JP4844467B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、前段の酸化触媒で生成させる二酸化窒素ＮＯ₂により、後段の排気微粒子フィルタに捕集された排気微粒子を酸化除去する内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンにおける排気浄化装置として、排気微粒子を捕集する排気微粒子フィルタを備えると共に、その上流側に酸化触媒を備え、前記酸化触媒で生成される酸化活性の高い二酸化窒素ＮＯ₂を排気微粒子フィルタに流入させることで、排気微粒子フィルタに捕集される排気微粒子を内燃機関の運転中に連続的に酸化除去する連続再生装置が知られている（特許文献１等参照）。
特開２００５−３１５１９０号公報

ところで、上記のように、二酸化窒素ＮＯ₂を利用して排気微粒子フィルタに捕集された排気微粒子を連続的に酸化除去させる場合、フィルタの温度とフィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂濃度をそれぞれ最適値とすることで、高い効率で排気微粒子を酸化除去させることができる。

しかし、従来装置では、フィルタの温度とフィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂濃度とをそれぞれに最適値に制御する手段を備えておらず、また、例えば、排気還流（ＥＧＲ）によって機関から排出される窒素酸化物ＮＯｘの濃度を制御しようとすると、排気還流率の変化によって吸気温度が変化し、引いては、フィルタ温度が変化してしまうため、フィルタの温度とフィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂濃度とを同時に最適値に制御することが困難であった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、排気微粒子フィルタの温度及びフィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂濃度を同時に最適値に制御できるようにして、二酸化窒素ＮＯ₂を利用した連続再生を効率良く行わせることを目的とする。

このため、本発明では、内燃機関の吸気系に還流させる排気の量及び温度を制御することで、排気微粒子フィルタの温度及び排気微粒子フィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂の濃度を制御する再生制御手段を備えたことを特徴とする。

上記発明によると、吸気系に還流させる排気の量の増減によって、機関から排出される窒素酸化物ＮＯｘの量を制御することで、酸化触媒で酸化されて排気微粒子フィルタに流入する二酸化窒素ＮＯ₂濃度を制御することができる。

ここで、例えば、二酸化窒素ＮＯ₂濃度を低下させるべく排気還流量（排気還流率）を増大させると、吸気温度が上がり、排気温度が上がって、最終的には排気微粒子フィルタの温度を上昇させることになるが、還流させる排気の温度を低下させることで、前記フィルタ温度の上昇を抑制できる。

また、排気微粒子フィルタの温度を高めるべく還流させる排気の温度を増加させた場合には、還流させる排気の密度が低下することで実質的な排気還流率が低下してしまうが、このとき同時に排気還流量を増大させる補正を行うことで、排気還流率を保持させることができ、結果的に、フィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂の濃度を維持できる。

従って、排気微粒子フィルタの温度及び排気微粒子フィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂の濃度をそれぞれに連続再生における最適値に制御することが可能である。

尚、前記還流排気の温度は、還流される排気の冷却度合いを制御することで調整可能であり、例えば、排気還流通路に介装されるクーラーを通過させる排気量と前記クーラーを迂回させる排気量との比率を制御することで調整可能である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

図１は、実施形態における車両用内燃機関の全体的構成を示している。

内燃機関１はディーゼルエンジンであり、排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置（ＥＧＲシステム）４を備えている。

前記排気還流装置４は、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを連通する排気還流通路４ａと、排気還流通路４ａに介装されアクチュエータによって開度が制御される排気還流制御弁４ｂ（ＥＧＲ弁）と、前記排気還流通路４ａを通過する排気を冷却するクーラー４ｃと、該クーラー４ｃを迂回して排気を還流させるための迂回路４ｄと、該迂回路４ｄの分岐部及び合流部にそれぞれ介装され、前記クーラー４ｃ側に流す排気量と迂回路４ｄ側に流す排気量との比率を変化させる一対の切替え弁４ｅとを含んで構成される。

前記排気還流制御弁４ｂ及び切替え弁４ｅは、モータ等のアクチュエータによって駆動され、各アクチュエータは、マイクロコンピュータを内蔵する電子コントロールユニット６によって制御される。

前記クーラー４ｃは、例えば、機関１の冷却水を用いた水冷式のクーラーであるが、冷却方式を水冷に限定するものではない。

内燃機関１に対する燃料噴射は、コモンレール式の燃料噴射装置８によって行われる。

前記コモンレール式の燃料噴射装置８においては、サプライポンプ９によって加圧された燃料を、燃料配管１０を介してコモンレール１１に供給し、前記コモンレール１１から各気筒の燃料噴射ノズル１２に高圧燃料を分配する。

前記コモンレール１１内の燃料圧力は、図示省略したプレッシャレギュレータによって調整されるようになっており、コモンレール１１には、該コモンレール１１内の燃料圧力を検出するために燃料圧力センサ１４が設けられている。更に、サプライポンプ１１の上流側には、燃料温度を検出する燃温センサ１５が配置されている。

また、各気筒の燃焼室には、グロープラグ１７が配置されている。

更に、内燃機関１には、排気タービン１９とコンプレッサ２０とを同軸上に連結したターボ過給機２１が備えられている。

前記排気タービン１９は、排気通路２における排気還流通路４ａの分岐点より下流側に配置され、かつ、前記排気タービン１９のスクロール入口には、可変ノズル２２が備えられる。

前記可変ノズル２２は、制御圧力（制御負圧）に応動するダイヤフラム式のアクチュエータ２３によって駆動され、かつ、上記制御圧力は、デューティ制御される圧力制御弁２４を介して生成される。

そして、前記可変ノズル２２の開度を小さくした状態では、ターボ過給機２１が、排気流量の少ない運転条件に適した小容量特性となり、可変ノズル２２の開度を大きくした状態では、ターボ過給機２１が、排気流量の多い運転条件に適した大容量特性となる。

前記排気タービン２２下流側の排気通路２には、担体に白金等の貴金属を担持させた酸化触媒コンバータ２７が配置され、該酸化触媒コンバータ２７の下流側には、微粒子捕集フィルタ（Diesel particulate filter：ＤＰＦ）２８が配置されている
前記微粒子捕集フィルタ２８は、排気微粒子（particulate matter：ＰＭ）を捕集除去するためのフィルタであり、例えば、コーディエライト等の柱状のフィルタ材料にハニカム状の多数の微細な通路を形成すると共に、その端部を交互に閉塞してなるウォールフローハニカム構造（いわゆる目封じ型）のフィルタが用いられている。

前記微粒子捕集フィルタ２８の入口側および出口側には、それぞれ入口側及び出口側での排気温度を検出する排気温度センサ２９，３０が配置されている。前記排気温度センサ２９及び／又は排気温度センサ３０の検出結果から、微粒子捕集フィルタ２８の温度を推定できる。

更に、排気微粒子の堆積に伴い微粒子捕集フィルタ２８の圧力損失が変化するので、微粒子捕集フィルタ２８の入口側と出口側との間の圧力差を検出する差圧センサ３１が設け、前記差圧から排気微粒子の堆積量を推定できるようにしてある。

また、微粒子捕集フィルタ２８のフィルタ部材の直前には、排気中のＮＯｘ（ＮＯとＮＯ₂の両方）濃度を検出するＮＯｘセンサ５１と、ストイキ空燃比を検出する酸素センサ５２とが設けられ、微粒子捕集フィルタ２８の直後にもストイキ空燃比を検出する酸素センサ５３が配置されている。

また、前記酸化触媒コンバータ２７の前後それぞれには、排気空燃比を広域に検出する広域空燃比センサ５４，５５が配置されている。

前記吸気通路３に介装された上記コンプレッサ２０の上流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ３３が配設され、さらにその上流には、エアクリーナ３４が配設されている。

前記エアクリーナ３４の入口側には、大気圧を検出する大気圧センサ３５が配置されている。

また、前記コンプレッサ２０とコレクタ部３ａとの間には、過給された高温の吸気を冷却するためのインタークーラ３６が設けられている。

更に、前記吸気通路３のコレクタ部３ａ入口側には、内燃機関１に吸入される新気量を制限する吸気絞弁３８が介装されており、この吸気絞弁３８は、ステッピングモータ等からなるアクチュエータ３９により開閉駆動され、前記アクチュエータ３９は、電子コントロールユニット６の制御信号により制御される。

また、前記コレクタ部３ａには、過給圧を検出する過給圧センサ４０と、吸気温度を検出する吸気温度センサ４１とが設けられる。

また、内燃機関１の冷却水温度を検出する水温センサ４３、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ４４、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４５などが設けられている。

前記電子コントロールユニット６は、内燃機関１における燃料噴射量や過給圧などを制御すると共に、前記微粒子捕集フィルタ２８の再生を制御する。

前記微粒子捕集フィルタ２８の再生には、酸化触媒２７で生成される二酸化窒素ＮＯ₂を用いた連続再生と、吸気絞りによる空燃比のリッチ化或いはメイン噴射の遅角又はポスト噴射によって、微粒子捕集フィルタ２８の温度を通常運転時よりも大幅に上昇させての強制昇温再生とが含まれ、更に、前記連続再生を効率良く行わせるために、本実施形態では、前記排気微粒子フィルタ２８の温度及び排気微粒子フィルタ２８中の二酸化窒素ＮＯ₂の濃度をそれぞれの目標値に制御する連続再生制御が、前記電子コントロールユニット６によって行われる。

即ち、前記電子コントロールユニット６は、再生制御手段及び強制昇温再生手段としての機能を有している。

図２のフローチャートは、前記電子コントロールユニット６による微粒子捕集フィルタ２８の連続再生制御の様子を示す。

図２のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１０１では、各種運転条件の検出を行う。

前記各種運転条件には、燃料噴射量ＱＦ（機関負荷）、エンジン回転数ＮＥ（rpm）、微粒子捕集フィルタ２８の前後差圧（排気微粒子の堆積量）、微粒子捕集フィルタ２８の入り口排気温度（フィルタ温度）などが含まれる。

次のステップＳ１０２では、差圧センサ３１で検出される微粒子捕集フィルタ２８の前後差圧から推定される排気微粒子の堆積量が、飽和量に基づき設定される規定値を超えているか否かを判断する。

そして、排気微粒子の堆積量が前記規定値を超えていて飽和量に近い場合には、早急に排気微粒子を酸化除去させる必要があるので、ステップＳ１０３へ進んで、強制昇温再生制御を実行する。

前記ステップＳ１０３における強制昇温再生制御においては、微粒子捕集フィルタ２８の温度を大幅に上昇させるための制御として、吸気絞りによる空燃比のリッチ化を行わせるか、メイン噴射時期の遅角又はポスト噴射を行わせるかを、図３に示すように、そのときのエンジン回転数Ｎｅ（rpm）と燃料噴射量ＱＦ（機関負荷）とから決定する。

吸気絞りによる空燃比のリッチ化、或いは、メイン噴射時期の遅角又はポスト噴射を行わせることで、いずれの場合も排気中の未燃焼成分（ＨＣ）が増え、これが排気系で酸化されることで、微粒子捕集フィルタ２８の温度を、例えば６００℃を超える高温にまで上昇させ、これによって微粒子捕集フィルタ２８に堆積した微粒子を酸化除去させる。

一方、微粒子捕集フィルタ２８における排気微粒子の堆積量が前記規定値以下であれば、前記強制昇温再生制御が行われずに、酸化触媒コンバータ２７で生成される酸化活性の高い二酸化窒素ＮＯ₂を排気微粒子フィルタ２８に流入させることで、排気微粒子フィルタ２８に捕集されている排気微粒子を比較的低温で連続的に酸化除去する連続再生が行われることになるが、フィルタ２８の温度及びＮＯ₂を積極的に制御することで、前記連続再生をより効率良く行わせることが可能であるので、ステップＳ１０４以降へ進んで、前記連続再生制御のための演算処理を行う。

まず、連続再生制御を行っても再生（排気微粒子の酸化除去）を促進させることができない場合には、連続再生制御を行う必要はないので、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１０では、連続再生制御を行うことで再生を促進させることができるか否かを判断する。

まず、ステップＳ１０４では、現状の運転条件から判断されるフィルタ２８の温度と、現時点での排気微粒子の堆積量と、現時点でのフィルタ２８中のＮＯ₂濃度とから、連続再生制御を行わなかった場合の排気微粒子の酸化除去速度（単位時間当たりにフィルタ２８において酸化除去される排気微粒子の量）を推定演算する。

具体的には、現状での燃料噴射量ＱＦ（機関負荷）及びエンジン回転数ＮＥから推定されるフィルタ２８の温度（排気温度）と、差圧センサ３１で検出される微粒子捕集フィルタ２８の前後差圧から推定される排気微粒子の堆積量と、前記ＮＯｘセンサ５１で検出されるＮＯｘ濃度とから、連続再生制御を行わなかった場合の排気微粒子の酸化除去速度を推定する。

尚、前記排気微粒子の堆積量は、微粒子捕集フィルタ２８の前後差圧と共に、そのときの排気流量やフィルタ温度を考慮することが好ましい。

図４に示すように、連続再生が活発に行われるフィルタ２８の最適温度（例えば３００℃）が存在し、この最適温度のときに、二酸化窒素ＮＯ₂を利用した排気微粒子の酸化除去速度が最も高くなり、最適温度よりも高くなるほど、また、低くなるほど、酸化除去速度は低下する。

また、排気微粒子の堆積量が多いと連鎖的に酸化が進行することになるので、図５に示すように、フィルタ２８における排気微粒子の堆積量が多いほど、排気微粒子の酸化除去速度は高くなる。

更に、二酸化窒素ＮＯ₂を利用した連続再生が活発に行われるＮＯ₂濃度の最適値が存在し、フィルタ２８中のＮＯ₂濃度が前記最適値のときに、排気微粒子の酸化除去速度が最も高くなり、最適濃度よりも低くなると酸化除去速度は低下し、また、濃度が過剰に高くても酸化除去速度は低下する。

尚、前記ＮＯ₂濃度の最適値は、排気微粒子の堆積量に対して決定され、堆積量が多いほどＮＯ₂濃度の最適値は高くなる。

次のステップＳ１０５では、連続再生制御におけるフィルタ２８の温度（排気温度）の目標値と、差圧センサ３１で検出される微粒子捕集フィルタ２８の前後差圧から推定される排気微粒子の堆積量と、連続再生制御におけるＮＯ₂濃度の目標値とから、連続再生制御を行った場合の排気微粒子の酸化除去速度を推定する。

前記連続再生制御における目標温度及び目標濃度は、排気微粒子の酸化除去速度が最も高くなる最適温度・最適濃度である。

ステップＳ１０６では、現時点の運転条件（燃料噴射量ＱＦ，エンジン回転数ＮＥ，排気温度（酸化触媒２７の温度）等）から、現状での微粒子捕集フィルタ２８への排気微粒子の流入速度（単位時間当たりに流入する微粒子量）を推定演算する。

ステップＳ１０７では、連続再生制御を行った場合の運転条件（燃料噴射量ＱＦ，エンジン回転数ＮＥ，排気温度（酸化触媒２７の温度）等）から、連続再生制御を実行した場合における、微粒子捕集フィルタ２８への排気微粒子の流入速度（単位時間当たりに流入する微粒子量）を推定演算する。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０４で求めた、連続再生制御を行わなかった場合の排気微粒子の酸化除去速度と、ステップＳ１０６で求めた、現状での微粒子捕集フィルタ２８への排気微粒子の流入速度との差として、連続再生制御を行わなかった場合での排気微粒子の堆積速度を求める。

即ち、酸化除去速度が流入速度よりも速ければ（酸化除去量が流入量よりも多ければ）、堆積量は減少変化することになり、逆に、酸化除去速度が流入速度よりも遅ければ（酸化除去量が流入量よりも少なければ）、堆積量は増大変化することになる。

尚、連続再生制御を行わなかった場合とは、フィルタ２８の温度及びフィルタ２８中のＮＯ₂濃度を、連続再生における最適値に積極的に制御しないことを意味し、二酸化窒素ＮＯ₂を利用した排気微粒子の酸化除去である連続再生が行われなくなることを示すものではない。

ステップＳ１０９では、ステップＳ１０５で求めた、連続再生制御を行った場合の排気微粒子の酸化除去速度と、ステップＳ１０７で求めた、連続再生制御を行った場合の運転条件での微粒子捕集フィルタ２８への排気微粒子の流入速度との差として、連続再生制御を行った場合での排気微粒子の堆積速度を求める。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８で求めた連続再生制御を行わなかった場合での排気微粒子の堆積速度と、ステップＳ１０９で求めた連続再生制御を行った場合での排気微粒子の堆積速度とを比較する。

ここで、連続再生制御を行った場合での排気微粒子の堆積速度（単位時間当たりの堆積量）が、連続再生制御を行わなかった場合での排気微粒子の堆積速度（単位時間当たりの堆積量）よりも遅い（少ない）場合には、連続再生制御を実行することで、微粒子捕集フィルタ２８の連続再生（排気微粒子の酸化除去）を促進できることになるので、ステップＳ１１１以降へ進んで連続再生制御を実行する。

一方、連続再生制御を行った場合での排気微粒子の堆積速度（単位時間当たりの堆積量）が、連続再生制御を行わなかった場合での排気微粒子の堆積速度（単位時間当たりの堆積量）よりも速い（多い）か又は同等である場合には、連続再生制御を実行しても連続再生の効率は改善されないので、連続再生制御を実行することなく本ルーチンを終了させる。

例えば、図６において、現状の酸化除去速度がＡ１点で、排気微粒子の流入速度がＡ’点であるとすると、Ａ’点とＡ１点との差分が堆積速度を示すことになり、連続再生は行われるものの流入量が上回っているための堆積量が増えることになる。

一方、図６において、連続再生制御を行った場合の酸化除去速度はＢ１点で、また、連続再生制御を行った場合の流入速度はＢ’点であるから、同じくＢ’点とＢ１点との差分が堆積速度を示すことになるが、この場合、連続再生制御を実行することで、堆積速度が小さくなり、排気微粒子の堆積量が増えるもののその進行が抑制されることになる。

また、図７において、現状の酸化除去速度が、堆積量が多いためにＡ２点であったとすると、排気微粒子の流入速度Ａ’点との差が小さく、堆積の進行が比較的小さいが、一方で、連続再生制御を行った場合の酸化除去速度はＢ２点になって、流入速度のＢ’点を上回り、堆積量を減少させることになる。

上記のように、連続再生制御を行うことで、排気微粒子の堆積の進行をより遅らせることができるか、又は、排気微粒子の堆積量をより減少させることができると判断される場合に、連続再生制御を実行させる（作動許可手段）。

連続再生制御においては、まず、ステップＳ１１１において、微粒子捕集フィルタ２８の温度が最適温度（例えば３００℃）付近であるか否かを判断する。

そして、微粒子捕集フィルタ２８の温度が最適温度（例えば３００℃）付近でなければ、ステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１２では、現在の微粒子捕集フィルタ２８の温度が最適温度よりも高いか低いかを判別する。

そして、現在の微粒子捕集フィルタ２８の温度が最適温度よりも低い場合には、ステップＳ１１３へ進み、切替え弁４ｅを制御して迂回路４ｄ側に流れる排気量（バイパス排気量）を増やし、相対的に、クーラー４ｃ側に流れる排気量を減らす。

これにより、吸気系に還流される排気の温度が上昇することで、吸気温度が上がり、排気温度が高くなって、微粒子捕集フィルタ２８の温度が増大変化し、最適温度に近づく。

また、前記切替え弁４ｅの制御に並行して、排気還流制御弁４ｂの開度を、排気還流率を維持させるべく、還流排気の温度上昇に見合った分だけ増大補正する。

図８（Ａ）に示すように、還流排気の温度を増大させることは、還流させる排気の密度を低下させることになり、そのままでは実質的な排気還流率が低下し、図８（Ｂ）に示すように、機関１から排出されるＮＯｘ量を増大させることになってしまい、フィルタ２８の温度を最適値にするために、二酸化窒素ＮＯ₂の濃度も変化させることになってしまう。

そこで、フィルタ２８の温度を上昇させるべく、還流排気の温度を高くする場合には、同時に、排気還流制御弁４ｂの開度を増大させて排気還流率、即ち、機関１から排出されるＮＯｘ量が保持されるようにする。

一方、ステップＳ１１２で微粒子捕集フィルタ２８の温度が最適温度よりも高いと判断されたときには、ステップＳ１１４へ進み、切替え弁４ｅを制御して迂回路４ｄ側に流れる排気量（バイパス排気量）を減らし、相対的に、クーラー４ｃ側に流れる排気量を増やすことで、還流排気の温度を低下させて吸気温度を低下させ、排気温度、引いては、フィルタ２８の温度を低下させる。

同時に、還流排気の温度を低下させることによる排気還流率の増大変化を相殺すべく、排気還流制御弁４ｂの開度を減少補正する。

上記の制御を繰り返すことで、排気還流率（機関１から排出されるＮＯｘ量）を変えずに、フィルタ２８の温度を最適温度付近にまで変化させる。

そして、フィルタ２８の温度が最適温度付近になると、ステップＳ１１５へ進み、現在の微粒子捕集フィルタ２８中のＮＯ₂濃度が最適濃度付近であるか否かを判断する。

ここで、ＮＯ₂濃度が最適濃度付近であれば、温度及びＮＯ₂濃度が共に最適値になっていることになるので、排気還流制御弁４ｂの開度及び切替え弁４ｅによるバイパス流量を変更することなく、本ルーチンを終了させる。

微粒子捕集フィルタ２８中のＮＯ₂濃度が最適濃度付近でない場合には、ステップＳ１１６へ進み、現在のフィルタ２８中のＮＯ₂濃度が最適濃度よりも濃いか薄いかを判別する。

現在のフィルタ２８中のＮＯ₂濃度が最適濃度よりも低い場合には、ステップＳ１１７へ進み、機関１から排出されるＮＯｘ濃度を増大させるべく、排気還流制御弁４ｂの開度（排気還流率）を減少補正し、また、排気還流率の減少によって吸気温度引いてはフィルタ２８の温度が低下することがないように、切替え弁４ｅを制御して迂回路４ｄ側に流れる排気量（バイパス排気量）を増やし、相対的に、クーラー４ｃ側に流れる排気量を減らすことで、還流排気の温度を増大させる。

図９（Ａ）に示すように、還流排気の温度を増大させると、前述のように、還流排気の密度が低下し、実質的に排気還流率は低下することになるから、同時に、排気還流制御弁４ｂの開度を絞れば、還流排気の温度を高めつつ機関排気のＮＯｘ濃度を増大させることになり、結果的に、図９（Ｂ）に示すように、排気温度（フィルタ２８の温度）を略保持したまま、排気還流率を低下させることができる。

一方、現在のフィルタ２８中のＮＯ₂濃度が最適濃度よりも濃い場合には、ステップＳ１１８へ進み、機関１から排出されるＮＯｘ濃度を低下させるべく、排気還流制御弁４ｂの開度（排気還流率）を増大補正し、また、排気還流率の増大によって吸気温度引いてはフィルタ２８の温度が増大することがないように、切替え弁４ｅを制御して迂回路４ｄ側に流れる排気量を減らし、相対的に、クーラー４ｃ側に流れる排気量を増やすことで、還流排気の温度を低下させる。

上記制御を繰り返すことで、フィルタ２８中のＮＯ₂濃度を最適濃度にし、フィルタ２８の温度及びフィルタ２８中のＮＯ₂濃度がそれぞれの最適値に制御されることで、ＮＯ₂を利用した連続再生の効率を最大限にできる。

従って、フィルタ２８の温度及びフィルタ２８中のＮＯ₂濃度を制御しない場合に比べて、連続再生による排気微粒子の酸化除去が促進され、フィルタ２８に排気微粒子が堆積すること抑止する効果が高くなる。

連続再生によって排気微粒子の堆積を抑止できれば、それだけ、排気微粒子が飽和量付近にまで堆積するのに時間を要することになり、強制昇温再生制御が行われる頻度を減らすことができる。

前記強制昇温再生制御においてメイン噴射時期の遅角やポスト噴射を行うと、燃料がシリンダボアに付着することで、燃料によるオイルの希釈を進行させ、また、燃費性能を低下させることになるが、本実施形態によると、強制昇温再生制御が行われる頻度を減らすことができるから、強制昇温再生制御によるオイル希釈を減少させ、燃費性能の低下を抑止できる。

ここで、フィルタ２８の温度及びフィルタ２８中のＮＯ₂濃度をそれぞれの最適値に制御するための、排気還流制御弁４ｂ（ＥＧＲ弁）及び切替え弁４ｅ（バイパス排気量）の制御をまとめると、図１０に示すようになる。

フィルタ２８の温度及びフィルタ２８中のＮＯ₂濃度がそれぞれ最適値であれば、そのときの排気還流制御弁４ｂ（ＥＧＲ弁）の開度及び切替え弁４ｅによるバイパス排気量を保持させるが、例えば、フィルタ２８の温度が最適温度よりも高くなると、バイパス排気量を減らして還流排気の温度を下げるようにするが、還流排気の温度を低下させることで、排気還流率が高くなると、ＮＯ₂濃度が最適値からずれてしまうので、排気還流制御弁４ｂ（ＥＧＲ弁）の開度を絞って、排気還流率の変化を相殺させる。

逆に、フィルタ２８の温度が最適温度よりも低くなると、バイパス排気量を増やして還流排気の温度を上げるようにするが、還流排気の温度を高くすることで、排気還流率が低くなると、ＮＯ₂濃度が最適値からずれてしまうので、排気還流制御弁４ｂ（ＥＧＲ弁）の開度を上げて、排気還流率の変化を相殺させる。

一方、ＮＯ₂濃度が最適値よりも高くなったときには、排気還流制御弁４ｂ（ＥＧＲ弁）の開度を上げて、機関１から排出されるＮＯｘ量を低下させるが、還流排気の量を増やすと、排気温度が増大してフィルタ２８の温度が最適温度よりも高くなってしまうので、バイパス排気量を減らし、還流排気量の増大による排気温度の上昇を相殺させる。

また、ＮＯ₂濃度が最適値よりも低くなったときには、排気還流制御弁４ｂ（ＥＧＲ弁）の開度を下げて、機関１から排出されるＮＯｘ量を増大させるが、還流排気の量を減らすと、排気温度が低下してフィルタ２８の温度が最適温度よりも低くなってしまうので、バイパス排気量を増やし、還流排気量の減少による排気温度の低下を相殺させる。

更に、フィルタ２８の温度が最適温度よりも高く、かつ、ＮＯ₂濃度が最適値よりも高くなったときには、バイパス排気量を減らして還流排気の温度を低下させ、かつ、排気還流制御弁４ｂの開度を増やして機関１から排出されるＮＯｘ量を減らし、フィルタ２８の温度が最適温度よりも低く、かつ、ＮＯ₂濃度が最適値よりも低くなったときには、バイパス排気量を増やして還流排気の温度を増加させ、かつ、排気還流制御弁４ｂの開度を減らして機関１から排出されるＮＯｘ量を増やす。

ここで、バイパス排気量を減らして還流排気の温度を低下させると、実質的な排気還流率が増えることになり、バイパス排気量を減らすことは、フィルタ２８の温度を低下させ、かつ、ＮＯ₂濃度を低下させることになり、逆に、バイパス排気量を増やして還流排気の温度を増大させると、実質的な排気還流率が減ることになり、バイパス排気量を増やすことは、フィルタ２８の温度を上昇させ、かつ、ＮＯ₂濃度を増大させることになる。

尚、上記実施形態では、酸化触媒コンバータ２７と、微粒子捕集フィルタ２８とを個別に備える構成としたが、微粒子捕集フィルタ２８の上流側に酸化触媒を一体的に備えるようにしてもよい。

本願発明の実施形態における内燃機関を示すシステム図。 実施形態における連続再生制御を示すフローチャート。 実施形態の強制昇温再生における昇温手段の使い分けを示す線図。 フィルタ温度と連続再生の速度との相関を示す線図。 排気微粒子の堆積量と連続再生の速度との相関を示す線図。 連続再生制御によるフィルタ温度の上昇制御によって堆積速度が低下する例を示す線図。 連続再生制御によるフィルタ温度の上昇制御によって堆積から減少に切り換る例を示す線図。 排気還流率を変えずに、還流排気の温度を上昇させる制御の特性を説明するための線図。 吸気温度（フィルタ温度）を変えずに、機関から排出されるＮＯｘ量を増大させる制御の特性を説明するための線図。 連続再生制御におけるフィルタ温度・ＮＯ₂濃度とバイパス排気量・排気還流制御弁の開度との相関を示す図。

符号の説明

１…内燃機関（ディーゼルエンジン）、４…排気還流装置、４ａ…排気還流通路、４ｂ…排気還流制御弁（ＥＧＲ弁）、４ｃ…クーラー、４ｄ…迂回路、４ｅ…切替え弁、６…電子コントロールユニット、２７…酸化触媒コンバータ、２８…微粒子捕集フィルタ

Claims (10)

1. 内燃機関の排気通路に設置され排気微粒子を捕集する排気微粒子フィルタと、前記フィルタの上流側に設置される酸化触媒と、を備え、前記酸化触媒で生成させる二酸化窒素ＮＯ₂により前記排気微粒子フィルタに捕集された排気微粒子を酸化除去する内燃機関の排気浄化装置において、
   前記内燃機関の吸気系に還流させる排気の量及び温度を制御することで、前記排気微粒子フィルタの温度及び前記排気微粒子フィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂の濃度を制御する再生制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記再生制御手段が、還流排気の温度を変化させることによる排気還流率の変化を相殺するように、前記吸気系に還流させる排気の量を変化させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記再生制御手段が、排気還流量を変化させることによる排気温度の変化を相殺するように、前記吸気系に還流させる排気の温度を変化させることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流通路と、該排気還流通路に介装されて前記吸気系に還流させる排気の量を制御する排気還流制御弁と、前記排気還流通路を介して還流される排気を冷却するクーラーと、該クーラーを迂回して排気を還流させる迂回路と、前記クーラーを通過させる排気量と前記クーラーを迂回させる排気量との比率を変化させる切替え弁と、を備え、
   前記再生制御手段が、前記切替え弁によって前記比率を変化させることで、吸気系に還流させる排気の温度を制御し、前記排気還流制御弁によって吸気系に還流させる排気の量を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記再生制御手段が、前記排気微粒子フィルタの温度が目標温度よりも低い場合、前記切替え弁を制御して迂回路に流す排気量を増やし、かつ、前記排気還流制御弁の開度を増大させることで、排気還流率を略一定に保持して還流排気の温度を高め、排気温度を上昇させる一方、前記排気微粒子フィルタの温度が前記目標温度よりも高い場合、前記切替え弁を制御して迂回路に流す排気量を減らし、かつ、前記排気還流制御弁の開度を減少させることで、排気還流率を略一定に保持して還流排気の温度を低くし、排気温度を低下させることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記再生制御手段が、前記排気微粒子フィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂濃度が目標濃度よりも低い場合、前記切替え弁を制御して迂回路に流す排気量を増やし、かつ、前記排気還流制御弁の開度を減少させることで、排気温度を略一定に保持して排気還流率を低下させて、前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を増やし、前記排気微粒子フィルタ中の二酸化窒素ＮＯ₂濃度が前記目標濃度よりも高い場合、前記切替え弁を制御して迂回路に流す排気量を減らし、かつ、前記排気還流制御弁の開度を増大させることで、排気温度を略一定に保持して排気還流率を増大させて、前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を減らすことを特徴とする請求項４又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記再生制御手段により前記温度及び二酸化窒素ＮＯ₂の濃度を制御しない状態での前記排気微粒子フィルタに対する排気微粒子の堆積速度、及び、前記再生制御手段により前記温度及び二酸化窒素ＮＯ₂の濃度を制御した状態での前記排気微粒子フィルタに対する排気微粒子の堆積速度をそれぞれ推定し、前記再生制御手段により前記温度及び二酸化窒素ＮＯ₂の濃度を制御することで、排気微粒子の堆積速度を低下させることができる場合に、前記再生制御手段の作動を許可する作動許可手段を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記排気微粒子フィルタに対する排気微粒子の堆積速度を、前記排気微粒子フィルタに対する排気微粒子の流入速度と、前記排気微粒子フィルタにおける排気微粒子の酸化除去速度とから推定することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記排気微粒子の酸化除去速度を、前記排気微粒子フィルタの温度と、前記排気微粒子フィルタにおける排気微粒子の堆積量と、前記排気微粒子フィルタ中における二酸化窒素ＮＯ₂の濃度とのうちの少なくとも１つから推定することを特徴とする請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記排気微粒子フィルタにおける排気微粒子の堆積量が規定値を超えるときに、前記再生制御手段の作動を禁止して、排気中の未燃焼成分量を増やすことで排気温度を上昇させる強制昇温再生手段を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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