JP5645571B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関するもので、特に、排ガス中に含まれるパティキュレートマター（粒子状物質、以下ＰＭと略す）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（以下ＤＰＦと略す）の再生時のＤＰＦ入口温度制御に関する。
ディーゼルエンジンの排ガス規制において、ＮＯｘ低減と同様に重要なのが、ＰＭの低減である。これに対する有効な技術として、ＤＰＦが知られている。
ＤＰＦは、フィルターを用いたＰＭ捕集装置であり、排ガス温度が低いエンジン運転状態では、このＤＰＦにＰＭが貯まり続けるので、強制的に温度を上げてＰＭを燃焼する強制再生が行われる。
温度上昇の手段として、一般的に、燃料噴射タイミングの遅延やポスト噴射や吸気絞り等を行うが、これらはいずれも燃費の悪化を伴う問題がある。一方、温度が高いほどＰＭ燃焼速度が高くなり強制再生を短時間に効率的に行うことができＤＰＦ再生に伴う燃費悪化は小さくなる。
ところが、ＤＰＦ温度が高すぎるとＰＭが急速に燃焼することで、ＤＰＦ温度が急上昇し、ＤＰＦの破損あるいはＤＰＦに担時下触媒の劣化等をまねく恐れがある。
このため、燃費悪化を抑制し、かつ安全にＤＰＦを再生するために、ＤＰＦ温度を再生に適した温度に維持できるような温度制御が必要となる。
ＤＰＦ強制再生時の昇温制御の例として、特開２００５−３２０９６２号公報（特許文献１）が存在する。この特許文献１は、ＤＰＦ再生中の温度制御において、運転状態に応じた最適なフィードバックゲインを用いて、目標温度へのフィードバックによる昇温制御の安定性と応答性を両立させることが示されている。
昇温操作量に対する排気温度変化は時間遅れをもち、さらに運転状態の変化によっても、制御対象の時間遅れが変化する。例えば、排気流量が増加すると、熱伝達率が増加して時間遅れが減少し、排気流量が小さくなると、操作量変化に対する排気温度変化の時間遅れや時定数が大きくなり時間遅れが増大する。
そのため、運転状態を検出して、この運転状態によって定まる排気流量と時間遅れとの関係から現在の時間遅れの大きさ知り、それに応じた最適なフィードバックゲインを算出して、該フィードバックゲインを用いて昇温操作量の補正を行うことで、時間遅れを考慮した補正を行って、速やかに目標温度に近づけることが示されている。
特開２００５−３２０９６２号公報
しかしながら、特許文献１は前記のようにフィードバックゲインの補正を行うことで、速やかに目標温度に近づけることが示されているが、特に、排気流量が小さくなる場合においては、操作量（ポスト噴射量）変化に対する排気温度変化の時間遅れや時定数が大きくなるため、ポスト噴射量が例えば過剰な状態でも、ＤＰＦの入口温度の変化として現れるまでの時間が長くなり、排ガス温度の制御性能が悪化することから、単にフィードバックゲインの補正だけではＤＰＦ入口温度制御の安定性の向上は得られない。
なお、フィードフォワード制御によって様々な運転条件点において適正な温度制御が行われていれば、定常状態におけるフィードバック操作量はゼロとなり、前記のようなフィードバックにおける問題点は発生しないが、小型汎用エンジンのように使用される回転数と負荷が独立に変化する場合には、全ての運転条件でフィードフォワード操作量を適正化することは困難である。
例えば、排ガス流量が短時間で急低下した後に、排ガス流量が少ない状態が継続する場合には、ＤＰＦ入口温度が高くなる現象が発生し、これをフィードバック制御のゲインの改善やフィードフォワード制御の制御量の適正化で解決することは困難である。
そこで、本発明はこれら問題に鑑みてなされたもので、排ガス流量が急減少した後に、排ガス流量が少ない状態が継続する場合においても、ＤＰＦ入口温度を目標温度に安定的に制御できる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、排気通路に酸化触媒（ＤＯＣ）および排気微粒子（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備え、前記ＤＰＦに捕集されたＰＭを再生処理する内燃機関の排気浄化装置において、前記ＰＭの堆積量が所定値を超えた時に、メイン噴射後の燃焼に直接寄与しない時期に噴射するポスト噴射量を制御して前記ＤＰＦを所定の目標温度近傍まで昇温して堆積したＰＭを焼却除去する再生制御手段を備え、該再生制御手段は、内燃機関の運転条件に基づいて前記ポスト噴射量の基本噴射量を指令するフィードフォワード制御手段と、ＤＰＦの目標温度に対する補正噴射量を指令するフィードバック制御手段と、前記フィードフォワード手段からの基本噴射量と前記フィードバック制御手段からの補正噴射量とを加算してポスト噴射量を算出する噴射量加算手段と、排ガス流量若しくは該排ガス流量から算出した制御値によって排ガス流量が急減少したことを判断したときに前記フィードバック制御手段を構成する積分器の積分値をリセットする積分器リセット手段と、を有し、前記フィードフォワード制御手段には、前記基本噴射量を算出する制御マップ若しくは算式を用いた基本噴射量演算部を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、前記ＤＰＦを通過する排ガス流量若しくは該排ガス流量から算出した制御値に基づいて、排ガス流量が急減少したことを判断したときに前記フィードバック制御手段を構成する積分器の積分値をリセットする積分器リセット手段を備えるため、例えば、ＰＩＤ制御における積分器に保持されている積分値が残っていることによって、昇温操作量であるレイトポスト噴射量に悪影響が生じることが防止される。この結果、排ガス流量が急激に減少した場合においても、ＤＰＦ入口温度を目標温度付近に保持できる。
すなわち、排ガス流量が急減少し、排ガス流量が少ない状態が継続する運転条件のときに、フィードフォワード制御手段から内燃機関の運転条件に基づいて昇温手段の基本噴射量が指令されるが、その際に、従来技術においては、フィードバック制御手段の積分器には排ガス流量が急減少する前の積分値が残っている場合（たまっている場合）には、特に、排ガス流量が減少する方向においては、ＤＰＦ入口温度の応答性が遅い（むだ時間が長い）ため、蓄積された積分値を吐き出すに時間を要し、その間にその積分値が補正操作量として加算されることでＤＰＦの入口温度を上昇させて制御性を悪化させていた。
本願発明では、積分器の積分値をリセットする積分器リセット手段を備えるため、このような積分値が残ることによるＤＰＦ入口温度の制御性の悪化が防止される。
また、フィードフォワード制御手段よる基本噴射量を、排ガス流量若しくは該排ガス流量から算出した制御値によって算出する基本噴射量算出手段を備えるため、すなわち、演算式によって、具体的にはＤＯＣでの排ガス温度昇温特性をモデル化した伝達関数式を用いて算出して求める基本噴射量算出手段を備えるため、様々な運転条件において適正化された基本噴射量を求めることができる。
このため、予め運転条件に基づいて設定されたマップを用いる場合に比べて、小型汎用エンジンのように使用される回転数と負荷が独立に変化する場合において、様々な運転条件でのフィードフォワード操作量の適正化を図ることができ、ＤＰＦ入口温度の制御性を向上できる。
また、本発明において好ましくは、次のようにして排ガス流量の急減少を判定するとよい。
（１）排ガス流量の時間的微分値が閾値以下のとき。
（２）排ガス流量が閾値以下に減少したとき。
（３）排ガス流量の時間的微分値が閾値以下のときであって、且つ排ガス流量が閾値以下に減少したとき。
過渡運転時には頻繁にガス流量が急減するが、排ガス流量の時間的微分値だけではなく、排ガス流量も同時に監視することによって、必要以上に積分値のリセットが動作することを防止できる。これによって、エンジン回転数や負荷が連続的に変化する過渡運転状態において、ＤＰＦ入口温度の制御性が損なわれることがない。
（４）前記排ガス流量が閾値以下の状態が一定時間以上継続したとき。
このように、前記排ガス流量が閾値以下の状態が一定時間以上継続した場合の条件を追加することによって、過渡運転時における必要以上に積分値のリセット動作の防止をより一層確実にできる。
また、本発明において好ましくは、前記フィードバック制御手段を構成するＰＩＤ制御器の積分器の積分値が正の値のときに前記リセットを行うとよい。
このように、正の値の場合にだけリセットを行うことによって、リセット動作によって意図に反してＤＰＦ入口温度が上昇することを防止できる。すなわち、フィードバック制御手段の積分器の積分値が負の場合にリセットしてしまうことで、リセット動作によって意図に反してＤＰＦ入口温度が上昇することを防止するためである。
また、本発明において好ましくは、前記基本噴射量算出手段は、ＤＰＦ入口目標温度とＤＯＣ入口温度の実測値との偏差と、排ガス流量を基に算出された前記制御値である制御ゲインとを用いて、予め設定されたＤＯＣでの排ガス温度昇温特性をモデル化した伝達関数式を用いてフィードフォワード制御手段の基本噴射量を算出するとよい。
すなわち、ＤＯＣでの排ガス温度の昇温特性を、一次の伝達関数によってモデル化して、ＤＰＦ入口温度が目標温度になるようなレイトポスト噴射量を演算して求めて、フィードフォワード制御手段の基本噴射量とする。
具体的には、ＤＰＦ入口目標温度とＤＯＣ入口温度の実測値との偏差ｅから求められる時定数パラメータσと、排ガス流量から求められる制御ゲインＫを用いて、基本噴射量としてのレイトポスト噴射量Ｚを、Ｚ＝Ｋ／（１＋σｓ）ｅの一次の伝達関数の関係式を用いて算出する。
σは、設計パラメータ（調整パラメータ）であり、小さい値に設定すると温度偏差ｅとＫの変化に対し敏感に反応し、大きな値に設定すると穏やかに反応するようになる。
このように、フィードフォワード制御手段による基本噴射量を様々な運転条件点において適正化する代わりに、排ガス流量から求められた制御値である制御ゲインを用いて基本噴射量であるレイトポスト噴射量を算出するようにしたため、予め運転条件に基づいて設定されたマップを用いる場合に比べて、様々な運転条件でのフィードフォワード操作量の適正化を図ることができる。
また、ＤＰＦ入口温度目標値とＤＯＣ入口温度計測値との偏差に基づいて基本噴射量であるレイトポスト噴射量を決めることから、ＰＩＤ制御の積分器が大きな値を持つことがなくなり、すなわち、ＤＰＦ入口温度目標値から大きくずれるようなことがなくなるため、排ガス流量が短時間で減少した後に、排ガス流量が少ない状態が継続する運転条件において、ＤＰＦ入口温度の制御性が悪化することが防止される。
ここで、本願発明におけるレイトポスト噴射について説明する。
主噴射は、燃焼室内で主の燃焼を行わせるための噴射であり、アーリーポスト噴射は主噴射直後のシリンダ内の圧力がまだ高い状態で、主噴射より少量の燃料を噴射することをいい、このアーリーポスト噴射によって、排ガス温度を上昇させて高温化した排ガスがＤＯＣに流入することで、ＤＯＣを活性化させる。その後、アーリーポスト噴射後のクランク角度が下死点近傍まで進んだ状態でさらに２回目のポスト噴射を行う。この２回目のポスト噴射をレイトポスト噴射といい、このレイトポスト噴射は燃焼室内の燃焼に寄与せず、排気行程によって燃焼室から排気通路に排出される。この燃焼室から排出された燃料は既に活性化されたＤＯＣにおいて反応して、発生した酸化熱により排ガス温度をさらに上昇させてＤＰＦの再生に必要な６００℃程度に昇温してＰＭの燃焼を促進する。
本発明によれば、前記ＤＰＦを通過する排ガス流量若しくは該排ガス流量から算出した制御値に基づいて、排ガス流量が急減少したことを判断したときに前記フィードバック制御手段を構成する積分器の積分値をリセットする積分器リセット手段を備えるため、例えば、ＰＩＤ制御における積分器に保持されている積分値が残っていることによって、昇温操作量であるレイトポスト噴射量に悪影響が生じることが防止される。この結果、排ガス流量が急激に減少した場合においても、ＤＰＦ入口温度を目標温度付近に保持できる。
また、フィードフォワード制御手段よる基本噴射量を、前記ＤＰＦを通過する排ガス流量若しくは該排ガス流量から算出した制御値に基づいて算出する基本噴射量算出手段を備えるため、様々な運転条件において適正化された基本噴射量を演算して求めることができる。このため、予め運転条件に基づいて設定されたマップを用いる場合に比べて、小型汎用エンジンのように使用される回転数と負荷が独立に変化する場合において、様々な運転条件でのフィードフォワード噴射量の適正化を図ることができ、ＤＰＦ入口温度の制御性を向上できる。
以上のように、ＤＰＦ入口温度の制御性が向上することで、ＤＰＦ入口の目標温度を数十℃高く設定してもＤＰＦに担持された触媒を劣化させる温度に到達しなくなり、ＤＰＦ担持された触媒の熱による劣化が防止され、ＤＰＦの耐久性能が向上する。
さらには、ＤＰＦ入口の目標温度を高く設定することができるようになることで、ＤＰＦの再生制御時間を短縮することが可能になり、再生時のレイトポスト噴射によるオイルダイリューションの問題も解消できる。
本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の概要構成図である。 再生制御手段の第１実施形態を示す構成ブロック図である。 再生制御手段の第２実施形態を示す構成ブロック図である。 第１実施形態の制御フローチャートである。 図４のフローチャートにおける各ステップの詳細を示すサブルーチンのフローチャートである。 図４のフローチャートにおける各ステップの詳細を示すサブルーチンのフローチャートである。 図４のフローチャートにおける各ステップの詳細を示すサブルーチンのフローチャートである。 図４のフローチャートにおける各ステップの詳細を示すサブルーチンのフローチャートである。 第２実施形態の制御フローチャートである。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図６のフローチャートの詳細を示すサブルーチンのフローチャートである。 第１実施形態の確認試験結果を示す説明図である。 ゲインＫマップを説明する特性図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
図１を参照して、本発明に係るディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の全体構成について説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下エンジンという）１の排気通路３には、ＤＯＣ（酸化触媒）５と該ＤＯＣ５の下流側にスート（煤）を捕集するＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）７とからなる排ガス後処理装置９が設けられている。
また、排気通路３には排気タービン１１ａとこれに同軸駆動されるコンプレッサ１１ｂを有する排気ターボ過給機１３を備えており、該排気ターボ過給機１３のコンプレッサ１１ｂから吐出された空気は給気通路１５を通って、インタークーラ１７に入り給気が冷却された後、吸気スロットルバルブ１９で給気流量が制御され、その後、インテークマニホールド２１からシリンダ毎に設けられた吸気ポートからエンジン１の吸気弁を介して燃焼室内に流入するようになっている。
また、エンジン１においては、図示しないが、燃料の噴射時期、噴射量、噴射圧力を制御して燃焼室内に燃料を噴射するコモンレール燃料噴射装置が設けられており、該コモンレール燃料噴射装置が各気筒の燃料噴射弁２２に対して所定の燃料噴射時期に、所定の燃料圧力に制御された燃料を供給するようになっている。
また、排気通路３、または排気マニホールド２３の途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）通路２５が分岐されて、排ガスの一部が吸気スロットルバルブ１９の下流側部位にＥＧＲクーラ２７、ＥＧＲバルブ２９を介して投入されるようになっている。
エンジン１の燃焼室で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス３１は、シリンダ毎に設けられた排気ポートが集合した排気マニホールド２３及び排気通路３を通って、前記排気ターボ過給機１３の排気タービン１１ａを駆動してコンプレッサ１１ｂの動力源となった後、排気通路３を通って排ガス後処理装置９に流入する。
また、ＤＯＣ５の下流側にＤＰＦ７が配置されており、該ＤＰＦ７の再生制御手段３３には、コンプレッサ１１ｂへ流入する給流量を検出するエアフローメータ３５、ＤＯＣ入口温度センサ３７、ＤＰＦ入口温度センサ３９からの信号が入力されている。
さらに、エンジン回転数センサ４１、エンジン負荷センサ４３からの信号がそれぞれ再生制御手段（ＥＣＵ）３３に入力されている。
この再生制御手段３３は、ＤＰＦ７に堆積されたＰＭの堆積量が所定値を超えた時に、昇温手段を制御してＤＰＦ７の入口温度を目標温度近傍（約６００℃）まで昇温して堆積したＰＭを焼却除去する。
再生制御手段３３によるＰＭの燃焼除去についての制御概要をまず説明する。
強制再生を開始する条件、例えば、車両であれば走行距離、エンジンの運転時間、トータル燃料消費量等を基に判定されて、強制再生が開始されるとＤＯＣ５を活性化するためのＤＯＣ昇温制御が実行される。このＤＯＣ昇温制御は、吸気スロットルバルブ１９の開度が絞られ、燃焼室内に流入する空気量を絞って、排ガス中の未燃燃料を増加させる。さらに、アーリーポスト噴射によって、主噴射の直後にシリンダ内の圧力がまだ高い状態で主噴射より少量の燃料を噴射する１回目のポスト噴射を行い、このアーリーポスト噴射によって、エンジンの出力には影響を与えずに排ガス温度を高め、この高温化された排ガスがＤＯＣ５に流入することで、ＤＯＣ５を活性化させ、そしてＤＯＣ５の活性化に伴い排ガス中の未燃燃料を酸化される際に発生する酸化熱で排ガス温度を上昇させる。
そして、次に、ＤＯＣ入口温度が所定温度に達したかを判定し、超えている場合には、レイトポスト噴射によってＤＰＦ７の入口温度をさらに上昇させる。このレイトポスト噴射とは、前述したように、前記アーリーポスト噴射後のクランク角度が下死点近傍まで進んだ状態で噴射する２回目のポスト噴射のことをいい、このレイトポスト噴射によって、排気弁の開状態時に燃焼室から排気通路３へ燃料を流出させて、排出された燃料は既に活性化されたＤＯＣ５において反応して、発生した酸化熱により排ガス温度をさらに上昇させてＤＰＦ７の再生に必要な温度、例えば６００℃にしてＰＭの燃焼を促進する。
（第１実施形態）、
次に、図２の制御構成ブロック図を参照して再生制御手段３３におけるレイトポスト噴射量制御の第１実施形態をについて説明する。
再生制御手段３３には、このレイトポスト噴射量（操作量）を制御して、ＤＰＦ７の入口温度を目標とする約６００℃に安定制御するために、エンジン回転数と燃料噴射量（エンジン負荷）を基に基本噴射量が設定されたフィードフォワード制御マップ４５に基づいて、レイトポスト噴射量の基本噴射量（基本操作量）を指令するフィードフォワード制御手段４７と、ＤＰＦ７の目標温度に対するレイトポスト補正噴射量（補正操作量）を指令するフィードバック制御手段４９と、前記フィードフォワード制御手段４７からの基本噴射量と前記フィードバック制御手段４９からの補正噴射量とを加算して噴射量を算出する噴射量（操作量）加算手段５１（図２参照）と、を有している。
さらに、第１実施形態においては、前記フィードバック制御手段４９を構成する積分器５３の積分値をリセットする積分器リセット手段５５を備えている。
フィードフォワード制御手段４７は、前述したように、エンジンの運転条件であるエンジン回転数と燃料噴射量（エンジン負荷）を基に基本噴射量が設定されたフィードフォワード制御マップ４５を用いてフィードフォワード制御指令値５７である基本噴射量を算出する。
一方、フィードバック制御手段４９には、ＤＰＦ７の目標入口温度を制御開始時の初期値の目標温度と、その後の目標温度を設定する目標温度設定部５９が設けられ、ＤＰＦ７の目標入口温度と実測したＤＰＦ７の入口温度とを加減算器６１に入力して、目標入口温度と実測入口温度との偏差を加減算器６１の出力信号として得て、ＰＩＤ演算部６３でフィードバック演算を行ってフィードバック制御指令値６５である補正噴射量を算出する。
ＰＩＤ演算部６３では、比例要素（Ｐ）の演算が比例ゲインＫｐを用いて行われ、微分要素（Ｄ）の演算が微分ゲインＫｄを用いて行われ、積分要素（Ｉ）の演算が積分ゲインＫｉ行われて、それぞれの演算結果が、加算器６７に入力されて、フィードバック制御指令値６５が算出される。
そして、フィードフォワード制御指令値５７と、フィードバック制御指令値６５とが加算器（噴射量加算手段）５１に入力されて、加算指令値６９を出力する。この加算指令値６９の信号は指令飽和手段７１に入力されてＤＰＦ７の保護のために出力信号に制限が掛けられる。そして指令飽和手段７１を通過した信号は、レイトポスト燃料噴射指令信号として出力される。
また、指令飽和手段７１の出力信号と加算器５１の出力信号とを加減算器７３に入力してその偏差に基づいてフィードバック制御手段４９に対して自動調合を行う自動調合ＰＩＤ７５が設けられている。自動調合ＰＩＤ７５の演算要素７７の出力信号は加減算器７８に入力されて積分器５３に入力される。
このように、フィードバック制御手段４９のワインドアップ対策（入力飽和対策）として自動調合ＰＩＤ７５を設けることによって、指令飽和手段７１によって指令値にリミッタが掛けられている間に、フィードバック制御手段４９のＰＩＤ演算部６３の積分器５３に積分値が溜まり続けることが防止される。これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上するようになっている。
さらに、第１実施形態においては、積分器５３の積分値をリセットする積分器リセット手段５５が設けられている。この積分器リセット手段５５は、排ガス流量が急減少したことを判断する急減少判定部７９を有し、この急減少判定部７９で急減少であると判定したときに、積分器５３の積分値をリセットする。
積分器リセット手段５５による制御フローを、図４を参照して説明する。図４のステップＳ１の詳細を図５（ａ）に示し、ステップＳ２の詳細を図５（ｂ）に示し、ステップＳ３の詳細を図５（ｃ）に示し、ステップＳ４の詳細を図５（ｄ）に示す。
まず、図４のステップＳ１で、排ガス流量変化率判断を行う。この流量変化率判断は、図５（ａ）に示すように、ステップＳ１１で排ガス流量Ｇｅｘを算出する。排ガス流量の算出は、エアフローメータ３５からの空気流量Ｇａの信号と、図示しないコモンレール燃料噴射装置からの燃料噴射量指令値Ｇｆの信号とを基に、Ｇｅｘ＝Ｇａ＋Ｇｆによって算出し、次に、ステップＳ１２で、排ガス流量Ｇｅｘの時間的微分ｄＧｅｘ／ｄｔを算出する。ステップＳ１３で、時間的微分ｄＧｅｘ／ｄｔが閾値Ｋ１未満か否かを判定し、Ｙｅｓの場合にはステップＳ１４でフラグ１をＯＮし、ＮＯの場合にはステップＳ１５でフラグ１をＯＦＦしてリターンする。
図４のフローに戻って、ステップＳ２で排ガス流量の判断を行う。図５（ｂ）に示すように、ステップＳ２１で排ガス流量Ｇｅｘが閾値Ｋ２未満か否かを判定して、Ｙｅｓの場合にはステップＳ２２でフラグ２をＯＮし、ＮＯの場合にはステップＳ２３でフラグ１をＯＦＦしてリターンする。
次に、図４のフローのステップＳ３でタイマーカウントを行う。このタイマーのカウントは、図５（ｃ）に示すように、ステップＳ３１でフラグ１がＯＮか、またはフラグ３がＯＮか否かを判定し、Ｙｅｓの場合にはステップＳ３２でフラグ２がＯＮか否かを判定する。ステップＳ３１でＮＯの場合には、ステップＳ３５でフラグ３をＯＦＦし、ステップＳ３６でタイマーをゼロにする。
ステップＳ３２でフラグ２がＯＮの場合には、ステップＳ３３でフラグ３をＯＮにして、ステップＳ３４でタイマーにΔｔ（サブルーチンの処理が実行される周期時間）を加算する。
次に、図４のフローのステップＳ４で積分値のリセットを行う。この積分値のリセットは、図５（ｄ）に示すように、ステップＳ４１でタイマーが閾値Ｋ３を超えているか否かを判定し、超えていなければリターンし、超えていれば、ステップＳ４２で積分値が閾値Ｋ４を超えているか否かを判定する。例えば、積分値が正の値である場合、すなわちＫ４＝０として判定する。
積分値が正の値である場合には、ステップＳ４３に進んで、積分値をゼロにリセットする。そして、ステップＳ４４でタイマーをリセットしてリターンする。
以上説明したように急減少判定部７９では、ステップＳ１で排ガス流量の変化率を判断し、さらに、ステップＳ２で排ガス流量を判断して、排ガス流量が急減少したことを判定するので、過渡運転時には頻繁にガス流量が急減するが、排ガス流量の減少率だけではなく、排ガス流量も同時に監視することによって、必要以上に積分値のリセットが動作することを防止できる。
これによって、エンジン回転数や負荷が連続的に変化する過渡運転状態において、ＤＰＦ入口温度の制御性が損なわれることがない。
さらに、ステップＳ３によって、排ガス流量が閾値以下の状態が一定時間以上継続した場合に、排ガス流量の急減少と判定するので、つまり、ステップＳ４１のように排ガス流量が閾値以下の状態が一定時間以上継続した場合の条件を追加することによって、過渡運転時における必要以上に積分値のリセット動作の防止をより一層確実にできる。
図８に、確認試験結果を示す。図８（ａ）は、排ガス流量を示し、定常からステップ状に変化して減少させた場合を示す。（ｂ）はその時のレイトポスト噴射量の変化を示し、（ｃ）はＤＰＦ入口排ガス温度の変化を示す。（ｂ）（ｃ）の点線が従来技術としての積分器リセット手段５５を設けていない場合であり、実線が本発明の積分器リセット手段５５を設けた場合である。
図８（ｂ）より、レイトポスト噴射量の減少の応答性が従来技術より迅速に変化していることが分かる。また、図８（ｃ）より、ＤＰＦ入口排ガス温度のオーバーシュートが抑えられることが分かる。
以上のように、第１実施形態によれば、急減少判定部７９によって、ＤＰＦ７を通過する排ガス流量若しくは排ガス流量の時間微分である排ガス流量の減少率（制御値）に基づいて、排ガス流量が急減少したことを判断したときに、フィードバック制御手段４９を構成する積分器５３の積分値をリセットする積分器リセット手段５５を備えるので、ＰＩＤ演算部６３における積分器５３に保持されている積分値が残っていることによって、昇温操作量であるレイトポスト噴射量に悪影響が生じることが防止される。この結果、排ガス流量が急激に減少した場合においても、ＤＰＦ入口温度を目標温度付近に確実に保持できるようになる。
ＤＰＦ入口温度の制御性が向上することで、ＤＰＦ入口の目標温度を数十℃高く設定してもＤＰＦ７に担持された触媒を劣化させる温度に到達しなくなり、ＤＰＦ担持された触媒の熱による劣化が防止され、ＤＰＦ７の耐久性能が向上する。
さらには、ＤＰＦ入口の目標温度を高く設定することができるようになることで、ＤＰＦ７の再生制御時間を短縮することが可能になり、再生時のレイトポスト噴射によるオイルダイリューションの問題も解消できる。
（第２実施形態）
次に、図３の制御構成ブロック図を参照して再生制御手段３３におけるレイトポスト噴射量制御の第２実施形態をについて説明する。
フィードフォワード制御手段４７は第１実施形態と同一であるため、説明は省略する。また、第１実施形態の積分器リセット手段５５は設けられていない。第２実施形態は第１実施形態のフィードフォワード制御手段４７と異なることに特徴がある。
図３に示すように、第２実施形態のフィードフォワード制御手段８１は、第１実施形態のように、予め試験によって運転条件に応じたフィードフォワード指令値をマップ等に設定して、そのマップからレイトポスト噴射量の基本噴射量（基本操作量）を算出して指令するものではなく、予め設定されたＤＯＣ伝達関数モデルを用いて排ガス流量の実測値およびＤＯＣ５の入口温度の実測値を基に基本噴射量を算出して指令する。
フィードフォワード制御手段８１は、ＤＰＦ入口目標温度とＤＯＣ入口温度の実測値とがそれぞれ入力されて偏差ｅが算出される加減算器（偏差算出部）８３と、排ガス流量を基に制御ゲイン（制御値）Ｋを算出するゲイン算出部８５と、予め設定されたＤＯＣ伝達関数モデルを用いてのレイトポスト基本噴射量演算部（基本操作量算出手段）８７とを備えており、
レイトポスト基本噴射量演算部８７では、具体的には、ＤＰＦ入口目標温度とＤＯＣ入口温度の実測値との偏差ｅと、設計パラメータ（調整パラメータ）σと、排ガス流量から求められる制御ゲインＫを用いて、基本操作量としてのレイトポスト噴射量Ｚを、Ｚ＝Ｋ／（１＋σｓ）ｅの一次の伝達関数の関係式を用いて算出される。
フィードフォワード制御手段８１の制御フローを、図６を参照して説明する。
まず、ステップＳ１１０で温度偏差ｅを算出する。具体的には図７（ａ）に示すように、ステップＳ１１１でＤＯＣ入口温度ＴＤＯＣＩＮを取り込み、ステップＳ１１２でＤＰＦ入口目標温度ｒＴＤＰＦＩＮを取り込む。そして、ステップＳ１１３で温度偏差ｅをｅ＝ｒＴＤＰＦＩＮ−ＴＤＯＣＩＮによって算出する。
図６のフローのステップＳ１２０で、排ガス流量Ｇｅｘを算出する。この排ガス流量Ｇｅｘの算出はステップＳ１１での説明と同様であり、具体的には図７（ｂ）に示すように、ステップＳ１２１でエアフローメータ３５からの空気流量Ｇａのとの込みと、ステップＳ１２２で、図示しないコモンレール燃料噴射装置からの燃料噴射量指令値Ｇｆの取り込みとを基に、ステップＳ１２３でＧｅｘ＝Ｇａ＋Ｇｆによって算出する。
次に、図６のフローのステップＳ１３０で、排ガス流量のフィルター処理を行ない、ローパスフィルタ８９や一次遅れ処理を行ってノイズ除去を行う。その後、ステップＳ１４０で制御ゲインＫを決定する。制御ゲインＫは、図９に示すような排ガス流量に対してゲインＫが設定されたゲインＫマップ９１によって求める。このゲインＫマップ９１は、予め試験データまたはシミュレーション計算の算出より設定される。
そして、ステップＳ１５０で、伝達関数の計算を行う。伝達関数はＤＰＦ入口目標温度とＤＯＣ入口温度の実測値との偏差ｅと、設計パラメータ（調整パラメータ）σと、排ガス流量から求められる制御ゲインＫを用いて、基本操作量としてのレイトポスト噴射量Ｚを、Ｚ＝Ｋ／（１＋σｓ）ｅの一次の伝達関数の関係式を用いて算出される。σを小さい値に設定すると温度偏差ｅとＫの変化に対し敏感に反応し、大きな値に設定すると穏やかに反応するようになる。
その後、ステップＳ１６０では、ステップＳ１５０で算出した噴射量の単位換算をして指令値を算出してリターンする。
第１実施形態のフィードフォワード制御手段４７のように、基本操作量を様々な運転条件点において適正化したフィードフォワード制御マップ４５を用いてフィードフォワード制御指令値５７である基本噴射量を算出する代わりに、排ガス流量から求められた制御値である制御ゲインを用いて基本操作量であるレイトポスト噴射量を算出するようにしたため、予め運転条件に基づいて設定されたマップを用いる場合に比べて、小型汎用エンジンのように使用される回転数と負荷が独立に変化する場合において、様々な運転条件でのフィードフォワード操作量の適正化を図ることができ、ＤＰＦ入口温度の制御性を向上できる。
また、ＤＰＦ入口温度目標値とＤＯＣ入口温度計測値との偏差に基づいて基本操作量であるレイトポスト噴射量を決めることから、ＰＩＤ演算部６３の積分器５３が大きな値を持つことがなくなり、すなわち、ＤＰＦ入口温度目標値から大きくずれるようなことがなくなるため、排ガス流量が短時間で減少した後に、排ガス流量が少ない状態が継続する運転条件において、ＤＰＦ入口温度の制御性が悪化することが防止される。
なお、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて構成してもよいことは勿論であり、この場合には、フィードフォワード制御手段８１は第２実施形態によって構成し、フィードバック制御手段４９に対しては、ＰＩＤ演算部６３の積分器５３に積分器リセット手段５５が設けられるようにする。このように構成することによって、より一層ＤＰＦ入口温度の制御性を向上するこができる。
本発明によれば、排ガス流量が減少した後に、排ガス流量が少ない状態が継続する場合においても、ＤＰＦ入口温度を目標温度に安定的に制御できるので、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置への利用に適している。
１ ディーゼルエンジン
３ 排気通路
５ ＤＯＣ（前段酸化触媒）
７ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
９ 排ガス後処理装置
３３ 再生制御手段
３５ エアフローメータ
３７ ＤＯＣ入口温度センサ
３９ ＤＰＦ入口温度センサ
４１ エンジン回転数センサ
４３ エンジン負荷センサ
４５ フィードフォワード制御マップ
４７、８１ フィードフォワード制御手段
４９ フィードバック制御手段
５１ 加算器（操作量加算手段）
５３ 積分器
５５ 積分器リセット手段
６３ ＰＩＤ演算部
８３ 加減算器（偏差算出部）
８５ ゲイン算出部
８７ レイトポスト基本噴射量演算部（基本操作量算出手段）
９１ ゲインＫマップ

Claims (8)

  1. 排気通路に酸化触媒（ＤＯＣ）および排気微粒子（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備え、前記ＤＰＦに捕集されたＰＭを再生処理する内燃機関の排気浄化装置において、
    前記ＰＭの堆積量が所定値を超えた時に、メイン噴射後の燃焼に直接寄与しない時期に噴射するポスト噴射量を制御して前記ＤＰＦを所定の目標温度近傍まで昇温して堆積したＰＭを焼却除去する再生制御手段を備え、
    該再生制御手段は、内燃機関の運転条件に基づいて前記ポスト噴射量の基本噴射量を指令するフィードフォワード制御手段と、
    ＤＰＦの目標温度に対する補正噴射量を指令するフィードバック制御手段と、
    前記フィードフォワード手段からの基本噴射量と前記フィードバック制御手段からの補正噴射量とを加算してポスト噴射量を算出する噴射量加算手段と、
    排ガス流量若しくは該排ガス流量から算出した制御値によって排ガス流量が急減少したことを判断したときに前記フィードバック制御手段を構成する積分器の積分値をリセットする積分器リセット手段と、を有し、
    前記フィードフォワード制御手段には、前記基本噴射量を算出する制御マップ若しくは算式を用いた基本噴射量演算部を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記積分器リセット手段は排ガス流量の時間的微分値が閾値以下のときに排ガス流量の急減少と判定す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. 前記積分器リセット手段は排ガス流量が閾値以下に減少したときに排ガス流量の急減少と判定す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。
  4. 前記積分器リセット手段は排ガス流量の時間的微分値が閾値以下のときであって、且つ排ガス流量が閾値以下に減少したときに排ガス流量の急減少と判定す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。
  5. 前記排ガス流量が閾値以下の状態が一定時間以上継続した場合に、排ガス流量の急減少と判定することを特徴とする請求項３または４記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 前記フィードバック制御手段を構成する積分器の積分値が正の値のときに前記リセットを行う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。
  7. 前記基本噴射量演算部は、ＤＰＦ入口目標温度とＤＯＣ入口温度の実測値との偏差と、排ガス流量を基に算出された制御ゲインとを用いて、予め設定されたＤＯＣでの排ガス温度昇温特性をモデル化した伝達関数式を用いて前記基本噴射量を算出す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。
  8. 排気通路に酸化触媒（ＤＯＣ）および排気微粒子（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備え、前記ＤＰＦに捕集されたＰＭを再生処理する内燃機関の排気浄化装置において、
    前記ＰＭの堆積量が所定値を超えた時に、メイン噴射後の燃焼に直接寄与しない時期に噴射するポスト噴射量を制御して前記ＤＰＦを所定の目標温度近傍まで昇温して堆積したＰＭを焼却除去する再生制御手段を備え、
    該再生制御手段は、内燃機関の運転条件に基づいて前記ポスト噴射量の基本噴射量を指令するフィードフォワード制御手段と、
    ＤＰＦの目標温度に対する補正噴射量を指令するフィードバック制御手段と、
    前記フィードフォワード手段からの基本噴射量と前記フィードバック制御手段からの補正噴射量とを加算してポスト噴射量を算出する噴射量加算手段と、
    排ガス流量若しくは該排ガス流量から算出した制御値によって前記フィードフォワード制御手段の前記基本噴射量を算出する基本噴射量算出手段と、を有し、
    前記基本噴射量算出手段は、ＤＰＦ入口目標温度とＤＯＣ入口温度の実測値との偏差と、排ガス流量を基に算出された制御ゲインとを用いて、予め設定されたＤＯＣでの排ガス温度昇温特性をモデル化した伝達関数式を用いて前記基本噴射量を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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