JP2008144726A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気絞り弁の作動状態に応じた再生処理を行うことにより、フィルタの再生をより好適に行う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】エンジン１の排気通路２６には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ３２と排気の流量を制限する排気絞り弁３５とが設けられている。制御装置２５は、機関運転状態に基づいて排気絞り弁３５の作動状態を制御するとともに燃料噴射弁４の噴射時期を制御してポスト噴射を行うことによりフィルタ３２の再生を行う。そして、制御装置２５は、排気絞り３５弁の作動時におけるポスト噴射の噴射量を、排気絞り弁３５の非作動時における噴射量よりも減量する。
【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。

内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置として、排気中のＰＭ（Particulate Matter:粒子状物質）を捕集するフィルタを備える装置が知られている。
こうした排気浄化装置では、フィルタに捕集されたＰＭの量が増大するにつれて同フィルタでの圧力損失が増大し、その結果、機関出力等に悪影響を与えるようになる。そこで、フィルタの温度を上げて捕集されたＰＭを燃焼させるといった再生処理が行われる。

この再生処理の制御態様として、特許文献１に記載の装置では、主燃料噴射時期から遅れた時期に再度行われる燃料噴射、いわゆるポスト噴射を実行して燃料を排気通路に供給し、この燃料の酸化熱を利用して排気の温度を上昇させることにより、フィルタの温度を上げるようにしている。また、排気の流量を制限する排気絞り弁をフィルタの下流に備えており、機関の低負荷時などのように排気温度が低い運転領域では、排気絞り弁による排気流量の制限を通じて排気温度を高めるとともにポスト噴射を併用することで、そうした低負荷運転時の排気温度を再生処理に必要な温度にまで昇温させるようにしている。
特開２００５−２８２５３４号公報

ところで、排気絞り弁の作動状態に応じて排気の温度や圧力は変化するため、そうした変化をフィルタの再生制御に反映させることにより、同フィルタの再生をさらに適切に行うことが可能である。しかし、上記文献に記載のものではそうした点が考慮されておらず、より好適なフィルタの再生という点において更なる改善の余地を残すものとなっている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気絞り弁の作動状態に応じた再生処理を行うことにより、フィルタの再生をより好適に行う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。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に設けられて排気の流量を制限する排気絞り弁とを備え、機関運転状態に基づいて前記排気絞り弁の作動状態を制御するとともに燃料噴射弁の噴射時期を制御してポスト噴射を行うことにより前記フィルタの再生を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記排気絞り弁の作動状態に応じて前記ポスト噴射の制御量を変更する変更手段を備えることをその要旨とする。

同構成では、排気絞り弁の作動状態に応じてポスト噴射の制御量を変更するようにしており、排気絞り弁の作動状態に応じて変化する排気温度に関連づけてポスト噴射の制御量が変更される。そのため、フィルタの再生を行う際のポスト噴射の制御量を適切に設定することが可能となり、フィルタの再生をより好適に行うことができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記変更手段は、前記排気絞り弁の作動時における前記ポスト噴射の噴射量を、同排気絞り弁の非作動時における噴射量よりも減量することをその要旨とする。

同構成によれば、排気絞り弁の作動を通じて排気が昇温されるときには、排気絞り弁の非作動時と比較して、ポスト噴射の噴射量が減量され、同ポスト噴射による排気の昇温効果は弱められる。そのため、排気絞り弁による排気の昇温効果に対してポスト噴射による排気の昇温効果が過度に加わるといったことが抑えられるようになり、排気絞り弁の作動とポスト噴射の実行とを併用するときの排気温度の過度な上昇が抑えられるようになる。従って、より適切な排気温度でフィルタの再生を行うことができるようになる。ちなみに、同構成によれば、ポスト噴射による排気の過昇温が抑えられるようになるため、例えば目標排気温度と実際の排気温度との偏差に基づいてポスト噴射の噴射量を補正する場合には、排気温度のオーバーシュート等が抑えられることにより、排気温度の制御性が向上するようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記変更手段は、前記排気絞り弁の作動時における前記ポスト噴射の噴射時期を、同排気絞り弁の非作動時における噴射時期よりも遅角側に変更することをその要旨とする。

機関出力を得るための主燃料噴射の噴射時期に対してポスト噴射の噴射時期を遠ざけるほど、換言すれば遅角側に変更するほど、ポスト噴射にて噴射された燃料がシリンダ壁等に付着しやすくなり、付着した燃料分だけ排気通路への燃料供給量は減少してしまう。また、壁面に付着した燃料に起因するオイル希釈も生じやすくなる。一方、主燃料噴射の噴射時期に対してポスト噴射の噴射時期を近づけるほど、換言すれば進角側に変更するほど、ポスト噴射にて噴射された燃料は気筒内で燃焼されやすくなり、その結果、排気通路への燃料供給量が減少したり、機関出力が変動したりしてしまう。こうした理由により、ポスト噴射の噴射時期としては、気筒内での燃料の燃焼を抑えることのできる範囲内で可能な限り進角側の時期を設定することが望ましい。

ここで、排気絞り弁の作動時において、同排気絞り弁の非作動時に設定される噴射時期と同じ時期にポスト噴射を行うと、排気絞り弁の作動による排気温度の上昇に起因して、その噴射された燃料は気筒内で燃焼されやすくなり、排気通路への燃料供給量が減少してしまう。このように排気通路への燃料供給量が減少すると、ポスト噴射による排気の昇温効果は弱められてしまう。また、ポスト噴射で噴射された燃料が気筒内で燃焼されてしまうと、排気通路に排出された直後の排気の温度は高くなるものの、同排気がフィルタに到達したときには、その温度が低下している可能性がある。

そこで、同構成では、排気絞り弁の作動時におけるポスト噴射の噴射時期を、同排気絞り弁の非作動時における噴射時期よりも遅角側に変更するようにしており、これにより排気絞り弁の作動時において、ポスト噴射にて噴射された燃料の気筒内での燃焼が抑制される。従って、排気絞り弁の作動とポスト噴射の実行とを併用するときの排気温度の昇温不足を抑えることができるようになり、より適切な排気温度でフィルタの再生を行うことができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ポスト噴射は複数回に分割して実行される噴射であって、前記変更手段は、分割噴射される前記ポスト噴射の噴射間隔を、前記排気絞り弁の作動時には、非作動時よりも短くすることをその要旨とする。

ポスト噴射を複数回に分割して行うと、１回当たりの噴射量が少なくなって燃料の貫徹力が小さくなるため、シリンダ壁への燃料付着量を少なくすることができる。また、先に噴射された燃料が燃焼ガスで昇温された状態となっているときに、次の燃料噴射が行われることで、昇温された先の燃料にて次に噴射された燃料の気化が促進され、これによってもシリンダ壁への燃料付着量を少なくすることができる。このようにポスト噴射を分割して行うことにより、シリンダ壁への燃料付着量が少なくなるため、ポスト噴射の燃料に起因するオイル希釈が生じにくくなる。

ところで、ポスト噴射を分割して行うときの噴射間隔が短く、先に噴射された燃料が十分気化する前に次の燃料噴射が行われてしまうと、先に噴射された燃料の粒子に、次に噴射された燃料の粒子が付着して燃料の粒径が大きくなり、燃料の気化が抑制されてしまう。

ここで、排気絞り弁の作動時には排気温度が高くなり、先に噴射された燃料が気化しやすくなるため、排気絞り弁の非作動時と比較して噴射間隔を短くしても、そうした次の燃料の気化を促すことができる。そこで、同構成では、排気絞り弁の作動時には、非作動時よりもポスト噴射の噴射間隔を短くするようにしており、これにより１回目の以降の燃料噴射についてその噴射時期がより進角側の時期に設定されるようになるため、ポスト噴射に起因するオイル希釈がより一層低減される。このように、同構成によれば、ポスト噴射に起因するオイル希釈をより抑えつつ、フィルタの再生を行うことができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化状態を推定する推定手段と、前記酸化状態を推定する際に設定される酸化速度を前記排気絞り弁の作動状態に応じて変更する酸化速度変更手段とを備えることをその要旨とする。

フィルタの再生処理を実行しているときのＰＭの減少量は、適宜のパラメータ（例えば吸入空気量とフィルタの温度など）に基づき設定されるＰＭの酸化速度によって推定することができる。

ここで、排気絞り弁の作動時と非作動時とでは排気通路内の圧力が異なるため、同通路内の酸素分圧が変化し、これによってＰＭの酸化速度も変化する。そこで、同構成では、上記酸化速度を排気絞り弁の作動状態に応じて変更するようにしており、これにより酸化速度がより適切に設定され、再生処理により減少するＰＭの量をより正確に推定することができるようになる。そのため、例えば再生処理の終了をＰＭ減少量の推定値に基づいて行う場合には、実際の減少量に対する推定値の乖離が少なくなるため、実際の減少量に応じた適切な時期にフィルタの再生処理を終了させることができるようになる。従って、再生処理の実行期間についてその過不足を極力抑えつつ、フィルタの再生を好適に行うことができるようになる。

また、不必要にポスト噴射が継続されることによりオイル希釈が進行するといったことを抑えられるようになるため、ポスト噴射に起因するオイル希釈を抑えつつ、フィルタの再生を行うことができるようになる。

なお、排気絞り弁を作動させると排気通路内の圧力が上昇して同通路内の酸素分圧が上昇するため、ＰＭの酸化速度が速くなる傾向にある。そこで、排気絞り弁の作動状態に応じて上記酸化速度を変更する場合には、請求項６に記載の発明によるように、排気絞り弁の作動時に設定される酸化速度を、非作動時に設定される酸化速度よりも速い速度に変更することにより、酸化速度を適切に設定することができるようになる。

（第１実施形態）
以下、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１に、本実施形態にかかる排気浄化装置を備えるディーゼル機関の制御装置、これが適用されるエンジン１、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図を示す。
エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には、各気筒＃１〜＃４にそれぞれ対応した燃料噴射弁４が複数取り付けられている。また、シリンダヘッド２には外気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

各燃料噴射弁４は、燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９には、高圧ポンプ１０が接続されており、この高圧ポンプ１０によってコモンレール９には高圧燃料が供給される。そして、コモンレール９に供給された高圧燃料は、燃料噴射弁４が開弁されることにより、各気筒の燃焼室に噴射供給される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するためのスロットル弁１６が設けられている。このスロットル弁１６は、モータ１７によって開閉駆動される。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサとスロットル弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流側には、排気成分を浄化する第１酸化触媒３０が設けられており、更にその下流側には、排気成分を浄化するコンバータ３４が設けられている。このコンバータ３４の内部には、排気の流れ方向に対して直列に第２酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。

第１酸化触媒３０及び第２酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミック構造体で構成されており、排気中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。

排気通路２６の途中にあって、コンバータ３４の下流側には排気の流量を制限する排気絞り弁３５が設けられている。この排気絞り弁３５の非作動時には弁体が全開となっている。一方、作動時には弁体がある程度閉じられることによって排気の流量が減少される。

この他、エンジン１にはＥＧＲ装置が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この装置はインテークマニホールド７とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。そして、ＥＧＲ弁１５の弁開度が調整されることによりエキゾーストマニホールド８からインテークマニホールド７に導入される排気の量、すなわちＥＧＲ量が調整される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。このＥＧＲ装置によってエンジン１の燃焼室に排気の一部が戻されると、混合気の燃焼温度が低下してＮＯｘの発生量が減少する。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、吸気通路３の上流側に設けられたエアフロメータ４０によって吸入空気量ＧＡが検出される。また、スロットル弁１６を開閉するモータ１７に設けられたスロットル開度センサ４１によってスロットル弁１６の開度（スロットル開度ＴＡ）が検出される。また、第２酸化触媒３１の排気上流側に設けられた第１排気温度センサ４２によって同第２酸化触媒３１に流入する排気の温度である第１排気温度Ｔａが検出され、第２酸化触媒３１とフィルタ３２との間に設けられた第２排気温度センサ４３によって、第２酸化触媒３１を通過した直後の排気の温度である第２排気温度Ｔｂが検出される。また、第２酸化触媒３１とフィルタ３２との間に設けられた圧力センサ４４によって、フィルタ３２の上流側の圧力が検出される。また、エンジン１のクランクシャフト近傍に設けられたクランク角センサ４５によってクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥが検出され、アクセルペダルに設けられたアクセルセンサ４６によってアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰが検出される。そして、大気圧センサ４７によって大気圧ＡＰが検出される。

これら各種センサの出力は制御装置２５に入力される。この制御装置２５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、この制御装置２５により、例えば燃料噴射弁４の燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御、高圧ポンプ１０の吐出圧力制御、スロットル弁１６の開度制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させるフィルタの再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置２５によって行われる。

上記フィルタ３２の再生処理は、以下のようにして行われる。
まず、フィルタ３２で捕集されたＰＭの堆積量が多くなるほど、上記圧力センサ４４で検出される圧力Ｐは高くなる傾向にある。そこで、圧力Ｐに基づいてフィルタ３２でのＰＭ堆積量ＰＭｓｍが推定される。

そして、このＰＭ堆積量ＰＭｓｍが再生開始基準値ＰＭｓｔａｒｔに達すると、フィルタ３２の再生処理が開始される。
この再生処理が開始されると、制御装置２５は、燃料噴射弁４の噴射時期を制御してポスト噴射を行う。このポスト噴射は、機関出力を得るための主燃料噴射の噴射時期から遅れた時期に再度行われる燃料噴射であり、同ポスト噴射で噴射された燃料は排気通路２６に供給される。この排気通路２６に供給された燃料が第１酸化触媒３０に到達すると、その一部は酸化されてその酸化熱で排気温度が上昇する。この第１酸化触媒３０による排気温度の上昇作用によって第２酸化触媒３１の昇温が図られ、これにより第２酸化触媒３１の活性化が促進される。第１酸化触媒３０で酸化されることなく通過した燃料が第２酸化触媒３１に到達すると、同第２酸化触媒３１で酸化されて排気温度は上昇する。そして昇温された排気がフィルタ３２に流入して同フィルタ３２の温度が上昇することにより、捕集されたＰＭは燃焼処理される。

再生処理を行うことで減少するＰＭの量、換言すれば再生処理中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍは次式（１）に基づいて推定される。

再生処理中のＰＭｓｍ＝再生処理開始時のＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ …（１）
ＰＭｓｍ：ＰＭ堆積量
ＰＭｅ：ＰＭ排出量
ＰＭｃ：ＰＭ酸化量

ＰＭ排出量ＰＭｅは、エンジン１の全燃焼室から排出されるＰＭの量であり、予めの実験等を通じて設定されたマップ、例えば機関回転速度ＮＥと機関負荷（ここでは燃料噴射弁４からの燃料噴射量）とをパラメータとするＰＭ排出量算出マップを参照して求められる。

ＰＭ酸化量ＰＭｃは、フィルタ３２に捕集されたＰＭが燃焼処理される量である。このＰＭ酸化量ＰＭｃは、予めの実験等を通じて設定されたマップ、すなわちフィルタ３２の温度であるフィルタ温度ＦＴ（ここではフィルタ３２に流入する排気温度を示す上記第２排気温度Ｔｂを利用）とエアフロメータ４０によって検出される吸入空気量ＧＡとをパラメータとするＰＭの酸化速度マップ等に基づいて算出される。

こうして推定される再生処理中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが十分に少なくなり、所定の再生完了基準値ＰＭｅｎｄを下回ると、フィルタ３２の再生処理は終了される。
また、機関の低負荷時などのように排気温度が低い運転領域において再生処理を行う場合には、ポスト噴射の実行に併せて排気絞り弁３５が作動される。この排気絞り弁３５の作動によって排気の流量が制限されると、同排気絞り弁３５の上流側における背圧が増大して排気温度は上昇するようになる。また、背圧が増大することで機関負荷も増大し、燃料噴射弁４から噴射される燃料の量が増大されることによっても排気温度は上昇するようになる。このように、排気絞り弁３５を作動させることで排気温度は上昇するようになるため、低負荷運転時等のように排気温度が低い運転領域においても、フィルタ３２の再生処理を行うことが可能になる。

ところで、排気絞り弁３５の作動状態に応じて排気の温度や圧力は変化するため、そうした変化をフィルタ３２の再生制御に反映させることにより、同フィルタ３２の再生をさらに適切に行うことが可能である。そこで、本実施形態では、上記ポスト噴射の制御量と上記ＰＭの酸化速度とを排気絞り弁３５の作動状態に応じて変更することにより、フィルタ３２の再生をより好適に行うようにしている。

図２に、排気絞り弁３５の作動状態に応じてポスト噴射の制御量を変更する処理として、ポスト噴射の燃料噴射量を設定する噴射量設定処理の手順を示す。なお、本処理は、再生処理の実行中において制御装置２５により繰り返し実行される。また、本処理は上記変更手段を構成する。

本処理が開始されるとまず、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑが読み込まれる（Ｓ１００）。なお、燃料噴射量Ｑは、機関出力を得るために要求される噴射量であり、機関回転速度ＮＥや機関負荷等に基づいて設定される。

次に、排気絞り弁３５が作動中か否かが判定される（Ｓ１１０）。ここでは、機関運転状態が排気温度の低い運転領域にあり、排気絞り弁３５の作動信号が制御装置２５から出力されている場合に肯定判定される。そして、排気絞り弁３５が作動中であれば（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づき、制御装置２５のＲＯＭに記憶された作動時用噴射量マップＰＱｍａｐ１を参照してポスト噴射時の燃料の噴射量ＰＱが設定され（Ｓ１２０）、本処理は一旦終了される。

一方、排気絞り弁３５が作動中ではない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づき、制御装置２５のＲＯＭに記憶された非作動時用噴射量マップＰＱｍａｐ２を参照してポスト噴射時の燃料の噴射量ＰＱが設定され（Ｓ１３０）、本処理は一旦終了される。

上記作動時用噴射量マップＰＱｍａｐ１は、上記非作動時用噴射量マップＰＱｍａｐ２に対して次のような態様で設定されている。すなわち、同一の機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑであっても、作動時用噴射量マップＰＱｍａｐ１を参照して設定される噴射量ＰＱは、非作動時用噴射量マップＰＱｍａｐ２を参照して設定される噴射量ＰＱよりも少なくなるように設定されている。従って、排気絞り弁３５の作動時に設定されるポスト噴射の噴射量ＰＱは、同排気絞り弁３５の非作動時に設定される噴射量ＰＱよりも減量される。

上記処理にて設定された噴射量ＰＱは、第２排気温度センサ４３で検出される第２排気温度Ｔｂと目標排気温度との偏差に基づいて算出される燃料補正量Ｈでフィードバック補正され、ポスト噴射の実行時には、その補正された燃料噴射量が燃料噴射弁４から噴射される。

このように、本実施形態では、排気絞り弁３５の作動状態に応じてポスト噴射の制御量が変更されることにより、排気絞り弁３５の作動状態に応じて変化する排気温度に関連づけてポスト噴射の制御量は変更される。そのため、フィルタ３２の再生を行う際のポスト噴射の制御量を適切に設定することが可能となり、フィルタの再生をより好適に行うことができるようになる。より詳細には、排気絞り弁３５の作動を通じて排気が昇温されるときには、排気絞り弁３５の非作動時と比較して、ポスト噴射の噴射量は減量され、同ポスト噴射による排気の昇温効果が弱められる。そのため、排気絞り弁３５による排気の昇温効果に対してポスト噴射による排気の昇温効果が過度に加わるといったことが抑えられるようになり、排気絞り弁３５の作動とポスト噴射の実行とを併用するときの排気温度の過度な上昇が抑えられるようになる。従って、より適切な排気温度でフィルタ３２の再生を行うことができるようになる。また、ポスト噴射による排気の過昇温が抑えられるようになるため、噴射量ＰＱに対して上記フィードバック補正を行う場合の排気温度のオーバーシュート等が抑えられるようになり、これにより排気温度の制御性が向上するようになる。

次に、排気絞り弁３５の作動状態に応じてＰＭの酸化速度を変更する処理について説明する。図３に、酸化速度算出処理の手順を示す。なお、なお、本処理は、再生処理の実行中において制御装置２５により繰り返し実行される。また、本処理は酸化速度を推定する上記推定手段を構成する。

本処理が開始されると、まず、吸入空気量ＧＡ、フィルタ温度ＦＴ、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍ、大気圧ＡＰが読み込まれる（Ｓ２００）。
次に、排気絞り弁３５が作動中か否かが判定され（Ｓ２１０）、作動中であれば（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、吸入空気量ＧＡ及びフィルタ温度ＦＴに基づき、制御装置２５のＲＯＭに記憶された作動時用酸化速度マップＯＳｍａｐ１を参照して基本酸化速度ＯＳｂが設定される（Ｓ２２０）。一方、排気絞り弁３５が作動中ではない場合には（Ｓ２１０：ＮＯ）、吸入空気量ＧＡ及びフィルタ温度ＦＴに基づき、制御装置２５のＲＯＭに記憶された非作動時用酸化速度マップＯＳｍａｐ２を参照して基本酸化速度ＯＳｂが設定される（Ｓ２３０）。

上記作動時用酸化速度マップＯＳｍａｐ１は、上記非作動時用酸化速度マップＯＳｍａｐ２に対して次のような態様で設定されている。すなわち、排気絞り弁３５の作動時と非作動時とでは排気通路２６内の圧力が異なるため、同排気通路２６内の酸素分圧が変化し、これによってＰＭの酸化速度も変化する。より詳細には、排気絞り弁３５を作動させると排気通路２６内の圧力が上昇して同排気通路２６内の酸素分圧が上昇するため、ＰＭの酸化速度は速くなる傾向にある。そこで、同一の吸入空気量ＧＡ及びフィルタ温度ＦＴであっても、作動時用酸化速度マップＯＳｍａｐ１を参照して設定される基本酸化速度ＯＳｂは、非作動時用酸化速度マップＯＳｍａｐ２を参照して設定される基本酸化速度ＯＳｂよりも速くなるように設定されている。なお、上記ステップＳ２１０、ステップＳ２２０、及びステップＳ２３０の処理は、上記酸化速度変更手段を構成している。

次に、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍに基づいて堆積量補正係数Ｋ１が算出される（Ｓ２４０）。ここでは、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが多いほど、フィルタ３２に捕集されたＰＭの燃焼は促進される傾向にあるため、上記式（１）にて推定されるＰＭ堆積量ＰＭｓｍが多いほど、堆積量補正係数Ｋ１は大きい値に設定される。

次に、大気圧ＡＰに基づいて大気圧補正係数Ｋ２が算出される（Ｓ２５０）。ここでは、大気圧ＡＰが低いほど、酸素分圧も低くなり、フィルタ３２に捕集されたＰＭの燃焼は抑えられる傾向にあるため、大気圧ＡＰが低いほど、大気圧補正係数Ｋ２は小さい値に設定される。

次に、次式（２）に基づいて酸化速度ＯＳが算出され（Ｓ２６０）、本処理は終了される。

ＯＳ＝ＯＳｂ×Ｋ１×Ｋ２ … （２）
ＯＳ：ＰＭの酸化速度
ＯＳｂ：基本酸化速度
Ｋ１：堆積量補正係数
Ｋ２：大気圧補正係数

こうして酸化速度ＯＳが算出されると、その酸化速度ＯＳ及び再生処理の実行時間に基づいて上記ＰＭ酸化量ＰＭｃが推定される。

このように、本実施形態では、ＰＭの基本酸化速度ＯＳｂを排気絞り弁３５の作動状態に応じて変更する、より詳細には排気絞り弁３５の作動時に設定される基本酸化速度ＯＳｂを、非作動時に設定される基本酸化速度ＯＳｂよりも速い速度に変更するようにしている。従って、排気絞り弁３５の作動状態に応じて変化する排気通路２６内の圧力に応じて酸化速度ＯＳをより適切に設定することが可能となり、再生処理により減少するＰＭ堆積量ＰＭｓｍをより正確に推定することができるようになる。

そのため、本実施形態では、再生処理の終了をＰＭ減少量の推定値、すなわち再生処理中に減少していく上記ＰＭ堆積量ＰＭｓｍに基づいて行うようにしているが、実際の減少量に対する推定値の乖離が少なくなり、実際の減少量に応じた適切な時期にフィルタ３２の再生処理を終了させることができるようになる。従って、再生処理の実行期間についてその過不足を極力抑えながら、フィルタ３２の再生を行うことができるようになる。

また、ポスト噴射で噴射された燃料が各気筒のシリンダ壁に付着すると、その付着燃料が機関のオイルに混入してオイル希釈が発生する。そのため、ポスト噴射の実行期間、すなわち再生処理の実行期間は、ＰＭの燃焼処理に必要な期間を確保しつつ、極力短くすることが望ましい。この点、本実施形態によれば、再生処理の実行期間についてその過不足を極力抑えることができるため、不必要にポスト噴射が継続されることによりオイル希釈が進行するといったことを抑えることができるようになる。従って、ポスト噴射に起因するオイル希釈を極力抑えつつ、フィルタ３２の再生を行うことも可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）排気絞り弁３５の作動状態に応じてポスト噴射の制御量を変更するようにしている。そのため、フィルタ３２の再生を行う際のポスト噴射の制御量を適切に設定することが可能となり、フィルタ３２の再生をより好適に行うことができるようになる。

（２）排気絞り弁３５の作動状態に応じてポスト噴射の制御量を変更する際の具体的な態様として、排気絞り弁３５の作動時におけるポスト噴射の噴射量ＰＱを、同排気絞り弁３５の非作動時における噴射量ＰＱよりも減量するようにしている。従って、排気絞り弁３５の作動とポスト噴射の実行とを併用するときの排気温度の過度な上昇が抑えられるようになり、より適切な排気温度でフィルタ３２の再生を行うことができるようになる。

また、ポスト噴射による排気の過昇温が抑えられるようになるため、排気温度のオーバーシュート等が抑えられるようになり、もって排気温度の制御性が向上するようになる。
（３）フィルタ３２に捕集されたＰＭの酸化量を推定する際に設定される基本酸化速度ＯＳｂを排気絞り弁３５の作動状態に応じて変更するようにしている。より詳細には、排気絞り弁３５の作動時に設定される基本酸化速度ＯＳｂを、非作動時に設定される基本酸化速度ＯＳｂよりも速い速度に変更するようにしている。従って、上記式（２）で算出される酸化速度ＯＳがより適切に設定され、再生処理により減少するＰＭの量をより正確に推定することができるようになる。その結果、再生処理の実行期間についてその過不足を極力抑えつつ、フィルタ３２の再生を好適に行うことができるようになる。また、ポスト噴射に起因するオイル希釈を抑えつつ、フィルタ３２の再生を行うことも可能となる。
（第２実施形態）
次に、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した第２実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。

第１実施形態では、排気絞り弁３５の作動状態に応じてポスト噴射の噴射量ＰＱを変更するようにしたが、本実施形態では、ポスト噴射の制御量である噴射時期も変更するようにしている。

ポスト噴射の噴射時期を変更する理由について、図４を併せ参照して説明する。
機関出力を得るための主燃料噴射の噴射時期に対してポスト噴射の噴射時期を遠ざけるほど、換言すれば遅角側に変更するほど、ポスト噴射にて噴射された燃料が各気筒のシリンダ壁等に付着しやすくなり、付着した燃料分だけ排気通路２６への燃料供給量は減少してフィルタ３２の昇温は抑えられてしまう。また、シリンダ壁に付着した燃料に起因するオイル希釈も生じやすくなる。従って、図４に線Ｌ１にて示すように、ポスト噴射の噴射時期について遅角側には、オイル希釈を許容範囲内に抑えることのできる遅角限界噴射時期が存在し、この遅角限界噴射時期よりも遅角側に噴射時期が設定されて図４に示す領域Ａ内に入ってしまうとオイル希釈が過度に発生してしまう。

一方、主燃料噴射の噴射時期に対してポスト噴射の噴射時期を近づけるほど、換言すれば進角側に変更するほど、ポスト噴射にて噴射された燃料は気筒内で燃焼されやすくなり、その結果、排気通路２６への燃料供給量が減少したり、機関出力が変動したりしてしまう。従って、図４に線Ｌ２にて示すように、ポスト噴射の噴射時期について進角側には、気筒内での燃料の燃焼を抑えることのできる進角限界噴射時期が存在し、この進角限界噴射時期よりも進角側に噴射時期が設定されて図４に示す領域Ｂ内に入ってしまうと、気筒内での燃料の燃焼が許容できない程度に発生してしまう。

こうした理由により、ポスト噴射の噴射時期としては、ポスト噴射で噴射された燃料が気筒内で燃焼されることを抑えることのできる範囲内において、可能な限り進角側の時期を設定することが望ましく、本実施形態においては、進角限界噴射時期に対して若干遅角側の時期を設定するようにしている。なお、図４に示すように、進角限界噴射時期及び遅角限界噴射時期は、機関出力を得るための上記燃料噴射量Ｑが多くなるほど遅角側に変化するが、これは、燃料噴射量Ｑが多くなるほど気筒内の温度が上昇して、シリンダ壁への燃料付着量が減少するとともに、気筒内での燃料の燃焼が促進されるためである。

ここで、排気絞り弁３５の作動時には、その作動によって排気温度が上昇し、ポスト噴射で噴射された燃料は気筒内で燃焼されやすくなる。そのため、図４に線Ｌ３で示すように、排気絞り弁３５の作動時には、進角限界噴射時期がより遅角側に移行して燃料の燃焼領域が遅角側に拡大するようになる（図４に領域Ｃで図示）。

従って、排気絞り弁３５の非作動時であれば、領域Ｃ内の噴射時期を設定しても、燃料の燃焼は抑えることができるものの、排気絞り弁３５の作動時においても同じ時期にポスト噴射を行うと、その噴射された燃料は気筒内で燃焼されやすくなり、排気通路２６への燃料供給量が減少してしまう。このように排気通路２６への燃料供給量が減少すると、ポスト噴射による排気の昇温効果は弱められてしまう。また、ポスト噴射で噴射された燃料が気筒内で燃焼されてしまうと、排気通路２６に排出された直後の排気の温度は高くなるものの、同排気がフィルタ３２に到達したときには、その温度が低下している可能性もある。

そこで、本実施形態では、排気絞り弁３５の作動時におけるポスト噴射の噴射時期を、排気絞り弁３５の非作動時における噴射時期よりも遅角側に変更するようにしている。
図５に、ポスト噴射の燃料噴射時期を設定する噴射時期設定処理の手順を示す。なお、本処理は、再生処理の実行中において制御装置２５により繰り返し実行される。また、本処理も上記変更手段を構成する。

本処理が開始されるとまず、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑが読み込まれる（Ｓ３００）。なお、燃料噴射量Ｑは、機関出力を得るために要求される噴射量であり、機関回転速度ＮＥや機関負荷等に基づいて設定される。

次に、排気絞り弁３５が作動中か否かが判定される（Ｓ３１０）。ここでも、機関運転状態が排気温度の低い運転領域にあり、排気絞り弁３５の作動信号が制御装置２５から出力されている場合に肯定判定される。そして、排気絞り弁３５が作動中であれば（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づき、制御装置２５のＲＯＭに記憶された作動時用噴射時期マップＰＴｍａｐ１を参照してポスト噴射の噴射時期ＰＴが設定され（Ｓ３２０）、本処理は一旦終了される。

一方、排気絞り弁３５が作動中ではない場合には（Ｓ３１０：ＮＯ）、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づき、制御装置２５のＲＯＭに記憶された非作動時用噴射時期マップＰＴｍａｐ２を参照してポスト噴射の噴射時期ＰＴが設定され（Ｓ３３０）、本処理は一旦終了される。

上記作動時用噴射時期マップＰＴｍａｐ１には、上記線Ｌ３で示される進角限界噴射時期よりも若干遅角側の噴射時期が設定されており、非作動時用噴射時期マップＰＴｍａｐ２には、上記線Ｌ２で示される進角限界噴射時期よりも若干遅角側の噴射時期が設定されている。従って、作動時用噴射時期マップＰＴｍａｐ１を参照して設定される噴射時期ＰＴは、非作動時用噴射時期マップＰＴｍａｐ２を参照して設定される噴射時期ＰＴよりも遅角側の時期に設定される。

こうした噴射時期設定処理を行う本実施形態によれば、第１実施形態による効果に加え、さらに次の効果を得ることができる。
（４）排気絞り弁３５の作動時におけるポスト噴射の噴射時期ＰＴを、排気絞り弁３５の非作動時における噴射時期ＰＴよりも遅角側に変更するようにしており、これにより排気絞り弁３５の作動時において、ポスト噴射にて噴射された燃料が気筒内で燃焼することを抑制することができる。従って、排気絞り弁３５の作動とポスト噴射の実行とを併用するときの排気温度の昇温不足を抑えることができるようになり、より適切な排気温度でフィルタ３２の再生を行うことができるようになる。
（第３実施形態）
次に、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した第３実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。

ポスト噴射を複数回に分割して行うと、１回当たりの噴射量が少なくなって燃料の貫徹力が小さくなるため、シリンダ壁への燃料付着量を少なくすることができる。また、先に噴射された燃料が燃焼ガスで昇温された状態となっているときに、次の燃料噴射が行われることで、昇温された先の燃料にて次に噴射された燃料の気化が促進され、これによってもシリンダ壁への燃料付着量を少なくすることができる。このようにポスト噴射を分割して行うことにより、シリンダ壁への燃料付着量が少なくなるため、ポスト噴射の燃料に起因するオイル希釈が生じにくくなる。

そこで本実施形態では、ポスト噴射を２回に分割して行うようにしている。
ところで、ポスト噴射を分割して行うときの噴射間隔が短く、１回目に噴射された燃料が十分気化する前に２回目の燃料噴射が行われてしまうと、１回目に噴射された燃料の粒子に、２回目に噴射された燃料の粒子が付着して燃料の粒径が大きくなり、燃料の気化が抑制されてしまう。その結果、シリンダ壁への燃料付着量が増大してオイル希釈が発生しやすくなる。

また、噴射間隔が長すぎると、１回目に噴射された燃料の温度がある程度低下している状態で２回目の燃料が噴射されるため、そうした２回目の燃料の気化が抑えられてしまい、その結果、シリンダ壁への燃料付着量が増大してオイル希釈が発生しやすくなる。

このように、ポスト噴射を分割して行う場合にあって、各噴射の噴射間隔が短すぎても長すぎても燃料の気化は抑制されてしまう傾向にあり、燃料の気化性と噴射間隔との関係、換言すればシリンダ壁への燃料付着量と噴射間隔との関係においては、図６に実線にて示すように、燃料付着量が最も少なくなる最適な噴射間隔ＩＮＴａが存在する。なお、図６に示す燃料付着量と噴射間隔との関係は、機関運転状態に応じて変化するため、上記噴射間隔ＩＮＴａは機関運転状態に応じて変化する。

ここで、排気絞り弁３５の作動時には排気温度が高くなり、１回目に噴射された燃料が気化しやすくなるため、排気絞り弁３５の非作動時と比較して噴射間隔ＩＮＴを短くしても、２回目の燃料の気化を促すことができる。すなわち、図６に二点鎖線にて示すように、排気絞り弁３５の作動時には、燃料付着量が最も少なくなる最適な噴射間隔ＩＮＴａが、所定の間隔αの分だけ短くなる。

そこで、上記第２実施形態では、排気絞り弁３５の作動状態に応じてポスト噴射の噴射量ＰＱ及び噴射時期ＰＴを変更するようにしたが、本実施形態では、噴射間隔ＩＮＴも変更するようにしている。

図７に、分割噴射されるポスト噴射について噴射間隔を設定する噴射間隔設定処理の手順を示す。なお、本処理は、再生処理の実行中において制御装置２５により繰り返し実行される。また、本処理も上記変更手段を構成する。 本処理が開始されるとまず、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑが読み込まれる（Ｓ４００）。なお、燃料噴射量Ｑは、機関出力を得るために要求される噴射量であり、機関回転速度ＮＥや機関負荷等に基づいて設定される。

次に、排気絞り弁３５が作動中か否かが判定される（Ｓ４１０）。ここでも、機関運転状態が排気温度の低い運転領域にあり、排気絞り弁３５の作動信号が制御装置２５から出力されている場合に肯定判定される。そして、排気絞り弁３５が作動中であれば（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づき、制御装置２５のＲＯＭに記憶された作動時用噴射間隔マップＩＮＴｍａｐ１を参照してポスト噴射の噴射間隔ＩＮＴが設定され（Ｓ４２０）、本処理は一旦終了される。

一方、排気絞り弁３５が作動中ではない場合には（Ｓ４１０：ＮＯ）、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づき、制御装置２５のＲＯＭに記憶された非作動時用噴射間隔マップＩＮＴｍａｐ２を参照してポスト噴射の噴射間隔ＩＮＴが設定され（Ｓ４３０）、本処理は一旦終了される。

上記作動時用噴射間隔マップＩＮＴｍａｐ１は、上記非作動時用噴射間隔マップＩＮＴｍａｐ２に対して次のような態様で設定されている。すなわち、同一の機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑであっても、作動時用噴射間隔マップＩＮＴｍａｐ１を参照して設定される噴射間隔ＩＮＴは、非作動時用噴射間隔マップＩＮＴｍａｐ２を参照して設定される噴射間隔ＩＮＴよりも短くなるように設定されている。従って、排気絞り弁３５の作動時に設定されるポスト噴射の噴射間隔ＩＮＴは、同排気絞り弁３５の非作動時に設定される噴射間隔ＩＮＴよりも短くされる。

こうした噴射間隔設定処理を行う本実施形態によれば、第１及び第２実施形態による効果に加え、さらに次の効果を得ることができる。
（５）排気絞り弁３５の作動時には、非作動時よりもポスト噴射の噴射間隔ＩＮＴを短くするようにしており、これにより２回目の燃料噴射についてその噴射時期がより進角側の時期に設定されるようになる。そのため、ポスト噴射に起因するオイル希釈がより一層低減される。従って、ポスト噴射に起因するオイル希釈をさらに抑えつつ、フィルタ３２の再生を好適に行うことができるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第３実施形態では、ポスト噴射を２回に分割して行うようにしたが、３回以上に分割して行うようにしてもよい。

・第１実施形態において、排気絞り弁３５の作動状態に応じてポスト噴射の噴射量ＰＱのみを変更するようにしてもよい。
・第２実施形態では、ポスト噴射の制御量として噴射量ＰＱ及び噴射時期ＰＴを変更するようにしたが、噴射時期ＰＴのみを変更するようにしてもよい。

・第３実施形態では、ポスト噴射の制御量として噴射量ＰＱ、噴射時期ＰＴ、及び噴射間隔ＩＮＴを変更するようにしたが、噴射間隔ＩＮＴのみを変更するようにしてもよい。また、噴射量ＰＱ及び噴射間隔ＩＮＴだけを変更したり、噴射時期ＰＴ及び噴射間隔ＩＮＴだけを変更するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、排気絞り弁３５の作動状態に応じてポスト噴射の制御量や基本酸化速度ＯＳｂを変更する際に、マップを切り替えるようにしたが、この他の態様で制御量や酸化速度を変更するようにしてもよい。例えば、排気絞り弁３５の非作動時におけるポスト噴射の制御量を基準値とし、排気絞り弁３５の作動時には、その基準値に対して適宜の補正を行うことにより、上記マップの切り替えと同様な態様にて制御量を変更するようにしてもよい。同様に、排気絞り弁３５の非作動時における基本酸化速度ＯＳｂを基準値とし、排気絞り弁３５の作動時には、その基準値に対して適宜の補正を行うことにより、上記マップの切り替えと同様な態様にて基本酸化速度ＯＳｂを変更するようにしてもよい。

・第１実施形態では、基本酸化速度ＯＳｂに各種の補正係数を乗算するようにしたが、それら各種の補正係数を適宜省略するようにしてもよく、より簡易的には基本酸化速度ＯＳｂをそのまま酸化速度ＯＳとするようにしてもよい。

・第１実施形態で説明した排気浄化装置は、第１酸化触媒３０や第２酸化触媒３１で燃料を酸化させて排気温度を上昇させるものであった。この他、例えばフィルタ３２のみを備えており、同フィルタ３２上で燃料を酸化させることにより当該フィルタ３２の温度を上昇させる排気浄化装置にも、本発明は同様に適用することができる。

・上記エンジン１は、直列４気筒の内燃機関であったが、その他の気筒数や気筒配列を備える内燃機関の排気浄化装置にも、本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 同実施形態において実行されるポスト噴射の噴射量設定処理についてその手順を示すフローチャート。 同実施形態において実行されるＰＭの酸化速度算出処理についてその手順を示すフローチャート。 第２実施形態においてポスト噴射の噴射時期とオイル希釈との関係、及びポスト噴射の噴射時期と気筒内での燃料燃焼との関係を示す模式図。 同実施形態において実行されるポスト噴射の噴射時期設定処理についてその手順を示すフローチャート。 第３実施形態において、分割噴射されるポスト噴射の噴射間隔とシリンダ壁への燃料付着量との関係を示すグラフ。 同実施形態において実行されるポスト噴射の噴射間隔設定処理についてその手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４…燃料噴射弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…高圧ポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…スロットル弁、１７…モータ、１８…インタークーラ、２５…制御装置、２６…排気通路、３０…第１酸化触媒、３１…第２酸化触媒、３２…フィルタ、３４…コンバータ、３５…排気絞り弁、４０…エアフロメータ、４１…スロットル開度センサ、４２…第１排気温度センサ、４３…第２排気温度センサ、４４…圧力センサ、４５…クランク角センサ、４６…アクセルセンサ、４７…大気圧センサ。

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に設けられて排気の流量を制限する排気絞り弁とを備え、機関運転状態に基づいて前記排気絞り弁の作動状態を制御するとともに燃料噴射弁の噴射時期を制御してポスト噴射を行うことにより前記フィルタの再生を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気絞り弁の作動状態に応じて前記ポスト噴射の制御量を変更する変更手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記変更手段は、前記排気絞り弁の作動時における前記ポスト噴射の噴射量を、同排気絞り弁の非作動時における噴射量よりも減量する
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記変更手段は、前記排気絞り弁の作動時における前記ポスト噴射の噴射時期を、同排気絞り弁の非作動時における噴射時期よりも遅角側に変更する
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ポスト噴射は複数回に分割して実行される噴射であって、前記変更手段は、分割噴射される前記ポスト噴射の噴射間隔を、前記排気絞り弁の作動時には、非作動時よりも短くする
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化状態を推定する推定手段と、
   前記酸化状態を推定する際に設定される酸化速度を前記排気絞り弁の作動状態に応じて変更する酸化速度変更手段とを備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記酸化速度変更手段は、前記排気絞り弁の作動時に設定される前記酸化速度を、非作動時に設定される前記酸化速度よりも速い速度に変更する
   請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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