JP2009167906A

JP2009167906A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2009167906A
Application number: JP2008006922A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Yabaneta; 茂人矢羽田; Tsutomu Soga; 力曽我; Tsukasa Kuboshima; 司窪島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: DE102008055189A1; US8137434B2; DE102008055189B4; JP5024066B2; US20090178390A1

Abstract

【課題】ＤＰＦ内でのＰＭの燃焼中に、排ガス流量を増加してＤＰＦの熱を下流に流す手法と、吸気を絞ってＰＭの燃焼を抑える手法とを適切に選択することによって、ＤＰＦの過昇温を回避できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＤＰＦ温度とＰＭ堆積量とがそれぞれの所定値よりも大きくかつ無噴射運転状態であり（Ｓ４０：ＹＥＳ）、かつエンジン回転数が所定値よりも大きい（Ｓ６０：ＹＥＳ）場合は、吸気スロットルを全開（あるいはその近傍）、ＥＧＲバルブを全閉（あるいはその近傍）に設定する吸気制御１を実行する（Ｓ７０）。またＤＰＦ温度とＰＭ堆積量とがそれぞれの所定値よりも大きくかつ無噴射運転状態であり（Ｓ４０：ＹＥＳ）、かつエンジン回転数が所定値よりも小さい（Ｓ６０：ＮＯ）場合は、吸気スロットルを全閉（あるいはその近傍）、ＥＧＲバルブを全開（あるいはその近傍）に設定する吸気制御２を実行する（Ｓ８０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

今日、環境保護意識の高まりのなかで内燃機関に対してすぐれた排気浄化性能が求められている。特にディーゼルエンジンにおいては、エンジンから排出される黒煙などのいわゆる排気微粒子（または粒子状物質、パティキュレートマター、ＰＭ）の除去がより一層の普及のために重要である。この目的のために排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が装備されることが多い。

ＤＰＦがＰＭを捕集することにより排気中のＰＭは大部分が除去されるが、ＤＰＦ内にＰＭが堆積し続ける一方では、ＤＰＦは目詰まりを起こしてしまうので、堆積されたＰＭを燃焼して除去することで、ＤＰＦを再生する必要がある。ＤＰＦ内に堆積したＰＭを燃焼するためにシリンダ内でメイン噴射後に燃料を噴射するポスト噴射などの手法が用いられる。

ＤＰＦ再生時に温度が上がり過ぎると、ＤＰＦが溶損したり割れたりするなどの不具合が生じてしまう。例えば、ＤＰＦの再生中でＤＰＦの温度が高く、かつＤＰＦにおけるＰＭの堆積量が多い状況下で、エンジン内で燃料を噴射しない無噴射運転となると、吸気量が急速に低減するので、ＤＰＦ内部の熱が排ガスによって下流に移動されなくなる。したがってＤＰＦ内部に熱がこもってしまうこととなり、ＤＰＦの過昇温の危険性が高くなる。無噴射運転の例としては、エンジンが通常の運転状態（非アイドル運転状態）からアイドル運転状態へ移行する間や、下り坂走行中でエンジンブレーキを使用している状態などがあげられる。

例えば下記特許文献１では、このようなＤＰＦの過昇温を回避するために、過昇温の危険がある状況のもとでは、吸気スロットルを開いてＤＰＦに流入する排ガスの流量を増加してＤＰＦを迅速に冷却する技術が回避されている。また特許文献２では、吸気スロットル弁を絞るとともに、排気を還流するＥＧＲ管のＥＧＲ弁を全開にして、新気量を減少させることによりＤＰＦ内でのＰＭの燃焼反応を抑えて、ＤＰＦ過昇温を回避する技術が開示されている。

図８にＤＰＦの温度の時間推移の例が示されている。図８には吸気量の推移も示されている。破線が上記特許文献１、２の場合であり、実線が通常の吸気制御の場合である。通常の吸気制御とは、個々の装置ごとに定められた減速時における吸気スロットル弁やＥＧＲ弁の開度が用いられる場合である。特許文献１による制御を吸気制御１、特許文献２による制御を吸気制御２とする。

図８では、時刻ｔ１にＤＰＦ再生が開始され、時刻ｔ２からの無噴射運転状態をはさんで時刻ｔ３からアイドル運転状態へと切り替えられている。図８に示されているように、時刻ｔ１のＤＰＦ再生開始後にＤＰＦ温度が上昇していく。また時刻ｔ２以降に吸気量が減少している。図８はＤＰＦにおけるＰＭ堆積量が多い場合である。

そのため実線で示された通常の制御においては、時刻ｔ２以降にＤＰＦに多く堆積したＰＭが一気に燃焼し、かつ吸気量の減少によってＤＰＦ内部の熱が下流に流れなくなる。それによって、ＤＰＦの温度が上昇を始めて結果的に昇温限界を超えている。昇温限界とは、それ以上温度があがるとＤＰＦが溶損したり割れたりする温度を指している。

一方で破線で示された吸気制御１、２では上で説明した効果があらわれてＤＰＦの温度上昇が抑制されて、昇温限界を越えていない。さらに図８の応答からは、吸気制御１では吸気を増やしてＤＰＦ内の熱を下流に移行させることによって急速にＤＰＦの冷却が行われることがわかる。また吸気制御２ではＤＰＦ内の燃焼を抑えることによって温度上昇が緩やかになることがわかる。

特開２００３−２７９２１号公報特開２００２−１８８４９３号公報

特許文献１の手法は、エンジン回転数がある程度高い状態では有効であり、排ガスの流量を増加させることによって、ＤＰＦ内部の温度が下流に移動してＤＰＦの過昇温の危険性が低減される。しかしエンジン回転数が低い場合では特許文献１の手法は有効でなく、ＤＰＦの熱を下流に流すために十分なガス量ではないために、十分な冷却効果が得られず、過昇温を抑制できないとの知見を本発明者は得ている。

また特許文献２の手法は、エンジン回転数が低い場合には有効で、酸欠状態を発生させることによってＤＰＦの過昇温の危険性を低減できる。しかし本発明者の知見によると、エンジン回転数が高い場合に特許文献２の手法を用いると、吸気工程におけるシリンダ内の負圧が大きくなりすぎてシリンダ壁面からのオイル上がりが発生するとの不具合がある。

このように特許文献１と特許文献２の手法には一長一短がある。両手法のうちから状況に応じて適切な手法を選択することができれば、両手法の長所を生かし、不具合を回避できるが、そのような技術は、上記特許文献１、２を含めて従来技術には提案されていない。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ＤＰＦ内でのＰＭの燃焼中に、排ガス流量を増加してＤＰＦの熱を下流に流す手法と、吸気を絞ってＰＭの燃焼を抑える手法とを適切に選択することによって、ＤＰＦの過昇温を回避できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するために、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の途中に配置されて粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの温度を取得する温度取得手段と、前記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、前記内燃機関に燃料を噴射する噴射手段と、吸気通路に配置された吸気絞り弁と、排気通路から吸気通路へ排気を還流する排気還流通路に配置された排気還流弁とを備え、前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度において、前記吸気絞り弁の開度が全開を含み、前記排気還流弁の開度が全閉を含む所定の開度範囲を第１の開度範囲とし、前記吸気絞り弁の開度が全閉を含み、前記排気還流弁の開度が全開を含む所定の開度範囲を第２の開度範囲とし、前記温度取得手段によって取得された前記温度が第１の所定値よりも大きく、かつ前記推定手段によって推定された前記堆積量が第２の所定値よりも大きく、かつ前記噴射手段による燃料の噴射が行われていない場合に、前記第１の開度範囲と前記第２の開度範囲との中から前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を選択する制御手段をさらに備えたことを特徴とする。

これにより、パティキュレートフィルタの過昇温の危険がある場合に、吸気絞り弁が全開を含み排気還流弁が全閉を含む第１の開度範囲と、吸気絞り弁が全閉を含み排気還流弁が全開を含む第２の開度範囲とのなかから、制御手段によって開度を選択するので、従来技術のようにどちらか一方の開度範囲から選択する場合と比較して、より適切に開度の選択ができる。したがって第１の開度範囲から選択した場合にガス量が少なくて過昇温が抑制できないことや、第２の開度範囲から選択した場合にシリンダ内で負圧からオイル上がりが発生することが回避できる。よって不具合を招くことなくパティキュレートフィルタの過昇温が回避できる排気浄化装置が実現できる。

また前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段を備え、前記制御手段は、前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を、前記回転数取得手段によって取得された前記回転数が第３の所定値よりも大きい場合は前記第１の開度範囲の中から選択し、前記回転数取得手段によって取得された前記回転数が前記第３の所定値よりも小さい場合は前記第２の開度範囲の中から選択するとしてもよい。

これにより、内燃機関の回転数が大きい場合にはガス流量を大きくすることによりパティキュレートフィルタの熱を下流に移動させて冷却し、内燃機関の回転数が小さい場合には吸気を絞って酸欠によってパティキュレートフィルタの温度上昇を抑制できる。よって、内燃機関の回転数が大きい場合にガス量が少なくて過昇温が抑制できないことが回避できる。さらに、内燃機関の回転数が小さい場合にシリンダ内で負圧からオイル上がりが発生することも回避できる。よって不具合を招くことなくパティキュレートフィルタの過昇温が回避できる排気浄化装置が実現できる。

また前記内燃機関への吸気量を取得する吸気量取得手段を備え、前記制御手段は、前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を、前記吸気量取得手段によって取得された前記吸気量が第４の所定値よりも大きい場合は前記第１の開度範囲の中から選択し、前記吸気量取得手段によって取得された前記吸気量が前記第４の所定値よりも小さい場合は前記第２の開度範囲の中から選択するとしてもよい。

これにより吸気量が大きい場合には、第１の開度範囲から開度を選択することによってさらに吸気量を増加させて、パティキュレートフィルタの熱を下流に移動させて冷却する。また吸気量が小さい場合には、第１の開度範囲から選択しても吸気量の増加には限界があるので、第２の開度範囲から選択して吸気を絞って燃焼を抑えてパティキュレートフィルタの昇温を抑制する。よって吸気量が少ない場合に第１の開度範囲を選択して過昇温が抑制できないことが回避でき、さらに、吸気量が大きい場合にシリンダ内で負圧からオイル上がりが発生することが回避できる。よって吸気量に応じて適切に開度を選択することによって、不具合を招くことなくパティキュレートフィルタの過昇温が回避できる排気浄化装置が実現できる。

また前記内燃機関における吸気圧を取得する吸気圧取得手段を備え、前記制御手段は、前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を、前記吸気圧取得手段によって取得された前記吸気圧が第５の所定値よりも小さい場合は前記第１の開度範囲の中から選択し、前記吸気圧取得手段によって取得された前記吸気圧が前記第５の所定値よりも大きい場合は前記第２の開度範囲の中から選択するとしてもよい。

これにより吸気圧が高い場合は第２の開度範囲から選択するので酸欠によって燃焼を抑えてパティキュレートフィルタの過昇温を回避でき、かつオイル上がりの危険性が抑制できる。また吸気圧が低い場合は第２の開度範囲から選択すると負圧によるオイル上がりの可能性があるので、第１の開度範囲から選択してガス流量を増加させてパティキュレートフィルタの熱を下流に移動させて冷却する。したがって吸気圧に応じて適切に開度を選択することによって、不具合を招くことなくパティキュレートフィルタの過昇温が回避できる排気浄化装置が実現できる。

また前記制御手段が前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を前記第２の開度範囲の中から選択した場合に、前記内燃機関への吸気量を２ｇ／ｓｅｃ以下となるように制御する吸気量制御手段を備えたとしてもよい。

これにより、第２の開度範囲のなかから開度を選択する場合に吸気量制御手段によって吸気量を２ｇ／ｓｅｃ以下と制御するので、酸欠による燃焼抑制の効果が顕著となりパティキュレートフィルタの過昇温の抑制性能が高められる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置１の実施例１の装置構成の概略図である。

図１には、４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成された排気浄化装置１の例が示されている。図１の内燃機関及び排気浄化装置１は主に、エンジン２、吸気管３、排気管４、排気還流管５からなる。

吸気管３をとおってエンジン２に空気（新気、吸気）が供給される。吸気管３にはエアフロメータ３１、吸気スロットル３２が配置されている。エアフロメータ３１は吸気量を計測する。ここでの吸気量は例えば単位時間当たりの質量流量とすればよい。また吸気スロットル３２の開度が調節されることによってエンジン２に供給される吸気量が増減する。また吸気側マニホールドに設置された吸気圧センサ３３によって吸気側マニホールド内の吸気圧力が計測される。

エンジン２にはインジェクタ２１、エンジン回転数センサ２２が装備されている。インジェクタ２１からの噴射によってシリンダ内に燃料が供給される。エンジン回転数センサ２２によってエンジン２の（単位時間あたりの）回転数が計測される。エンジン回転数センサ２２は、例えばエンジン２から連結されたクランクの回転角度を計測するクランク角センサとすればよい。そしてクランク角センサの検出値がＥＣＵ７へ送られてエンジンの回転数が算出されるとすればよい。

またエンジン２に接続された排気管４へ排気が排出される。排気管４にはＡ／Ｆセンサ４１が配置されている。Ａ／Ｆセンサ４１によって、空燃比が計測される。

排気還流管５（ＥＧＲ管）は、排気管４から吸気管３への排気還流（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、ＥＧＲ）をおこなう。ＥＧＲ管５にはＥＧＲバルブ５１が装備されている。ＥＧＲバルブ５１の開閉によって排気の還流量が調節される。

また排気管４の途中にはＤＰＦ６が配置されている。ＤＰＦ６は酸化触媒が担持されている、いわゆる酸化触媒付きＤＰＦ（Ｃ―ＤＰＦ）とすればよい。ＤＰＦ６は例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側を交互に目詰めした構造とすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気には粒子状物質（ＰＭ）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ６の上記構造のＤＰＦ壁を排気が通過するときに、このＤＰＦ壁の内部あるいは表面に捕集される。ＤＰＦ６に堆積したＰＭの堆積量が十分大きくなった度ごとに、堆積したＰＭを燃焼することによって除去し、ＤＰＦ６を再生しなければならない。

ＤＰＦ６の再生のための方法として、例えばインジェクタ２１からメイン噴射後のタイミングで燃料を噴射するポスト噴射をおこなう。ＤＰＦ６の入口側と出口側とにはそれぞれ排気温度センサ６１、６２が配置されて、それぞれの位置における排気温度が計測される。またＤＰＦ６の入口側と出口側における排気圧の差である差圧（ＤＰＦ差圧、ＤＰＦ圧損）を計測する差圧センサ６３も装備されている。

上で述べたエアフロメータ３１、吸気圧センサ３３、エンジン回転数センサ２２、Ａ／Ｆセンサ４１、排気温度センサ６１、６２、差圧センサ６３の計測値は電子制御装置７（ＥＣＵ）へ送られる。またＥＣＵ７によりインジェクタ２１によるエンジン２への燃料噴射のタイミングや噴射量、吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度調節が制御される。ＥＣＵ７は各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報の記憶を行うメモリ７１を有する構造とすればよい。

実施例１では、上記の装置構成のもとで、ＤＰＦ６の過昇温の危険がある状況下での吸気制御をおこなう。ここでＤＰＦ６の過昇温の危険がある状況とは、ＤＰＦ６の温度がＰＭの燃焼が発生する高温で、ＤＰＦ６におけるＰＭの堆積量が大きく、上述の無噴射運転時のことである。

図２に実施例１における吸気制御の処理手順のフローチャートが示されている。図２の手順がＥＣＵ７によって順次処理されるとすればよい。なお図２の処理はＤＰＦ６の再生中におこなってもよく、再生中かどうかに関係なく実行してもよい。再生中かどうかに関係なく実行する場合には、ＤＰＦ６の再生手段によらず高温によってＰＭが自然に燃焼している場合のＤＰＦ６の過昇温も回避できる。

図２のフローではまず手順Ｓ１０でＤＰＦ６の温度（ＤＰＦ温度）を取得する。ここでＤＰＦ温度は、排気温度センサ６１あるいは排気温度センサ６２による計測値そのものとしてもよい。また排気温度センサ６１、６２の計測値の平均をＤＰＦ６の温度の推定値としてもよい。また排気温度センサ６１、６２の計測値からＤＰＦ６の内部温度を推定するモデルを予め求めておいて、それを用いて推定してもよい。

次にＳ２０でＤＰＦ差圧を求める。これは差圧センサ６３によって計測すればよい。次にＳ３０でＤＰＦ６におけるＰＭの堆積量を推定する。Ｓ３０ではＳ２０で求めたＤＰＦ差圧の値が用いられる。Ｓ３０における推定方法の詳細は後述する。

次にＳ４０でＤＰＦ６が過昇温の危険がある状態であるかどうかが判断される。具体的には、ＤＰＦ温度が所定値（第１の所定値）以上であり、かつＰＭ堆積量が所定値（第２の所定値）以上であり、かつ無噴射運転であるかどうかが判断される。ここでＤＰＦ温度は、Ｓ１０で求めたＤＰＦ温度が用いられる。ＰＭ堆積量は、Ｓ３０で求めたＰＭ堆積量が用いられる。また無噴射運転であるかどうかの判断は、ＥＣＵ７からの指令によってインジェクタ２１から燃料が噴射されるので、ＥＣＵ７内の燃料噴射に関する情報を用いればよい。

第１及び第２の所定値は、それらの値以上ならばＤＰＦ６の過昇温の可能性があるＤＰＦ温度、ＰＭ堆積量の値を予め求めておけばよい。Ｓ４０が肯定判断（ＹＥＳ）ならばＤＰＦ６の過昇温の危険がある状態だと判断してＳ５０へ進む。否定判断（ＮＯ）ならば、ＤＰＦ６の過昇温の危険がある状態ではないと判断してＳ１０へ戻り上述の手順を繰り返す。

次にＳ５０では、エンジン回転数が取得される。これはエンジン回転数センサ２２を用いて取得すればよい。次にＳ６０で、Ｓ５０で求めたエンジン回転数が所定値（第３の所定値）以上であるかどうかが判断される。Ｓ６０が肯定判断（ＹＥＳ）の場合はＳ７０へ進み、否定判断（ＮＯ）の場合はＳ８０へ進む。

Ｓ７０では吸気制御１が実行される。Ｓ８０では吸気制御２が実行される。吸気制御１、２では吸気スロットル３２、ＥＧＲバルブ５１の開度が調節される。図９には吸気制御１、２によって調節される吸気スロットル３２、ＥＧＲバルブ５１の開度の範囲が示されている。

図９に示されているとおり、吸気スロットル３２の開度がＡ２％から全開（１００％）までの範囲であり、かつＥＧＲバルブ５１の開度が全閉（０％）からＢ１％までの範囲である開度範囲を第１の開度範囲とする。また、吸気スロットル３２の開度が全閉（０％）からＡ１％までの範囲であり、かつＥＧＲバルブ５１の開度がＢ２から全開（１００％）％までの範囲である開度範囲を第２の開度範囲とする。第１の開度範囲、第２の開度範囲はともに両端を含むとすればよい。吸気制御１では第１の開度範囲のなかから任意に吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度を選択する。吸気制御２では第２の開度範囲のなかから任意に吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度を選択する。

以下でＳ６０、Ｓ７０、Ｓ８０の効果を説明する。上述のとおり、Ｓ７０で実行される吸気制御１では、吸気スロットル３２を開きＥＧＲバルブ５１を絞ることによって、ＤＰＦ６に流入する排ガスの流量を増加させてＤＰＦ６内部の熱を下流に効果的に流してＤＰＦ６の過昇温を抑制する。この効果が得られるように上述のＡ２、Ｂ１の数値を予め定めておけばよい。

またＳ８０で実行される吸気制御２では、吸気スロットル３２を絞りＥＧＲバルブ５１を開くことによって、新気量を減少させてＤＰＦ６内での酸素量を減らしてＰＭの燃焼反応を抑えることでＤＰＦ６の過昇温を抑制する。この効果が得られるように上述のＡ１、Ｂ２の数値を予め定めておけばよい。

上述のとおりＳ６０では、エンジン回転数によって吸気制御１、２のうちから一方を選択する。エンジン回転数が高い運転領域で吸気制御１を選択すれば、ガス量を相対的に多くしてＤＰＦ６の熱を下流に流す効果が得やすい。しかしエンジン回転数が低い運転領域ではガス量が低いために、吸気制御１を選択してもＤＰＦ６への排ガスの流量は十分には多くならず、ＤＰＦ６の熱を排ガスによって下流に流す効果を得にくい。したがってエンジン回転数が高い運転領域で吸気制御１を選択することは望ましいが、エンジン回転数が低い運転領域では望ましくない。

またエンジン回転数が高い運転領域で吸気制御２を選択すると、吸気工程でシリンダ内の負圧が大きくなってシリンダ壁面からのオイル上がりが発生してしまう。エンジン回転数が低い運転領域で吸気制御１を用いてもオイル上がりは発生しない。したがってエンジン回転数が高い運転領域で吸気制御２を選択することは望ましくない。さらに吸気制御１と吸気制御２とを比較すると、排気量を増やすことによって熱を下流に流す吸気制御１の方が迅速にＤＰＦ６を冷却する効果に関して優れている。

以上を総合的に勘案することによって、Ｓ６０では、エンジン回転数が第３の所定値以上ならば吸気制御１を選択することによって迅速にＤＰＦ６を冷却する。そして、エンジン回転数が第３の所定値未満ならば、吸気量不足から吸気制御１は適さないので吸気制御２を選択する。こうした選択によって、エンジン回転数が高い場合の吸気制御２によるオイル上がりも回避されている。Ｓ６０での判断が適切となるように、第３の所定値の値を予め適切に設定しておけばよい。

なお第１の開度範囲においては、通常の吸気制御における吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度よりも、吸気スロットル３２の開度が大きくＥＧＲバルブ５１の開度が小さいとすればよい。第２の開度範囲においては、通常の吸気制御における吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度よりも、吸気スロットル３２の開度が小さくＥＧＲバルブ５１の開度が大きいとすればよい。図９のようにＡ２、Ｂ２の値はＡ１、Ｂ１の値より大きく設定すればよい。Ａ１、Ｂ１を０、Ａ２、Ｂ２を１００と設定してもよい。この場合、吸気制御１、２で選択される開度は全開と全閉のみなので上で述べた効果が顕著となる。以上が実施例１である。

次に実施例２を説明する。実施例２では、実施例１におけるエンジン回転数に関する判断を吸気量に関する判断に置きかえる。以下で実施例１と異なる部分のみ説明する。実施例２では、実施例１における図２のフローチャートが、図３のフローチャートに変更される。

図２から図３への変更点は、Ｓ５０、Ｓ６０の手順がＳ５１、Ｓ６１に置きかえられたことである。手順Ｓ５１では吸気量が取得される。これはエアフロメータ３１によって計測すればよい。次にＳ６１で、Ｓ５１で求めた吸気量が所定値（第４の所定値）以上であるかどうかが判断される。Ｓ６１が肯定判断（ＹＥＳ）ならばＳ７０へ進み、否定判断（ＮＯ）ならばＳ８０へ進む。

図４を用いて、実施例２におけるＳ６１の処理の意味を説明する。図４では横軸がエンジン回転数、縦軸が吸気量を示している。２つの実線２０１、２０２はそれぞれ、吸気制御１、２を用いた際の、吸気量とエンジン回転数との特性を示している。実線２０１、２０２は個々の装置ごとに決まる特性である。

吸気制御１を選択して、図８のように通常の運転（非アイドル運転）からアイドル運転に変更した場合、実線２０１上を図示右上から図示左下へ吸気量とエンジン回転数とは移動する。同様に吸気制御２を選択して、図８のように通常の運転（非アイドル運転）からアイドル運転に変更した場合、実線２０２上を図示右上から図示左下へ吸気量とエンジン回転数とは移動する。

また破線２００は、通常の吸気制御における吸気スロットル３２及びＥＧＲバルブ５１の開度を用いた場合での吸気量とエンジン回転数との特性を示している。ここで通常の吸気制御とは、吸気スロットル３２及びＥＧＲバルブ５１の開度を、通常個々の装置ごとに（自動車に搭載されている場合には自動車ごとに）通常設定されている減速時あるいは無噴射運転時の吸気スロットル３２及びＥＧＲバルブ５１の開度に調節する制御を指すとする。通常の吸気制御のもとで、図８のように通常の運転（非アイドル運転）からアイドル運転に変更した場合、破線２００上を図示右上から図示左下へ吸気量とエンジン回転数とは移動する。

そして図４に示された吸気量Ｇ１は、Ｇ１以下の吸気量では吸気制御１が目指すより多い吸気量（及びそれによる多い排ガス量）によってＤＰＦ６の熱を下流へ流す効果が得られない吸気量である。そして図４に示されたようにＧ１からＧ２を決定する。Ｇ２を上述の第４の所定値とすればよい。

図３のＳ６１に従い、吸気量がＧ２よりも大きければ吸気制御１を選択し、Ｇ２よりも小さければ吸気制御２を選択する。これにより、破線２００上を移動する際に、吸気量がＧ２よりも大きければ、吸気制御１に従って吸気スロットル３２及びＥＧＲバルブ５１の開度が変更されて、吸気量が変化する（エンジン回転数は変化しない）ことによって、図４の矢印のように破線２００上から実線２０１上へ移動する。

同様に破線２００上を移動する際に、吸気量がＧ２よりも小さければ、吸気制御２に従って吸気スロットル３２及びＥＧＲバルブ５１の開度が変更されて、吸気量が変化する（エンジン回転数は変化しない）ことによって、図４の矢印のように破線２００上から実線２０２上へ移動する。

この移動によって、吸気量がＧ２より大きい場合には、吸気制御１へ移動する。これにより吸気量Ｇ１以上となって、吸気制御１によるＤＰＦ昇温抑制効果が達成できることとなる。また吸気量がＧ２より小さい場合には、吸気制御２へ移動する。これにより、吸気量がＧ２より小さい場合には、吸気制御１を実行しても吸気量がＧ１以上にはできないことを考慮して、吸気制御２によってＤＰＦ昇温抑制をおこなう。以上が実施例２の効果である。

次に実施例３を説明する。実施例３では、実施例１におけるエンジン回転数に関する判断を吸気圧に関する判断に置きかえる。以下で実施例１と異なる部分のみ説明する。実施例３では、実施例１における図２のフローチャートが、図５のフローチャートに変更される。

図２から図５への変更点は、Ｓ５０、Ｓ６０の手順がＳ５２、Ｓ６２に置きかえられたことである。手順Ｓ５２では吸気圧が取得される。これは吸気圧センサ３３によって計測すればよい。次にＳ６２で、Ｓ５２で求めた吸気圧が所定値（第５の所定値）以下であるかどうかが判断される。Ｓ６２が肯定判断（ＹＥＳ）ならばＳ７０へ進み、否定判断（ＮＯ）ならばＳ８０へ進む。

図６を用いて、実施例３におけるＳ６２の処理の意味を説明する。図６では横軸がエンジン回転数、縦軸が吸気圧を示している。２つの実線２１１、２１２はそれぞれ、吸気制御１、２を用いた際の、吸気圧とエンジン回転数との特性を示している。実線２１１、２１２は個々の装置ごとに決まる特性である。

吸気制御１を選択して、図８のように通常の運転（非アイドル運転）からアイドル運転に変更した場合、実線２１１上を吸気量とエンジン回転数との値は推移する。同様に吸気制御２を選択して、図８のように通常の運転（非アイドル運転）からアイドル運転に変更した場合、実線２１２上を吸気圧とエンジン回転数との値は推移する。

また破線２１０は、通常の吸気制御（上述）のもとでの吸気圧とエンジン回転数との特性を示している。すなわち通常の吸気制御（上述）のもとで、図８のように通常の運転（非アイドル運転）からアイドル運転に変更した場合、破線２１０上を吸気圧とエンジン回転数との値は推移する。

図６に示された吸気圧Ｐ２は、Ｐ２以下の吸気圧で吸気制御２をおこなうと上述のように負圧が大きくなってシリンダ内でオイル上がりが発生する吸気圧の値である。そして図６に示されたようにＰ２からＰ１を決定する。Ｐ１を上述の第５の所定値とすればよい。Ｐ０は大気圧とする。

図５のＳ６２に従い、吸気圧がＰ１よりも小さければ吸気制御１を選択し、Ｐ１よりも大きければ吸気制御２を選択する。これにより、破線２１０上を推移する際に、吸気圧がＰ１よりも小さければ、吸気制御１に従って吸気スロットル３２及びＥＧＲバルブ５１の開度が変更されて、吸気量が変化する（エンジン回転数は変化しない）ことによって、図６の矢印のように破線２１０上から実線２１１上へ移動する。

同様に破線２１０上を推移する際に、吸気圧がＰ１よりも大きければ、吸気制御２に従って吸気スロットル３２及びＥＧＲバルブ５１の開度が変更されて、吸気量が変化する（エンジン回転数は変化しない）ことによって、図６の矢印のように破線２１０上から実線２１２上へ移動する。

この移動によって、吸気圧がＰ１より小さい場合には、吸気制御１へ移動する。これにより吸気制御２を選択した場合に吸気圧がＰ２以下となってオイル上がりが発生することが回避される。

また吸気圧がＰ１より大きい場合には、吸気制御２へ移動する。図６に示されているように、吸気圧がＰ１より大きい場合にはエンジン回転数が小さいので、吸気量も小さく吸気制御１によるＤＰＦ昇温抑制は達成困難である。したがって吸気圧がＰ１より大きい場合には、吸気制御２を実行して酸欠によるＤＰＦ６の昇温を抑制することとなる。以上が実施例３の効果である。

なお図８におけるアイドル運転時の吸気制御２による吸気量の値を２ｇ／ｓｅｃ以下となるようにＥＣＵ７で制御してもよい。このように値を設定することによって、吸気制御２における酸欠の効果が顕著となって、ＤＰＦ６の昇温抑制にとって好適となる。２ｇ／ｓｅｃ以下の吸気量を達成するために、エアフロメータ３１の値をフィードバックして、２ｇ／ｓｅｃ以下の目標値に一致させるためのフィードバック制御をおこなってもよい。その場合、フィードバック制御則はＥＣＵ７内にプログラムとして実装する。フィードバック制御によって、２ｇ／ｓｅｃ以下の吸気量を精度よく達成できる。

以下で上記Ｓ３０でのＰＭ堆積量推定の方法を説明する。ＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損（差圧）との関係は、図７に示された関係となる（あるいは近似される）との知見が得られている。すなわち、内燃機関の運転が続いてＤＰＦ６へのＰＭの堆積が進行するに従って、ＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損とを示す点は図７に示された初期点１００から第１特性線１１０（特性線）上を図示右上へ移動し、さらに遷移点１２０に達すると以後は第２特性線１３０（特性線）上を図示右上へ移動する。

第１特性線１１０はＤＰＦ６のフィルタ壁の壁内にＰＭが堆積する段階に対応し、第２特性線１３０はフィルタ壁の壁面上にＰＭが堆積する段階に対応する。フィルタ壁の壁内にＰＭが堆積する場合は壁面上に堆積する場合よりも排気ガスの流路を新たに狭める度合いが大きく、それにより圧損値を高めるので、第１特性線１１０は第２特性線１３０よりも図示のとおり傾きが大きい。なお傾きはＤＰＦ圧損の増分とＰＭ堆積量の増分との比とする。

図７に示された特性を予め求めておけば、ＤＰＦ圧損値を得ることでＤＰＦ内のＰＭの堆積量が推定できる。こうして推定されたＰＭ堆積量が再生を必要とするレベルに達した度に、ＤＰＦを再生すればよい。

図７の点１４０に達したときにＰＭ堆積量が過剰と判断されてＤＰＦ再生が開始されたとすると、図７の破線のようにその後のＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損は推移する。すなわちＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損の値は、まず直線１５０に沿って減少し、遷移点１６０後は直線１７０に沿って減少して初期点１００へ戻る。

直線１５０はフィルタ壁の壁内上に堆積したＰＭが燃焼している段階であり、したがって直線１５０は第１特性線１１０と傾きが等しい。また直線１７０はフィルタ壁の壁面に堆積したＰＭが燃焼している段階であり、したがって直線１７０は第２特性線１３０と傾きが等しい。以上のように図７に示された平行四辺形で表される（近似）特性によって、ＰＭ堆積時およびＰＭ燃焼時のＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損との値は推移する。

使用する装置構成に対して予め図７の特性線を求めておいてメモリ７１に記憶しておく。記憶する際に、例えば初期点１００、遷移点１２０の座標と特性線１１０、１３０の傾きのみを記憶するとしてもよい。Ｓ３０では、図７の特性線と、Ｓ２０で取得したＤＰＦ差圧の計測値とからＰＭ堆積量を推定する。以上が手順Ｓ３０の説明である。

上の実施例において、Ａ１及びＢ１は例えば３％、５％としてもよい。またＡ２、Ｂ２は例えば９５％、９７％としてもよい。こうした設定によって上述の効果が効果的に達成できる。Ｓ１０の手順が温度取得手段を構成する。Ｓ３０の手段が推定手段を構成する。Ｓ６０、Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ７０、Ｓ８０の手順が制御手段を構成する。Ｓ５０の手順が回転数取得手段を構成する。Ｓ５１の手順が吸気量取得手段を構成する。Ｓ５２の手順が吸気圧取得手段を構成する。ＥＣＵ７が吸気量制御手段を構成する。また上記実施例では内燃機関としてディーゼルエンジンを用いたが、これはディーゼルエンジンでなくともよく、例えばリーンバーンガソリンエンジンでもよい。

本発明の内燃機関の排気浄化装置の実施例の装置構成の概略図。実施例１における吸気制御選択処理のフローチャート。実施例２における吸気制御選択処理のフローチャート。吸気量による吸気制御の選択を示す図。実施例３における吸気制御選択処理のフローチャート。吸気圧による吸気制御の選択を示す図。ＤＰＦ圧損とＰＭ堆積量との関係を示す図。ＤＰＦ温度と吸気量との時間推移を示す図。第１の開度範囲と第２の開度範囲とを示す図。

符号の説明

１排気浄化装置
２ディーゼルエンジン（内燃機関）
３吸気管（吸気通路）
４排気管（排気通路）
５排気還流管（ＥＧＲ管、排気還流通路）
６ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、パティキュレートフィルタ）
７電子制御装置（ＥＣＵ）
２１インジェクタ（噴射手段）
２２エンジン回転数センサ
３１エアフロメータ
３２吸気スロットル（吸気絞り弁）
３３吸気圧センサ
５１ＥＧＲバルブ（排気還流弁）
６１、６２排気温度センサ
６３差圧センサ

Claims

内燃機関の排気通路の途中に配置されて粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの温度を取得する温度取得手段と、
前記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、
前記内燃機関に燃料を噴射する噴射手段と、
吸気通路に配置された吸気絞り弁と、
排気通路から吸気通路へ排気を還流する排気還流通路に配置された排気還流弁とを備え、
前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度において、
前記吸気絞り弁の開度が全開を含み、前記排気還流弁の開度が全閉を含む所定の開度範囲を第１の開度範囲とし、
前記吸気絞り弁の開度が全閉を含み、前記排気還流弁の開度が全開を含む所定の開度範囲を第２の開度範囲とし、
前記温度取得手段によって取得された前記温度が第１の所定値よりも大きく、かつ前記推定手段によって推定された前記堆積量が第２の所定値よりも大きく、かつ前記噴射手段による燃料の噴射が行われていない場合に、前記第１の開度範囲と前記第２の開度範囲との中から前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を選択する制御手段をさらに備えた内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段を備え、
前記制御手段は、前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を、前記回転数取得手段によって取得された前記回転数が第３の所定値よりも大きい場合は前記第１の開度範囲の中から選択し、前記回転数取得手段によって取得された前記回転数が前記第３の所定値よりも小さい場合は前記第２の開度範囲の中から選択する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関への吸気量を取得する吸気量取得手段を備え、
前記制御手段は、前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を、前記吸気量取得手段によって取得された前記吸気量が第４の所定値よりも大きい場合は前記第１の開度範囲の中から選択し、前記吸気量取得手段によって取得された前記吸気量が前記第４の所定値よりも小さい場合は前記第２の開度範囲の中から選択する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関における吸気圧を取得する吸気圧取得手段を備え、
前記制御手段は、前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を、前記吸気圧取得手段によって取得された前記吸気圧が第５の所定値よりも小さい場合は前記第１の開度範囲の中から選択し、前記吸気圧取得手段によって取得された前記吸気圧が前記第５の所定値よりも大きい場合は前記第２の開度範囲の中から選択する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御手段が前記吸気絞り弁と前記排気還流弁との開度を前記第２の開度範囲の中から選択した場合に、前記内燃機関への吸気量を２ｇ／ｓｅｃ以下となるように制御する吸気量制御手段を備えた請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。