WO2008004704A1

WO2008004704A1 - Control unit and control method for internal combustion engine

Info

Publication number: WO2008004704A1
Application number: PCT/JP2007/063769
Authority: WO
Inventors: Masaru Kakinohana; Hirohito Hirata; Masaya Ibe
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2008-01-10
Also published as: JP4449947B2; EP2039897A1; CN101460716B; CN101460716A; EP2039897A4; JP2008014219A; US8191353B2; EP2039897B1; US20090235648A1

Description

明細書内燃機関の制御装置及び制御方法技術分野

本発明は内燃機関の制御装置及び制御方法に係り、特に、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集 ·酸化することにより浄化する排気浄化装置を備えた内燃機関の制御装置及び制御方法に関する。背景技術

一般に、ディ一ゼルェンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、 PM (Particulate Matter) と称す）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。そこで、排気ガスから、これらの粒子状物質を捕捉して除去するための装置または方法が種々提案されている。

例えば、燃料を強制的に噴射供給することによりディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF) の温度を上昇させて捕集した PMを酸ィ匕'燃焼させるもの、排気ガス中の NOから N0₂を生成させ、 N0₂ により PMを酸化させるもの（例えば、特表 2002-531762号公報）、あるいは、触媒化 D P Fを用いて PMの酸化を図るもの（例えば、特開平 6— 272541号公報、特開平 9一 125931 号公報）等が提案されている。し力し、燃料を強制的に噴射供給するものでは、燃費の悪化を招くという問題がある。また、特表 2002-531762号公報に記載のものでは、 N0₂による PMの酸ィ匕速度が十分でないために、エンジンから排出される PMを完全に酸ィ匕除去するのが困難であるという問題を有している。そして、特開平 6 -272541号公報、特開平 9一 125931号公報に記載の触媒化 DP Fを用いるものでは、触媒および PMが共に固体であるために、両者が十分に接触せず PMの酸化反応が不十分であるという問題を有している。そこで、最近、 N〇₂に比較して酸化力の強いオゾン 0₃を用いて、 PMを酸ィ匕して処理する技術が開示されている（例えば、特開 2005— 502823号公報)。この特開 2005-502823号公報に記載されたディーゼルエンジンの排出ガスを後処理する方法および装置では、パティキュレートフィルタの上流に、プラズマにより、排出ガスから酸化剤としてのオゾン〇3または二酸化窒素 NO ₂ を生成する装置を設け、排出ガスの温度に応じて、低温時にはォゾン及ぴ二酸化窒素を、高温時には二酸化窒素を選択的に用いることにより、パティキュレートフィルタに捕集された煤を酸化除去するとしている。

ところで、特開 2005— 502823号公報に記載のディーゼルエンジンの排出ガスを後処理する方法および装置では、 NO ₂ に比較して酸化力の強いオゾン O 3を用いていることから PMの酸化除去能力の向上については評価し得る。しかしながら、酸ィヒ力の強いオゾンは、パティキュレートフィルタに入る前に排気ガス中の NO Xや HCと優先的に反応して消費されてしまうおそれがあり、 PMの酸化除去に使用できるオゾンの量が少なくなり、十分な浄化効率が得られず、 PMの酸ィ匕速度が低下するおそれがあるという問題を有している。発明の開示

本発明の目的は、オゾンを用いて PMを酸ィヒ除去する際に、オゾンを効率的に使用可能とする内燃機関の制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る内燃機関の制御装置は、排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置と、該粒子状物質捕集装置にその上流側からォゾンを供給するためのォゾン供給手段と、該ォゾン供給手段によるオゾン供給実行時に内燃機関の燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段とを備えることを特徴とする。

この本発明の一形態によれば、オゾン供給実行時に内燃機関の燃料噴射が停止されるので、内燃機関の排気ガス（実質的には空気）に NOx、 HCといったオゾン消費成分を含ませることを回避することができ、これによつて供給オゾンを粒子状物質捕集装置の PM酸化に効率的に用いることが可能となる。

ここで、前記燃料噴射停止手段により燃料噴射が停止された場合に前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇する力否かを予測する予測手段をさらに備え、前記燃料噴射停止手段は、前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されないときに燃料噴射停止を実行するのが好ましい。

燃料噴射が停止されると、比較的大量の空気が粒子状物質捕集装置に流入し、この空気の影響で粒子状物質捕集装置に堆積した P Mがー瞬燃えて粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇し、粒子状物質捕集装置の溶損 ·割れといった不都合を生じさせる場合がある。この好ましい形態によれば、前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されないときに燃料噴射停止を実行するので、そのような粒子状物質捕集装置の溶損 ·割れといった不都合を確実に回避することが可能となる。

また、前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出する温度検出手段をさらに備え、前記燃料噴射停止手段による燃料噴射停止後、前記温度検出手段により検出された温度が第 1所定値を下回るまではオゾン供給を実行せず、その検出された温度が第 1所定値を下回った後にォゾン供給を実行するのが好ましい。

オゾンは PM酸化のための適切な温度ウィンドウを有し、この温度ウィンドウよりも高温になるとオゾンが熱分解して消失してしまう。この好ましい形態によれば、前記燃料噴射停止手段による燃料噴射停止後、前記温度検出手段により検出された温度が第 1所定値を下回るまではオゾン供給が実行されず、その検出された温度が第 1所定値を下回った後にオゾン供給が実行される。よって、その検出された温度が第 1所定値を下回るまでは、無駄にオゾンを供給して消失してしまうのを防止でき、その検出された温度が第 1所定値を下回った後は、オゾンの消失を防ぎつつォゾンを P M酸化に利用できてォゾンの効率的利用を図ることができる。また、好ましくは、前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されたときに前記燃料噴射停止手段が燃料噴射停止を実行せず、この場合にオゾン供給を実行するか又は所定の強制再生制御を実行する。

前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されたときには、前記燃料噴射停止手段が燃料噴射停止を実行しないので、仮にオゾンが供給されればその少なくとも一部は必然的に N O x、 H C等の排ガス中のオゾン消費成分との反応に消費される。しかしながらそれでも、オゾン供給が実行された場合は、排ガス中の N Oがオゾンと反応して酸化力の比較的強い二酸化窒素 N O ₂ が生成されるので、そのオゾンと二酸化窒素とにより堆積 P Mを酸化除去できる。また、所定の強制再生制御を実行することによつても堆積 P Mを酸化可能である。なお、前記予測手段は、前記温度検出手段により検出された温度と第 2所定値とを比較して前記粒子状物質捕集装置の温度異常上昇の有無を判断してもよい。 . 本発明の他の形態に係る内燃機関の制御方法は、排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置に、その上流側からオゾンを供給するステツプと、このオゾン供給実行時に内燃機関の燃料噴射を停止するステップとを備えることを特徴とする。

ここで、前記燃料噴射が停止された場合に前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇するか否かを予測するステツプをさらに備え、当該予測ステップにより前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されないときに前記燃料噴射停止ステップを実行するのが好ましい。

また、前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出するステツプをさらに備え、前記燃料嘖射停止ステツプによる燃料噴射停止後、前記温度検出ステップにより検出された温度が第 1所定値を下回るまでは前記オゾン供給ステップを実行せず、その検出された温度が第 1所定値を下回った後に前記オゾン供給ステップを実行するのが好ましい。

また、好ましくは、前記予測ステップにより前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されたときに前記燃科噴射停止ステップを実行せず、この場合に前記オゾン供給を実行するか又は所定の強制再生制御を実行する。

前記予測ステップにおいて、前記温度検出ステップにより検出された温度と第 2 所定値とを比較して前記粒子状物質捕集装置の温度異常上昇の有無を判断するのが好ましい。

本発明によれば、オゾンを用いて P Mを酸化除去する際に、オゾンを効率的に使用可能とすることができるという、優れた効果が発揮される。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を示すシステム図である。図 2は、 D P Fのウォールフ口ー型ハユカム構造体を示す断面図である。

図 3は、 D P F再生制御の第 1の形態のフローチャートである。

図 4は、 D P F再生制御の第 2の形態のフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図 1は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を概略的に示すシステム図である。図中、 1 0は内燃機関即ちエンジンであり、本実施形態の場合、圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンである。 1 1は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、 1 2は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、 1 3は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ 1 7に供給された燃料が、高圧ポンプ 1 7によりコモンレーノレ 1 8に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール 1 8内の高圧燃料が燃料噴射弁 1 4から燃焼室 1 3内に直接噴射供給される。ディーゼルエンジン 1 0からの排気ガスは、排気マ-フォルド 1 2からターボチャージャ 1 9を経た後にその下流の排気通路 1 5に流され、後述のように浄ィヒ処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料嘖射装置を備えたものに限らない。また E G R装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。

排気通路 1 5には、排気ガス中の粒子状物質（PM) を捕集する粒子状物質捕集装置としてのディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、 D P Fと称す） 3 0が配置されている。そして、 D P F 3 0にその上流側からオゾン（0₃ ) を供給するためのオゾン供給手段が設けられている。図示されるように、オゾン供給手段は、 D P F 3 0の上流側の排気通路 1 5内に配置されたオゾン供給ノズル 4 0と、ォゾン供給ノズル 4 0にオゾン供給通路 4 2を介して接続されたオゾン発生手段としてのオゾン発生器 4 1とを備える。オゾン発生器 4 1で発生したオゾンは、オゾン供給通路 4 2を介してオゾン供給ノズル 4 0に供給されると共に、このオゾン供給ノズル 4 0から下流側の D P F 3 0に向かって排気通路 1 5内に噴射供給される。

D P F 3 0は、両端部が截頭円錐状に形成されたほぼ円筒形の金属製ケーシング 3 1内に不図示の支持部材を介して収容支持されている。支持部材は、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備えており、例えばアルミナマットから構成されている。

図 2に示すように、 D P F 3 0は、多孔質セラミックからなるハニカム構造体 3 2を備えたいわゆるウォールフロー型であり、ハ-カム構造体 3 2は、コージエライト、シリカ、アルミナ等のセラミックス材料で形成される。排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。ハエカム構造体 3 2には、上流側に詰栓 3 3が施された第 1通路 3 4と、下流側に詰栓 3 5が施された第 2通路 3 6とが交互に区画形成され、ハニカム状をなしている。これら通路 3 4， 3 6はセルとも称され、いずれも排気ガスの流れ方向に平行である。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第 2通路 3 6から多孔質セラミックの流路壁面 3 7 を通過して第 1通路 3 4に流入し、下流側に流れる。このとき、排気ガス中の PM は多孔質セラミックによって捕集され、 PMの大気への放出が防止される。このように排気ガスが流路壁面を通過し、その際に PMを濾過捕集するフィルタ形式がゥオールフロー型と称される。本実施形態の D PF 30は所謂触媒化 D P Fであり、即ち、第 2通路 36の内壁面に P t等の貴金属からなる触媒 38が担持ないしコートされている。よって DP F 30は PMの捕集のみならず、この触媒 38を用いて排気ガス中の有害成分（C O, HC, NOx等）を除去可能である。

オゾン発生器 41としては、高電圧を印加可能な放電管内に原料となる空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や他の任意の形式のものを用いることができる。ここで原料となる空気または酸素は、特許文献 4の場合と異なり、排気通路 1 5外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体であり、特許文献 4 のように排気通路 15内の排気ガスに含まれる気体ではなレ、。オゾン発生器 41においては、高温の原料気体を用いるよりも低温の原料気体を用いた方がオゾンの生成効率が高い。従ってこのように排気通路 15外の気体を用いてオゾンを生成することにより、特許文献 4の場合に比べ、オゾン生成効率を向上することが可能である。

オゾン供給ノズル 40は、詳しくは後述するが、これから噴射供給されたオゾンカ排気ガス中の NOxや HCと反応して徒に消費されないように、 DP F 30の直上流位置に配置され、そこから DP F 30に向かってオゾンを供給する。また、ォゾン供給ノズル 40は、 D P F 30の上流端面全体にまんべんなくオゾンを供給できるよう、 DPF 30の上流端面の全直径に及ぶような複数のオゾン供給口 43を有している。オゾン供給ノズル 40は、 DPF 30のケーシング 31内に揷入配置され、ケーシング 31の直径方向に延在してケーシング 31に固定される。なお、オゾン供給ノズル 40の形態は他にも種々の形態が可能である。例えば一つのォゾン供給口し力有しないものの場合、オゾン供給口と DP Fの上流端面との距離を、その上流端面全体にまんべんなくオゾンが行き渡るような距離だけ離間させるのがよい。

本実施形態においては、 D P F 30における PMの堆積量ないし詰まり具合を検出する手段が設けられている。即ち、 DPF30の上流側及ぴ下流側の排気通路 1 5にそれぞれ排気圧力を検出する排気圧センサ 51, 52が設けられ、これら排気圧センサ 51, 52は制御手段としての ECU 100に接続されている。 ECU1 00は、上流側排気圧センサ 51によって検出された上流側排気圧 Pひと、下流側排気圧センサ 52によって検出された下流側排気圧 P 1との偏差 dPに基づいて、 DPF 30における PMの堆積量ないし詰まり具合を判断する。

なお、本実施形態では D PF 30の上下流側の差圧によって PMの堆積量ないし詰まり具合を検出するが、 D P F 30の上流側に配釁された一つの排気圧センサのみによって堆積量ないし詰まり具合を検出してもよレ、。さらに、 DPF上流側に配置された煤センサの煤信号の時間的な積分を求めることにより詰まり具合を検出することもできる。同じく、煤生成に関する、 ECU内に保存されたエンジン特性マップデータを評価し、時間的に積分することもできる。

本実施形態においては、 DPF 30に流入する排気ガスの温度又は D P F床温を検出する手段が設けられている。本実施形態では、 D P F 30の直上流位置に、 D PF 3◦に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ 53が設けられ、この温度センサ 53の検出信号に基づいて ECU 100は DPF 30の直上流位置における排気温度を算出する。この温度センサ 53はオゾン供給ノズル 40と D P F 3 0との間の位置の排気温度を検出する。なお、温度センサ 53の温度検出部（熱電対の場合、その先端）は DPF 30の上流端面の中心付近に位置されるのが好ましい。温度センサは、 DP F内部の床温を検出するため、その温度検出部が DPF 3 0内部に埋め込まれていてもよい。前記センサ 51 , 52， 53は全てケーシング 31に取り付けられる。

本実施形態においては、コモンレール式ディーゼルエンジン 10を制御するための通常の構成が備えられている。 ECU 100は、 CPU、 ROM, RAM, A/ D変換器及び入出力ィンターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、前記センサ 51， 52， 53を含む各種センサ類から信号を入力し、これに基づいて所定の演算処理を行い、燃料噴射弁 14、高圧ポンプ 17及びオゾン発生器 41等の作動を制御する。

前記センサ類には、エンジン 10のクランク角を検出するクランク角センサ（図示せず）、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ（符号 55で示す）、コモンレール圧を検出する圧力センサ（図示せず）、水温センサ（図示せず）等が含まれる。 ECU 100は、クランク角センサの出力パルスに基づいてエンジン回転速度を算出すると共に、このエンジン回転速度と、アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度とに基づいて、所定のマップ等を用いて燃料噴射量を算出する。そしてこの燃料噴射量を所定のタイミングで噴射させるよう燃料噴射弁 14を制御する。

また、 ECU100はオゾンの供給をも制御する。即ち、 ECU100がオゾン発生器 41をオンすると、オゾン発生器 41でオゾンが発生し、この発生したォゾンがオゾン供給通路 42を介してオゾン供給ノズル 40に到達し、オゾン供給ノズル 40から下流側の DPF 30に向かって噴射供給される。また、 ECU100がオゾン発生器 41をオフするとこのようなオゾンの供給が停止される。さらに、 E CU 1 00はオゾン発生器 4 1への電力供給量を制御してオゾン供給量をも制御する。

さて、本実施形態によれば、 DP F 3◦にその上流側からオゾンを供給するので、その供給されたオゾンにより D P F 30に堆積した PMを酸ィ匕或いは燃焼させ、除去することができる。そしてこれにより DP F 30は再生され、本来の性能を再び発揮できるようになる。

ところで、オゾンは直接的には排気ガス中に供給されるので、そのオゾンが DP F 30に到達する前に排気ガス中の PM以外の成分、典型的には HC, NOxと反応して消費され、 D P F 30における PM浄化効率が低下するという問題がある。例えば、 NOxとオゾンとの反応消費について説明すると、オゾン 0₃ と、排気ガス中の NOx、特に NOとが反応する場合、その反応式は次式で表される。

NO + 0₃→N0₂ +0₂ · · · (!) この反応によって生成された NO ₂ は、さらにオゾン 0₃ と次式のように反応する。

そしてさらにこの反応によって生成された N0₃は、次式のように分解される。

2N0₃ →2N0₂ +0₂ · · · (3 )

ここで、（1) 式に着目すると、 NOの酸化にオゾン 0₃が消費されており、また、（2) 式に着目すると、 N0₂の酸ィ匕にオゾン 0₃が消費されている。そして (3) 式に着目すると、右辺の N0₂は（2) 式左辺の N0₂ となり、よってこの (2) 式左辺の NO ₂ を酸化するためにオゾン O ₃が消費される。

このように、 NO Xとオゾンとは連鎖的に反応を繰り返す。よって仮に DPF 3 0の直前でオゾンを供給したとしても、その位置の排気ガス中に NO Xが含まれていれば、 NO Xの酸化、分解にオゾンが消費され、 D P F 30に供与できるオゾン量が減少してしまう。オゾン発生器 4 1でオゾンを生成するには電力を要するから、このようなオゾンの無駄な消費は電力の無駄な消費につながり、ひいては燃費の悪化を招く可能性もある。

そこで、本実施形態においては、オゾン供給実行時にエンジン 10の燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段が設けられている。このようにオゾン供給実行時にェンジン 1 0の燃料噴射を停止すれば、エンジン 1 0の排気ガスに NO x、 HCといつたオゾン消費成分を含ませることを回避することができ、つまりエンジン 1 0の排気ガスは実質的に空気となり、これによつて供給オゾンの全量を DPF 30の PM 浄化に用いることができ、 D P F 30における PM浄ィ匕効率を格段に向上することができる。

以下、かかる燃料噴射停止即ちフユエル力ットを含む本実施形態の D P F再生制御を説明する。 ·

[DPF再生制御の第 1の形態〕

図 3は D P F再生制御の第 1の形態の制御ルーチンを示す。このルーチンは E C U 100によって所定周期で繰り返し実行される。なお、このルーチンでは、 DP F 30に流入する排気ガス温度に関する三つの所定値 T 0 , T 1 , T 2が使用されるが、これら三つの所定値 TO, Tl， Τ 2の大小関係は、この第 1の形態の場合 Τ 1 <Τ 0く Τ 2である。各所定値の意味については後述する。 Τ 1は例えば 25 0 °C、 Τ 2は例えば 450 °Cである。

図示されるルーチンは、エンジン 10がフユエルカツト可能な運転状態のときに実行され、例えば、エンジン 10の減速中で且つアクセル開度ゼロ（全閉）のときに実行され、車両に搭載されたエンジンの場合ではアクセルオフして車両を減速しているときに実行される。かかる状態かどうかは ECU 100力検出したェンジン回転速度及びァクセル開度に基づいて判断する。

本ルーチンが開始されると、 ECU 100は、まずステップ S 101において、 DPF 30に堆積している 1^[量]^が所定の許容？]^堆積量]^0より小さいか否かを判断する。ここで許容 PM堆積量 M0とは、実用上 DP Fが堆積し得る PM量の最大値をいい、逆に言えば、許容 PM堆積量 MOよりも多量に PMが堆積しているとその堆積した PMがー気に酸化'燃焼して DP Fが溶損したり割れてしまうといった不都合を生じさせる虞があるような量である。

ここで、 D P Fに堆積した PM量と、 D P F上下流側の差圧とは相関関係にあり、 DPFに堆積した PM量が多いほど D P F上下流側の差圧が大きくなる関係にある。そこでここでは、 DPFに堆積した PM量の代用値として、 DPF上下流側の差圧を用いて判断を行う。具体的には、 E C U 100は、上流側排気圧センサ 51 によつて検出された上流側排気圧 P uと、下流側排気圧センサ 52によって検出された下流側排気圧 P 1との差圧 dP (Pu-P 1) を計算すると共に、この差圧 d Pを、前記許容 PM堆積量 M0に対応した所定の差圧しきい値 d P 0と比較する。そしてこの差圧 d Pが差圧しきい値 d P 0より小さい場合は、堆積 PM量 Mが許容 PM堆積量 M0より小さいとしてステップ S 102に進み、逆に差圧 d Pが差圧しきい値 d P 0以上の場合は、堆積 P M量 Mが許容 P M堆積量 M 0以上であるとしてステップ S 106に進む。

ステップ S 106では、 ECU 100がオゾン発生器 40をオンとしてオゾン供給を実行する。このときフユエルカットは実行されない。こうなると排気ガス中のオゾン消費成分（NOx、 HC) によりオゾンが無駄に消費されるが、ここでは D PFに堆積した PM量が非常に多い場合であるので、オゾン消費効率よりも堆積した P Mの除去を優先する。供給されたォゾンは排気ガス中の N O Xと反応して前述のように N0₂ を発生させる。 N0₂ もオゾンほどではないが酸化力が強く PMを酸化可能であるので、結局、 DP Fに堆積した PMはこれらオゾンと N0₂ とで徐々に酸化除去されることとなる。

ステップ S 102では、フユエルカツトが実行された場合に DP Fの温度が異常上昇する力否かが予測される。即ち、フユエルカツトを実行すると比較的大量の空気が D P Fに流入し、この空気の影響で D P Fに堆積した PMがー瞬燃えて前記同様の D P F溶損'割れといった不都合を生じさせることがある。この温度異常上昇は、 DPF流入排気ガス温度がある程度以上の高温となると起こりやすく、触媒無しの DPFより本実施形態のような触媒付 DPFの方が起こりやすく、また、ディーゼルエンジンよりもガソリンエンジンのようなストイキ付近で運転するェンジンの方が起こりやすい。

このステップ S 102では、前記のような DP F温度異常上昇の判断を DP F流入排気ガス温度を用いて行う。即ち、 ECU100は、温度センサ 53によって検出された DP F流入排気ガス温度 Tを、予め記憶してある所定値 TO (本発明にいう第 2所定値）と比較する。そして、 DPF流入排気ガス温度 Tが所定値 TOより小さい場合、仮にフユエルカットが実行されても D P F温度は異常上昇しないと予測して、ステップ S 103に進み、フユエルカツトを実行する。他方、 DPF流入排気ガス温度 Tが所定値 T 0以上の場合、仮にフユエル力ットが実行されれば D P F温度は異常上昇すると予測して、ステップ S 107に進み、フユエルカツトを不実行とする。このように、所定値 TOは、フユエルカットを実行しても DP Fの性能を保証できる最高温度であると言える。このようにフユエルカットを不実行とすることにより、前述したようなフユエルカツト実行による DP F、溶損'割れといつた不都合を確実に回避することが可能となる。 .

ステップ S 103でフユエル力ットが実行された後はステップ S 104に進み、 E CU 100は、 D P F流入排気ガス温度 Tを予め記憶してある所定値 T 1 (本発明にいう第 1所定値）と比較する（但し T1く T0)。この所定値 T1は、オゾンを単独で ΡΜ酸化に使用し得る最高温度であり、通常はオゾンが熱分解せず生存できる温度範囲（温度ウィンドウ）のうちの最高温度である（例えば 250 °C)。なお、この所定値 T 1は、温度センサ 53の位置、 D P Fの位置、 D P Fに流入するガス量等をも考慮して設定される値である。

DPF流入排気ガス温度 Tが所定値 T 1以上の場合、仮にオゾンを供給したとしても熱分解して消失するオゾンがあると考えられることから、オゾンの効率的利用という観点に鑑み、オゾン供給を実行しないで本ルーチンを終える。他方、 DPF 流入排気ガス温度 Tが所定値 T 1より小さい場合、供給オゾンを熱分解させずに堆積 PMの除去に効率的に利用できると考えられることから、ステップ S 105に進み、オゾン発生器 41をオンしてオゾン供給を実行し、オゾンのみで DP Fに堆積した PMを酸化除去する。

ここで、最初にステップ S 104を実行したときに T≥T 1 (S 104 ： NO) であっても、フユエルカツトが実行されているのでステップ S 104を繰り返し実行していくうちにやがて Tく T 1 (S 104 : YES) となり、オゾンのみで PM を酸化除去できるようになる。つまりここでは、排気温度がオゾンを消失させないような温度に下がるまで待機する制御が実行されており、これによつてもオゾンの効率的利用が図られる。

一方、ステップ S 107でフユエルカツト不実行とされた後はステップ S 108 に進む。このステップ S 108以降では、 DPF流入排気ガス温度 Tに応じて、ォゾンを用いた PM除去か（S 109)、又は所定の強制再生制御による PM除去（S 110) が選択的に行われる。

S 109においては、オゾン供給を実行して前述の反応式の如く二酸化窒素 NO ₂ を生成し、これらオゾン 0₃ と二酸化窒素 NO ₂ とで DP Fに堆積した PMを酸化除去する。なお、オゾンによる PM酸化について適切な温度ウィンドウがあるのは前述したとおりである（例えば T 1 = 250°C以下）力二酸化窒素 NO ₂ についても同様に適切な温度ウィンドウがあり、その最高温度は例えば T 2 = 450°C である。このように二酸化窒素 NO ₂はオゾンよりも高温域で PMを酸ィヒ可能である。

他方、 S 110においては、通常の燃料噴射に加えてそれより遅れたタイミング (例えば膨張行程）で燃料を別途噴射供給し、この追加的に噴射された燃料により DPFの温度を上昇させて DP Fに堆積した PMを酸化除去する。なお、通常の燃料噴射量よりも多い燃料を通常の噴射タイミング（例えば圧縮上死点付近）で噴射させる強制再生制御の方法や、別途 PM酸化用のインジヱクタを設けてそこから燃料噴射する強制再生制御の方法もある。

S 108において、 ECU 100は、 D P F流入排気ガス温度 Tを予め記憶してある所定値 T 2と比較する。なお T 2を便宜上第 3所定値と称する。 T1く T0く丁 2である。 DP F流入排気ガス温度 Tが所定値 T 2以下の場合 S 109の処理を実行し、 D P F流入排気ガス温度 Tが所定値 T 2より大きい場合 S 110の処理を実行する。

S 109の処理では、フユエルカツトが実行されないことから排気ガス中の HC， NO Xによりオゾンが消費され、しかも排気温度 Tがオゾンが熱分解し得る高温 (T 1 <T0≤T≤T2) となっていることから、供給されたオゾンは必ずしも全量 ΡΜの除去に用いることができず、 ΡΜ除去効率は必ずしも良好でない。従って燃費の面で必ずしも有利ではない。他方、 S 110の処理では、通常の燃料噴射に加えて ΡΜ酸化用の燃料噴射が行われるので、当然ながら燃費の面で不利である。これら両者を比較したとき、レ、ずれの方法が燃費上有利であるかを切り分けるのが S 1 0 8の判断である。即ち S 1 0 8〜S 1 1 0では、 D P F流入排気ガス温度 Tに応じて、燃費上有利ないずれか一方の方法を採用して P M酸化処理を行っている。所定値 T 2は、言うなれば、 S 1 1 0の強制再生制御よりも S 1 0 9のオゾンによる処理の方が燃費面で有利となる温度域のうちの最高温度である。 D P F流入排気ガス温度 Tが所定直 T 2以下の場合、オゾンが消失可能な高温域とはいえ比較的低温側であるので、オゾン供給を実行し、オゾン 0 ₃ と二酸化窒素 N O ₂ とにより PM酸化を行う。他方、 D P F流入排気ガス温度 Tが所定値 T 2を上回っている場合は、オゾンの消失が顕著でオゾンを用いることは燃費上非常に不利であることから、オゾン供給を実行せず、追加の燃料噴射により PM酸化を行う。

ここで、所定値 T 0と T 2との大小関係について述べる。これら所定値はいずれもオゾンが生存可能な温度域のうちの最高温度 T 1より高い温度であり、また前述したように、温度 T 0は、フユエル力ットを実行しても D P Fの性能を保証できる最高温度であり、温度 T 2は、強制再生制御よりもオゾンによる処理の方が燃費メリットを発揮できる最高温度である。

ここで述べた制御ルーチンは T 0く T 2の場合である。この場合とは、例えば、 D P Fにコートされている触媒の酸ィ匕性能が比較的高く、 P M酸化時に D P Fにおいて大きな熱発生が起こり得る場合である。よってこの場合は、フユエルカットを実行した場合に D P Fの異常昇温が比較的起こり易く、フユエル力ットを不実行 (中止）とする温度しきい値 T 0を比較的低温側に設定しなければならない。しかしながら、例えば、 D P Fにコートされている触媒の酸化性能が比較的低かつたり、 D P Fに触媒を全くコートしていなかったりして、 PM酸化時に D P Fにおいてそれほど大きな熱発生が生じない場合もある。この場合、所定値 T Oはより高い温度に設定可能となり、所定値 T 0 , T 2の大小関係が逆転し、 T 2く T 0となることがある。こうなると排気温度が比較的高温の所定値 T 0以上となったときフユエルカットを不実行（中止）とすればよいので、フユエルカット実行温度域が拡大し、即ちフユエルカツトを実行する上限温度がより高温となり、オゾンを効率的に利用できる温度域が拡大することになる。

そこで、この T 2 < T 0の場合に実施可能な D P F再生制御の第 2の形態を以下に説明する。

[D P F再生制御の第 2の形態]

図 4は D P F再生制御の第 2の形態の制御ルーチンを示す。このルーチンも E C U 1 0 0によって所定周期で繰り返し実行される。このルーチンにおいて、 D P F 流入排気ガス温度に関する三つの所定値 Τ 0 , Τ 1 , Τ 2の大小関係は Τ Κ Τ 2 く T Oであり、特に所定値 T O， T 2の大小関係が逆転している。前記同様、 T 1 は例えば 2 5 0 °C、 T 2は例えば 4 5 0。Cである。このルーチンもエンジン 1 0がフユエルカツト可能な運転状態のときに実行される。

このルーチンにおけるステップ S 2 0 1〜S 2 0 7はそれぞれ第 1の形態のステツプ S 1 0 1〜S 1 0 7と同様である。相違点としては、前記第 1の形態（図 3 参照）では S 1 0 7でフユエルカツト不実行とした後、 S 1 0 8で流入排気ガス温度 Tと所定値 T 2との比較を行ってその結果に応じてオゾン供給（S 1 0 9 )か強制再生制御（S 1 1 0 ) を実行したが、この第 2の形態では S 2 0 7でフユエル力ット不実行とした後、 S 2 1 0で直ちに前記 S 1 1 0同様の強制再生制御を実行する。

前述したように、この第 2の形態の場合 T 2く T Oなので、ステップ S 2 0 2で否定判断（N O) された場合、 T 0≤T即ち T 2 < Tが成立する。よってオゾン使用による燃費上のメリットは殆ど無く、オゾン供給によらない強制再生制御によつて Ρ Μの酸化除去が行われる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、前記実施形態では ΡΜ捕集装置としてウォールフロー型 D P Fを採用したが、他にも様々なフィルタ構造を採用することができる。例えば、静電捕集式のストレートフロー型フィルタであり、これは、排気ガス中に存在する一対の電極間に直流電圧を印加して放電を生成し、 ΡΜを例えばマイナスに帯電させ、静電気力でプラス側若しくはアース側の電極に吸着させるものである。したがって PM捕集装置はプラス側若しくはアース側の電極として形成される。基材の形状ないし構造も、前述のようなハニカム状のほか、板状、筒状、ペレット状、メッシュ状などが可能である。

本実施形態では、オゾン供給時にオゾン発生器をオンにして生成されたオゾンを直ちに供給するが、オゾンを予め生成、貯留しておいて、バルブを切り替えることでォゾンを供給するようにしてもよい。またポンプやコンプレツサ等でォゾンを加圧して供給することも可能である。

また、例えば D P Fの直上流側に空燃比センサを設け、この空燃比センサが、フユエルカツト時に相当する空燃比を検出したとき（或いはフユエルカツト時に相当する出力をしたとき）にオゾン供給を実行するようにしてもよレ、。燃焼室側でフユエルカツトしてもその影響が D P Fに及ぶまでにタイムラグがあることから、こうすることでオゾン消失成分を確実に排出してからオゾン供給を実行することができ、オゾンを効率的に利用できる。なおこの場合、 E C U 1 0 0は、 S 1 0 4 (又は S 2 0 4 ) の Tく T 1という条件に加え、「検出された空燃比がフユエルカット時に相当する空燃比である」（或いは「空燃比センサがフユエルカット時に相当する出力をしている」）という条件を満たしたとき、 S 1 0 5 (又は S 2 0 5 ) のォゾン供給を実行する。

前記実施形態では D P F流入排気ガス温度に基づいて制御を行った力 D P F床温に基づいて制御を行ってもよい。

本発明は、圧縮着火式内燃機関としてのディーゼルエンジン以外にも、 PM発生の可能性のある全ての内燃機関に適用できる。例えば、直噴の火花点火式内燃機関、より具体的には直噴リーンパーンガソリンエンジンである。このエンジンでは筒内燃焼室に燃料が直接噴射されるが、燃料噴射量が多い高負荷域では燃料が燃焼しきらず、 P Mが発生する可能性がある。このようなエンジンに本発明を適用しても、前記同様の作用効果が十分期待できる。以上の説明で分かるように、本実施形態においては、 ECU100のうち S 10 4又は S 204を実行する部分が本発明にいう燃料噴射停止手段を構成し、また、 ECU1 00のうち S 1 02又は S 202を実行する部分が本発明にいう予測手段を構成し、さらに、温度センサ 53及ぴ ECU 100が本発明にいう温度検出手段を構成する。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。産業上の利用可能性

本発明は、排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置を備えた内燃機関に適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置と、該粒子状物質捕集装置にその上流側からオゾンを供給するためのォゾン供給手段と、

該ォゾン供給手段によるォゾン供給実行時に内燃機関の燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段と

を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 '

2 . 前記燃料噴射停止手段により燃料噴射が停止された場合に前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇する力否かを予測する予測手段をさらに備え、

前記燃料噴射停止手段は、前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されないときに燃料噴射停止を実行する

ことを特徴とする請求項 1記載の内燃機関の制御装置。

3 . 前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出する温度検出手段をさらに備え、

前記燃料噴射停止手段による燃料噴射停止後、前記温度検出手段により検出された温度が第 1所定値を下回るまではオゾン供給を実行せず、その検出された温度が第 1所定値を下回った後にオゾン供給を実行する

ことを特徴とする請求項 1又は 2記載の内燃機関の制御装置。

4 . 前記予測手段により前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されたときに前記燃料噴射停止手段が燃料噴射停止を実行せず、この場合にォゾン供給を実行するか又は所定の強制再生制御を実行する

ことを特徴とする請求項 2記載の内燃機関の制御装置。

5 . 前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出する温度検出手段をさらに備え、

前記予測手段は、前記温度検出手段により検出された温度と第 2所定値とを比較して前記粒子状物質捕集装置の温度異常上昇の有無を判断する

ことを特徴とする請求項 2記載の内燃機関の制御装置。

6 . 排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置に、その上流側からオゾンを供給するステップと、

このォゾン供給実行時に内燃機関の燃料噴射を停止するステップと

を備えることを特徴とする内燃機関の制御方法。

7 . 前記燃料噴射が停止された場合に前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇するか否かを予測するステップをさらに備え、

当該予測ステップにより前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されないときに前記燃料噴射停止ステップを実行する

ことを特徴とする請求項 6記載の内燃機関の制御方法。

8 . 前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出するステップをさらに備え、

前記燃料噴射停止ステップによる燃料噴射停止後、前記温度検出ステップにより検出された温度が第 1所定値を下回るまでは前記オゾン供給ステップを実行せず、その検出された温度が第 1所定値を下回った後に前記オゾン供給ステップを実行する

ことを特徴とする請求項 6又は 7記載の内燃機関の制御方法。

9 . 前記予測ステップにより前記粒子状物質捕集装置の温度が異常上昇すると予測されたときに前記燃料噴射停止ステップを実行せず、この場合に前記ォゾン供給を実行するか又は所定の強制再生制御を実行する

ことを特徴とする請求項 7記載の内燃機関の制御方法。

1 0 . 前記粒子状物質捕集装置に流入する排気ガスの温度又は前記粒子状物質捕集装置の床温を検出するステップをさらに備え、

前記予測ステップにおいて、前記温度検出ステップにより検出された温度と第 2 所定値とを比較して前記粒子状物質捕集装置の温度異常上昇の有無を判断することを特徵とする請求項 7記載の内燃機関の制御方法。