JP4780149B2

JP4780149B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4780149B2
Application number: JP2008163130A
Authority: JP
Inventors: 司窪島; 茂人矢羽田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP2010001860A; DE102009027077A1; DE102009027077B4

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタの再生処理として該フィルタに堆積した粒子状物質の酸化処理を実施する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンにおいては、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を処理するための装置として、排気系にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が設けられている。ＤＰＦでは、排気中のＰＭが捕集されるとともに、その捕集されたＰＭが、排気温度が上昇されることで高温酸化される、いわゆる再生処理が実施される。

ところで、ＤＰＦにおいては、堆積したＰＭが急速燃焼してＤＰＦ温度が過度に昇温するとＤＰＦが熔損してしまうおそれがあり、その熔損を回避するための手法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、アイドル運転への移行時ではＤＰＦへ流入する排気流量が大幅に減少することによるＤＰＦの温度上昇を考慮し、再生処理中におけるフィルタ入口の排気の目標温度を、再生処理の途中で突然アイドル運転に移行した場合のフィルタ温度の上昇分を見込んで設定し、その目標温度以下となるように排気温度を制御する。
特開２００５−９０３８４号公報

アイドル運転への移行時におけるＤＰＦの過昇温は、ＤＰＦ再生処理中の他に、ＤＰＦ再生処理が実行されていないときにも起こり得る。つまり、エンジンの排気温度が過高温である場合（例えばエンジンの高負荷運転時）には、排気からＤＰＦに熱が受け渡されることによりＤＰＦが比較的高温になる。この状態でアイドル運転に移行されると、ＤＰＦへ流入する排気流量が大幅に減少することにより排気による熱の持ち去り量が減少する。そのため、ＤＰＦの過昇温が生じることによりＤＰＦ温度が耐熱上限値を超え、ＤＰＦの熔損を引き起こすことが懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、内燃機関のあらゆる運転状態においてフィルタの過昇温を抑制し、ひいてはフィルタの破損を防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

請求項１に記載の発明は、排気中における粒子状物質を捕集するフィルタの再生処理として、内燃機関の排気温度を上昇させて前記フィルタに堆積した粒子状物質の酸化処理を実施する内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の量であるＰＭ堆積量を算出する堆積量算出手段と、前記再生処理を開始するＰＭ堆積量を、前記内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行した場合におけるフィルタ温度の上昇分を見込んで再生開始堆積量として設定する開始量設定手段と、前記堆積量算出手段により算出したＰＭ堆積量が前記開始量設定手段により設定した再生開始堆積量に達した場合に前記フィルタの再生処理を実施する再生制御手段と、を備える。

内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行する場合では、排気温度が高い状態でフィルタへの排気流量が大幅に減少するため、フィルタの過昇温が最も生じやすい状況下であると言える。この発明では、フィルタ再生処理の開始を判定するための条件となる微粒子物質の堆積量として、内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行する場合のフィルタの温度上昇分を見込んで再生開始堆積量を設定するため、内燃機関のあらゆる運転状態においてフィルタの過昇温が生じないよう適正な時期で再生処理を開始することができる。これにより、内燃機関のあらゆる運転状態においてフィルタの過昇温を抑制することができ、ひいてはフィルタの破損を防止することができる。

ここで、アイドル運転としては、内燃機関の回転速度が、内燃機関の無負荷運転時においてその回転状態を安定に維持可能な回転速度である運転状態とするのが望ましい。また、内燃機関を搭載する車両の速度がほぼゼロであることや、内燃機関のアクセル開度がほぼゼロであることを更に考慮してもよい。

フィルタ温度が高すぎると、フィルタに堆積する微粒子物質が一気に燃焼してフィルタの破損を招くおそれがある。一方、フィルタ温度が低すぎると、微粒子物質の高温酸化が十分に進行せず、再生処理に時間がかかってしまうことが懸念される。その点に鑑み、請求項２に記載の発明は、前記内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行した場合における前記フィルタの最高温度が、前記フィルタの耐久限界値である上限温度未満であってかつ該上限温度の近傍値になるよう前記再生開始堆積量を設定する。この構成によれば、内燃機関の運転状態の変化に起因するフィルタの過昇温が最も生じやすい状況下で、フィルタの最高温度がその上限温度未満の近傍値になるため、フィルタの過昇温防止と効率のよい再生処理とを、内燃機関の運転状態のあらゆる変化の態様においてバランスよく実現することができる。

内燃機関の全負荷運転時において排気温度が最大値になることを想定すると、全負荷運転時には、排気温度をその最大値よりも小さくすることができない。そのため、仮にフィルタ温度の目標値を排気温度の最大値未満に設定したとしても、フィルタ温度は、排気熱によりその最大値付近の温度まで過剰に上昇してしまう。その点に鑑み、請求項３に記載の発明は、前記フィルタの耐熱上限値である上限温度と前記内燃機関の全負荷運転時における排気温度との温度差をΔＴ１とし、前記再生処理の実行中に前記内燃機関がアイドル運転状態に移行することに伴い生じる前記ＰＭ堆積量ごとの温度上昇分をΔＴ２とした場合に、前記温度上昇分ΔＴ２が前記温度差ΔＴ１と等しくなるＰＭ堆積量、又は前記温度上昇分ΔＴ２が前記温度差ΔＴ１未満になるＰＭ堆積量を前記再生開始堆積量として設定する。この構成によれば、再生処理中にアイドル運転に移行する場合の温度上昇分が、フィルタの上限温度と排気温度の最大値との温度差以下になるＰＭ堆積量を再生開始堆積量としているため、あらゆる運転状態においてフィルタ温度がその上限温度を超えないようにすることができる。

請求項４に記載の発明は、前記再生処理中におけるフィルタ温度の目標値を、前記再生処理の実行中にアイドル運転相当に移行する場合におけるフィルタ温度の上昇分を見込んで前記ＰＭ堆積量に応じて設定し、その設定した目標値以下となるようにフィルタ温度を制御する。この構成によれば、微粒子物質のＰＭ堆積量が再生開始堆積量になって再生処理が開始される際に、その再生処理中にアイドル運転に移行した場合であっても、そのフィルタ温度が過剰に上昇するのを抑制することができ、フィルタの破損を防止する上で好適である。なお、フィルタ温度の制御としては、排気温度を調節することにより実現するのが望ましい。

請求項５に記載の発明は、前記ＰＭ堆積量と前記フィルタ温度の目標値との関係から前記内燃機関の全負荷運転時の排気温度に対応する前記ＰＭ堆積量を算出し、該算出したＰＭ堆積量を前記再生開始堆積量とする。この構成によれば、全負荷運転時での排気温度に対応するＰＭ堆積量になった時点で再生処理が実施されるため、フィルタの過昇温が生じやすい状況下であっても、フィルタ温度がその上限温度を超えないようにすることができる。

フィルタにおける微粒子物質の堆積量が再生開始堆積量に達したとしても、排気温度が極めて低い運転状態が継続した場合には、フィルタの再生処理が実行されないことが考えられる。この状態で全負荷運転に移行し、更にアイドル運転に移行すると、微粒子物質が多量であるためにフィルタで過昇温が生じ、フィルタが破損するおそれがある。その点に鑑み、請求項６に記載の発明は、前記ＰＭ堆積量が前記再生開始堆積量よりも多い場合に、前記内燃機関の燃料供給量の上限値を制限する。こうすれば、全負荷運転時における燃料噴射量の上限値が制限されるため、微粒子物質が再生開始堆積量を超えて堆積した場合に排気温度が高くなりすぎるのを防ぐことができ、フィルタの破損を防止するのに好適である。

フィルタの再生処理において微粒子物質を効率よく除去するには、できるだけ高温側で酸化反応を行うのが好ましい。また、万が一フィルタの温度が上限温度を超える場合には、ＰＭ堆積量がより少ない時点から再生処理を開始する必要がある。その点に鑑み、請求項７に記載の発明は、フィルタ温度を検出する温度検出手段を備え、前記内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行した場合に、前記温度検出手段により検出したフィルタ温度と、前記フィルタの耐熱上限値を基に定めた許容温度とを比較し、その比較結果に基づいて次回以降の前記フィルタの再生時における前記再生開始堆積量を増側又は減側に変更する。この構成によれば、内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行したときのフィルタ温度がフィルタの耐熱上限値を基に定めた許容温度（例えばフィルタの耐熱上限値よりも所定温度低い値）よりも低い場合に、次回以降のフィルタ再生時における再生開始堆積量を増側に変更することで、その後、内燃機関が全負荷運転からアイドル運転に移行した場合に、フィルタ温度をできるだけ上限温度近くにすることができる。また、再生開始堆積量を増側に変更するため、再生処理の実行頻度を低減することができる。一方、内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行したときのフィルタ温度が許容温度を超えた場合に、次回以降のフィルタ再生時における再生開始堆積量を減側に変更することで、フィルタのＰＭ堆積量がより少ない段階で再生処理を開始することができる。これにより、その後、内燃機関が全負荷運転からアイドル運転に移行した場合に、フィルタ温度が許容温度を超えないようにすることができる。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものである。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射制御等を実施するものとしている。

図１は、本実施形態におけるエンジン制御システムの全体概略を示す構成図である。図１において、吸気管１１には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１２が設けられている。また、エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ１３及び排気バルブ１４が設けられている。この吸気バルブ１３の開動作により空気と燃料との混合気が吸気管１１から気筒１９内の燃焼室１５に導入され、排気バルブ１４の開動作により燃焼後の排ガスが排気管１６に排出される。

燃焼室１５には、燃料噴射弁１７の先端部が突出されており、この燃料噴射弁１７により燃料供給が行われる。そして、燃焼室１５内における空気が圧縮されることで燃料が自己着火して燃焼が行われる。

排気管１６には、ＤＰＦ１８が配設されている。ＤＰＦ１８は、排気中のＰＭを捕集するＰＭ除去用フィルタである。本実施形態におけるＤＰＦ１８は、コージエライトからなるウォールフロー型のセラミックス担体である。また、ＤＰＦ１８は、例えばＰｔ等からなる酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）とともにＨＣやＣＯを除去可能になっている。

ＤＰＦ１８に捕集されたＰＭは、例えばディーゼルエンジンにおけるメイン噴射後のポスト噴射等により高温酸化されて二酸化炭素として排出される（ＤＰＦ再生処理）。具体的には、例えばエンジン１０の動力を得るための燃料噴射（メイン噴射）から所定時間遅れた時期であって、かつ気筒１９に収容されたピストンが下降する最中に１回又は多段の燃料噴射（ポスト噴射）を行う等により排気温度を上昇させ、その高温化された排気によりＰＭを酸化することでＰＭを無害化して排出する。

排気管１６には、ＤＰＦ１８の上流側に、排出ガス中の酸素濃度に比例する広域の空燃比信号を出力するＡ／Ｆセンサ２１が設けられている。また、ＤＰＦ１８の上流側と下流側とに、排気温度を検出する排気温度センサ２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられている。これら排気温度センサ２２ａ，２２ｂの検出値に基づいてＤＰＦ１８の中心温度が検出される。さらに、排気管１６には、ＤＰＦ１８の入口付近の圧力とＤＰＦ１８の出口付近の圧力との差圧を検出する差圧センサ２３が設けられている。この差圧センサ２３により検出される差圧はＤＰＦ１８による圧力損失に相当し、その圧力損失（差圧）に基づいてＤＰＦ１８に捕集されたＰＭの堆積量が推定される。

ＥＣＵ３０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（マイコン）３１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ３０のマイコン３１は、上記各種センサのほか、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ２４や、アクセル操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２５、車速を検出する車速センサ２６等からの各種検出信号を入力し、随時入力される各種の検出信号等に基づいて燃料噴射制御やＤＰＦ再生処理等を実施する。

ＤＰＦ再生処理として具体的には、マイコン３１は、差圧センサ２３の検出値に基づいてＤＰＦ１８におけるＰＭ堆積量を推定し、そのＰＭ堆積量が所定量（再生開始量）に達した時点でポスト噴射等を実施することにより排気温度を上昇させる。このとき、ＤＰＦ温度が再生目標温度近くの温度になるよう、例えばポスト噴射量を調節したり、あるいはポスト噴射時期を変更したりする。

ところで、ＤＰＦ１８では、過高温（例えば６５０℃以上）になると、ＰＭの高温酸化が燃焼に変わるおそれがあり、またＰＭ堆積量が多いほどＰＭが一気に燃えやすく燃焼が起きやすい。そのため、ＰＭ堆積が進んだところに高温の排気が流れ込むと、ＰＭが燃焼することでＤＰＦ１８の温度が過剰に上昇してしまい、これによりＤＰＦ１８が上限温度（ＤＰＦ限界温度）を超えることでＤＰＦ１８が熔損してしまうおそれがある。

ＤＰＦ１８の過昇温は、エンジン１０が、最も負荷の高い運転状態（全負荷運転）からアイドル運転に移行した場合、具体的にはエンジン回転速度が高くかつ燃料噴射量が最大の状態からアイドル回転速度又はその近傍値に短時間で変化した場合に最も生じやすいと考えられる。つまり、エンジン１０の全負荷運転時では、他の運転状態に比べて高温（例えば６００℃）の排気がＤＰＦ１８に流れ込む。また、エンジン１０のアイドル運転時では、ＤＰＦ１８の排気流量が大幅に減少するため、排気による熱の持ち去り量が減少する。そのため、エンジン１０が全負荷運転からアイドル運転に移行した場合には、ＤＰＦ１８に高温の排気が流入しているにもかかわらずＤＰＦ１８の排気流量が大幅に減少する。したがって、全負荷運転からアイドル運転への移行時では、運転状態の変化に起因するＤＰＦ１８の過昇温が最も生じやすく、ＤＰＦ１８の熔損が発生しやすい。

なお、ここでいうアイドル運転としては、エンジン回転速度の他に、車速がゼロであることやアクセル開度がゼロであること等の要件を含めてもよい。また、全負荷運転としては、アクセル開度又は吸入空気量が最大の場合をいう。

そこで、本実施形態では、エンジン１０が全負荷運転からアイドル運転に移行することを見込んでＤＰＦ再生処理の再生開始量を設定しておく。そして、ＤＰＦ１８におけるＰＭ堆積量が再生開始量に達した時点でＤＰＦ再生処理を実施する。これにより、あらゆるエンジン運転状態においてＤＰＦ１８の熔損が確実に防止されるようにする。この処理としてＥＣＵ３０のマイコン３１は、以下に示す処理を実行する。

図２は、本実施形態におけるＤＰＦ再生処理に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理は、所定時間毎にＥＣＵ３０のマイコン３１により繰り返し実行される。

図２のステップＳ１１ではまず、ＤＰＦ再生処理を開始するための時期的条件が成立しているか否かを判定する。再生処理開始のための時期的条件としては、例えばエンジン始動時でないこと、アイドル運転中でないこと、排気温度が比較的低い運転状態（例えばエンジン１０の暖機が不十分である場合や渋滞走行時）でないこと等とする。再生処理開始の時期的条件が成立している場合にはステップＳ１２へ進む。なお、ステップＳ１１では、再生処理開始の時期的条件が成立していると一旦判定された後は、再生処理の終了条件が成立するまで肯定判定がなされる。

ステップＳ１２では、ＤＰＦ１８におけるＰＭ堆積量Ｍｄｐｆを算出する。本実施形態では、差圧センサ２３で検出した圧力損失ΔＰから、例えば圧力損失ΔＰとＰＭ堆積量Ｍｄｐｆとの関係を示す図示しないマップ等を用いてＰＭ堆積量Ｍｄｐｆを算出する。

続くステップＳ１３では、ＰＭ再生処理の実行中か否かを判定し、ＰＭ再生処理の実行中でなければステップＳ１４へ移行する。また、ステップＳ１４では、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが、ＤＰＦ再生処理の実行を開始するための判定値である再生開始量Ｍｓｔ以上か否かを判定する。

ここで、再生開始量Ｍｓｔについて詳述する。上述のとおり、本実施形態の再生開始量Ｍｓｔは、エンジン１０が全負荷運転からアイドル運転に移行することを考慮し、その移行に伴うＤＰＦ温度の上昇分を見込んで設定してある。再生開始量Ｍｓｔの設定に関し、本実施形態では、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆと再生目標温度Ｔｔｇとを予め関連付けておき、その関係から全負荷運転時での排気温度に対応するＰＭ堆積量を算出する。そして、そのＰＭ堆積量を再生開始量Ｍｓｔとする。

再生開始量Ｍｓｔの設定の仕方を示したものが図３である。図３のうち、（ａ）はＰＭ堆積量Ｍｄｐｆと再生目標温度Ｔｔｇとの関係を示す図であり、（ｂ）は再生開始量Ｍｓｔの設定に関する説明図である。再生目標温度Ｔｔｇについて図３（ａ）によれば、例えば直線Ｌとして示すように、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが多いほど再生目標温度Ｔｔｇが低くしてある。なお、再生目標温度Ｔｔｇについては、ＤＰＦ１８の入口温度、中心温度及び出口温度のいずれであってもよく、本実施形態ではＤＰＦ１８の入口温度とする。

図３（ａ）において、再生目標温度Ｔｔｇにつき本実施形態では、再生処理中にアイドル運転に突然移行した場合であっても、ＤＰＦ１８の温度がＤＰＦ限界温度Ｔｌｍｔを超えないように設定してある。つまり、ＤＰＦ１８の再生処理中にアイドル運転に突然移行した場合には、排気流量が大幅に減少するために熱の持ち去り量が減り、ＤＰＦ１８で過昇温が生じるおそれがある。そこで、図３（ａ）では、再生処理中にアイドル運転に移行するのに伴うＤＰＦ温度の上昇分を見込んで再生目標温度Ｔｔｇが設定してあり、ＤＰＦの再生処理中では、ＤＰＦ１８の例えば入口温度の上限値が制限してある。

本実施形態の再生開始量Ｍｓｔは、上記図３（ａ）の再生目標温度ＴｔｇとＰＭ堆積量Ｍｄｐｆとの関係を用い、更にエンジン１０の全負荷運転時における排気温度を考慮して設定してある。つまり、エンジン１０の全負荷運転時における排気温度が最大値Ｔｍａｘになることを想定すると、その全負荷運転時には排気温度を最大値Ｔｍａｘよりも低温にすることができない。この場合、図３（ｂ）で言えば、再生目標温度Ｔｔｇを最大値Ｔｍａｘ以下の温度に設定しても、排気熱によりＤＰＦ温度が最大値Ｔｍａｘ付近の温度まで過度に上昇してしまう。そこで、本実施形態では、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆと再生目標温度Ｔｔｇとの関係において、排気温度の最大値Ｔｍａｘに対応するＰＭ堆積量であるＭｓｔａを再生開始量Ｍｓｔとしている。換言すれば、再生開始量Ｍｓｔは、ＤＰＦ１８の限界温度Ｔｌｍｔと排気温度の最大値Ｔｍａｘとの温度差をΔＴ１とし、再生処理中にアイドル運転に移行することに伴い生じる温度上昇分をΔＴ２とした場合に、ΔＴ２がΔＴ１と等しくなる直線Ｌ上の値になっている。

図３（ｂ）について更に説明する。例えば、再生開始量ＭｓｔをＭｓｔａよりも小さい値Ｍｓｔｂとした場合（例えば、図３（ｂ）のＢとした場合）、少ない堆積量でＤＰＦ再生処理が開始されるため、ポスト噴射の頻度が高くなり、燃費悪化を招くことが懸念される。また、再生処理中のＰＭ堆積が少ないことに起因して酸化の進行が遅くなるため、再生処理に時間がかかってしまうことも考えられる。また、再生開始量ＭｓｔをＭｓｔａよりも大きい値Ｍｓｔｃとした場合（例えば、図３（ｂ）のＣとした場合）、再生目標温度よりも全負荷運転時における排気温度の方が高いため、ＤＰＦ温度が過高温になるおそれがある。これに対し、再生開始量ＭｓｔをＭｓｔａとすれば、全負荷運転時での排気温度に対応するＰＭ堆積量になった時点で再生処理が実施され、かつ再生処理の途中でアイドル運転に突然移行した場合にＤＰＦ限界温度を超えないよう再生目標温度Ｔｔｇが設定してあるため、全負荷運転からアイドル運転に突然移行した場合であっても、ＤＰＦ温度が限界温度を超えないようになっている。

この事象について、更に図４を用いて説明する。図４は、ＤＰＦ再生時においてエンジン運転状態が全負荷運転からアイドル運転に変化した場合のＤＰＦ温度の推移を示すタイムチャートである。なお、図４のうち、ＤＰＦ温度の推移を示す（ｂ）において、実線は全負荷運転時におけるＰＭ堆積量がＭｓｔａである場合の温度推移を示し、一点鎖線は全負荷運転時におけるＰＭ堆積量が、Ｍｓｔａよりも多い堆積量Ｍｓｔｃ（図３（ｂ）のＣ参照）である場合の温度推移を示している。

図４において、全負荷運転状態では、排気温度は最大値Ｔｍａｘ（例えば６００℃）となり、ＤＰＦ温度もほぼ６００℃となっている。そして、この状態からアイドル状態に移行する場合に、ＰＭ堆積量ＭｄｐｆがＭｓｔａ（本実施形態における再生開始量Ｍｓｔ）又はそれ以下であれば、アイドル移行後の温度ピークがＤＰＦ限界温度Ｔｌｍｔに達しない。これに対し、ＰＭ堆積量ＭｄｐｆがＭｓｔａよりも多ければ、アイドル移行後の温度ピークがＤＰＦ限界温度Ｔｌｍｔに達してしまう。これは、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆの違いによる温度上昇幅の相違に起因する。

図２の説明に戻り、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生開始量Ｍｓｔ以上であれば、ステップＳ１５へ移行し、噴射量制限処理を実行する。なお、噴射量制限処理の詳細については後述する。そして、続くステップＳ１６で、再生処理中のＤＰＦ１８の目標温度（再生目標温度）Ｔｔｇを算出する。再生目標温度Ｔｔｇの算出について本実施形態は、再生処理開始時におけるＰＭ堆積量と再生目標温度Ｔｔｇとの関係を例えば図４（ａ）のマップとして予め記憶しておき、そのマップからＰＭ堆積量Ｍｄｐｆに対応する再生目標温度Ｔｔｇを算出する。また、続くステップＳ１７では、ＤＰＦ再生処理として例えばポスト噴射を実施する。この再生処理では、ＤＰＦ１８の温度が再生目標温度Ｔｔｇ以下になるようにしている。

一方、ＤＰＦ再生処理の実行中の場合には、ステップＳ１３で肯定判定がなされ、ステップＳ１８へ進み、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが、ＤＰＦ１８の再生完了と判断される値（再生完了量）Ｍｓｐ以下か否かを判定する。ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生完了量Ｍｓｐよりも大きい場合には、ステップＳ１５以降の処理を実行することにより、ＤＰＦ再生処理を継続する。これに対し、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生完了量Ｍｓｐ以下の場合には、ステップＳ１９へ進み、ＤＰＦ再生処理を終了して本ルーチンを終了する。

次に、図２のフローチャートにおけるステップＳ１５の噴射量制限処理について説明する。例えばエンジン１０の暖機が不十分であったり、あるいは渋滞走行時であったりする等により排気温度が比較的低い運転状態が継続した場合には、ＤＰＦ再生処理を開始するための時期的要件が成立していないため、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生開始量ＭｓｔになってもＤＰＦ再生処理が開始されない。そのため、再生開始量Ｍｓｔを超えるＰＭがＤＰＦ１８に堆積した状態で車両走行が行われることになる。このとき、車両の走行状態が全負荷運転に移行され、更に全負荷運転からアイドル運転に移行すると、過剰量のＰＭ堆積の状態で比較的高温の排気がＤＰＦ１８に流れ込むことにより、ＤＰＦ１８の温度が限界温度Ｔｌｍｔを超えることが考えられる。その場合、ＤＰＦ１８に熔損が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生開始量Ｍｓｔを超える場合には、燃料噴射弁１７の最大噴射量Ｑｆｍａｘを制限することにより、全負荷運転時における排気温度の上限値を制限する処理（噴射量制限処理）を実行する。

図５は、噴射量制限処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず図５のステップＳ２１では、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆと再生開始量Ｍｓｔとを比較する。ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生開始量Ｍｓｔよりも多ければステップＳ２２へ進み、燃料噴射弁１７の最大噴射量Ｑｆｍａｘを制限する。最大噴射量Ｑｆｍａｘにつき本実施形態では、全負荷運転からアイドル運転に移行した場合におけるエンジン１０の排気温度がＤＰＦ限界温度Ｔｌｍｔ近くになるように設定してある。

以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。

ＤＰＦ再生処理の再生開始量Ｍｓｔを、エンジン運転状態が全負荷運転からアイドル運転に移行する場合のＤＰＦ温度の上昇分を見込んで設定してあるため、エンジン運転状態の変化に起因するＤＰＦ１８の過昇温があらゆるエンジン運転状態の下で生じないよう適正な時期に再生処理を開始することができる。これにより、エンジン１０のあらゆる運転状態においてＤＰＦ１８の過昇温を抑制することができ、ひいてはＤＰＦ１８の破損を防止することができる。

ＤＰＦ１８の過昇温が最も生じやすいエンジン運転状態でＤＰＦ１８の最高温度がＤＰＦ限界温度Ｔｌｍｔ未満の近傍値になるため、ＤＰＦ１８の過昇温を抑制しつつ、できるだけ高温でＤＰＦ再生処理を実施することができる。これにより、ＤＰＦ１８の熔損防止と効率のよい再生処理とを、エンジン運転状態のあらゆる変化の態様においてバランスよく実現することができる。

また、ＤＰＦ再生処理をポスト噴射により実施する構成においては、気筒１９内のピストンが下死点に向かって下降している最中にポスト噴射が実施されるため、その噴射した燃料が気筒内壁とピストンとの摺動部におけるクリアランスからピストン下方に漏れ出ることにより、オイル貯留部（オイルパン）内のエンジンオイルが希釈されることが懸念されるところ、本実施形態では、できるだけ高温でＤＰＦ再生処理を実施するため、ＤＰＦ再生処理が長引くのを防ぐことができる。これにより、燃料がオイルパン内に浸入するのを抑制することができ、ひいてはエンジンオイルの希釈を防止することができる。

再生処理中にアイドル運転に移行する場合のＤＰＦ１８の温度上昇分ΔＴ２が、ＤＰＦ上限温度Ｔｌｍｔと排気温度の最大値との温度差ΔＴ１と等しくなるＰＭ堆積量を再生開始量Ｍｓｔとしているため、エンジン１０の運転状態が、全負荷運転からアイドル運転に移行する場合だけでなくその他あらゆる運転状態において、ＤＰＦ温度が上限温度Ｔｌｍｔを超えないようにすることができる。

ＤＰＦ１８の再生目標温度Ｔｔｇを、再生処理中にアイドル運転に移行する場合におけるフィルタ温度の上昇分を見込んで設定してあるため、ＤＰＦ１８のＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生開始量Ｍｓｔになって再生処理が開始される際に、その再生途中でアイドル運転に移行した場合であっても、再生処理中のＤＰＦ１８の過昇温を抑制することができる。また、この構成において、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆに応じて再生目標温度Ｔｔｇを設定するとともに、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆと再生目標温度Ｔｔｇとの関係から、全負荷運転時の排気温度に対応するＰＭ堆積量を再生開始量Ｍｓｔとして設定しておく構成としたため、エンジン運転状態の変化に起因するＤＰＦ１８の過昇温が最も生じやすい状況下であっても、ＤＰＦ温度がＤＰＦ限界温度を超えないようにすることができる。

燃料噴射量の上限値を制限する構成としたため、ＤＰＦ１８にＰＭが再生開始量Ｍｓｔを超えて堆積した場合に排気温度が高くなりすぎるのを防ぐことができ、ＤＰＦ１８の破損を好適に防止することができる。また、燃料噴射量の制限は、上限値のみ制限する構成としたため、エンジン運転状態が全負荷運転の場合にのみ実施される。これにより、車両走行への影響を最小限に抑えつつＤＰＦ１８の過昇温を抑制することができる。

ＤＰＦ１８がコージエライトからなるため、炭化ケイ素（ＳｉＣ）といった他のセラミックス担体に比べてＤＰＦ１８の限界温度が低いところ、本実施形態では、エンジン運転状態が全負荷運転からアイドル運転に移行する場合のＤＰＦ温度の上昇分を見込んで再生開始量Ｍｓｔが設定してあるため、あらゆるエンジン運転状態においてＤＰＦ１８の過昇温を抑制するといった効果を好適に実現できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

・本実施形態では、ＤＰＦ再生処理の再生開始量Ｍｓｔを固定値とする構成としたが、可変にする構成としてもよい。例えば、エンジン１０が全負荷運転からアイドル運転に移行した場合におけるＤＰＦ温度と限界温度Ｔｌｍｔとの比較結果に基づいて、次回以降のＤＰＦ再生時における再生開始量Ｍｓｔを増側又は減側に変更する。具体的には、フィルタ限界温度Ｔｌｍｔよりも所定温度αだけ低い温度を許容温度（Ｔｌｍｔ−α）とした場合に、エンジン１０が全負荷運転からアイドル運転に移行した場合において、ＤＰＦ温度が許容温度よりも所定温度以上低い場合に、再生開始量Ｍｓｔを増側に変更する。これにより、その後にエンジン１０が全負荷運転からアイドル運転に移行した場合に、ＤＰＦ温度をできるだけ限界温度Ｔｌｍｔ近くにすることができ、ＰＭ酸化を実施する上で好適である。また、再生開始量Ｍｓｔが増側に設定されるため、ＤＰＦ再生処理の実行頻度を低減することができ、エンジンオイルの希釈を抑制することができる。一方、エンジン１０が全負荷運転からアイドル運転に移行した場合に、ＤＰＦ温度が許容温度を超える場合には、次回以降のＤＰＦ再生時における再生開始量Ｍｓｔを減側に変更する。これにより、ＰＭ堆積量がより少ない段階で再生処理が開始されるため、フィルタ温度が過度に上昇するのを抑制することができる。したがって、その後にエンジン１０が全負荷運転からアイドル運転に移行した場合であっても、フィルタ温度が許容温度を超えないようにすることができる。

・また、ＰＤＦ再生処理の再生開始量Ｍｓｔを可変にする構成において、現時点よりも後のエンジン運転状態を予測し、その予測結果に応じて再生開始量Ｍｓｔを増側又は減側に変更してもよい。エンジン運転状態の予測として具体的には、例えばナビゲーションシステム情報や車両の走行履歴などに応じて行う。例えば、ナビゲーションシステム情報により交通渋滞に突入することが予見される場合には、全負荷運転が行われない可能性が非常に高いため、再生開始量Ｍｓｔを増側に変更する。また、車両の走行履歴により高速道路の走行頻度が比較的高いと判断される場合には、全負荷運転が実施される可能性が高いため、再生開始量Ｍｓｔを減側に設定する。こうすることで、エンジン１０の運転状態に応じて再生開始量Ｍｓｔを好適に設定することができる。

・上記実施形態では、差圧センサ２３で検出した圧力損失ΔＰに基づいてＰＭ堆積量Ｍｄｐｆを推定し、そのＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生開始量Ｍｓｔになった時点でＤＰＦ再生処理を開始する構成としたが、差圧センサ２３からの圧力損失ΔＰが、再生開始量Ｍｓｔに相当する値になった時点でＤＰＦ再生処理を開始する構成としてもよい。

・上記実施形態では、ＤＰＦ再生処理としてポスト噴射を実施することで未燃燃料をＤＰＦ１８に供給する構成としたが、これに限定されず、例えばメイン噴射の噴射量を増量することで未燃燃料をＤＰＦ１８に供給したり、メイン噴射の噴射時期を遅角したりする構成としてもよい。あるいは、排気管１６に燃料噴射弁（いわゆる排気噴射弁）を設け、その燃料噴射弁により排気管１６内に燃料を噴射することで、ＤＰＦ１８に燃料を供給する硬性としてもよい。

・上記実施形態では、ＰＭ堆積量Ｍｄｐｆが再生開始量Ｍｓｔを超える場合に燃料噴射弁１７からの最大噴射量Ｑｍａｘを制限する構成としたが、燃料噴射弁１７からの最大噴射量Ｑｍａｘを制限するための要件としてはこれに限定しない。例えば、ＰＭ堆積量ＭｄｐｆとＤＰＦ温度とに基づいて、その後に全負荷運転からアイドル運転に移行した場合のＤＰＦ温度の最大値を予測し、その予測した値がＤＰＦ限界温度Ｔｌｍｔを超える場合に最大噴射量Ｑｍａｘを制限する構成としてもよい。この場合にも、上記構成と同様の効果が得られる。

エンジン制御システムの全体概略を示す構成図。ＤＰＦ再生処理に関する処理手順の一例を示すフローチャート。再生開始量の設定の仕方を説明する図であり、（ａ）はＰＭ堆積量と再生目標温度との関係を示す図であり、（ｂ）は再生開始量の設定に関する図である。ＤＰＦ再生時においてエンジン運転状態が全負荷運転からアイドル運転に変化した場合のＤＰＦ温度の推移を示すタイムチャート。噴射量制限処理の処理手順の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１０…エンジン、１８…ＤＰＦ、２２ａ，２２ｂ…排気温度センサ、２３…差圧センサ、３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、３１…マイコン。

Claims

排気中における粒子状物質を捕集するフィルタの再生処理として、内燃機関の排気温度を上昇させて前記フィルタに堆積した粒子状物質の酸化処理を実施する内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の量であるＰＭ堆積量を算出する堆積量算出手段と、
前記再生処理を開始するＰＭ堆積量を、前記内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行した場合におけるフィルタ温度の上昇分を見込んで再生開始堆積量として設定する開始量設定手段と、
前記堆積量算出手段により算出したＰＭ堆積量が前記開始量設定手段により設定した再生開始堆積量に達した場合に前記フィルタの再生処理を実施する再生制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記開始量設定手段は、前記内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行した場合における前記フィルタの最高温度が、前記フィルタの耐熱上限値である上限温度未満であってかつ該上限温度の近傍値になるよう前記再生開始堆積量を設定す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装置。
前記開始量設定手段は、前記フィルタの耐熱上限値である上限温度と前記内燃機関の全負荷運転時における排気温度との温度差をΔＴ１とし、前記再生処理の実行中に前記内燃機関がアイドル運転状態に移行することに伴い生じる前記ＰＭ堆積量ごとの温度上昇分をΔＴ２とした場合に、前記温度上昇分ΔＴ２が前記温度差ΔＴ１と等しくなるＰＭ堆積量、又は前記温度上昇分ΔＴ２が前記温度差ΔＴ１未満になるＰＭ堆積量を前記再生開始堆積量として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記再生処理中におけるフィルタ温度の目標値を、前記再生処理の実行中にアイドル運転相当に移行する場合におけるフィルタ温度の上昇分を見込んで前記ＰＭ堆積量に応じて設定する目標温度設定手段を備え、
前記再生制御手段は、前記目標温度設定手段により設定した目標値以下となるようにフィルタ温度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記開始量設定手段は、前記ＰＭ堆積量と前記フィルタ温度の目標値との関係から前記内燃機関の全負荷運転時の排気温度に対応する前記ＰＭ堆積量を算出し、該算出したＰＭ堆積量を前記再生開始堆積量とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記堆積量算出手段により算出したＰＭ堆積量が前記再生開始堆積量よりも多い場合に、前記内燃機関の燃料供給量の上限値を制限することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
フィルタ温度を検出する温度検出手段を備え、
前記開始量設定手段は、前記内燃機関が全負荷運転相当からアイドル運転相当に移行した場合に、前記温度検出手段により検出したフィルタ温度と、前記フィルタの耐熱上限値を基に定めた許容温度とを比較し、その比較結果に基づいて次回以降の前記フィルタの再生時における前記再生開始堆積量を増側又は減側に変更することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。