(57)【要約】      （修正有）【課題】冷機状態や暖房装置の暖房要求により機関温度を上昇させる際に、ＤＰＦ再生を併せて行うことによって、機関温度を上昇させる頻度を少なくして、燃費向上を図る。【解決手段】内燃機関の排気系に、排気ガス中の浮遊粒子状物質ＰＭを捕集するフィルタＤＰＦを設ける。このフィルタに堆積する浮遊粒子状物質堆積量ｒＰＭが第１の判定値ＰＭｓ１以上である場合、フィルタ再生条件が成立したとして、機関温度の上昇を伴うフィルタ再生を実施する（ステップＳ１２）。更に、機関温度の上昇を伴う所定の機関昇温要求検出時には、浮遊粒子状物質堆積量ｒＰＭが第１の判定値ＰＭｓ１未満であっても、フィルタ再生を実施する（ステップＳ１４，Ｓ１７，Ｓ２１）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦと、
このＤＰＦに堆積するＰＭ堆積量が第１の判定値以上であることを含む所定のＤＰＦ再生条件が成立する場合に、上記ＤＰＦを昇温することによりＤＰＦ再生を行う第１のＤＰＦ再生手段と、
機関温度の上昇を伴う所定の機関昇温要求検出時に、上記ＰＭ堆積量が上記第１の判定値未満であっても、上記ＤＰＦを昇温することによりＤＰＦ再生を行う第２のＤＰＦ再生手段と、
を有することを特徴とする内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【請求項２】
上記第２のＤＰＦ再生手段は、ＰＭ堆積量と、機関温度と、車両に搭載される暖房装置の暖房要求と、に基づいて、上記ＤＰＦ再生を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【請求項３】
上記第２のＤＰＦ再生手段は、機関温度が所定の第１の判定温度以下である場合に、上記ＤＰＦ再生を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【請求項４】
上記第２のＤＰＦ再生手段は、機関温度が上記第１の判定温度よりも高い値である第２の判定温度未満であり、かつ、ＰＭ堆積量が上記第１の判定値よりも小さな値である第２の判定値以上である場合に、上記ＤＰＦ再生を行うことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【請求項５】
上記第２のＤＰＦ再生手段は、機関温度が上記第２の判定温度よりも高い値である第３の判定温度未満であり、ＰＭ堆積量が上記第２の判定値以上であり、かつ、上記暖房要求が有る場合に、上記ＤＰＦ再生を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【請求項６】
上記第２のＤＰＦ再生手段によるＤＰＦ再生時には、機関昇温要求の解除に伴い、ＤＰＦ再生を強制的に終了することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【請求項７】
上記第２のＤＰＦ再生手段によるＤＰＦ再生時には、上記第１のＤＰＦ再生手段によるＤＰＦ再生時に比して、ＤＰＦ再生を終了するＰＭ堆積量の下限値を低く設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【請求項８】
上記第２のＤＰＦ再生手段によるＤＰＦ再生の終了時には、機関温度の低下速度を制限することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【請求項９】
上記第２のＤＰＦ再生手段によるＤＰＦ再生時には、機関温度が高いほど温度増加分が小さくなるように、機関温度を昇温させる制御を実施することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関のＤＰＦ再生制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系にＰＭを捕集するＤＰＦが設けられた内燃機関に関し、特に、このＤＰＦの再生制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
リーンバーン運転を行うディーゼルエンジンや筒内直噴式ガソリンエンジン等の内燃機関では、排気ガス中の浮遊粒子状物質であるＰＭ（パティキュレート・マター）が大気に放出されることを抑制するために、このＰＭを捕集するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）が排気系に設けられる。特許文献１にも記載されているように、このようなＤＰＦを備える内燃機関では、ＤＰＦに堆積するＰＭ堆積量が所定値以上になると、背圧増加による燃費悪化を招くために、ＤＰＦを昇温してＤＰＦに堆積するＰＭを燃焼・除去することによりＤＰＦを再生する、いわゆるＤＰＦ再生が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６５９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＰＦ再生時にＤＰＦを昇温させる手法として、メイン噴射後に排気昇温用の少量の燃料を噴射するポスト噴射や、排気系で燃焼が行わるように膨張行程もしくは排気行程で燃料を噴射するアフター噴射のように、メイン噴射とは別に追加の燃料を噴射供給することにより、排気温度（機関温度）の上昇を伴ってＤＰＦを昇温させる手法が良く用いられる。このような手法では、ＤＰＦを昇温するためのヒータ等の専用の部品を用いる手法に比して簡素かつ低コストで適用が容易である反面、ＤＰＦ再生中には追加の燃料噴射により燃費の悪化を招くことから、ＤＰＦ再生の頻度・時間を少なくすることが好ましい。
【０００５】
このようなＤＰＦ再生とは別に、車両に搭載される暖房装置により暖房要求がある場合や、機関温度が低い機関冷機時など、機関温度を上昇させるための機関昇温要求が有る場合にも、上記のＤＰＦ再生時と同様に、アフター噴射等の追加の燃料噴射・燃料増量により機関温度を昇温させる制御処理が一般的に行われている。
【０００６】
ここで、ＤＰＦ再生時と機関昇温要求時とでそれぞれ個別に機関昇温の制御処理が実施されると、機関昇温を行う頻度・時間が増し、燃費の低下や排気エミッションの増加を招くおそれがある。特に、リーンバーン運転を行うディーゼルエンジンでは、理論空燃比近傍で燃焼を行うガソリンエンジンに比して、熱効率が良いために機関温度が低くなる傾向にあり、暖房要求等の機関昇温要求を生じる頻度・時間が高い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。すなわち本発明に係る内燃機関の排気系には、排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦが設けられ、このＤＰＦに堆積するＰＭ堆積量が第１の判定値以上であることを含む所定のＤＰＦ再生条件が成立する場合に、上記ＤＰＦを昇温することによりＤＰＦ再生が行われる（第１のＤＰＦ再生手段）。そして、機関温度の上昇を伴う所定の機関昇温要求検出時には、上記ＰＭ堆積量が上記第１の判定値未満であり、上記ＤＰＦ再生条件を満たしていない条件下であっても、上記ＤＰＦを昇温することによりＤＰＦ再生を行う（第２のＤＰＦ再生手段）ことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
このような本発明では、運転者による暖房装置の暖房要求を検出した場合や、暖機運転が行われる機関冷機時のように、機関温度の上昇を伴う所定の機関昇温要求検出時には、ＰＭ堆積量が第１の判定値未満であり、所定のＤＰＦ再生条件を満たしていない状況であっても、ＤＰＦ再生を積極的に行うようにしている。このように、ＤＰＦ再生と同様に機関昇温の制御処理が行われる機関昇温要求時に、ＤＰＦ再生を併せて行うことで、ＤＰＦ再生時と機関昇温要求時でそれぞれ個別に機関昇温制御を実施する場合に比して、機関昇温制御を行う頻度・時間を節約し、その分、燃費の悪化や排気エミッションの増加を抑制することができる。また、機関昇温要求時にＤＰＦ再生を併せて行うことで、機関昇温が促進され、暖房性能の向上や暖機時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関のＤＰＦ再生制御装置を示すシステム構成図。
【図２】本実施例のＤＰＦ再生制御の流れを示すフローチャート。
【図３】本実施例のＤＰＦ再生条件を示す説明図。
【図４】本実施例の第２のＤＰＦ再生時の機関温度と温度増加分との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例に係る内燃機関のＤＰＦ再生制御装置を示すシステム図である。内燃機関としてのディーゼルエンジン１の吸気通路２には可変ノズル型のターボチャージャ３の吸気コンプレッサが備えられ、吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置の高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、燃焼後の排気が排気通路１０へ流出される。
【００１１】
排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、これを駆動する。
【００１２】
排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、排気ガス中の浮遊粒子状物質であるＰＭ（パティキュレート・マター）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１４が配置されるとともに、補助触媒として、この実施例ではＤＰＦ１４の上流側にＮＯｘトラップ触媒１３が配置されている。このＮＯｘトラップ触媒１３は、排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するものである。このＮＯｘトラップ触媒１３には、酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。また、ＤＰＦ１４にも、酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。
【００１３】
尚、補助触媒としては、上記のＮＯｘトラップ触媒１３に限らず、アンモニアを還元剤とする選択還元触媒（ＳＣＲ）を用いてもよく、また、補助触媒の配置としては、上記実施例のようにＤＰＦ１４の上流側に限らず、要求に応じてＤＰＦ１４の下流側に配置しても良い。更に、ＤＰＦ１４にＮＯｘトラップ触媒を担持させて一体に構成してもよい。
【００１４】
また、車両の車室内を暖房するための暖房装置２７が設けられている。この暖房装置２７には、周知のように、内燃機関の冷却水あるいは排気ガスとの間で熱交換を行うヒータコア等が設けられている。
【００１５】
コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転速度Ｎｅ検出用の回転速度センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２から、信号が入力されている。また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度すなわちＬＮＴ床温度を検出するＬＮＴ温度センサ２３、排気通路１０のＤＰＦ１４入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ２４、ＤＰＦ１４の温度すなわちＤＰＦ床温度を検出するＤＰＦ温度センサ２５、更に排気通路１０のＤＰＦ１４出口側にて排気空燃比（以下、排気λといい、数値としては空気過剰率で表す）を検出する空燃比センサ２６が設けられ、これらの信号もコントロールユニット２０に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度やＤＰＦ１４の温度は、これらの下流側に設けた排気温度センサにより検出される排気温度から間接的に検出するようにしてもよい。コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、吸気絞り弁５、燃料噴射弁９、ＥＧＲ弁１２、および暖房装置２７へ制御信号を出力して、その動作を制御する。
【００１６】
また、コントロールユニット２０は、機関運転状態に基づいてＤＰＦ１４に堆積しているＰＭ堆積量ｒＰＭを逐次算出・更新しており、後述するように、このＰＭ堆積量ｒＰＭが予め設定した第１の判定値ＰＭｓ１以上であることを含む所定のＤＰＦ再生条件が成立する場合に、ＤＰＦ１４を昇温することによって、ＤＰＦ１４に堆積したＰＭを燃焼・除去する、いわゆるＤＰＦ再生が行われる。このＤＰＦ再生では、燃料噴射弁９による主噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射や、排気系で燃焼が行われるように膨張行程又は排気行程で燃料を噴射するアフター噴射を行うことによって、機関温度・排気温度の上昇を伴ってＤＰＦ１４を昇温させている。
【００１７】
更に、コントロールユニット２０は、運転者の空調スイッチの操作等によって、暖房装置２７による暖房要求がなされると、車室内の温度を上昇させるために、ヒータコアと熱交換を行う冷却水あるいは排気ガスの機関昇温制御を行う。具体的には、上記のＤＰＦ再生時と同様に、アフター噴射等による機関昇温制御が行われる。
【００１８】
次に、図２及び図３を参照して、本実施例の要部をなすＤＰＦ再生制御、特に、ＤＰＦ再生を行う条件について説明する。図２は、ＤＰＦ再生制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１では、ＤＰＦ再生条件の一つとして、ＤＰＦ１４に堆積しているＰＭ堆積量ｒＰＭが、予め設定された第１判定値ＰＭｓ１以上であるかを判定する。ＰＭ堆積量ｒＰＭが第１判定値ＰＭｓ１以上であれば、ステップＳ１２へ進み、ＰＭ堆積量を低減するために、上記のＤＰＦ再生（以下、このＤＰＦ再生を「第１のＤＰＦ再生」とも呼ぶ）。を実施する。なお、ここでは簡略的にＰＭ堆積量の判定条件のみを示しているが、実際の制御では、このＰＭ堆積量以外の例えばエンジン回転速度や要求負荷等に基づくＤＰＦ再生条件も考慮してＤＰＦ再生が実施される。
【００１９】
一方、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第１判定値ＰＭｓ１未満であれば、従来であればＤＰＦ再生条件が満たされていないとしてＤＰＦ再生が行われないのであるが、本実施例では、ステップＳ１１からステップＳ１３以降へ進み、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第１判定値ＰＭｓ１未満であるにもかかわらず、所定の条件が成立する場合にはＤＰＦ再生（以下、このＤＰＦ再生を「第２のＤＰＦ再生」とも呼ぶ）を積極的に行うようにしている。つまり、機関温度である冷却水温度ｒＴＭＰと、暖房要求と、ＰＭ堆積量ｒＰＭと、に基づいて、機関温度の上昇を伴う所定の機関昇温要求、言い換えると機関昇温制御が実施される機関昇温要求が検出されたか否かを判定し、機関昇温要求検出時であって、かつ、所定の条件を満たす場合に、第２のＤＰＦ再生を実施するようにしている。
【００２０】
具体的には、ステップＳ１３において、冷却水温度ｒＴＭＰが、第１判定温度ＴＭＰｓ１未満であるかを判定する。冷却水温度ｒＴＭＰが第１判定温度ＴＭＰｓ１未満である場合には、内燃機関の暖機運転が行われる冷機状態にあり、機関温度の早期昇温が求められる状態であるために、ステップＳ１４へ進み、ＰＭ堆積量ｒＰＭが０または極端に少ない場合を除き、強制的にＤＰＦ再生が行われる。このように、冷機状態である場合にＤＰＦ再生を併せて行うことで、別個にＤＰＦ再生を行う場合に比して機関昇温制御が行われる頻度・時間を少なくし、その分、燃費の節約や排気性能の向上を図ることができるとともに、暖機運転中にＤＰＦ再生を併用して行うことで、機関昇温・暖機を促進し、早期に暖機運転を完了することができる。
【００２１】
冷却水温度ｒＴＭＰが第１判定温度ＴＭＰｓ１以上である場合、ステップＳ１３からステップＳ１５へ進み、冷却水温度ｒＴＭＰが、上記の第１判定温度ＴＭＰｓ１よりも高い値である予め設定された第２判定温度ＴＭＰｓ２（例えば、６０℃前後）未満であるかを判定する。冷却水温度ｒＴＭＰが第２判定温度ＴＭＰｓ２未満であれば、ステップＳ１６へ進み、ＰＭ堆積量ｒＰＭが、上記の第１判定値ＰＭｓ１よりも小さい値である予め設定された第２判定値ＰＭｓ２以上であるかを判定する。ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２以上であれば、ステップＳ１７へ進み、第２のＤＰＦ再生を実施する。一方、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２未満であれば、ＤＰＦ再生を行うことなく本ルーチンを終了する。
【００２２】
このように、冷却水温度ｒＴＭＰが第１判定温度ＴＭＰｓ１以上かつ第２判定温度ＴＭＰｓ２未満の場合には、冷却水温度ｒＴＭＰが第１判定温度ＴＭＰｓ１未満の場合に比して、暖機運転が行われる冷機状態ではあるものの、暖機運転の完了までに必要な機関温度の増加分が少ないために、ＰＭ堆積量が少ない状況でＤＰＦ再生を併せて行うと、排気温度・ＤＰＦ温度が過剰に上昇し、触媒浄化率の低下や触媒の熱劣化を招くおそれがある。そこで本実施例では、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２未満の場合にはＤＰＦ再生を禁止し、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２以上の場合に限りＤＰＦ再生を併せて行うようにしている。これによって、触媒の過度な昇温を招くことなく、機関冷機状態でＤＰＦ再生を併せて実施することにより、トータルの機関昇温制御を行う頻度・時間を少なくして、燃費性能や排気性能の向上を図ることができる。
【００２３】
冷却水温度ｒＴＭＰが第２判定温度ＴＭＰｓ２以上である場合、ステップＳ１５からステップＳ１８へ進み、冷却水温度ｒＴＭＰが、上記の第２判定温度ＴＭＰｓ２よりも高い値である予め設定された第３判定温度ＴＭＰｓ３未満であるかを判定する。冷却水温度ｒＴＭＰが第３判定温度ＴＭＰｓ３未満であれば、ステップＳ１９へ進み、上記のステップＳ１６と同様、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２以上であるかを判定する。ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２以上であれば、ステップＳ２０へ進み、暖房装置２７による暖房要求が検出されたかを判定する。
【００２４】
冷却水温度ｒＴＭＰが第２判定温度ＴＭＰｓ２以上かつ第３判定温度ＴＭＰｓ３未満であり、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２以上であり、かつ暖房装置２７による暖房要求が検出されている場合には、ステップＳ１８〜Ｓ２０の判定が全て肯定されてステップＳ２１へ進み、ＤＰＦ再生が行われ、それ以外の場合、例えば冷却水温度ｒＴＭＰが第３判定温度ＴＭＰｓ３以上である場合などでは、ＤＰＦ再生を行うことなく本ルーチンを終了する。
【００２５】
このように、冷却水温度ｒＴＭＰが第２判定温度ＴＭＰｓ２以上である暖機後の運転状態であっても、暖房要求による機関昇温要求がある場合には、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２以上であることを条件に、ＤＰＦ再生処理が行われる。これによって、暖房要求による機関昇温とＤＰＦ再生による機関昇温とを併せて行うことができ、個別に機関昇温制御を行う場合に比して、余分な熱エネルギーの消費を抑制し、燃費向上や排気エミッションの低下を図ることができる。また、暖房要求がある場合であっても、ＰＭ堆積量ｒＰＭが第２判定値ＰＭｓ２未満であればＤＰＦ再生を行わないことで、ＤＰＦ１４を含めた触媒の過度な昇温を防止することができる。
【００２６】
また、上述したステップＳ１４，Ｓ１７及びＳ２１のように、冷却水温度（機関温度）や暖房装置２７からの機関昇温要求に応じて行う第２のＤＰＦ再生の際には、この機関昇温要求が解除された時点、つまり、暖機運転の終了時点や暖房要求が無くなった時点で、その時点でのＰＭ堆積量ｒＰＭにかかわらず、ＤＰＦ再生もあわせて強制的に終了させる。これによって、ＤＰＦ再生の継続に伴う冷却系のオーバーヒートや暖房性能が要求以上に過剰となることを確実に防止することができる。
【００２７】
更に、機関昇温要求時に併せて行われる第２のＤＰＦ再生時（ステップＳ１４，Ｓ１７，Ｓ２１）では、通常のＤＰＦ再生条件（ＰＭ堆積量）に応じて行われる第１のＤＰＦ再生時（ステップＳ１２）に比して、ＤＰＦ再生を終了するＰＭ堆積量の下限値を低く設定する。つまり、機関昇温要求時に併せて行われる第２のＤＰＦ再生時には、単独で行われる第１のＤＰＦ再生時よりも、少ないＰＭ堆積量となるまで十分にＤＰＦ再生を行うようにすることで、単独で行われる第１のＤＰＦ再生の頻度・時間を短くして、可及的に燃費性能や排気性能の向上を図ることができる。
【００２８】
また、このようにＤＰＦ再生を強制的に終了する際には、機関温度の低下が滑らかなものとなるように、機関温度の低下速度を所定値以下に制限する。つまり、機関温度の低下が所定の傾き以内となるように、機関温度の低下制御を実施する。これによって、機関温度、ひいてはヒータの吹き出し温度が急激に下がり、運転者に違和感を与えることを抑制・回避することができる。
【００２９】
更に、図４に示すように、暖房要求や機関冷機状態などの機関昇温要求による第２のＤＰＦ再生の際には、機関温度が高いほど、機関温度（排気温度）の温度増加分が少なくなるように、機関昇温制御を実施する。これによって、ＤＰＦ再生を併用することに伴う機関温度の過度な上昇を抑制・回避することができる。
【００３０】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、第２のＤＰＦ再生を伴う機関昇温要求としては、上述した暖房要求や冷機状態に限られず、例えば暖機後の状態であってもエンジンオイルの昇温などの機関温度の上昇を伴う他の機関昇温要求であっても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１…ディーゼルエンジン（内燃機関）
１４…ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
２０…コントロールユニット
２７…暖房装置
【図１】
2013029055.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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