JP2006029272A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段を、より広範囲の運転状態で目標温度に昇温させることを可能とすることで、排気浄化手段の浄化能力をより好適に再生する。
【解決手段】 内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する排気浄化手段の排気浄化能力を再生すべく該排気浄化手段を目標温度に昇温させるときに、排気浄化手段に供給される燃料成分量を制御することで該排気浄化手段を昇温させるか、もしくは、排気浄化手段への燃料成分の供給を禁止し内燃機関の吸入空気量を制御することで該排気浄化手段を昇温させるかを、内燃機関の運転状態に応じて切り換える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する排気浄化手段を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
内燃機関の排気浄化装置においては、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称する）や、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等を、内燃機関の排気通路に設ける場合がある。例えば、フィルタを排気通路に備えた場合、該フィルタに堆積したＰＭを除去するときに該フィルタを昇温させる必要がある。また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えた場合、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるときに該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温させる必要がある。
排気浄化手段としてフィルタを排気通路に設けた内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの排気浄化能力を再生させるべく該フィルタを昇温させて堆積したＰＭを除去する場合、（１）高負荷運転領域での通常運転による排気温度の上昇、（２）燃料噴射時期の遅角、（３）膨張行程副燃料噴射およびＥＧＲガスの導入、（４）、膨張行程副燃料噴射および吸気／排気絞り、のうちいずれかの方法を内燃機関の運転状態に応じて選択し、それぞれの方法によってフィルタを昇温させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、排気通路に設けられた排気浄化手段が酸化機能を有している場合においては、該排気浄化手段を昇温させるために、該排気浄化手段より上流側から該排気浄化手段に燃料成分を供給する技術がある。
特開２０００−１６１０４４号公報 特開２００２−２８５８９６号公報 特開２００２−２３５５８９号公報 特開平５−１０６５１８号公報
内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する排気浄化手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化手段の浄化能力を再生すべく該排気浄化手段を昇温させる場合、例えば、内燃機関での主燃料噴射の後の時期に行われる副燃料噴射や、排気浄化手段より上流側の排気通路への燃料添加によって、排気浄化手段より上流側から該排気浄化手段に燃料成分を供給する。この場合、燃料成分が排気浄化手段において酸化することで発生する酸化熱によって排気浄化手段の温度が上昇する。
しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、排気浄化手段の浄化能力を再生することが可能となる目標温度に該排気浄化手段を昇温させるのに十分な量の燃料成分を排気浄化手段に供給するのが困難な場合がある。例えば、内燃機関の機関負荷が高くなるほど気筒内温度や排気温度が高くなる。そのため、副燃料噴射によって噴射された燃料もしくは排気通路へ添加された燃料が、気筒内もしくは排気通路で燃焼してしまい、その結果、排気浄化手段に十分な量の燃料成分が供給されない虞がある。
本発明は、上記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装置において、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段をより広範囲の運転状態で目標温度に昇温させることを可能とすることで、排気浄化手段の浄化能力をより好適に再生させること
が可能な技術を提供することを課題とする。
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する排気浄化手段の排気浄化能力を再生すべく該排気浄化手段を目標温度に昇温させるときに、排気浄化手段に供給される燃料成分量を制御することで該排気浄化手段を昇温させるか、もしくは、排気浄化手段への燃料成分の供給を禁止し内燃機関の吸入空気量を制御することで該排気浄化手段を昇温させるかを、内燃機関の運転状態に応じて切り換えるものである。
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する排気浄化手段と、
該排気浄化手段より上流側から該排気浄化手段に燃料成分を供給する燃料成分供給手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、を備え、
前記排気浄化手段の排気浄化能力を再生すべく前記排気浄化手段を目標温度に昇温させる昇温条件が成立しているときに、前記内燃機関の機関負荷が規定機関負荷より低い場合は、前記燃料成分供給手段から前記排気浄化手段に供給される燃料成分量を制御することで前記排気浄化手段の温度を前記目標温度に上昇または維持させると共に、前記吸入空気量制御手段によって前記内燃機関の吸入空気量を該内燃機関の機関回転数および該内燃機関の機関負荷から定められる吸入空気量に制御し、
前記昇温条件が成立しているときに、前記内燃機関の機関負荷が前記規定機関負荷以上の場合は、前記燃料成分供給手段からの燃料成分の供給を禁止すると共に、前記吸入空気量制御手段によって前記内燃機関の吸入空気量を制御することで前記排気浄化手段の温度を前記目標温度に上昇または維持させることを特徴とする。
本発明に係る排気浄化手段としては、酸化触媒または吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したフィルタや、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等が例示出来る。
また、本発明に係る燃料成分供給手段は、内燃機関の気筒内において主燃料噴射よりも後の時期であって膨張行程または排気行程で副燃料噴射を実行することによって排気浄化手段に燃料成分を供給するものであっても良く、また、排気浄化手段より上流側の排気通路に燃料成分を添加することによって排気浄化手段に燃料成分を供給するものであっても良い。
昇温条件は排気浄化手段の種類等に応じて変更される。例えば、排気浄化手段がフィルタの場合は、昇温条件を、フィルタに堆積したＰＭの除去を実行する条件としても良く、また、排気浄化手段が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の場合は、昇温条件を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの還元を実行する条件としても良い。また、目標温度も昇温の目的に応じて変更される。
本発明において、排気浄化手段を目標温度に昇温させる昇温条件が成立しているときに、内燃機関の機関負荷が規定機関負荷より低い場合は、燃料成分供給手段から排気浄化手段に供給される燃料成分量を制御することで排気浄化手段の温度を前記目標温度に上昇または維持させる。また、このとき、吸入空気量制御手段は、内燃機関の吸入空気量を該内燃機関の機関回転数および該内燃機関の機関負荷から定められる吸入空気量に制御される。
ところが、上述したように、内燃機関の機関負荷が高くなるほど気筒内温度や排気温度は高くなるため、高負荷領域では、排気浄化手段より上流側から燃料成分供給手段によって供給される燃料成分が気筒内もしくは排気通路内において燃焼してしまう虞がある。
そこで、本発明においては、排気浄化手段を目標温度に昇温させる昇温条件が成立しているときに、内燃機関の機関負荷が規定機関負荷以上の場合は、燃料成分供給手段からの燃料成分の供給を禁止する。そして、吸入空気量制御手段によって内燃機関の吸入空気量を制御することで排気浄化手段の温度を前記目標温度に上昇または維持させる。
ここで、規定機関負荷とは、気筒内もしくは排気温度が高温となり、燃料成分供給手段から供給された燃料成分が気筒内もしくは排気通路内において燃焼してしまう機関負荷の閾値であってもよい。
排気浄化手段へ燃料成分を供給しなくても、吸入空気量を低下させることによって排気の流量を減少させれば、排気の温度を高くすることが出来、それに伴って排気浄化手段を昇温させることが出来る。そして、内燃機関の機関負荷がある程度高い場合は、吸入空気量の制御のみによって排気浄化手段の温度を目標温度にすることが出来る。また、内燃機関の機関負荷が規定機関負荷以上の場合には燃料成分の供給を禁止することによって、気筒内もしくは排気通路内で該燃料成分が燃焼することで排気の温度が過剰に上昇することを抑制することが出来る。
従って、本発明によれば、内燃機関の機関負荷が高い場合であっても低い場合であっても、排気浄化手段の温度を目標温度に上昇または維持させることが出来る。即ち、より広範囲の運転状態で排気浄化手段を目標温度に昇温させることが可能となり、以って、排気浄化手段の浄化能力をより好適に再生することが可能となる。
また、内燃機関の気筒内において主燃料噴射よりも後の時期であって膨張行程または排気行程で副燃料噴射を実行することで、排気浄化手段より上流側から該排気浄化手段に燃料成分を供給する場合、内燃機関の機関回転数が高くなるほど１回の燃焼サイクルにかかる時間が短くなるため、１回の燃焼サイクル毎に実行可能な副燃料噴射の回数が少なくなる。そのため、高回転運転領域では、副燃料噴射によっては、排気浄化手段を目標温度に昇温させるのに十分な量の燃料成分を供給することが困難な場合がある。
そこで、本発明において、燃料成分供給手段が、内燃機関の気筒内において主燃料噴射よりも後の時期であって膨張行程または排気行程で副燃料噴射を実行することで、排気浄化手段より上流側から該排気浄化手段に燃料成分を供給するものである場合は、前記昇温条件が成立しているときに前記内燃機関の機関負荷が規定機関負荷より低い場合であっても、内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以上の場合は、燃料成分供給手段からの燃料成分の供給を禁止する。そして、吸入空気量制御手段によって内燃機関の吸入空気量を制御することで排気浄化手段の温度を目標温度に上昇または維持させるのが好ましい。
ここで、規定機関回転数とは、予め定められた機関回転数であって、排気浄化手段を目標温度に昇温させるのに十分な量の燃料成分を供給するのが可能となる副燃料噴射の回数を確保するのが困難となる機関回転数の閾値としても良い。
本発明によれば、排気浄化手段への燃料供給が副燃料噴射によって行われる場合において、内燃機関の機関回転数が高い場合であっても、排気浄化手段をより確実に目標温度に昇温させることが出来る。即ち、より広範囲の運転状態で排気浄化手段を目標温度に昇温させることが可能となり、以って、排気浄化手段の浄化能力をより好適に再生することが可能となる。
また、内燃機関においては、機関回転数が高くなるほど、気筒内壁面とピストンとの間等におけるフリクションが増大する。そのため、機関回転数が高いときであっても機関回
転数が低いときと同様のトルクを発生させるために、機関負荷を同様とした場合、機関回転数が高くなるほど主燃料噴射における燃料噴射量を増大させている。しかしながら、このような燃料噴射量の制御を行った場合、機関回転数が高くなるほど、気筒内温度および排気温度が主燃料噴射における燃料噴射量の増大分だけ高くなる虞がある。その結果、機関回転数が高くなるほど、燃料成分供給手段から供給された燃料成分が気筒内もしくは排気通路内において燃焼し易くなる虞がある。
そこで、本発明においては、前記規定機関負荷を、前記昇温条件が成立しているときの内燃機関の機関回転数が高いほど低い値に設定するのが好ましい。
規定機関負荷をこのように設定することで、燃料成分が気筒内もしくは排気通路内において燃焼し易いときに燃料成分供給手段による燃料供給によって排気浄化手段の昇温が行われるのを抑制することが出来る。即ち、より広範囲の運転状態で排気浄化手段をより確実に目標温度に昇温させることが可能となる。
本発明において、燃料成分供給手段からの燃料成分の供給が実行されていない状態における、内燃機関の吸入空気量と排気浄化手段の温度との関係を学習する学習手段をさらに備えた場合、昇温条件が成立しているときに、内燃機関の運転状態が、燃料成分供給手段から排気浄化手段に供給される燃料成分量を制御することで該排気浄化手段を目標温度に昇温させる運転領域（以下、燃料成分量制御領域と称する）から、吸入空気量制御手段によって内燃機関の吸入空気量を制御することで排気浄化手段を目標温度に昇温させる運転領域（以下、吸入空気量制御領域と称する）に移行したときは、燃料成分供給手段からの燃料成分の供給を停止した後、排気浄化手段の温度が定常状態となってから、学習手段によって、内燃機関の吸入空気量と排気浄化手段との関係の学習を実行する。そして、この学習手段によって学習された内燃機関の吸入空気量と排気浄化手段の温度との関係に基づいて、排気浄化手段の温度を目標温度とすべく吸入空気量制御手段によって内燃機関の吸入空気量を制御するのが好ましい。
昇温条件が成立しているときに、内燃機関の運転状態が燃料成分量制御領域から吸入空気量制御領域に移行した場合、燃料成分供給手段からの排気浄化手段への燃料供給が停止される。そのため、排気浄化手段の温度は低下し始めることになる。このとき、排気浄化手段の温度が低下している最中に内燃機関の吸入空気量と排気浄化手段の温度との関係を学習手段が学習すると実際の関係とずれが生じる虞がある。
そこで、本発明では、吸入空気量と排気浄化手段の温度との関係を学習手段によって学習する場合、学習する時点での吸入空気量に対応した温度にまで排気浄化手段の温度が低下してから、即ち、排気浄化手段の温度が定常状態となってから学習を実行する。尚、ここでは、排気浄化手段の単位時間当りの温度変化量が予め定められた規定量以下となったときに排気浄化手段の温度が定常状態となったと判断しても良い。
このように、排気浄化手段の温度が定常状態にあるときに吸入空気量と排気浄化手段の温度との関係を学習し、この学習した関係に基づいて排気浄化手段の温度を目標温度とすべく吸入空気量を制御することで、昇温条件が成立しているときに、内燃機関の運転状態が低負荷から高負荷に変化した場合であっても、排気浄化手段の温度をより正確に目標温度に制御することが出来る。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段を、より広範囲の運転状態で目標温度に昇温させることが出来、以って、排気浄化手段の浄化能力をより好適に再生することが可能となる。
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置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。
＜内燃機関とその吸排気系および制御系の概略構成＞
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とその吸排気系の概略構成を示す図である。
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４と排気通路２が接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ１１とスロットル弁８とが設けられている。一方、排気通路２には、排気に含まれる煤等のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ３（以下、単にフィルタ３と称する）が設けられている。このフィルタ３には酸化触媒が担持されている。尚、フィルタ３には酸化触媒の代わりに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されていても良い。また、フィルタ３に触媒を担持させず該フィルタより上流側の排気通路２に酸化触媒等を配置した構成としても良い。
フィルタ３より上流側の排気通路２には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁５が設けられている。フィルタ３より下流側の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ７が設けられている。
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。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ１１や、排気温度センサ７、さらに、内燃機関１のクランク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６、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９等の各種センサと電気的に接続されており、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。そして、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ６の出力値から内燃機関１の機関回転数を導出し、アクセル開度センサ９の出力値から内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ７の出力値からフィルタ３の温度を推定する。また、ＥＣＵ１０は、スロットル弁８や燃料添加弁５、内燃機関１の燃料噴射弁等と電気的に接続されており、これらを制御することが可能となっている。
＜フィルタ昇温制御＞
本実施例において、フィルタ３にＰＭが堆積すると該フィルタ３の排気浄化能力が低下することになる。そのため、本実施例では、フィルタ３に規定堆積量以上のＰＭが堆積した場合、フィルタ３に堆積したＰＭを酸化・除去して該フィルタ３の排気浄化能力を再生させるべく該フィルタ３を目標温度に昇温させるフィルタ昇温制御が実行される。ここで、規定堆積量とは、ＰＭが酸化するときに発生する熱によってフィルタ３が過昇温する虞があるＰＭの堆積量よりも少ない量であって、実験等によって予め定められた量である。また、目標温度とは、堆積したＰＭが酸化し除去される温度である。尚、予め定められた規定時間毎、もしくは、予め定められた規定走行距離毎にフィルタ昇温制御を実行しても良い。
ここで、本実施例に係るフィルタ昇温制御ルーチンについて図２に示すフローチャート図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、予め定められた制御実行時間毎に繰り返される。
本ルーチンでは、先ず、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０１において、フィルタ昇温制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。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終了する。
Ｓ１０２に進んだＥＣＵ１０は、現時点での内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷以上であるか否かを判別する。
ここで、規定機関負荷とは、フィルタ３より上流側の排気通路２内を流れる排気の温度が、燃料添加弁５から燃料を添加した場合に該燃料が排気通路２内で燃焼してしまうほど高温となっていると判断出来る機関負荷の閾値である。尚、内燃機関１の機関負荷を同様とした場合、内燃機関１の機関回転数が高いほど、主燃料噴射による燃料噴射量が増大されるため気筒２内の温度および排気温度が高くなる虞がある。そのため、本実施例においては、規定機関負荷は、現時点での内燃機関１の機関回転数が高いほど低い値に設定される。ここでは、内燃機関１の機関回転数と規定機関負荷との関係を定めたマップをＥＣＵ１０に予め記憶させておいても良い。Ｓ１０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４に進む。
Ｓ１０４に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁５からの燃料添加を実行することでフィルタ３に燃料を供給し、燃料添加量を制御することで、現時点でのフィルタ３の温度が目標温度より低い場合は該フィルタ３を目標温度にまで昇温させ、現時点でのフィルタ３の温度が目標温度である場合はこの目標温度を維持させる。
る。つまり、この場合、燃料添加弁５から燃料が添加されることでフィルタ３に担持された酸化触媒に該燃料が供給される。そして、この燃料が酸化触媒にて酸化することで発生する熱によってフィルタ３が昇温される。尚、Ｓ１０４において、燃料添加弁５からの燃料添加が実行される場合、スロットル弁８の開度は内燃機関１の機関回転数および機関負荷から定められる開度に制御される。このときのスロットル弁８の開度は、通常の運転状態において内燃機関１の機関回転数および機関負荷を同様とした場合とは異なる開度であっても良い。Ｓ１０４において、フィルタ３を目標温度に昇温させた後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を終了する。
一方、Ｓ１０３に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁５からの燃料添加を禁止すると共に、スロットル弁８の開度を小さくすることで吸入空気量を減少させ、フィルタ３を目標温度に昇温させる。
上述したように、機関負荷が規定機関負荷以上のときに燃料添加弁５から燃料を添加すると該燃料が排気通路２内で燃焼してしまう。そのため、燃料添加弁５からの燃料添加では、フィルタ３の温度を目標温度とするのに十分な燃料をフィルタ３に担持された酸化触媒に供給するのが困難となる虞がある。そこで、このＳ１０３では、スロットル弁８の開度を制御する、即ち吸入空気量を制御することで、現時点でのフィルタ３の温度が目標温度より低い場合は該フィルタ３を目標温度にまで昇温させ、現時点でのフィルタ３の温度が目標温度である場合はこの目標温度を維持させる。
この場合、吸入空気量を減少させることで排気温度が上昇し、排気温度の上昇に伴ってフィルタ３が昇温されることになる。尚、この場合、スロットル弁８の開度を変更する前に、燃料添加弁５からの燃料添加が行われていない状態におけるスロットル弁８の開度とフィルタ３の温度との関係を学習し、この学習した関係に基づいてスロットル弁８の開度を制御する。Ｓ１０３において、フィルタ３を目標温度に昇温させた後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を終了する。
以上説明した制御ルーチンによれば、内燃機関１の機関負荷が高い場合であっても低い
場合であっても、フィルタ３を目標温度に昇温することが出来る。即ち、より広範囲の運転状態でフィルタ３を目標温度に昇温させることが可能となるため、堆積したＰＭの酸化・除去をより広範囲の運転状態で実行することが出来る。また、内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷以上の場合には燃料添加弁５からの燃料添加を禁止することによって、排気通路２内で燃料が燃焼することで排気の温度が過剰に上昇することを抑制することが出来る。このように、本実施例によれば、フィルタ３の浄化能力をより好適に再生することが可能となる。
尚、上記制御ルーチンにおいては、フィルタ３を昇温させるべく該フィルタ３に燃料を供給する場合、排気中に燃料添加弁５から燃料を添加するとしたが、燃料添加弁５からの燃料添加の代わりに、内燃機関１の気筒内において主燃料噴射よりも後の時期であって膨張行程または排気行程で副燃料噴射を実行することで、フィルタ３より上流側から該フィルタ３に燃料を供給しても良い。
また、上記制御ルーチンは、フィルタ３に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）を担持した場合において、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元する場合にも適用出来る。この場合、フィルタ昇温条件を、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘ量が規定吸蔵量以上となった場合としても良い。また、目標昇温を、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元可能な温度とする。
さらに、フィルタ３の代わりにＮＯｘ触媒を配置した場合において、該ＮＯｘ触媒を昇温させる場合に適用しても良い。
＜スロットル弁開度とフィルタ温度との関係の学習＞
次に、フィルタ昇温制御実行中に内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷より低い状態から規定機関負荷以上に移行した場合の制御について図３に基づいて説明する。図３は、フィルタ昇温制御実行中における、機関負荷および燃料添加弁５からの燃料添加、フィルタ３の温度、スロットル弁８の開度の関係を示すタイムチャートである。機関負荷における一点鎖線は規定機関負荷を表し、フィルタ温度における一点鎖線は目標温度を表している。
上述したように、フィルタ昇温制御の実行時であって内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷より低い場合は、燃料添加弁５からの燃料添加が実行されている。このときに、内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷以上に移行した場合、図３に示すように、移行した時点で燃料添加弁５からの燃料添加が停止される。その結果、目標温度に制御されていたフィルタ３の温度が低下し始める。
ここで、本実施例においては、フィルタ昇温制御の実行時であって内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷以上の場合は、スロットル弁８の開度を制御することによってフィルタ３を目標温度に昇温させる。そして、この場合、燃料添加弁５からの燃料添加が行われていない状態でのフィルタ３の温度とスロットル弁８の開度との関係をＥＣＵ１０によって学習し、この学習した関係に基づいてスロットル弁８の開度が制御される。しかしながら、フィルタ３の温度が低下している最中にフィルタ３の温度とスロットル弁８の開度との関係を学習すると、スロットル弁８の開度に実際に対応したフィルタ３の温度よりも該フィルタ３の温度が高いものとして学習してしまう。そして、このように学習したフィルタ３の温度とスロットル弁８の開度との関係に基づいて、フィルタ３の温度を目標温度とすべくスロットル弁８の開度を制御した場合、実際のフィルタ３の温度は目標温度とずれてしまう。
そこで、本実施例では、燃料添加弁５からの燃料添加を停止した後、フィルタ３の温度
が定常状態となってから（即ち、図３のａの時期）ＥＣＵ１０によってフィルタ３の温度とスロットル弁８の開度との関係を学習する。そして、このタイミングで学習した両者の関係に基づいて、フィルタ３の温度を目標温度とすべくスロットル弁８の開度を制御する。
＜フィルタ昇温制御実行中に機関負荷が変化した場合の制御ルーチン＞
ここで、フィルタ昇温制御実行中に内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷より低い状態から規定機関負荷以上に移行した場合の制御ルーチンについて図４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、フィルタ昇温制御の実行中、予め定められた制御実行時間毎に繰り返される。
本ルーチンでは、先ず、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０１において、内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷より低い状態から規定機関負荷以上に移行したか否かを判別する。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終了する。
Ｓ２０２に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁５からの燃料添加を停止する。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０３に進み、フィルタ３の温度が定常状態であるか否かを判別する。ここでは、フィルタ３の単位時間当たりの温度変化量が予め定められた規定量以下となったときにフィルタ３の温度が定常状態となったと判断する。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は本ルーチンの実行を終了する。尚、Ｓ２０３において、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０３を繰り返すとしても良い。
Ｓ２０４に進んだＥＣＵ１０は、スロットル弁８の開度とフィルタ３の温度との関係を学習する。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０５に進み、Ｓ２０４にて学習したスロットル弁８の開度とフィルタ３の温度との関係に基づいて、フィルタ３の温度を目標温度とすべくスロットル弁８の開度制御を実行する。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を終了する。
以上説明した制御ルーチンによれば、フィルタ３の温度が定常状態にあるときにスロットル弁８の開度とフィルタ３の温度との関係を学習し、この学習した関係に基づいてフィルタ３の温度を目標温度とすべくスロットル弁８の開度を制御することで、昇温条件が成立しているときに、内燃機関１の運転状態が低負荷から高負荷に変化した場合であっても、フィルタ３の温度をより正確に目標温度に制御することが出来る。
尚、本実施例において、排気通路２に排気絞り弁が設けられている場合は、スロットル弁８の開度制御と併用して排気絞り弁の開度制御を実行しても良い。
＜内燃機関とその吸排気系の概略構成＞
図５は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図５に示すように、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は、上述した実施例１に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成から燃料添加弁５を除いた点のみが異なりその他の構成は同様である。
＜フィルタ昇温制御＞
本実施例においては、フィルタ３（フィルタ３に担持された酸化触媒）に燃料を供給す
ることで該フィルタ３を昇温させる場合、内燃機関１の気筒内において主燃料噴射よりも後の時期であって膨張行程または排気行程で副燃料噴射を実行することで、フィルタ３より上流側から該フィルタ３に燃料を供給する。
ここで、副燃料噴射によってフィルタ３に燃料を供給する場合、内燃機関１の機関回転数が高くなるほど１回の燃焼サイクルにかかる時間が短くなるため、１回の燃焼サイクル毎に実行可能な副燃料噴射の回数が少なくなる。そのため、高回転運転領域では、副燃料噴射によっては、フィルタ３を目標温度に昇温させるのに十分な量の燃料を供給することが困難な場合がある。
そこで、本実施例では、図６に示すように、フィルタ昇温制御を実行するときに、内燃機関１の運転状態が（Ａ）の領域にあるとき、即ち、内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷より低く且つ内燃機関１の機関回転数が規定機関回転数より低い場合は、副燃料噴射を実行しその噴射量を制御することでフィルタ３を目標温度に昇温させる。そして、フィルタ昇温制御を実行するときに、内燃機関１の運転状態が（Ｂ）の領域にあるとき、即ち、内燃機関１の機関負荷が規定機関負荷以上の場合または内燃機関１の機関回転数が規定機関回転数以上の場合は、副燃料噴射を禁止すると共に、スロットル弁８の開度を制御することでフィルタ３を目標温度に昇温させる。
図６は、内燃機関１の運転状態とフィルタ３の昇温方法との関係を示す図である。 図６において、縦軸は機関負荷を表し、横軸は機関回転数を表している。また、破線は、領域（Ａ）と領域（Ｂ）との境界を表し、実線は機関回転数に応じた最大機関負荷を表している。
ここで、領域（Ａ）と領域（Ｂ）との境界は規定機関負荷と規定回転数とで定められている。規定機関負荷は、上述した実施例１に係る規定機関負荷と同様であり、機関回転数が高いほど低い値となっている。また、規定機関回転数とは、予め定められた機関回転数であって、フィルタ３を目標温度に昇温させるのに十分な量の燃料を供給するのが可能となる副燃料噴射の回数を確保するのが困難となる機関回転数の閾値である。
次に、本実施例に係るフィルタ昇温制御ルーチンについて図７に示すフローチャート図に基づいて説明する。尚、本ルーチンは、図２に示すフィルタ昇温制御ルーチンにおけるＳ１０４をＳ３０４とし、さらにＳ３０３を加えたものである。そのため、ここではＳ３０３およびＳ３０４についてのみ説明し、その他のステップの説明を省略する。本ルーチンも、前記と同様、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、予め定められた制御実行時間毎に繰り返される。
本ルーチンにおいては、Ｓ１０２において、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０３に進む。
Ｓ３０３において、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の機関回転数が規定機関回転数以上であるか否か判別する。このＳ３０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０４に進む。
Ｓ３０４に進んだＥＣＵ１０は、内燃機関１の気筒内での副燃料噴射を実行し、この副燃料噴射による噴射量を制御することで、現時点でのフィルタ３の温度が目標温度より低い場合は該フィルタ３を目標温度にまで昇温させ、現時点でのフィルタ３の温度が目標温度である場合はこの目標温度を維持する。尚、Ｓ３０４において、副燃料噴射が実行される場合、スロットル弁８の開度は内燃機関１の機関負荷から定められる開度に制御される。
以上説明した制御ルーチンによれば、フィルタ３への燃料供給が副燃料噴射によって行われる場合において、内燃機関の機関回転数が高い場合であっても、より確実にフィルタ３を目標温度に昇温することが出来る。即ち、より広範囲の運転状態でフィルタ３を目標温度に昇温させることが可能となるため、堆積したＰＭの酸化・除去をより広範囲の運転状態で実行することが出来る。
尚、本実施例において、フィルタ昇温制御実行中に、内燃機関１の運転状態が、図６に示す領域（Ａ）から領域（Ｂ）に移行した場合、移行した時点で副燃料噴射は停止される。そして、副燃料噴射を停止した後、フィルタ３の温度が定常状態となってからＥＣＵ１０によってフィルタ３の温度とスロットル弁８の開度との関係を学習し、このタイミングで学習した両者の関係に基づいて、フィルタ３の温度を目標温度とすべくスロットル弁８の開度を制御する。
このような制御を行うことによって、フィルタ昇温制御の実行中に、内燃機関１の運転状態が変化した場合であっても、フィルタ３の温度をより正確に目標温度に制御することが出来る。
また、本実施例に係る上記制御ルーチンも、実施例１に係るフィルタ昇温制御ルーチンと同様、フィルタ３にＮＯｘ触媒を担持した場合、もしくは、フィルタ３の代わりにＮＯｘ触媒を配置した場合において、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元する場合にも適用することが出来る。
本発明の実施例１に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。 本発明の実施例１に係るフィルタ昇温制御ルーチンを示すフローチャート図。 フィルタ昇温制御実行中における、機関負荷および燃料添加弁からの燃料添加、フィルタの温度、スロットル弁の開度の関係を示すタイムチャート。 フィルタ昇温制御実行中に内燃機関の機関負荷が規定機関負荷より低い状態から規定機関負荷以上に移行した場合の制御ルーチンを示すフローチャート図。 本発明の実施例２に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。 本発明の実施例２に係る、内燃機関の運転状態とフィルタの昇温方法との関係を示す図。 本発明の実施例２に係るフィルタ昇温制御ルーチンを示すフローチャート図。
符号の説明
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・パティキュレートフィルタ
５・・・燃料添加弁
７・・・排気温度センサ
８・・・スロットル弁
１０・・ＥＣＵ

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する排気浄化手段と、
    該排気浄化手段より上流側から該排気浄化手段に燃料成分を供給する燃料成分供給手段と、
    前記内燃機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、を備え、
    前記排気浄化手段の排気浄化能力を再生すべく前記排気浄化手段を目標温度に昇温させる昇温条件が成立しているときに、前記内燃機関の機関負荷が規定機関負荷より低い場合は、前記燃料成分供給手段から前記排気浄化手段に供給される燃料成分量を制御することで前記排気浄化手段の温度を前記目標温度に上昇または維持させると共に、前記吸入空気量制御手段によって前記内燃機関の吸入空気量を該内燃機関の機関回転数および該内燃機関の機関負荷から定められる吸入空気量に制御し、
    前記昇温条件が成立しているときに、前記内燃機関の機関負荷が前記規定機関負荷以上の場合は、前記燃料成分供給手段からの燃料成分の供給を禁止すると共に、前記吸入空気量制御手段によって前記内燃機関の吸入空気量を制御することで前記排気浄化手段の温度を前記目標温度に上昇または維持させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記燃料成分供給手段が、前記内燃機関の気筒内において主燃料噴射よりも後の時期であって膨張行程または排気行程で副燃料噴射を実行することで、前記排気浄化手段より上流側から該排気浄化手段に燃料成分を供給する場合において、
    前記昇温条件が成立しているときに前記内燃機関の機関負荷が規定機関負荷より低い場合であっても、前記内燃機関の機関回転数が規定機関回転数以上の場合は、前記燃料成分供給手段からの燃料成分の供給を禁止すると共に、前記吸入空気量制御手段によって前記内燃機関の吸入空気量を制御することで前記排気浄化手段の温度を前記目標温度に上昇または維持させ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. 前記規定機関負荷を、前記昇温条件が成立しているときの前記内燃機関の機関回転数が高いほど低い値に設定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装置。
  4. 前記燃料成分供給手段からの燃料成分の供給が実行されていない状態における、前記内燃機関の吸入空気量と前記排気浄化手段の温度との関係を学習する学習手段をさらに備え、
    前記昇温条件が成立しているときに、前記内燃機関の運転状態が、前記燃料成分供給手段から前記排気浄化手段に供給される燃料成分量を制御することで前記排気浄化手段を前記目標温度に昇温させる運転領域から、前記吸入空気量制御手段によって前記内燃機関の吸入空気量を制御することで前記排気浄化手段を前記目標温度に昇温させる運転領域に移行した場合、前記燃料成分供給手段からの燃料成分の供給を停止した後、前記排気浄化手段の温度が定常状態となってから、前記学習手段によって、前記内燃機関の吸入空気量と前記排気浄化手段との関係の学習を実行し、
    前記学習手段によって学習された前記内燃機関の吸入空気量と前記排気浄化手段の温度との関係に基づいて、前記排気浄化手段の温度を前記目標温度とすべく前記吸入空気量制御手段によって前記内燃機関の吸入空気量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置
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