JP6962262B2 - 排気処理システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンから排出される排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタの昇温制御に関する。

ディーゼルエンジン等の排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化するために、排気管には排気処理装置が設けられる。この排気処理装置は、たとえば、粒子状物質を捕集するＰＭ除去フィルタと、ＰＭ除去フィルタよりも排気の流れの上流側に配置された酸化触媒(ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst)とを含む。ＰＭ除去フィルタにおける粒子状物質の堆積量が多くなると、フィルタが目詰まりを起こして排気の浄化機能が低下するため、ＰＭ除去フィルタを昇温させることによって捕集した粒子状物質を燃焼させてフィルタから除去する、所謂、ＰＭ除去フィルタの再生が行なわれる。

ＰＭ除去フィルタの再生では、燃料添加装置を用いて排気に燃料を添加して、添加した燃料を酸化触媒で反応させ、その反応熱によって排気をＰＭ除去フィルタの再生が可能な温度範囲まで昇温させる。そして、高温となった排気がＰＭ除去フィルタを流通することによって、ＰＭ除去フィルタの温度が上昇し、ＰＭ除去フィルタ内のＰＭが燃焼する。

たとえば、特開２００９−１８５６５９号公報（特許文献１）は、たとえば、フィルタ触媒の温度が第１所定温度となっているまたはＮＯｘのトラップ量が上限許容値となっている場合に、フィルタ触媒の急速昇温制御を実行する技術が開示されている。

特開２００９−１８５６５９号公報

上述したような構成を有する排気処理装置において、たとえば、高地では気圧が低下することによる酸化触媒の空間速度の上昇によって、酸化触媒において酸化反応による反応熱が得られにくくなる場合がある。また、劣化時においても酸化触媒での反応機会が減少し、酸化触媒において酸化反応による反応熱が得られにくくなる場合がある。その結果、ＰＭ除去フィルタに流入する排気を昇温させることができない場合がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高地環境下での運転時や酸化触媒の劣化時においてＰＭ除去フィルタに流入する排気温度を適切に昇温する排気処理システムを提供することである。

この発明のある局面に係る排気処理システムは、気筒内の燃料を着火させて作動するエンジンの排気を浄化する排気処理システムである。この排気処理システムは、エンジンの排気通路に設けられる酸化触媒と、排気通路における酸化触媒よりも上流の位置に設けられ、排気通路内に燃料を添加する燃料添加装置と、排気通路における酸化触媒よりも下流の位置に設けられ、排気通路を流通する排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量が堆積量判定値よりも大きい場合、燃料添加装置を用いて排気通路内に燃料を添加して、フィルタを再生する再生制御を実行する制御装置とを備える。制御装置は、燃料添加装置を用いた燃料の添加による、酸化触媒の上流の排気温度に対する酸化触媒の下流の排気温度の昇温代が、しきい値よりも小さい場合には、昇温代がしきい値よりも大きい場合よりも気筒における燃料の着火時期を遅らせるようにエンジンを制御する。

このようにすると、燃料の添加による昇温代がしきい値よりも小さい場合には、昇温代がしきい値よりも大きい場合よりも燃料の着火時期が遅らせられるため、酸化触媒に流入する排気の温度を上昇させることができる。酸化触媒に流入する排気の温度を上昇させることによって、酸化触媒の温度を上昇させて酸化反応の速度を上昇させることができる。これにより酸化触媒を活性化させてフィルタに流入する排気の温度を適切に昇温させることができる。

好ましくは、制御装置は、昇温代がしきい値よりも小さい場合には、昇温代がしきい値よりも大きい場合よりも気筒に燃料を供給する時期を遅らせる。

このようにすると、気筒に燃料を供給する時期を遅らせることによって気筒における燃料の着火時期を遅らせることができるため、酸化触媒に流入する排気の温度を上昇させることができる。

さらに好ましくは、エンジンは、吸気通路に設けられる吸気絞り弁を有する。制御装置は、昇温代がしきい値よりも小さい場合には、昇温代がしきい値よりも大きい場合よりも吸気通路を流通する空気量が減少するように吸気絞り弁を制御する。

このようにすると、吸気通路を流通する空気量が減少するように吸気絞り弁を制御することによって気筒における燃料の着火時期を遅らせることができるため、酸化触媒に流入する排気の温度を上昇させることができる。

この発明によると、高地環境下での運転時や酸化触媒の劣化時においてＰＭ除去フィルタに流入する排気温度を適切に昇温する排気処理システムを提供することができる。

本実施の形態におけるエンジンの概略構成を示す図である。 高地環境下の運転時あるいは酸化触媒の劣化時における燃料の添加による排気温度の昇温代について説明するための図である。 制御装置で実行される制御処理の一例を示すフローチャートである。 制御装置の動作の一例を説明するための図である。 第２昇温制御における制御装置の詳細な動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。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、本実施の形態におけるエンジン１の概略構成を示す図である。本実施の形態において、エンジン１は、たとえば、コモンレール式のディーゼルエンジンを一例として説明する。しかしながら、エンジン１としては、その他の形式のディーゼルエンジンであってもよい。

エンジン１は、エンジン本体１０と、エアクリーナ２０と、インタークーラ２６と、吸気マニホールド２８と、吸気絞り弁２９と、過給機３０と、排気マニホールド５０と、排気処理装置５６と、排気再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置と記載する）６０と、制御装置２００と、エンジン回転数センサ２０２と、手動再生スイッチ２０４と、エアフローメータ２０８と、燃料ポンプ２１０と、燃料フィルタ２１２と、燃料タンク２１４とを備える。

エンジン本体１０は、複数の気筒１２と、コモンレール１４と、複数のインジェクタ１６とを含む。本実施の形態においては、エンジン１は、直列４気筒エンジンを一例として説明するが、その他の気筒レイアウト（たとえば、Ｖ型あるいは水平型）のエンジンであってもよい。

複数のインジェクタ１６は、複数の気筒１２の各々に設けられ、その各々がコモンレール１４に接続されている燃料噴射装置である。燃料タンク２１４に貯留された燃料は、燃料フィルタ２１２を経由して燃料ポンプ２１０によって所定圧まで加圧されてコモンレール１４へ供給される。コモンレール１４に供給された燃料は複数のインジェクタ１６の各々から所定のタイミングで噴射される。複数のインジェクタ１６は、制御装置２００からの制御信号ＩＪ１〜ＩＪ４に基づいて動作する。

エアクリーナ２０は、エンジン１の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ２０には、第１吸気管２２の一方端が接続される。

第１吸気管２２の他方端には、過給機３０のコンプレッサ３２の吸気流入口に接続される。コンプレッサ３２の吸気流出口には、第２吸気管２４の一方端が接続される。コンプレッサ３２は、第１吸気管２２から流通する空気を過給して第２吸気管２４に供給する。コンプレッサ３２の詳細な動作については後述する。

第２吸気管２４の他方端には、インタークーラ２６の一方端が接続される。インタークーラ２６は、第２吸気管２４を流通する空気を冷却する空冷式あるいは水冷式の熱交換器である。

インタークーラ２６の他方端には、第３吸気管２７の一方端が接続される。第３吸気管２７の他方端には、吸気マニホールド２８が接続される。吸気マニホールド２８は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の吸気ポートに連結される。

吸気絞り弁２９は、第３吸気管２７における、インタークーラ２６とＥＧＲ通路６６への分岐点との間に設けられる。吸気絞り弁２９は、制御装置２００からの制御信号に応じて動作する。吸気絞り弁２９は、たとえば、第３吸気管２７から吸気マニホールド２８に流通する吸気の流量を調整する。

排気マニホールド５０は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の排気ポートに連結される。排気マニホールド５０には、第１排気管５２の一方端が接続される。第１排気管５２の他方端は、過給機３０のタービン３６の排気流入口に接続される。そのため、各気筒の排気ポートから排出される排気は、排気マニホールド５０に集められた後、第１排気管５２を経由してタービン３６に供給される。

タービン３６の排気流出口には、第２排気管５４の一方端が接続される。第２排気管５４には、排気処理装置５６が設けられる。排気処理装置５６は、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）５６ａと、ＰＭ除去フィルタ５６ｂと、燃料添加装置５６ｃと、第１排気温度センサ７０と、第２排気温度センサ７２とを含む。

ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、酸化触媒５６ａよりも排気の流路（排気通路）における下流側に設けられる。燃料添加装置５６ｃは、酸化触媒５６ａよりも排気の流路における上流側に設けられる。第１排気温度センサ７０は、タービン３６の排気流出口と、酸化触媒５６ａとの間の排気の流路に設けられる。第２排気温度センサ７２は、酸化触媒５６ａとＰＭ除去フィルタ５６ｂとの間の排気の流路に設けられる。

ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、流通する排気に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と記載する。）を捕集する。ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、たとえば、セラミックやステンレス等によって形成される。捕集されたＰＭは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内に堆積する。

酸化触媒５６ａと燃料添加装置５６ｃとは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに堆積したＰＭを燃焼させ、除去する（再生する）再生機構として機能する。酸化触媒５６ａは、排気が流通する場合に、流通する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭素酸化物（ＣＯｘ）などを酸化するとともに、排気中に燃料添加装置５６ｃから添加された燃料が含まれる場合には燃料を酸化する。燃料の酸化によって生じる反応熱により酸化触媒５６ａを通過する排気の温度が上昇する。高温の排気がＰＭ除去フィルタ５６ｂを通過することによってＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度が上昇し、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内に堆積したＰＭが酸化除去される（燃焼させられる）。これにより、ＰＭ除去フィルタ５６ｂが再生される。

排気処理装置５６のＰＭ除去フィルタ５６ｂの後端には、第３排気管５８の一方端が接続される。第３排気管５８の他方端には、触媒などの排気から特定の成分を除去する追加の排気処理装置やマフラー等が接続される。そのため、タービン３６から排出された排気は、第２排気管５４、排気処理装置５６、第３排気管５８、各種触媒およびマフラー等を経由して車外に排出される。

第３吸気管２７と排気マニホールド５０とは、エンジン本体１０を経由せずにＥＧＲ装置６０によって接続される。ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲクーラ６４と、ＥＧＲ通路６６とを含む。ＥＧＲ通路６６は、第３吸気管２７と排気マニホールド５０とを接続する。ＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲクーラ６４とは、ＥＧＲ通路６６の途中に設けられる。

ＥＧＲバルブ６２は、制御装置２００からの制御信号に応じて、排気マニホールド５０からＥＧＲ通路６６を経由して吸気マニホールド２８に還流する排気（以下、吸気マニホールド２８に還流される排気をＥＧＲガスとも記載する）の流量を調整する。

ＥＧＲクーラ６４は、たとえば、ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式あるいは空冷式の熱交換器である。排気マニホールド５０内の排気がＥＧＲ装置６０を経由してＥＧＲガスとして吸気側に戻されることによって気筒内の燃焼温度が低下され、ＮＯｘの生成量が低減される。

過給機３０は、コンプレッサ３２と、タービン３６とを含む。コンプレッサ３２のハウジング内にはコンプレッサホイール３４が収納され、タービン３６のハウジング内にはタービンホイール３８が収納される。コンプレッサホイール３４とタービンホイール３８とは、連結軸４２によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイール３４は、タービンホイール３８に供給される排気の排気エネルギーによって回転駆動される。

エンジン１の動作は、制御装置２００によって制御される。制御装置２００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリと、外部との情報のやり取りを行なうための入・出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。

入力ポートには、上述したセンサ類（たとえば、第１排気温度センサ７０、第２排気温度センサ７２、エンジン回転数センサ２０２、水温センサ２０６およびエアフローメータ２０８等）や上述したスイッチ類（たとえば、手動再生スイッチ２０４）が接続される。

出力ポートには、制御対象となる機器（たとえば、複数のインジェクタ１６、燃料添加装置５６ｃ、ＥＧＲバルブ６２および燃料ポンプ２１０等）が接続される。

制御装置２００は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。また、制御装置２００には、時間の計測を行うためのタイマー回路（図示せず）が内蔵されている。

第１排気温度センサ７０は、タービン３６の排気流出口から流出する排気の温度（以下、排気温度Ｔｅｘ１と記載する）を検出する。第１排気温度センサ７０は、検出した排気温度Ｔｅｘ１を示す信号を制御装置２００に送信する。

第２排気温度センサ７２は、酸化触媒５６ａから流出する排気の温度（以下、排気温度Ｔｅｘ２と記載する）を検出する。第２排気温度センサ７２は、検出した排気温度Ｔｅｘ２を示す信号を制御装置２００に送信する。

なお、排気温度Ｔｅｘ１，Ｔｅｘ２は、酸化触媒５６ａ近傍に設置した温度センサで直接検出する以外に、エンジン１の運転状態や別の場所に設けられた温度センサから推定によって求めてもよい。

エンジン回転数センサ２０２は、エンジン１のクランクシャフトの回転数をエンジン回転数ＮＥとして検出する。エンジン回転数センサ２０２は、検出したエンジン回転数ＮＥを示す信号を制御装置２００に送信する。

手動再生スイッチ２０４は、後述するＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生制御をユーザが手動で実行するためのスイッチである。手動再生スイッチ２０４は、ユーザによって所定の操作が行なわれると所定の操作が行なわれたことを示す信号を制御装置２００に送信する。

水温センサ２０６は、エンジン１の冷却水の温度を水温Ｔｗとして検出する。水温センサ２０６は、検出した水温Ｔｗを示す信号を制御装置２００に送信する。

エアフローメータ２０８は、第１吸気管２２に導入される新気の流量（吸入空気量）Ｑｉｎを検出する。エアフローメータ２０８は、検出した吸入空気量Ｑｉｎを示す信号を制御装置２００に送信する。

燃料タンク２１４は、複数のインジェクタ１６および燃料添加装置５６ｃに供給するための燃料を貯留する。燃料ポンプ２１０は、制御装置２００からの制御信号に応じて動作し、燃料タンク２１４に貯留される燃料をコモンレール１４に圧送したり、燃料添加装置５６ｃに供給したりする。燃料ポンプ２１０と燃料タンク２１４との間の燃料が流通する通路には燃料フィルタ２１２が設けられる。燃料フィルタ２１２は、流通する燃料に含まれる異物を捕集する。

以上のような構成を有するエンジン１においては、ＰＭ除去フィルタ５６ｂにおけるＰＭの堆積量が多くなると、ＰＭ除去フィルタ５６ｂのフィルタ部分が目詰まりを起こして機能が低下する場合がある。そのため、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生するための再生制御を実行する。

より具体的には、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内のＰＭの堆積量を取得する。制御装置２００は、たとえば、エンジン１の運転条件（たとえば、エンジン回転数ＮＥや燃料噴射量の指令値や吸入空気量Ｑｉｎ等）から複数の気筒１２からのＰＭの排出量の推定値を算出する。制御装置２００は、算出された推定値を積算することによって堆積量を取得してもよい。なお、ＰＭの排出量の具体的な算出方法については周知の技術を用いればよくその詳細な説明は行なわない。制御装置２００は、取得したＰＭの堆積量が再生判定値を超えると再生制御を実行する。

制御装置２００は、再生制御が実行されると、燃料添加装置５６ｃから燃料添加を開始する。制御装置２００は、たとえば、排気温度Ｔｅｘ２を、目標温度に昇温するための指令添加量を設定し、設定された指令添加量に従って燃料添加装置５６ｃを制御する。ここで、排気の目標温度は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度をＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度まで昇温することができる排気温度として設定される。

上述のような再生制御により、排気処理装置５６では、燃料添加装置５６ｃから排気に燃料が添加され、添加された燃料が酸化触媒５６ａで反応し、その反応熱によって排気が昇温する。そして、高温となった排気がＰＭ除去フィルタ５６ｂに流れることによって、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度が、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度範囲内の温度まで昇温し、ＰＭ除去フィルタ５６内のＰＭが燃焼される。制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度がＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度範囲内の温度になった状態の経過時間をカウントし、カウントした経過時間の合計が所定の再生終了時間を超えた場合に、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が完了したと判定する。

さらに制御装置２００は、たとえば、エンジン１がアイドル状態である場合に、図示しない表示装置に手動再生が可能であることを示す所定の表示を行なうことによってユーザにＰＭ除去フィルタ５６ｂの手動再生を促進する。ユーザによって手動再生スイッチ２０４に所定の操作が行なわれると、制御装置２００は、エンジン１のアイドル回転数を通常値よりも高い予め定められた回転数に上昇させるアイドルアップ制御を実行するとともに、上述したように再生制御を実行する。制御装置２００は、たとえば、エンジン回転数ＮＥが所定のアイドル回転数範囲内である場合にエンジン１がアイドル状態であると判定してもよい。

上述したような構成を有するエンジン１において、たとえば、高地環境下でエンジン１が運転している場合や、酸化触媒５６ａが経年劣化している場合には、酸化触媒５６ａにおいて排気を適切に昇温させることができない場合がある。

図２は、高地環境下での運転時あるいは酸化触媒５６ａの劣化時における燃料の添加による排気温度の昇温代について説明するための図である。

図２の上段においては、酸化触媒５６ａと、第１排気温度センサ７０および第２排気温度センサ７２による排気温度Ｔｅｘ１，Ｔｅｘ２の検出位置とが示される。図２の下段においては、上段の第１排気温度センサ７０の検出位置から第２排気温度センサ７２の検出位置までの排気の流通方向に沿った温度分布が示される。

図２の破線は、平地環境下での運転時であって、かつ、酸化触媒５６ａが劣化していない場合（酸化触媒５６ａの非劣化時）における排気の温度分布を示す。図２の実線は、高地環境下での運転時であるか、あるいは、酸化触媒５６ａが劣化している場合（酸化触媒５６ａの劣化時）における排気の温度分布を示す。

図２の実線に示すように、高地環境下での運転時には、気圧が低下することによる酸化触媒５６ａの空間速度の上昇によって酸化触媒５６ａにおいて酸化反応による反応熱が得られにくくなる場合がある。また、酸化触媒５６ａの経年劣化時においても酸化触媒５６ａでの燃料の反応機会が減少することによって、酸化触媒５６ａにおいて酸化反応による反応熱が得られにくくなる場合がある。その結果、排気温度Ｔｅｘ１に対する排気温度Ｔｅｘ２の昇温代が小さくなり、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気を適切に昇温させることができない場合がある。

そこで、本実施の形態においては、制御装置２００は、燃料添加装置５６ｃを用いた燃料の添加による、酸化触媒５６ａの上流の排気温度Ｔｅｘ１に対する酸化触媒５６ａの下流の排気温度Ｔｅｘ２の昇温代が、しきい値よりも小さい場合には、昇温代がしきい値よりも大きい場合よりも気筒１２における燃料の着火時期を遅らせるようにエンジン１を制御するものとする。

このようにすると、酸化触媒５６ａに流入する排気の温度を上昇させることができるため、酸化触媒５６ａの温度を上昇させて酸化反応の速度を上昇させることができる。これにより酸化触媒５６ａを活性化させてＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気の温度を適切に昇温させることができる。

なお、本実施の形態における「排気処理システム」は、酸化触媒５６ａと、ＰＭ除去フィルタ５６ｂと、燃料添加装置５６ｃと、制御装置２００とによって構成される。

以下に、図３を参照して、本実施の形態おける制御装置２００で実行される制御処理について説明する。図３は、制御装置２００で実行される制御処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、所定の制御周期毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置２００は、手動再生の開始操作があるか否かを判定する。制御装置２００は、たとえば、手動再生スイッチ２０４に対して所定の操作が行なわれたことを示す信号を受信した場合に、手動再生の開始操作があると判定する。手動再生の開始操作があると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。

Ｓ１０２にて、制御装置２００は、ＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（０）よりも大きいか否かを判定する。しきい値ＰＭ（０）は、たとえば、自動的に再生制御を実行するための再生判定値よりも低い値であって、かつ、ＰＭ堆積量が再生可能な量だけ堆積していると判定できる値である。ＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（０）よりも大きいと判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。

Ｓ１０４にて、制御装置２００は、アイドルアップ制御を実行する。制御装置２００は、たとえば、エンジン回転数ＮＥのアイドル回転数が通常値よりも高い予め定められた回転数になるようにエンジン１を制御する。

Ｓ１０６にて、制御装置２００は、水温Ｔｗがしきい値Ｔｗ（０）よりも大きいか否かを判定する。水温Ｔｗのしきい値Ｔｗ（０）は、エンジン１の暖機が完了したことを判定するための値であって、実験等によって適合される。水温Ｔｗがしきい値Ｔｗ（０）よりも大きいと判定される場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。

Ｓ１０８にて、制御装置２００は、第１昇温制御を実行する。第１昇温制御は、たとえば、アイドルアップ制御後のアイドル状態に対応する燃料噴射量および噴射時期等のエンジン１の燃焼に関連する各種パラメータを排気温度が上昇する側に変更する制御をいうものとする。

Ｓ１１０にて、制御装置２００は、排気温度Ｔｅｘ１がしきい値Ｔｅｘ（０）よりも大きいか否かを判定する。しきい値Ｔｅｘ（０）は、第１昇温制御の実行により想定され得る昇温後の排気温度Ｔｅｘ１の範囲の下限値であって、たとえば、実験等によって適合される予め定められた値である。排気温度Ｔｅｘ１がしきい値Ｔｅｘ（０）よりも大きいと判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。

Ｓ１１２にて、制御装置２００は、燃料添加量を算出する。制御装置２００は、たとえば、排気温度Ｔｅｘ２を目標温度に昇温するための燃料添加量を算出する。目標温度は、上述のとおり、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度をＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度まで昇温することができる排気温度として設定される。

制御装置２００は、たとえば、排気温度Ｔｅｘ２と目標温度との差分と所定のマップとを用いて燃料添加量を算出する。所定のマップは、排気温度Ｔｅｘ２と目標温度との差分と燃料添加量との関係を示し、実験等によって適合され、予め制御装置２００のメモリに記憶される。

Ｓ１１４にて、制御装置２００は、燃料添加制御を実行する。具体的には、制御装置２００は、Ｓ１１２にて算出された燃料添加量に対応する制御信号を生成して、生成された制御信号を燃料添加装置５６ｃに送信することによって、算出された燃料添加量の燃料が添加されるように燃料添加装置５６ｃを制御する。

Ｓ１１６にて、制御装置２００は、排気温度Ｔｅｘ２から排気温度Ｔｅｘ１を減算して算出される酸化触媒５６ａにおける昇温代を算出する。

Ｓ１１８にて、制御装置２００は、昇温代がしきい値αよりも小さいか否かを判定する。しきい値αは、たとえば、高地環境下での運転時で昇温代あるいは酸化触媒５６ａの劣化時の昇温代であるか否かを判定するための値であって、実験等によって適合される。昇温代がしきい値αよりも小さいと判定される場合（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。

Ｓ１２０にて、制御装置２００は、エンジン回転数ＮＥの変動量ΔＮＥがしきい値ΔＮＥ（０）よりも小さいか否かを判定する。エンジン回転数ＮＥの変動量ΔＮＥは、たとえば、予め定められた期間における、アイドルアップ制御後のアイドル回転数を基準値として、エンジン回転数ＮＥの検出値と基準値との差分の大きさのうちの最大値であってもよいし、あるいは、予め定められた期間におけるエンジン回転数ＮＥの検出値の最大値から最小値を減算した値であってもよい。しきい値ΔＮＥ（０）は、たとえば、エンジン１において失火が発生していると判定するための値であって、実験等によって適合される予め定められた値である。エンジン回転数ＮＥの変動量ΔＮＥがしきい値ΔＮＥ（０）よりも小さいと判定される場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２に移される。

Ｓ１２２にて、制御装置２００は、実昇温代と目標昇温代との差分を算出する。なお、制御装置２００は、たとえば、Ｓ１１６にて算出された昇温代を実昇温代として取得する。さらに、制御装置２００は、たとえば、Ｓ１１２にて算出された燃料添加量が酸化触媒５６ａにおいて酸化反応した場合に想定される昇温代を目標昇温代として設定する。制御装置２００は、たとえば、燃料添加量と所定のマップとを用いて目標昇温代を設定する。所定のマップは、平地環境下での運転時であって、かつ、酸化触媒５６ａの非劣化時における燃料添加量と目標昇温代との関係を示し、実験等によって適合され予め制御装置２００のメモリに記憶される。

Ｓ１２４にて、制御装置２００は、第２昇温制御を実行する。第２昇温制御は、昇温代がしきい値αよりも大きい場合よりも気筒１２における燃料の着火時期を遅らせる制御である。より具体的には、第２昇温制御は、たとえば、酸化触媒５６ａの上流の排気温度Ｔｅｘ１が上昇し、かつ、気筒１２において失火が発生しない範囲で着火時期を遅らせる制御である。本実施の形態において、昇温代がしきい値αよりも小さい場合には、昇温代がしきい値αよりも大きい場合よりも吸気マニホールド２８に流通する空気量を減少させる吸気絞り弁２９の制御を第２昇温制御の一例として説明する。制御装置２００は、たとえば、吸気絞り弁２９の閉度を実昇温代と目標昇温代との差分の大きさに応じた量だけ大きくする（吸気絞り弁２９の閉じ量を増やす）制御を第２昇温制御として実行する。

Ｓ１２６にて、制御装置２００は、ＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（１）よりも小さいか否かを判定する。制御装置２００は、たとえば、再生制御を開始した時点（たとえば、アイドルアップ制御の実行を開始した時点）から予め定められた時間が経過した場合にＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（１）よりも小さいと判定する。なお、しきい値ＰＭ（１）は、しきい値ＰＭ（０）よりも小さい値であってもよいし、しきい値ＰＭ（０）と同じ値であってもよい。ＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（１）よりも小さいと判定される場合（Ｓ１２６にてＹＥＳ）、処理はＳ１２８に移される。Ｓ１２８にて、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生制御を終了する。このとき、制御装置２００は、たとえば、アイドルアップ制御を終了する。さらに、制御装置２００は、吸気絞り弁２９の閉度をエンジン１の運転状態に応じた閉度に設定する。

なお、Ｓ１００にて手動再生の開始操作がないと判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、あるいは、Ｓ１０２にてＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（０）以下であると判定される場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、この処理は終了される。

また、Ｓ１０６にて水温Ｔｗがしきい値Ｔｗ（０）以下であると判定される場合には（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１０６に戻される。Ｓ１１０にて排気温度Ｔｅｘ１がしきい値Ｔｅｘ（０）以下であると判定される場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１０に戻される。さらに、Ｓ１１８にて昇温代がしきい値α以上であると判定される場合（Ｓ１１８にてＮＯ）あるいはＳ１２０にてエンジン回転数ＮＥの変動量ΔＮＥがしきい値ΔＮＥ（０）以上であると判定される場合（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２６に移される。

Ｓ１２６にてＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（１）以上であると判定される場合（Ｓ１２６にてＮＯ）、処理はＳ１１２に戻される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく制御装置２００の動作について図４を参照しつつ説明する。図４は、制御装置２００の動作の一例を説明するための図である。図４（Ａ）においては、酸化触媒５６ａと、第１排気温度センサ７０および第２排気温度センサ７２による排気温度Ｔｅｘ１，Ｔｅｘ２の検出位置とが示される。図４（Ｂ）においては、図４（Ａ）の第１排気温度センサ７０の検出位置から第２排気温度センサ７２の検出位置までの排気の流通方向に沿った温度分布が示される。図４（Ｃ）においては、第２昇温制御実行前後の温度分布が示される。

図４（Ｂ）の破線は、平地環境下での運転時であって、かつ、酸化触媒５６ａの非劣化時における排気の温度分布を示す。図４（Ｂ）の実線は、高地環境下での運転時であるか、あるいは、酸化触媒５６ａの劣化時における排気の温度分布を示す。

図４（Ｃ）の実線は、図４（Ｂ）の実線と同様に、高地環境下での運転時であるか、あるいは、酸化触媒５６ａの劣化時における排気の温度分布を示す。図４（Ｃ）の一点鎖線は、高地環境下での運転時であるか、あるいは、酸化触媒５６ａの劣化時であって、かつ、第２昇温制御実行後の排気の温度分布を示す。

たとえば、ユーザによって手動再生スイッチ２０４に対して所定の操作が行なわれると、手動再生開始操作があると判定され（Ｓ１００にてＹＥＳ）、ＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（０）よりも大きいと判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、アイドルアップ制御が実行される（Ｓ１０４）。そして、水温Ｔｗがしきい値Ｔｗ（０）よりも大きいと判定される場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、第１昇温制御が実行される（Ｓ１０８）。

そして、排気温度Ｔｅｘ１がしきい値よりも大きいと判定される場合には（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、燃料添加量が算出され（Ｓ１１２）、燃料添加制御が実行され（Ｓ１１４）、昇温代が算出される（Ｓ１１６）。

平地環境下での運転時であって、かつ、酸化触媒５６ａの非劣化時においては、図４（Ｂ）の破線に示すように、昇温代がしきい値αよりも大きくなるため（Ｓ１１８にてＮＯ）、第２昇温制御は実行されない。

一方、高地環境下での運転時であるか、あるいは、酸化触媒５６ａの劣化時においては、図４（Ｂ）の実線に示すように、昇温代がしきい値αよりも小さくなるため（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、エンジン回転数ＮＥの変動量ΔＮＥがしきい値ΔＮＥ（０）よりも小さい場合には（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、実昇温代と目標昇温代との差分が算出されるとともに（Ｓ１２２）、第２昇温制御が実行される。

図５は、第２昇温制御における制御装置２００の詳細な動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。図５には、排気温度Ｔｅｘ２の変化（ＬＮ１）と、昇温代の変化（ＬＮ２）と、吸気絞り弁２９の閉度の変化（ＬＮ３）と、吸入空気量Ｑｉｎの変化（ＬＮ４）と、エンジン回転数ＮＥの変動量ΔＮＥの変化（ＬＮ５）とが示される。

たとえば、時間Ｔ（０）にて、第２昇温制御が実行される場合を想定する。このとき、αが目標昇温代として設定されているものとする。この場合、制御装置２００は、時間Ｔ（０）以降において、実昇温代と目標昇温代との差分の大きさに応じた量だけ吸気絞り弁２９の閉度を大きくする制御を実行する。時間Ｔ（０）直後においては、図４のＬＮ２に示すように、実昇温代と目標昇温代との差分の大きさが最も大きく、時間の経過とともに実昇温代と目標昇温代との差分の大きさが減少していく。そのため、吸気絞り弁２９の閉度は、図４のＬＮ３に示すように、時間Ｔ（０）直後において単位時間当たりの閉度の増加量（傾き）が大きく、実昇温代と目標昇温代との差分の大きさの減少に応じて単位時間当たりの閉度の増加量が小さくなる（傾きが緩やかになる）。吸気絞り弁２９の閉度が大きくなるにつれて、図４のＬＮ４に示すように吸入空気量が減少していく。そのため、気筒１２における燃料の着火時期が遅れることになるため、排気温度Ｔｅｘ１が上昇する。その結果、図４のＬＮ１に示すように排気温度Ｔｅｘ２も上昇していくこととなる。このとき、図４のＬＮ５に示すように、エンジン回転数ＮＥの変動量ΔＮＥがしきい値ΔＮＥ（０）よりも小さい範囲においては、吸気絞り弁２９の閉度は、昇温代が目標昇温代αを超えるまで増加することになる。

このようにして、第２昇温制御が実行されることによって、図４（Ｃ）の一点鎖線に示すように、排気温度Ｔｅｘ１が上昇することによって、酸化触媒５６ａに流入する排気の温度が上昇する。これにより、酸化触媒５６ａの温度を上昇させて酸化反応の速度が上昇する。その結果、昇温代が増加することとなる。なお、エンジン回転数ＮＥの変動量ΔＮＥがしきい値ΔＮＥ（０）を超える場合には、エンジン１において失火が発生していると判定され、第２昇温制御が中止あるいは中断されることとなる。

以上のようにして、本実施の形態に係る排気処理システムによると、燃料の添加による昇温代がしきい値αよりも小さい場合には、昇温代がしきい値αよりも大きい場合よりも燃料の着火時期が遅らせられる。そのため、酸化触媒５６ａに流入する排気の温度を上昇させることができる。酸化触媒５６ａに流入する排気の温度を上昇させることによって、酸化触媒５６ａの温度を上昇させて酸化反応の速度を上昇させることができる。これにより酸化触媒５６ａを活性化させてＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気の温度を適切に昇温させることができる。したがって、高地環境下での運転時や酸化触媒の劣化時においてＰＭ除去フィルタに流入する排気温度を適切に昇温する排気処理システムを提供することができる。

以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態では、吸入空気量Ｑｉｎが減少するように吸気絞り弁２９を制御することによって気筒１２における燃料の着火時期を遅らせる制御を第２昇温制御の一例として説明したが、気筒１２における燃料の着火時期を遅らせる第２昇温制御としては、吸気絞り弁２９の制御に特に限定されるものではない。制御装置２００は、たとえば、気筒１２に燃料を供給する時期を遅らせる制御を第２昇温制御として実行してもよい。制御装置２００は、たとえば、昇温代がしきい値αよりも小さい場合には、昇温代がしきい値αよりも大きい場合よりも気筒１２に燃料を供給する時期を遅らせる。また、制御装置２００は、たとえば、目標昇温代と実昇温代との差の大きさが大きくなるほど燃料噴射時期を遅らせるようにしてもよい。このようにしても着火時期を遅らせることができるため、酸化触媒５６ａに流入する排気の温度を上昇させることができる。あるいは、吸気絞り弁２９の制御と燃料噴射時期の制御とを第２昇温制御として実行してもよい。

さらに上述の実施の形態では、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの手動再生を開始した時点（たとえば、アイドルアップ制御を開始した時点）から予め定められた時間が経過した場合にＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（１）よりも小さいと判定するものとして説明したが、たとえば、ＰＭ除去フィルタ５６ｂのＰＭ堆積量を推定し、推定されたＰＭ堆積量がしきい値ＰＭ（１）よりも小さいか否かを判定してもよい。制御装置２００は、たとえば、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの上流と下流との圧力差を検出し、検出された圧力差に基づいてＰＭ除去フィルタ５６ｂにおけるＰＭ堆積量を推定してもよい。

さらに上述の実施の形態では、制御装置２００は、手動再生スイッチ２０４への所定の操作によって手動再生の実行を受け付けるものとして説明したが、たとえば、図示しないタッチパネルへの所定の操作によって手動再生の実行を受け付けてもよい。

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ エンジン、１０ エンジン本体、１２ 気筒、１４ コモンレール、１６ インジェクタ、２０ エアクリーナ、２２，２４，２７ 吸気管、２６ インタークーラ、２８ 吸気マニホールド、２９ 吸気絞り弁、３０ 過給機、３２ コンプレッサ、３４ コンプレッサホイール、３６ タービン、３８ タービンホイール、４２ 連結軸、５０ 排気マニホールド、５２，５４，５８ 排気管、５６ 排気処理装置、５６ａ 酸化触媒、５６ｂ ＰＭ除去フィルタ、５６ｃ 燃料添加装置、６０ ＥＧＲ装置、６２ ＥＧＲバルブ、６４ ＥＧＲクーラ、６６ ＥＧＲ通路、７０，７２ 排気温度センサ、２００ 制御装置、２０２ エンジン回転数センサ、２０４ 手動再生スイッチ、２０６ 水温センサ、２０８ エアフローメータ、２１０ 燃料ポンプ、２１２ 燃料フィルタ、２１４ 燃料タンク。

Claims (3)

1. 気筒内の燃料を着火させて作動するエンジンの排気を浄化する排気処理システムであって、
   前記エンジンの排気通路に設けられる酸化触媒と、
   前記排気通路における前記酸化触媒よりも上流の位置に設けられ、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加装置と、
   前記排気通路における前記酸化触媒よりも下流の位置に設けられ、前記排気通路を流通する排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタに捕集された前記粒子状物質の堆積量が堆積量判定値よりも大きい場合、前記燃料添加装置を用いて前記排気通路内に燃料を添加して、前記フィルタを再生する再生制御を実行する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記酸化触媒の上流の排気温度および下流の排気温度を取得し、下流の排気温度から上流の排気温度を減算して、前記燃料添加装置を用いた燃料の添加による、前記酸化触媒の上流の排気温度に対する前記酸化触媒の下流の排気温度の昇温代を算出し、前記昇温代が、しきい値よりも小さい場合には、前記昇温代が前記しきい値よりも大きい場合よりも前記気筒における燃料の着火時期を遅らせるように前記エンジンを制御する、排気処理システム。
2. 前記制御装置は、前記昇温代が前記しきい値よりも小さい場合には、前記昇温代が前記しきい値よりも大きい場合よりも前記気筒に燃料を供給する時期を遅らせる、請求項１に記載の排気処理システム。
3. 前記エンジンは、吸気通路に設けられる吸気絞り弁を有し、
   前記制御装置は、前記昇温代が前記しきい値よりも小さい場合には、前記昇温代が前記しきい値よりも大きい場合よりも前記吸気通路を流通する空気量が減少するように前記吸気絞り弁を制御する、請求項１または２に記載の排気処理システム。

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