JP6183392B2 - 過給機付き内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関に関するものである。

従来、特許文献１に記載のように、排気通路に排気タービンが設けられた過給機付き内燃機関が多用されている。

特開２０１４−７７４１２号公報

過給機付き内燃機関は、高地などの大気圧が低い環境において、排気通路における排気タービンよりも排気下流側の圧力（タービン下流圧）が低くなり易いために、排気タービンの膨張比（排気上流側の排気圧力ＰＵをタービン下流圧ＰＢで除した値［＝ＰＵ／ＰＢ］）が大きくなり易い。そして、排気タービンの膨張比が大きくなりすぎると、排気タービンの耐久性能の低下を招いてしまう。

なお、特許文献１に記載の内燃機関は、タービンホイールの周囲に配置された複数のノズルベーンを有する可変ノズル機構を備えた過給機が設けられている。こうした過給機を採用して、大気圧が低いときに可変ノズル機構のベーン開度を開き側の開度にすることにより、排気タービンの膨張比を小さい比率に抑えることは可能になる。ただし、こうした内燃機関では、過給圧が低下してしまうために、機関出力の低下を招いてしまう。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関出力の低下を抑えつつ排気タービンの耐久性能の低下を抑えることのできる過給機付き内燃機関を提供することにある。

上記課題を達成するための過給機付き内燃機関は、排気通路に設けられた排気タービンと、前記排気通路における前記排気タービンよりも排気下流側に設けられて排気中の微粒子状物質を捕集する排気フィルタと、前記排気フィルタにおける前記微粒子状物質の堆積量の増減を調節する調節部と、前記調節部の作動を制御する制御部と、前記排気通路における前記排気フィルタの排気上流側と排気下流側との圧力差を検出する差圧検出部と、大気圧を検出する大気圧センサと、を備える。そして、前記制御部は、前記差圧検出部により検出される圧力差が下限値以下になったときに前記微粒子状物質の堆積量が増加するようになる態様で前記調節部の作動を制御するものであり、前記大気圧センサによって検出される大気圧が低いときほど前記下限値を大きい値にし、前記大気圧センサによって検出される大気圧と前記下限値との関係は、前記大気圧が低いときほど、同大気圧の変化に伴う前記下限値の変化量が多くなる関係にする。

上記内燃機関では、大気圧が低いときほど、排気通路内における排気タービンの排気下流側の圧力（タービン下流圧）が低くなり易いために、排気タービンの膨張比が大きくなり易い。このことから、大気圧が低いときに、タービン下流圧を低下させることなく高い圧力のままで維持することができれば、排気タービンの膨張比が過度に大きくなることを抑えることが可能になると云える。

上記内燃機関では、排気通路における排気タービンの排気下流側に排気フィルタが設けられており、この排気フィルタの排気上流側と排気下流側との圧力差（以下、単に「圧力差」という）の下限値が、大気圧センサによって検出される大気圧が低いときに同大気圧が高いときと比較して大きい値になる。そのため、大気圧が低くタービン下流圧が低くなり易いときに、差圧検出部によって検出される排気フィルタの圧力差が下限値を下回り易くなり、ＰＭ堆積量が増加するようになる態様での調節部の作動制御が実行され易くなるため、排気フィルタにおける微粒子状物質（ＰＭ）の堆積量が多くなる。そして、これにより排気フィルタの流路抵抗が大きくなり、その分だけ同排気フィルタの排気上流側の排気圧力（＝タービン下流圧）が高くなる。このように上記内燃機関によれば、大気圧が低くタービン下流圧が低くなり易いときに、排気フィルタのＰＭ堆積量を多くしてその分だけタービン下流圧を高くすることができるため、同タービン下流圧を高い圧力のままで維持することができるようになる。これにより、排気タービンの膨張比が過度に大きくなることを抑えて、同排気タービンの耐久性能の低下を抑えることができる。

ここで、前述したように可変ノズル機構を有する過給機を採用して同可変ノズル機構のベーン開度を大きい開度にする内燃機関では、排気タービンの膨張比を小さくする際に機関出力の大きな低下を招いてしまう。これに対して、上記内燃機関は、排気フィルタにおけるＰＭの堆積量を多くすることによってタービン下流圧を高くして排気タービンの膨張比を小さくするものであるため、過給圧を低下させることなく排気タービンの膨張比を小さくすることが可能である。したがって上記内燃機関によれば、機関出力の大きな低下を招くことなく排気タービンの膨張比が過度に大きくなることを抑えることができる。
また、排気タービンの膨張比を適正な比率で維持するために最低限必要な排気フィルタの圧力差と大気圧との関係は、大気圧が低いときほど上記最低限必要な排気フィルタの圧力差が大きくなるといった関係になる。しかも、この関係は、大気圧が低いときほど、同大気圧の変化に伴う上記最低限必要な圧力差の変化量が大きくなるといった関係になる。上記内燃機関によれば、そうした関係に合わせて排気フィルタの圧力差の前記下限値を設定することができるため、大気圧に応じて排気タービンの膨張比を適正な比率で維持することができる。

上記内燃機関において、前記制御部は、前記排気タービンの排気上流側の排気圧力が高い機関運転領域であるときに、同排気圧力が低い機関運転領域であるときと比較して、前記下限値を大きい値にすることが好ましい。

排気タービンの排気上流側の排気圧力（タービン上流圧）が高い機関運転領域であるときほど、同排気タービンの膨張比を適正な比率で維持するのに必要なタービン下流圧が高くなるため、排気タービンの膨張比を適正な比率で維持するために最低限必要なＰＭの堆積量が多くなる。上記内燃機関によれば、タービン上流圧が高い機関運転領域であるときには、同タービン上流圧が低い機関運転領域であるときと比較して、前記下限値が大きい値になる。そのため、タービン上流圧が高い機関運転領域であるときに、差圧検出部によって検出される排気フィルタの圧力差が下限値を下回り易くなって、ＰＭ堆積量が増加するようになる態様での調節部の作動制御が実行され易くなることから、排気フィルタにおけるＰＭの堆積量を多くすることができる。これによりタービン上流圧が高い機関運転領域において、タービン下流圧を高い圧力で維持することができるため、排気タービンの膨張比が過度に大きくなることを抑えることができる。

第１実施形態の内燃機関の概略構成を示す略図。 排気フィルタのＰＭ堆積量と圧力差との関係を示すグラフ。 タービン下流圧と排気フィルタの圧力差との関係を示すグラフ。 （ａ）及び（ｂ）は第１実施形態の停止処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 排気フィルタの圧力差の下限値と大気圧との関係を示すグラフ。 第１実施形態の停止処理の実行手順を示すフローチャート。 第２実施形態の切り替え処理の実行手順を示すフローチャート。 燃料噴射圧とＰＭ発生量との関係を示すグラフ。 燃料噴射時期とＰＭ発生量との関係を示すグラフ。 ＥＧＲ率とＰＭ発生量との関係を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、過給機付き内燃機関の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１１は、吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えている。吸気通路１２の最上流部には、同吸気通路１２に吸入された空気を浄化するエアクリーナ１５が設けられている。また吸気通路１２には、エアクリーナ１５から吸気下流側に向けて順に、過給機１６のコンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の吸気下流側に設けられた吸気マニホールド２１において分岐されており、この分岐部分を通じて、内燃機関１１の気筒毎の燃焼室１３に接続されている。

内燃機関１１には、気筒毎に、燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁２２が設けられている。各燃料噴射弁２２には、高圧燃料を蓄圧するコモンレール２３が接続されている。コモンレール２３には、燃料ポンプ２４から吐出された高圧燃料が供給される。

排気通路１４の各燃焼室１３との接続部分は排気ポート２５となっている。排気通路１４には、各燃焼室１３から排気ポート２５を通じて排出された排気を集合させるための排気マニホールド２６、及び過給機１６の排気タービン２７が設けられている。

内燃機関１１では、吸気通路１２に吸入された空気が、エアクリーナ１５で浄化された後、過給機１６のコンプレッサ１７に導入される。コンプレッサ１７では、その内部で回転するコンプレッサホイール１７Ａにより、導入された空気が圧縮されてインタークーラ１８に吐出される。圧縮によって高温となった空気は、インタークーラ１８にて冷却された後、吸気絞り弁１９及び吸気マニホールド２１を介して各気筒の燃焼室１３に分配供給される。こうした吸気通路１２内の空気の流量は吸気絞り弁１９の開度制御を通じて調整される。

空気の導入された燃焼室１３では、各気筒の圧縮行程において燃料噴射弁２２から燃料が噴射される。そして、吸気通路１２を通じて導入された空気と燃料噴射弁２２から噴射された燃料との混合気が燃焼室１３内で燃焼される。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン（図示略）が往復動され、出力軸であるクランクシャフト２０が回転されて、内燃機関１１の駆動力が得られる。

各燃焼室１３での燃焼により生じた排気は、排気マニホールド２６を通じて過給機１６の排気タービン２７に導入される。この導入された排気の流勢によって排気タービン２７内のタービンホイール２７Ａが回転駆動されると、吸気通路１２に設けられたコンプレッサ１７内のコンプレッサホイール１７Ａが連動して回転駆動され、上記空気の圧縮が行われる。なお、上記過給機１６は、タービンホイール２７Ａに吹付けられる排気の流速を調整するための可変ノズル機構３４を備えている。可変ノズル機構３４は、タービンホイール２７Ａの周囲に等角度間隔で配置された複数のノズルベーン（図示略）を有している。そして、ノズルベーンの開度（ノズル開度）を大きくすることにより（具体的には隣り合うノズルベーンの距離が長くなるように各ノズルベーンを作動させることにより）、タービンホイール２７Ａに吹き付けられる排気の流速が低くなる。

内燃機関１１の排気通路１４には、排気を浄化するための排気浄化装置８１が設けられている。この排気浄化装置８１は、排気に燃料を添加するための燃料添加弁８２を備えるほか、排気中のＨＣ（炭化水素）を酸化処理する酸化触媒８３と排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する排気フィルタ８４とを備えている。

酸化触媒８３は、排気通路１４における排気タービン２７の排気下流側に設けられており、排気中のＨＣ及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化を通じて排気の浄化を行う触媒が担持されている。排気フィルタ８４は、排気通路１４における上記酸化触媒８３より排気下流側に設けられている。この排気フィルタ８４は、排気中のガス成分の通過を許容し、かつ同排気中のＰＭの通過を阻止する多孔質材によって形成されており、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されている。燃料添加弁８２は、排気通路１４における上記排気タービン２７よりも排気上流側（詳しくは、排気マニホールド２６）に設けられている。燃料添加弁８２は、燃料通路８２Ａを通じて上記燃料ポンプ２４に接続されており、同燃料ポンプ２４から供された燃料を排気中に噴射する。

内燃機関１１には、運転状態を検出するための各種センサが設けられている。各種センサとしては、例えばクランクシャフト２０の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するためのクランクセンサ９１や、排気通路１４における排気フィルタ８４の排気上流側と排気下流側との排気圧力の差（圧力差ΔＰ）を検出するための差圧検出部としての差圧センサ９２、大気圧を検出するための大気圧センサ９３などが設けられている。

また内燃機関１１は、例えばマイクロコンピュータを中心に構成される電子制御装置９０を備えており、この電子制御装置９０には各種センサの出力信号が取り込まれている。電子制御装置９０は、各種センサの出力信号をもとに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて内燃機関１１の運転にかかる各種制御を実行する。各種制御としては、吸気絞り弁１９の作動制御や、燃料噴射弁２２の作動制御、燃料ポンプ２４の作動制御、可変ノズル機構３４の作動制御などが挙げられる。本実施形態では、燃料添加弁８２が調節部に相当し、電子制御装置９０が制御部に相当する。

電子制御装置９０は、各種制御として、排気フィルタ８４の機能回復を図るための燃料添加弁８２の作動制御（フィルタ再生制御）を実行する。このフィルタ再生制御では、燃料添加弁８２を間欠的に開弁駆動することにより、内燃機関１１の排気に燃料が添加される。こうしたフィルタ再生制御が実行されると、添加燃料が酸化触媒８３や排気フィルタ８４内で酸化することにより、同排気フィルタ８４の温度が高くなる。フィルタ再生制御では、排気フィルタ８４が所定の高温状態（例えば６００℃以上）になるように、燃料添加弁８２の間欠的な開弁駆動が繰り返し実行される。これにより、排気フィルタ８４内に堆積したＰＭが酸化してＣＯ２（二酸化炭素）及びＨ２Ｏ（水）になって排出されるといったように、ＰＭが酸化処理されて同排気フィルタ８４の再生が図られる。

本実施形態では、フィルタ再生制御の実行されていないときに排気フィルタ８４のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが予め定められた堆積量判定値Ａ以上になると、再生実行フラグがオン操作されて、フィルタ再生制御の実行が許可される。そして、フィルタ再生制御の実行中にＰＭ堆積量ＰＭｓｍが所定の再生終了値ＰＭｅ以下になると、再生実行フラグがオフ操作されて、ＰＭ再生制御の実行が停止される。なお、上記ＰＭ堆積量ＰＭｓｍは、排気フィルタ８４に捕集されて堆積しているＰＭの量の推定値であり、上記圧力差ΔＰ等といった内燃機関１１の運転状態に基づく周知の手法で算出される。

ここで、大気圧が低い環境（高地など）では、内燃機関１１の排気通路１４における排気タービン２７よりも排気下流側の圧力が低くなり易いため、排気タービン２７の膨張比（排気タービン２７の排気上流側の排気圧力［タービン上流圧ＰＵ］を排気下流側の排気圧力［タービン下流圧ＰＢ］によって除した値［＝ＰＵ／ＰＢ］）が大きくなり易い。そして、排気タービン２７の膨張比が大きくなりすぎると、排気タービン２７の耐久性能の低下を招くおそれがある。

この点をふまえて本実施形態の内燃機関１１では、排気フィルタ８４の排気上流側と排気下流側との圧力差ΔＰについての下限値を設定している。そして、差圧センサ９２により検出される圧力差ΔＰが下限値以下になったときに、再生実行フラグがオフ操作されて、フィルタ再生制御の実行が停止される。

以下、上記下限値の設定態様や、同下限値を設定することによる作用について詳しく説明する。
図２に示すように、内燃機関１１では、排気フィルタ８４のＰＭ堆積量が多いときほど排気フィルタ８４の排気上流側と排気下流側との圧力差ΔＰが大きくなる。また、図３に示すように、上記圧力差ΔＰが大きいときほど、タービン下流圧ＰＢ（詳しくは、排気タービン２７と排気フィルタ８４との間の部分の排気圧力）が高くなる。これら関係からも明らかなように、内燃機関１１では、排気フィルタ８４におけるＰＭの堆積量が多くなると、排気フィルタ８４の流路抵抗が大きくなるために、タービン下流圧ＰＢが高くなるとともに排気フィルタ８４の圧力差ΔＰが大きくなって、排気タービン２７の膨張比が小さくなる。

図４に示すように、本実施形態では排気フィルタ８４の圧力差ΔＰ（図４（ａ））の下限値が設定されている。そのため、フィルタ再生制御の実行中（時刻ｔ１１〜ｔ１２、または時刻ｔ１３〜ｔ１４）において、排気フィルタ８４のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが再生終了値ＰＭｅ以下になる前に同排気フィルタ８４の圧力差ΔＰが下限値以下になると（時刻ｔ１２，ｔ１４）、再生実行フラグ（図４（ｂ））がオフ操作されて、フィルタ再生制御の実行が停止される。これにより、その後（時刻ｔ１２〜ｔ１３、または時刻ｔ１４以降）において排気フィルタ８４のＰＭ堆積量が増加して、タービン下流圧ＰＢが高くなるとともに圧力差ΔＰが大きくなるため、排気タービン２７の膨張比が大きくなることが抑えられる。

本実施形態では、こうした圧力差ΔＰの下限値として、排気タービン２７の膨張比が適度に大きくなることを抑える上で適当な値が設定されている。圧力差ΔＰの下限値は、詳しくは、以下のように設定されている。

内燃機関１１では、大気圧ＰＡが低いときほど、タービン下流圧ＰＢが低くなり易いために、排気タービン２７の膨張比が大きくなり易い。このことから、大気圧ＰＡが低いときに、タービン下流圧ＰＢを低下させることなく高い圧力のままで維持することができれば、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることを抑えることが可能になると云える。

この点をふまえて本実施形態では、図５に示すように、排気フィルタ８４の圧力差ΔＰの下限値と大気圧センサ９３によって検出される大気圧ＰＡとの関係として、大気圧ＰＡが低いときほど下限値が大きい値になる関係が定められている。

こうした関係を定めることにより、大気圧ＰＡが低くタービン下流圧ＰＢが低くなり易いときほど、フィルタ再生制御の実行中において排気フィルタ８４の圧力差ΔＰが下限値を下回り易くなり、同フィルタ再生制御が停止され易くなるために、排気フィルタ８４におけるＰＭの堆積量が多くなる。そして、これにより排気フィルタ８４の流路抵抗が大きくなって、その分だけ同排気フィルタ８４の排気上流側の排気圧力（＝タービン下流圧ＰＢ）が高くなる。このように内燃機関１１によれば、大気圧ＰＡが低くタービン下流圧ＰＢが低くなり易いときに、排気フィルタ８４のＰＭ堆積量を多くしてその分だけタービン下流圧ＰＢを高くすることができるため、同タービン下流圧ＰＢを高い圧力のままで維持することができるようになる。これにより、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることを抑えて、同排気タービン２７の耐久性能の低下を抑えることができる。

また、排気タービン２７の膨張比を適正な比率で維持するために最低限必要な排気フィルタ８４の圧力差ΔＰと大気圧ＰＡとの関係は、大気圧ＰＡが低いときほど同大気圧ＰＡの変化に伴う上記最低限必要な圧力差ΔＰの変化量が大きくなるといった関係になることが、発明者らによる各種の実験やシミュレーションの結果から確認された。

この点をふまえて本実施形態では、図５に示すように、圧力差ΔＰの下限値と大気圧ＰＡとの関係として、大気圧ＰＡが低いときほど同大気圧ＰＡの変化に伴う前記下限値の変化量が多くなる関係が定められている。この関係は、具体的には、大気圧ＰＡが低い領域で同大気圧ＰＡを所定量αだけ変化させた場合の下限値の変化量β１が、大気圧ＰＡが高い領域で同大気圧ＰＡを所定量αだけ変化させた場合の下限値の変化量β２よりも大きくなる関係である。こうした関係を定めることにより、下限値として、排気タービン２７の膨張比を適正な比率で維持する上で適切な値を大気圧ＰＡに応じたかたちで設定することができる。

さらに、排気タービン２７の排気上流側の排気圧力（上記タービン上流圧ＰＵ）が高い機関運転領域では、同タービン上流圧ＰＵが比較的低い機関運転領域と比較してタービン下流圧ＰＢが高くないと、排気タービン２７の膨張比が大きくなってしまう。そのため、タービン上流圧ＰＵが高い機関運転領域では、排気タービン２７の膨張比を適正な比率で維持するために最低限必要な排気フィルタ８４のＰＭ堆積量が多くなると云える。

この点をふまえて本実施形態では、機関回転速度ＮＥと燃料噴射量とにより定まる機関運転領域がタービン上流圧ＰＵの高い領域であるときほど前記下限値を大きい値にするようにしている。こうした値を下限値にすることにより、タービン上流圧ＰＵが高い機関運転領域であるときほど、フィルタ再生制御の実行中に排気フィルタ８４の圧力差ΔＰが下限値を下回り易くなって、同フィルタ再生制御が停止され易くなるために、排気フィルタ８４におけるＰＭの堆積量が多くなる。そして、これにより排気フィルタ８４の流路抵抗が大きくなって、その分だけ同排気フィルタ８４の排気上流側の排気圧力（＝タービン下流圧ＰＢ）が高くなる。このように内燃機関１１によれば、タービン上流圧ＰＵが高い機関運転領域において、タービン下流圧ＰＢを高い圧力で維持できるようになるため、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることを抑えることができる。

なお本実施形態では、発明者らによる各種の実験やシミュレーションの結果に基づいて、排気タービン２７の膨張比を許容範囲内に収めることの可能な圧力差ΔＰと、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量によって定まる機関運転領域と、大気圧センサ９３によって検出される大気圧ＰＡとの関係が予め求められている。さらに、この関係をもとに排気タービン２７の膨張比を許容範囲内に収めることの可能な圧力差ΔＰの最低値よりも若干大きい値（前記下限値）と上記機関運転領域と大気圧ＰＡとの関係が予め求められ、同関係が前記下限値の算出に用いる演算マップとして電子制御装置９０に記憶されている。この演算マップに記憶されている関係が、上述した大気圧ＰＡと下限値との関係（図５に示す関係）や機関運転領域と下限値との関係を満たす関係になっている。そして内燃機関１１の運転時には、機関回転速度ＮＥ、燃料噴射量（具体的には、一回の燃焼サイクルにおいて燃料噴射弁２２から噴射される燃料の量）、及び大気圧ＰＡに基づいて上記演算マップから下限値が算出される。

ここで、大気圧ＰＡが低いときに可変ノズル機構３４のノズル開度を開き側の開度にすることによっても、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることを回避できる。しかしながら、この場合には、ノズル開度が開き側の開度になる分だけタービンホイール２７Ａに吹き付けられる排気の流速が低くなって過給圧が低くなるために、機関出力の大きな低下を招いてしまう。これに対して、本実施形態の内燃機関１１は、排気フィルタ８４におけるＰＭの堆積量を多くすることによってタービン下流圧ＰＢを高くして排気タービン２７の膨張比を小さくするものであるために、過給圧を低下させることなく排気タービン２７の膨張比を小さくすることができる。したがって内燃機関１１によれば、機関出力の大きな低下を招くことなく排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることを抑えることができる。

以下、圧力差ΔＰと下限値との比較に基づいてフィルタ再生制御の実行を停止させる処理（停止処理）について説明する。
図６は上記停止処理の実行手順を示しており、同図のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御装置９０により実行される。

図６に示すように、この処理では先ず、再生実行フラグがオン操作されているか否かが判断される（ステップＳ１１）。そして、再生実行フラグがオフ操作されている場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、以下の処理を実行することなく、本処理は一旦終了される。

その後に再生実行フラグがオン操作されると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、機関回転速度ＮＥ、燃料噴射量、及び大気圧ＰＡに基づいて下限値が算出されるとともに（ステップＳ１２）、排気フィルタ８４の圧力差ΔＰが下限値以下であるか否かが判断される（ステップＳ１３）。そして、圧力差ΔＰが下限値よりも大きいときには（ステップＳ１３：ＮＯ）、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなる可能性が低いとして、フィルタ再生制御の実行を停止させることなく（ステップＳ１４の処理を実行することなく）、本処理は一旦終了される。

その後において圧力差ΔＰが下限値以下になると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなるのを抑えるべく、再生実行フラグがオフ操作される（ステップＳ１４）。これによりフィルタ再生制御の実行が停止され、その後において排気フィルタ８４のＰＭ堆積量が増加するようになるため、その分だけタービン下流圧ＰＢが高くなって排気タービン２７の膨張比が小さい比率で保たれるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）大気圧センサ９３によって検出される大気圧ＰＡが低いときほど前記圧力差ΔＰの下限値を大きい値にした。そのため、大気圧ＰＡが低くタービン下流圧ＰＢが低くなり易いときに、排気フィルタ８４のＰＭ堆積量を多くしてその分だけタービン下流圧ＰＢを高くすることができ、同タービン下流圧ＰＢを高い圧力のままで維持することができるようになる。これにより、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることを抑えて、同排気タービン２７の耐久性能の低下を抑えることができる。しかも、機関出力の大きな低下を招くことなく排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることを抑えることができる。

（２）機関回転速度ＮＥと燃料噴射量とにより定まる機関運転領域がタービン上流圧ＰＵの高い領域であるときほど、前記圧力差ΔＰの下限値を大きい値にした。これにより、タービン上流圧ＰＵが高い機関運転領域において、タービン下流圧ＰＢを高い圧力で維持できるようになるため、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることを抑えることができる。

（３）大気圧ＰＡと下限値との関係を、大気圧ＰＡが低いときほど、同大気圧ＰＡの変化に伴う下限値の変化量が多くなる関係にした。これにより、下限値として、排気タービン２７の膨張比を適正な比率で維持する上で適切な値を大気圧ＰＡに応じたかたちで設定することができる。

（第２実施形態）
以下、過給機付き内燃機関の第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態と第１実施形態とは、次の点が異なる。すなわち、第１実施形態では、フィルタ再生制御の実行中において排気フィルタの圧力差と下限値とが比較されて、同圧力差が下限値以下になったときにはフィルタ再生制御の実行が停止される。これに対して、本実施形態では、フィルタ再生制御の実行の有無によることなく、排気フィルタの圧力差と下限値とが比較される。そして、排気フィルタの圧力差が下限値以下になったときには、内燃機関の運転モードが、ＰＭの発生量が比較的少ないモード（通常モード）からＰＭの発生量が多いモード（ＰＭ発生モード）に切り替えられる。

以下、排気フィルタの圧力差と下限値との比較に基づいて内燃機関の運転モードを切り替える処理（切り替え処理）について説明する。なお、排気フィルタの圧力差と下限値との比較に基づく一連の処理以外の構成は、本実施形態の内燃機関と第１実施形態の内燃機関とで同一であるため、同一の構成には同一の符号を付して示し、その詳細な説明は割愛する。

図７は上記切り替え処理の実行手順を示しており、同図のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御装置９０により実行される。
図７に示すように、この処理では先ず、機関回転速度ＮＥ、燃料噴射量、及び大気圧ＰＡに基づいて前記下限値が算出されるとともに（ステップＳ２１）、排気フィルタ８４の圧力差ΔＰが下限値以下であるか否かが判断される（ステップＳ２２）。そして、圧力差ΔＰが下限値よりも大きいときには（ステップＳ２２：ＮＯ）、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなる可能性が低いとして、ＰＭ発生フラグがオフ操作される（ステップＳ２３）。ＰＭ発生フラグは、オン操作されているときにはＰＭ発生モードでの機関運転が実行される一方、オフ操作されているときにはＰＭ発生モードでの機関運転が禁止されるようになるフラグである。そのため、ステップＳ２３の処理では、ＰＭ発生モードでの機関運転が禁止されて、通常モードでの機関運転が実行される。

一方、排気フィルタ８４の圧力差ΔＰが下限値以下になると（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなるのを抑えるべく、ＰＭ発生フラグがオン操作される（ステップＳ２４）。これにより、内燃機関１１がＰＭ発生モードで運転されるようになる。

ここで図８に示すように、機関運転中において燃料噴射弁２２から噴射される燃料の圧力（燃料噴射圧）が低いときほど、内燃機関１１の排気中に含まれるＰＭの量が多くなる傾向がある。また図９に示すように、燃料噴射弁２２から燃料を噴射する時期（燃料噴射時期）が早いときほど、内燃機関１１の排気中に含まれるＰＭの量が多くなる傾向がある。こうした実情をふまえて、本実施形態の機関制御では、機関運転状態が同一の条件下で比較した場合に通常モードのときよりもＰＭ発生モードのときの燃料噴射圧を高くしたり燃料噴射時期を早くしたりすることにより、通常モードでの機関運転時と比較してＰＭ発生モードでの機関運転時におけるＰＭの発生量を多くしている。本実施形態では、燃料噴射弁２２が調節部に相当する。

以下、こうした切り替え処理を実行することによる作用について説明する。
本実施形態では、排気フィルタ８４の圧力差ΔＰが下限値以下になると、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなるのを抑えるために、ＰＭ発生モードでの機関運転が実行される。これにより、通常モードでの機関運転時と比べて内燃機関１１の排気に含まれるＰＭの量が多くなるため、排気フィルタ８４に堆積するＰＭの量が増加してタービン下流圧ＰＢが高くなり、排気タービン２７の膨張比が小さい比率で保たれるようになる。

なお、高回転高負荷運転などといった排気温度のごく高い状態での機関運転が継続されると、排気が有する熱によって排気フィルタ８４内におけるＰＭの酸化燃焼が進むために、排気フィルタ８４のＰＭ堆積量が少なくなってタービン下流圧ＰＢが高くなり、排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなるおそれがある。本実施形態によれば、そうした場合であっても圧力差ΔＰが下限値以下になると、ＰＭ発生モードで内燃機関１１が運転されるため、排気に含まれるＰＭの量が多くなって排気フィルタ８４のＰＭ堆積量が多くなり、タービン下流圧ＰＢが高くなる。そして、これにより排気タービン２７の膨張比が過度に大きくなることが抑えられるようになる。

本実施形態によれば、先の（１）〜（３）に記載した効果と同一の効果が得られる。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・第２実施形態において、ＰＭ発生モードでの機関運転に際してＰＭ発生量を多くするために調節するパラメータとしては、燃料噴射圧や燃料噴射時期に限らず、ＰＭの発生量を多くすることのできる機関パラメータであれば、任意の機関パラメータを採用することができる。例えば、燃焼室１３に排気の一部を調量しつつ再循環させる排気再循環装置を有する内燃機関が採用される場合には、上記パラメータとして、燃焼室１３に再循環される排気の量を同燃焼室１３に吸入されるガスの量で除した値（いわゆるＥＧＲ率）を採用してもよい。図１０に示すように、機関運転時におけるＥＧＲ率が高いときほど、内燃機関の排気中に含まれるＰＭの量が多くなる傾向がある。上記内燃機関では、運転状態が同一の条件下で比較した場合に通常モードのときのＥＧＲ率よりもＰＭ発生モードのときのＥＧＲ率を高くすることにより、通常モードでの機関運転時と比較してＰＭ発生モードでの機関運転時におけるＰＭの発生量を多くすることが可能になる。こうした内燃機関では、ＥＧＲ率の調節のために作動する部材（ＥＧＲ弁やバルブタイミング機構など）が調節部として機能する。

・各実施形態において、機関回転速度ＮＥと燃料噴射量と大気圧ＰＡとに基づく下限値の算出を、電子制御装置９０に予め記憶された演算マップを用いて実行することの他、電子制御装置９０に予め記憶された演算式を用いて実行することもできる。

・各実施形態において、機関回転速度ＮＥと燃料噴射量と圧力差ΔＰの下限値との関係は、タービン上流圧ＰＵが高い機関運転領域であるときに同タービン上流圧ＰＵが低い機関運転領域であるときと比較して下限値が大きい値になる関係であれば、任意に変更することができる。例えば、大気圧ＰＡが同一の条件下での下限値として、タービン上流圧ＰＵが高い機関運転領域であるときの下限値Ａ１と同タービン上流圧ＰＵが低い機関運転領域であるときの下限値Ｂ１（ただし、Ａ１＞Ｂ１）といった２つの値のみを定めるようにしてもよい。こうした構成は、そうした下限値Ａ１，Ｂ１の関係を満たすようになる機関回転速度ＮＥと燃料噴射量と大気圧ＰＡと圧力差ΔＰの下限値との関係を予め求めて、演算マップ（または演算式）に定めることによって実現することができる。その他、上記構成は、下限値の算出に用いる演算マップとして、タービン上流圧ＰＵが高い機関運転領域で用いる高圧マップとタービン上流圧ＰＵが低い機関運転領域で用いる低圧マップとを定めること等によっても実現可能である。

・各実施形態において、機関運転領域を特定するために用いる値としては、機関回転速度ＮＥや燃料噴射量に限らず、内燃機関１１の吸入空気量や吸気温度など、任意の機関パラメータを採用することができる。

・各実施形態において、大気圧ＰＡと圧力差ΔＰの下限値との関係は、大気圧ＰＡが低いときの下限値が同大気圧ＰＡが高いときの下限値と比較して大きい値になる関係であれば、任意に変更することができる。例えば、タービン上流圧ＰＵ（具体的には、機関回転速度ＮＥと燃料噴射量とによって定まる機関運転領域）が同一の条件下での下限値として、大気圧ＰＡが高いときの下限値Ａ２と同大気圧ＰＡが低いときの下限値Ｂ２（ただし、Ａ２＞Ｂ２）といった２つの値のみを定めるようにしてもよい。こうした構成は、そうした下限値Ａ２，Ｂ２の関係を満たすようになる機関回転速度ＮＥと燃料噴射量と大気圧ＰＡと圧力差ΔＰの下限値との関係を予め求めて、演算マップ（または演算式）に定めることによって実現することができる。その他、上記構成は、下限値の算出に用いる演算マップとして、大気圧ＰＡが低いときに用いる低圧マップと大気圧ＰＡが高いときに用いる高圧マップとを定めること等によっても実現可能である。

・各実施形態において、圧力差ΔＰの下限値の算出パラメータとして機関回転速度ＮＥおよび燃料噴射量を用いることなく大気圧ＰＡを用いて、同下限値を算出することができる。この場合には、下限値として、大気圧ＰＡが所定圧以下であるときに用いる一定の値（低圧値Ｌ）と大気圧ＰＡが所定圧よりも高いときに用いる一定の値（高圧値Ｈ、ただしＬ＞Ｈ）とを定めるようにしてもよい。

・各実施形態において、排気フィルタ８４の圧力差ΔＰを差圧センサ９２によって検出することに限らず、排気フィルタ８４の排気上流側の排気圧力と排気下流側の排気圧力とを圧力センサによって各別に検出するとともに、それら排気圧力の差を排気フィルタ８４の圧力差として検出することもできる。

１１…内燃機関、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…過給機、１７…コンプレッサ、１７Ａ…コンプレッサホイール、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２１…吸気マニホールド、２２…燃料噴射弁、２３…コモンレール、２４…燃料ポンプ、２５…排気ポート、２６…排気マニホールド、２７…排気タービン、２７Ａ…タービンホイール、３４…可変ノズル機構、８１…排気浄化装置、８２…燃料添加弁、８２Ａ…燃料通路、８３…酸化触媒、８４…排気フィルタ、９０…電子制御装置、９１…クランクセンサ、９２…差圧センサ、９３…大気圧センサ。

Claims (2)

1. 排気通路に設けられた排気タービンと、
   前記排気通路における前記排気タービンよりも排気下流側に設けられて排気中の微粒子状物質を捕集する排気フィルタと、
   前記排気フィルタにおける前記微粒子状物質の堆積量の増減を調節する調節部と、
   前記調節部の作動を制御する制御部と、
   前記排気通路における前記排気フィルタの排気上流側と排気下流側との圧力差を検出する差圧検出部と、
   大気圧を検出する大気圧センサと、を備え、
   前記制御部は、前記差圧検出部により検出される圧力差が下限値以下になったときに前記微粒子状物質の堆積量が増加するようになる態様で前記調節部の作動を制御するものであり、前記大気圧センサによって検出される大気圧が低いときほど前記下限値を大きい値にし、前記大気圧センサによって検出される大気圧と前記下限値との関係を、前記大気圧が低いときほど、同大気圧の変化に伴う前記下限値の変化量が多くなる関係にする
   過給機付き内燃機関。
2. 前記制御部は、前記排気タービンの排気上流側の排気圧力が高い機関運転領域であるときに、同排気圧力が低い機関運転領域であるときと比較して、前記下限値を大きい値にする
   請求項１に記載の過給機付き内燃機関。