JP3454351B2 - パティキュレートフィルタの再生処理制御装置 - Google Patents

パティキュレートフィルタの再生処理制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気中
のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィル
タの再生処理を制御するパティキュレートフィルタの再
生処理制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関、特にディーゼル機関の排気中
にはカーボン等を主成分とする排気微粒子(パティキュ
レート)が比較的多量に含まれている。このため、これ
らのパティキュレートの大気放出を防止するためのパテ
ィキュレート除去手段が種々提案されている。
【0003】パティキュレートの除去手段としては、機
関の排気通路に例えばセラミック製や金属不織布製等の
パティキュレートフィルタを配置してフィルタを通過す
る排気中のパティキュレートを捕集する方法が提案され
ている。このようなパティキュレートフィルタを使用し
た場合には、機関の運転とともにフィルタに捕集される
パティキュレートの量が増大し、フィルタでの排気圧力
損失が増大するようになる。このため、排気圧力損失の
増大による機関性能の低下を防止するために、フィルタ
に捕集されたパティキュレートを定期的に燃焼させ、パ
ティキュレートフィルタを再生することが必要となる。
【0004】この場合、特にディーゼル機関では排気温
度が比較的低いためかなりの高負荷運転時以外ではパテ
ィキュレートが自然着火することはなく、パティキュレ
ート温度を着火温度まで上昇させるために何らかの補助
的手段を用いた再生操作を行なうことが必要となる。こ
の種の再生操作を行なうパティキュレートフィルタの再
生制御装置の例としては、例えば特開平10−5427
0号公報に記載されたものがある。
【0005】同公報の装置は、ディーゼル機関の排気通
路に配置したパティキュレートフィルタの再生処理を行
なうために、機関燃料噴射量を増量して排気温度を上昇
させるとともに、オルタネータ等の機関補機の負荷を変
化させて燃料噴射量の増大による機関出力の増大分を吸
収するようにしている。このように、パティキュレート
フィルタ再生処理時の機関外部出力増大を抑制すること
により、機関運転性に影響を与えることなくパティキュ
レートフィルタの再生操作を行なうことが可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
10−54270号公報の装置では、通常の運転状態を
維持しながら機関出力のみを増大しているため、排気温
度を精度よく目標温度に制御することが困難な場合があ
る。例えば、自動車用機関に上記公報の装置を適用した
場合には、機関回転数、走行負荷等は車両走行条件によ
り決まってしまうため、機関出力(機関燃料噴射量)の
増大量はこれらの走行条件の制限を受けて自由に設定す
ることができない場合が生じ、排気温度を目標温度に制
御できない場合が生じる。また、上記公報のように機関
出力を増大することにより排気温度を上昇させる場合に
は、機関出力(排気温度)の上昇速度は制限されてしま
うため短時間で排気温度を目標温度に上昇させることが
困難な場合がある。このため、上記公報の装置ではパテ
ィキュレートフィルタの再生操作に比較的長時間を要す
る問題がある。
【0007】本発明は上記問題に鑑み、機関排気温度を
短時間で精度良く目標温度に制御することにより、短時
間でパティキュレートフィルタ再生処理を完了すること
が可能なパティキュレートフィルタの再生処理制御装置
を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、内燃機関の排気中のパティキュレートを捕集す
るパティキュレートフィルタの再生処理を機関運転状態
に応じて制御する再生処理制御装置であって、内燃機関
の排気通路に配置した排気絞り弁を作動させて排気流量
を低減する排気絞り操作と、主燃料噴射に加えて各気筒
の膨張行程中に燃料噴射を行なう膨張行程噴射操作の一
方または両方を実施することにより機関排気温度を上昇
させてパティキュレートフィルタ内に捕集されたパティ
キュレートを燃焼させるパティキュレートフィルタ再生
処理を行うとともに、前記膨張行程噴射操作と前記排気
絞り操作との両方を同時に実施する場合には、機関排気
系から吸気系に排気の一部を再循環させるEGR操作を
停止するパティキュレートフィルタの再生処理制御装置
が提供される。
【0009】すなわち、請求項1の発明ではパティキュ
レートフィルタ再生操作のための排気絞り実施時には、
排気絞りを実施しない場合とは異なる関係に基づいて機
関運転状態(例えば機関負荷、回転数等)に応じて膨張
行程燃料噴射量及び噴射時期、再循環排気流量、主燃料
噴射量、噴射時期等の各操作量を決定する。例えば、排
気絞り実施時のこれらの操作量は、排気絞りを実施した
状態で実際に機関を運転し、機関排気温度が目標温度に
なる値を予め求めておき、機関運転状態と必要とされる
各操作量との関係を上記第2の関係として設定してお
く。これにより、排気絞り実施の有無に応じて機関運転
状態に基づいて適切な操作量が設定されるようになるた
め、再生操作実施時に短時間で機関排気温度が目標温度
に制御されるようになる。
【0010】請求項2に記載の発明によれば、内燃機関
の排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレー
トフィルタの再生処理を機関運転状態に応じて制御する
再生処理制御装置であって、内燃機関の各気筒の膨張行
程中に燃料噴射を行なう膨張行程噴射操作により機関排
気温度を上昇させてパティキュレートフィルタ内に捕集
されたパティキュレートを燃焼させるパティキュレート
フィルタ再生処理を行うとともに、膨張行程噴射操作実
施中に、機関排気系から吸気系に排気の一部を再循環さ
せるEGR操作を実施する場合には、膨張行程噴射操作
を実施しない場合に較べて前記EGR操作における再循
環排気流量を増大させるパティキュレートフィルタの再
生処理制御装置が提供される。
【0011】すなわち、請求項2の発明では膨張行程噴
射操作を実施することによりパティキュレートフィルタ
の再生処理が行なわれる。各気筒の主燃料噴射とは別に
膨張行程中に噴射された燃料は、気筒膨張行程中に燃焼
して高温のまま排気ポートから排出される。このため膨
張行程噴射操作により排気温度が上昇する。一方、EG
R操作が行なわれると高温の排気が吸気系に還流される
ため、吸気温度が上昇しそれに応じて排気温度も上昇す
る。このため、膨張行程噴射操作とEGR操作とを同時
に行なえば更に排気温度を上昇させることができる。
【0012】ところで、膨張行程噴射を実施すると排気
温度の上昇により排気エネルギが増大する。このため、
例えばターボチャージャ等の排気過給機を有する機関で
は膨張行程噴射操作により過給機の過給性能が上昇し機
関への吸入空気量が増大する。このため、所望の温度ま
で排気温度を上昇させるためには膨張行程噴射における
燃料噴射量を更に増大する必要が生じる。そこで、本発
明では膨張行程噴射操作実施時には、実施しない場合に
較べてEGR操作により還流する再循環排気流量を増大
することにより燃料噴射量の増大を防止する。再循環排
気流量(EGRガス量)を増大することにより実際に気
筒に吸入される新気流量の増加が抑制されるため、排気
温度を上昇させるための膨張行程燃料噴射量増大が抑制
されるようになる。
【0013】請求項3に記載の発明によれば、内燃機関
の排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレー
トフィルタの再生処理を機関運転状態に応じて制御する
再生処理制御装置であって、内燃機関の排気通路に配置
した排気絞り弁を作動させて排気流量を低減する排気絞
り操作と、各気筒の膨張行程中に燃料噴射を行なう膨張
行程噴射操作の一方または両方を実施することにより機
関排気温度を上昇させてパティキュレートフィルタ内に
捕集されたパティキュレートを燃焼させるパティキュレ
ートフィルタ再生処理を行うとともに、前記膨張行程噴
射操作と前記排気絞り操作との両方を同時に実施する場
合には、機関排気系から吸気系に排気の一部を再循環さ
せるEGR操作を停止するパティキュレートフィルタの
再生処理制御装置が提供される。
【0014】すなわち、請求項3の発明では、膨張行程
噴射操作と排気絞り操作とのいずれか一方または両方に
よりパティキュレートフィルタの再生処理が行なわれ
る。例えば、膨張行程噴射と排気絞り操作とを組み合わ
せることにより、膨張行程噴射により増大した機関出力
を排気絞り損失により相殺することができるため、機関
出力の増大を抑制しながら膨張行程噴射の燃料噴射量を
増量することができる。ところが、膨張行程噴射操作と
排気絞り操作とを同時に実施すると、排気温度の上昇と
排気絞り損失とのために排気圧力が大幅に上昇する場合
がある。この場合EGR操作を実施していると排気圧力
の増大のためにEGRガス量の制御性が悪化してしま
う。すなわち、流量制御弁(EGR弁)等でEGRガス
量を制御するような場合には排気圧力が増大するとわず
かに弁開度が増加してもEGRガス量が大幅に増大する
ため気筒内で新気不足のための失火が生じやすくなる。
このため、本発明では膨張行程噴射操作と排気絞り操作
とを同時に実施する場合にはEGR操作を停止すること
として機関の失火が生じることを防止している。
【0015】請求項4に記載の発明によれば、内燃機関
の排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレー
トフィルタの再生処理を機関運転状態に応じて制御する
再生処理制御装置であって、内燃機関の排気通路に配置
した排気絞り弁を作動させて排気流量を低減する排気絞
り操作と、各気筒の膨張行程中に燃料噴射を行なう膨張
行程噴射操作の一方または両方を実施することにより機
関排気温度を上昇させてパティキュレートフィルタ内に
捕集されたパティキュレートを燃焼させるパティキュレ
ートフィルタ再生処理を行うとともに、前記膨張行程噴
射操作実施の有無、及び前記膨張行程噴射操作実施時に
は更に前記排気絞り操作実施の有無、に応じて機関目標
吸入空気量を機関運転状態に基づいてそれぞれ異なる値
に設定し、機関吸気通路に配置された吸気絞り弁の開度
と機関排気系から機関吸気系に再循環させる排気の量を
制御するEGR弁の開度との一方または両方を制御する
ことにより機関吸入空気量を前記目標吸入空気量に制御
するパティキュレートフィルタの再生処理制御装置が提
供される。
【0016】すなわち、請求項4の発明では膨張行程噴
射操作の有無、及び排気絞り操作の有無、に応じて異な
る値に機関の目標空気量が設定される。このため、膨張
行程噴射操作及び排気絞り操作によるパティキュレート
フィルタ再生処理の際に機関運転状態に応じて吸入空気
量が最適な値に設定されるようになり、短時間で精度良
く排気温度を目標温度に上昇させることが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図1は、本発明のパティキ
ュレートフィルタ再生処理制御装置を自動車用ディーゼ
ル機関に適用した場合の概略構成を示す図である。図1
において、1は自動車用内燃機関を示す。本実施形態で
は機関1は4気筒ディーゼル機関とされ、各気筒には気
筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁111が設け
られている。燃料は高圧燃料噴射ポンプ113から各燃
料噴射弁111が接続されたコモンレール(蓄圧室)1
15に圧送され、コモンレールから各燃料噴射弁111
により各気筒内に所定のタイミングで噴射される。
【0018】図1において21は各気筒の吸気ポートを
吸気通路2に接続する吸気マニホルド、31は各気筒の
排気ポートを排気通路3に接続する排気マニホルドであ
る。本実施形態では、機関1の過給を行なう過給機35
が設けられており、排気通路3は過給機35の排気出口
に、吸気通路2は過給機35の吸気吐出口に、それぞれ
接続されている。また、吸気通路2には過給機35から
供給される吸気の冷却を行なうインタークーラ25及び
吸気絞り弁27が設けられている。吸気絞り弁27は、
後述するECU30からの信号に応じて作動するステッ
パモータ、負圧アクチュエータ等の適宜な形式のアクチ
ュエータ27aを備え、ECU30からの信号に応じた
開度をとり機関の吸気流量を制限する。また、過給機3
5下流側の排気通路3には、吸気絞り弁27と同様なア
クチュエータ37aを備えた排気絞り弁37が設けられ
ており、ECU30からの信号に応じた開度をとり排気
絞りを行なう。
【0019】図1において、33は機関排気系と吸気系
とを接続し機関排気の一部を吸気系に還流するEGR通
路、23はEGR通路に配置されたEGR弁である。E
GR弁23はステッパモータ、負圧アクチュエータ等の
適宜なアクチュエータ(図示せず)を備え、ECU30
からの信号に応じた開度をとりEGR通路33を通って
吸気系に還流される排気(EGRガス)流量を機関運転
状態に応じて制御するものである。
【0020】本実施形態では、排気マニホルド31を各
排気ポートに接続する排気枝管にはパティキュレートフ
ィルタ(ディーゼルパティキュレートフィルタ、以下
「DPF」と称する)40が設けられている。DPF4
0は、セラミック、金属製不織布等の耐熱性を有する多
孔質の材質から形成され軸線方向(排気流れ方向)に排
気流路を形成する多数の流路を有している。これらの流
路のそれぞれは排気流れ方向上流端または下流端のうち
一方が閉塞されており、上流端が閉塞された流路と下流
端が閉塞された流路とが交互に互いに隣接して配置され
ている。このため、各気筒の排気ポートから排出される
排気は、それぞれのDPFの上流端が開放された(下流
端が閉塞された)流路に流入し、流路相互を隔てる多孔
質の隔壁を通過して下流端が開放された流路に流入し下
流端からDPF外に流出する。排気中に含まれるパティ
キュレートは排気が多孔質の隔壁を通過する際に捕集さ
れる。
【0021】本実施形態では、比較的小容量のDPF4
0を各気筒の排気ポートに隣接して設けたことにより、
気筒からの高温の排気が直接DPFに流入するため各D
PF40の温度を高く維持することができる。また、各
DPF40は小容量であるため、捕集可能なパティキュ
レート量も少なくなり後述するDPF再生操作の実行間
隔を比較的短く設定する必要があるが、熱容量が小さい
ため排気温度が上昇すると短時間でDPF温度が上昇し
パティキュレートの燃焼が開始される。また、パティキ
ュレート捕集量が少ないため短時間で捕集したパティキ
ュレートの燃焼を終了することができ、再生操作に要す
る時間を短縮することができる。本実施形態では、機関
1としてディーゼル機関が使用されているため、通常運
転時の機関排気温度は比較的低い。本実施形態では、小
容量のDPF40を各気筒の排気ポートに配置する、い
わゆる分離型のDPFを採用したことにより、加速時等
に短時間排気温度が上昇するような機関運転状態でも良
好に各DPF40の再生を完了することが可能となって
いる。
【0022】図1に30で示すのは機関1の電子制御ユ
ニット(ECU)である。ECU30は、本実施形態で
はRAM、ROM、CPUを備えた公知の構成のマイク
ロコンピュータとされ、機関1の燃料噴射制御等の基本
制御を行なう他、後述するように機関運転状態に応じて
DPF40の再生処理を制御する再生処理装置としての
機能を有している。
【0023】これらの制御を行なうため、ECU30の
入力ポートには、機関吸気通路に設けられたエアフロー
メータ51から機関吸入空気量に対応した信号が、また
排気マニホルド31に設けられた温度センサ53から機
関排気温度に対応する信号がそれぞれ入力されている
他、機関クランク軸(図示せず)近傍に配置された回転
数センサ55から機関クランク軸一定回転角毎にパルス
信号が入力されている。更に、本実施形態では、ECU
30の入力ポートには機関1のアクセルペダル(図示せ
ず)近傍に配置したアクセル開度センサ57から運転者
のアクセルペダル踏込み量(アクセル開度)を表す信号
が入力されている。ECU30は、所定間隔毎にエアフ
ローメータ51出力とアクセル開度センサ57出力及び
温度センサ53出力とをAD変換して吸入空気量Gaと
アクセル開度ACCP、排気温度TとしてECU30の
RAMの所定領域に格納するとともに、回転数センサ5
5からのパルス信号の間隔から機関回転数NEを算出
し、RAMの所定の領域に格納している。ECU30
は、アクセル開度センサ57で検出されたアクセル開度
ACCPと機関回転数NEとに基づいて予めROMに格
納した関係に基づいて機関基本燃料噴射量と燃料噴射時
期を算出し、この基本燃料噴射量に機関運転状態に応じ
た補正を加えて機関の燃料噴射量QIJと燃料噴射時期
とを設定する。なお、本発明では燃料噴射量と燃料噴射
時期の設定方法には特に制限はなく、ディーゼル機関に
おける公知の方法のいずれをも使用することができる。
【0024】一方、ECU30の出力ポートは、各気筒
への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図
示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁11
1に接続されている他、高圧燃料ポンプ113に図示し
ない駆動回路を介して接続され、ポンプ113からコモ
ンレール115への燃料圧送量を制御している。また、
ECU30の出力ポートは更に、それぞれ図示しない駆
動回路を介して吸気絞り弁27のアクチュエータ27
a、排気絞り弁37のアクチュエータ37a及びEGR
弁23のアクチュエータに接続され、吸気絞り弁27及
び排気絞り弁37の開度とEGR弁23を通過するEG
Rガス量とをそれぞれ制御している。
【0025】次に、本実施形態におけるDPF40の再
生操作について説明する。本実施形態では、以下の操作
を単独または2つ以上組み合わせて実施することによ
り、機関の排気温度を上昇させDPF40の再生を行な
う。 (A)主燃料噴射時期の遅角 燃料噴射時期を遅角すると気筒内での燃料の燃焼時期が
遅くなるため膨張行程で充分に温度降下をしないまま比
較的高温の燃焼ガスが排気行程で排出されるようになり
排気温度が上昇する。主燃料噴射時期の遅角による排気
温度上昇は比較的小さいが、遅角実施による機関燃料消
費量の増大も比較的小さくなる。
【0026】(B)EGR実施 EGRを実施すると、高温の排気ガスが気筒に吸入され
るようになる。また、EGRガス量に応じて気筒に吸入
される低温の新気の量が減少するため排気温度もそれに
応じて上昇する。本実施形態のディーゼル機関では通常
運転時も機関のほぼ全ての運転領域でEGRを実施して
いるが、DPF40の再生操作を実施する際にはEGR
ガス量を更に増大して排気温度を通常の運転時より増大
させるようにしている。EGRガス量はEGR弁23の
開度と吸気絞り弁27の開度とにより決定される。吸気
絞り弁27の開度を低減すると絞り弁下流側に負圧が発
生するため同一のEGR弁23開度でもEGRガス量は
増大し、大量のEGRガスを吸気系に還流させることが
可能となる。
【0027】(C)膨張行程燃料噴射 主燃料噴射に加えて各気筒の膨張行程中に燃料噴射を行
なうことにより排気温度は比較的大幅に上昇する。膨張
行程で噴射された燃料は気筒内で燃焼するが、大部分が
機関出力に変換されないまま高温の排気ガスとして気筒
から排出されるため、排気温度が上昇するようになる。
排気温度の上昇幅は膨張行程噴射における燃料噴射に応
じて変化する。また、膨張行程噴射では、燃料の燃焼エ
ネルギの一部は機械的仕事に変更されるため、機関出力
も膨張行程燃料噴射量に応じて増大する。このため、膨
張行程噴射を行なう際にはEGRの増量(新気の低減)
や排気絞り等を行なって機関出力変化を抑制することが
好ましい。
【0028】(D)排気絞り 排気絞り弁37を所定開度まで閉弁することにより、絞
り弁37での排気圧力損失が増大し機関出力は低下す
る。このため、排気絞りを実施することにより主燃料噴
射量の増量や膨張行程燃料噴射を行なって排気温度を上
昇させる場合の機関出力増大を抑制することができる。
従って、排気絞りとともに主燃料噴射量の増大または膨
張行程噴射を実行することにより、機関の運転性を大幅
に悪化させることなく排気温度を上昇させることが可能
となるが、排気圧力損失の増大により機関燃料消費の増
大幅は比較的大きくなる。
【0029】本実施形態では、ECU30はDPF40
に捕集されたパティキュレートの量を常時モニターして
おり、捕集されたパティキュレートの量が予め定めた量
に到達した場合には上記(A)から(D)の再生操作の
いずれか1つ又は2つ以上を組合せて実施することによ
りDPF40の再生を行なう。DPF40に捕集された
パティキュレート量は、例えばDPF40の入口と出口
との差圧を検出することによっても算出可能であるが、
本実施形態ではECU30は機関運転状態に基づいて捕
集量カウンタを増減することによりパティキュレートの
捕集量を算出している。
【0030】すなわち、機関におけるパティキュレート
の生成量は機関負荷状態(例えば機関燃料噴射量と回転
数)により定まる。そこで、本実施形態では、機関燃料
噴射量と回転数との組合せを変えて予め実際の機関を運
転し機関から単位時間当たりに排出されるパティキュレ
ートの量を実験的に求め、燃料噴射量と回転数とを用い
た数値テーブルの形でECU30のROMに格納してあ
る。ECU30は機関運転中一定時間毎に機関の燃料噴
射量と回転数とを用いて上記数値テーブルから単位時間
当たりのパティキュレート発生量を算出するとともに、
この発生量に予め定めた捕集率を乗じた値だけ捕集カウ
ンタを増大させる。これにより、捕集カウンタの値は機
関で生成するパティキュレートのうちDPF40に捕集
される量を表すようになる。一方、機関の高負荷での運
転や再生操作の実行によりDPF40温度が上昇すると
DPFに捕集されたパティキュレートは燃焼する。この
場合、単位時間当たりに燃焼するパティキュレートの量
は排気温度により定まる。このため、本実施形態では排
気温度センサ53で検出した排気温度とDPF40にお
ける単位時間当たりのパティキュレート燃焼量との関係
を予め実験的に求めておき、ECU30のROMに排気
温度を用いた数値テーブルの形で格納してある。ECU
30は上述のように機関のパティキュレート発生量に応
じて捕集カウンタの値を増大する操作を行なうととも
に、排気温度に基づいて上記数値テーブルからDPFに
捕集されたパティキュレートの単位時間当たりの燃焼量
を算出し、捕集カウンタの値を算出された燃焼量だけ減
少させる。
【0031】すなわち、ECU30は機関運転中一定時
間毎に、DPFに捕集されたパティキュレート量だけ捕
集カウンタの値を増大させ、機関運転状態の変化や再生
操作実行によりDPF温度が上昇した場合にはDPF上
で燃焼するパティキュレート量だけ上記捕集カウンタの
値を減少させる。これにより、捕集カウンタの値は常に
DPF40内に存在するパティキュレートの量を正確に
表すようになる。
【0032】前述のように、本実施形態では上記(A)
から(D)の方法を用いてDPF40の再生処理を行な
うため、燃料噴射量、噴射時期、EGRガス量等の各操
作量を機関運転条件と再生操作の種類に応じて制御する
必要がある。以下に、これらの操作量の制御方法につい
て幾つかの例を説明する。 (1)第1の実施形態 本実施形態では、前述の(A)から(D)の方法を組み
合わせてDPF40の再生操作を実施する際に、(D)
排気絞り操作を実施するか否かに応じて(A)から
(C)の各操作量を決定するようにしている。
【0033】前述のように、排気絞りを実施すると排気
圧力損失が増大するため、機関出力の増大を抑制しつつ
主燃料噴射量と膨張行程燃料噴射量とを大幅に増大する
ことが可能となる。ところが、排気絞りを実施した場合
には他の各操作量を排気絞りに応じて大幅に変更する必
要が生じる。例えば、排気絞りを行なうと排気圧力が上
昇するため、EGR弁23開度を同一にしていても吸気
系に還流するEGRガス量は増大する。また、排気絞り
により機関吸入空気量も減少するため、燃焼に不安定が
生じたり機関出力の低下が生じることを防止するために
はEGRガス量も吸入空気量の減少に応じて最適な値に
制御する必要がある。また、短時間で排気温度を最適な
値に上昇させるためには、主燃料噴射の燃料噴射量や噴
射時期、膨張行程噴射の噴射量、噴射時期も排気絞りに
応じて変更する必要がある。
【0034】本実施形態ではDPF40の再生操作実行
時の主燃料噴射の燃料噴射量や噴射時期、膨張行程噴射
の噴射量、噴射時期、EGRガス量等の各操作量は機関
運転状態(負荷状態)に応じて決定されるが、上記のよ
うに排気絞りを実施するか否かにより同一の機関運転状
態(機関負荷)であってもに排気絞り操作を実施するか
否かに応じてこれらの操作量を変化させる必要がある。
そこで、本実施形態では、再生操作実行時に排気絞りを
実施する場合と実施しない場合とで別々の関係に基づい
て機関運転状態から各操作量を決定するようにしてい
る。
【0035】具体的には、本実施形態では予め機関を負
荷条件(例えば燃料噴射量QIJと回転数NE)を変え
て運転して、DPF40再生操作に最適な排気温度を得
るのに必要な各操作量を求めておき、それぞれの操作量
をQIJとNEとをパラメータとして用いた図2の形式
の数値マップの形でECU30のROMに格納してあ
り、DPF40再生操作時には現在のQIJとNEとの
値から各操作量をこれらの数値マップを用いて決定する
が、これらの数値マップはそれぞれについて排気絞りを
実施する再生操作を行なった場合と、排気絞りを実施し
ない再生操作を行なった場合との2組が準備されてい
る。本実施形態では、再生操作実施時に上記準備した数
値マップのなかから、排気絞り実施の有無に応じて異な
るマップを用いて各操作量を決定することにより、それ
ぞれの場合に最適な操作量を得るようにしている。
【0036】図3は、本実施形態の上述した再生操作実
施時の各操作量の決定を具体的に説明するフローチャー
トである。本操作はECU30により一定時間毎に実行
されるルーチンにより行なわれる。図3において操作が
スタートすると、ステップ301では再生操作実行条件
が成立しているか否かについての判断が行なわれる。前
述したように、本実施形態ではECU30は機関運転中
DPF40に捕集されたパティキュレート量を捕集カウ
ンタを用いて常時監視している。そして、捕集カウンタ
の値が予め定めた値まで増大すると再生操作実行条件が
成立したと判断するとともに、再生操作実行等によりパ
ティキュレートが燃焼して捕集カウンタの値が0付近の
所定値以下になったときには再生操作実行条件を不成立
とする判断を行なっている。
【0037】ステップ301で再生操作実行条件が成立
していない場合には、本操作はそのまま終了し、ステッ
プ303以下の操作は行なわれない。この場合には、排
気絞り操作と膨張行程噴射は実行されず、主燃料噴射
量、噴射時期、EGRガス量は通常の制御により決定さ
れる。ステップ301で再生操作実行条件が成立してい
た場合には、次いでステップ303で主燃料噴射量QI
Jと機関回転数NEとが読み込まれる。本実施形態で
は、前述したように主燃料噴射量QIJは機関回転数N
Eとアクセル開度ACCPとに基づいて別途算出され
る。本操作では、QIJとNEとは機関運転状態(負荷
状態)を代表するパラメータとして用いられる。
【0038】次いで、ステップ305では上記により読
み込んだQIJとNEとから現在機関が再生操作時に排
気絞りを行なう必要がある領域で運転されているか否か
が判定される。排気絞り操作は燃費の比較的大幅な増大
を生じさせるため、本実施形態では機関の負荷が比較的
低く排気温度を大幅に上昇させなければDPF40の再
生を行なうことができない運転領域でのみ実施するよう
にしている。
【0039】ステップ305で現在排気絞りが必要とさ
れる場合には、次にステップ307で現在の機関負荷状
態(QIJ、NE)とに基づいて予め定めた関係から排
気絞りの程度(排気絞り弁37開度)が決定される。排
気絞り弁開度は機関負荷状態に応じて連続的に変化させ
ても良いが、本実施形態では制御の簡素化のために、排
気絞り弁開度を全開、半開(50パーセント開度)、全
閉の3段階に制御しており、ステップ307では、排気
絞り弁開度がQIJとNEとの値に基づいて全開または
半開のいずれかに設定される。
【0040】ステップ309は主燃料噴射量の補正量
(増量)の算出操作を示す。ステップ309では、予め
排気絞り実施時の機関運転結果に基づいて作成された図
2の形式の数値マップから、QIJとNEとの値に基づ
いて補正量が決定される。排気絞り実施時には、排気絞
りを実施しない場合に較べて主燃料噴射量を大幅に増量
することが可能である。従って、ステップ309では主
燃料噴射量の増量幅は比較的大きな値に設定される。再
生操作時には実際の主燃料噴射量はQIJにステップ3
09で算出された補正量を加えた値に設定される。
【0041】また、ステップ311では主燃料噴射の噴
射時期が、同様に予め排気絞り実施時の機関運転結果に
基づいて作成された図2の形式の数値マップからQIJ
とNEとの値に基づいて決定される。更に、ステップ3
13と315、及び317では、膨張行程噴射の燃料噴
射量と噴射時期及びEGRガス量が排気絞り実施時の機
関運転結果に基づいてそれぞれ作成された図2の形式の
数値マップからQIJとNEとの値を用いて決定され
る。なお、EGRガス量は排気絞りによる新気吸入量の
低下に応じて排気絞りを実施しない場合より小さな値に
設定される。
【0042】ステップ319は各操作量の値を上記によ
り設定された値に制御する制御操作を示す。ステップ3
19では、排気絞り弁37の開度がステップ307で設
定された開度になるように制御される。また、各気筒の
燃料噴射弁111の開弁期間と開弁時期とが補正後の主
燃料噴射量と噴射時期になるように設定され、さらに各
気筒の膨張行程でステップ313と315により設定し
た膨張行程噴射量と噴射時期での燃料噴射を行うように
設定される。また、吸気絞り弁27開度とEGR弁23
開度とはステップ317で設定したEGRガス量が得ら
れる開度に設定される。一方、ステップ305で再生操
作実行時に機関が排気絞りの必要のない運転領域で運転
されていた場合には、ステップ321から329でステ
ップ309から317と同様な操作により主燃料噴射量
補正量、主燃料噴射時期、膨張行程噴射量と噴射時期及
びEGRガス量が決定される。この場合には、各ステッ
プでは予め排気絞りを実施しない機関運転結果から得ら
れた図2の形式の数値マップに基づいて、現在のQIJ
とNEとの値から各操作量が決定される。また、ステッ
プ331ではステップ319と同様に燃料噴射弁と吸気
絞り弁27及びEGR弁23の制御が行われるが、排気
絞り弁37開度は全開に維持される。
【0043】上記のように、本実施形態では排気絞りの
実施の有無に応じて各操作量を設定するようにしたこと
により、排気絞り実施時には短時間で正確に目標の排気
温度を得ることが可能となる。なお、実際の運転では排
気絞り弁37の作動遅れ時間があるため、排気絞り弁開
度調整時に設定した排気絞りが得られるまでに遅れ時間
が生じる場合がある。このため、ステップ319で主燃
料噴射や膨張行程噴射及びEGRを設定値に制御する際
には排気絞り弁37の作動速度に合わせて徐々にこれら
の操作量を変化させるようにしても良い。
【0044】(2)第2の実施形態 本実施形態では、膨張行程噴射操作によりDPF40の
再生処理を行う。また、前述したように本実施形態の機
関では機関のほぼ全運転領域でEGRが実施されてい
る。EGRを実施すると高温の排気ガスが吸気系に還流
されるとともに、新気の吸入量が低下するため排気温度
は上昇する。このため、膨張行程噴射操作実施時にもE
GR操作を継続することにより、排気温度の上昇幅を大
きくすることができる。
【0045】ところが、膨張行程噴射を行うと排気の有
するエネルギが増大するためターボチャージャ等を有す
る機関では過給機の仕事が増加してしまい、過給圧が上
昇するために膨張行程噴射を実施しない場合に較べて機
関に吸入される新気の量が増大してしまう場合がある。
新気流量が増大した状態で排気温度を所望の温度まで上
昇させるためには、新気増大量に応じた量だけ膨張行程
燃料噴射量を増大させる必要が生じ燃料消費率が大きく
なる。そこで、本実施形態では膨張行程噴射とともにE
GR操作を行う場合には、膨張行程操作を実施しない場
合に較べて機関負荷が同一であってもEGRガス量を増
大させるようにしている。これにより、膨張行程噴射に
よる新気流量の増大が抑制され、燃料消費率の増大が防
止される。
【0046】図4は上記再生操作におけるEGRガス量
制御を具体的に説明するフローチャートである。本操作
はECU30により一定時間毎に実行されるルーチンに
より行われる。図4ステップ401では現在再生操作実
行条件が成立しているか否かが判断される。ステップ4
01の判断は、図3ステップ301と同一の方法で行わ
れる。現在再生操作実行条件が成立している場合には、
次にステップ403で機関燃料噴射量QIJと機関回転
数NEとが読み込まれ、ステップ405では現在機関が
膨張行程噴射によりDPF40の再生処理を行うべき負
荷条件で運転されているか否かが判定される。例えば、
本実施形態では機関負荷が高く排気温度が比較的高いよ
うな領域で機関が運転されている場合には、膨張行程噴
射によるDPF40の再生は実施せず、別途ECU30
により実行される他の操作により、別の方法(例えば主
燃料噴射時期遅角等)によるDPF40の再生処理が実
施される。
【0047】ステップ405で膨張行程噴射によりDP
F40の再生を行う場合には、次にステップ407で膨
張行程噴射における燃料噴射量と噴射時期とが機関負荷
状態に応じて決定される。本実施形態では、予め排気温
度を目標値まで上昇させるのに最適な膨張行程燃料噴射
量と噴射時期とが各機関負荷条件(QIJ、NE)毎に
実験により求められ、QIJとNEとをパラメータとし
て用いた図2の形式の数値マップとしてECU30のR
OMに格納されており、ステップ407ではQIJとN
Eとの値を用いてこの数値マップから膨張行程燃料噴射
量と噴射時期とが設定される。
【0048】次いで、ステップ409では膨張行程噴射
操作実施時のEGR補正量(増量)が算出される。本実
施形態では、膨張行程噴射実施時に必要とされるEGR
ガス増大量は、予め実験により求められており、QIJ
とNEとを用いた図2の形式の数値マップの形でECU
30のROMに格納されている。ステップ409ではこ
の数値マップを用いてQIJとNEとの値からEGRの
補正量が決定される。
【0049】ステップ411では、上記により決定され
た膨張行程噴射の燃料噴射量と噴射時期とが燃料噴射回
路にセットされるとともに、ステップ413ではEGR
ガス量の増量が実施される。前述したように、EGRガ
ス量の増量補正は、EGR弁23の開度増大または吸気
絞り弁27の開度低減のいずれか一方または両方の操作
を行うことにより実施される。これにより、膨張行程噴
射操作を実施する場合には実施しない場合に較べてEG
Rガス量が増大され、膨張行程噴射の燃料噴射量の増大
が抑制される。
【0050】(3)第3の実施形態 本実施形態では、膨張行程噴射操作と排気絞り操作との
いずれか一方または両方の操作を行うことによりDPF
40の再生を行う。ところが、前述したように、膨張行
程噴射操作と排気絞り操作との両方を同時に実行すると
排気圧力が大幅に上昇してしまい、EGR弁23開度の
わずかな変化でもEGRガス量が大きく変化するように
なるためEGRガス量が過大になって機関の失火を生じ
る場合がある。そこで、本実施形態では膨張行程噴射操
作と同時に排気絞り操作を行う場合にはEGR弁23を
全閉にして排気の再循環を停止するようにして機関の失
火を防止する。
【0051】図5は、本実施形態の上述したEGRガス
量制御操作を具体的に説明するフローチャートである。
図5の操作はECU30により一定時間毎に実行される
ルーチンにより行われる。図5において操作がスタート
すると、ステップ501では機関負荷条件(燃料噴射量
QIJ、回転数NE)が読み込まれ、ステップ503で
は現在DPF40の再生操作実行条件が成立しているか
否かが判定される。この判定は図3ステップ301、図
4ステップ401と同様に別途算出されるパティキュレ
ート捕集カウンタの値に基づいて行われる。
【0052】ステップ503で再生操作実行条件が成立
している場合には、次いでステップ505で現在機関が
膨張行程噴射操作によりDPF40の再生処理を行うべ
き運転領域で運転されているか否かが機関負荷条件(Q
IJ、NE)に基づいて判断される。ステップ503で
再生操作実行条件が成立していない場合、及びステップ
505で膨張行程噴射を実施しない運転領域(例えば主
燃料噴射の遅角により再生操作を行う運転領域)である
場合には、ステップ511が実行され、EGRガス量が
機関負荷条件(QIJ、NE)に基づいて予め準備され
た通常運転時の図2の形式の数値マップから算出され
る。すなわち、この場合にはEGRガス量は通常運転時
の値に設定される。
【0053】また、ステップ505で膨張行程噴射操作
を行うべき領域で機関が運転されている場合には、次に
ステップ507で膨張行程噴射操作と排気絞り操作とを
同時に実行すべき領域で機関が運転されているか否かが
機関負荷条件に基づいて判定され、排気絞り操作を実行
しない場合、すなわち膨張行程噴射操作のみによりDP
F40の再生処理を行う運転領域である場合にはステッ
プ513に進み、予め準備された膨張行程噴射実施時の
数値マップに基づいてEGRガス量が設定される。本実
施形態においても膨張行程噴射実施時には通常運転時に
較べてEGRガス量は大きな値に設定される。
【0054】一方、ステップ507で現在膨張行程噴射
操作と排気絞り操作との両方を実施すべき領域で機関が
運転されている場合には、次にステップ509に進み、
EGR制御弁23は全閉とされてEGR操作は停止され
る。これにより、EGRガス量の制御性悪化による機関
の失火が生じることが防止される。 (4)第4の実施形態 本実施形態では、上記第3の実施形態と同様に、膨張行
程噴射操作と排気絞り操作とのいずれか一方または両方
を実施することによりDPF40の再生処理を行う際
に、膨張行程噴射操作実施の有無に応じて、また、膨張
行程噴射操作実施時には更に排気絞り操作実施の有無に
応じて異なる値に機関の目標吸入空気量(新気量)を設
定する。
【0055】例えば、前述したように膨張行程噴射を実
施すると通常運転時に較べて過給圧が上昇するため吸入
空気量は増大する。また、膨張行程噴射により噴射され
た燃料を燃焼させて排気温度を上昇させるためには通常
運転時より多い吸入空気量が必要となる。このため、膨
張行程噴射操作実施の有無に応じて最適な吸入空気量は
変化する。
【0056】また、膨張行程噴射実施時に排気絞り操作
を同時に実行する場合には、第3の実施形態で説明した
ようにEGRガス量が過大になりやすいため、EGRガ
ス量を通常より低減またはEGR操作を停止する必要が
ある。この場合、排気絞り操作中であっても吸入空気量
はEGRガス量の減少分だけ増大することになる。ま
た、排気絞り実施とともに増量された噴射量の燃料を燃
焼させて排気温度を上昇させるためには適切な量の吸入
空気が必要となる。このため、膨張行程噴射操作実施時
においても排気絞り操作実施の有無に応じて最適な吸入
空気量は変化することになる。
【0057】本実施形態では、通常運転時(膨張行程噴
射操作を実施しない場合)、膨張行程噴射操作のみを実
施した場合、及び膨張行程噴射操作と排気絞り操作との
両方を実施した場合について、予め機関の負荷条件(燃
料噴射量QIJ、回転数NE)を変えて実験を行い最適
な吸入空気量(目標吸入空気量)を求めておき、それぞ
れの場合についてQIJとNEとを用いた図2の形式の
数値マップとしてECU30のROMに格納してある。
そして、機関運転中膨張行程噴射操作の有無及び排気絞
り操作の有無に応じてそれぞれ該当する数値マップを用
いて機関負荷条件に基づいて目標吸入空気量を算出す
る。
【0058】更に、本実施形態では実際の機関吸入空気
量が上記により算出した目標吸入空気量になるように吸
気絞り弁27開度とEGR弁23との開度を調節するこ
とにより、実際の機関吸入空気量が上記により算出した
目標吸入空気量に一致するように吸入空気量の制御を行
う。このように、膨張行程噴射操作実施の有無と排気絞
り操作実施の有無に応じて機関吸入空気量を最適な目標
吸入空気量に制御することにより、再生操作実施時に排
気温度を短時間で正確に目標温度に上昇させながら、同
時に吸入空気量の過不足による排気性状の悪化を防止す
ることが可能となる。
【0059】図6は、本実施形態の上述した吸入空気量
制御操作を具体的に説明するフローチャートである。本
操作はECU30により一定時間毎に実行されるルーチ
ンにより行われる。図6の操作において、ステップ60
1では機関負荷条件(燃料噴射量QIJ、回転数NE)
が読み込まれ、ステップ603では現在膨張行程噴射操
作が実行されているか否か、すなわち現在DPF40の
再生操作が実行されているか否かが判定される。
【0060】現在膨張行程噴射実行中でない場合、すな
わち現在通常運転中である場合には、次にステップ60
7に進み、予めECU30のROMに格納した数値マッ
プのうち通常運転時用のマップを用いてステップ601
で読み込んだQIJとNEとの値から目標吸入空気量が
設定される。そして、ステップ609では、吸気絞り弁
27とEGR弁23との開度が設定された目標吸入空気
量に応じて調節される。
【0061】また、ステップ603で現在膨張行程噴射
操作実施中である場合には、次にステップ605で現在
膨張行程噴射とともに排気絞り操作を実施中であるか否
かが判断され、膨張行程噴射操作のみ実施中の場合には
ステップ611で、ECU30のROMに格納した膨張
行程噴射実施時の数値マップに基づいて目標吸入空気量
が設定され、ステップ613では目標吸入空気量に応じ
て吸気絞り弁27とEGR制御弁23との開度が調節さ
れる。
【0062】一方、ステップ605で膨張行程噴射操作
と排気絞り操作との両方が実施されている場合には、ス
テップ615でECU30のROMに格納した数値マッ
プのうち膨張行程噴射操作と排気絞り操作との両方を実
施した場合の数値マップに基づいて目標吸入空気量が設
定され、ステップ617では目標吸入空気量に応じて吸
気絞り弁27とEGR制御弁23との開度が調節され
る。
【0063】本実施形態では、各操作条件(通常運転、
膨張行程噴射操作実施時、膨張行程噴射操作と排気絞り
操作との両方実施時)において、各機関負荷条件で機関
吸入空気量を目標吸入空気量にするために必要な吸気絞
り弁27開度とEGR弁23開度との組合せが予め実験
により求められ、それぞれの操作条件毎にQIJとNE
とを用いた図2の形式の数値マップの形でECU30の
ROMに格納されている。ステップ609、613、6
17ではこれらの数値マップのうち、それぞれ該当する
操作条件のマップを用いてステップ601で読み込んだ
QIJとNEとの値に基づいて吸気絞り弁27開度とE
GR弁23開度とが設定される。
【0064】図6の操作を実行することにより、膨張行
程噴射操作実施の有無に応じて、また、膨張行程噴射操
作実施時には更に排気絞り操作実施の有無に応じて吸入
空気量が最適な目標吸入空気量に設定されるようにな
る。
【0065】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、パティ
キュレートフィルタ再生操作実施に機関排気温度を短時
間で精度良く目標温度に制御することにより、短時間で
パティキュレートフィルタ再生処理を完了することが可
能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパティキュレートフィルタ再生処理制
御装置を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の概略
構成を示す図である。
【図2】数値マップの形式の一例を示す図である。
【図3】パティキュレートフィルタ再生処理における各
操作量の決定操作を説明するフローチャートである。
【図4】パティキュレートフィルタ再生処理におけるE
GRガス量の増量補正操作を説明するフローチャートで
ある。
【図5】パティキュレートフィルタ再生処理におけるE
GRガス量の設定操作を説明するフローチャートであ
る。
【図6】パティキュレートフィルタ再生処理における機
関吸入空気量の制御操作を説明するフローチャートであ
る。
【符号の説明】
1…ディーゼル機関 111…筒内燃料噴射弁 27…吸気絞り弁 30…電子制御ユニット(ECU) 3…排気通路 31…排気マニホルド 37…排気絞り弁 33…EGR通路 23…EGR弁 40…パティキュレートフィルタ(DPF) 53…排気温度センサ 59…冷却水温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 21/08 F02D 21/08 301D 41/04 360 41/04 360Z 41/40 41/40 C 43/00 301 43/00 301H 301J 301K 301N 301T 301Z F02M 25/07 550 F02M 25/07 550A 550C 570 570D 570J (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/02 F02D 21/08 F02D 41/04 F02D 41/40 F02D 43/00 F02M 25/07

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気中のパティキュレートを
    捕集するパティキュレートフィルタの再生処理を機関運
    転状態に応じて制御する再生処理制御装置であって、 内燃機関の排気通路に配置した排気絞り弁を作動させて
    排気流量を低減する排気絞り操作と、各気筒の膨張行程
    中に燃料噴射を行なう膨張行程噴射操作と、機関排気系
    から吸気系に排気の一部を再循環させるするEGR操作
    と、各気筒の主燃料噴射量と噴射時期とを変更する主燃
    料噴射制御操作のいずれか1つ、または2つ以上の組合
    せにより機関排気温度を上昇させてパティキュレートフ
    ィルタ内に捕集されたパティキュレートを燃焼させるパ
    ティキュレートフィルタ再生処理を行うとともに、 前記排気絞り操作を実施する場合には、前記膨張行程燃
    料噴射量及び噴射時期、再循環排気流量、主燃料噴射量
    及び噴射時期、の各操作量を予め定めた第1の関係に基
    づいて機関運転状態に応じて決定し、 排気絞り操作を実施しない場合には、前記各操作量を前
    記第1の関係とは異なる予め定めた第2の関係に基づい
    て機関運転状態に応じて決定するパティキュレートフィ
    ルタの再生処理制御装置。
  2. 【請求項2】 内燃機関の排気中のパティキュレートを
    捕集するパティキュレートフィルタの再生処理を機関運
    転状態に応じて制御する再生処理制御装置であって、 内燃機関の各気筒の膨張行程中に燃料噴射を行なう膨張
    行程噴射操作により機関排気温度を上昇させてパティキ
    ュレートフィルタ内に捕集されたパティキュレートを燃
    焼させるパティキュレートフィルタ再生処理を行うとと
    もに、膨張行程噴射操作実施中に、機関排気系から吸気
    系に排気の一部を再循環させるEGR操作を実施する場
    合には、膨張行程噴射操作を実施しない場合に較べて前
    記EGR操作における再循環排気流量を増大させるパテ
    ィキュレートフィルタの再生処理制御装置。
  3. 【請求項3】 内燃機関の排気中のパティキュレートを
    捕集するパティキュレートフィルタの再生処理を機関運
    転状態に応じて制御する再生処理制御装置であって、 内燃機関の排気通路に配置した排気絞り弁を作動させて
    排気流量を低減する排気絞り操作と、主燃料噴射に加え
    各気筒の膨張行程中に燃料噴射を行なう膨張行程噴射
    操作の一方または両方を実施することにより機関排気温
    度を上昇させてパティキュレートフィルタ内に捕集され
    たパティキュレートを燃焼させるパティキュレートフィ
    ルタ再生処理を行うとともに、前記膨張行程噴射操作と
    前記排気絞り操作との両方を同時に実施する場合には、
    機関排気系から吸気系に排気の一部を再循環させるEG
    R操作を停止するパティキュレートフィルタの再生処理
    制御装置。
  4. 【請求項4】 内燃機関の排気中のパティキュレートを
    捕集するパティキュレートフィルタの再生処理を機関運
    転状態に応じて制御する再生処理制御装置であって、 内燃機関の排気通路に配置した排気絞り弁を作動させて
    排気流量を低減する排気絞り操作と、各気筒の膨張行程
    中に燃料噴射を行なう膨張行程噴射操作の一方または両
    方を実施することにより機関排気温度を上昇させてパテ
    ィキュレートフィルタ内に捕集されたパティキュレート
    を燃焼させるパティキュレートフィルタ再生処理を行う
    とともに、前記膨張行程噴射操作実施の有無、及び前記
    膨張行程噴射操作実施時には更に前記排気絞り操作実施
    の有無、に応じて機関目標吸入空気量を機関運転状態に
    基づいてそれぞれ異なる値に設定し、 機関吸気通路に配置された吸気絞り弁の開度と機関排気
    系から機関吸気系に再循環させる排気の量を制御するE
    GR弁の開度との一方または両方を制御することにより
    機関吸入空気量を前記目標吸入空気量に制御するパティ
    キュレートフィルタの再生処理制御装置。
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