(57)【要約】【課題】  ＤＰＦ再生中のＥＧＲによる排気温度上昇効果と、ＮＯｘ低減効果を両立させる。【解決手段】  ＥＣＵ６は、排気通路３に設置したＤＰＦ５の再生に適した温度となるように、吸気温度やエンジン１の負荷状態からＥＧＲガス切替バルブ７４の開度を制御し、メイン通路７１を通過するクールドＥＧガスとバイパス通路７２を通過するホットＥＧＲガスを混合する。また、ＥＧＲバルブ７５の信頼性が保てない運転状態では、ＥＧＲカットを行うことで、信頼性が維持できる範囲で排気温度を高く保ち、ＤＰＦ５の再生を促進するとともに、ＥＧＲによるＮＯｘ低減効果を得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設置されるパティキュレートフィルタと、
上記パティキュレートフィルタを昇温させることにより上記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去する再生制御手段と、
上記排気通路を流通する排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ通路と、  
上記ＥＧＲ通路を経て上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの温度および流量を内燃機関の要求に応じて操作するＥＧＲ制御手段とを備え、
上記ＥＧＲ制御手段が、
上記再生制御手段による上記パティキュレートフィルタの再生中にＥＧＲ操作を実施し、上記パティキュレートフィルタに流入する排気温度が上記パティキュレートフィルタの再生に適した温度となるようにＥＧＲ操作量を制御する再生時ＥＧＲ制御手段を有していることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記ＥＧＲ通路が、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを設けたメイン通路と上記ＥＧＲクーラを迂回して上記排気通路と上記吸気通路を連通させるバイパス通路とを有し、
上記再生時ＥＧＲ制御手段が、上記メイン通路を通過するＥＧＲガスと上記バイパス通路を通過するＥＧＲガスの量または比率を調整することにより、再生時に上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの温度を目標温度に制御する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記再生時ＥＧＲ制御手段が、上記メイン通路を通過するＥＧＲガスと上記バイパス通路を通過するＥＧＲガスの量または比率を、吸気温度および内燃機関の負荷状態のうち少なくとも１つに基づいて制御する請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記メイン通路を通過するＥＧＲガスと上記バイパス通路を通過するＥＧＲガスの混合量または比率を連続的に可変制御する弁部材と、該弁部材を経て上記吸気通路へ合流するＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブを備える請求項２または３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記再生時ＥＧＲ制御手段が、少なくともＥＧＲガス合流後の吸気温度に基づいて上記弁部材を操作することにより、再生時に上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの温度を目標温度に制御する請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記再生時ＥＧＲ制御手段が、上記ＥＧＲバルブ通過ガス温度を推定する手段を有し、この推定されたＥＧＲバルブ通過ガス温度に基づいて上記弁部材を操作することにより、再生時に上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの温度を目標温度に制御する請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記再生時ＥＧＲ制御手段が、再生時に上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの目標温度を、上記ＥＧＲ通路に設置される部材の耐熱許容温度に基づいて設定する請求項１ないし６のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
上記ＥＧＲ制御手段が、上記再生制御手段による上記パティキュレートフィルタの非再生中にＥＧＲ操作を実施する非再生時ＥＧＲ制御手段を有し、
上記非再生時ＥＧＲ制御手段が、吸気温度および内燃機関の負荷状態のうち少なくとも１つに基づいて、上記メイン通路を通過するＥＧＲガスと上記バイパス通路を通過するＥＧＲガスの量または比率を調整する請求項２ないし７のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
上記非再生時ＥＧＲ制御手段が、内燃機関の暖気の促進度に応じてＥＧＲ操作量を制御する請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記再生時ＥＧＲ制御手段または上記非再生時ＥＧＲ制御手段が、内燃機関からの排気温度が所定温度を超えると推定される場合または内燃機関の燃焼状態が不安定と推定される場合にＥＧＲ操作を停止するＥＧＲ停止手段を有する請求項１ないし９のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記ＥＧＲ停止手段が、吸気温度および内燃機関の負荷状態のうち少なくとも１つに基づいて、ＥＧＲ操作を停止するかどうかを決定する請求項１０記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
上記ＥＧＲ停止手段が、内燃機関の噴射時期、ポスト噴射量および噴射パターンのうち少なくとも１つに基づいて、ＥＧＲ操作を停止するかどうかを決定する請求項１０記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
上記ＥＧＲ停止手段は、内燃機関が１噴射サイクル内に１気筒あたり３回以上のマルチ噴射を実施している場合にＥＧＲ操作を停止する請求項１２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パティキュレートフィルタとＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくはパティキュレートフィルタ再生中のＥＧＲ制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境対策として、ディーゼルエンジンの排出ガスに含まれるパティキュレート（以下、ＰＭと記載）と窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記載）の低減が大きな課題となっている。このうちパティキュレートについては、排気通路にＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記載）を設置することが有効であり、堆積したＰＭを定期的に燃焼除去することにより、捕集性能を回復するようになっている。ＤＰＦ内には多孔質の隔壁で区画される多数の通路が形成され、これら多孔質の隔壁を排気が通過する際にＰＭが捕集される。ＤＰＦ再生は、通常、ＰＭ堆積量が予め設定した所定量を超えた時に実施され、ＤＰＦに高温の排気ガスを供給してＰＭの燃焼温度以上に昇温することによって行われる。
【０００３】
ＤＰＦ再生は、通常、ＰＭ堆積量が予め設定した所定量を超えた時に実施され、ＤＰＦに高温の排気ガスを供給してＰＭの燃焼温度以上に昇温することによって行われる。ＤＰＦ再生時の昇温手段として、具体的には、メイン噴射時期の大幅遅角、あるいはメイン噴射後のポスト噴射、マルチポスト噴射といった種々の手段が挙げられ、運転状態に応じた適切な昇温手段を採用することにより、効率的にＤＰＦを目標温度（例えば５００〜６５０℃）まで昇温させることができる。
【０００４】
一方、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと記載）装置を設けることによって、ＮＯｘ低減効果が得られることが知られている。燃焼後の排気ガスには、水蒸気や二酸化炭素といった不活性ガスが多く含まれるため、その一部をＥＧＲガスとして吸気通路に戻すことで、燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生を抑えることができる。その際、排気通路と吸気通路を連通するＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設置して、ＥＧＲガスを冷却すると、ＥＧＲガスの充填効率を高めて燃焼を緩慢にし上記効果を向上できる。また、ＥＧＲクーラを設置したＥＧＲ通路と並列にバイパス通路を設けて、始動時などにＥＧＲクーラを通さずにＥＧＲガスを吸気通路に還流させるようにすることもできる（例えば、特許文献１、２）。
【特許文献１】特開２００３−５１７９１号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第０９８７４２７号明細書
【０００５】
ここで、ＤＰＦ再生時の昇温性能を向上させる手段として、ＥＧＲを併用することが検討されている。ＥＧＲを行うと、高温の排気ガスをＥＧＲ通路から吸気通路へ導入することができるので、燃焼室に供給させる吸気温度を高めてＤＰＦに供給される排気温度を昇温する効果が得られ、かつＮＯｘ低減効果も期待できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＤＰＦ再生中の温度制御システムでは、ＤＰＦ上流または下流の排気温度を上記目標温度に昇温するために、燃焼室から排出された直後のエキゾーストマニホールド近傍の排気温度が７００℃ないしそれ以上の高温となる場合がある。ところが、ＥＧＲ流量を制御するＥＧＲバルブは、流路構成部材がアルミニウムを基材とすることが多く、排気ガスが高温のまま導入されると腐食等を生じて耐久性が低下するおそれがある。
【０００７】
このため、従来はＤＰＦ再生中のＥＧＲガスをカットするかＥＧＲガス流量を大幅に減少させるしかなく、ＥＧＲによる排気温度上昇効果やＮＯｘ低減効果を十分発揮することができなかった。また、上述したＥＧＲクーラを用いて排気温度を低下させることもできるが、このようなシステムでは、ＤＰＦ再生中にＥＧＲを行うと、ＥＧＲガスが水温近傍まで冷えてしまうので、吸気温度を高くすることができなくなり、十分な排気温度上昇効果が期待できない。
【０００８】
そこで、本願発明は、ＥＧＲバルブ等の構成部材の信頼性を保ちつつ、高温のＥＧＲガスを吸気通路へ供給可能とすることで、ＤＰＦの再生中のＥＧＲによる排気温度上昇効果と、ＮＯｘ低減効果を両立させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設置されるパティキュレートフィルタと、
上記パティキュレートフィルタを昇温させることにより上記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを焼却除去する再生制御手段と、
上記排気通路を流通する排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ通路と、
上記ＥＧＲ通路を経て上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの温度および流量を内燃機関の要求に応じて操作するＥＧＲ制御手段とを備える。
上記ＥＧＲ制御手段は、上記再生制御手段による上記パティキュレートフィルタの再生中にＥＧＲ操作を実施し、上記パティキュレートフィルタに流入する排気温度が上記パティキュレートフィルタの再生に適した温度となるようにＥＧＲ操作量を制御する再生時ＥＧＲ制御手段を有している。
【００１０】
上記再生制御手段は、パティキュレートフィルタに所定量以上のパティキュレートが堆積すると昇温操作を行ってパティキュレートを焼却除去する。この際、ＥＧＲ操作を実施すると排気温度を昇温しやすくなるが、再生中は目標とする排気温度が高くなるためＥＧＲバルブの耐熱性等が問題となる。そこで、本発明では、上記再生時ＥＧＲ制御手段により、パティキュレートフィルタの再生を優先させてＥＧＲ操作を行い、例えば、ＥＧＲガスの温度および流量を装置の信頼性が保てる範囲に制御することにより、信頼性を保ちつつ昇温性能を向上させることができる。よって、排気温度上昇効果とＮＯｘ低減効果を両立させて、効率よいＤＰＦ再生と排気浄化性能の向上を実現できる。
【００１１】
請求項２の発明において、上記ＥＧＲ通路は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを設けたメイン通路と、上記ＥＧＲクーラを迂回して上記排気通路と上記吸気通路を連通させるバイパス通路とを有する。この時、上記再生時ＥＧＲ制御手段は、メイン通路を通過するＥＧＲガスとバイパス通路を通過するＥＧＲガスの量または比率を調整することにより、再生時に吸気通路に戻されるＥＧＲガスの温度を目標温度に制御する。
【００１２】
具体的には、ＥＧＲクーラを通過するメイン通路と通過しないバイパス通路を並列に設置し、メイン通路を通過したクールドＥＧＲガスとバイパス通路を通過したホットＥＧＲガスを混合することにより、ＥＧＲガスの温度を調整することができる。そして、これらガスの混合量（または比率）を調整することにより、ＥＧＲガスを所望の目標温度に制御し、パティキュレートフィルタに供給される排気温度が再生に適した温度となるように制御することができる。
【００１３】
請求項３の発明において、上記再生時ＥＧＲ制御手段は、上記メイン通路を通過するＥＧＲガスと上記バイパス通路を通過するＥＧＲガスの量または比率を、吸気温度および内燃機関の負荷状態のうち少なくとも１つに基づいて制御する。
【００１４】
例えば、吸気温度や内燃機関の負荷が高くなるほど排気温度が上昇するので、これらの情報から再生に適した排気温度となるように最適なＥＧＲ温度や量を決定することができる。その結果に基づいてクールドＥＧＲガスとホットＥＧＲガスの混合量（または比率）を制御することで、パティキュレートフィルタに供給される排気温度を所望の温度とし、パティキュレートフィルタ再生時のＥＧＲを良好に実施することができる。
【００１５】
請求項４の発明では、上記メイン通路を通過するＥＧＲガスと上記バイパス通路を通過するＥＧＲガスの混合比率を連続的に可変制御する弁部材と、該弁部材を経て上記吸気通路へ合流するＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブを備える。
【００１６】
上記構成によれば、上記弁部材の開度を調整することによりクールドＥＧＲガスとホットＥＧＲガスの混合比を任意に変更し、さらに上記ＥＧＲバルブの開度を調整することにより、吸気通路へ合流するＥＧＲガスの温度と流量を所望の値に制御し、パティキュレートフィルタ再生時のＥＧＲを制御性よく実施することができる。
【００１７】
請求項５の発明において、上記再生時ＥＧＲ制御手段は、少なくともＥＧＲガス合流後の吸気温度に基づいて上記弁部材を操作することにより、再生時に上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの温度を目標温度に制御する。
【００１８】
例えば、ＥＧＲガス合流後の吸気温度はＥＧＲガスの温度変化をよく反映するので、簡便にはＥＧＲガス合流後の吸気温度を用いて上記弁部材の開度をフィードバック制御することにより、ＥＧＲガスの温度を所望の目標温度に制御することができる。
【００１９】
請求項６の発明において、上記再生時ＥＧＲ制御手段は、上記ＥＧＲバルブ通過ガス温度を推定する手段を有し、この推定されたＥＧＲバルブ通過ガス温度に基づいて上記弁部材を操作することにより、再生時に上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの温度を目標温度に制御する。
【００２０】
例えば、ＥＧＲガス合流後の吸気温度と新気温度、新気量等からＥＧＲバルブ通過ガス温度を推定することができる。そして、この推定温度を用いて上記弁部材の開度をフィードバック制御することにより、ＥＧＲガスの温度を所望の目標温度に制御することができる。
【００２１】
請求項７の発明において、上記再生時ＥＧＲ制御手段は、再生時に上記吸気通路に戻されるＥＧＲガスの目標温度を、上記ＥＧＲ通路に設置される部材の耐熱許容温度に基づいて設定する。
【００２２】
排気温度が高温となる再生中は、例えばＥＧＲバルブの構成材の耐熱性が問題となる。そこで、ＥＧＲガスがこれら部材の耐熱許容温度以下となるように、ＥＧＲガスの目標温度を設定することで、装置の信頼性を保ちながら再生時のＥＧＲ制御を良好に実施することができる。
【００２３】
請求項８の発明において、上記ＥＧＲ制御手段は、上記再生制御手段による上記パティキュレートフィルタの非再生中にＥＧＲ操作を実施する非再生時ＥＧＲ制御手段を有する。上記非再生時ＥＧＲ制御手段は、吸気温度および内燃機関の負荷状態のうち少なくとも１つに基づいて、上記メイン通路を通過するＥＧＲガスと上記バイパス通路を通過するＥＧＲガスの量または比率を調整する。
【００２４】
吸気温度や内燃機関の負荷状態により、排気温度が変動するので、非再生時においても、これらの情報に基づいて最適なＥＧＲ温度や量となるようにＥＧＲ制御を実施することで、ＮＯｘやパティキュレートの排出を抑制することができる。
【００２５】
請求項９の発明において、上記非再生時ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の暖気の促進度に応じてＥＧＲ操作量を制御する。
【００２６】
非再生時はＥＧＲクーラを通過させるクールドＥＧＲの混合比率が大きく、暖気の進行によりＥＧＲクーラを流通する冷却水温が変動すると、これに応じてＥＧＲ温度も変動する。よって、吸気温度や負荷状態に加えて暖気の促進度に基づいたＥＧＲ操作を行うことで、効果的なＥＧＲ制御を実現することができる。
【００２７】
請求項１０の発明において、上記再生時ＥＧＲ制御手段または上記非再生時ＥＧＲ制御手段は、内燃機関からの排気温度が所定温度を超えると推定される場合または内燃機関の燃焼状態が不安定と推定される場合にＥＧＲ操作を停止するＥＧＲ停止手段を有する。
【００２８】
例えば、排気温度が高いとＥＧＲバルブの構成部材等の耐熱性が問題となり、このような場合にはＥＧＲを停止することで信頼性を向上させることができる。また、燃焼状態が不安定となり大量のＨＣ発生によるおそれがある場合も同様とすることで、ディポジットによるＥＧＲクーラ冷却効率の低下等を防ぐことができる。
【００２９】
請求項１１の発明において、上記ＥＧＲ停止手段が、吸気温度および内燃機関の負荷状態のうち少なくとも１つに基づいて、ＥＧＲ操作を停止するかどうかを決定する。
【００３０】
具体的には、吸気温度が低いと燃焼が不安定となりやすく、また、高負荷運転時には高温となりやすいので、これらの情報を基にＥＧＲ停止を判断することで上記効果を容易に得ることができる。
【００３１】
請求項１２の発明において、上記ＥＧＲ停止手段が、内燃機関の噴射時期、ポスト噴射量および噴射パターンのうち少なくとも１つに基づいて、ＥＧＲ操作を停止するかどうかを決定する。
【００３２】
あるいは、燃料の噴射時期やポスト噴射量、噴射パターンによっては、燃焼が不安定となり未燃ＨＣが発生しやすいので、これらの情報を基にＥＧＲ停止を判断することで上記効果を容易に得ることができる。
【００３３】
請求項１３の発明において、上記ＥＧＲ停止手段は、内燃機関が１噴射サイクル内に１気筒あたり３回以上のマルチ噴射を実施している場合にＥＧＲ操作を停止する。
【００３４】
具体的には、例えば、マルチ噴射を行う場合、１噴射サイクル内に１気筒あたり３回以上の条件でＥＧＲを停止することで上記効果を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１はディーゼルエンジン１の排気浄化装置の全体構成を示すもので、各気筒の燃焼室はそれぞれインテークマニホールド２１およびエキゾーストマニホールド３１を介して、吸気通路２および排気通路３に連結している（図には１つの気筒のみ示す）。各燃焼室には図示しない燃料供給部に接続されるインジェクタ１１が設けられており、ＥＣＵ６により所定のタイミングで駆動されて高圧燃料を噴射するようになっている。
【００３６】
エンジン１には遠心過給機４が設けられる。排気通路３には遠心過給機４のタービン４１が、吸気通路２にはコンプレッサ４２が設けられ、タービン４１とコンプレッサ４２はタービン軸を介して連結されている。遠心過給機４は、排気の熱エネルギーを利用してタービン４１を駆動するとともに、タービン軸を介してコンプレッサ４２を駆動し、吸気通路２に導入される吸気をコンプレッサ４２内で圧縮して燃焼室へ送り込む。吸気通路２には、インタクーラ２３が設けられて、コンプレッサ４２で圧縮され高温となった吸気を冷却するようになっている。インタクーラ２３の下流にはスロットル２２が設けられ、ＥＣＵ６からの指令によってインテークマニホールド２１に導入される吸気流量を調整する。
【００３７】
タービン４１下流の排気通路３には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）５が設置されている。ＤＰＦ５は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じしてなる。エンジン１から排出された排気ガスは、ＤＰＦ５の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレート（ＰＭ）が捕集されて次第に堆積する。ＤＰＦ５の表面には、通常、酸化触媒が担持され、排気中の炭化水素（ＨＣ）を触媒燃焼させることにより排気温度を上昇させて、ＤＰＦ５を昇温する。ＤＰＦ５の上流に酸化触媒を別体として設置することもできる。ＤＰＦ５の上流側および下流側の排気通路には、ＤＰＦ５の上流および下流の排気温度を検出するための排気温センサ５１、５２がそれぞれ設置されている。排気温センサ５１、５２の出力信号は、ＥＣＵ６に入力される。
【００３８】
吸気通路２と排気通路とはＥＧＲ通路７で連結され、排気の一部がＥＧＲ通路７を経て吸気に還流するようになっている。ＥＧＲ通路７の一端側は、エキゾーストマニホールド３１とタービン４１の間の排気通路３に連通し、他端側は、インテークマニホールド２１に連通している。ＥＧＲ通路７は途中、ＥＧＲクーラ７３が設置されるメイン通路７１と、ＥＧＲクーラ７３を迂回して吸気通路２に至るバイパス通路７２とに分岐し、再び合流してインテークマニホールド２１に接続する。ＥＧＲクーラ７３はエンジン冷却水を用いた公知の構成とすることができ、例えば、ＥＧＲガスが流通する通路に接してエンジン冷却水が流通する通路を設け、両通路間で熱交換を行うことによりＥＧＲガスを冷却する。
【００３９】
メイン通路７１とバイパス通路７２の合流部にはＥＧＲガス切替バルブ７４が設けられて、その切替位置によりメイン通路７１とバイパス通路７２の出口部の開度を連続的に可変調整できるようになっている。これにより、メイン通路７１を通過するクールドＥＧＲガスとバイパス通路７２を通過するホットＥＧＲガスの混合比率を任意に変更し、ＥＧＲガスの温度を制御することが可能である。また、これら通路の合流部とインテークマニホールド２１の間には、ＥＧＲバルブ７５が設けられ、その開度を連続的に可変調整することにより吸気通路２に再循環されるＥＧＲガスの流量を任意に調整可能となっている。これらＥＧＲガス切替バルブ７４およびＥＧＲバルブ７５は、ＥＣＵ６からの指令によって駆動される。
【００４０】
インテークマニホールド２１には、吸気の圧力を検出するための吸気圧センサ６３と吸気の温度を検出するための吸気温センサ６４とが設けられ、これらセンサ５１、５２の検出信号は、ＥＣＵ６に入力される。さらに、遠心過給機４のコンプレッサ４２上流の吸気通路２には、新気の温度を検出するための新気温センサ６１と吸気量を検出するためのエアフロメータ６２とが設置されており、新気の温度および吸気量をＥＣＵ６に出力するようになっている。
【００４１】
ＥＣＵ６には、その他、アクセル開度センサやエンジン回転数センサ、冷却水温センサといった図示しない各種センサが接続されている。ＥＣＵ６は、これらセンサからの検出信号を基にエンジン１の運転条件を検出し、その要求に応じて最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出してインジェクタ１１やスロットル２２を操作し、燃料噴射を制御する。さらに、エンジンの運転条件と上述した各種センサ出力に基づいてＤＰＦ５の再生制御を行うとともに（再生制御手段）、ＥＧＲガス切替バルブ７４およびＥＧＲバルブ７５の弁開度を調節することでＥＧＲ通路７を経て吸気通路２に戻されるＥＧＲガスの温度と流量を制御する（ＥＧＲ制御手段）。
【００４２】
まず、ＤＰＦ５の再生制御手段について説明する。ＥＣＵ６は、ＤＰＦ５へのＰＭ堆積量を検出し、その検出値からＤＰＦ５にＰＭが再生が必要な所定値以上堆積していると判断された時に、ＤＰＦの再生を開始し、ＤＰＦ５を昇温してパティキュレート燃焼除去する。具体的には、例えば各種センサ出力から知られるエンジン運転条件を基にＰＭ排出量を算出し、これを積算してＰＭ堆積量を推定することができる。あるいは、ＰＭ堆積量が多いほどＤＰＦ５の前後差圧が増加する関係にあることを利用し（排気流量が一定の場合）、差圧センサを設けてその検出値を基にＰＭ堆積量を推定することもできる。そして、堆積したパティキュレートを燃焼させるため、排気温センサ５１または排気温センサ５２の出力が所定の目標温度（例えば５００〜６５０℃）となるように昇温手段を操作する。
【００４３】
昇温手段として、具体的には、メイン噴射時期の大幅遅角、メイン噴射後に少量の燃料を噴射するポスト噴射や、マルチポスト噴射といった方法を採用することができる。これらの操作により、ＤＰＦ５に供給される排気ガスを高温とし、または排気通路２に供給される未燃ＨＣを増量して酸化触媒による反応熱で、ＤＰＦ５をパティキュレートの燃焼温度以上に昇温させることができる。昇温手段としては、これら以外の方法を採用してもよく、いずれか１つの操作を行っても、複数の操作を組み合わせることもできる。
【００４４】
ＥＧＲ制御手段は、ＤＰＦ５の非再生時には、エンジン運転条件に応じた通常のＥＧＲ制御を行い（非再生時ＥＧＲ制御手段）、ＤＰＦ５の再生時には、ＤＰＦ５の再生を優先させたＥＧＲ制御を行う（再生時ＥＧＲ制御手段）。すなわち、ＤＰＦ５の再生を行っていない時は、エンジン１から排出されるＮＯｘ排出量を低減するのに最適なＥＧＲ率および温度となるように、各種センサ出力から知られるエンジン運転状態に応じて、ＥＧＲガス切替バルブ７４およびＥＧＲバルブ７５を操作する。ここで、ＥＧＲ温度は、吸気温度（例えば、新気温度）やエンジン負荷状態から決定されるＥＧＲガス切替バルブ７４の制御状態に応じて、メイン通路７１を通過するクールドＥＧＲガスとバイパス通路７２を通過するホットＥＧＲガスの混合量（比率）を調整することにより、目標温度に制御可能である。
【００４５】
ＤＰＦ５の再生を行っている時には、ＥＧＲガスの還流によりＤＰＦ５に流入する排気温度がＤＰＦ５の再生に適した温度となるように、ＥＧＲガス切替バルブ７４およびＥＧＲバルブ７５を操作する。具体的には、各種センサ出力から知られるエンジン運転状態、例えば、吸気温度（新気温度）やエンジン負荷状態に応じてＥＧＲガス切替バルブ７４の制御状態を決定し、バルブ操作を行って、メイン通路７１を通過するクールドＥＧＲガスとバイパス通路７２を通過するホットＥＧＲガスの混合量（比率）を調整することにより、再生時に吸気通路２に戻されるＥＧＲガスの温度を目標温度に制御する。この目標温度は、ＥＧＲによる排気温度の上昇効果が得られ、しかもＥＧＲガスの温度がＥＧＲバルブ７５の耐熱温度から決められる許容温度を超えないように、運転条件に応じて設定される。これによりＥＧＲバルブ７５を通過するＥＧＲガスを信頼性が保てる範囲に制御することができる。
【００４６】
ただし、低負荷運転条件では、燃焼を大幅に緩慢にして、無理に排気温度を上昇させる燃焼となるため、燃焼が不安定となり未燃ＨＣが大量に発生する場合がある。このような状態でＥＧＲガス量を多くすると、ＥＧＲク−ラ７３やＥＧＲバルブ７５にディポジットが生じやすく、クーラ冷却効率やバルブ固着をまねくおそれがある。このため、未燃ＨＣがあまりにも多くＥＧＲク−ラ７３やＥＧＲバルブ７５の信頼性が保てない運転条件になった場合には、ＥＧＲバルブ７５を閉じる指令を送る機能を有する（ＥＧＲ停止手段）。また、高負荷運転条件では、排気温度が高く、ＥＧＲク−ラ７３で冷却してもＥＧＲガスの温度が十分低下しないおそれがある。このような場合にも、ＥＧＲバルブ７５の信頼性を保つため、ＥＧＲ操作を行わない。
【００４７】
次に、図２〜図１０を用いて、本実施形態におけるＥＧＲ制御の詳細を説明する。図２は、ＥＣＵ６において実行されるＥＧＲ切替バルブ７４およびＥＧＲバルブ７５の制御フローであり、まず、ステップＳ１０１で、ＤＰＦ５が再生状態にあるか否かを入力する。本ステップＳのＤＰＦ５の再生状態の判定には、例えば、別ルーチンで行われるＤＰＦ５の再生制御処理における再生判定結果を用いることができる。ＤＰＦ５の再生制御処理において、再生判定は、通常、ＤＰＦ５へのＰＭ堆積量の検出値を予め設定した再生開始ＰＭ堆積量と比較することによって行われ、検出値が再生開始ＰＭ堆積量を超えた時に再生の必要があると判定して、昇温手段を操作し再生を開始する。
【００４８】
次いでステップＳ１０２で、エンジンの負荷状態を入力する。エンジンの負荷状態は、通常、要求トルク、実噴射量、エンジン回転数等の関数で表される。ステップＳ１０３では新気温センサ６１の出力から新気温度を、図示しない水温センサの出力からエンジン冷却水温度を読み込む。ステップＳ１０４では、これらステップＳ１０１〜１０３における入力値に基づいてＥＧＲガス切替バルブ７４の制御状態を算出する。その詳細を図３に示す。まず、図３のステップＳ２０１で、ＤＰＦ５が再生中か否かを図２のステップＳ１０１で入力したＤＰＦ再生状態に基づいて判定し、ＤＰＦ５再生中であればステップＳ２０２へ、ＤＰＦ５再生中でなければステップＳ２０３へ進む。
【００４９】
ステップＳ２０２では、図示されるエンジン負荷状態と新気温に基づくマップを用いて、再生時のＥＧＲガス切替バルブ７４制御、すなわち、ＥＧＲカットするかまたはＥＧＲガス切替バルブ７４を中間開度に制御するかを決定する。本実施形態では、エンジン負荷状態を低・中・高の３段階に分けるとともに新気温を低・高の２段階に分け、予め実験等を行って各状態で最適となるように適合させたＥＧＲガス切替バルブ制御状態マップを作成し、ＥＣＵ６に記憶させておく。具体的には、エンジン１が低負荷運転状態にありかつ低新気温である時には、排気中にあまりに過多のＨＣが放出されるおそれがあるため、ＥＧＲをカットし、ＥＧＲクーラ６５やＥＧＲバルブ７５にディポジットが生じるのを防止する。また、エンジン１が高負荷運転状態にあり、ＥＧＲガスが高温となってＥＧＲバルブ７５の構成基材に影響を与えるおそれがある場合にも、ＥＧＲをカットし、ＥＧＲバルブ７５の信頼性低下を防止する。それ以外の中負荷運転状態および低負荷・高新気温状態では、ＥＧＲガス切替バルブ７４を中間開度に制御する。このＥＧＲガス切替バルブ７４の中間開度位置は可変であり、バルブ開度の算出方法については後述する。
【００５０】
ステップＳ２０３は、図示されるエンジン負荷状態と新気温に基づくマップを用いて、非再生時のＥＧＲガス切替バルブ７４制御、すなわち、ＥＧＲカット、クールドＥＧＲおよびＥＧＲガス切替バルブ７４中間開度制御のいずれを行うかを決定する。本実施形態では、再生時と同様、エンジン負荷状態を低・中・高の３段階、新気温を低・高の２段階に分け、予め実験等を行って各状態で最適となるように適合させたＥＧＲガス切替バルブ制御状態マップを作成し、ＥＣＵ６に記憶させておく。具体的には、エンジン１が低負荷運転状態にありかつ低新気温である時には、ＥＧＲガス温度が低くなるとＨＣが発生しやすくなるので、ＥＧＲガス温度を高くするためにＥＧＲガス切替バルブ７４を中間開度に制御し、中負荷運転状態および低負荷・高新気温状態では、ＥＧＲ効率を高めるためにＥＧＲクーラ７３を用いたクールドＥＧＲを行う。エンジン１が高負荷運転状態にある時は、再生時と同様にＥＧＲバルブ７５の信頼性を確保するため、ＥＧＲをカットする。
【００５１】
なお、ステップＳ２０２、Ｓ２０３におけるエンジン負荷状態の区分（低・中・高）および新気温の区分（低・高）は、同一である必要はない。望ましくは、非再生時、再生時それぞれの状態において最適となるように適宜設定するのがよい。
【００５２】
また、図４に示すように、再生時のＥＧＲカットをエンジン１の運転状態から判定し、所定量を超えるＨＣが生じる状態となった時にＥＧＲカットを行うようにすることもできる。この実施形態について図４により説明する。まず、図ステップＳ２１１で、ＤＰＦ５が再生中か否かをステップＳ２０１と同様に判定し、ＤＰＦ５再生中であればステップＳ２１２へ、ＤＰＦ５再生中でなければステップＳ２１３へ進む。
【００５３】
ステップＳ２１２では、図示されるエンジン負荷状態と新気温に基づくマップを用いて、再生時のＥＧＲガス切替バルブ７４制御、すなわち、ＥＧＲカットするかまたはＥＧＲガス切替バルブ７４を中間開度に制御するかを決定する。本実施形態では、エンジン１が高負荷状態にある時のみＥＧＲカットを行い、低・中負荷運転状態にある時には、ＥＧＲガス切替バルブ７４を中間開度に制御する。続いてステップＳ２１４に進み、メイン噴射時期Ｔｍain 、ポスト噴射量Ｑpost、噴射回数Ｎinj を入力する。これらの値は図示しない燃料噴射制御およびＤＰＦ再生制御ルーチンにより算出される。
【００５４】
ステップＳ２１５では、メイン噴射時期Ｔｍain が所定値Ｔ1 以上であるか、ポスト噴射量Ｑpostが所定値Ｑ1 以上であるか、あるいは噴射回数Ｎinj が所定値（例えば３回）以上であるかどうかの判定を行う。そして、これらのいずれか１つ以上が肯定判定された時にはステップＳ２１６へ進み、ＥＧＲガス切替バルブ７４の制御状態をＥＧＲカットに変更する。ステップＳ２１６でいずれも否定判定された場合には、ＥＧＲガス切替バルブ７４の制御状態は中間開度制御のままとし、本処理を終了する。
【００５５】
このように、再生中にあまりに過多のＨＣが生じる状態を、メイン噴射時期Ｔｍain 、ポスト噴射量Ｑpost、噴射回数Ｎinj で判定し、ＥＧＲをカットすることでより確実にディポジットを防止することができる。また、低負荷運転・低新気温の状態でも、発生するＨＣ量が所定値以下と予測される場合には、ＥＧＲを実施することで再生中のＥＧＲによる昇温効果を得ることができる。ステップＳ２１３の非再生時のＥＧＲガス切替バルブ７４制御状態の算出方法は、前述した図３のステップＳ２０３と同じであり説明を省略する。
【００５６】
図５は、非再生時のＥＧＲガス切替バルブ７４制御の詳細を示す図で、好適には図示するように、エンジン冷却水温に応じて制御状態を決定する。図５（ａ）は始動時（水温〜１５℃）であり、このような低水温域では燃焼が不安定なので、新気温や負荷状態にかかわらずＥＧＲをカットする。図５（ｂ）は冷間時（水温１５℃〜４０℃）であり、始動直後はまだ燃焼が不安定なので、低・中負荷運転状態ではホットＥＧＲを行い、ＥＧＲクーラ７３をバイパスさせて温かいＥＧＲガスを供給する。エンジン１が高負荷運転状態にある時は、ＥＧＲバルブ７５の信頼性を確保するため、ＥＧＲをカットする。図５（ｃ）は暖気中（水温４０℃〜８０℃）であり、温まってくると燃焼が安定してくるので、安定しやすい中負荷運転状態ではＥＧＲガスを冷やすクールドＥＧＲを行って、ＮＯｘ低減効果を得る。低負荷・低新気温状態ではホットＥＧＲを行い、低負荷・高新気温状態では中間開度制御とする。高負荷運転状態は、ＥＧＲをカットする。図５（ｄ）は暖気後（水温８０℃〜）であり、上述した図３、４の非再生時のＥＧＲガス切替バルブ７４制御状態と同じである。
【００５７】
なお、図５におけるエンジン負荷状態の区分（低・中・高）および新気温の区分（低・高）は、同一である必要はない。望ましくは、それぞれの状態において最適となるように適宜設定するのがよい。また、図のように温度領域による区分とする代わりに、温度の関数を用いて分割することもできる。
【００５８】
図２のステップＳ１０５では、上記図３で算出されたＥＧＲガス切替バルブ７４の制御状態に基づいて、ＥＧＲカットかどうかを判定する。ステップＳ１０５が肯定判定された場合には、ステップＳ１０８に進んでＥＧＲバルブ７５全閉指令ＯＮとする。ＥＣＵ６は、図示しないＥＧＲバルブ７５のバルブ開度制御処理を実行する際に、本ステップのＥＧＲバルブ全閉指令に基づき、ＥＧＲを停止する。ステップＳ１０５が否定判定された場合には、ステップＳ１０６に進み、ホットＥＧＲかどうかを判定する。ステップＳ１０６が肯定判定された場合には、ステップＳ１０９へ進んでＥＧＲガス切替バルブ７４をバイパス通路７２が全開（メイン通路７１は全閉）となるように操作する。ステップＳ１０６が否定判定された場合には、ステップＳ１０７に進み、クールドＥＧＲかどうかを判定する。ステップＳ１０７が肯定判定された場合には、ステップＳ１１０へ進んでＥＧＲガス切替バルブ７４をメイン通路７１が全開（バイパス通路７２は全閉）となるように操作する。
【００５９】
ステップＳ１０７が否定判定された場合には、ステップＳ１１１に進み、目標ＥＧＲガス温度代表値を算出する。ＥＧＲガス温度代表値としては、例えば、ＥＧＲバルブ７５通過ガス温度あるいはＥＧＲガス合流後の吸気温度を用いることができ、このうち、ＥＧＲバルブ７５通過ガス温度をＥＧＲガス温度代表値とした例を図６に示す。図６では、まずステップＳ３０１で、ＤＰＦ５が再生中か否かを判定し、ＤＰＦ５再生中であればステップＳ３０２へ、ＤＰＦ５再生中でなければステップＳ３０３へ進む。ステップＳ３０２では、エンジン１の回転数ＮＥおよび要ＮＥおよび要求トルクを入力してステップＳ３０４へ進み、目標ＥＧＲバルブ７５通過ガスＴa ＿trg を算出する。目標ＥＧＲバルブ７５通過ガス温度Ｔa ＿trg は、下記式（１）に示すように、回転数ＮＥおよび要求トルクの二元マップ（ｍａｐ２）を用いて算出することができる。
Ｔa ＿trg ＝ｍａｐ２（ＮＥ，要求トルク）・・・（１）
ここで、ｍａｐ２は、再生時のＥＧＲガス温度を、ＥＧＲバルブ７５の信頼性が確保できる範囲で、かつ昇温効果が得られる高めの温度となるように、予め実験等を行って適合させた値である。
【００６０】
ステップＳ３０３では、エンジン１の回転数ＮＥおよび要ＮＥおよび要求トルクを入力してステップＳ３０５へ進み、目標ＥＧＲバルブ７５通過ガスＴa ＿trg を算出する。目標ＥＧＲバルブ７５通過ガス温度Ｔa ＿trg は、下記式（２）に示すように、回転数ＮＥおよび要求トルクの二元マップ（ｍａｐ１）を用いて算出することができる。
Ｔa ＿trg ＝ｍａｐ１（ＮＥ，要求トルク）・・・（２）
ここで、ｍａｐ１は、非再生時のＥＧＲガス温度を、排気とともに放出されるＨＣ量ができるだけ少量となるように、予め実験等を行って適合させた値である。
【００６１】
図２のステップＳ１１２では、ＥＧＲガス温度代表値を算出する。ＥＧＲガス温度代表値としては、例えば、ＥＧＲバルブ７５通過ガス温度の推定値を算出するか、吸気温センサ６４により検出されるＥＧＲガス合流後の吸気温度を用いることができる。このうち、ＥＧＲバルブ７５通過ガス温度の推定値を用いた例を図７に示す。図７では、まずステップＳ４０１で、エアフロメータ６２出力値から新気量Ｍair を、吸気圧センサ６３出力値から吸気圧Ｐｍを、吸気温センサ６４出力値から吸気温Ｔｍを入力し、ステップＳ４０２で、これら入力値からＥＧＲガス量Ｍegr を推定する。
【００６２】
図８にＥＧＲガス量Ｍegr の推定方法の一例を示す。図８のステップＳ５０１では、エンジン回転数ＮＥを入力し、ステップＳ５０２では、下記式（３）によりシリンダ流入ガス量Ｍcld を算出する。
Ｍcld ＝Ｋ×η×（Ｐｍ／Ｔｍ）・・・（３）
ここで、ηは吸気効率であり、予め作成した吸気圧Ｐｍとエンジン回転数Ｎｅの二元マップ（ｍａｐ３）を用いて算出することができる。Ｋは定数である。次いで、ステップＳ５０３で下記式（４）により、シリンダ流入ガス量Ｍcld から新気量Ｍair を減算してＭegr を算出する。
Ｍegr ＝Ｍcld −Ｍair ・・・（４）
【００６３】
次に、図７のステップＳ４０３で、ＥＧＲ合流前新気温Ｔair を推定する。図９にＥＧＲ合流前新気温Ｔair の推定方法の一例を示す。まず、ステップＳ６０１で、エンジン回転数Ｎｅと、新気温センサ６１出力値から新気量Ｔafm を入力し、ステップＳ６０２で、これら入力値から下記式（５）により、コンプレッサ４２−インタクーラ２３間温度変化量ΔＴair を算出する。
ΔＴair ＝ｍａｐ４（ＮＥ，トルク）・・・（５）
温度変化量ΔＴair は、運転状態（ＮＥ，トルク）毎に適合させた値であり、これを用いて、ステップＳ６０３で下記式（６）により、ＥＧＲ合流前新気温Ｔair を推定する。
Ｔair ＝Ｔafm ＋ΔＴair ・・・（６）
【００６４】
図７のステップＳ４０４では、図８、９の結果を用いて下記式（７）により、ＥＧＲバルブ７５通過ガス温推定値Ｔegr を算出する。
Ｔegr ＝Ｔｍ＋（Ｔｍ−Ｔair ）×（Ｍair ／Ｍegr ）・・・（７）
この式（７）は、新気温Ｔair ×新気量Ｍair ＋ＥＧＲガス量×ＥＧＲガス温Ｔegr ＝（新気量Ｍair ＋ＥＧＲガス量）×吸気温
を式変形したものである。
【００６５】
図２のステップＳ１１３では、ＥＧＲガス切替えバルブ７４のバルブ開度を算出する。図１０にその詳細を示す。図１０のステップＳ７０１では、図２のステップＳ１１１で算出した目標ＥＧＲガス温代表値（目標ＥＧＲバルブ７５通過ガス温）とステップＳ１１２で算出したＥＧＲガス温代表値（ＥＧＲバルブ７５通過ガス温推定値）から、これらの温度偏差ΔＴegr を算出し、ステップＳ７０２で、ＥＧＲガス温フィードバック量Ｘfbを算出する。このＥＧＲガス温フィードバック量Ｘfbは、温度偏差ΔＴegr に基づく公知のＰＩＤ制御などを用いて算出することができる。次いで、ステップＳ７０３で、ＥＧＲガス切替えバルブ７４のバルブ基準開度Ｘbaseを、下記式（８）により算出する。
Ｘbase＝ｍａｐ５（ＮＥ，トルク）・・・（８）
【００６６】
ステップＳ７０４では、補正後ＥＧＲガス切替えバルブ７４のバルブ開度Ｘfin を、下記式（９）により算出する。
Ｘfin ＝Ｘbase＋Ｘfb・・・（９）
そして、この算出された補正後ＥＧＲガス切替えバルブ開度Ｘfin となるように、ＥＧＲガス切替えバルブ７４を操作する。
【００６７】
なお、上記実施形態では、ＥＧＲガス温度の代表値を通過温度とした例について、説明したが、吸気温度にすることもできる。この場合、吸気温センサの出力値をそのまま代表値とすればよく、上記図７〜９は不要となるので、演算が簡易になる。
【００６８】
このように、ＤＰＦ５の再生時に、昇温性能を優先させたＥＧＲ制御を行なって、ＤＰＦ５へ供給される排気温度を昇温に適した温度とすることができる。よって、ＤＰＦ５の温度上昇効果とＮＯｘ低減効果を両立させて、効果的なＤＰＦ再生とＥＧＲ制御を行い、高性能な排気浄化装置と実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明を適用した排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】ＥＣＵにおいて実行されるＥＧＲ切替バルブおよびＥＧＲバルブ制御のフローチャート図である。
【図３】ＥＧＲガス切替バルブの制御状態の算出方法を示すフローチャート図である。
【図４】ＥＧＲガス切替バルブの制御状態の算出方法の他の例を示すフローチャート図である。
【図５】非再生時のＥＧＲガス切替バルブ制御の詳細を示す図である。
【図６】目標ＥＧＲバルブ通過ガス温の算出方法を示すフローチャート図である。
【図７】ＥＧＲバルブ通過ガス温推定値の算出方法を示すフローチャート図である。
【図８】ＥＧＲガス量の算出方法を示すフローチャート図である。
【図９】ＥＧＲ合流前新気温の推定方法を示すフローチャート図である。
【図１０】補正後ＥＧＲガス切替バルブ開度の算出方法を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  吸気通路
２１  インテークマニホールド
２２  スロットル
２３  インタクーラ
３  排気通路
３１  エキゾーストマニホールド
４  過給器
４１  タービン
４２  コンプレッサ
５  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５１、５２  排気温センサ
６  ＥＣＵ
６１  エアフローメータ
６２  新気温センサ
６３  吸気圧センサ
６４  吸気温センサ
７  ＥＧＲ通路
７１  メイン通路
７２  バイパス通路
７３  ＥＧＲクーラ
７４  ＥＧＲガス切替バルブ
７５  ＥＧＲバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006152891.tif 000008
【図７】
2006152891.tif 000009
【図８】
2006152891.tif 000010
【図９】
2006152891.tif 000011
【図１０】
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