JP2010144565A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦの目詰まりを抑制し、運転性を向上させる。
【解決手段】本発明は、酸素吸蔵放出性能を有し、吸蔵した酸素を放出する酸素放出温度が粒子状物質の自己着火温度よりも低い触媒が坦持され、排気中の粒子状物質を捕捉して堆積させるパティキュレートフィルタ４４と、パティキュレートフィルタ４４に堆積した粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段（Ｓ３）と、パティキュレートフィルタ４４に堆積した粒子状物質の堆積量が所定の堆積量より多くなったときに、パティキュレートフィルタ４４の温度を酸素放出温度以上にするとともに、パティキュレートフィルタ４４に流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めて、パティキュレートフィルタ４４を再生させる再生手段（Ｓ５，Ｓ７）と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来の内燃機関の排気浄化装置として、排気中の粒子状物質（Particulate Matter；以下「ＰＭ」という）を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；以下「ＤＰＦ」という）を排気通路に備えるものがある。このものは、ＤＰＦに所定量のＰＭが堆積したときに排気温度を上昇させて、ＤＰＦの温度をＰＭが自己着火し始める６００℃以上に維持してＤＰＦを再生していた（特許文献１参照）。
特開２００１−３８４４３３号公報

しかしながら、前述した従来の内燃機関の排気浄化装置では、低負荷運転が連続したときなど、排気温度を十分に昇温させるのが難しい条件での運転が続いたときに、ＤＰＦを再生できないという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、ＤＰＦの再生効率を高めることを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、酸素吸蔵放出性能を有し、吸蔵した酸素を放出する酸素放出温度が粒子状物質の自己着火温度よりも低い触媒が坦持され、排気中の粒子状物質を捕捉して堆積させるパティキュレートフィルタ（４４）と、パティキュレートフィルタ（４４）に堆積した粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段（Ｓ３）と、パティキュレートフィルタ（４４）に堆積した粒子状物質の堆積量が所定の堆積量より多くなったときに、パティキュレートフィルタ（４４）の温度を酸素放出温度以上にするとともに、パティキュレートフィルタ（４４）に流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めて、パティキュレートフィルタ（４４）を再生させる再生手段（Ｓ５，Ｓ７）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＤＰＦの再生効率を高めることができる。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による排気浄化装置１００のシステム概略図である。

排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という）１と、燃料装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、コントローラ５と、を備える。

エンジン１は、圧縮して高温にした空気中に噴射された燃料を燃焼させて動力を発生する。

燃料装置２は、インジェクタ２１と、コモンレール２２と、燃料ポンプ２３と、を備える。

インジェクタ２１は、エンジン１の各気筒の燃焼室に臨むように設けられ、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ２１は、コントローラ５からの信号に基づいて、動力を発生させるためのメイン噴射と、筒内で燃焼させずに排気とともに未燃の炭化水素をＤＰＦに供給するためにメイン噴射後に実施されるポスト噴射と、を実施する。

コモンレール２２は、高圧燃料を蓄えた後、燃料を各インジェクタ２１へ供給する。

燃料ポンプ２３は、高圧にした燃料をコモンレール２２に供給する。

吸気装置３は、外部から吸い込んだ吸入空気が流れる吸気通路３１を備える。

吸気通路３１には、上流から順に、ターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ａと、インタークーラ３３と、吸気絞り弁３４と、が設けられる。

コンプレッサ３２ａは、同軸上に取り付けられたタービン３２ｂによって回されて、吸入空気を圧縮して各気筒へ供給する。

インタークーラ３３は、ターボチャージャ３２によって圧縮された吸入空気を冷却する。

吸気絞り弁３４は、吸気通路３１の吸気流通面積を変化させることで、エンジン１に導入される吸気量を調整する。吸気絞り弁３４を通過した吸気は、吸気コレクタ３５で分配されてエンジン１の各気筒に流入する。

排気装置４は、エンジン１から排出される排気が流れる排気通路４１を備える。

排気通路４１には、上流から順に、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」という）装置４２と、ターボチャージャ３２のタービン３２ｂと、酸化触媒４３と、ＤＰＦ４４と、ＮＯｘトラップ触媒４５と、が設けられる。

ＥＧＲ装置４２は、ＥＧＲ通路４２１と、ＥＧＲ弁４２２と、備え、ＥＧＲ通路４２１を介してエンジン１から排出された排気の一部を吸気通路３１に還流し、燃焼温度を低減して窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する。

ＥＧＲ通路４２１は、排気通路４１と吸気通路３１の吸気コレクタ３５とを連通する。

ＥＧＲ弁４２２は、ＥＧＲ通路４２１に設けられ、吸気通路３１に流入するＥＧＲガス流量（ＥＧＲ量）を調整する。

タービン３２ｂは、排気のエネルギによって回されて、同軸上に取り付けられたコンプレッサ３２ａを駆動する。

酸化触媒４３は、排気中の炭化水素及び一酸化炭素を浄化する。

ＤＰＦ４４は、排気中のＰＭを捕捉して堆積させる。本実施形態によるＤＰＦ４４は、排気中のＰＭを捕捉して堆積させるセラミックス等を素材とした多孔質のフィルタエレメントに、ＰＭの燃焼を促進させる触媒、及び、酸素吸蔵放出性能（Oxygen Storage Capacity）を有し、かつ、酸素放出温度がＰＭの自己着火温度（６００℃前後）よりも低い触媒を坦持させたものである。ＰＭの燃焼を促進させる触媒としては、白金（Ｐｔ）などの貴金属が挙げられる。酸素吸蔵放出性能を有し、かつ、酸素放出温度がＰＭの自己着火温度よりも低い触媒としては、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）などの遷移金属の酸化物が挙げられる。

ＮＯｘトラップ触媒４５は、排気空燃比が理論空燃比（以下「ストイキ」という）よりもリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がストイキ又はリッチのときにＮＯｘを脱離および浄化する。ＮＯｘトラップ触媒４５は、排気中のＮＯｘの他、硫黄酸化物（ＳＯｘ）も捕捉する。ＮＯｘトラップ触媒４５は、本実施形態のように一体として構成されたものに限らず、ＮＯｘを補足して脱離するＮＯｘトラップと、ＮＯｘを浄化する触媒とが、別体として構成されたものなどであっても構わない。

コントローラ５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ５には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ５１やアクセルペダルの変位量を検出するアクセルストロークセンサ５２などのエンジン１の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。また、排気温度を検出する排気温度センサ５３、ＤＰＦ４４の入口側の排気圧力を検出する排気圧力センサ５４及びＤＰＦ４４の出口側の排気空燃比を検出する空燃比センサ５５からの信号が入力される。

コントローラ５は、これらの入力信号に基づいて、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量及びＮＯｘトラップ触媒４５のＮＯｘ堆積量を検出し、それらの再生制御を実施する。

次に、図２を参照して、本実施形態によるＤＰＦ４４のＰＭ酸化特性について説明する。図２は、ＤＰＦ４４のＰＭ酸化特性を示す図である。

図２に破線で示すように、従来のＤＰＦ、すなわちＰＭの燃焼を促進させる触媒のみを坦持させたＤＰＦの場合は、ＤＰＦの温度が６００℃になる前後で急速にＰＭの酸化燃焼が始まり、６００℃よりも低い温度では十分なＰＭ酸化性能を得られなかった。

これに対して図２に実線Ａで示すように、本実施形態によるＤＰＦ４４の場合は、酸素吸蔵放出性能を有し、かつ、活性酸素放出温度（酸素の放出を開始する（下限）温度）がＰＭの自己着火温度（６００℃前後）よりも低い触媒を坦持させたことによって、ＰＭの急速な酸化燃焼が始まる６００℃よりも低い所定の酸化安定温度域において、十分なＰＭ酸化性能が得られる。これは、ＰＭの自己着火温度よりも低い温度域で触媒から放出された酸素は活性酸素（酸素ラジカル）になっており、この活性酸素が、ＤＰＦ４４に堆積したＰＭを燃焼させるためと考えられる。本実施形態では、酸化安定温度域は、おおよそ４５０℃から５５０℃の間となっている。すなわち、本実施形態における酸素の放出を開始する温度は４５０℃付近、酸素放出温度（の範囲）はおおよそ４５０℃から５５０℃の間である。

そしてさらに、図２に実線Ｂで示すように、発明者らの鋭意研究によって、ＤＰＦ４４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を増加させると、酸化安定温度域におけるＰＭ酸化性能が向上することが確認された。これは、ＮＯｘの分子触媒反応によると推定されるが、詳細は明らかではない。

図３は、酸素吸蔵放出性能を有する触媒の活性酸素放出温度と、酸化安定温度域の下限温度と、の関係を示す図である。

図３に示すように、活性酸素放出温度が低くなればなるほど、酸化安定温度域の下限温度が低くなることがわかる。これは、酸素吸蔵放出性能を有する触媒の活性酸素放出温度が低いほど、酸化安定温度域が拡大することを意味している。

図４は、ＤＰＦ４４に流入する排気中のＮＯｘ濃度と、酸化安定温度域におけるＰＭ酸化速度と、の関係を示した図である。

図４に示すように、ＤＰＦ４４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を高くすると、酸化安定温度域におけるＰＭ酸化速度が増加することがわかる。

ここで、道路状況によっては、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量がＤＰＦ４４の通常再生が必要な所定量（再生量）ＰＭ１より多くなった後も低負荷運転が続いてＤＰＦ４４の再生が実施できず、ＤＰＦ４４にＰＭが堆積し続けることがある。そうすると、ＤＰＦ４４が閉塞して運転性が悪化するおそれがある。

そこで本実施形態では、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１より大きい所定量（再生加速量）ＰＭ２より多くなったときは、次にＤＰＦ４４を再生するときに排気中のＮＯｘ濃度を高くしてＤＰＦ４４の再生速度を上昇させて、ＤＰＦ４４の閉塞による運転性の悪化を抑制する。

以下では、コントローラ５が実施する本実施形態によるＤＰＦ４４及びＮＯｘトラップ触媒４５の再生制御について説明する。なお、この中で、排気中のＮＯｘ濃度を高くして行なわれるＤＰＦ４４の再生は、通常再生（ＰＭ堆積量がＰＭ１からＰＭ２の間になったときに行なわれる再生）と比較して効率が向上し、再生が改善・加速されることから、再生加速モードにおける再生と称することとする。

図５は、コントローラ５が実行する再生制御について説明するフローチャートである。コントローラ５は、本ルーチンをエンジン１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。

ステップＳ１において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５のＮＯｘ堆積量を検出する。具体的には、エンジン回転速度の積算値からＮＯｘ堆積量を推定して検出する。

ステップＳ２において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５のＳＯｘ堆積量を検出する。具体的には、エンジン回転速度の積算値からＳＯｘ堆積量を推定して検出する。

ステップＳ３において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量を検出する。具体的には、予め作成されたマップ（図１０）を参照して、エンジン回転速度及及び燃料噴射量に基づいて検出した現在の運転状態におけるＤＰＦ４４にＰＭが堆積していないときの排気圧力（以下「基準排気圧力」という）を検出する。そして、その基準排気圧力と、排気圧力センサ５４で検出した排気圧力と、を比較してＰＭ堆積量を推定し、検出する。

ステップＳ４において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を上昇させてＤＰＦ４４の再生速度を上昇させる再生加速モード中か否かを判定する。具体的には、再生加速フラグreg_accelが１にセットされているか否かを判定する。コントローラ５は、再生加速フラグreg_accelが１にセットされていればステップＳ５に処理を移行し、そうでなければステップＳ６に処理を移行する。

ステップＳ５において、コントローラ５は、再生加速処理を実施する。具体的な内容については、図６を参照して後述する。

ステップＳ６において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４を再生する通常再生モード中か否かを判定する。具体的には、再生フラグregが１にセットされているか否かを判定する。コントローラ５は、再生フラグregが１にセットされていればステップＳ７に処理を移行し、そうでなければステップＳ８に処理を移行する。

ステップＳ７において、コントローラ５は、通常再生処理を実施する。具体的な内容については、図７を参照して後述する。

ステップＳ８において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の硫黄被毒解除モード中か否かを判定する。具体的には、硫黄被毒解除フラグdesulが１にセットされているか否かを判定する。コントローラ５は、硫黄被毒解除フラグdesulが１にセットされていればステップＳ９に処理を移行し、そうでなければステップＳ１０に処理を移行する。

ステップＳ９において、コントローラ５は、硫黄被毒解除処理を実施する。具体的な内容については、図８を参照して後述する。

ステップＳ１０において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５に堆積されたＮＯｘを脱離・還元するために、排気空燃比を一時的にリッチ化するリッチスパイクモード中か否かを判定する。具体的には、リッチスパイクフラグspが１にセットされているか否かを判定する。コントローラ５は、リッチスパイクフラグspが１にセットされていればステップＳ１１に処理を移行し、そうでなければステップＳ１２に処理を移行する。

ステップＳ１１において、コントローラ５は、リッチスパイク処理を実施する。具体的な内容については、図９を参照して後述する。

ステップＳ１２において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４が再生時期に達したか否かを判定する。具体的には、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量がＤＰＦ４４の通常再生が必要な所定量ＰＭ１に達しているか否かを判定する。コントローラ５は、ＤＰＦ４４が再生時期に達したと判定すればステップＳ１３に処理を移行し、ＤＰＦ４４が再生時期に達していないと判定すればステップＳ１４に処理を移行する。

ステップＳ１３において、コントローラ５は、再生フラグregを１にセットする。

ステップＳ１４において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５が硫黄被毒解除時期に達したか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘトラップ触媒４５のＳＯｘ堆積量がＮＯｘトラップ触媒４５の硫黄被毒解除が必要な所定量ＳＯｘ１に達しているか否かを判定する。コントローラ５は、硫黄被毒解除時期であると判定すればステップＳ１５に処理を移行し、硫黄被毒解除時期でないと判定すればステップＳ１７に処理を移行する。

ステップＳ１５において、コントローラ５は、硫黄被毒解除フラグdesulを１にセットする。

ステップＳ１６において、コントローラ５は、再生フラグregを１にセットする。ここで、硫黄被毒解除フラグdesulとともに再生フラグregを１にセットするのは、大量のＰＭが燃焼することによるＤＰＦ４４の劣化を抑制する観点から、硫黄被毒解除前にＤＰＦ４４を再生しておく必要があるためである。

ステップＳ１７において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５がＮＯｘ脱離・還元時期に達したか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘトラップ触媒４５のＮＯｘ堆積量がＮＯｘトラップ触媒４５からＮＯｘを脱離・還元する必要のある所定量ＮＯｘ１に達しているか否かを判定する。コントローラ５は、ＮＯｘ脱離・還元時期であると判定すればステップＳ１８に処理を移行し、ＮＯｘ脱離・還元時期でないと判定すれば今回の処理を終了する。

ステップＳ１８において、コントローラ５は、リッチスパイクフラグspを１にセットする。

図６は、再生加速処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ５１において、コントローラ５は、予め作成されたマップ（図１１）を参照して、ＤＰＦ４４の再生が可能な運転領域でエンジン１が運転しているか否かを判定する。コントローラ５は、ＤＰＦ４４の再生が可能な運転領域であればステップＳ５２に処理を移行し、そうでなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ５２において、コントローラ５は、通常再生を実施しているときよりもＥＧＲ率を低減させてＤＰＦ４４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を増加させる。ＥＧＲ率とは、吸入ガス中に占めるＥＧＲガスの割合のことをいう。再生加速時のＥＧＲ率は、予め作成されたマップ（図１４）を参照して設定される。

ステップＳ５３において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度が、ＤＰＦ４４に坦持された酸素吸蔵放出性能を有する触媒が活性酸素を放出する活性酸素放出温度より小さいか否かを判定する。本実施形態では、活性酸素放出温度を４５０℃に設定している。コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度が活性酸素放出温度よりも小さければステップＳ５４に処理を移行する。一方で、ＤＰＦ４４の温度が活性酸素放出温度よりも大きければステップＳ５５に処理を移行する。

ステップＳ５４において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度を上昇させる。具体的には、予め作成されたマップ（図１２）を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁３４及びポスト噴射量を制御して排気温度を上昇させ、ＤＰＦ４４の温度を上昇させる。基本的には、吸入空気量を減少させ、ポスト噴射量を増量させることで排気温度を上昇させている。

ステップＳ５５において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度が、ＤＰＦ４４に堆積したＰＭが自己着火する温度よりもやや低いＰＭ非着火温度より大きいか否かを判定する。本実施形態では、ＰＭ非着火温度を５５０℃に設定している。コントローラ５はＤＰＦ４４の温度がＰＭ非着火温度よりも大きければステップＳ５６に処理を移行する。一方で、ＤＰＦ４４の温度がＰＭ非着火温度よりも小さければステップＳ５７に処理を移行する。

ステップＳ５６において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度を低下させる。具体的には、予め作成されたマップ（図１２）を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁３４及びポスト噴射量を制御して排気温度を低下させ、ＤＰＦ４４の温度を低下させる。基本的には、吸気絞り量を緩め、ポスト噴射量を減らすことで排気温度を低下させている。

ステップＳ５７において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量がＤＰＦ４４の再生加速を必要とする所定量ＰＭ２より少なくなったか否かを判定する。コントローラ５は、ＤＰＦ４４の堆積量が所定量ＰＭ２より少なくなっていればステップＳ５８に処理を移行し、そうでなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ５８において、コントローラ５は、再生加速フラグreg_accelを０にセットする。

図７は、通常再生処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ７１において、コントローラ５は、予め作成されたマップ（図１１）を参照して、ＤＰＦ４４の再生が可能な（排気温度を十分に昇温させるのが難しい低負荷運転などではない）運転領域でエンジン１が運転しているか否かを判定する。コントローラ５は、ＤＰＦ４４の再生が可能な運転領域であればステップＳ７２に処理を移行し、そうでなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ７２において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量がＤＰＦ４４の再生加速を必要とする所定量ＰＭ２より少ないか否かを判定する。コントローラ５は、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量が所定量ＰＭ２より多ければステップＳ７３に処理を移行する。一方で、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量が所定量ＰＭ２より少なければステップＳ７４に処理を移行する。

ステップＳ７３において、コントローラ５は、再生加速フラグreg_accelを１にセットする。

ステップＳ７４において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度が、活性酸素放出温度より小さいか否かを判定する。コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度が活性酸素放出温度よりも小さければステップＳ７５に処理を移行する。一方で、ＤＰＦ４４の温度が活性酸素放出温度よりも大きければステップＳ７６に処理を移行する。

ステップＳ７５において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度を上昇させる。具体的には、予め作成されたマップ（図１２）を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁３４及びポスト噴射量を制御して排気温度を上昇させ、ＤＰＦ４４の温度を上昇させる。基本的には、吸入空気量を減少させ、ポスト噴射量を増量させることで排気温度を上昇させている。

ステップＳ７６において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度が、ＰＭ非着火温度より大きいか否かを判定する。コントローラ５はＤＰＦ４４の温度がＰＭ非着火温度よりも大きければステップＳ７７に処理を移行する。一方で、ＤＰＦ４４の温度がＰＭ非着火温度よりも小さければステップＳ７８に処理を移行する。

ステップＳ７７において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の温度を低下させる。具体的には、予め作成されたマップ（図１２）を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁３４及びポスト噴射量を制御して排気温度を低下させ、ＤＰＦ４４の温度を低下させる。基本的には、吸気絞り量を緩め、ポスト噴射量を減らすことで排気温度を低下させている。

ステップＳ７８において、コントローラ５は、ＤＰＦ４４の再生が終了したか否かを判定する。具体的には、ＤＰＦ４４の温度を活性酸素放出温度からＰＭ非着火温度までの範囲内の温度にしてから所定時間が経過したか否かを判定する。コントローラ５は、ＤＰＦ４４の再生が終了していればステップＳ７９に処理を移行する。一方で、ＤＰＦ４４の再生が終了していなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ７９において、コントローラ５は、再生フラグregを０にセットする。

図８は、硫黄被毒解除処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ９１において、コントローラ５は、排気の空燃比が略ストイキ（空気過剰率λが０．９〜１．０程度）となるように、吸入空気量及びポスト噴射量を制御する。

ステップＳ９２において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度が、硫黄被毒解除処理中の下限温度より低いか否かを判定する。本実施形態では、下限温度を６８０℃に設定している。コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度が下限温度よりも低ければステップＳ９３に処理を移行する。一方で、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度が下限温度よりも高ければステップＳ９４に処理を移行する。

ステップＳ９３において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度を上昇させる。具体的には、予め作成されたマップ（図１３）を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁３４及びポスト噴射量を制御して排気温度を上昇させ、ＤＰＦ４４の温度を上昇させる。基本的には、吸入空気量を減少させ、ポスト噴射量を増量させることで排気温度を上昇させている。

ステップＳ９４において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度が、硫黄被毒解除処理中の上限温度より高いか否かを判定する。本実施形態では、上限温度を７２０℃に設定している。コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度が上限温度よりも高ければステップＳ９５に処理を移行する。一方で、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度が上限温度よりも低ければステップＳ９６に処理を移行する。

ステップＳ９５において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度を低下させる。具体的には、予め作成されたマップ（図１３）を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁３４及びポスト噴射量を制御して排気温度を低下させ、ＤＰＦ４４の温度を低下させる。基本的には、吸気絞り量を緩め、ポスト噴射量を減らすことで排気温度を低下させている。

ステップＳ９６において、コントローラ５は、硫黄被毒解除が終了したか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘトラップ触媒４５の温度を硫黄被毒解除処理中の下限温度から上限温度までの範囲内の温度にしてから所定時間が経過したか否かを判定する。コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の硫黄被毒解除が終了していればステップＳ９７に処理を移行する。一方で、ＮＯｘトラップ触媒４５の硫黄被毒解除が終了していれば今回の処理を終了する。

ステップＳ９７において、コントローラ５は、硫黄被毒解除フラグdesulを０にセットする。

ステップＳ９８において、コントローラ５は、リッチスパイクフラグspを０にセットする。

図９は、リッチスパイク処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ１１１において、コントローラ５は、排気の空燃比がリッチ（空気過剰率λが０．８程度）となるように、吸入空気量及び燃料噴射量を制御する。

ステップＳ１１２において、コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の再生が終了したか否かを判定する。具体的には、排気の空燃比をリッチにしてから所定時間が経過したか否かを判定する。コントローラ５は、ＮＯｘトラップ触媒４５の再生が終了していればステップＳ１１３に処理を移行する。一方で、ＮＯｘトラップ触媒４５の再生が終了していなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ１１３において、コントローラ５は、リッチスパイクフラグspを０にセットする。

図１０は、基準排気圧力を算出するマップである。

図１０に示すように、エンジン回転速度が高く、メイン噴射量が多いときほど基準排気圧力も高くなる。

図１１は、ＤＰＦ４４の再生が可能な運転領域でエンジン１が運転しているか否かを判定するためのマップである。

図１１に示すように、低負荷低回転の運転領域でエンジン１が運転しているときは、排気温度を上昇させにくいので、ＤＰＦ４４の再生を実施しない。

図１２は、ＤＰＦ再生時の吸気絞り弁３４及びポスト噴射の制御マップである。

図１２示すように、高負荷時には吸気絞り弁３４の開度を制御することによって、排気温度を調整する。低負荷時には吸気絞り弁３４の開度及びポスト噴射量を制御するとともに、必要に応じて燃料噴射時期のリタード量を制御することによって、排気温度を調整する。

図１３は、硫黄被毒解除処理時の吸気絞り弁３４及びポスト噴射の制御マップである。

図１３に示すように、高負荷時には吸気絞り弁３４の開度及びポスト噴射量を制御することによって、排気温度を調整する。中負荷時には吸気絞り弁３４の開度及びポスト噴射量を制御するとともに、必要に応じて燃料噴射時期のリタード量を制御することによって、排気温度を調整する。

図１４は、再生加速時のＥＧＲ率を決定するためのマップである。なお、理解を容易にするため、破線で通常時にＥＧＲ率を決定するマップを示した。

図１４に示すように、再生加速時には、通常時よりもＥＧＲ率が低減される。

以上説明した本実施形態によれば、酸素吸蔵放出性能を有し、かつ、酸素放出温度がＰＭの自己着火温度よりも低い触媒を坦持させた。これにより、ＰＭの自己着火温度よりも低い温度域で触媒から放出された活性酸素によって、ＤＰＦ４４に堆積したＰＭを燃焼させることができるので、従来の温度（ＰＭが自己着火する約６００℃以上の温度）よりも低い温度でＤＰＦ４４を再生させることができる。そのため、低負荷の運転状態でも比較的容易にＤＰＦ４４の再生を実施できるので、ＤＰＦ４４を再生する回数を増やすことができる。

また、ＤＰＦ４４の再生を従来の温度よりも低い温度で実施することができるので、ＤＰＦ４４の温度を上昇させるために実施していたポスト噴射やメイン噴射の噴射時期のリタードを少なくすることができる。そのため、エンジン１オイルの希釈化を抑制できるとともに、燃費を向上させることができる。

また、本実施形態によるＤＰＦ４４は、ＤＰＦ４４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を高めることで、ＰＭの酸化速度を向上させることができる。そのため、エンジン１が低負荷領域で運転している状態が続いた場合でも、次の再生時にＤＰＦ４４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を高めることで速やかにＤＰＦ４４の再生を終了させることができる。これにより、ＤＰＦ４４の閉塞による運転性の悪化を抑制することができる。

さらに、ＤＰＦ４４の下流にＮＯｘトラップ触媒４５を設けたので、ＤＰＦ４４の再生速度を上昇させるために排気中のＮＯｘ濃度を高めたときのエミッション低下を抑制することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、上記実施形態では、ＤＰＦ４４のＰＭ堆積量が所定量ＰＭ２を超えたときに排気中のＮＯｘ濃度を高めていたが、これに限らず再生時であればいつＮＯｘ濃度を高めてもよい。

また、上記実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒４５をＤＰＦ４４の下流に設けたが、上流に設けてもよい。この場合、ＤＰＦ４４の再生加速時にＤＰＦ４４に必要なＮＯｘ濃度を確保するために、コントローラ５は、図１５に示すＮＯｘトラップ触媒４５の状態、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒温度と排気流量、に応じてＮＯｘ浄化率を示したＮＯｘ浄化率マップを参照してエンジン排出ＮＯｘ濃度を算出する。そして、そのエンジン排出ＮＯｘ濃度に基づいて目標ＥＧＲ率を算出し、ＥＧＲ弁の開度を制御する。エンジン排出ＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ浄化率マップを参照してＮＯｘトラップ触媒４５の温度と排気流量とから瞬時ＮＯｘ浄化率を算出し、以下の（１）式を用いて算出する。

また、上記実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒４５のＮＯｘ堆積量及びＳＯｘ堆積量をエンジン回転速度の累積積算値に基づいて推定していたが、この方法に限らず種々の公知の手法で算出してもよい。例えば、走行距離に基づいて単位時間当たりにＮＯｘトラップ触媒４５に堆積されていくＮＯｘ及び硫黄分の量を推定してもよい。

排気浄化装置のシステム概略図である。 ＤＰＦのＰＭ酸化特性を示す図である。 酸素吸蔵放出性能を有する触媒の活性酸素放出温度と、酸化安定温度域の下限温度と、の関係を示す図である。 ＤＰＦに流入する排気中のＮＯｘ濃度と、酸化安定温度域におけるＰＭ酸化速度と、の関係を示した図である。 再生制御について説明するフローチャートである。 再生加速処理について説明するフローチャートである。 通常再生処理について説明するフローチャートである。 硫黄被毒解除処理について説明するフローチャートである。 リッチスパイク処理について説明するフローチャートである。 基準排気圧力を算出するマップである。 ＤＰＦの再生が可能な運転領域でエンジンが運転しているか否かを判定するためのマップである。 ＤＰＦ再生時の吸気絞り弁及びポスト噴射の制御マップである。 硫黄被毒解除処理時の吸気絞り弁及びポスト噴射の制御マップである。 再生加速時のＥＧＲ率を決定するためのマップである。 ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ浄化率マップである。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
４４ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
４５ ＮＯｘトラップ触媒
Ｓ３ 粒子状物質堆積量検出手段
Ｓ５ 再生手段
Ｓ７ 再生手段

Claims (7)

1. 酸素吸蔵放出性能を有し、吸蔵した酸素を放出する酸素放出温度が粒子状物質の自己着火温度よりも低い触媒が坦持され、排気中の粒子状物質を捕捉して堆積させるパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、
   前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が所定の堆積量より多くなったときに、パティキュレートフィルタの温度を前記酸素放出温度以上にするとともに、パティキュレートフィルタに流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めて、パティキュレートフィルタを再生させる再生手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記再生手段は、
   前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が、前記所定の堆積量より少ない第２の所定の堆積量より多くなったときに、パティキュレートフィルタに流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めることなく、パティキュレートフィルタの温度を前記酸素放出温度以上にして、パティキュレートフィルタを再生させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記再生手段は、
   再生時のパティキュレートフィルタの温度を、前記粒子状物質の自己着火温度よりも低い温度にする
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記酸素吸蔵放出性能を有し、吸蔵した酸素を放出する酸素放出温度が粒子状物質の自己着火温度よりも低い触媒は、吸蔵した酸素を活性酸素として放出する
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記再生手段は、
   通常時に同一の運転状態でＥＧＲを実施するときよりもＥＧＲ率を低減させることで、前記パティキュレートフィルタに流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高める
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記パティキュレートフィルタよりも下流に、排気中の窒素酸化物をトラップし、脱離および浄化するＮＯｘトラップ触媒を設けた
   ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記パティキュレートフィルタよりも上流に設けられ、排気中の窒素酸化物をトラップし、脱離および浄化するＮＯｘトラップ触媒を備え、
   前記再生手段は、
   エンジン運転状態に基づいて前記ＮＯｘトラップ触媒の窒素酸化物浄化率を算出し、その窒素酸化物浄化率に応じてＥＧＲ率を変更して前記パティキュレートフィルタに流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めてそのパティキュレートフィルタの再生速度を上昇させる
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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