JP7238818B2 - 排気浄化装置の制御装置、排気浄化装置、及び車両 - Google Patents

Description

本開示は、排気浄化装置の制御装置、排気浄化装置、及び車両に関する。

従来、内燃機関（以下、「エンジン」と称する）における排気浄化装置として、排気管内に、上流側から下流側に向かって順に、酸化触媒及びＰＭ（Particulate Matter）フィルタを設けたものが知られている。

この種のＰＭフィルタは、捕集できるＰＭ量に上限があるため、当該ＰＭフィルタ中のＰＭ堆積量がある程度まで増加した場合、ＰＭフィルタ中のＰＭを燃焼除去するフィルタ再生（以下、単に「フィルタ再生」とも称する）が行われている（例えば、特許文献１を参照）。

ＰＭフィルタを再生する際には、一般に、エンジン内の燃料噴射装置においてポスト噴射を実行させるか、排気管内に設けられた燃料噴射装置において燃料噴射を実行させることで、酸化触媒に未燃焼燃料の炭化水素（以下、ＨＣ）を供給し、酸化触媒でＨＣの酸化反応を生じさせ、排ガスを昇温する制御が行われている。そして、かかる制御においては、通常、酸化触媒の出口温度（酸化触媒から排出される排ガスの温度を表す。以下同じ）を温度センサで検出し、酸化触媒の出口温度を目標値へ近づけるように、燃料噴射装置からの燃料供給量を調節している。

特開２０１０－１６９０５２号公報

ところで、この種の排気浄化装置に用いられる酸化触媒は、使用期間の経過に伴って劣化し、ＨＣを酸化反応させる機能（即ち、浄化率）が低下することが知られている。酸化触媒の浄化率が低下した場合には、酸化触媒から下流側へスリップするＨＣが増大することになる。このようにスリップしたＨＣは、ＰＭフィルタに付着し、ＰＭフィルタにおいて燃焼（又は、ＰＭフィルタに担持された酸化触媒で酸化反応）し、ＰＭフィルタを昇温する。

このような状況が発生した場合、従来技術のように酸化触媒の出口温度を基準として燃料噴射量を制御する手法では、ＰＭフィルタが過熱状態となっているにも関わらず、過剰に燃料を噴射し続けることになる。その結果、燃費の悪化を招くばかりか、ＰＭフィルタの下流側に高温の排ガスを通流させ、ＰＭフィルタの下流側に配設されたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒等に熱害を生じさせることにつながる。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、酸化触媒が劣化した場合であっても、ＰＭフィルタの再生のために酸化触媒に供給する未燃焼燃料の供給量を適正化することを可能とする排気浄化装置の制御装置、排気浄化装置、及び車両を提供することである。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
内燃機関の排気管内に上流側から下流側に向かって順番に配設された酸化触媒及びＰＭフィルタを有する排気浄化装置の制御装置であって、
前記酸化触媒に供給された未燃焼燃料のうち、前記酸化触媒からスリップして前記ＰＭフィルタに到来するＨＣスリップ量を推定するＨＣスリップ量推定部と、
前記ＰＭフィルタを排ガス通流方向に沿って仮想的に複数のセルに分割し、前記ＰＭフィルタに流入する排ガスの温度及び流量と、前記ＨＣスリップ量と、に基づいて、前記複数のセルそれぞれの温度を推定する温度分布推定部と、
前記複数のセルそれぞれの推定温度の目標温度に対する偏差に基づいて、前記ＰＭフィルタの再生のために前記酸化触媒に供給する未燃焼燃料の目標供給量を算出する目標燃料供給量算出部と、
を備える制御装置である。

又、他の局面では、
上記制御装置を備える排気浄化装置である。

又、他の局面では、
上記排気浄化装置を備える車両である。

本開示に係る排気浄化装置の制御装置によれば、酸化触媒が劣化した場合であっても、ＰＭフィルタの再生のために酸化触媒に供給する未燃焼燃料の供給量を適正化することが可能である。

第１の実施形態に係る排気浄化装置の構成の一例を示す図 第１の実施形態に係るＰＭフィルタの構成の一例を示す図 第１の実施形態に係るＨＣスリップ量推定部がＨＣスリップ量を推定する際に参照する演算マップの一例を示す図 第１の実施形態に係る温度分布推定部が、ＰＭフィルタを、排ガス通流方向に沿って仮想的に複数のセルに分割した態様の一例を示す図 第１の実施形態に係る温度分布推定部における演算処理を模式的に示す図 フィルタ再生時のＰＭフィルタの温度分布の一例を示す図 フィルタ再生時のＰＭフィルタの温度分布の一例を示す図 第１の実施形態に係る温度分布推定部が各セルに付着するＨＣ量を算出する際に参照するＨＣ付着量分布モデルの一例を示す図 第１の実施形態に係る温度分布推定部が各セルに堆積するＰＭ堆積量を算出する際に参照するＰＭ堆積量分布モデルの一例を示す図 第１の実施形態に係る目標燃料供給量算出部の構成の一例を示す図 第１の実施形態に係るＥＣＵの動作を示すフローチャート 第２の実施形態に係る排気浄化装置の構成の一例を示す図 第２の実施形態に係る第２目標燃料供給量算出部の構成の一例を示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
［排気浄化装置の構成］
以下、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る排気浄化装置の構成について説明する。本実施形態では、一例として、本発明の排気浄化装置をディーゼルエンジンに適用した態様ついて説明する。

図１は、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕの構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態に係るＰＭフィルタ４２の構成の一例を示す図である。

本実施形態に係る排気浄化装置Ｕは、例えば、ディーゼルエンジン車両に搭載されており、当該車両のエンジン１０の排ガスを浄化する。

エンジン１０は、例えば、燃焼室、及び、燃焼室内で燃料を噴射する燃料噴射装置等（図示せず）を含んで構成される。エンジン１０は、燃焼室内で、燃料と空気の混合気を燃焼及び膨張させて、動力を発生する。エンジン１０には、燃焼室内に空気を導入する吸気管２０と、燃焼室から排出される燃焼後の排ガスを、車両の外部に排出する排気管３０と、が接続されている。

エンジン１０は、排気浄化装置ＵのＥＣＵ１００から、ＰＭフィルタ４２を再生するために必要な燃料供給量に係る制御指令信号を受けた場合、例えば、燃料噴射装置にポスト噴射を実行させ、当該燃料供給量に相当する未燃焼燃料を排気管３０に排出させる。

排気浄化装置Ｕは、酸化触媒４１、ＰＭフィルタ４２、ＳＣＲ触媒４３、尿素水噴射装置４３ａ、各種センサ５１～５３、及び、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を備えている。

酸化触媒４１は、排ガス中に含まれる未燃焼燃料の炭化水素や一酸化窒炭素を酸化して除去する。酸化触媒４１は、例えば、コージェライトや炭化ケイ素等の担持体に、白金や酸化セリウム等の酸化触媒が担持されて構成されている。

酸化触媒４１は、排気管３０中のＰＭフィルタ４２の上流側に隣接して配設されている。そして、酸化触媒４１は、ＰＭフィルタ４２の再生時には、エンジン１０側から排出される未燃焼燃料の炭化水素（ＨＣ）を酸化して、当該酸化熱により、排ガスを高温化するようにも機能する。尚、酸化触媒４１は、ＰＭフィルタ４２の上流側に、ＰＭフィルタ４２から離間して配設されてもよい。

ＰＭフィルタ４２は、排気管３０中に配設され、排ガス中に含まれるＰＭを捕捉する。ＰＭフィルタ４２は、例えば、コージェライトや炭化ケイ素の多孔質セラミックで構成され、当該多孔質セラミックで形成した捕集壁中を排ガスが通過するように入口と出口を交互に目封じしたハニカム構造を呈している。エンジン１０から排出された排ガスは、ＰＭフィルタ４２の多孔性の捕集壁中を通過しながら下流へ流れ、その間にＰＭが捕集壁に捕集される。

尚、ＰＭフィルタ４２には、酸化触媒４１を通過したＨＣを酸化除去し得るように、酸化触媒が担持されていてもよい。

ＳＣＲ触媒４３は、自身の上流側に配された尿素水噴射装置４３ａから噴射される尿素水が加水分解したアンモニアを吸着すると共に、当該吸着したアンモニアによって排ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。

各種センサ５１～５３は、排気管３０中を通流する排ガスの状態、及び、ＰＭフィルタ４２の状態等を検出するために設けられている。各種センサ５１～５３は、例えば、差圧センサ５１、温度センサ５２、及び流速センサ５３を含む。

差圧センサ５１は、例えば、一端がＰＭフィルタ４２の上流側の排気管３０中に配設され、他端がＰＭフィルタ４２の下流側の排気管３０中に配設され、ＰＭフィルタ４２の上流側の排気圧と下流側の排気圧との差圧（以下、「ＰＭフィルタ４２の前後差圧」と称する）を検出する。尚、本実施形態では、排ガスが酸化触媒４１を通過する際の流動抵抗は、極めて小さいため、差圧センサ５１が検出する前後差圧は、実質的にＰＭフィルタ４２の前後差圧と同一である。

温度センサ５２は、例えば、排気管３０中の酸化触媒４１とＰＭフィルタ４２の間に配設され、ＰＭフィルタ４２に流入する排ガスの温度を検出する。

流速センサ５３は、例えば、吸気管２０中のエアクリーナ（図示せず）の下流側に配設され、エンジン１０に流入する空気の流速（以下、単に、流速と称する）を検出する。尚、流速センサ５３によって、ＰＭフィルタ４２に流入する排ガスの流量が間接的に検出されることになる。排ガス流量は、一般に、流速センサ５３が示す吸入空気量とエンジン１０における燃料噴射量との合計によって求められる。

これらの各種センサ５１～５３は、検出により得られたセンサ情報を、逐次、ＥＣＵ１００に送信する（図１中の点線矢印）。尚、これらの各種センサ５１～５３は、公知のセンサで実現され得る。

ＥＣＵ１００（本発明の「制御装置」に相当）は、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定する。ＥＣＵ１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポートを含んで構成されている。ＥＣＵ１００が有する機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに格納された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０と通信接続され、エンジン１０を制御可能に構成されている。又、ＥＣＵ１００は、各種センサ５１～５３からセンサ情報を取得して、これらのセンサ情報に基づいて、排気管３０を通流する排ガスの状態、及び、ＰＭフィルタ４２の状態等を検出している。

尚、本実施形態では、ＰＭフィルタ４２を再生する際、酸化触媒４１に燃料供給を行う手段として、エンジン１０内に設けられた燃料噴射装置を用いる構成としているが、酸化触媒４１に燃料供給を行う手段としては、排気管３０内に設けられた燃料噴射装置（図示せず）が用いられてもよい。

［ＥＣＵの構成］
以下、図３～図９を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ１００の構成について説明する。

ＥＣＵ１００は、ＰＭ堆積量推定部１０１、ＨＣスリップ量推定部１０２、温度分布推定部１０３、及び、目標燃料供給量算出部１０４を備えている。

＜ＰＭ堆積量推定部１０１について＞
ＰＭ堆積量推定部１０１は、ＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ堆積量を推定する。ＰＭ堆積量推定部１０１は、例えば、ＰＭフィルタ４２の前後差圧を検出する差圧センサ５１のセンサ値に基づいてＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定する。尚、この際、ＰＭ堆積量推定部１０１は、例えば、予めＥＣＵ１００のＲＯＭ等に記憶されたＰＭフィルタ４２の前後差圧と、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量との関係を示す演算マップを用いてＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定する。

ＰＭ堆積量推定部１０１は、例えば、エンジン１０が稼働している際に、定期的に（例えば、１００ｍｓｅｃ間隔）、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定する。そして、ＰＭ堆積量推定部１０１は、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量が閾値以上まで増加した場合には、再生要求フラグをセットし、ＨＣスリップ量推定部１０２、温度分布推定部１０３、及び、目標燃料供給量算出部１０４を起動させて、ＰＭフィルタ４２のフィルタ再生を実行させる。

尚、ＰＭ堆積量推定部１０１がＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定する手法は、任意である。ＰＭ堆積量推定部１０１は、例えば、エンジン１０の運転状態（例えば、燃料噴射量、エンジン回転速度、エンジン負荷、及び、ＥＧＲ率等）に基づいて、単位時間当たりにエンジン１０から排出されるＰＭ量を算出し、当該ＰＭ量を積算することで、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定してもよい。

＜ＨＣスリップ量推定部１０２について＞
ＨＣスリップ量推定部１０２は、ＰＭフィルタ４２を再生している際に、燃料噴射装置（ここでは、エンジン１０の燃料噴射装置）から酸化触媒４１に供給されたＨＣ量のうち、酸化触媒４１からスリップしてＰＭフィルタ４２に到来するＨＣの量（以下、「ＨＣスリップ量」とも称する）を推定する。

図３は、ＨＣスリップ量推定部１０２がＨＣスリップ量を推定する際に参照する演算マップの一例を示す図である。

ＨＣスリップ量推定部１０２は、例えば、図３に示すような、予めＥＣＵ１００のＲＯＭ等に記憶された車両の総走行距離と、酸化触媒４１の浄化率との関係を示す演算マップを用いて、現時点の酸化触媒４１の浄化率を特定する。そして、ＨＣスリップ量推定部１０２は、現時点の酸化触媒４１の浄化率と酸化触媒４１に到来するＨＣ量（例えば、エンジン１０のポスト噴射により排出される未燃焼燃料の量）からＨＣスリップ量を算出する。

但し、ＨＣスリップ量推定部１０２がＨＣスリップ量を推定する手法は、任意である。ＨＣスリップ量推定部１０２は、例えば、フィルタ再生時における酸化触媒４１の出口温度の時間的変化（即ち、酸化触媒４１の出口温度の律速値）に基づいて酸化触媒４１の浄化率を推定してもよい。

＜温度分布推定部１０３について＞
温度分布推定部１０３は、ＰＭフィルタ４２を排ガス通流方向に沿って仮想的に複数のセルに分割し、ＰＭフィルタ４２に流入する排ガスの温度及び流量と、ＨＣスリップ量推定部１０２に推定されたＨＣスリップ量と、ＰＭ堆積量推定部１０１に推定されたＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量と、に基づいて、複数のセルそれぞれの温度を推定する。つまり、温度分布推定部１０３は、ＰＭフィルタ４２を目標温度付近で再生させるために酸化触媒４１に供給するべき燃料供給量（ここでは、燃料噴射装置におけるポスト噴射量）を正確に算出するべく、ＰＭフィルタ４２内の温度分布を推定する。

図４は、温度分布推定部１０３が、ＰＭフィルタ４２を、排ガス通流方向に沿って仮想的に複数のセルに分割した態様の一例を示す図である。

図５は、温度分布推定部１０３における演算処理を模式的に示す図である。

図６Ａ、図６Ｂは、フィルタ再生時のＰＭフィルタ４２の温度分布の一例を示す図である。図６Ａは、フィルタ再生を開始して、ＰＭフィルタ４２を昇温している際におけるＰＭフィルタ４２の温度分布の一例を示す図である。図６Ｂは、酸化触媒４１からの多量のＨＣスリップ量に起因して、ＰＭフィルタ４２が過熱状態となっている際におけるＰＭフィルタ４２の温度分布の一例を示す図である。尚、図６Ａ、図６Ｂには、ＰＭフィルタ４２の実温度（実線）と、フィルタ再生時のＰＭフィルタ４２の目標温度（点線）との両方を示している。

一般に、フィルタ再生時、ＰＭフィルタ４２内の温度は、一様ではなく、排ガス通流方向に沿って高低差を有するものとなる。これは、主に、ＰＭフィルタ４２とＰＭフィルタ４２に流入する排ガスとの熱交換、ＰＭフィルタ４２内でのＨＣ（即ち、酸化触媒４１でスリップしたＨＣ）の燃焼（又は酸化反応）に伴う発熱、及び、ＰＭフィルタ４２内に堆積するＰＭの燃焼に伴う発熱に依拠する。

フィルタ再生時には、酸化触媒４１に対してＨＣが供給され、酸化触媒４１におけるＨＣの酸化反応により、ＰＭフィルタ４２に到来する排ガスは、高温化したものとなる（例えば、６００℃程度まで高温化する）。フィルタ再生を開始した直後には、この高温化した排ガスによって、まず、ＰＭフィルタ４２の上流端が昇温する。この際、ＰＭフィルタ４２の下流端には、ＰＭフィルタ４２の上流端で熱交換された後の排ガスが通流するため、ＰＭフィルタ４２の下流端は、ＰＭフィルタ４２の上流端に遅れて昇温する（図６Ａを参照）。

その後、フィルタ再生の実行時間の経過と共に、ＰＭフィルタ４２の上流端とＰＭフィルタ４２の下流端との温度差は、小さくなる。但し、酸化触媒４１からのＨＣスリップ量が多く、ＰＭフィルタ４２内でのＨＣの燃焼（又は酸化反応）に伴う発熱量（以下、「ＨＣ発熱量」と称する）が大きい場合、ＰＭフィルタ４２の下流端に通流する排ガスは、その発熱量分だけ、ＰＭフィルタ４２の上流端よりも昇温することになる。そのため、ＨＣ発熱量が大きい場合には、ＰＭフィルタ４２の下流端は、ＰＭフィルタ４２の上流端よりも相当に高温化した状態となる（図６Ｂを参照）。

尚、ＨＣ発熱量に比較してその影響は小さいが、ＰＭフィルタ４２内に堆積するＰＭの燃焼に伴う発熱量（以下、「ＰＭ発熱量」と称する）が大きい場合にも、同様の昇温挙動が見受けられる。

かかる観点から、温度分布推定部１０３は、ＰＭフィルタ４２を排ガス通流方向に沿って仮想的に複数のセルに分割し、複数のセルそれぞれの温度を推定する。これにより、後述する目標燃料供給量算出部１０４により、複数のセルそれぞれの推定温度と目標温度との偏差から、ＰＭフィルタ４２を目標温度付近で再生させるために必要となる燃料供給量を正確に算出することが可能となる。

尚、過熱状態でＰＭフィルタ４２を再生することは、ＰＭフィルタ４２の破損や、ＰＭフィルタ４２の下流側に配設されたＳＣＲ触媒４３等の熱害（例えば、熱による触媒機能の低下）を引き起こすことになる。加えて、ＰＭフィルタ４２の過熱状態は、ＰＭフィルタ４２内に堆積するＰＭの燃焼を促進し、ＰＭ発熱量の増大に伴う更なる過熱を引き起こすことにもなる。

本実施形態では、温度分布推定部１０３は、ＰＭフィルタ４２を排ガス通流方向に沿って仮想的に４個のセル４２ａ～４２ｄに分割し、セル毎に、当該セルに流入する排ガスと当該セルとの間における熱交換を熱伝達方程式で表した熱収支モデル１０３Ｍを用いて、当該セルの温度を推定する。この際、温度分布推定部１０３は、当該セルに付着して燃焼するＨＣ発熱量、及び、当該セルに堆積するＰＭの燃焼により生ずるＰＭ発熱量を考慮した上で、当該セルの温度を推定する。尚、図５では、温度分布推定部１０３が一個のセルの温度を推定するための演算処理を模式的に示している。

熱収支モデル１０３Ｍは、例えば、排ガスとセルとの間の熱伝達率、セルの熱容量、及び、排ガスの熱容量等に基づいて、予め導出されている。熱収支モデル１０３Ｍには、例えば、一時刻前の演算対象のセルの温度、当該セルに流入する排ガスの温度、当該セルに流入する排ガスの流量、当該セルにおけるＨＣ発熱量、及び、当該セルにおけるＰＭ発熱量の値が入力される。尚、ここで、一時刻前に推定されたセルの温度とは、例えば、各セル４２ａ～４２ｄの温度を推定する推定周期における一時刻前を意味する。

ここで、温度分布推定部１０３は、セル毎に、当該セルに流入する排ガスの温度が異なることから、セル毎に、熱収支モデル１０３Ｍを用いた演算処理を行う。そして、温度分布推定部１０３は、例えば、セル毎に、当該セルの温度、及び、当該セルから流れ出る際の排ガスの温度を算出する。

熱収支モデル１０３Ｍに入力する各セル４２ａ～４２ｄに流入する排ガスの温度は、例えば、自身の上流側に隣接するセルの下流端から流れ出る排ガスの温度（即ち、自身の上流側に隣接するセルと熱交換した後の排ガスの温度）が用いられる。つまり、図４のモデルでは、ＰＭフィルタ４２の上流端に位置するセル４２ａに流入する排ガスの温度としては、温度センサ５２が示す排ガス温度が用いられ、セル４２ｂに流入する排ガスの温度としては、セル４２ａの下流端から流れ出る排ガスの温度が用いられ、セル４２ｃに流入する排ガスの温度としては、セル４２ｂの下流端から流れ出る排ガスの温度が用いられ、セル４２ｄに流入する排ガスの温度としては、セル４２ｃの下流端から流れ出る排ガスの温度が用いられる。

又、熱収支モデル１０３Ｍに入力する各セル４２ａ～４２ｄに流入する排ガスの流量は、例えば、流速センサ５３のセンサ値に基づいて設定される。当該流量は、各セル４２ａ～４２ｄの演算で共通の値が用いられる。

各セル４２ａ～４２ｄにおけるＨＣ発熱量及びＰＭ発熱量は、例えば、当該セルに付着するＨＣ量、及び、当該セルに堆積するＰＭ堆積量を基準として算出される。

図７は、温度分布推定部１０３が各セルに付着するＨＣ量を算出する際に参照するＨＣ付着量分布モデルの一例を示す図である。図８は、温度分布推定部１０３が各セルに堆積するＰＭ堆積量を算出する際に参照するＰＭ堆積量分布モデルの一例を示す図である。

酸化触媒４１からスリップしてＰＭフィルタ４２に到来するＨＣは、典型的には、ＰＭフィルタ４２の上流端側に多く付着する。かかる観点から、本実施形態では、ＰＭフィルタ４２の上流側のセルほど多くのＨＣが付着するＨＣ付着量分布モデルを用いている。温度分布推定部１０３は、例えば、当該ＨＣ付着量分布モデルに従って、ＨＣスリップ量推定部１０２に推定されたＨＣスリップ量を、上流端側のセル４２ａから下流端側のセル４２ｄに向かって、４０％、３０％、２０％、１０％の順に振り分けることで、各セル４２ａ～４２ｄに付着するＨＣ量及び当該セルにおけるＨＣ発熱量を算出している（図７を参照）。尚、かかる分布モデルは、予め実験によって定められたものが用いられるのが好ましい。

又、ＰＭフィルタ４２中に堆積するＰＭは、典型的には、排ガス通流方向に沿って略均一に堆積する。これは、一部の流路においてＰＭ堆積量が増加すると、その部分の流動抵抗のみが大きくなるためである。かかる観点から、本実施形態では、ＰＭフィルタ４２の各セル４２ａ～４２ｄに堆積するＰＭ堆積量を同一とするＰＭ堆積量分布モデルを用いている。温度分布推定部１０３は、例えば、ＰＭ堆積量分布モデルに従って、ＰＭ堆積量推定部１０１に推定されたＰＭ堆積量を、各セルに均一に振り分けることで（ここでは、２５％ずつ）、各セルに堆積するＰＭ堆積量及び当該セルにおけるＰＭ発熱量を算出している（図８を参照）。

尚、ＨＣ付着量分布モデルのデータは、ＨＣ付着量とＨＣ発熱量の関係を示すデータと共に、ＥＣＵ１００のＲＯＭ等に予め記憶されている。又、同様に、ＰＭ堆積量分布モデルのデータは、ＰＭ堆積量とＰＭ発熱量の関係を示すデータと共に、ＥＣＵ１００のＲＯＭ等に予め記憶されている。

温度分布推定部１０３は、このような演算処理により、セル毎に、当該セルの温度、及び、当該セルから流れ出る際の排ガスの温度を算出する。

＜目標燃料供給量算出部１０４＞
目標燃料供給量算出部１０４は、温度分布推定部１０３からＰＭフィルタ４２の複数のセル４２ａ～４２ｄそれぞれの推定温度に係る情報を取得して、ＰＭフィルタ４２の複数のセル４２ａ～４２ｄそれぞれの推定温度の目標温度に対する偏差に基づいて、ＰＭフィルタ４２の再生のために酸化触媒４１に供給する未燃焼燃料の目標供給量（以下、単に、「酸化触媒４１への目標燃料供給量」と称する）を算出する。具体的には、目標燃料供給量算出部１０４は、ＰＭフィルタ４２の複数のセル４２ａ～４２ｄそれぞれの推定温度の目標温度に対する偏差に対して、ＰＭフィルタ４２の複数のセル４２ａ～４２ｄそれぞれに対して設定されたゲイン値を積算し、これらを加算することで、酸化触媒４１への目標燃料供給量を算出する。

そして、目標燃料供給量算出部１０４は、算出した目標燃料供給量が酸化触媒４１に供給されるように、エンジン１０の燃料噴射装置を制御する。尚、エンジン１０は、目標燃料供給量算出部１０４から、目標燃料供給量に係る制御指令を受け付けた場合、例えば、当該目標燃料供給量をポスト噴射で噴射する。

図９は、目標燃料供給量算出部１０４の構成の一例を示す図である。

目標燃料供給量算出部１０４は、例えば、第１演算部１０４ａ、第２演算部１０４ｂ、第３演算部１０４ｃ、及び第４演算部１０４ｄを有している。ここで、第１演算部１０４ａは、セル４２ａの目標温度に対する推定温度の偏差（図６Ａ、図６ＢのΔＴ１）とゲイン値γ１との積算により、セル４２ａを目標温度まで昇温するために必要な燃料供給量を算出する。又、第２演算部１０４ｂは、セル４２ｂの目標温度に対する推定温度の偏差（図６Ａ、図６ＢのΔＴ２）とゲイン値γ２との積算により、セル４２ｂを目標温度まで昇温するために必要な燃料供給量を算出する。又、第３演算部１０４ｃは、セル４２ｃの目標温度に対する推定温度の偏差（図６Ａ、図６ＢのΔＴ３）とゲイン値γ３との積算により、セル４２ｃを目標温度まで昇温するために必要な燃料供給量を算出する。又、第４演算部１０４ｄは、セル４２ｄの目標温度に対する推定温度の偏差（図６Ａ、図６ＢのΔＴ４）とゲイン値γ４との積算により、セル４２ｄを目標温度まで昇温するために必要な燃料供給量を算出する。

そして、目標燃料供給量算出部１０４は、第１演算部１０４ａにて算出された燃料供給量、第２演算部１０４ｂにて算出された燃料供給量、第３演算部１０４ｃにて算出された燃料供給量、及び、第４演算部１０４ｄにて算出された燃料供給量を加算することで、酸化触媒４１への目標燃料供給量を算出する。つまり、ここでは、目標燃料供給量Ａ＝ΔＴ１×γ１＋ΔＴ２×γ２＋ΔＴ３×γ３＋ΔＴ４×γ４となる。

尚、第１演算部１０４ａは、セル４２ａの推定温度が目標温度よりも低い場合には、燃料供給量をプラスの値として算出するが、セル４２ａの推定温度が目標温度よりも高い場合には、燃料供給量をマイナスの値として算出する構成となっている。この点は、第２演算部１０４ｂ、第３演算部１０４ｃ、及び第４演算部１０４ｄについても、同様である。そのため、例えば、下流端のセル４２ｄの温度が目標値よりも大きくなっている場合には、ΔＴ４×γ４の値は、マイナスの値となり、その値が大きい場合には、目標燃料供給量Ａは、ゼロに近づくことになる。

又、第１演算部１０４ａにて算出された燃料供給量、第２演算部１０４ｂにて算出された燃料供給量、第３演算部１０４ｃにて算出された燃料供給量、及び、第４演算部１０４ｄにて算出された燃料供給量を加算した値が、ゼロよりも小さい場合には、目標燃料供給量算出部１０４は、酸化触媒４１への目標燃料供給量をゼロとして算出する。

目標燃料供給量算出部１０４は、かかる演算処理により、ＰＭフィルタ４２の一部の温度（典型的には、下流端のセル４２ｄの温度）が異常に上昇した場合には、酸化触媒４１への目標燃料供給量をゼロとして、ＰＭフィルタ４２の過熱状態の発生を抑制する。

尚、ＰＭフィルタ４２の複数のセルそれぞれに対して設定されたゲイン値γ１～γ４のうち、下流側のセルに対して設定されたゲイン値は、上流側のセルに対して設定されたゲイン値よりも大きくするのが好ましい。これによって、下流側のセルの温度の方が、上流側のセルの温度よりも、目標燃料供給量算出部１０４が目標燃料供給量を決定する際の影響度合いを大きくすることができる。これにより、ＰＭフィルタ４２の下流端のセル４２ｄの温度の異常を抑制する機能を、より高めることができる。

各セルの目標温度は、例えば、５００℃以上で且つ６５０℃以下の温度に設定される。本実施形態では、各セルの目標温度を同一温度に設定している（図６Ａ、図６Ｂを参照）。但し、目標温度は、セル毎に異ならせてもよい。例えば、ＰＭフィルタ４２内におけるＨＣ発熱量及びＰＭ発熱量に起因して、下流側のセルの方が上流側のセルよりも高温になることを考慮して、下流側のセルに対して設定する目標温度の方が、上流側のセルに対して設定する目標温度よりも大きくしてもよい。又、目標温度は、時間的に変化させてもよい。ＰＭ発熱量は、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量に依拠して変化する。この点、ＰＭフィルタ４２の再生が進むにつれて、ＰＭ発熱量が小さくなることを考慮して、ＰＭフィルタ４２の再生が進むにつれて、目標温度を小さくしてもよい。

［ＥＣＵの動作］
次に、ＥＣＵ１００の動作の一例について、説明する。

図１０は、本実施形態に係るＥＣＵ１００の動作を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、例えば、再生要求フラグがセットされているときに、ＥＣＵ１００が、コンピュータプログラムに従って、所定間隔（例えば、１００ｍｓｅｃ毎）で繰り返し実行するものである。

ＥＣＵ１００は、まず、各種センサ（ここでは、差圧センサ５１、温度センサ５２、及び流速センサ５３）からセンサ信号を取得する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ１００（ＰＭ堆積量推定部１０１）は、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定する（ステップＳ２）。次に、ＥＣＵ１００（ＨＣスリップ量推定部１０２）は、酸化触媒４１からのＨＣスリップ量を推定する（ステップＳ３）。次に、ＥＣＵ１００（温度分布推定部１０３）は、ＰＭフィルタ４２に流入する排ガスの温度及び流量と、ステップＳ２で算出されたＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量と、ステップＳ３で算出された酸化触媒４１からのＨＣスリップと、に基づいて、ＰＭフィルタ４２の各セル４２ａ～４２ｄの温度を推定する（ステップＳ４）。次に、ＥＣＵ１００（目標燃料供給量算出部１０４）は、ＰＭフィルタ４２の各セル４２ａ～４２ｄの目標温度に対する推定温度の偏差に基づいて、酸化触媒４１に対して供給する目標燃料供給量を算出する（ステップＳ５）。次に、ＥＣＵ１００は、エンジン１０に対して、ステップＳ５で算出された目標燃料供給量をポスト噴射にて噴射するように、燃料噴射指令を送信する（ステップＳ６）。

フィルタ再生時、ＥＣＵ１００は、このような処理を繰り返し実行することで、逐次変化するＰＭフィルタ４２の内部温度に対応するように、酸化触媒４１に対して必要なＨＣ量を供給する。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕは、ＰＭフィルタ４２を排ガス通流方向に沿って仮想的に複数のセル４２ａ～４２ｄに分割し、酸化触媒４１からＰＭフィルタ４２へのＨＣスリップ量を考慮して、各セル４２ａ～４２ｄの温度を推定する。そして、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕは、各セル４２ａ～４２ｄの推定温度の目標温度に対する偏差に基づいて、ＰＭフィルタ４２の再生のために酸化触媒４１に供給する未燃焼燃料の目標供給量を算出する。

従って、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕによれば、酸化触媒４１の劣化に伴って酸化触媒４１からＰＭフィルタ４２へのＨＣスリップが発生している状況下においても、ＰＭフィルタ４２における過熱状態の発生を抑制するように、酸化触媒４１への燃料供給量（例えば、燃料噴射装置におけるポスト噴射量）を適正化することが可能である。

これによって、燃料噴射装置（本実施形態では、エンジン１０の燃料噴射装置）から噴射させる燃料が不必要に増大することを抑制し、燃費の悪化を抑制することができる。又、これによって、ＰＭフィルタ４２下流側に過度に昇温された排ガスを通流させ、ＰＭフィルタ４２の下流側のＳＣＲ触媒４３等へ熱害を引き起こすことを抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、図１１、図１２を参照して、第２の実施形態に係る排気浄化装置Ｕの構成について説明する。

本実施形態に係る排気浄化装置Ｕは、ＥＣＵ１００が、第２目標燃料供給量算出部１０５を更に備える点で、第１の実施形態に係る排気浄化装置Ｕと相違する。尚、以下では、説明の便宜として、第１の実施形態で説明した目標燃料供給量算出部１０４を「第１目標燃料供給量算出部１０４」と称する。

図１１は、第２の実施形態に係る排気浄化装置Ｕの構成の一例を示す図である。図１２は、第２目標燃料供給量算出部１０５の構成の一例を示す図である。

第２目標燃料供給量算出部１０５は、例えば、ＰＭフィルタ４２の再生の際、酸化触媒４１の出口温度のセンサ値が目標値に近づくように、酸化触媒４１に供給する未燃焼燃料の供給量をフィードバック制御する。

第２目標燃料供給量算出部１０５は、目標温度設定部１０５ａ、及び、第５演算部１０５ｂを有している。ここで、目標温度設定部１０５ａは、ＥＣＵ１００で燃料噴射量等に基づき算出されるエンジン１０の出力トルクと、回転速度センサ５４が検出するエンジン１０の回転速度とに基づいて、酸化触媒４１の出口温度の目標値を設定する。尚、酸化触媒４１の出口温度の目標値は、例えば、５００℃以上で且つ６５０℃以下の温度に設定される。

第５演算部１０５ｂは、温度センサ５２が検出する酸化触媒４１の出口温度のセンサ値と、目標温度設定部１０５ａに設定された酸化触媒４１の出口温度の目標値との偏差に基づいて、酸化触媒４１に対する燃料供給量を決定する。そして、第２目標燃料供給量算出部１０５は、第５演算部１０５ｂにて決定された目標燃料供給量が酸化触媒４１に供給されるように、エンジン１０を制御する。第５演算部１０５ｂによる燃料供給量の制御は、典型的には、ＰＩＤ制御による。

尚、ここでは、ＥＣＵ１００は、酸化触媒４１とＰＭフィルタ４２との間に配設された温度センサ５２を用いて、酸化触媒４１の出口温度を検出している。但し、酸化触媒４１とＰＭフィルタ４２との間の距離が離れている場合には、ＰＭフィルタ４２の入口温度を検出する温度センサと、酸化触媒４１の出口温度を検出する温度センサと、は別個に設けられてもよい。

通常、ＰＭフィルタ４２の再生を開始した直後にＰＭフィルタ４２を昇温している際には、酸化触媒４１の出口温度を基準にして、酸化触媒４１に対する燃料供給量を制御した方が、燃料供給量制御の安定性の観点から好ましい。これは、ＰＭフィルタ４２の再生を開始した直後には、ＰＭフィルタ４２の内部温度の時間的変化が大きいためである。

かかる観点から、本実施形態に係るＥＣＵ１００は、酸化触媒４１に対する燃料供給量を制御する際、ＰＭフィルタ４２の内部温度が閾値温度（例えば、５００度）以上の場合には、第１目標燃料供給量算出部１０４を適用し、ＰＭフィルタ４２の内部温度が閾値温度未満の場合には、第２目標燃料供給量算出部１０５を適用する。

尚、本実施形態に係るＥＣＵ１００は、例えば、温度分布推定部１０３で推定されるＰＭフィルタ４２の下流端側のセル４２ｄの温度を基準として、かかる切り替え制御を行う。但し、ＥＣＵ１００がＰＭフィルタ４２の内部温度が閾値温度以上まで上昇しているか否かを判定する手法は、他の手法であってもよく、例えば、ＥＣＵ１００は、ＰＭフィルタ４２の再生を実行している時間に基づいて、ＰＭフィルタ４２の内部温度が閾値温度以上か否かを判定してもよい。

以上のように、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕによれば、ＰＭフィルタ４２の再生を開始した直後における、酸化触媒４１に対する燃料供給量を安定的に制御することが可能となる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

例えば、上記実施形態では、ＥＣＵ１００の構成の一例として、エンジン１０のポスト噴射における噴射量の制御により、酸化触媒４１への燃料供給量を制御する態様を示した。但し、ＥＣＵ１００は、排気浄化装置Ｕが排気管３０内に設けられた燃料噴射装置（図示せず）を有する場合には、目標燃料供給量の一部又は全部を、排気管３０内に設けられた燃料噴射装置に供給させてもよい。

又、上記実施形態では、ＥＣＵ１００が参照する各種センサの一例として、差圧センサ５１、温度センサ５２、及び流速センサ５３を示した。但し、ＥＣＵ１００が排気管３０を通流する排ガスの状態やＰＭフィルタ４２の状態を検出する手法は、種々に変更可能であり、これらは、上記実施形態とは異なるセンサ構成にて検出されてもよいし、エンジン１０の運転状態等から演算処理により求められてもよい。

又、上記実施形態では、排気浄化装置Ｕの適用対象の一例として、ディーゼルエンジン車両を示したが、本発明の排気浄化装置Ｕの適用対象は、これに限定されない。例えば、本発明の排気浄化装置Ｕは、ガソリンエンジン車両にも適用し得る。又、その他、本発明の排気浄化装置Ｕは、発電機、建設機械、船舶等に適用されてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る排気浄化装置の制御装置によれば、酸化触媒が劣化した場合であっても、ＰＭフィルタの再生のために酸化触媒に供給する未燃焼燃料の供給量を適正化することが可能である。

Ｕ 排気浄化装置
１０ エンジン
２０ 吸気管
３０ 排気管
４１ 酸化触媒
４２ ＰＭフィルタ
４３ ＳＣＲ触媒
４３ａ 尿素水噴射装置
５１ 差圧センサ
５２ 温度センサ
５３ 流速センサ
５４ 回転速度センサ
１００ ＥＣＵ（制御装置）
１０１ ＰＭ堆積量推定部
１０２ ＨＣスリップ量推定部
１０３ 温度分布推定部
１０４ 目標燃料供給量算出部（第１目標燃料供給量算出部）
１０５ 第２目標燃料供給量算出部

Claims (7)

1. 内燃機関の排気管内に上流側から下流側に向かって順番に配設された酸化触媒及びＰＭフィルタを有する排気浄化装置の制御装置であって、
   前記酸化触媒に供給された未燃焼燃料のうち、前記酸化触媒からスリップして前記ＰＭフィルタに到来するＨＣスリップ量を推定するＨＣスリップ量推定部と、
   前記ＰＭフィルタを排ガス通流方向に沿って仮想的に複数のセルに分割し、前記ＰＭフィルタに流入する排ガスの温度及び流量と、前記ＨＣスリップ量と、に基づいて、前記複数のセルそれぞれの温度を推定する温度分布推定部と、
   前記複数のセルそれぞれの推定温度の目標温度に対する偏差に基づいて、前記ＰＭフィルタの再生のために前記酸化触媒に供給する未燃焼燃料の目標供給量を算出する目標燃料供給量算出部と、
   を備える制御装置。
2. 前記温度分布推定部は、前記ＰＭフィルタに流入する排ガスの温度及び流量と、前記ＨＣスリップ量と、前記ＰＭフィルタ中のＰＭ堆積量と、に基づいて、前記複数のセルそれぞれの温度を推定する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記目標燃料供給量算出部は、前記複数のセルそれぞれの推定温度の目標温度に対する偏差に対して、前記複数のセルそれぞれに対して設定されたゲイン値を積算し、これらを加算することで、前記目標供給量を算出し、
   前記複数のセルそれぞれに対して設定された前記ゲイン値のうち、下流側のセルに対して設定された前記ゲイン値は、上流側のセルに対して設定された前記ゲイン値よりも大きい、
   請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記目標燃料供給量算出部に相当する第１目標燃料供給量算出部と、
   温度センサで検出された前記酸化触媒の出口温度の第２目標温度に対する偏差に基づいて、前記ＰＭフィルタの再生のために前記酸化触媒に供給する未燃焼燃料の第２目標供給量を算出する第２目標燃料供給量算出部と、を備え、
   前記内燃機関内又は前記排気管内に設けられた燃料噴射装置の噴射量を制御する際には、前記ＰＭフィルタの再生状態に基づいて、前記第１目標燃料供給量算出部と前記第２目標燃料供給量算出部とを選択的に適用する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記ＰＭフィルタの温度が閾値温度以上の場合、前記第１目標燃料供給量算出部を適用し、前記ＰＭフィルタの温度が前記閾値温度未満の場合、前記第２目標燃料供給量算出部を適用する、
   請求項４に記載の制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制御装置を備える排気浄化装置。
7. 請求項６に記載の排気浄化装置を備える車両。
   

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