KR20150103733A

KR20150103733A - 내연 기관의 제어 장치

Info

Publication number: KR20150103733A
Application number: KR1020157021161A
Authority: KR
Inventors: 다카노리 우에다
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-09-11
Also published as: CN104981599A; EP2955356A4; US9702311B2; KR101764041B1; WO2014123154A1; JPWO2014123154A1; RU2610437C1; EP2955356A1; JP5862809B2; BR112015018859A2; US20150369155A1

Abstract

내연 기관의 제어 장치는, 산화 기능을 갖는 촉매의 하류에 필터를 구비하는 내연 기관의 제어 장치이며, 상기 필터의 재생을 행할 때의 상기 촉매의 하류측에 있어서의 배기 온도 상승 요구에 기초하여, 상기 촉매에 유입되는 배기 가스 중의 산소 농도를 저하시키는 산소 농도 저하 제어를 행하는 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 내연 기관에서 연소하는 연료 중의 S 농도값을 취득하는 수단을 구비하고, 상기 S 농도값에 기초하여, 상기 산소 농도를 설정한다. 이에 의해, 필터 재생을 행하면서, SO₃이 H₂O과 결부됨으로써 발생하는 백연을 억제한다.

Description

내연 기관의 제어 장치 {CONTROL DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 내연 기관의 배기에 포함되는 SO₂(이산화황)이 산화 촉매에 있어서 SO₃(삼산화황)으로 되고, 또한 H₂O(물)과 반응함으로써, H₂SO₄으로 되는 것이 알려져 있다. H₂SO₄은, 백연(술페이트백연)으로 되어 대기 중에 배출되는 경우가 있다. 이와 같은 화학 반응에 대해서는, 특허문헌 1에도 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 또한 배기 가스 온도가 소정 온도 이상으로 되고, 산화 촉매 내에 잉여 산소가 많을수록 SO₃이 발생하기 쉬운 것, 이것에 기인하는 SO₃ 황산 미스트의 급격한 증가를 피하기 위해, 잉여의 산소를 감소시키는 것이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 소 53-100314호 공보

상술한 바와 같이 SO₃은, H₂O과 반응함으로써 H₂SO₄으로 된다. 산화 촉매는, SOx를 흡착하는 성질도 있다. 이로 인해, 산화 촉매와 함께 설치되고, PM(Particulate Matter)을 보족하는 필터(예를 들어, DPF; Diesel Particulate Filter)를 재생할 때에 대량의 백연이 발생할 가능성이 있다. 즉, 내연 기관에서 연소되는 연료에 포함되는 유황 성분(S 성분)과, 산화 촉매에 흡착되어 있고 필터 재생 요구에 수반되는 배기 온도 상승에 기인하여 탈리한 흡착 SOx가 백연으로 될 가능성이 있다. 상기 특허문헌 1에는, 상술한 바와 같이, 백연 발생의 요인으로 되는 SO₃의 발생을 억제하기 위해, 잉여의 산소를 감소시키는 것이 개시되어 있다. 그런데, 한편, 필터에 있어서의 PM 재생에는 산소가 필요하여, 과잉으로 산소량을 감소시키면, 필터의 PM 재생에 필요로 되는 산소량이 확보되지 않아, PM 재생에 영향을 미치는 것이 생각된다. 상기 특허문헌에서는, PM 재생 등의 필터 재생에 대해서는, 전혀 고려되어 있지 않고, 필터 재생을 행하면서, 백연의 발생을 적절하게 억제하는 것은 곤란하다고 생각된다.

따라서, 본 명세서 개시의 내연 기관의 제어 장치는, 필터 재생을 행하면서, SO₃이 H₂O과 결부됨으로써 발생하는 백연을 억제하는 것을 과제로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 명세서에 개시된 내연 기관의 제어 장치는, 산화 기능을 갖는 촉매의 하류에 필터를 구비하는 내연 기관의 제어 장치이며, 상기 필터의 재생을 행할 때의 상기 촉매의 하류측에 있어서의 배기 온도 상승 요구에 기초하여, 상기 촉매에 유입되는 배기 가스 중의 산소 농도를 저하시키는 산소 농도 저하 제어를 행하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 내연 기관에서 연소하는 연료 중의 S 농도값을 취득하는 수단을 구비하고, 상기 S 농도값에 기초하여, 상기 산소 농도를 설정한다. 배기 경로 중에 설치되고, 산화 기능을 갖는 촉매의 하류에 배치된 필터를 재생할 때에, 산소가 필요해진다. 한편, 산소 농도가 지나치게 높으면, S 성분을 포함한 연료가 연소한 것에 기인하여 생성된 SO₂이 산화되어 SO₃이 생성된다. 마찬가지로, 촉매나 필터에 퇴적되어 있었던 유황(S) 성분도 탈리, 산화됨으로써 SO₃으로 된다. 이와 같이 하여 생성된 SO₃은, H₂O과 결부되어 H₂SO₄으로 되어 미스트화, 즉, 백연으로 된다. 따라서, 필터에 퇴적된 물질, 주로 PM(Particulate Matter)의 재생을 할 때의, 배기 온도 상승 요구가 인정된 경우에, SO₃이 H₂O과 결부됨으로써 발생하는 백연을 억제하기 위해 산소 농도 저하 제어를 행한다. 이에 의해, 백연의 발생을 억제할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 S 농도값에 따른 상기 산소 농도의 상한 역치를 설정하도록 해도 된다. 또한, 상기 제어부는, 상기 S 농도값이 높을수록, 상기 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을 길게 설정하도록 해도 된다. 연료 중의 S 농도값에 의해, 백연의 발생 상황이 상이한 것을 고려한 것이다.

또한, 상기 제어부는, 상기 산소 농도 저하 제어에 있어서, 상기 배기 가스 중의 산소 농도를, 미리 설정된 고정값으로 해도 된다. 이 고정값은, 미리 복수 설정된 값 중에서 선택된 값으로 해도 된다. 또한, 상기 제어부는, 상기 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을, 미리 설정된 고정 기간으로 제어해도 된다. 내연 기관에 사용되는 연료의 S 농도값이 기지인 경우나 상정되어 있는 경우에는, 미리 적합에 의해, 그 S 농도값에 대응시킨 산소 농도, 산소 농도 저하 제어의 실시 기간으로 할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 산소 농도 저하 제어에 있어서, 상기 배기 가스 중의 산소 농도를, 상기 내연 기관에서 연소하는 연료의 S 농도값에 대응시켜 설정된 값으로 제어해도 된다. 또한, 상기 제어부는, 상기 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을, 상기 내연 기관에서 연소하는 연료의 S 농도값에 대응시켜 설정된 기간으로 제어해도 된다.

본 명세서에 개시된 내연 기관의 제어 장치에 의하면, 필터 재생을 행하면서, 백연의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 실시 형태의 내연 기관의 개략 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는 비교예의 PM 생성을 행할 때의 타임차트 일례이다.
도 3은 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 행하는 PM 재생의 타임차트의 일례이다.
도 4는 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 행하는 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 퇴적 S량과 연료 S 농도값의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 6은 연료 S 농도값과 백연 억제 목표 A/F의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 백연의 발생 상황을 나타내는 그래프이다.
도 8은 연료 S 농도값과 산소 농도 저하 제어 실시 기간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 PM 재생 시 A/F가 백연에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 10의 (A)는 미리 설정된 도착지마다의 고정값의 후보가 저장된 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이며, 도 10의 (B)는 도착지에 맞추어 고정값을 설정하는 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 도면 중, 각 부의 치수, 비율 등은, 실제의 것과 완전히 일치하게 도시되어 있지는 않은 경우가 있다. 또한, 도면에 따라서는 세부가 생략되어 도시되어 있는 경우도 있다.

(실시 형태)

도 1은 실시 형태의 내연 기관(1)의 개략 구성을 도시하는 설명도이다. 내연 기관(1)은 엔진 본체(2)와 내연 기관의 제어 장치(이하, 제어 장치라고 함)(3)를 구비한다. 엔진 본체(2)에는, 흡기 통로(4)와 배기 통로(5)가 접속되어 있다. 엔진 본체(2)에는, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 통로(6)의 일단부가 접속되어 있다. EGR 통로(6)의 타단부는, 흡기 통로(4)에 접속되어 있다. EGR 통로(6)에는, EGR 쿨러(7)와 EGR 밸브(8)가 배치되어 있다. 흡기 통로(4)에는, 스로틀(9)이 배치되어 있다. 배기 통로(5)에는, DOC(Diesel Oxidation Catalyst)(10)가 배치되어 있다. DOC(10)는, 산화 기능을 갖는 촉매이다. 배기 통로의 DOC(10)의 하류측에는, DPF(Diesel Particulate Filter)(11)가 배치되어 있다. DPF(11)는, PM을 보족하는 필터이다.

엔진 본체(2)와 DOC(10) 사이의 배기 통로(5)에는, 상류측부터 순서대로 SOx 센서(12), 배기 첨가 연료 밸브(13), 제1 온도 센서(14)가 배치되어 있다. SOx 센서(12)는 이후에 설명하는 A/F 센서(17)와 함께, 내연 기관(1), 보다 구체적으로 엔진 본체(2)에서 연소하는 연료 중의 S 농도값(이하, 연료 S 농도값이라고 함)을 취득하는 수단에 포함된다. 배기 첨가 연료 밸브(13)는 배기 통로(5) 중에 연료를 분사함으로써, 배기 가스에 연료를 첨가한다. 연료가 첨가된 배기 가스는, DOC(10)에서 연소되고, 고온의 배기 가스로 된다. 제1 온도 센서(14)는 DOC(10)에 도입되는 배기 가스의 온도(DOC 온도, 촉매 함유 가스 온도)를 측정한다.

DOC(10)와 DPF(11) 사이의 배기 통로(5)에는, 제2 온도 센서(15)가 배치되어 있다. 제2 온도 센서(15)는 DPF(11)에 도입되는 배기 가스의 온도(DPF 온도)를 측정한다.

DPF(11)의 하류측의 배기 통로(5)에는, 상류측부터 순서대로 제3 온도 센서(16) 및 A/F 센서(17)가 배치되어 있다. 제3 온도 센서(16)는 DPF(11)로부터 배출된 배기 가스의 온도를 측정한다. 이 제3 온도 센서(16)의 측정값과, 제2 온도 센서(15)의 측정값으로부터 DPF 온도, 즉, 촉매 상온 Tm을 파악한다. A/F 센서(17)는 배기 A/F를 측정한다. A/F 센서(17)는 상술한 바와 같이, SOx 센서(12)와 함께, 연료 S 농도값을 취득하는 수단에 포함된다. 연료 S 농도값과 배기 중의 SOx 농도는, 상관성을 갖는다. 이로 인해, SOx 센서(12)에 의해 검출된 배기 중의 SOx 농도값과, 배기 A/F로부터, 적합에 의해, 연료 S 농도값을 산출할 수 있다. 또한, 엔진 본체(2)로부터 배출되는 SOx는, 거의 SO₂이므로, SOx 센서는, SO₂ 센서를 사용하면 된다.

내연 기관(1)은 ECU(Electronic Control Unit)(18)를 구비한다. ECU(18)는, 내연 기관(1)에 있어서의 다양한 제어를 행한다. 또한, 제어 장치(3)에도 포함되고, 제어 장치(3)의 제어부로서 기능한다. ECU(18)는, EGR 밸브(8), 스로틀(9), SOx 센서(12), 배기 첨가 연료 밸브(13), 제1 온도 센서(14), 제2 온도 센서(15), 제3 온도 센서(16) 및 A/F 센서(17)와 전기적으로 접속되어 있고, 제어 장치(3)를 형성하고 있다.

제어부로서 기능하는 ECU(18)는, DPF(11)의 재생을 행할 때의 DOC(10)의 하류측에 있어서의 배기 온도 상승 요구, 보다 구체적으로, DPF(11)에 있어서의 PM 재생 요구에 기초하여 DOC(10)에 유입되는 산소 농도를 저하시키는 산소 농도 저하 제어를 행한다. 산소 농도 저하 제어는, 배기 온도 상승 요구의 성립 조건이 정립된 타이밍에서 실시되지만, 배기 온도 상승 요구의 성립 조건이 정립되는 것이 예측되는 단계에서 실시하도록 해도 된다.

도 2를 참조하면, 비교예로서 통상의 PM 재생 차트의 일례가 나타내어져 있다. 도 2를 참조하면, PM 재생 시의 A/F는 린 영역에 설정되어 있다. PM 생성을 행하기 위해서는, 상온이 PM 재생 목표 온도까지 상승할 필요가 있지만, 급격하게 A/F를 변화시키면 상온이 과잉으로 상승할 가능성이 있기 때문에, A/F를 서서히 변화시키고 있다. 구체적으로, 린 영역에 있는 A/F를 서서히 PM 재생 시 A/F에 근접시켜, 상온을 온도 T1, 온도 T2, 온도 T3으로 단계적으로 상승시키고, 최종적으로 PM 재생 목표 온도 Ttrg에 도달시키고 있다. PM 재생 시 A/F에 도달하면, 거의 PM 재생 목표 온도 Ttrg에 도달하고, PM 재생이 진행된다. 여기서, A/F의 변화의 방향은, 린측으로부터 스토이키를 향하는 방향, 바꾸어 말하면, 산소 농도를 저하시키는 방향이다.

이에 대해, 도 3을 참조하면, 본 실시 형태의 PM 재생 차트의 일례가 나타내어져 있고, A/F는, PM 재생 조치의 초기에 있어서 리치 상태를 향하는 측으로 제어되어 있다. 즉, PM 재생 조치의 초기에 있어서 산소 농도를 저하시키는 방향으로 제어되어 있다. 여기서, 산소 농도를 저하시키는 방향으로의 제어는, 산소 농도를 저하시키는 제어가 이루어져 있으면 된다. 즉, 산소 농도 저하 제어는, 스토이키를 초과하여 리치 상태로 되는 경우뿐만 아니라 스토이키 상태에 근접하는 경우도 포함된다. 도 3을 참조하면, 본 실시 형태에서는, 스토이키의 전후의 범위를 기준으로 하여 백연 억제 A/F가 설정되어 있다. 이 백연 억제 A/F는, 상온이 DOC(10)나 DPF(11)에 퇴적된 유황(S)을 탈리시키는 퇴적 S 탈리 온도 T0을 향하도록 설정되어 있다. 보다 구체적으로는, 목표로 하는 온도에 일정한 폭을 갖게 하고, 상온이 퇴적 S 탈리 온도 T0으로부터 T0＋α로 되도록 백연 억제 A/F가 설정되어 있다. 본 실시 형태에서는, PM 재생 조치의 초기의 백연 억제 실시 기간, 즉, 산소 농도 저하 제어 실시 기간 중에, 백연 억제 A/F로 되도록 제어함으로써, 산소 농도를 저하시킨 상태에서 S 탈리를 행하고, 백연의 발생을 억제한다. 산소 농도 저하 제어 실시 기간을 경과한 후에는 도 2에 나타내는 비교예와 마찬가지로 상온을 온도 T1, 온도 T2, 온도 T3으로 단계적으로 상승시키고, 최종적으로 PM 재생 목표 온도 Ttrg에 도달시킨다. 이에 의해, PM 재생을 완료시킨다.

이와 같이, 산소 농도 저하 제어를 행함으로써, 배기 가스 중의 잔존 산소량이 감소하기 때문에, 백연으로서 인식되는 H₂SO₄의 발생 요인으로 되는 SO₃의 생성을 억제할 수 있다. 산소 농도 저하 제어는, 이하의 조치를 포함한다. 각각의 조치의 의도는 이하와 같다.

ECU(18)는, 연료 S 농도값에 기초하여, 산소 농도를 설정한다. 이것은, 연료 S 농도값에 대응하여 배기 중의 S 농도가 높아지는 것을 고려한 것이다. 또한, ECU(18)는, 연료 S 농도값에 따라 산소 농도의 상한 역치를 설정한다. 산소 농도의 상한값이라 함은, 바꾸어 말하면, 린의 상한값이다. 린으로 된다고 하는 것은, 상대적으로 공기량이 증가하는 것이기 때문에, 산소 농도의 상한값이 설정된다고 하는 것은, 공기량을 지나치게 많게 하지 않는 것을 의도하고 있다. 엔진 본체(2)로부터 배출되는 SO₂이나, DOC(10)나 DPF(11)에 퇴적된 SO₂이 산화되면 SO₃이 생성된다. 배기 가스 중의 S 농도는, 연료 S 농도값에 따라 높아지기 때문에, 연료 S 농도값에 따라 산소 농도의 상한값을 설정하면, 효과적으로 SO₃의 생성을 억제할 수 있다.

또한, SO₃의 농도가 어느 역치(백연 발생 역치)를 초과하면 백연이 생성되었다고 인식되는 것을 알 수 있다. SO₃의 농도가, 백연 생성 역치를 초과하고 있는 기간은, 연료 S 농도값에 따라 상이한 것을 알 수 있다. 구체적으로, 연료 S 농도값이 높을수록, SO₃의 농도가, 백연 생성 역치를 초과하고 있는 기간이 길다. 따라서, ECU(18)는, 연료 S 농도값이 높을수록, 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을 길게 설정한다.

다음으로, 도 4에 나타내는 흐름도를 참조하여, 제어 장치(3)가 행하는 제어의 일례에 대해 설명한다.

먼저, 스텝 S1에서는, PM 재생 개시 요구가 있는지의 여부를 판단한다. PM 재생 요구가 있었는지의 여부는, 그 시점까지의 PM 퇴적량의 추정값에 의해 판단한다. 즉, PM 퇴적량의 추정값이 미리 정해진 역치를 초과하고 있는 경우에는, "예"라고 판단한다. PM 퇴적량은, 순간순간의 엔진 본체(2)의 가동 상태로부터 구해지는 PM 발생량을 적산하는, 즉, 연료의 분사 이력에 기초하여 PM 발생량을 적산함으로써 산출한다. 스텝 S1에서 "예"라고 판단된 때는, PM 재생 제어를 개시함과 함께, 스텝 S2로 진행된다. 한편, 스텝 S1에서 "아니오"라고 판단된 때는, 스텝 S1에서 "예"라고 판단될 때까지 스텝 S1의 처리를 반복한다. PM 재생할 때는, DOC(10)(촉매)의 하류측에 있어서의 배기 온도 상승 요구가 이루어지기 때문에, PM 재생 제어에서는, 배기 가스의 상태를 연소 모드로 하고, PM 재생이 행해지는 상태에 근접시키기 위해, A/F를 제어한다. A/F는, EGR 밸브(8)나 스로틀(9)의 개방도를 조절함으로써 제어된다. PM 재생 시의 A/F의 제어는, 예를 들어 맵을 참조함으로써 행해진다.

스텝 S2에서는, 상온을 상승시키기 위한 배기 연료 첨가 조건이 충족되어 있는지의 여부를 판단한다. 구체적으로, 제1 온도 센서(14)에 의해 측정된 촉매 함유 가스 온도가 역치 Ta를 상회하고 있는지의 여부를 판단한다. 이 역치 Ta는, 첨가된 연료가 연소 가능 상태로 될 수 있는지의 여부의 관점에서 설정되어 있다. 스텝 S2에서 "예"라고 판단된 때는, 스텝 S3으로 진행된다. 스텝 S2에서 "아니오"라고 판단된 때는, 스텝 S2에서 "예"라고 판단될 때까지, 스텝 S2의 처리를 반복한다.

스텝 S3에서는, 연료 S 농도값을 취득한다. 즉, 상기한 바와 같이 SOx 센서(12)와 A/F 센서(17)의 측정값에 기초하여 연료 S 농도값을 취득한다. 또한, SOx 센서(12) 대신에 연료 성상 센서를 설치하고, 이 연료 성상 센서의 측정값으로부터 연료 S 농도값을 구하도록 해도 된다.

스텝 S3에 이어서 행해지는 스텝 S4에서는, 백연 억제 목표 A/Ftrg 및 산소 농도 저하 제어 실시 기간 τtrg를 읽어들인다. 여기서, DOC(10)나 DPF(11)에 있어서의 퇴적 S량과 연료 S 농도값의 관계에 대해 상세하게 설명한다. 도 5를 참조하면, 연료 S 농도값이 다른 3종류의 연료에 대해, 차량의 주행 거리와 퇴적 S량의 관계가 나타내어져 있다. 연료 S 농도값은, 2000ppm, 500ppm 및 50ppm의 3종류이다. 도 5를 참조하면, 퇴적 S량은, 연료 S 농도값이 높아질수록 많아지는 것을 알 수 있다. 퇴적 S량이 많으면, 이것에 대응하여 PM 재생 시에 S 방출량이 증가한다. 따라서, 연료 S 농도값이 높을수록, SO₃이 발생하기 쉽고, 백연이 발생하기 쉬운 상태이다. 이와 같이, 연료 S 농도값이 높으면 SO₃, 나아가서는, 백연이 다량으로 발생할 가능성이 있다. 바꾸어 말하면, 연료 S 농도값이 그다지 높지 않으면, 과도하게 리치 방향으로 제어할 필요는 없다. 따라서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 연료 S 농도값에 따른 백연 억제 목표 A/Ftrg를 설정하고 있다. 구체적으로, 연료 S 농도값이 높아질수록 백연 억제 목표 A/Ftrg를 리치측으로 제어한다. 이에 의해, 연료 S 농도값에 따른 백연 대책으로 한다. 도 6을 참조하면, 백연 억제 목표 A/Ftrg의 상한 역치를 설정하고 있다. 구체적으로, 연료 S 농도값에 따른 기준 A/F의 ±α의 범위를 백연 억제 목표 A/Ftrg의 허용 범위로 하고 있다. 백연 억제 목표 A/Ftrg보다도 리치측이라면, 백연의 억제가 가능하지만, 연료 S 농도값에 따른 산소 농도의 상한값을 설정함으로써, 린 또는, 린에 가까운 상태에서 DPF(11)에 산소를 공급하면서, 백연의 발생을 억제할 수 있고, 연비의 악화를 억제할 수 있다. 또한, ±α의 범위로 하고 있는 것은, A/F를 정확하게 도모한 값으로 제어하는 것은 곤란한 것을 고려한 것이다.

다음으로, 도 7을 참조하여, 연료 S 농도값의 상위에 의한 백연의 발생 상황의 상위에 대해 설명한다. 백연의 원인으로 되는 SO₃은, 촉매 상온의 상승에 수반하여 발생하는 것을 알 수 있다. 그리고, SO₃의 농도가 소정의 역치(백연 발생 역치)를 초과하면, 백연이 인식되게 된다. 도 7을 참조하면, SO₃이 백연 발생 역치를 초과하는 백연 발생 기간은, 연료 S 농도값이 높을수록 장기간인 것을 알 수 있다. 따라서, 백연을 효과적으로 억제하기 위해서는, SO₃이 백연 발생 역치를 초과하는 백연 발생 기간을 고려하여, 도 8에 나타내는 바와 같이, 연료 S 농도값이 높을수록, 산소 농도 저하 제어 실시 기간 τtrg를 장기로 설정하는 것이 필요해진다.

스텝 S4에 이어서 행해지는 스텝 S5에서는, A/F 센서(17)에 의해 측정한 A/Fm이 도 6에 나타내는 백연 억제 목표 A/Ftrg＋α 이하인지의 여부를 판단한다. 스텝 S5에서 "아니오"라고 판단된 때는 스텝 S6으로 진행된다. 스텝 S6에서는, 그 시점의 EGR량으로서 계산된 값인 EGRm이 허용되는 EGR량인 EGRmax보다도 적은지의 여부를 판단한다. 스텝 S6에서 "예"라고 판단된 때는, 스텝 S7로 진행된다. 스텝 S7에서는, ΔEGR분의 EGR 추가 증량을 행한다. 또한, EGR을 증량하는 것은, 산소 농도를 저하시키는 조치의 하나이다. 한편, 스텝 S6에서 "아니오"라고 판단된 때는, 스텝 S8로 진행된다. 스텝 S8에서는, ΔQad분의 배기 첨가 연료의 증량을 행한다. 또한, 배기 첨가 연료를 증량하는 것은, 산소 농도를 저하시키는 조치의 하나이다. 스텝 S8에서 배기 첨가 연료의 증량을 행하는 경우에는, 그 시점에서의 배기 첨가 연료량으로부터 ΔQad분만큼 증량한 새로운 배기 첨가 연료량으로 설정한다. 스텝 S6∼스텝 S8은, 산소 농도 저하 제어의 중심으로 되는 부분이다. 스텝 S6∼스텝 S8의 조치는, 스텝 S5에서 "아니오"라고 판단된 때는, 백연 억제 목표 A/Ftrg의 허용 범위, 즉, 산소 농도의 상한값을 초과하고 있으므로, 산소 농도를 저하시키는 취지이다. 그 수단으로서, 스텝 S7에서는, EGR 증량을 행하여 공기량을 저하시키고 있다. 스텝 S8에서는, EGR량에 의한 제어를 할 수 없는 점에서, 연료를 첨가함으로써, A/F를 저하시키고 있다. 따라서, 스텝 S7의 EGR 추가 증량의 개시 시점, 또는 스텝 S8의 배기 첨가 연료량 증량의 개시 시점이, 산소 농도 저하 제어의 개시 시점으로 되고, 이 개시 시점부터 경과 시간 τm의 계측이 개시된다. 스텝 S7, 스텝 S8의 처리가 종료된 후에는, 스텝 S5로부터의 처리를 반복한다.

한편, 스텝 S5에서 "예"라고 판단된 때는, 스텝 S9로 진행된다. 스텝 S9에서는, A/F 센서(17)에 의해 측정한 A/Fm이 백연 억제 목표 A/Ftrg-α 이하인지의 여부를 판단한다. 스텝 S9에서 "아니오"라고 판단된 때는 스텝 S10으로 진행된다. 스텝 S11에서는, ΔQad가 0보다 큰지의 여부, 즉, 배기 첨가 연료의 증량이 행해지고 있는 상태인지의 여부를 판단한다. 스텝 S10에서 "예"라고 판단된 때는, 스텝 S11로 진행된다. 스텝 S11에서는, 증가하고 있었던 ΔQad의 배기 첨가 연료의 감량을 행한다. 즉, 그 시점에서의 배기 첨가 연료량으로부터 ΔQad분만큼 저감시킨 새로운 배기 첨가 연료량으로 설정한다. 한편, 스텝 S10에서 "아니오"라고 판단된 때는, 스텝 S12로 진행된다. 스텝 S12에서는, ΔEGR분의 EGR 감량을 행한다. 스텝 S10∼스텝 S12의 조치는, 스텝 S9에서 "아니오"라고 판단된 때는, 백연 억제 목표 A/Ftrg의 허용 범위를 초과하고 있으므로, 적정한 공기 농도를 유지하는 취지이다. 그 수단으로서, 스텝 S11에서는, 배기 첨가 연료의 감량을 행하고 있다. 스텝 S12에서는, 배기 첨가 연료에 의한 제어를 할 수 없는 점에서, EGR량을 감량하여, A/F를 유지하고 있다. 스텝 S11, 스텝 S12의 처리가 종료된 후에는 스텝 S5로부터의 처리를 반복한다.

또한, 백연의 발생을 억제하는 관점에서는, 산소 농도의 하한값을 설정하는 것은 중요시되는 것은 아니지만, 산소 농도가 지나치게 낮아지면, CO, HC, H₂S나 PM의 증가의 가능성이 있으므로, A/F는, 적당한 범위에 유지되어 있는 것이 바람직하다.

스텝 S5∼스텝 S12까지의 처리가 행해짐으로써, 백연 억제 목표 A/Ftrg는 허용 범위 내로 제어된다. 또한, 이와 같이 백연 억제 목표 A/Ftrg가 제어된 때에, 촉매 온도는 거의 퇴적 S 탈리 온도로 되도록 설정되어 있다.

한편, 스텝 S9에서 "예"라고 판단된 때는, 스텝 S13으로 진행된다. 스텝 S13에서는, 산소 농도 저하 제어의 실시가 개시된 시점, 즉, 스텝 S7의 EGR 추가 증량의 개시 시점, 또는 스텝 S8의 배기 첨가 연료량 증량의 개시 시점으로부터 경과 시간 τm이 스텝 S4에서 읽어들인 산소 농도 저하 제어 실시 기간 τtrg 이상으로 되었는지의 여부를 판단한다. 스텝 S13에서 "아니오"라고 판단된 때는, 스텝 S5로부터의 처리를 반복한다. 한편, 스텝 S13에서 "예"라고 판단된 때는, 스텝 S14로 진행된다.

스텝 S14에서는, 측정한 촉매 상온 Tm이 온도 Tmax 이상으로 되었는지의 여부를 판단한다. 온도 Tmax는, PM 재생 이행 시의 최고 온도로 되는 온도이며, 도 3에 나타내는 T1에 상당한다. 스텝 S14에서 "아니오"라고 판단된 때는, 스텝 S15로 진행된다. 스텝 S15에서는, 배기 첨가 연료를 감량하고, A/F를 린측으로 이행시킨다. 즉, 그 시점에서의 배기 첨가 연료량으로부터 ΔQad분만큼 저감시킨 양을 새로운 배기 첨가 연료량으로 설정하여 A/F를 린측으로 이행시킨다. 스텝 S14에서 "예"라고 판단된 때는, 스텝 S16의 처리를 행한다. 즉, 도 2에서 나타낸 바와 같은, 통상의 PM 재생 제어로 이행한다. 즉, 상온을 온도 T1, 온도 T2, 온도 T3으로 단계적으로 상승시키고, 최종적으로 PM 재생 목표 온도 Ttrg에 도달시킨다. 이에 의해, PM 재생을 완료시킨다. 스텝 S16은 서브루틴으로 되어 있지만, 그 서브루틴이 종료되면, 처리는 종료로 된다(종료).

이상이, 제어 장치(3)가 행하는 제어의 일례이다. 여기서, PM 재생 시의 A/F가 백연에 미치는 영향에 대해 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9는 PM 재생 시 A/F가 백연에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 도 9를 참조하면, PM 재생 시 A/F가 리치에 근접할수록, SO₃의 농도가 저하되고, 백연 발생 역치를 하회하게 되는 것을 알 수 있다. 또한, 이 SO₃의 농도의 저하에 수반하여 백연 농도도 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 예를 들어, EGR량을 증량하는 등의 산소 농도 저하 제어를 행하고, PM 재생 시 A/F를 a점으로부터 b점으로 이행시킴으로써, 백연의 발생이 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 이상으로부터, 도 4를 참조하여 설명한 상기 제어와 같이, 백연 억제 목표 A/Ftrg의 허용 범위로 A/F를 제어함으로써, 백연의 억제를 하면서, PM 재생을 실현할 수 있다.

(변형예)

내연 기관에 사용되는 연료의 S 농도값이 기지인 경우나 상정되어 있는 경우에는, 미리 적합에 의해, 그 S 농도값에 대응시킨 산소 농도, 산소 농도 저하 제어의 실시 기간으로 할 수 있다. 이 경우, 스텝 S3 및 스텝 S4의 조치는 생략된다. 내연 기관에 사용되는 연료의 S 농도값은, 도착지에 의해 대략 파악되는 경우가 많다. 따라서, 도착지마다 미리 상정되는 S 농도값을 고려한 적합을 행하고, 배기 가스 중의 산소 농도, 즉, 백연 억제 목표 A/Ftrg를, 고정값으로 해 둘 수 있다. 이 고정값은, 내연 기관(1)에서 연소하는 연료의 S 농도값에 대응시켜 설정된 값으로 해도 된다. 또한, 마찬가지로, 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을, 내연 기관(1)에서 연소하는 연료의 S 농도값에 대응시켜 설정된 기간으로 설정해도 된다. 이와 같이, 적합에 의해, 산소 농도를 설정할 때는, 상정하는 S 농도값이 높을수록, 산소 농도를 낮게 설정하는 것으로 된다. 또한, 적합에 의해, 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을 설정할 때는, 상정하는 S 농도값이 높을수록, 그 기간을 장기로 설정하는 것으로 된다. 이 실시 기간은, 내연 기관(1)에서 연소하는 연료의 S 농도값에 대응시켜 설정된 기간으로 해도 된다.

도 10의 (A)를 참조하면, ECU(18) 내에 도착지마다의 산소 농도, 구체적으로는, 백연 억제 목표 A/Ftrg-n이 저장되어 있다. 또한, 마찬가지로, 산소 농도 저하 제어의 실시 기간 τtrg-n이 저장되어 있다. 즉, ECU(18)로서는, 범용성을 가진 상태로 준비되고, 도착지가 결정되면, 그 도착지에 대응한 백연 억제 목표 A/Ftrg-n, 실시 기간 τtrg-n을 선정한다. 이와 같이 하여, 도착지에 대응한 고정값에 기초하여 산소 농도 저하 제어가 행해지는 상태로 된다. 또한, 고정값의 설정 방법으로서, 도 10의 (B)에 나타내고 있는 바와 같이, 당초 ECU 내의 백연 억제 목표 A/Ftrg-n, 실시 기간 τtrg-n을 블랭크로 해 둔다. 그리고, 도착지가 결정되면, 그 도착지에 대응한 ECU 내의 백연 억제 목표 A/Ftrg-n, 실시 기간 τtrg-n을 기입한다. 이와 같이 하여, 도착지에 대응한 고정값에 기초하여 산소 농도 저하 제어가 행해지는 상태로 할 수도 있다.

상기 실시 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예에 지나지 않고, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니고, 이들 실시예가 다양하게 변형되는 것은 본 발명의 범위 내이며, 또한 본 발명의 범위 내에 있어서, 다른 다양한 실시예가 가능한 것은 상기 기재로부터 자명하다.

1 : 내연 기관
2 : 엔진 본체
3 : 제어 장치
4 : 흡기 통로
5 : 배기 통로
10 : DOC
11 : DPF
12 : SOx 센서
13 : 배기 첨가 연료 밸브
17 : A/F 센서
18 : ECU

Claims

산화 기능을 갖는 촉매의 하류에 필터를 구비하는 내연 기관의 제어 장치이며,
상기 필터의 재생을 행할 때의 상기 촉매의 하류측에 있어서의 배기 온도 상승 요구에 기초하여, 상기 촉매에 유입되는 배기 가스 중의 산소 농도를 저하시키는 산소 농도 저하 제어를 행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 내연 기관에서 연소하는 연료 중의 S 농도값을 취득하는 수단을 구비하고, 상기 S 농도값에 기초하여, 상기 산소 농도를 설정하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 S 농도값에 따른 상기 산소 농도의 상한 역치를 설정하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 S 농도값이 높을수록, 상기 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을 길게 설정하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산소 농도 저하 제어에 있어서, 상기 배기 가스 중의 산소 농도를, 미리 설정된 고정값으로 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을, 미리 설정된 고정 기간으로 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산소 농도 저하 제어에 있어서, 상기 배기 가스 중의 산소 농도를, 상기 내연 기관에서 연소하는 연료의 S 농도값에 대응시켜 설정된 값으로 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항, 제4항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산소 농도 저하 제어의 실시 기간을, 상기 내연 기관에서 연소하는 연료의 S 농도값에 대응시켜 설정된 기간으로 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.