JP4415749B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路にパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくはパティキュレートフィルタの昇温再生中のドライバビリティの向上に関する。

近年、環境対策として、内燃機関からの排出ガスを触媒やフィルタで処理し、有害成分の放出を抑制する排ガス浄化装置が重要となっている。一例として、排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記載）を設置し、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（以下、ＰＭと記載）を捕集する排気浄化装置が知られている。ＤＰＦは、堆積したＰＭを定期的に焼却除去することで再生され、連続的な使用が可能である。

ＤＰＦの再生は、ＤＰＦの前後差圧を基に算出されるＰＭ堆積量が所定値に到達した時に、ＰＭが燃焼する温度、例えば６００℃以上にＤＰＦ温度を昇温させることにより行われる。この時、昇温手段としては、ポスト噴射や燃料噴射時期の遅角、吸気絞り等の手段が用いられるが、これら昇温手段はいずれも燃費悪化を伴う不具合がある。

一方、再生温度を高くするほど、ＰＭの燃焼速度が速くなり、再生が短時間で終了するため、ＤＰＦの再生に伴う燃費悪化を小さくすることができる。ただし、ＤＰＦ温度が高すぎると、ＤＰＦの破損あるいはＤＰＦに担持した酸化触媒の劣化等をまねく危険がある。従って、燃費悪化を抑制し、かつ安全にＤＰＦを再生するためには所定の温度近傍にＤＰＦ温度を維持する必要があり、通常は、ＤＰＦ上流あるいは下流の排気温度を検出し、その温度が目標温度となるように昇温手段を操作している。

例えば、特許文献１には、ＤＰＦ上流の排気温度をＤＰＦ温度として検出し、ＤＰＦ温度が所定値（例えば、５００℃）を越えたら昇温を停止し、所定値（例えば、５００℃）を下回ったら昇温を実施する制御方法が開示されている。ところが、昇温操作に対するＤＰＦ温度の変化には時間遅れがあるために、温度変化を検出してから昇温操作を実施または停止する特許文献１の方法では、温度の変動が大きく、ＤＰＦ温度を目標温度近傍に維持することは難しい。
特開平１１−１０１１２２号公報

本発明者等は、より高精度にＤＰＦ温度の昇温制御を行う方法について検討し、先に、昇温操作量を昇温操作の実施、停止の時間比率で行うことを提案した（特願２００３−９４８５１）。時間比率は、例えば図１２（ａ）に示す一定の基準周期τａに対する昇温実施期間τ１の割合で表され、図１２（ｂ）に示すように、昇温手段であるポスト噴射をこの時間比率で行うことで、供給されるＨＣ量を多段階あるいは、連続的に制御することができ、ＤＰＦ温度を最適に制御することができる。また、昇温操作の実施時と停止時でのトルクが同一となるように、予め昇温操作時と停止時の噴射状態を適合（例えば、噴射時期や噴射量の補正等）しておくことで、切り替え時のトルクショックを防止できる。

しかしながら、噴射系の経年劣化等により、燃焼状態が初期出荷時からバラツキができると、昇温実施と停止の切り替えによってトルク段差が生じ、時間比率の基準となる周期にて周期的なトルクショックが生じてしまう問題があった。その場合、その周期的なトルクショックがドライバーに伝わり、ドライバビリティの悪化につながるおそれがある。

そこで、本発明は、ＤＰＦ再生中に、昇温のための燃焼噴射状態（昇温実施）と通常燃焼噴射状態（昇温停止）の切り替えによって生じるトルクショックを低減し、ドライバビリティの悪化させることなく、ＤＰＦの昇温制御を高精度に行なうことを目的とする。

本発明の課題を解決するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置において、昇温量制御手段は、パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、温度推定手段の出力に応じて昇温手段による昇温量を制御する。時間比率算出手段は、その出力を用いて、昇温操作の実施、停止の時間比率を算出し、基準周期算出手段は、時間比率の基準となる周期が随時変化するように、該周期を算出する。この時、基準となる周期が連続して同じ値とならないように、該周期を算出し、基準周期による周期的なトルクショックが連続しないようにする。この時間比率と基準となる周期に基づき、切り替え手段が、昇温手段による昇温操作の実施、停止を切り替える。

請求項１では、時間比率の基準となる周期にて生じる周期的なトルクショックを、生じさせないようにするために、基準周期算出手段を設けて、時間比率の基準となる周期が固定ではない状態にする（図４参照）。ドライバーに伝わる周期的なトルクショックが連続するとドライバビリティが悪化するが、本発明を適用すると、トルクショックが発生する周期が一定でなくなるので、ドライバビリティの悪化を防止できる。

請求項２の装置は、本発明の課題を解決するための他の装置であり、昇温量制御手段は、パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、温度推定手段の出力に応じて昇温手段による昇温量を制御する。時間比率算出手段は、その出力を用いて、昇温操作の実施、停止の時間比率を算出し、基準周期算出手段は、時間比率の基準となる周期が随時変化するように、該周期を算出する。請求項２の装置において、基準周期算出手段は、基準となる周期がランダムに変化するように、該周期を算出する。この時間比率と基準となる周期に基づき、切り替え手段が、昇温手段による昇温操作の実施、停止を切り替える。

時間比率の基準となる周期をランダムな状態（図５参照）にすることにより、トルクショックが発生する周期がランダムとなるので、周期的なトルクショックの発生が防止でき、ドライバビリティの悪化を防止できる。

請求項３の装置において、切り替え手段は、基準となる周期内において時間比率を保ったまま、昇温操作の実施、停止の周期が基準となる周期と異なるように、昇温操作の実施、停止を切り替える。

例えば、時間比率が５０％である場合、基準となる周期内での昇温実施の燃焼回数の和ａと、周期内の燃焼回数ｂの比が５０％（ａ／ｂ＝０．５）となる状態を保ったまま、その周期と、昇温操作の実施、停止の繰り返し周期が異なるように、昇温手段を操作することで、基準周期毎の周期的なトルクショックを防止でき、ドライバビリティの悪化を防止できる。

請求項４の装置は、本発明の課題を解決するための他の装置であり、昇温量制御手段は、パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、温度推定手段の出力に応じて昇温手段による昇温量を制御する。時間比率算出手段は、その出力を用いて、昇温操作の実施、停止の時間比率を算出し、基準周期算出手段は、時間比率の基準となる周期が随時変化するように、該周期を算出する。この時間比率と基準となる周期に基づき、切り替え手段が、昇温手段による昇温操作の実施、停止を切り替える。請求項４の装置において、切り替え手段は、基準となる周期内において時間比率を保ったまま、昇温操作の実施、停止の周期がランダムに変更されるように、昇温操作の実施、停止を切り替える。

例えば、時間比率が５０％である場合、基準となる周期内での昇温実施の燃焼回数の和ａと、周期内の燃焼回数ｂの比が５０％（ａ／ｂ＝０．５）となる状態を保ったまま、その実施順番がランダムとなるように切り替える。こうすることで、固有の周期的なトルクショックを防止でき、ドライバビリティの悪化を防止できる。

請求項５の装置において、時間比率算出手段は、昇温操作を実施している時の内燃機関の回転数と、停止している時の内燃機関の回転数を用いて、昇温実施時または停止時のいずれかの燃料噴射状態を補正する。

昇温実施時と停止時にてトルク偏差が生じる場合、それによって、機関回転数の偏差が生じる。その偏差を検出して、燃料の噴射状態、たとえばメイン噴射量や、メイン噴射時期を補正することで、昇温実施時と停止時でのトルク偏差を補正することができる。

請求項６の装置は、本発明の課題を解決するための他の装置であり、昇温量制御手段は、パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、温度推定手段の出力に応じて昇温手段による昇温量を制御する。時間比率算出手段は、その出力を用いて、昇温操作の実施、停止の時間比率を算出し、基準周期算出手段は、時間比率の基準となる周期が随時変化するように、該周期を算出する。この時間比率と基準となる周期に基づき、切り替え手段が、昇温手段による昇温操作の実施、停止を切り替える。請求項６の装置において、内燃機関の回転数あるいはトルクが予め定められる限定領域にある時に、時間比率算出手段、基準周期算出手段および切り替え手段のいずれかの操作を禁止する操作禁止手段を有する。

上記請求項１〜５による操作は、トルクショックを防止する目的であるが、計算負荷が大きくなる問題がある。一方で、高回転数や、高負荷といった急加速運転領域では、ドライバーはトルクショックによる違和感を感じにくい。そこで、それらの領域では、これらの操作を禁止することで計算負荷の低減が可能である。

請求項７の装置は、請求項５の補正量が所定量よりも大きくなった場合に、昇温操作の異常と判定する異常判定手段を設ける。

劣化で予想されるバラツキに基づいて、予め所定値を定めておくことで、それ以上の補正をする必要が生じた場合に、昇温操作による何らかの異常が生じたと判定することができる。

請求項８の装置は、請求項５の補正量が所定量よりも大きくなった場合に、パティキュレートフィルタの再生を中止する再生中止手段を有する。

劣化で予想されるバラツキから予め定めた所定値に対し、それ以上の補正が必要となった場合、何らかの昇温操作異常の可能性があるので、再生を中止することで昇温操作異常によるトラブルを回避できる。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。図１はディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示すもので、ディーゼルエンジン１の排気通路２を構成する排気管２ｂ、２ｃ間にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３が設置され、その上流には排気管２ａ、２ｂ間に酸化触媒（ＤＯＣ）４が設置されている。ＤＰＦ３は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じしてなる。エンジン１から排出された排気ガスは、ＤＰＦ３の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレート（ＰＭ）が捕集されて次第に堆積する。

ＤＯＣ４は公知の構造で、コーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に酸化触媒を担持してなる。ＤＯＣ４は、排気通路２に供給される炭化水素（ＨＣ）を触媒反応により燃焼させて排気温度を上昇させ、ＤＰＦ３を昇温する。なお、ＤＰＦ３には酸化触媒が担持されていても、担持されていなくてもよい。本実施形態では、ＤＰＦ３に酸化触媒が担持されていないものとして説明する。あるいは、酸化触媒が担持されたＤＰＦ３を用い、その上流にＤＯＣ４を設置しない装置構成とすることもできる。

ＤＰＦ３の上流側の排気管２ｂおよび下流側の排気管２ｃには、それぞれ温度検出手段としての排気温センサ５１、５２が設置される。排気温センサ５１、５２はＥＣＵ６に接続されており、ＤＰＦ３の入ガス温度または出ガス温度を検出して、ＥＣＵ６に出力する。ＥＣＵ６は排気温センサ５１、５２の出力に基づいてＤＰＦ３の温度（中心温度）を推定する。エンジン１の吸気管１１には、エアフローメータ（吸気量センサ）５３が設置されて吸気量をＥＣＵ６に出力するようになっている。エアフローメータ５３下流の吸気管１１には、吸気絞り弁１２が設置されており、ＥＣＵ６の指令で吸気量を増減する。また、エンジン１の吸気管１１は、ＥＧＲバルブ７を備えたＥＧＲ配管７１によって、ＤＯＣ４の上流側の排気管２ａと連通しており、ＥＧＲバルブ７はＥＣＵ６の指令で吸気に還流する排気量（ＥＧＲ量）を増減する。

排気管２ｂ、２ｃには、ＤＰＦ３にて捕集されたパティキュレートの量（ＰＭ堆積量）を知るために、ＤＰＦ３の前後差圧を検出する差圧センサ８が接続される。差圧センサ８の一端側はＤＰＦ３上流の排気管２ｂに、他端側はＤＰＦ３下流の排気管２ｃにそれぞれ圧力導入管８１、８２を介して接続されており、ＤＰＦ３の前後差圧に応じた信号をＥＣＵ６に出力する。

ＥＣＵ６には、さらに、アクセル開度センサや回転数センサといった図示しない各種センサが接続されている。ＥＣＵ６は、これらセンサからの検出信号を基に運転状態を検出し、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン１への燃料噴射を制御する。また、吸気絞り弁１２の弁開度を調節することで吸気量を、ＥＧＲバルブ７の弁開度を調節することでＥＧＲ量を制御する。

次に、ＤＰＦ３の再生制御について説明する。ＥＣＵ６は、図２に示すような再生制御機能を有する。ＤＰＦ３へのＰＭ堆積量を推定して（パティキュレート堆積量推定手段）、ＰＭ堆積量が予め決められた所定値を超えた時に、ＤＰＦ温度推定手段によって算出されるＤＰＦ推定温度と、目標温度算出手段によって算出される目標温度から、ＤＰＦの昇温量を制御する（ＤＰＦ昇温量制御手段）。このＤＰＦ昇温量制御手段の出力から、昇温操作の実施／停止の時間比率を算出するとともに（時間比率算出手段）、時間比率の基準となる周期を算出し（基準周期算出手段）、算出された時間比率と基準となる周期に基づき昇温操作の実施／停止を切り替える（昇温実施／停止切り替え手段）。その切り替え指令を基に、昇温手段により、排気中のＨＣを増量し、ＤＯＣ４でのＨＣ反応熱によりＤＰＦ３の昇温を実施する。これにより、堆積したＰＭが焼却除去されＤＰＦ３が再生する。

昇温手段として、具体的には、ポスト噴射、燃料噴射時期遅角（リタード）、吸気絞り、ＥＧＲ増量等の操作が行なわれる。これらの操作により排気通路２に供給される未燃ＨＣが増加し、さらにリタード、ＥＧＲ増量等の操作により排気温度が上昇する。また、ＤＯＣ４上流の排気管２ａに燃料添加装置９を配設して、排気中へ直接ＨＣを供給することもできる。昇温手段としては、これらのうちいずれか１つの操作を行っても、複数の操作を組み合わせてもよい。

パティキュレート堆積量推定手段は、例えば、差圧センサ８で検出されるＤＰＦ３の前後差圧からＰＭ堆積量を推定する。排気流量が一定の場合には、ＰＭ堆積量が多いほどＤＰＦ前後差圧が増加するので、この関係を予め調べておくことでＰＭ堆積量を知ることができる。あるいは、ＰＭ堆積量を、各種センサの出力から知られるエンジン１の運転状態に基づいて推定することも、これらの方法を組み合わせることもできる。

ＤＰＦ温度推定手段は、ここでは、ＤＰＦ３の上流および下流に設置した排気温センサ５１、５２の出力を基に推定するが、排気温センサ５１、５２のいずれか一方のみを有する装置構成とし、ＤＰＦ３の上流または下流の排気温度からＤＰＦ温度を推定することもできる。また、運転条件等を入力してそれを基に推定することも可能である。

目標温度算出手段は、例えば、エンジン回転数やトルクといった運転条件や、パティキュレート堆積量推定値などを入力にして目標温度を算出する。目標温度は、ＰＭの急速燃焼が生じない範囲で極力高温に設定することが望ましく（例えば６００℃以上）、効率よくＰＭを焼却除去することができる。

ＤＰＦ昇温量制御手段は、温度推定手段で推定されるＤＰＦ３の温度に応じて、昇温手段によるエネルギー投入量を決定する。具体的には、ＤＰＦ温度推定値と、目標温度との偏差から、例えば、古典制御（ＰＩフィードバック制御、ＰＩＤフィードバック制御など）や、現代制御（温度変化の履歴と過去の昇温手段の操作量の履歴を状態量とする状態フィードバック制御）、予測制御（運転状態、昇温手段の操作量から算出した温度予測値と目標値との偏差から昇温量を算出する制御等）といった制御手法を用いて、ＤＰＦ昇温量を算出する。

時間比率算出手段は、ＤＰＦ昇温量に、例えば、エンジン回転数、トルクの２次元マップで予め適合された昇温量＿時間比率感度特性を乗じることによって、昇温操作の実施・停止の時間比率を算出する。図３（ａ）に示すように、時間比率は、基準となる周期Ｔ0（以下、基準周期；例えば３ｓｅｃ）において昇温を実施する時間ｔ1の割合（ｔ1／Ｔ0；ｔ1≦Ｔ0）で表され、時間比率を大きくするほどＤＰＦ昇温量が大きくなる。

本発明では、時間比率の基準周期Ｔ0が固定されないように、基準周期算出手段を設けて、基準周期Ｔ0を随時変化させる。基準周期Ｔ0は、図４のように規則的に変化しても、あるいは、図５のようにランダムに変化してもよく、基準周期Ｔ0が固定でない状態とすることで、周期的なトルクショックによるドライバビリティの悪化を回避できる。

昇温実施／停止切り替え手段は、随時変化する基準周期Ｔ0において、算出した時間比率を保つように昇温操作の実施・停止を切り替える。時間比率は、基準周期Ｔ0に対する昇温実施時間ｔ1の割合を変更することで変化させる（０〜１００％）。これを昇温手段がポスト噴射である場合について説明するならば、図３（ｂ）に示すように、ポスト噴射を実施するサイクル（実施）と実施しないサイクル（未実施）との比率を変更することに相当する。このように、ＤＰＦ昇温量に応じて時間比率を設定し、昇温操作を実施することで、ＤＰＦ３温度を目標温度近傍に容易に維持することができる。

昇温手段は、時間比率１００％で昇温を実施した場合に、ＤＰＦ３の温度が、各運転条件において目標温度を上回る所定値となるように設定する。これを昇温手段がポスト噴射である場合について説明すると、例えば各回転数、アクセル開度でポスト噴射を実施した場合に、十分な時間を経過した後にＤＰＦ３の温度が所定値（例えば７５０℃）となるようなポスト噴射量を、回転数とアクセル開度の２次元マップとして持つ。

ここで、ポスト噴射を実施した場合、ポスト噴射量の一部がトルクとなって、実施しなかった時と比較してトルク偏差が生じる場合がある。これを防止するために、予め、ポスト噴射時には同一のトルクとなるようにメイン噴射量を減らす量を決めておくとよい。

好適には、基準周期Ｔ0内で、時間比率を保ったまま、昇温操作の実施、停止の周期が基準周期Ｔ0と異なるようにする。例えば、１燃焼毎に昇温操作の実施、停止が可能なシステムにおいて、時間比率の基準周期Ｔ0が３秒、４気筒エンジン、エンジン回転数１８００ｒｐｍの場合、その周期内で１８０回の燃焼がある。時間比率が５０％の場合、昇温操作（ポスト噴射）９０回連続→通常噴射（昇温停止）９０回連続という切り替え方をすると、基準周期と、実施と停止の周期が同一となるが、図６に示すように、昇温操作４５回連続→通常４５回連続→昇温４５回連続→通常４５回連続、といった切り替え方や、昇温操作９回連続→通常操作９回連続→・・・→昇温操作９回連続→通常操作９回連続といった切り替え方（図７）をすればよい。このように、基準周期Ｔ0と、昇温実施、停止の繰り返し周期が異なることで、基準周期Ｔ0毎の周期的なトルクショックを防止でき、ドライバビリティ悪化を防止できる。

あるいは、基準周期Ｔ0内で、時間比率を保ったまま、昇温操作の実施、停止の周期をランダムに切り替える。例えば、時間比率の基準周期Ｔ0が３秒、４気筒エンジン、エンジン回転数１８００ｒｐｍの場合、その周期内で１８０回の燃焼がある。時間比率が５０％の場合、図８に示すように、時間比率５０％が保たれるように、周期内にて昇温実施の燃焼回数の和（３７＋８＋２０＋２５＝９０回）と、周期内の燃焼回数（３７＋１４＋８＋５４＋２０＋１９＋２５＋３＝１８０回）の比が５０％（９０/ １８０＝０．５）となる状態でその実施順番がランダムとなるように切り替える。こうすることで、固有の周期的なトルクショックを防止でき、ドライバビリティの悪化を防止できる。

さらに、昇温操作を実施している場合のエンジン回転数と、停止している場合のエンジン回転数を用いて、昇温用燃料噴射状態あるいは通常燃料噴射状態（昇温停止時）のいずれかを補正することもできる。図９のように、昇温実施時と停止時にてトルク偏差が生じる場合、それによって、エンジン回転数の偏差が生じる。その偏差を検出して、燃料の噴射状態、例えばメイン噴射量や、メイン噴射時期を補正することで、昇温実施時と停止時でのトルク偏差を補正することができる。

また、上述した操作により、トルクショックを防止する効果が得られるが、計算負荷が大きくなる問題がある。一方で、トルクショックは回転数や負荷の影響を受け、高回転数や、高負荷といった急加速運転領域では、ドライバーはトルクショックによる違和感を感じにくい。そこで、エンジン回転数で定められる領域およびトルクで定められる領域の少なくとも一方にて限定された領域では、これらの操作を禁止することで（操作禁止手段）、計算負荷の低減が可能である。図１０はエンジン回転数およびトルクで定められる禁止領域、図１１はエンジン回転数で定められる禁止領域の設定例である。

エンジン回転数の偏差から燃料の噴射状態を補正する場合、その補正量を異常判定に利用することができる。具体的には、劣化で予想されるバラツキから予め所定値を定めておき、該所定値より補正量が大きくなった場合に昇温操作の異常を判定する（異常判定手段）。所定値を定めておくことで、それ以上の補正をする必要が生じた場合、何らかの昇温操作により、何らかの異常が生じたと判定することができる。

また、予め定めた所定値より補正量が大きくなった場合に、再生を中止する（再生中止手段）。この場合、何らかの昇温操作異常の可能性があるので、再生を中止することで、異常によるトラブルを回避できる。

図１３、１４に、ＥＣＵ６によるＤＰＦ３の再生制御の第１の実施形態を示す。図１３は、昇温手段による昇温実施／停止の時間比率Ｄを算出するフローチャート図である。ＥＣＵ６は、まず、ステップ１０１で、ＤＰＦ３の上下流に配置した排気温センサ５１、５２から排気温度Ｔ１、Ｔ２を読込む。ステップ１０２では、ＤＰＦ３上下流の排気温度Ｔ１、Ｔ２を基にＤＰＦ推定温度Ｔを算出する。ここでは、排気温度Ｔ１、Ｔ２より計算によりＤＰＦ推定温度Ｔを求めるが、簡易的には、Ｔ＝Ｔ１あるいはＴ＝Ｔ２とすることもできる。ステップ１０３では、ＤＰＦ３上へのＰＭ堆積量を推定する。例えば、通過する排気流量に対するＤＰＦ３の前後差圧とＰＭ堆積量の関係を利用して、差圧センサ８で検出される前後差圧と、エアフローメータ５３の出力から算出される排気流量を基にＰＭ堆積量を推定することができる。

ステップ１０４では、推定したＰＭ堆積量が、ＤＰＦ３を再生する必要のある所定値（例：４ｇ／Ｌ）を上回ったか否かを判定する。ＰＭ堆積量＞所定値であれば、再生の必要があると判断し、ステップ１０５以降へ進んでＤＰＦ３を昇温する操作を行う。昇温操作としては、例えば、ポスト噴射を行い、具体的には、エンジン運転のためのメイン燃料噴射の後（上死点後の膨張工程）に少量の燃料を追加噴射し未燃のＨＣを発生させる。このＨＣがＤＯＣ４で酸化反応により発熱し、ＤＰＦ３に高温の排気を供給する。

ステップ１０５では、再生制御実施フラグＦｌａｇ１をＯＮにし、ステップ１０６へ進む。ステップ１０４でＰＭ堆積量＞所定値でない場合は、再生制御実施フラグＦｌａｇ１をＯＦＦにし、時間比率Ｄ＝０％として、ポスト噴射を行わずにそのまま本処理を終了する。

ステップ１０６では、ＤＰＦ推定温度Ｔを所定値１（例：２００℃）と比較する。所定値１は酸化触媒の活性温度であり、Ｔ＜所定値１（例：２００℃）の場合、酸化触媒が活性化しておらず、ＨＣをＤＯＣ４に供給しても昇温に対して効果が得られない。このため、時間比率Ｄ＝０％としてポスト噴射を停止する。ステップ１０６でＴ＜所定値１でない場合は、続くステップ１０７で、ＤＰＦ推定温度Ｔを所定値２（例：７００℃）と比較する。Ｔ＞所定値２（例：７００℃）と高温であると、酸化触媒の劣化およびＤＰＦ破損の危険があるので、この場合も時間比率Ｄ＝０％としてポスト噴射を停止する。

ステップ１０７でＴ＞所定値２でない場合は、ステップ１０８へ進み、目標温度Ｔｔを読み込む。目標温度Ｔｔは別ルーチンにて、ＰＭ堆積量や、エンジン回転数・トルクといった運転条件を基に算出される。燃費悪化を抑制するには、ＰＭの急速燃焼を引き起こすＤＰＦ温度以下で極力高温となるように、目標温度Ｔｔを設定することが望ましい（例：６５０℃）。

ステップ１０９にて、目標温度ＴｔとＤＰＦ推定温度Ｔの温度偏差ΔＴを算出する。続くステップ１１０で、この温度偏差ΔＴを基に、補正量Ｈを算出する。ここでは、古典制御である、比例積分（ＰＩ）制御を用いてフィードバック補正量を算出するものとして、算出式を図中に示している。また、ステップ１１１にて、運転条件ごとに予め決められた基準となる昇温量（基準量Ｂ）を算出する。基準量Ｂは、例えば、エンジン回転数ＮＥとトルクの２次元マップにて算出する。

ステップ１１２では、ステップ１１０で算出した補正量Ｈとステップ１１１で算出した基準量Ｂの和を昇温量Ｙとして算出する。ステップ１１３では、昇温量と時間比率との感度Ｇを算出する。感度Ｇは、例えば、エンジン回転数ＮＥとトルクの２次元マップにて予め適合した値を用いて算出する。ステップ１１４では、ステップ１１２で算出した昇温量Ｙにステップ１１３で算出した感度Ｇを乗することにより、時間比率Ｄを算出する。

次に、この時間比率Ｄに基づく昇温操作の切り替えを図１４のフローチャート図で説明する。本フローは、１燃焼毎、具体的には、４気筒の場合には、１／２回転毎に演算されることが望ましい。まず、ステップ２０１にて、再生制御実施フラグＦｌａｇ１がＯＮであるかどうか判定する。ステップ２０１が否定判定された場合には、このフローで用いる変数を初期化し（時間比率Ｄの基準周期Ｔ0＝１、昇温カウンタＣ２＝５、基準周期カウンタＣ１＝１）、昇温操作実施フラグＦｌａｇ２をＯＦＦとして終了する。ステップ２０１が肯定判定された場合には、ステップ２０２へ進む。

ステップ２０２では、基準周期Ｔ0を更新すべきかどうかを判定する。具体的には、昇温カウンタＣ２が基準周期Ｔ0 を超えているかどうかで判定する。Ｃ２＞Ｔ0 の場合は、ステップ２０３に進み、Ｃ２＞Ｔ0 でない場合は、昇温カウンタＣ２をインクリメントしステップＳ２０８へ飛ぶ。ステップ２０３では、時間比率Ｄを読みこみ、ステップ２０４で、基準周期Ｔ0を算出する。具体的には、基準周期カウンタＣ１を引数として、ＲＡＮＤ 1（Ｃ１）として算出する。ＲＡＮＤ１は、入力（〜１００の整数）に対し、１〜１００までの整数がランダムに出力される関数である。ＲＡＮＤ１は、予め入力と出力の関係を規定しておいてよい。また、厳密にランダムとならなくてもよく、一定値でなければ、本発明の効果が期待できる。図１５に関数ＲＡＮＤ１の例を示す。

ステップ２０５にて昇温回数ＣＯＮを算出する。具体的には、基準周期Ｔ0 と時間比率Ｄの積にて計算する。ステップ２０６では、昇温カウンタＣ２をクリア（初期化）する。ステップ２０７では、基準周期カウンタＣ１をインクリメントする。基準周期カウンタＣ１が１００以上であれば、初期化する。次いで、ステップ２０８において、昇温操作実施フラグＦｌａｇ２を算出する。ここでは、昇温カウンタＣ２が昇温回数ＣＯＮ以下であれば、昇温操作実施フラグＦｌａｇ２をＯＮとし、そうでなければＯＦＦとする。

図１６は本実施例の計算例である。図示されるように、再生制御が開始され（Ｆｌａｇ１＝ＯＮ）、昇温量Ｙに応じて時間比率Ｄが算出されると、ランダムに変化する基準周期Ｔ0内において、時間比率Ｄを保つように、昇温操作の実施（Ｆｌａｇ２＝ＯＮ）、停止（Ｆｌａｇ２＝ＯＦＦ）が切り替えられる。従って、切り替えに伴う周期的なトルクショックを防止しながら、最適な昇温制御を行なって燃費の悪化を抑制することができる。

図１７は、本発明の第２の実施形態を示したフローチャート図である。再生制御の基本フローは上記図１３に示した通りであり、以下、基準周期Ｄ内における昇温実施、停止の周期を切り替える方法を中心に説明する。図１７において、ＥＣＵ６は、まず、ステップ３０１にて、再生制御実施フラグＦｌａｇ１がＯＮであるかどうか判定する。ステップ３０１が否定判定された場合には、このフローで用いる変数を初期化し（時間比率Ｄの基準周期Ｔ0＝１、昇温カウンタＣ２＝５）、昇温操作実施フラグＦｌａｇ２をＯＦＦとして終了する。ステップ３０１が肯定判定された場合には、ステップ３０２へ進む。

ステップ３０２では、基準周期Ｔ0を更新すべきかどうかを判定する。具体的には、カウンタＣ２が基準周期Ｔ0 を超えているかどうかで判定する。Ｃ２＞Ｔ0 の場合は、ステップ３０３に進み、Ｃ２＞Ｔ0 でない場合は、カウンタＣ２をインクリメントしてＳ３０７へ飛ぶ。ステップ３０３では、時間比率Ｄを読みこみ、ステップ３０４では、基準周期Ｔ0を読み込む。基準周期Ｔ0は上記第１実施形態の方法等により別途算出され、ここでは、基準周期Ｔ0 を例えば１００とする。次いで、ステップ３０５にて昇温回数ＣＯＮを算出する。具体的には、基準周期Ｔ0 と時間比率Ｄの積にて計算する。

ステップ３０６では、昇温カウンタＣ２をクリア（初期化）する。ステップ３０７では、昇温優先度Ｅを関数ＲＡＮＤ２を用いて算出する。関数ＲＡＮＤ２は、入力が１〜ｎの整数で、出力が1 〜ｎをばらばらに並べ替えたものであり、引数をＣ２として、昇温優先度Ｅ＝ＲＡＮＤ２（Ｃ２）と算出される。図１８は、ｎ＝１００の場合の一例である。

次いで、ステップ３０８にて昇温操作実施フラグＦｌａｇ２を算出する。ここでは、昇温優先度Ｅが昇温回数ＣＯＮ以下であれば、昇温操作実施フラグＦｌａｇ２をＯＮとし、そうでなければＯＦＦとする。

図１９は本実施例の計算例である。図示されるように、再生制御が開始され（Ｆｌａｇ１＝ＯＮ）、昇温量Ｙに応じて時間比率Ｄと基準周期Ｔ0が算出されるとともに、一基準周期Ｔ0内において、昇温優先度Ｅを基に、昇温操作の実施（Ｆｌａｇ２＝ＯＮ）、停止（Ｆｌａｇ２＝ＯＦＦ）の繰り返し周期がランダムに切り替えられる。従って、切り替え周期による固有の振動が生じず、トルクショックの軽減効果を高めることができる。

図２０は、本発明の第３の実施形態を示したフローチャート図である。本実施形態では、再生制御時の昇温操作の切り替えに伴う回転数変化から燃料噴射状態を補正する方法について説明する。図２０において、ＥＣＵ６は、まず、ステップ４０１にて、再生制御実施フラグＦｌａｇ１がＯＮであるかどうか判定する。ステップ４０１が否定判定された場合には、このフローで用いる変数を初期化して終了する（昇温実施時回転数ＮＥＯＮ＝ＮＥ、昇温停止時回転数ＮＥＯＦＦ＝ＮＥＯＦＦ、積分量Ｈｉ＝０）。ステップ４０１が肯定判定された場合には、ステップ４０２へ進む。

ステップ４０２では、エンジン回転数ＮＥ、噴射量Ｑ（トルクの代用値）、昇温実施/ 停止の時間比率Ｄを読み込む。続くステップ４０３で領域判定を行ない、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥ１未満、あるいは、噴射量Ｑが所定噴射量Ｑ１未満であれば、ステップ４０４に進む。ステップ４０４にて時間比率Ｄについて領域判定をおこなう。時間比率Ｄが所定値（例えば０．９）未満であればステップ４０５へ進む。

ステップ４０５では、昇温操作実施フラグＦｌａｇ２の状態を調べる。昇温操作実施フラグＦｌａｇ２がＯＮであればステップ４０６へ進み、ＯＦＦであればステップ４０７を経由して、ステップ４０８へ進む。ステップ４０６では、昇温実施時の回転数ＮＥＯＮを算出する。具体的には、昇温実施時の回転数ＮＥＯＮの前回値とエンジン回転数ＮＥを用いて、下記式を用いてなまし計算をする。
ＮＥＯＮ＝αｘＮＥ ＋（１−α）ｘＮＥＯＮ前回値（ここでαは0 〜１の値。例えば、０．２）
ステップ４０７では、昇温停止時の回転数ＮＥＯＦＦを算出する。具体的には、昇温停止時の回転数ＮＥＯＦＦの前回値と、エンジン回転数ＮＥを用いて、下記式を用いてなまし計算をする。
ＮＥＯＦＦ＝αｘＮＥ ＋（１−α）ｘＮＥＯＦＦ前回値（ここでαは0 〜１の値。例えば０．２）

ステップ４０８にて、昇温実施時の回転数ＮＥＯＮと昇温停止時の回転数ＮＥＯＦＦから回転数偏差ΔＮＥを算出する。この回転数偏差ΔＮＥを用いて、ステップ４０９にて補正比例項Ｈｐを、ステップ４１０にて補正積分項Ｈｉを計算する。さらに、ステップ４１１にて、昇温実施時補正量ＨＮＥを、補正積分項Ｈｉと補正比例項Ｈｐの和から計算する。

次いで、ステップ４１２にて、昇温実施時補正量ＨＮＥの異常判定をおこなう。昇温実施時補正量ＨＮＥの絶対値が、予め定められた異常判定値Ｈｍａｘよりも小さい場合には、異常はないと判断してステップ４１３へ進む。昇温実施時補正量ＨＮＥの絶対値が、予め定められた異常判定値Ｈｍａｘ以上であれば、異常があると判断して、ステップ４１４へ進む。

ステップ４１３では、昇温実施時補正量ＨＮＥを基に、昇温実施時のメイン噴射量を補正する。ステップ４１４では、昇温操作異常フラグＦｌａｇ３をＯＮにし、ステップ４１５にて、再生制御実施フラグＦｌａｇ１をＯＦＦにして、再生制御を中止する。

以上、本発明によれば、再生中のＤＰＦ温度制御において、昇温用燃料噴射状態と通常燃料噴射状態（昇温停止）の切り替え周期を一定でなくすることで、切り替え周期による固有の振動が生じないようにし、ドライバーが感じるトルクショックを軽減できる。さらに、昇温時燃料噴射状態と通常時（停止時）燃料噴射状態の切り替え前後において、エンジン回転数の変化から、昇温用、あるいは通常（停止時）の燃料噴射状態を修正し、トルクショックが小さくなるようにすることができる。

本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置の全体構成図である。 本発明による再生制御のブロック図である。 （ａ）は本発明による昇温の実施・停止の時間比率とその基準となる周期を示す図であり、（ｂ）は昇温手段がポスト噴射である時の、時間比率に基づく昇温操作を説明するための図である。 時間比率の基準となる周期の算出方法の一例を示す図である。 時間比率の基準となる周期の算出方法の他の例を示す図である。 時間比率の基準となる周期において昇温の実施・停止の切り替え方法の一例を示す図である。 時間比率の基準となる周期において昇温の実施・停止の切り替え方法の他の例を示す図である。 時間比率の基準となる周期において昇温の実施・停止の繰り返し周期をランダムに切り替える方法の一例を示す図である。 昇温の実施・停止時の回転数の偏差から燃料噴射状態の補正を行なう方法を説明するための図である。 補正禁止領域の一例を示す図である。 補正禁止領域の他の例を示す図である。 （ａ）は昇温の実施・停止の時間比率の基準となる周期を一定とした例を示す図であり、（ｂ）はポスト噴射を用いた時の、時間比率に基づく昇温操作を説明するための図である。 ＥＣＵによる再生制御の第１の実施の形態を示し、時間比率を算出するためのフローチャート図である。 第１の実施の形態において、昇温操作の実施、停止を切り替える制御のフローチャート図である。 基準周期を算出するための関数Ｒａｎｄ１の一例を示す図である。 第１の実施の形態に基づく再生制御結果の例を示すタイムチャート図である。 ＥＣＵによる再生制御の第２の実施の形態を示し、昇温操作の実施、停止を切り替える制御のフローチャート図である。 昇温優先度を算出するための関数Ｒａｎｄ２の一例を示す図である。 第２の実施の形態に基づく再生制御結果の例を示すタイムチャート図である。 ＥＣＵによる再生制御の第３の実施の形態を示し、昇温操作の実施、停止時の回転数を用いて燃焼状態を補正する制御のフローチャート図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１ 吸気管
１２ 吸気絞り弁
２ 排気通路
２ａ、２ｂ、２ｃ 排気管
３ パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４ 酸化触媒（ＤＯＣ）
５１、５２ 排気温センサ（温度検出手段）
５３ エアフローメータ
６ ＥＣＵ
７ ＥＧＲバルブ
８ 差圧センサ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設置されるパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去して上記パティキュレートフィルタを再生する排気浄化装置であって、
   上記パティキュレートフィルタを昇温するための昇温手段と、
   上記パティキュレートフィルタの温度を推定する温度推定手段と、
   上記パティキュレートフィルタへのパティキュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段と、
   上記パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、上記温度推定手段の出力に応じて上記昇温手段による昇温量を制御する昇温量制御手段と、
   上記昇温量制御手段の出力を用いて、昇温操作の実施、停止の時間比率を算出する時間比率算出手段と、
   上記時間比率の基準となる周期が随時変化するように、該周期を算出する基準周期算出手段と、
   上記時間比率と上記基準となる周期に基づき、上記昇温手段による昇温操作の実施、停止を切り替える切り替え手段を有し、
   上記基準周期算出手段は、上記基準となる周期が連続して同じ値とならないように、該周期を算出し、基準周期による周期的なトルクショックが連続しないようにすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 内燃機関の排気通路に設置されるパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去して上記パティキュレートフィルタを再生する排気浄化装置であって、
   上記パティキュレートフィルタを昇温するための昇温手段と、
   上記パティキュレートフィルタの温度を推定する温度推定手段と、
   上記パティキュレートフィルタへのパティキュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段と、
   上記パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、上記温度推定手段の出力に応じて上記昇温手段による昇温量を制御する昇温量制御手段と、
   上記昇温量制御手段の出力を用いて、昇温操作の実施、停止の時間比率を算出する時間比率算出手段と、
   上記時間比率の基準となる周期が随時変化するように、該周期を算出する基準周期算出手段と、
   上記時間比率と上記基準となる周期に基づき、上記昇温手段による昇温操作の実施、停止を切り替える切り替え手段を有し、
   上記基準周期算出手段は、上記基準となる周期がランダムに変化するように、該周期を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記切り替え手段は、上記基準となる周期内において上記時間比率を保ったまま、昇温操作の実施、停止の周期が上記基準となる周期と異なるように、昇温操作の実施、停止を切り替えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 内燃機関の排気通路に設置されるパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去して上記パティキュレートフィルタを再生する排気浄化装置であって、
   上記パティキュレートフィルタを昇温するための昇温手段と、
   上記パティキュレートフィルタの温度を推定する温度推定手段と、
   上記パティキュレートフィルタへのパティキュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段と、
   上記パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、上記温度推定手段の出力に応じて上記昇温手段による昇温量を制御する昇温量制御手段と、
   上記昇温量制御手段の出力を用いて、昇温操作の実施、停止の時間比率を算出する時間比率算出手段と、
   上記時間比率の基準となる周期が随時変化するように、該周期を算出する基準周期算出手段と、
   上記時間比率と上記基準となる周期に基づき、上記昇温手段による昇温操作の実施、停止を切り替える切り替え手段を有し、
   上記切り替え手段は、上記基準となる周期内において上記時間比率を保ったまま、昇温操作の実施、停止の周期がランダムに変更されるように、昇温操作の実施、停止を切り替えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記時間比率算出手段は、昇温操作を実施している時の内燃機関の回転数と、停止している時の内燃機関の回転数を用いて、昇温実施時または停止時のいずれかの燃料噴射状態を補正することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 内燃機関の排気通路に設置されるパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去して上記パティキュレートフィルタを再生する排気浄化装置であって、
   上記パティキュレートフィルタを昇温するための昇温手段と、
   上記パティキュレートフィルタの温度を推定する温度推定手段と、
   上記パティキュレートフィルタへのパティキュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段と、
   上記パティキュレート堆積量推定手段で推定されるパティキュレート堆積量が所定値を超えた時に、上記温度推定手段の出力に応じて上記昇温手段による昇温量を制御する昇温量制御手段と、
   上記昇温量制御手段の出力を用いて、昇温操作の実施、停止の時間比率を算出する時間比率算出手段と、
   上記時間比率の基準となる周期が随時変化するように、該周期を算出する基準周期算出手段と、
   上記時間比率と上記基準となる周期に基づき、上記昇温手段による昇温操作の実施、停止を切り替える切り替え手段を有し、
   内燃機関の回転数あるいはトルクが予め定められる限定領域にある時に、上記時間比率算出手段、上記基準周期算出手段および上記切り替え手段のいずれかの操作を禁止する操作禁止手段を設けることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記補正量が所定量よりも大きくなった場合に、昇温操作の異常と判定する異常判定手段を設けることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記補正量が所定量よりも大きくなった場合に、上記パティキュレートフィルタの再生を中止する再生中止手段を有することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。

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