(57)【要約】  本発明における内燃機関（１０）の制御装置は、排気通路（１６）に配置されたＤＰＦ（２８）と、ＤＰＦ（２８）よりも上流側の排気通路（１６）に配置されたＤＯＣ（２６）とを備える。上記制御装置は、内燃機関（１０）の運転中に、ＮＯ２再生速度が所定の閾値よりも高くなる運転状態が成立すると判定された場合に、ＮＯ２再生が促進されるようにエンジン制御パラメータを変更する。
2013076867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに導入される排気ガス中にＮＯ２を生成させるＮＯ２生成手段と、
前記内燃機関の運転中に、ＮＯ２を利用した前記パティキュレートフィルタの再生の速度（以下、「ＮＯ２再生速度」と称する）を推定するＮＯ２再生速度推定手段と、
前記内燃機関の運転中に、前記ＮＯ２再生速度が所定の閾値よりも高くなる運転状態が成立するか否かを判定する運転状態判定手段と、
前記運転状態判定手段によって前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立すると判定された場合に、前記パティキュレートフィルタに供給されるＮＯ２量および前記パティキュレートフィルタの温度のうちの少なくとも一方が増大するように、エンジン制御パラメータを変更する制御パラメータ変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
外気温度が所定値以下である場合、および／またはエンジン冷却水温度が所定値以下である場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第１制御パラメータ変更禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関のトルクが一定となるようにトルク制御が実行されている場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第２制御パラメータ変更禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関を搭載する車両が市街地走行を行っている場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第３制御パラメータ変更禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更が実行されている期間中に、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立しなくなった場合に、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を中止するパラメータ変更中止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記運転状態判定手段は、前記パティキュレートフィルタの温度が所定の閾値よりも高く、前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が所定の閾値よりも高く、かつ、前記パティキュレートフィルタに流入するＮＯ２量が所定の閾値よりも高い場合に、
前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる運転状態が成立したと判定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、排気通路に粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを備える内燃機関を制御するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、再循環ＮＯｘを利用してディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）に捕集された粒子状物質（スーツ）を、二酸化窒素（ＮＯ２）を利用する次の酸化反応（（２Ｃ＋２ＮＯ２→ＣＯ２＋２ＮＯ）および／または（Ｃ＋ＮＯ２→ＣＯ＋ＮＯ））によって酸化除去する手法（以下、「ＮＯ２再生」と称する）を能動的に実施するディーゼルエンジンが開示されている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。【０００３】
ところで、パティキュレートフィルタに堆積された粒子状物質を酸化除去するための手法として、上述した特許文献１に記載のＮＯ２再生の他に、酸素（Ｏ２）を利用してパティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を、次の酸化反応（（Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）および／または（２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ））によって酸化除去する手法（以下、「Ｏ２再生」と称する）が知られている。【０００４】
内燃機関の運転中にＮＯ２再生を効率良く行うためには、通常燃焼時と比べ、パティキュレートフィルタに供給するＮＯ２量を増やすことと、Ｏ２再生時よりは低くて済むがパティキュレートフィルタの温度を高めることが必要とされる。しかしながら、ＮＯ２再生は、Ｏ２再生と比べ、パティキュレートフィルタの再生のために長い時間を要する。従って、ＮＯ２再生を実行する際の運転状態に対して十分な配慮なしに能動的にＮＯ２再生を実行した場合、ＮＯ２再生が長時間に渡って実行されてしまうことが考えられる。その結果、ＮＯｘの排出増加による排気エミッション性能の悪化や、パティキュレートフィルタの温度上昇のための追加的な燃料噴射の実施等による燃費悪化が問題となる。【０００５】
また、近年の排気ガス規制の強化により、今後、従来よりも広い運転領域において排気エミッションの低減が要求されることが予想される。そうすると、従来よりも広い運転領域において、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）制御の拡大などを行うことによって、ＮＯｘの排出低減を図る必要が生じ得る。その結果、例えば高速走行時において、従来であれば特別な配慮なしにＮＯ２再生が実施されることを期待できていた状況下において、受動的なＮＯ２再生の実施が見込めなくなることが予想される。そして、このような事態が実際に生ずると、強制的なＯ２再生の実行頻度が増加し、燃費悪化やオイル希釈などが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本特表２０１１−５１１８９８号公報
【特許文献２】国際公開第０２／０６６８１３号公報
【特許文献３】日本特表２０１１−５１１８９７号公報
【発明の概要】
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＮＯｘ排出量の増加や燃費悪化をできるだけ抑制しつつ、運転中にＮＯ２再生を効率良く行える機会を確保できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、内燃機関の制御装置であって、パティキュレートフィルタと、ＮＯ２生成手段と、ＮＯ２再生速度推定手段と、運転状態判定手段と、制御パラメータ変更手段とを備えている。
パティキュレートフィルタは、内燃機関の排気通路に配置され、粒子状物質を捕集する。ＮＯ２生成手段は、前記パティキュレートフィルタに導入される排気ガス中にＮＯ２を生成させる。ＮＯ２再生速度推定手段は、前記内燃機関の運転中に、ＮＯ２を利用した前記パティキュレートフィルタの再生の速度（以下、「ＮＯ２再生速度」と称する）を推定する。運転状態判定手段は、前記内燃機関の運転中に、前記ＮＯ２再生速度が所定の閾値よりも高くなる運転状態が成立するか否かを判定する。制御パラメータ変更手段は、前記運転状態判定手段によって前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立すると判定された場合に、前記パティキュレートフィルタに供給されるＮＯ２量および前記パティキュレートフィルタの温度のうちの少なくとも一方が増大するように、エンジン制御パラメータを変更する。
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の運転中にＮＯ２再生速度が上記閾値よりも高くなる運転状態が成立するか否かを判定することにより、効率の良いＮＯ２再生の実施を見込める運転状態を選んだうえで、ＮＯ２再生が促進されるようにエンジン制御パラメータを変更することができる。このため、ＮＯ２再生促進のためのエンジン制御パラメータの上記変更を行う期間が長くなり過ぎるのを防止することができる。このため、ＮＯｘの排出量の増加や燃費悪化をできるだけ抑制しつつ、運転中にＮＯ２再生を効率良く行える機会を確保できるようになる。
【００１０】
また、本発明は、外気温度が所定値以下である場合、および／またはエンジン冷却水温度が所定値以下である場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第１制御パラメータ変更禁止手段を更に備えるものであってもよい。
これにより、低温時にＮＯ２再生促進のために車両のヒータ性能が不足したり、内燃機関の燃焼悪化が生じたりするのを防止しつつ、運転中にＮＯ２再生を効率良く行える機会を確保できるようになる。
【００１１】
また、本発明は、前記内燃機関のトルクが一定となるようにトルク制御が実行されている場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第２制御パラメータ変更禁止手段を更に備えるものであってもよい。
これにより、上記トルク制御の実行中にＮＯ２再生促進のためにトルクショックが生ずるのを回避しつつ、運転中にＮＯ２再生を効率良く行える機会を確保できるようになる。
【００１２】
また、本発明は、前記内燃機関を搭載する車両が市街地走行を行っている場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第３制御パラメータ変更禁止手段を更に備えるものであってもよい。
これにより、市街地走行が行われる際にＮＯ２再生促進のためにＮＯｘの排出量が増えてしまうことを防止しつつ、運転中にＮＯ２再生を効率良く行える機会を確保できるようになる。
【００１３】
また、本発明は、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更が実行されている期間中に、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立しなくなった場合に、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を中止するパラメータ変更中止手段を更に備えるものであってもよい。
これにより、ＮＯ２再生促進のためのエンジン制御パラメータの上記変更が、効率の良いＮＯ２再生の実施を見込める運転状態のみにより確実に限って実施されるようにすることができる。これにより、効率の悪い状況下でのＮＯ２再生の継続によるＮＯｘの排出量の増加や燃費悪化をより確実に防止することができる。
【００１４】
また、本発明における前記運転状態判定手段は、前記パティキュレートフィルタの温度が所定の閾値よりも高く、前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が所定の閾値よりも高く、かつ、前記パティキュレートフィルタに流入するＮＯ２量が所定の閾値よりも高い場合に、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる運転状態が成立したと判定するものであってもよい。
これにより、内燃機関の運転中にＮＯ２再生速度が上記閾値よりも高くなる運転状態が成立するか否かを良好に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】ＮＯ２再生速度モデルの概要を表したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＮＯ２再生制御による効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、４サイクルのディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０であり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１７】
内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１２が設置されている。各気筒の燃料噴射弁１２は、サプライポンプ（図示省略）によって加圧された高圧の燃料の供給を受ける共通のコモンレール（図示省略）に接続されている。そして、このコモンレールから各気筒の燃料噴射弁１２へ燃料が供給される。各気筒には、吸気通路１４および排気通路１６が連通している。
【００１８】
内燃機関１０の吸気通路１４の入口付近には、エアクリーナ１８が設けられている。吸気通路１４におけるエアクリーナ１８の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２０が設置されている。エアクリーナ１８を通って吸入された空気は、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａで圧縮される。ターボ過給機２２は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２２ｂを備え、タービン２２ｂと一体的に連結されたコンプレッサ２２ａは、タービン２２ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。吸気通路１４におけるコンプレッサ２２ａよりも下流側の部位には、吸気絞り弁２４が設置されている。
【００１９】
ターボ過給機２２のタービン２２ｂは、排気通路１６の途中に配置されている。タービン２２ｂよりも下流側の排気通路１６には、排気ガスを浄化するために、排気ガスの上流側から順に、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）２６、およびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２８が直列に設置されている。ＤＯＣ２６は、酸素（Ｏ２）の存在する条件下において、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）の酸化除去とともに、投入された排気ガス中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）の一部を酸化させて二酸化窒素（ＮＯ２）に変換する機能を有している。ＤＰＦ２８は、排気ガス中に含まれる、スーツなどからなる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する機能を有するものである。ＤＰＦ２８に捕集されたＰＭ（特にスーツ）は、後述する再生処理の実行によって酸化除去される。
【００２０】
また、ＤＯＣ２６の上流側の排気通路１６には、ＤＯＣ２６に流入する排気ガスの温度（ＤＯＣ入口ガス温度）を検出するための温度センサ３０が取り付けられており、ＤＰＦ２８の上流側の排気通路１６には、ＤＰＦ２８に流入する排気ガスの温度（ＤＰＦ入口ガス温度）を検出するための温度センサ３２が取り付けられている。
【００２１】
また、図１に示すシステムは、高圧排気ガス還流通路（ＨＰＬ：High Pressure Loop）３４を備えている。ＨＰＬ３４は、タービン２２ｂの上流側の排気通路１６とコンプレッサ２２ａの下流側に位置する吸気通路１４とを連通するように構成されている。このＨＰＬ３４の途中には、ＨＰＬ３４を通って吸気通路１４に還流する再循環排気ガス（ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス）の量を調整するためのＨＰＬ−ＥＧＲ弁３６が配置されている。
【００２２】
更に、図１に示すシステムは、低圧排気ガス還流通路（ＬＰＬ：Low Pressure Loop）３８を備えている。ＬＰＬ３８は、タービン２２ｂよりも下流側かつＤＰＦ２８よりも下流側の排気通路１６とコンプレッサ２２ａよりも上流側の吸気通路１４とを連通するように構成されている。このＬＰＬ３８の途中には、ＥＧＲガスの流れの上流側から順に、ＬＰＬ３８を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４０、および、ＬＰＬ３８を通って吸気通路１４に還流するＥＧＲガス量を調整するためのＬＰＬ−ＥＧＲ弁４２が設けられている。ＥＧＲクーラ４０は、内燃機関１０本体を冷却するエンジン冷却水を利用する水冷式のクーラである。ＥＧＲクーラ４０においてＥＧＲガスによって加熱されたエンジン冷却水は、内燃機関１０を搭載する車両のヒータ（図示省略）に供給されるようになっている。
【００２３】
クランク軸４４の近傍には、クランク角度やエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ４６が配置されている。また、内燃機関１０には、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ４８が取り付けられている。
【００２４】
更に、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。また、ＥＣＵ５０は、上述したエアフローメータ２０、温度センサ３０、３２、クランク角センサ４６、水温センサ４８などの内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ５０には、内燃機関１０が搭載された車両（図示省略）の速度を検出するための車速センサ５２、内燃機関１０と組み合わされた変速機（図示省略）のシフトポジションを検出するためのシフトポジションセンサ５４、上記車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ５６、および、外気温度を検出するための外気温度センサ５８が電気的に接続されている。更に、ＥＣＵ５０には、上述した燃料噴射弁１２、吸気絞り弁２４、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁３６およびＬＰＬ−ＥＧＲ弁４２等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２５】
上述したＤＰＦ２８に捕集されたＰＭ（スーツ）を酸化除去することによってＤＰＦ２８を再生させる方式には、Ｏ２を利用して強制的に実施する手法（以下、「Ｏ２再生」と称する）と、ＮＯ２を利用する手法（以下、「ＮＯ２再生」と称する）とがある。
【００２６】
より具体的には、Ｏ２再生は、運転中にＤＰＦ２８へのスーツ（ＰＭ）堆積量が所定の閾値に達した際に、主噴射の後にアフター噴射を実施するなどして排気温度を高めることによりＤＰＦ２８の温度（床温）を所定の再生目標温度（例えば、６００℃）以上に強制的に高めることによって、次のような酸化反応（（Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）および／または（２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ））を利用してスーツ（ＰＭ）を酸化除去するというものである。また、内燃機関１０から排出された排気ガス中に含まれるＮＯは、ＤＯＣ２６を通過する際に酸化してＮＯ２が生成される。ＮＯ２再生は、筒内から排出されるＮＯｘ（ＮＯ）が増えるようにエンジン制御パラメータ（燃料噴射パラメータ（燃料噴射時期やパイロット噴射量など）やＥＧＲガス量など）を調整することによってＤＰＦ２８に供給されるＮＯ２量を増やし、かつ、Ｏ２再生時よりは相対的に低いがＤＰＦ２８の温度（床温）を所定の温度（３００°〜４００℃程度）以上に高めることによって、次のようなスーツの酸化反応（（２Ｃ＋２ＮＯ２→ＣＯ２＋２ＮＯ）および／または（Ｃ＋ＮＯ２→ＣＯ＋ＮＯ））を利用してスーツ（ＰＭ）を酸化除去するというものである。
【００２７】
内燃機関１０の運転中にＮＯ２再生を効率良く行うには、上述したように、通常燃焼時と比べ、ＤＰＦ２８に供給するＮＯ２量を増やすことと、Ｏ２再生時よりは低くて済むがＤＰＦ２８の温度を高めることが必要とされる。しかしながら、ＮＯ２再生は、Ｏ２再生と比べ、ＤＰＦ２８の再生のために長い時間を要する。従って、ＮＯ２再生を実行する際の運転状態に対して十分な配慮なしに能動的にＮＯ２再生を実行した場合、ＮＯ２再生が長時間に渡って実行されてしまうことが考えられる。その結果、ＮＯｘの排出増加による排気エミッション性能の悪化や、ＤＰＦ２８の温度上昇のための追加的な燃料噴射の実施等による燃費悪化が問題となる。
【００２８】
また、近年の排気ガス規制の強化により、今後、従来よりも広い運転領域において排気エミッションの低減が要求されることが予想される。そうすると、従来よりも広い運転領域において、ＨＰＬやＬＰＬを利用したＥＧＲ制御の拡大などを行うことによって、ＮＯｘの排出低減を図る必要が生じ得る。その結果、例えば高速走行時において、従来であれば特別な配慮なしにＮＯ２再生が実施されることを期待できていた状況下において、受動的なＮＯ２再生の実施が見込めなくなることが予想される。そして、このような事態が実際に生ずると、強制的なＯ２再生の実行頻度が増加し、燃費悪化やオイル希釈などが問題となる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、図３を参照して後述するＮＯ２再生速度モデルを用いて、内燃機関１０の運転中にＮＯ２再生の速度（以下、「ＮＯ２再生速度」と称する）が所定の閾値よりも高くなる運転状態が成立するか否かを判定するようにした。そのうえで、そのような運転状態が成立する場合であって、以下のようなＮＯ２再生禁止対象の所定のエンジン運転条件でない場合に限って、同一運転領域の使用下における通常燃焼時に対してＮＯ２再生が促進されるようにするための（より具体的には、ＤＰＦ２８に供給されるＮＯ２量が増え、かつ、ＤＰＦ２８の床温が高くなるようにするための）ＮＯ２再生モードを実行するようにした。
【００３０】
上記のＮＯ２再生禁止対象の所定のエンジン運転条件の一例は、外気温度および／またはエンジン冷却水温度が所定値以下となる低温時である。また、当該エンジン運転条件の他の例は、内燃機関１０のトルクを一定にするトルク制御の実行時（例えば、アイドリング運転時や、車速が一定となるように内燃機関１０のトルクを一定に制御するクルーズコントロール時）である。更に、当該エンジン運転条件の他の例として、市街地走行時を挙げることができる。すなわち、本実施形態では、これらの運転条件が成立した場合には、内燃機関１０の運転中にＮＯ２再生速度が上記閾値よりも高くなる場合であって、効率的なＮＯ２再生の実施を行い得る運転状態下であっても、ＮＯ２再生を促進させるためのＮＯ２再生モードの実行が禁止される。
【００３１】
図２は、本発明の実施の形態１におけるＮＯ２再生に関する制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図２に示すルーチンでは、先ず、ＮＯ２再生速度が所定の閾値よりも高いか否かが判定される（ステップ１００）。本ステップ１００における閾値は、内燃機関１０の運転中に、ＮＯ２再生が効率良く（短期間で）行われることが見込める運転状態が成立（到来）したか否かを判断するための値として予め設定されたものである。
【００３２】
図３は、ＮＯ２再生速度モデルの概要を表したブロック図である。
図３に示すＮＯ２再生速度モデルは、ＤＰＦ２８の床温、ＤＰＦ２８へのスーツ堆積量、およびＤＰＦ２８に流入するＮＯ２量に基づいてＮＯ２再生速度（ＮＯ２再生効果によるＤＰＦ２８の再生速度（スーツ（ＰＭ）の酸化速度））を計算するモデルである。以下、ＮＯ２再生速度モデルの各構成要素について詳述する。
【００３３】
ＤＰＦ床温が高いほど、ＮＯ２再生速度が高くなる。そこで、ＮＯ２再生速度モデルでは、図３に示すように、ＤＰＦ床温が高いほど大きくなるようにＤＰＦ床温係数を定めた１次元マップを用いて、現在のＤＰＦ床温に基づいてＮＯ２再生速度のＤＰＦ床温係数が算出される。尚、ＤＰＦ床温自体は、例えば、温度センサ３２によって検出されるＤＰＦ入口ガス温度に基づいて、或いは、内燃機関１０の運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷（燃料噴射量））に基づいて算出することができる。
【００３４】
また、ＤＰＦ２８へのスーツ堆積量が多いほど、ＮＯ２再生速度が高くなる。そこで、ＮＯ２再生速度モデルでは、図３に示すように、スーツ堆積量が多いほど大きくなるようにスーツ堆積量係数を定めた１次元マップを用いて、現在のスーツ堆積量に基づいて、ＮＯ２再生速度のスーツ堆積量係数が算出される。尚、スーツ堆積量自体は、例えば、内燃機関１０の運転履歴（エンジン回転数、トルク、空燃比など）、ＤＰＦ前後の圧力の差（ＤＰＦ差圧）に基づいて推定することができる。
【００３５】
また、ＮＯ２再生速度モデルでは、図３に示すように、ＤＯＣ２６内での酸化によるＮＯからＮＯ２への反応率（転化率）と、筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘ推定量との積に基づいて、ＤＰＦ２８流入ＮＯ２量が算出される。ＮＯからＮＯ２への上記反応率は、排気ガス流量が多いほど、また、ＤＯＣ床温が高いほど高くなる。そこで、排気ガス流量が多いほど高くなり、また、ＤＯＣ床温が高いほど高くなるように上記反応率を定めた２次元マップを用いて、現在の排気ガス流量およびＤＯＣ床温に基づいて当該反応率が算出される。また、筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘ推定量は、エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑとの関係で当該ＮＯｘ推定量を定めた２次元マップの値を基礎とし、この値に対して所定の環境補正係数（エンジン水温、外気温度および大気圧に基づく補正係数）および所定のＥＧＲ率補正係数をそれぞれ乗じて得た値として算出される。尚、上記排気ガス流量自体は、エアフローメータ２０により検出される吸入空気量等に基づいて取得することができ、ＤＯＣ床温自体は、例えば、温度センサ３０によって検出されるＤＯＣ入口ガス温度に基づいて算出することができる。
【００３６】
そして、図３に示すＮＯ２再生速度モデルでは、上記のように算出されたＤＰＦ床温係数、スーツ堆積量係数およびＤＰＦ流入ＮＯ２量の積として、ＮＯ２再生速度が算出される。つまり、ＮＯ２再生速度は、これらのパラメータ、すなわち、ＤＰＦ床温係数、スーツ堆積量係数およびＤＰＦ流入ＮＯ２量がそれぞれ大きくなるほど高い値として算出されることになる。更に言い換えると、ＮＯ２再生速度が閾値よりも高い状態とは、ＤＰＦ床温が所定の閾値よりも高く、スーツ堆積量が所定の閾値よりも高く、かつ、ＤＰＦ流入ＮＯ２量が所定の閾値よりも高い状態であるといえる。そして、ＮＯ２再生速度が閾値よりも高い運転状態の具体例としては、内燃機関１０が高負荷状態となる車両走行時、すなわち、車両の高速走行時、登坂走行時または加速時などである。
【００３７】
図２に示すルーチンでは、上記ステップ１００において、ＮＯ２再生速度モデルによって推定されたＮＯ２再生速度が上記閾値よりも高いと判定された場合、つまり、内燃機関１０の運転中にＮＯ２再生が効率良く行われる運転状態が成立（到来）したと判断できる場合には、次いで、ＮＯ２再生モードの実行に対する背反の少ないエンジン運転条件が成立するか否かが判定される（ステップ１０２）。具体的には、本ステップ１０２では、現在の運転条件が、既述したＮＯ２再生禁止対象の所定のエンジン運転条件に該当しないか否かが判断される。すなわち、本ステップ１０２では、外気温度やエンジン水温に基づいてＮＯ２再生禁止対象の低温時に該当しないかどうか、トルク制御の実行時（アイドリング運転時やクルーズコントロール時）に該当しないかどうか、および、車速（或いは排気ガス温度の挙動など）に基づいて市街地走行時に該当しないかどうかが判断される。ただし、本ステップ１０２における判定は、このように例示した判断だけではなく、本ステップ１０２では、ＤＯＣ入口ガス温度、ＤＰＦ入口ガス温度、車速、燃料噴射量、エンジン回転数および変速機のギヤ段などの各パラメータの組み合わせに基づいて、ＮＯ２再生モードの実施に適した運転状態が成立しているかどうかの判定が広く実行される。
【００３８】
上記ステップ１００の判定成立に続いて上記ステップ１０２の判定が成立する場合には、ＮＯ２再生モードが実行される（ステップ１０４）。ＮＯ２再生モードは、既述したように、同一運転領域の使用下における通常燃焼時に対してＮＯ２再生が促進されるように（ＮＯ２再生速度が高まるように）するための運転モード（より具体的には、ＤＰＦ２８に供給されるＮＯ２量が増え、かつ、ＤＰＦ２８の床温が高くなるようにするための運転モード）である。
【００３９】
ＮＯ２再生モードは、例えば、次のようにエンジン制御パラメータを通常燃焼時に対して変更することにより実現可能である。すなわち、ＮＯ２再生モードに移行する際に、例えば、所定のエンジン制御パラメータ（ＥＧＲガス量、燃料噴射パラメータ）の制御マップを、通常燃焼モード時に使用する制御マップから切り替えるようにする。具体的には、そのような制御マップの切り替えによって、筒内から排出されるＮＯｘ量を増やすために、ＬＰＬ−ＥＧＲおよび／またはＨＰＬ−ＥＧＲによるＥＧＲガス量を減少させるようにする（一例としては、ＬＰＬ−ＥＧＲおよびＨＰＬ−ＥＧＲによるＥＧＲガスの導入をカットする）。また、ＤＰＦ２８の床温がＮＯ２再生時に必要な所定値（３００〜４００℃）以上となり、かつ、筒内から排出されるＮＯｘ量も増えるようにするために、制御マップの切り替えによって、燃焼が行われるクランク角度位置が通常燃焼時よりも遅角側に移動するように燃料噴射パラメータの最適化を行う。具体的には、例えば、燃料噴射時期を通常燃焼時の値に対して遅角させ、かつ、それに伴う燃焼悪化を抑制するためにパイロット噴射量を増やすようにする。或いは、排気温度を高めるために、制御マップの切り替えによって、アフター噴射が実行されるようにする。
【００４０】
更に、ＮＯ２再生モードでは、ＮＯ２再生速度を高く維持するために、ＤＰＦ床温、ＤＯＣ床温およびＮＯｘ排出量のうちの少なくとも１つについてフィードバック制御を実行するようにしてもよい。このようなフィードバック制御は、例えば、アフター噴射の量と噴射時期を変更することによる排気温度の調整（更にはＮＯｘ排出量の調整）によって行うことができる。また、内燃機関のＥＣＵ内に燃焼モデルが構築されており、当該燃焼モデルベースで内燃機関の運転を制御可能な場合であれば、次のような手法を用いてもよい。すなわち、燃費悪化を極力抑えた状態で高いＮＯ２再生速度が得られるようにするという観点で、最適な排気温度が得られるようにするエンジン制御パラメータ（ＥＧＲガス量や燃料噴射パラメータなど）の組み合わせを、上記燃焼モデルを用いて決定するようにしてもよい。或いは、そのような洗練された燃焼モデルまでは有していない場合には、内燃機関の各運転領域においてエンジン制御パラメータの変化に対する燃費、ＮＯｘ排出量および排気温度のそれぞれの変化量の関係（燃費等に対するエンジン制御パラメータの感度係数）をエンジン制御パラメータ毎にマップやカーブとして予め備えておくようにしてもよい。そして、そのようなマップ等の関係に基づいて、燃費悪化を極力抑えた状態で高いＮＯ２再生速度が得られるように、ＮＯ２再生モード時の各エンジン制御パラメータの制御値を決定してもよい。
【００４１】
一方、図２に示すルーチンでは、上記ステップ１００または１０２の判定が不成立である場合には、ＮＯ２再生モードは実行されず（禁止され）、また、ＮＯ２再生モードの実行中に上記ステップ１００または１０２の判定が不成立となった場合には、ＮＯ２再生モードが中止される（ステップ１０６）。
【００４２】
以上説明した図２に示すルーチンによれば、ＮＯ２再生速度が上記閾値よりも高く、かつ、ＮＯ２再生モードの実行に対する背反の少ないエンジン運転条件が成立する場合に限って、ＮＯ２再生を促進させるためのＮＯ２再生モードが実行される。このように、上記ルーチンによれば、内燃機関１０の運転中に効率の良いＮＯ２再生を行い得る運転状態が到来したか否かが常時判断される。そして、十分なＮＯ２再生効果が即座に期待できる運転状態にあると分かり、かつ、他に悪影響を与えるようなエンジン運転条件でない場合に限って、ＮＯ２再生モードへの移行が許可され、これにより、ＮＯ２再生ができるだけ促進されるようにエンジン制御パラメータが変更される。このように、本実施形態の手法によれば、内燃機関１０の運転中に検出されたＮＯ２再生の効率の良い運転状態（ＮＯ２再生を短期間で行える運転状態）でのみ、ＮＯ２再生モードを実行するようにしているので、ＮＯ２再生モードの実行期間が長くなり過ぎるのを防止することができる。このため、ＮＯｘの排出量の増加や燃費悪化をできるだけ抑制しつつ、運転中にＮＯ２再生を効率良く行える機会を確保できるようになる。
【００４３】
図４は、本発明の実施の形態１におけるＮＯ２再生制御による効果を説明するための図である。尚、図４において、「従来制御」と付して破線で示す波形は、本実施形態の制御が適用されていないものを示している。
今後、排気ガス規制における法定モード域（例えば、欧州ではＮＥＤＣモード域）から外れた車両走行状態（オフサイクル状態）排気ガス規制への対応を図るために、ＮＯｘ排出量低減目的でＥＧＲ制御を行う運転領域がより高負荷側の領域にまで拡大することが予想される。その結果、従来であれば、比較的排気温度が高いことでＮＯ２再生効果を見込まれていた高速走行時などにおいて、筒内から排出されるＮＯｘが減少することでＮＯ２再生効果が十分に得られなくなる。そして、それだけでなく、高負荷運転時にＥＧＲガスの導入を行うことによってスモークが排出され易くなるので、図４中に破線で示すように、高速走行時には、却ってＤＰＦ２８へのスーツの堆積が進行し易くなる。
【００４４】
これに対し、本実施形態では、内燃機関１０の高負荷運転時のようなＮＯ２再生速度が高くなる運転状態においては、背反となる運転条件が不成立であることを条件として、ＮＯｘ排出および燃費をできるだけ悪化しない範囲内において、ＮＯ２再生効果を促進させるべくエンジン制御パラメータが変更される。これにより、図４中に実線で示すように、本来的には高いＮＯ２再生速度が期待できる高速走行時（内燃機関１０の高負荷運転時）において、ＮＯ２再生効果を効果的に引き出すことができる。その結果、高速走行時においてＮＯ２再生によってスーツ堆積量を減らすことで、強制的なＯ２再生が開始されることになる再生開始スーツ閾値にまでスーツ堆積量が増えるタイミングを遅らせることができる。このように、本実施形態の制御によれば、内燃機関１０の運転中に効率良くＮＯ２再生を実行可能な運転状態を見つけて、効果的なＮＯ２再生機会を確保できるようになる。このため、強制的なＯ２再生によるＤＰＦ２８の再生インターバルを延長させることができる。その結果、強制的なＯ２再生の実行に伴う燃費悪化やオイル希釈のリスクを軽減することができる。
【００４５】
また、上記ルーチンによれば、Ｏ２再生速度モデルによって推定されたＮＯ２再生速度が上記閾値よりも高い場合であっても、上記のＮＯ２再生禁止対象の所定のエンジン運転条件が成立する場合には、ＮＯ２再生モードへの移行が禁止される。このような制御によって、低温時にＮＯ２再生モードへの移行を禁止することで、次のような効果が得られる。すなわち、低温時にＮＯ２再生モードに移行してＥＧＲガス量を減らしたり或いはＥＧＲの導入をカットしたりすると、エンジン冷却水がＥＧＲクーラ４０を通過する際に熱を得られにくくなる。その結果、車両のヒータ性能が不足してしまうことが懸念される。また、低温時にＮＯ２再生モードに移行して燃料噴射時期の遅角化を行うこととすると、低温下では燃焼の悪化が懸念される。これに対し、このような低温時においては、効果的なＮＯ２再生が見込める運転状態が到来していてもＮＯ２再生モードへの移行を禁止することで、ヒータ性能の不足や燃焼悪化を防止することができる。
【００４６】
また、アイドリング運転時やクルーズコントロール時のようなエンジントルクを一定にするトルク制御の実行時にＮＯ２再生モードへの移行を禁止することによって、ＮＯ２再生の促進化のためのエンジン制御パラメータの変更によってトルクショックが生ずるのを回避することができる。更に、市街地走行時にＮＯ２再生モードへの移行を禁止することによって、市街地走行が行われる際にＮＯ２再生促進のためにＮＯｘの排出量が増えてしまうのを防止することができる。更に付け加えると、本実施形態の制御によれば、上記のようなＮＯ２再生の禁止条件が成立している場合には、ＮＯ２再生機会の確保よりも、禁止条件の履行が優先されることになる。つまり、本実施形態の制御によるＮＯ２再生機会の確保は、あくまでも他に悪影響を与えることが懸念されない状況下において許可され得るものである。
【００４７】
また、上記ルーチンによれば、ＮＯ２再生モードが開始された後にＮＯ２再生速度が上記閾値以下に下がったり、或いはＮＯ２再生モードの禁止対象のエンジン運転条件が成立したりした場合には、ある目標値までスーツ堆積量が減少するまでＮＯ２再生モードを継続するのではなく、ＮＯ２再生モードの実行が直ちに中止される。このような制御によれば、効率の良い運転状態に限ったＮＯ２再生の実施、或いは、他に悪影響を与えることが懸念されないエンジン運転条件下に限ったＮＯ２再生の実施がより確実に確保されるようになる。このため、効率の悪い状況下でのＮＯ２再生の継続によるＮＯｘの排出量の増加や燃費悪化をより確実に防止することができる。また、上記の禁止対象のエンジン運転条件下においてＮＯ２再生の継続によってヒータ性能の不足等の悪影響が発生するのをより確実に防止することができる。
【００４８】
尚、上述した実施の形態１においては、ＤＰＦ２８が本発明における「パティキュレートフィルタ」に、ＤＯＣ２６が本発明における「ＮＯ２生成手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、図３に示すＮＯ２再生速度モデルを利用してＮＯ２再生速度を算出することにより本発明における「ＮＯ２再生速度推定手段」が、上記ステップ１００の判定を実行することにより本発明における「運転状態判定手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより本発明における「制御パラメータ変更手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０２の判定が不成立である場合に上記ステップ１０６の処理を実行することにより本発明における「第１制御パラメータ変更禁止手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０２の判定が不成立である場合に上記ステップ１０６の処理を実行することにより本発明における「第２制御パラメータ変更禁止手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０２の判定が不成立である場合に上記ステップ１０６の処理を実行することにより本発明における「第３制御パラメータ変更禁止手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１００または１０２の判定が不成立である場合に上記ステップ１０６の処理を実行することにより本発明における「パラメータ変更中止手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００４９】
１０  内燃機関
１２  燃料噴射弁
１４  吸気通路
１６  排気通路
２０  エアフローメータ
２２  ターボ過給機
２６  ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）
２８  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
３０、３２  温度センサ
３４  高圧排気ガス還流通路（ＨＰＬ）
３６  ＨＰＬ−ＥＧＲ弁
３８  低圧排気ガス還流通路（ＬＰＬ）
４０  ＥＧＲクーラ
４２  ＬＰＬ−ＥＧＲ弁
４４  クランク軸
４６  クランク角センサ
４８  水温センサ
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２  車速センサ
５４  シフトポジションセンサ
５６  アクセル開度センサ
５８  外気温度センサ
【図１】
2013076867.tif 000003
【図２】
2013076867.tif 000004
【図３】
2013076867.tif 000005
【図４】
2013076867.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月24日(2012.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに導入される排気ガス中にＮＯ２を生成させるＮＯ２生成手段と、
前記内燃機関の運転中に、ＮＯ２を利用した前記パティキュレートフィルタの再生の速度であるＮＯ２再生速度を推定するＮＯ２再生速度推定手段と、
前記内燃機関の運転中に、前記ＮＯ２再生速度が所定の閾値よりも高くなる運転状態が成立するか否かを判定する運転状態判定手段と、
前記運転状態判定手段によって前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立すると判定された場合に、前記パティキュレートフィルタに供給されるＮＯ２量および前記パティキュレートフィルタの温度が増大するように、エンジン制御パラメータを変更する制御パラメータ変更手段と、
を備え、
前記運転状態判定手段は、現在の前記パティキュレートフィルタの温度が所定の温度閾値よりも高く、現在の前記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が所定の堆積量閾値よりも高く、かつ、前記パティキュレートフィルタに流入する現在のＮＯ２量が所定のＮＯ２量閾値よりも高い場合に、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる運転状態が成立したと判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
外気温度が所定値以下である場合、および／またはエンジン冷却水温度が所定値以下である場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第１制御パラメータ変更禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関のトルクが一定となるようにトルク制御が実行されている場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第２制御パラメータ変更禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関を搭載する車両が市街地走行を行っている場合には、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立する場合であっても、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を禁止する第３制御パラメータ変更禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更が実行されている期間中に、前記ＮＯ２再生速度が前記閾値よりも高くなる前記運転状態が成立しなくなった場合に、前記制御パラメータ変更手段による前記エンジン制御パラメータの変更を中止するパラメータ変更中止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関のトルクが一定となるようにトルク制御が実行されている前記場合とは、車速が一定となるように前記内燃機関のトルクを制御するクルーズコントロールが実行されている場合であることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013076867.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月7日(2014.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
より具体的には、Ｏ２再生は、運転中にＤＰＦ２８へのスーツ（ＰＭ）堆積量が所定の閾値に達した際に、主噴射の後にアフター噴射を実施するなどして排気温度を高めることによりＤＰＦ２８の温度（床温）を所定の再生目標温度（例えば、６００℃）以上に強制的に高めることによって、次のような酸化反応（（Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）および／または（２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ））を利用してスーツ（ＰＭ）を酸化除去するというものである。また、内燃機関１０から排出された排気ガス中に含まれるＮＯは、ＤＯＣ２６を通過する際に酸化してＮＯ２が生成される。ＮＯ２再生は、筒内から排出されるＮＯｘ（ＮＯ）が増えるようにエンジン制御パラメータ（燃料噴射パラメータ（燃料噴射時期やパイロット噴射量など）やＥＧＲガス量など）を調整することによってＤＰＦ２８に供給されるＮＯ２量を増やし、かつ、Ｏ２再生時よりは相対的に低いがＤＰＦ２８の温度（床温）を所定の温度（３００°〜４００℃程度）以上に高めることによって、次のようなスーツの酸化反応（（Ｃ＋２ＮＯ２→ＣＯ２＋２ＮＯ）および／または（Ｃ＋ＮＯ２→ＣＯ＋ＮＯ））を利用してスーツ（ＰＭ）を酸化除去するというものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
また、上記ルーチンによれば、ＮＯ２再生速度モデルによって推定されたＮＯ２再生速度が上記閾値よりも高い場合であっても、上記のＮＯ２再生禁止対象の所定のエンジン運転条件が成立する場合には、ＮＯ２再生モードへの移行が禁止される。このような制御によって、低温時にＮＯ２再生モードへの移行を禁止することで、次のような効果が得られる。すなわち、低温時にＮＯ２再生モードに移行してＥＧＲガス量を減らしたり或いはＥＧＲの導入をカットしたりすると、エンジン冷却水がＥＧＲクーラ４０を通過する際に熱を得られにくくなる。その結果、車両のヒータ性能が不足してしまうことが懸念される。また、低温時にＮＯ２再生モードに移行して燃料噴射時期の遅角化を行うこととすると、低温下では燃焼の悪化が懸念される。これに対し、このような低温時においては、効果的なＮＯ２再生が見込める運転状態が到来していてもＮＯ２再生モードへの移行を禁止することで、ヒータ性能の不足や燃焼悪化を防止することができる。
【国際調査報告】
2013076867.tif 000008
2013076867.tif 000009
2013076867.tif 000010
2013076867.tif 000011