JP6881610B2 - ガソリンエンジンの排気浄化方法および排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＦ装置とＥＧＲ装置とを備えるガソリンエンジンの排気浄化方法および排気浄化装置に関する。

燃焼方式の直噴化等を背景に、排気性状の更なる改善のため、ガソリン・パティキュレート・フィルタ（以下「ＧＰＦ装置」という）の採用が検討されている。ＧＰＦ装置は、排気通路に設置され、ガソリンエンジンの排気中の微粒子を捕集する。ＪＰ２０１５−２２２０２８には、ＧＰＦ装置と、排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に導入するＥＧＲ装置と、を備えるガソリンエンジンに関し、次のような技術が開示されている。ＧＰＦ装置上流の排気通路から排気を取り込み、これを吸気通路に導入する第１ＥＧＲ経路と、ＧＰＦ装置下流の排気通路から排気を取り込み、これを吸気通路に導入する第２ＥＧＲ経路と、を設け、第１ＥＧＲ経路と第２ＥＧＲ経路との間で、実際に使用する経路を切り換えるものである（段落０００５〜００１０、００２５）。

ＪＰ２０１５−２２２０２８の技術は、ＧＰＦ装置の担体（フィルタ基材）に捕集された排気微粒子が少なく、微粒子堆積量が少ないうちは、ＧＰＦ装置を捕集されずにすり抜ける排気微粒子が多いことを考慮して、第２ＥＧＲ経路を選択し、排気微粒子の堆積が進み、微粒子堆積量が増大した場合は、排気微粒子のすり抜けが抑制され、排気微粒子を充分に捕集可能であるとして、第１ＥＧＲ経路に切り換えるものである。

このように、上記技術は、ＧＰＦ装置上流の排気通路から排気を取り込む経路（第１ＥＧＲ経路）を設けるものであるが、ＧＰＦ装置における微粒子堆積量がＥＧＲ制御に与える影響を考慮するものではない。微粒子堆積量が増えると、その分、ＧＰＦ装置で生じる圧損（圧力損失）が増大することから、ＥＧＲバルブの開度に対する実際のＥＧＲ率に変化が生じることが懸念される。そして、この懸念は、負荷に対する排気流量の変動が大きいガソリンエンジンにおいて、特に顕著である。

本発明は、以上の問題を考慮したガソリンエンジンの排気浄化方法および排気浄化装置を提供することを目的とする。

一形態では、ガソリンエンジンの排気浄化方法が提供される。本形態に係る排気浄化方法は、排気微粒子をＧＰＦ装置により捕集するとともに、ＧＰＦ装置上流の排気通路を流れる排気を、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導入するＥＧＲ制御を実施する。そして、ＥＧＲ制御において、ＥＧＲ通路の開口面積を制御し、エンジンの運転状態に応じたＥＧＲ通路の開口面積を、ＧＰＦ装置における微粒子堆積量が多いときほど小さくする。

更に別の形態では、ガソリンエンジンの排気浄化装置が提供される。

図１は、本発明の一実施形態に係るガソリンエンジンの全体的な構成を示す概略図である。 図２は、同上実施形態に係るＥＧＲ制御の基本的な流れを示すフローチャートである。 図３は、ＥＧＲバルブ前後の差圧（基準値）ΔＰｅｇｒ０の、運転状態に応じた変化の傾向を示す説明図である。 図４は、ＥＧＲバルブ開度に関するＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳｅｇｒの、実際の差圧ΔＰｅｇｒ１に対する設定の傾向を示す説明図である。 図５は、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの推定に係る処理の内容を示すフローチャートである。 図６は、排気流量Ｖｅｘｈに対する煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓの変化の傾向を示す説明図である。 図７は、煤分堆積量Ａｓに対する煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓの変化の傾向を示す説明図である。 図８は、排気流量Ｖｅｘｈに対する灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａの変化の傾向を示す説明図である。 図９は、煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓ、灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａおよびＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの関係を示す説明図である。 図１０は、本発明の他の実施形態に係るガソリンエンジンの全体的な構成を示す概略図である。 図１１は、同上実施形態に係るＥＧＲ制御の基本的な流れを示すフローチャートである。 図１２は、目標アドミッション差圧（基本値）ΔＰａｄｍ＿ｔの、運転状態に対する設定の傾向を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（全体構成の説明）
図１は、本発明の第１実施形態に係るガソリンエンジンＥ１の全体的な構成を示している。

本実施形態に係るガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」という）Ｅ１は、エンジン本体１と、吸気装置２と、排気装置３と、を備える。エンジンＥ１は、多気筒型の火花点火直噴エンジンであり、エンジン本体１がクランクケース、シリンダブロックおよびシリンダヘッドに分割形成され、複数の気筒が設けられている。気筒の数は、１つであってもよい。

吸気装置２は、吸気通路２１と、吸気通路２１に介装されたスロットルバルブ２２およびコレクタ２３を備え、大気中の空気を、吸気通路２１を介してエンジン本体１に供給する。吸気通路２１に取り込まれた空気は、スロットルバルブ２２による流量制御を受けた後、コレクタ２３に流入し、コレクタ２３の下流側に設けられたマニホールド部でエンジン本体１の各気筒に分配される。

排気装置３は、排気通路３１と、排気通路３１に介装された触媒コンバータ３２およびＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）装置３３を備え、エンジン本体１での燃焼により生じた排気を、排気通路３１を介して大気中に排出する。エンジン本体１での燃焼後、各気筒から排気通路３１に送出された排気は、マニホールド部で集められ、さらに、触媒コンバータ３２およびＧＰＦ装置３３による必要な後処理を受けた後、大気中に放出される。

触媒コンバータ３２は、これに限定されるものではないが、三元触媒を内蔵する。

ＧＰＦ装置３３は、ガソリンエンジンで生じる排気中の微粒子（以下「排気微粒子」という場合がある）を捕集可能なフィルタ担体を有し、そのようなフィルタ担体として、コージェライトを材料とするハニカム形状のモノリシック担体を例示することができる。ＧＰＦ装置３３に用いられるフィルタ担体は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等からなるＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）装置のフィルタ担体と比べて肉薄で、耐熱温度が低く（例えば、１３５０℃ほど）、圧損が小さいという特徴がある。ＧＰＦ装置３３は、排気通路３１において、排気がフィルタ担体を通過するように配置され、排気は、フィルタ担体を通過する際にろ過され、排気中の微粒子が除去される。排気微粒子には、ガソリン燃料の燃焼により生じる煤分に加えてエンジンオイル由来の灰分が包含され、本実施形態では、ＧＰＦ装置３３に生じる差圧として、煤分による差圧に加え、灰分による差圧を考慮する。

本実施形態では、外部ＥＧＲを実行するＥＧＲ装置４を設け、ＥＧＲ装置４により、エンジン本体１から排気通路３１に排出された排気の一部をエンジン本体１に還流させる。ＥＧＲ装置４は、大まかには、排気通路３１と吸気通路２１とをつなぐＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲ通路４１に介装されたＥＧＲバルブ４２およびＥＧＲクーラ４３と、からなり、ＥＧＲバルブ４２によりＥＧＲ通路４１の実質的な開口面積を調整することで、エンジン本体１に供給される新気に対する、排気通路３１から還流される排気（以下「ＥＧＲガス」という場合がある）の比率（例えば、質量比であり、以下「ＥＧＲ率」という）を制御する。ＥＧＲ通路４１は、ＧＰＦ装置３３上流の排気通路３１と、スロットルバルブ２２下流の吸気通路２１と、を接続し、本実施形態では、触媒コンバータ３２とＧＰＦ装置３３との間の排気通路３１ａと、スロットルバルブ２２とコレクタ２３との間の吸気通路２１ａと、を接続する。ＥＧＲクーラ４３は、ＥＧＲガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行う熱交換器として構成され、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路４１に取り込まれた後、吸気通路２１への流入前に、ＥＧＲクーラ４３により冷却される。

（制御システムの構成）
ＥＧＲ装置４を含むエンジンＥ１全体の動作は、エンジンコントローラ１０１により制御される。本実施形態において、エンジンコントローラ１０１は、電子制御ユニットとして構成され、中央演算装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の各種記憶装置、入出力インターフェース等を備える。

エンジンコントローラ１０１へは、エンジンＥ１の運転状態ないし運転条件を検出するための各種センサからの検出信号が入力される。本実施形態では、運転者によるアクセル操作量を検出するアクセルセンサ２０１、エンジンＥ１の回転速度を検出する回転速度センサ２０２、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２０３が設けられ、これらのセンサ２０１〜２０３からの検出信号が、運転状態の指標としてエンジンコントローラ１０１に入力される。アクセル操作量は、エンジンＥ１に求められる負荷の指標である。

エンジンコントローラ１０１は、検出された運転状態をもとに予め定められた演算を実行し、エンジンＥ１の目標吸入空気量および目標燃料噴射量を算出するとともに、ＥＧＲ率の運転状態に応じた目標値（以下「目標ＥＧＲ率」という）を算出し、これらの計算値に基づきスロットルバルブ２２、燃料インジェクタ（図示せず）およびＥＧＲバルブ４２を制御する。燃料インジェクタは、エンジン本体１のシリンダヘッドに、燃料を筒内に直接噴射可能に設置されている。

本実施形態では、以上に加え、ＧＰＦ装置３３に生じる実際の差圧を検出する差圧センサ２０４が設けられ、差圧センサ２０４の検出信号も、エンジンコントローラ１０１に入力される。

さらに、本実施形態では、エンジン本体１のクランクケースと吸気通路２１とをつなぐ通路ないし導管にＰＣＶ（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション）バルブ１５が設置され、クランクケースに溜まったブローバイガスを、この通路を介してエンジン本体１に供給することが可能である。目標燃料噴射量の計算では、ブローバイガスの供給量に応じた補正を行う。

（フローチャートによる説明）
図２は、本実施形態に係るＥＧＲ制御（ＥＧＲバルブ開度の補正を含む）の基本的な流れを示すフローチャートである。

エンジンコントローラ１０１は、図２に示す手順に従うＥＧＲ制御を所定時間毎に実行するようにプログラムされている。

ＥＧＲ制御では、エンジンＥ１の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを設定し、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを達成するようにＥＧＲバルブ４２の開度θｅｇｒを調整して、ＥＧＲ率ＲｅｇｒまたはＥＧＲ通路４１を介してエンジン本体１に還流されるＥＧＲガスの流量（以下「ＥＧＲ量」Ｖｅｇｒという）を制御する。本実施形態では、ＥＧＲ制御において、ＧＰＦ装置３３に生じる差圧、換言すれば、ＧＰＦ装置３３前後の差圧（以下「ＧＰＦ差圧」という）ＤＩＦｇｐｆを検出し、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆに応じた補正を行う。

Ｓ１０１では、ＥＧＲ実行条件を確認する。ＥＧＲ実行条件が成立しているときは、Ｓ１０２へ進み、成立していないときは、Ｓ１０７へ進む。ＥＧＲ実行条件とは、エンジンＥ１の運転状態がＥＧＲ領域にあることに加え、例えば、ＥＧＲバルブ４２を含め、ＥＧＲ装置４が正常に動作していること、冷却水温度が所定温度（例えば、６０℃）以上であることであり、これらの条件の全てが成立している場合にのみ、ＥＧＲ実行条件が成立していると判定する。ＥＧＲ装置４の動作が正常でない場合はもとより、冷却水温度が所定温度未満の場合は、ＥＧＲクーラ４３の内部でＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮し、多量の水が生じる懸念があるからである。以上に加え、外気温を検出するセンサを設け、外気温が所定温度（例えば、０℃）以上であることをＥＧＲ実行条件としてもよい。外気温が低い場合も、ＥＧＲガス中の水蒸気の凝縮が懸念されるからである。エンジンＥ１の温度が低く、冷機状態にあるときや、加速走行時等の燃料増量時にあるときは、煤が多量に生じる傾向にあることから、ＥＧＲ領域にないとして、ＥＧＲ制御の実行自体を禁止する。

Ｓ１０２では、ＧＰＦ差圧推定条件を確認する。ＧＰＦ差圧推定条件が成立しているときは、Ｓ１０３へ進み、成立していないときは、Ｓ１０７へ進む。本実施形態では、後に述べるＧＰＦ差圧推定ルーチン（図５）において、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの推定が停止されていない場合に、ＧＰＦ差圧推定条件が成立していると判定する。

Ｓ１０３では、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを算出する。目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔの計算は、既に当業者に知られたいかなる方法によるものであってもよく、例えば、エンジンＥ１の回転速度Ｎｅおよび負荷Ｔｅに応じた目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔの基本値が割り付けられたマップデータを予め作成しておき、実際の回転速度Ｎｅおよび負荷Ｔｅによりこのマップデータを検索することで、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを算出する。

Ｓ１０４では、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔに対し、運転環境および運転状態に応じた補正を行う。この補正は、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔに対し、基本値の設定（Ｓ１０３）で考慮したもの以外の変動要因を反映させるためのものである。例えば、排気温度が高く、基本値のままでは質量換算で充分な量のＥＧＲガスを還流させることができない状態にあったり、排気通路３１における圧力脈動の影響でＥＧＲガスに逆流が生じたりする場合に、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを見かけ上増大させる補正を行う。

Ｓ１０５では、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆに応じたＥＧＲ制御の補正量（以下「ＧＰＦ差圧補正量」という）ＨＯＳｅｇｒを算出する。本実施形態において、ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳｅｇｒは、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆに応じたＥＧＲバルブ４２の開度（ＥＧＲバルブ開度）θｅｇｒの補正量として算出され、全体的な傾向として、ＥＧＲバルブ開度θｅｇｒを、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの増大に対して減少させる。例えば、ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳｅｇｒは、図４に示す傾向を有する演算テーブルからの検索により、ＥＧＲバルブ４２に生じる実際の差圧ΔＰｅｇｒ１の、基準値ΔＰｅｇｒ０に対する比（以下「差圧比」という）ΔＰｅｇｒ１／ΔＰｅｇｒ０が大きいときほど小さな値として算出される。ここで、基準値ΔＰｅｇｒ０は、ＧＰＦ装置３３に差圧が生じていない状態、換言すれば、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆが０である場合にＥＧＲバルブ４２に生じる差圧であり、エンジンＥ１の運転状態から推定することが可能である。具体的には、基準値ΔＰｅｇｒ０は、図３に示すように、エンジンＥ１の回転速度Ｎｅが高く、負荷Ｔｅが大きいときほど大きな値として推定される。実差圧ΔＰｅｇｒ１は、ＧＰＦ装置３３下流の圧力にＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆを加算することにより算出可能であり、ＧＰＦ装置３３下流の圧力は、大気圧で代用することができる。ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの検出は、後に述べるところによる。

Ｓ１０６では、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔおよびにＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳｅｇｒに基づき、次式（１）によりＥＧＲバルブ開度θｅｇｒの目標値θｅｇｒ＿ｔを算出する。
θｅｇｒ＿ｔ＝Ａ（θｔｈｃ）×Ｒｅｇｒ＿ｔ×ＨＯＳｅｇｒ…（１）

ここで、Ａ（θｔｈｃ）は、ストッロルバルブ２２の開度θｔｈｃに応じた吸気開口面積であり、Ｒｅｇｒ＿ｔは、環境・運転状態補正後の目標ＥＧＲ率（Ｓ１０４）である。

Ｓ１０７では、目標ＥＧＲバルブ開度θｅｇｒ＿ｔを０として、ＥＧＲバルブ４２を全閉させ、ＥＧＲガスの還流を停止する。ＥＧＲバルブ４２は、全閉させるばかりでなく、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを大幅に減少させてもよい。これにより、ＥＧＲ自体を継続させながら、ＥＧＲバブル４２前後の差圧ΔＰｅｇｒにＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの増大による変動が生じたとしても、その影響を軽微に抑えることが可能である。

このように、本実施形態では、ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳｅｇｒによる補正の対象をＥＧＲバルブ開度θｅｇｒとするが、ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳｅｇｒにより目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを補正する構成としてもよい。例えば、エンジンＥ１の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔに対し、環境・運転状態に応じた補正およびＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆに応じた補正を行うのである。

図５は、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの検出に係る処理の内容を示すフローチャートである。

エンジンコントローラ１０１は、図５に示す処理を、図２に示す基本ルーチンと同じかまたは異なる時間毎に実行する。

Ｓ２０１では、制御システムがエンジンＥ１の排気流量Ｖｅｘｈを検出可能な状態にあるか否かを判定する。本実施形態では、排気流量Ｖｅｘｈを体積流量として、これに関係を有する各種パラメータに基づく推定演算により排気流量Ｖｅｘｈを検出し、排気流量Ｖｅｘｈを検出可能な状態にあるか否かの判定は、上記パラメータを検出するための各種センサが活性状態にあり、正常に動作しているか否かを判定することによる。排気流量Ｖｅｘｈを検出可能な状態にある場合は、Ｓ２０２へ進み、検出可能な状態にない場合は、Ｓ２０８へ進む。

Ｓ２０２では、排気流量Ｖｅｘｈを検出する。排気流量Ｖｅｘｈの検出は、既に当業者に知られたいかなる方法によるものであってもよく、例えば、吸入空気量Ｑａ、排気温度Ｔｅｘｈおよび空燃比Ａ／Ｆから算出することが可能である。以上に加え、大気圧をさらに考慮してもよい。排気温度Ｔｅｘｈは、例えば、ＧＰＦ装置３３上流の排気通路３１における温度であり、排気通路３１に設置されたガス温度センサにより検出する。さらに、吸入空気量Ｑａは、吸気通路２１の入口部に取り付けられたエアフローメータにより、空燃比Ａ／Ｆは、排気通路３１に設置された空燃比センサにより、夫々検出する。
Ｖｅｘｈ＝ｆ（Ｑａ，Ｔｅｘｈ，Ａ／Ｆ）…（２）

Ｓ２０３では、ＧＰＦ装置３３に溜まっている排気微粒子のうち、煤分の堆積量である煤分堆積量Ａｓを算出する。煤分堆積量Ａｓの計算は、エンジン本体１から排出される煤分の単位時間ないし単位エンジン回転当たりの排出量ｄＡｓを逐次積算することによる。単位排出量ｄＡｓは、エンジンＥ１の運転状態（例えば、回転速度Ｎｅ、負荷Ｔｅおよび冷却水温度Ｔｗ）から算出することが可能である。煤分は、燃焼により除去可能であることから、単位排出量ｄＡｓの積算値から燃焼による減少量Ａｒｅｇを減算する。減少量Ａｒｅｇの計算は、排気中の酸素が増大する燃料カット時等に、ＧＰＦ装置３３の温度をもとに行うことが可能である。
Ａｓ＝Σ（ｄＡｓ）−Ａｒｅｇ…（３）

Ｓ２０４では、煤分堆積量Ａｓに応じたＧＰＦ差圧、つまり、煤分による差圧（以下「煤分ＧＰＦ差圧」という）ＤＩＦｓを算出する。図６は、排気流量Ｖｅｘｈに対する煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓの変化の傾向を、煤分堆積量Ａｓ毎に示している。煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓ０は、排気微粒子の堆積がない状態での差圧を示している。煤分ＧＰＦ堆積量ＤＩＦｓは、排気流量Ｖｅｘｈが多いときほど、煤分堆積量Ａｓが多いときほど増大する傾向を有し、排気流量Ｖｅｘｈの増大に対する変化は、煤分堆積量Ａｓが多いときほど急である。煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓの計算のため、例えば、図７に示す傾向を有する演算テーブルを排気流量Ｖｅｘｈ毎に予め作成し、実際のＥＧＲ制御に際し、排気流量Ｖｅｘｈに応じた演算テーブルを煤分堆積量Ａｓにより検索することで、煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓを算出する。

Ｓ２０５では、ＧＰＦ装置３３に溜まっている排気微粒子のうち、灰分（アッシュ）の堆積量である灰分堆積量Ａａを算出する。灰分堆積量Ａａの計算も、煤分堆積量Ａｓの計算と同様に、エンジン本体１から排出される灰分の単位時間ないし単位エンジン回転当たりの排出量ｄＡａを逐次積算することによる。
Ａａ＝Σ（ｄＡａ）…（４）

Ｓ２０６では、灰分堆積量Ａａに応じたＧＰＦ差圧、つまり、灰分による差圧（以下「灰分ＧＰＦ差圧」という）ＤＩＦａを算出する。図８は、排気流量Ｖｅｘｈに対する灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａの変化の傾向を、灰分堆積量Ａａ毎に示している。灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａ０は、排気微粒子の堆積がない状態での差圧を示している。灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａも、煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓと同様に、排気流量Ｖｅｘｈが多いときほど、灰分堆積量Ａａが多いときほど増大する傾向を有するが、排気流量Ｖｅｘｈの増大に対する変化は、煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓのものと比べてより緩やかである。灰分堆積量Ａａと灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａとの関係をデータ化した演算テーブルを排気流量Ｖｅｘｈ毎に予め作成し、排気流量Ｖｅｘｈに応じた演算テーブルを灰分堆積量Ａａにより検索することで、灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａを算出することが可能である。

Ｓ２０７では、煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓと灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａとを加算して、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆを算出する。図９は、下式（５）の関係を模式的に示している。ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆは、エンジンＥ１の運転状態に応じた特定の排気流量Ｖｅｘｈのもとで、煤分堆積量Ａｓに応じた煤分ＧＰＦ差圧ＤＩＦｓと、灰分堆積量Ａａに応じた灰分ＧＰＦ差圧ＤＩＦａと、の合計として与えられる。
ＤＩＦｇｐｆ＝ＤＩＦｓ＋ＤＩＦａ…（５）

Ｓ２０８では、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの推定を停止する。

以上に加え、差圧センサ２０４により実際のＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆを検出し、排気流量Ｖｅｘｈに応じたＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆと微粒子堆積量との関係から、煤分堆積量Ａｓを算出することも可能である。例えば、排気流量Ｖｅｘｈが堆積量計算の精度を確保するうえで充分な量である場合に、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆを微粒子堆積量に換算し、その換算値により煤分堆積量Ａｓを更新するのである。ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆから求まる微粒子堆積量には煤分堆積量Ａｓのほか、灰分堆積量Ａａも含まれるので、煤分堆積量Ａｓを更新した場合は、逐次積算による灰分堆積量Ａａ（＝Σ（ｄＡａ））を０とする。

さらに、ＧＰＦ装置３３の微粒子堆積量Ａｇｐｆにおいて、車両の発進および停止を数回繰り返した程度では、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆに有意な変動を及ぼすほどの変化は生じないと考えられることから、単位排出量の逐次積算による推定値に代え、差圧センサ２０４による実測値をＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆとして用いることも可能である。

（作用効果の説明）
本実施形態に係るガソリンエンジンＥ１の排気浄化装置は、以上のように構成され、本実施形態により得られる効果について、以下に示す。

第１に、エンジンＥ１の排気通路３１にＧＰＦ装置３３を介装したことにより、排気微粒子をＧＰＦ装置３３により捕集し、大気中への放出を抑制することができる。そして、ＧＰＦ装置３３における微粒子堆積量Ａｇｐｆの増大に対し、エンジンＥ１の運転状態に応じたＥＧＲ通路４１の開口面積を小さくすることで、ＧＰＦ装置３３前後における差圧の拡大（換言すれば、排圧の増大）によらず、実際のＥＧＲ率ＲｅｇｒないしＥＧＲ量Ｑｅｇｒの運転状態に応じた目標値からの乖離を抑制し、ＥＧＲ制御によるＮＯｘ低減の効果を確保することが可能となる。

ここで、ＥＧＲバルブ４２を設置し、微粒子堆積量Ａｇｐｆの増大に対してＥＧＲバルブ開度θｅｇｒを小さな値に補正して、ＥＧＲ通路４１の開口面積を小さくすることで、上記効果を奏する排気浄化装置の比較的容易な実施が可能となる。

第２に、エンジンＥ１の運転状態に応じたＥＧＲ通路４１の開口面積を排気流量Ｖｅｘｈが多いときほど減少させることで、排気流量Ｖｅｘｈに応じて変化するＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの特性をＥＧＲ制御に反映させることが可能となる（図６、８）。これにより、ディーゼルエンジン等、スロットルによる吸気量調整を伴わないエンジンと比べて負荷Ｔｅに対する排気流量Ｖｅｘｈの変化が大きいガソリンエンジンＥ１において、排気微粒子の堆積に対してＥＧＲ通路４１の開口面積をより適切に制御し、実際のＥＧＲ率ＲｅｇｒないしＥＧＲ量Ｑｅｇｒを目標値に対してより良好に追従させることができる。

そして、微粒子堆積量Ａｇｐｆに対するＥＧＲバルブ開度θｅｇｒの補正量（ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳｅｇｒ）を排気流量Ｖｅｘｈに応じて変更可能としたことで、排気微粒子の堆積によるＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの変化をＥＧＲバルブ開度θｅｇｒの制御ないし補正により的確に反映させ、ＥＧＲ制御の適正化を図ることが可能となる。

第３に、排気微粒子として、ガソリン燃料の燃焼により生じる煤分に加えてエンジンオイル由来の灰分を想定し、ＧＰＦ装置３３における微粒子堆積量Ａｇｐｆを、煤分および灰分の各堆積量Ａｓ、Ａａの合計として算出することで、微粒子堆積量Ａｇｐｆをより正確に把握し、ＥＧＲ制御の更なる適正化を図ることが可能となる。

（他の実施形態の説明）
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係るガソリンエンジンＥ２の全体的な構成を示している。

先に述べたエンジンＥ１との相違点を中心に説明する。

本実施形態に係るガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」という）Ｅ２は、ターボチャージャＴＣを備える。ターボチャージャＴＣは、吸気通路２１に介装されたコンプレッサ部２５と、排気通路３１に介装されたタービン部（「排気タービン」に相当する）３５と、を備え、排気がタービン部３５を通過する際に、タービン部３５のタービンホイールが排気エネルギを受けて回転し、タービンホイールと同軸に結合されたコンプレッサホイールが駆動されて、過給が実施される。コンプレッサ部２５下流の吸気通路２１に設けられたインタークーラ２６は、圧縮後の空気を冷却する。コンプレッサ部２５に付設されたリサーキュレーションバルブ２５ａは、スロットルバルブ２２が閉じられた際に、コンプレッサ部２５とスロットルバルブ２２との間の吸気通路２１に生じる余剰圧力を解放するためのものである。タービン部３５に付設されたウェイストゲートバルブ３５ａは、タービン部３５の上流側に生じる圧力を逃がすことで、過給圧の過度な上昇を抑制するためのものである。

先の実施形態におけると同様に、本実施形態でも外部ＥＧＲを実行するＥＧＲ装置４が設けられ、ＥＧＲ装置４により、排気通路３１を流れる排気の一部が吸気通路２１に導入され、エンジン本体１に還流される。ただし、本実施形態では、排気通路３１と吸気通路２１とをつなぐＥＧＲ通路４１が、ターボチャージャＴＣのタービン部３５下流の排気通路３１と、コンプレッサ部２５上流の吸気通路２１と、を接続する。具体的には、触媒コンバータ３２およびＧＰＦ装置３３がいずれもタービン部３５の下流側に配置され、ＥＧＲ通路４１は、触媒コンバータ３２とＧＰＦ装置３３との間の排気通路３１ｂと、アドミッションバルブ２７とコンプレッサ部２５との間の吸気通路２１ｂと、を接続する。アドミッションバルブ２７は、吸気通路２１に設置され、開度の減少によりその下流側の負圧を増大させることで、ＥＧＲ通路４１の入口部（排気通路３１ｂ）と出口部（吸気通路２１ｂ）との間に、ＥＧＲの実行に必要な差圧を生じさせるためのものである。

このように、本実施形態では、ＥＧＲガスをタービン部３５下流の排気通路３１から取り込む低圧ループ式のＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）装置４を構成する。しかし、本実施形態に適用可能なＥＧＲ装置４は、これに限らず、ＥＧＲガスをタービン部３５上流の排気通路３１から取り込む高圧ループ式のもの（ＨＰ−ＥＧＲ）であってもよい。高圧ループ式の場合は、例えば、ＥＧＲ通路４１により、タービン部３５上流の排気通路３１と、ストッロルバルブ２２下流の吸気通路２１と、を接続し、ＥＧＲ通路４１に、ＥＧＲバルブ４２およびＥＧＲクーラ４３を介装する。高圧ループ式の場合は、アドミッションバルブ２７は、不要である。

図９は、本実施形態に係るＥＧＲ制御（アドミッションバルブ開度の補正を含む）の基本的な流れを示すフローチャートである。

先の実施形態におけると同様に、エンジンコントローラ１０１は、図２に示す手順に従うＥＧＲ制御を所定時間毎に実行する。

ここで、先の実施形態におけると同様の処理を行うステップには、図２におけると同一の符号を付し、再度の説明を省略する。

Ｓ３０１では、目標アドミッション差圧ΔＰａｄｍ＿ｔを算出する。目標アドミッション差圧ΔＰａｄｍ＿ｔは、アドミッションバルブ２７前後の差圧、換言すれば、アドミッションバルブ２７の下流側に形成される負圧の目標値であり、エンジンＥ２の運転状態をもとに算出することが可能である。本実施形態において、目標アドミッション差圧ΔＰａｄｍ＿ｔは、図１２に示す傾向を有するマップデータからの検索により、エンジンＥ２のＥＧＲ領域において、回転速度Ｎｅが低く、負荷Ｔｅが小さいときほど大きな値として算出される。

Ｓ３０２では、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆに応じたＥＧＲ制御の補正量（ＧＰＦ差圧補正量）ＨＯＳａｄｍを算出する。本実施形態において、ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳａｄｍは、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆに応じた目標アドミッション差圧ΔＰａｄｍ＿ｔの補正量として算出され、全体的な傾向として、目標アドミッション差圧ΔＰａｄｍ＿ｔ、つまり、アドミッションバルブ２７下流の負圧を、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆの増大に対して減少させる。ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳａｄｍは、例えば、ＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆであってよく、目標アドミッション差圧ΔＰａｄｍ＿ｔが正の値を有する場合に、目標アドミッション差圧ΔＰａｄｍ＿ｔから、ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳａｄｍとしてＧＰＦ差圧ＤＩＦｇｐｆを減算することで、ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳａｄｍによる補正を達成することが可能である。
ΔＰａｄｍ＿ｔ＝ΔＰａｄｍ＿ｔ−ＨＯＳａｄｍ…（６）

Ｓ３０３では、目標アドミッションバルブ開度θａｄｍ＿ｔを算出する。目標アドミッションバルブ開度θａｄｍ＿ｔの計算は、ＧＰＦ差圧補正量ＨＯＳａｄｍによる補正後の差圧目標値ΔＰａｄｍ＿ｔをアドミッションバルブ２７の開度θａｄｍに換算することによる。ＧＰＦ装置３３における微粒子堆積量Ａｇｐｆが多く、ＥＧＲバルブ４２前後の差圧が拡大する傾向にあるときほど、目標アドミッション差圧ΔＰａｄｍ＿ｔが小さな値に補正されるので、ＧＰＦ装置３３における排気微粒子の堆積に対し、目標アドミッションバルブ開度θａｄｍ＿ｔが増大することになる。
θａｄｍ＿ｔ＝ｇ（ΔＰａｄｍ＿ｔ）…（７）

本実施形態において、目標ＥＧＲバルブ開度θｅｇｒ＿ｔの計算（Ｓ１０６）は、環境・運転状態補正後の目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔに基づく。
θｅｇｒ＿ｔ＝Ａ（θｔｈｃ）×Ｒｅｇｒ＿ｔ…（８）

本実施形態によれば、ＥＧＲ制御において、ターボチャージャＴＣのタービン部３５を通過した排気をＥＧＲ通路４１に取り込むことで、ターボチャージャＴＣによる排気エネルギの回収効率を向上させ、排気性状の改善と燃費の向上との両立を図ることが可能となる。

ここで、ＧＰＦ装置３３における微粒子堆積量Ａｇｐｆの増大に対し、目標アドミッションバルブ開度θａｄｍ＿ｔを増大させ、アドミッションバルブ２７の下流側に形成される負圧を低減させることで、ＥＧＲ通路４１の入口部と出口部との間の差圧を、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを達成するうえで適正な範囲に保持することが可能となる。よって、排気微粒子の堆積による排圧の増大によらず、実際のＥＧＲ率ＲｅｇｒないしＥＧＲ量Ｑｅｇｒの運転状態に応じた目標値からの乖離を抑制し、ＥＧＲ制御によるＮＯｘ低減の効果を確保することができる。

そして、微粒子堆積量Ａｇｐｆが少ないうちは、アドミッションバルブ２７を閉じ、ＥＧＲ通路４１の入口部（３１ｂ）と出口部（２１ｂ）との間にＥＧＲの実行に必要な差圧を形成する一方、排気微粒子の堆積が進んだ場合は、ＥＧＲの実行に必要な差圧を得るために吸気側の負圧を無駄に増大させる必要がなくなることから、ポンピングロスを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更および修正が可能である。

Claims (10)

1. 排気微粒子をＧＰＦ装置により捕集し、
   前記ＧＰＦ装置上流の排気通路を流れる排気を、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導入するＥＧＲ制御を実施し、
   前記ＥＧＲ制御において、前記ＥＧＲ通路の開口面積を制御し、エンジンの運転状態に応じた前記ＥＧＲ通路の開口面積を、前記ＧＰＦ装置における微粒子堆積量が多いときほど小さくして、実際のＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、前記エンジンの運転状態に応じた目標値に近付ける、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
2. 請求項１に記載のガソリンエンジンの排気浄化方法であって、
   前記ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを設置し、
   前記ＥＧＲ制御において、エンジンの運転状態に応じた前記ＥＧＲバルブの開度を、前記微粒子堆積量が多いときほど小さな値に補正して、前記ＥＧＲ通路の開口面積を小さくする、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
3. 請求項２に記載のガソリンエンジンの排気浄化方法であって、
   前記ＥＧＲ制御において、前記微粒子堆積量に対する前記ＥＧＲバルブの開度の補正量を、前記排気通路における排気流量に応じて異ならせる、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
4. 請求項２または３に記載のガソリンエンジンの排気浄化方法であって、
   前記吸気通路に、前記ＥＧＲ通路の入口部と出口部との間に生じる差圧を、開度の減少により拡大可能にアドミッションバルブを設置し、
   前記ＥＧＲ制御において、
   前記アドミッションバルブの開度を制御し、
   前記ＥＧＲ通路の開口面積に代えて前記アドミッションバルブの開度を前記微粒子堆積量に応じて補正可能とし、エンジンの運転状態に応じた前記アドミッションバルブの開度を、前記微粒子堆積量が多いときほど大きくする、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
5. 請求項１に記載のガソリンエンジンの排気浄化方法であって、
   前記ＥＧＲ制御において、前記ＥＧＲ通路の開口面積を、前記排気通路における排気流量が多い運転状態に前記エンジンがあるときほど減少させる、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
6. 排気微粒子をＧＰＦ装置により捕集し、
   前記ＧＰＦ装置上流の排気通路を流れる排気を、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導入するＥＧＲ制御を実施し、
   前記ＥＧＲ制御において、前記ＥＧＲ通路の開口面積を制御し、前記ＥＧＲ通路の開口面積を、前記排気通路における排気流量が多い運転状態にエンジンがあるときほど減少させる、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のガソリンエンジンの排気浄化方法であって、
   前記エンジンに、ターボチャージャを、排気タービンが排気の流れに関して前記ＧＰＦ装置の上流側に位置するように配設し、
   前記排気タービンと前記ＧＰＦ装置との間の排気通路を流れる排気を、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に導入する、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のガソリンエンジンの排気浄化方法であって、
   前記排気微粒子は、排気中の煤分を含む、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のガソリンエンジンの排気浄化方法であって、
   前記排気微粒子は、排気中の灰分を含む、
   ガソリンエンジンの排気浄化方法。
10. エンジンの排気通路に介装され、排気微粒子を捕集するＧＰＦ装置と、
    ＥＧＲバルブを有し、前記ＧＰＦ装置上流の排気通路から、前記ＥＧＲバルブの開度に応じた流量の排気を吸気通路に導入するＥＧＲ装置と、
    前記ＥＧＲバルブの動作を制御するコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、エンジンの運転状態に応じた前記ＥＧＲバルブの開度を、前記ＧＰＦ装置における微粒子堆積量が多いときほど小さくして、実際のＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、前記エンジンの運転状態に応じた目標値に近付ける、
    ガソリンエンジンの排気浄化装置。

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