(57)【要約】【課題】排気絞り弁の経年変化や個体差に起因する流量特性の誤差を補償することにより不適切な排気制限を未然に防止でき、もって安定した強制再生を実現できるエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】目標吸入空気量算出部７１でＤＰＦの強制再生時の制御モード毎に目標吸入空気量tgtＱaを算出し、選択部７２で現在実行中の制御モードと対応する目標吸入空気量tgtＱaを選択し、選択した目標吸入空気量tgtＱaと実吸入空気量Ｑaとの偏差ΔＱを偏差算出部７３で算出し、算出した偏差ΔＱに基づき吸気絞り制御部６２で吸気絞り弁の開度θをフィードバック制御する。【選択図】図３
2009156046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に排ガスに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタを配設し、該フィルタのパティキュレート捕集量が所定値に達したときに、強制再生制御手段により上記排気通路に配設した排気絞り弁を閉弁制御しながら上記エンジンの排気昇温により上記フィルタを昇温する強制再生を実行して、該フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却除去するエンジンの排気浄化装置において、
上記エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
上記エンジンの運転状態に基づき上記強制再生時の目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、
上記エンジンの吸気通路に配設されて、該吸気通路を流通する吸入空気を調整可能な吸気絞り弁と、
上記強制再生時に上記実吸入空気量と上記目標吸入空気量との偏差を縮小するように上記吸気絞り弁の開度をフィードバック制御する吸気絞り制御手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
初回の上記強制再生時において、上記フィードバック制御による上記吸気絞り弁の制御量を学習値として学習する学習手段を備え、
上記吸気絞り制御手段は、上記初回以降の強制再生時において上記学習手段により学習された学習値を反映させて上記フィードバック制御を実行することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
上記強制再生制御手段は、上記強制再生として上記フィルタの昇温過程に応じた複数の制御モードを実行し、
上記目標吸入空気量算出手段は、予め上記制御モード毎に設定された特性に従って目標吸入空気量を算出し、
上記吸気絞り制御手段は、上記初回以降の強制再生時において、現在の制御モードに対応する目標吸入空気量に基づき上記学習手段の学習値を反映させながら上記フィードバック制御を実行することを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
上記強制再生制御手段は、上記強制再生として上記フィルタの昇温過程に応じた複数の制御モードを実行し、
上記目標吸入空気量算出手段は、予め上記各制御モードの内の特定制御モードに設定された特性に従って目標吸入空気量を算出すると共に、予め他の制御モード毎に設定された特性に従って上記吸気絞り弁の目標開度を算出し、
上記吸気絞り制御手段は、上記初回以降の強制再生時において、上記特定制御モードでは、上記目標吸入空気量に基づき上記学習手段の学習値を反映させながら上記フィードバック制御を実行し、上記他の制御モードでは、上記目標開度に基づき上記学習手段の学習値を反映させながら上記吸気絞り弁をオープンループ制御することを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気浄化装置に係り、詳しくはエンジンの排気通路にパティキュレートを捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えた排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばディーゼルエンジン等のようにリーン空燃比下で燃焼を行う内燃機関では、排ガス中にＨＣ、ＣＯ、ＮＯx以外にパティキュレートマターが多く含まれており、このパティキュレートを処理するための後処理装置として、排ガス中のパティキュレートをＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）に捕集して焼却除去する排気浄化装置が実用化されている。このような排気浄化装置では、ＤＰＦに捕集したパティキュレートを焼却除去する必要があるため、パティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を配設し、この酸化触媒により排ガス中のＮＯから生成されたＮＯ2を酸化剤として利用して、フィルタ上のパティキュレートを連続的に燃焼させる、所謂連続再生を実施するように構成されている。
【０００３】
連続再生によるパティキュレートの焼却除去は、ＤＰＦ温度が所定値以上であれば通常の運転中でも自ずと行われるが、この条件が満たされない運転状態が継続すると、ＤＰＦでのパティキュレートの捕集量が許容量を越えて過堆積に陥ってしまう。そこで、過堆積に至る以前にＤＰＦを積極的に昇温することによりパティキュレートを焼却除去してＤＰＦの再生を図る強制再生が実施されており、例えばメイン噴射後の膨張行程でポスト噴射により供給した未燃燃料を上流側の酸化触媒上で燃焼させて、下流側に位置するＤＰＦを昇温してパティキュレートの燃焼を図っている。
【０００４】
一方、強制再生時のＤＰＦの昇温を促進するために、エンジンの排気通路に設けた排気絞り弁を強制再生時に閉弁制御する場合があり、排気制限による間接的に吸入空気量の制限、及びエンジン回転低下を補う燃料噴射量の増加を利用して、ＤＰＦの昇温を促進している。例えば、この種の排気絞り弁を備えた排気浄化装置として特許文献１の記載のものがあり、当該特許文献１の技術では、強制再生時に排気絞り弁を閉弁状態とすると共に、吸気通路に設けた吸気絞り弁を開弁状態とし、燃料噴射時期を遅角化することにより排気昇温している。
【特許文献１】特開２００７−１６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンの排気通路に設けた排気絞り弁は排ガスに含まれるパティキュレートの堆積等の影響を受けるため、吸気通路に設けられた吸気絞り弁に比較して経年変化に起因する流量特性の変化を発生し易い。
また、一般に排気絞り弁として車両に装備された既存のエキゾーストブレーキが流用される例からも判るように、エンジンの燃焼状態に大きく関与することを鑑みて緻密に開度制御される吸気絞り弁に比較して、排気絞り弁は全開及び全閉の２位置間のように大雑把な制御が適用される。このため、排気絞り弁自体の構成も吸気絞り弁ほど精密に製作されたものではなく、必然的に新品時の流量特性にも大きな個体差を有する傾向となる。
【０００６】
従って、排気絞り弁を併用した強制再生時には、上記した２つの要因により排気絞り弁を全閉としたときの排ガスの流量特性が所期の設定に対して大きな誤差を生じてしまう。この現象は、不適切な排ガスの流量制限により強制再生の所要時間が大幅に延長化されてしまう要因となる上に、甚だしい場合には強制再生が終了せずに中断されてしまう場合もある。また、過度の流量制限によりエンジンへの負担が増大して破損の要因となる虞もある。上記特許文献１の技術では、このような不具合を一切想定していないため、何ら解決策とはなり得なかった。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気絞り弁の経年変化や個体差に起因する流量特性の誤差を補償することにより不適切な排気制限を未然に防止でき、もって安定した強制再生を実現することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジンの排気通路に排ガスに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタを配設し、フィルタのパティキュレート捕集量が所定値に達したときに、強制再生制御手段により排気通路に配設した排気絞り弁を閉弁制御しながらエンジンの排気昇温によりフィルタを昇温する強制再生を実行して、フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却除去するエンジンの排気浄化装置において、エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、エンジンの運転状態に基づき強制再生時の目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、エンジンの吸気通路に配設されて、吸気通路を流通する吸入空気を調整可能な吸気絞り弁と、強制再生時に実吸入空気量と目標吸入空気量との偏差を縮小するように吸気絞り弁の開度をフィードバック制御する吸気絞り制御手段とを備えたものである。
【０００９】
従って、吸気絞り制御手段による吸気絞り弁のフィードバック制御により、エンジンの実吸入空気量が目標吸入空気量に調整される。排気絞り弁による排気制限は間接的にエンジンの吸入空気量を制限することに繋がるため、排気絞り弁の流量特性が所期の設定に対して誤差が生じていれば、その誤差に応じて吸入空気量が変動する。実吸入空気量が目標吸入空気量に調整されることにより、結果として排気絞り弁の流量特性に生じた誤差が補償され、流量特性に誤差が生じていない場合と同様の適切な排気制限が実現される。このため、常に所期の所要時間で強制再生を完了でき、所要時間の大幅な延長化や強制再生の中断、或いは過度の流量制限によるエンジン破損等の不具合が未然に防止される。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、初回の強制再生時において、フィードバック制御による吸気絞り弁の制御量を学習値として学習する学習手段を備え、吸気絞り制御手段が、初回以降の強制再生時において学習手段により学習された学習値を反映させてフィードバック制御を実行するものである。
従って、初回の強制再生時、即ち、排気絞り弁がほとんど新品の状態で実行される強制再生では、吸気絞り制御手段により吸気絞り弁の開度がフィードバック制御されるときの制御量が学習手段により学習値として学習され、初回以降の強制再生時には学習値を反映させてフィードバック制御が実行される。初回の強制再生では、パティキュレートの堆積等の経年変化による吸気絞り弁の流量特性の誤差はほとんど生じていないため、このときのフィードバック制御による吸気絞り弁の制御量は、排気絞り弁の個体差に起因する流量特性の誤差によるものと見なせる。この初回の強制再生時の吸気絞り弁の制御量が初回以降の強制再生時のフィードバック制御に学習値として反映されることで、フィードバックを開始した時点で個体差に起因する流量特性の誤差は直ちに補償され、フィードバック制御の応答性が向上する。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２において、強制再生制御手段が、強制再生としてフィルタの昇温過程に応じた複数の制御モードを実行し、目標吸入空気量算出手段が、予め制御モード毎に設定された特性に従って目標吸入空気量を算出し、吸気絞り制御手段が、初回以降の強制再生時において、現在の制御モードに対応する目標吸入空気量に基づき学習手段の学習値を反映させながらフィードバック制御を実行するものである。
【００１２】
従って、初回以降の強制再生時には、現在の制御モードに対応する目標吸入空気量に基づき学習値を反映させながらフィードバック制御が実行される。各制御モードではエンジンの運転状態が相違することから、排気絞り弁の流量特性の誤差に起因する吸入空気量への影響度が相違するが、各制御モードで個別にフィードバック制御が実行されるため、制御モードに関わらず常に適切な排気制限が実現され、しかも、各制御モードのフィードバック制御で学習値が反映されることから、全ての制御モードでフィードバック制御の応答性が向上する。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２において、強制再生制御手段が、強制再生としてフィルタの昇温過程に応じた複数の制御モードを実行し、目標吸入空気量算出手段が、予め各制御モードの内の特定制御モードに設定された特性に従って目標吸入空気量を算出すると共に、予め他の制御モード毎に設定された特性に従って吸気絞り弁の目標開度を算出し、吸気絞り制御手段が、初回以降の強制再生時において、特定制御モードでは、目標吸入空気量に基づき学習手段の学習値を反映させながらフィードバック制御を実行し、他の制御モードでは、目標開度に基づき学習手段の学習値を反映させながら吸気絞り弁をオープンループ制御するものである。
【００１４】
従って、初回の特定制御モードでは、目標吸入空気量算出手段により算出された目標吸入空気量に基づき、吸気絞り制御手段により吸気絞り弁の開度がフィードバック制御されると共に、このときの吸気絞り弁の制御量が学習手段により学習値として学習される。そして、初回以降の特定制御モードでは、学習値を反映させてフィードバック制御が実行され、他の制御モードでは、学習値を反映させたオープンループ制御が実行される。
【００１５】
特定制御モードを含めて各制御モードではエンジンの運転状態が相違することから、排気絞り弁の流量特性の誤差に起因する吸入空気量への影響度が相違するが、目標吸入空気量や目標開度に基づき各制御モードで個別にフィードバック制御やオープンループ制御が実行されるため、制御モードに関わらず常に適切な排気制限が実現される。
しかも、特定制御モードでは、学習値を反映したフィードバックを開始した時点で吸気絞り弁の個体差に起因する流量特性の誤差が直ちに補償されて、フィードバック制御の応答性が向上する。また、他の制御モードでも、学習値を反映したオープンループ制御により吸気絞り弁の個体差に起因する流量特性の誤差が補償されると共に、オープンループ制御とすることにより外乱に影響されない安定した吸気絞り弁の制御が実現される。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように請求項１の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、吸気絞り弁のフィードバック制御によりエンジンの実吸入空気量を目標吸入空気量に調整することで、排気絞り弁の経年変化や個体差に起因する流量特性の誤差を補償するため、不適切な排気制限を未然に防止して安定した強制再生を実現することができる。
請求項２の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項１において、初回の強制再生時の吸気絞り弁の制御量を学習して初回以降のフィードバック制御に反映させることで、個体差による流量特性に誤差を予め補償するため、フィードバック制御の応答性を向上させて早期に適切な排気制限を実現することができる。
【００１７】
請求項３の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項２において、各制御モードで個別に設定された目標吸入空気量に基づきフィードバック制御が実行されるため、制御モードに関わらず常に適切な排気制限を実現できると共に、学習値の反映により全ての制御モードでフィードバック制御の応答性を向上させることができる。
請求項４の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項２において、特定制御モードを含めた各制御モードで個別に設定された目標吸入空気量や目標開度に基づきフィードバック制御やオープンループ制御が実行されるため、制御モードに関わらず常に適切な排気制限を実現できると共に、学習値の反映により全ての制御モードで制御応答性を向上できると共に、他の制御モードではオープンループ制御により外乱に影響されない安定した吸気絞り弁の制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１実施形態］
以下、本発明を具体化したエンジンの排気浄化装置の第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図であり、エンジン１は直列６気筒ディーゼル機関として構成されている。エンジン１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。
【００１９】
エンジン１の吸気側には吸気マニホールド４が装着され、吸気マニホールド４に接続された吸気通路５には、上流側より吸入空気量Ｑaを検出するエアフローセンサ６（吸入空気量検出手段）、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａ、インタクーラ８、アクチュエータ９ａにより開閉駆動される吸気絞り弁９が設けられている。また、エンジン１の排気側には排気マニホールド１０が装着され、排気マニホールド１０には上記コンプレッサ７ａと同軸上に連結されたターボチャージャ７のタービン７ｂを介して排気通路１１が接続されている。
【００２０】
エンジン１の運転中においてエアフローセンサ６を経て吸気通路５内に導入された吸気はターボチャージャ７のコンプレッサ７ａにより加圧された後にインタクーラ８、吸気絞り弁９、吸気マニホールド４を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射弁２から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド１０を経てタービン７ｂを回転駆動した後に排気通路１１を経て外部に排出される。
【００２１】
一方、吸気マニホールド４と排気マニホールド１０とはＥＧＲ通路１７により接続され、ＥＧＲ通路１７にはアクチュエータ１８ａにより開閉駆動されるＥＧＲ弁１８及びＥＧＲクーラ１９が設けられている。エンジン１の運転中にはＥＧＲ弁１８の開度に応じて排気マニホールド１０側から吸気マニホールド４側に排ガスの一部がＥＧＲガスとして還流される。
【００２２】
上記排気通路１１には本発明の排気浄化装置が設けられ、排気浄化装置は上流側ケーシング３１及び下流側ケーシング３２内に収容されている。基本的に両ケーシング３１，３２及び図示しない消音器は、細いパイプ３３ａ〜３３ｃを介して相互に接続され、これらの各部材により排気通路１１が構成されている。排気通路１１の上流側から順に述べると、上記ターボチャージャ７のタービン７ｂには第１パイプ３３ａを介して上流側ケーシング３１が接続され、上流側ケーシング３１は第２パイプ３３ｂを介して下流側ケーシング３２と接続されている。下流側ケーシング３２は第３パイプ３３ｃを介して消音器と接続され、消音器の後端は大気に開放されている。
【００２３】
上流側ケーシング３１及び下流側ケーシング３２は、共に車両の前後方向に延びる略円筒形状をなしている。上流側ケーシング３１は、内部の上流側に前段酸化触媒３４が収容されると共に、下流側にウォールフロー式のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３５が収容されている。ＤＰＦ３５は排ガス中のパティキュレートを捕集する作用を奏し、エンジン１の排ガス温度が比較的高い運転状態では、前段酸化触媒３４の酸化作用により排ガス中のＮＯからＮＯ2が生成されて、ＮＯ2の酸化反応によりＤＰＦ３５に捕集されたパティキュレートが連続的に焼却除去されることでＤＰＦ３５の再生が図られる。
【００２４】
上流側ケーシング３１は、ＤＰＦ３５の収容位置から同一断面形状を維持したまま後方に延設されており、その結果、上流側ケーシング３１内のＤＰＦ３５の下流側には空間が形成され、以下、この空間を噴霧拡散室３６と称する。噴霧拡散室３６内には排ガスに旋回流を生起させるためのフィン装置３７が設置されている。本実施形態のフィン装置３７は、上流側ケーシング３１の内周壁に立設された多数のフィン３７ａにより構成されており、各フィン３７ａが排ガス流通方向に対して周方向に所定角度をなすことにより、上流側ケーシング３１の中心軸線を中心とした旋回流を生起させる原理を採っている。
【００２５】
上流側ケーシング３１の外周壁の一側にはフィン装置３７の下流側に位置するように噴射ノズル３８が設置され、噴射ノズル３８は、図示しないタンクから圧送される尿素水を還元剤として噴霧拡散室３６内に任意に噴射可能に構成されている。噴射ノズル３８の噴射方向は排ガス流通方向に対して直交するように設定されると共に、上流側ケーシング３１の中心部に指向するように設定されている。また、フィン装置３７と噴射ノズル３８との間には温度センサ３９が設置され、温度センサ３９により噴霧拡散室３６内の排ガス温度Ｔnzlが検出される。
【００２６】
下流側ケーシング３２は、内部の上流側にＳＣＲ触媒４０（選択還元型ＮＯx触媒）が収容されると共に、下流側に後段酸化触媒４１が収容されており、ＳＣＲ触媒４０は排ガス中のＮＯxを浄化する作用を奏する。
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）５１が設置されている。ＥＣＵ５１の入力側には、上記エアフローセンサ６、温度センサ３９、エンジン回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ５２、吸気マニホールド４に配設されて各気筒の筒内に供給される吸気Ｏ2濃度を検出する吸気Ｏ2センサ５３、ＳＣＲ触媒４０の温度Ｔcatを検出する触媒温度センサ５４、アクセル操作量Ａccを検出するアクセルセンサ５５、ＳＣＲ触媒４０の下流側におけるＮＯx排出量を検出するＮＯxセンサ５６等の各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ５１の出力側には、上記吸気絞り弁９、排気絞り弁１２、ＥＧＲ弁１８の各アクチュエータ９ａ，１２ａ，１８ａ、燃料噴射弁２、噴射ノズル３８等の各種デバイス類が接続されている。
【００２７】
例えばＥＣＵ５１は、エンジン回転速度Ｎeやアクセル操作量Ａccから所定のマップに従って燃料噴射量Ｑを設定すると共に、この燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎeから所定のマップに従って燃料噴射時期ＩＴを設定し、これらの燃料噴射量Ｑ及び燃料噴射時期ＩＴに基づき燃料噴射弁２を駆動制御し、各気筒の筒内に燃料を噴射してエンジン１を運転する。
【００２８】
また、ＥＣＵ５１は、温度センサ３９により検出される排ガス温度Ｔnzl等に基づき噴射ノズル３８からの尿素水の噴射量を制御する。噴射された尿素水は排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）を生成し、このアンモニアによりＳＣＲ触媒４０上では排ガス中のＮＯxが無害なＮ２に還元されてＮＯxの浄化が行われる一方、このときの余剰アンモニアが後段酸化触媒４１によりＮＯに酸化される。
【００２９】
また、ＥＣＵ５１はＤＰＦ３５の浄化機能を維持するために適宜強制再生を実行する（強制再生制御手段）。即ち、渋滞による低速走行や寒冷地による外気温の低下等に起因してＤＰＦ３５が温度低下したときには、上記連続再生の作用が得られずにＤＰＦ３５でのパティキュレートの捕集量が許容量を越えて過堆積に陥ってしまう。そこで、ＥＣＵ５１は、例えばＤＰＦ３５の前後差圧から求めたパティキュレート捕集量が所定の再生開始判定値に達した時点で、ＤＰＦ３５を昇温してパティキュレートを強制的に焼却除去する強制再生を実行する。なお、強制再生でのパティキュレート燃焼の際に生じるＨＣ，ＣＯは後段酸化触媒３７によりＣＯ2に酸化される。
【００３０】
強制再生は、メイン噴射後のポスト噴射、ＥＧＲ制御、燃料噴射時期及び噴射圧力の制御、及び排気絞り弁１２の閉弁制御等により実現されるが、その制御内容は、ＤＰＦ３５へのパティキュレートの堆積状況に応じて自動再生と手動再生とに大別できると共に、双方の強制再生中においてもＤＰＦ３５の昇温過程に応じて制御内容が異なる。
通常時には車両走行中に自動再生が実行されてＤＰＦ３５が昇温される一方、低速走行の連続等によりＤＰＦ３５の昇温不足を生じるときには運転者に停車を促した上で、運転者の図示しないスタートボタンの操作に呼応してＤＰＦ３５の昇温に最適な条件でエンジン１を運転しながら手動再生が実行される。
【００３１】
また、自動再生と手動再生との何れでもＤＰＦ３５の昇温過程に応じた複数の段階に細分化されており、例えば予備昇温制御、上昇制御及び下降制御からなる。予備昇温制御は、主に前段酸化触媒３４の昇温（例えば、290〜300℃）を目的としてポスト噴射量を抑制しながら実行される制御である。また、上昇制御及び下降制御は予備昇温の完了後に交互に実行される制御であり、何れも上昇制御に比較してポスト噴射量を増加させて、前段酸化触媒３４上に供給したＨＣ，ＣＯの燃焼により下流側のＤＰＦ３５をパティキュレートの燃焼温度以上（例えば、600℃）に維持することを目的とする。自動再生と手動再生とで予備昇温制御、上昇制御及び下降制御の内容は相違しており、以下、これらの強制再生中に実行される各制御を制御モードと称する。
【００３２】
なお、以上は強制再生の制御モードの一例であり、これに限ることはなく任意に変更可能である。
ところで、［発明が解決しようとする課題］でも述べたように、排気絞り弁１２は、パティキュレートの堆積による経年変化や個体差に起因する流量特性の誤差が発生し易く、安定した強制再生の実行を阻害する要因となっている。そこで、本実施形態では、排気絞り弁１２による流量特性の誤差を吸気絞り弁９側の流量制御により補償しており、以下、当該対策のためにＥＣＵ５１が吸気絞り弁９を対象として実行する流量特性補償制御について説明する。
【００３３】
図２はＥＣＵ５１が実行する吸気絞り制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ５１は当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行している。
まず、ステップＳ２でＤＰＦ３５の強制再生を実行中であるか否かを判定し、判定がＮo（否定）のときにはステップＳ４で通常の吸気絞り弁９の制御を実行した後、一旦ルーチンを終了する。また、ステップＳ２の判定がＹes（肯定）のときには、ステップＳ６に移行して実行中の強制再生の制御モードを判定し、続くステップＳ８で流量特性補償制御を実行する。後に詳述するが、流量特性補償制御では、排気絞り弁１２の流量特性の誤差を補償すべく、強制再生の各制御モードに対応する目標吸入空気量tgtＱaと実吸入空気量Ｑaとの偏差ΔＱに応じて吸気絞り弁９がＰＩＤフィードバック制御される。例えば自動再生及び手動再生の何れの場合も、ＤＰＦ３５の昇温過程に従って予備昇温制御、上昇制御及び下降制御の順に各制御モードが実行されるが、これらの制御モードに対応する目標吸入空気量tgtＱaが順次吸気絞り弁９のフィードバック制御に適用される。
【００３４】
続くステップＳ１０では初回の強制再生であるか否かを判定し、判定がＮoのときにはルーチンを終了する。初回の強制再生とは車両が新車状態で運行し初めてから、ＤＰＦ３５へのパティキュレートの堆積に応じて最初に実行される強制再生を意味する。この時点の排気絞り弁１２はほぼ新品であるため、パティキュレートの堆積等の経年変化に起因する流量特性の誤差はほとんど生じていないが、排気絞り弁１２の製造時の個体差に起因する流量特性の誤差は元々発生している。従って、初回の強制再生であるとき、ステップＳ８で実行された流量特性補償制御による吸気絞り弁９の制御量Δθは、排気絞り弁１２の個体差に起因する流量特性の誤差を補償するために必要な値であると見なせる。
【００３５】
ステップＳ１０の判定がＹesのときにはステップＳ１２に移行し、このときの吸気絞り弁９の制御量Δθを学習値θLとして学習・記憶してルーチンを終了する。この学習処理は、強制再生の各制御モードについてそれぞれ実行され、例えば上記予備昇温制御、上昇制御及び下降制御の各制御モードでの吸気絞り弁９の制御量Δθがそれぞれ学習値θLとして学習・記憶される（学習手段）。
【００３６】
なお、車両の運行が継続されてからでも故障等により排気絞り弁１２を交換したときには、その交換作業と共にＥＣＵ５１のリセット処理が実施される。従って、排気絞り弁１２の交換後から初回の強制再生が実行されたときには、再びステップＳ１０でＹesの判定が下されてステップＳ１２の学習処理が実行され、吸気絞り弁９の流量特性補償制御に反映される。
【００３７】
一方、図３は上記ステップＳ８の流量特性補償制御のためのＥＣＵ５１の処理手順を示すブロック図である。流量特性補償制御を実行するための構成として、ＥＣＵ５１は指令値設定部６１と吸気絞り制御部６２とを備えている。指令値設定部６１は、排気絞り弁１２による流量特性の誤差を補償するために必要な吸気絞り弁９の制御に関する指令値を算出する機能を果たし、吸気絞り制御部６２は、吸気絞り弁９のアクチュエータ９ａを駆動制御する機能を果たす。
【００３８】
まず、指令値設定部６１について述べる。目標吸気量算出部７１では、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑに基づき、強制再生の制御モード毎に設定されたマップに従って目標吸入空気量tgtＱaがそれぞれ算出される（目標吸入空気量算出手段）。強制再生では各制御モードで想定しているＤＰＦ３５の昇温状況を達成するための最適な吸入空気量が存在し、この最適な吸入空気量を目標吸入空気量tgtＱaとして導き出すように各マップ特性が設定されており、これらのマップから現在のエンジン１の運転状態を前提とした目標吸入空気量tgtＱaが制御モード毎に算出される。
【００３９】
目標吸入空気量算出部７１により算出された各制御モードの目標吸入空気量tgtＱaは選択部７２に入力され、選択部７２では現在実行中の制御モードに対応する目標吸入空気量tgtＱaが選択される。選択された目標吸入空気量tgtＱaは、エアフローセンサ６により検出された実吸入空気量Ｑaと共に偏差算出部７３に入力され、双方の偏差ΔＱが算出される。
【００４０】
以上が指令値設定部６１で実行される処理であり、算出された偏差ΔＱは吸気絞り制御部６２のＰＩＤ制御部７４に入力される。ＰＩＤ制御部７４では、入力された偏差ΔＱに基づくＰＩＤ制御により吸気絞り弁９の制御量Δθが算出され、算出された制御量Δθが補正部７５に入力される。補正部７５では制御量Δθに学習値θLが加算され、加算後の制御量Δθに基づいて吸気絞り弁９が駆動制御される。また、吸気絞り弁９のベース開度θは、予め目標空気量に対応した開度θに設定してもよい。以上の処理により、自動再生と手動再生との何れでも、ＤＰＦ３５の昇温過程に従った各制御モードの切換に応じて選択部７２が切り換えられて目標吸入空気量tgtＱaが設定し直され、その目標吸入空気量tgtＱaと実吸入空気量Ｑaとの偏差ΔＱに応じた制御量Δθに基づき吸気絞り弁９の開度θがフィードバック制御される（吸気絞り制御手段）。
【００４１】
以上の流量特性補償制御により、強制再生中には何れの制御モードでも常にエンジン１の実吸入空気量Ｑaが目標吸入空気量tgtＱaに調整される。排気絞り弁１２による排気制限は間接的にエンジン１の吸入空気量Ｑaを制限することに繋がるため、仮に排気絞り弁１２の流量特性に誤差がなければ目標吸入空気量tgtＱaが達成されるはずであり、一方、排気絞り弁１２の流量特性に誤差が生じていれば、その誤差に応じて吸入空気量Ｑaが変動する。従って、実吸入空気量Ｑaが目標吸入空気量tgtＱaに調整されることにより、結果として排気絞り弁１２の流量特性に生じた誤差を補償でき、排気絞り弁１２の流量特性に誤差が生じていない場合と同様の適切な排気制限を実現することができる。このため、常に所期の所要時間で強制再生を完了でき、所要時間の大幅な延長化や強制再生の中断、或いは過度の流量制限によるエンジン破損等の不具合を未然に防止して安定した強制再生を実現することができる。
【００４２】
また、初回の強制再生時の各制御モードでの吸気絞り弁９の制御量Δθを学習・記憶し、その学習値θLを初回以降の強制再生時において吸気絞り弁９の制御量Δθに反映させている。学習値θLは排気絞り弁１２の個体差に起因する流量特性の誤差を補償するための制御量Δθに相当することから、フィードバックを開始した時点で個体差に起因する流量特性の誤差は直ちに補償され、その後のフィードバック制御により、経年変化に起因する流量特性の誤差、或いは何らかの他の要因による誤差が補償される。よって、フィードバック制御の応答性を向上して、早期に適切な排気制限を実現することができる。
【００４３】
図４は目標吸入空気量に対する実吸入空気量の収束状況を学習処理の有無で比較したタイムチャートである。排気絞り弁１２が閉弁されたときに、破線で示す学習処理無しでは目標吸入空気量tgtＱaへの実吸入空気量Ｑaの収束が遅れるのに対して、実線で示す本実施形態では実吸入空気量Ｑaが速やかに目標吸入空気量tgtＱaに収束しており、この試験結果からも上記作用効果が裏付けられる。
【００４４】
加えて、各制御モードではエンジン１の運転状態が相違することから、排気絞り弁１２の流量特性の誤差に起因する吸入空気量Ｑaへの影響度が相違するが、制御モード毎に設定した目標吸入空気量tgtＱaに基づき各制御モードで個別に吸気絞り弁９の開度θをフィードバック制御しているため、制御モードに関わらず常に適切な排気制限を実現できるという効果もある。
【００４５】
一方、図２の吸気絞り制御ルーチンと並行して、ＥＣＵ５１は図５に示す排気絞り弁１２の故障判定ルーチンを所定の制御インターバルで実行しており、以下、当該ルーチンについて説明する。
ＥＣＵ５１は流量特性補償制御に基づく吸気絞り弁９の開度θを常に監視しており、ステップＳ２２で吸気絞り弁９の開度θが予め設定された下限開度θ0以下であるか否かを判定する。下限開度θ0としては、吸気絞り弁９の閉側への制御により吸入空気が過剰に制限されてエンジンストールを発生する直前の開度θがエンジン１の運転領域毎に設定されている。従って、ステップＳ２２では現在のエンジン１の運転領域に対応する下限開度θ0が選択され、この下限開度θ0を基準として判定が行われる。
【００４６】
ステップＳ２２の判定がＮoのときには一旦ルーチンを終了し、判定がＹesのときにはステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４では、ステップＳ８の流量特性補償制御に関わらず吸気絞り弁９の開度θを下限開度θ0に制限し、続くステップＳ２６で排気絞り弁１２の故障判定を下し、その後にステップＳ２８で警報処理を実行した後にルーチンを終了する。例えば警報処理としては、車両の運転席に設けた図示しないモニタに「点検整備を受けて下さい」のメッセージを表示する等の対処が行われる。
【００４７】
エンジンストールを生じるほど吸気絞り弁９を閉制御する必要がある場合には、排気絞り弁１２の流量特性が所期の設定から大幅にずれていることを意味し、その要因が個体差と経年変化との何れにあるとしても、もはや吸気絞り弁９側の制御では対処しきれず、排気絞り弁１２の修理・交換等の対処が必要と考えられる。ステップＳ２４での吸気絞り弁９の開度制限によりエンジンストールを未然に防止できると共に、ステップＳ２６での警報処理により、運転者に異常を認識させて修理等の適切な対処を早期に実行させることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、単一の下限開度θ0を閾値として吸気絞り弁９の開度制限と運転者への警報処理との判定を行ったが、双方の処理の実行を別の閾値に基づいて判定してもよい。例えば吸気絞り弁９の開度θが第１下限開度θ1以下となった時点で運転者への警報を実行し、さらに吸気絞り弁９の開度θが減少して第２下限開度θ2（＜θ1）以下となった時点で、吸気絞り弁９の開度制限を実行するようにしてもよい。
［第２実施形態］
次に、本発明を別のエンジンの排気浄化装置に具体化した第２実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置は第１実施形態のものと比較して、流量特性補償制御等の制御内容が相違するだけで、図１に示す全体的な構成に関しては第１実施形態と同様である。そこで、同一構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、第１実施形態との相違点を重点的に述べる。
【００４９】
ＥＣＵ５１は第１実施形態と同様に図２に示すフローチャートを実行して吸気絞り弁９の開度θを制御する。但し、ステップＳ８の流量特性補償制御、及びステップＳ１０，１２の吸気絞り弁９の制御量Δθの学習処理に関しては、以下に説明するように相違する。
まず、本実施形態では、強制再生の各制御モードが１つの特定制御モードと他の制御モードとに区別され、特定制御モードでは、第１実施形態のように吸気絞り弁９の開度θをフィードバック制御して初回の実行時に吸気絞り弁９の制御量Δθを学習し、その学習結果を他の制御モードに反映させることにより、他の制御モードでは吸気絞り弁９の目標開度tgtθに基づくオープンループ制御を実行している。例えば、特定制御モードとしては学習結果の信頼性が高い制御モード、より具体的には、吸入空気量Ｑaが安定してフィードバック制御に適した制御モードが選択される。
【００５０】
従って、ＥＣＵ５１は、図２のステップＳ１０で初回の特定制御モードであるか否かを判定し、判定がＹesのときには続くステップＳ１２で特定制御モードにおける吸気絞り弁９の制御量Δθを学習値θLとして学習・記憶する（学習手段）。そして、このときに学習された制御量Δθが、以下に述べるように、後のステップＳ８での流量特性補償制御に適用される。
【００５１】
図６は流量特性補償制御のためのＥＣＵ５１の処理手順を示すブロック図である。
指令値設定部６１の目標吸気量算出部８１では、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑに基づき、制御モードに対応する目標吸入吸気量tgtＱaが算出される（目標吸入空気量算出手段）。但し、本実施形態では上記特定制御モードに対応するマップのみが設定され、このマップに従って特定制御モードでの目標吸入空気量tgtＱaのみが算出される。算出された目標吸入空気量tgtＱaは、エアフローセンサ６により検出された実吸入空気量Ｑaと共に偏差算出部８２に入力され、双方の偏差ΔＱが算出されて選択部８３に入力される。
【００５２】
一方、目標開度算出部８４では、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑに基づき、特定制御モード以外の他の制御モード毎に設定されたマップに従って吸気絞り弁９の目標開度tgtθがそれぞれ算出される（目標吸入空気量算出手段）。各マップでは、例えば第１実施形態の各制御モードで設定される目標吸入空気量tgtＱaを実現可能な吸気絞り弁９の開度θが目標開度tgtθとしてそれぞれ設定され、これらの目標開度tgtθが選択部８３に入力される。選択部８３は現在実行中の制御モードに対応して切り換えられ、特定制御モードの選択時には目標吸入空気量tgtＱaと実吸入空気量Ｑaとの偏差ΔＱが選択され、他の制御モードでは吸気絞り弁９の目標開度tgtθが選択される。
【００５３】
以上が指令値設定部６１で実行される処理であり、算出された偏差ΔＱまたは目標開度tgtθは吸気絞り制御部７２の切換部８６に入力される。切換部８６は制御モードに応じて作動し、現在実行中の制御モードが特定制御モードのときには切換部８６がＰＩＤ制御部８７側に切り換えられて、指令値設定部６１からの偏差ΔＱがＰＩＤ制御部８７に入力される。ＰＩＤ制御部８７では、偏差ΔＱに基づくＰＩＤ制御により吸気絞り弁９の制御量Δθが算出され、補正部８８で制御量Δθに学習値θLが加算され、加算後の制御量Δθに基づき吸気絞り弁９の開度θがフィードバック制御される（吸気絞り制御手段）。
【００５４】
また、現在実行中の制御モードが他の制御モードのときには切換部８６が補正部８８側に切り換えられて、指令値設定部６１からの目標開度tgtθが補正部８８に入力される。補正部８８では目標開度tgtθに学習値θLが加算され、加算後の目標開度tgtθに基づき吸気絞り弁９の開度θがオープンループ制御される（吸気絞り制御手段）。
以上の流量特性補償制御により、強制再生中の特性制御モードでは、常にエンジン１の実吸入空気量Ｑaが目標吸入空気量tgtＱaに調整され、他の制御モードでは、目標吸入空気量tgtＱaに対応して設定された目標開度tgtθに基づき、間接的に実吸入空気量Ｑaが目標吸入空気量tgtＱaに調整される。これによる作用効果は第１実施形態と相違ないため、重複する説明はしないが、排気絞り弁１２の流量特性に生じた誤差を補償して適切な排気制限を実現でき、もって、不適切な排気制限による不具合を未然に防止して安定した強制再生を実現することができる。
【００５５】
また、初回の特性制御モードでの吸気絞り弁９の制御量Δθを学習・記憶し、その学習値θLを初回以降の特定制御モード及び他の制御モードにおいて吸気絞り弁９の開度制御に反映させている。よって、特定制御モードについては、フィードバックを開始した時点で吸気絞り弁９の個体差に起因する流量特性の誤差が直ちに補償されることから、フィードバック制御の応答性を向上して早期に適切な排気制限を実現できる。
【００５６】
一方、他の制御モードについては学習値θLを加算した目標開度tgtθに基づき、吸気絞り弁９の個体差に起因する流量特性の誤差を補償したオープンループ制御が実行される。このオープンループ制御では、パティキュレートの堆積等の経年変化に起因する流量特性の誤差については補償されないが、制御安定性の点に関してはフィードバック制御よりも優れる。即ち、ＰＩＤ制御において適切な収束性や応答性を実現すべく各制御定数を如何に設定したとしても、フィードバックに何らかの外乱が作用することで不安定に陥って不適切に吸気絞り弁９を開度制御してしまう可能性を孕んでいるが、あえてオープンループ制御とすることにより外乱に影響されない安定した吸気絞り弁９の制御を実現することができる。
【００５７】
例えば強制再生としてＤＰＦ３５の昇温過程に従って一連の各制御モードが実行されたとき、その内の何れかに設定された特定制御モードで外乱による影響を受けて吸気絞り弁９が不適切な開度θに制御されたとしても、その前後の他の制御モードで適切な開度制御が実行されることにより、全体としての強制再生への悪影響を軽減できるという効果がある。
【００５８】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では直列６気筒ディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化したが、パティキュレート捕集用のＤＰＦ３５を備え、排気通路１１に配設した排気絞り弁１２を閉弁制御しながらＤＰＦ３５の強制再生を実行するエンジンであれば、エンジン形式や強制再生の制御内容等はこれに限定されるものではなく任意に変更可能である。
【００５９】
また、上記実施形態では、強制再生の各制御モードで個別に目標吸入空気量tgtＱaや目標開度tgtθを設定してフィードバック制御やオープンループ制御を実行したが、全ての制御モードに共通する目標吸入空気量tgtＱaや目標開度tgtθを設定して、各制御モードの制御に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する吸気絞り制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態の流量特性補償制御のためのＥＣＵの処理手順を示すブロック図である。
【図４】目標吸入空気量に対する実吸入空気量の収束状況を学習処理の有無で比較したタイムチャートである。
【図５】ＥＣＵが実行する故障判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の流量特性補償制御のためのＥＣＵの処理手順を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
１        エンジン
６        エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）
９        吸気絞り弁
１１      排気通路
１２      排気絞り弁
３５      ＤＰＦ（フィルタ）
５１      ＥＣＵ（強制再生制御手段、学習手段）
６２      吸気絞り制御部（吸気絞り制御手段）
７１,８１ 目標吸入空気量算出部（目標吸入空気量算出手段）
８４      目標開度算出部（目標吸入空気量算出手段）
【図１】
2009156046.tif 000003
【図２】
2009156046.tif 000004
【図３】
2009156046.tif 000005
【図４】
2009156046.tif 000006
【図５】
2009156046.tif 000007
【図６】
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