JP3856118B2

JP3856118B2 - 排気浄化装置

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Publication number: JP3856118B2
Application number: JP2002023805A
Authority: JP
Inventors: 真大竹
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: US20030140623A1; DE60218129D1; EP1333163A3; JP2003222041A; EP1333163A2; US6698192B2; DE60218129T2; EP1333163B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばディーゼルエンジンの排気パティキュレートを処理する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排気パティキュレートを処理するために、排気系にパティキュレートフィルタを配置することが特開平７−１１９３５号公報によって提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スモーク（パティキュレート）は全負荷付近で特に多く発生するため、スモークが限界を超えることがないように吸入空気量に応じて最大噴射量Ｑｆｍａｘを設定し、アクセルペダルの踏み込みに応じた基本燃料噴射量をこの最大噴射量Ｑｆｍａｘに制限することで、アクセルペダルの踏み込みに応じた所望のエンジントルクを発生させつつスモークの低減をも行うようにしたものがある。
【０００４】
このものに上記従来装置のフィルタを備えさせることで一段とスモークを低減しようとしたところ、フィルタへのパティキュレートの堆積につれて減少する吸入空気量により最大噴射量Ｑｆｍａｘが小さくなり、全負荷付近での基本燃料噴射量がこの小さくなった最大噴射量Ｑｆｍａｘにより制限されて全負荷付近でのエンジントルクが十分に得られず運転性が悪くなることがわかった。なお、スモークといったりパティキュレートといったりするが、同じものである。
【０００５】
これをさらに図２を用いて説明すると、同図は全負荷付近のシリンダ吸入空気量Ｑａｃに対する特性をモデルで示す。最下段に示したようにパティキュレート（ＰＭ）が多く堆積しているときにはパティキュレートが殆ど堆積していないときより最大噴射量Ｑｆｍａｘが低下している（最下段の一点鎖線参照）。これは最大噴射量Ｑｆｍａｘがシリンダ吸入空気量Ｑａｃに依存して定まり、Ｑａｃが小さくなるとＱｆｍａｘも小さくなる特性であるところ、フィルタへのパティキュレートの堆積量が多くなってフィルタの圧力損失が高くなるほどシリンダ吸入空気量Ｑａｃが減るためである（図３参照）。このため、全負荷付近ではアクセルペダルの踏み込みに応じて定まる基本燃料噴射量がこの小さくなった最大噴射量Ｑｆｍａｘにより制限されるため、第３段目のようにパティキュレートが多く堆積しているときにはパティキュレートが殆ど堆積していないときよりエンジンの発生するトルクが低下してしまうのである（第３段目の一点鎖線参照）。
【０００６】
なお、上記のシリンダ吸入空気量Ｑａｃは、後述するように吸気通路の上流側に設けられるエアフローメータ位置からシリンダに吸入されるまでに無駄時間と応答遅れがあることを考慮して演算した１シリンダ当たりの吸入空気量のことで、Ｑａｃに代えてエアフローメータ位置を流れる吸入空気量を横軸にとっても同様の特性となることはいうまでもない。
【０００７】
そこで本発明は、パティキュレートの堆積状態（パティキュレートだけに限らずオイルアッシュが堆積した状態を含む）を推定し、この推定した堆積状態に基づいて最大噴射量を設定することにより、パティキュレートが堆積したからといって従来と相違して最大噴射量が小さくならないようにし、これによってパティキュレートの堆積の有無に拘わらず全負荷付近で望みのエンジントルクが得られるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置において、アクセルペダルの踏み込みに応じた基本燃料噴射量を演算する基本燃料噴射量演算手段と、前記フィルタへの堆積状態（パティキュレートの堆積に限らない。）を推定する堆積状態推定手段と、この堆積状態に基づいて最大噴射量を設定する最大噴射量設定手段と、前記基本燃料噴射量をこの最大噴射量に制限した噴射量の燃料をエンジンに供給する燃料供給手段とを備える。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において前記フィルタへの堆積による排気圧の上昇に伴うエンジントルクの低下をカバーするだけの余分なエンジントルクが発生するように前記最大噴射量を設定する。
【００１０】
【発明の効果】
吸入空気量に応じて最大噴射量を設定している場合には、フィルタへの堆積量の増加と共に吸入空気量が低下してゆくため、最大噴射量が徐々に小さくなってゆき、全負荷付近での基本燃料噴射量がこの小さくなった最大噴射量により制限されて全負荷付近でのエンジントルクが十分に得られず運転性が悪くなるのであるが、請求項１に記載の発明によれば、フィルタへの堆積状態を推定し、この推定した堆積状態に基づいて最大噴射量を増量側に設定すればよく、フィルタへの堆積量が増しても堆積状態に基づく最大噴射量を減少させないようにすることができることから、フィルタへの堆積量が増した状態においても、全負荷付近でのエンジントルクが十分に得られるようにすることができる。
【００１１】
また、フィルタへの堆積量が多いときにも、フィルタに堆積していない状態であるときと同様に全負荷付近でのエンジントルクが十分に得られるようにするには、フィルタへの堆積量が多いときのほうが燃料噴射量が増量されるが、その一方でフィルタへの堆積により吸入空気量が減少することに変わりなく結果的に空気過剰率が小さくなってパティキュレートが発生することが考え得る。しかしながら、発生したパティキュレート排気通路に備えられるフィルタによりトラップされるので大気に排出されることはない。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、フィルタへの堆積による排気圧の上昇に伴うエンジントルクの低下をカバーするだけの余分なエンジントルクが発生するように最大噴射量を設定することで、パティキュレートが多く堆積しているときにもパティキュレートが殆ど堆積していないときと同様のエンジントルク特性となり、パティキュレートの堆積の有無に拘わらず全負荷付近のエンジンの運転性を同等とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
まず、図１において、１はディーゼルエンジンで、２は吸気通路、３は排気通路を示す。排気通路３には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ４が設置される。フィルタ４のパティキュレートの捕集量が所定値に達すると、排気温度を上昇させてパティキュレートを燃焼除去する。
【００１５】
フィルタ４の圧力損失（フィルタ４の上流と下流の圧力差）を検出するために、フィルタ４をバイパスする差圧検出通路に差圧センサ１２（圧力損失検出手段）が設けられる。
【００１６】
この差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失は、エンジン回転速度センサ１３からの回転速度、アクセルセンサ１４からのアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）、エアフローメータ１５（吸入空気量検出手段）からの吸入空気流量と共にコントローラ１１に送られ、主にマイクロプロセッサで構成されるコントローラ１１では、これらに基づいて燃料噴射制御とフィルタ４の再生処理を行う。
【００１７】
燃料噴射制御では、全負荷付近で多く発生するスモークを防止するため、エアフローメータ１５の出力から算出されるシリンダ吸入空気量Ｑａｃとエンジン回転速度Ｎｅに応じて最大噴射量Ｑｆｍａｘを定めており、アクセル開度に応じた基本燃料噴射量をこの最大噴射量Ｑｆｍａｘで制限し、この制限後の燃料噴射量Ｑｆを最適な時期に燃料噴射装置（例えばサプライポンプ５、コモンレール６、インジェクタ７からなるコモンレール式噴射装置）を用いて噴射する。
【００１８】
ここで、シリンダ吸入空気量Ｑａｃは、エアフローメータ位置からシリンダに吸入されるまでに無駄時間と応答遅れがあることを考慮して演算した１シリンダ当たりの吸入空気量のことで、公知である（例えば特開２０００−３５６１６２号公報参照）。
【００１９】
また、再処理は次のようにして行う。再生処理前には差圧センサ１２により検出した圧力損失ΔＰと再生開始判定値とを比較して再生開始時期になったかどうかを判定し、再生開始時期になったとき排気温度を上昇させてのフィルタ４の再生処理を開始する一方で、再生処理中に差圧センサ１２により検出した圧力損失ΔＰと再生終了判定値とを比較して再生終了時期になったかどうかを判定し、再生終了時期になったとき再生処理を終了する。
【００２０】
フィルタ４の再生処理は、燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射時期を通常よりも遅らせたり、あるいは通常の噴射後にさらに１回噴射することなどにより、排気温度を上昇させることで実行する。
【００２１】
こうしたアクセル開度に応じた基本燃料噴射量をスモーク限界を超えることがないように最大噴射量Ｑｆｍａｘで制限すると共に、排気通路３にフィルタ４を備えるものを前提として、本実施形態（請求項１に記載の発明）では、パティキュレートの堆積につれて減少するシリンダ吸入空気量Ｑａｃにより最大噴射量Ｑｆｍａｘが小さくなり、全負荷付近での燃料噴射量がこの小さくなった最大噴射量Ｑｆｍａｘにより制限されて全負荷付近でのエンジントルクが十分に得られず運転性が悪くなることを防止するため、再生処理前でパティキュレートの堆積量が増大しているときにも最大噴射量Ｑｆｍａｘが減少しないようにする。
【００２２】
これをさらに図２を用いて説明すると、同図は全負荷付近のシリンダ吸入空気量Ｑａｃに対する特性をモデルで示す。最下段に示したようにパティキュレート（ＰＭ）が多く堆積しているときにはパティキュレートが殆ど堆積していないときより最大噴射量Ｑｆｍａｘが低下している（最下段の一点鎖線参照）。これは最大噴射量Ｑｆｍａｘがシリンダ吸入空気量Ｑａｃに依存して定まり、このＱａｃが小さくなるとＱｆｍａｘが小さくなる特性であるところ、フィルタ４へのパティキュレートの堆積量が多くなってフィルタ４の圧力損失が高くなるほどシリンダ吸入空気量Ｑａｃが減るためである（図３参照）。このため、全負荷付近ではアクセル開度に応じて定まる基本燃料噴射量がこの最大噴射量Ｑｆｍａｘにより制限されるため、第３段目のようにパティキュレートが多く堆積しているときにはパティキュレートが殆ど堆積していないときよりエンジンの発生するトルクが低下する（第３段目の一点鎖線参照）。
【００２３】
そこで、本実施形態ではパティキュレートが多く堆積しているときには、シリンダ吸入空気量Ｑａｃに代え、パティキュレートの堆積量に応じて最大噴射量Ｑｆｍａｘを設定する。堆積量が増えるほど排気の抵抗が増してエンジントルクの低下代が大きくなるので、堆積量が大きいほど最大噴射量Ｑｆｍａｘを大きくし、これによって全負荷付近での燃料噴射量を従来より増量し、その燃料増量でエンジンの発生するトルクを増やし、このエンジントルクの増加でパティキュレートの堆積に伴うエンジントルクの低下をカバーするのである。
【００２４】
望ましくは、請求項２に記載したようにパティキュレートが多く堆積しているときにも、パティキュレートが殆ど堆積していないときと同様のエンジントルク特性が得られるように、最大噴射量を設定する（最下段の実線参照）。この場合には、パティキュレートが多く堆積しているときにもパティキュレートが殆ど堆積していないときと同じトルク特性となり（第３段目の実線参照）、パティキュレートの堆積の有無に拘わらず全負荷付近の運転性を同等とすることができる。
【００２５】
ただし、パティキュレートが多く堆積しているときにパティキュレートが殆ど堆積していないときと同様のトルク特性とした場合には、パティキュレートが多く堆積しているときのほうが、パティキュレートの堆積に伴い排気抵抗が増している分だけ供給燃料が多くなり、その一方でパティキュレートの堆積によりシリンダ吸入空気量Ｑａｃが減少することに変わりなく結果的に空気過剰率が小さくなってパティキュレートが発生することが考え得る。しかしながら、発生したパティキュレートはフィルタ４によりトラップされるので大気に排出されることはない（第２段目の実線参照）。
【００２６】
また、全負荷付近での燃料噴射量が従来より増やされると限界排気温度付近まで排気温度が上昇し、この排気温度の上昇によりフィルタ４に堆積したパティキュレートが燃焼してパティキュレートの堆積量が減少する。堆積量が減少するとフィルタ４の圧力損失がなかなか再生開始判定値に達しないため、強制的に再生処理を行わせる頻度が減り燃費が向上する。これは請求項１６に記載の発明の効果である。
【００２７】
ただし、場合によっては排気温度が上昇して限界排気温度Ｔｓを超えてしまう可能性があるため（最上段の実線参照）、排気温度を検出し、検出した排気温度がＴｓにまで低下するように最大噴射量Ｑｆｍａｘに対して制限を加える（請求項１３に記載の発明）。
【００２８】
次に、コントローラ１１により行われるこれらの制御内容を図４、図８のフローチャートに従って説明する。
【００２９】
まず図４は再生処理フラグの設定及び最大噴射量Ｑｆｍａｘの設定を行うためのもので、所定の時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行する。
【００３０】
ステップ１ではシリンダ吸入空気量Ｑａｃ［ｍｇ／ｓｔ］、エンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］、燃料噴射量Ｑｆ［ｍｍ³／ｓｔ］、差圧センサ１２により検出されるフィルタ４の圧力損失ΔＰ、温度センサ１６により検出されるフィルタ４の入口排気温度（以下単に「入口温度」という）Ｔ１を読み込む。シリンダ吸入空気量Ｑａｃはエアフローメータ１５の出力より演算される値であり、公知であるためその演算方法は省略する。燃料噴射量Ｑｆは後述する図８のフローにより演算される値である。
【００３１】
ステップ２でエンジン回転速度Ｎｅ、シリンダ吸入空気量Ｑａｃ、燃料噴射量Ｑｆに基づいて排気流量を演算する。これは基本的に空気流量と燃料流量の合計が排気流量になるとみなすものである。ただし、演算上はＱａｃとＱｆの単位が異なっているため単位合わせを行う必要がある。例えばシリンダ吸入空気量Ｑａｃを、
Ｑａｃ１［ｇ／ｍｉｎ］
＝（Ｑａｃ［ｍｇ／ｓｔ］×Ｎｅ［ｒｐｍ］／２）
×（シリンダ数／１０００）…（１）
の式によって［ｇ／ｍｉｎ］の単位のシリンダ吸入空気量に換算する。また、燃料噴射量Ｑｆも、
Ｑｆ５［Ｌ／ｈ］
＝Ｑｆ［ｍｍ³／ｓｔ］×Ｎｅ［ｒｐｍ］×定数１…（２）
ただし、定数１：単位変換係数、
の式により［Ｌ／ｈ］の単位の燃料噴射量に換算する。そして、これらシリンダ吸入空気量Ｑａｃ１、燃料噴射量Ｑｆ５を用いて排気流量Ｖｅｘ１を、

ただし、σ２：空気密度［ｇ／Ｌ］
の式により計算する。排気流量の単位は（３）式の［Ｌ／ｈ］に限らず、Ｖｅｘ２［ｋｇ／ｈ］、Ｖｅｘ３［Ｌ／ｓ］、Ｖｅｘ４［ｍ³／ｍｉｎ］として求めることができる。最後の排気流量Ｖｅｘ４［ｍ³／ｍｉｎ］である場合には、さらにΔＰとＴ１［℃］を用いて標準状態（２０℃、１ａｔｍ）での排気流量Ｑｅｘｈ［ｍ³／ｍｉｎ］に換算する。ここでは、この排気流量Ｑｅｘｈを用いる。
【００３２】
ステップ３では再生処理フラグをみる。この再生処理フラグは再生開始条件が成立したとき１となるフラグであり、エンジン始動時にはゼロに初期設定されている。従って、再生開始条件の成立する前はステップ４進み排気流量Ｑｅｘｈ［ｍ³／ｍｉｎ］から図５を内容とするテーブルを検索することにより再生開始時の圧力損失である再生開始判定値ΔＰｓ（実線参照）を演算する。なお、図５には同時に再生終了判定値ΔＰｅを示しており（実線参照）、再生開始時のフィルタ４の圧力損失は高く、パティキュレート燃焼後の再生終了時のフィルタ４の圧力損失は低下する。これら再生開始判定値ΔＰｓと再生終了判定値ΔＰｅはいずれも排気流量Ｑｅｘｈが増加するほど高く（大きく）なる。排気流量Ｑｅｘｈに応じた値とするのは、フィルタ４の圧力損失はフィルタ４へのパティキュレートの捕集量が増えるにしたがって増加するが、同時に排気流量に応じても変化し、同一の捕集量のときは排気流量が増加するほど圧力損失が大きくなるからである。
【００３３】
ステップ５ではフィルタ４の圧力損失ΔＰとこの再生開始判定値ΔＰｓとを比較する。ΔＰ≦ΔＰｓであるとき（再生処理前）にはステップ７に進んで排気流量Ｑｅｘｈから図５を内容とするテーブルを検索することにより基準圧力損失ΔＰ０（一点鎖線参照）を演算する。ここで、基準圧力損失ΔＰ０は、フィルタ４にパティキュレートが堆積していない状態でのフィルタ４の圧力損失である。ΔＰ０も排気流量Ｑｅｘｈが増えるほど大きくなる。
【００３４】
ステップ８では圧力損失ΔＰと基準圧力損失ΔＰ０に所定値（正の一定値）を加算した値とを比較する。ここで、所定値は、所定量以上のパティキュレートが堆積している状態であるかどうか、言い換えると２つある最大噴射量を演算するためのマップ（図６、図７参照）を切換えるかどうかを判定するための値である。
【００３５】
ここで、図６は従来通りのマップ内容を示すものである。所定量以上のパティキュレートが堆積している状態でもこのマップを用いると全負荷付近でのエンジントルクが低下し運転性が悪くなることから、図７のほうはこの全負荷付近でのエンジントルクの低下を改善するために新たに導入したマップである。従って、図７ではシリンダ吸入空気量Ｑａｃに代えて、パティキュレートの堆積量を推定し得る値（ΔＰ−ΔＰ０）としている。所定値はマッチングにより定める。
【００３６】
ΔＰがΔＰ０に所定値を加えた値未満であるときには所定量以上のパティキュレートが堆積している状態でないと判断し、ステップ９に進んで従来と同様にシリンダ吸入空気量Ｑａｃと回転速度Ｎｅとから図６を内容とするマップを検索することにより最大噴射量Ｑｆ２を演算し、これをステップ１０で最終の最大噴射量Ｑｆｍａｘとして設定する。最大噴射量Ｑｆ２はフィルタ４にパティキュレートが堆積しておらずかつ基準圧力損失の状態で、スモークが限界を超えることがないように定めている。
【００３７】
これに対してステップ８で圧力損失ΔＰがΔＰ０に所定値を加えた値以上のときには所定量以上のパティキュレートが堆積している状態である、言い換えると最大噴射量のマップを切換える必要があると判断し、ステップ１１に進んでこのΔＰ−ΔＰ０の値とエンジン回転速度Ｎｅから図７を内容とするマップを検索することにより最大噴射量Ｑｆ３を演算する。なお、図７には図６と同様の特性を仮に描いてあるが、実際にはこうなるものでなく、最終的にはマッチングにより定める必要がある。
【００３８】
最大噴射量Ｑｆ３は所定量以上のパティキュレートが堆積している状態での全負荷付近で、パティキュレートがフィルタ４に堆積していない基準圧力損失の状態での全負荷付近で得られるエンジントルクと同等のトルクが発生するように定める。具体的にはエンジン回転速度Ｎｅが一定のときΔＰ−ΔＰ０の値が大きくなるほどエンジントルクの低下代も大きくなるので、これに対応してΔＰ−ΔＰ０の値が大きくなるほどＱｆ３の値を大きくする。
【００３９】
なお、簡単には最大噴射量Ｑｆ３を求めるためのパラメータはΔＰ−ΔＰ０の値だけでよく、エンジン回転速度Ｎｅをもパラメータとしたのはエンジン回転速度Ｎｅにも依存させてＱｆ３を演算させたほうが良い場合もあるかも知れないことを考慮したものである。
【００４０】
ステップ１２ではフィルタ４の入口温度Ｔ１と限界排気温度Ｔｓ（一定値で例えば７３０℃程度）を比較する。入口温度Ｔ１が限界排気温度Ｔｓを超えていなければステップ１３に進んで最大噴射量Ｑｆ３をそのまま最大噴射量Ｑｆｍａｘとして設定する。
【００４１】
これに対してＴ１が限界排気温度Ｔｓを超えているときにはＴ１をＴｓ以下にまで下げる必要があるので、ステップ１２よりステップ１４に進み、徐々に大きくなる値のフィードバック量Ｑｆｂを演算し、ステップ１５で最大噴射量Ｑｆ３からこのフィードバック量Ｑｆｂを差し引いた値を最大噴射量Ｑｆｍａｘとして設定する。すなわち、Ｔ１が限界排気温度Ｔｓを超えているときには最大噴射量Ｑｆ３（マップ値）から演算周期毎にＱｆｂずつ減量補正され、これにより排気温度（入口温度）がＴｓへと低下してゆく。
【００４２】
上記のフィードバック量Ｑｆｂは例えば図示しないサブルーチンにおいて燃焼毎（クランク角の基準位置信号の入力毎）に、
Ｑｆｂ＝Ｑｆｂ前回値＋ΔＱ…（４）
ただし、ΔＱ：一定値、
の式により演算させればよい。Ｑｆｂの初期値はゼロである。
【００４３】
一方、ステップ５においてΔＰ＞ΔＰｓになると再生開始条件が成立したと判断しステップ６に進んで再生処理フラグ＝１とする。この再生処理フラグ＝１を受けて図示しないフローでは再生処理が実行される。
【００４４】
再生処理では、メイン噴射量を多くすることにより排気温度を上昇させるのであり、これによりフィルタ４に捕集されているパティキュレートを燃焼させる。再生処理はこれに限らず、燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射時期を相対的に遅角したり、通常の噴射時期による噴射の後にもう一回噴射することでも達成できる。
【００４５】
一方、ステップ３において再生処理フラグ＝１であるとき（再生処理中）にはステップ１６に進み、排気流量Ｑｅｘｈ［ｍ³／ｍｉｎ］から図５を内容とするテーブルを検索することにより再生終了時の圧力損失である再生終了判定値ΔＰｅを演算し、ステップ１７で圧力損失ΔＰとこの再生終了判定値ΔＰｅを比較する。圧力損失ΔＰが再生終了判定値ΔＰｅ以上であれば、再生処理を継続するためステップ６の操作を実行する。
【００４６】
一方、圧力損失ΔＰが再生終了判定値ΔＰｅを下回ると再生終了タイミングになったと判断し、ステップ１８に進んで今回の再生処理を終了し次回の再生処理に備えるため再生処理フラグ＝０とする。
【００４７】
次に図８は燃料噴射量Ｑｆを演算するためのものである。このフローはクランク角の基準位置信号（図ではＲｅｆ．で略記）の入力毎に実行する。
【００４８】
ステップ２１でエンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度ＣＬ、最大噴射量Ｑｆｍａｘ（図４で演算されている）を読み込み、ステップ２２でＮｅとＣＬから図９を内容とするマップを検索することにより基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖを演算する。ステップ２３ではこの基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖに対してエンジン冷却水温等に基づいて各種の補正を行い、この補正後の値をＱｆ１とする。
【００４９】
上記のＱｆ１（Ｍｑｄｒｖ）によればアクセルペダルの踏み込みに応じた望みのエンジントルクが得られるのであるが、
▲１▼パティキュレートがそれほど堆積していない状態では全負荷（アクセルペダルを一杯に踏み込んだ状態）付近でスモーク（パティキュレート）の発生が懸念されるので、また
▲２▼所定量以上のパティキュレートが堆積している状態では全負荷付近でのエンジントルクを確保する必要があるので、
ステップ２４でこのＱｆ１と最大噴射量Ｑｆｍａｘを比較し、Ｑｆ１がＱｆｍａｘを超えるときにはステップ２５に進んで最大噴射量Ｑｆｍａｘを燃料噴射量Ｑｆとして設定する。これに対して、Ｑｆ１がＱｆｍａｘ以下のときにはステップ２４よりステップ２６に進みＱｆ１をそのままＱｆとして設定する。
【００５０】
そして、このように演算された燃料噴射量Ｑｆがインジェクタ７に与える制御量に変換され、図示しない噴射実行ルーチンによりその制御量に応じて所定の時期にインジェクタ７が開かれて燃料噴射が行われる。また、燃料噴射量Ｑｆは図４のフローにおいて用いられる。
【００５１】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００５２】
再生終了直後の定常運転条件を考える。このあとフィルタ４にパティキュレートが徐々に堆積してゆき、その堆積量の増加と共にフィルタ４の圧力損失ΔＰが増えていく。このΔＰの増大とともにシリンダ吸入空気量Ｑａｃが低下してゆくため、図６に示す最大噴射量Ｑｆ２（＝Ｑｆｍａｘ）が徐々に小さくなってゆく。
【００５３】
アクセル開度に応じた基本燃料噴射量がこの最大噴射量Ｑｆ２に制限されるのは、特にアクセルペダルを一杯に踏み込んだ全負荷付近である。このため、アクセルペダルを一杯に踏み込んでも、フィルタ４へのパティキュレートの堆積量の増加とともに全負荷付近での基本燃料噴射量が最大噴射量Ｑｆ２により制限されて減少してゆくことになり、全負荷付近でのエンジントルクが減少し十分なエンジントルクが得られない。
【００５４】
これに対して本実施形態によれば、フィルタ圧力損失ΔＰが増加して基準圧力損失ΔＰ０に所定値を加算した値以上となったとき（所定量以上のパティキュレートが堆積している状態であるとき）、最大噴射量を演算するためのマップが従来と同様の図６から新たに導入した図７へと切換えられる。
【００５５】
この場合に、所定量以上のパティキュレートが堆積している状態でも、所定量のパティキュレートが堆積していない状態と同様のエンジントルク特性が得られるように図７の特性を設定しておくことで、パティキュレートが多く堆積しているときにもパティキュレートが殆ど堆積していないときと同じエンジントルク特性となり、パティキュレートの堆積の有無に拘わらず全負荷付近のエンジンの運転性を同等とすることができる。
【００５６】
なお、所定量以上のパティキュレートが堆積している状態であるときにパティキュレートが殆ど堆積していないときと同様のエンジントルク特性とした場合には、所定量以上のパティキュレートが堆積している状態であるときのほうが、パティキュレートの堆積に伴い排気抵抗が増している分だけ供給燃料が多くなり、その一方でパティキュレートの堆積によりシリンダ吸入空気量Ｑａｃが減少することに変わりなく結果的に空気過剰率が小さくなってパティキュレートが発生することが考え得る。しかしながら、発生したパティキュレートはフィルタ４によりトラップされるので大気に排出されることはない。
【００５７】
また、全負荷付近での燃料噴射量が従来より増やされると限界排気温度付近まで排気温度が上昇し、この排気温度の上昇によりフィルタ４に堆積したパティキュレートが燃焼して堆積量が減少する。堆積量が減少するとフィルタ４の圧力損失がなかなか再生開始判定値に達しないため、強制的に再生処理を行わせる頻度が減り燃費が向上する。
【００５８】
ただし、場合によっては排気温度が上昇して限界排気温度Ｔｓを超えてしまう可能性があるのであるが、本実施形態によれば、フィルタ４の入口温度Ｔ１を検出し、検出した入口温度Ｔ１がＴｓにまで低下するように最大噴射量Ｑｆ３に対して制限を加えているので、エンジンの耐久性が低下するのを防止できる。
【００５９】
次に図１０のフローチャートは、第２実施形態で第１実施形態の図４と置き換わるものである。図４と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【００６０】
第１実施形態では、フィルタ４へのパティキュレートの堆積量をフィルタ圧力損失ΔＰと基準圧力損失ΔＰ０との差で推定したが、第２実施形態はシリンダ吸入空気量Ｑａｃの減少量Ｑｄでパティキュレートの堆積量を推定するようにしたものである。
【００６１】
図４と相違する部分を主に説明すると、圧力損失ΔＰが再生開始判定値ΔＰｓ以下であるときにステップ３１でシリンダ吸入空気量Ｑａｃの減少量Ｑｄを演算する。この減少量Ｑｄの演算については図１１のフロー（図１０のステップ３１のサブルーチン）により説明する。図１１においてステップ４１ではシリンダ吸入空気量Ｑａｃ、大気圧Ｐａ、大気温度Ｔａを読み込む。大気圧Ｐａと大気温度Ｔａはエアフローメータ１５より上流に設けたセンサにより検出している。
【００６２】
ステップ４２では、
Ｑｗ＝Ｑａｃ×係数…（５）
の式により基準シリンダ吸入空気量Ｑｗ（基準吸入空気量）を演算する。ただし、（５）式の係数は次の式により計算される値である。
【００６３】
係数＝Ｐａ×定数２＋Ｔａ×定数３…（６）
ここで、基準シリンダ吸入空気量Ｑｗはフィルタ４へのパティキュレートの堆積がないときのシリンダ吸入空気量のことで、標準状態を含み、標準状態より外れた環境条件での値を演算している。すなわち、（６）式の係数は標準状態（２０℃、１ａｔｍ）において１．０となる値で、環境条件が標準状態から外れると１．０より小さくなったり１．０より大きくなったりする。例えば高地では（６）式の係数が１．０より小さくなり図１２に示したように基準シリンダ吸入空気量Ｑｗは、標準状態でのシリンダ吸入空気量より小さくなる（ただし大気温度は２０℃一定とする）。このように、パティキュレートの堆積のないときに標準状態より大気圧Ｐａや大気温度Ｔａが変化しても、その変化した後の環境条件でのシリンダ吸入空気量（つまりＱｗ）が求められるように（６）式の定数２と定数３を設定しているわけである。
【００６４】
ステップ４３では基準シリンダ吸入空気量Ｑｗとそのときのシリンダ吸入空気量Ｑａｃとを用いて、
Ｑｄ＝Ｑｗ−Ｑａｃ…（７）
の式によりシリンダ吸入空気量の減少量Ｑｄを算出する。（７）式のＱａｃはＱｗを演算したと同じ環境条件において、エアフローメータ１５の出力から算出されるシリンダ吸入空気量である。このため、（７）式のＱａｃは、Ｑｗを演算したと同じ環境条件においてパティキュレートが堆積していなければＱｗと一致し（従ってＱｄ＝０）、これに対してＱｗを演算したと同じ環境条件においてパティキュレートが堆積しているときにはＱｗより小さくなる（図１２参照）。
【００６５】
このようにして、標準状態と異なる環境条件で、パティキュレートが堆積したときのシリンダ吸入空気量の減少量Ｑｄを計算することができる。
【００６６】
減少量Ｑｄの演算を終了したら図１０に戻りステップ３２でこの減少量Ｑｄと所定値を比較する。所定値は、所定量以上のパティキュレートが堆積している状態であるかどうか（２つある最大噴射量を演算するためのマップ（図６、図１３参照）を切換えるかどうか）を判定するための値である。例えばＱｗに所定割合［％］を乗算することによって所定値を算出する。
【００６７】
Ｑｄが所定値未満であるときには所定量以上のパティキュレートが堆積している状態でないと判断しこのときには第１実施形態と同じにステップ９に進んでＮｅとＱａｃから図６を内容とするマップを検索することにより最大噴射量Ｑｆ２を演算し、ステップ１０でこれをそのまま最大噴射量として設定する。
【００６８】
これに対して、ステップ３２で減少量Ｑｄが所定値を超えているときには所定量以上のパティキュレートが堆積している状態であると判断しステップ３３に進んで減少量Ｑｄとエンジン回転速度Ｎｅから図１３を内容とするマップを検索することにより最大噴射量Ｑｆ３´を演算する。なお、図１３には図６と同様の特性を仮に描いてあるが、実際にはこうなるものでなく、最終的にはマッチングにより定める必要がある。
【００６９】
最大噴射量Ｑｆ３´の定め方は第１実施形態の最大噴射量Ｑｆ３と同様である。すなわち、最大噴射量Ｑｆ３´は所定量以上のパティキュレートが堆積している状態での全負荷付近で、パティキュレートがフィルタ４に堆積していない状態での全負荷付近で得られるエンジントルクと同等のトルクが発生するように定める。具体的にはエンジン回転速度Ｎｅが一定のときＱｄの値が大きくなるほどエンジントルクの低下代も大きくなるので、これに対応してＱｄの値が大きくなるほどＱｆ３´の値を大きくする。なお、簡単には最大噴射量Ｑｆ３´を求めるためのパラメータはＱｄの値だけでよく、エンジン回転速度Ｎｅをもパラメータとしたのはエンジン回転速度Ｎｅにも依存させてＱｆ３´を演算させたほうが良い場合もあるかも知れないことを考慮したものである。
【００７０】
第２実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００７１】
第２実施形態では、シリンダ吸入空気量Ｑａｃを用いる場合で説明したが、これに限られるものでなく、エアフロメータ出力より得られる吸入空気量を用いてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図。
【図２】全負荷付近でのシリンダ吸入空気量に対する排気温度、スモーク、エンジントルク、最大噴射量の特性図。
【図３】フィルタ圧力損失とシリンダ吸入空気量の関係を示す特性図。
【図４】本発明の第１実施形態の再生処理フラグ及び最大噴射量の設定を説明するためのフローチャート。
【図５】排気流量に対する再生開始判定値、再生終了判定値。基準圧力損失の特性図。
【図６】回転速度とシリンダ吸入空気量に対する最大噴射量の特性図。
【図７】回転速度とΔＰ−ΔＰ０の値に対する最大噴射量の特性図。
【図８】燃料噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図９】回転速度とアクセル開度に対する基本燃料噴射量の特性図。
【図１０】第２実施形態の再生処理フラグ及び最大噴射量の設定を説明するためのフローチャート。
【図１１】シリンダ吸入空気量の減少量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１２】シリンダ吸入空気量の減少量を説明するための特性図。
【図１３】回転速度とシリンダ吸入空気量の減少量に対する最大噴射量の特性図。
【符号の説明】
１エンジン
２吸気通路
３排気通路
４フィルタ
１１コントローラ
１２差圧センサ（圧力損失検出手段）
１５エアフローメータ（吸入空気量検出手段）
１６温度センサ（排気温度検出手段）

Claims

排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置において、
アクセルペダルの踏み込みに応じた基本燃料噴射量を演算する基本燃料噴射量演算手段と、
前記フィルタへの堆積状態を推定する堆積状態推定手段と、
この堆積状態に基づいて最大噴射量を増量側に設定する最大噴射量設定手段と、
前記基本燃料噴射量をこの堆積状態に基づく最大噴射量に制限した噴射量の燃料をエンジンに供給する燃料供給手段と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
所定量以上のパティキュレートが堆積している状態であるとき、前記堆積状態に基づく最大噴射量を吸入空気量に依存して定まる最大噴射量より増量側に設定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
前記フィルタへの堆積による排気圧の上昇に伴うエンジントルクの低下をカバーするだけの余分なエンジントルクが発生するように前記堆積状態に基づく最大噴射量を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
前記フィルタの圧力損失を検出する圧力損失検出手段を備え、前記フィルタへの堆積状態を前記検出した圧力損失に基づいて推定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の排気浄化装置。
排気流量に応じて基準圧力損失を演算する基準圧力損失演算手段を備え、前記検出した圧力損失とこの基準圧力損失との差に基づいて前記堆積状態に基づく最大噴射量を設定することを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
前記検出した圧力損失と前記基準圧力損失との差が大きいほど前記堆積状態に基づく最大噴射量を大きく設定することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
前記検出した圧力損失と前記基準圧力損失との差及びエンジン回転速度をパラメータとするマップを検索することにより前記堆積状態に基づく最大噴射量を演算することを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、前記フィルタへの堆積状態を前記検出した吸入空気量の減少量に基づいて推定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の排気浄化装置。
前記吸入空気量の減少量は、基準吸入空気量と実吸入空気量との差であることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置。
前記吸入空気量検出手段はエアフロメータであり、前記実吸入空気量をこのエアフロメータ出力に基づいて求めることを特徴とする請求項９に記載の排気浄化装置。
大気圧及び大気温度を検出する手段を備え、前記基準吸入空気量をこの検出した大気圧及び大気温度と前記エアフローメータ出力に基づいて求めることを特徴とする請求項１０に記載の排気浄化装置。
前記吸入空気量の減少量が大きいほど前記堆積状態に基づく最大噴射量を大きく設定することを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置。
前記吸入空気量の減少量とエンジン回転速度をパラメータとするマップを検索することにより前記最大噴射量を演算することを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置。
限界排気温度を超えることがないように前記堆積状態に基づく最大噴射量に制限を与えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の排気浄化装置。
前記フィルタ上流の排気温度を検出する排気温度検出手段を備え、この検出した排気温度が前記限界排気温度を超えるとき、前記堆積状態に基づく最大噴射量の制限が前記堆積状態に基づく最大噴射量を減量側に補正することであることを特徴とする請求項１４に記載の排気浄化装置。
前記堆積状態に基づく最大噴射量に制限した噴射量の燃料を、メイン噴射のみによってまたはメイン噴射とパイロット噴射の組み合わせでエンジンに供給することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の排気浄化装置。
前記フィルタの圧力損失を検出する圧力損失検出手段と、
この検出した圧力損失と再生判定値を比較して前記フィルタの再生時期になったかどうかを判定する再生時期判定手段と、
再生時期になったことが判定されたら排気温度を上昇させてフィルタの再生処理を行う再生処理手段と
を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の排気浄化装置。