JP2017089538A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子状物質捕集フィルタを再生する際に、該捕集フィルタの温度を上昇させるために行われる昇温運転において、一部気筒の燃料カット運転及び休筒運転（減筒運転）を組み合わせて、粒子状物質捕集フィルタの再生のための燃料噴射量を低減すること。【解決手段】粒子状物質の捕集フィルタ４１と、捕集フィルタ４１の再生処理を実施する再生運転制御手段４５と、を備え、再生運転制御手段４５は、ポスト燃料噴射を含む通常昇温運転部６３と、一部気筒への燃料供給を停止するとともに吸気弁及び排気弁を通常の開閉動作状態にする燃料カット運転部６５と、一部気筒への燃料供給を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉弁状態に維持する休筒運転部６７と、を有し、捕集フィルタ４１の温度及びＰＭ堆積量に基づいて、通常昇温運転部６３による運転に対して、燃料カット運転部６５による運転と休筒運転部６７による運転を組み合わせて再生処理を実施する。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の排ガス浄化装置に関し、特に、排気通路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集フィルタの再生装置に関する。

大気のクリーン化が求められる中、ディーゼルエンジンの排気通路には、排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集フィルタが設けられている。この粒子状物質捕集フィルタに所定量以上の粒子状物質が捕集されると、粒子状物質捕集フィルタの捕集性能の低下及び排ガス圧損が増加してエンジン性能に悪影響を及ぼすため、捕集した粒子状物質を強制的に燃焼除去する強制再生処理が行われる。

この強制再生処理としては、燃焼室内に噴射する燃料の噴射タイミングを制御して、燃焼に直接寄与しないタイミングで噴射するポスト燃料噴射、または排気通路内に燃料を噴射することで、排気温度を上昇させて、捕集フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼させて捕集フィルタの再生を行っている。

しかし、ポスト燃料噴射、または排気通路内に燃料を噴射することで、排気温度を上昇させて捕集フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼させているが、この捕集フィルタ後においてもＨＣ、ＣＯ等の還元ガスが検出されており、温度上昇のために噴射した燃料の一部は、燃焼しておらずに排出されているため、燃料消費の悪化を招く問題がある。

一方、内燃機関の燃料消費量を低減する方法として、減筒運転や燃料カット運転を行うことが知られている。
粒子状物質捕集フィルタの強制再生処理において、減筒運転や燃料カット運転を行う先行技術としては、例えば、特許文献１、２が知られている。
特許文献１には、全筒運転時と減筒運転時とで異なる再生方法を用いて、粒子状物質捕集フィルタの強制再生処理のための燃料消費量を低減することが示されている。排気通路に、粒子状物質捕集フィルタとその上流側に酸化触媒を配置して、該酸化触媒を介して粒子状物質捕集フィルタに排ガスを導入する低温排ガス流路と、該酸化触媒を介さずに粒子状物質捕集フィルタに排ガスを直接導入する高温排ガス流路とを備えて、全筒運転時には、排ガスを低温排ガス流路に導き、減筒運転時には、排ガスを高温排ガス流路に導く構成が示されている。

また、特許文献２には、排気浄化手段の再生処理の際に排気温度を上昇させるために、内燃機関の一部の気筒について吸排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に、燃料供給を停止する減筒制御を実施し、内燃機関を搭載された車両の減速時には、内燃機関の各気筒への燃料の供給を停止する燃料カットを実施する多気筒内燃機関において、再生処理実施中に上記燃料カットを実施する時には、上記一部の気筒の吸気弁及び排気弁の一方が開閉動作状態になり、他方が開閉動作状態または開弁状態になるようにして、再生処理中に排気浄化手段が過昇温されるのを抑制している。

特開２０１３−２２１４６１号公報 特開２００５−２２０８８０号公報

前述のように特許文献１には、粒子状物質捕集フィルタの温度上昇のために供給する燃料の消費量の低減対策として、減筒運転を行うことが示されている。しかし、全筒運転時と減筒運転時とで、前段酸化触媒を介する排ガス流路と、前段酸化触媒を介さない排ガス流路とを形成することが必要であると共に、排ガス流の切換え機構が必要のため、排ガス流路構造が複雑化する。

また、特許文献２においては、排気温度を上昇させるために行う減筒運転及び燃料カット運転を行うものであり、さらに燃料カットを実施する時には、一部の気筒の吸気弁及び排気弁の一方を開閉動作状態にして、他方を開閉動作状態または開弁状態になるようにして再生処理中の際に排気浄化手段が過昇温されるのを抑制するものである。排気浄化手段の温度上昇のために供給する燃料の消費量の低減対策を目的とする減筒運転や燃料カット運転についての開示はない。

そこで、これら技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、粒子状物質捕集フィルタを再生する際に、該粒子状物質捕集フィルタの温度を上昇させるために行われる昇温運転において、一部気筒の燃料カット運転及び休筒運転（減筒運転）を組み合わせて、粒子状物質捕集フィルタの再生のための燃料噴射量を低減することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置は、多気筒の内燃機関の排ガス通路に設けられ排ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集フィルタと、前記粒子状物質捕集フィルタの浄化性能を回復すべく排ガス温度の昇温を伴う再生処理を実施する再生運転制御手段と、を備え、
前記再生運転制御手段は、排ガス温度を上昇させるために前記内燃機関の気筒へのポスト燃料噴射を含む通常昇温運転部と、一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を通常の開閉動作状態にする燃料カット運転部と、一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を閉弁状態にする休筒運転部と、を有し、
前記再生運転制御手段は、前記再生処理の実施中に、前記粒子状物質捕集フィルタの温度及び前記粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量に基づいて、前記通常昇温運転部による運転に対して、前記燃料カット運転部と前記休筒運転部とによる運転を組み合わせて再生処理を行うことを特徴とする。

前記構成（１）によれば、排ガス温度を上昇させるために内燃機関の気筒へのポスト燃料噴射を含む通常昇温運転部によって、捕集フィルタの温度若しくは、捕集フィルタに到達する排ガス温度を、再生に必要な再生目標温度に達するように上昇させて堆積された粒子状物質の燃焼除去を開始する。
その後、捕集フィルタの温度及び捕集フィルタの粒子状物質の堆積量に基づいて、一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を通常の開閉動作状態にする燃料カット運転部による運転と、一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を閉弁状態にする休筒運転部による運転と、を組み合わせて実施して所定の堆積量まで低減させる。
従って、捕集フィルタの温度及び捕集フィルタの粒子状物質の堆積量に基づいて一部の気筒での燃料カット運転と、一部の気筒での休筒運転とを組み合わせて捕集フィルタの再生処理を行うため、捕集フィルタの再生のための燃料噴射量を低減できる。

（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、前記再生運転制御手段は、前記通常昇温運転部による運転に対して、前記燃料カット運転部による運転を実施し、該燃料カット運転部による運転に引き続いて前記休筒運転部による運転に切換えることを特徴とする。

前記構成（２）によれば、通常昇温手段による運転に対して、一部気筒では燃料カット運転部による運転が実施されるため、すなわち、燃料カット運転は、燃料供給を停止するとともに、通常の吸気弁及び排気弁を開閉動作状態にするため、内燃機関の回転数に応じた吸気空気が排出される。このため、排ガス通路内への酸素供給量を増やすことができる。
この酸素供給量の増加によって、排ガス温度を上昇させるために通常昇温運転部が行う内燃機関の気筒へのポスト燃料噴射の燃料に対して排ガス通路内で効率よく燃焼させることが可能になる。従って、燃料消費を低減でき、効率よく排ガスを昇温できる。

また、休筒運転部による運転では、一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を閉弁状態にするため、燃料カット運転のように排ガス通路への酸素供給量の増大効果は得られず、排ガスの昇温効果は燃料カット運転部による運転ほど期待できない。
しかし、休筒運転によって、休止気筒のポンプ損失や各種摩耗損失を低減でき、全筒運転や燃料カット運転に比べて燃料消費の低減効果が得られる。また、休筒運転によって、排ガス流量が減少するため、粒子状物質捕集フィルタの温度低下が抑制される。
従って、通常昇温運転部による運転に対して、燃料カット運転部による運転から引き続いて休筒運転部による運転に切換えることによって、排ガスの昇温を燃料消費の低減効果を得つつ効率よく再生処理を行うことができる。

（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）または（２）において、前記再生運転制御手段は、前記粒子状物質捕集フィルタの温度が第１堆積量を超えると前記通常昇温運転部の運転を実施し、前記粒子状物質捕集フィルタの温度が再生目標温度である第１温度に達し再生を開始し、その後、前記粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量が前記第１堆積量より少ない第２堆積量に減少したときに、前記燃料カット運転部による運転に切換えることを特徴とする。

前記構成（３）によれば、第１堆積量を超えると通常昇温運転部による運転を実施し、捕集フィルタの温度が再生目標温度である第１温度に達し再生を開始し、その後、粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量が第１堆積量より少ない第２堆積量に減少したときに、燃料カット運転部による運転に切換えるので、すなわち、第２堆積量まで減少しているため、粒子状物質捕集フィルタを昇温させるための燃料量低減が可能になり、且つ燃料カット運転により、粒子状物質捕集フィルタに供給する酸素を増量させることで、ＰＭ燃焼が促進できる。従って、燃料消費を低減しつつ効率よく排ガスを昇温して再生処理を実施できる。

（４）幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、前記再生運転制御手段は、前記燃料カット運転部による運転後に、前記粒子状捕集フィルタの温度が前記第１温度以下の第２温度に減少したときに、前記燃料カット運転部による運転から前記休筒運転部による運転に切換えることを特徴とする。

前記構成（４）によれば、燃料カット運転部による運転後に、捕集フィルタの温度が第１温度以下の第２温度に減少したときに、燃料カット運転部による運転から休筒運転部による運転に切換えるので、さらに燃料消費を抑えながら再生処理を行うことができる。

（５）幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、前記再生運転制御手段は、前記燃料カット運転部による運転後に、前記粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量が前記第２堆積量より少ない第３堆積量に減少したときに、前記燃料カット運転部による運転から前記休筒運転部による運転に切換えることを特徴とする。

前記構成（５）によれば、燃料カット運転部による運転後に、粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量が前記第２堆積量より少ない第３堆積量に減少したときに、燃料カット運転部による運転から休筒運転部による運転に切換えるので、すなわち、ＰＭ堆積量が第３堆積量まで減少しているので、粒子状物質捕集フィルタの温度上昇のための燃料量低減が可能になり、燃料カット運転から休筒運転へ切換えることで、さらに燃料消費を抑えながら再生処理を行うことができる。

（６）幾つかの実施形態では、前記構成（１）から（５）において、前記内燃機関は４気筒であり、前記燃料カット運転部及び前記休筒運転部による前記一部の気筒は、同一気筒であるとともに、１または２気筒であることを特徴とする。

前記構成（６）によれば、排ガスの昇温と燃料消費量低減効果を共に得ることができる。
再生処理は、粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量が所定量に減少した場合に終了するため、燃料カット運転部及び休筒運転部によって燃料カット及び休筒される気筒数が多くなると、ポスト燃料噴射による噴射量が少なくなり排ガスの昇温効果が得られ難くなり再生処理の終了までの時間が長引くため、却って燃料消費量が増大するおそれがある。
そのため、排ガスの昇温効果と燃料消費量の低減効果とのバランスを考慮すると、４気筒の内燃機関の場合には、燃料カット及び休筒される気筒数は１又は２気筒が適当である。
また、燃料カット運転から休筒運転への切換えが引き続いて行われるため、同一の気筒を対象にすることで切換え制御が確実に行われる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、粒子状物質捕集フィルタを再生する際に、該粒子状物質捕集フィルタの温度を上昇させるために行われる昇温運転において、一部気筒の燃料カット運転及び休筒運転（減筒運転）を組み合わせることで、粒子状物質捕集フィルタの再生のための燃料噴射量を低減することができる。

一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置の概略構成図である。 一実施形態に係る制御装置の概略構成図である。 一実施形態に係る再生運転制御装置の制御フローチャートである。 一実施形態に係る再生運転制御装置の制御フローチャートである。 一実施形態に係る再生運転制御装置の制御フローチャートである。 粒子状物質捕集フィルタの温度とＰＭ堆積量の変化を示すタイムチャートであり、（Ａ）は、横軸に再生制御開始からの時間ｔを、縦軸に捕集フィルタ温度Ｔの変化状態を示す。（Ｂ）は、横軸に再生制御開始からの時間ｔを、縦軸に捕集フィルタのＰＭ堆積量Ｑの変化状態を示す。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本発明の幾つかの実施形態に係る排ガス浄化装置１は、図１に示すような全体構成を有し、エンジン（内燃機関）３は、多気筒（例えば４気筒）のディーゼルエンジンから構成されている。また、エンジン３は、車両に搭載されて走行駆動源となるエンジンを例として説明するが、発電用のエンジンとして用いるものであってもよい。

エンジン３の各気筒の燃焼室５に連通する吸気ポート７、吸気マニホールドを介して接続された吸気通路９、排気ポート１１、排気マニホールドを介して接続された排ガス通路１３が気筒毎に設けられている。また、燃焼室５と吸気ポート７との連通を開閉する吸気弁１５、燃焼室５と排気ポート１１との連通を開閉する排気弁１７が、それぞれシリンダヘッド１９内に設けられている。
吸気弁１５は、開閉タイミング及び開閉量を可変制御可能なように吸気弁可変機構（吸気ＶＶＴ機構）２１によって駆動され、同様に、排気弁１７も、開閉タイミング及び開閉量が可変制御可能なように排気弁可変機構（排気ＶＶＴ機構）２３によって駆動されるようになっている。

燃焼室５は、シリンダブロック２５のシリンダ２７の内周に摺動自在に嵌合されたピストン２９の上面と、シリンダヘッド１９の内面と、シリンダ２７の内周面によって形成されており、燃焼室５のほぼ中央のシリンダヘッド１９には燃焼室５内に燃料を噴射する燃料噴射弁３１が設けられている。該燃料噴射弁３１への高圧燃料の供給を行う燃料供給装置３３が設けられている。また、燃焼室５内のピストン２９はコネクチングロッド３５を介してクランクシャフト３７に連結されている。

排ガス通路１３には、排ガスの流れ方向に沿って上流側に、酸化触媒（ＤＯＣ）３９が設置され、該酸化触媒３９の下流側に排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する粒子状物質捕集フィルタ（以下単に捕集フィルタという）４１が設置されている。また、酸化触媒３９の上流側に図示していない排気過給機のタービンを設置してもよい。

酸化触媒３９は、貴金属のプラチナ（Ｐｔ）やパラジュウム（Ｐｄ）を主成分とする触媒成分を担持させたコート層を担体の表面に備えて形成され、排ガス中の一酸化窒（ＮＯ）を酸化してＮＯ_２を生成すると共に、炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して水（Ｈ_２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成する。
また、捕集フィルタ４１は、セルの入口と出口とを交互に閉鎖された、所謂ウオールフロー型と呼ばれる構造を有し、排ガス中の粒子状物質を隣接するセル間の壁面に捕集するようになっている。

また、エンジン３の運転制御及び捕集フィルタ４１の再生制御行う制御装置４３が設けられている。制御装置４３には、図示しない信号入力部、信号出力部、記憶部、演算部等が設けられ、図１に示すように制御装置４３は、主に捕集フィルタの再生制御を行う再生運転制御手段４５と、エンジン３への燃料供給の制御を行う燃料噴射制御手段４７と、エンジン３の吸気弁１５の開閉制御と、排気弁１７の開閉制御を行う吸・排気弁制御手段４９とを有している。

信号入力部には、クランク角センサ５１からのエンジン回転数の信号、アクセルペダルのアクセル開度等を検知する負荷センサ５３からのエンジン負荷の信号、捕集フィルタ４１の前後差圧を検出する差圧センサ５５からの差圧信号、捕集フィルタ４１の温度を検出する温度センサ５７からの温度信号が入力されている。そして、信号出力部からは、燃料供給装置３３への制御信号、吸気弁可変機構（吸気ＶＶＴ機構）２１及び排気弁可変機構（排気ＶＶＴ機構）２３への制御信号を出力する。

次に、図２を参照して、制御装置４３の詳細な構成について説明する。
制御装置４３には、ＰＭ堆積量推定部５９、再生運転制御手段４５、燃料噴射制御手段４７、吸・排気弁制御手段４９が設けられている。

ＰＭ堆積量推定部５９は、クランク角センサ５１からのエンジン回転数信号、負荷センサ５３からのエンジン負荷信号、差圧センサ５５からの捕集フィルタ４１の前後の排ガス圧力の差圧信号、を基に、予め設定された運転状態に対するＰＭ堆積量のマップまたは算式を用いて捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量を推定する。

再生運転制御手段４５には、再生運転切換制御部６１、通常昇温運転部６３、燃料カット運転部６５、休筒運転部６７が設けられている。
再生運転切換制御部６１には、ＰＭ堆積量推定部５９からの堆積量推定値を基に堆積量が所定の閾値に達したか否かを判定する堆積量判定部６９と、温度センサ５７からの信号を基に捕集フィルタ４１の温度が所定の閾値に達したか否かを判定する温度判定部７１とが設けられて、これら判定部６９、７１による判定結果を基に再生運転において、通常昇温運転と燃料カット運転と休筒運転との切換制御が行われる。

通常昇温運転部６３は、捕集フィルタ４１の再生運転に際して、多気筒のエンジン３の全気筒に対して、燃焼室５への主燃料噴射である主噴射と、該主噴射後に燃焼室５内での燃焼に直接寄与しない噴射タイミングで噴射するポスト燃料噴射を行い、該ポスト燃料噴射の燃料を排ガス通路１３側へ供給して、排ガス通路１３内で燃焼させて排ガス温度を上昇させて、捕集フィルタ４１でのＰＭを燃焼除去させるように運転を制御している。
燃料カット運転部６５は、多気筒の一部気筒への、主燃料噴射及びポスト燃料噴射の燃料供給を停止するとともに、吸気弁１５及び排気弁１７を通常の開閉動作状態にして運転する制御部である。この通常の開閉動作状態とは、前述した通常昇温運転部６３によって捕集フィルタ４１の再生を行う際に設定される吸気弁１５と排気弁１７の開閉動作状態をそのまま維持していることである。
休筒運転部６７は、多気筒の一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁１５及び排気弁１７を閉弁状態に維持するように運転を制御している。

また、燃料噴射制御手段４７は、燃料供給装置３３へ燃料噴射タイミングの制御信号を出力する噴射タイミング制御部７３と、燃料噴射量の制御信号を出力する噴射量制御部７５とを有し、燃料噴射弁３１から燃焼室５に噴射される主燃料噴射及びポスト燃料噴射の噴射タイミングと噴射量とを制御する。
また、吸・排気弁制御手段４９は、吸気弁可変機構（吸気ＶＶＴ機構）２１へ吸気弁１５の開閉制御信号を出力する吸気弁制御部７７と、排気弁可変機構（排気ＶＶＴ機構）２３へ排気弁１７の開閉制御信号を出力する排気弁制御部７９とを有し、通常昇温運転時、燃料カット運転時、及び休筒運転時のそれぞれにおける吸気弁１５及び排気弁１７の開閉を制御する。

以上説明した制御装置４３の構成によって、再生処理の実施中に、温度センサ５７からの捕集フィルタ４１の温度、及び差圧センサ５５からの捕集フィルタ４１のＰＭ（粒子状物質）堆積量に基づいて、再生運転切換制御部６１は、通常昇温運転部６３による運転に対して、燃料カット運転部６５と休筒運転部６７による運転とを組み合わせて再生処理を行う。
従って、多気筒の一部の気筒での燃料カット運転と、一部の気筒での休筒運転とを組み合わせて捕集フィルタ４１の再生処理を行うため、捕集フィルタ４１の再生のための燃料噴射量を低減できる。

例えば、通常昇温運転部６３による運転に対して、まず、燃料カット運転部６５による運転を実施し、その後引き続いて休筒運転部６７による運転に切換える。
通常昇温運転部６３による運転に対して、燃料カット運転部６５による運転が実施されるため、すなわち、燃料カット運転は、一部の気筒に対して燃料供給を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を通常昇温運転部６３における開閉動作状態にし、残りの気筒においては、通常昇温運転部６３による運転がなされる。このため、燃料カットされた気筒では、内燃機関の回転数に応じた吸気空気が排ガス通路１３に排出される。従って、排ガス通路１３内への酸素供給量を増やすことができ、燃料カットされていない残りの気筒で供給されるポスト燃料噴射の燃料に対して十分な空気を供給できるため、排ガス通路１３内で燃料を無駄なく燃焼させることが可能になり、燃料消費を低減でき、効率よい排ガス昇温を行うことができる。すなわち、燃料カットによって低減された燃料に対して効率よい燃焼がなされて、燃料消費を低減でき、効率よく排ガスを昇温可能となる。

さらに、休筒運転部６７による運転では、一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁１５及び排気弁１７を閉弁状態に維持するため、燃料カット運転のように排ガス通路１３への酸素供給量の増大効果は得られず、排ガスの昇温効果は燃料カット運転ほど期待できない。しかし、休筒運転によって、休止気筒のポンプ損失や各種摩耗損失を低減でき、全筒運転や燃料カット運転に比べて燃料消費の低減効果が得られる。また、休筒運転によって、排ガス流量が減少するため、粒子状物質捕集フィルタの温度低下が抑制される。
従って、通常昇温運転部６３による運転に対して、燃料カット運転部６５による運転から引き続いて休筒運転部６７による運転に切換えることによって、排ガスの昇温を燃料消費の低減効果を得つつ効率よく再生処理を行うことができる。

本発明の幾つかの実施形態では、再生運転制御手段４５は、図３のフローチャート、及び図６のタイムチャートに示す再生運転制御を行う。
図３において、まず、ステップＳ１において、捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量が、再生を開始する必要があると判定する閾値である第１堆積量Ｑ１に達しているか否かを判定する。第１堆積量Ｑ１に達している場合には、ステップＳ２に進み再生制御を開始する（図６の時間ｔ０）。
この再生制御の開始においては、通常昇温運転部６３によって、燃焼室５への主燃料噴射である主噴射と、該主噴射後に燃焼室５内での燃焼に直接寄与しない噴射タイミングで噴射するポスト燃料噴射を行い、排ガス通路に導かれたポスト燃料噴射の燃料成分は、酸化触媒３９の酸化熱によって上昇されて排ガス通路１３内において燃焼して排ガス温度を上昇させて、捕集フィルタ４１に導入される排ガス、さらには捕集フィルタ４１を、ＰＭが連続的に燃焼可能な温度に昇温させる（例えば６００℃〜７００℃）。
再生運転の制御開始によって、排ガス温度の上昇に伴ってＰＭ堆積量は第１堆積量Ｑ１から減少を開始し、排ガス温度の上昇によって捕集フィルタ４１の温度が再生目標温度である第１温度Ｔ１（６００〜７００℃）に達するとＰＭの連続的な燃焼が開始されて再生が継続される（図６の時間ｔ１）。

次に、ステップＳ３に進んで、捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量が、第１堆積量Ｑ１より少ない第２堆積量Ｑ２まで減少したか否かを判定する。ステップＳ３でＮＯの場合には、ステップＳ２に戻って通常昇温運転部６３による昇温運転が行われる。ステップＳ３でＹｅｓの場合には、ステップＳ４に進んで、一部気筒の燃料カット運転が開始される（図６の時間ｔ２）。このステップＳ４の燃料カット運転は、燃料カット運転部６５によって行われる。

次に、ステップＳ５に進んで、捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量が、第２堆積量Ｑ２より少ない第３堆積量Ｑ３まで減少したか否かを判定する。ステップＳ５でＮＯの場合には、ステップＳ４に戻って燃料カット運転部６５による燃料カット運転が行われる。ステップＳ５でＹｅｓの場合には、ステップＳ６に進んで、一部気筒の休筒運転が開始される（図６の時間ｔ３）。このステップＳ６の休筒運転は、休筒運転部６７によって行われる。

次に、ステップＳ７に進んで、捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量が、第３堆積量Ｑ３より少ない第４堆積量Ｑ４まで減少したか否かを判定する。ステップＳ７でＮＯの場合には、ステップＳ６に戻って休筒運転部６７による休筒運転が行われる。ステップＳ７でＹｅｓの場合には、再生制御が終了する（図６のｔ４）。

なお、図６は、通常昇温運転部６３、燃料カット運転部６５、休筒運転部６７の切換え状態を示すタイムチャートである。図６（Ａ）は、横軸に再生制御開始からの時間ｔを、縦軸に捕集フィルタ４１の温度Ｔの変化状態を示す。図６（Ｂ）は、横軸に再生制御開始からの時間ｔを、縦軸に捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量Ｑの変化状態を示す。

以上の一実施形態によれば、第１堆積量Ｑ１を超えると再生制御を開始して通常昇温運転部６３による昇温を実施し、捕集フィルタ４１の温度が再生目標温度である第１温度Ｔ１に達し連続的にＰＭが燃焼除去されて再生が開始し、その後、捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量が第１堆積量Ｑ１より少ない第２堆積量Ｑ２に減少したときに、燃料カット運転部６５による運転に切換えるので、第２堆積量Ｑ２に減少した後においても、燃料消費を低減しつつ効率よく排ガスを昇温を維持して再生処理を続行できる。

また、燃料カット運転部６５による運転後に、捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量が第２堆積量Ｑ２より少ない第３堆積量Ｑ３に減少したときに、燃料カット運転部６５による燃料カット運転から休筒運転部６７による休筒運転に切換えるので、燃料消費をさらに抑えながら再生処理を終了させることができる。

本発明の幾つかの実施形態では、再生運転制御手段４５は、図４のフローチャート、及び図６のタイムチャートに示す再生運転制御を行う。
図４では、図３のステップＳ５に対応する判定を、ステップＳ１５に置き換えたものである。
図３のステップＳ５では、捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量が第３堆積量Ｑ３まで減少したか否かの判定している。これに代えて、図４のステップＳ１５のように、捕集フィルタ４１の温度が再生目標温度である第１温度Ｔ１より低下した第２温度Ｔ２に低下したか否かを判定（図６のｔ３）して、判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ４と同様に、一部気筒の燃料カット運転を行い、判定結果がＹｅｓの場合には、ステップＳ６と同様に、一部気筒の休筒運転を行う。その他のステップは、図３のフローチャートと同様である。

以上の一実施形態によれば、燃料カット運転部６５による運転後に、捕集フィルタ４１の温度が第１温度Ｔ１より低い第２温度Ｔ２に低下したときに、燃料カット運転部６５による運転から休筒運転部６７による運転に切換えるので、燃料消費を抑えながら再生処理を終了に向かわせることができる。

第２温度Ｔ２まで低下した場合には、捕集フィルタ４１に堆積されていたＰＭの除去が進み、堆積量が少なくなっているため、その状況で、燃料カット運転のように、吸排気弁を通常運転状態のように開閉作動させるよりも、全閉状態とした休筒とした方が、休止気筒のポンプ損失や各種摩耗損失を低減でき、燃料カット運転に比べて燃料消費の低減効果が得られる。また、休筒により、排ガス流量が減少し、粒子状物質捕集フィルタ４１の温度低下が抑制される。
このため、再生制御の終盤において、このような休筒運転の制御を行うことで、より燃料消費の低減効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、燃料カット運転部６５の運転から、休筒運転部６７への切換えを捕集フィルタ４１の温度を基に判定している。捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量を推定して堆積量を基に切換えするよりも、推定を行わないため迅速な制御が可能である。
また、捕集フィルタ４１の温度とＰＭ堆積量との両方を基に燃料カット運転部６５の運転から、休筒運転部６７への切換えを判定してもよい。より精度良い判定が可能になる。

本発明の幾つかの実施形態では、再生運転制御手段４５は、図５のフローチャート、及び図６のタイムチャートに示す再生運転制御を行う。
図５では、図３のステップＳ４の「一部気筒の燃料カット運転を行う」の前に、ステップＳ２１の「エンジン運転状態が一定の負荷以下であるか」を追加し、図３のステップＳ６の「一部気筒の休筒運転を行う」の前にも、ステップＳ２２の「エンジン運転状態が一定の負荷以下であるか」を追加したものである。追加部分は、図５のＡ部及びＢ部で示すステップである。なお、一定の負荷以下とは、中、低負荷域の所定の負荷であり、減速時やアイドリング状態のようにエンジンに負荷が掛かっていない状態も含むものとする。

以上の一実施形態によれば、一部気筒を燃料カット運転、または休筒運転を行っても要求負荷へ対応可能である場合にのみ燃料カット運転、または休筒運転を行うようにしたため、車載用として適用するエンジンにおいても車両の走行に悪影響を与えずに、捕集フィルタ４１の再生処理を実行させることができる。

本発明の幾つかの実施形態では、エンジン３は４気筒のディーゼルエンジンであり、燃料カット運転部６５及び休筒運転部６７による燃料カット及び休筒の気筒は同一気筒であるとともに、１または２気筒である。
再生処理は、捕集フィルタ４１のＰＭ堆積量が所定量に減少した場合に終了するため、燃料カット運転部６５及び休筒運転部６７によって燃料カット及び休筒される気筒数が多くなると、ポスト燃料噴射の燃料量が少なくなり排ガスの昇温効果が得られ難くなり再生処理の終了までの時間が長引くため、却って燃料消費量が増大するおそれがある。
そのため、排ガスの昇温効果と燃料消費量の低減効果とのバランスを考慮すると、４気筒の内燃機関の場合には、燃料カット及び休筒される気筒数は１又は２気筒が適当である。
また、燃料カット運転から休筒運転への切換えが引き続いて行われるため、同一の気筒を対象にすることで切換え制御が迅速にかつ確実に行われる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、粒子状物質捕集フィルタを再生する際に、該捕集フィルタの温度を上昇させるために行われる昇温運転において、一部気筒の燃料カット運転及び休筒運転（減筒運転）を組み合わせることで、粒子状物質捕集フィルタの再生のための燃料噴射量を低減することができるので、ディーゼルエンジンの排気浄化装置への適用に適している。

１ 内燃機関の排ガス浄化装置
３ エンジン（内燃機関）
５ 燃焼室
１３ 排ガス通路
１５ 吸気弁
１７ 排気弁
２１ 吸気弁可変機構（吸気ＶＶＴ機構）
２３ 排気弁可変機構（排気ＶＶＴ機構）
３１ 燃料噴射弁
３３ 燃料供給装置
３９ 酸化触媒
４１ 捕集フィルタ（粒子状物質捕集フィルタ）
４３ 制御装置
４５ 再生運転制御手段
４７ 燃料噴射制御手段
４９ 吸・排気弁制御手段
５１ クランク角センサ
５３ 負荷センサ
５５ 差圧センサ
５７ 温度センサ
５９ ＰＭ堆積量推定部
６１ 再生運転切換制御部
６３ 通常昇温運転部
６５ 燃料カット運転部
６７ 休筒運転部
Ｑ１ 第１堆積量
Ｑ２ 第２堆積量
Ｑ３ 第３堆積量
Ｑ４ 第４堆積量
Ｔ１ 第１温度
Ｔ２ 第２温度

Claims (6)

1. 多気筒の内燃機関の排ガス通路に設けられ排ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集フィルタと、
   前記粒子状物質捕集フィルタの浄化性能を回復すべく排ガス温度の昇温を伴う再生処理を実施する再生運転制御手段と、を備え、
   前記再生運転制御手段は、
   排ガス温度を上昇させるために前記内燃機関の気筒へのポスト燃料噴射を含む通常昇温運転部と、
   一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を通常の開閉動作状態にする燃料カット運転部と、
   一部気筒への燃料供給を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を閉弁状態にする休筒運転部と、を有し、
   前記再生運転制御手段は、前記再生処理の実施中に、前記粒子状物質捕集フィルタの温度及び前記粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量に基づいて、前記通常昇温運転部による運転に対して、前記燃料カット運転部と前記休筒運転部とによる運転を組み合わせて再生処理を行うことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記再生運転制御手段は、前記通常昇温運転部による運転に対して、前記燃料カット運転部による運転を実施し、該燃料カット運転部による運転に引き続いて前記休筒運転部による運転に切換えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
3. 前記再生運転制御手段は、前記粒子状物質捕集フィルタの温度が第１堆積量を超えると前記通常昇温運転部の運転を実施し、前記粒子状物質捕集フィルタの温度が再生目標温度である第１温度に達し再生を開始し、その後、前記粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量が前記第１堆積量より少ない第２堆積量に減少したときに、前記燃料カット運転部による運転に切換えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
4. 前記再生運転制御手段は、前記燃料カット運転部による運転後に、前記粒子状捕集フィルタの温度が前記第１温度以下の第２温度に減少したときに、前記燃料カット運転部による運転から前記休筒運転部による運転に切換えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
5. 前記再生運転制御手段は、前記燃料カット運転部による運転後に、前記粒子状物質捕集フィルタの粒子状物質の堆積量が前記第２堆積量より少ない第３堆積量に減少したときに、前記燃料カット運転部による運転から前記休筒運転部による運転に切換えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
6. 前記内燃機関は４気筒であり、前記燃料カット運転部及び前記休筒運転部による前記一部の気筒は、同一気筒であるとともに、１または２気筒であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
   
   
   
   
   

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