WO2014148249A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2014148249A1
WO2014148249A1 PCT/JP2014/055497 JP2014055497W WO2014148249A1 WO 2014148249 A1 WO2014148249 A1 WO 2014148249A1 JP 2014055497 W JP2014055497 W JP 2014055497W WO 2014148249 A1 WO2014148249 A1 WO 2014148249A1
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exhaust
sulfur
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後藤勇
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Document 1
  • SO 2 sulfur dioxide
  • SO 3 sulfur trioxide
  • H 2 O water
  • Patent Document 1 does not disclose such a chemical reaction.
  • the oxidation catalyst also has a property of adsorbing SOx. For this reason, a large amount of white smoke may be generated when a filter (for example, DPF; Diesel Particulate Filter) that is installed in combination with the oxidation catalyst and supplements PM is regenerated. That is, the sulfur component (S component) contained in the fuel combusted by the internal combustion engine and the adsorbed SOx adsorbed by the oxidation catalyst and desorbed due to the exhaust gas temperature rise accompanying the PM regeneration request can become white smoke. There is sex.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • an object of the control device for an internal combustion engine disclosed in this specification is to suppress generation of white smoke due to sulfur desorption during PM regeneration.
  • the control device for an internal combustion engine disclosed in this specification is a control device for an internal combustion engine including a filter downstream of a catalyst having an oxidation function, and the PM regeneration request for the filter is established.
  • the exhaust temperature is lower than the PM oxidation start temperature and maintained for a certain period of time at a sulfur desorption temperature that is higher than the highest temperature of exhaust or the catalyst bed temperature from the time of completion of previous PM regeneration to the current PM regeneration request.
  • a control unit for setting the PM oxidation start temperature or higher is provided.
  • the control unit increases the sulfur desorption temperature to be higher than the maximum attainable temperature.
  • the temperature can be set to any temperature that is equal to or lower than the allowable conversion temperature.
  • the sulfur S adsorbed on the catalyst is desorbed and maintained at the minimum temperature at which it can be released, that is, the sulfur desorption temperature for a certain period of time, and after the sulfur is desorbed and released, the exhaust temperature is increased to the temperature of starting PM oxidation Raise.
  • regeneration can be suppressed.
  • the control unit sets the sulfur desorption temperature to the conversion allowable temperature when the maximum temperature reached is the conversion allowable temperature or less at which the conversion rate from SO 2 to SO 3 in the catalyst is equal to or less than an allowable value. be able to.
  • the sulfur desorption temperature can be set within the range of the conversion allowable temperature or lower.
  • SO 3 that contributes to the generation of white smoke is caused by oxidation of SO 2 .
  • the conversion rate from SO 2 to SO 3 is affected by the exhaust temperature.
  • the sulfur desorption temperature needs to be higher than the maximum temperature reached, and the higher the temperature, the higher the sulfur desorption efficiency.
  • the sulfur desorption temperature is set as the conversion allowable temperature, so that efficient sulfur desorption can be performed while suppressing white smoke within the allowable range. it can. By setting the sulfur desorption temperature to the conversion allowable temperature, sulfur desorption can be accelerated while effectively suppressing white smoke generation.
  • the control unit can raise the exhaust gas or the catalyst bed temperature stepwise until the sulfur desorption temperature is reached. Thereby, sulfur with different deposition temperatures can be desorbed while suppressing the generation of white smoke.
  • the control unit burns the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the catalyst in the internal combustion engine when a PM regeneration request for the filter is established and an exhaust temperature increase request is made downstream of the catalyst.
  • the oxygen concentration can be lowered below the upper limit threshold according to the S concentration value in the fuel.
  • Oxygen is required when regenerating the filter provided in the exhaust path and disposed downstream of the catalyst having an oxidizing function.
  • SO 2 produced due to the combustion of the fuel containing the S component is oxidized to produce SO 3 .
  • sulfur S component deposited on the catalyst and the filter is also desorbed and oxidized to become SO 3 .
  • the SO 3 produced in this way is combined with H 2 O to become H 2 SO 4 to become mist, that is, white smoke. Therefore, in order to regenerate substances accumulated on the filter, mainly PM (Particulate Matter), control is performed to reduce the oxygen concentration when an exhaust temperature increase request is recognized. Thereby, generation
  • control device for an internal combustion engine disclosed in this specification, it is possible to suppress generation of white smoke due to sulfur desorption during PM regeneration.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine of the embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of control performed by the control device for an internal combustion engine according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the exhaust temperature and the SO 3 conversion rate.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the S deposition temperature and the S desorption temperature.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of control performed by the control device for an internal combustion engine according to the embodiment.
  • FIG. 6 is an example of a time chart of PM regeneration performed by the control device for an internal combustion engine of the embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of accumulated S and the fuel S concentration.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the fuel S concentration value and the white smoke suppression target A / Ftrg.
  • FIG. 9 is a graph showing the occurrence of white smoke.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the fuel S concentration value and the white smoke suppression control execution period ⁇ trg.
  • FIG. 11 is a graph showing the effect of A / F on white smoke during PM regeneration.
  • FIG. 12A is an explanatory diagram schematically showing a state in which candidates for fixed values provided in advance for each destination are stored, and FIG. 12B shows how fixed values are set according to the destination. It is explanatory drawing which shows this typically.
  • FIG. 13 is a graph showing an example of the exhaust temperature change during the PM regeneration interval.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 according to an embodiment.
  • the internal combustion engine 1 includes an engine body 2 and a control device (hereinafter referred to as a control device) 3 for the internal combustion engine.
  • An intake passage 4 and an exhaust passage 5 are connected to the engine body 2.
  • One end of an EGR (Exhaust Gas Recirculation) passage 6 is connected to the engine body 2.
  • the other end of the EGR passage 6 is connected to the intake passage.
  • An EGR cooler 7 and an EGR valve 8 are disposed in the EGR passage 6.
  • a throttle 9 is disposed in the intake passage 4.
  • a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 10 is disposed in the exhaust passage 5.
  • the DOC 10 is a catalyst having an oxidation function and is included in the internal combustion engine 1.
  • a DPF (Diesel Particulate Filter) 11 is disposed on the downstream side of the DOC 10 in the exhaust passage.
  • the DPF 11 is a filter that supplements PM and is included in the internal combustion engine 1.
  • an SOx sensor 12, an exhaust addition fuel valve 13, and a first temperature sensor 14 are arranged in order from the upstream side.
  • the SOx sensor 12, together with an A / F sensor 17 described later, is included in a means for acquiring an S concentration value (hereinafter referred to as fuel S concentration) in the fuel combusted in the internal combustion engine 1, more specifically, the engine body 2.
  • the exhaust addition fuel valve 13 adds fuel to the exhaust gas by injecting fuel into the exhaust passage 5.
  • the exhaust gas to which fuel is added is combusted in the DOC 10 and becomes high-temperature exhaust gas.
  • the first temperature sensor 14 measures the temperature of the exhaust gas introduced into the DOC 10 (DOC temperature, catalyst-containing gas temperature).
  • a second temperature sensor 15 is disposed in the exhaust passage 5 between the DOC 10 and the DPF 11.
  • the second temperature sensor 15 measures the temperature (DPF temperature) Tex of the exhaust gas introduced into the DPF 11.
  • the temperature of the exhaust gas will be described as the exhaust temperature Tex.
  • a third temperature sensor 16 and an A / F sensor 17 are arranged in order from the upstream side.
  • the third temperature sensor 16 measures the temperature of the exhaust gas discharged from the DPF 11. From the measured value of the third temperature sensor 16 and the measured value of the second temperature sensor 15, the DPF temperature, that is, the catalyst bed temperature Tm is grasped.
  • the catalyst temperature Tm may be set as the DOC temperature, or the catalyst bed temperature Tm may be acquired using a value correlated with these.
  • the sulfur desorption temperature is higher than the highest reached temperature of the exhaust or the catalyst bed temperature from the completion of the previous PM regeneration to the current PM regeneration request. Control for maintaining the period is performed.
  • the maximum temperature reached is defined, either the exhaust temperature Tex or the catalyst bed temperature Tm may be taken into consideration. Since the sulfur S component to be desorbed is deposited and adsorbed on the catalyst, the catalyst bed temperature is directly involved. However, since the exhaust gas temperature and the catalyst bed temperature are correlated, The temperature should be taken into consideration. In the following description, the exhaust temperature Tex will be unified.
  • the A / F sensor 17 measures the exhaust A / F. As described above, the A / F sensor 17 is included in the means for obtaining the fuel S concentration value together with the SOx sensor 12. The fuel S concentration value and the SOx concentration in the exhaust gas have a correlation. Therefore, the fuel S concentration can be calculated from the SOx concentration value in the exhaust detected by the SOx sensor 12 and the exhaust A / F. Incidentally, SOx discharged from the engine body 2, since it is almost SO 2, SOx sensors may be used SO 2 sensor.
  • the internal combustion engine 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 18.
  • the ECU 18 performs various controls in the internal combustion engine 1.
  • the ECU 18 is also included in the control device 3 and functions as a control unit of the control device 3.
  • the ECU 18 is electrically connected to the EGR valve 8, the throttle 9, the SOx sensor 12, the exhaust addition fuel valve 13, the first temperature sensor 14, the second temperature sensor 15, the third temperature sensor 16, and the A / F sensor 17.
  • the control device 3 is formed.
  • the ECU 18 acquires the PM accumulation amount. Specifically, the ECU 18 calculates the PM accumulation amount in the DPF 11 from the operation pattern (vehicle travel pattern) of the internal combustion engine 1. Then, it is determined whether a PM regeneration request is established. Further, the ECU 18 continuously records the exhaust gas temperature Tex, and obtains the maximum exhaust gas temperature TexMAX from the time when the previous PM regeneration is completed until the current PM regeneration request.
  • the ECU 18 functioning as a control unit performs PM regeneration based on an exhaust temperature increase request on the downstream side of the DOC 10, more specifically, a PM regeneration request in the DPF 11.
  • the ECU 18 first sets the exhaust gas temperature Tex to a sulfur desorption temperature lower than the PM oxidation start temperature and higher than the highest attained temperature TexMAX from the previous PM regeneration completion to the current PM regeneration request. Maintain for a certain period of time. Then, the ECU 18 thereafter sets the exhaust temperature Tex to be equal to or higher than the PM oxidation start temperature. At this time, oxygen concentration lowering control is performed to reduce the oxygen concentration flowing into the DOC 10.
  • the flowchart shown in FIG. 2 shows the overall control for the PM regeneration of the filter, that is, the DPF 11.
  • step S1 the exhaust temperature Tex during travel is continuously acquired and stored in the ECU 18.
  • step S2 every time the exhaust temperature Tex is acquired, it is determined whether or not it is higher than the exhaust temperature Tex stored at that time (previous acquisition Tex).
  • step S3 the process proceeds to step S3, and the currently acquired Tex is stored as the highest temperature TexMAX at that time. Note that when the exhaust gas temperature Tex is acquired for the first time, there is no value to be compared, so that the exhaust gas temperature Tex is stored as it is as the maximum temperature TexMAX.
  • step S4 which is performed subsequent to step S3, it is determined whether there is a PM regeneration request.
  • the process of step S4 is also performed when it is determined No in step S2. When it is determined No in step S4, the processing from step S1 is repeated. If it is determined Yes in step S4, it is determined that the PM regeneration request is made this time, and the process proceeds to step S5.
  • step S5 it is determined whether higher conversion allowable temperature TSO 3 to maximum temperature TexMAX the exhaust temperature at that time conversion from SO 2 to SO 3 in DOC10 or DPF11 is equal to or less than the allowable value. That is, in step S5, the maximum temperature TexMAX determines whether higher conversion allowable temperature TSO 3 in up to this PM regeneration request from the previous PM regeneration completion.
  • the conversion allowable temperature TSO 3 will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 3, the allowable conversion temperature TSO 3 is related to the rate at which SO 2 is oxidized and converted from SO 2 to SO 3 . Therefore, for example, when the SO 3 conversion rate is allowed to 40%, the highest temperature in the “allowable range” in FIG. 3 is the conversion allowable temperature TSO 3 . For example, when the SO 3 conversion rate is 0%, the lowest temperature in the “allowable range” in FIG. 3 is the conversion allowable temperature TSO 3 .
  • the permissible conversion temperature TSO 3 varies depending on the catalyst specifications and is set by adaptation.
  • step S6 TexMAX is directly adopted as the value of TexMAX.
  • step S7 convertible permissible temperature TSO 3 is adopted as the value of TexMAX.
  • values that can be adopted as TexMAX are as follows. That is, the value that can be employed as TexMAX is higher than the maximum temperature TexMAX set in step S3, is any temperature set within the range of convertible allowable temperature TSO 3 below.
  • the requirement that the temperature is higher than the maximum temperature TexMAX is required to desorb sulfur.
  • the requirement that the conversion is within the allowable temperature TSO 3 range or less is required to keep the conversion rate of SO 3 within the allowable range.
  • the arbitrary temperature it can be employed satisfies the above conditions temperature, efficient sulfur to desorption, it is desirable to employ the conversion allowable temperature TSO 3.
  • the efficiency There is room for improvement. That is, if the conversion allowable temperature is TSO 3 or less, the conversion from SO 2 to SO 3 is allowed, and therefore, the purpose is to perform the most efficient desorption of sulfur within the range.
  • step S8-1 which is performed subsequent to step S6, TexMAX + ⁇ is set as the sulfur desorption temperature.
  • + ⁇ means that the temperature is set higher than TexMAX.
  • the temperature at which sulfur is desorbed is equal to or higher than the temperature at which the sulfur is deposited.
  • SO 2 deposited on the catalyst when the exhaust temperature is A ° C. is desorbed when the catalyst temperature becomes A + ⁇ ° C.
  • SO 2 deposited on the catalyst when the exhaust temperature is B ° C. is desorbed when the catalyst temperature becomes B + ⁇ ° C.
  • TexMAX + ⁇ is set as the sulfur desorption temperature. Note that the specific value of + ⁇ can be determined as appropriate according to the fit. At this time, if the temperature is excessively higher than TexMAX, the release rate of sulfur S increases and white smoke tends to be formed. That is, the sulfur desorption temperature is set to the effect of adopting the lowest temperature at which sulfur can be desorbed and released.
  • step S8-2 performed subsequent to step S7, TexMAX is set as the sulfur desorption temperature. That is, the measure of + ⁇ is not necessary. This is because the conversion allowable temperature TSO 3 is replaced with TexMAX in Step S7, and the replaced TexMAX is at a higher temperature than the actual TexMAX, so that the sulfur S is desorbed.
  • step S9 which is performed subsequent to step S8-1 or step S8-2, sulfur desorption processing is performed.
  • step S9 is a subroutine, the contents of which will be described in detail later.
  • step S10 performed subsequent to step S9, the value of TexMAX is cleared.
  • step S11 PM regeneration control is performed. Specifically, the exhaust temperature Tex is set to be equal to or higher than the PM oxidation start temperature. Thereby, PM regeneration is performed.
  • the PM oxidation start temperature is higher than the sulfur desorption temperature, but prior to PM regeneration control, the exhaust temperature Tex is maintained at the sulfur desorption temperature for a certain period, and sulfur S is desorbed. . For this reason, generation
  • step S11 When the process of step S11 is completed, a series of processes regarding the current PM regeneration is completed, and the processes from step S1 are repeated again for the next PM regeneration request.
  • step S9 In the flow chart shown in FIG. 2 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
  • step S8-1 TexMAX + ⁇
  • step S8-2 TexMAX is maintained for a predetermined time, so that sulfur is desorbed and then normal PM regeneration control (step S11) is performed. Move on.
  • step S91 it is determined whether or not the exhaust gas addition fuel condition is satisfied. Specifically, it is determined whether or not the catalyst input gas temperature measured by the first temperature sensor 14 exceeds the threshold value T1. This threshold value T1 is set in view of whether or not the added fuel can be combusted. When it is determined Yes in step S91, the process proceeds to step S92. When it is determined No in step S91, the process of step S91 is repeated until it is determined Yes in step S91.
  • step S92 a fuel S concentration value is acquired. That is, as described above, the fuel S concentration value is acquired based on the measured values of the SOx sensor 12 and the A / F sensor 17.
  • a fuel property sensor may be installed in place of the SOx sensor 12, and the fuel S concentration value may be obtained from the measured value of the fuel property sensor.
  • step S93 the white smoke suppression target A / F and the oxygen concentration reduction control execution period are read.
  • the oxygen concentration reduction control execution period is a period in which the sulfur desorption process is executed.
  • the A / F is controlled toward the rich state in the sulfur desorption process performed prior to PM regeneration. That is, the oxygen concentration is controlled to decrease in the sulfur desorption process.
  • the control in the direction of lowering the oxygen concentration only needs to be controlled to lower the oxygen concentration. That is, the oxygen concentration reduction control includes not only the case where the rich state is exceeded beyond the stoichiometric but also the case where the stoichiometric state is approached.
  • the white smoke suppression A / F is set with reference to the range before and after the stoichiometry.
  • the oxygen concentration reduction control includes the following measures. The intention of each measure is as follows.
  • the ECU 18 sets the oxygen concentration based on the fuel S concentration value. This is because the S concentration in the exhaust gas becomes higher corresponding to the fuel S concentration value. Further, the ECU 18 sets an upper limit threshold value of the oxygen concentration according to the fuel S concentration value. In other words, the upper limit value of the oxygen concentration is the upper limit value of lean. Leaning means that the amount of air is relatively increased, and thus setting the upper limit value of the oxygen concentration is intended not to increase the amount of air too much. Or SO 2 discharged from the engine body 2, SO 3 is generated when DOC10 or SO 2 deposited on the DPF11 is oxidized. Since the S concentration in the exhaust gas becomes higher according to the fuel S concentration value, if the upper limit value of the oxygen concentration is set according to the fuel S concentration value, the production of SO 3 can be effectively suppressed.
  • FIG. 7 shows the relationship between the travel distance of the vehicle and the amount of accumulated S for three types of fuel.
  • fuel S concentration values 2000 ppm, 500 ppm, and 50 ppm.
  • the amount of accumulated S increases as the fuel S concentration value increases. If the amount of accumulated S is large, the amount of S released increases during PM regeneration. Therefore, the higher the fuel S concentration value, the more likely SO 3 is generated. Thus, if the fuel S concentration value is high, a large amount of SO 3 may be generated. Therefore, as shown in FIG. 8, the upper limit threshold value of the white smoke suppression target A / Ftrg is set.
  • the range of ⁇ ⁇ of the reference A / F corresponding to the fuel S concentration value is set as the allowable range of the white smoke suppression target A / Ftrg.
  • the range of ⁇ ⁇ is taken into consideration that it is difficult to accurately control the A / F to a target value.
  • step S94 it is determined whether or not the A / Fm measured by the A / F sensor 17 is equal to or less than the white smoke suppression target A / Ftrg + ⁇ .
  • the process proceeds to step S95.
  • step S95 the EGR additional increase by ⁇ EGR is performed.
  • the allowable range of the white smoke suppression target A / Ftrg that is, the upper limit value of the oxygen concentration is exceeded, so the EGR amount is increased, the air amount is decreased, and the oxygen concentration is decreased. The purpose is to take measures.
  • step S96 it is determined whether A / Fm measured by the A / F sensor 17 is equal to or greater than the white smoke suppression target A / Ftrg- ⁇ .
  • step S97 EGR reduction by ⁇ EGR is performed.
  • the allowable range of the white smoke suppression target A / Ftrg is exceeded, so that the EGR amount is reduced and the air concentration is maintained.
  • the EGR amount is adjusted in order to control A / Fm to an appropriate range, but other means that can control A / Fm can also be used.
  • a / Fm may be controlled within an appropriate range by adjusting the amount of exhaust added fuel.
  • the white smoke suppression target A / Ftrg is controlled within an allowable range by performing the processing from step S94 to step S97.
  • the exhaust temperature and the catalyst temperature are set to be substantially the sulfur desorption temperature.
  • the sulfur desorption temperature is the temperature set in step S8-1 or step S8-2. Since the sulfur desorption temperature is set so that rapid desorption is not performed in consideration of the sulfur deposition temperature, generation of white smoke can be suppressed.
  • step S98 it is determined whether or not the measured bed temperature Tm of the catalyst is equal to or higher than the sulfur desorption temperature.
  • the sulfur desorption temperature differs depending on whether it passes through step S8-1 or step S8-2 in the flowchart shown in FIG. That is, in the case of going through step S8-1, the value of TexMAX + ⁇ set in step S8-1 is adopted as the sulfur desorption temperature. On the other hand, in the case of going through step S8-2, TexMAX set in step S8-2 is adopted as the sulfur desorption temperature.
  • step S98 the process proceeds to step S99.
  • step S99 the amount of exhaust added fuel is increased. Thereby, the bed temperature Tm is raised.
  • step S99 the process of step S98 is repeated again.
  • step S100 it is determined whether a control execution period ⁇ trg for desorbing sulfur has elapsed.
  • step S94 empty processing is repeated.
  • step S11 the subroutine ends. Thereafter, the process proceeds to step S10 shown in FIG. 2, and then the process proceeds to PM regeneration control in step S11.
  • Step S11 is a subroutine, but when the subroutine ends, the process ends (END).
  • FIG. 11 is a graph showing the effect of A / F on white smoke during PM regeneration.
  • the white smoke is suppressed as the A / F is controlled to the rich side during PM regeneration, specifically, the closer to the b point direction from the point a.
  • the SO 3 peak value decreases as A / F is controlled to the rich side.
  • the oxygen concentration corresponding to the S concentration value and the execution period of the oxygen concentration lowering control may be set in advance according to the adaptation. it can. In this case, the steps S92 and S93 are omitted.
  • the S concentration value of fuel used in an internal combustion engine is roughly grasped depending on the destination. Therefore, adaptation considering the S concentration value assumed in advance for each destination can be performed, and the oxygen concentration in the exhaust gas, that is, the white smoke suppression target A / Ftrg can be set to a fixed value. This fixed value may be a value set corresponding to the S concentration value of the fuel combusted in the internal combustion engine 1.
  • the execution period of the oxygen concentration reduction control may be set to a period set corresponding to the S concentration value of the fuel combusted in the internal combustion engine 1.
  • the oxygen concentration is set lower as the assumed S concentration value is higher.
  • the period is set to be longer as the assumed S concentration value is higher.
  • This implementation period may be a period set corresponding to the S concentration value of the fuel combusted in the internal combustion engine 1.
  • the ECU 18 stores the oxygen concentration for each destination, specifically, the white smoke suppression target A / Ftrg-n. Similarly, the execution period ⁇ trg-n of the oxygen concentration reduction control is stored. That is, when the ECU 18 is prepared in a state having general versatility and the destination is determined, the white smoke suppression target A / Ftrg-n and the implementation period ⁇ trg-n corresponding to the destination are selected. In this manner, the oxygen concentration reduction control is performed based on the fixed value corresponding to the destination. As a fixed value setting method, as shown in FIG. 12B, the white smoke suppression target A / Ftrg-n and the implementation period ⁇ trg-n in the ECU are initially blank.
  • the white smoke suppression target A / Ftrg-n and the execution period ⁇ trg-n in the ECU corresponding to the destination are written. In this way, the oxygen concentration reduction control can be performed based on the fixed value corresponding to the destination.
  • TexMAX1, TexMAX2 may be recorded as an example of the history of the exhaust gas temperature Tex between PM regeneration intervals.
  • the sulfur desorption process is performed at a temperature higher than TexMAX1, which is the highest temperature reached.
  • sulfur deposited by TexMAX1 is desorbed at a moderate rate, so that generation of white smoke can be suppressed.
  • sulfur deposited by TexMAX2 is desorbed at a temperature considerably higher than the temperature at the time of deposition and is released at a high speed. As a result, white smoke is likely to be generated.
  • an appropriate period is set such that the maximum reached temperature until the start of PM regeneration after the 80% accumulation amount at which PM regeneration starts is recognized and the maximum reached temperature before that.
  • the maximum temperature reached may be extracted by dividing.

Abstract

　内燃機関の制御装置は、酸化機能を有する触媒の下流にフィルタを備える内燃機関の制御装置であって、前記フィルタのＰＭ再生要求が成立した場合に、排気温度を、ＰＭ酸化開始温度よりも低く、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気又は前記触媒の床温の最高到達温度よりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持した後、前記ＰＭ酸化開始温度以上とする制御部を備える。これにより、急激な硫黄の脱離を回避して、白煙の発生を抑制することができる。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
　従来、酸化触媒の硫黄放出処理を行うときに、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）堆積量が多い場合には、フィルタ床温処理を実施することが知られている。これに関連する文献として、例えば特許文献１がある。ところで、内燃機関の排気に含まれるＳＯ２（二酸化硫黄）が、酸化触媒においてＳＯ３（三酸化硫黄）となり、さらに、Ｈ２Ｏ（水）と反応することにより、Ｈ２ＳＯ４となることが知られている。Ｈ２ＳＯ４は、白煙（サルフェート白煙）となって大気中に排出されることがある。特許文献１にはこのような化学反応について開示されていない。
特開２００９－２９９５７２号公報
　上述のようにＳＯ３は、Ｈ２Ｏと反応することによってＨ２ＳＯ４となる。酸化触媒は、ＳＯｘを吸着する性質もある。このため、酸化触媒と併せて設置され、ＰＭを補足するフィルタ（例えば、ＤＰＦ；Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）を再生するときに大量の白煙が発生する可能性がある。すなわち、内燃機関で燃焼される燃料に含まれる硫黄成分（Ｓ成分）と、酸化触媒に吸着されておりＰＭ再生要求に伴う排気温度上昇に起因して脱離した吸着ＳＯｘが白煙となる可能性がある。
　そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ＰＭ再生時の硫黄脱離に起因する白煙の発生を抑制することを課題とする。
　かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、酸化機能を有する触媒の下流にフィルタを備える内燃機関の制御装置であって、前記フィルタのＰＭ再生要求が成立した場合に、排気温度を、ＰＭ酸化開始温度よりも低く、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気又は前記触媒の床温の最高到達温度よりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持した後、前記ＰＭ酸化開始温度以上とする制御部を備える。前記制御部は、前記最高到達温度が、前記触媒におけるＳＯ２からＳＯ３への転換率が許容値以下となる転換許容温度以下の場合は、前記硫黄脱離温度を前記最高到達温度よりも高く、前記転換許容温度以下となる任意の温度に設定することができる。
　触媒に堆積し、吸着した硫黄は、その性質として、その堆積、吸着時の温度よりも高い温度となることによって脱離が開始される。従って、前回ＰＭ再生完了時から今回フィルタ生成要求迄における排気温度履歴における最高到達温度以上とならなければ、硫黄を脱離させることができない。このため、フィルタの再生要求があったときに、当初より、ＰＭ酸化開始温度となるように制御すれば、硫黄を脱離させることはできる。しかしながら、その一方で、高温になればなるほど硫黄の脱離が速くなり、硫黄の放出速度が速くなる。この結果、白煙の発生を誘発する可能性がある。
　そこで、触媒に吸着した硫黄Ｓが脱離し、放出することができる最低温度、すなわち、硫黄脱離温度に一定期間維持し、硫黄を脱離、放出した後にＰＭ酸化開始温度以上にまで排気温度を上昇させる。これにより、硫黄脱離時の白煙の発生、及びＰＭ再生時の白煙の発生を抑制することができる。
　前記制御部は、前記最高到達温度が、前記触媒におけるＳＯ２からＳＯ３への転換率が許容値以下となる転換許容温度以下の場合は、前記硫黄脱離温度を前記転換許容温度に設定することができる。
　最高到達温度が転換許容温度以下の場合は、硫黄脱離温度を転換許容温度以下の範囲内で設定することができる。白煙発生の一因となるＳＯ３は、ＳＯ２が酸化することによって生じる。ＳＯ２からＳＯ３への転換率は、排気温度の影響を受ける。このため、硫黄脱離温度を転換許容温度以下の範囲内で設定しておけば、白煙を許容範囲内に抑制することができる。なお、硫黄脱離温度は、最高到達温度よりも高い温度であることが必要であり、また、その温度が高いほど、硫黄脱離の効率が高い。これらを考慮すれば、最高到達温度が転換許容温度以下の場合は、硫黄脱離温度を転換許容温度とすることで、白煙を許容範囲に抑えつつ、効率のよい硫黄脱離を行うことができる。前記硫黄脱離温度を前記転換許容温度に設定することにより、白煙発生を効果的に抑制しつつ、硫黄脱離を早めることができる。
　前記制御部は、前記硫黄脱離温度に到達するまでに段階的に排気又は前記触媒の床温を上昇させることができる。これにより、堆積温度が異なる硫黄を白煙の発生を抑えつつ脱離することができる。
　前記制御部は、前記フィルタのＰＭ再生要求が成立し、前記触媒の下流側における排気温度上昇要求があった場合に、前記触媒へ流入する排気ガス中の酸素濃度を、前記内燃機関で燃焼する燃料中のＳ濃度値に応じた酸素濃度の上限閾値以下に低下させることができる。
　排気経路中に設けられ、酸化機能を有する触媒の下流に配置されたフィルタを再生するときに、酸素が必要となる。その一方で、酸素濃度が高すぎると、Ｓ成分を含んだ燃料が燃焼したことに起因して生成されたＳＯ２が酸化してＳＯ３が生成される。同様に、触媒やフィルタに堆積していた硫黄Ｓ成分も脱離、酸化することによってＳＯ３となる。このようにして生成されたＳＯ３は、Ｈ２Ｏと結びついてＨ２ＳＯ４となってミスト化、すなわち、白煙となる。そこで、フィルタに堆積した物質、主としてＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）の再生をすべく、排気温度上昇要求が認められた場合に、酸素濃度を低下させる制御を行う。これにより、白煙の発生を抑制することができる。
　本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、ＰＭ再生時の硫黄脱離に起因する白煙の発生を抑制することができる。
図１は実施形態の内燃機関の概略構成を示す説明図である。 図２は実施形態の内燃機関の制御装置が行う制御の一例を示すフロー図である。 図３は排気温度とＳＯ３転換率との関係を示すグラフである。 図４はＳ堆積温度とＳ脱離温度との関係を示すグラフである。 図５は実施形態の内燃機関の制御装置が行う制御の一例を示すフロー図である。 図６は実施形態の内燃機関の制御装置が行うＰＭ再生のタイムチャートの一例である。 図７は堆積Ｓ量と燃料Ｓ濃度との関係を示す説明図である。 図８は燃料Ｓ濃度値と白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇとの関係を示すグラフである。 図９は白煙の発生状況を示すグラフである。 図１０は燃料Ｓ濃度値と白煙抑制制御実施期間τｔｒｇとの関係を示すグラフである。 図１１はＰＭ再生時Ａ／Ｆが白煙に及ぼす影響を示すグラフである。 図１２（Ａ）は予め設けられた仕向地毎の固定値の候補が格納された様子を模式的に示す説明図であり、図１２（Ｂ）は仕向地に合せて固定値を設定する様子を模式的に示す説明図である。 図１３はＰＭ再生インターバル間の排気温度変化例を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
（実施形態）
　図１は実施形態の内燃機関１の概略構成を示す説明図である。内燃機関１は、エンジン本体２と内燃機関の制御装置（以下、制御装置という）３を備える。エンジン本体２には、吸気通路４と排気通路５が接続されている。エンジン本体２には、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路６の他端は、吸気通路に接続されている。ＥＧＲ通路６には、ＥＧＲクーラ７とＥＧＲ弁８が配置されている。吸気通路４には、スロットル９が配置されている。排気通路５には、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｃａｔａｌｙｓｔ）１０が配置されている。ＤＯＣ１０は、酸化機能を有する触媒であり、内燃機関１に含まれる。排気通路のＤＯＣ１０の下流側には、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）１１が配置されている。ＤＰＦ１１は、ＰＭを補足するフィルタであり、内燃機関１に含まれる。
　エンジン本体２とＤＯＣ１０との間の排気通路５には、上流側から順に、ＳＯｘセンサ１２、排気添加燃料弁１３、第１温度センサ１４が配置されている。ＳＯｘセンサ１２は、後に説明するＡ／Ｆセンサ１７とともに、内燃機関１、より具体的にエンジン本体２で燃焼する燃料中のＳ濃度値（以下、燃料Ｓ濃度という）を取得する手段に含まれる。排気添加燃料弁１３は、排気通路５中に燃料を噴射することにより、排気ガスに燃料を添加する。燃料が添加された排気ガスは、ＤＯＣ１０にて燃焼され、高温の排気ガスとなる。第１温度センサ１４は、ＤＯＣ１０に導入される排気ガスの温度（ＤＯＣ温度、触媒入りガス温度）を測定する。
　ＤＯＣ１０とＤＰＦ１１との間の排気通路５には、第２温度センサ１５が配置されている。第２温度センサ１５は、ＤＰＦ１１に導入される排気ガスの温度（ＤＰＦ温度）Ｔｅｘを測定する。以下の説明では、この排気ガスの温度を排気温度Ｔｅｘとして説明する。
　ＤＰＦ１１の下流側の排気通路５には、上流側から順に第３温度センサ１６及びＡ／Ｆセンサ１７が配置されている。第３温度センサ１６は、ＤＰＦ１１から排出された排気ガスの温度を測定する。この第３温度センサ１６の測定値と、上記第２温度センサ１５の測定値からＤＰＦ温度、すなわち、触媒の床温Ｔｍを把握する。なお、触媒温度ＴｍをＤＯＣ温度としたり、これらと相関性を有する値を用いて触媒の床温Ｔｍを取得したりしてもよい。
　なお、本実施形態の制御装置３では、後に詳述するように、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気又は前記触媒の床温の最高到達温度よりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持する制御が行われる。ここで、最高到達温度を規定するときに、排気温度Ｔｅｘ又は触媒の床温Ｔｍのいずれか一方を参酌すればよい。脱離の対象となる硫黄Ｓ成分は、触媒に堆積、吸着するため、直接的には、触媒の床温が関与するが、排気温度と触媒の床温は相関性を有するため、いずれかの温度を参酌すればよい。以下の説明においては、排気温度Ｔｅｘに統一して説明する。
　Ａ／Ｆセンサ１７は、排気Ａ／Ｆを測定する。Ａ／Ｆセンサ１７は、上述のように、ＳＯｘセンサ１２とともに、燃料Ｓ濃度値を取得する手段に含まれる。燃料Ｓ濃度値と排気中のＳＯｘ濃度とは、相関性を有する。このため、ＳＯｘセンサ１２により検出した排気中のＳＯｘ濃度値と、排気Ａ／Ｆとから、燃料Ｓ濃度を算出することができる。なお、エンジン本体２から排出されるＳＯｘは、ほぼＳＯ２であるので、ＳＯｘセンサは、ＳＯ２センサを用いればよい。
　内燃機関１は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１８を備える。ＥＣＵ１８は、内燃機関１における種々の制御を行う。また、ＥＣＵ１８は、制御装置３にも含まれ、制御装置３の制御部として機能する。ＥＣＵ１８は、ＥＧＲ弁８、スロットル９、ＳＯｘセンサ１２、排気添加燃料弁１３、第１温度センサ１４、第２温度センサ１５、第３温度センサ１６及びＡ／Ｆセンサ１７と電気的に接続されており、制御装置３を形成している。ＥＣＵ１８は、ＰＭ堆積量を取得する。具体的に、ＥＣＵ１８は、内燃機関１の稼動パターン（車両の走行パターン）から、ＤＰＦ１１におけるＰＭ堆積量を算出する。そして、ＰＭ再生要求が成立したか否かの判断を行う。さらに、ＥＣＵ１８は、排気温度Ｔｅｘを継続して記録し、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気温度の最高到達温度ＴｅｘＭＡＸを取得する。
　制御部として機能するＥＣＵ１８は、ＤＯＣ１０の下流側における排気温度上昇要求、より具体的に、ＤＰＦ１１におけるＰＭ再生要求に基づいてＰＭ再生を行う。ＥＣＵ１８は、ＤＰＦ１１の再生要求が成立した場合、まず、排気温度Ｔｅｘを、ＰＭ酸化開始温度よりも低く、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における最高到達温度ＴｅｘＭＡＸよりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持する。そして、ＥＣＵ１８は、その後、排気温度ＴｅｘをＰＭ酸化開始温度以上とする。この際、ＤＯＣ１０へ流入する酸素濃度を低下させる酸素濃度低下制御を行う。
　つぎに、図２に示すフロー図を参照して、制御装置３が行う制御の一例について説明する。図２に示すフロー図は、フィルタ、すなわち、ＤＰＦ１１のＰＭ再生のための制御全体を示している。
　まず、前回ＰＭ再生が完了すると、ＥＣＵ１８に記憶されているＰＭ堆積量の数値がクリアされてリセットされ、今回ＰＭ再生に向けた制御が開始される。ステップＳ１では、走行時の排気温度Ｔｅｘが継続的に取得され、ＥＣＵ１８に記憶される。そして、ステップＳ２では、排気温度Ｔｅｘが取得されるたびに、その時点で記憶されている排気温度Ｔｅｘ（前回取得Ｔｅｘ）よりも高いか否かを判断する。ステップＳ２でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ３へ進み、今回取得Ｔｅｘをその時点での最高到達温度ＴｅｘＭＡＸとして記憶する。なお、最初に排気温度Ｔｅｘを取得したときは、比較する値がないため、その排気温度Ｔｅｘが、そのまま、最高到達温度ＴｅｘＭＡＸとして記憶される。
　ステップＳ３に引き続き行われるステップＳ４では、ＰＭ再生要求があるか否かを判断する。ステップＳ２でＮｏと判断した場合もステップＳ４の処理が行われる。ステップＳ４でＮｏと判断したときは、ステップＳ１からの処理を繰り返す。ステップＳ４でＹｅｓと判断したときは、今回ＰＭ再生要求が成立したとしてステップＳ５へ進む。
　ステップＳ５では、その時点における排気温度の最高到達温度ＴｅｘＭＡＸがＤＯＣ１０やＤＰＦ１１におけるＳＯ２からＳＯ３への転換率が許容値以下となる転換許容温度ＴＳＯ３より高いか否かを判断する。すなわち、ステップＳ５では、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における最高到達温度ＴｅｘＭＡＸが転換許容温度ＴＳＯ３より高いか否かを判断する。ここで、転換許容温度ＴＳＯ３について、図３を参照しつつ説明する。図３を参照すると、転換許容温度ＴＳＯ３は、ＳＯ２が酸化して、ＳＯ２からＳＯ３への転換する割合に関与している。そこで、例えば、ＳＯ３転換率が４０％まで許容される場合には、図３中、「許容範囲」の最も高い温度が転換許容温度ＴＳＯ３となる。また、例えば、ＳＯ３転換率が０％であるときは、図３中、「許容範囲」の最も低い温度が転換許容温度ＴＳＯ３となる。なお、この転換許容温度ＴＳＯ３は、触媒諸元によって異なり、適合によって、設定される。
　ステップＳ５において、Ｙｅｓと判断したときは、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、ＴｅｘＭＡＸがそのままＴｅｘＭＡＸの値として採用される。一方、ステップＳ５において、Ｎｏと判断したときは、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、転換許容温度ＴＳＯ３がＴｅｘＭＡＸの値として採用される。ここで、例えば、図３に示すように、許容されるＳＯ３転換率に幅がある場合は、ＴｅｘＭＡＸとして採用することができる値は、以下の如くである。すなわち、ＴｅｘＭＡＸとして採用することができる値は、ステップＳ３で設定した最高到達温度ＴｅｘＭＡＸよりも高く、転換許容温度ＴＳＯ３以下の範囲内で設定された任意の温度である。ここで、最高到達温度ＴｅｘＭＡＸよりも高いとの要件は、硫黄を脱離させるために求められるものである。また、転換許容温度ＴＳＯ３以下の範囲内との要件は、ＳＯ３転換率を許容範囲内に納めるために求められるものである。ここで、任意の温度としているため、上記条件を満たす温度を採用することができるが、効率よく硫黄を脱離するために、転換許容温度ＴＳＯ３を採用することが望ましい。例えば、最高到達温度ＴｅｘＭＡＸが転換許容温度ＴＳＯ３よりも非常に低い温度である場合、転換許容温度ＴＳＯ３に対して余裕があるにもかかわらず、最高到達温度ＴｅｘＭＡＸを基準にすることは、効率の面で改善の余地がある。すなわち、転換許容温度ＴＳＯ３以下であれば、ＳＯ２からＳＯ３への転換が許容されているのであるから、その範囲内で最も効率よく硫黄の脱離を行う趣旨である。
　ステップＳ６に引き続き行われるステップＳ８－１では、硫黄脱離温度として、ＴｅｘＭＡＸ＋αを設定する。ここで、＋αは、ＴｅｘＭＡＸよりも高い温度に設定することを意味している。図４を参照すると、硫黄が脱離する温度は、その硫黄が堆積したときの温度以上であることがわかる。具体的に、排気温度がＡ℃のときに触媒に堆積したＳＯ２は、触媒温度がＡ＋α℃になると、脱離する。また、排気温度がＢ℃のときに触媒に堆積したＳＯ２は、触媒温度がＢ＋α℃になると、脱離する。このように、触媒に堆積、吸着した硫黄Ｓを脱離させるためには、その堆積温度を越えることが必要となる。そこで、本実施形態では、硫黄脱離温度として、ＴｅｘＭＡＸ＋αが設定されている。なお、＋αの具体的な値は、適合により、適宜決定することができる。この際、ＴｅｘＭＡＸよりも過剰に温度が高いと、硫黄Ｓの放出速度が速くなり、白煙となりやすいので、この点を考慮して、αの値を決定する。すなわち、硫黄脱離温度は、硫黄を脱離し、放出することができる最低温度を採用する趣旨の下に設定されている。
　一方、ステップＳ７に引き続き行われるステップＳ８－２では、硫黄脱離温度として、ＴｅｘＭＡＸを設定する。すなわち、＋αとする措置は不要である。これは、ステップＳ７において転換許容温度ＴＳＯ３がＴｅｘＭＡＸに置き換えられており、置き換えられたＴｅｘＭＡＸは、実際のＴｅｘＭＡＸよりも高い温度であるので、硫黄Ｓは脱離されることを考慮したものである。
　ステップＳ８－１又はステップＳ８－２に引き続き行われるステップＳ９では、硫黄脱離処理が行われる。このステップＳ９は、サブルーチンとなっており、その内容については、後に詳述する。ステップＳ９に引き続き行われるステップＳ１０では、ＴｅｘＭＡＸの値がクリアされる。そして、ステップＳ１１で、ＰＭ再生制御が行われる。具体的に、排気温度Ｔｅｘが、ＰＭ酸化開始温度以上とされる。これにより、ＰＭ再生が行われる。ここで、ＰＭ酸化開始温度は、硫黄脱離温度よりも高い温度であるが、ＰＭ再生制御に先立って、排気温度Ｔｅｘを硫黄脱離温度で一定期間維持し、硫黄Ｓが脱離されている。このため、ＰＭ再生時の白煙の発生が抑制される。
　ステップＳ１１の処理が終了すると、今回ＰＭ再生に関する一連の処理が完了し、次回ＰＭ再生要求に向けて、再び、ステップＳ１からの処理が繰り返される。
　つぎに、図５に示すフロー図を参照して、制御装置３が行う硫黄処理実行制御、すなわち、図２に示すフロー図におけるステップＳ９の詳細な制御の一例について説明する。なお、ステップＳ８－１を経由した場合は、ＴｅｘＭＡＸ＋α、ステップＳ８－２を経由した場合は、ＴｅｘＭＡＸを所定時間維持することにより、硫黄を脱離した後は、通常のＰＭ再生制御（ステップＳ１１）に移る。
　まず、ステップＳ９１では、排気添加燃料条件が充足されているか否かを判断する。具体的に、第１温度センサ１４によって測定された触媒入ガス温度が閾値Ｔ１を上回っているか否かを判断する。この閾値Ｔ１は、添加された燃料が燃焼可能状態になることができるか否かの観点で設定されている。ステップＳ９１でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９２へ進む。ステップＳ９１でＮｏと判断したときは、ステップＳ９１でＹｅｓと判断するまで、ステップＳ９１の処理を繰り返す。
　ステップＳ９２では、燃料Ｓ濃度値を取得する。すなわち、上記のように、ＳＯｘセンサ１２とＡ／Ｆセンサ１７の測定値に基づいて燃料Ｓ濃度値を取得する。なお、ＳＯｘセンサ１２に代えて燃料性状センサを設置し、この燃料性状センサの測定値から燃料Ｓ濃度値を求めるようにしてもよい。
　ステップＳ９２に引き続き行われるステップＳ９３では、白煙抑制目標Ａ／Ｆ及び酸素濃度低下制御実施期間を読み込む。図６を参照すると、酸素濃度低下制御実施期間は、硫黄脱離処理が実行される期間である。図６を参照すると、本実施形態のＰＭ再生チャートの一例が示されており、Ａ／Ｆは、ＰＭ再生に先立って行われる硫黄脱離処理においてリッチ状態へ向かう側へ制御されている。すなわち、硫黄脱離処理において酸素濃度を低下させる方向に制御されている。ここで、酸素濃度を低下させる方向への制御は、酸素濃度を低下させる制御がされていればよい。すなわち、酸素濃度低下制御は、ストイキを越えてリッチ状態となる場合でだけでなくストイキ状態に近づく場合も含まれる。図６を参照すると、本実施形態では、ストイキの前後の範囲を目安として白煙抑制Ａ／Ｆが設定されている。
　このように、酸素濃度低下制御を行うことにより、排気ガス中の残存酸素量が減少するため、白煙として認識されるＨ２ＳＯ４の発生要因となるＳＯ３の生成を抑制することができる。酸素濃度低下制御は、以下の措置を含む。それぞれの措置の意図は以下の如くである。
　ＥＣＵ１８は、燃料Ｓ濃度値に基づいて、酸素濃度を設定する。これは、燃料Ｓ濃度値に対応して排気中のＳ濃度が高くなることを考慮したものである。また、ＥＣＵ１８は、燃料Ｓ濃度値に応じて前記酸素濃度の上限閾値を設定する。酸素濃度の上限値とは、換言すれば、リーンの上限値である。リーンになるということは、相対的に空気量が増すことであるから、酸素濃度の上限値が設定されるということは、空気量を多くし過ぎないことを意図している。エンジン本体２から排出されるＳＯ２や、ＤＯＣ１０やＤＰＦ１１に堆積したＳＯ２が酸化するとＳＯ３が生成される。排気ガス中のＳ濃度は、燃料Ｓ濃度値に応じて高くなるから、燃料Ｓ濃度値に応じて酸素濃度の上限値を設定すれば、効果的にＳＯ３の生成を抑制することができる。
　ここで、ＤＯＣ１０やＤＦＰ１１における堆積Ｓ量と燃料Ｓ濃度値との関係について詳細に説明する。図７を参照すると、三種類の燃料について、車両の走行距離と堆積Ｓ量との関係が示されている。燃料Ｓ濃度値は、２０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ及び５０ｐｐｍの三種類である。堆積Ｓ量は、燃料Ｓ濃度値が高くなるほど多くなる。堆積Ｓ量が多いと、ＰＭ再生時にＳ放出量が増加する。従って、燃料Ｓ濃度値が高いほど、ＳＯ３が発生し易い状態である。このように、燃料Ｓ濃度値が高いとＳＯ３が多量に発生する可能性が有る。そこで、図８に示すように、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの上限閾値を設定している。具体的に、燃料Ｓ濃度値に応じた基準Ａ／Ｆの±βの範囲を白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの許容範囲としている。なお、±βの範囲としているのは、Ａ／Ｆを正確に狙った値に制御することは困難であることを考慮したものである。燃料Ｓ濃度値に応じた酸素濃度の上限値を設けることにより、リーンまたは、リーンに近い状態でＤＦＰ１１に酸素を供給しつつ、白煙の発生を抑制することができ、燃費の悪化を抑制することができる。
　つぎに、図９を参照して、燃料Ｓ濃度値の相違による白煙の発生状況の相違について説明する。ＳＯ３の濃度が所定の閾値（白煙発生閾値）を越えると、白煙が認識されるようになる。図９を参照すると、この白煙閾値を越えている期間は、燃料Ｓ濃度値が高いほど長期間であることがわかる。従って、白煙を効果的に抑制するためには、図１０に示すように、燃料Ｓ濃度値が高いほど、酸素濃度低下制御実施期間τｔｒｇを長期に設定することが必要となる。
　ステップＳ９３に引き続き行われるステップＳ９４では、Ａ／Ｆセンサ１７によって測定したＡ／Ｆｍが白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ＋β以下であるか否かを判断する。ステップＳ９４でＮｏと判断したときはステップＳ９５へ進む。ステップＳ９５では、ΔＥＧＲ分のＥＧＲ追加増量を行う。ステップＳ９４でＮｏと判断したときは、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの許容範囲、すなわち、酸素濃度の上限値を越えているので、ＥＧＲ量を増量して空気量を低下し、酸素濃度を低下させる措置を採る趣旨である。ステップＳ９５の処理が終了した後は、ステップＳ９４からの処理を繰り返す。
　一方、ステップＳ９４でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９６へ進む。ステップＳ９６では、Ａ／Ｆセンサ１７によって測定したＡ／Ｆｍが白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ－β以上であるか否かを判断する。ステップＳ９６でＮｏと判断したときはステップＳ９７へ進む。ステップＳ９７では、ΔＥＧＲ分のＥＧＲ減量を行う。ステップＳ９６でＮｏと判断したときは、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの許容範囲を越えているので、ＥＧＲ量を減量して空気濃度を維持する趣旨である。ステップＳ９７の処理が終了した後は、ステップＳ９４からの処理を繰り返す。
　なお、本実施形態では、Ａ／Ｆｍを適切な範囲に制御するためにＥＧＲ量を調節しているが、Ａ／Ｆｍを制御することができる他の手段を用いることもできる。例えば、排気添加燃料量の調整によってＡ／Ｆｍを適切な範囲に制御するようにしてもよい。
　なお、白煙の発生を抑制する観点からは、酸素濃度の下限値を設けることは重要視されるものではないが、酸素濃度が低くなりすぎると、ＣＯ、ＨＣ、Ｈ２ＳやＰＭの増加の可能性があるので、Ａ／Ｆは、適度な範囲に維持されていることが望ましい。
　ステップＳ９４～ステップＳ９７までの処理が行われることにより、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇは許容範囲内に制御される。そして、このように白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇが制御されたときに、排気温度、触媒温度はほぼ硫黄脱離温度となるように設定されている。硫黄脱離温度は、ステップＳ８－１又はステップＳ８－２で設定された温度である。硫黄脱離温度は、硫黄の堆積温度を考慮して、急激な脱離が行われないように設定されているため、白煙の発生を抑制することができる。
　ステップＳ９６でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９８へ進む。ステップＳ９８では、測定した触媒の床温Ｔｍが硫黄脱離温度以上となっているか否かを判断する。通常、排気温度と触媒の床温とはほぼ同一であると見做せるため、排気温度を硫黄脱離温度以上とすることにより、硫黄を脱離するものである。ここで、硫黄脱離温度は、図２に示すフロー図において、ステップＳ８－１を経由しているのか、ステップＳ８－２を経由しているのかで参照する値が異なる。すなわち、ステップＳ８－１を経由してきた場合には、硫黄脱離温度として、ステップＳ８－１で設定されたＴｅｘＭＡＸ＋αの値が採用される。一方、ステップＳ８－２を経由してきた場合には、硫黄脱離温度として、ステップＳ８－２で設定されたＴｅｘＭＡＸが採用される。
　ステップＳ９８でＮｏと判断したときは、ステップＳ９９へ進む。ステップＳ９９では、排気添加燃料を増量する。これにより、床温Ｔｍを上昇させる。ステップＳ９９の処理の後は、再びステップＳ９８の処理を繰り返す。ステップＳ９８でＹｅｓと判断したとき、すなわち、床温Ｔｍが硫黄脱離温度以上となり、硫黄を脱離可能な状態となったと判断したときは、ステップＳ１００へ進む。ステップＳ１００では、硫黄を脱離するための制御実施期間τｔｒｇが経過したか否かを判断する。ステップＳ１００でＮｏと判断したときは、ステップＳ９４空の処理を繰り返す。ステップＳ１００でＹｅｓと判断したときは、サブルーチンは終了となる。以後、図２に示すステップＳ１０へ進み、その後、ステップＳ１１のＰＭ再生制御に移行する。ステップＳ１１はサブルーチンとなっているが、そのサブルーチンが終了すると、処理は終了となる（エンド）。
　以上が、制御装置３が行う制御の一例である。ここで、ＰＭ再生に先立って行われる硫黄脱離処理時のＡ／Ｆが白煙に及ぼす影響について図１１を参照しつつ説明する。図１１は、ＰＭ再生時Ａ／Ｆが白煙に及ぼす影響を示すグラフである。図１１を参照すると、ＳＯ３が多いほど、白煙量が多いことがわかる。また、ＰＭ再生時にＡ／Ｆをリッチ側に制御するほど、具体的に、ａ点からｂ点方向に近づくほど、白煙の発生が抑制されていることがわかる。また、Ａ／Ｆをリッチ側に制御するほど、ＳＯ３のピーク値が低下していることもわかる。以上から、図５を参照して説明した上記制御のように、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇの許容範囲にＡ／Ｆを制御することにより、白煙の抑制、ＰＭの再生をバランスよく実現することができる。
（変形例）
　内燃機関に使用される燃料のＳ濃度値が既知である場合や想定されている場合は、予め適合により、そのＳ濃度値に対応させた酸素濃度、酸素濃度低下制御の実施期間とすることができる。この場合、ステップＳ９２及びステップＳ９３の措置は省略される。内燃機関に用いられる燃料のＳ濃度値は、仕向地によっておおよそ把握される場合が多い。そこで、仕向地毎に予め想定されるＳ濃度値を考慮した適合を行い、排気ガス中の酸素濃度、すなわち、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇを、固定値としておくことができる。この固定値は、内燃機関１で燃焼する燃料のＳ濃度値に対応させて設定された値としてもよい。また、同様に、酸素濃度低下制御の実施期間を、内燃機関１で燃焼する燃料のＳ濃度値に対応させて設定された期間に設定してもよい。このように、適合により、酸素濃度を設定するときは、想定するＳ濃度値が高いほど、酸素濃度を低く設定することとなる。また、適合により、酸素濃度低下制御の実施期間を設定するときは、想定するＳ濃度値が高いほど、その期間を長期に設定することとなる。この実施期間は、内燃機関１で燃焼する燃料のＳ濃度値に対応させて設定された期間としてもよい。
　図１２（Ａ）を参照すると、ＥＣＵ１８内に仕向地毎の酸素濃度、具体的には、白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ－ｎが格納されている。また、同様に、酸素濃度低下制御の実施期間τｔｒｇ－ｎが格納されている。すなわち、ＥＣＵ１８としては、汎用性を持った状態に準備され、仕向地が決定したら、その仕向地に対応した白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ－ｎ、実施期間τｔｒｇ－ｎを選定する。このようにして、仕向地に対応した固定値に基づいて酸素濃度低下制御が行われる状態とされる。また、固定値の設定方法として、図１２（Ｂ）に示しているように、当初ＥＣＵ内の白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ－ｎ、実施期間τｔｒｇ－ｎをブランクにしておく。そして、仕向地が決定したら、その仕向地に対応したＥＣＵ内の白煙抑制目標Ａ／Ｆｔｒｇ－ｎ、実施期間τｔｒｇ－ｎを書き込む。このようにして、仕向地に対応した固定値に基づいて酸素濃度低下制御が行われる状態とすることもできる。
　また、図１３を参照すると、ＰＭ再生インターバル間で、排気温度Ｔｅｘの履歴の一例として、ＴｅｘＭＡＸ１、ＴｅｘＭＡＸ２（ＴｅｘＭＡＸ１＞ＴｅｘＭＡＸ２）が記録される場合がある。このように、堆積温度が複数存在する場合に、仮に、最高到達温度であるＴｅｘＭＡＸ１よりも高い温度で硫黄脱離処理を行うとする。すると、ＴｅｘＭＡＸ１で堆積した硫黄は、緩やかな速度で脱離するため、白煙の発生を抑制することができる。ところが、ＴｅｘＭＡＸ２で堆積した硫黄は、堆積時の温度よりもかなり高い温度で脱離され、高速で放出されることになる。この結果、白煙が発生する可能性が高い。そこで、ＴｅｘＭＡＸに到達するまでに段階的に排気温度を上昇させることにより、堆積温度に応じた硫黄脱離処理を実行することができ、白煙の発生を抑制することができる。この場合、例えば、図１３に示すように、ＰＭ再生開始となる８０％の堆積量が認められてから、ＰＭ再生開始迄の最高到達温度とそれ以前の最高到達温度というように、適宜期間を区切って最高到達温度を抽出してもよい。
　上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
　１　内燃機関
　２　エンジン本体
　３　制御装置
　４　吸気通路
　５　排気通路
　１０　ＤＯＣ
　１１　ＤＰＦ
　１２　ＳＯｘセンサ
　１３　排気添加燃料弁
　１７　Ａ／Ｆセンサ

Claims (4)

  1. 　酸化機能を有する触媒の下流にフィルタを備える内燃機関の制御装置であって、
    　前記フィルタのＰＭ再生要求が成立した場合に、
    　排気温度を、ＰＭ酸化開始温度よりも低く、前回ＰＭ再生完了時から今回ＰＭ再生要求迄における排気又は前記触媒の床温の最高到達温度よりも高い硫黄脱離温度に一定期間維持した後、前記ＰＭ酸化開始温度以上とする制御部を備え、
    　前記制御部は、前記最高到達温度が、前記触媒におけるＳＯ２からＳＯ３への転換率が許容値以下となる転換許容温度以下の場合は、前記硫黄脱離温度を前記最高到達温度よりも高く、前記転換許容温度以下となる任意の温度に設定する内燃機関の制御装置。
  2. 　前記制御部は、前記最高到達温度が、前記触媒におけるＳＯ２からＳＯ３への転換率が許容値以下となる転換許容温度以下の場合は、前記硫黄脱離温度を前記転換許容温度に設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 　前記制御部は、前記硫黄脱離温度に到達するまでに段階的に排気又は前記触媒の床温を上昇させる請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　前記制御部は、前記フィルタのＰＭ再生要求が成立し、前記触媒の下流側における排気温度上昇要求があった場合に、前記触媒へ流入する排気ガス中の酸素濃度を、前記内燃機関で燃焼する燃料中のＳ濃度値に応じた酸素濃度の上限閾値以下に低下させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
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