャフト２３の回転中心を通る軸線に対して平行にクランクピン（図示せず）を有している。そして、クランクピンには、コネクティングロッド２５の他端（ラージ・エンド）が連結されている。これにより、ピストン２４の往復運動は、クランクシャフト２３の回転運動に変換される。

シリンダヘッド２２には、シリンダ２１１ごとに吸気ポート２２１が設けられ、各吸気ポート２２１はインテークマニホールド（多枝管）３１に接続される。これにより、インテークマニホールド３１に供給された空気は各吸気ポート２２１に均等に分配される。また、シリンダヘッド２２には、シリンダ２１１ごとに排気ポート２２２が設けられ、各排気ポート２２２はエキゾーストマニホールド（多枝管）３２に接続される。これにより、各排気ポート２２２から排出された排ガスはエキゾーストマニホールド３２で集合する。

また、各吸気ポート２２１には、吸気ポート２２１を開閉する吸気弁２７が取り付けられている。吸気ポート２２１は、吸入行程において開放され、吸気ポート２２１からシリンダ（気筒）２１１内に空気の吸入が可能となり、圧縮行程、膨張行程、排気行程において閉鎖される。また、各排気ポート２２２には、排気ポート２２２を開閉する排気弁２８が取り付けられている。排気ポート２２２は、排気行程において開放され、排気ポート２２２から排ガスの排出が可能となり、吸入行程、圧縮行程、膨張行程において閉鎖される。これにより、燃焼室２４２は、圧縮行程と膨張行程において閉鎖される。

また、シリンダヘッド２２には、シリンダ２１１ごとにグロープラグ２９が設けられている。グロープラグ２９は、冷間時の始動を助ける補助熱源であって、燃料供給手段４から噴射された燃料が直接触れる位置に配置される。

燃料供給手段４は、所定のタイミングで所定量の燃料をシリンダ（気筒）２１１内に噴射するもので、本実施形態では、コモンレール式の燃料噴射装置４０が用いられる。燃料噴射装置４０は、シリンダ（気筒）２１１ごとに設けられたインジェクター４１と、各インジェクター４１に共通するコモンレール４２と、コモンレール４２に高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプ４３とを備えて構成される。燃料噴射装置４０は、一燃焼サイクル中で複数回の燃料噴射が可能で、本実施形態に係るインジェクター４１は、図２に示すように、一燃焼サイクル中で、パイロット噴射（Ｐｉｌｏｔ）、プレ噴射（Ｐｒｅ）、主噴射（Ｍａｉｎ）、アフター噴射（Ａｆｔｅｒ）、ポスト噴射（Ｐｏｓｔ）に分けて燃料を噴射することができる。これにより、本実施の形態に係るインジェクター４１は、シリンダ（気筒）２１１内に燃焼に寄与せず未燃燃料として排気通路８に排出するタイミングで燃料を噴射（ポスト噴射）することができる。

ＥＧＲ装置５は、エンジン本体２（燃焼室２４２）で燃焼された排ガスの一部を取り出し、排気側に導き、再度吸気させるためのもので、ＥＧＲ通路（排気再循環通路）５１を備えている。ＥＧＲ通路５１の一端部は、エキゾーストマニホールド３２又は排気通路８の途中に接続され、ＥＧＲ通路５１の他端部は、吸気通路７の途中に接続されている。これにより、排ガスの一部がＥＧＲ通路５１を通り吸気通路７に導入される（排気再循環）。

ＥＧＲ通路５１には、上流側（排気通路側）から下流側（吸気通路側）に、排気側ＥＧＲバルブ５２、ＥＧＲクーラー５３、吸気側ＥＧＲバルブ５４が設けられている。排気側ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５１に導入する排ガスの流量を制限するためのもので、その開度により、任意の流量の排ガスがＥＧＲ通路５１に導入される。ＥＧＲクーラー５３は、ＥＧＲ通路５１に導入された排ガスを冷却するためのもので、ＥＧＲ通路５１に導入された排ガスは、ＥＧＲクーラー５３を通過する際に冷却される。吸気側ＥＧＲバルブ５４は、吸気通路７に導入する排ガスの流量を制限するためのもので、その開度により、任意の流量の排ガスが吸気通路７に導入される。

ターボチャージャ６は、エンジン本体２（燃焼室２４２）に圧縮された空気を供給するためのもので、吸気通路７に設けられたコンプレッサ６１と、排気通路８に設けられた排気タービン６２とにより構成され、コンプレッサ６１のコンプレッサホイール（図示せず）と排気タービン６２のタービンホイールとが同軸に設けられている。これにより、エンジン本体２（燃焼室２４２）から排出された排ガスがタービンホイールを回転させ、コンプレッサホイールを駆動する。これにより、吸気通路７の空気（吸気）はコンプレッサ６１で圧縮され、エンジン本体２（燃焼室２４２）に過給される。

吸気通路７は、エンジン本体２（燃焼室２４２）に空気を供給するためのもので、その最上流部にエアクリーナ７１が設けられ、その下流に、ターボチャージャ６のコンプレッサ６１、インタークーラ７２、吸気スロットル７３、及び吸気側ＥＧＲバルブ５４が設けられている。

また、吸気通路７は、吸気吸入量計測手段７４と吸気温計測手段７５とを備えている。
吸気吸入量計測手段７４は、吸気通路７への空気吸入量を計測するためのもので、本実施形態では、エアクリーナ７１とターボチャージャ６のコンプレッサ６１との間に設けられたエアフローセンサ７４１で構成される。

吸気温計測手段７５は、吸気通路７に導入された吸気（空気）の温度を計測するためのもので、本実施形態では、吸気側ＥＧＲバルブ５４の下流側に設けられた吸気温センサ７５１で構成される。

排気通路８は、エンジン本体２（燃焼室２４２）から排ガスを排出するためのもので、エキゾーストマニホールド３２の下流に、ターボチャージャ６の排気タービン６２、排気後処理手段８１を備えている。

排気後処理手段８１は、エンジン本体２（燃焼室２４２）から排出された排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、微粒子（ＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ））、及び窒化酸化物（ＮＯｘ）を浄化するもので、本実施形態では、酸化触媒８１１、微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｆｉｌｔｅｒ））８１２、及びＮＯｘ還元触媒８１３を備えている。

酸化触媒８１１は、排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）を酸化するためのもので、シリンダ（気筒）２１１内から排出される排ガスが流れる排気通路８に設けられている。

微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）８１２は、酸化触媒８１１を通過した排ガスに含まれる微粒子（ＰＭ）を捕集するためのもので、酸化触媒８１１の下流に設けられている。

ＮＯｘ還元触媒８１３は、微粒子捕集フィルター８１２を通過した排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を水（Ｈ_２Ｏ）と窒素（Ｎ_２）とに還元するためのもので、本実施形態では、上流側触媒８１３ａと下流側触媒８１３ｂとにより構成されている。

また、排気通路８には、排気温度検出手段８２、排気流量検出手段８３（図３）、差圧計測手段８４、及び空燃費計測手段８５を備えている。

排気温度検出手段８２は、酸化触媒８１１を昇温する排ガスの排気温度を検出するためのもので、本実施形態では、第１〜第４排気温度センサ８２１〜８２４を備えている。第１排気温度センサ８２１は、排気タービン６２を通過した排ガスの排気温度を検出するためのもので、排気タービン６２と酸化触媒８１１との間に設けられている。第２排気温度センサ８２２は、酸化触媒８１１を通過した排ガスの排気温度を検出するためのもので、酸化触媒８１１と微粒子捕集フィルター８１２との間に設けられている。第３排気温度センサ８２３は、微粒子捕集フィルター８１２を通過した排ガスの排気温度を検出するためのもので、微粒子捕集フィルター８１２の下流に設けられている。第４排気温度センサ８２４は、ＮＯｘ還元触媒８１３を通過する排ガスの温度を検出するためのもので、上流側触媒８１３ａと下流側触媒８１３ｂとの間に設けられている。

排気流量検出手段８３（図３参照）は、シリンダ（気筒）２１１内から排出される排気ガスの排気流量を検出するためのものである。排気流量検出手段８３をエアフローセンサ７４１によって構成してもよい、またエンジン運転状態の回転数や負荷等から算出してもよい。

差圧計測手段８４は、微粒子捕集フィルター８１２の上流側圧力と下流側圧力との差圧を計測するためのもので、微粒子捕集フィルター８１２に捕集され、蓄積された微粒子（ＰＭ）の量の指標として用いられる。本実施形態では微粒子捕集フィルター８１２の上流側と下流側とに検出素子８４１ａ，８４１ｂが設けられた差圧センサ８４１で構成される。

空燃費計測手段８５は、連続的な空燃費を計測するもので、本実施形態では、ＮＯｘ還元触媒８１３の下流に設けられたＬＡＦＳ（ＬｉｎｅａｒＡｉｒ−Ｆｕｅｌｒａｔｉｏｓｅｎｓｏｒ）８５１で構成される。
大気圧計測手段８６（図３参照）は、大気圧を計測するためのもので、任意の位置に設けられた大気圧センサ８６１で構成される。

図３は、図１に示した排気後処理装置の制御構成の概略を示すブロック図である。
本実施形態に係る排気後処理装置は、燃料供給手段４からシリンダ（気筒）２１１内に燃料成分を供給することにより、酸化触媒８１１で燃料成分を燃焼させ、微粒子捕集フィルター８１２を再生するもので、本実施形態に係る排気後処理装置の各種制御は、図３に示す電子制御装置９により実現される。

電子制御装置９は、各種演算処理を実行するＣＰＵ（図示せず）、その制御に必要なプログラムやデータに記憶されたＲＯＭ（図示せず）、ＣＰＵの演算結果が一時記憶されるＲＡＭ（図示せず）、及び外部との間で信号を入出力するための入・出力ポート（図示せず）を備えて構成され、これらは、図３に示すように、運転状態判定手段９１、燃料供給量算出手段９２、制限燃料供給量算出手段９３、燃料供給量設定手段９４、及び燃料噴射制御手段９５を構成する。

運転状態判定手段９１は、酸化触媒８１１の活性状態を維持できない運転状態であるか否かを判定するためのもので、具体的には、第１排気温度が所定の温度（失活判定温度、図５のＴ１参照）より低くなることを含む所定の条件が成立した場合に酸化触媒８１１の活性状態を維持できない運転状態にあると判定する。そして、運転状態判定手段９１は、酸化触媒８１１の活性状態を維持できない状態にあると判定すると、低噴射量条件フラグをオンにする。

燃料供給量算出手段９２は、排気温度検出手段８２で検出された排気温度に応じて、排温度を上昇させるために燃料成分の供給量を算出するもので、第１排気温度センサ８２１で検出された第１排気温度及び第２排気温度センサ８２２で検出された第２排気温度を指標として燃料成分の供給量を算出する。具体的には、第１排気温度及び第２排気温度と燃料成分の供給量とが関連づけられた定数を用いて燃料成分の供給量を算出する。尚、定数は、第１排気温度及び第２排気温度が高いほど燃料成分の供給量が少なくなり、第１排気温度及び第２排気温度が低いほど燃料成分の供給量が多くなるように設定されている。

制限燃料供給量算出手段９３は、低噴射量条件下（低噴射量条件フラグがオンの状態下）で燃料噴射量（燃料成分の供給量）を算出するもので、酸化触媒８１１の活性状態を維持できない状態にあるときに、燃料成分の供給量を制限して減少させるために算出する。
燃料供給量算出手段９２と同様に、第１排気温度センサ８２１で検出された第１排気温度及び第２排気温度センサ８２２で検出された第２排気温度を指標として燃料成分の供給量を算出する。具体的には、低噴射量条件フラグがオンの場合に、第１排気温度と燃料供給量とを関連づけた低噴射量マップ（図６参照）を用いて、第１排気温度及び第２排気温度を特定することにより燃料成分の供給量を算出する。
図６は、低噴射量マップの概略を示す。横軸に第１排気温度（℃）を示し、縦軸に低噴射量すなわち、低噴射量条件フラグがオンの状態下（酸化触媒８１１の活性状態を維持できない状態下）での燃料成分の供給量を示す。

低噴射量マップは、表形式で作成されたものでもよいが、第１排気温度及び第２排気温度が低くなるにつれて燃料成分の供給量が小さくなり、第１排気温度が酸化触媒８１１の活性状態を維持できない温度（失活温度、図５のＴ２参照）又は第２排気温度が酸化触媒８１１が活性状態にないと判断できる温度（失活温度）で燃料成分の供給量が０となるように設定されている。これにより、制限燃料供給量算出手段９３は、排気温度検出手段８２によって検出された排気温度が排気後処理手段８１が不活性となる排気温度（失活温度）より低い場合に燃料成分の供給を中止する燃料供給中止手段を構成する。

尚、低噴射フラグがオフの場合には、低噴射量マップを用いることはない。制限燃料供給量算出手段９３は、低噴射量マップを用いて算出された燃料供給量を内燃機関の運転状態（例えば、排気流量）や車両の運転状態（例えば、車速）に応じて補正する。
補正の一例としては、排気流量が大きいほど燃料成分の減少量を大きくするように補正する。また、車速が高いほど燃料成分の減少量を大きくするように補正する。
排気流量が大きいほど、または車速が高いほど、排気流や走行風による排気後処理手段８１からの熱の持ち去り量が多くなるため、車速または排気流量に応じて供給する燃料成分の減少量を補正することによって、燃料成分の余剰を抑制することができる。

燃料供給量設定手段９４は、燃料供給手段４によって供給する燃料成分の供給量を設定するためのもので、低噴射量条件フラグがオフの場合に燃料供給量算出手段９２で算出された燃料成分の供給量が燃料供給手段４によって供給する燃料成分の供給量に設定される。一方、燃料供給量設定手段９４は、低噴射量条件フラグがオンの場合に、燃料供給量算出手段９２が算出した供給量と制限燃料供給量算出手段９３が算出した供給量のうち、値が小さいものを燃料成分の供給量として設定する。

燃料噴射制御手段９５は、燃料供給量設定手段９４で設定された燃料成分の供給量を燃料供給手段４に供給させるためのもので、シリンダ（気筒）２１１内に燃焼に寄与せず未燃燃料として排気通路に排出するタイミングで燃料成分を供給させる。

図４は、図３に示した排気後処理装置のポスト噴射量制御の内容を示すフローチャートであり、図５は、図４に示したポスト噴射量制御の結果を示すタイムチャートである。
図５に示すように、再生制御フラグがオン（実施）になると（図５のｔ_１）、触媒温度昇温のためのアフター噴射（Ａｆｔｅｒ）が追加される。アフター噴射は、主噴射（Ｍａｉｎ）の後で燃料が着火するタイミングでの燃料噴射であり、これにより、排気温度が上昇を始める（図５のＡ参照）。

その後、アフター噴射により排気温度が上昇し、その他の所定の条件が成立すると、燃料添加許可フラグがオン（許可）になる（図５のｔ_２）。燃料添加許可フラグがオンになると、ポスト噴射（Ｐｏｓｔ）を開始する。ポスト噴射は、アフター噴射のさらに後で燃料が非着火となるタイミングでの燃料噴射である。

図４に示すように、ポスト噴射を開始すると、まず、第１排気温度センサ８２１及び第２排気温度センサ８２２が第１排気温度及び第２排気温度を検出する（ステップＳ１）。第１排気温度センサ８２１及び第２排気温度センサ８２２が第１排気温度及び第２排気温度を検出すると、つぎに、燃料供給量算出手段９２が、第１排気温度センサ８２１及び第２排気温度センサ８２２で検出された第１排気温度及び第２排気温度に応じて燃料成分の供給量（通常噴射量）を算出する（ステップＳ２）（図５のＢ参照）。

図４に示すように、燃料供給量算出手段９２が燃料成分の供給量を算出すると、つぎに、運転状態判定手段９１が運転状態を判定する（ステップＳ３）。ここで、第１排気温度が所定の温度（図５のＴ１）より低くなることを含む所定の条件が成立した場合に、酸化触媒８１１の活性状態を維持できない運転状態であると判定する（ステップＳ３：Ｙｅｓ）（図５のｔ_３）。

一方、第１排気温度及び第２排気温度が所定の温度より低くなることを含む所定の条件が成立しない場合に、酸化触媒８１１の活性状態を維持できない運転状態にないと判定する（ステップＳ３：ＮＯ）。この場合には、酸化触媒８１１の活性状態を維持できる運転状態にあるから、燃料供給量設定手段９４は燃料供給量算出手段９２が算出した燃料成分の供給量（通常噴射量）を燃料供給量（噴射量）に設定する（ステップＳ３１）。そして、燃料噴射制御手段９５は、燃料供給量設定手段９４で設定された燃料供給量でポスト噴射を実行する。

ポスト噴射が開始されても、運転状態判定手段９１が酸化触媒８１１の活性状態を維持できない運転状態であると判定すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、低噴射量条件フラグがオンになる（ステップＳ４）。低噴射量条件フラグがオンになると、制限燃料供給量算出手段９３が低噴射量条件下で燃料成分の供給量（低噴射量）を算出する（ステップＳ５）。次に、制限燃料供給量算出手段９３は、内燃機関の運転状態（例えば、排気流量）や車両の運転状態（例えば、車速）に応じて補正する（ステップＳ６）。
補正の一例は、図７に示す補正係数マップを用いて補正係数を算出する。図７の補正係数マップは、排気流量または車速と補正係数との関係を示したものである。横軸に排気流量（Ｌ／ｍｉｎ）、または車速（Ｋｍ／ｈ）を示し、縦軸に排気流量に対する補正係数（流量係数）、または車速に対する補正係数（車速係数）を示す。
流量係数のマップと車速係数のマップを別々に用意しても、１つのマップ内に排気流量と車速との両方のデータが設定されていてもよい。
排気流量または車速に対してそれぞれの補正係数（例えば０．５以上１．０未満）を求めて、該補正係数を図６で求めた低噴射量に積算することで、排気流量や車速に応じた低噴射量を算出できる。
排気流量が大きいほど、または車速が高いほど低噴射量の噴射量の制限が強められて減少量が増大するように設定される。例えば、図５のＣに示すように補正される。

また、低噴射量条件フラグがオンになると、燃料供給量設定手段９４は、低噴射量マップを用いて算出され、車両の運転状態や内燃機関の運転状態に応じて補正された燃料供給量（低噴射量）と、定数を用いて算出された燃料供給量（通常噴射量）とを比較して、小さい方の値を燃料供給量（噴射量）に設定する（ステップＳ７〜ステップＳ９）。そして、燃料噴射制御手段９５は、燃料供給量設定手段９４で設定された燃料供給量でポスト噴射を実行する。

尚、低噴射量条件フラグがオンになっても直ちに燃料供給量が低噴射量に切り替わるわけではない。即ち、図５に示すように、低噴射量条件フラグがオンになった後、低噴射量≧通常噴射量である場合は、通常噴射量が燃料供給量（噴射量）に設定される（ステップＳ９）。
そして、第１排気温度及び第２排気温度が低くなるにつれて低噴射量は減少し、低噴射量と通常噴射量の大小関係が低噴射量≦通常噴射量となって逆転する（図５のｔ_４）。これにより、低噴射量が燃料供給量（噴射量）に設定される（ステップＳ８）。

また、第１排気温度が滑らかに下降し、かつ、低噴射量と通常噴射量の大小関係が逆転した後、そのまま低噴射量≦通常噴射量が維持される場合は、噴射量が０となるまで低噴射量が燃料供給量（噴射量）に設定され続ける。第１排気温度の値によっては、低噴射量と通常噴射量の大小関係が複数回逆転することもあるが、その場合でその都度低噴射量と通常噴射量のうち値の小さいほうを燃料供給量に設定する。そして、第１排気温度及び第２排気温度が失活温度まで下がったときには燃料供給量は０に設定され、ポスト噴射は中止される（図５のｔ_５）。なお、図５のタイムチャートにおいて、再生制御フラグが成立し続ける間、諸条件が成立した場合には再度ポスト噴射が再開される。

上述した本実施形態に係る排気後処理装置は、運転状態判定手段９１が酸化触媒８１１の活性状態を維持できない運転状態であると判定した際には、燃料供給量設定手段９４は燃料供給量算出手段が算出した供給量と制限燃料供給量算出手段９３が設定した供給量のうち、値が小さいものを燃料供給量として設定するので、微粒子捕集フィルター８１２を効率的に再生でき、酸化触媒８１１の活性状態を維持できない運転状態であると判定した際も燃料成分の余剰を抑制することができる。

また、制限燃料供給量算出手段９３は、内燃機関の運転状況に応じて燃料成分の供給量を補正するので、内燃機関の運転状況に応じて燃料成分の供給量を調整することができる。

また、制限燃料供給量算出手段９３は排気流量検出手段で検出された排気流量に対応した流量係数で燃料成分の供給量を補正するので、排気流量の増減に応じて燃料成分の供給量を調整することができる。

内燃機関が発電機としてではなく車両の駆動源としての原動機を構成する場合、車両の車速と内燃機関の運転状況とは一定の相関を有する。そのため、制限燃料供給量算出手段９３は車両の車速に対応する車速係数で燃料成分の供給量を補正するので、車速の増減に応じて変動する内燃機関の運転状況に合せて燃料成分の供給量を調整することができる。

また、燃料供給中止手段を構成する制限燃料供給量算出手段９３は、排気温度検出手段によって検出された排気温度が酸化触媒８１１が不活性となる排気温度より低い場合、燃料成分の供給を中止するので、酸化触媒８１１が不活性の場合に燃料成分の供給を中止することができる。

上述した本実施形態に係る排気後処理装置は、排気流量検出手段８３で検出される排気流量に関連づけられた係数（補正係数）、車速計測手段１０１で計測される車速に関連づけられた係数（補正係数）で低噴射量を補正するものとしたが、これらに限られるものではない。例えば、ディーゼルエンジンの回転数と負荷に関連づけられた係数や、吸気温計測手段７５及び大気圧計測手段８６で計測される環境条件に関連づけられた係数で補正するものとしてもよい。また、制限燃料噴射量算出手段には第１排気温度及び第２排気温度を使用するものとしたが、これに限るものではなく、第３排気温度を使用してもよい。

以上説明したように、本発明に係る排気後処理装置は、排気後処理手段を効率的に再生することができ、排気後処理手段の活性状態が維持できない運転状態であると判定した際にも燃料成分の余剰を抑制することができるので、排気後処理手段で燃料成分を燃焼させ、排気後処理手段を再生する内燃機関の排気後処理装置に広く適用可能である。

１ディーゼルエンジン
２エンジン本体
２１シリンダブロック
２１１シリンダ（気筒）
２２シリンダヘッド
２２１吸気ポート
２２２排気ポート
２３クランクシャフト
２４ピストン
２４１ピン穴
２４２燃焼室
２５コネクティングロッド
２６ピストンピン
２７吸気弁
２８排気弁
２９グロープラグ
３１インテークマニホールド
３２エキゾーストマニホールド
４燃料供給手段
４０燃料噴射装置
４１インジェクター
４２コモンレール
４３高圧燃料ポンプ
５ＥＧＲ装置
５１ＥＧＲ通路
５２排気側ＥＧＲバルブ
５３ＥＧＲクーラー
５４吸気側ＥＧＲバルブ
６ターボチャージャ
６１コンプレッサ
６２排気タービン
７吸気通路
７１エアクリーナ
７２インタークーラ
７３吸気スロットル
７４吸気吸入量計測手段
７４１エアフローセンサ
７５吸気温計測手段
７５１吸気温センサ
８排気通路
８１排気後処理手段
８１１酸化触媒
８１２微粒子捕集フィルター
８１３ＮＯｘ還元触媒
８１３ａ上流側触媒
８１３ｂ下流側触媒
８２排気温度検出手段
８２１第１排気温度センサ
８２２第２排気温度センサ
８２３第３排気温度センサ
８２４第４排気温度センサ
８３排気流量検出手段
８４差圧計測手段
８４１差圧センサ
８４１ａ，８４１ｂ検出素子
８５空燃費計測手段
８５１ＬＡＦＳ
８６大気圧計測手段
８６１大気圧センサ
９電子制御装置
９１運転状態判定手段
９２燃料供給量算出手段
９３制限燃料供給量算出手段
９４燃料供給量設定手段
９５燃料噴射制御手段
１０１車速計測手段

Claims

排気通路上に設けられた排気後処理手段と、
前記排気後処理手段に燃料成分を供給する燃料供給手段と
を備え、
前記燃料供給手段からの前記燃料成分の供給により前記排気後処理手段の昇温制御を行う内燃機関の排気後処理装置において、
前記排気通路上の排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記昇温制御時に燃料供給量算出手段によって算出した燃料成分の供給量の供給後に、前記排気温度が所定の温度より低くなることを含む所定の条件が成立した場合に、前記排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定する運転状態判定手段と、
前記昇温制御時に前記排気温度検出手段によって検出された前記排気温度が低くなるにつれて、該昇温制御のための前記燃料成分の供給量が多くなるように該供給量を大きな値として算出する前記燃料供給量算出手段と、
前記運転状態判定手段によって、前記燃料供給量算出手段によって算出した燃料成分の供給量の供給後に前記排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定したときに、燃料成分の供給量を制限して減少させるために、前記昇温制御時に前記排気温度検出手段によって検出された前記排気温度が低くなるにつれて、該昇温制御のための前記燃料成分の供給量を小さな値に制限する制限燃料供給量算出手段と、
前記燃料供給量算出手段が算出した供給量と前記制限燃料供給量算出手段が制限した供給量に基づいて、前記燃料供給手段によって供給する燃料成分の供給量を設定する燃料供給量設定手段と、を備え、
前記燃料供給量設定手段は、前記運転状態判定手段が前記昇温制御時に前記排気後処理手段の活性状態を維持できない運転状態であると判定した際には、前記燃料供給量算出手段が算出した供給量と制限燃料供給量算出手段が制限した供給量のうち、値が小さいものを燃料成分の供給量として設定して昇温制御を継続する
ことを特徴とする内燃機関の排気後処理装置。
前記制限燃料供給量算出手段は、
前記内燃機関の運転状況に応じて前記燃料成分の供給量を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気後処理装置。
前記排気通路の排気流量を検出する排気流量検出手段を備え、
前記制限燃料供給量算出手段は前記排気流量検出手段で検出された排気流量に対応した流量係数で前記燃料成分の供給量を補正する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気後処理装置。
前記制限燃料供給量算出手段は、前記内燃機関が搭載された車両の車速に対応する車速係数で前記燃料成分の供給量を補正する
ことを特徴とする
請求項２又は３に記載の内燃機関の排気後処理装置。
前記燃料供給手段による前記燃料成分の供給を中止する燃料供給中止手段を備え、
前記燃料供給中止手段は、前記排気温度検出手段によって検出された前記排気温度が前記排気後処理手段が不活性となる排気温度より低い場合に前記燃料成分の供給を中止する
ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の排気後処理装置。
前記燃料成分の供給量の補正は、前記排気流量が大きいほど前記燃料成分の減少量を大きくするように補正することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気後処理装置。
前記燃料成分の供給量の補正は、前記車速が高いほど前記燃料成分の減少量を大きくするように補正することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気後処理装置。