JP4178928B2

JP4178928B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP4178928B2
Application number: JP2002349668A
Authority: JP
Inventors: 光徳近藤; 純一川島; 直哉筒本; 真大竹; 宗広田畑
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2004183525A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジンの排気パティキュレートを処理する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排気パティキュレートを処理するために、排気系にパティキュレートを捕集するフィルタを配置し、フィルタに所定量のパティキュレートが堆積したとき、フィルタ温度を上昇させてフィルタに堆積しているパテキュレートを燃焼処理する、いわゆるフィルタの再生処理を行うものが各種提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２５９５３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィルタの再生処理には概ね次の３つの要求を共に満たさなければならない。
【０００５】
（１）再生処理の開始に際しては、フィルタのベッド温度を、フィルタに堆積しているパティキュレートの自着火温度まで速やかに上昇させる必要がある。フィルタのベッドを昇温させるため例えばポスト噴射や燃料噴射時期の遅角が行われるが、速やかな昇温が要求されるのは、フィルタのベッド昇温期間が長引けばそれだけ燃費が悪化するからである。
【０００６】
（２）フィルタのベッド温度がパティキュレートの自着火温度に達してパティキュレートが燃焼する段階になると、フィルタのベッド温度が許容最高温度を超えないようにパティキュレートの燃焼速度を抑制する必要がある。これは、パティキュレートの燃焼速度（フィルタの再生速度）が速いとフィルタに堆積している大量のパティキュレートが急激に燃焼してフィルタのベッド温度が許容最高温度を超え、これによってフィルタに熱劣化が生じて耐久性が低下しかねないからである。
【０００７】
（３）再生処理の終了間近に際しては、フィルタにパティキュレートの燃え残りが生じないようにする必要がある。これはフィルタに燃え残りが生じると、次のような問題点が生じるからである。
【０００８】
▲１▼フィルタの圧力損失が完全になくならないので、燃費が悪化する。
【０００９】
▲２▼燃え残り部分にパティキュレートが堆積すると堆積分布のアンバランスが生じ、次の再生処理時にその部分の急激燃焼によりフィルタの耐久性が低下する。
【００１０】
そこで本発明はフィルタの再生処理中に一定の目標再生速度が得られるように１サイクル当り２回のポスト噴射と酸素濃度制御とを行うことにより、再生処理の上記３つの要求を共に満たす装置を提供することを目的とする。
【００１１】
一方、上記の従来装置においては、触媒活性前に１サイクル当たり１回のポスト噴射を行い、触媒活性後には１サイクル当たり２回のポスト噴射を行っている。
【００１２】
しかしながら、従来装置は上記（１）の要求、つまりフィルタのベッド温度を上昇させようとするものでしかないので、上記（２）の要求に応じることができない。すなわち、フィルタのベッド温度がパティキュレートの自着火温度に達するとパティキュレートが盛んに燃焼してフィルタの再生速度が急上昇する。この段階でも、従来装置のように１サイクル当たり２回のポスト噴射を行ったのでは、再生速度が目標を超えて大きくなりすぎ、フィルタのベッド温度が限界温度を超えて上昇しかねない。これに対して、本願発明では、フィルタのベッド温度がパティキュレートの自着火温度に達した後は、１サイクル当り２回のポスト噴射を止めて１サイクル当り１回のポスト噴射にすると共に、排気中の目標酸素濃度を低濃度に設定した第１酸素濃度制御を行うことによって、再生速度が目標再生速度を超えて大きくならないようにするのであり、このように触媒反応によりフィルタのベッド温度を上昇させようとする従来装置と、フィルタの再生速度に着目する本願発明とでは技術的思想が異なっている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備え、フィルタの再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置において、フィルタの再生処理中に一定の目標再生速度が得られるようにエンジンの１サイクル当り２回のポスト噴射と排気の酸素濃度制御とを行う再生処理手段を備えている。具体的にはフィルタの再生処理期間を前期、中期、後期から構成し、前期に再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第１目標ベッド温度へと制御する昇温制御を行い、中期に再生速度が目標再生速度へと小さくなるように第１目標ベッド温度を維持させる第１目標ベッド温度維持制御及び排気中の目標酸素濃度を低濃度に設定した第１酸素濃度制御を行い、後期に再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第１目標ベッド温度より高い第２目標ベッド温度を維持させる第２目標ベッド温度維持制御及び排気中の目標酸素濃度を高濃度に設定した第２酸素濃度制御を行う。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による再生処理手段によれば、次の効果が得られる。
【００１５】
（１）前期にはフィルタのベッド温度をパティキュレートが自着火する温度である第１目標ベッド温度にまで急速に上昇させることができる。
【００１６】
（２）中期にはフィルタのベッド温度がパティキュレートが自着火する温度である第１目標ベッド温度に維持した状態で第１酸素濃度制御が行われるが、この第１酸素濃度制御によればフィルタに堆積している大量のパティキュレートが急激に燃えることがないように排気中の目標酸素濃度を低濃度の酸素濃度に設定してあるので、フィルタのベッド温度が許容最高温度を上回ることがなく、これによりフィルタの耐久性が損なわれることがない。
【００１７】
なお、排気温度を低下させることによりパティキュレートの燃焼速度を抑制する方法もあるが、この排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法だと、排気やフィルタの熱慣性の影響を受けて制御の応答性が悪く、パティキュレートが急激に燃えることが困難で、制御性が劣る。これに対して本発明では、こうした排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法でないため、排気やフィルタの熱慣性の影響を排除でき、制御応答性がよく制御の信頼性が高い。
【００１８】
（３）後期には第１目標ベッド温度よりも高い第２目標ベッド温度に維持した状態で目標酸素濃度を第１酸素濃度制御時より大きくして十分な酸素を供給することで、再生処理の終了間近にフィルタに残存するパティキュレートを迅速にかつ確実に燃え切らせることができる。
【００１９】
このように、本発明では、再生処理の前期、中期、後期に要求されるところを総て満たすことから、再生処理期間を短縮できると共に、ほぼ完全なフィルタ再生を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【００２２】
図１において、１はディーゼルエンジンで、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、圧力制御弁（図示しない）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。圧力制御弁は、エンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。
【００２３】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は蓄圧室１６にいったん蓄えられ、蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７へと分配される。
【００２４】
ノズル１７（燃料噴射弁）は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に三方弁（図示しない）が介装されている。三方弁（電磁弁）のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がＯＮ状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり三方弁のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであればＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００２５】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に、排気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン２２と吸気を圧縮するコンプレッサ２３とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機２１を備える。タービン２２のスクロール入口に、アクチュエータ２５により駆動される可変ノズル２４が設けられ、エンジンコントローラ３１により、可変ノズル２４は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側ではタービン２２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転速度側では排気を抵抗なくタービン２２に導入させノズル開度（全開状態）に制御する。
【００２６】
上記のアクチュエータ２５は、制御圧力に応動して可変ノズル２６を駆動するダイヤフラムアクチュエータ２６と、このダイヤフラムアクチュエータ２６への制御圧力を調整する圧力制御弁２７とからなり、可変ノズル２４の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁２７に出力される。
【００２７】
アクセルセンサ３２、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ３３、水温センサ３４、エアフローメータ３５からの信号が入力されるエンジンコントローラ３１では、これらの信号に基づいて目標ＥＧＲ率と目標過給圧とが得られるようにＥＧＲ制御と過給圧制御を協調して行う。
【００２８】
排気通路２には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ４１が設置される。このフィルタ４１には酸化触媒が担持されており、フィルタ４１のパティキュレートの堆積量が所定値に達すると、排気温度を上昇させてフィルタ４１に堆積しているパティキュレートを燃焼除去する。
【００２９】
フィルタ４１の圧力損失（フィルタ４１の上流と下流の圧力差）を検出するために、フィルタ４１をバイパスする差圧検出通路に差圧センサ３６が設けられる。
【００３０】
この差圧センサ３６により検出されるフィルタ４１の圧力損失ΔＰは、温度センサ３７からのフィルタ入口温度Ｔ１、温度センサ３８からのフィルタ出口温度Ｔ２と共にエンジンコントローラ３１に送られ、主にマイクロプロセッサで構成されるエンジンコントローラ３１では、これらに基づいてフィルタ４１の再生処理を行う。すなわち、フィルタ４１の再生処理の期間を時系列的に図２に示したように前期（ｔ１の時間）、中期（ｔ２の時間）、後期（ｔ３の時間）の３つの期間に分割するものの、再生処理の全区間を通して一定の目標再生速度が得られるように１サイクル当り機能の異なる２回のポスト噴射と酸素濃度制御とを行う。
【００３１】
これをさらに図３、図４を参照しながら説明する。図３において第４段目に本実施形態によるポスト噴射の特性を、また最下段に本実施形態による排気中の目標酸素濃度の特性を示す。
【００３２】
ここでは機能の異なるポスト噴射を導入している（図４上段参照）。すなわち、ポスト噴射１は、シリンダ内で燃焼させて直接的に排気温度の上昇を図ることを目的として、メイン噴射に近い噴射時期（ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ６０ｄｅｇ）に設定する。これに対してポスト噴射２は、フィルタ４１に担持している酸化触媒にＨＣを供給し、その触媒反応でＨＣを燃焼させてフィルタ４１のベッド温度を上昇させることを目的として、シリンダ内でほとんど燃焼しない時期（ＡＴＤＣ６０ｄｅｇ以降）に設定する。
【００３３】
〈１〉前期：
フィルタ４１のベッド温度が触媒活性温度（およそ２４０℃）以下にある前段では、早期に触媒を活性化させるためにポスト噴射１を実行する（図４下段の左参照）。このとき、触媒ではＨＣの反応が行われないのでポスト噴射２は行わない。
【００３４】
フィルタ４１のベッド温度が触媒活性温度を超える後段になると、ポスト噴射１に加えてポスト噴射２を実行し、ベッド温度をさらに上昇させる。フィルタ４１のベッド温度が上昇して第１目標ベッド温度（６００℃程度）ｔＴｂｅｄ１に到達すると、前期を終了して次の段階の中期に移行する。
【００３５】
ここで、前段より後段への移行は、フィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄが触媒活性温度に達したか否かにより行う。フィルタ４１の実ベッド温度はフィルタ４１前後に設けている温度センサ３７、３８からの信号に基づいて推定する。
【００３６】
ただし、前期の時間内では排気中の目標酸素濃度は定めず、従って酸素濃度制御は行わない。
【００３７】
〈２〉中期：
フィルタ４１に堆積しているパティキュレートの燃焼速度（フィルタの再生速度）を抑制するため、排気中の目標酸素濃度を図３最下段に示したように低濃度に設定し、この低濃度の目標酸素濃度が得られるように酸素濃度制御（第１酸素濃度制御）を行う。
【００３８】
また、フィルタ４１の実ベッド温度が第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１と一致するようにポスト噴射１のポスト噴射量をフィードバック制御する（図４下段の中参照）。フィルタ４１内のパティキュレートが活発に燃焼して、第１目標ベッド温度が維持される場合にはポスト噴射１を行わない。
【００３９】
低濃度に設定した目標酸素濃度が得られるように排気中の酸素濃度制御を行うと共に第１目標ベッド温度を維持する温度制御を行うことで、フィルタ４１に堆積したパティキュレートが急激に燃焼することなく燃焼が進行する。
【００４０】
〈３〉後期：
再生処理の終了間近にフィルタ４１に残存するパティキュレートをもれなく燃やし切るため、排気中の目標酸素濃度を図３最下段のように中期の場合より高濃度に設定し、この高濃度の目標酸素濃度が得られるように酸素濃度制御（第２酸素濃度制御）を行う。
【００４１】
また、後期にはポスト噴射１に加えてポスト噴射２を行い、フィルタ４１の実ベッド温度が、第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１よりも高い第２目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ２（６５０℃程度）と一致するようにポスト噴射２のポスト噴射量をフィードバック制御する（図４下段の右参照）。
【００４２】
このように高濃度に設定した目標酸素濃度が得られるように排気中の酸素濃度制御を行うと共に中期よりも高い第２目標ベッド温度を維持する制御を行うことで、再生効率が高まり、完全再生である１００％へと近づいていく。
【００４３】
こうした考え方の元になったものは、次の通りである。すなわち、排気温度を一定に保ったとき、フィルタに堆積されているパティキュレートは再生処理の開始により徐々に燃焼し始め、やがて塊となって活発に燃え、その後に下火になり、燃焼が終了する。この燃焼状態を表すのが再生速度である。このため再生速度は、図３最上段に実線で示したように、再生処理の開始より徐々に大きくなってピークを採り、その後に小さくなっている。こうした再生速度の変化に合わせるかのように、フィルタのベッド温度が変化している（図３第２段目の破線参照）。
【００４４】
ここで、図３最上段は、フィルタをひとかたまりとしてみたときの再生速度の時間的変化であるが、実際にはフィルタ内でのパティキュレートの堆積分布やガス流れ分布は一様でなく、空間的にも再生速度のムラが生じている。
【００４５】
このように時間的あるいは空間的に再生速度に変化（ムラ）があると困るのはフィルタ４１内にパティキュレートの燃え残りが生じることで、この燃え残りがあると、次回の再生処理時にこの燃え残った分のパティキュレートも燃焼し、その分だけフィルタのベッド温度が余計に上昇してしまう。従って、燃え残りが生じることがなく、かといって燃焼が激しすぎないような再生速度（フィルタの材質、容量によって変わるが、例えば２〜３ｇ／ｍｉｎ）を目標値（目標再生速度）として選択し、再生処理の全区間にわたってこの目標再生速度となるように制御することが望ましい。となると、再生処理の前期後段には再生速度が高くなるように、再生処理の中期には再生速度が低下するように、再生処理の後期には再生速度が高くなるようにしなければならない（図３最上段参照）。本発明では、こうした一定の目標再生速度を得るためにポスト噴射と酸素濃度制御とを組み合わせて用いているのである。
【００４６】
次に、エンジンコントローラ３１により行われるこれら制御の内容を詳述する。
【００４７】
図５のフローチャートは再生処理を行うためのメインルーチンで、このフローは一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００４８】
ステップ１では再生処理フラグをみる。この再生処理フラグの設定については、図６のフローにより説明する。
【００４９】
図６のフローは図５とは別に一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。図６においてステップ１１ではフィルタ４１の圧力損失ΔＰを差圧センサ３６の出力から読み込む。
【００５０】
ステップ１２では再生処理フラグをみる。再生処理フラグは後述する再生処理条件が成立したとき１となるフラグである。エンジン始動時にはゼロに初期設定されているので、再生処理条件の成立する前にはステップ１３、１４に進み、再生処理条件をみる。再生処理条件の成立は、フィルタ４１の圧力損失ΔＰが再生開始判定値ΔＰＨｍａｘを超えかつ再生実施条件にあることである。
【００５１】
ここで、再生実施条件は例えばエンジンの回転速度と燃料噴射量（エンジン負荷相当）により定まる運転条件がアイドル時やアイドルに近い低負荷域を除いた所定の領域にある場合に成立する。
【００５２】
アイドル時やアイドルに近い低負荷域である領域で再生実施条件が非成立であるとするのは、アイドル時はもともと排気温度が低く、ポスト噴射及び吸気絞りを行ってもフィルタ４１のベッド温度を第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１へと上昇させることができないからである。
【００５３】
このため圧力損失ΔＰが再生開始判定値ΔＰＨｍａｘ以下のときやエンジンの運転条件が再生実施条件にないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００５４】
フィルタ４１の圧力損失ΔＰが再生開始判定値ΔＰＨｍａｘを超えかつエンジンの回転速度と燃料噴射量により定まる運転条件が再生実施条件にあるときには再生処理を行うことができると判断しステップ１５に進んで再生処理フラグ＝１とする。
【００５５】
この再生処理フラグ＝１により次回からはステップ１２よりステップ１３へと進むことができないため、そのまま処理を終了する。
【００５６】
図５に戻り、ステップ１で再生処理フラグ＝１であるときには再生処理を行うためステップ２以降に進む。ステップ２では再生フェーズを設定する。この再生フェーズの設定については図７のフローにより説明する。
【００５７】
図７のフロー（図５ステップ２のサブルーチン）は再生処理の開始からの経過時間Ｔと設定時間ｔ１、ｔ２、ｔ３とを比較して、再生フェーズの前期、中期、後期を設定するためのものである。
【００５８】
ステップ２１では再生終了フラグをみる。再生終了フラグはゼロに初期設定されているので、ステップ２２に進み、再生処理フラグをみる。再生処理フラグ＝０のときはそのまま今回の処理を終了する。
【００５９】
再生処理フラグ＝１であるときにはステップ２３に進み、タイマ値Ｔ（ゼロに初期設定）を、
Ｔ＝Ｔｚ＋ΔＴ…（１）
ただし、ΔＴ：演算周期（＝１０ｍｓ）、
Ｔｚ：タイマ値の前回値、
の式によりインクリメントする。このタイマは再生処理開始からの経過時間（つまり再生処理時間）計測するためのものである。
【００６０】
ステップ２４、２５ではこのタイマ値Ｔと設定時間ｔ１、ｔ２、ｔ３（図２参照）とに基づいて、次のように再生フェーズの各期間を設定する。
【００６１】
（１）Ｔ＜ｔ１であるとき：
ステップ２４よりステップ２６進み再生フェーズを前期に設定する。
【００６２】
（２）ｔ１≦Ｔ＜ｔ１＋ｔ２であるとき：
ステップ２４よりステップ２７に進み再生フェーズを中期に設定する。
【００６３】
（３）ｔ１＋ｔ２≦Ｔ＜ｔ１＋ｔ２＋ｔ３であるとき：
ステップ２４、２５よりステップ２８に進み再生フェーズを後期に設定する。
【００６４】
（４）ｔ１＋ｔ２＋ｔ３≦Ｔであるとき：
このときには再生処理の終了であると判断し、ステップ２４、２５よりステップ２９に進み再生終了フラグ＝１とする。また、次回の再生処理に備えるためステップ３０、３１で再生処理フラグ＝０かつタイマ値Ｔ＝０とする。
【００６５】
ステップ２４で用いる上記の設定時間ｔ１、ｔ２、ｔ３は一定値でもかまわないが、ここでは、ｔ１とｔ２については次のように可変値で設定している。
【００６６】
図８は再生処理開始時の実際のベッド温度に対するｔ１の設定例である。フィルタ４１を再生するにはフィルタ４１に堆積しているパティキュレートが自着火して燃焼し得る温度である第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１にまで上昇させなければならないが、ｔ１は再生処理の開始より第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１に上昇させるまでの時間である。この時間ｔ１は図８のように再生処理開始時のベッド温度が高くなるほど小さくなる。これは再生処理開始時のベッド温度が高ければフィルタ４１のベッド温度を第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１まで上昇させるに要する時間も短くて済むからである。
【００６７】
また、ｔＴｂｅｄ１以上の温度域ではｔ１＝０である。これはｔＴｂｅｄ１以上の温度域では昇温制御を行わなくともフィルタ４１に堆積しているパティキュレートが自着火して燃焼するので、このときにはｔ１をゼロとして次の段階の中期へと即座に移行させるためである。
【００６８】
また、再生処理開始時のベッド温度が所定値Ｔａより低い温度域では一定値としている。これは、Ｔａより低い温度域ではフィルタ４１を昇温させようとしても目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１にまで昇温できないので、一定値としたものである。
【００６９】
なお、図８において横軸の再生処理開始時の実際のベッド温度は、再生処理開始時にフィルタ４１の前後に設けた温度センサ３７、３８により検出される２つの温度Ｔ１、Ｔ２から、
ｒＴｂｅｄ＝ｂ１・Ｔ１＋ｂ２・Ｔ２…（２）
ただし、Ｔｂｅｄ：再生処理開始時のベッド温度、
ｂ１、ｂ２：定数、
の式により推定（算出）すればよい。（２）式のｂ１、ｂ２は実験により決まる値である。
【００７０】
図９は再生処理開始時のパティキュレート堆積量（図ではＰＭ堆積量で略記）に対するｔ２の設定例である。フィルタ４１のベッド温度を第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１にまで上昇させた後は、フィルタ４１に堆積しているパティキュレートが自着火して燃焼する。この場合に、排気中の酸素濃度が十分に大きい状態（空燃比でいうと理論空燃比よりリーン側の所定値Ａ）ではフィルタ４１に堆積している大量のパティキュレートが急激に燃焼し、これによってフィルタ４１のベッド温度が許容最高温度Ｔｍａｘを超えて上昇し、フィルタ４１に熱劣化が生じて耐久性が低下しかねない。このため、フィルタ４１に堆積している大量のパティキュレートが急激には燃えない程度の低い酸素濃度（空燃比でいうと理論空燃比よりはリーン側で上記のＡよりはリッチ側の所定値Ｂ）に維持する時間（期間）がｔ２である。この時間ｔ２は再生開始時のパティキュレート堆積量が大きくなるほど長くなる。
【００７１】
また、再生処理開始時のパティキュレート堆積量が最大パティキュレート堆積量ｐｍａｘ以上ではｔ２を一定としている。
【００７２】
また、再生処理開始時のパティキュレート堆積量が所定値ｐ以下の堆積量のときｔ２＝０としている。これは、ｐ以下のパティキュレート堆積量の場合には、中期を省略して後期に移行し、その総てを一気に燃焼させてもフィルタ４１のベッド温度の上昇が少なく、フィルタ４１のベッド温度が許容最高温度Ｔｍａｘに達することはないので、中期の段階を省略して即座に後期へと移行させるためである。すなわち、所定値ｐは、中期を介さずとも後期においてフィルタ４１のベッド温度が許容最高温度を超えないパティキュレート堆積量の最大量付近に設定している。
【００７３】
なお、図９において、横軸の再生処理開始時のパティキュレート堆積量は、再生処理開始時のフィルタの圧力損失から図１０を内容とするテーブルを検索することにより演算すればよい。
【００７４】
このようにして図７の再生フェーズの各段階の設定を総て終了したら図５に戻り、ステップ３では現在の処理タイミングが再生フェーズのいずれの段階にあるのかをみて、次のように各制御を行う。すなわち、前期であればステップ４に進み再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１へと制御する昇温制御を行う。
【００７５】
中期であるときにはステップ５、７に進み再生速度が目標再生速度へと小さくなるように第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１を維持させる第１目標ベッド維持制御及び排気中の目標酸素濃度を低濃度に設定した第１酸素濃度制御を行う。後期になるとステップ６、７に進み再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１より高い第２目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ２を維持させる第２目標ベッド維持制御及び排気中の目標酸素濃度を高濃度に設定した第２酸素濃度制御を行う。
【００７６】
ここで、図５のステップ４〜８での制御をポスト噴射と酸素濃度制御に分けてさらに説明する。
【００７７】
〔１〕ポスト噴射：
〔１〕−１．昇温制御：
図１１のフロー（図５ステップ４のサブルーチン）は昇温制御を行うためのものである。
【００７８】
ステップ３１ではクランク角センサ３３により検出されるエンジン回転速度Ｎｅ、メイン燃料噴射量Ｑｆ、温度センサ３７により検出されるフィルタ入口温度Ｔ１、温度センサ３８により検出されるフィルタ出口温度Ｔ２を読み込む。
【００７９】
ステップ３２ではフィルタ入口温度Ｔ１、フィルタ出口温度Ｔ２から前述の（２）式を用いてフィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄを算出する。
【００８０】
ステップ３３では後段フラグ（ゼロに初期設定）をみる。ここでは後段フラグ＝０であったとして説明すると、このとき前段の処理であるステップ３４、３５に進んでエンジン回転速度Ｎｅとメイン燃料噴射量Ｑｆとから図１２、図１３を内容とするマップを検索することにより前段ポスト噴射量１、前段ポスト噴射時期１を演算する。
【００８１】
前段ポスト噴射１の機能は排気温度を触媒温度へと上昇させることが目的であるから、前段ポスト噴射量１は、基本的にメイン燃料噴射量のみによる排気温度（ベースの排気温度）と触媒活性温度の差に比例する値を与えればよい。つまり、触媒活性温度からの差が大きいほど大きな値の前段ポスト噴射量１を与える。ここで、ベースの排気温度は低負荷低回転速度側のほうが低いので、これに対応して低負荷低回転速度側になるほど前段ポスト噴射量１を大きくしている（図１２参照）。
【００８２】
ステップ３６ではフィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄと触媒活性温度（２４０℃程度）を比較する。実ベッド温度ｒＴｂｅｄが２４０℃未満であるときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００８３】
運転条件（Ｎｅ、Ｑｆ）に応じて前段ポスト噴射量１を与え続けるとやがて実ベッド温度ｒＴｂｅｄが２４０℃以上になるので、このときにはステップ３７に進んで後段フラグ＝１とする。
【００８４】
この後段フラグ＝１により次回よりはステップ３３よりステップ３８以降の後段での処理に進む。
【００８５】
ステップ３８、３９、４０、４１ではエンジン回転速度Ｎｅとメイン燃料噴射量Ｑｆとから図１４、図１５、図１６、図１７を内容とするマップを検索することにより後段ポスト噴射量１、後段ポスト噴射時期１、基本後段ポスト噴射量２、後段ポスト噴射時期２を演算する。
【００８６】
後段ポスト噴射量１は前段ポスト噴射量１と同様であり、ベースの排気温度と触媒活性温度の差に比例する値を与える。
【００８７】
これに対して、ポスト噴射２の機能は触媒にＨＣを供給して燃焼させベッド温度を第１目標ベッド温度へと上昇させることが目的であるから、基本後段ポスト噴射量２としてはフィルタ入口温度Ｔ１と第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１の差に比例する値を与える。つまり、第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１からの差が大きいほど大きな値の基本後段ポスト噴射量２を与える。ここで、フィルタ入口温度Ｔ１は低負荷低回転速度側のほうが低いので、これに対応して低負荷低回転速度側になるほど基本後段ポスト噴射量２を大きくしている（図１６参照）。
【００８８】
ステップ４２〜４５は実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１と一致するように後段ポスト噴射量２のフィードバック量ＦＢ２１を演算する部分である。すなわち、ステップ４２で実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１に許容値ε（正の値）を加算した値である第１目標ベッド温度上限値（ｔＴｂｅｄ１＋ε）とを、またステップ４３で実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１より許容値εを減算した値である第１目標ベッド温度下限値（ｔＴｂｅｄ１−ε）とをそれぞれ比較する。実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度上限値（ｔＴｂｅｄ１＋ε）を超えているときにはステップ４４に進んでフィードバック量（初期値はゼロ）ＦＢ２１を所定値Δ２１（正の値）だけ減量し、これに対して実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度下限値（ｔＴｂｅｄ１−ε）を下回っているときにはステップ４５に進んでフィードバック量ＦＢ２１を所定値Δ２１だけ増量する。一方、実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度上限値と第１目標ベッド温度下限値との間に収まっているときにはステップ４６に進んでフィードバック量ＦＢをそのまま維持する。
【００８９】
上記の所定値Δ２１は一定値でもよいし、実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１の差に比例させて与えてもかまわない。
【００９０】
ステップ４７ではこのようにして求めたフィードバック量ＦＢ２１を基本後段ポスト噴射量２に加算した値を後段ポスト噴射量２として算出する。
【００９１】
図示しない燃料噴射制御フローでは、このように得られる前段ポスト噴射量１、前段ポスト噴射時期１を用いて前段でのポスト噴射（１サイクル当たり１回のポスト噴射）が行われ、またこのように得られる後段ポスト噴射量１、後段ポスト噴射時期１、後段ポスト噴射量２、後段ポスト噴射時期２を用いて後段でのポスト噴射（１サイクル当たり２回のポスト噴射）が行われる。
【００９２】
〔１〕−２．第１目標ベッド温度への維持制御：
図１８のフロー（図５ステップ６のサブルーチン）は第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１への維持制御を行うためのものである。
【００９３】
ステップ５１、５２は図１１のステップ３１、３２と同じであり、実ベッド温度ｒＴｂｅｄを算出する。ステップ５３、５４ではエンジン回転速度Ｎｅとメイン燃料噴射量Ｑｆとから図１９、図２０を内容とするマップを検索することにより基本ポスト噴射量１、ポスト噴射時期１を演算する。
【００９４】
基本ポスト噴射量１（中期でのポスト噴射量）は、前期におけるポスト噴射量１（前段ポスト噴射量１、後段ポスト噴射量２）よりも少ない値である（図３参照）。これは、中期でのポスト噴射量を前期でのポスト噴射量１より減少させると、フィルタ入口温度が下がりフィルタ４１を冷却することになるので、フィルタ４１の再生速度を低下させるためである。
【００９５】
ステップ５５〜５８はフィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１と一致するようにポスト噴射量１のフィードバック量ＦＢ１を演算する部分である。すなわち、ステップ５５ではフィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第１目標ベッド温度上限値（ｔＴｂｅｄ１＋ε）とを、またステップ５６ではフィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第１目標ベッド温度下限値（ｔＴｂｅｄ１−ε）とを比較する。実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度上限値（ｔＴｂｅｄ１＋ε）を超えているときにはステップ５７に進んでフィードバック量（初期値はゼロ）ＦＢ１を所定値Δ１だけ減量し、これに対して実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度下限値（ｔＴｂｅｄ１−ε）を下回っているときにはステップ５８に進んでフィードバック量ＦＢ１を所定値Δ１だけ増量する。一方、実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度上限値と第１目標ベッド温度下限値との間に収まっているときにはステップ５９に進んでフィードバック量ＦＢ１をそのまま維持する。
【００９６】
上記の所定値Δ１は一定値でもよいし、実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１の差に比例させて与えてもかまわない。
【００９７】
ステップ６０ではこのようにして求めたフィードバック量ＦＢ１を基本ポスト噴射量１に加算した値をポスト噴射量１として算出する。
【００９８】
図示しない燃料噴射制御フローでは、このように得られるポスト噴射量１、ポスト噴射時期１を用いて中期でのポスト噴射（１サイクル当たり１回のポスト噴射）が行われる。ここで、フィードバック量ＦＢ１は負の値を採りうるので、ポスト噴射量１はゼロになり得る（ステップ５７、６０）。このときには、フィルタ４１内のパティキュレートが活発に燃焼して、ポスト噴射１により排気温度上昇制御を行う必要がないことを意味している。
【００９９】
〔１〕−３．第２目標ベッド温度への維持制御：
図２１のフロー（図５ステップ８のサブルーチン）は第２目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ２への維持制御を行うためのものである。
【０１００】
ステップ７１、７２は図１１のステップ３１、３２と同じであり、実ベッド温度ｒＴｂｅｄを算出する。ステップ７３、７４、７５、７６ではエンジン回転速度Ｎｅとメイン燃料噴射量Ｑｆとから図２２、図２３、図２４、図２５を内容とするマップを検索することによりポスト噴射量１、ポスト噴射時期１、基本ポスト噴射量２、ポスト噴射時期２を演算する。
【０１０１】
ポスト噴射量１は前期でのポスト噴射量（前段ポスト噴射量１、後段ポスト噴射量１）と同様であり、ベースの排気温度と触媒活性温度の差に比例する値を与える。中期でのポスト噴射量１との関係では、後期でのポスト噴射量１のほうが多くなり（図３最下段参照）、これによって排気温度が上昇しフィルタの再生速度が上昇する。
【０１０２】
基本ポスト噴射量２は、後段ポスト噴射量２と同様であり、フィルタ入口温度Ｔ１と第２目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ２の差に比例する値を与える。つまり、第２目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ２からの差が大きいほど大きな値の基本ポスト噴射量２を与える。ここで、フィルタ入口温度Ｔ１は低負荷低回転速度側のほうが低いので、これに対応して低負荷低回転速度側になるほど基本後段ト噴射量２を大きくしている（図２４参照）。
【０１０３】
ステップ７７〜８１はフィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第２目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ２と一致するようにポスト噴射量２のフィードバック量ＦＢ２２を演算する部分である。すなわち、ステップ７７ではフィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第２目標ベッド温度上限値（ｔＴｂｅｄ２＋ε）とを、またステップ７８ではフィルタ４１の実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第２目標ベッド温度下限値（ｔＴｂｅｄ２−ε）とを比較する。
【０１０４】
ここで、後期で用いる第２目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ２は、前期、中期で用いる第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１より高くしている。これは、再生処理の後期にはパティキュレートが燃焼しにくく（壁温で冷却されるため）、フィルタ４１の再生速度を中期と同じに維持するためには目標ベッド温度を上げる必要があるためである。
【０１０５】
実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第２目標ベッド温度上限値（ｔＴｂｅｄ２＋ε）を超えているときにはステップ７９に進んでフィードバック量（初期値はゼロ）ＦＢ２２を所定値Δ２２だけ減量し、これに対して実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第２目標ベッド温度下限値（ｔＴｂｅｄ２−ε）を下回っているときにはステップ８０に進んでフィードバック量ＦＢ２２を所定値Δ２２だけ増量する。一方、実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第２目標ベッド温度上限値と第２目標ベッド温度下限値との間に収まっているときにはステップ８１に進んでフィードバック量ＦＢ２２をそのまま維持する。
【０１０６】
上記の所定値Δ２２は一定値でもよいし、実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第２目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ２の差に比例させて与えてもかまわない。
【０１０７】
ステップ８２ではこのようにして求めたフィードバック量ＦＢ２２を基本ポスト噴射量２に加算した値をポスト噴射量２として算出する。
【０１０８】
図示しない燃料噴射制御フローでは、このように得られるポスト噴射量１、後段ト噴射時期１、ポスト噴射量２、ポスト噴射時期２を用いてポスト噴射（１サイクル当たり２回のポスト噴射）が行われる。
【０１０９】
〔２〕酸素濃度制御：
〔２〕−１．中期の酸素濃度制御（第１酸素濃度制御）：
図２６にパティキュレート堆積量（ＰＭ堆積量）が多い状態（つまり中期）で再生処理を行ったときのフィルタ入口温度、排気中酸素濃度とフィルタ４１のベッド温度の最高温度との関係を示すと、パテキュレート堆積量が多いため曲線と曲線の間の間隔が短く、これは温度勾配が急であることを表している。
【０１１０】
このようにパティキュレート堆積量が多い状態では、低酸素濃度側に目標酸素濃度の制御範囲を設けることで、フィルタ４１のベッド温度の許容最高温度内でフィルタ４１の再生処理を行うことができる。
【０１１１】
ここで、排気中の目標酸素濃度は空燃比に換算すると理論空燃比よりリーン側（例えば空気過剰率で１．５程度）である。パティキュレート堆積量が多い状態で高濃度の酸素があると、パティキュレートの燃焼速度が大きいためにフィルタ４１に堆積しているパティキュレートが急激に燃えるので、これを抑えるため排気中の目標酸素濃度を低酸素濃度に設定している。
【０１１２】
また、目標酸素濃度の制御範囲に幅を設けているのは、バラツキと過渡時の制御遅れとを考慮したものである。
【０１１３】
〔２〕−２．後期の酸素濃度制御（第２酸素濃度制御）：
図２７には今度は、パティキュレート堆積量が少ない状態（つまり後期）で再生処理を行ったときのフィルタ入口温度、排気中酸素濃度とフィルタ４１のベッド温度の最高温度との関係を示し、パティキュレート堆積量が少ない状態では曲線と曲線の間隔が広がり（温度勾配が緩やかとなり）、かつベッド温度の許容最高温度の位置も図２６の場合より右方向に移動している。
【０１１４】
このため、パティキュレート堆積量が少ない状態では、排気中の酸素濃度を中期に比べ大きくしても、フィルタ４１の再生処理中のベッド温度の最高温度を許容最高温度以下に保つことができるので、後期には図中１）のように中期よりも目標酸素濃度を大きくする。これによって十分な酸素を供給してパティキュレートの燃焼速度を大きくし、フィルタ４１に燃え残っているパティキュレートの総てを短期間で完全に燃え切らせることが可能となる。さらに、図中２）のようにフィルタ入口温度の目標値ｔＴ１をも上昇させることで、さらに再生処理時間の短縮とパティキュレートの再生効率の向上を図ることができる。
【０１１５】
〔２〕−３．酸素濃度制御の制御結果：
図２８に本実施形態による排気中酸素濃度の制御目標（目標酸素濃度）とその制御結果としての実際の排気中酸素濃度の変化を示す。図示のように中期に低酸素濃度に制御されていたものが、後期になると、それより高い酸素濃度へと切換えられている。なお、中期、後期を除く他の期間（前期を含む）では排気中酸素濃度が激しく変化している。これは、他の期間ではもともと排気中の酸素濃度制御を行っていないこと、また加速や減速が繰り返される過渡時のものであるからである。
【０１１６】
図２８は排気中の目標酸素濃度を低濃度から高濃度へと単純に２段階に切換えるものであるが、図２９のように、中期の後半部分で徐々に目標酸素濃度を大きくして後期の目標酸素濃度に滑らかにつなぐことにより、図２８の場合より再生処理期間の短縮を図ることも可能である。
【０１１７】
〔２〕−４．酸素濃度制御手段：
排気中の目標酸素濃度をｔＲＯ２［％］、この目標酸素濃度ｔＲＯ２が得られるときの空気過剰率を目標空気過剰率ｔλとすると、次式が成立する。
【０１１８】
ｔλ＝２１／（２１−ｔＲＯ２）…（３）
ただし、２１：新気中の酸素濃度［％］、
なお、（３）式は燃焼による作動ガスのモル増加を考慮していないが、制御精度をさらに向上させるためにこの効果を（３）式に入れることもできる。
【０１１９】
（３）式の目標空気過剰率ｔλを得るための制御には吸入新気量の制御と、燃料噴射の制御とがある。
【０１２０】
〔２〕−４−１．吸入新気量の制御：
（３）式の目標空気過剰率ｔλを得るための吸入新気量をｔＱａとすれば、燃料噴射量Ｑｆとの間に次式が成立する。
【０１２１】
ｔＱａ＝Ｑｆ×理論空燃比×ｔλ…（４）
（３）式を（４）式に代入すると次式が得られる。
【０１２２】
ｔＱａ＝Ｑａ×理論空燃比×２１／（２１−ｔＲＯ２）…（５）
従って、（５）式の目標吸入新気量ｔＱａが得られるように吸入新気量を制御する。
【０１２３】
この場合、吸入新気量制御手段により、カバーできる運転領域が図３０に示したように異なるので、吸入新気量制御手段に応じて次のように酸素濃度制御を行う。
【０１２４】
▲１▼吸入新気量制御手段が可変容量ターボ過給機２１のとき：
Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８の領域では可変容量ターボ過給機２１により吸入新気量を制御する。例えば、可変ノズル２４の開度を小さくするとタービン２２の回転速度が高くなり、吸入新気量を増やす（酸素濃度を大きくする）ことができる。この逆に可変ノズル２４の開度を大きくするとタービン２２の回転速度が低くなり、吸入新気量を減らすことができる。
【０１２５】
▲２▼吸入新気量制御手段がＥＧＲ装置のとき：
Ｒ７、Ｒ８の領域ではＥＧＲ弁６（ＥＧＲ装置）により吸入新気量を制御する。例えば、ＥＧＲ率やＥＧＲ量を増加すれば吸入新気量を減らすことが、この逆にＥＧＲ率やＥＧＲ量を小さくすれば吸入新気量を増やすことができる。
【０１２６】
▲３▼吸入新気量制御手段が吸気絞り弁４２（吸気絞り装置）のとき：
Ｒ８の領域では吸気絞り弁４２により吸入新気量を制御する。例えば、吸気絞り弁４２を閉じれば吸入新気量を減らすことが、この逆に吸気絞り弁４２を戻せば吸入新気量を増やすことができる。
【０１２７】
〔２〕−４−２．燃料噴射の制御：
上記（５）式の目標空気過剰率ｔλを得るための目標燃料噴射量をｔＱｆとすれば、吸入新気量Ｑａとの間に次式が成立する。
【０１２８】
Ｑａ＝ｔＱｆ×理論空燃比×ｔλ…（６）
（３）式、（６）式を目標燃料噴射量ｔＱｆについて解くと次式が得られる。
【０１２９】
ｔＱｆ＝Ｑａ×（１／理論空燃比）×（２１−ｔＲＯ２）／２１…（７）
従って、（７）式の目標燃料噴射量ｔＱｆが得られるように燃料噴射を制御する。
【０１３０】
この場合、燃料噴射制御手段によりカバーできる運転領域が図３１に示したように異なるので、燃料噴射制御手段に応じて次のように酸素濃度制御を行う。
【０１３１】
領域Ｒ９：メイン噴射時期を遅角しつつ（７）式の目標燃料噴射量ｔＱｆが得られるように燃料噴射を制御する。
【０１３２】
領域Ｒ１０：メイン噴射時期の遅角とポスト噴射を行いつつ（７）式の目標燃料噴射量ｔＱｆが得られるように燃料噴射を制御する。ポスト噴射量を増加すれば燃料噴射量を増加する（酸素濃度を小さくする）ことができる。ポスト噴射はエンジンの膨張行程で行うため、トルク増加をあまり伴わずに噴射量の増加を行うことができる。そしてトルク増加分はメイン噴射量を減少してコントロールする。
【０１３３】
領域Ｒ１１：ポスト噴射と吸気絞りとメイン噴射時期とにより燃料噴射量を制御する。例えば吸気絞りを行うとポンピングロスが増加するため、これを補う分だけポスト噴射量を増加できる。また、このときのメイン噴射時期は噴射量を制御しない場合よりも進角側に制御する。
【０１３４】
〔２〕−４−３．排気中酸素濃度のフィードバック制御：
上記の〔２〕−４−１、〔２〕−４−２での制御はオープンループ制御であるが、フィードバック制御を行わせることもできる。例えばエアフローメータ３５出力より検出される実際の吸入新気量が上記（５）式の目標吸入新気量ｔＱａと一致するように、あるいは実際の燃料噴射量が上記（７）式の目標燃料噴射量ｔＱｆと一致するようにフィードバック制御する。
【０１３５】
また、排気通路２に排気中の実際の酸素濃度を検出するセンサ（例えば広域空燃比センサ）を設けておき、このセンサにより検出される排気中の実際の酸素濃度が目標酸素濃度と一致するようにフィードバック制御を行わせることもできる。
【０１３６】
ここで、本実施形態の作用を図３を参照しながら説明すると、同図は上から再生速度、フィルタのベッド温度、パティキュレート堆積量、ポスト噴射の期間及び時期、排気中の目標酸素濃度の動きをモデル的に示している。なお、第２段目においては本実施形態の場合を実線で、これに対して従来装置の場合を破線で示している。
【０１３７】
（１）再生処理の前期：
前期には実ベッド温度ｒＴｂｅｄが触媒活性温度に達する前の前段で排気温度上昇を目的とするポスト噴射１のみを行い、実ベッド温度ｒＴｂｅｄが触媒活性温度に達した後の後段になると、ＨＣの供給することを目的とするポスト噴射２を追加して、ＨＣを活性状態にある触媒へと供給するので、触媒では酸化触媒反応による発熱が生じ、これによりベッド温度が第１目標ベッド温度へと急速に上昇している。
【０１３８】
（２）再生処理の中期：
▲１▼フィルタのベッド温度がパティキュレートが自着火する温度である第１目標ベッド温度に維持した状態で、最下段のように排気中の目標酸素濃度を低濃度側に設定して、フィルタ４１に堆積しているパティキュレートの燃焼速度を抑制するので、フィルタのベッド温度の最高温度が許容最高温度を上回ることがなく、これによりフィルタ４１の耐久性が損なわれることがない。
【０１３９】
▲２▼排気温度を低下させることによりパティキュレートの燃焼速度を抑制する方法もあるが、この排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法だと、排気やフィルタ４１の熱慣性の影響を受けて制御の応答性が悪くなる。これに対して本実施形態では、こうした排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法でないため排気やフィルタ４１の熱慣性の影響を排除でき、制御応答性がよく制御の信頼性が高い。
【０１４０】
▲３▼排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法だと、パティキュレートの燃焼速度を抑えようと排気温度を低下させたとき、これに伴ってフィルタ４１のベッド温度が目標ベッド温度以下に低下するようだと再生不良が生じ得る。これに対して本実施形態では、第１目標ベッド温度を保ちつつ、パテキュレートの燃焼速度の抑制は酸素濃度制御で行うので、パテキュレートの燃焼中においても、フィルタ４１のベッド温度が第１目標ベッド温度を下回ることがない。すなわち、本実施形態は、排気温度によるパティキュレート燃焼速度制御方法でないため、フィルタ４１のベッド温度を第１目標ベッド温度より低下させる必要がなく、これによってフィルタ周辺の温度低下による再生不良を防止できる。
【０１４１】
（３）再生処理の後期：
第１目標ベッド温度よりも高い第２目標ベッド温度に維持した状態で最下段のように排気中の目標酸素濃度を中期の段階より大きくすることで、再生処理の終了間近にフィルタ４１に残存するパティキュレートの総てを迅速にかつ確実に燃え切らせることができ、これにより再生処理時間の短縮、ならびにほぼ完全なフィルタ再生を図ることができる。
【０１４２】
その結果、本実施形態では次の効果が得られる。
【０１４３】
（１）再生処理時間の短縮：
再生処理に要する燃料消費の増加を最小限とし、燃費悪化を抑制できる。再生処理中の高温維持時間が減少し、フィルタの熱劣化を抑制でき、排気性能の向上、寿命の延長が図れる。
【０１４４】
（２）完全再生の実現：
燃え残りのパティキュレートによる圧損上昇がなくなるので燃費悪化を防止できる。また、燃え残りパティキュレートの上に新たなパティキュレートが堆積して生じる不均一パティキュレート堆積は、局所的な急激なパティキュレート燃焼を引き起こし、その部分で耐久性が低下する可能性があるが、これを防止できる。
【０１４５】
実施形態では、再生処理の前期、中期、後期を時間で切り分ける場合で説明したが、これに限られるものでなく、中期、後期への移行判定には次のような方法がある。
【０１４６】
（ａ）前期において中期への移行を判定する他の方法：実ベッド温度ｒＴｂｅｄと第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１を比較し、実ベッド温度ｒＴｂｅｄが第１目標ベッド温度ｔＴｂｅｄ１に到達すれば中期に移行する。
【０１４７】
（ｂ）中期において後期への移行を判定する他の方法：パティキュレートの燃焼がかなり進行して燃え尽きてくると、フィルタ入口温度Ｔ１よりフィルタ出口温度Ｔ２のほうが低くなる。従って、フィルタ出口温度Ｔ２が、フィルタ入口温度Ｔ１より所定値（例えば数十℃）を差し引いた値（つまりしきい値）を下回ったとき、後期に移行する。
【０１４８】
さて、図３第４段目からも分かるように後段ポスト噴射量２は多い。このため、図３２下段に破線で示したように実ベッド温度ｒＴｂｅｄが触媒活性温度（２４０℃）に達したタイミングでこの多い量の後段ポスト噴射量２をステップ的に与えると、パティキュレートの再燃焼中のベッド温度が異常に温度上昇する（図３２上段の破線参照）。これは、実ベッド温度が触媒活性温度に達した時点でステップ的に変化する目標値（マップ値）を与えて後段ポスト噴射２を行うと、その噴射燃料が触媒上で気化潜熱を奪うために実ベッド温度の低下を招き、蒸発できない燃料が触媒上に残留する。そして、実ベッド温度が再び触媒活性温度まで上昇したときに、触媒上に残留するパティキュレートが急激に燃焼するためである。
【０１４９】
これに対処するには、図３２下段の実線で示したように目標値に対して応答遅れ処理を施した値で与えることが好ましい。このように、実ベッド温度が触媒活性温度付近にあるときには目標値に対して応答遅れ処理を施した後段ポスト噴射量２を与えることで（請求項８に記載の発明）、後段ポスト噴射量２の蒸発によるベッド温度の低下を抑えることができ、触媒反応が開始するタイミングでのベッド温度の上昇を早めることができる。
【０１５０】
請求項２に記載の発明において、前期に昇温制御を行う手段は図５のステップ４及び図１１、中期に第１目標ベッド温度維持制御を行う手段は図５のステップ６及び図１８、中期に第１酸素濃度制御を行う手段は図５のステップ５、後期に第２目標ベッド温度維持制御を行う手段は図５のステップ８及び図２１、後期に第２酸素濃度制御を行う手段は図５のステップ７によりそれぞれ果たされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】再生処理期間の３つの段階を示す特性図。
【図３】本実施形態の作用効果を説明するための波形図。
【図４】機能の異なるポスト噴射の使い分けを説明するための図。
【図５】再生処理の全体を説明するためのフローチャート。
【図６】再生処理フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図７】再生フェーズの設定を説明するためのフローチャート。
【図８】設定時間ｔ１の特性図。
【図９】設定時間ｔ２の特性図。
【図１０】パティキュレート堆積量に対するフィルタ圧力損失の特性図。
【図１１】昇温制御を説明するためのフローチャート。
【図１２】前段ポスト噴射量１の特性図。
【図１３】前段ポスト噴射時期１の特性図。
【図１４】後段ポスト噴射量１の特性図。
【図１５】後段ポスト噴射時期１の特性図。
【図１６】基本後段ポスト噴射量２の特性図。
【図１７】後段ポスト噴射時期２の特性図。
【図１８】第１目標ベッド温度維持制御を説明するためのフローチャート。
【図１９】ポスト噴射量１の特性図。
【図２０】ポスト噴射時期１の特性図。
【図２１】第２目標ベッド温度維持制御を説明するためのフローチャート。
【図２２】ポスト噴射量１の特性図。
【図２３】ポスト噴射時期１の特性図。
【図２４】基本ポスト噴射量２の特性図。
【図２５】ポスト噴射時期２の特性図。
【図２６】パティキュレート堆積量が多い場合の再生処理時のベッド温度の最高温度の特性図。
【図２７】パティキュレート堆積量が少ない場合の再生処理時のベッド温度の最高温度の特性図。
【図２８】排気中の目標酸素濃度の設定方法を説明するための波形図。
【図２９】他の実施形態の排気中の目標酸素濃度の設定方法を説明するための波形図。
【図３０】吸入新気量制御手段を説明するための領域図。
【図３１】燃料噴射制御手段を説明するための領域図。
【図３２】後段ポスト噴射量２の変化波形図。
【符号の説明】
１エンジン
２排気通路
３吸気通路
６ＥＧＲ弁
１０コモンレール式燃料噴射装置
１７ノズル（燃料噴射弁）
２１可変容量ターボ過給機
３１エンジンコントローラ
３３クランク角センサ
３６差圧センサ
３７、３８温度センサ
４１フィルタ
４２吸気絞り弁

Claims

排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備え、
フィルタの再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置において、
フィルタの再生処理中に一定の目標再生速度が得られるようにエンジンの１サイクル当り２回のポスト噴射と排気の酸素濃度制御とを行う再生処理手段を備え、
前記フィルタの再生処理期間を前期、中期、後期から構成し、
前期に再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第１目標ベッド温度へと制御する昇温制御を行い、
中期に再生速度が目標再生速度へと小さくなるように第１目標ベッド温度を維持させる第１目標ベッド温度維持制御及び排気中の目標酸素濃度を低濃度に設定した第１酸素濃度制御を行い、
後期に再生速度が目標再生速度へと大きくなるように第１目標ベッド温度より高い第２目標ベッド温度を維持させる第２目標ベッド温度維持制御及び排気中の目標酸素濃度を高濃度に設定した第２酸素濃度制御を行う
ことを特徴とする排気浄化装置。
前記中期における第１目標ベッド温度を維持させる第１目標ベッド維持制御を、１サイクル当り排気温度上昇用の１回のポスト噴射で行うことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
前記後期における第２目標ベッド温度を維持させる第２目標ベッド維持制御を、１サイクル当り排気温度上昇用とＨＣ供給用の２回のポスト噴射で行うことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
前記フィルタに触媒を担持している場合に、前期は、触媒活性温度へと制御する昇温制御を行う前段と、第１目標ベッド温度へと制御する昇温制御を行う後段とからなることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
前記前段における触媒活性温度へと制御する昇温制御を、１サイクル当り排気温度上昇用の１回のポスト噴射で行うことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
前記後段における第１目標ベッド温度へと制御する昇温制御を、１サイクル当り排気温度上昇用とＨＣ供給用の２回のポスト噴射で行うことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
前記ＨＣ供給用のポスト噴射を実行する際に目標値に対して応答遅れ処理を施した値とすることを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。