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発明の名称 内燃機関の排気浄化システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−16691(P2007−16691A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−199065(P2005−199065)
出願日 平成17年7月7日(2005.7.7)
代理人 【識別番号】100100549
【弁理士】
【氏名又は名称】川口 嘉之
発明者 大羽 孝宏
要約 課題
内燃機関の排気浄化システムにおいて、再生制御の実行時における排気エミッションの悪化を抑制することを課題とする。

解決手段
排気浄化装置と、該排気浄化装置より上流側に設けられた酸化機能を有する触媒と、を備えた排気浄化システムにおいて、機関排出排気を昇温させる排気昇温制御を実行すると共に触媒に還元剤を供給することで排気浄化装置の再生制御を行う場合、触媒への還元剤供給量を、流出排気の温度および排気昇温制御によって触媒に供給されるエネルギー供給量に基づいて決定する(S105、S106)。
特許請求の範囲
【請求項1】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
該排気浄化装置より上流側の前記排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、
該触媒から流出する排気の温度を検出する流出排気温度検出手段と、
前記内燃機関から排出される排気を昇温させる排気昇温制御を実行する排気昇温制御実行手段と、
該排気昇温制御実行手段によって前記排気昇温制御を実行すると共に前記触媒に還元剤を供給することで前記排気浄化装置を昇温させ、それによって該排気浄化装置の排気浄化能力を再生させる再生制御を実行する再生制御実行手段と、
前記再生制御における前記触媒への還元剤供給量を決定する還元剤供給量決定手段と、
前記排気昇温制御が実行されることで前記触媒に供給されるエネルギー供給量を算出するエネルギー供給量算出手段と、を備え、
前記還元剤供給量決定手段は、前記触媒に還元剤を供給するときにおいて、前記流出排気温度検出手段によって検出される排気の温度が比較的低いときは該排気の温度が比較的高いときよりも還元剤供給量を少ない量とし、また、前記エネルギー供給量算出手段によって算出されたエネルギー供給量が比較的少ないときは該エネルギー供給量が比較的多いときによりも還元剤供給量を少ない量とすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項2】
前記エネルギー供給量算出手段が、前記排気昇温制御の実行中における、前記触媒に流入する排気の温度変化量および吸入空気量の変化量に基づいてエネルギー供給量を算出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項3】
前記内燃機関の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態となったときに該過渡運転状態である間に減少する前記触媒へのエネルギー供給量の減少量であるエネルギー減少量を算出するエネルギー減少量算出手段と、
前記内燃機関の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態から定常運転状態に移行した後で前記再生制御が実行されたときに前記排気昇温制御が実行されることで増加する前記触媒へのエネルギー供給量の増加量であるエネルギー増加量を算出するエネルギー増加量算出手段と、をさらに備え、
前記内燃機関の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態から定常運転状態に移行した後であって定常運転状態に移行してからの経過時間が所定時間に達する前に前記再生制御が実行された場合、前記排気昇温制御の実行開始後、前記エネルギー増加量算出手段によって算出されるエネルギー増加量が前記エネルギー減少量算出手段によって算出されたエネルギー減少量以上となってから前記触媒への還元剤の供給を開始することを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化システム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、該排気浄化装置より上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関の排気浄化システムにおいては、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、該排気浄化装置より上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、を備えたものが知られている。ここで、排気浄化装置としては、パティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタと称する)や吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒と称する)を例示することができる。フィルタは排気中の粒子状物質(以下、PMと称する)を捕集する。また、NOx触媒は、周囲雰囲気が酸化雰囲気のときにNOxを吸蔵し還元雰囲気のときに吸蔵していたNOxを還元する。
【0003】
このような内燃機関の排気浄化システムでは、排気浄化装置の排気浄化能力を再生させるべく再生制御が行われている。この再生制御では排気浄化装置を昇温させる。このときの昇温方法としては、排気浄化装置より上流側に設けられた酸化機能を有する触媒に還元剤を供給する方法が知られている。このような方法によれば、触媒において還元剤が酸化することで発生する酸化熱によって、触媒から流出する排気(以下、流出排気と称する)の温度が上昇する。この流出排気の昇温に伴って排気浄化装置が昇温する。
【0004】
また、特許文献1には、上記のような再生制御において、触媒への還元剤供給量を流出排気の温度に基づいて制御する技術が開示されている。
【特許文献1】特開2003−83029号公報
【特許文献2】特開2001−227381号公報
【特許文献3】特開平7−97918号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
再生制御において、排気浄化装置より上流側に設けられた酸化機能を有する触媒に還元剤を供給する場合、還元剤供給量が触媒の温度に対して過剰な量となると、還元剤の一部が触媒で酸化されずに外部に放出されることで排気エミッションの悪化を招く虞がある。そのため、還元剤供給量を触媒の温度に応じて制御する必要がある。
【0006】
しかしながら、触媒の温度を直接検出することは困難である。そのため、流出排気の温度に応じて還元剤供給量を制御する場合がある。ところが、触媒においては中心軸付近と外周付近とで温度差が生じる場合がある。
【0007】
このような場合、還元剤供給量を流出排気の温度に応じた量とすると、触媒における比較的温度の低い部分で還元剤が酸化されず、該還元剤が外部に放出される虞がある。このため、再生制御の実行時に排気エミッションの悪化を招く虞がある。
【0008】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気浄化システムにおいて、再生制御の実行時における排気エミッションの悪化を抑制することが可能な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、排気浄化装置と、該排気浄化装置より上流側に設けられた酸化機能を有する触媒と、を備えた排気浄化システムにおいて、内燃機関から排出される排気(以下、機関
排出排気と称する)を昇温させる排気昇温制御を実行すると共に触媒に還元剤を供給する
ことで排気浄化装置の再生制御を行う場合、触媒への還元剤供給量を、流出排気の温度および排気昇温制御によって触媒に供給されるエネルギー供給量に基づいて決定するものである。
【0010】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
該排気浄化装置より上流側の前記排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、
該触媒から流出する排気の温度を検出する流出排気温度検出手段と、
前記内燃機関から排出される排気を昇温させる排気昇温制御を実行する排気昇温制御実行手段と、
該排気昇温制御実行手段によって前記排気昇温制御を実行すると共に前記触媒に還元剤を供給することで前記排気浄化装置を昇温させ、それによって該排気浄化装置の排気浄化能力を再生させる再生制御を実行する再生制御実行手段と、
前記再生制御における前記触媒への還元剤供給量を決定する還元剤供給量決定手段と、
前記排気昇温制御が実行されることで前記触媒に供給されるエネルギー供給量を算出するエネルギー供給量算出手段と、を備え、
前記還元剤供給量決定手段は、前記触媒に還元剤を供給するときにおいて、前記流出排気温度検出手段によって検出される排気の温度が比較的低いときは該排気の温度が比較的高いときよりも還元剤供給量を少ない量とし、また、前記エネルギー供給量算出手段によって算出されたエネルギー供給量が比較的少ないときは該エネルギー供給量が比較的多いときによりも還元剤供給量を少ない量とすることを特徴とする。
【0011】
本発明では、再生制御において、触媒を活性温度にまで昇温させるべく排気昇温制御が実行される。そして、この排気昇温制御によって昇温された触媒に還元剤が供給される。
【0012】
排気昇温制御が実行されると、昇温された排気が触媒に流入することになる。これに伴って、触媒の温度が上昇するが、該触媒においては外周付近に比べて中心軸付近の方がより排気が流れ易いため、中心軸付近の方が昇温し易い。そのため、触媒においては中心軸付近の温度に比べて外周付近の温度が低くなる場合がある。
【0013】
このとき、触媒に流入する排気(以下、流入排気と称する)によって触媒に供給されるエネルギー供給量が多いほど、触媒の温度分布はより均一となる。つまり、触媒における中心軸付近と外周付近との温度差がより小さくなる。換言すれば、流入排気によって触媒に供給されるエネルギー供給量が少ないほど、触媒における中心軸付近と外周付近との温度差がより大きくなる。そのため、触媒の外周付近がより低い温度となる。
【0014】
そこで、本発明では、流出排気の温度のみならず、排気昇温制御が実行されてから触媒への還元剤の供給が開始されるまでの間に触媒に供給されたエネルギー供給量に応じて、還元剤供給量を制御する。つまり、流出排気の温度が比較的低いときは該流出排気の温度が比較的高いときよりも還元剤供給量を少ない量とする。さらに、エネルギー供給量が比較的少ないときは該エネルギー供給量が比較的多いときによりも還元剤供給量を少ない量とする。
【0015】
これにより、還元剤が外部へ放出されるのを抑制することが出来る。従って、本発明によれば、再生制御の実行時における排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【0016】
また、本発明によれば、触媒への還元剤供給量を過剰な量とならない範囲で可及的に多くすることが出来る。これにより、排気浄化装置をより速やかに昇温させることが可能となるため、再生制御にかかる時間を短縮することが出来る。
【0017】
本発明において、エネルギー供給量算出手段は、排気昇温制御の実行中における流入排気の温度変化量および吸入空気量の変化量に基づいてエネルギー供給量を算出しても良い。
【0018】
流入排気の温度変化量に応じて触媒に供給される熱量が変化する。また、吸入空気量の変化量に応じて流入排気の流量が変化する。そのため、排気昇温制御の実行中における流入排気の温度変化量および吸入空気量の変化量に基づいてエネルギー供給量を算出することが出来る。
【0019】
本発明においては、内燃機関の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態となったときに該過渡運転状態である間に減少する触媒へのエネルギー供給量の減少量であるエネルギー減少量を算出するエネルギー減少量算出手段と、内燃機関の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態から定常運転状態に移行した後で再生制御が実行されたときに排気昇温制御が実行されることで増加する触媒へのエネルギー供給量の増加量であるエネルギー増加量を算出するエネルギー増加量算出手段と、をさらに備えても良い。
【0020】
内燃機関の運転状態が上記のような過渡運転状態となると、流入排気の温度が低下すると共に該流入排気の流量も減少する。そのため、触媒に供給されるエネルギー供給量が減少する。このときに、エネルギー減少量算出手段は、内燃機関の運転状態が過渡運転状態となる前の時点からのエネルギー減少量を算出する。
【0021】
一方、内燃機関の運転状態が上記のような過渡運転状態から定常運転状態に移行した後で再生制御が実行されると、排気昇温制御によって、触媒に供給されるエネルギー供給量が増加する。このときに、エネルギー増加量算出手段は、再生制御が実行される前の時点からのエネルギー増加量を算出する。
【0022】
尚、エネルギー減少量算出手段およびエネルギー増加量算出手段は、エネルギー供給量算出手段と同様、流入排気の温度変化量および吸入空気量の変化量に基づいてエネルギー減少量およびエネルギー増加量を算出しても良い。
【0023】
そして、上記構成の場合において、内燃機関の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態から定常運転状態に移行した後であって定常運転状態に移行してからの経過時間が所定時間に達する前に再生制御が実行された場合、排気昇温制御の実行開始後、エネルギー増加量算出手段によって算出されるエネルギー増加量がエネルギー減少量算出手段によって算出されたエネルギー減少量以上となってから触媒への還元剤の供給を開始しても良い。
【0024】
内燃機関の運転状態が上記のような過渡運転状態となり触媒へのエネルギー供給量が減少すると該触媒の温度が低下する。このとき、触媒においては中心軸付近の温度が外周付近の温度よりも早く低下する。そのため、内燃機関の運転状態が過渡運転状態から定常運転状態に移行してから十分な時間が経過するまでの間は、触媒において中心軸付近の温度よりも外周付近の温度の方が高い状態となる。このような状態のときに再生制御が実行され排気昇温制御が開始されると、触媒の外周付近の温度は一旦低下してから上昇する。そのため、触媒においては中心軸付近の温度が外周付近の温度よりも早く上昇することになる。
【0025】
つまり、内燃機関の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態から定常運転状態に移行した後であって定常運転状態に移行してから十分な時間が経過していないときに再生制御が実行された場合、触媒において中心軸付近と外周付近との間の温度差がより大きくなり易い。そのため、このような状態のときに、内燃機関の運転状態が十分に長い時間定常運転状態にあるときに再生制御が実行された場合と同様に触媒への還元剤の供給が行われると、該還元剤が外部に放出され易くなる虞がある。
【0026】
そこで、上記のように、内燃機関の運転状態が定常運転状態に移行してからの経過時間が所定時間に達する前に再生制御が実行された場合、排気昇温制御の実行開始後、エネルギー増加量算出手段によって算出されるエネルギー増加量が、エネルギー減少量算出手段によって算出されたエネルギー減少量以上となってから触媒への還元剤の供給を開始する。
【0027】
ここで、所定時間とは、触媒における中心軸付近と外周付近との間の温度差が許容範囲内となると判断出来る時間の下限値より長い時間であっても良い。
【0028】
内燃機関の運転状態が上記のような過渡運転状態にあるときは、触媒へのエネルギー供給量が減少することで該触媒における中心軸付近と外周付近との間に温度差が生じる。そのため、排気昇温制御が実行された後のエネルギー増加量が、内燃機関の運転状態が過渡運転状態にあるときに減少したエネルギー減少量と同等となった時点で、内燃機関の運転状態が過渡運転状態にあったことによる触媒の温度分布への影響がほとんどなくなったと判断出来る。
【0029】
従って、上記のようなタイミングで触媒への還元剤の供給を開始することにより、還元剤が外部へ放出されるのを抑制することが出来る。
【発明の効果】
【0030】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムによれば、再生制御の実行時における排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例1】
【0032】
<内燃機関の吸排気系の概略構成>
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。図1は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【0033】
内燃機関1は車両駆動用のディーゼル機関である。この内燃機関1には、吸気通路3および排気通路2が接続されている。吸気通路3にはエアフロメータ7が設けられている。
【0034】
一方、排気通路2には、排気中のPMを捕集するパティキュレートフィルタ4(以下、単にフィルタ4と称する)が設けられている。また、このフィルタ4より上流側の排気通路2に酸化触媒5が設けられている。尚、酸化触媒5は酸化機能を有する触媒であれば良く、例えば、NOx触媒であっても良い。本実施例では、フィルタ4が本発明に係る排気浄化装置を構成し、酸化触媒5が本発明に係る触媒を構成する。
【0035】
また、排気通路2には、フィルタ4の前後における排気通路2内の圧力差に対応した電気信号を出力する差圧センサ11が設けられている。さらに、排気通路2における、酸化
触媒5より上流側、および、酸化触媒5より下流側且つフィルタ4より上流側には、排気の温度に対応した電気信号を出力する上流側温度センサ12および下流側温度センサ13がそれぞれ設けられている。
【0036】
以上述べたように構成された内燃機関1には、この内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU)10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
【0037】
ECU10には、エアフロメータ7および差圧センサ11、上流側温度センサ12、下流側温度センサ13、さらに、内燃機関1のクランクシャフトの回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ14、および、内燃機関1を搭載した車両のアクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ15が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がECU10に入力される。
【0038】
ECU10は、差圧センサ11の検出値に基づいてフィルタ4におけるPM捕集量を推定する。また、ECU10は、クランクポジションセンサ14の検出値に基づいて内燃機関1の回転数を算出し、アクセル開度センサ15の検出値に基づいて内燃機関1の負荷を算出する。
【0039】
また、ECU10には、内燃機関1の燃料噴射弁が電気的に接続されている。ECU10によって該燃料噴射弁による燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。
【0040】
<フィルタ再生制御>
本実施例においては、フィルタ4におけるPM捕集量が第一所定捕集量以上となった場合、PMを酸化・除去すべくフィルタ再生制御が開始される。ここで、第一所定捕集量とは、内燃機関1の運転状態への影響が過剰に大きくなる捕集量よりも少ない量であり、また、PMが酸化したときにフィルタ4が過昇温する虞がある捕集量よりも少ない量である。この第一所定捕集量は実験等によって予め定められている。
【0041】
本実施例に係るフィルタ再生制御では、機関排出排気を昇温させる排気昇制御が実行されると共に、内燃機関1において主燃料噴射より後の時期に副燃料噴射を実行することで酸化触媒5に還元剤として燃料が供給される。排気昇温制御としては、内燃機関1での主燃料噴射時期を遅角する制御を例示することが出来る。
【0042】
また、副燃料噴射は、該副燃料噴射によって噴射された燃料の少なくとも一部が未燃の状態で内燃機関1から排出されるようなタイミングで実行される。この副燃料噴射実行時における燃料噴射量(副燃料噴射量)は、フィルタ4の温度を所定フィルタ温度とすべく制御される。ここで、所定フィルタ温度とは、捕集されているPMを酸化・除去することが可能な温度であって、且つ、フィルタ4の劣化を抑制することが可能な温度である。この所定フィルタ温度は実験等によって予め定められている。このようなフィルタ再生制御を実行することで、フィルタ4が昇温し、その結果、PMが酸化・除去される。
【0043】
そして、フィルタ再生制御の実行開始後、フィルタ4におけるPM捕集量が第二規定捕集量以下にまで減少すると、該フィルタ再生制御の実行が停止される。ここで、第二規定捕集量とは、PM捕集量が再度第一規定捕集量Q1となるまでにはある程度時間がかかると判断出来る閾値となる量、即ち、PM捕集量が十分に減少したと判断出来る閾値となる量である。この第二規定捕集量も実験等によって予め定められた量である。
【0044】
<酸化触媒における温度分布>
ここで、フィルタ再生制御において排気昇温制御を実行した場合の酸化触媒5における
温度分布について図2に基づいて説明する。図2は、酸化触媒5における温度分布を示す図である。図2において、横軸は酸化触媒5の半径方向を表しており、縦軸は温度を表している。また、図2において、矢印Fが排気の流れる方向を表している。つまり、図2においては、酸化触媒5の上側端面が上流側端面を表している。そして、曲線L1は、流入排気による酸化触媒5へのエネルギー供給量が比較的多いときの該酸化触媒5における温度分布を表している。また、曲線L2は、流入排気による酸化触媒5へのエネルギー供給量が比較的少ないときの該酸化触媒5における温度分布を表している。
【0045】
排気昇温制御が実行されると昇温された排気が酸化触媒5に流入することになる。これに伴って、酸化触媒5の温度が上昇するが、該酸化触媒5においては外周付近に比べて中心軸付近の方がより排気が流れ易いため、中心軸付近の方がより昇温し易い。そのため、図2に示すように、酸化触媒5においては中心軸付近の温度に比べて外周付近の温度が低くなる場合がある。
【0046】
このとき、流入排気によって酸化触媒5に供給されるエネルギー供給量が多いほど該酸化触媒の外周付近にもエネルギーが供給され易くなるため、該酸化触媒5の外周付近の温度も上昇し易くなる。そのため、酸化触媒5に供給されるエネルギー供給量が多いほど酸化触媒5の温度分布はより均一となる。つまり、酸化触媒5における中心軸付近と外周付近との温度差がより小さくなる。換言すれば、流入排気によって酸化触媒5に供給されるエネルギー供給量が少ないほど、酸化触媒5における中心軸付近と外周付近との温度差がより大きくなる。そのため、酸化触媒5の外周付近がより低い温度となる。
【0047】
<副燃料噴射量制御>
このような温度差が生じている状態のときに酸化触媒5に燃料を供給すべく副燃料噴射を開始した場合、下流側温度センサ13によって検出される流出排気の温度が同様であっても、酸化触媒5における外周付近の温度が比較的低いときは該温度が比較的高い場合に比べて酸化されずに該酸化触媒5を通過する燃料がより多くなる。外部に放出される燃料の量が増加する虞がある。
【0048】
そこで、本実施例では、副燃料噴射を実行するときにおいて、流出排気の温度のみならず、排気昇温制御が実行されることによって酸化触媒5に供給されたエネルギー供給量に応じて副燃料噴射量を制御する。つまり、流出排気の温度が比較的低いときは該流出排気の温度が比較的高いときよりも副燃料噴射量を少ない量とする。さらに、排気昇温制御が実行されてから副燃料噴射が開始されるまでの間に酸化触媒5に供給されたエネルギー供給量が比較的少ないときは該エネルギー供給量が比較的多いときによりも副燃料噴射量を少ない量とする。これにより、フィルタ再生制御時における酸化触媒5への燃料供給量をより好適な量とすることが出来る。
【0049】
<フィルタ再生制御の制御ルーチン>
次に、本実施例に係るフィルタ再生制御の制御ルーチンについて図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、規定間隔毎に実行されるルーチンである。
【0050】
本ルーチンでは、ECU10は、先ずS101において、フィルタ4におけるPM捕集量Qpmが第一規定捕集量Q1以上であるか否かを判別する。このS101において、肯定判定された場合、ECU10はS102に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0051】
S102において、ECU10は、上述した排気昇温制御を実行する。即ち、フィルタ再生制御の実行を開始する。
【0052】
次に、ECU10はS103に進み、排気昇温制御が実行されることによって酸化触媒5に供給されるエネルギー供給量Esを算出する。ここで、エネルギー供給量Esは下記の式1に基づいて算出される。
【数1】


【0053】
式1において、ΔTin0は単位時間当たりの流入排気の温度変化量を表し、ΔGa0は単位時間当たりの吸入空気量の変化量を表し、cは排気の比熱を表している。尚、ここでは、比熱cをCOの比熱としても良い。
【0054】
流入排気の温度変化量に応じて酸化触媒5に供給される熱量が変化する。また、吸入空気量の変化量に応じて流入排気の流量が変化する。そのため、式1に示すように、単位時間当たりの流入排気の温度変化量ΔTin0と単位時間当たりの吸入空気量の変化量ΔGa0と比熱cとの積を、現時点までの排気昇温制御の実行時間で積分することとでエネルギー供給量Esを算出することが出来る。
【0055】
次に、ECU10は、S104に進み、流出排気の温度Toutが活性温度の下限値Tc0以上であるか否かを判別する。このS103において、肯定判定された場合、ECU10はS105に進み、否定判定された場合、ECU10はS102に戻る。
【0056】
S105において、ECU10は、副燃料噴射量を補正する補正係数aを算出する。ここで、補正係数aは、流出排気の温度Tout、および、排気昇温制御の実行開始時から現時点までの間における酸化触媒5へのエネルギー供給量Esに基づいて算出される。
【0057】
流出排気の温度Toutおよびエネルギー供給量Esと補正係数aとの関係は図4に示すようなマップとしてECU10に予め記憶されている。このマップにおいて、補正係数aは、流出排気の温度Toutが高いほど大きい値となっており、また、エネルギー供給量Esが多いほど大きい値となっている。
【0058】
次に、ECU10は、S106に進み、副燃料噴射量Qfsを算出する。このとき、ECU10は、現時点での吸入空気量Gaおよび流出排気の温度Toutに基づいて基準副燃料噴射量を算出する。そして、この基準副燃料噴射量に補正係数aを乗算することで副燃料噴射量Qfsを算出する。
【0059】
次に、ECU10は、S107に進み、副燃料噴射を実行する。
【0060】
次に、ECU10は、S108に進み、フィルタ4におけるPM捕集量が第二規定捕集量Q2以下にまで減少したか否かを判別する。このS108において肯定判定された場合、ECU10はS109に進み、否定判定された場合、ECU10はS102に戻る。
【0061】
S109において、ECU10は、排気昇温制御および副燃料噴射を停止する。即ち、フィルタ再生制御の実行を停止する。その後、ECU10は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0062】
以上説明した制御ルーチンによれば、排気昇温制御によって酸化触媒5に供給されるエネルギー供給量Esが比較的少ないときは該エネルギー供給量Esが比較的多いときによりも副燃料噴射量Qfsが少ない量となる。これにより、燃料が外部へ放出されるのを抑
制することが出来る。従って、本実施例によれば、再生制御の実行時における排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。また、燃費の悪化をも抑制することが出来る。
【0063】
また、本実施例によれば、酸化触媒5への燃料供給量を過剰な量とならない範囲で可及的に多くすることが出来る。これにより、フィルタ4をより速やかに昇温させることが可能となるため、フィルタ再生制御にかかる時間を短縮することが出来る。
【実施例2】
【0064】
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例1と同様であるため、その説明を省略する。また、本実施例においても実施例1と同様のフィルタ再生制御が行われる。
【0065】
<副燃料噴射の実行時期の制御>
ここで、内燃機関1の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態からアイドル運転状態に移行した後にフィルタ再生制御が実行される場合の副燃料噴射の実行時期の制御について説明する。
【0066】
車両の減速時等のように内燃機関1の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態にあるときから該内燃機関1の運転状態がアイドル運転状態に移行した場合、アイドル運転状態に移行してからある程度の時間が経過するまでの間は酸化触媒5における外周付近が中心軸付近の温度よりも高い状態となっている。そして、このような状態のときにフィルタ再生制御が実行されると、排気昇温制御が開始されてからある程度の時間が経過するまでは、酸化触媒5における外周付近の温度が中心軸付近の温度よりも低い状態となり易い。
【0067】
そこで、本実施例では、内燃機関1の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態に移行した場合、該過渡運転状態である間に減少する酸化触媒5へのエネルギー供給量の減少量であるエネルギー減少量を算出する。また、内燃機関1の運転状態が上記のような過渡運転状態からアイドル運転状態に移行した後でフィルタ再生制御が実行された場合、排気昇温制御が実行されることで増加する酸化触媒5へのエネルギー供給量の増加量であるエネルギー増加量を算出する。
【0068】
そして、内燃機関1の運転状態が上記のような過渡運転状態からアイドル運転状態に移行した後であってアイドル運転状態に移行してからの経過時間が所定時間に達する前にフィルタ再生制御が実行された場合、排気昇温制御実行後のエネルギー増加量が、内燃機関の運転状態が過渡運転状態にあったときのエネルギー減少量以上となってから副燃料噴射を実行する。
【0069】
ここで、所定時間とは、酸化触媒5における中心軸付近と外周付近との間の温度差が許容範囲内となると判断出来る時間の下限値より長い時間である。
【0070】
上記のようなタイミングで副燃料噴射を開始することにより、内燃機関1の運転状態が過渡運転状態にあったことによる酸化触媒5の温度分布への影響がほとんどなくなってから副燃料噴射を実行することになる。これにより、副燃料噴射量が過剰な量となることを抑制することが出来る。
【0071】
<フィルタ再生制御の制御ルーチン>
次に、本実施例に係るフィルタ再生制御の制御ルーチンについて図5に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、内燃機関1の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態からアイドル運転状態に移行した後にフィルタ再生制御が実行される場合のルーチンである。尚、本ルーチンも、実施例1に係るフィルタ再生制御の制御ルーチンと同様、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、規定間隔毎に実行されるルーチンである。また、本ルーチンにおいて、S106からS109は、実施例1に係るフィルタ再生制御の制御ルーチンと同様であるためその説明を省略する。
【0072】
本ルーチンでは、ECU10は、先ずS201において、内燃機関1の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態に移行した否かを判別する。このS201において、肯定判定された場合、ECU10はS202に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0073】
S202において、ECU10は、内燃機関1の運転状態が過渡運転状態となることで減少する酸化触媒5へのエネルギー供給量の減少量であるエネルギー減少量Edを算出する。ここで、エネルギー減少量Edは下記の式2に基づいて算出される。
【数2】


【0074】
式2において、ΔTin1は、内燃機関1の運転状態が過渡運転状態に移行し始める時点での流入排気の温度から現時点での流入排気の温度を減算した値を表している。また、ΔGa1は、内燃機関1の運転状態が過渡運転状態に移行し始める時点での吸入空気量から現時点での吸入空気量を減算した値を表している。また、cは、実施例1と同様、排気の比熱を表している。
【0075】
内燃機関1の運転状態が過渡運転状態となった場合でも、上述したように、流入排気の温度変化量に応じて酸化触媒5に供給される熱量が変化する。また、吸入空気量の変化量に応じて流入排気の流量が変化する。そのため、式2に示すように、内燃機関1の運転状態が過渡運転状態に移行し始める時点での流入排気の温度から現時点での流入排気の温度を減算した値ΔTin1と内燃機関1の運転状態が過渡運転状態に移行し始める時点での吸入空気量から現時点での吸入空気量を減算した値ΔGa1と比熱cとの積を、過渡運転状態となってから現時点までの経過時間で積分することでエネルギー減少量Edを算出することが出来る。
【0076】
次に、ECU10は、S203に進み、内燃機関1の運転状態がアイドル運転状態に移行したか否かを判別する。このS203において、肯定判定された場合、ECU10はS204に進み、否定判定された場合、ECU10はS202に戻る。
【0077】
S204において、ECU10は、フィルタ4におけるPM捕集量Qpmが第一規定捕集量Q1以上であるか否かを判別する。このS204において、肯定判定された場合、ECU10はS205に進み、否定判定された場合、ECU10はS204を繰り返す。
【0078】
S205において、ECU10は、内燃機関1の運転状態がアイドル運転状態となってから現時点までの経過時間Δtidを算出する。この経過時間Δtidが、内燃機関1の運転状態がアイドル運転状態となってからフィルタ再生制御を実行するまでの時間となる。
【0079】
次に、ECU10は、S206に進み、上述した排気昇温制御を実行する。即ち、フィルタ再生制御の実行を開始する。
【0080】
次に、ECU10はS207に進み、排気昇温制御が実行されることによって酸化触媒
5に供給されるエネルギー供給量の増加量であるエネルギー増加量Eiを算出する。ここで、エネルギー増加量Eiは下記の式3に基づいて算出される。
【数3】


【0081】
式3において、ΔTin2は、現時点での流入排気の温度から排気昇温制御が開始された時点での流入排気の温度を減算した値を表している。また、ΔGa2は、現時点での吸入空気量から排気昇温制御が開始された時点での吸入空気量を減算した値を表している。また、cは、実施例1と同様、排気の比熱を表している。
【0082】
式3に示すように、現時点での流入排気の温度から排気昇温制御が開始された時点での流入排気の温度を減算した値ΔTin2と現時点での吸入空気量から排気昇温制御が開始された時点での吸入空気量を減算した値ΔGa2と比熱cとの積を、現時点までの排気昇温制御の実行時間で積分することとでエネルギー増加量Eiを算出することが出来る。
【0083】
次に、ECU10は、S208に進み、流出排気の温度Toutが活性温度の下限値Tc0以上であるか否かを判別する。このS208において、肯定判定された場合、ECU10はS209に進み、否定判定された場合、ECU10はS206に戻る。
【0084】
S209において、ECU10は、S205にて算出した経過時間Δtidが所定時間Δt0以上であるか否かを判別する。このS209において、肯定判定された場合、ECU10はS210に進み、否定判定された場合、ECU10はS211に進む。
【0085】
S210に進んだECU10は、副燃料噴射量を補正する補正係数aを算出する。ここで、補正係数aは、流出排気の温度Tout、および、排気昇温制御の実行開始時から現時点までの間におけるエネルギー増加量Eiに基づいて算出される。
【0086】
流出排気の温度Toutおよびエネルギー増加量Eiと補正係数aとの関係は実施例1と同様のマップとしてECU10に予め記憶されている。このマップにおいても、補正係数aは、流出排気の温度Toutが高いほど大きい値となっており、また、エネルギー増加量Eiが多いほど大きい値となっている。
【0087】
補正係数aを算出した後、ECU10はS106に進む。
【0088】
一方、S211に進んだECU10は、排気昇温制御の実行開始時から現時点までの間におけるエネルギー増加量Eiが、内燃機関1の運転状態が過渡運転状態にあったときにおけるエネルギー減少量Ed以上であるか否かを判別する。このS211において、肯定判定された場合、S210に進み、否定判定された場合、S206に戻る。
【0089】
以上説明した制御ルーチンによれば、内燃機関1の運転状態が過渡運転状態からアイドル運転状態に移行した後であってアイドル運転状態に移行してからの経過時間Δtidが所定時間Δt0に達する前にフィルタ再生制御が実行された場合、排気昇温制御実行後のエネルギー増加量Eiが、内燃機関1の運転状態が過渡運転状態にあったときのエネルギー減少量Ed以上となってから副燃料噴射が実行される。
【0090】
従って、本実施例によれば、上記のようなタイミングで副燃料噴射を開始することにより、燃料が外部へ放出されるのを抑制することが出来る。
【0091】
尚、本実施例においては、内燃機関1の運転状態が負荷及び回転数が低下する過渡運転状態からアイドル運転状態に移行した場合について説明したが、アイドル運転状態に限らす他の定常運転状態に移行した場合についても本実施例に係るフィルタ再生制御を適用しても良い。
【0092】
また、上記実施例1および2では、本発明をフィルタ再生制御に適用した場合について説明したが、フィルタ4の位置にNOx触媒が設けられている場合における該NOx触媒のSOx被毒再生制御に本発明を適用しても良い。
【0093】
この場合、SOx被毒再生制御においても、NOx触媒に吸蔵されたSOxを還元すべく、排気昇温制御が実行されると共に副燃料噴射によって酸化触媒5に燃料が供給される。このときの副燃料噴射量および副燃料噴射の実行時期を、実施例1および2に係るフィルタ再生制御の場合と同様に制御する。
【0094】
また、上記実施例1および2では、内燃機関1において副燃料噴射を実行することで酸化触媒5に燃料を供給する場合について説明したが、酸化触媒5より上流側の排気通路2に燃料添加弁を設け、副燃料噴射の代わりに該燃料添加弁から燃料を添加しても良い。この場合、燃料添加弁による燃料添加量を副燃料噴射量の制御と同様の方法で制御する。
【図面の簡単な説明】
【0095】
【図1】実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。
【図2】フィルタ再生制御において排気昇温制御を実行した場合の酸化触媒における温度分布を示す図。
【図3】実施例1に係るフィルタ再生制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図4】流出排気の温度およびエネルギー供給量と副燃料噴射量の補正係数との関係を示すマップ。
【図5】実施例2に係るフィルタ再生制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【0096】
1・・・内燃機関
2・・・排気通路
4・・・パティキュレートフィルタ
5・・・酸化触媒
7・・・エアフロメータ
10・・ECU
11・・差圧センサ
12・・上流側温度センサ
13・・下流側温度センサ
14・・クランクポジションセンサ
15・・アクセル開度センサ




 

 


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