JP4661649B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。

かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。

ところで、上記のＰＭ再生処理においては、排気通路におけるフィルタの下流側に排気絞り弁を設け、ＰＭ再生処理の際には排気絞り弁を絞ってフィルタにおける排気の圧力を上昇させる場合がある。これによれば、フィルタにおける微粒子物質の酸化を促進できＰＭ再生処理の時間を短縮することができる。

これに関連して、内燃機関の負荷が低負荷状態である場合には昇温手段としての排気絞り弁を常時作動させ、高負荷状態においては、ＰＭの捕集量または運転状態に応じて昇温手段としての排気絞り弁を作動させる技術なども提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−１７７４６３号公報 特許第３２４６１５１号公報 特公平３−５００９５号公報

上記の技術においては、フィルタにおける排気の圧力を上昇させた場合には、ＰＭ再生処理の時間を短縮できる一方、内燃機関におけるポンプロスが増加するので、出力確保のために燃料噴射量を増量しなければならない場合があった。したがって、フィルタにおける排気の圧力を上昇させることによっても、トータルとしてＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量を効果的に減少させることができるとは限らなかった。

本発明は上記の事実に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＰＭ再生処理中のフィルタにおける排気の圧力を制御することにより、ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量をより確実に低減できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、フィルタにおける排気の圧力を制御可能とした内燃機関を前提としている。そして、そのような内燃機関において、少なくともＰＭ再生処理の再生時間、ＰＭ再生処理中の前記内燃機関への単位時間あたりの燃料噴射量及び、ＰＭ再生処理中の前記フィルタへの単位時間あたりの燃料供給量に基づいて、ＰＭ再生処理中のフィルタにおける排気の圧力を、ＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量がより少なくなるように決定することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の排気通路に配置され、該排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに還元剤としての燃料を供給して前記フィルタにおける微粒子物質を酸化除去するＰＭ再生処理を実施するＰＭ再生手段と、
少なくとも前記フィルタにおける排気の圧力を変更する圧力変更手段と、
少なくとも前記ＰＭ再生処理の再生時間、前記ＰＭ再生処理中の前記内燃機関への単位時間あたりの燃料噴射量及び、前記ＰＭ再生処理中の前記フィルタへの単位時間あたりの燃料供給量に基づいて、前記ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量がより少なくなる前記排気の圧力である低燃費圧力を決定する圧力決定手段と、
前記圧力変更手段によって、前記フィルタにおける排気の圧力を前記低燃費圧力とする制御手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、フィルタのＰＭ再生処理においては、圧力変更手段によってフィルタの排気の圧力を高圧化すると、フィルタにおける酸素分圧が上昇するためにフィルタ内の微粒子物質の酸化が促進され、ＰＭ再生処理の再生時間を短縮できることが分かっている。一方、フィルタにおける排気の圧力が高圧化すると、内燃機関におけるポンプロスの増加に起因して、内燃機関における燃焼に係る燃費が悪化する。

従って、ＰＭ再生処理中のフィルタにおける排気の圧力は、当該圧力によって変化する再生時間と、内燃機関における燃焼に係る燃費と、ＰＭ再生処理中に還元剤としてフィルタに供給すべき燃料量とを比較衡量して、トータルとして消費される燃料量がより少なくなるように決定されることが望ましい。

そこで、本発明においては、圧力決定手段によって、少なくともＰＭ再生処理の再生時間、ＰＭ再生処理中の前記内燃機関への単位時間あたりの燃料噴射量及び、ＰＭ再生処理中の前記フィルタへの単位時間あたりの燃料供給量に基づいて、ＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量がより少なくなる低燃費圧力を決定し、圧力変更手段によってフィルタにおける排気の圧力を低燃費圧力に変更することとした。

そうすれば、フィルタにおける排気の圧力を変化させることによるＰＭ再生処理の再生時間の変化と、内燃機関におけるポンプロスの変化とをバランスさせることができ、ＰＭ再生処理の実施に伴って消費されるトータルの燃料量を低減することができる。

また、本発明においては、前記圧力変更手段は、前記排気の圧力を所定の第１圧力と、該第１圧力より高い所定の第２圧力との間で切り換え可能であり、
前記圧力決定手段は、前記内燃機関の機関負荷が所定の第１機関負荷より高負荷側の場合には、前記低燃費圧力を前記第１圧力に決定し、前記内燃機関の機関負荷が前記第１機関負荷より低負荷側の場合には、前記低燃費圧力を前記第２圧力に決定し、
該第１機関負荷は、前記排気の圧力を前記第１圧力とした場合における前記ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量と前記排気の圧力を前記第２圧力とした場合における前記ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量とが略等しくなる機関負荷であるようにしてもよい。

内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気変更手段によってフィルタにおける排気の圧力が低圧側の第１圧力と高圧側の第２圧力の間で２段階に切り替え可能なものが知られている。このような場合は、圧力決定手段は、第１圧力と第２圧力のうち、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量がより少ない方を前記低燃費圧力とするようにしてもよい。

ここで、ＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量は、フィルタにおける排気の圧力の他、ＰＭ再生処理時における内燃機関の機関負荷の影響を受ける。具体的には、高機
関負荷の状態になるほど排気の温度が高いので、ＰＭ再生処理の開始時におけるフィルタの温度が高くなる。そうすると、ＰＭ再生処理のための必要温度までフィルタの温度を上昇させる際の温度上昇幅が小さくなる。従って、機関負荷が高いほどＰＭ再生処理中に消費される昇温のための燃料量は少なくなる。

さらに、フィルタにおける排気の圧力が比較的高圧の場合は、フィルタにおける排気の圧力が比較的低圧の場合と比較して、ＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量への機関負荷の影響が小さくなることが分かっている。すなわち、機関負荷に対するＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量の変化の傾きは、フィルタにおける排気の圧力が比較的高圧の場合は、フィルタにおける排気の圧力が比較的低圧の場合と比較して緩やかになる。

このことを利用して、本発明においては、フィルタにおける排気の圧力を第１圧力とした場合にＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量と、フィルタにおける排気の圧力を第２圧力とした場合にＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量と、が略等しくなる機関負荷である第１機関負荷を導出する。そして、第１機関負荷より高負荷側においては、第１圧力を低燃費圧力とし、第１機関負荷より低負荷側においては第２圧力を低燃費圧力とする。そうすることにより、自動的に、第１圧力と第２圧力のうち、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量がより少なくなる方を低燃費圧力とすることができる。

従って、より簡単な方法によって低燃費圧力を決定し、ＰＭ再生処理中における燃料消費量を抑制することができる。

また、本発明においては、前記第１機関負荷は、
前記排気の圧力を前記第２とした場合に、前記ＰＭ再生処理中に必要な、前記内燃機関における単位時間あたりの燃料噴射量である高圧時噴射量と、
前記排気の圧力を前記第１とした場合に、前記ＰＭ再生処理中に必要な、前記内燃機関における単位時間あたりの燃料噴射量である低圧時噴射量と、
前記排気の圧力を前記第２圧力とした場合に、前記ＰＭ再生処理中に必要な、前記フィルタに還元剤として供給する燃料の単位時間あたりの供給量である高圧時添加量と、
前記排気の圧力を前記第１圧力とした場合に、前記ＰＭ再生処理中に必要な、前記フィルタに還元剤として供給する燃料の単位時間あたりの供給量である低圧時添加量と、
前記第２圧力を前記第１圧力で除した値である圧力比と、が、
（高圧時噴射量−低圧時噴射量＋高圧時添加量）／圧力比≒低圧時添加量
なる関係式を満たす機関負荷であるようにしてもよい。

ここで、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量は、内燃機関の燃焼のための単位時間あたりの燃料噴射量と、ＰＭ再生処理のためにフィルタに供給される燃料の単位時間あたりの添加量との合計量に、ＰＭ再生処理の再生時間を乗じた値となる。

そうするとフィルタにおける排気の圧力が第２圧力である場合に、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量は、（（高圧時噴射量＋高圧時添加量）×高圧時の再生時間）で表される。同様に、フィルタにおける排気の圧力が第１圧力である場合に、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量は、（（低圧時噴射量＋低圧時添加量）×低圧時の再生時間）で表される。

一方、ＰＭ再生処理の再生時間は排気の圧力に反比例することが分かっているので、高圧時の再生時間は低圧時の再生時間より短くなる。従って、フィルタにおける排気の圧力が第１圧力である場合のＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量と、フィルタにおける排気の圧力が第２圧力である場合のＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量とが等しいかどうかを判断するためには、以下のような比較を行う。

すなわち、フィルタにおける排気の圧力が第１圧力である場合の再生時間から当該圧力が第２圧力である場合の再生時間を差し引いた時間に当該圧力が第２圧力である場合の内燃機関における単位時間あたりの燃料噴射量を乗じることにより得られる燃料量（換言すると、ＰＭ再生処理時間が短い場合の、再生時間の差に対応する時間における通常運転のために消費される燃料量）に、当該圧力が第２圧力である場合に係るＰＭ再生処理中に消費される燃料量を加えた合計の燃料量と、当該圧力が第１圧力である場合に係るＰＭ再生処理中に消費される燃料量とを比較する。

上記のような考え方に基づくと、第１機関負荷を、（高圧時噴射量−低圧時噴射量＋高圧時添加量）／圧力比≒低圧時添加量なる関係を満たす機関負荷として定義することができる。そうすれば、予め設定された第１圧力と第２圧力について、各機関負荷における燃料噴射量、燃料添加量、再生時間を実験的または理論的にそれぞれ求めて、（高圧時噴射量−低圧時噴射量＋高圧時添加量）／圧力比≒低圧時添加量なる関係が成立する第１機関負荷の値を導出することができる。

これにより、第１機関負荷の値をより精度よく設定することができ、得られた第１機関負荷を用いて、フィルタにおける排気の圧力を内燃機関の機関負荷に応じてより簡単に決定することができる。

また、本発明においては、前記圧力決定手段は、前記内燃機関の機関負荷と、前記ＰＭ再生処理中の燃料消費量が略最小となる前記排気の圧力と、の関係が格納されたマップを有し、
前記低燃費圧力は、前記圧力決定手段によって該マップから読み出された、前記内燃機関の機関負荷に応じた、前記ＰＭ再生処理中の燃料消費量が略最小となる前記排気の圧力の値であるようにしてもよい。

ここで、圧力変更手段が、フィルタの排気の圧力を上述のように第１圧力と第２圧力の２段階の変更するのではなく、任意の圧力に変更可能な場合について考える。このような場合は、各排気の圧力においてＰＭ再生処理中に消費される燃料量は、上述と同様の考え方に従い（燃料噴射量＋燃料添加量）×再生時間で定義することができる。また、ここにおける燃料噴射量、燃料添加量、再生時間は、フィルタにおける排気の圧力及び、機関負荷の両方の影響を受ける。

そうすると、フィルタにおける排気の圧力、機関負荷、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量、の３つのパラメータの関係を少なくとも実験的に求めることができる。さらにこの３つのパラメータの関係から、各機関負荷と、この機関負荷においてＰＭ再生処理中に消費される燃料量を略最小にするような、フィルタにおける排気の圧力との関係を示すマップを作成することが可能である。

最終的に得られた上記マップによれば、各機関負荷において、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量を略最小にするフィルタにおける排気の圧力を導出することができる。本発明においては、この排気の圧力を低燃費圧力とするので、簡単な手続によって、その時点における機関負荷に応じて最も効果的な低燃費圧力を導出することができる。

また、本発明においては、前記内燃機関の排気通路を通過し、前記圧力変更手段によって圧力が変更される排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に再循環させるＥＧＲ装置をさらに備え、
前記フィルタにおける排気の圧力を上昇させる場合には、前記ＥＧＲガスの量を減少させるようにしてもよい。

前述のように本発明においては、圧力変更手段によってフィルタにおける排気の圧力を変更する。ここで、本発明における内燃機関にＥＧＲ装置が備えられている場合であって、このＥＧＲ装置が圧力変更手段によって圧力を変更された排気の一部を内燃機関の吸気系に再循環させる場合は、ＥＧＲガスの量が、圧力変更手段によって変更される排気の圧力に影響を及ぼす。

具体的には、例えば圧力変更手段によってフィルタにおける排気の圧力を上昇させようとした場合に、ＥＧＲガスとして多量の排気が吸気に再循環されたとすると、フィルタにおける排気の圧力を効率よく上昇させることが困難となる場合がある。

そこで、本発明においては、フィルタにおける排気の圧力を上昇させる場合には、前記ＥＧＲガスの量を減少させるようにした。そうすることにより、ＥＧＲガスの再循環がフィルタにおける排気の圧力に影響を及ぼすことを抑制でき、フィルタにおける排気の圧力をより効率よく変更することができる。

また、本発明においては、前記内燃機関の吸気系に設けられ、吸入空気量を制御する吸気スロットル弁をさらに備え、
前記フィルタにおける排気の圧力を上昇させる場合には、前記吸気スロットル弁を開弁側に制御するようにしてもよい。

こうすれば、フィルタにおける排気の圧力を上昇させる場合に、充分の排気の量を確保することができ、フィルタにおける排気の圧力をより効率よく上昇させることができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、ＰＭ再生処理中のフィルタにおける排気の圧力を制御することにより、ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量をより確実に低減できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。なお、図１においては、内燃機関１の内部は省略されている。図１において、内燃機関１には、新気を導入する吸気管６が接続されている。この吸気管６には吸入空気量を制御する吸気スロットル弁３０が備えられている。一方、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中の微粒子物質を浄化するフィルタユニット１０が配置されている。

本実施例におけるフィルタユニット１０の内部には、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタに酸化触媒が担持されたフィルタ１０ａが設けられている。

排気管５におけるフィルタユニット１０の上流側には、フィルタ１０ａのＰＭ再生処理の際に、フィルタ１０ａに還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁１２が配置されている。燃料添加弁１２から添加された燃料は、内燃機関１からの排気とともにフィルタ１０
ａに運ばれ酸化反応を起こす。その結果フィルタ１０ａの温度が上昇する。

排気管５におけるフィルタユニット１０の下流側には、フィルタユニット１０の下流側の排気管５を通過する排気の流量を変更し、そのことにより上流側の排気の圧力を制御する排気絞り弁１７が配置されている。本実施例においては、この排気絞り弁１７は、上流側の排気の圧力を、全開状態の常圧モードと、絞った状態の高圧モードとの２段階で切り換え可能としている。具体的な排気の圧力としては常圧モードでは１００Ｋｐａ、高圧モードでは６００Ｋｐａ程度であってもよい。ここで排気絞り弁１７は、本実施例における圧力変更手段に相当する。また、常圧モードでのフィルタ１０ａにおける排気の圧力は第１圧力に、高圧モードでのフィルタ１０ａにおける排気の圧力は第２圧力に相当する。

また、排気管５と吸気管６にはＥＧＲ装置２５のＥＧＲ管２６が接続されており、排気管５を通過する排気の一部を吸気管６に再循環するようになっている。ＥＧＲ装置２５のＥＧＲ管２６には、ＥＧＲ装置２５によって再循環されるＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁２８が設けられている。また、ＥＧＲ管２６を通過するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が備えられている。

以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設さ
れている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１のフィルタユニット１０に係る制御を行う。

ＥＣＵ２０には、図示しないクランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサ、吸入空気量を検出するエアフローメータなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における燃料添加弁１２、排気絞り弁１７及び吸気スロットル弁３０が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ２０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。フィルタ１０ａの微粒子物質を酸化除去するためのＰＭ再生処理を実行するＰＭ再生ルーチン（説明は省略）や、後述のフィルタ圧力決定ルーチンも、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。

次に、ＰＭ再生処理中の、フィルタ１０ａにおける排気の圧力と燃料消費量との関係について説明する。ＰＭ再生処理中のフィルタ１０ａにおける排気の圧力が高圧になると、フィルタ１０ａにおける酸素分圧が上昇するので、フィルタ１０ａに捕集された微粒子物質を効率的に酸化除去することができる。したがって、フィルタ１０ａにおける排気の圧力が高いほど、ＰＭ再生処理の再生時間を短縮化することができる。

一方、フィルタ１０ａにおける排気の圧力が高圧になると、内燃機関１におけるポンプロスが増大するために、内燃機関１における燃焼のための燃料噴射量を増加させる必要がある。

さらに、フィルタ１０ａにおける排気の圧力が高圧になると、内燃機関１における燃料噴射量が増加することに伴い、排気の温度が上昇する。そうすると、ＰＭ再生処理のために必要なフィルタ１０ａの昇温幅が小さくなり、フィルタ１０ａに供給しなければならない燃料添加量は減少する。ここで説明した３つのパラメータとフィルタ１０ａの排気の圧力との関係を図２に示す。

このように、ＰＭ再生処理中のフィルタ１０ａにおける排気の圧力を高圧化した場合には、上述の３つの効果によって燃料消費量が変化する。そこで、本実施例においては、フィルタ１０ａにおける排気の圧力を最適化する。そして、内燃機関１における燃料噴射量、ＰＭ再生処理の再生時間、ＰＭ再生処理中にフィルタ１０ａに添加される燃料添加量に基づいて導出される、ＰＭ再生処理の実施に伴って消費される燃料量をより少なくするようにする。

ここで、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量は、
燃料消費量＝（燃料噴射量＋燃料添加量）×再生時間・・・・・・・・・・・（１）
で表される。ここで燃料噴射量とは、内燃機関１における燃焼のために燃料噴射弁から単位時間あたりに噴射される燃料量である。燃料添加量とはＰＭ再生処理のために燃料添加弁１２からフィルタ１０ａに単位時間あたりに供給される燃料量である。再生時間とは、フィルタ１０ａ内の微粒子物質を酸化除去するために必要とされるＰＭ再生処理の継続時間である。

ここで、ＰＭ再生処理の再生時間は排気の圧力に反比例することが分かっているので、高圧モードにおける再生時間は常圧モードにおける再生時間より短くなる。そうすると、フィルタ１０ａにおける排気の圧力が高圧の場合（高圧モード）と低圧の場合（常圧モード）とで、燃料消費量が同一となる条件は、
（高圧時噴射量＋高圧時添加量）×高圧時再生時間
＋低圧時噴射量×（低圧時再生時間−高圧時再生時間）
＝（低圧時噴射量＋低圧時添加量）×低圧時再生時間・・・・・・・・・・・（２）
となる。
なお、高圧時噴射量は、高圧モードにおいて必要となる燃料噴射量。低圧時噴射量は、常圧モードにおいて必要となる燃料噴射量。高圧時添加量は、高圧モードにおいて必要となる燃料添加量。低圧時添加量は、常圧モードにおいて必要となる燃料添加量である。また、高圧時再生時間は高圧モードにおいて必要となる再生時間。低圧時再生時間は常圧モードにおいて必要となる再生時間である。

ここで（２）における左辺は高圧モードにおけるＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量であり、右辺は常圧モードにおけるＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量である。また、左辺第１項は高圧モードにおけるＰＭ再生処理中に消費される燃料量。左辺第２項は高圧モードと常圧モードにおける再生時間の差に相当する時間内に常圧モードで内燃機関１における燃焼のために消費される燃料量である。すなわち、高圧モードにおけるＰＭ再生処理中の燃料消費量と、常圧モードと高圧モードにおける再生時間の差に相当する時間中に、常圧モードにおいて内燃機関１を稼動するために消費される燃料量との和が、常圧モードにおけるＰＭ再生処理中の燃料消費量と等しくなることが条件となる。

ここで、再生時間は排気の圧力に反比例することが分かっているので、
高圧時再生時間＝低圧時再生時間／圧力比・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
（圧力比＝高圧時圧力／低圧時圧力）

そうすると、前述の(２)式は、
（高圧時噴射量−低圧時噴射量＋高圧時添加量）／圧力比＝低圧時添加量・・（４）
と書き換えることができる。

一方、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量は、内燃機関１の機関負荷によっても変化することが分かっている。

具体的には、内燃機関１における機関負荷が高い場合には、排気の温度が高いためにフィルタ１０の温度を上昇させるのに必要な燃料添加量が少なくて済むからである。そして、（４）式からも分かるように、（４)式における左辺側は燃料添加量を圧力比で除して
いるので、左辺側については、（４）式における右辺側と比較して、内燃機関１における機関負荷による変化が小さいといえる。換言すると、（４）式における左辺及び右辺は共に、内燃機関の機関負荷が高くなると小さくなる傾向にあり、さらに、左辺は右辺と比較して、その変化の傾きが小さいといえる。

そこで、本実施例においては、フィルタ１０ａのＰＭ再生処理中におけるフィルタ１０ａの排気の圧力を高圧側にする（高圧モード）か低圧側にする（常圧モード）かを決定する際に、（４）式を満たす機関負荷ＴＱ０を導出し、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０以上である場合には、フィルタ１０の排気の圧力を低圧側とし（常圧モード）、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０より小さい場合には、フィルタ１０の排気の圧力を高圧側とする（高圧モード）こととした。ここで機関負荷ＴＱ０は第１機関負荷に相当する。

図３には、本実施例においてフィルタ１０ａの排気の圧力を決定するフィルタ圧力決定ルーチンのフローチャートを示す。本フローは、ＥＣＵ２０によって、フィルタ１０ａのＰＭ再生処理中は所定期間毎に実行されるフローである。

本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において内燃機関１の機関負荷が取得される。具体的には、アクセルポジションセンサの出力値をＥＣＵ２０に読み込むことによって取得される。

次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で取得された機関負荷がＴＱ０以上かどうかが判定される。ここでＴＱ０は前述の（４）式が成立する機関負荷として予め求められ、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶された値である。

Ｓ１０２において、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０以上であると判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０より低いと判定された場合にはＳ１０４に進む。

Ｓ１０３においては、排気絞り弁１７が開弁され、または開弁状態が継続されることにより常圧モードが選択され、フィルタ１０における排気の圧力が低圧側に切り換えられる。

Ｓ１０４においては、排気絞り弁１７が絞られ、または絞られた状態が継続されることにより高圧モードが選択され、フィルタ１０における排気の圧力が高圧側に切り換えられる。

Ｓ１０３またはＳ１０４の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。なお、本実施例におけるＳ１０２の処理を実行するＥＣＵ２０は圧力決定手段に相当する。また、Ｓ１０３またはＳ１０４の処理を実行するＥＣＵ２０は制御手段に相当する。

以上、説明したとおり、本実施例においては、フィルタ１０ａにおける排気の圧力を高圧側と低圧側で２段階に切り替え可能な内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量がより少なくなるフィルタ１０ａの排気の圧力を簡単な手続で決定することができ、ＰＭ再生処理中における燃費をより確実に向上させることができる。

なお、上記のＳ１０２においては、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０以上かどうかによっ
て高圧モードを選択するか常圧モードを選択するかを決定したが、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０より大きいかどうかによって決定してもよい。すなわち、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０と同じである場合には、高圧モードを選択しても常圧モードを選択しても燃料消費量は同じ筈であるので、どちらを選択しても構わない。

また、上記のＳ１０２においては、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０以上かどうかによって高圧モードを選択するか常圧モードを選択するかを決定したが、これを、内燃機関１の機関負荷がＴＱ０を含む所定範囲以上かどうかによって決定してもよい。すなわち、判断基準としてのＴＱ０は諸々の誤差を含んでいる虞もあるので、一つの値に限定せず幅をもたせてもよい。この場合は、内燃機関１の機関負荷が所定範囲に属したときには、高圧モードを選択しても常圧モードを選択しても燃料消費量は略同じ筈であるので、どちらを選択しても構わない。

次に、本実施例における第２の態様について説明する。本態様においては、内燃機関の各運転状態において、ＰＭ再生処理中に消費される燃料量が最小となるフィルタ１０ａの排気の圧力をマップから導出して決定する。なお、本態様における排気絞り弁は１７は、高圧側（高圧モード）と低圧側（常圧モード）の２段階に開度を切り換えるのではなく、全開状態から全閉まで、任意の開度に調整可能とする。

本態様においては、内燃機関１の機関負荷と、前述の（１）式によって導出される燃料消費量が最小となる、フィルタ１０ａの排気の圧力との関係が予め求められ、マップ化されている。そして、内燃機関１の運転状態に応じて、ＰＭ再生処理中の燃料消費量を最小とするフィルタ１０ａの排気の圧力の値を前述のマップから読み出す。さらに、フィルタ１０ａの排気の圧力が前述のマップから読み出した値になるように、排気絞り弁１７の開度を制御する。そうすれば、内燃機関１の運転状態に応じて常にＰＭ再生処理における燃費を最良の状態にすることができる。本態様においては、上記マップ及び上記マップからフィルタ１０ａの排気の圧力の値を読み出すＥＣＵ２０が、圧力決定手段に相当する。

なお、上記の実施例において、フィルタ１０ａにおける排気の圧力を高める場合には、前記内燃機関１がＥＧＲ装置２５におけるＥＧＲ弁２８を閉じ側に制御し、ＥＧＲガスの量を減少させるようにしてもよい。そうすれば、排気絞り弁１７を絞ることによりフィルタ１０ａにおける排気の圧力を上昇させようとした際に、ＥＧＲガスが排気通路から流出することによって圧力が低下することを抑制できる。

また、同様に、フィルタ１０ａにおける排気の圧力を高める場合には、吸気通路６における吸気スロットル弁３０を開き側に制御するようにしてもよい。さらに、この制御と、排気絞り弁１７を絞る制御とを両方行うことにより、より効率よくフィルタ１０ａにおける排気の圧力を上昇させることができる。

なお、上記の実施例においては、ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量がより少なくなるように、フィルタ１０ａにおける排気の圧力を高める制御を実施しているが、その際、内燃機関１の運転状態によっては、排気温や排気の圧力が過度に上昇してしまう場合も考えられる。そこで、上記の実施例において、排気温や排気の圧力の過度な上昇が検出または推定された場合には、燃料消費量に拘らず排気の圧力を低下させるようにしてもよい。そうすれば、内燃機関１の運転性能または信頼性に関わる問題が生じる恐れがある場合には、燃料消費量よりも内燃機関１の運転性能または信頼性を優先させることができ、運転性能または信頼性と燃費性能とを好適にバランスさせることができる。

本発明の実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例に係るフィルタの排気の圧力と、内燃機関の燃料噴射量、再生時間、燃料添加量との関係を示すグラフである。 本発明の実施例に係るフィルタ圧力決定ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
５・・・排気管
６・・・吸気管
１０・・・フィルタユニット
１０ａ・・・フィルタ
１２・・・燃料添加弁
１７・・・排気絞り弁
２０・・・ＥＣＵ
２６・・・ＥＧＲ通路
２８・・・ＥＧＲ弁
３０・・・吸気スロットル弁

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、該排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタに還元剤としての燃料を供給して前記フィルタにおける微粒子物質を酸化除去するＰＭ再生処理を実施するＰＭ再生手段と、
   少なくとも前記フィルタにおける排気の圧力を変更する圧力変更手段と、
   少なくとも前記ＰＭ再生処理の再生時間、前記ＰＭ再生処理中の前記内燃機関への単位時間あたりの燃料噴射量及び、前記ＰＭ再生処理中の前記フィルタへの単位時間あたりの燃料供給量に基づいて、前記ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量がより少なくなる前記排気の圧力である低燃費圧力を決定する圧力決定手段と、
   前記圧力変更手段によって、前記フィルタにおける排気の圧力を前記低燃費圧力とする制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記圧力変更手段は、前記排気の圧力を所定の第１圧力と、該第１圧力より高い所定の第２圧力との間で切り換え可能であり、
   前記圧力決定手段は、前記内燃機関の機関負荷が所定の第１機関負荷より高負荷側の場合には、前記低燃費圧力を前記第１圧力に決定し、前記内燃機関の機関負荷が前記第１機関負荷より低負荷側の場合には、前記低燃費圧力を前記第２圧力に決定し、
   前記第１機関負荷は、前記排気の圧力を前記第１圧力とした場合における前記ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量と前記排気の圧力を前記第２圧力とした場合における前記ＰＭ再生処理の実施に伴う燃料消費量とが略等しくなる機関負荷であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記第１機関負荷は、
   前記排気の圧力を前記第２圧力とした場合に、前記ＰＭ再生処理中に必要な、前記内燃機関における単位時間あたりの燃料噴射量である高圧時噴射量と、
   前記排気の圧力を前記第１圧力とした場合に、前記ＰＭ再生処理中に必要な、前記内燃機関における単位時間あたりの燃料噴射量である低圧時噴射量と、
   前記排気の圧力を前記第２圧力とした場合に、前記ＰＭ再生処理中に必要な、前記フィルタに還元剤として供給する燃料の単位時間あたりの供給量である高圧時添加量と、
   前記排気の圧力を前記第１圧力とした場合に、前記ＰＭ再生処理中に必要な、前記フィルタに還元剤として供給する燃料の単位時間あたりの供給量である低圧時添加量と、
   前記第２圧力を前記第１圧力で除した値である圧力比と、が、
   （高圧時噴射量−低圧時噴射量＋高圧時添加量）／圧力比≒低圧時添加量
   なる関係式を満たす機関負荷であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記圧力決定手段は、前記内燃機関の機関負荷と、前記ＰＭ再生処理中の燃料消費量が略最小となる前記排気の圧力と、の関係が格納されたマップを有し、
   前記低燃費圧力は、前記圧力決定手段によって該マップから読み出された、前記内燃機関の機関負荷に応じた、前記ＰＭ再生処理中の燃料消費量が略最小となる前記排気の圧力の値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記内燃機関の排気通路を通過し、前記圧力変更手段によって圧力が変更される排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に再循環させるＥＧＲ装置をさらに備え、
   前記フィルタにおける排気の圧力を上昇させる場合には、前記ＥＧＲガスの量を減少させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記内燃機関の吸気系に設けられ、吸入空気量を制御する吸気スロットル弁をさらに備え、
   前記フィルタにおける排気の圧力を上昇させる場合には、前記吸気スロットル弁を開弁側に制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。

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