JP2008133738A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルの燃料による希釈を抑制しつつ、フィルタ再生の終了の遅れを抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】フィルタ再生の実行中に吸入空気量ＧＡの少なくなる機関運転領域（低ＧＡ領域）に移行すると、ポスト噴射の際の燃料量の減量補正を通じてシリンダ内壁に付着する燃料の量が少なくされ、内燃機関１のオイルの上記燃料による希釈の抑制が図られる。また、上記ポスト噴射に関しては、停止されることなくポスト噴射量の減量補正が行われるだけとなる。このため、フィルタ再生の実行中に機関運転領域が低ＧＡ領域とそれ以外の領域（高ＧＡ領域）との間で頻繁に変化するという状況のもとで、低ＧＡ領域に移行したとき、フィルタ温度が大幅に低下することはなくなる。更に、後に高ＧＡ領域に移行したとき、フィルタ温度のＰＭの燃焼に必要な値への上昇に時間がかかるということもなくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来より、車載用ディーゼルエンジン等の内燃機関に適用される排気浄化装置として、排気系に煤を主成分とする粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するフィルタを設けたものが知られている。こうした排気浄化装置では、フィルタにＰＭの堆積による目詰まりが生じ、それに起因してフィルタにおけるＰＭの捕集能力が低下したり機関出力が低下したりするおそれがあるため、フィルタに堆積したＰＭを燃焼させて同フィルタの目詰まりを解消するフィルタ再生が行われる。

例えば、特許文献１では、以下のようにフィルタ再生が行われる。
フィルタでのＰＭ堆積量が許容上限値まで上昇すると、燃料噴射弁から燃焼室への機関運転のための燃料噴射である主燃料噴射が行われた後、排気系の触媒への燃料成分の供給を行うための同燃料噴射弁からの燃料噴射であるポスト噴射が実行される。このポスト噴射を通じて排気系の触媒に燃料成分が供給されると、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の成分が排気中や触媒上で酸化反応され、その酸化反応に伴う発熱でフィルタが高温環境下におかれる。これにより、フィルタに堆積するＰＭが燃焼して除去され、同フィルタのＰＭによる目詰まりが解消される。

なお、こうしたフィルタ再生の終了に関しては、燃料噴射弁からのポスト噴射の停止を通じて行われ、例えば同フィルタのＰＭ堆積量がほぼ「０」であると判断されるときに行うことが考えられる。

ところで、ポスト噴射を通じて燃焼室内に噴射された燃料のうち、一部は排気系に送り出されることなくシリンダ内壁に付着することになる。このようにシリンダ内壁に付着する燃料の量は、吸入空気量の多くなる機関運転領域では少なくなり、吸入空気量の少なくなる機関運転領域では当該吸入空気が少なくなるほど多くなる傾向がある。これは、内燃機関の吸入空気量が少なくなるほど、燃焼室内でのガスの温度が低くなってポスト噴射を通じて燃焼室に噴射された燃料がシリンダ内壁に付着しやすくなるためである。

シリンダ内壁に燃料が付着すると、ピストンの往復動作時に上記燃料がシリンダ内壁とピストンリングとの間からオイルパン側に漏れる。その結果、内燃機関の潤滑等に用いられるオイルに上記燃料が混入し、そのオイルがより粘度の低い当該燃料によって希釈されることとなる。従って、シリンダ内壁に付着する燃料の量が多くなるとき、すなわち吸入空気量の少なくなる機関運転領域では、上記オイルの燃料による希釈に起因した粘度低下が顕著になり、そのオイルによる同機関の各所の潤滑が不十分になるおそれがある。

そこで、特許文献１に示されるように、内燃機関の低負荷低回転領域、言い換えれば吸入空気量の少なくなる機関運転領域においては、フィルタ再生を実行しないようにすることが考えられる。この場合、吸入空気量の少なくなる機関運転領域において、ポスト噴射によってシリンダ内壁に多量の燃料が付着することは防止され、ひいては当該燃料によって内燃機関のオイルが希釈されて粘度低下することが防止される。このため、同オイルによる内燃機関の潤滑が不十分になるという上述した不具合の発生を回避することができる。
特開２００４−４４４０３公報（段落［００２４］〜［００２６］、図４）

しかし、上述したように吸入空気量の少なくなる機関運転状態のときにフィルタ再生を行わないようにすると、フィルタ再生の実行中に機関運転領域が吸入空気量の多くなる領域と吸入空気量の少なくなる領域との間で頻繁に変化するという状況のもとでは、フィルタ再生が完了するまでに要する時間の面で不具合が生じる。

ここで、上述した状況のもとでは、フィルタ再生を以下のように行うことにより、フィルタに堆積したＰＭを除去し、フィルタ再生を完了させることが考えられる。すなわち、吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行したときにはポスト噴射を停止してフィルタ再生を中断し、その後に吸入空気量の多くなる機関運転領域に移行したときにポスト噴射を実行してフィルタ再生を再開する。こうしたことをフィルタでのＰＭ堆積量がほぼ「０」になるまで繰り返し、当該ＰＭ堆積量がほぼ「０」であると判断されることに基づきフィルタ再生を終了させる。

このようにフィルタ再生を実行することにより、吸入空気量の少なくなる機関運転領域でのシリンダ内壁への燃料の付着を防止することができ、その燃料による内燃機関のオイルの希釈を抑制することはできるようになる。しかしながら、吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行したとき、ポスト噴射が停止されてフィルタ再生が中断されると、ポスト噴射による触媒への燃料成分の供給が行われなくなるため、フィルタの温度が大幅に低下してしまう。このため、その後に機関運転状態が吸入空気量の少なくなる領域から吸入空気量の多くなる領域へと移行し、ポスト噴射が実行されてフィルタ再生が再開されたとき、フィルタの温度を同フィルタでのＰＭ堆積量の減少に必要な値まで上昇させる際に時間がかかるようになる。その結果、フィルタ再生を通じてフィルタでのＰＭ堆積量をほぼ「０」とするまでに多くの時間を要し、当該フィルタ再生の終了が遅れるようになることは避けられない。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、オイルの燃料による希釈を抑制しつつ、フィルタ再生の終了の遅れを抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関の排気系に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、機関運転のための燃料噴射弁から燃焼室への燃料噴射の後に行われる同燃料噴射弁からの燃料噴射であるポスト噴射を通じて前記排気系の触媒に燃料成分を供給し、その燃料成分の当該触媒での酸化熱によりフィルタ温度を上昇させることにより、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するフィルタ再生を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタ再生の実行中であって内燃機関の吸入空気量が少ないとき、前記ポスト噴射を行いつつ、その際のポスト噴射量を減量補正する補正手段を備えた。

上記構成によれば、フィルタ再生中に吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行すると、ポスト噴射量の減量補正を通じてシリンダ内壁に付着する燃料の量が少なくなり、それに基づき内燃機関のオイルの上記燃料による希釈が生じることが抑制されるようになる。また、フィルタ再生中に吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行したときのポスト噴射に関しては、停止されることなくポスト噴射量の減量補正が行われるだけとなるため、そのときのフィルタの温度の大幅な低下を抑制することができる。このため、フィルタ再生の実行中に機関運転領域が吸入空気量の多くなる領域と吸入空気量の少なくなる領域との間で頻繁に変化するという状況のもとで、吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行したとき、フィルタの温度が大幅に低下することはなくなる。更に、後に吸入空気量の多くなる機関運転領域へと移行したとき、フィルタ温度のＰＭ堆積量の減少に必要な値への上昇に時間がかかることもなくなる。従って、上述した況下でのフィルタ再生を通じてフィルタでのＰＭ堆積量をほぼ「０」とする際、それに多くの時間を要し、当該フィルタ再生の終了が遅れることを抑制できるようになる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明では、前記フィルタ再生では、前記フィルタ温度が目標温度に達するよう前記ポスト噴射量の補正値であるフィードバック補正値が増減され、前記補正手段は、前記目標温度を低下させることにより前記ポスト噴射量の減量補正を行うものとした。

上記構成によれば、フィルタ再生の実行中にはポスト噴射量がフィードバック補正値により補正されるとともに、そのフィードバック補正値がフィルタ温度を目標温度に到達させるよう増減される。ここで、吸入空気量の少なくなる機関運転領域では、内燃機関の排気温度が低くなることから、ポスト噴射によるフィルタ温度の上昇が難しくなる。このため、目標温度が高く設定されていると、その目標温度に対するフィルタ温度の低下側への乖離に基づきフィードバック補正値が大きくされるものの、当該補正値分だけポスト噴射量が増量されるとき、その増量がフィルタ温度の上昇に寄与せず、フィードバック補正値が大きな値のままになる。しかし、吸入空気量の少なくなる機関運転領域では、それ以外のときと比較して目標温度が低下させられるため、目標温度とフィルタ温度との乖離が小となってフィードバック補正値の増大が抑えられ、同補正値が大きな値のままになるという上記不具合の発生が抑制されるようになる。

請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記補正手段は、前記目標温度が内燃機関の吸入空気量の少ない状況下で前記フィルタ温度を維持可能な範囲内の値となるよう当該目標温度を低下させるものとした。

上記構成によれば、フィルタ再生の実行中に機関運転領域が吸入空気量の多くなる領域と吸入空気量の少なくなる領域との間で頻繁に変化するという状況のもとで、吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行したとき、目標温度がフィルタ温度を維持可能な範囲内で低下される。このため、吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行したときには、上記目標温度にフィルタ温度が達するようフィードバック補正値を増減してポスト噴射量を調整することで、当該フィルタ温度を一定に維持することができ、同フィルタ温度の低下を生じさせないようにすることができる。従って、後に吸入空気量の多くなる機関運転領域に移行して目標温度が通常の値へと上昇したとき、ポスト噴射を通じてフィルタ温度を当該目標温度へと速やかに到達させることができる。

請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記補正手段は、前記目標温度に対し低下補正項分の補正を行うものであって、内燃機関の吸入空気量の少ないときには前記低下補正項を前記目標温度を減少側に補正し得る一定値に設定するものとした。

フィルタ再生の実行中に吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行したとき、目標温度の低下は、その目標温度に対する低下補正項分の補正を通じて実現される。上記構成によれば、低下補正項が一定値に設定されているため、その低下補正項の設定など上記目標温度の低下を行うための処理を簡単なものとすることができる。

請求項５記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記補正手段は、前記目標温度に対し低下補正項分の補正を行うものであって、内燃機関の吸入空気量の少ないときには前記低下補正項を当該吸入空気量の減少に伴い前記目標温度をより低下側に補正する値となるよう可変設定するものとした。

フィルタ再生の実行中に吸入空気量の少なくなる機関運転領域に移行したとき、目標温度の低下は、その目標温度に対する低下補正項分の補正を通じて実現される。そして、上記低下補正項は、吸入空気量の減少に伴い目標温度をより低下させる側の値となるよう可変設定される。ここで、吸入空気量が少なくなるほど排気温度が下がることから、目標温度におけるフィルタ温度を維持可能な値は吸入空気量が少なくなるほど低くなる。また、吸入空気量が少なくなるほど燃焼室内のガスの温度が低くなるため、ポスト噴射によってシリンダ内壁に付着する燃料の量は吸入空気量が少なくなるほど多くなる。従って、目標温度を低下させる際、上述したように低下補正項を可変設定することで、フィルタ温度の低下防止とシリンダ内壁への燃料付着抑制とを最も良好な状態で両立させることが可能になる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図９に従って説明する。
図１は、本実施形態の排気浄化装置が適用される内燃機関１の構成を示している。この内燃機関１は、コモンレール方式の燃料噴射装置及びターボチャージャを備えるディーゼル機関となっている。

内燃機関１の各燃焼室２には吸気通路３及び排気通路４が接続されている。
そして、吸気通路３には、その上流部から下流側に向けて順に、エアフローメータ５、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ、インタークーラ７、及び吸気絞り弁８が配設されている。また、吸気通路３は、吸気絞り弁８の下流側に設けられた吸気マニホールド９にて各気筒に対応して分岐している。

一方、排気通路４は、各気筒の燃焼室２と繋がる排気マニホールド１０によって各気筒毎に分岐した状態から一つに集合するようにされ、その排気マニホールド１０の下流側でターボチャージャ６の排気タービン６ｂに接続されている。また、排気通路４の排気タービン６ｂ下流には、上流側から順に、第１酸化触媒１１、第２酸化触媒１２、フィルタ１３、排気絞り弁１４が配設されている。上記第１酸化触媒１１及び第２酸化触媒１２は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化するものである。また、上記フィルタ１３は、多孔質材料によって形成されており、排気中の煤を主成分とする粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。

なお、排気通路４における第２酸化触媒１２の上流側及び下流側には、第２酸化触媒１２に流入する排気の温度を検出する第１排気温度センサ１５、及びフィルタ１３に流入する排気の温度を検出する第２排気温度センサ１６がそれぞれ配設されている。また、排気通路４における第２酸化触媒１２とフィルタ１３との間には、フィルタ１３の上流側の圧力を検出する圧力センサ１７が配設されている。

更に、この内燃機関１には、排気の一部を吸気通路３内の空気に再循環させる排気再循環（以下、ＥＧＲと記載する）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路４と吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路１８を備えて構成されている。ＥＧＲ通路１８の最上流部は、排気通路４の上記排気タービン６ｂの排気上流側に接続されている。ＥＧＲ通路１８には、その上流側から、再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラ１９、その排気の流量を調整するＥＧＲ弁２０が順に配設されている。そしてＥＧＲ通路１８の最下流部は、吸気通路３の上記吸気絞り弁８の下流側に接続されている。

一方、内燃機関１各気筒の燃焼室２には、同燃焼室２内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁２１がそれぞれ配設されている。各気筒の燃料噴射弁２１はコモンレール２２に接続されており、コモンレール２２には高圧ポンプ２３を通じて高圧燃料が供給される。そして、コモンレール２２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール２２に取り付けられたレール圧センサ２４によって検出されるようになっている。

こうした内燃機関１の各種制御は、制御装置２５により実施されている。制御装置２５は、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

制御装置２５の入力ポートには、上述した各センサに加え、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ２６、機関回転速度を検出する機関回転速度センサ２７、大気圧を検出する大気圧センサ２８、及び吸気絞り弁８の開度を検出する絞り弁センサ２９等が接続されている。また、制御装置２５の出力ポートには、上記吸気絞り弁８、排気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２０、燃料噴射弁２１、及び高圧ポンプ２３等の駆動回路が接続されている。

制御装置２５は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記吸気絞り弁８の開度制御、上記排気絞り弁１４の開度制御、上記ＥＧＲ弁２０の開度制御に基づくＥＧＲ制御、上記燃料噴射弁２１の燃料噴射制御、及び高圧ポンプ２３の吐出圧力制御等の各種制御が制御装置２５により実施されている。

以上の如く構成された本実施形態では、上記フィルタ１３でのＰＭによる目詰まりを防止すべく、同フィルタ１３に堆積したＰＭを燃焼させて浄化するフィルタ再生が実施される。こうしたフィルタ再生を行うには、上記フィルタを十分に高温化する必要がある。このため、フィルタ再生の実行時には、第１酸化触媒１１及び第２酸化触媒１２に燃料成分を供給し、フィルタ１３の温度を上記ＰＭの燃焼に必要な値（例えば６００〜７００℃）まで上昇させることが行われる。

フィルタ再生に関しては、圧力センサ１７の検出信号に基づき推定される非フィルタ再生時におけるフィルタ１３でのＰＭ堆積量が許容上限値以上になったときに開始される。なお、上記ＰＭ堆積量を圧力センサ１７の検出信号に基づき推定できるのは、そのＰＭ堆積量と圧力センサ１７によって検出される圧力との間に、ＰＭ堆積量の増大に伴い当該圧力が高くなるという関係があるためである。フィルタ再生が開始されると、第１酸化触媒１１及び第２酸化触媒１２に燃料成分を供給し、それら触媒１１，１２での燃料の酸化に伴う酸化熱により、フィルタ１３の温度が上記ＰＭの燃焼に必要な値まで上昇される。

具体的には、燃料噴射弁２１から燃焼室２への機関運転のための燃料噴射である主燃料噴射が行われた後、第１酸化触媒１１及び第２酸化触媒１２に燃料成分を供給するための同燃料噴射弁２１からの燃料噴射であるポスト噴射が実行される。こうしたポスト噴射に関しては、機関運転状態に基づき算出されたポスト噴射量Ｑｐが上記主燃料噴射後に燃料噴射弁２１から噴射されるよう、当該燃料噴射弁２１を駆動制御することによって実現される。

そして、ポスト噴射によって燃料噴射弁２１から噴射された燃料は、排気通路４に送り出されて第１酸化触媒１１に達する。第１酸化触媒１１に燃料成分が達すると、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の成分が排気中や触媒上で酸化反応され、その酸化反応に伴う発熱で排気温度が上昇する。更に、この排気温度の上昇作用によって第２酸化触媒１２の昇温が図られ、これにより第２酸化触媒１２の活性化が促進される。また、第１酸化触媒１１で酸化されることなく通過した燃料成分が第２酸化触媒１２に達すると、その第２酸化触媒１２においても燃料成分の酸化反応が行われ、それに伴う発熱で排気温度が上昇する。そして、以上のように昇温された排気がフィルタ１３に流入することにより、フィルタ１３の温度が上記ＰＭを燃焼させ得る値へと上昇される。

こうしたフィルタ再生が行われることにより、フィルタ１３に堆積したＰＭが燃焼され、同フィルタ１３でのＰＭ堆積量が減少する。なお、フィルタ再生開始後のフィルタ１３でのＰＭ堆積量、言い換えればフィルタ再生中の同ＰＭ堆積量は、式「（フィルタ再生中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍ）＝（フィルタ再生開始時のＰＭ堆積量ＰＭｓｍ）＋ＰＭ排出量ＰＭｅ−ＰＭ酸化量ＰＭｃ …（１）」に基づいて推定される。

式（１）のＰＭ排出量ＰＭｅは、内燃機関１から排気通路４に排出されるＰＭの量であって、実験等を通じて予め設定されたマップを参照して機関回転速度ＮＥ及び機関負荷に基づき求められる。なお、ここで用いられる機関負荷としては、燃料噴射弁２１からの主燃料噴射の際の燃料噴射量Ｑfin が用いられる。また、式（１）のＰＭ酸化量ＰＭｃは、フィルタ１３に堆積したＰＭの燃焼量であって、実験等を通じて予め設定されたマップを参照してフィルタ温度Ｔｆ及び吸入空気量ＧＡに基づき求められる。なお、ここで用いられるフィルタ温度Ｔｆは第２排気温度センサ１６の検出信号に基づき求められるものであり、吸入空気量ＧＡはエアフローメータ５の検出信号に基づき求められるものである。

そして、式（１）に基づき推定されるＰＭ堆積量がフィルタ再生の実行によって十分に少なくなり、例えばほぼ「０」と判断できるほど少なくなると、フィルタ再生が完了した旨判断されてポスト噴射が停止される。このポスト噴射の停止を通じてフィルタ再生が終了されることとなる。

ここで、フィルタ再生のためのポスト噴射を実行する際に用いられるポスト噴射量Ｑｐの算出手順について、ポスト噴射量算出ルーチンを示す図２のフローチャートを参照して説明する。このポスト噴射量算出ルーチンは、制御装置２５を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、基本噴射量Ｑpbの算出（Ｓ１０１）、フィードバック補正値Ｈの算出（Ｓ１０２）が順に行われ、それら基本噴射量Ｑpb及びフィードバック補正値Ｈを用いて次の式（２）に基づきポスト噴射量Ｑｐの算出が行われる（Ｓ１０３）。

Ｑｐ＝Ｑpb＋Ｈ …（２）
Ｑｐ：ポスト噴射量
Ｑpb：基本噴射量
Ｈ ：フィードバック補正値
上記基本噴射量Ｑpbは、ポスト噴射量Ｑｐのベース値であり、ステップＳ１０１で燃料噴射量Ｑfin 及び機関回転速度ＮＥに基づき算出される。こうして算出された基本噴射量Ｑpbに関しては、機関回転速度ＮＥ一定の条件下では、燃料噴射量Ｑfin が大となるほど小さい値とされる。これは、燃料噴射量Ｑfin が大となるほど内燃機関１の排気温度が高くなり、少ない量のポスト噴射でフィルタ温度Ｔｆを上昇させることが可能なためである。また、上記算出された基本噴射量Ｑpbは、機関回転速度ＮＥの上昇に伴い大になるという、大まかな傾向を有する。これは、機関回転速度ＮＥが大となるほど、排気がフィルタ１３を通過する時間、言い換えれば排気からフィルタ１３への熱の伝達が行われる時間が短くなり、フィルタ温度Ｔｆを上昇させにくくなるためである。

また、フィードバック補正値Ｈは、フィルタ温度Ｔｆを目標温度Ｔｔとすべくポスト噴射量を増減補正するためのものであって、ステップＳ１０２において目標温度Ｔｔに対するフィルタ温度Ｔｆの増加側または減少側への乖離量に応じて算出される。より詳しくは、フィードバック補正値Ｈに関しては、フィルタ温度Ｔｆが目標温度Ｔｔよりも高いときには同フィルタ温度Ｔｆの目標温度Ｔｔに対する乖離量が大きいほど小さな値となり、フィルタ温度Ｔｆが目標温度Ｔｔよりも低いときには同フィルタ温度Ｔｆの目標温度Ｔｔに対する乖離量が大きいほど大きな値となる。なお、上記目標温度Ｔｔとしては、フィルタ１３に堆積したＰＭを燃焼させて同フィルタ１３でのＰＭ堆積量を減少可能な値が採用される。

ところで、フィルタ再生のためのポスト噴射においては、それによって燃焼室２内に噴射された燃料のうちの一部が排気通路４に送り出されることなくシリンダ内壁に付着することになる。このように内燃機関１のシリンダ内壁に燃料が付着すると、同機関１におけるピストンの往復移動時に上記燃料がシリンダ内壁とピストンリングとの間からオイルパン側に漏れる。その結果、内燃機関１の潤滑等に用いられるオイルに上記燃料が混入し、そのオイルがより粘度の低い当該燃料によって希釈される。

こうしたポスト噴射に起因するオイルの燃料による希釈度合いは、内燃機関１の吸入空気量ＧＡの大小から影響を受ける。図３は、吸入空気量ＧＡの変化に対するオイルの燃料による希釈度合いの変化を示すグラフである。同図の実線からわかるように、オイルの燃料による希釈度合いは、吸入空気量ＧＡが小となる機関運転領域ほど大きなものとなる。これは、吸入空気量ＧＡが小となるほど燃焼室２内でのガスの温度が低くなり、ポスト噴射を通じて燃焼室２に噴射された燃料がシリンダ内壁に付着しやすくなるためである。

従って、吸入空気量ＧＡが小となる機関運転領域（以下、低ＧＡ領域という）では、ポスト噴射によるシリンダ内壁への燃料の付着が多くなって上記オイルの燃料による希釈度合いが大となり、そのオイルの燃料による希釈に起因した粘度低下が顕著になる。その結果、同オイルによる内燃機関１の潤滑が不十分になるおそれがある。

こうした不具合に対処するため、低ＧＡ領域ではフィルタ再生を実行しないようにしてポスト噴射を停止することが考えられる。ただし、フィルタ再生の実行中に低ＧＡ領域に移行したときには、フィルタ１３でのＰＭ堆積量をほぼ「０」まで減少させてフィルタ再生を完了させるが好ましいことから、次のようにフィルタ再生（ポスト噴射）の実行及び停止を行うことが考えられる。すなわち、フィルタ再生中には低ＧＡ領域への移行に基づきフィルタ再生を一時的に中断してポスト噴射を停止し、後に低ＧＡ領域よりも吸入空気量ＧＡの大となる機関運転領域（以下、高ＧＡ領域という）に移行したときにフィルタ再生を再開してポスト噴射を実行する。こうしたことをフィルタ１３でのＰＭ堆積量がほぼ「０」になるまで繰り返してフィルタ再生を完了させる。

図４は、フィルタ再生中に機関運転領域が低ＧＡ領域と高ＧＡ領域との間で頻繁に変化したときのフィルタ温度Ｔｆの変化、及びフィルタ１３でのＰＭ堆積量の変化を示したタイムチャートである。同図において、（ａ）はフィルタ温度Ｔｆの変化を示し、（ｂ）は上記ＰＭ堆積量の変化を示している。

同図に示されるように、フィルタ１３でのＰＭ堆積量が許容上限値以上になると（タイミングＴ０）、フィルタ再生が開始されてポスト噴射が実行される。こうしたフィルタ再生の実行により、フィルタ温度Ｔｆが上昇して同フィルタ１３に堆積したＰＭが燃焼され、フィルタ温度Ｔｆが目標温度Ｔｔ以上に上昇することによりＰＭ堆積量が減少してゆく。

そして、フィルタ再生中に機関運転領域が低ＧＡ領域に移行したとき、フィルタ再生が中断されてポスト噴射が停止されると、シリンダ内壁への燃料付着がなくなってオイルの燃料による希釈は抑制されるものの、フィルタ温度Ｔｆが大幅に低下して目標温度Ｔｔを下回る。その結果、フィルタ１３でのＰＭ堆積量の減少が停滞する。その後、機関運転領域が高ＧＡ領域に移行してフィルタ再生が再開されてポスト噴射が実行されると、フィルタ温度Ｔｆが上昇して再びフィルタ１３に堆積したＰＭが燃焼され、フィルタ温度Ｔｆが目標温度Ｔｔ以上に上昇することによりＰＭ堆積量が再び減少するようになる。

こうしたフィルタ再生の中断・再開が繰り返された結果、フィルタ１３でのＰＭ堆積量がほぼ「０」と判断できるほど少なくなると（タイミングＴ１）、フィルタ再生が完了した旨判断されてポスト噴射が停止される。このポスト噴射の停止を通じてフィルタ再生が終了されることとなる。

以上のように、フィルタ再生の実行中において機関運転領域が低ＧＡ領域に移行したとき、フィルタ再生を中断してポスト噴射を停止するようにすれば、ポスト噴射によるシリンダ内壁への大量の燃料の付着が防止され、ひいては当該燃料によって内燃機関のオイルが希釈されて粘度低下することが防止される。従って、同オイルによる内燃機関１の潤滑が不十分になるという上述した不具合の発生を回避することができるようになる。

しかし、機関運転領域が低ＧＡ領域に移行したときにポスト噴射を停止してフィルタ再生を中断すると、ポスト噴射による第１酸化触媒１１及び第２酸化触媒１２への燃料成分の供給が行われなくなるため、それら触媒１１、１２での燃料成分の酸化反応がなくなってフィルタ温度Ｔｆが大幅に低下してしまう。このため、その後に機関運転領域が高ＧＡ領域に移行し、ポスト噴射が実行されてフィルタ再生が再開されたとき、フィルタ温度Ｔｆをフィルタ１３でのＰＭ堆積量を減少させることの可能な温度である目標温度Ｔｔまで上昇させるために必要な時間ｔ１が長くなる。その結果、フィルタ再生の開始（Ｔ０）からフィルタ再生の完了（Ｔ１）までに多くの時間を要し、当該フィルタ再生の完了が遅れるようになる。

そこで本実施形態では、フィルタ再生の実行中であって機関運転領域が低ＧＡ領域に移行したときには、ポスト噴射を行いつつ、その際のポスト噴射量を減量補正する。更に、機関運転領域が低ＧＡ領域から高ＧＡ領域へと移行したときには、上記ポスト噴射量の減量補正を中止する。

この場合、フィルタ再生の実行中に機関運転領域が低ＧＡ領域に移行すると、ポスト噴射量の減量補正を通じてシリンダ内壁に付着する燃料の量が少なくされる。その結果、内燃機関１のオイルの燃料による希釈が抑制され、同オイルの燃料による希釈の度合いが図３に二点鎖線で示されるように小となる。

また、フィルタ再生の実行中に機関運転領域が低ＧＡ領域と高ＧＡ領域との間で頻繁に変化するという状況のもとで、低ＧＡ領域への移行が生じたとき、ポスト噴射は停止されずにポスト噴射量の減量補正が行われるため、フィルタ温度Ｔｆが大幅に低下することはなくなる。更に、高ＧＡ領域に移行してフィルタ再生が再開されたとき、フィルタ温度Ｔｆを目標温度Ｔｔまで上昇させようとしてもそれに時間がかかるということもなくなる。従って、上述した状況下において、フィルタ再生の開始から完了までに多くの時間を要することがなくなり、その完了が遅れることを抑制できるようになる。

次に、フィルタ再生中に機関運転領域が低ＧＡ領域と高ＧＡ領域との間で頻繁に変化する状況のもとで、上述したポスト噴射量の減量補正を実施したときのフィルタ温度Ｔｆの推移、及びフィルタ１３でのＰＭ堆積量の推移について、図５のタイムチャートを参照して詳しく説明する。なお、同図において、（ａ）はフィルタ温度Ｔｆの変化を示し、（ｂ）はフィルタ１３でのＰＭ堆積量の変化を示している。

同図に示されるように、ＰＭ堆積量が許容上限値以上になると（タイミングＴ０）、フィルタ再生が開始されてポスト噴射によりフィルタ温度Ｔｆが目標温度Ｔｔ以上に上昇される。フィルタ再生中に機関運転領域が低ＧＡ領域に移行したときには、ポスト噴射は停止されずにポスト噴射量の減量補正が行われるため、ポスト噴射による第１酸化触媒１１及び第２酸化触媒１２への燃料成分の供給が停止されることはない。このため、それら第１酸化触媒１１及び第２酸化触媒１２での燃料成分の酸化反応が続き、フィルタ温度Ｔｆの大幅な低下が生じることはなくなる。

そして、その後に機関運転領域が高ＧＡ領域に移行すると、ポスト噴射量の減量補正が中止され、フィルタ温度Ｔｆがフィルタ１３でのＰＭ堆積量を減少させることの可能な温度である目標温度Ｔｔ以上に速やかに上昇することとなる。従って、低ＧＡ領域から高ＧＡ領域への移行時点からフィルタ温度Ｔｆを目標温度Ｔｔまで上昇させるために必要な時間ｔ２が図４に示される時間ｔ１よりも短くなる。その結果、フィルタ再生の開始（Ｔ０）からＰＭ堆積量がほぼ「０」となってフィルタ再生が完了（Ｔ２）するまでの時間を短くすることができ、ひいては当該フィルタ再生の完了に遅れが生じることを抑制できるようになる。

次に、上述したポスト噴射量の減量補正の具体的な実行手順について説明する。
こうしたポスト噴射量の減量補正は、目標温度Ｔｔを低下させることによって実現される。フィルタ再生の実行中に低ＧＡ領域に移行したとき、目標温度Ｔｔを低下させると、フィルタ温度Ｔｆに対し目標温度Ｔｔが相対的に低下するため、それらフィルタ温度Ｔｆ及び目標温度Ｔｔに基づき算出される上記式（２）のフィードバック補正値Ｈが小さくなる。その結果、式（２）を用いて算出されるポスト噴射量Ｑｐが小となり、同ポスト噴射量Ｑｐが得られるよう燃料噴射弁２１を駆動することにより、ポスト噴射量が減量補正されることとなる。なお、高ＧＡ領域では目標温度Ｔｔが低下させた値から通常の値に戻され、それによって上記ポスト噴射量の減量補正は中止される。

図６は、フィルタ再生の実行中に機関運転領域が低ＧＡ領域となる条件のもと、目標温度Ｔｔを徐々に低下させた場合の内燃機関１におけるオイルの燃料による希釈度合いの変化を示すグラフである。同図から分かるように、目標温度Ｔｔを低下させるほど、上記オイルの燃料による希釈度合いは小となる。これは、目標温度Ｔｔを低下させるほどポスト噴射量の減量側への補正が大となり、ポスト噴射によるシリンダ内壁への燃料の付着量が少なくなるためである。こうした目標温度Ｔｔの低下を通じてのポスト噴射量の減量補正により、上記オイルの燃料による希釈を抑制することができ、更にはそれに起因して内燃機関１の上記オイルによる潤滑が不十分になることを抑制できるようになる。

ここで、低ＧＡ領域では、内燃機関１の排気温度が低くなることから、ポスト噴射によるフィルタ温度Ｔｆの上昇が難しくなる。フィルタ再生の実行中に低ＧＡ領域に移行したとき、フィードバック補正値Ｈの大きさは目標温度Ｔｔに対するフィルタ温度Ｔｆの乖離量に応じて変化する。従って、このときに目標温度Ｔｔが高く設定されていると、図７（ａ）に示されるように目標温度Ｔｔに対するフィルタ温度Ｔｆの低下側についての乖離量Ｋ１に基づき、フィードバック補正値Ｈが大きくされることとなる。しかし、当該フィードバック補正値Ｈ分だけポスト噴射量が増量されたとしても、その増量がフィルタ温度Ｔｆの上昇に寄与しないため、フィードバック補正値Ｈが図７（ｂ）に二点鎖線で示されるように大きな値のままになるという不具合に繋がる。

この点、本実施形態では、低ＧＡ領域において目標温度Ｔｔが図７（ａ）に白抜き矢印で示されるように低下させられ、高ＧＡ領域であるときよりも低く設定されるため、目標温度Ｔｔに対するフィルタ温度Ｔｆの低下側への乖離量Ｋ２が上記乖離量Ｋ１よりも小となる。その結果、フィードバック補正値Ｈの増大が図７（ｂ）に実線で示されるように抑えられ、当該補正値Ｈが大きな値のままになるという上記不具合の発生が抑制される。

次に、目標温度Ｔｔの具体的な設定手順について、目標温度設定ルーチンを示す図８のフローチャートを参照して説明する。この目標温度設定ルーチンは、制御装置２５を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、目標温度Ｔｔのベース値Ｔｂの算出（Ｓ２０１）、目標温度Ｔｔを低下させるための低下補正項Ｄの算出（Ｓ２０２）が順に行われ、それらベース値Ｔｂ及び低下補正項Ｄを用いて次の式（３）に基づき目標温度Ｔｔの算出が行われる（Ｓ２０３）。

Ｔｔ＝Ｔｂ＋Ｄ …（３）
Ｔｔ：目標温度
Ｔｂ：ベース値
Ｄ ：低下補正項
上記ベース値Ｔｂは、フィルタ１３に堆積したＰＭを燃焼させて減少させることの可能な目標温度の理論上の値であり、ステップＳ２０１でＰＭ堆積量ＰＭｓｍ及び燃料噴射量Ｑfin に基づき算出される。こうして算出されるベース値Ｔｂに関しては、燃料噴射量Ｑfin が大となるほど高くなる傾向を有するとともに、同燃料噴射量Ｑfin 一定の条件下ではＰＭ堆積量ＰＭｓｍが小となるほど高くなる。なお、燃料噴射量Ｑfin が大となるほどベース値Ｔｂが高くなる傾向を有するのは、燃料噴射量Ｑfin が大となるほど内燃機関１の排気温度が高くなってフィルタ温度Ｔｆを高めることが可能になるためである。また、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが小となるほどベース値Ｔｂを高くするのは、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍの堆積量が少ないときほどＰＭの燃焼に伴うフィルタ温度Ｔｆの急激な上昇のおそれが少なくなり、フィルタ温度Ｔｆを高めることが容易になるためである。

上記低下補正項Ｄは、フィルタ再生の実行中に低ＧＡ領域に移行したとき、ポスト噴射量の減量補正を行うべく目標温度Ｔｔを低下させるためのものであって、吸入空気量ＧＡに基づき設定される。低下補正項Ｄは、図９に示されるように、低ＧＡ領域では「０」よりも小さい一定値に設定され、その低ＧＡ領域よりも吸入空気量ＧＡが多くなる高ＧＡ領域では「０」に設定される。

従って、式（３）を用いて算出される目標温度Ｔｔに関しては、高ＧＡ領域では低下補正項Ｄ分の低下側への設定が行われないのに対し、低ＧＡ領域では低下補正項Ｄ分だけ低下側の値に設定される。なお、低ＧＡ領域においては、目標温度Ｔｔがフィルタ温度Ｔｆを維持可能な範囲内の値となるよう低下される。すなわち、このように目標温度Ｔｔが低下するよう、低ＧＡ領域での低下補正項Ｄの値が予め実験等により定められている。

ここで、低ＧＡ領域にて目標温度Ｔｔが上記範囲内の高温側の値へと低下するよう低下補正項Ｄを定めれば、後に高ＧＡ領域に移行したときにフィルタ温度ＴｆをＰＭ堆積量の減少に必要な値へと戻しやすくなり、フィルタ再生完了の遅れを抑制する面で有利になる。また、低ＧＡ領域にて目標温度Ｔｔが上記範囲内の低温側の値へと低下するよう低下補正項Ｄを定めれば、ポスト噴射量が少なくなってシリンダ内壁への燃料の付着量も少なくなり、内燃機関１のオイルの上記燃料による希釈を抑制する面で有利になる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）フィルタ再生の実行中に低ＧＡ領域に移行すると、ポスト噴射量の減量補正を通じてシリンダ内壁に付着する燃料の量が少なくなるため、内燃機関１のオイルの上記燃料による希釈を抑制することができる。

（２）フィルタ再生の実行中に低ＧＡ領域に移行したときのポスト噴射に関しては、停止されることなくポスト噴射量の減量補正が行われるだけとなるため、そのときのフィルタ温度Ｔｆの大幅な低下を抑制することができる。このため、フィルタ再生の実行中に機関運転領域が低ＧＡ領域と高ＧＡ領域との間で頻繁に変化するという状況のもとで、低ＧＡ領域に移行したとき、フィルタ温度Ｔｆが大幅に低下することはなくなる。更に、後に高ＧＡ領域に移行したとき、フィルタ温度ＴｆのＰＭ堆積量の減少に必要な値（目標温度Ｔｔ）への上昇に時間がかかるということもなくなる。従って、上述した状況下でのフィルタ再生を通じてフィルタ１３でのＰＭ堆積量をほぼ「０」とする際、それに多くの時間を要し、当該フィルタ再生の完了が遅れることを抑制できるようになる。

（３）低ＧＡ領域での上記ポスト噴射量の減量補正は、フィルタ温度Ｔｆに対し目標温度Ｔｔを相対的に低下させ、上記式（２）のフィードバック補正値Ｈを小さくすることによって実現される。ここで、低ＧＡ領域では、内燃機関１の排気温度が低くなることから、ポスト噴射によるフィルタ温度Ｔｆの上昇が難しくなる。従って、このときに目標温度Ｔｔが高く設定されていると、当該目標温度Ｔｔに対するフィルタ温度Ｔｆの低下側についての乖離に基づきフィードバック補正項が大きくされるものの、当該補正値Ｈ分だけポスト噴射量が増量されるとき、その増量がフィルタ温度Ｔｆの上昇に寄与せず、フィードバック補正値Ｈが大きな値のままになる。しかし、低ＧＡ領域では目標温度Ｔｔが低下させられ、高ＧＡ領域であるときよりも低く設定されるため、目標温度Ｔｔに対するフィルタ温度Ｔｆの低下側への乖離が小となって、フィードバック補正値Ｈの増大が抑えられる。このため、当該補正値Ｈが大きな値のままになるという上記不具合の発生が抑制されるようになる。

（４）また、低ＧＡ領域での上記ポスト噴射量の減量補正では、目標温度Ｔｔがフィルタ温度Ｔｆを維持可能な範囲内の値となるよう低下される。このため、低ＧＡ領域に移行したときには、フィードバック補正値Ｈの増減によるポスト噴射量の調整を通じて、フィルタ温度Ｔｆを一定に維持することができ、同フィルタ温度Ｔｆの低下を生じさせないようにすることができる。従って、後に高ＧＡ領域に移行して目標温度Ｔｔが通常の値へと上昇したとき、ポスト噴射を通じてフィルタ温度Ｔｆを当該目標温度Ｔｔへと速やかに到達させることができる。

（５）上記ポスト噴射量の減量補正のための目標温度Ｔｔの低下は、上記式（３）の低下補正項Ｄを「０」よりも小さい一定値に設定することによって実現される。このため、当該低下補正項Ｄの設定など、低ＧＡ領域にて目標温度Ｔｔの低下を行うための処理を簡単なものとすることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・低下補正項Ｄに関しては、低ＧＡ領域にて目標温度Ｔｔがフィルタ温度Ｔｆを維持可能な範囲内の値となるよう当該目標温度Ｔｔを低下させる一定値として定めたが、必ずしもこうした値に定める必要はない。すなわち、低ＧＡ領域にて目標温度Ｔｔが上記範囲外の値に低下するよう低下補正項Ｄを定めてもよい。

・低ＧＡ領域にて目標温度Ｔｔが上記範囲内の値に低下するよう当該目標温度Ｔｔを低下補正項Ｄ分だけ低下させる際、その低下補正項Ｄを吸入空気量ＧＡが少なくなるほど小となるよう可変設定してもよい。ここで、吸入空気量ＧＡが少なくなるほど内燃機関１の排気温度が下がることから、目標温度Ｔｔにおけるフィルタ温度Ｔｆを維持可能な値は吸入空気量ＧＡが少なくなるほど低くなる。また、吸入空気量ＧＡが少なくなるほど燃焼室２内のガスの温度が低くなるため、ポスト噴射によってシリンダ内壁に付着する燃料量は吸入空気量ＧＡが少なくなるほど多くなる。従って、低ＧＡ領域にて目標温度Ｔｔを低下させる際、上述したように低下補正項Ｄを可変設定することで、フィルタ温度Ｔｆの低下防止とシリンダ内壁への燃料付着抑制とを最も良好な状態で両立させることが可能になる。

・目標温度Ｔｔの低下によりポスト噴射量を減量補正する代わりに、ポスト噴射量を補正値等を用いて直接的に減量補正してもよい。
・主燃料噴射の後に行われるポスト噴射を二回や三回などの複数回に分割して行うことで、そのポスト噴射によるシリンダ内壁への燃料の付着の抑制を図るようにしてもよい。この場合、分割したポスト噴射の際のポスト噴射量の合計値が式（２）を用いて算出されるポスト噴射量Ｑｐとなるよう燃料噴射弁２１が駆動制御されることとなる。

・フィルタ１３に酸化触媒が担持されて同フィルタ１３上で燃料成分を酸化反応させることによりフィルタ温度Ｔｆを上昇させる排気浄化装置に本発明を適用してもよい。この場合、第１酸化触媒１１や第２酸化触媒１２を省略してもよい。

本実施形態の排気浄化装置が適用される内燃機関及びその周辺構造を示す略図。 ポスト噴射量の算出手順を示すフローチャート。 吸入空気量の変化に対するオイルの燃料による希釈度合いの変化を示すグラフ。 （ａ）及び（ｂ）は、フィルタ再生の実行中におけるフィルタ温度及びＰＭ堆積量の推移を示すタイムチャート。 （ａ）及び（ｂ）は、フィルタ再生の実行中におけるフィルタ温度及びＰＭ堆積量の推移を示すタイムチャート。 フィルタ温度の目標温度の変化に対するオイルの燃料による希釈度合いの変化を示すグラフ。 （ａ）及び（ｂ）は、目標温度の低下とフィードバック補正値の大きさとの関係を説明するためのタイムチャート。 目標温度の設定手順を示すフローチャート。 吸入空気量の変化に対する低下補正項の変化を示すグラフ。

符号の説明

１…内燃機関、２…燃焼室、３…吸気通路、４…排気通路、５…エアフローメータ、６…ターボチャージャ、６ａ…コンプレッサ、６ｂ…排気タービン、７…インタークーラ、８…吸気絞り弁、９…吸気マニホールド、１０…排気マニホールド、１１…第１酸化触媒、１２…第２酸化触媒、１３…フィルタ、１４…排気絞り弁、１５…第１排気温度センサ、１６…第２排気温度センサ、１７…圧力センサ、１８…ＥＧＲ通路、１９…ＥＧＲクーラ、２０…ＥＧＲ弁、２１…燃料噴射弁、２２…コモンレール、２３…高圧ポンプ、２４…レール圧センサ、２５…制御装置（補正手段）、２６…アクセルセンサ、２７…機関回転速度センサ、２８…大気圧センサ、２９…絞り弁センサ。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、機関運転のための燃料噴射弁から燃焼室への燃料噴射の後に行われる同燃料噴射弁からの燃料噴射であるポスト噴射を通じて前記排気系の触媒に燃料成分を供給し、その燃料成分の当該触媒での酸化熱によりフィルタ温度を上昇させることにより、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するフィルタ再生を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記フィルタ再生の実行中であって内燃機関の吸入空気量が少ないとき、前記ポスト噴射を行いつつ、その際のポスト噴射量を減量補正する補正手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記フィルタ再生では、前記フィルタ温度が目標温度に達するよう前記ポスト噴射量の補正値であるフィードバック補正値が増減され、
   前記補正手段は、前記目標温度を低下させることにより前記ポスト噴射量の減量補正を行う
   請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記補正手段は、前記目標温度が内燃機関の吸入空気量の少ない状況下で前記フィルタ温度を維持可能な範囲内の値となるよう当該目標温度を低下させる
   請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記補正手段は、前記目標温度に対し低下補正項分の補正を行うものであって、内燃機関の吸入空気量の少ないときには前記低下補正項を前記目標温度を減少側に補正し得る一定値に設定する
   請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記補正手段は、前記目標温度に対し低下補正項分の補正を行うものであって、内燃機関の吸入空気量の少ないときには前記低下補正項を当該吸入空気量の減少に伴い前記目標温度をより低下側に補正する値となるよう可変設定する
   請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。

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