JP4424159B2

JP4424159B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4424159B2
Application number: JP2004323116A
Authority: JP
Inventors: 慎二余語
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2024-11-08
Also published as: DE102005052990A1; JP2006132458A

Description

本発明は、内燃機関の排出ガスに含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備える排ガス浄化装置に関する。

近年、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質、ＰＭ）の環境への影響が大きな問題となっている。この対策として、従来より、セラミック多孔質体からなるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと称する）が知られ、これを排気管の途中に設置して、ＤＰＦの多孔質の隔壁にパティキュレートを捕集することが行なわれている。ＤＰＦは、捕集したパティキュレートを定期的に燃焼除去することで再生される。

ＤＰＦの再生は、一般に、運転状態を基に求められるＰＭ排出量の積算値にて算出される、またはＤＰＦの前後差圧を基に算出されるパティキュレート堆積量（以下ＰＭ堆積量と称する）が予め決められた所定量以上となった時に行われ、例えばポスト噴射を行って、ＤＰＦをパティキュレートが燃焼する温度以上に昇温させている。ただし、エンジンの運転条件によっては、排気温度がパティキュレートの自然燃焼が可能な高温となる場合があり、効率よくＤＰＦの再生を行なうには、運転条件に応じて昇温手段を作動させることが望ましい。

従来技術として、特許文献１には、ＰＭ堆積量が所定値に到達した場合に、エンジンの運転状態に応じて異なる昇温手段を選択してＤＰＦを再生する方法が提案されている。エンジンの運転状態 (負荷状態）は、例えば、エンジン回転数と出力トルクによって複数の領域に区分することができ、各領域毎に異なる再生操作を行ない、または、自然燃焼が可能な領域では昇温操作を実施しないことで、燃料消費量の増大を抑制しながら、ＤＰＦの再生を行なうことを可能にしている。
特開２０００−１７０５２１号公報

ところで、特許文献１の方法では、再生が必要なＰＭ堆積量を越えた時に低回転、低負荷領域であれば再生操作は行なわず、再生中に低回転、低負荷領域になった場合にも再生操作を中止する。これは、低回転、低負荷領域ではパティキュレート燃焼温度までＤＰＦを昇温することが困難であるからで、燃費の向上を優先させる結果である。この状態で、アイドル運転あるいは渋滞走行などのエンジン低回転、低負荷運転が長時間にわたって行なわれると、ＤＰＦ上に許容値を越える多量のパティキュレートが堆積することになり、再生時に過昇温となりやすい。

一方、ＤＰＦ温度を上昇させる際に、吸気絞りを組み合わせることが検討されている。エンジン吸気通路に設けた吸気絞り弁の弁開度を絞って吸気量を少なくすると、エンジン燃焼状態が変化し、排気温度を上昇させることができ、エンジン低回転、低負荷運転領域においても、他の昇温手段と吸気絞りを組み合わせることで、ＤＰＦ再生が可能となる。

しかしながら、吸気絞り弁に何らかの不具合が生じて、吸気絞り操作ができなくなった場合には、上記効果が得られない。通常、吸気絞り弁は通電ＯＦＦ時に全開となるので、エンジン低回転、低負荷運転領域では、酸化触媒の活性化温度まで昇温できず、再生の実施が困難となるおそれがある。

特に、エンジン低回転、低負荷運転領域では、特許文献１と同様の問題が生じ、再生が実施できないために、ＰＭ堆積量が規定量を超えてしまう。このため、運転領域の変化により他の昇温手段による再生可能となった場合に、再生時のＤＰＦ温度が上がりすぎて、ＤＰＦが損傷したり触媒が劣化するおそれがあった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＰＦ上に許容量を越える多量のパティキュレートが堆積するのを防止し、再生時の過昇温によるＤＰＦおよび触媒の劣化・破損を防止して、排気浄化装置の安全性・耐久性を向上させることにある。

上記課題を解決するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを昇温するための複数の昇温手段の１つとして、内燃機関の吸気通路に吸気絞り手段を有している。また、パティキュレートフィルタに堆積するパティキュレート量を検出して、該パティキュレート量が、パティキュレートフィルタの再生を開始する基準値に達したかどうかを判定するＰＭ堆積量判定手段と、内燃機関の運転状態が予め設定された複数の運転領域のいずれに対応するかを判定する運転領域判定手段の判定結果に基づいて、複数の昇温手段を操作する再生制御手段を備える。ＰＭ堆積量判定手段は、吸気絞り手段の異常が検出された時に、上記パティキュレートフィルタの再生を開始する上記基準値を、通常時の基準値Ｍ１から、より小さい基準値Ｍ２に設定変更する基準値変更手段を有している。

ＰＭ堆積量判定手段は、通常時にはパティキュレート堆積量が基準値Ｍ１以上となった時に再生判定を行い、再生制御手段により運転状態に応じた昇温操作を行ってパティキュレートフィルタを再生する。吸気絞り手段の異常が検出されると、再生判定の基準となるパティキュレート量を基準値Ｍ２に切り替え、基準値Ｍ１より少ないパティキュレート量で再生判定がなされるようにする。

このように、パティキュレート堆積量が比較的少ない時点で早めに再生判定することで、吸気絞り手段を用いた再生が困難であっても、パティキュレート量が許容量を超えて堆積する前の猶予時間の設定ができる。この猶予時間の間に、パティキュレートフィルタの再生に適した運転条件へと変化する可能性を有することから、パティキュレート量が許容量を超えて堆積する前に、運転条件の変化により吸気絞り手段以外の昇温手段を用いた再生が実施可能となる確率を高め、安全にパティキュレートを燃焼除去できる確率を高められる。よって、過昇温によるパティキュレートフィルタの損傷や触媒の劣化が生じる確率を抑制し、排気浄化装置の安全性・耐久性を向上できる。

請求項２の排気浄化装置において、再生制御手段は、運転領域判定手段により判定された運転領域に応じて、複数の昇温手段から予め選択された１つないしそれ以上の昇温手段を操作することにより、パティキュレートフィルタをパティキュレートの燃焼温度以上に昇温する。

具体的には、比較的排気温度が高く昇温しやすい運転領域では、燃費悪化の抑制を優先させた昇温手段を選択し、排気温度が低い運転領域では、複数の昇温手段を組み合わせて速やかに昇温させるなど、運転領域に応じた昇温操作を行うことで、効率よく再生制御を実施できる。

請求項３の排気浄化装置において、吸気絞り手段の異常が検出された時に、運転領域判定手段において判定される運転領域が、吸気絞り手段による昇温操作を実施する運転領域である場合には、再生制御手段による上記吸気絞り手段を含むすべての昇温操作を停止する再生停止手段を設ける。

吸気絞り手段の異常時には、吸気絞り手段を含む昇温操作を実施せず、他の昇温手段を採用する運転領域となるまで再生を停止することで、効果的な昇温操作を行い、不要な操作による燃費の悪化等を抑制することができる。

請求項４の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタが表面に触媒を担持した触媒付パティキュレートフィルタである場合、再生制御手段は、複数の運転領域のうち排気温度が触媒の活性温度以下となる運転領域では、上記吸気絞り手段の異常が検出されていない時に、吸気絞り手段と、複数の昇温手段から選択される少なくとも１つとを組み合わせて、パティキュレートフィルタを触媒の活性温度以上に昇温する触媒昇温操作を実施した後、複数の昇温手段から選択される少なくとも１つを用いて、パティキュレートフィルタをパティキュレートの燃焼温度以上に昇温する再生操作を実施する。

触媒付パティキュレートフィルタの再生は、まず、触媒を昇温して活性化させる必要があり、触媒昇温とその後の再生操作のそれぞれに最適な昇温手段を選択することで、より効果的な再生制御が実現できる。特に、低回転低負荷の運転領域では、吸気絞り手段を他の昇温手段と組み合わせることで、触媒を活性温度以上に昇温することができ、従来困難であったパティキュレートフィルタの再生が可能となる。よって、長時間低回転低負荷運転が続いても、再生ができないためにパティキュレート堆積量が許容範囲を超えることがなく、安全性と信頼性を向上できる。

請求項５の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタ上流の排気通路に排気温度を検出する温度検出手段を設けており、運転領域判定手段は、温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて運転領域の判定を行うものとする。

具体的には、内燃機関の運転状態をよく反映するパティキュレートフィルタ上流の排気温度に基づいて運転状態を検出し、予め設定したどの運転領域に対応するかを容易に判定することができる。

請求項６の排気浄化装置において、再生制御手段は、運転領域判定手段により判定された運転領域が、排気温度がパティキュレートフィルタの燃焼温度以上である運転領域である時には、複数の昇温手段による昇温操作を実施しない。

パティキュレート量がパティキュレートフィルタの再生が必要と判定された時に、排気温度が高温であれば、昇温手段を操作せず、自然再生を行うことで不要な昇温操作による燃費の悪化等を防止できる。

請求項７の排気浄化装置は、複数の昇温手段として、少なくともタイミングリタードおよびポスト噴射を備える。

具体的には、排気温度が５００℃程度まで上昇する高速高負荷運転領域では、例えばタイミングリタードにより容易にパティキュレートの燃焼温度まで昇温可能である。排気温度が５００℃より低い運転領域では、昇温効率を優先させて例えばポスト噴射を用いることで、速やかに再生を行うことができる。吸気絞り手段を含むこれら昇温手段を適宜組み合わせることで内燃機関の全運転領域において最適な再生制御が可能となる。

以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は内燃機関の排気浄化装置の全体構成を示すもので、本実施形態では４気筒ディーゼルエンジン１への適用例としてある。エンジン１の各気筒にはそれぞれインジェクタ１１が設けられ、コモンレール３内に蓄圧される燃料を燃焼室内に噴射するようになっている。燃料タンク４の燃料は、調量弁４１を経てポンプ３１で加圧され、コモンレール３に供給される。コモンレール３には圧力センサ５が設けられ、コモンレール３の圧力を検出してＥＣＵ２に出力する。

エンジン１の排気通路１２には、表面に酸化触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、酸化触媒付ＤＰＦと称する）６が設置されている。酸化触媒付ＤＰＦ６は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じしてなり、セル壁表面には、Ｐｔ等の酸化触媒が塗布されている。エンジン１から排出された排気ガスは、酸化触媒付ＤＰＦ６の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレートが捕集されて次第に堆積する。なお、本実施形態では触媒反応を利用して再生温度を低くし安定した燃焼を行うために酸化触媒を担持しているが、ＤＰＦ前段に酸化触媒を有する構成とすることも可能である。

酸化触媒付ＤＰＦ６の上流側および下流側の排気通路１２には、温度センサ７１、７２がそれぞれ設置される。温度センサ７１、７２は、排気通路１２を流通する排気温度を知るためのもので、酸化触媒付ＤＰＦ６の入ガスまたは出ガス温度を検出して、ＥＣＵ２に出力する。温度検出手段となる温度センサ７１で検出される酸化触媒付ＤＰＦ６の入ガス温度は、後述するエンジン１の運転状態の検出に用いられる。また、温度センサ７２で検出される酸化触媒付ＤＰＦ６の出ガス温度は、酸化触媒および酸化触媒付ＤＰＦ６の温度の検出に用いられる。酸化触媒および酸化触媒付ＤＰＦ６の温度（中心部の温度）を直接測定することは困難であり、通常、出ガス温度を酸化触媒付ＤＰＦ６の温度と見なすことができるが、検出精度を高くするために、出ガス温度に反映されるまでの時間遅れを考慮して酸化触媒付ＤＰＦ６の温度を推定することもできる。

また、排気通路１２には、酸化触媒付ＤＰＦ６に捕集されて堆積したパティキュレートの量（ＰＭ堆積量）を知るために、差圧センサ８が接続される。差圧センサ８の両端には、それぞれ酸化触媒付ＤＰＦ６の上流側および下流側の排気通路１２に連通する圧力導入通路８１、８２が接続されており、差圧センサ８は酸化触媒付ＤＰＦ６の前後差圧に応じた信号をＥＣＵ２に出力する。

エンジン１の吸気通路１３には、吸気絞り手段となる吸気絞り弁１４が設置されている。吸気絞り弁１４は公知の構成で、非通電時に全開するようになっている。吸気絞り弁１４の弁開度は、ＥＣＵ２からの指令によって変化させることができ、これに応じて吸気通路１３の流路断面積が変化して吸入空気量を調整可能となっている。詳細を後述するように、本発明では吸気絞り弁１４による吸気絞り操作を、酸化触媒付ＤＰＦ６の昇温手段の１つとしている。昇温手段としては、吸気絞りの他、ポスト噴射またはタイミングリタード（燃料噴射時期遅角）等が挙げられ、これら昇温手段のうちいずれか１つを採用するか、または２つ以上の手段を組み合わせることができる。

ＥＣＵ２には、さらに、図示しないアクセル開度センサや回転数センサ、燃料レベルセンサといった各種センサが接続されている。ＥＣＵ２は、これらセンサからの検出信号を基に運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、コモンレール３が所定の噴射圧となるように調量弁４１を制御して、コモンレール３へ高圧燃料を圧送し、インジェクタ１１を所定タイミングで駆動して、エンジン１への燃料噴射を制御する。

また、ＥＣＵ２は、酸化触媒付ＤＰＦ６の再生を制御し、ＰＭ堆積量が規定値に達したら堆積したパティキュレートを焼却除去するために、酸化触媒付ＤＰＦ６の温度をパティキュレートが燃焼可能な温度まで上昇させる。このため、本実施形態におけるＥＣＵ２は、差圧センサ８の検出結果を基に、酸化触媒付ＤＰＦ６へのＰＭ堆積量を算出し、ＰＭ堆積量の算出値が酸化触媒付ＤＰＦ６の再生を開始する基準値に達したどうかを判定するとともに（ＰＭ堆積量判定手段）、排気温度等から知られるエンジン１の運転状態が予め設定された複数の運転領域のいずれに対応するかを判定する（運転領域判定手段）。そして、これらＰＭ堆積量判定手段と運転領域判定手段の判定結果に基づいて、上述した複数の昇温手段を操作し、酸化触媒付ＤＰＦ６を再生させる（再生制御手段）。

具体的には、ＰＭ堆積量が基準値に達したら、判定された運転領域を基に、その時点でのエンジン１の運転状態に対して最適となる昇温手段を選択して、酸化触媒付ＤＰＦ６の昇温操作を行う。図２は、エンジン１の運転状態（ここでは、エンジン回転数とトルク）と排気温度の関係を示しており、エンジン回転数およびトルクの値が大きい領域ほど排気温度が高くなる一方、エンジン回転数およびトルクの値が小さい領域ほど排気温度が低くなっている。本実施形態では、エンジン１の運転領域を、排気温度が高い（例えば５５０℃以上）高速高負荷の領域Ａから排気温度が低い（例えば２５０℃未満）低速低負荷の領域Ｅまでの５つの領域に区分するものとする。領域Ａと領域Ｅの間は、排気温度に基づいて、領域Ｂ（例えば５００℃以上）、領域Ｃ（例えば３５０℃以上）、領域Ｄ（例えば２５０℃以上）の３つの領域に区分されている。

次に、各領域において採用される昇温手段と昇温操作について説明する。
（１）領域Ａでは、排気温度が５５０℃以上の高温となるので、酸化触媒付ＤＰＦ６に堆積したパティキュレートが自然燃焼可能である。そこで、領域Ａでは、昇温手段を操作せずに、ＤＰＦ自然再生を行う。
（２）領域Ｂでは、昇温手段としてタイミングリタードを実施する。この領域では排気温度が５００℃以上と比較的高いので、燃料噴射時期を遅らせるタイミングリタードにより、排気ガスを通常時より高温として、酸化触媒付ＤＰＦ６温度を５５０℃以上に昇温することができる。これにより、燃費の増大を抑制しながら、パティキュレートを燃焼除去して酸化触媒付ＤＰＦ６を再生できる。
（３）領域Ｃでは、昇温手段としてポスト噴射によるＤＰＦ再生を実施する。この領域では、排気温度が３５０℃以上と十分高くないため、インジェクタ１１からメイン噴射を行った後に、少量の燃料を噴射するポスト噴射を行って排気中にＨＣを供給し、触媒燃焼させる。このＨＣの燃焼熱で酸化触媒付ＤＰＦ６温度を５５０℃以上に昇温してパティキュレートを燃焼させ、酸化触媒付ＤＰＦ６を再生できる。
（４）領域Ｄでは、昇温手段としてタイミングリタードによる酸化触媒の昇温操作を実施した後、ポスト噴射によるＤＰＦ再生操作を行う。この領域では、排気温度が２５０℃以上とやや低いため、酸化触媒が十分活性化しておらず、ポスト噴射のみによるＤＰＦ再生では燃費が悪化しやすい。そこで、まず、タイミングリタードを実施して酸化触媒が活性化する温度（例えば３５０℃）まで昇温させてから、ポスト噴射を行うことで酸化触媒付ＤＰＦ６の温度を５５０℃以上に昇温、再生する。このように昇温操作を２行程に分けて行うことにより、供給されるＨＣを効率よく燃焼させ、燃費悪化を抑制することができる。
（５）領域Ｅでは、昇温手段としてタイミングリタードと吸気絞りによる触媒昇温を実施した後、ポスト噴射によるＤＰＦ再生を行う。この領域は、領域Ｄよりさらに排気温度が低く２５０℃に満たないために、従来は触媒の昇温が困難とされ、燃費を優先させてＤＰＦ再生を未実施としていた領域であるが、本実施形態では、昇温手段として吸気絞りを組み合わせることで排気への放熱を抑制して温度上昇しやすくする。これにより、酸化触媒の活性化温度（例えば３５０℃）以上に昇温可能となり、その後、ポスト噴射を行うことで、供給されるＨＣを効率よく燃焼させ、酸化触媒付ＤＰＦ６の温度を５５０℃以上に昇温、再生することができる。

なお、各領域において選択される昇温手段は一例として示されるもので、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、領域Ｅにおいて酸化触媒の昇温のために吸気絞り操作を行う構成としているが、他の領域において吸気絞り操作を組み合わせることも可能である。また、本実施形態では運転領域を５つに区分しているが、領域数や各領域の境界値となる排気温度も、例えば、触媒の種類や触媒担持の有無その他の条件に応じて変更可能である。

ここで、本発明の特徴部分であるＰＭ堆積量判定手段について説明する。
昇温手段として吸気絞りを選択する運転領域（図２では領域Ｅ）では、吸気絞り弁１４に不具合が生じて吸気絞り操作ができなくなった場合、再生制御が正常に実施できないことになる（領域Ｅでは触媒昇温が困難となる）。また、この領域Ｅの状態が長時間維持されると、許容値を越えてパティキュレートが堆積し、その後の運転状態の変化により一気に燃焼するおそれがある。そこで、本発明では、ＰＭ堆積量判定手段においてＤＰＦ再生が必要かどうかを判定するための基準値を複数設ける。すなわち、通常時にはＤＰＦ再生を開始するＰＭ堆積量を基準値Ｍ１とし、吸気絞り弁１４に何らかの異常が検出された時には、ＤＰＦ再生を開始するＰＭ堆積量を通常時の基準値Ｍ１より小さい基準値Ｍ２に設定変更して（基準値変更手段）、再生温度が酸化触媒付ＤＰＦ６の基材および触媒の許容限界を越えた高温となることを回避する。基準値Ｍ２が小さいほど安全性は高まるが再生頻度が大きくなるので、安全性が確保できる範囲で基準値Ｍ２を大きく設定することが好ましい。具体的には、通常時の基準値Ｍ１に対する基準値Ｍ２の比率を１：０．８程度とすればよい。

再生制御手段は、ＰＭ堆積量が基準値Ｍ２に達してＰＭ堆積量判定手段が再生判定すると、図２に基づいて運転領域を判定し、各領域毎に設定される昇温操作を行って酸化触媒付ＤＰＦ６を再生する。ただし、運転領域判定手段の判定結果が昇温手段として吸気絞りを用いる領域Ｅとなった場合には、吸気絞り弁１４の異常で触媒昇温が正常になされず再生が困難となるため、再生制御手段による昇温操作を停止する（再生停止手段）。この場合にも、再生判定されてから実際に過昇温のおそれのあるＰＭ堆積量に達するまでには十分な猶予時間があり、領域Ｅ以外の運転領域となった時に速やかに他の昇温手段による再生制御が開始されるので、安全に酸化触媒付ＤＰＦ６上に堆積したパティキュレートを燃焼させることができる。

次に、このＥＣＵ２による酸化触媒付ＤＰＦ６の再生のための制御ルーチンを、図３〜図１０に示すフローチャートを用いて説明する。図３はＤＰＦ再生制御の基本操作を示すもので、本ルーチンはＥＣＵ２において所定の周期で実行される。ステップ１００はＰＭ堆積量判定手段、ステップ２００は運転領域判定手段、ステップ３００は再生制御手段に対応し、これらの詳細は図４、図５、図６〜図１０にそれぞれ示されている。図４のＰＭ堆積量判定では、まず、ステップ１０１において吸気絞り弁１４が正常かどうかを判定し、正常と判定された場合には、ステップ１０２へ進んで酸化触媒付ＤＰＦ６へのＰＭ堆積量を通常時の基準値Ｍ１と比較する。正常でないと判定された場合には、ステップ１０３へ進んで酸化触媒付ＤＰＦ６へのＰＭ堆積量を基準値Ｍ１より小さい基準値Ｍ２と比較する。

ステップ１０１の吸気絞り弁１４の故障判定は別ルーチンで行われ、例えば、ＥＣＵ２から吸気絞り弁１４への制御信号と図示しない吸気量センサの検出信号とを比較して、そのずれが許容範囲を超えた時に故障と判定することができる。ステップ１０２、１０３の酸化触媒付ＤＰＦ６に堆積しているＰＭ堆積量は、差圧センサ８で検出される酸化触媒付ＤＰＦ６前後の差圧を基に算出することができる。これは、所定量の排気が酸化触媒付ＤＰＦ６を通過する時に生じる差圧が、酸化触媒付ＤＰＦ６に堆積したパティキュレート量に相関があることを利用するもので、これらの関係は予め実験等により求められマップデータとしてＥＣＵ２のメモリに記憶される。

ステップ１０２、１０３において、ＰＭ堆積量が基準値Ｍ１または基準値Ｍ２以上と判定された場合には、図５により運転領域判定を行う。ステップ１０２、１０３が否定判定された場合には、まだ再生は必要ないと判断して本制御ルーチンを一旦終了する。

図５の運転領域判定では、排気温度からエンジン１の運転状態が予め設定された領域Ａから領域Ｅのどの領域に相当するかを判定する。排気温度は、温度センサ７１で検出される酸化触媒付ＤＰＦ６の入ガス温度を用い、ステップ２０１では検出される排気温度がＴ１（ここでは５５０℃）以上かどうかを判定する。排気温度がＴ１（ここでは５５０℃）以上であれば、領域Ａと判定する。その後、図６の再生制御処理へ進むが、排気温度が高い領域Ａでは、上述した通りパティキュレートが自然燃焼可能であるので、特別な昇温操作は行わない。

ステップ２０１で排気温度がＴ１未満である場合には、ステップ２０２で排気温度がＴ２（ここでは５００℃）以上かどうかを判定する。排気温度がＴ２以上であれば領域Ｂと判定し、図７の再生制御処理へ進む。図７のステップ３０１では、燃料噴射時期を遅延させるタイミングリタードを実施し、ステップ３０２で再生処理を終了するかどうかを判定する。この再生終了の判定は、例えば、予め決められた所定時間タイミングリタードを実施したかどうかで判定することができ、再生終了と判定されるまでステップ３０１、３０２を繰り返す。あるいは、温度センサ７２で検出される酸化触媒付ＤＰＦ６の出ガス温度から検出または推定される酸化触媒付ＤＰＦ６温度が、所定温度（ここでは５５０℃）に達したかどうかにより再生終了と判定することもできる。

ステップ２０２で排気温度がＴ２未満である場合には、ステップ２０３へ進んで排気温度がＴ３（ここでは３５０℃）以上かどうかを判定する。排気温度がＴ３以上であれば領域Ｃと判定し、図８の再生制御処理へ進む。図８のステップ３１１では、ポスト噴射を実施し、ステップ３１２で再生処理を終了するかどうかを判定する。この再生終了の判定は、図７のステップ３０２と同様に行い、再生終了と判定されるまでステップ３１１、３１２を繰り返す。

ステップ２０３で排気温度がＴ３未満である場合には、ステップ２０４へ進んで排気温度がＴ４（ここでは２５０℃）以上かどうかを判定する。排気温度がＴ４以上であれば領域Ｄと判定し、図９の再生制御処理へ進む。図９のステップ３２１では、タイミングリタードを実施し、ステップ３２２で酸化触媒付ＤＰＦ６に担持される酸化触媒の温度が３５０℃以上となっているかどうかを判定する。触媒温度は、例えば、酸化触媒付ＤＰＦ６下流の温度センサ７２から検出または推定することができ、触媒温度が３５０℃以上と判定されるまでステップ３２１、３２２を繰り返す。ステップ３２２が肯定判定されたら、ステップ３２３でポスト噴射を実施し、ステップ３２４で再生処理を終了するかどうかを判定する。この再生終了の判定は、図７のステップ３０２と同様に行い、再生終了と判定されるまでステップ３２３、３２４を繰り返す。

ステップ２０４で排気温度がＴ４未満である場合には、ステップ２０５へ進む。ステップ２０５では、吸気絞り弁１４が正常かどうかを判定し、正常でない場合には再生制御不可能と判断して、本制御ルーチンを一旦終了する。吸気絞り弁１４が正常であれば領域Ｅと判定し、図１０の再生制御処理へ進む。図１０のステップ３３１では、タイミングリタードに加え、吸気絞り弁１４の弁開度を絞って吸気量を少なくする吸気絞りを実施し、ステップ３３２で触媒温度が３５０℃以上となっているかどうかを判定する。触媒温度の判定は図９のステップ３２２と同様に行い、触媒温度が３５０℃以上と判定されるまでステップ３３１、３３２を繰り返す。ステップ３３２が肯定判定されたら、ステップ３３３でポスト噴射を実施し、ステップ３３４で再生処理を終了するかどうかを判定する。この再生終了の判定は、図７のステップ３０２と同様に行い、再生終了と判定されるまでステップ３３３、３３４を繰り返す。

以上のように、本発明では、吸気絞り弁１４故障時に、ＤＰＦ再生を判断するＰＭ堆積量を通常時の基準値Ｍ１からより少ない基準値Ｍ２に切り替えるようにしたので、吸気絞りを用いる再生モードが正常に動作しない場合でも、ＰＭ堆積量が許容量を超える前に他の再生モードにより安全なＤＰＦ再生が可能で耐久性が向上する。また、再生時に運転領域に応じた適切な昇温手段を用いて昇温操作を行うことで、燃費の悪化を最小限に抑制することができ、安全性、信頼性に優れた排気浄化装置を実現できる。

本発明の第１の実施形態における内燃機関の排気浄化装置の全体概略構成図である。エンジン回転数とトルクを両軸とした図において、排気温度によりエンジン運転領域を複数に区分した図である。本発明によるＥＣＵの作動を示すフローチャート図である。ＰＭ堆積量判定処理のフローチャート図である。運転領域判定処理のフローチャート図である。エンジン運転領域Ａにおける再生制御処理のフローチャート図である。エンジン運転領域Ｂにおける再生制御処理のフローチャート図である。エンジン運転領域Ｃにおける再生制御処理のフローチャート図である。エンジン運転領域Ｄにおける再生制御処理のフローチャート図である。エンジン運転領域Ｅにおける再生制御処理のフローチャート図である。

符号の説明

１内燃機関
１１インジェクタ
１２排気通路
１３吸気通路
１４吸気絞り弁（吸気絞り手段）
２ＥＣＵ（ＰＭ堆積量判定手段、運転領域判定手段、再生停止手段、再生制御手段）
３コモンレール
３１ポンプ
４燃料タンク
４１調量弁
５圧力センサ
６酸化触媒付ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
７１温度センサ（温度検出手段）
７２温度センサ
８差圧センサ
８１、８２圧力導入路

Claims

内燃機関の排気通路に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
上記パティキュレートフィルタを昇温するための複数の昇温手段と、
上記パティキュレートフィルタに堆積するパティキュレート量を検出して、該パティキュレート量が、上記パティキュレートフィルタの再生を開始する基準値に達したかどうかを判定するＰＭ堆積量判定手段と、
内燃機関の運転状態が予め設定された複数の運転領域のいずれに対応するかを判定する運転領域判定手段と、
上記ＰＭ堆積量判定手段と上記運転領域判定手段の判定結果に基づいて、上記複数の昇温手段を操作する再生制御手段を備える内燃機関の排気浄化装置において、
上記複数の昇温手段の１つとして、内燃機関の吸気通路に吸気絞り手段を設けるとともに、
上記ＰＭ堆積量判定手段は、上記吸気絞り手段の異常が検出された時に、上記パティキュレートフィルタの再生を開始する上記基準値を通常時の基準値Ｍ１より小さい基準値Ｍ２に設定変更する基準値変更手段を有していることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
上記再生制御手段は、上記運転領域判定手段により判定された運転領域に応じて、上記複数の昇温手段から予め選択された１つないしそれ以上の昇温手段を操作することにより、上記パティキュレートフィルタをパティキュレートの燃焼温度以上に昇温する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記吸気絞り手段の異常が検出された時に、上記運転領域判定手段において判定される運転領域が、上記吸気絞り手段による昇温操作を実施する運転領域である場合には、上記再生制御手段による上記吸気絞り手段を含むすべての昇温操作を停止する再生停止手段を有する請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記パティキュレートフィルタが表面に触媒を担持してなり、
上記再生制御手段は、上記複数の運転領域のうち排気温度が触媒の活性温度以下となる運転領域では、上記吸気絞り手段の異常が検出されていない時に、上記吸気絞り手段と、上記複数の昇温手段から選択される少なくとも１つとを組み合わせて、上記パティキュレートフィルタを触媒の活性温度以上に昇温する触媒昇温操作を実施した後、上記複数の昇温手段から選択される少なくとも１つを用いて、上記パティキュレートフィルタをパティキュレートの燃焼温度以上に昇温する再生操作を実施する請求項１ないし３のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記パティキュレートフィルタ上流の排気通路に排気温度を検出する温度検出手段を設け、
上記運転領域判定手段は、上記温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて運転領域の判定を行う請求項１ないし４のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記再生制御手段は、上記運転領域判定手段により判定された運転領域が、排気温度がパティキュレートフィルタの燃焼温度以上である運転領域である時には、上記複数の昇温手段による昇温操作を実施しない請求項１ないし５のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記複数の昇温手段として、少なくともタイミングリタードおよびポスト噴射を備える請求項１ないし６のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。