JP2009013842A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】未燃燃料成分が未反応のまま触媒を通過して白煙となり大気中に排出されることを抑制することのできるエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置５０は、排気通路３０に設けられたＰＭフィルタ４２に担持されたＮＯｘ吸蔵還元触媒に未燃燃料成分を供給する燃料添加処理を実行する。電子制御装置５０は、ＰＭフィルタ４２の上流側に設けられた上流側排気温センサ５５と、ＰＭフィルタ４２の下流側に設けられた下流側排気温センサ５６とによって検出される上流側排気温及び下流側排気温に基づいて推定するＰＭフィルタ４２の触媒床温に基づいて基準排気流量を設定し、排気流量が基準排気流量以上であるときに、燃料添加処理を禁止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、排気通路に設けられた触媒に未燃燃料成分を供給する燃料添加処理を実行するエンジンの排気浄化装置に関する。

エンジンの排気浄化装置として、特許文献１に記載されるように排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えるものが知られている。
このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、燃料噴射量に対して酸素が過剰な状態、いわゆるリーン状態においてＮＯｘを吸蔵する。一方で、燃料噴射量に対して酸素が不足している状態、いわゆるリッチ状態では、排気に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料成分の炭化水素（ＨＣ）と、吸蔵したＮＯｘとを反応させてＮＯｘを還元し、これらを窒素、二酸化炭素、水にすることにより排気を浄化する。

ところで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、そのＮＯｘの吸蔵量に限界があり、機関運転に伴ってＮＯｘの吸蔵量が増大し、飽和状態に近づくとＮＯｘを吸蔵する能力が低下する。そこで、こうしたＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置にあっては、排気に燃料を添加する燃料添加処理を実行し、触媒近傍の雰囲気を一時的にリッチ状態にすることによって触媒が吸蔵しているＮＯｘを還元することによりＮＯｘ吸蔵能力の低下を抑制している。尚、こうした燃料添加処理の方法としては、排気通路における触媒よりも上流側の部分に燃料添加弁を設け、この燃料添加弁から燃料を噴射する方法や、通常の燃料噴射の後、筒内用燃料噴射弁から排気行程中に燃料を噴射するポスト噴射を実行する方法等が採用されている。
特開平２００６‐２９１８３７号公報

ところで、こうした燃料添加処理を実行するエンジンの排気浄化装置にあっては、排気流量が多いときには、排気に添加した未燃燃料成分が完全に反応しないまま触媒を通過してしまう場合がある。こうした場合には、未燃燃料成分が排気管から白煙となって大気中に排出されてしまう。

尚、こうした課題は、上述したＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置に限らず、例えば、排気中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕捉するフィルタに触媒機能を付加し、未燃燃料成分を供給することにより、その反応熱でフィルタに堆積したＰＭを酸化させて除去するもの等、排気通路に設けられた触媒に未燃燃料成分を供給する燃料添加処理を実行する排気浄化装置にあっては概ね共通するものである。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は未燃燃料成分が未反応のまま触媒を通過して白煙となり大気中に排出されることを抑制することのできるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、排気通路に設けられた触媒に未燃燃料成分を供給する燃料添加処理を実行するエンジンの排気浄化装置において、前記触媒の温度を推定する触媒床温推定手段を備え、排気流量が同触媒床温推定手段によって推定される触媒床温に基づいて設定される基準排気流量以上であるときに、前記燃料添加処理を禁止することをその要旨とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定温度未満であることを条件に前記基準排気流量を設定し、前記触媒床温が所定温度未満であり、且つ排気流量が前記基準排気流量以上であるときに、前記燃料添加処理を禁止することをその要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記基準排気流量は、前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が低いときほど小さな値に設定されることを要旨とする。

触媒床温が高いときには触媒における未燃燃料成分の反応が促進されるため、その反応が短期間で終了するようになる。一方、触媒床温が低いときには触媒における未燃燃料成分の反応速度が比較的小さいため、排気流量が多いとき、即ち触媒を通過する排気の流速が大きいときには反応しきれなかった未燃燃料成分が触媒を通過してしまうようになる。そこで、上記請求項１に記載の発明では、触媒床温に基づいて基準排気流量を設定し、排気流量が基準排気流量以上であるときに燃料添加処理を禁止するようにしている。即ち、未燃燃料成分が触媒を通過して大気中に排出されるおそれがある場合には燃料添加処理が禁止されるようになる。その結果、未燃燃料成分が未反応のまま触媒を通過して白煙となり大気中に排出されることを抑制することができるようになる。

尚、触媒床温に基づいて基準排気流量を設定する具体的な態様としては、請求項２に記載の発明によるように、触媒床温が所定温度未満であり、触媒における反応の反応速度が小さいときに基準排気流量を設定し、触媒床温が所定温度未満であり、且つ排気流量が基準排気流量以上であるときに燃料添加処理を禁止するといった構成を採用することができる。

また、請求項３に記載の発明によるように、触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定温度未満であることに基づいて触媒床温が低いときほど基準排気流量を小さな値に設定するといった構成や、触媒床温のとり得る温度域全域に亘り、その触媒床温が低いときほど基準排気流量を小さな値に設定するといった構成を採用することもできる。

上記請求項３に記載の構成によれば、触媒床温が低く、触媒において単位時間あたりに反応する未燃燃料成分の量が少ないときほど基準排気流量が小さな値に設定されるようになる。そのため、白煙の発生する可能性により即した態様で燃料添加処理を禁止することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記排気通路における前記触媒よりも上流側の部位に設けられた上流側排気温センサと、同触媒よりも下流側の部位に設けられた下流側排気温センサとを備え、前記触媒床温推定手段は、各排気温センサによってそれぞれ検出される排気温度のうち、低い方の排気温度に基づいて触媒床温を推定することをその要旨とする。

触媒の温度は、未燃燃料成分の反応熱や触媒を通過する排気との熱交換によって変化するが、こうした未燃燃料成分の反応速度や排気との熱交換量は触媒の部位によって異なるものとなる。そのため、触媒床温についても触媒全体に亘ってこれが均一にはなることは少なく、部位による温度差が生じやすい。そこで、請求項４に記載の発明では、排気通路における触媒の上流側及び下流側の部位にそれぞれ排気温センサを設け、これら各排気温センサによって検出される排気温度のうち、低い方の排気温度に基づいて触媒床温を推定し、推定された触媒床温に基づいて基準排気流量を設定するようにしている。上流側排気温センサによって検出される排気温度は、触媒の上流側部分の温度と高い相関を有して変化する。一方で、下流側排気温センサによって検出される排気温度は、触媒の下流側部分の温度と高い相関を有して変化する。そのため、上記請求項４に記載の構成によれば、触媒の上流側部分と下流側部分との間で触媒床温にむらがあり、触媒に温度の低い部位が存在する場合であっても、その温度の低い部位における未燃燃料成分の反応速度に基づいて基準排気流量を設定することができるようになり、未燃燃料成分が大気中に排出されることをより好適に抑制することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記基準排気流量は、燃料添加量が多いときほど小さな値に設定されることをその要旨とする。

排気流量や触媒床温が同じ場合であっても、燃料添加量が多いときには添加された未燃燃料成分が反応しきれずに触媒を通過する可能性が高くなる。そこで、上記請求項５に記載の発明によるように、燃料添加量が多いときほど、基準排気流量を小さな値に設定するといった構成を採用することにより、燃料添加量が多いときほど、燃料添加処理が禁止される機会が増大するようになり、未燃燃料成分が大気中に排出される可能性に即した態様で好適に燃料添加処理を禁止することができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置であって、前記触媒は排気に含まれる窒素酸化物を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、機関運転状態と燃料添加量とに基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定量以上であるときに前記燃料添加処理を実行して前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に未燃燃料成分を還元剤として供給し、同ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を還元することをその要旨とする。

排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置にあっては、機関運転状態に基づいて排気に含まれるＮＯｘの量、即ちＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるＮＯｘの量を推定するとともに、燃料添加量に基づいて触媒における還元反応によって還元されるＮＯｘの量を推定し、これら吸蔵量と還元量との各積分値に基づいて現在のＮＯｘ吸蔵量を推定している。

ここで例えば、排気に添加された未燃燃料成分が触媒を通過して大気中に排出されることを抑制するために、燃料添加処理を禁止するのではなく、排気流量が多いときほど燃料添加量を少なくするといった構成を採用することもできるが、こうした構成にあっては、少量の燃料添加が繰り返し実行されるようになる。そして、こうした少量の燃料添加による僅かな還元量を推定する場合にあっては、その推定値に対して推定誤差が与える影響が比較的大きくなる。従って、少量の燃料添加が繰り返されると、こうした推定誤差が積算されるようになり、ＮＯｘ吸蔵量の推定結果についてその信頼性の低下を招くこととなる。これに対して、上記請求項６に記載の発明によるように、機関運転状態と燃料添加量とに基づいてＮＯｘ吸蔵量を推定する排気浄化装置において、上記請求項１〜５に記載の発明の構成を採用した場合には、排気流量が基準排気流量以上であるときに燃料添加処理を禁止することにより、こうしたＮＯｘ吸蔵量の推定結果の信頼性の低下についても抑制することができるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置であって、前記排気通路に燃料添加弁を備え、前記燃料添加処理に際して同燃料添加弁から燃料を噴射することにより排気に燃料を添加することをその要旨とする。

燃料添加処理に際して排気に燃料を添加する具体的な方法としては、請求項７に記載の発明によるように、排気通路に燃料添加弁を設け、この燃料添加弁から燃料を噴射することにより排気に燃料を添加するといった方法を採用することができる。

ところで、燃料添加弁の噴孔周辺には、噴射される燃料の一部が付着したままになることがある。排気熱によって燃料添加弁が高温になっている場合には、その熱により噴孔周辺に付着した燃料が変質して粘性が高くなり、徐々に堆積してデポジットが噴孔の一部を塞いでしまうおそれがある。そして、こうしたデポジットの堆積が進行すると、適切な燃料添加を実行することが困難になる。

上述したように、排気流量が多いときに燃料添加処理を禁止することなく、その量を少なくすることにより白煙の発生を抑制するようにした場合にあっては、少量の噴射が繰り返し実行されるようになる。噴射量が多い場合には燃料噴射に伴う冷却作用により噴孔周辺の温度が低くなるため、噴孔周辺に付着した燃料が変質しにくいものの、少量の噴射が行われる場合にあってはこうした冷却作用が小さくなるため、デポジットの堆積が比較的進行しやすくなる。そこで、上記請求項７に記載の発明によるように、燃料添加弁による触媒への未燃燃料成分の供給を行う場合にあっては、請求項１〜６に記載の発明を適用し、排気流量が多いときには燃料添加を禁止する構成を採用することが望ましい。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記燃料添加弁による直近の燃料噴射から所定期間以上経過したときに、同燃料添加弁から所定量の燃料を噴射する詰まり防止噴射処理を実行することをその要旨とする。

また、上記請求項７に記載の発明によるように排気通路に燃料添加弁を備える排気浄化装置にあっては、請求項８に記載の発明によるように、燃料添加弁における直近の燃料噴射から所定期間以上経過したときに、燃料添加弁から所定量の燃料を噴射する詰まり防止噴射処理を実行するといった構成を採用することができる。これにより、燃料添加弁からの燃料噴射によって噴孔周辺に付着したデポジットを除去し、デポジットによる燃料添加弁の詰まりの発生を抑制することができるようになる。

ところで、上述したように白煙の発生を抑制する上では、燃料添加処理を禁止するのではなく、排気流量が多いときに燃料添加量を少なくする構成を採用することもできるが、その燃料添加に伴う噴射量が少ない場合には、燃料添加弁による燃料噴射が実行されたとしてもデポジットを殆ど除去できないことがある。そのため、こうした場合には、適切な時期に詰まり防止噴射をすることができず、燃料添加弁の噴孔にデポジットが大量に堆積した状態が長期間にわたり継続する状況が生じるおそれがある。

この点、上記請求項８に記載の発明によるように、排気流量が基準排気流量以上であるときに燃料添加処理を禁止する排気浄化装置において、燃料添加弁による燃料噴射が所定期間実行されない場合に詰まり防止噴射を実行する構成によれば、燃料添加処理に伴う燃料噴射の有無に基づいて燃料添加弁の詰まりの発生を把握しつつ、それに即した態様で詰まり防止噴射を実行することができるようになる。

以下、この発明にかかるエンジンの排気浄化装置をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかるディーゼルエンジン１０及びその排気浄化装置の概略構成を示す模式図である。図１に示されるようにディーゼルエンジン１０には、吸気通路２０と排気通路３０とが接続されている。吸気通路２０には、モータ２１ａにより開閉駆動される吸気絞り弁２１が設けられており、この吸気絞り弁２１の開度を変更することにより燃焼室１１に導入される空気の量が調量される。

ディーゼルエンジン１０の燃焼室１１には、気筒毎に燃料噴射弁１２が設けられている。これら燃料噴射弁１２はコモンレール１３に接続されており、コモンレール１３に充填された燃料を燃焼室１１内に噴射する。尚、このコモンレール１３には、サプライポンプ１４によって燃料が供給される。

また、図１に示されるように吸気通路２０及び排気通路３０は、ターボチャージャ２２に接続されている。ターボチャージャ２２は、排気通路３０を流れる排気のエネルギによってそのタービン２２ａを回転させることにより、吸気通路２０内の空気を加圧して燃焼室１１に送り込む。

排気通路３０には、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２が設けられている。これら触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持されている。このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、燃料噴射量に対して酸素が過剰な状態、いわゆるリーン状態においてＮＯｘを吸蔵する。一方で、燃料噴射量に対して酸素が不足している状態、いわゆるリッチ状態では、排気に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料成分の炭化水素（ＨＣ）と、吸蔵したＮＯｘとを反応させてＮＯｘを還元し、これらを窒素、二酸化炭素、水にすることにより排気を浄化する。

ＰＭフィルタ４２は、多孔質材料によって形成されており、これにより排気中の煤などを主成分とする粒子状物質（ＰＭ）を捕捉する。また、ＰＭフィルタ４２に捕捉されたＰＭは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の酸化作用によって酸化され除去される。

排気通路３０における触媒コンバータ４１よりも上流側の部位には、排気中に燃料を噴射して、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２に未燃燃料成分のＨＣを供給する燃料添加弁４０が設けられている。この燃料添加弁４０は、サプライポンプ１４と接続されており、サプライポンプ１４から燃料が供給される。

この燃料添加弁４０を通じた排気への燃料添加は、後述するようにディーゼルエンジン１０の各種制御を統括的に実行する電子制御装置５０によって行われる。電子制御装置５０には、機関運転状態や車両走行状態を検出する各種センサとして、吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ５１、機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ５２、車速ＳＰＤを検出する車速センサ５３、運転者のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５４、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも上流側に設けられた上流側排気温センサ５５、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも下流側に設けられた下流側排気温センサ５６等が接続され、これら各種センサの検出信号が取り込まれる。

電子制御装置５０は、これら各種センサ５１〜５６から取り込まれる検出信号に基づいて演算を行い、機関各部を制御する。例えば、検出された機関回転速度ＮＥに対するアクセルペダルの踏み込み量に基づいて、運転者の要求に応じた機関トルクを発生させるための目標燃料噴射量を演算する。そして、燃料噴射量をこの目標燃料噴射量に一致させるように燃料噴射弁１２を制御する。

また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、そのＮＯｘの吸蔵量に限界があり、機関運転に伴ってＮＯｘの吸蔵量が増大し、飽和状態に近づくとＮＯｘを吸蔵する能力が低下する。そこで、電子制御装置５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になると、上述したように燃料添加弁４０を通じて排気に燃料を添加する燃料添加処理を実行し、触媒近傍の雰囲気を一時的にリッチ状態にして触媒が吸蔵しているＮＯｘを還元することによりＮＯｘ吸蔵能力の低下を抑制するようにしている。

具体的には、機関回転速度ＮＥや、燃料噴射量等、機関運転状態に基づいて排気に含まれるＮＯｘの量、即ちＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるＮＯｘの量を推定するとともに、燃料添加量に基づいて触媒における還元反応によって還元されるＮＯｘの量を推定し、これら吸蔵量と還元量との各積分値に基づいて現在のＮＯｘ吸蔵量を推定する。そして、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になると、燃料添加弁４０から燃料を噴射し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤として未燃燃料成分のＨＣを供給する燃料添加処理を実行する。

ところで、こうした燃料添加処理を実行する場合にあっては、排気流量が多いとき、即ち排気流速が大きいときには、添加されたＨＣがＮＯｘ吸蔵還元触媒において完全に反応しきる前に触媒を通過してしまう場合がある。こうした場合には、未燃燃料成分のＨＣが排気管から大気中に排出されてしまい、場合によっては白煙となることもある。

そこで、本実施形態の排気浄化装置にあっては、排気流量が多いときには燃料添加処理を禁止するようにしている。以下、図２及び図３を参照して、この燃料添加処理の禁止態様について詳しく説明する。尚、図２は、燃料添加処理にかかる一連の処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、推定されるＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となったときに電子制御装置５０によって所定の制御周期で繰り返し実行される。

図２に示されるように、この処理が開始されるとステップＳ１００において、燃料噴射弁１２からの燃料噴射量と機関回転速度ＮＥとに基づいて燃料添加量Ｑを算出する。次に、ステップＳ１１０において、上流側排気温センサ５５によって検出される上流側排気温ＴＨＵＰと、下流側排気温センサ５６によって検出される下流側排気温ＴＨＬＷとに基づいてＰＭフィルタ４２の温度である触媒床温ＴＨＣを推定する。具体的には、上流側排気温ＴＨＵＰ及び下流側排気温ＴＨＬＷのうち、低い方の温度を触媒床温ＴＨＣとして設定する。

こうして触媒床温ＴＨＣを推定すると、ステップＳ１２０へと進み、触媒床温ＴＨＣと燃料添加量Ｑとに基づいて基準排気流量ＥＸｓｔを設定する。この基準排気流量ＥＸｓｔの算出は、電子制御装置５０のメモリに予め記憶された演算マップを参照して行われる。この演算マップは、図３に示されるように、触媒床温ＴＨＣが低いほど、また、燃料添加量Ｑが多いほど、基準排気流量ＥＸｓｔが小さな値に設定されるようにその特性が設定されている。

こうして図３に示される演算マップを参照して基準排気流量ＥＸｓｔを設定すると、ステップＳ１３０へと進み、現在の排気流量ＥＸが基準排気流量ＥＸｓｔ未満であるか否かを判定する。ここで、排気流量ＥＸは、エアフロメータ５１によって検出される吸入空気量ＧＡの値に基づいて算出される値であり、例えばエアフロメータ５１からＰＭフィルタ４２までの空気の輸送遅れを考慮し、吸入空気量ＧＡの値になまし処理を施す等して、吸入空気量ＧＡの変化に対して所定の遅れをもって変化する値として算出される。

ステップＳ１３０において、現在の排気流量ＥＸが基準排気流量ＥＸｓｔ未満である旨判定された場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）には、ステップＳ１４０へと進み、燃料添加弁４０から燃料を噴射して燃料添加処理を実行する。一方、ステップＳ１３０において、現在の排気流量ＥＸが基準排気流量ＥＸｓｔ以上である旨判定された場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）には、ステップＳ１４０をスキップして燃料添加弁４０による燃料噴射を実行せずに、この処理を一旦終了する。

本実施形態の排気浄化装置にあっては、このような処理を繰り返し実行することにより、排気流量ＥＸが基準排気流量ＥＸｓｔ以上のときには、燃料添加処理を禁止するようにしている。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）触媒の温度が高いときには触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２における未燃燃料成分（ＨＣ）の反応が促進されるため、その反応が短期間で終了するようになる。一方、触媒の温度が低いときには触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２における未燃燃料成分の反応速度が比較的小さいため、排気流量ＥＸが多いとき、即ち触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２を通過する排気の流速が大きいときには反応しきれなかった未燃燃料成分が触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２を通過してしまうようになる。そこで、上記実施形態では、触媒床温ＴＨＣに基づいて基準排気流量ＥＸｓｔを設定し、排気流量ＥＸが基準排気流量ＥＸｓｔ以上であるときに燃料添加処理を禁止するようにしている。即ち、未燃燃料成分が触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２を通過して大気中に排出されるおそれがある場合には燃料添加処理が禁止されるようになる。その結果、未燃燃料成分が未反応のまま触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２を通過して白煙となり大気中に排出されることを抑制することができるようになる。

（２）上記実施形態では、触媒床温ＴＨＣが低いときほど、基準排気流量ＥＸｓｔを小さな値に設定するようにしている。こうした構成によれば、触媒床温ＴＨＣが低く、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２において単位時間あたりに反応する未燃燃料成分の量が少ないときほど基準排気流量ＥＸｓｔが小さな値に設定されるようになる。そのため、白煙の発生する可能性により即した態様で燃料添加処理を禁止することができるようになる。

（３）触媒の温度は、未燃燃料成分の反応熱や触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２と、これを通過する排気との熱交換によって変化するが、こうした未燃燃料成分の反応速度や排気との熱交換量はその部位によって異なるものとなる。そのため、触媒の温度についても触媒コンバータ４１やＰＭフィルタ４２の全体に亘ってこれが均一にはなることは少なく、部位による温度差が生じやすい。そこで、上記実施形態では、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２の上流側及び下流側の部位にそれぞれ排気温センサ５５，５６を設け、これら各排気温センサ５５，５６によって検出される排気温度ＴＨＵＰ，ＴＨＬＷのうち、低い方の排気温度に基づいて触媒床温ＴＨＣを推定し、推定された触媒床温ＴＨＣに基づいて基準排気流量ＥＸｓｔを設定するようにしている。上流側排気温センサ５５によって検出される上流側排気温ＴＨＵＰは、ＰＭフィルタ４２の上流側部分の温度と高い相関を有して変化する。一方で、下流側排気温センサ５６によって検出される下流側排気温ＴＨＬＷは、ＰＭフィルタ４２の下流側部分の温度と高い相関を有して変化する。そのため、上記実施形態の構成によれば、ＰＭフィルタ４２の上流側部分と下流側部分との間で触媒床温ＴＨＣにむらがあり、温度の低い部位が存在する場合であっても、その温度の低い部位における未燃燃料成分の反応速度に基づいて基準排気流量ＥＸｓｔを設定することができるようになり、未燃燃料成分が大気中に排出されることをより好適に抑制することができるようになる。

（４）排気流量ＥＸや触媒床温ＴＨＣが同じ場合であっても、燃料添加量Ｑが多いときには添加された未燃燃料成分が反応しきれずに触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２を通過する可能性が高くなる。そこで、上記実施形態のように、燃料添加量Ｑが多いときほど、基準排気流量ＥＸｓｔを小さな値に設定するといった構成を採用することにより、燃料添加量Ｑが多いときほど、燃料添加処理が禁止される機会が増大するようになり、未燃燃料成分が大気中に排出される可能性に即した態様で好適に燃料添加処理を禁止することができるようになる。

（５）上記実施形態では、機関運転状態に基づいて排気に含まれるＮＯｘの量、即ちＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるＮＯｘの量を推定するとともに、燃料添加量に基づいて触媒における還元反応によって還元されるＮＯｘの量を推定し、これら吸蔵量と還元量との各積分値に基づいて現在のＮＯｘ吸蔵量を推定している。

ここで例えば、排気に添加された未燃燃料成分が触媒を通過して大気中に排出されることを抑制するために、燃料添加処理を禁止するのではなく、排気流量ＥＸが多いときほど燃料添加量Ｑを少なくするといった構成を採用することもできるが、こうした構成にあっては、少量の燃料添加が繰り返し実行されるようになる。そして、こうした少量の燃料添加による僅かな還元量を推定する場合にあっては、その推定値に対して推定誤差が与える影響が比較的大きくなる。従って、少量の燃料添加が繰り返されると、こうした推定誤差が積算されるようになり、ＮＯｘ吸蔵量の推定結果についてその信頼性の低下を招くこととなる。これに対して、上記実施形態のように、排気流量ＥＸが基準排気流量ＥＸｓｔ以上であるときに燃料添加処理を禁止することにより、こうしたＮＯｘ吸蔵量の推定結果の信頼性の低下についても抑制することができるようになる。

（６）燃料添加弁４０の噴孔周辺には、噴射される燃料の一部が付着したままになることがある。排気熱によって燃料添加弁４０が高温になっている場合には、その熱により噴孔周辺に付着した燃料が変質して粘性が高くなり、徐々に堆積してデポジットが噴孔の一部を塞いでしまうおそれがある。こうしたデポジットの堆積が進行すると、適切な燃料添加を実行することが困難になる。

上述したように、排気流量ＥＸが多いときに燃料添加処理を禁止することなく、燃料添加量Ｑを少なくすることにより白煙の発生を抑制するようにした場合にあっては、少量の噴射が繰り返し実行されるようになる。燃料添加弁４０からの噴射量が多い場合には燃料噴射に伴う冷却作用により噴孔周辺の温度が低くなるため、噴孔周辺に付着した燃料が変質しにくいものの、少量の噴射が行われる場合にあってはこうした冷却作用が小さくなるため、デポジットの堆積が比較的進行しやすくなってしまう。そこで、上記実施形態のように、燃料添加弁４０による触媒への未燃燃料成分の供給を行う場合にあっては、排気流量ＥＸが多いときには燃料添加処理を禁止する構成を採用することが望ましい。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・燃料添加弁４０における直近の燃料噴射から所定期間以上経過したときに、燃料添加弁４０から所定量の燃料を噴射する詰まり防止噴射処理を実行するといった構成を採用することもできる。これにより、燃料添加弁４０からの燃料噴射によって噴孔周辺に付着したデポジットを除去し、デポジットによる燃料添加弁４０の詰まりの発生を抑制することができるようになる。

ところで、上述したように白煙の発生を抑制する上では、燃料添加処理を禁止するのではなく、排気流量ＥＸが多いときに燃料添加量Ｑを少なくし、燃料添加弁４０による燃料噴射量を少なくする構成を採用することもできるが、燃料添加に伴う噴射量が少ない場合には、燃料添加弁４０による燃料噴射が実行されたとしてもデポジットを殆ど除去できないことがある。そのため、こうした場合には、適切な時期に詰まり防止噴射をすることができず、燃料添加弁４０の噴孔にデポジットが大量に堆積した状態が長期間にわたり継続する状況が生じるおそれがある。

この点、上記のように排気流量ＥＸが基準排気流量ＥＸｓｔ以上であるときに燃料添加処理を禁止する排気浄化装置において、燃料添加弁４０による燃料噴射が所定期間実行されない場合に詰まり防止噴射を実行する構成によれば、燃料添加処理に伴う燃料噴射の有無に基づいて燃料添加弁４０の詰まりの発生を把握しつつ、それに即した態様で詰まり防止噴射を実行することができるようになる。

・上記実施形態では、排気通路３０に設けられた燃料添加弁４０から燃料を噴射することにより、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２に担持されたＮＯｘ吸蔵還元触媒に未燃燃料成分を供給する構成を示した。これに対してＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を供給する方法は、適宜変更することができる。例えば、燃料添加弁４０を設ける方法に替えて、通常の燃料噴射の後、燃料噴射弁１２から排気行程中に燃料を噴射するポスト噴射を実行する方法や、燃料噴射弁１２からの燃料噴射量を増量することにより触媒近傍をリッチ雰囲気にするリッチスパイクを実行する方法等を採用することができる。また、これらの方法を組み合わせて実行する方法を採用することもできる。

・上記実施形態では、触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える構成を示したが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に限らず、その他、未燃燃料成分を酸化させる酸化触媒等、燃料添加処理を必要とする触媒を備える排気浄化装置であればこの発明を適用することができる。例えば、排気中に含まれるＰＭを捕捉するフィルタに酸化触媒を担持させて、触媒機能を付加し、未燃燃料成分を供給することにより、その反応熱でフィルタに堆積したＰＭを酸化させて除去するもの等に適用することもできる。

・上記実施形態では、燃料添加量Ｑが多いほど基準排気流量ＥＸｓｔを小さな値に設定する構成を示したが、燃料添加量Ｑによらず、触媒床温ＴＨＣのみに基づいて基準排気流量ＥＸｓｔを設定することもできる。こうした構成を採用した場合であっても、触媒床温ＴＨＣに基づいてＰＭフィルタ４２における未燃燃料成分の反応速度に即した態様で燃料添加処理を禁止し、白煙の発生を抑制することができる。

・上記実施形態では、触媒床温推定手段として、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２の上流側と下流側にそれぞれ上流側排気温センサ５５、下流側排気温センサ５６を設け、これら各排気温センサ５５，５６によって検出される排気温度のうち、低い方の温度に基づいてＰＭフィルタ４２の触媒床温ＴＨＣを推定する構成を示した。これに対して、触媒床温推定手段の構成は、適宜変更することができる。例えば、排気温センサの配置を適宜変更することもできる。また、触媒床温推定手段としてＰＭフィルタ４２又は触媒コンバータ４１の温度を直接検出する温度センサを設けることもできる。この場合、複数の温度センサを設け、複数の温度センサによって検出される温度のうち、もっとも低い温度に基づいて基準排気流量ＥＸｓｔを設定する構成を採用することが望ましい。

・また、複数の温度センサによる検出値ａの平均値Ａｖｅ＝（ａ１＋ａ２＋・・・ａｎ／ｎ）に基づいて基準排気流量ＥＸｓｔを設定する場合や、検出値ａのうち低い温度ほど重み付けをして得られる温度（例えば、温度Ａ＝ｋ１・ａ１＋ｋ２・ａ２＋・・・ｋｎ・ａｎ／ｎ、［ｋ１＞ｋ２＞・・・＞ｋｎ、ａ１＞ａ２＞・・・＞ａｎ］）に基づいて基準排気流量ＥＸｓｔを設定することもできる。

・触媒床温ＴＨＣが十分に高い場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による反応速度が十分に大きく、排気流量が多い場合であっても白煙の発生するおそれがない場合もある。そういった場合には、触媒床温ＴＨＣが所定温度未満のときにのみ、基準排気流量ＥＸｓｔを設定し、排気流量ＥＸが基準排気流量ＥＸｓｔ以上のときに燃料添加処理を禁止するといった構成を採用することもできる。

・また、触媒床温ＴＨＣが所定温度未満のときに、触媒床温ＴＨＣに依存しない所定の基準排気流量（固定値）を設定し、排気流量ＥＸがこの基準排気流量（固定値）以上であるときに燃料添加処理を禁止するといった構成を採用することもできる。

・上記実施形態では、この発明にかかるエンジンの排気浄化装置をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した例を示したが、この発明は、エンジンの排気通路に設けられた触媒に未燃燃料成分を供給する燃料添加処理を実行する排気浄化装置であれば適用することができる。例えば、ガソリンエンジンの排気浄化装置に適用することもできる。

この発明の一実施形態にかかるディーゼルエンジン及び排気浄化装置の概略構成を示す模式図。 同実施形態にかかる燃料添加処理にかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。 基準排気流量と触媒床温及び燃料添加量との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…ディーゼルエンジン、１１…燃焼室、１２…燃料噴射弁、１３…コモンレール、１４…サプライポンプ、２０…吸気通路、２１…吸気絞り弁、２１ａ…モータ、２２…ターボチャージャ、２２ａ…タービン、３０…排気通路、４０…燃料添加弁、４１…触媒コンバータ、４２…ＰＭフィルタ、５０…電子制御装置、５１…エアフロメータ、５２…回転速度センサ、５３…車速センサ、５４…アクセル開度センサ、５５…上流側排気温センサ、５６…下流側排気温センサ。

Claims (8)

1. 排気通路に設けられた触媒に未燃燃料成分を供給する燃料添加処理を実行するエンジンの排気浄化装置において、
   前記触媒の温度を推定する触媒床温推定手段を備え、
   排気流量が同触媒床温推定手段によって推定される触媒床温に基づいて設定される基準排気流量以上であるときに、前記燃料添加処理を禁止する
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定温度未満であることを条件に前記基準排気流量を設定し、
   前記触媒床温が所定温度未満であり、且つ排気流量が前記基準排気流量以上であるときに、前記燃料添加処理を禁止する
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記基準排気流量は、前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が低いときほど小さな値に設定される
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記排気通路における前記触媒よりも上流側の部位に設けられた上流側排気温センサと、同触媒よりも下流側の部位に設けられた下流側排気温センサとを備え、
   前記触媒床温推定手段は、各排気温センサによってそれぞれ検出される排気温度のうち、低い方の排気温度に基づいて触媒床温を推定する
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記基準排気流量は、燃料添加量が多いときほど小さな値に設定される
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
6. 前記触媒は排気に含まれる窒素酸化物を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、
   機関運転状態と燃料添加量とに基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定量以上であるときに前記燃料添加処理を実行して前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に未燃燃料成分を還元剤として供給し、同ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を還元する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
7. 前記排気通路に燃料添加弁を備え、
   前記燃料添加処理に際して同燃料添加弁から燃料を噴射することにより排気に燃料を添加する
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
8. 請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記燃料添加弁による直近の燃料噴射から所定期間以上経過したときに、同燃料添加弁から所定量の燃料を噴射する詰まり防止噴射処理を実行する
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。

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