JP2011106349A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦの過昇温抑制のために酸素濃度低減の手法を用いる場合に、失火やエンストの発生を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＤＰＦにおける過昇温抑制制御として、吸気量を絞り、かつアフター噴射を行うことでＤＰＦに流入する排気中の酸素濃度を低減する制御（酸欠制御）を実行する場合に、エンジン回転数の低下に対する燃料噴射量の増加量を酸欠制御でない場合に比べて大きくする。さらにエンジン回転数の低下に対して、噴射時期の進角化、吸気量の増量も併せて実行するとしてもよい。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

今日、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（粒子状物質、ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の除去が重要である。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：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）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。

しかしＤＰＦ再生中やＰＭの自然燃焼中に、運転状態がアイドリングに変更されたり、急ブレーキを踏んだりした場合、ガス量が減少することによりＤＰＦ内に熱がこもって、ＤＰＦの温度が上がり過ぎる現象が発生する。ＤＰＦの温度が上がり過ぎると、ＤＰＦが溶損したり破損したり、あるい担持された触媒が劣化する等の不具合が生じてしまう。

下記特許文献１では、ＤＰＦ過昇温の可能性がある場合（排気温度が高く、減速運転状態）に、吸気絞り弁を絞るとともにＥＧＲ弁を全開にすることで排気中の酸素濃度を低減してＤＰＦでのＰＭ燃焼を抑制する技術が開示されている。

特開２００２−１８８４９３号公報

ＤＰＦの過昇温を回避、抑制するための手法として、上記特許文献１のようにＤＰＦに流入する排気中の酸素濃度を低減させる場合、酸素濃度低減のための代表的な方法としては、吸気量を絞る方法、エンジン筒内で燃料を噴射して排気管に配置された触媒で余分な酸素を反応させる方法、及びそれらの組合せがある。

例えばアイドリングに落としたことによりＤＰＦ過昇温の可能性が生じたので吸気量を絞った場合、その状態で、燃料性状が変わったり、何らかの外乱（例えば各種ユーザ操作によりエンジンに負担がかかる場合など）が入ったりすると、トルクや回転数が落ちたり、筒内の燃焼反応が不安定になる等して、失火やエンスト（エンジンストール）が起こる可能性がある。したがって吸気量の低減中には、失火やエンストが発生しないような制御を行うべきであるが、従来技術においてはこの課題が十分に認識されているとは言えない。

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の過昇温抑制のために酸素濃度低減の手法（酸欠制御）を用いる場合に、失火やエンストの発生を抑制することが可能な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に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、そのフィルタよりも上流の位置に配置された酸化触媒と、前記フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼する際に、過昇温発生の可能性がある場合に、過昇温を抑制するように、前記内燃機関への吸気量の低減と、内燃機関の筒内における主噴射よりも後の燃料噴射とにより、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を低減する酸欠制御手段と、その酸欠制御手段が酸素濃度の低減制御を実行する際に、失火及びエンジンストールを抑制するように、内燃機関の回転数変化に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期、吸気量の少なくとも１つの指示値を調節する調節手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの過昇温抑制のための酸欠制御において、失火及びエンジンストールを抑制するように、内燃機関の回転数変化に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期、吸気量の少なくとも１つの指示値を調節するので、酸欠制御中に何らかの要因（例えば燃料の性状変化、各種ユーザ操作など）で内燃機関の回転数が低下した場合に、トルクや回転数や筒内の燃焼安定性を回復することにより、失火やエンストを抑える。したがってフィルタ過昇温の抑制と失火、エンストの抑制とを両立する排気浄化装置を実現する。

また前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記内燃機関がアイドル運転状態である状況での前記内燃機関の回転数が低下した場合の燃料噴射量を、酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも回転が低下するほど大きくするとしてもよい。

これによりアイドル運転状態で回転数が落ちたときに、酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも燃料噴射量の増加量を大きくするので、アイドル運転中に燃料性状変化や外乱などによって回転数が落ちたときに、燃料噴射量を顕著に増量して効果的に回転数やトルクを回復することができる。よって酸欠制御中の失火やエンストを抑制できる。

また前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記内燃機関がアイドル運転状態である状況で、前記内燃機関の回転数が目標回転数からの低下量に対する、燃料噴射量増加割合を酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも大きくするとしてもよい。

これによりアイドル運転状態で回転数が目標回転数よりも落ちたときに酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも燃料噴射量の増加量を大きくするので、アイドル運転中に燃料性状変化や外乱などによる回転数の低下に反応して燃料噴射量を顕著に増量することで、効果的にトルクを回復して目標回転数に復帰することができる。よって酸欠制御中の失火やエンストを抑制できる。

また前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記内燃機関の回転数の低下に応じて、燃料噴射時期を、酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも進角させるとしてもよい。

これによりアイドル運転状態で回転数が落ちたときに酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも燃料噴射時期を進角させるので、アイドル運転中に燃料性状変化や外乱などによって回転数が落ちたときに、燃料噴射時期を顕著に進角させて着火遅れの影響を抑制することにより、効果的に回転数やトルクを回復することができる。よって酸欠制御中の失火やエンストを抑制できる。

また前記内燃機関の燃焼状態が所定の不安定状態にあることを検出する検出手段を備え、前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記検出手段が内燃機関の燃焼状態が不安定であると検出した場合に、内燃機関の燃焼状態が不安定であると検出しない場合よりも燃料噴射時期を進角させるとしてもよい。

これによりアイドル運転状態で筒内の燃焼状態が不安定になったときに酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも燃料噴射時期を進角させるので、アイドル運転中に燃料性状変化や外乱などによって回転数が落ちたときに、燃料噴射時期を顕著に進角させて着火遅れの影響を抑制することにより燃焼を安定化させる。よってフィルタの過昇温を抑制しつつ、効果的に失火やエンストを抑制できる。

また前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記内燃機関の回転数の低下に応じて吸気量を増加させるとしてもよい。

これによりアイドル運転中に燃料性状変化や外乱などによって回転数が落ちたときに、吸気量を増加させることで効果的にトルクを回復し、燃焼の安定性を改善することができる。よってフィルタの過昇温を抑制しつつ失火やエンストを抑制できる。

また前記内燃機関の燃焼状態が所定の不安定状態にあることを検出する検出手段を備え、前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記検出手段が内燃機関の燃焼状態が不安定であると検出した場合に、吸気量を増加させるとしてもよい。

これによりアイドル運転中に燃料性状変化や外乱などによって燃焼が不安定になったときに、吸気量を増加させることで効果的にトルクを回復し、燃焼の安定性を改善することができる。よってフィルタの過昇温を抑制しつつ失火やエンストを抑制できる。

また前記調節手段は、吸気量を増加させた場合に、筒内でメイン噴射よりも遅角側のトルクに影響しない燃料噴射量を増量するとしてもよい。

これにより吸気量増量による酸素濃度の上昇を、メイン噴射よりも遅角側のトルクに影響しない燃料噴射によって、効果的に打ち消すことができる。したがってフィルタの過昇温抑制と失火やエンストの抑制とが両立できる。

また前記検出手段は前記内燃機関の角速度変動の大きさを筒内燃焼の不安定度を示す数値として検出するとしてもよい。

これにより内燃機関の角速度変動の大きさを用いることによって精度よく筒内燃焼の安定度を検出できる。

また前記検出手段は前記内燃機関の筒内圧の変動の大きさを筒内燃焼の不安定度を示す数値として検出するとしてもよい。

これにより内燃機関の筒内圧の変動の大きさを用いることによって精度よく筒内燃焼の安定度を検出できる。

本発明における内燃機関の排気浄化装置の実施例での構成図。 実施例１における過昇温抑制制御のフローチャート。 実施例２における過昇温抑制制御のフローチャート。 噴射量の指令値と回転数との関係を示す図。 噴射量の指令値と目標回転数からの偏差との関係を示す図。 噴射時期の指令値と目標回転数からの偏差との関係を示す図。 吸気量の指令値と目標回転数からの偏差との関係を示す図。 過昇温領域と安全領域とを示す図。

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における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。エンジン２及び排気浄化装置１は、吸気管３、排気管４、ＥＧＲ管５を備える。排気管４には、上流側から酸化触媒６（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｃｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）、ＤＰＦ７が配置されている。そしてこれらを制御する電子制御装置８（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が装備されている。

吸気管３を通じてエンジン２に空気が供給される。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。

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、筒内圧センサ２３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して、その検出値がＥＣＵ８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。また筒内圧センサ２３によりエンジン２の筒内圧力が計測される。

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、ＤＰＦ７よりも上流側に、酸素濃度を計測する酸素濃度センサ４１と、排気温度を計測する排気温センサ４２が配置されている。これらのセンサによってＤＰＦ７へ流入する排気の温度、その排気中の酸素濃度が計測できる。

ＥＧＲ管５は、排気管４から吸気管３への排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うために装備されている。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。

ＤＰＦ７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ＰＭ（粒子状物質）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ７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。ＤＰＦ７は酸化触媒が担持された酸化触媒付きＤＰＦであるとすればよい。ＤＰＦ７の入口側と出口側における排気圧の差である前後差圧（圧損）を計測する差圧センサ７０も装備されている。

エンジン２及び排気浄化装置１は自動車に搭載されているとすればよい。そして排気浄化装置１にはアクセル開度センサ９０が備えられている。アクセル開度センサ９０は運転者によるアクセルペダルの踏み込み量の情報を検出する。

上で述べたエアフロメータ３１、エンジン回転数センサ２２、酸素濃度センサ４１、排気温センサ４２、差圧センサ７０、アクセル開度センサ９０の計測値はＥＣＵ８へ送られる。またＥＣＵ８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との開度が調節、制御される。ＥＣＵ８は通常のコンピュータと同様の構造を有するとして、各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報の記憶を行うメモリ８０を備えるとすればよい。このマップでは、代表的な特性としては、前後差圧とＰＭ堆積量とをそれぞれ縦軸横軸とした関係がほぼ平行四辺形の形状となり、ＰＭが堆積し、燃焼することによりその平行四辺形を１周する。

あるいはＰＭ量はエンジン２の運転履歴から推定するとしてもよい。具体的には、エンジン２の運転状態、すなわちエンジン回転数と負荷からエンジン２が排出するＰＭ量への関係を表すマップをメモリ８０に予め記憶しておいて、そのマップと時々刻々のエンジン回転数と負荷の数値とから、エンジン２が排出するＰＭ量を算出する。そして、このエンジン２が排出するＰＭ量を積算した数値をＤＰＦ７に堆積したＰＭ量とする。なお、その際エンジン回転数はエンジン回転数センサ２２で検出し、負荷は例えばアクセル開度センサ９０の数値とすればよい。

ＤＰＦ７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、ＤＰＦ７を再生する。ＰＭの堆積量を推定する方法は例えば、ＤＰＦ７の前後差圧とＰＭ堆積量の関数関係（マップ）を予め求めておいてメモリ８０に記憶しておき、差圧センサ７０の計測値と同マップとからＰＭの堆積量を推定すればよい。

ＤＰＦ７の再生方法としては例えば、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実行する。またポスト噴射により筒内に噴射されて未燃のまま排気管４に排出された未燃燃料が、ＤＰＦ７に達して、ＤＰＦ７に担持された触媒の作用で昇温して、ＤＰＦ７に堆積したＰＭを燃焼させる。その際、未燃燃料の一部がＤＯＣ６の作用で酸化することにより排気温度が上昇してＤＰＦ７の昇温に寄与する。

実施例１では、上記の装置構成のもとで、ＤＰＦ７で過昇温発生の可能性が生じた場合に、過昇温の発生を抑制するために、排気中の酸素濃度を低減させてＤＰＦ７内での燃焼反応を抑制する制御（酸欠制御）を実行する。そして酸欠制御中に失火やエンストが発生することを抑制する制御を実行する。その処理手順が図２に示されている。図２（及び後述の図３）の処理手順はプログラム化してメモリ８０に記憶しておき、ＥＣＵ８がそれらを自動的に実行するとすればよい。

なお本実施例では、ＤＰＦ７の過昇温は、ＤＰＦ７の再生中のみでなく、例えばＰＭ堆積量が多い状態で、エンジンを急激に加速させた場合などにＰＭが自然に燃焼して発生する過昇温も対象に含めるとする。したがって図２のフローチャートは、ＤＰＦ７の再生中のみでなく、例えば車両の運転中常に処理し続ければよい。

まず図２を説明する。なお以下では、酸欠制御を実行していない時、酸欠制御ではない制御をそれぞれ通常時、通常制御などと称する。また単に酸素濃度と述べた場合、ＤＰＦ７に流入する排気中の酸素濃度を指すとする。

図２の処理ではまず、手順Ｓ１０でＥＣＵ８は、ＤＰＦ温度、排気中の酸素濃度、吸気量、ＤＰＦ前後差圧を検出する。これらの数値はそれぞれ排気温センサ４２、酸素濃度センサ４１、エアフロメータ３１、差圧センサ７０で計測すればよい。なおＤＰＦ温度に関しては、ＤＰＦ内部温度推定モデルを予め求めておいて、排気温センサ４２の計測値と同モデルとからＤＰＦ内部温度を推定するとしてもよい。

次にＳ２０でＥＣＵ８は、ＰＭ量（ＤＰＦ７におけるＰＭ堆積量）を推定する（排気流量に関しては後述する）。ＰＭ量の推定方法は、上述のとおり、差圧センサ７０の数値から推定するか、運転履歴から推定するかのいずれでもよい。

次にＳ３０でＥＣＵ８は、酸欠式過昇温防止制御（酸欠制御）が必要か否かを判定する。ＥＣＵ８は、酸欠制御が必要な場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）はＳ５０に進み、不要な場合（Ｓ３０：ＮＯ）はＳ４０に進む。酸欠制御要否判定の具体的な方法が図８に示されている。

図８は、吸気量と酸素濃度とを座標軸とした平面をＤＰＦ過昇温が発生する可能性があるとみなされる領域（過昇温領域）と、その可能性がないとみなされる領域（安全領域）とに分割した図である。同図のとおり、相対的に高酸素濃度、低吸気量の領域が過昇温領域となるとの知見が得られている。この図から過昇温抑制のためには、吸気量増量、あるいは酸素濃度低減が有効であることがわかる。

過昇温領域と安全領域との境界線は、ＤＰＦ７に堆積したＰＭ量が大きいほど、あるいはＤＰＦ７の内部温度が高いほど、図示上方に移動する性質を有する。このことは、ＤＰＦ７に堆積したＰＭ量が大きいほど、あるいはＤＰＦ７の内部温度が高いほど、ＤＰＦ過昇温発生の可能性が高いことを示している。

予めメモリ８０に図８のマップをＰＭ量、ＤＰＦ温度毎に記憶しておき、そしてＳ３０では同マップと、Ｓ１０で取得したＤＰＦ温度、酸素濃度、吸気量と、Ｓ２０で取得したＰＭ量とから、現時点で過昇温領域内にいるか安全領域内にいるかを判定する。そして、過昇温領域内にいるならば酸欠方式による過昇温抑制制御が必要、安全領域内にいるならば不要と判定すればよい。上述のとおり、例えばＤＰＦ７の再生中、あるいはＰＭの自然燃焼中にアイドル運転状態に落とした場合などが、Ｓ５０へ進む可能性がある代表的な場合である。

Ｓ４０へ進んだらＥＣＵ８は、噴射量、噴射時期、吸気量を、通常時（すなわち酸欠制御を実行しない場合）の噴射量、噴射時期、吸気量に設定する。またＳ５０へ進んだらＥＣＵ８は、酸欠制御を開始する。そしてＳ６０で、噴射量、噴射時期、吸気量を、本発明の酸欠制御時における噴射量、噴射時期、吸気量に設定する。

酸欠制御においては、吸気スロットル３２を絞って吸気量を通常時よりも低減する（ただし後述するように本発明においては、吸気量を通常時の数値に戻す場合がある）と同時に、エンジン２の筒内でメイン噴射よりも遅角側で燃料噴射する。この燃料噴射（アフター噴射）は、基本的にはトルクの発生は抑制しつつ筒内で燃焼することを目的とする。

ただしアフター噴射された燃料の一部は筒内で燃焼されずに、ＤＯＣ６あるいはＤＰＦ７に担持された触媒の作用で反応して酸素が消費されるとする。吸気を絞り、さらにアフター噴射による筒内燃焼、あるいはＤＯＣ６、ＤＰＦ７での反応で酸素が消費されることにより、ＤＰＦ７に流入する排気中の酸素濃度が低減して、ＤＰＦ過昇温抑制の効果を発揮する。

本発明の酸欠制御での吸気低減の程度は、以下の基本方針によって定める。一般にディーゼルエンジンは理論空燃比よりも空気が過剰なリーン燃焼である。リーン燃焼では、燃料噴射量を変化させることによって発生するトルク値が変化する。吸気を絞っていけば、どこかでリッチ燃焼へと移行するので、噴射量によってはトルクを変えられない領域に入っていくこととなる。しかし本発明の酸欠制御では、吸気を絞る場合に、あくまでも燃料噴射量の変化によってトルクを調節できる範囲に留める。

通常時及び酸欠制御時（本発明と従来）の噴射量、噴射時期、吸気量（の指示値）の例が図４から７に示されている。図４、５には噴射量の調節方法が示されている。図４では横軸をエンジン回転数Ｎｅ、図５（、６、７）では横軸を目標回転数からの偏差△Ｎｅとしている。

図４の場合、通常時及び従来の酸欠制御では、エンジン回転数Ｎｅが低くなるほど噴射量を多くなるように調節するが、本発明の酸欠制御では通常時及び従来の酸欠制御よりもさらに、低回転になるほど噴射量を多くする。図５の場合、通常時及び従来の酸欠制御では、エンジン回転数Ｎｅが低くなるほど噴射量を多くなるように調節するが、本発明の酸欠制御では、目標回転数よりも低速となった場合に、通常時及び従来の酸欠制御よりも噴射量の増加幅を大きくする。

上述のとおり、本発明の酸欠制御では、吸気量を低減するものの、噴射量の変化によりトルクが変動する領域に留める。したがって図４、５を用いることにより、酸欠制御中に何らかの理由（燃料の性状変化や各種のユーザ操作など）でエンジン回転数が下がった場合に、効果的に噴射量を増量してトルク及び回転数を回復することができる。今日のエンジン制御では、回転数を目標値に追従させる制御を行う場合があるので、そうした場合に図５（さらには図６、７）のように目標回転数からの偏差を用いる方法は有効となり、目標回転数への復帰が精度よく行える。

図６には噴射時期の調節方法が示されている。図６により、通常時及び従来の酸欠制御では、エンジン回転数Ｎｅが低くなっても噴射時期はほぼ一定だが、本発明の酸欠制御では、目標回転数よりも低速となった場合に噴射時期を進角させる。特にある偏差までは噴射時期を直線状に進角する。

従来の酸欠制御においては噴射時期を通常時よりも遅らせる場合もあったが、それにより燃焼状態の不安定性を招く可能性があった。本発明では噴射時期を進角させることで、燃焼を安定化させることができる。したがって図６の噴射時期制御を用いることにより、酸欠制御中に何らかの理由（燃料の性状変化や各種のユーザ操作など）でエンジン回転数が下がった場合に、噴射時期を進角させることで、効果的に燃焼を安定状態に戻し、回転数を回復することができる。

図７には吸気量の調節方法が示されている。従来の酸欠制御では、通常時よりも吸気量を絞るが、エンジン回転数が低下しても特に吸気量を調節しなかったのに対して、本発明の酸欠制御では、図７により、目標回転数よりも低速となった場合に吸気量を（直線的に）増量し、ある程度以上エンジン回転数が低下したら通常時と同じ吸気量まで回復させる。吸気量の調節は吸気スロットル３２の開度の調節によって行われる。

もちろん図７における吸気量の範囲は上述の基本方針（すなわち噴射量の増減でトルクを増減できる範囲）に従ったものとする。図７の吸気量制御を用いることにより、酸欠制御中に何らかの理由（燃料の性状変化や各種のユーザ操作など）でエンジン回転数が下がった場合には、吸気量を増量することにより、燃焼を安定状態に戻し、回転数を回復することができる。なお図７に示された噴射量はメイン噴射、アフター噴射を含めた噴射量の総量とし、この総量からメイン噴射、アフター噴射などを決めるマップを予め決めてメモリ８０などに記憶しておけばよい。

またＳ５０では、噴射量、噴射時期、吸気量の全ての調節方法を従来の酸欠制御から変更するとしなくてもよく、少なくとも１つでよい。その際、噴射量の調節方法の変更は常に行うとして、他の２つは補助的に変更するとしてもよい。あるいは噴射量、噴射時期、吸気量の順に優先順位を付けておき、回転数が低下したときに、まずは噴射量の増量で対応し、それでもトルク、回転数、燃焼安定性が回復しなければ次に噴射時期を進角させ、それでもトルク、回転数、燃焼安定性が回復しなければ、吸気量を増量（通常時に戻す）としてもよい。

次に実施例２を説明する。以下で実施例１からの変更部分のみを説明する。実施例２においては、ＤＰＦ過昇温抑制のための処理手順を図２から図３に変更する。

図３の処理ではまず、図２と同じＳ１０からＳ６０の処理を実行する。そしてＳ６０実行後にＥＣＵ８はＳ７０に進む。Ｓ７０でＥＣＵ８は、エンジン２の筒内の燃焼状態を検出する。次にＳ８０に進んでＥＣＵ８は、筒内の燃焼が安定状態にあるか否かを判定する。ＥＣＵ８は、安定状態にある場合（Ｓ８０：ＮＯ）は図３の処理を終了し、不安定状態の場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）はＳ９０へ進む。

筒内燃焼状態の判定方法は、例えばエンジン回転数センサ２２による回転数の計測値が所定幅を超える変動を示したときに不安定と判定してもよい。あるいは筒内圧センサ２３による筒内圧の計測値が所定幅を超える変動を示したときに不安定と判定してもよい。また複数の気筒に筒内圧センサ２３を装備して、気筒ごとの筒内圧のばらつきが所定幅を超えたら燃焼不安定と判定してもよい。

Ｓ９０でＥＣＵ８は、噴射時期、吸気量の少なくとも一方を補正する。具体的には噴射時期は進角側に、吸気量は増加側に補正する。補正幅は予め燃焼の不安定度に応じて定めておけばよい。上述のとおりＳ９０に進んだ場合は、筒内燃焼が不安定な状況である。したがって噴射時期を進角側に、吸気量を増加側に補正することにより、燃焼状態を安定化させる（あるいはトルクを増加させる）ので、ＤＰＦ７の過昇温を抑制しつつ、失火やエンストの可能性を低減できる。

上記実施例において、図２、図３のＳ２０でＤＰＦ７に流入する排気流量の推定値を算出し、図８で縦軸の吸気量をＤＰＦ７に流入する排気流量に変更してもよい。図８の特性は、縦軸を排気流量としても同様の特性となる。この場合、吸気量ではなくＤＰＦ７を通過する排気流量を考慮するので、排気によるＤＰＦ７からの熱の持ち去りの効果を、より高精度に判断することができる。

その場合の排気ガスの流量の推定値の算出方法を以下で説明する。ここで流量とは、単位時間あたりの体積流量（つまり流速）とすればよい。エアフロメータ３１で計測した吸気の単位時間当たりの質量流量を排気ガスの体積流量に変換する。排気ガスの体積流量の算出は次の式（Ｅ１）にしたがって行う。
Ｖ（ｍ^３ ／ｓｅｃ）
＝［Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）／２８．８（ｇ／ｍｏｌ）］
×２２．４×１０^−３（ｍ^３ ／ｍｏｌ）
×［Ｔｄｐｆ（Ｋ）／２７３（Ｋ）］
×［Ｐ０（ｋＰａ）／（Ｐ０（ｋＰａ）＋ΔＰ（ｋＰａ））］
＋Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）／２０７．３（ｇ／ｍｏｌ）
×０．８４（ｇ／ｃｃ）×６．７５
×２２．４×１０^−３（ｍ^３ ／ｍｏｌ）
×［Ｐ０（ｋＰａ）／（Ｐ０（ｋＰａ）＋ΔＰ（ｋＰａ））］ （Ｅ１）

式（Ｅ１）において、Ｖ（ｍ^３ ／ｓｅｃ）が排気ガスの単位時間あたりの体積流量、Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）が吸気の単位時間当たりの質量流量、Ｔｄｐｆ（Ｋ）がＤＰＦ温度、Ｐ０（ｋＰａ）が大気圧、ΔＰ（ｋＰａ）がＤＰＦ差圧、Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）が単位時間当たりの燃料噴射量をそれぞれ示している。Ｇ、Ｔｐｄｆ、ΔＰはそれぞれ、エアフロメータ３１、排気温センサ４１、差圧センサ７０の計測値、そしてＱはインジェクタへの噴射量の指令値とすればよい。

式（Ｅ１）の右辺第１項は吸気の質量流量を体積流量に変換したものであり、第２項は、噴射燃料の燃焼による吸気から排気ガスへの増量分である。第２項中、０．８４（ｇ／ｃｃ）は軽油の代表的な液密度である。２２．４×１０^−３（ｍ^３ ／ｍｏｌ）は摂氏０度、１気圧（ａｔｍ）での理想気体の１ｍｏｌ当たりの体積である。６．７５は燃料噴射量１（ｍｏｌ）に対する排気ガスのモル数の増加率である。

増加率（６．７５）は以下により得ている。軽油の組成は代表的には、Ｃ_１５Ｈ_２７．３（分子量２０７．３）と表され、燃焼は次の反応式（Ｅ２）で表される。したがって、燃料噴射量１（ｍｏｌ）に対し、排気ガスは６．７５（＝（１５＋１３．５）−２１．７５）倍のモル数となる。
Ｃ_１５Ｈ_２７．３＋２１．７５Ｏ_２ →１５ＣＯ_２ ＋１３．５Ｈ_２ Ｏ （Ｅ２）

また、燃料噴射はＥＣＵ８で決定される所定の噴射時期にのみ噴射され、間欠的な噴射となる。式（Ｅ１）中の燃料噴射量Ｑは、非噴射期間も合わせた平均的な燃料噴射量である。

吸気の単位時間当たりの質量流量Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）はエアフロメータ３１で計測すればよい。ＤＰＦ温度Ｔｄｐｆ（Ｋ）は排気温センサ４１で計測すればよい。ＤＰＦ前後差圧ΔＰ（ｋＰａ）は、差圧センサ７０で計測すればよい。またＰ０は大気圧としているがＤＰＦの下流にマフラーが有る場合は、ＤＰＦ下流圧としてマフラー圧損を付加しても良い。単位時間当たりの燃料噴射量Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）はＥＣＵ８による噴射量の指令値を用いればよい。以上が排気ガスの流速の算出方法である。

上記実施例において、Ｓ５０の手順が酸欠制御手段を構成する。Ｓ６０及びＳ８０の手順が調節手段を構成する。Ｓ７０の手順が検出手段を構成する。なお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、これを例えばリーンバーンガソリンエンジンに変更しても同様の効果を奏する。

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
４ 排気管（排気通路）
７ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、フィルタ）
８ 電子制御装置（ＥＣＵ）
２１ インジェクタ
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
４１ 酸素濃度センサ
４２ 排気温度センサ
７０ 差圧センサ

Claims (10)

1. 内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、
   そのフィルタよりも上流の位置に配置された酸化触媒と、
   前記フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼する際に、過昇温発生の可能性がある場合に、過昇温を抑制するように、前記内燃機関への吸気量の低減と、内燃機関の筒内における主噴射よりも後の燃料噴射とにより、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を低減する酸欠制御手段と、
   その酸欠制御手段が酸素濃度の低減制御を実行する際に、失火及びエンジンストールを抑制するように、内燃機関の回転数変化に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期、吸気量の少なくとも１つの指示値を調節する調節手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記内燃機関がアイドル運転状態である状況での前記内燃機関の回転数が低下した場合の燃料噴射量を、酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも回転が低下するほど大きくする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記内燃機関がアイドル運転状態である状況で、前記内燃機関の回転数の目標回転数からの低下量に対する、燃料噴射量増加割合を酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも大きくする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記内燃機関の回転数の低下に応じて、燃料噴射時期を、酸素濃度の低減制御を実行しない場合よりも進角させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記内燃機関の燃焼状態が所定の不安定状態にあることを検出する検出手段を備え、
   前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記検出手段が内燃機関の燃焼状態が不安定であると検出した場合に、内燃機関の燃焼状態が不安定であると検出しない場合よりも燃料噴射時期を進角させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記内燃機関の回転数の低下に応じて吸気量を増加させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記内燃機関の燃焼状態が所定の不安定状態にあることを検出する検出手段を備え、
   前記調節手段は、酸素濃度の低減制御を実行している期間に、前記検出手段が内燃機関の燃焼状態が不安定であると検出した場合に、吸気量を増加させる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記調節手段は、吸気量を増加させた場合に、筒内でメイン噴射よりも遅角側のトルクに影響しない燃料噴射量を増量する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記検出手段は前記内燃機関の角速度変動の大きさを筒内燃焼の不安定度を示す数値として検出する請求項５又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記検出手段は前記内燃機関の筒内圧の変動の大きさを筒内燃焼の不安定度を示す数値として検出する請求項５又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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