JP4225153B2 - 排気フィルタの再生制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気フィルタの再生制御装置に関し、詳しくは、排気フィルタに捕集された排気微粒子を酸化処理する再生制御に関する。

従来、ディーゼルエンジンにおいて、排気系にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）を備えると共に、定期的に前記ＤＰＦに捕集されたパティキュレートを排気温度操作等によって燃焼させることで、パティキュレートの捕集能力を再生させる構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−１７９３２６号公報

ところで、前記ＤＰＦの再生制御においては、パティキュレートが燃焼し易い条件（高排温，リーン空燃比）で運転を行わせると、パティキュレートが急激に燃焼することでＤＰＦが溶損する可能性がある。

一方、パティキュレートの急激な燃焼を回避すべく、排気温度を低く抑制し、また、排気空燃比をよりリッチ側に設定すると、ＤＰＦ再生を効率良く行わせることができなくなってしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、パティキュレートの急激な燃焼によるＤＰＦの溶損を回避しつつ、ＤＰＦの再生を効率良く行わせることができる排気フィルタの再生制御装置を提供することを目的とする。

そのため本発明では、排気フィルタに捕集された排気微粒子を酸化処理するフィルタ再生制御と、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒を解除する触媒再生制御とを交互に連続して実行すると共に、前記フィルタ再生制御の開始から前記触媒再生制御に切り替えるまでの目標再生制御時間を、前記フィルタ再生制御の実行回数が増える毎により長くする構成とした。
更に、本発明では、排気フィルタに捕集された排気微粒子を酸化処理するフィルタ再生制御と、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒を解除する触媒再生制御とを交互に連続して実行し、前記排気微粒子を酸化処理する再生制御毎に、目標フィルタ温度，目標排気空燃比，目標再生制御時間のうちの少なくとも１つを変化させると共に、前記再生制御を、少なくとも上死点近傍で１回行われる予備燃焼と、該予備燃焼が全て終了した後に開始され主トルクを発生させる主燃焼とからなる燃焼モードによって行う構成とした。

かかる構成によると、前記目標再生制御時間が長いほど、排気フィルタに捕集されている排気微粒子が酸化（燃焼）し易くなり、捕集されている排気微粒子が多い段階から酸化され易い条件にすると、多量の排気微粒子が急激に酸化されることで、排気フィルタが溶損する可能性があるので、フィルタ再生制御の実行回数が増える毎に前記目標再生制御時間をより長くして、多量の排気微粒子が急激に燃焼することによる排気フィルタの溶損を回避しつつ、再生が効率良く行えるようにする。
また、排気フィルタに捕集された排気微粒子を酸化処理する再生制御における目標フィルタ温度，目標排気空燃比，目標再生制御時間のうちの少なくとも１つを変化させることで、多量の排気微粒子が急激に燃焼することによる排気フィルタの溶損を回避しつつ、再生を効率良く行えると共に、上死点近傍の予備燃焼によって筒内温度を高めることで、主燃焼のリタードを進めることができ、目標の排気温度への制御性を向上させることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。

図１は、車両用内燃機関としてのディーゼルエンジン１のシステム構成図である。

エンジン１の吸気通路２の上流に、ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａが配置されている。

吸入空気は、前記コンプレッサ３ａによって過給された後、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁６を通過した後、各気筒の燃焼室内へ流入する。

燃料は、燃料噴射ポンプ８により高圧化されてコモンレール９に送られ、各気筒の燃料噴射弁１０から燃焼室内へ直接噴射される。

即ち、前記燃料噴射ポンプ８，コモンレール９及び燃料噴射弁１０によって、コモンレール式燃料噴射装置が構成される。

そして、燃焼室内に流入した空気と燃焼室内に噴射された燃料とによって生成される混合気は、圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１２へ排出される。

前記排気通路１２へ排出された排気の一部は、排気還流制御弁１９が介装される排気還流通路１１を介して吸気側へ還流される。

排気の残りは、ターボチャージャ３のタービン３ｂを回転駆動し、該タービン３ｂと同軸に設けられる前記コンプレッサ３ａが吸気を過給する。

前記排気通路１２のタービン３ｂの下流には、ＮＯｘトラップ触媒１３及びディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter；以下「ＤＰＦ」という)１４が、上流側からこの順に配設される。

前記ＮＯｘトラップ触媒１３は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに、排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチのときにＮＯｘを脱離して浄化する触媒である。

尚、前記ＮＯｘトラップ触媒１３には、酸化触媒（Ｐｔなどの貴金属）を担持させて、ＨＣ，ＣＯを酸化する機能を持たせてある。

前記ＤＰＦ１４は、排気中の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するトラップ機能を有し、排気フィルタに相当する。

尚、前記ＤＰＦ１４にも酸化触媒（貴金属）を担持させて、排気成分（ＨＣ，ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。

但し、前記ＮＯｘトラップ触媒１３とＤＰＦ１４との配置関係を逆にし、前記ＤＰＦ１４の下流側に前記ＮＯｘトラップ触媒１３を配置することが可能で、また、前記ＤＰＦ１４とＮＯｘトラップ触媒１３とを一体に構成することができる。

エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）２５には、エンジン１の制御のため、各種センサからの検出信号が入力される。

前記各種センサとしては、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ（クランク角センサ）２０、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ２１、前記ＮＯｘトラップ触媒１３の温度を検出する触媒温度センサ２２、前記ＤＰＦ１４の入口側で排気圧力を検出する排気圧力センサ１７、ＤＰＦ１４の温度を検出するＤＰＦ温度センサ２３、ＤＰＦ１４出口側で排気空燃比を検出する空燃比センサ１６が設けられる。

但し、前記ＮＯｘトラップ触媒１３及びＤＰＦ１４の温度は、これらの下流側に排気温度センサを設け、該排気温度センサで検出される排気温度に基づいて推定することができる。

前記ＥＣＵ２５は、前記各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射量及び噴射時期を制御するための燃料噴射弁１０への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁６への開度指令信号、排気還流制御弁１９への開度指令信号等を出力する。

また、ＥＣＵ２５は、前記ＮＯｘトラップ触媒１３，ＤＰＦ１４（排気浄化装置）の再生処理を行うようになっており、再生制御装置として機能する。

前記再生処理として、ＤＰＦ１４に堆積した微粒子ＰＭを高温かつリーン雰囲気で酸化させる処理、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積したＮＯｘをリッチ雰囲気での脱離・還元する処理、ＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒を高温かつリッチ雰囲気で解除する処理が行われる。

本実施形態のエンジン１では、リーン条件での通常運転において、初期の急激な燃焼を緩和するために、主噴射の前に予備噴射を行う構成としてある。

ここで、予備噴射時期は４０〜１０°ＢＴＤＣ、予備噴射量は１〜３mm³/st、主噴射時期は１０〜−５°ＢＴＤＣ程度に設定され、予備噴射と主噴射との間隔は１０〜３０°ＣＡ（クランク角）程度に設定される。

一方、排気空燃比のリッチ化及び／又は高排気温度が要求される前記ＤＰＦ１４及びＮＯｘトラップ触媒１３の再生時には、前記通常の燃焼モードとは異なる再生用の燃焼モードである分割リタード燃焼に切り替えるよう構成される。

前記通常運転時の燃焼モードにおける予備噴射の設定では、空燃比をリッチ化させるために吸気量を絞ると、筒内の圧縮端温度が低下してしまう。

このため、リッチ化と同時に排気温度を上げるべく主噴射の噴射時期をリタードさせようとしても、要求通りにリタードさせることができず、例えば、硫黄被毒解除に要求される、空気過剰率λが１以下でかつ排気温度が６００℃以上での運転を実現することができない。

そこで、本実施形態では、ＤＰＦ再生等が要求されるときに、前記通常の燃焼モードとは異なる分割リタード燃焼に切り替えて、要求のリッチ空燃比及び／又は高排気温度を実現できるようにしてある。

前記分割リタード燃焼では、少なくとも上死点近傍で１回行われる予備燃焼と、該予備燃焼が全て終了した後に開始され主トルクを発生させる主燃焼とが行われるように、燃料噴射が制御される。

図２は、前記分割リタード燃焼における燃料噴射パターン及び熱発生率を示す。

前記分割リタード燃焼では、まず圧縮行程で燃料を噴射し、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍における筒内温度を高めるための予備燃焼を行わせる。

前記圧縮行程での予備燃焼用の燃料噴射における噴射量は、主燃焼の燃料噴射時の筒内温度が、自己着火可能な温度を上回るために必要な量とする。

上記上死点近傍の予備燃焼によって筒内温度を高めることで、主燃焼のリタードを進めることができる。

尚、分割リタード燃焼における予備燃焼は、１サイクルにおいて複数回行われるようにしてもよく、複数回の予備燃焼のうち少なくとも１回の燃焼が圧縮上死点近傍で起こるように燃料噴射を行う。

また、分割リタード燃焼における予備燃焼は、エンジン１の運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ，燃料噴射量など）から筒内の圧縮端温度を推定して、この圧縮端温度に応じて、予備燃焼用の燃料噴射量及び／又は噴射時期を変更するようにしてもよい。

一方、分割リタード燃焼では、前記予備燃焼が終了してから主燃焼が開始するように、主燃焼のための燃料を上死点以降に噴射する。

前記主燃焼のための燃料噴射時期は、主燃焼の燃焼開始時期が、予備燃焼の燃焼開始時期からクランク角度で２０度以上離れた時期になるように制御される。

これにより、主燃焼の予混合燃焼割合を高くすることができ、スモークの排出を抑制することができる。

また、分割リタード燃焼における主燃焼の燃焼終了時期は、圧縮上死点からクランク角度で５０度以上離れた時期に制御される。

これら予備燃焼及び主燃焼からなる分割リタード燃焼では、予備燃焼によって主燃焼のリタード限界を広げることで、目標の排気温度への制御性を向上させることができる。

また、予備燃焼が終了した後に主燃焼が開始するようにし、主燃焼の予混合燃焼割合を増加させることで、空燃比のリッチ化によるスモークの増加を抑制することが可能となる。

図３は、前記分割リタード燃焼の主燃焼時期に対する排気ガスの状態を示した図であり、（イ）は排気ガス温度、(ロ)はスモーク濃度、（ハ）はＣＯ（一酸化炭素）濃度、（ニ）はＨＣ濃度を示している。

この図に示すように、主燃焼の時期がリタードされると、それだけ主燃焼の予混合燃焼割合が増えるため、スモークが抑制され、同時に、主燃焼のリタードに伴って排気温度が上昇する。

図４は、前記主燃焼のための目標燃料噴射時期を示す図であり、横軸はエンジン回転速度Ｎｅ、縦軸は燃料噴射量Ｑを示している。

この図に示すように、低負荷・低回転域では、目標排温を達成するために主燃焼をより大きくリタードする必要があり、１回の予備燃焼では、主燃焼の燃料噴射時の筒内温度を高く維持できないこともあり得る。

その場合には、図５に示すように、それぞれの熱発生が重ならないように予備燃焼を複数回行うようにすることで、低負荷・低回転条件であっても要求の高排温を実現できるタイミングにまで主燃焼をリタードさせることが可能である。

次に、前記ＤＰＦ１４及びＮＯｘトラップ触媒１３の再生制御の詳細を、図６〜図１７のフローチャートに基づいて説明する。

図６は、再生制御のメインルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度、ＤＰＦ１４の入口側及び出口側の排気圧力、ＤＰＦ１４の温度などの運転状態を読み込む。

また、ステップＳ１では、エンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとをパラメータとするマップから演算されている燃料噴射量Ｑを読み込む。

ステップＳ２では、前記ＮＯｘトラップ触媒１３が活性状態（暖機状態）であるか否かを判定する。

この判定は、ＮＯｘトラップ触媒１３出口の排気温度センサ１５の出力信号に基づいて算出される排気温度Ｔが、ＮＯｘトラップ触媒１３の活性開始時の所定排気温度Ｔ５より高いか否かにより行う。

前記排気温度Ｔが所定排気温度Ｔ５より高い場合には、ＮＯｘトラップ触媒１３が活性状態であると判断し、ステップＳ３へ進む。

一方、排気温度Ｔが所定排気温度Ｔ５以下である場合には、ＮＯｘトラップ触媒１３が非活性状態であると判定し、図１６のステップＳ１００１へ移行する。

前記ステップＳ１００１以降では、ＮＯｘトラップ触媒１３の活性を促進させる制御が行われるが、係る制御については後で説明する。

ステップＳ３では、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積されたＮＯｘの量を推定する。

前記ＮＯｘ量は、エンジン回転速度Ｎｅや車両走行距離の積算値から推定することができる。

尚、ＮＯｘ量の推定結果は、ＮＯｘの脱離・還元処理が完了した時点（硫黄被毒解除の実施によりＮＯｘの脱離・還元処理が同時になされた場合を含む）でリセットされる。

ステップＳ４では、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積した硫黄分（ＳＯｘ）の量を推定する。

前記硫黄堆積量の推定は、前述のＮＯｘ堆積量と同様に、エンジン回転速度Ｎｅや走行距離の積算値から推定することができ、硫黄被毒解除が完了した時点で推定結果はリセットされる。

ステップＳ５では、ＤＰＦ１４に堆積している微粒子ＰＭの量を推定する。

前記微粒子ＰＭの堆積量は、排気圧力センサ１７により検出されるＤＰＦ１４の入口側排気圧力と、現在の運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ，燃料噴射量）に応じた基準排気圧力とを比較することで推定される。

尚、前回のＤＰＦ１４の再生時からの走行距離又はエンジン回転速度Ｎｅの積算値から前記微粒子ＰＭの堆積量を推定させることもでき、更に、走行距離又はエンジン回転速度Ｎｅの積算値と、排気圧力とのを組み合わせから、前記微粒子ＰＭの堆積量を推定することも可能である。

ステップＳ６では、ＤＰＦ１４の再生モード（微粒子ＰＭの酸化処理）中であるか否かを示すｒｅｇフラグを判定する。

そして、ｒｅｇフラグ＝０であってＤＰＦ１４の再生モード中でない場合には、ステップＳ７へ進む。

一方、ｒｅｇフラグ＝１であってＤＰＦ１４の再生モード中である場合には、図７のフローチャートに示すＤＰＦ再生モードの処理を行う。

ステップＳ７では、ＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒解除モード中であるか否かを示すｄｅｓｕｌフラグを判定する。

そして、ｄｅｓｕｌフラグ＝０であって硫黄被毒解除モード中でない場合には、ステップＳ８へ進む。

一方、ｄｅｓｕｌフラグ＝１であって硫黄被毒解除モード中である場合には、図８のフローチャートに示す硫黄被毒解除モードの処理を行う。

ステップＳ８では、ＮＯｘトラップ触媒１３における堆積ＮＯｘを脱離・還元処理するために、排気空燃比を一時的にリッチ化するリッチスパイクモード中であるか否かを示すｓｐフラグを判定する。

そして、ｓｐフラグ＝０であってリッチスパイクモード中でない場合には、ステップＳ９へ進む。

一方、ｓｐフラグ＝１であってリッチスパイクモード中である場合には、図９のフローチャートに示すリッチスパイクモードの処理を行う。

ステップＳ９では、ＤＰＦ再生モード又は硫黄被毒解除モード後の溶損防止モード中であるか否かを示すｒｅｃフラグを判定する。

そして、ｒｅｃフラグ＝０であって溶損防止モード中でない場合には、ステップＳ１０へ進む。

一方、ｒｅｃフラグ＝１であって溶損防止モード中である場合には、図１０のフローチャートに示す溶損防止モードの処理を行う。

ステップＳ１０では、ＤＰＦ１４の再生要求が出ているか否かを示すｒｑ−ＤＰＦフラグを判定する。

そして、ｒｑ−ＤＰＦフラグ＝０であってＤＰＦ再生要求が出ていない場合には、ステップＳ１１へ進む。

一方、ｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１であってＤＰＦ再生要求が出ている場合には、図１１のフローチャートに示す、優先順位に従った再生モードへの移行処理を行う。

ステップＳ１１では、ＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒解除要求が出ているか否かを示すｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグを判定する。

そして、ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝０であって被毒解除要求が出ていない場合には、ステップＳ１２へ進む。

一方、ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１であって被毒解除要求が出ている場合には、図１２のフローチャートに示す、優先順位に従った再生モードへの移行処理を行う。

ステップＳ１２では、ステップＳ４において算出したＤＰＦ１４におけるＰＭ堆積量が、再生が必要な所定量ＰＭ１に達しているか否か、即ち、ＤＰＦ再生時期になったかを判定する。

そして、ＰＭ堆積量＜ＰＭ１であってＤＰＦ再生時期でないと判定された場合には、ステップＳ１３へ進む。

一方、ＰＭ堆積量≧ＰＭ１であってＤＰＦ再生時期であると判定された場合には、図１３のフローチャートのステップＳ７０１へ進み、ｒｑ−ＤＰＦフラグに１をセットして、ＤＰＦ再生要求を出す。

ステップＳ１３では、ステップＳ４において算出したＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄堆積量が所定量Ｓ１（被毒解除要求量）に達して、再生時期になったか否か、即ち、硫黄被毒解除要求の要否を判定する。

硫黄堆積量が所定量Ｓ１未満である場合には、硫黄被毒解除が不要と判定し、ステップＳ１４へ進む。

一方、硫黄堆積量Ｓが所定量Ｓ１以上である場合には、硫黄被毒解除が必要と判定し、図１４のフローチャートのステップＳ８０１へ進み、ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ（硫黄被毒解除要求フラグ）に１をセットして、硫黄被毒解除要求を出す。

ステップＳ１４では、ステップＳ３において算出したＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１（ＮＯｘ脱離・還元の要求レベル）に達して、ＮＯｘの脱離・還元処理時期になったか否かを判定する。

ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１未満である場合には、そのまま本ルーチンを終了させる。

一方、ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１以上である場合には、ＮＯｘの脱離・還元処理が必要であると判定し、図１５のフローチャートのステップＳ９０１においてｒｑ−ｓｐフラグに１をセットして、ＮＯｘの脱離・還元処理の要求を出す。

次に、前記ステップＳ６で、ｒｅｇフラグ＝１と判定されたときのＤＰＦ再生処理を、図７のフローチャートに従って詳細に説明する。

ステップＳ１０１では、ＤＰＦ再生要求に基づいて、燃焼を通常のリーン燃焼から、少なくとも上死点近傍で１回行われる予備燃焼と、該予備燃焼が全て終了した後に開始され主トルクを発生させる主燃焼とからなる分割リタード燃焼に切り替える。

燃焼モード切り替えの指示が出た場合は、図１７のフローチャートに示すようにして燃焼の切り替えを行う。

以下、燃焼切り替えの指示がでた場合はすべて、図１７のフローチャートに示す処理で燃焼切り替えが行われるものとする。

ステップＳ１１０１では、図１８に示すように、そのときのエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに応じて予備燃焼のための燃料噴射量を設定し、かつ、図１９に示すように、そのときのエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに応じて予備燃焼のための噴射時期を設定し、前記燃料噴射量を前記噴射時期に噴射させ、予備燃焼を発生させる。

次いで、ステップＳ１１０２では、図４に示すように、そのときのエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに応じて主燃焼のための噴射時期を設定し、該噴射時期に向けて徐々に主燃焼のための噴射時期をリタードさせる。

ここで、図２０に示すように、主燃焼のための噴射時期がリタードされるほどより大きく噴射量を増量補正する補正係数を、通常の燃料噴射量に積算した量を前記主燃焼のための噴射量とし、主燃焼のための噴射時期がリタードされるに従って燃料を増量し、通常燃焼モード時と同等のトルクが得られるようにする。

ステップＳ１０２では、ＤＰＦ再生における目標空燃比に制御する。

上記目標空燃比への制御は、吸気絞り弁による吸気絞り及び／又は排気還流量の制御で行われる。

尚、目標空燃比の初期値は、図２１に示すように、ＰＭ堆積量に応じて設定される。

また、吸気絞りによるポンピングロスが生じるため、図２２に示すように目標空燃比に応じた補正係数で主燃焼のための燃料噴射量を補正する。

本実施形態では、図２４に示すように、ＤＰＦ１４の再生処理要求時及びＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒解除要求時に、ＤＰＦ再生とＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒解除とを交互に連続して行わせるようになっており、かつ、前記ＤＰＦ再生処理における目標フィルタ温度，目標排気空燃比，目標再生制御時間（１回当たりの処理時間）が、ＤＰＦ再生処理毎に、換言すれば、再生による微粒子ＰＭの減少変化に応じて設定される。

具体的には、ＤＰＦ再生処理の初回においては、例えば目標フィルタ温度（目標上限値Ｔ２１）を６５０°、目標排気空燃比を空気過剰率λで１．３、目標再生処理制御時間（処理時間ｔＤＰＦｒｅｇ１）を１分とするが、硫黄被毒解除処理を挟んで次にＤＰＦ再生を行うときには、目標フィルタ温度（上限温度）を７００°、目標排気空燃比を空気過剰率λで１．４、目標再生処理制御時間を１．５分とする。

即ち、ＤＰＦ再生処理の回数を重ねる毎に、目標フィルタ温度（目標上限値Ｔ２１）をより高くし、目標排気空燃比をよりリーンにし、目標再生処理制御時間をより長くする。

ここで、目標フィルタ温度が高いほど、目標排気空燃比がリーンであるほど、目標再生制御時間が長いほど、ＤＰＦ１４に捕集された排気微粒子ＰＭが酸化（燃焼）され易くなる。

ＤＰＦ１４に捕集されている排気微粒子ＰＭが多いときに、酸化され易い条件にすると、多量の排気微粒子ＰＭが急激に酸化されることで、ＤＰＦ１４が溶損する可能性がある。

そこで、排気微粒子ＰＭの捕集量が多い、ＤＰＦ再生処理の初回においては、目標フィルタ温度（目標上限値Ｔ２１）を比較的低く、目標排気空燃比を比較的リッチ側に、目標再生制御時間を比較的短く設定することで、多量の排気微粒子ＰＭが急激に酸化（燃焼）されることを回避する。

そして、ＤＰＦ再生処理の回数を重ねるに応じて（換言すれば、ＤＰＦ再生処理の経過時間に応じて）、排気微粒子ＰＭの残量が減っているものと判断して、目標フィルタ温度（目標上限値Ｔ２１）をより高く、目標排気空燃比をよりリーンに、目標再生制御時間をより長く設定することで、排気微粒子ＰＭが酸化され易い条件としてもＤＰＦ１４の溶損することがないときには、効率良く排気微粒子ＰＭを酸化処理できるようにする。

ステップＳ１０３では、ＤＰＦ１４の温度が再生中の目標下限値Ｔ２２以上であるか否かを判定する。

ＤＰＦ温度が目標下限値Ｔ２２以上である場合には、ステップＳ１０６へ進む。

一方、ＤＰＦ温度が目標下限値Ｔ２２未満である場合には、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、ＤＰＦ温度を目標下限値Ｔ２２以上に上昇させるべく、主燃焼の燃料噴射時期をリタードする。

次のステップＳ１０５では、燃料噴射時期のリタードによるトルク落ちを補償するためのトルク補正（主燃焼用噴射量の増量補正）を行う。

ステップＳ１０６では、ＤＰＦ１４の温度が再生中の目標上限値Ｔ２１以下であるか否かを判定する。

前記目標上限値Ｔ２１は、前述のように、ＤＰＦ再生処理の積算回数に応じて、換言すれば、排気微粒子ＰＭの堆積量の減少変化に応じて設定される値である。

ＤＰＦ温度が目標上限値Ｔ２１以下である場合には、ステップＳ１０９へ進む。

一方、ＤＰＦ温度が目標上限値Ｔ２１を越えている場合には、ステップＳ１０７へ進み、主燃焼の燃料噴射時期を進角して、これにより排気温度が低下してＤＰＦ温度が目標上限値Ｔ２１以下になるようにする。

次のステップＳ１０８では、燃料噴射時期の進角によるトルク増を吸収するためのトルク補正（主燃焼用噴射量の減量補正）を行う。

ステップＳ１０９では、ＤＰＦ再生処理の時間が前記目標再生制御時間ｔＤＰＦｒｅｇ１に達したか否かを判定する。

目標再生制御時間ｔＤＰＦｒｅｇ１が経過したと判断した場合には、ＤＰＦ再生からＮＯｘトラップ触媒１３における硫黄被毒解除処理に切り替えるべく、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０では、前記ｄｅｓｕｌフラグを１に設定する。

次のステップＳ１１１では、次回のＤＰＦ再生時における排気空燃比をよりリーン化させるべく、目標排気空燃比を今回よりもリーン側に補正設定する。

ステップＳ１１２では、次回のＤＰＦ再生時における処理時間をより長くすべく、目標再生制御時間ｔＤＰＦｒｅｇ１を今回よりも長く補正設定する。

ステップＳ１１３では、次回のＤＰＦ再生時においてＤＰＦ温度がより高くなることを許容すべく、前記目標上限値Ｔ２１を今回よりも高く補正設定する。

ステップＳ１１４では、一旦ＤＰＦ再生処理を中止させるべく、前記ｒｅｇフラグを０にリセットする。

ステップＳ１１５では、前記ステップＳ１１２で補正設定された目標再生制御時間ｔＤＰＦｒｅｇ１が基準時間ｔ２を超えたか否かを判定することで、ＤＰＦ１４の再生処理が最終的に完了したか否かを判断する。

前記目標再生制御時間ｔＤＰＦｒｅｇ１は、ＤＰＦ再生が繰り返される毎に増大設定されるから、目標再生制御時間ｔＤＰＦｒｅｇ１が基準時間ｔ２を超えたか否かを判定することで、ＤＰＦ再生の積算回数、引いては、ＤＰＦ再生のトータル時間を判定できることになる。

尚、ＤＰＦ再生処理の繰り返し回数（実行回数）や、ＤＰＦ処理を行ったトータル時間、或いは、繰り返し毎にリーン側に修正される目標空燃比、繰り返し毎により高く設定される目標フィルタ温度（目標上限値Ｔ２１）に基づいて、ＤＰＦ再生処理の完了を判定させることもできる。

ステップＳ１１５で、前記ステップＳ１１２で補正設定された目標再生制御時間ｔＤＰＦｒｅｇ１が基準時間ｔ２を超えていて、ＤＰＦ１４の再生処理が完了したと推定されるときには、ステップＳ１１６へ進んで、再生用の分割リタード燃焼から通常の燃焼に戻す。

また、次のステップＳ１１７では、ｒｅｇフラグを０にリセットし、ステップＳ１１８では、溶損防止モードのｒｅｃフラグに１をセットし、ＤＰＦ１４で燃え残りの微粒子ＰＭが一気に燃えてＤＰＦ１４が溶損することを防止する。

次に、前記ステップＳ７で、ｄｅｓｕｌフラグ＝１と判定されたときのＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒解除処理を、図８のフローチャートに従って詳細に説明する。

ステップＳ２０１では、硫黄被毒解除要求がなされたことに基づいて、分割リタード燃焼に切り替える。

ステップＳ２０２では、硫黄被毒解除のために空燃比をストイキ（理論空燃比）に制御する。

前記空燃比の制御は、ＤＰＦ再生時と同様に、吸気絞り弁６や排気還流制御弁１９によって行われる。

ステップＳ２０３では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定温度Ｔ４より高いか否かを判定する。

例えば、ＮＯｘトラップ触媒１３としてＢａ系のＮＯｘトラップ触媒を使った場合には、リッチ〜ストイキ雰囲気でＮＯｘトラップ触媒１３の温度を６００℃より高くする必要があることから、所定温度Ｔ４は６００℃以上に設定される。

触媒温度が所定温度Ｔ４より高い場合には、ステップＳ２０６へ進む。

一方、触媒温度が所定温度Ｔ４以下場合には、ステップＳ２０４，ステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０４，ステップＳ２０５へ進んだ場合、図７のフローチャートのステップＳ１０４及びステップＳ１０５と同じ処理をする。

即ち、ステップＳ２０４では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定温度Ｔ４以下であるため、主燃焼の燃料噴射時期をリタード（遅角）して排気温度を上昇させる。

ステップＳ２０５では、リタードによるトルク減少を、主燃焼用の噴射量の増量で補う。

一方、ステップＳ２０６では、所定の時間ｔｄｅｓｕｌだけ、ストイキ空燃比及び高排気温度での硫黄被毒解除が行われたか否かを判定する。

前記所定時間ｔｄｅｓｕｌは、図２４に示すように、ＤＰＦ再生と硫黄被毒解除とを交互に繰り返すときの１回当たりの硫黄被毒解除処理時間である。

所定の時間ｔｄｅｓｕｌだけ硫黄被毒解除を行うと、ステップＳ２０７へ進み、ｒｅｇフラグに１をセットすることで、次にＤＰＦ再生（図７のフローチャートに示す処理）が行われるようにする。

ステップＳ２０８では、硫黄被毒解除処理を行ったトータル時間が所定時間ｔdesu totallを超えたか否かを判別する。

硫黄被毒解除処理を行ったトータル時間が所定時間ｔdesu totall以下であるときには、次のＤＰＦ再生に続けて再度硫黄被毒解除を行わせるべく、そのまま、本ルーチンを終了させる。

一方、硫黄被毒解除処理を行ったトータル時間が所定時間ｔdesu totallを超えたときには、硫黄被毒解除が完了したものと判断して、ステップＳ２０９へ進む。

ステップＳ２０９では、硫黄被毒解除のためのストイキ運転を解除し、ステップＳ２１０では、溶損防止モードを実行させるべくｒｅｃフラグに１をセットする。

ステップＳ２１１では、ｄｅｓｕｌフラグを０にリセットする。

ステップＳ２１２では、ＮＯｘトラップ触媒１３におけるＮＯｘ堆積量の推定値を０にリセットする。

ステップＳ２１３では、リッチスパイク要求を示すｒｑ−ｓｐフラグを０にリセットする。

これは硫黄被毒解除を行うことで、ＮＯｘトラップ触媒１３が長時間ストイキの空燃比に晒されることにより、同時にＮＯｘの脱離・還元処理が行われるためである。

尚、図７，８に示すＤＰＦ再生，硫黄被毒解除処理では、ＤＰＦ再生と硫黄被毒解除とを交互に連続して繰り返す構成としたが、ＤＰＦ再生と硫黄被毒解除とを微粒子堆積量，硫黄堆積量に基づいて個別に行わせる構成することができる。

ＤＰＦ再生を完了まで継続して行う場合には、時間経過（排気微粒子の減少変化）に伴って目標排気空燃比及び／又は目標フィルタ温度（目標上限値Ｔ２１）を変化させることで、ＤＰＦ１４の溶損を防止しつつ、効率良くＤＰＦ再生を行える。

また、ＤＰＦ再生と硫黄被毒解除とを交互に連続して繰り返す構成において、１回のＤＰＦ再生中に目標排気空燃比及び／又は目標フィルタ温度を変化させることも可能である。

更に、目標フィルタ温度，目標排気空燃比，目標再生制御時間の全てを変化させる構成ではなく、目標フィルタ温度，目標排気空燃比，目標再生制御時間のうちの１つ又は２つを、排気微粒子の量に応じて変化させる構成としても良い。

次に、リッチスパイクモード（ＮＯｘの脱離・還元処理）を、図９のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ３０１では、通常燃焼から分割リタード燃焼への切り替えを行う。

ステップＳ３０２では、空燃比を、リッチスパイクを行うための所定の目標空燃比（リッチ空燃比）に制御する。

ここで、吸入空気量を図２３に示す目標吸気量に調整することで、前記目標空燃比を実現する。

これにより、ＮＯｘトラップ触媒１３の雰囲気を一時的にリッチ（還元雰囲気）にして、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされていたＮＯｘを脱離・還元処理する。

ステップＳ３０３では、リッチスパイク制御を行った時間ｔが所定の時間ｔｓｐｉｋｅを超えたか否かを判定する。

リッチスパイク制御時間ｔが所定時間ｔｓｐｉｋｅを超えると、ステップＳ３０４へ進む。

ステップＳ３０４では、スパイクフラグモードを示すｓｐフラグを０にする。

一方、リッチスパイク制御時間ｔが所定時間ｔｓｐｉｋｅを超えていない場合には、リッチスパイク制御を継続させるべく、ステップＳ３０４を迂回して本ルーチンを終了する。

次に、溶損防止モードを、図１０のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ４０１では、ＤＰＦ１４の温度を検出する。

ステップＳ４０２では、ＤＰＦ１４の温度が所定温度Ｔ３未満であるか否かを判定することで、ＤＰＦ温度が、微粒子ＰＭの急激な酸化が開始することがない温度領域内であるか否かを判定する。

ＤＰＦ１４の温度が所定温度Ｔ３以上である場合には、ステップＳ４０５へ進む。

ステップＳ４０５では、排気温度を低くして、ＤＰＦ１４の温度を所定温度Ｔ３未満に低下させる必要があるので、吸気絞り弁６及び／又は排気還流制御弁１９の制御によって空燃比を所定値以下に制御する。

一方、ＤＰＦ１４の温度が所定温度Ｔ３未満である場合には、溶損防止策は不要と判断し、ステップＳ４０３へ進む。

ステップＳ４０３では、前記ステップＳ４０５における空燃比制御を停止させ、次のステップＳ４０４では、前記ｒｅｃフラグを０にする。

次に、ＤＰＦ再生要求時の処理を、図１１のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ５０１では、ＮＯｘトラップ触媒１３における硫黄堆積量が硫黄被毒解除の必要な所定量Ｓ１未満であるか否かを判定する。

硫黄堆積量が所定量Ｓ１未満である場合には、ステップＳ５０２へ進む。

一方、硫黄堆積量が所定量Ｓ１以上である場合には、図１４のステップＳ８０１へ進んで、ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ（硫黄被毒解除要求フラグ）に１をセットする。

ステップＳ５０２では、リッチスパイク要求（ＮＯｘの脱離・還元処理要求）の有無をｒｑ−ｓｐフラグに基づいて判定する。

ｒｑ−ｓｐフラグが０であってリッチスパイク要求（ＮＯｘの脱離・還元処理要求）がない場合には、ステップＳ５０３へ進む。

一方、ｒｑ−ｓｐフラグが１であってリッチスパイク要求（ＮＯｘの脱離・還元処理要求）がある場合には、ステップＳ５０６へ進む。

ステップＳ５０３では、ＮＯｘトラップ触媒１３におけるＮＯｘ堆積量が、リッチスパイク（ＮＯｘの脱離・還元処理）の必要な所定量ＮＯｘ１未満であるか否かを判定する。

ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１未満である場合には、ステップＳ５０４へ進む。

一方、ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１以上である場合には、図１５のステップＳ９０１へ進んで、ｒｑ−ｓｐフラグに１をセットする。

ステップＳ５０４では、分割リタード燃焼によるＤＰＦ再生，硫黄被毒解除が可能な運転領域に、現在の運転条件が該当しているか否かを判定する。

現在のエンジン回転速度Ｎｅ及び負荷が、前記ＤＰＦ再生，硫黄被毒解除可能領域内に該当する場合には、ステップＳ５０５へ進む。

ステップＳ５０５では、ｒｅｇフラグに１をセットすることで、ＤＰＦ再生モードの処理が行われるようにする。

現在のエンジン回転速度Ｎｅ及び負荷が、前記ＤＰＦ再生，硫黄被毒解除可能領域内に該当しない場合には、ＤＰＦ再生が行えないので、ステップＳ５０５を迂回して本ルーチンを終了させる。

また、ステップＳ５０２からステップＳ５０６へ進んだ場合、即ち、ＤＰＦ再生要求とＮＯｘ脱離・還元処理要求との両方が発生している場合には、現在の運転条件が、ＮＯｘ排出量が少ない運転条件（例えば定常運転条件）であるか否かを判定する。

ＮＯｘ排出量が多い運転条件である場合には、ステップＳ５０８へ進み、ｓｐフラグを１にすることで、ＤＰＦ再生に対してＮＯｘ脱離・還元処理（リッチスパイク処理）を優先させる。

一方、ＮＯｘ排出量が少ない運転条件である場合には、ステップＳ５０７へ進む。

ステップＳ５０７では、ＤＰＦ１４のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ３より高いか否かを判定する。

ＤＰＦ１４のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ３より高い場合には、ステップＳ５０４へ進み、運転条件がＤＰＦ再生可能領域に該当していれば、ｒｅｇフラグに１をセットする。

一方、ＤＰＦ１４のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ３以下である場合には、ステップＳ５０８へ進んで、ｓｐフラグに１をセットする。

これは、ＤＰＦ１４のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ３以下である場合には、昇温を開始しても、ベッド温度Ｔｂｅｄが再生可能温度に到達するまで時間がかかるので、ＮＯｘの脱離・還元処理を優先させるためである。

次に、硫黄被毒解除要求時の処理を、図１２のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ６０１では、ＤＰＦ１４に堆積した微粒子ＰＭの量が所定量ＰＭ１未満であるか否かを判定する。

ＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１未満である場合には、ステップＳ６０２へ進む。

一方、ＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１以上である場合には、図１３のステップＳ７０１に進み、ｒｑ−ＤＰＦフラグを１にする。

ステップＳ６０２では、ＮＯｘトラップ触媒１３のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ１より高いか否かを判定する。

尚、前記所定温度Ｔ１は、硫黄被毒解除に適するＮＯｘトラップ触媒１３のベッド温度である。

そして、ＮＯｘトラップ触媒１３のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ１より高い場合には、ステップＳ６０３へ進む。

ステップＳ６０３では、前記分割リタード燃焼によるＤＰＦ再生，硫黄被毒解除の可能領域に、現在の運転条件が該当しているか否かを判定する。

現在の運転条件が前記再生可能領域内である場合には、ステップＳ６０４へ進み、ｄｅｓｕｌフラグに１をセットして、硫黄被毒解除処理が行われるようにする。

一方、現在の運転条件が前記ＤＰＦ再生，硫黄被毒解除の可能領域に該当しない場合には、ステップＳ６０４を迂回して本ルーチンを終了させる。

また、ＮＯｘトラップ触媒１３のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ１以下である場合には、ステップＳ６０５へ進む。

ステップＳ６０５では、リッチスパイク要求（ＮＯｘ脱離・還元要求）の有無を、ｒｑ−ｓｐフラグに基づいて判定する。

リッチスパイク要求がない（ｒｑ−ｓｐ＝０）場合には、ステップＳ６０６へ進む。

ステップＳ６０６では、ＮＯｘ堆積量がＮＯｘの脱離・還元処理を要する所定量ＮＯｘ１未満であるか否かを判定する。

ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１未満である場合にはそのまま本ルーチンを終了させ、ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１以上である場合には、図１５に示すステップＳ９０１においてｒｑ−ｓｐフラグに１をセットし、ＮＯｘ脱離・還元処理要求（リッチスパイク処理要求）を発生させる。

一方、ステップＳ６０５においてリッチスパイク要求がある（ｒｑ−ｓｐ＝１）と判定された場合には、ステップＳ６０７へ進み、ｓｐフラグに１をセットし、ＮＯｘの脱離・還元処理を行わせるようにする。

次に、前記分割リタード燃焼を活用してＮＯｘトラップ触媒１３を早期に活性化させる処理を、図１６のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１００１では、ＮＯｘトラップ触媒１３の暖機を促進させる運転が可能であるか否かを判定する。

即ち、前記分割リタード燃焼によりＮＯｘトラップ触媒１３の暖機促進を図るので、前記ステップＳ１００１では、前記分割リタード燃焼による運転が可能な運転条件であるか否かを判定する。

分割リタード燃焼による運転によってＮＯｘトラップ触媒１３の暖機促進を図ることができる条件であれば、ステップＳ１００２へ進み、通常の燃焼モードから前記分割リタード燃焼へ切り替える。

前記分割リタード燃焼では、主燃焼の時期を大きくリタードさせることができ、これによって排気温度の上昇が図られ、ＮＯｘトラップ触媒１３の暖機が促進される。

ステップＳ１００３では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が活性温度Ｔ５より高くなったか否かを判定する。

そして、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が活性温度Ｔ５より高くなると、ステップＳ１００４へ進み、分割リタード燃焼から通常燃焼モードに戻すことで、ＮＯｘトラップ触媒１３の暖機を促進する処理を解除する。

実施形態における内燃機関の燃焼制御装置のシステム構成図。 実施形態における分割リタード燃焼（再生用の燃焼モード）の噴射パターン及び燃焼パターンを示す図。 実施形態における分割リタード燃焼の主燃焼時期に対する排気ガスの状態を示す図。 実施形態における分割リタード燃焼の主燃焼のための噴射時期の特性を示す図。 実施形態における分割リタード燃焼の噴射パターン及び燃焼パターンを示す図。 実施形態における再生制御のメインルーチンを示すフローチャート。 実施形態におけるＤＰＦ再生処理を示すフローチャート。 実施形態における硫黄被毒解除処理を示すフローチャート。 実施形態におけるリッチスパイク処理を示すフローチャート。 実施形態における溶損防止モードを示すフローチャート。 実施形態におけるＤＰＦ再生要求時の再生処理の決定を示すフローチャート。 実施形態における硫黄被毒解除要求時の再生処理の決定を示すフローチャート。 実施形態におけるＤＰＦ再生要求の設定を示すフローチャート。 実施形態における硫黄被毒解除要求の設定を示すフローチャート。 実施形態におけるリッチスパイク要求の設定を示すフローチャート。 実施形態におけるＮＯｘトラップ触媒の活性化を促進する制御を示すフローチャート。 実施形態における燃焼モードの切り替え制御を示すフローチャート。 実施形態における分割リタード燃焼の予備燃焼のための目標噴射量の特性を示す図。 実施形態における分割リタード燃焼の予備燃焼のための目標噴射時期の特性を示す図。 実施形態における分割リタード燃焼の主燃焼のための噴射時期とトルク補正係数との相関を示す図。 実施形態における微粒子ＰＭ堆積量とＤＰＦ再生時の目標空燃比との相関を示す図。 実施形態における分割リタード燃焼の目標空燃比と主燃焼用噴射量の補正係数との相関を示す図。 実施形態におけるリッチスパイクにおける目標吸入空気量の特性を示す図。 実施形態においてＤＰＦ再生と硫黄被毒解除とを交互に繰り返すときの、ＤＰＦ再生における目標排気空燃比，目標フィルタ温度，目標再生制御時間の変化を示す図。

符号の説明

１…エンジン，２…吸気通路，６…吸気絞り弁，８…燃料噴射ポンプ，９…コモンレール，１０…燃料噴射弁，１１…排気還流通路，１２…排気通路，１３…ＮＯｘトラップ触媒，１４…ＤＰＦ，１６…空燃比センサ，１７…排気圧力センサ，１９…排気還流制御弁，２０…クランク角センサ，２１…アクセル開度センサ，２２…触媒温度センサ，２３…ＤＰＦ温度センサ，２５…ＥＣＵ

Claims (7)

1. 排気系に、排気微粒子を捕集する排気フィルタと、リーン雰囲気で排気中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒とを備えた内燃機関において、
   前記排気フィルタに捕集された排気微粒子を酸化処理するフィルタ再生制御と、前記ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒を解除する触媒再生制御とを交互に連続して実行すると共に、前記フィルタ再生制御の開始から前記触媒再生制御に切り替えるまでの目標再生制御時間を、前記フィルタ再生制御の実行回数が増える毎により長くすることを特徴とする排気フィルタの再生制御装置。
2. 排気系に、排気微粒子を捕集する排気フィルタと、リーン雰囲気で排気中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒とを備えた内燃機関において、
   前記排気フィルタに捕集された排気微粒子を酸化処理するフィルタ再生制御と、前記ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒を解除する触媒再生制御とを交互に連続して実行し、
   前記排気微粒子を酸化処理する再生制御毎に、目標フィルタ温度，目標排気空燃比，目標再生制御時間のうちの少なくとも１つを変化させると共に、
   前記再生制御を、少なくとも上死点近傍で１回行われる予備燃焼と、該予備燃焼が全て終了した後に開始され主トルクを発生させる主燃焼とからなる燃焼モードによって行うことを特徴とする排気フィルタの再生制御装置。
3. 前記フィルタ再生制御及び触媒再生制御を、少なくとも上死点近傍で１回行われる予備燃焼と、該予備燃焼が全て終了した後に開始され主トルクを発生させる主燃焼とからなる燃焼モードによって行うことを特徴とする請求項１に記載の排気フィルタの再生制御装置。
4. 前記主燃焼のための燃料噴射時における筒内温度が自己着火可能な温度を上回るように、前記予備燃焼のための燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の排気フィルタの再生制御装置。
5. 前記予備燃焼の燃焼開始時期と前記主燃焼の燃焼開始時期との間隔を、クランク角度で２０°以上に制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の排気フィルタの再生制御装置。
6. 前記主燃焼の終了時期を、圧縮上死点からクランク角度で５０°以降に制御することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の排気フィルタの再生制御装置。
7. 前記主燃焼のための燃料噴射時期を変えることで、前記排気フィルタの温度を制御することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の排気フィルタの再生制御装置。

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