JP4682957B2 - 内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタを再生する技術に関する。

内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタが配置されている場合は、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理を適宜行う必要がある。

ＰＭ再生処理の実行方法としては、パティキュレートフィルタ下流の排気通路に設けられた排気絞り弁の開度を絞ることにより、パティキュレートフィルタ内の圧力（以下、「フィルタ内圧力」と称する）を高めつつ該パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００１−３１７３３３号公報 特開２００３−１２０２６３号公報

ところで、排気絞り弁の経時変化或いは故障等により該排気絞り弁の開度が所望の開度とならず、フィルタ内圧力が目標値より高く或いは低くなる場合がある。そのような場合は、ＰＭ再生処理が適正に行われなくなる可能性がある。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パティキュレートフィルタのＰＭ再生処理実行時に排気絞り弁の開度を減少させる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムにおいて、ＰＭ再生処理を適正に行うことができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、パティキュレートフィルタのＰＭ再生処理を行う際に排気絞り弁の開度が絞られる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムにおいて、ＰＭ再生処理実行時のフィルタ内圧力が目標値と異なる場合は、ＰＭ再生処理の実行時間を延長或いは短縮することにより、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭが過不足なく酸化除去されるようにした。

詳細には、本発明にかかる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムは、内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置された排気絞り弁と、前記排気絞り弁の開度をＰＭ再生処理実行前より減少させて前記パティキュレートフィルタのＰＭ再生処理を行う再生手段と、ＰＭ再生処理の実行時に前記パティキュレートフィルタ内の圧力を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された圧力が目標値と異なる場合に、ＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮する制御手段と、を備えるようにした。

ここでいうＰＭ再生処理は、パティキュレートフィルタをＰＭの酸化に適した温度域（以下、「ＰＭ酸化適正温度域」と称する）まで昇温させることにより、該パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化及び除去する処理である。

また、ＰＭ再生処理実行時に排気絞り弁の開度が絞られると、パティキュレートフィルタ内が高圧になる。パティキュレートフィルタ内が高圧になると、酸素分圧が高まるため
、ＰＭの酸化反応速度が高まる。よって、ＰＭ再生処理実行時に排気絞り弁の開度が絞られると、ＰＭ再生処理の実行期間を短縮することが可能となる。

尚、ＰＭ再生処理実行時の排気絞り弁の開度はＰＭ再生処理実行前より小さくなっていればよい。このため、ＰＭ再生処理実行時の排気絞り弁の開度は、ＰＭ再生処理実行前より小さい範囲内で可変とされてもよく、或いは一定開度に保持されていてもよい。

ところで、排気絞り弁の経時変化或いは故障等により該排気絞り弁の開度が所望の開度に収束しなくなる場合がある。このような場合は、フィルタ内圧力が目標値まで上昇せず、或いは目標値より高くなる可能性がある。

フィルタ内圧力が目標値と異なる場合にＰＭ再生処理の実行時間が正常時（フィルタ内圧力が目標値に収束している時）と同様に設定されると、ＰＭ再生処理の実行時間に過不足が生じる。

例えば、フィルタ内圧力が目標値まで上昇しない場合は、ＰＭ再生処理が終了した時点でパティキュレートフィルタ内に多量のＰＭが残留する可能性がある。一方、フィルタ内圧力が目標値より高くなった場合は、パティキュレートフィルタ内のＰＭが全て酸化除去された後もＰＭ再生処理が継続される可能性がある。

従って、フィルタ内圧力が目標値と異なる場合にＰＭ再生処理の実行時間が正常時と同等に設定されると、ＰＭ再生処理の効率が低下し、燃費の悪化等が誘発される可能性がある。

これに対し、本発明にかかる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムは、ＰＭ再生処理実行時にフィルタ内圧力が目標値と異なる場合は、ＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮する。

例えば、フィルタ内圧力が目標値より低い場合は、ＰＭ酸化反応速度が低下するため、単位時間当たりに酸化されるＰＭの量（以下、「基準ＰＭ酸化量」と称する）が減少する。一方、フィルタ内圧力が目標値より高い場合は、ＰＭ酸化反応速度が上昇するため、基準ＰＭ酸化量が増加する。

よって、本発明にかかる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムは、検出手段により検出されたフィルタ内圧力が目標値より低い場合はＰＭ再生処理の実行時間を延長し、検出手段により検出されたフィルタ内圧力が目標値より高い場合はＰＭ再生処理の実行時間を短縮すればよい。

このようにＰＭ再生処理の実行時間が延長又は短縮されると、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭが過不足なく酸化除去されるようになる。その結果、ＰＭ再生処理終了時にパティキュレートフィルタ内に多量のＰＭが残留し、若しくはパティキュレートフィルタ内のＰＭが全て酸化除去された後もＰＭ再生処理が継続されることがなくなる。

本発明にかかる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムは、ＰＭの酸化反応速度（或いは基準ＰＭ酸化量）とＰＭ再生処理の実行時間とに基づいてＰＭ残留量を演算し、その演算結果が所定の基準量まで減少したことを条件にＰＭ再生処理の実行を終了するようにしてもよい。

その際のＰＭ酸化反応速度（基準ＰＭ酸化量）としては前記目標値に基づいた計算値や推定値が用いられることになるが、フィルタ内圧力が目標値と異なる場合には前記ＰＭ酸
化反応速度（基準ＰＭ酸化量）を補正することによりＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮することができる。

例えば、検出手段により検出されたフィルタ内圧力が目標値より低い場合は、制御手段は、ＰＭ残留量の演算に用いられるＰＭ酸化反応速度（基準ＰＭ酸化量）を低く補正する。この場合、ＰＭ残留量の計算値が前記基準量に到達するまでの所要時間は正常時より長くなる。よって、ＰＭ再生処理の実行時間が延長されることになる。

一方、検出手段により検出されたフィルタ内圧力が目標値より高い場合は、制御手段は、ＰＭ残留量の演算に用いられるＰＭ酸化反応速度（基準ＰＭ酸化量）を高く補正する。この場合、ＰＭ残留量の計算値が前記基準量に到達するまでの所要時間は正常時より短くなる。よって、ＰＭ再生処理の実行時間が短縮されることになる。

上記した方法によれば、ＰＭ再生処理実行時のＰＭ残留量を正確に見積もることが可能になるため、ＰＭ再生処理を適正な時期に終了させることが可能となる。

また、本発明にかかる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムにおいて、制御手段は、検出手段により検出されたフィルタ内圧力が目標値と異なる場合には、昇温処理に用いられるパラメータを変更するようにしてもよい。

これは、フィルタ内圧力が目標値と異なる時に正常時と同様の昇温処理が行われると、パティキュレートフィルタ内の温度がＰＭ酸化適正温度域から逸脱する可能性があるからである。

ここで、パティキュレートフィルタを昇温させる方法としては、パティキュレートフィルタに併設された酸化触媒へ還元剤を供給し、還元剤の酸化反応熱によってパティキュレートフィルタを昇温させる方法、若しくは内燃機関から排出される排気の温度を上昇させ、排気の熱によってパティキュレートフィルタを昇温させる方法等が考えられる。

パティキュレートフィルタに併設された酸化触媒へ還元剤を供給する方法において、制御手段によって変更されるパラメータとしては、還元剤の供給量を例示することができる。

フィルタ内圧力が目標値より低い場合に還元剤の供給量が正常時と同量にされると、パティキュレートフィルタ内の温度がＰＭ酸化適正温度域まで上昇しない可能性がある。これに対し、制御手段は、検出手段により検出されたフィルタ内圧力が目標値より低い場合は、還元剤の供給量を増量補正するようにしてもよい。この場合、パティキュレートフィルタ内の温度がＰＭ酸化適正温度域まで上昇し易くなる。

一方、フィルタ内圧力が目標値より高い場合に還元剤の供給量が正常時と同量にされると、パティキュレートフィルタ内の温度がＰＭ酸化適正温度域を超えてしまう可能性がある。これに対し、制御手段は、検出手段により検出されたフィルタ内圧力が目標値より高い場合は、還元剤の供給量を減量補正するようにしてもよい。この場合、パティキュレートフィルタ内の温度がＰＭ酸化適正温度域を超え難くなる。

このように還元剤の供給量が補正されると、パティキュレートフィルタ内の温度がＰＭ酸化適正温度域から大きく逸脱しなくなる。その結果、ＰＭ酸化率の低下やパティキュレートフィルタの過昇温を抑制することができる。

ところで、フィルタ内圧力が目標値より低くなる場合は、内燃機関に作用する背圧が低
下するため、内燃機関の吸入空気量が増加する。内燃機関の吸入空気量が増加すると、パティキュレートフィルタを通過する排気流量が多くなる。

この場合、パティキュレートフィルタから排気へ伝播する熱量（言い換えれば、排気によってパティキュレートフィルタから持ち去られる熱量）が増加するため、パティキュレートフィルタ内の温度が上昇し難くなる。その結果、パティキュレートフィルタ内の温度をＰＭ酸化適正温度域まで上昇させるために、還元剤の供給量を大幅に増量する必要がある。

そこで、制御手段は、フィルタ内圧力が目標値より低くなった場合は、内燃機関の吸入空気量を減量させるようにしてもよい。

この場合、パティキュレートフィルタを通過する排気流量が過剰に多くならないため、還元剤の供給量を大幅に増量する必要がなくなる。その結果、還元剤の消費量が過多になることが抑制される。

内燃機関の吸入空気量を減量させる方法としては、内燃機関の吸気通路に配置された吸気絞り弁の開度を絞る方法や、可変動弁機構を利用して吸入空気量を減少させる方法等を例示することができる。

次に、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させる方法において、制御手段によって変更されるパラメータとしては、内燃機関の損失の大きさを例示することができる。

内燃機関の損失が大きくなると、正味トルクの減少を補うために燃料噴射量を増量させる必要がある。一方、内燃機関の損失が小さくなると、正味トルクの増加を補うために燃料噴射量を減少させる必要がある。

このように内燃機関の損失の大きさに応じて燃料噴射量が増減されると、正味トルクを変動させることなく排気の温度を変更させることが可能である。

そこで、制御手段は、フィルタ内圧力が目標値より低い場合は内燃機関の損失を増加させ、フィルタ内圧力が目標値より高い場合は内燃機関の損失を減少させるようにしてもよい。

尚、内燃機関の損失を変更する方法としては、内燃機関の出力を駆動源とする補機（例えば、オルタネータ等）の作動量を増減させる方法や、可変動弁機構により吸気損失や排気損失を増減させる方法等を例示することができる。

また、制御手段は、内燃機関の損失の大きさを増減させる代わりに、燃料噴射量を直接増減させるようにしてもよい。但し、内燃機関の損失の大きさが一定のまま燃料噴射量が増減されると、正味トルクが変動して運転者に違和感を与える可能性がある。

これに対し、制御手段は、内燃機関の発生トルクに寄与するメイン噴射の噴射量を変更せずにアフター噴射の噴射量を増減させるようにしてもよい。

例えば、制御手段は、フィルタ内圧力が目標値より低い場合はフィルタ内圧力が低くなるほどアフター噴射の噴射量を増加させ、フィルタ内圧力が目標値より高い場合はアフター噴射を中止するようにしてもよい。

このような方法により燃料噴射量が増減されると、正味トルクの変動を抑制しつつ排気
温度を変更することができる。

ところで、フィルタ内圧力が目標値と異なると、内燃機関に作用する背圧の大きさも予想値と異なるようになる。その結果、フィルタ内圧力が目標値より低い場合は正味トルクが要求トルクより増加し、フィルタ内圧力が目標値より高い場合は正味トルクが要求トルクより減少する可能性がある。

そこで、本発明の制御手段は、フィルタ内圧力が目標値より低い場合はメイン噴射の噴射量を減量させ、フィルタ内圧力が目標値より高い場合はメイン噴射の噴射量を増量させるようにしてもよい。

このようにメイン噴射の噴射量が補正されると、フィルタ内圧力が目標値と異なる場合であっても内燃機関の正味トルクを要求トルクと一致させることが可能となる。

本発明によれば、パティキュレートフィルタのＰＭ再生処理実行時に排気絞り弁の開度を減少させる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムにおいて、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを適正に酸化除去することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施例にかかる内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムの概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料として運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は、複数の気筒２を有し、各気筒２には気筒２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が設けられている。

内燃機関１の各気筒２は、吸気通路４と連通している。吸気通路４の途中には、ターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５０、インタークーラ６、吸気絞り弁７等が配置されている。コンプレッサハウジング５０により過給された吸気は、インタークーラ６で冷却された後に各気筒２内へ導入される。各気筒２内へ導かれた吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気筒２内で着火及び燃焼される。

各気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気通路８へ排出される。排気通路８へ排出された排気は、排気通路８の途中に配置されたタービンハウジング５１及び排気浄化装置９を経由して大気中へ放出される。

前記排気浄化装置９は、酸化能を有する触媒が担持されたパティキュレートフィルタである。尚、酸化能を有する触媒をパティキュレートフィルタに担持する代わりに、パティキュレートフィルタの直上流に酸化触媒が配置されるようにしてもよい。以下では、排気浄化装置９をパティキュレートフィルタ９と記す。

前記タービンハウジング５１より上流の排気通路８には、還元剤添加弁１０が取り付けられている。還元剤添加弁１０は、排気通路８を流れる排気中へ還元剤を添加する装置である。尚、還元剤添加弁１０から添加される還元剤としては、内燃機関１の燃料を利用することができる。

パティキュレートフィルタ９より下流の排気通路８には、排気絞り弁１１が配置されている。排気絞り弁１１は、排気通路８の断面積を変更する装置である。

また、上記した内燃機関１には、ＥＣＵ１２が併設されている。ＥＣＵ１２は、エアフローメータ１３、差圧センサ１４、排気圧力センサ１５、排気温度センサ１６、アクセルポジションセンサ１７等の各種センサと電気的に接続されている。

エアフローメータ１３は、吸気通路４を流れる吸気量を測定するセンサである。差圧センサ１４はパティキュレートフィルタ９上流の排気圧力とパティキュレートフィルタ９下流の排気圧力との差（フィルタ前後差圧）を測定するセンサである。排気圧力センサ１５は、パティキュレートフィルタ９より上流の排気圧力を測定するセンサである。排気温度センサ１６は、パティキュレートフィルタ９から流出する排気の温度を測定するセンサである。アクセルポジションセンサ１７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を測定するセンサである。

ＥＣＵ１２は、上記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁３、吸気絞り弁７、還元剤添加弁１０などを制御する。具体的には、ＥＣＵ１２は、燃料噴射制御等の既知の制御に加え、パティキュレートフィルタ９のＰＭ再生処理を行う。

ＰＭ再生処理は、パティキュレートフィルタ９内の温度をＰＭが酸化可能な温度域まで昇温させることにより該パティキュレートフィルタ９に捕集されているＰＭを酸化除去する処理である。このＰＭ再生処理は、パティキュレートフィルタ９に捕集されているＰＭ量（ＰＭ捕集量）が一定量以上であることを条件に実行される。

前記した一定量は、例えば、内燃機関１に作用する背圧が許容範囲に収まるよう定められる量である。また、パティキュレートフィルタ９のＰＭ捕集量を取得する方法としては、差圧センサ１４の測定値をＰＭ捕集量に換算する方法や、機関負荷と機関回転数をパラメータとして内燃機関１から排出されるＰＭ量を求めそのＰＭ量を積算することによりＰＭ捕集量を算出する方法等を例示することできる。

ＥＣＵ１２は、ＰＭ捕集量が一定量以上であるか否かを判別する。ＰＭ捕集量が一定量以上である場合には、ＥＣＵ１２は、ＰＭ再生処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ１２は、パティキュレートフィルタ９内の温度をＰＭ酸化可能な温度域まで昇温させる昇温処理を行う。

昇温処理の実行方法としては、パティキュレートフィルタ９へ未燃燃料を供給する方法を例示することができる。パティキュレートフィルタ９へ未燃燃料が供給されると、パティキュレートフィルタ９に担持された触媒により未燃燃料が酸化され、その際の酸化反応熱によってパティキュレートフィルタ９が昇温する。

パティキュレートフィルタ９へ未燃燃料を供給する方法としては、還元剤添加弁１０から排気中へ燃料を添加させる方法や、膨張行程の後半の気筒２において燃料噴射弁３からポスト噴射を行わせる方法等を例示することができる。

但し、膨張行程後半の気筒２において燃料噴射弁３からポスト噴射が行われると、ポスト噴射された燃料がシリンダボア壁面に付着して潤滑油の希釈等を招く可能性があるため、還元剤添加弁１０を利用してパティキュレートフィルタ９へ未燃燃料を供給することが好ましい。

また、ＥＣＵ１２は、上記したＰＭ再生処理（昇温処理）の実行に伴い、排気絞り弁１１の開度をＰＭ再生処理実行前より減少させる。ＰＭ再生処理実行時に排気絞り弁１１の開度が減少させられると、フィルタ内圧力（酸素分圧）が上昇する。

フィルタ内圧力が高められた状況下でＰＭ再生処理（以下、「高圧ＰＭ再生処理」と称する）が行われると、パティキュレートフィルタ９に捕集されているＰＭの酸化反応速度が高くなるため、ＰＭ再生処理の実行時間を短縮することが可能となる。

ところで、排気絞り弁１１の経時変化や故障などにより、排気絞り弁１１の開度が目標開度に収束しない場合がある。そのような場合は、フィルタ内圧力が目標値より低く又は高くなる可能性がある。

フィルタ内圧力が目標値より低くなった場合は、ＰＭの酸化反応速度が低下（基準ＰＭ酸化量が減少）する。このため、ＰＭ再生処理の実行時間が正常時（フィルタ内圧力が目標値と等しい時）と同様の長さに設定されると、ＰＭ再生処理終了時に多量のＰＭがパティキュレートフィルタ９に残留する可能性がある。

その結果、ＰＭ再生処理の実行間隔が短くなって燃費が悪化したり、或いはＰＭ残留量が徐々に増加してパティキュレートフィルタ９の圧力損失が過剰に高くなったりする虞がある。

一方、フィルタ内圧力が目標値より高くなった場合は、ＰＭの酸化反応速度が上昇（基準ＰＭ酸化量が増加）する。このため、ＰＭ再生処理の実行時間が正常時と同様の長さに設定されると、パティキュレートフィルタ９内のＰＭ残留量が基準量（例えば、零）まで減少した後もＰＭ再生処理が継続される可能性がある。その結果、燃費が悪化するなどの不具合を生じる虞がある。

そこで、本実施例の内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システムは、ＰＭ再生処理実行時にフィルタ内圧力が目標値と異なる場合は、ＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮するようにした。

具体的には、ＥＣＵ１２は、先ず、実際のフィルタ内圧力が目標値と等しい否かを判別する。フィルタ内圧力は、パティキュレートフィルタ９の直上流の排気圧力（例えば、タービンハウジング５１より下流且つパティキュレートフィルタ９より上流の排気圧力）と相関する。このため、ＥＣＵ１２は、排気圧力センサ１５の測定値が目標値と等しいか否かを判別することにより、フィルタ内圧力が目標値と等しいか否かを判別するようにしてもよい。この場合、排気圧力センサ１５は本発明にかかる検出手段に相当する。

また、フィルタ内圧力が高くなるほど吸入空気量（エアフローメータ１３の測定値）が少なくなるとともに、フィルタ内圧力が低くなるほど吸入空気量が多くなる。このため、ＥＣＵ１２は、エアフローメータ１３の測定値が目標値より多ければフィルタ内圧力が目標値より低いと判定し、エアフローメータ１３の測定値が目標値より少なければフィルタ内圧力が目標値より高いと判定するようにしてもよい。この場合は、エアフローメータ１３が本発明にかかる検出手段に相当する。

上記した判別方法によりフィルタ内圧力が目標値より低い又は高いと判定されると、ＥＣＵ１２は、ＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮する。以下、ＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮する方法について述べる。

本実施例のＰＭ再生処理では、ＥＣＵ１２は、パティキュレートフィルタ９に残留して
いるＰＭの量（ＰＭ残留量）を逐次演算し、その演算結果が零となった時点でＰＭ再生処理の実行を終了する。

ＰＭ残留量は、基準ＰＭ酸化量とＰＭ再生処理の実行時間との乗算値（パティキュレートフィルタ９から酸化除去されたＰＭの総量に相当する値）を前記一定量（ＰＭ再生処理実行開始時のＰＭ捕集量）から減算することにより求めることができる。

上記したＰＭ残留量の演算に用いられる基準ＰＭ酸化量はフィルタ内圧力の目標値に基づいて定められる値であるが、この基準ＰＭ酸化量が増減されるとＰＭ残留量の計算値が零となるまでに要する時間、すなわちＰＭ再生処理の実行時間も増減する。

そこで、ＥＣＵ１２は、実際のフィルタ内圧力が目標値と異なる場合には、ＰＭ残留量の演算に用いられる基準ＰＭ酸化量を減量補正又は増量補正することにより、ＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮するようにした。

例えば、ＥＣＵ１２は、図２に示すように、実際のフィルタ内圧力が低くなるほど基準ＰＭ酸化量が少なくなり、実際のフィルタ内圧力が高くなるほど基準ＰＭ酸化量が多くなるような補正を行う。

このように実際のフィルタ内圧力に応じてＰＭ再生処理の実行時間が調整されると、ＰＭ残留量が零となる前にＰＭ再生処理が終了されたり、若しくはＰＭ残留量が零となった後もＰＭ再生処理が継続されたりすることがなくなる。

よって、排気絞り弁１１の経時変化や故障が発生した場合であっても、ＰＭ再生処理の終了時期が適正化され、ＰＭ再生処理が過不足なく行われることになる。

以下、本実施例におけるＰＭ再生処理の流れについて図３に沿って説明する。図３は、本実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。このＰＭ再生処理ルーチンは、予めＥＣＵ１２のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１２によって所定期間毎に実行される。

ＰＭ再生処理ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、先ずＳ１０１においてＰＭ再生条件が成立しているか否かを判別する。ＰＭ再生条件としては、ＰＭ捕集量が一定量以上である、パティキュレートフィルタ９の酸化触媒が活性している等の条件を例示することができる。

前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０２へ進み、昇温処理を実行する。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１２は、排気絞り弁１１の開度を目標開度まで絞る。目標開度は、フィルタ内圧力の目標値に基づいて決定される開度であり、フィルタ内圧力の目標値と排気絞り弁１１の目標開度との関係は予めマップ化されていてもよい。また、フィルタ内圧力の目標値は、パティキュレートフィルタ９のＰＭ捕集量やパティキュレートフィルタ９へ流入する排気流量などに基づいて決定されてもよい。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１２は、フィルタ内圧力と相関する物理量として排気圧力センサ１５の測定値（排気圧力Ｐｅｘ）を読み込む。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１２は、前記Ｓ１０４で読み込まれた排気圧力Ｐｅｘが前記目標値Ｐｔｒｇと相違しているか否かを判別する。

前記Ｓ１０５において否定判定された場合（Ｐｅｘ＝Ｐｔｒｇ）は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０６〜Ｓ１０８をスキップして、Ｓ１０９へ進む。

Ｓ１０９では、ＥＣＵ１２は、前記目標値Ｐｔｒｇと前記図２のマップとから定まる基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭに基づいて、パティキュレートフィルタ９のＰＭ残留量ΣＰＭｒｍを演算する。例えば、ＥＣＵ１２は、基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭとＰＭ再生処理の実行時間とを乗算して総ＰＭ酸化量を算出し、総ＰＭ酸化量をＰＭ再生処理実行開始時のＰＭ捕集量（一定量）から減算してＰＭ残留量ΣＰＭｒｍを算出する。

Ｓ１１０では、ＥＣＵ１２は、前記Ｓ１０９で算出されたＰＭ残留量ΣＰＭｒｍが基準値（この場合は、“０”）まで減少したか否かを判別する。前記Ｓ１１０において否定判定された場合（ΣＰＭｒｍ≠０）は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０２へ戻りＰＭ再生処理を継続して実行する。

一方、前記Ｓ１１０において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１１１へ進み、ＰＭ再生処理の実行を終了する。すなわち、ＥＣＵ１２は、Ｓ１１１において、排気絞り弁１１の開度を通常開度に復帰させるとともに昇温処理の実行を終了する。

また、前記Ｓ１０５において肯定判定された場合（Ｐｅｘ≠Ｐｔｒｇ）は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０６へ進み、前記排気圧力Ｐｅｘが前記目標値Ｐｔｒｇより低いか否かを判別する。

前記Ｓ１０６において肯定判定された場合（Ｐｅｘ＜Ｐｔｒｇ）は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０７へ進み、前記排気圧力Ｐｅｘと前記図２のマップとに基づいて基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭを減量補正する。続いて、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０９へ進み、前記Ｓ１０７で補正された基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭに基づいてＰＭ残留量ΣＰＭｒｍを演算する。そして、ＥＣＵ１２は、Ｓ１１０において前記ＰＭ残留量ΣＰＭｒｍが基準量まで減少したか否かを判別する。この場合、基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭが正常時（フィルタ内圧力が目標値Ｐｔｒｇと等しい時）に比して少なくなっているため、ＰＭ再生処理の実行時間は正常時より延長されることになる。

一方、前記Ｓ１０６において否定判定された場合（Ｐｅｘ＞Ｐｔｒｇ）は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０８へ進み、前記排気圧力Ｐｅｘと前記図２のマップとに基づいて基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭを増量補正する。続いて、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０９へ進み、前記Ｓ１０６で補正された基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭに基づいてＰＭ残留量ΣＰＭｒｍを演算する。そして、ＥＣＵ１２は、Ｓ１１０において前記ＰＭ残留量ΣＰＭｒｍが基準量まで減少したか否かを判別する。この場合、基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭが正常時（フィルタ内圧力が目標値Ｐｔｒｇと等しい時）に比して多くなっているため、ＰＭ再生処理の実行時間は正常時より短縮されることになる。

このようにＥＣＵ１２が図３に示すようなＰＭ再生処理ルーチンを実行すると、本発明にかかる再生手段、制御手段、推定手段、及び終了手段が実現される。その結果、排気絞り弁１１の開度が目標開度に収束しない場合（言い換えれば、フィルタ内圧力が目標値と異なる場合）であっても、パティキュレートフィルタ９に捕集されたＰＭを過不足なく酸化除去することが可能となる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図４〜図５に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例では、フィルタ内圧力が目標値と異なる場合に、ＰＭ再生処理実行時間の補正（基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭの補正）と同時に、昇温処理のパラメータも変更する例について述べる。

フィルタ内圧力が目標値より低くなると、パティキュレートフィルタ９内の温度がＰＭ酸化適正温度域まで昇温しない場合が想定される。一方、フィルタ内圧力が目標値より高くなると、パティキュレートフィルタ９内の温度がＰＭ酸化適正温度域より高くなる場合が想定される。

上記したようにパティキュレートフィルタ９内の温度がＰＭ酸化適正温度域から逸脱すると、基準ＰＭ酸化量の計算値△ΣＰＭが実際の量から懸け離れてしまう可能性がある。

従って、フィルタ内圧力が目標値と異なる場合には、パティキュレートフィルタ９内の温度がＰＭ酸化適正温度域に収束するように昇温処理のパラメータが変更されることが好ましい。

昇温処理のパラメータとしては、還元剤添加弁１０からパティキュレートフィルタ９の酸化触媒へ供給される燃料量（以下、単に「燃料供給量」と記す）を例示することができる。

そこで、ＥＣＵ１２は、図４に示すように、フィルタ内圧力が低くなるほど燃料供給量が多くなるとともに、フィルタ内圧力が高くなるほど燃料供給量が少なくなるような補正を行う。

このように燃料供給量が補正されると、フィルタ内圧力が目標値から逸脱した場合であっても、パティキュレートフィルタ９内の温度がＰＭ酸化適正温度域に収束するようになる。その結果、基準ＰＭ酸化量の計算値△ΣＰＭが実際の量から懸け離れることがなくなり、ＰＭ再生処理を過不足なく行うことが可能となる。

以下、本実施例におけるＰＭ再生処理について図５に沿って説明する。図５は、本実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。図５において、前述した第１の実施例のＰＭ再生処理ルーチン（図３を参照）と同様の処理には、同一の符号を付している。

図５のＰＭ再生処理ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０６において肯定判定された場合（Ｐｅｘ＜Ｐｔｒｇ）に、Ｓ１０７において基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭを減量補正するとともに、Ｓ２０１において排気圧力Ｐｅｘと図４のマップとに基づいて燃料供給量の増量補正を行う。

また、Ｓ１０６において否定判定された場合（Ｐｅｘ＞Ｐｔｒｇ）は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０８において基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭを増量補正するとともに、Ｓ２０２において排気圧力Ｐｅｘと図４のマップとに基づいて燃料供給量の減量補正を行う。

このようなＰＭ再生処理ルーチンによれば、排気絞り弁１１の開度が目標開度に収束しない場合（言い換えれば、フィルタ内圧力が目標値と異なる場合）であっても、パティキュレートフィルタ９内の温度がＰＭ酸化適正温度域に収まるため、基準ＰＭ酸化量の計算値△ΣＰＭが実際の量から懸け離れることがなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ９に捕集されたＰＭを過不足なく酸化除去することが可能となる。

尚、本実施例では、昇温処理時にパティキュレートフィルタ９の酸化触媒へ燃料を供給する方法として、還元剤添加弁１０から酸化触媒へ燃料を供給する方法を例に挙げたが、これに限られるものではない。例えば、燃料噴射弁３からのポスト噴射により酸化触媒へ燃料を供給する方法が用いられた場合は、前記Ｓ２０１、Ｓ２０２においてポスト噴射の噴射量を補正すればよい。

＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図６に基づいて説明する。ここでは前述した第２の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例では、フィルタ内圧力が目標値より低い場合に、ＰＭ再生処理実行時間の延長補正及び燃料供給量の増量補正に加え、吸気絞り弁７の開度を減量補正する例について述べる。

ＰＭ再生処理実行時にパティキュレートフィルタ９を通過する排気の流量が多くなると、パティキュレートフィルタ９から排気へ伝播する熱量が増加する。よって、パティキュレートフィルタ９内の温度をＰＭ酸化適正温度域に保つためには、燃料供給量を増加させる必要がある。

ところで、フィルタ内圧力が目標値より低くなると、内燃機関１に作用する背圧が低下するため、内燃機関１の吸入空気量が多くなる。内燃機関１の吸入空気量が増加すると、それに伴ってパティキュレートフィルタ９を通過する排気流量も増加する。このような場合は、燃料供給量の大幅な増量が必要になるため、燃料消費量が過多になる可能性がある。

そこで、本実施例のＰＭ再生処理では、ＥＣＵ１２は、フィルタ内圧力が目標値より低い場合は、内燃機関１の吸入空気量を減量させるようにした。

内燃機関１の吸入空気量を減量させる方法としては、吸気絞り弁７の開度を絞る方法や、可変動弁機構を利用して吸気の吸入効率を低下させる方法（例えば、吸気弁の開弁期間を短縮する）等を例示することができるが、本実施例では吸気絞り弁７の開度を絞る例について述べる。

以下、本実施例におけるＰＭ再生処理について図６に沿って説明する。図６は、本実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。図６において、前述した第２の実施例のＰＭ再生処理ルーチン（図５を参照）と同様の処理には、同一の符号を付している。

図６のＰＭ再生処理ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０６において肯定判定された場合（Ｐｅｘ＜Ｐｔｒｇ）に、Ｓ１０７において基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭを減量補正する。更に、ＥＣＵ１２は、Ｓ３０１において吸気絞り弁７を所定量△θだけ閉弁させるとともに、Ｓ２０１において燃料供給量の増量補正を行う。

前述した所定量△θは、内燃機関１の吸入空気量が正常時と同量となるように定められる量である。例えば、所定量△θは、フィルタ内圧力が目標値と等しい場合に零となり、フィルタ内圧力が目標値に対して低くなるほど多くなるように定められてもよい。

このようなＰＭ再生処理ルーチンによれば、フィルタ内圧力が目標値に達しない場合に、燃料供給量の増量を最小限に抑えつつパティキュレートフィルタ９内の温度をＰＭ酸化適正温度域に収めることが可能となる。その結果、燃費の悪化を抑制しつつ、前述した第
１及び第２の実施例の効果を得ることができる。

尚、フィルタ内圧力が目標値より高くなると、パティキュレートフィルタ９から排気へ伝播する熱量が減少して、パティキュレートフィルタ９が過昇温する場合も考えられる。そこで、ＥＣＵ１２は、フィルタ内圧力が目標値より高くなる場合は、内燃機関１の吸入空気量を増加させることにより、パティキュレートフィルタ９の過昇温を抑制するようにしてもよい。

＜実施例４＞
次に、本発明の第４の実施例について図７に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例では、フィルタ内圧力が目標値より低い場合に、ＰＭ再生処理実行時間の延長補正及び燃料供給量の増量補正に加え、内燃機関１の排気温度を上昇させる処理を行う例について述べる。

フィルタ内圧力が目標値より低くなると、内燃機関１のポンピングロスが減少するため、排気温度が正常時より低くなる。内燃機関１の排気温度が正常時より低くなると、還元剤添加弁１０からパティキュレートフィルタ９へ供給される燃料の酸化反応熱のみでパティキュレートフィルタ９内の温度をＰＭ酸化適正温度域まで昇温させることが難しくなる場合がある。

その際、前述した第２又は第３の実施例で述べたように燃料供給量を増量補正することも考えられるが、燃料供給量が多くなると一部の燃料が酸化しきれずにパティキュレートフィルタ９をすり抜ける可能性もある。

そこで、本実施例のＰＭ再生処理では、ＥＣＵ１２は、フィルタ内圧力が目標値より低くなる場合に、内燃機関１の排気温度を上昇させる処理を行うようにした。

排気温度を上昇させる方法としては、内燃機関１で燃焼に供される燃料量を増量する方法が有効である。但し、パイロット噴射やメイン噴射等のように内燃機関１のトルクに寄与する燃料の量が増加されると、内燃機関１のトルクが不用意に増加して運転者へ違和感を与える可能性がある。

このため、本実施例のＰＭ再生処理では、ＥＣＵ１２は、膨張行程後半の気筒２において燃料噴射弁３からアフター噴射を行わせることにより、内燃機関１のトルクが顕著に増加することを抑えつつ排気温度の上昇を図るようにした。

このような方法により排気温度の上昇が図られると、内燃機関１のトルク増加を最小限に抑えつつ排気温度を正常時と同等まで上昇させること可能となる。

以下、本実施例におけるＰＭ再生処理について図７に沿って説明する。図７は、本実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。図７において、前述した第１の実施例のＰＭ再生処理ルーチン（図３を参照）と同様の処理には、同一の符号を付している。

図７のＰＭ再生処理ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０６において肯定判定された場合（Ｐｅｘ＜Ｐｔｒｇ）に、Ｓ１０７において基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭを減量補正する。更に、ＥＣＵ１２は、Ｓ４０１において燃料噴射弁３からアフター噴射を行わせる。

かかるＰＭ再生処理ルーチンによれば、フィルタ内圧力が目標値より低くなる場合であっても、排気温度を正常時と同等の温度まで高めることが可能となる。その結果、パティキュレートフィルタ９内の温度をＰＭ酸化適正温度域まで昇温させることが可能となり、以てパティキュレートフィルタ９に捕集されたＰＭが過不足なく酸化除去される。

尚、フィルタ内圧力が目標値に対して過剰に低くなった場合等は、アフター噴射の噴射量が大幅に増加し、内燃機関１のトルクが顕著に増加する可能性がある。よって、アフター噴射の噴射量が所定の上限量に達した場合は、前述した第２又は第３の実施例で述べたような燃料供給量の増量補正を併用するようにしてもよい。この場合、内燃機関１のトルク変動を抑制しつつパティキュレートフィルタ９内の温度をＰＭ酸化適正温度域まで上昇させることが可能になる。

＜実施例５＞
次に、本発明の第５の実施例について図８に基づいて説明する。ここでは前述した第４の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例では、内燃機関１の排気温度を上昇させる方法として、内燃機関１の損失を積極的に増加させる例について述べる。

内燃機関１の損失が大きくなると、燃料噴射量が増量されるため、該内燃機関１で燃焼に供される燃料量が増加する。内燃機関１で燃焼に供される燃料量が増加すると、該内燃機関１の排気温度が上昇する。

その際、燃料噴射量の増量によるトルクの増加分は損失の増加分によって相殺されるため、内燃機関１のトルクが殆ど変化せずに排気温度が高められる。

尚、内燃機関１の損失としては、排気のポンピングロスや、オルタネータ等の補機の駆動損失を挙げることができる。排気のポンピングロスを増加させる方補としては、可変動弁機構により排気弁の開弁時期を遅角、排気弁の閉弁時期を進角、或いは排気弁のリフト量を減少させる方法を例示することができる。また、補機の駆動損失を増加させる方法としては、補機の作動量（例えば、オルタネータの発電量）を増加させることによって増加させることができる。

以下、本実施例におけるＰＭ再生処理について図８に沿って説明する。図８は、本実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。図８において、前述した第１の実施例のＰＭ再生処理ルーチン（図７を参照）と同様の処理には、同一の符号を付している。

図８のＰＭ再生処理ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０６において肯定判定された場合（Ｐｅｘ＜Ｐｔｒｇ）に、Ｓ１０７において基準ＰＭ酸化量△ΣＰＭを減量補正する。更に、ＥＣＵ１２は、Ｓ５０１において前述した方法により内燃機関１の損失を増加させる。その際の増加量は、フィルタ内圧力が目標値に対して低くなるほど多くされるようにしてもよい。

かかるＰＭ再生処理ルーチンによれば、フィルタ内圧力が目標値より低くなる場合に、内燃機関１のトルクを殆ど変化させることなく排気温度を正常時と同等の温度まで高めることが可能となる。その結果、運転者に違和感を与えることなく、パティキュレートフィルタ９内の温度をＰＭ酸化適正温度域まで昇温させることが可能となる。

尚、フィルタ内圧力が目標値に対して高くなると、排気温度が正常時より高くなるため
、パティキュレートフィルタ９が過昇温する場合も考えられる。そこで、ＥＣＵ１２は、フィルタ内圧力が目標値より高くなった場合は、内燃機関１の損失を減少させて排気温度の低下を図るようにしてもよい。この場合、パティキュレートフィルタ９の過昇温を抑制しつつＰＭ再生処理を行うことができる。

＜実施例６＞
次に、本発明の第６の実施例について説明する。ここでは前述した第１〜５の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

フィルタ内圧力が目標値より低くなると、内燃機関１に作用する背圧が小さくなるため、該内燃機関１の発生トルクが正常時より増加する。一方、フィルタ内圧力が目標値より高くなると、内燃機関１の作用する背圧が大きくなるため、該内燃機関１の発生トルクが正常時より減少する。

従って、排気絞り弁１１の故障や経時変化等によってフィルタ内圧力が目標値から逸脱すると、内燃機関１の発生トルクが要求トルクに収束しなくなる可能性がある。

そこで、本実施例では、フィルタ内圧力が目標値と異なる場合には、ＰＭ再生処理実行時の燃料噴射量（内燃機関１のトルクに寄与するパイロット噴射量やメイン噴射量等）を補正するようにした。

具体的には、ＥＣＵ１２は、フィルタ内圧力が目標値より低くい場合はＰＭ再生処理実行時の燃料噴射量を減量補正し、フィルタ内圧力が目標値より高い場合はＰＭ再生処理実行時の燃料噴射量を増量補正するようにした。

このようにＰＭ再生処理実行時の燃料噴射量がフィルタ内圧力に応じて補正されると、内燃機関１の発生トルクを要求トルクに収束させつつＰＭ再生処理を行うことができる。

尚、前述した第１〜第６の実施例の一部若しくは全部は、背反が生じない範囲で組み合わされてもよいことは勿論である。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 フィルタ内圧力と基準ＰＭ酸化量との関係を規定したマップを示す図である。 第１の実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。 フィルタ内圧力と燃料供給量との関係を規定したマップを示す図である。 第２の実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。 第３の実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。 第４の実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。 第５の実施例におけるＰＭ再生処理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
２・・・・・気筒
３・・・・・燃料噴射弁
４・・・・・吸気通路
７・・・・・吸気絞り弁
８・・・・・排気通路
９・・・・・パティキュレートフィルタ
１０・・・・還元剤添加弁
１１・・・・排気絞り弁
１２・・・・ＥＣＵ
１３・・・・エアフローメータ
１５・・・・排気圧力センサ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置された排気絞り弁と、
   前記排気絞り弁の開度をＰＭ再生処理実行前より減少させて前記パティキュレートフィルタのＰＭ再生処理を行う再生手段と、
   ＰＭ再生処理の実行時に前記パティキュレートフィルタ内の圧力を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された圧力が目標値と異なる場合に、ＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
2. 請求項１において、前記目標値に応じたＰＭ酸化反応速度をパラメータとして、ＰＭ再生処理実行中に前記パティキュレートフィルタに残留しているＰＭ残留量を推定する推定手段と、
   前記推定手段により推定されたＰＭ残留量が所定の基準量まで減少したことを条件に、ＰＭ再生処理を終了させる終了手段と、を更に備え、
   前記制御手段は、前記検出手段により検出された圧力が目標値と異なる場合に、前記ＰＭ酸化反応速度を補正することにより、ＰＭ再生処理の実行時間を延長又は短縮することを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
3. 請求項１又は２において、前記再生手段は、前記パティキュレートフィルタに併設された酸化触媒へ還元剤を供給することにより、前記パティキュレートフィルタ内の温度をＰＭの酸化に適した温度域まで昇温させる昇温処理を行い、
   前記制御手段は、前記検出手段により検出された圧力が目標値と異なる場合は、前記酸化触媒へ供給される還元剤量を増量補正又は減量補正することを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
4. 請求項３において、前記制御手段は、前記検出手段により検出された圧力が目標値より低い場合は、前記内燃機関の吸入空気量を減少させることを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一において、前記制御手段は、前記検出手段により検出された圧力が目標値より低い場合に、前記内燃機関の燃料噴射弁からアフター噴射を行わせることにより排気温度を上昇させることを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一において、前記制御手段は、前記検出手段により検出された圧力が目標値と異なる場合に、前記内燃機関の発生トルクが要求トルクと一致するように燃料噴射量を増量補正又は減量補正することを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一において、前記内燃機関の吸気弁および／または排気弁の開弁特性を変更する可変動弁機構を更に備え、
   前記制御手段は、前記検出手段により検出された圧力が目標値より低い場合に、前記内燃機関の吸気損失および／または排気損失を増加させるべく前記可変動弁機構を制御することを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ再生システム。
   

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