JP2016089775A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気中に燃料を添加して温度を上昇させ、ＤＰＦ２２の機能を回復させる再生制御を行っているときに、車両の減速が行われ、エンジン１が減速運転になったとしても、ＤＰＦ２２において過大な温度差が生じないようにして、その損傷を防止する。
【解決手段】再生制御を行う制御手段（ＥＣＵ１００）は、ＤＰＦ２２の床温が予め設定した設定温度以上であって、かつＰＭの堆積量が予め設定した設定量よりも多い状態であるときに、ＤＰＦ２２の床温の変化に応じて排気中への燃料の添加量を調整し、ＤＰＦ２２の上流端および下流端の温度差を所定範囲内に維持する（時刻ｔ２〜ｔ３）。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気中の粒子状物質を捕集するためのフィルタを備え、このフィルタに堆積した粒子状物質の量が多くなれば、フィルタの機能を回復させるための再生制御を行うようにしたものに係る。

従来より、例えば自動車等の車両に搭載されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという場合もある）の排気浄化装置としては、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭという）を捕集するフィルタを備えたものが知られている。このようなフィルタは、ＰＭの堆積量が多くなるに連れて排気の流通抵抗が大きくなり、やがては目詰まりすることになる。

そこで、例えば特許文献１に記載されているように排気通路に燃料添加弁を配設して、フィルタにおけるＰＭの堆積量が所定値を超えれば、排気中に燃料を添加して燃焼させるようにしたものがある（フィルタの再生制御）。この燃焼によって高温になった排気が流入することで、フィルタの床温が上昇し、それが所定温度以上になると、フィルタに堆積しているＰＭが酸化反応（燃焼）を開始して、除去されることになる。

特開２０１２−０３６７６４号公報

ところで、前記のように排気中に燃料を添加してフィルタの床温を高め、ＰＭを燃焼させるようにした場合、まず、高温の排気が流入するフィルタの上流端からＰＭの酸化反応が始まり、温度がさらに上昇するとともに、その後、徐々に下流側においても反応が始まるようになる。このため、再生制御の初期においてはフィルタの上流端の床温Ｔｕが高くなって、遅れて上昇する下流端の床温Ｔｄとの間に大きな温度差が生じる（図４を参照）。

そして、そのようにフィルタの内部がＰＭの燃焼するような高温状態になっていて、しかも未だＰＭが多く残っている状態で、もしも車両が減速され、エンジンへの燃料供給が停止されると、排気中の酸素濃度が急に高くなることから、フィルタに残っているＰＭが急激に燃焼することになる。このときには通常、スロットルバルブが閉じられて、排気の流量が急減することも相俟って、前記のようにＰＭが急激に燃焼する部位において局所的に急激な温度上昇が発生する。

すなわち、図５に一例を示すように、まず、フィルタ上流端の床温Ｔｕが急上昇し、これに遅れてフィルタ中央部の床温Ｔｃが急上昇し、さらに遅れてフィルタ下流端の床温Ｔｄが急上昇する。そして、特に中央部の床温Ｔｃが急上昇したときに（図に破線のハッチを入れて示す範囲で）、下流端床温Ｔｄとの温度差が過大なものとなってしまう。このときＤＰＦ２２においては、上流側および下流側と比べて中央部の熱膨張が過大なものとなり、大きな熱応力によって亀裂を生じるおそれがある。

かかる新規な知見に基づいて本発明の目的は、フィルタの再生制御を行っているときに車両の減速が行われ、エンジンが減速運転になったとしても、フィルタにおいて過大な温度差が生じないようにして、前記のような損傷の発生を未然に防止することにある。

前記の目的を達成するために本発明は、フィルタの再生制御を行っているときに、もしも車両の減速が行われると、前記のようにＰＭが急激に燃焼して過大な温度差を生じるような状態を予め特定し、この特定した状態では排気中への燃料の添加量が少なめになるよう、フィルタの床温の変化に応じて調整するようにしたものである。

−解決手段−
具体的に本発明は、内燃機関の排気通路に、排気中のＰＭを捕集するフィルタと、その上流側の排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、を配設した排気浄化装置を対象とする。そして、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量を超えれば、前記燃料添加弁によって排気中に燃料を添加することにより、前記フィルタの再生制御を行う制御手段を備えており、この制御手段を以下のように構成したものである。

すなわち、前記の制御手段は、フィルタの床温が予め設定した設定温度以上であって、かつ粒子状物質の堆積量が予め設定した設定量よりも多い状態であるときに、フィルタの床温の変化に応じてその上流端および下流端の温度差が所定範囲内に収まるように、排気中への燃料の添加量を調整する構成とした。

かかる構成の排気浄化装置では、フィルタに堆積しているＰＭの量が所定量を超えて、制御手段により再生制御が行われ、燃料添加弁によって排気中に燃料が添加されると、この燃料の燃焼によってフィルタ床温が上昇する。この際、フィルタ床温の低い状態では、エンジンの減速運転に伴い排気中の酸素濃度が急激に高くなっても、フィルタに堆積しているＰＭは実質的に燃焼しないので、燃料の添加量を多めにして、速やかにフィルタ床温を上昇させる。

その後、フィルタ床温が設定温度以上になって、堆積しているＰＭが燃焼を始めるときには、ＰＭの堆積量が設定量以上であるから、予め特定した状態になっているので、このときには燃料の添加量を少なくして、フィルタ床温の上昇度合いを緩やかなものとする。こうすれば、エンジンの減速運転に伴い排気中の酸素濃度が急激に高くなって、ＰＭの燃焼が激しくなったとしても、これによるフィルタの温度上昇を抑制できる。また、ＰＭの激しい燃焼によって局所的な温度上昇が生じても、フィルタ内の温度差が過大なものにはなり難い。よって、フィルタの損傷を防止することができる。

そして、前記のようにフィルタ内に堆積しているＰＭが燃焼し、その堆積量が減少して設定量以下になれば、今度は堆積しているＰＭの量が少ないことから、前記のようにエンジンの減速運転に伴い排気中の酸素濃度が急激に高くなっても、ＰＭの燃焼によって過大な温度上昇が引き起こされるおそれはない。そこで、排気中への燃料の添加量を再び増加させて、フィルタ床温を速やかに上昇させる。

つまり、前記構成の排気浄化装置によれば、フィルタに堆積しているＰＭを再生制御によって速やかに燃焼させて除去することができるとともに、その途中で車両が減速され、エンジンが減速運転になったとしても、フィルタにおいて過大な温度差が生じないようにして、熱応力による損傷を防止することができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によると、フィルタの床温およびＰＭの堆積量に基づいて、もしも車両の減速が行われると、ＰＭが急激に燃焼して過大な温度差を生じるような状態を特定し、この特定した状態では排気中への燃料の添加量を少なめにして、フィルタの上流端および下流端の温度差を所定範囲内に収めるようにしたので、フィルタの損傷を防止しながら速やかに再生制御を完了して、フィルタの機能を回復させることができる。

実施形態に係るエンジンおよびその制御系の概略構成を示す図である。 実施形態におけるフィルタ再生制御の手順を示すフローチャート図である。 再生制御によってＤＰＦの床温が上昇し、ＰＭの堆積量が減少する様子を示すタイミングチャート図である。 排気中への燃料添加量を調整しない従来例についての図３相当図である。 再生制御の途中でエンジンが減速運転になり、ＰＭの急激な燃焼によってＤＰＦ内に過大な温度差が発生する様子を示すタイミングチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式の多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。

−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジンの概略構成を、図１を参照して説明すると、このエンジン１は、各気筒１ａ内におけるピストンの往復動作によって、クランクシャフトが回転されるレシプロエンジンであり、このクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出するためのエンジン回転数センサ３１を備えている。各気筒１ａ毎にピストンの冠面に臨んでインジェクタ２が配置されており、これらがコモンレール１１に接続されて燃料の供給を受けるようになっている。

コモンレール１１は、上流側のサプライポンプ１０から吐出される高圧の燃料を受け入れて、その吐出圧の変動を緩和し燃圧を好適に維持する蓄圧室としての機能を有しており、こうして蓄圧している高圧の燃料を各インジェクタ２に分配する。インジェクタ２は、気筒１ａ内に燃料を噴射する電磁駆動式の開閉弁であって、その開閉制御、即ち燃料の噴射量および噴射時期の制御は、制御手段としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００によって行われる。

エンジン１には吸気通路３および排気通路４が接続されている。吸気通路３には、吸気の流れの上流側から下流側に向かって順に、吸気を濾過するエアクリーナ９、吸気の流量を検出するエアフローメータ３２、吸気を圧縮して過給するターボチャージャ６のコンプレッサ６１、圧縮されて高温になった吸気を冷却するインタークーラ８、および、吸気の流量を調整するスロットルバルブ５が配設されている。

スロットルバルブ５は、スロットルモータ５１によって動作されるバタフライバルブを備えており、このバタフライバルブによって吸気の流路断面積を変更するものであって、その開度（スロットル開度）はスロットル開度センサ３３によって検出される。このスロットルバルブ５の下流側の吸気通路３は、エンジン１の各気筒１ａに分かれて吸気の流れを分配する吸気マニホールド３ａとされている。

一方、排気通路４は、エンジン１の各気筒１ａに繋がる排気マニホールド４ａにおいて、複数の気筒１ａからの排気の流れを集合させる。この排気マニホールド４ａよりも下流側の排気通路４には、ターボチャージャ６のタービン６２と排気の後処理装置とが配置されている。後処理装置は、例えば酸化触媒やＮＯｘ吸蔵触媒などの触媒コンバータ２１と、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集するフィルタ（Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと称する）２２とからなる。

ＤＰＦ２２は例えば触媒担持型のものであり、多孔質セラミックス構造体において多数のセルのうち、隣り合うセルの上流端部と下流端部とを交互に目封じした構造になっている。ＤＰＦ２２を流通する排気中のＰＭは、主に隣り合うセルの間の多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、ＤＰＦ２２には白金等の貴金属が担持されており、後述する再生制御の際には、堆積したＰＭの酸化反応を促進する酸化触媒としても機能する。

そして、触媒コンバータ２１よりも上流側（排気の流れの上流側）の排気通路４には、排気流量センサ３６と排気温センサ３７とが配設されており、触媒コンバータ２１やＤＰＦ２２に流入する排気の流量および温度を検出する。また、そうして触媒コンバータ２１に流入する排気中に燃料を添加するように、図示しない低圧燃料系統に接続された燃料添加弁３８が配設されている。

一方、ＤＰＦ２２よりも下流側（排気の流れの下流側）の排気通路４には、Ａ／Ｆセンサ３９が配置されており、排気中の酸素濃度に対応する信号を出力する。また、ＤＰＦ２２の下流端部における床温を検出するＤＰＦ床温センサ４０が配設されており、さらに、ＤＰＦ２２の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ４１も配設されている。後述するが、この差圧の検出値に基づいてＤＰＦ２２におけるＰＭの堆積量を推定することができる。

なお、本実施形態のエンジン１にはＥＧＲ装置７が装備されている。ＥＧＲ装置７は、排気通路４から吸気通路３に排気の一部を還流させて、各気筒１ａの燃焼室へ再循環させるものである。このＥＧＲ装置７は、吸気マニホールド３ａと排気マニホールド４ａとを接続するＥＧＲ通路７１と、吸気側へ還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ７３と、その排気の還流量を調整するＥＧＲバルブ７２と、を備えている。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示は省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびバックアップＲＡＭなどを備えた公知のものである。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて、種々の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶し、バックアップＲＡＭは、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する。

ＥＣＵ１００には、前記のエンジン回転数センサ３１、エアフローメータ３２、スロットル開度センサ３３、排気流量センサ３６、排気温センサ３７、Ａ／Ｆセンサ３９、ＤＰＦ床温センサ４０、差圧センサ４１の他に、自動車の乗員によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４２も接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵ１００に入力される。この他、ＥＣＵ１００には、図示はしないが、吸気温センサ、吸気圧センサ、エンジン水温センサなども接続されている。

一方、ＥＣＵ１００には、前記のインジェクタ２、サプライポンプ１０、スロットルバルブ５のスロットルモータ５１、排気通路４への燃料添加弁３８、ＥＧＲバルブ７２のアクチュエータなどが接続されている。そして、ＥＣＵ１００は、前記の各種センサからの信号などに基づいて種々の制御プログラムを実行することにより、スロットルバルブ５の開度制御、インジェクタ２による燃料の噴射制御、および、排気の還流量の制御等を含むエンジン１の各種制御を実行する。

また、ＥＣＵ１００は、以下に説明するように、ＤＰＦ２２に堆積しているＰＭの量が或る程度以上、多くなって、通気抵抗が所定以上に大きくなったと判断すれば、燃料添加弁３８により排気中に燃料を添加して燃焼させることにより、ＤＰＦ２２の床温を上昇させる。これにより、ＤＰＦ２２に堆積しているＰＭが燃焼して除去されるようになり、そのフィルタとしての機能が回復する（再生制御）。

−ＤＰＦの再生制御−
次に、ＤＰＦ２２の再生制御について詳細に説明する。前記の如くエンジン１の排気通路４に配設されたＤＰＦ２２は、エンジン１の運転中に排気中に含まれるＰＭを捕集する。こうして捕集されたＰＭはセルの壁面に堆積して排気の流れの妨げとなり、徐々に通気抵抗が大きくなってゆく。これに伴ってＤＰＦ２２の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧が大きくなるので、この差圧からＤＰＦ２２のＰＭ堆積量を推定することができる。

すなわち、ＥＣＵ１００は、差圧センサ４１の出力信号に基づいてマップを参照し、ＤＰＦ２２におけるＰＭの堆積量を推定する。なお、このＰＭ堆積量の推定に用いるマップは、ＤＰＦ２２前後の差圧とＰＭの堆積量との相関関係を考慮して、実験・計算等によって適合した値をマップ化したものであって、例えば、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ１００は、推定したＰＭの堆積量が所定の閾値（所定量）に達すれば、燃料添加弁３８によって排気中に燃料を添加することにより、排気温度を上昇させて、ＤＰＦ２２の昇温を図る。エンジン１の排気中には酸素が残存しているので、ここに添加された燃料は排気とともに触媒コンバータ２１に流入して燃焼し、その発熱によって高温になった排気がＤＰＦ２２の床温を上昇させるのである。

そうして上昇するＤＰＦ２２の床温が、ＰＭの燃焼するような所定温度（例えば５９０℃）以上になると、ＤＰＦ２２に堆積しているＰＭが燃焼を始め、この燃焼に伴う発熱によってＤＰＦ２２の温度がさらに上昇する。このような状態を所定の時間、維持することによって堆積したＰＭを燃焼させて除去し、排気中のＰＭを捕集するというＤＰＦ２２の機能を回復させることができる。

ところで、前記のように高温の排気によってＤＰＦ２２の床温を上昇させてゆくときには、まず、高温の排気が流入するＤＰＦ２２の上流端でＰＭの酸化反応が始まり、温度がさらに上昇するようになる。このため、従来一般的には図４に示すように、再生制御の初期において、まず、ＤＰＦ２２の上流端床温Ｔｕが上昇し、遅れて上昇する下流端床温Ｔｄとの間には一時的に大きな温度差が生じることになる。

図４の例では、時刻ｔ０において再生制御が開始され、ＤＰＦ２２の床温の目標温度（目標床温）が最高床温に設定されることによって、排気中への燃料の添加量がかなり多くなる。このため排気温度が急上昇し、ＤＰＦ２２の上流端床温Ｔｕも急上昇して時刻ｔ１に、ＰＭの燃焼する前記の所定温度に達すると、この上流端部においてＰＭの酸化反応が始まり、その後、徐々に下流側の部位でもＰＭの酸化反応が始まるようになる。

そうしてＤＰＦ２２の床温が急上昇していて、しかも未だＰＭが多く残っている状態で、もしも自動車が減速され、エンジン１が減速運転になって燃料の供給が停止されると、排気中の酸素濃度が急に高くなることから、残っているＰＭが急激に燃焼することになる。このときには通常、スロットルバルブ５が閉じられていて、排気の流量が急減しているため、この排気の流れによって持ち去られる熱量が少なく、前記のようにＰＭが急激に燃焼する部位においては局所的に急激な温度上昇を生じる。

このようなＰＭの急激な燃焼は、酸素濃度の高い排気が流入するＤＰＦ２２の上流端から始まり、徐々に下流側に移動してゆく。すなわち、図５に一例を示すように、時刻ｔ０で再生制御が開始された後に、時刻ｔ＊において自動車が減速され、酸素濃度の高い排気がＤＰＦ２２に流入すると、ＰＭの急激な燃焼によって、まず、上流端床温Ｔｕが急上昇し、遅れて中央部の床温Ｔｃが急上昇し、さらに遅れて下流端床温Ｔｄが急上昇する。

この例では、ＰＭの堆積量が多い中央部や下流端の床温Ｔｃ，Ｔｄの上昇度合いが大きくなっており、特に中央部の床温Ｔｃが急上昇したときに（図に破線のハッチを入れて示す範囲で）、下流端床温Ｔｄとの温度差が過大なものとなってしまう。このときＤＰＦ２２においては、上流側および下流側と比べて中央部の熱膨張が過大なものとなり、大きな熱応力によって亀裂を生じるおそれがあった。

かかる問題点に着目して本実施形態のエンジン１では、ＤＰＦ２２の再生制御を行っているときに自動車の減速が行われ、エンジン１が減速運転になった場合に、前記のようにＰＭが急激に燃焼して、ＤＰＦ２２に過大な温度差が発生するような状態を予め特定し、この特定した状態において排気中への燃料の添加量を減らすことによって、過大な温度差が生じないようにしたものである。

すなわち、本実施形態では、前記のようにエンジン１の減速運転に伴い、ＤＰＦ２２に過大な温度差が発生するような状態を、再生制御によって上昇しているＤＰＦ２２の床温が所定以上に高く、ＰＭが燃焼を開始するような状態であって、かつ、ＤＰＦ２２に残存しているＰＭの堆積量が所定以上に多い状態として特定している。

−具体的な制御手順−
以下、本実施形態の再生制御の具体的な手順について、図２のフローチャートおよび図３のタイミングチャートを参照して説明する。図２のフローチャートに示されている手順は、エンジン１の運転中に所定のタイミングで繰り返し実行される。

まず、図２のフローのステップＳＴ１において、予め設定されている再生制御の開始条件が成立しているか否かを判定する。これは、例えば、ＤＰＦ２２におけるＰＭの堆積量の推定値が所定の閾値（所定量）に達したこととすればよい。ＰＭの堆積量の推定は、前記したようにＤＰＦ２２の差圧センサ４１の出力信号に基づいて、マップを参照して算出すればよいが、これに限らず、前回の再生制御が終了した後のエンジン１の運転履歴からＰＭの生成量を算出し、これに基づいて堆積量を推定してもよい。

そして、再生制御の開始条件が成立しておらず、ステップＳＴ１で否定判定（ＮＯ）された場合にはリターンする一方、ＤＰＦ２２におけるＰＭの堆積量が前記の閾値以上になっていて、ステップＳＴ１で肯定判定（ＹＥＳ）された場合にはステップＳＴ２に進む。このステップＳＴ２では、前記のようなＤＰＦ２の再生制御を開始し、まず、ＤＰＦ２２の目標床温をＰＭの燃焼するような所定温度（例えば５９０℃）に設定する。

本実施形態では、ＤＰＦ２２の下流端床温Ｔｄと目標床温との偏差に応じて、マップを参照して燃料の添加量を決定する。このマップは、排気の流量および空燃比と、これに添加した燃料の燃焼による発熱量とを考慮して、ＤＰＦ２２の床温（下流端床温Ｔｄ）を速やかに目標床温に収束させるように、予め実験、計算等によって燃料の添加量を適合した値をマップ化したものであって、例えば、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

再生制御を開始した直後は、目標床温と実際の床温（下流端床温Ｔｄ）との偏差が比較的大きいことから、排気中への燃料の添加量は比較的多くなり、この燃料の燃焼による発熱量も比較的多くなる。このため、図３のタイミングチャートに表れているように、時刻ｔ１において再生制御が開始されると、まず、ＤＰＦ２２の上流端床温Ｔｕが速やかに上昇し、遅れて下流端床温Ｔｄも上昇を始める。

このようにＤＰＦ２２の床温が低い再生制御の初期には、もしも自動車が減速され、エンジン１が減速運転になって、排気中の酸素濃度が急に高くなっても、堆積しているＰＭが急激に燃焼するおそれはないので、前記のように排気中への燃料の添加量を比較的多くして、速やかに床温を上昇させることができる。

その後、上流端床温Ｔｕおよび下流端床温Ｔｄが目標床温に近づくに連れて、排気中への燃料の添加量が徐々に少なくなり、先に上流端床温Ｔｕの上昇が鈍ることから、遅れて上昇する下流端床温Ｔｄとの温度差が徐々に小さくなってゆく。そして、図２のフローのステップＳＴ３では、この温度差が所定値以下になったか否か、および、下流端床温Ｔｄが予め設定した設定温度以上になったか否か、という２つの条件について判定する。

ここで、前記「設定温度」は、例えば５００〜５６０℃くらいに設定され、ＤＰＦ２２の内部で特に床温の高い上流端において、ＰＭが燃焼を始めるような状態になりつつあることを表している。また、前記温度差の「所定値」というのは、例えば２０〜４０℃くらいであって、前記のようにＰＭが燃焼を始めるような状態になりつつある上流端の床温Ｔｕに対して、下流端床温Ｔｄが十分に接近していることを表している。

前記のステップＳＴ３において、いずれか一方の条件でも成立していなければ、否定判定（ＮＯ）してリターンする一方、両方の条件が成立していれば肯定判定（ＹＥＳ）してステップＳＴ４に進む。このときには、ＤＰＦ２２の床温が高くなって、ＰＭが燃焼を始めるような状態であり、かつ、ＰＭの堆積量が或る程度以上に多い状態（特定した状態）であるから、排気中への燃料の添加量を少なくして、ＤＰＦ２２の温度上昇が緩やかになるように調整する。具体的にはＤＰＦ２２の目標床温を、現在の下流端床温Ｔｄに所定の加算値（例えば２０℃）を加えた値とする。

前記したように排気中への燃料添加量は、目標床温と実際の床温（下流端床温Ｔｄ）との偏差に応じて決定されるので、目標床温を下流端床温Ｔｄプラス加算値とすれば、それらの偏差は結局、加算値に留まるようになり、これに応じて決定される燃料の添加量が少なめになる。これにより、図３の時刻ｔ２〜ｔ３に示すように、下流端床温Ｔｄの緩やかな上昇に連れて目標床温が緩やかに上昇し、上流端床温Ｔｕも緩やかに上昇するようになる。

つまり、ＤＰＦ２２の床温とＰＭの堆積量とに基づいて予め特定した状態では、排気中への燃料の添加量を少なくして、ＤＰＦ２２の床温の上昇を緩やかにする。こうすれば、エンジン１の減速運転に伴い排気中の酸素濃度が急激に高くなって、ＰＭが急激に燃焼したとしても、これによる温度上昇を抑制できる。

また、そのようにＤＰＦ２２の床温の上昇を緩やかにすることで、上流端床温Ｔｕと下流端床温Ｔｄとの温度差が小さめの所定範囲内（本実施形態では概ね２０℃くらい）に収まるようになるので、この状態で前記のようにＰＭが激しく燃焼し、局所的に温度上昇が生じたとしても、ＤＰＦ２２内の温度差は過大なものにはなり難い。

こうして、ＤＰＦ２２に過大な温度差を生じることなく、堆積しているＰＭを燃焼させて除去することができ、図３に表れているようにＰＭの堆積量が時間の経過とともに減少してゆく。そこで、ＥＣＵ１００は、排気の流量、温度および空燃比から求められるＰＭの時間当たりの燃焼量を積算して、残存するＰＭの堆積量を推定し、図２のフローのステップＳＴ５において、ＰＭの堆積量が設定量まで減少したか否か判定する。

このＰＭの堆積量の設定量としては、前記のように排気中の酸素濃度が急激に高くなって、ＰＭが急激に燃焼するようになったとしても、こうして激しく燃焼するＰＭの量が少ないことから、過大な温度上昇が生じる心配のない程度のものとする。そして、この設定量と比較して、前記の推定したＰＭの堆積量が多い場合は、ステップＳＴ５において否定判定（ＮＯ）し、燃料の添加量の調整を継続する。

一方、ＤＰＦ２２に堆積しているＰＭが減少し、その推定値が前記設定量以下になれば、ステップＳＴ５において肯定判定（ＹＥＳ）され、ステップＳＴ６に進んでＤＰＦ２２の目標床温を最高床温（例えば６６０℃くらい）に設定する。これにより、図３のタイミングチャートの時刻ｔ３〜ｔ４に表れているように目標床温がステップ状に上昇して、実際の床温（下流端床温Ｔｄ）との温度差が大きくなるので、再び燃料の添加量が増加し、ＤＰＦ２２の床温（上流端床温Ｔｕ、下流端床温Ｔｄ）が速やかに上昇するようになる。

つまり、エンジン１の減速運転に伴い排気中の酸素濃度が急激に高くなったとしても、ＰＭの堆積量が設定量以下にまで減少していれば、その燃焼によって過大な温度上昇が引き起こされるおそれはないので、排気中への燃料の添加量を再び増加させて、床温をより速く上昇させるのである。

そして、図２のフローのステップＳＴ７において、ＤＰＦ２２に残存するＰＭの堆積量が実質的にゼロになったか否か判定し、否定判定（ＮＯ）であれば待機する。すなわち、再生制御が継続されてＰＭの堆積量がさらに減少し、図３のタイミングチャートの時刻ｔ４において、ＰＭの堆積量が実質的にゼロといえる所定値になれば、ステップＳＴ７において肯定判定し（ＹＥＳ）、再生制御を終了する（エンド）。

以上、説明したように本実施形態に係るエンジン１の排気浄化装置によると、排気通路に設けたＤＰＦ２２におけるＰＭの堆積量が所定の閾値を超えれば、燃料添加弁３８によって排気中に燃料を添加する。この再生制御により排気の温度が上昇し、ＤＰＦ２２の床温が所定以上に高くなって、堆積しているＰＭが燃焼して除去されるようになり、ＤＰＦ２２の機能を回復させることができる。

その再生制御の際に、ＤＰＦ２２の床温およびＰＭの堆積量に基づいて、もしも自動車の減速が行われると、ＰＭが急激に燃焼して過大な温度差を生じるような状態を特定し、この特定した状態では排気中への燃料の添加量を少なくして、ＤＰＦ２２の床温を緩やかに上昇させる。こうすれば、ＤＰＦ２２の上流端および下流端の温度差が所定範囲内に維持されるようになり、前記のようにＰＭが急激に燃焼しても過大な温度差を生じることがないので、ＤＰＦ２２の損傷を防止することができる。

つまり、再生制御によってＤＰＦ２２に堆積しているＰＭを速やかに燃焼させて除去することができるとともに、その途中で自動車が減速され、エンジン１が減速運転になったとしても、ＤＰＦ２２において過大な温度差が生じないようにして、熱応力による損傷を防止することができる。

−他の実施形態−
以上、説明した実施形態では、自動車に搭載されたコモンレール式の筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジン１に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではなく、燃焼に伴いＰＭの生成されるおそれがある筒内噴射式のガソリンエンジンに対して適用することも可能である。

また、前記実施形態では、再生制御を開始した後にＤＰＦ２２の下流端床温Ｔｄが 設定温度以上になり、かつ上流端床温Ｔｕとの温度差が所定値以下になったときに、排気中への燃料の添加量の調整を開始するようにしているが、これに限らず、下流端床温Ｔｄが設定温度以上になれば、添加量の調整を開始するようにしてもよい。また、下流端床温Ｔｄの代わりに例えば上流端床温Ｔｕなど、ＤＰＦ２２の任意の部位の床温を設定温度と比較するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、ＤＰＦ２２の下流端床温Ｔｄと目標床温との偏差に応じて、マップを参照して燃料の添加量を決定するようにしており、目標床温を下流端床温Ｔｄプラス加算値（例えば２０℃）とすることで、排気中に添加する燃料の量を少な目にして、上流端床温Ｔｕと下流端床温Ｔｄとの温度差を前記加算値まで（所定範囲内）に収めるようにしているが、これにも限定されない。

例えば、上流端床温Ｔｕと下流端床温Ｔｄとの温度差を推定若しくは検出し、この温度差に応じて燃料の添加量を調整するようにしてもよい。この場合に、推定若しくは検出した温度差が所定範囲内において増加するときには、燃料の添加量を減らす一方、温度差が所定範囲内において減少するときには燃料の添加量を増やす、というように調整することで、温度差を所定範囲内に収めることができる。

本発明は、排気通路に設けたフィルタに堆積したＰＭを効率良く除去しながら、その破損を防止することができるので、特に自動車に搭載されるディーゼルエンジンに適用して有益である。

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
４ 排気通路
２２ ＤＰＦ（フィルタ）
３８ 燃料添加弁
１００ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、その上流側の排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、が配設されている内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量を超えれば、前記燃料添加弁によって排気中に燃料を添加することにより、前記フィルタの再生制御を行う制御手段を備えており、
   前記制御手段は、フィルタの床温が予め設定した設定温度以上であって、かつ粒子状物質の堆積量が予め設定した設定量よりも多い状態であるときに、フィルタの床温の変化に応じてその上流端および下流端の温度差が所定範囲内に収まるように、排気中への燃料の添加量を調整する構成であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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