JP2005098184A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パティキュレートフィルタの排気上流側に設けた酸化触媒の酸化反応熱を利用してパティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターを焼却する構成の排気浄化装置において、酸化触媒の酸化能力に拘わらず効率的に酸化触媒の酸化反応を促進させてパティキュレートフィルタを確実に再生可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量が所定量に達すると、パティキュレートフィルタの排気上流側に設けた酸化触媒に炭化水素（ＨＣ）を供給し、酸化触媒における当該ＨＣの酸化反応熱によってパティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターを焼却除去することになるが、この際、ＨＣを酸化触媒に周期的に供給する(S16〜S22)。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されるパティキュレートフィルタの再生技術に関する。

バス、トラック等に搭載されるディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほか、パティキュレートマター（ＰＭと略す）が多く含まれている。そこで、ディーゼルエンジンの後処理装置として、ＰＭを捕捉し外部熱源により焼却除去するディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦと略す）やＨＣ、ＣＯを処理する酸化触媒が実用化されている。また、最近では、外部熱源の代わりにＤＰＦの上流側にＰＭを酸化除去するための酸化剤を生成可能な酸化触媒を設け、連続的にＤＰＦ上のＰＭを処理する連続再生式ＤＰＦが開発されている。

ところで、連続再生式ＤＰＦであっても、酸化触媒やＤＰＦの温度が低い不活性状況下では、ＰＭが十分に処理されず堆積量が増大することがあり、このようにＰＭの堆積量が増大すると、ＤＰＦのフィルタ圧損の増大により排気圧が上昇してポンピングロス等を招き、燃費悪化や排ガス悪化等を起こすという問題がある。また、フィルタにＰＭが過剰に堆積した状態では、高負荷運転等でＰＭが自己着火した場合、フィルタが破損するおそれがある。

そこで、このような場合には、ＤＰＦに捕捉されたＰＭが所定量に達すると、当該ＰＭを強制的に燃焼除去すべく強制再生を行うようにしている。
連続再生式ＤＰＦの強制再生の手法としては、例えば、排気通路の酸化触媒上流側に燃料、即ち炭化水素（ＨＣ）を噴射供給して該ＨＣを酸化触媒によって酸化させ、当該酸化により生じた酸化反応熱を利用することでＤＰＦに捕捉されたＰＭを焼却除去させるものがある。

この場合、強制再生中にはＤＰＦの温度が低すぎたりＤＰＦが溶損するほど高すぎたりしないよう、ＤＰＦの温度を所定の高温に維持する必要があり、ＤＰＦの温度を所定の高温に維持すべくフィードバック制御する技術も知られている（特許文献１参照）。
特開平９−１３９４５号公報

ところで、酸化触媒は排気中の酸素（Ｏ₂）を取り込み蓄える能力を有しており、上記強制再生手法では、供給されるＨＣを触媒上の酸素によって酸化させ、発熱させるようにしている。
しかしながら、酸化触媒が劣化し、高濃度ＨＣ供給下において触媒への酸素の取り込みが十分に進行しないような触媒にあっては、ＨＣを連続的に供給しても酸化反応が進展しないために発熱量が不足し、ＤＰＦの温度が上記所定の高温にまで上昇せず、ＤＰＦに捕捉されたＰＭを十分に焼却除去させることができないという問題がある。

この問題は、特に新品の状態では十分に酸素の取り込みが行えていた酸化触媒が、経時劣化するにつれて、酸素の授受機能が低下してしまうような場合において顕著である。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、パティキュレートフィルタの排気上流側に設けた酸化触媒の酸化反応熱を利用してパティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターを焼却する構成の排気浄化装置において、酸化触媒の酸化能力に拘わらず効率的に酸化触媒の酸化反応を促進させてパティキュレートフィルタを確実に再生可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に介装され、パティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、前記排気通路の前記パティキュレートフィルタよりも上流の部分に配設された酸化触媒と、前記パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量を検出する堆積量検出手段と、前記堆積量検出手段により検出されるパティキュレートマターの堆積量が所定量に達したとき、前記酸化触媒に炭化水素を供給して酸化させ、該炭化水素の酸化反応熱により前記パティキュレートフィルタに捕捉された前記パティキュレートマターを強制的に燃焼除去して前記パティキュレートフィルタを強制再生させる強制再生手段とを備え、前記強制再生手段は、前記酸化触媒に炭化水素を周期的に供給することを特徴としている。

即ち、パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量が所定量に達すると、パティキュレートフィルタの排気上流側に設けた酸化触媒に炭化水素（ＨＣ）が供給され、酸化触媒における当該ＨＣの酸化反応熱によってパティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターが焼却除去されることになるが、この際、ＨＣは酸化触媒に周期的に供給される。

従って、酸化触媒の酸化能力が低い場合、例えば、経時劣化等により酸化触媒がＨＣの酸化に必要なＯ₂を十分に蓄えられないような場合であっても、強制再生中にＨＣが周期的に増減して酸化触媒に供給されることで、排気中のＯ₂が酸化触媒に適宜繰り返し補充されることになり、酸化触媒の酸化能力に拘わらず、酸化触媒の酸化反応が効率的に進展してパティキュレートフィルタが確実に昇温し、パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターが確実に焼却除去される。

また、酸化に寄与しないＨＣの無駄な供給が減少することにもなり、ＨＣが大気中に排出されることも防止される。
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１に関し、さらに、前記酸化触媒における酸素濃度または酸素濃度相関値を検出する酸素濃度相関値検出手段を備え、前記強制再生手段は、前記酸素濃度相関値検出手段により検出される酸素濃度または酸素濃度相関値に基づいて前記炭化水素の供給期間と非供給期間とを設定し、前記炭化水素を該供給期間に亘りパルス状に供給することを特徴としている。

つまり、酸化触媒における酸素濃度、或いは当該Ｏ₂の濃度に相関する酸素濃度相関値（例えば、酸化触媒出口Ｏ₂の濃度の強制再生時における変化度合いや、強制再生時に酸化反応により生成され排出されるＣＯ₂の濃度の変化度合い）に応じてＨＣの供給期間と非供給期間とが適切に設定され、ＨＣが供給期間にのみパルス状に供給される。
従って、強制再生中、ＨＣの供給時には酸化に寄与するＯ₂量とＨＣ量とが酸化触媒上で過不足なく略一致可能となり、ＨＣの非供給時には排気中のＯ₂が酸化触媒に十分に補充されることになり、酸化触媒の酸化反応がより一層効率的に進展してパティキュレートフィルタが確実に昇温し、パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターがより一層確実に焼却除去される。

また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１に関し、さらに、前記酸化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を備え、前記強制再生手段は、前記触媒温度検出手段により検出される前記酸化触媒の温度の変化度合いに基づいて前記炭化水素の供給期間と非供給期間とを設定し、前記炭化水素を該供給期間に亘りパルス状に供給することを特徴としている。

つまり、酸化触媒で酸化反応が生起されると酸化反応熱によって酸化触媒の温度が上昇するが、このときの酸化反応熱の発生状況、即ち酸化触媒の温度の変化度合いは、酸化触媒で酸化に寄与する酸素濃度、即ち酸化触媒上に蓄えられたＯ₂の濃度と極めて相関が高く、故に酸化触媒の温度の変化度合いに応じてＨＣの供給期間と非供給期間とが適切に設定され、ＨＣが供給期間にのみパルス状に供給される。

従って、強制再生中、ＨＣの供給時には酸化に寄与するＯ₂量とＨＣ量とが酸化触媒上で過不足なく略一致可能となり、ＨＣの非供給時には排気中のＯ₂が酸化触媒に十分に補充されることになり、酸化触媒の酸化反応がより一層効率的に進展してパティキュレートフィルタが確実に昇温し、パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターがより一層確実に焼却除去される。

本発明に係る請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量が所定量に達すると、パティキュレートフィルタの排気上流側に設けた酸化触媒に炭化水素（ＨＣ）が供給され、酸化触媒における当該ＨＣの酸化反応熱によってパティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターが焼却除去されることになるが、この際、ＨＣを酸化触媒に周期的に供給するようにしたので、酸化触媒の酸化能力が低い場合であっても、排気中のＯ₂を酸化触媒に適宜繰り返し補充するようにでき、酸化触媒の酸化能力に拘わらず、酸化触媒の酸化反応を効率的に促進させてパティキュレートフィルタを確実に昇温させ、パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターを確実に焼却除去することができる。

さらに、酸化に寄与しないＨＣの無駄な供給が減少することにもなり、ＨＣの大気中への排出をも良好に防止することができる。
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１において、酸化触媒で酸化に寄与する酸素濃度、即ち酸化触媒上のＯ₂の濃度、或いは当該Ｏ₂の濃度に相関する酸素濃度相関値（例えば、強制再生時に排出されるＯ₂の濃度の変化度合い）に応じてＨＣの供給期間と非供給期間とを適切に設定し、供給期間にのみＨＣをパルス状に供給するようにしたので、強制再生中、ＨＣの供給時には酸化に寄与するＯ₂量とＨＣ量とを酸化触媒上で過不足なく略一致させ、ＨＣの非供給時には排気中のＯ₂を酸化触媒に十分に補充するようにできる。これにより、酸化触媒の酸化反応をより一層効率的に促進させてパティキュレートフィルタを確実に昇温させ、パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターをより一層確実に焼却除去することができる。

また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１において、酸化触媒で酸化に寄与する酸素濃度、即ち酸化触媒上に蓄えられたＯ₂の濃度と極めて相関の高い酸化触媒の温度の変化度合いに応じてＨＣの供給期間と非供給期間とを適切に設定し、供給期間にのみＨＣをパルス状に供給するようにしたので、強制再生中、ＨＣの供給時には酸化に寄与するＯ₂量とＨＣ量とを酸化触媒上で過不足なく略一致させ、ＨＣの非供給時には排気中のＯ₂を酸化触媒に十分に補充するようにできる。これにより、酸化触媒の酸化反応をより一層効率的に促進させてパティキュレートフィルタを確実に昇温させ、パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターをより一層確実に焼却除去することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、同図に基づき本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。
図１に示すように、内燃機関であるエンジン１は例えばコモンレール式直列４気筒のディーゼルエンジンである。コモンレール式のエンジン１では、燃焼室２に臨んで電磁式の燃料噴射ノズル４が各気筒毎に設けられており、各燃料噴射ノズル４は高圧パイプ５によりコモンレール６に接続されている。そして、コモンレール６は、高圧ポンプ８の介装された高圧パイプ７を介して燃料タンク９に接続されている。なお、エンジン１がディーゼルエンジンであるため、燃料としては軽油が使用される。

燃焼室２には吸気ポートを介して吸気通路１０が接続されるとともに排気ポートを介して排気通路２０が接続されている。吸気通路１０には吸気流量を検出するエアフローセンサ１４が設けられており、排気通路２０には排気圧を検出する排気圧センサ２１が設けられている。
なお、吸気弁、排気弁等のエンジン１の動弁機構の構成については周知であるため、ここでは説明を省略する。

排気通路２０には、後処理装置が介装されている。後処理装置は、ディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２６の上流に酸化触媒２４を設けて構成されている。なお、ＤＰＦ２６の上流に酸化触媒２４を設けた当該タイプの後処理装置は全体として連続再生式ＤＰＦ２２と呼ばれるものである。
連続再生式ＤＰＦ２２は、酸化触媒２４において排気中の窒素（Ｎ）成分を酸化して依然酸化能力を有する酸化剤（ＮＯ₂）を生成し、該生成された酸化剤によって下流のＤＰＦ２６に堆積したパティキュレートマター（ＰＭ）を常時連続的に酸化除去するように構成されている。

酸化触媒２４は、排気空燃比がリーン空燃比であるときには十分な酸素（Ｏ₂）存在のもと、未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化可能であるとともに、ＨＣやＣＯが過剰雰囲気にあるときでも、触媒上に蓄えられたＯ₂によってＨＣ、ＣＯを酸化処理可能である。
排気通路２０の酸化触媒２４よりも上流側には、ＨＣ添加インジェクタ２８が配設され、当該ＨＣ添加インジェクタ２８はＨＣ供給通路２９を介して燃料タンク９に接続されている。これにより、酸化触媒２４に向けて燃料である軽油、即ちＨＣ成分を噴射し供給することが可能である。なお、ここではＨＣ添加インジェクタ２８から軽油を噴射するようにしているが、ＨＣ成分であれば軽油に限られるものではない。

また、酸化触媒２４には該酸化触媒２４の温度Ｔcatを検出する温度センサ２５が設けられ、ＤＰＦ２６には該ＤＰＦ２６の温度Ｔdpfを検出する温度センサ２７が設けられている。
さらに、酸化触媒２４とＤＰＦ２６との間、即ち酸化触媒２４の下流には、酸素（Ｏ₂）の濃度を検出するＯ₂センサ２３も設けられており、当該Ｏ₂センサ２３により酸化触媒２４から流出するＯ₂の濃度が検出される。

また、排気通路２０からはＥＧＲ通路３０が延びており、該ＥＧＲ通路３０の終端は吸気通路１０に接続されている。そして、ＥＧＲ通路３０には、電磁式のＥＧＲ弁３２が介装されている。
電子コントローラ（ＥＣＵ）４０の入力側には、上記エアフローセンサ１４、排気圧センサ２１、Ｏ₂センサ２３、温度センサ２５、温度センサ２７等の各種センサ類が接続され、出力側には、上記燃料噴射ノズル４、ＨＣ添加インジェクタ２８、ＥＧＲ弁３２等の各種デバイス類が接続されている。

これにより、各種入力情報に基づき各種デバイス類が制御され、エンジン１が適正に運転制御されるとともに、ＨＣ添加インジェクタ２８が適宜適正に駆動制御される。
以下、上記のように構成された内燃機関の排気浄化装置の本発明に係る強制再生制御の内容について説明する。
上述したように、連続再生式ＤＰＦ２２では、上流側の酸化触媒２４によってＮＯ₂が生成され、通常は、該生成されたＮＯ₂によって下流のＤＰＦ２６に堆積したＰＭが常時連続的に酸化除去される。しかしながら、酸化触媒２４やＤＰＦ２６の温度が低い不活性状況下では連続再生が十分に実施されず、エンジン１の運転状態によっては、排気温度が上昇せずに酸化触媒２４やＤＰＦ２６が不活性のままとされ、連続再生が行われることなくＤＰＦ２６にＰＭが多量に堆積する場合がある。

そこで、当該排気浄化装置では、このように堆積したＰＭを強制的に且つ効率的に焼却除去するようにしている。
［第１実施例］
図２を参照すると、ＥＣＵ４０が実行する、連続再生式ＤＰＦ２２の本発明の第１実施例に係る強制再生制御（強制再生手段）の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。

強制再生制御では、先ず、ステップＳ１０において、強制再生が必要な状況にあるか否かを判別する。詳しくは、ＤＰＦ２６に堆積したＰＭの堆積量を検出し（堆積量検出手段）、該堆積量が強制再生が必要な所定量に達しているか否かを判別する。
具体的には、排気流量とＤＰＦ２６によるフィルタ圧損、即ち排気圧との間には比例関係があり、その比例係数はＰＭの堆積量、即ちＤＰＦ２６の目詰まりの度合いに応じて変化するものであることから、ＰＭの堆積量は、エアフローセンサ１４からの排気流量情報と排気圧センサ２１からの排気圧情報とに基づいて容易に推定することができ、当該推定したＰＭの堆積量が所定量に達しているか否かを判別する。なお、ここではＰＭの堆積量を排気流量とフィルタ圧損との関係から求めるようにしたが、ＰＭの堆積量の検出方法はこれに限られるものではない。

ステップＳ１２では、酸化触媒２４の温度、即ち触媒温度Ｔcatが活性温度Ｔ0（例えば、２００〜３００℃）以上であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で触媒温度Ｔcatが活性温度Ｔ0に満たないと判定された場合には、ステップＳ１４に進み、酸化触媒２４を昇温させる。
酸化触媒２４を昇温させるには、排気温度を上昇させればよく、例えばＥＧＲ弁３２の開弁量を増大させてＥＧＲ量を増加させる。これにより、排気空燃比がリッチ空燃比寄りとなって排気通路２０内において未燃ＨＣやＣＯの燃焼が促進されて排気温度が上昇し、酸化触媒２４が昇温する。

なお、ここではＥＧＲ量を増加させるようにしたが、これに限られず、膨張行程以降に燃料噴射ノズル４から燃料を噴射（ポスト噴射）することで排気空燃比をリッチ空燃比寄りにするようにしてもよいし、酸化触媒２４を外部熱源等で直接加熱するようにしてもよい。
一方、ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で触媒温度Ｔcatが活性温度Ｔ0以上と判定された場合には、ステップＳ１６に進む。酸化触媒２４の昇温を行っている場合には昇温を終了する。

ステップＳ１６では、ＨＣ添加インジェクタ２８から燃料を排気中に噴射し、酸化触媒２４にＨＣを供給する。この際、ＨＣ添加インジェクタ２８から噴射する燃料の量は、酸化触媒２４の大きさ、容量等に応じて適宜設定されればよい。
このように酸化触媒２４にＨＣが供給されると、当該ＨＣが酸化触媒２４において酸化される。そして、このとき大量の酸化反応熱が発生することになり、当該酸化反応熱によって、下流のＤＰＦ２６が加熱され、ＤＰＦ２６に堆積したＰＭが良好に焼却除去される。

ステップＳ１８では、Ｏ₂センサ２３からの情報に基づき、酸化触媒２４から排出されるＯ₂の濃度、即ちＯ₂濃度ＤO2の変化量ｄＤO2／ｄｔ（酸素濃度相関値）を算出し（酸素濃度相関値検出手段）、この変化量ｄＤO2／ｄｔが例えば所定値Ｄ1’以上であるか否かを判別する。
つまり、酸化触媒２４においてＨＣが酸化されると触媒上のＯ₂が消費され、Ｏ₂センサ２３において当該Ｏ₂の減少が検出されるが、このＯ₂の消費量が減少傾向となり、ＨＣの酸化反応が減衰しているか否かを判別する。

ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）で、変化量ｄＤO2／ｄｔが所定値Ｄ1’より小さければ酸化触媒２４ではＨＣの酸化反応が十分実施されていると判定でき、この場合には、ステップＳ１６においてＨＣの供給を継続する。
一方、ステップＳ１８の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、変化量ｄＤO2／ｄｔが所定値Ｄ1’以上と判定された場合、即ちＯ₂の消費量が減少傾向となり、ＨＣの酸化反応が減衰していると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、ＨＣ添加インジェクタ２８からのＨＣの供給を中止し、ＨＣ非供給とする。

つまり、Ｏ₂濃度ＤO2の変化量ｄＤO2／ｄｔは酸化触媒２４に蓄えられるＯ₂の濃度と相関が高く、故に、Ｏ₂の消費量が減少傾向と判定された場合には、酸化触媒２４上のＯ₂が使い尽くされ、ＨＣの供給を継続しても、もはや酸化反応熱が発生しなくなる状況と判断でき、この場合にはＨＣの供給を中止するようにする。
このようにＨＣの供給を中止すると、排気中のＯ₂が再び酸化触媒２４に蓄えられることになる。

ステップＳ２２では、ＨＣの非供給期間が所定期間ｔ1経過したか否かを判別する。ここに、所定期間ｔ1は、排気中のＯ₂が酸化触媒２４に最大限吸蔵されるまでの時間に応じて設定されればよい。具体的には、例えば、酸化触媒２４のＨＣの供給期間、即ち触媒上のＯ₂が使い尽くされる時間と非供給期間、即ちＯ₂が再び酸化触媒２４に最大限吸蔵されるまでの時間との期間比率を予め実験により求めておき、実際のＨＣの供給期間と当該期間比率との積から所定期間ｔ1を求めるようにする。

なお、ＨＣの非供給期間は酸化触媒２４やＤＰＦ２６の温度が低下する傾向にあるため、これら酸化触媒２４やＤＰＦ２６の温度がそれほど低下してしまわない程度に所定期間ｔ1を設定するのがよい。
ステップＳ２２の判別結果が偽（Ｎｏ）で未だ所定期間ｔ1経過していないと判定された場合には、ステップＳ２０においてＨＣ非供給を継続し、一方判別結果が真（Ｙｅｓ）で所定期間ｔ1経過したと判定された場合には、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、温度センサ２７からの情報に基づくＤＰＦ２６の温度、即ちＤＰＦ温度ＴdpfがＰＭの焼却に必要な所定温度Ｔ10（例えば、４００〜６００℃）を維持して所定期間ｔ2経過したか否か、つまり強制再生を終了してもよいか否かを判別する。ここに、所定期間ｔ2は、例えば、予め実験等により、ＤＰＦ温度Ｔdpfが所定温度Ｔ10の下、堆積した所定量のＰＭがＤＰＦ２６から完全に焼却除去されるまでの時間（例えば、５〜３０min）に設定される。なお、上述したように排気流量とフィルタ圧損との関係等からＰＭの堆積量ひいてはＰＭの焼却除去量を求め、これにより酸化触媒２４の再生状況を判断して所定期間ｔ2を設定し、或いは直接に強制再生の終了を判別するようにしてもよい。

ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、未だ所定期間ｔ2経過していないと判定された場合には、ステップＳ１６に戻り、再びＨＣの供給を行う。つまり、所定期間ｔ2が経過するまで、ステップＳ１６乃至ステップＳ２２の実行を繰り返し、ＨＣの供給と非供給とを繰り返し周期的に実施する。
このように、ＨＣの供給と非供給とを周期的に、即ちＨＣの供給をパルス状に繰り返し行うようにすると、酸化触媒２４に燃焼によって消費されるＯ₂を繰り返し補充しながらＨＣを酸化触媒２４に過剰供給なく供給し、ＨＣの供給時には酸化に寄与するＯ₂量とＨＣ量とを酸化触媒上で過不足なく略一致させるようにでき、効率的に酸化触媒２４の酸化反応を促進させて反応熱を確保し、ＤＰＦ２６をＰＭの焼却に必要な所定温度Ｔ10以上に良好に維持することができる。

つまり、図３を参照すると、本発明の第１実施例に係る強制再生制御を実施した場合のＤＰＦ温度Ｔdpf（実線）、ＨＣ供給量（実線）、酸化触媒下流におけるＨＣ濃度（破線）及びＯ₂濃度ＤO2（実線）の時間変化がそれぞれ示されており、同図中には、ＨＣを連続供給した場合のＤＰＦ温度Ｔdpf（一点鎖線）、ＨＣ供給量（一点鎖線）、酸化触媒下流におけるＨＣ濃度（二点鎖線）及びＯ₂濃度ＤO2（一点鎖線）の時間変化がそれぞれ併せて示されているが、酸化触媒２４の酸化能力の如何に拘わらず、このように、Ｏ₂濃度ＤO2（実線）の変化量ｄＤO2／ｄｔが所定値Ｄ1’以上になった時点までをＨＣ供給期間とし、Ｏ₂の補充に必要な所定期間ｔ1をＨＣ供給期間とし、これらＨＣ供給期間とＨＣ非供給期間とを周期的に繰り返し、ＨＣ供給をパルス状に実施することにより、ＨＣを連続供給する場合に比べ、ＤＰＦ温度Ｔdpfを所定温度Ｔ10以上に良好に維持することができ、酸化触媒下流におけるＨＣ濃度を全体的に低く抑えてＨＣの大気中への排出を良好に防止することができる。

これにより、ＤＰＦ２６に堆積したＰＭを十分に焼却除去させ、ＤＰＦ２６を確実に再生することができる。
従って、酸化触媒２４のＯ₂授受機能が弱く、酸化触媒２４がＨＣの酸化に必要なＯ₂を十分に蓄えておくことができないような場合であっても、酸化触媒２４の酸化能力に合った適正なＨＣ供給期間とＨＣ非供給期間の下でＨＣの供給を繰り返し周期的に実施することにより、例えば、新品のときにはＨＣを連続供給しても十分な酸化能力を有していた酸化触媒２４が経時劣化してＯ₂授受能力が低下した場合であっても、知らないうちにＤＰＦ２６の再生能力が低下し、或いはＨＣの大気中への排出量が増大してしまうといった不都合が確実に回避される。

［第２実施例］
図４を参照すると、ＥＣＵ４０が実行する、連続再生式ＤＰＦ２２の本発明の第２実施例に係る強制再生制御（強制再生手段）の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、当該第２実施例では、上記第１実施例の場合とステップＳ１８の部分が異なるだけであるため、第１実施例と同一部分については説明を省略し、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。

ステップＳ１０乃至ステップＳ１６を経てステップＳ１８’では、温度センサ（触媒温度検出手段）２５からの温度情報に基づき、酸化触媒２４の温度、即ち触媒温度Ｔcatの変化量ｄＴcat／ｄｔ（変化度合い）が所定値Ｔ1’（例えば、値０）以下であるか否かを判別する。
つまり、酸化触媒２４においてＨＣが酸化反応を起こすと反応熱により酸化触媒２４自身も昇温することになるが、この酸化触媒２４の触媒温度Ｔcatが減少傾向となり、ＨＣの酸化反応が減衰しているか否かを判別する。

ステップＳ１８’の判別結果が偽（Ｎｏ）で、変化量ｄＴcat／ｄｔが所定値Ｔ1’より大きければ酸化触媒２４ではＨＣの酸化反応が十分実施されていると判定でき、この場合には、ステップＳ１６においてＨＣの供給を継続する。
一方、ステップＳ１８’の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、変化量ｄＴcat／ｄｔが所定値Ｔ1’以下と判定された場合、即ち触媒温度Ｔcatが減少傾向となり、ＨＣの酸化反応が減衰していると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、ＨＣ添加インジェクタ２８からのＨＣの供給を中止し、ＨＣ非供給とする。

つまり、触媒温度Ｔcatの変化量ｄＴcat／ｄｔは酸化触媒２４上のＯ₂の濃度と極めて相関が高く、故に、触媒温度Ｔcatが減少傾向と判定された場合には、上記第１実施例の場合と同様に、酸化触媒２４上のＯ₂が使い尽くされ、ＨＣの供給を継続しても、もはや酸化反応熱が発生しなくなる状況と判断でき、この場合にはＨＣの供給を中止するようにする。

即ち、上記同様、酸化触媒２４上のＯ₂の濃度に応じてＨＣの供給期間が自ずと設定されることになり、当該ＨＣの供給期間に亘ってＨＣの供給が行われ、ＨＣの供給期間が経過するとＨＣの供給が中止される。
以降、ステップＳ２２においてＨＣの非供給期間が所定期間ｔ1経過するまでの間、ＨＣの供給（ステップＳ１６）と非供給（ステップＳ２０）とが繰り返し周期的に実施される。

これにより、上記同様に、酸化触媒２４の酸化能力に拘わらず、消費されたＯ₂を繰り返し補充しながらＨＣを酸化触媒２４に過剰供給なく供給し、ＨＣの供給時には酸化に寄与するＯ₂量とＨＣ量とを酸化触媒上で過不足なく略一致させるようにでき、効率的に酸化触媒２４の酸化反応を促進させて反応熱を確保し、ＤＰＦ２６をＰＭの焼却に必要な所定温度Ｔ10以上に良好に維持することができる。

つまり、図５を参照すると、本発明の第２実施例に係る強制再生制御を実施した場合のＤＰＦ温度Ｔdpf（実線）、ＨＣ供給量（実線）、酸化触媒温度Ｔcat（実線）の時間変化がそれぞれ示されており、同図中には、ＨＣを連続供給した場合のＤＰＦ温度Ｔdpf（一点鎖線）、ＨＣ供給量（一点鎖線）、酸化触媒温度Ｔcat（一点鎖線）の時間変化がそれぞれ併せて示されているが、酸化触媒２４の酸化能力の如何に拘わらず、このように、酸化触媒温度Ｔcat（実線）の変化量ｄＴcat／ｄｔが所定値Ｔ1’（例えば、値０）以下になった時点までをＨＣ供給期間とし、Ｏ₂の補充に必要な所定期間ｔ1をＨＣ供給期間とし、これらＨＣ供給期間とＨＣ非供給期間とを周期的に繰り返し、ＨＣ供給をパルス状に実施することにより、ＨＣを連続供給する場合に比べ、ＤＰＦ温度Ｔdpfを所定温度Ｔ10以上に良好に維持することができ、図示しないものの酸化触媒下流におけるＨＣ濃度を全体的に低く抑えてＨＣの大気中への排出を良好に防止することができる。
これにより、上記第１実施例の場合と同様に、酸化触媒２４の経時劣化に依らず、ＤＰＦ２６に堆積したＰＭを十分に焼却除去させ、ＤＰＦ２６を確実に再生することができる。

［第３実施例］
図６を参照すると、ＥＣＵ４０が実行する、連続再生式ＤＰＦ２２の本発明の第３実施例に係る強制再生制御（強制再生手段）の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、当該第３実施例では、上記第１、第２実施例の場合とステップＳ１６乃至ステップＳ２２の部分が異なるだけであるため、第１、第２実施例と同一部分については説明を省略し、第１、第２実施例と異なる部分についてのみ説明する。

ステップＳ１０乃至ステップＳ１４を実行した後、ステップＳ１５では、ＨＣ添加インジェクタ２８から供給するＨＣの供給波形を、例えば図７に一例を示すように、ＨＣ供給量が周期的に増減するような波形に設定する。
つまり、上記第１、第２実施例では、ＨＣの供給期間と非供給期間とをＯ₂濃度ＤO2の変化量ｄＤO2／ｄｔ或いは触媒温度Ｔcatの変化量ｄＴcat／ｄｔ、即ち酸化触媒２４上の酸化に寄与するＯ₂の濃度に応じて設定し、ＨＣの供給をパルス状に実施するようにしたが、当該第３実施例では、ＨＣの供給量を周期的に波状に増減変動させるようにする。

実際には、この場合においても、酸化触媒２４上のＯ₂の濃度に応じて変動周期や波形を設定するのがよく、例えば上記Ｏ₂濃度ＤO2の変化量ｄＤO2／ｄｔや触媒温度Ｔcatの変化量ｄＴcat／ｄｔに応じて反転周期を適宜変更設定するのがよい。
そして、ステップＳ１７において、上記のように設定したＨＣの供給波形に基づいてＨＣをＨＣ添加インジェクタ２８から周期的に噴射する。

このようにしても、やはり、酸化触媒２４の酸化能力に拘わらず、消費されたＯ₂を繰り返し補充しながらＨＣを酸化触媒２４に過剰供給なく供給し、効率的に酸化触媒２４の酸化反応を促進させて反応熱を確保し、ＤＰＦ２６をＰＭの焼却に必要な所定温度Ｔ10以上に良好に維持することができる。
これにより、上記第１、第２実施例の場合とほぼ同様に、酸化触媒２４の経時劣化に依らず、ＤＰＦ２６に堆積したＰＭを十分に焼却除去させ、ＤＰＦ２６を良好に再生することができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。 本発明の第１実施例に係る強制再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第１実施例に係る強制再生制御を実施した場合のＤＰＦ温度Ｔdpf、ＨＣ供給量、酸化触媒下流におけるＨＣ濃度及びＯ₂濃度ＤO2の時間変化を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施例に係る強制再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第２実施例に係る強制再生制御を実施した場合のＤＰＦ温度Ｔdpf、ＨＣ供給量、酸化触媒温度Ｔcatの時間変化を示すタイムチャートである。 本発明の第３実施例に係る強制再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第３実施例に係るＨＣの供給波形の一例を示す図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
４ 燃料噴射ノズル
１０ 吸気通路
１４ エアフローセンサ
２０ 排気通路
２１ 排気圧センサ
２２ 連続再生式ＤＰＦ
２３ Ｏ₂センサ
２４ 酸化触媒
２５ 温度センサ
２６ ディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２７ 温度センサ
２８ ＨＣ添加インジェクタ
３０ ＥＧＲ通路
４０ 電子コントローラ（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に介装され、パティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、
   前記排気通路の前記パティキュレートフィルタよりも上流の部分に配設された酸化触媒と、
   前記パティキュレートフィルタに捕捉されたパティキュレートマターの堆積量を検出する堆積量検出手段と、
   前記堆積量検出手段により検出されるパティキュレートマターの堆積量が所定量に達したとき、前記酸化触媒に炭化水素を供給して酸化させ、該炭化水素の酸化反応熱により前記パティキュレートフィルタに捕捉された前記パティキュレートマターを強制的に燃焼除去して前記パティキュレートフィルタを強制再生させる強制再生手段とを備え、
   前記強制再生手段は、前記酸化触媒に炭化水素を周期的に供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. さらに、前記酸化触媒における酸素濃度または酸素濃度相関値を検出する酸素濃度相関値検出手段を備え、
   前記強制再生手段は、前記酸素濃度相関値検出手段により検出される酸素濃度または酸素濃度相関値に基づいて前記炭化水素の供給期間と非供給期間とを設定し、前記炭化水素を該供給期間に亘りパルス状に供給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装置。
3. さらに、前記酸化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を備え、
   前記強制再生手段は、前記触媒温度検出手段により検出される前記酸化触媒の温度の変化度合いに基づいて前記炭化水素の供給期間と非供給期間とを設定し、前記炭化水素を該供給期間に亘りパルス状に供給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装置。

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