(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に接続された排気通路と、
前記排気通路に設けられ排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの温度が前記フィルタに流入する排気の温度よりも高い場合に、前記内燃機関の運転状態を前記内燃機関で微粒子物質が生成され難い運転状態に制御する制御手段と、
前記排気通路を流通する排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み前記内燃機関の吸気通路へ前記ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
を備え、
前記制御手段は、前記ＥＧＲ装置が還流させるＥＧＲガス量を減少させ、ＮＯｘの生成量が増加するにもかかわらず前記内燃機関で微粒子物質が生成され難い運転状態とし、前記フィルタの温度が前記フィルタに流入する排気の温度以下となると、当該運転状態を通常運転に復帰させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に煤やＳＯＦなどの微粒子物質（Particulate Matter：以下単にＰＭという）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）を配置し、ＰＭ捕集量が規定量に達するとフィルタに捕集されたＰＭを酸化及び除去しフィルタのＰＭ捕集能を再生するＰＭ捕集能再生処理を行う場合がある。そしてＰＭ捕集能再生処理直後はＰＭがフィルタに捕集されずにフィルタをすり抜け易いので、ＰＭ捕集能再生処理後の所定時間は内燃機関でＰＭが生成され難くなるように、ＥＧＲガス量を減少させ且つ吸入空気量を減少させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２４０５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、本発明者の知見によると、ＰＭがフィルタに捕集されずにフィルタをすり抜ける機会は、ＰＭ捕集能再生処理直後だけではないことが判明した。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の制御装置において、内燃機関の運転状態を制御して内燃機関での微粒子物質の生成量を削減し、微粒子物質がフィルタに捕集されずにフィルタをすり抜けて外部へ排出されてしまうことを抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関に接続された排気通路と、
前記排気通路に設けられ排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの温度が前記フィルタに流入する排気の温度よりも高い場合に、前記内燃機関の運転状態を前記内燃機関で微粒子物質が生成され難い運転状態に制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【０００６】
フィルタの温度が当該フィルタに流入する排気の温度よりも高い場合には、フィルタ中を流れる排気がフィルタの構造体から離れて流れようとする。このため、フィルタ中を流れる排気中の微粒子物質がフィルタに吸着し難く捕集し難くなる。具体的には、フィルタに排気中の微粒子物質が捕集される現象は、フィルタの構造体表面に形成された径が１０〜２０μｍの細孔に、フィルタ中を流れる排気中の径が０．１μｍのＰＭがブラウン拡散することによってフィルタの細孔壁に到達しくっ付く（吸着）ために生じる。しかし、フィルタの温度が当該フィルタに流入する排気の温度よりも高い場合には、フィルタ中を流れる排気がフィルタの構造体から離れて流れようとする。このため、フィルタ中を流れる排気中の微粒子物質のブラウン拡散の方向がフィルタの細孔壁から離れる方向になってしまい、微粒子物質がフィルタに捕集し難くなるものである。加えて、フィルタの構造体が高温となると、表面エネルギが高くなり、これによっても微粒子物質がフィルタに捕集し難くなるものである。この場合に、フィルタに排気を通常通り流入させていると、排気中の微粒子物質がフィルタを通過して外部へ排出されてしまうおそれがある。そこで、本発明では、この場合に、内燃機関の運転状態を内燃機関で微粒子物質が生成され難い運転状態に制御するので、内燃機関での微粒子物質の生成量を削減し、微粒子物質がフィルタに
捕集されずにフィルタをすり抜けて外部へ排出されてしまうことを抑制できる。
【０００７】
なお、フィルタの温度が当該フィルタに流入する排気の温度よりも高い場合としては、一例として、当該フィルタに対して微粒子物質捕集能を再生させるＰＭ捕集能再生処理を実施した直後の場合がある。この場合には、フィルタに対してＰＭ捕集能再生処理を実施した際に、当該フィルタが例えば６００℃などの高温に昇温され、これに対し、排気温度が例えば２００℃〜３００℃などであることから、このＰＭ捕集能再生処理直後には、フィルタの温度が当該フィルタに流入する排気の温度よりも高くなるものである。
【０００８】
前記排気通路を流通する排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み前記内燃機関の吸気通路へ前記ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を備え、前記制御手段は、前記ＥＧＲ装置が還流させるＥＧＲガス量を減少させ、前記内燃機関で微粒子物質が生成され難い運転状態にするとよい。
【０００９】
前記制御手段は、前記内燃機関の筒内燃料噴射圧を上昇させて噴射燃料を微粒化させた噴霧にし、前記内燃機関で微粒子物質が生成され難い運転状態にするとよい。
【００１０】
前記制御手段は、前記内燃機関の筒内燃料噴射時期を変更し、前記内燃機関で微粒子物質が生成され難い運転状態にするとよい。
【００１１】
これらの発明によると、内燃機関の運転状態を内燃機関で微粒子物質が生成され難い運転状態に制御することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、内燃機関の制御装置において、内燃機関の運転状態を制御して内燃機関での微粒子物質の生成量を削減し、微粒子物質がフィルタに捕集されずにフィルタをすり抜けて外部へ排出されてしまうことを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００１４】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関、及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。各気筒２には、燃料タンク３から燃料供給通路４を介して軽油などの燃料が供給され、コモンレール５で燃料噴射圧が定められた燃料を気筒２内へ適宜の量且つ適宜のタイミングで噴射する燃料噴射弁６が設けられている。内燃機関１には、吸気通路７及び排気通路８が接続されている。
【００１５】
内燃機関１に接続された吸気通路７の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ９のコンプレッサ９ａが配置されている。コンプレッサ９ａよりも上流の吸気通路７には、該吸気通路７内を流通する吸気の流量を調節するスロットル弁１０が配置されている。このスロットル弁１０は、電動アクチュエータにより開閉される。コンプレッサ９ａよりも下流の吸気通路７には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ１１が配置されている。吸気通路７及びこれに配置された機器が内燃機関１の吸気系を構成している。
【００１６】
一方、内燃機関１に接続された排気通路８の途中には、ターボチャージャ９のタービン９ｂが配置されている。タービン９ｂよりも上流の排気通路８には、排気通路８を流れる
排気へ燃料を添加する燃料添加弁１２が設けられている。燃料添加弁１２に燃料輸送通路１３を介して燃料タンク３から燃料が供給されるようになっている。
【００１７】
タービン９ｂよりも下流の排気通路８には、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１４が配置されている。ＤＰＦ１４の前段には、不図示であるが酸化触媒が設けられる。ＤＰＦ１４には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下単にＮＯｘ触媒という）が担持されていてもよい。本実施例におけるＤＰＦ１４が本発明のフィルタに相当する。
【００１８】
ＤＰＦ１４の下流端部には、ＤＰＦ１４の出口温度を検出するＤＰＦ出口温度センサ１５が設けられている。また、ＤＰＦ１４の直上流には、ＤＰＦ１４へ流入する排気の温度を検出するＤＰＦ流入排気温度センサ１６が設けられている。排気通路８及びこれに配置された機器が内燃機関１の排気系を構成している。
【００１９】
そして内燃機関１には、排気通路８内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路７へ還流（再循環）させる高圧ＥＧＲ装置２０が備えられている。本実施例では、高圧ＥＧＲ装置２０によって還流される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。本実施例における高圧ＥＧＲ装置２０が本発明のＥＧＲ装置に相当する。
【００２０】
高圧ＥＧＲ装置２０は、高圧ＥＧＲガスが流通する高圧ＥＧＲ通路２１と、高圧ＥＧＲ通路２１を流通する高圧ＥＧＲガスの流量を調節する高圧ＥＧＲ弁２２と、を有する。
【００２１】
高圧ＥＧＲ通路２１は、タービン９ｂよりも上流側の排気通路８と、インタークーラ１１よりも下流側の吸気通路７とを接続している。この高圧ＥＧＲ通路２１を通って、排気が高圧ＥＧＲガスとして高圧で内燃機関１へ送り込まれる。
【００２２】
高圧ＥＧＲ弁２２は、高圧ＥＧＲ通路２１に配置され、高圧ＥＧＲ通路２１の通路断面積を調整することにより、該高圧ＥＧＲ通路２１を流れる高圧ＥＧＲガスの流量を調節する。この高圧ＥＧＲ弁２２は、電動アクチュエータにより開閉される。
【００２３】
なお、内燃機関１には、排気通路８内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路７へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置が備えられていてもよい。低圧ＥＧＲ装置は、タービン９ｂよりも下流側の排気通路８と、コンプレッサ９ａよりも上流の吸気通路７とを接続する低圧ＥＧＲ通路を有し、この低圧ＥＧＲ通路を通って、排気が低圧ＥＧＲガスとして低圧で内燃機関１へ送り込まれる。この低圧ＥＧＲ装置も本発明のＥＧＲ装置に相当する。
【００２４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１７が併設されている。ＥＣＵ１７は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２５】
ＥＣＵ１７には、ＤＰＦ出口温度センサ１５、ＤＰＦ流入排気温度センサ１６が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１７に入力されるようになっている。
【００２６】
一方、ＥＣＵ１７には、燃料噴射弁６、スロットル弁１０、燃料添加弁１２、及び高圧ＥＧＲ弁２２の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１７によりこれらの機器が制御される。
【００２７】
ＥＣＵ１７は、不図示のクランクポジションセンサやアクセルポジションセンサなどの出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。
【００２８】
例えば、ＥＣＵ１７は、燃料噴射制御などの既知の制御の他に、ＤＰＦ１４のＰＭ捕集能を再生する処理（以下、ＰＭ捕集能再生処理という）を行う。ＰＭ捕集能再生処理は、ＤＰＦ１４にＰＭが規定値以上に捕集された場合に、燃料添加弁１２から排気中へ燃料添加することや内燃機関１での主噴射とは別のポスト噴射をすることなどによって燃料をＤＰＦ１４に供給し、燃料の酸化反応によってＤＰＦ１４を例えば６００℃などに昇温し、ＤＰＦ１４に捕集されているＰＭを酸化及び除去する処理である。
【００２９】
ところで、ＰＭ捕集能再生処理の際には、上記のようにＤＰＦ１４は例えば６００℃などの高温に昇温される。そして、ＰＭ捕集能再生処理直後には、高温に昇温されたＤＰＦ１４に排気が流入することになる。このとき、排気の温度が例えば２００℃〜３００℃などであるので、高温に昇温されたＤＰＦ１４の温度が当該ＤＰＦ１４に流入する排気の温度よりも高温になる。
【００３０】
この場合には、高温に昇温されたＤＰＦ１４中を流れる排気が当該ＤＰＦ１４の構造体から離れて流れようとする。このため、高温に昇温されたＤＰＦ１４中を流れる排気中のＰＭが当該ＤＰＦ１４に吸着し難く捕集し難くなる。具体的には、ＤＰＦ１４に排気中のＰＭが捕集される現象は、ＤＰＦ１４の構造体表面に形成された径が１０〜２０μｍの細孔に、ＤＰＦ１４中を流れる排気中の径が０．１μｍのＰＭがブラウン拡散することによってＤＰＦ１４の細孔壁に到達しくっ付く（吸着）ために生じる。しかし、ＤＰＦ１４の温度が当該ＤＰＦ１４に流入する排気の温度よりも高い場合には、ＤＰＦ１４中を流れる排気がＤＰＦ１４の構造体から離れて流れようとする。このため、ＤＰＦ１４中を流れる排気中のＰＭのブラウン拡散の方向がＤＰＦ１４の細孔壁から離れる方向になってしまい、ＰＭがＤＰＦ１４に捕集し難くなるものである。加えて、ＤＰＦ１４の構造体が高温となると、表面エネルギが高くなり、これによってもＰＭがＤＰＦ１４に捕集し難くなるものである。この場合に、高温に昇温されたＤＰＦ１４に排気を通常通り流入させていると、排気中のＰＭが当該ＤＰＦ１４を通過して外部へ排出されてしまうおそれがある。なお、この現象は、ＰＭ捕集能再生処理の実施直後だけに限られず、ＤＰＦ１４の温度が当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度よりも高温になれば生じるものである。
【００３１】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ１７は、ＰＭ捕集能再生処理直後が含まれる、ＤＰＦ１４の温度が当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度よりも高温になる場合に、内燃機関１の運転状態を内燃機関１でＰＭが生成され難い運転状態に制御するようにした。
【００３２】
具体的には、ＥＣＵ１７は、ＤＰＦ出口温度センサ１５及びＤＰＦ流入排気温度センサ１６の出力信号から、ＤＰＦ１４の温度が当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度よりも高温になる場合を判別する。そして、この場合に、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の運転状態を内燃機関１でＰＭが生成され難い運転状態に制御する。ここで、内燃機関１でＰＭが生成され難い運転状態は、高圧ＥＧＲ装置２０が還流させる高圧ＥＧＲガス量を減少させること、コモンレール５の燃料噴射圧を上昇させて燃料噴射弁６から噴射される筒内燃料噴射圧を上昇させて噴射燃料を微粒化させた噴霧にすること、燃料噴射弁６からの筒内燃料噴射時期を変更することなどのいずれかを実施、又は併用して実施することで実現される。
【００３３】
本実施例によると、ＤＰＦ１４の温度が当該ＤＰＦ１４に流入する排気の温度よりも高い場合には、内燃機関１の運転状態を内燃機関１でＰＭが生成され難い運転状態に制御するので、内燃機関１でのＰＭの生成量を削減できる。このため排気通路８へ排出されるＰＭが少なくなり、ＰＭがＤＰＦ１４に捕集されずにＤＰＦ１４をすり抜けて外部へ排出されてしまうことを抑制できる。
【００３４】
次に、本実施例によるＰＭ生成量削減制御ルーチンについて説明する。図２は、本実施
例によるＰＭ生成量削減制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。また、本ルーチンを実行するＥＣＵ１７が、本発明の制御手段に相当する。
【００３５】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１７は、ＤＰＦ１４の温度（床温）ｄｐｆ−ｔ及びＤＰＦ１４に流入する排気の温度ｄｐｆｉｎ−ｔを検出する。ＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔは、ＤＰＦ出口温度センサ１５及びＤＰＦ流入排気温度センサ１６の出力信号から推定する。なお、ＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔは直接ＤＰＦ１４の床温を検出するＤＰＦ温度センサ１５１を用いてもよい。ＤＰＦ１４へ流入する排気の温度ｄｐｆｉｎ−ｔは、ＤＰＦ流入排気温度センサ１６の出力信号から取得する。
【００３６】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１７は、ＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔが当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度ｄｐｆｉｎ−ｔよりも高温になるか否かを判別する。
【００３７】
ステップＳ１０２において、ＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔが当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度ｄｐｆｉｎ−ｔ以下であると否定判定された（ｄｐｆ−ｔ≦ｄｐｆｉｎ−ｔ）場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、ＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔが当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度ｄｐｆｉｎ−ｔよりも高温になると肯定判定された（ｄｐｆ−ｔ＞ｄｐｆｉｎ−ｔ）場合には、ステップＳ１０３へ移行する。
【００３８】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の運転状態を内燃機関１でＰＭが生成され難いＰＭ生成量削減の運転状態に制御する。
【００３９】
すなわち、高圧ＥＧＲ装置２０が還流させる高圧ＥＧＲガス量を減少させること、コモンレール５の燃料噴射圧を上昇させて燃料噴射弁６からの筒内燃料噴射圧を上昇させて噴射燃料を微粒化させた噴霧にすること、燃料噴射弁６からの筒内燃料噴射時期を変更することなどのいずれかを実施、又は併用して実施し、内燃機関１でＰＭが生成され難くする。なお、内燃機関１でＰＭが生成され難くする運転状態にするための方法は機関の種別や構成により変わるので、上記方法だけに限られないものであり、又他の方法を採用してもよい。例えば内燃機関が低圧ＥＧＲ装置を備えていれば、低圧ＥＧＲ装置が還流させる低圧ＥＧＲガス量を減少させてもよい。燃料噴射弁６からの筒内燃料噴射時期の変更としては進角する場合だけでなく遅角する場合でもよい。なお、この制御の間はＰＭが生成され難くなればＮＯｘの生成量が増加してしまう方法であってもよい。
【００４０】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１７は、ＤＰＦ１４の温度（床温）ｄｐｆ−ｔ及びＤＰＦ１４に流入する排気の温度ｄｐｆｉｎ−ｔを検出する。
【００４１】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１７は、排気温度よりも高温であったＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔが当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度ｄｐｆｉｎ−ｔ以下になるか否かを判別する。
【００４２】
ステップＳ１０５において、依然としてＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔが当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度ｄｐｆｉｎ−ｔよりも高温であると否定判定された（ｄｐｆ−ｔ＞ｄｐｆｉｎ−ｔ）場合には、ステップＳ１０３の処理に戻る。また、排気温度よりも高温であったＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔが当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度ｄｐｆｉｎ−ｔ以下になると肯定判定された（ｄｐｆ−ｔ≦ｄｐｆｉｎ−ｔ）場合には、ステップＳ１０６へ移行する。
【００４３】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の運転状態を通常運転へ復帰させる。
【００４４】
このステップＳ１０６の処理により、内燃機関１は通常の運転状態となり、内燃機関１でのＰＭの生成量も通常通りとなり、排気通路８へ通常通りＰＭが排出される。
【００４５】
排気温度よりも高温であったＤＰＦ１４の温度ｄｐｆ−ｔが当該ＤＰＦ１４に流入する排気温度ｄｐｆｉｎ−ｔ以下になる場合には、当該ＤＰＦ１４中を流れる排気が当該ＤＰＦ１４の構造体から離れて流れようとしなくなる。このため、ＤＰＦ１４の温度が排気温度以下になったＤＰＦ１４中を流れる排気中のＰＭはブラウン拡散の方向がＤＰＦ１４の細孔壁に向かうようになり且つＤＰＦ１４の表面エネルギが低くなりＰＭは当該ＤＰＦ１４に吸着し易く捕集し易くなる。したがって、この場合には、排気温度以下になったＤＰＦ１４に通常通りＰＭを流入させ、排気中のＰＭを当該ＤＰＦ１４で捕集するようにしている。
【００４６】
そして、ステップＳ１０６の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００４７】
以上の本ルーチンを実施することにより、ＤＰＦ１４の温度が当該ＤＰＦ１４に流入する排気の温度よりも高い場合に、内燃機関１の運転状態を制御して内燃機関１でのＰＭの生成量を削減でき、この場合においてＰＭがＤＰＦ１４に捕集されずにＤＰＦ１４をすり抜けて外部へ排出されてしまうことを抑制できる。
【００４８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係るＰＭ生成量削減制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１     内燃機関
２     気筒
３     燃料タンク
４     燃料供給通路
５     コモンレール
６     燃料噴射弁
７     吸気通路
８     排気通路
９     ターボチャージャ
９ａ   コンプレッサ
９ｂ   タービン
１０   スロットル弁
１１   インタークーラ
１２   燃料添加弁
１３   燃料輸送通路
１５   ＤＰＦ出口温度センサ
１６   ＤＰＦ流入排気温度センサ
１７   ＥＣＵ
２０   高圧ＥＧＲ装置
２１   高圧ＥＧＲ通路
２２   高圧ＥＧＲ弁
【図１】
0004826588.tif 000002
【図２】
0004826588.tif 000003