(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路及び排気通路に設けられた可変ノズル式遠心過給器と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集する捕集機構と、
前記内燃機関が減速運転状態にあるときに前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度を全開に制御する制御手段と、
前記内燃機関が減速運転状態にあり且つ前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が全開である時の前記内燃機関の吸入空気量を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された吸入空気量をパラメータとして前記捕集機構の微粒子捕集量を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該吸気通路を流れる空気の流量を絞る吸気絞り弁を更に備え、
前記制御手段は、前記内燃機関が減速運転状態にあるときに前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度及び前記吸気絞り弁の開度を全開に制御し、
前記検出手段は、前記内燃機関が減速運転状態にあり且つ前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度及び前記吸気絞り弁の開度が全開である時の前記内燃機関の吸入空気量を検出し、
前記推定手段は、前記検出手段により検出された吸入空気量をパラメータとして前記捕集機構の微粒子捕集量を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れる排気の流量を調節するＥＧＲ弁と、を更に備え、
前記制御手段は、前記内燃機関が減速運転状態にあるときに前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度及び前記ＥＧＲ弁の開度を全開に制御し、
前記検出手段は、前記内燃機関が減速運転状態にあり且つ前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度及び前記ＥＧＲ弁の開度が全開である時の前記内燃機関の吸入空気量を検出し、
前記推定手段は、前記検出手段により検出された吸入空気量をパラメータとして前記捕集機構の微粒子捕集量を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該吸気通路を流れる空気の流量を絞る吸気絞り弁と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れる排気の流量を調節するＥＧＲ弁と、を更に備え、
前記制御手段は、前記内燃機関が減速運転状態にあるときに前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度と前記吸気絞り弁の開度と前記ＥＧＲ弁の開度とを全開に制御し、
前記検出手段は、前記内燃機関が減速運転状態にあり、且つ、前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度と前記吸気絞り弁の開度と前記ＥＧＲ弁の開度とが全開である時の前記内燃機関の吸入空気量を検出し、
前記推定手段は、前記検出手段により検出された吸入空気量をパラメータとして前記捕集機構の微粒子捕集量を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記検出手段により検出された吸入空気量が所定量を下回った場合に、前記捕集機構に詰まりが発生していると判定する判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中に含まれる微粒子を捕集する機構を備えた排気浄化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上が要求されており、特に軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼル機関では、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等に加え、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化もしくは除去することが要求されている。
【０００３】
このため、ディーゼル機関では、断面積が非常に小さい細孔を多数備えた多孔質の基材からなるパティキュレートフィルタを排気通路に配置し、そのパティキュレートフィルタの細孔に排気を流すことにより、排気中のＰＭを捕集する方法が知られている。
【０００４】
一方、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に増加すると、パティキュレートにおける排気抵抗が高くなり、それに応じて内燃機関に作用する背圧が過剰に高くなる虞があるため、パティキュレートフィルに捕集されたＰＭを適当な時期に浄化してパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生させる必要がある。
【０００５】
このような要求に対し、従来では、特開２００１−１５８２３０号公報に記載されているような「内燃機関の排気浄化装置」等が提案されている。この公報に記載されている内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関が所定の運転状態にあり、且つ、パティキュレートフィルタに詰まりが発生していない時の吸入空気量を予め実験的に求めておくとともにその吸入空気量を判定基準値として記憶しておき、パティキュレートフィルタの使用過程において内燃機関が所定運転状態にあるときの吸入空気量と前記判定基準値とを比較することにより、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集状態を判定しようとするものである。
【０００６】
この内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタにＰＭが捕集されると、パティキュレートフィルタによる排気の圧力損失が増加するため、内燃機関に作用する背圧が上昇し、以て内燃機関の吸入空気量が減少するという知見に基づくものである。
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可変ノズル式遠心過給器を備えた内燃機関では、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度に応じて吸気の過給圧や排気の背圧が変化するため、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度に応じて内燃機関の吸入空気量も変化することになる。
【０００７】
従って、可変ノズル式遠心過給器を備えた内燃機関に前述した従来の技術が適用された場合には、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量のみならず可変ノズル式遠心過給器のノズル開度によっても内燃機関の吸入空気量が変化することになるため、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量と内燃機関の吸入空気量との相関関係が成立し難くなり、ＰＭ捕集量の判定精度が低下する虞がある。
【０００８】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、排気中の微粒子を捕集する捕集機構と可変ノズル式遠心過給器とを備えた内燃機関において、捕集機構の微粒子捕集量を精度良く判定することができる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の吸気通路及び排気通路に設けられた可変ノズル式遠心過給器と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集する捕集機構と、
前記内燃機関が減速運転状態にあるときに前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度を全開に制御する制御手段と、
前記内燃機関が減速運転状態にあり且つ前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が全開である時の前記内燃機関の吸入空気量を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された吸入空気量をパラメータとして前記捕集機構の微粒子捕集量を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴としている。
この発明は、排気中の微粒子を捕集する捕集機構と可変ノズル式遠心過給器とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が内燃機関の運転状態に影響し難い減速運転時に該可変ノズル式遠心過給器のノズル開度を全開とした上で、内燃機関の吸入空気量をパラメータとした微粒子捕集量の判定を行うことを最大の特徴としている。
【００１０】
かかる内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関が減速運転状態にある時に可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が全開に制御され、その際の内燃機関の吸入空気量をパラメータとして捕集機構の微粒子捕集量が判定されることになる。
【００１１】
捕集機構の微粒子捕集量を判定する際の可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が全開に固定されると、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度に起因した不用意な吸入空気量の変化が防止される。この結果、捕集機構の微粒子捕集量を判定する際に検出される吸入空気量は、捕集機構の微粒子捕集量と相関のある量となる。
【００１２】
従って、内燃機関が減速運転状態にあり且つ可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が全開であるときの吸入空気量をパラメータとして微粒子捕集量が判定される場合には判定精度の低下が防止されることとなる。
【００１３】
また、本発明を適用する内燃機関の吸気通路に吸気絞り弁が設けられている場合は、内燃機関が減速運転状態にあるときに可変ノズル式遠心過給器のノズル開度及び吸気絞り弁の開度を全開とすることにより、吸入空気量と微粒子捕集量との相関関係を成立させるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明を適用する内燃機関の吸気通路及び排気通路にＥＧＲ通路とＥＧＲ弁が設けられている場合には、内燃機関が減速運転状態にあるときに可変ノズル式遠心過給器のノズル開度及びＥＧＲ弁の開度を全開とすることにより、吸入空気量と微粒子捕集量との相関関係を成立させるようにしてもよい。
【００１５】
また、本発明を適用する内燃機関が吸気絞り弁、ＥＧＲ通路、及びＥＧＲ弁を備えている場合には、内燃機関が減速運転状態にあるときに可変ノズル式遠心過給器のノズル開度と吸気絞り弁の開度とＥＧＲ弁の開度を全開とすることにより、吸入空気量と微粒子捕集量との相関関係を成立させるようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、検出手段により検出された吸入空気量が所定量を下回った場合に捕集機構に詰まりが発生していると判定する判定手段を更に備えるようにしてもよい。
【００１７】
尚、捕集機構の微粒子捕集量を判定する場合に、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度を全閉に制御する方法も考えられる。
【００１８】
しかしながら、通常の内燃機関では、可変ノズル式遠心過給器が捕集機構より上流の排気通路に配置されるため、そのような状況下でノズル開度が全閉にされると可変ノズル式遠心過給器より上流の排気圧力が上昇する一方で可変ノズル式遠心過給器より下流の排気圧力が低下する。すなわち、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が全閉にされると、捕集機構に流入する排気の圧力が低下することになる。
【００１９】
ここで、捕集機構に微粒子が捕集されると、排気が捕集機構を通過する際の抵抗が高くなるため、捕集機構に起因した排気の圧力損失及び背圧が増加し、それに応じて内燃機関の吸入空気量が減少することになるが、その際の圧力損失及び背圧の増加は捕集機構に流入する排気の圧力が高くなるほど顕著となる。
【００２０】
従って、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が全閉されることによって捕集機構に流入する排気の圧力が低下すると、排気の圧力損失及び背圧の増加が発生し難くなるとともに吸入空気量の減少量も少なくなり易い。
【００２１】
更に、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が吸入空気量に与える影響は開き側に対して閉じ側の方が大きいため、全閉制御された時の実際のノズル開度が煤の堆積等によって毎回僅かに異なるような事態が発生した場合には、微粒子捕集量と吸入空気量との相関関係が成立し難くい。
【００２２】
これらの事情を考慮すると、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度が全閉制御された際の吸入空気量をパラメータとして微粒子捕集量を判定する方法は適当ではないと言える。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２５】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１には、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフトが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５とが取り付けられている。
【００２６】
前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるとともに、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続されている。
【００２７】
前記コモンレール７におけるリターンパイプ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コモンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となったときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。
【００２８】
前記コモンレール７には、該コモンレール７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧センサ１３が取り付けられている。
【００２９】
このように構成された燃料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポンプ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力信号値に基づいてフィードバック制御される。
【００３０】
燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給された燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するまで蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。各燃料噴射弁３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の燃焼室内へ噴射する。
【００３１】
尚、前記した燃料系では、コモンレール７内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられた燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧されることになる。
【００３２】
次に、内燃機関１には、４本の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されている。
【００３３】
前記吸気管１５において前記エアクリーナボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取り付けられている。
【００３４】
前記吸気管１５において前記エアフローメータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する可変ノズル式遠心過給器（可変ノズル式ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。
【００３５】
前記吸気管１５において前記コンプレッサハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。
【００３６】
前記吸気管１５において前記インタークーラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁２１が設けられている。この吸気絞り弁２１には、該吸気絞り弁２１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ２１ａと、前記吸気絞り弁２１の開度に応じた電気信号を出力する吸気絞り弁開度センサ２１ｂとが取り付けられている。
【００３７】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１６に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１６内の図示しないエアフィルタによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５を介して可変ノズル式遠心過給器１９のコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
【００３８】
コンプレッサハウジング１９ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ２０にて冷却される。
【００３９】
インタークーラ２０によって冷却された吸気は、必要に応じて吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導かれた吸気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４０】
各気筒２の燃焼室へ分配された吸気は、図示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼する。
【００４１】
次に、内燃機関１には、４本の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管は、可変ノズル式遠心過給器１９のタービンハウジング１９ｂを介して排気管２５ａに接続されている。
【００４２】
前記タービンハウジング１９ｂには、前述したコンプレッサホイールと連結されたタービンホイールが回転自在に内装されており、そのタービンホイールが排気の圧力を受けて回転するようになっている。
【００４３】
更に、前記したタービンハウジング１９ｂには、該タービンハウジング１９ｂ内の排気通路（ノズル通路）の断面積を変化させるノズルベーンが内装されている。このノズルベーンは、ＶＮＴ用アクチュエータ１９ｃによって開閉駆動されるようになっている。
【００４４】
前記したＶＮＴ用アクチュエータ１９ｃによりノズルベーンの開度（以下、ノズル開度と称する）が小さくされると、前記ノズル通路の断面積が縮小されるため、ノズル通路を流れる排気の流速及び圧力が高められ、以てタービンホイールの回転速度及び回転トルクが高められる。
【００４５】
一方、前記ＶＮＴ用アクチュエータ１９ｃによりノズル開度が大きくされると、前記ノズル通路の断面積が拡大されるため、ノズル通路を流れる排気の流速及び圧力が低められ、以てタービンホイールの回転速度及び回転トルクの過剰な増加が抑制される。
【００４６】
従って、内燃機関１が低回転運転状態にあるとき、言い換えれば、内燃機関１から排出される排気の流速及び圧力が低くなるときには、ノズル開度を小さくすることによりタービンホイールの回転速度及び回転トルクを高め、以て吸気の過給圧を高めることが可能となる。
【００４７】
また、内燃機関１が高回転運転状態にあるとき、言い換えれば、内燃機関１から排出される排気の流速及び圧力が高くなるときには、ノズル開度を大きくすることによりタービンホイールの回転速度及び回転トルクの過剰な増加を抑制し、以て吸気の過給圧の過剰な上昇を抑制することが可能となる。
【００４８】
前記排気枝管２４において前記タービンハウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂回するタービンバイパス通路２６によって接続されている。
【００４９】
前記タービンバイパス通路２６には、該タービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなるウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。
【００５０】
前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッサハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる吸気の圧力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにおいて圧縮された吸気の圧力（過給圧）を利用して前記弁体２７ａを開閉駆動する。
【００５１】
具体的には、前記アクチュエータ２７ｂは、吸気の過給圧が予め設定された所定圧力未満であるときは前記弁体２７ａを閉弁させ、吸気の過給圧が前記所定圧力以上となったときに前記弁体２７ａを開弁させる。
【００５２】
前記弁体２７ａが開弁された場合には、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して排気管２５ａへ流れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内でタービンホイールに印加される排気の圧力が低下する。この結果、タービンホイールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネルギが減少することになり、以て吸気の過給圧が前記した所定圧力以下に抑制されることとなる。
【００５３】
次に、前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成分、特に煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化する排気浄化機構２９に接続されている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接続されている。以下では、排気浄化機構２９より上流の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂと称するものとする。
【００５４】
前記排気浄化機構２９は、本発明に係る捕集機構の一実施態様であり、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）や、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタに白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯx吸蔵剤とが担持されたＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒を例示することができる。尚、以下では、排気浄化機構２９をパティキュレートフィルタ２９と称するものとする。
【００５５】
前記上流側排気管２５ａには、該上流側排気管２５ａ内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ３０が取り付けられている。
【００５６】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２内で燃焼された混合気（既燃ガス）が各気筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って可変ノズル式遠心過給器１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。
【００５７】
タービンハウジング１９ｂ内に流入した排気は、タービンホイールを回転させる。タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッサハウジング１９ａが吸気を圧縮するための駆動源として作用する。
【００５８】
その際、コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮された吸気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上昇すると、ウェストゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁させるため、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流れ、過給圧の過剰な上昇が抑制される。
【００５９】
前記タービンハウジング１９ｂから排出された排気（及びタービンバイパス通路２６を通過した排気）は、上流側排気管２５ａを介してパティキュレートフィルタ２９に流入する。パティキュレートフィルタ２９に流入した排気は、該排気に含まれる煤などの微粒子を浄化又は除去された後に下流側排気管２５ｂへ排出され、下流側排気管２５ｂを通って大気中に放出される。
【００６０】
また、排気枝管２４には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１００は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて開度を変更することが可能となっている。
【００６１】
前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられている。
【００６２】
前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱するためのラジエター１０６と接続されている。
【００６３】
前記した２本の配管１０４、１０５のうちの一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記ＥＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。
【００６４】
前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
【００６５】
このように構成された排気再循環機構（ＥＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１４へ導かれる。
【００６６】
その際、開閉弁１０７が開弁状態にあると、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲクーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れるＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００６７】
ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４から吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１４の上流から流れてきた吸気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、前記燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００６８】
その際、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などの不活性ガス成分が含まれているため、そのようなＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００６９】
更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される吸気の量（吸気の体積）が不要に減少することもなくなる。
【００７０】
この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（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３１が併設されている。このＥＣＵ３１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算術論理演算回路である。
【００７１】
前記ＥＣＵ３１には、クランクポジションセンサ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、排気温度センサ３０に加えて、車両の室内に設けられたアクセルペダル３２の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ３３等が電気的に接続され、上記した各センサの出力信号がＥＣＵ３１に入力されるようになっている。
【００７２】
一方、ＥＣＵ３１には、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、ＶＮＴ用アクチュエータ１９ｃ、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等が電気的に接続され、上記した各部がＥＣＵ３１によって制御されるようになっている。
【００７３】
ここで、ＥＣＵ３１は、図２に示すように、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。
【００７４】
前記入力ポート４５は、クランクポジションセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００７５】
前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、排気温度センサ３０、アクセルポジションセンサ３３等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００７６】
前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、ＶＮＴ用アクチュエータ１９ｃ、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等と図示しない駆動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力される制御信号を前記した各部へ送信する。
【００７７】
前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ制御ルーチン、ＶＮＴ制御ルーチンなどの各種アプリケーションプログラムを記憶するとともに、種々の制御マップを記憶している。
【００７８】
前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７９】
前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００８０】
前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、吸気絞り制御、ＶＮＴ制御、ＥＧＲ制御などの周知の制御に加え、本発明の要旨となるパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量判定制御を実行する。
【００８１】
以下、本実施の形態におけるＰＭ捕集量判定制御について述べる。
【００８２】
パティキュレートフィルタ２９にＰＭが捕集されるとパティキュレートフィルタ２９内の排気通路が狭められるため、図３に示されるように、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量が増加するほどパティキュレートフィルタ２９内の排気抵抗が高くなる。
【００８３】
このようにＰＭ捕集量の増加によりパティキュレートフィルタ２９内の排気抵抗が高くなると、内燃機関１に作用する背圧が上昇するため、それに応じて内燃機関１の吸入空気量が減少することになる。
【００８４】
従って、内燃機関１が同一の運転状態となる状況下では、図４に示されるように、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量が増加するほど内燃機関１の吸入空気量が減少することになる。
【００８５】
この結果、内燃機関１の吸入空気量（エアフローメータ１７の出力信号）をパラメータとしてパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量を推定することが可能となる。
【００８６】
ところで、内燃機関１の吸入空気量は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量のみならず、吸気絞り弁２１の開度やＥＧＲ弁１０１の開度に応じても変化するため、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量を推定する際には、吸気絞り弁２１の開度及びＥＧＲ弁１０１の開度を全開に固定することが好ましい。
【００８７】
更に、内燃機関１の吸入空気量は、可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度によっても変化する。これは、可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度に応じて吸気の過給圧が変化するとともに内燃機関１に作用する背圧が変化するからである。
【００８８】
これに対し、可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度を全閉あるいは全開に固定した上でパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量を推定する方法が考えられる。
【００８９】
ところで、本実施の形態では、可変ノズル式遠心過給器１９がパティキュレートフィルタ２９より上流に配置されるため、そのような状況下で可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度が全閉にされると、可変ノズル式遠心過給器１９より上流の排気圧力が上昇する一方で可変ノズル式遠心過給器１９より下流の排気圧力が低下する。すなわち、可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度が全閉にされると、パティキュレートフィルタ２９に流入する排気の圧力が低下することになる。
【００９０】
ここで、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量に起因した背圧の上昇は、パティキュレートフィルタ２９に流入する排気の圧力が高くなるほど顕著に現れる。
【００９１】
従って、可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度が全閉されることによってパティキュレートフィルタ２９に流入する排気の圧力が低下すると、背圧が上昇し難くなるとともに吸入空気量の減少量も少なくなり易い。
【００９２】
更に、可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度が吸入空気量に与える影響は開き側に対して閉じ側の方が大きいため、全閉制御された時の実際のノズル開度が煤の堆積等によって毎回異なるような事態が発生した場合には、ＰＭ捕集量と吸入空気量との相関関係が成立し難くい。
【００９３】
これらの事情を考慮すると、可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度が全閉制御された際の吸入空気量をパラメータとしてパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量を推定する方法は適当ではないと言える。
【００９４】
そこで、本実施の形態に係るＰＭ捕集量判定制御では、ＣＰＵ４１は、吸気絞り弁２１の開度、ＥＧＲ弁１０１の開度、及び可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度を全開に制御した上で、エアフローメータ１７の出力信号をパラメータとしたＰＭ捕集量の推定を行うようにした。
【００９５】
但し、内燃機関１が通常の運転状態にあるときに、吸気絞り弁２１の開度、ＥＧＲ弁１０１の開度、及び可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度が全開にされると、内燃機関１の運転状態及びトルクが不用意に変化してドライバビリティの低下を招くことになるため、本実施の形態では、内燃機関１が減速運転状態にあることを条件に吸気絞り弁２１の開度、ＥＧＲ弁１０１の開度、及び可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度を全開に制御してＰＭ捕集量の推定を行うものとする。
【００９６】
以下、本実施の形態に係るＰＭ捕集量判定制御について図５に沿って具体的に説明する。
【００９７】
図５は、ＰＭ捕集量判定制御ルーチンを示すフローチャート図である。このＰＭ捕集量判定制御ルーチンは、ＣＰＵ４１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００９８】
ＰＭ捕集量判定制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、先ずＳ５０１において、ＲＡＭ４３から機関回転数：Ne、エアフローメータ１７の出力信号値（吸入空気量）：Gn、燃料噴射量：Q、アクセルポジションセンサ３３の出力信号値（アクセル開度）：Accpを読み込む。
【００９９】
Ｓ５０２では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ５０１で読み込まれた機関回転数：Ne、燃料噴射量：Q、及びアクセル開度：Accpをパラメータとして、内燃機関１が減速運転状態にあるか否かを判別する。例えば、ＣＰＵ４１は、機関回転数：Neが所定回転数以上であり、燃料噴射量：Qが“０”であり、更にアクセル開度：Accpが全閉であることを条件に内燃機関１が減速運転状態にあると判定する。
【０１００】
前記Ｓ５０２において内燃機関１が減速運転状態にないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０１】
一方、前記Ｓ５０２において内燃機関１が減速運転状態にあると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ５０３へ進む。Ｓ５０３では、ＣＰＵ４１は、吸気絞り弁２１、ＥＧＲ弁１０１、及び可変ノズル式遠心過給器１９のノズルベーンを全開とすべく吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、ＥＧＲ弁１０１、及びＶＮＴ用アクチュエータ１９ｃを制御する。
【０１０２】
Ｓ５０４では、ＣＰＵ４１は、現時点における最新の機関回転数：Neとエアフローメータ１７の出力信号値（実吸入空気量）：実GnとをＲＡＭ４３から読み込む。
【０１０３】
Ｓ５０５では、予めＲＯＭ４２に記憶されている基準吸入空気量制御マップへアクセスし、前記Ｓ５０４で読み込まれた機関回転数：Neに対応した基準吸入空気量：Gnbaseを算出する。
【０１０４】
前記した基準吸入空気量制御マップは、パティキュレートフィルタ２９にＰＭが捕集されておらず、内燃機関１が減速運転状態にあり、吸気絞り弁２１が全開であり、ＥＧＲ弁１０１が全開であり、更に可変ノズル式遠心過給器１９のノズルベーンが全開である条件下における機関回転数と吸入空気量（基準吸入空気量）との関係を示すマップである。
【０１０５】
Ｓ５０６では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ５０５で算出された基準吸入空気量：Gnbaseから前記Ｓ５０４で読み込まれた実吸入空気量：実Gnを減算して差分：△Gnを算出する。
【０１０６】
Ｓ５０７では、ＣＰＵ４１は、前記差分：△Gnをパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量：ＰＭに換算する。その際、差分：△GnとＰＭ捕集量：ＰＭとの関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶しておくようにしてもよい。
【０１０７】
Ｓ５０８では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ５０７で算出されたＰＭ捕集量：ＰＭが予め設定されているＰＭ捕集量の上限値（ＰＭ捕集量上限値）：ＰＭmax以上であるか否かを判別する。
【０１０８】
Ｓ５０８において前記ＰＭ捕集量：ＰＭがＰＭ捕集量上限値：ＰＭmax未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力を再生させる必要がないとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０９】
一方、前記Ｓ５０８において前記ＰＭ捕集量：ＰＭがＰＭ捕集量上限値：ＰＭmax以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力を再生させる必要があるとみなし、Ｓ５０９においてＰＭ再生処理を実行する。
【０１１０】
ＰＭ再生処理では、ＣＰＵ４１は、例えば、ＰＭが燃焼し得る温度域まで排気温度を高めるべく排気昇温制御を実行する。排気昇温制御の実行方法としては、通常の燃料噴射（主燃料噴射）に加えて各気筒２の膨張行程時に追加の燃料噴射（膨張行程噴射）を行う方法、主燃料噴射に加えて各気筒２の排気行程時に追加の燃料噴射（排気行程噴射）を行うことで未燃の燃料をパティキュレートフィルタ２９へ供給して燃焼させる方法などを例示することができる。
【０１１１】
このようにしてＰＭ再生処理が実行されると、パティキュレートフィルタ２９に捕集されていたＰＭが燃焼してパティキュレートフィルタ２９から除去され、以てパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集能力が再生される。
【０１１２】
このようにＣＰＵ４１がＰＭ捕集量判定制御を実行すると、吸気絞り弁２１、ＥＧＲ弁１０１、及び可変ノズル式遠心過給器１９のノズルベーンが全開である時の吸入空気量をパラメータとしてパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量が判定されることになるため、可変ノズル式遠心過給器１９のノズル開度に起因した不用意な吸入空気量の変化が防止されることになる。その結果、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量を判定する際に検出される吸入空気量がパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量と相関のある量となり、以て、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量が精度良く判定されるようになる。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気中の微粒子を捕集する捕集機構と可変ノズル式遠心過給器とを備えた内燃機関において、内燃機関の吸入空気量をパラメータとして捕集機構の微粒子捕集量を精度良く推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】  パティキュレートフィルタ内の排気抵抗とＰＭ捕集量との関係を示す図
【図４】  パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量と内燃機関の吸入空気量との関係を示す図
【図５】  ＰＭ捕集量判定制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１７・・・エアフローメータ
１９・・・可変ノズル式遠心過給器
１９ａ・・コンプレッサハウジング
１９ｂ・・タービンハウジング
１９ｃ・・ＶＮＴ用アクチュエータ
２１・・・吸気絞り弁
２９・・・パティキュレートフィルタ（捕集機構）
３１・・・ＥＣＵ
４１・・・ＣＰＵ
１０１・・ＥＧＲ弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003991710.tif 000005
【図５】
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