JP5284228B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。より詳しくは、内燃機関の排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ））を捕集する排気浄化フィルタを備えた排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気系にＰＭを捕集する排気浄化フィルタを設け、ＰＭの排出量を低減する技術は広く用いられている。この排気浄化フィルタが捕集できるＰＭの量には限界があるため、排気浄化フィルタに堆積したＰＭを燃焼させるフィルタ再生運転が適宜実行される。このフィルタ再生運転では、例えば、排気工程中での燃料噴射（以下、「ポスト噴射」という）を実行する。このようなポスト噴射を実行すると、排気浄化フィルタの上流側に設けられた酸化触媒における酸化反応が促進されるため、排気浄化フィルタに流入する排気の温度が上昇し、堆積したＰＭが燃焼する。

しかしながら、ＰＭが燃焼することで発生した熱により、排気浄化フィルタが溶損してしまう場合がある。このような排気浄化フィルタの溶損は、堆積したＰＭが燃焼することで発生する熱量に対し、排気を介して排気浄化フィルタから持ち去られる熱量が少ない場合に生じると考えられる。そこで従来、排気流量を増大させることにより、排気浄化フィルタからの放熱を促進し、排気浄化フィルタの溶損を防止する技術が提案されている。

例えば特許文献１には、排気浄化フィルタの再生運転中に排気浄化フィルタの温度が所定値以上となった場合には、アイドル回転数を高くすることにより、排気流量が過度に減少しないようにする技術が示されている。

また、例えば特許文献２には、内燃機関の運転状態に基づいて排気浄化フィルタに堆積したＰＭが急速燃焼する可能性があると判断した場合には、吸気スロットル弁を通常時よりも開き側に制御する技術が示されている。これにより、排気浄化フィルタを流通する排気の流量を増大させて、排気浄化フィルタからの放熱を促進することができる。

特開昭６０−２０６９２３号公報 特開２００７−２１１７８８号公報

以上のように、排気流量の増加により排気浄化フィルタの溶損を防止する技術としては、アイドル回転数を上昇させることと、スロットル弁を開き側に制御することとの２つが知られている。これら２つの技術について、フィルタ再生運転中に内燃機関がアイドル運転状態となった状況を想定し、より詳細に検討する。

特許文献１の技術を適用した場合、アイドル回転数を高くすることで燃焼サイクルが速まるため、アイドル運転時における排気流量および排気温度ともに上昇するので、ＰＭの燃焼と排気浄化フィルタからの放熱との両方を促進することができると考えられる。しかしながら、アイドル回転数を高くしすぎると、始動時における急発進や、大きな騒音の原因となるため、特許文献１の技術のようにアイドル回転数を高くするのみでは、商品性を損ねてしまうおそれがある。

これに対して特許文献２の技術を適用した場合、スロットル弁を開き側に制御することで排気流量は増加するものの、上述のようにアイドル回転数を高くすることで対応した場合と比較して排気の温度が低くなる。このため、スロットル弁を開き側に制御した場合、ＰＭの燃焼と排気浄化フィルタからの放熱との両方を促進するには、例えばポスト噴射量を多くすることにより排気の温度を高くする必要がある。しかしながら、ポスト噴射量を多くすると、オイルダイリューションによりオイル性能が低下したり、燃費が悪化したりするおそれがある。

本発明は、始動時における急発進、騒音、オイル性能の低下、あるいは燃費の悪化などの排気流量の増加に伴って発生する課題を抑制しながら排気浄化フィルタの溶損を防止することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン２）の排気系（例えば、後述の排気管４）に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ（例えば、後述のＤＰＦ４５）と、当該排気浄化フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、当該排気浄化フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生運転を実行するフィルタ再生手段（例えば、後述のインジェクタ２２、スロットル弁３２、ＥＣＵ７、および図２のステップＳ２の実行に係る手段）と、前記内燃機関のアイドル運転時における回転数であるアイドル回転数を制御するアイドル回転数制御手段（例えば、後述のインジェクタ２２、スロットル弁３２、ＥＣＵ７、および図２のステップＳ５の実行に係る手段）と、当該アイドル回転数制御手段とは別の手段であり、前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を制御する排気流量制御手段（例えば、後述のスロットル弁３２、ＥＣＵ７、および図２のステップＳ７の実行に係る手段）と、を備える排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１）を提供する。前記排気浄化装置は、前記内燃機関がアイドル運転状態でありかつ前記フィルタ再生運転の実行中において、前記堆積量が所定の第１判定量（例えば、後述の第１判定量Ｍ１）よりも多い場合には、前記アイドル回転数制御手段によりアイドル回転数を通常アイドル運転時の回転数よりも高くし、前記堆積量が前記第１判定量より大きな所定の第２判定量（例えば、後述の第２判定量Ｍ２）よりも多い場合には、前記アイドル回転数制御手段によりアイドル回転数を前記通常アイドル運転時の回転数よりも高くすることに加えて、前記排気流量制御手段により前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加する制御を行う。

本発明によれば、排気浄化フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する。そして、内燃機関がアイドル運転状態でありかつフィルタ再生運転の実行中において、堆積量が第１判定量よりも多い場合には、アイドル回転数制御手段によりアイドル回転数を通常アイドル運転時の回転数よりも高くし、排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加する。また、堆積量がこの第１判定量よりさらに大きな第２判定量よりも多い場合には、アイドル回転数制御手段によりアイドル回転数を高くすることに加えて、排気流量制御手段により排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加する制御を行い、排気浄化フィルタに流入する排気の流量をさらに増加する。これにより、排気浄化フィルタにおける粒子状物質の堆積量に応じて排気浄化フィルタに流入する排気の流量を適切にし、この排気浄化フィルタの溶損を防止することができる。
このように、堆積量が第２判定量よりも多くなるまでは、アイドル回転数制御手段によるアイドル回転数の上昇のみで排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加するので、上述のように排気の温度を高く保つためにポスト噴射量を多くする必要も無いことから、オイルダイリューションの発生や燃費の悪化を抑制することができる。また、堆積量が第２判定量よりも多くなってからは、アイドル回転数制御手段によるアイドル回転数の上昇に加えて、排気流量制御手段により排気の流量を増加することでアイドル回転数を過度に高くすることなく排気浄化フィルタを保護できるので、上述のように商品性を損ねることもない。
以上のように、アイドル回転数制御手段によるアイドル回転数の制御を優先しつつ、必要に応じて排気流量制御手段による排気の流量の制御を併用することにより、始動時における急発進、騒音、オイル性能の低下、あるいは燃費の悪化などの排気流量の増加に伴って発生する課題を抑制しながら排気浄化フィルタの溶損を防止することができる。

この場合、前記内燃機関がアイドル運転状態でありかつ前記フィルタ再生運転の実行中において、前記堆積量が前記第２判定量よりも多い場合には、前記アイドル回転数制御手段によりアイドル回転数を所定の上限値に制御することが好ましい。

上述のように、フィルタ再生運転の実行中に、アイドル回転数の上昇以外の手段により排気の流量を増加させた場合、排気の温度を高く保つためにポスト噴射量を多くする必要が生じる場合があるため、オイルダイリューションが発生したり燃費が悪化したりするおそれがある。本発明によれば、堆積量が第２判定量よりも多い場合には、アイドル回転数制御手段によりアイドル回転数を上限値に制御する。すなわち、アイドル回転数を可能な限り上昇させることにより、排気流量制御手段により排気の流量を増加させる分を少なくできるので、オイルダイリューションの発生や燃費の悪化を抑制することができる。

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン２）の排気系（例えば、後述の排気管４）に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ（例えば、後述のＤＰＦ４５）と、当該排気浄化フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、当該排気浄化フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生運転を実行するフィルタ再生手段（例えば、後述のインジェクタ２２、スロットル弁３２、ＥＣＵ７、および図７のステップＳ１２の実行に係る手段）と、前記内燃機関のアイドル運転時における回転数であるアイドル回転数を制御するアイドル回転数制御手段（例えば、後述のインジェクタ２２、スロットル弁３２、ＥＣＵ７、および図７のステップＳ１６の実行に係る手段）と、当該アイドル回転数制御手段とは別の手段であり、前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を制御する排気流量制御手段（例えば、後述のスロットル弁３２、ＥＣＵ７、および図７のステップＳ１９の実行に係る手段）と、前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を検出又は推定する排気流量検出手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、を備える排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１）を提供する。前記排気浄化装置は、前記フィルタ再生運転を実行している間における排気浄化フィルタが過昇温に至らない排気の流量に対する流量下限値（例えば、後述の流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴ）を、前記堆積量に基づいて算出する流量下限値算出手段（例えば、後述のＥＣＵ７、および図７のステップＳ１４の実行に係る手段）をさらに備える。前記排気浄化装置は、前記内燃機関がアイドル運転状態でありかつ前記フィルタ再生運転の実行中において、前記排気の流量の検出値又は推定値が前記流量下限値より小さい場合には、前記アイドル回転数制御手段により前記検出値又は推定値が前記流量下限値以上となるように、前記アイドル回転数を所定の上限値へ向けて増加する制御を行い、当該アイドル回転数が前記上限値に達しても前記検出値又は推定値が前記流量下限値よりも小さい場合には、前記排気流量制御手段により前記検出値又は推定値が前記流量下限値以上となるように、前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加する制御を行う。

本発明によれば、フィルタ再生運転を実行している間における排気浄化フィルタが過昇温に至らない排気の流量に対する流量下限値を粒子状物質の堆積量に基づいて算出する。そして、内燃機関がアイドル運転状態でありかつフィルタ再生運転の実行中において、排気の流量の検出値又は推定値が流量下限値よりも小さい場合、すなわち排気浄化フィルタが過昇温に至ると判断される場合には、上記検出値又は推定値が流量下限値以上となるように、アイドル回転数制御手段によりアイドル回転数を所定の上限値に向けて増加する制御を行う。これにより、排気浄化フィルタに流入する排気の流量を適切にし、この排気浄化フィルタの溶損を防止することができる。またこの場合、アイドル回転数制御手段とは別の排気流量制御手段により排気の流量を増加する制御を行う必要も無いので、上述のように、排気の温度を高く保つためにポスト噴射量を多くする必要もない。このため、オイルダイリューションの発生や燃費の悪化を抑制することができる。
また、アイドル回転数が上限値に達しても上記検出値又は推定値が流量下限値よりも小さい場合には、上記検出値又は推定値が流量下限値以上となるように、排気流量制御手段により排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加する制御を行う。これにより、排気浄化フィルタに流入する排気の流量を適切にし、この排気浄化フィルタの溶損を防止することができる。ここで、アイドル回転数の制御に加えて排気流量制御手段により排気の流量を制御することにより、アイドル回転数を過度に高くすることなく排気浄化フィルタを保護できるので、上述のように商品性を損ねることもない。
以上のように、アイドル回転数制御手段によるアイドル回転数の制御を優先しつつ、アイドル回転数を上限値まで上昇させても排気浄化フィルタが過昇温に至ると判断されたときのみ排気流量制御手段で排気の流量を制御することにより、始動時における急発進、騒音、オイル性能の低下、あるいは燃費の悪化などの排気流量の増加に伴って発生する課題を抑制しながら排気浄化フィルタの溶損を防止することができる。
また、上記検出値又は推定値が流量下限値以上となるようにアイドル回転数制御手段および排気流量制御手段により排気の流量を制御することにより、排気浄化フィルタの溶損をより確実に防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置、およびこれを適用したエンジンの構成を示す模式図である。 上記実施形態に係るＤＰＦ再生制御処理の手順を示すフローチャートである。 ＤＰＦ再生運転実行中のＤＰＦにおけるＰＭ堆積量とＤＰＦの最高温度との関係を示す図である。 再生時アイドル回転数とＰＭ堆積量との関係を示す図である。 再生時スロットル開度とＰＭ堆積量との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るＤＰＦ再生制御処理の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るＤＰＦ再生制御処理の手順を示すフローチャートである。 流入排気流量目標下限値とＰＭ堆積量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態以後の説明において、第１実施形態と共通する構成については説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る排気浄化装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）２の構成を示す模式図である。エンジン２は、各気筒２１の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。

エンジン２に燃料を供給する燃料供給系は、燃料タンク２３に貯留された燃料を加圧する燃料ポンプ２４と、この燃料ポンプ２４により加圧された燃料をエンジン２の気筒２１ごとに設けられたインジェクタ２２に供給するコモンレール２５と、を含んで構成される。

インジェクタ２２からの燃料噴射量ＱＩＮＪは、後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７によって設定される。また、このインジェクタ２２の開弁時間は、設定された燃料噴射量ＱＩＮＪが得られるように、ＥＣＵ７からの駆動信号により制御される。

エンジン２には、吸気が流通する吸気管３と、排気が流通する排気管４と、排気管４内の排気の一部を吸気管３に還流するＥＧＲ通路５と、吸気管３に吸気を圧送する過給機６とが設けられている。

吸気管３は、吸気マニホールド３１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド４１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の排気ポートに接続されている。ＥＧＲ通路５は、排気マニホールド４１から分岐し吸気マニホールド３１に至る。

過給機６は、排気管４に設けられた図示しないタービンと、吸気管３に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気管４を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気管３内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ＥＣＵ７により電磁的に制御される。

吸気管３のうち過給機６の上流側には、エンジン２に吸入される新気の流量（以下、「吸入空気量」という）を制御するスロットル弁３２が設けられている。このスロットル弁３２は、アクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、その開度はＥＣＵ７により電磁的に制御される。また、吸気管３のうち過給機６の下流側には、過給機６により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ３３が設けられている。

ＥＧＲ通路５は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１とを接続し、エンジン２から排出された排気の一部をエンジン２の吸気に還流する。なお、以下では、このＥＧＲ通路５を介して吸気に還流されるガスをＥＧＲガスという。ＥＧＲ通路５には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁５２と、が設けられている。このＥＧＲ弁５２は、アクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、その弁開度はＥＣＵ７により電磁的に制御される。

排気管４のうち過給機６の下流側には、排気を浄化する触媒コンバータ４３および排気浄化フィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｃｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」という）４５が、上流側からこの順で設けられている。

触媒コンバータ４３は、例えば、酸化触媒を内蔵し、この触媒と排気との反応により排気を浄化するとともに、排気と触媒の反応により発生する熱で排気を昇温する。より具体的には、触媒コンバータ４３には、例えば、触媒として作用する白金（Ｐｔ）をアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）担体に担持させたものに、ＨＣの吸着作用に優れたゼオライトや、ＨＣの水蒸気改質作用に優れたロジウム（Ｒｈ）を加えたものが用いられる。

ＤＰＦ４５は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするＰＭを、フィルタ壁の表面およびフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、チタン酸アルミニウムやコージェライトなどを材料とした多孔質体が使用される。

ＤＰＦ４５の捕集能力の限界、すなわち堆積限界までＰＭを捕集すると、圧損が大きくなるので、ＤＰＦ４５に堆積したＰＭを燃焼し、ＤＰＦ４５を再生するＤＰＦ再生運転を適宜実行する必要がある。このＤＰＦ再生処理は、例えば、ポスト噴射を実行し、触媒コンバータ４３における酸化反応を促進することでＤＰＦ４５に流入する排気を昇温し、ＰＭを燃焼させることで行われる。このＤＰＦ再生運転を実行する手順については、後に図２を参照して詳述する。

ＥＣＵ７には、排気温度センサ８２、およびエアフローセンサ８３が接続されている。排気温度センサ８２は、排気管４のうちＤＰＦ４５の下流側の排気の温度ＴＥを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。エアフローセンサ８３は、エンジン２の吸入空気量ＱＡＩＲを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。

この他、ＥＣＵ７には、クランク角センサ８４、アクセル開度センサ８５、およびイグニッションスイッチ８６が接続されている。クランク角センサ８４は、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ７に送信する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０°）ごとに送信される。アクセル開度センサ８５は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。イグニッションスイッチ８６は、図示しない車両の運転席に設けられ、車両の起動又は停止を指令する信号をＥＣＵ７に送信する。

ここで、エンジン２の回転数（以下、「エンジン回転数」という）ＮＥは、クランク角センサ８４から送信されたＣＲＫ信号に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。上述のインジェクタ２２からの燃料噴射量ＱＩＮＪは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＣＵ７により算出される。また、エンジン２から排出され、ＤＰＦ４５に流入する排気の流量の推定値（以下、単に「流入排気流量」という）ＱＥＩＮは、吸入空気量ＱＡＩＲ、燃料噴射量ＱＩＮＪ、およびエンジン回転数ＮＥに基づいて、ＥＣＵ７により算出される。

ＥＣＵ７は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ７は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、インジェクタ２２やスロットル弁３２などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ７には、以下に示すＤＰＦ再生制御処理（図２参照）を実行するモジュールが構成される。

図２〜図６を参照して、本実施形態のＤＰＦ再生制御処理について説明する。
図２は、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去し、ＤＰＦを再生するＤＰＦ再生制御処理の手順を示すフローチャートである。
図３は、ＤＰＦ再生運転実行中のＤＰＦにおけるＰＭ堆積量とＤＰＦの最高温度との関係を示す図である。図３には、上記ＰＭ堆積量とＤＰＦ最高温度との関係を、異なる流入排気流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ごとに示す。ここで、ＤＰＦの最高温度とは、ＤＰＦのうち最も温度が高い部分の温度をいう。

図３においてＱ１は、通常アイドル運転時における流入排気流量、すなわちエンジンを所定の通常アイドル回転数でアイドル運転したときにおける流入排気流量を示す。
Ｑ２は、アイドル回転数を上記通常アイドル回転数よりも高くしてアイドル運転したときにおける流入排気流量を示し、上記Ｑ１よりも大きくなっている。
Ｑ３は、アイドル回転数を上記通常アイドル回転数よりも高くしてアイドル運転するとともに、スロットル弁の開度を全開にしたときにおける流入排気流量を示し、上記Ｑ２よりも大きくなっている。

図３に示すように、一定の流入排気流量の下でＰＭ堆積量を多くすると、ＤＰＦ最高温度は高くなる。これは、ＰＭ堆積量が多くなるとＰＭが燃焼したときに発生する熱量が増えるためである。また、一定のＰＭ堆積量の下で流入排気流量を大きくすると、ＤＰＦ最高温度は低くなる。これは、流入排気流量を大きくするとＤＰＦからの放熱が促進されるためである。

一方、図３において破線で示すように、ＤＰＦには使用する材料に応じて限界温度が存在する。このため、ＤＰＦ再生運転を実行している間は、ＤＰＦが過昇温となりこの限界温度を超えないようにする必要がある。そこで、本実施形態のＤＰＦ再生制御処理では、ＤＰＦ再生運転の実行に併せて、ＤＰＦの状態に応じて流入排気流量を適切に制御することにより、ＤＰＦが限界温度を上回らないようにする。以下では、このような概念に基づく本実施形態のＤＰＦ再生制御処理の具体的な手順について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、このＤＰＦ再生制御処理では、ＤＰＦ昇温制御（ステップＳ２）の実行に併せて、アイドルアップ制御（ステップＳ５）と排気流量増量制御（ステップＳ７）とを必要に応じて実行することにより、ＤＰＦの流入排気流量を増加し過昇温を防止する。このＤＰＦ再生制御処理は、エンジンを始動してから所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。

ステップＳ１では、ＤＰＦ再生運転フラグＦＤＰＦＲＥＧが「１」であるか否かを判別する。このＤＰＦ再生運転フラグＦＤＰＦＲＥＧは、ＤＰＦ再生運転中であること、すなわち、ＤＰＦ昇温制御（後述のステップＳ２参照）の実行を指令している期間であることを示すフラグであり、図示しない処理により逐次更新される。ステップＳ１の判別がＹＥＳであり、ＤＰＦ再生運転の実行中である場合には、ステップＳ２に移る。ステップＳ１の判別がＮＯである場合には、この処理を直ちに終了する。

ＤＰＦ再生運転フラグＦＤＰＦＲＥＧを更新する処理では、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量の推定値（以下、単に「ＰＭ堆積量」という）ＱＰＭを適宜算出しており、このＰＭ堆積量ＱＰＭが所定の開始判定量ＲＥＧＳＴＡＲＴを超えた場合には、ＤＰＦ再生運転を開始するべくＤＰＦ再生運転フラグＦＤＰＦＲＥＧに「１」をセットする。そして、ＰＭ堆積量ＱＰＭが所定の終了判定量ＲＥＧＥＮＤを下回った場合には、ＤＰＦ再生運転を終了するべくＤＰＦ再生運転フラグＦＤＰＦＲＥＧを「０」にリセットする。

ＤＰＦ再生運転を行っていない間におけるＰＭ堆積量ＱＰＭは、前回の制御サイクル時におけるＰＭ堆積量の値に、今回の制御サイクル時にＤＰＦに新たに捕集されたＰＭ量ΔＰＭを加算することにより算出される。今回制御時においてエンジンから排出されＤＰＦに捕集されたＰＭ量ΔＰＭは、例えば、燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて算出された基本値に、エンジンの冷却水温度や吸入空気量ＱＡＩＲなどに基づいて算出された補正項を加算することで算出される。
一方、ＤＰＦ再生運転を行っている間におけるＰＭ堆積量ＱＰＭは、前回の制御サイクル時におけるＰＭ堆積量の値から、今回の制御サイクル時にＤＰＦで燃焼除去されたＰＭ量ΔＰＭを減算することにより算出される。今回制御時において燃焼除去されたＰＭ量ΔＰＭは、例えば、流入排気流量ＱＥＩＮおよび排気温度ＴＥに基づいて算出される。

ステップＳ２では、ＤＰＦ昇温制御を実行し、ステップＳ３に移る。より具体的には、このＤＰＦ昇温制御では、例えば、スロットル弁の開度を所定の開度にし、吸入空気量を絞るとともに、ポスト噴射を実行して触媒コンバータでの酸化反応を促進することにより、ＤＰＦに流入する排気の温度を上昇させる。これにより、ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼除去される。

ステップＳ３では、アイドル運転状態であるか否かを判別する。具体的には、例えば、アクセル開度が「０」であること、エンジン回転数ＮＥが所定値より小さいこと、並びに、車速が「０」であること、の３つの条件を満たす場合に、エンジンの運転状態はアイドル運転状態であると判断する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ４に移り、ＮＯの場合にはこの処理を直ちに終了する。

ステップＳ４では、ＰＭ堆積量ＱＰＭが所定の第１判定量Ｍ１以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ＤＰＦが過昇温に至る程のＰＭが堆積していないと判断し、この処理を直ちに終了する。この判別がＮＯの場合には、ＤＰＦの過昇温を防ぐべくステップＳ５に移る。

ステップＳ５では、エンジンのアイドル回転数を、通常アイドル運転時の回転数よりも高く設定された再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰまで上昇させるアイドルアップ制御を実行することにより、ＤＰＦの流入排気流量を増加し、ステップＳ６に移る。より具体的には、ＤＰＦのＰＭ堆積量ＱＰＭに適した再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰを算出し、この再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰに応じて吸入空気量と燃料噴射量とを、通常アイドル運転時よりも増量することにより、アイドル回転数を上記再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰまで上昇させる。

この再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰは、ＤＰＦ再生運転を実行している間におけるＤＰＦに適したアイドル回転数、すなわちＤＰＦ再生運転中におけるＤＰＦが過昇温に至らない流量の排気を安定してＤＰＦに供給できるアイドル回転数の最小値であり、通常アイドル運転時における回転数以上の値に設定される。

図４は、再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰとＰＭ堆積量ＱＰＭとの関係を示す図であり、再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰを算出する際に参照される制御マップの例を示す。
ＰＭ堆積量ＱＰＭが第１判定量Ｍ１より多い場合には、再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰは、ＰＭ堆積量ＱＰＭに比例して通常アイドル運転時における回転数よりも高くなるように設定される。また、アイドル回転数には所定の上限値が設定されており、再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰは、この上限値以下の値に制限される。つまり、再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰは、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第１判定量Ｍ１と第１判定量Ｍ１よりも大きな第２判定量Ｍ２との間にある場合には、ＰＭ堆積量ＱＰＭに略比例して大きくなるように設定され、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第２判定量Ｍ２よりも多い場合には上限値に設定される。
なお、このアイドル回転数の上限値は、アイドル回転数として許容できる回転数の最大値を示すものである。アイドル回転数を高くしすぎると、始動時に急発進したりエンジンに騒音が発生したりするおそれがある。そこで、このような上限値を適切な値に設定することにより、アイドル回転数を高くしすぎることによる商品性の低下を防止できる。

図２に戻って、ステップＳ６では、ＰＭ堆積量ＱＰＭが上述の第２判定量Ｍ２以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、アイドルアップ制御の実行のみでＤＰＦが過昇温に至るのを防止できると判断し、この処理を直ちに終了する。この判別がＮＯの場合には、アイドルアップ制御の実行のみではＤＰＦが過昇温に至るおそれがあると判断し、上述のアイドルアップ制御に加えて排気流量増量制御を実行するべくステップＳ７に移る。

ステップＳ７では、スロットル弁の開度が、通常のＤＰＦ再生運転時の開度よりも大きく設定された再生時スロットル開度ＴＯ＿ＲＥＧになるまでスロットル弁を開く排気流量増量制御を実行することにより、ＤＰＦの流入排気流量をさらに増加し、この処理を終了する。

この再生時スロットル開度ＴＯ＿ＲＥＧは、ＤＰＦ再生運転を実行している間におけるＤＰＦに適したスロットル開度、すなわちＤＰＦ再生運転中におけるＤＰＦが過昇温に至らない流量の排気を安定してＤＰＦに供給できるスロットル弁の開度であり、通常のＤＰＦ再生運転時以上の開度に設定される。

図５は、再生時スロットル開度ＴＯ＿ＲＥＧとＰＭ堆積量ＱＰＭとの関係を示す図であり、再生時スロットル開度ＴＯ＿ＲＥＧを算出する際に参照される制御マップの例を示す。
ＰＭ堆積量ＱＰＭが第２判定量Ｍ２より多い場合には、再生時スロットル開度ＴＯ＿ＲＥＧは、ＰＭ堆積量ＱＰＭに比例して通常のＤＰＦ再生運転時における開度よりも大きくなるように設定される。すなわち、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第２判定量Ｍ２とこの第２判定量Ｍ２よりも大きな第３判定量Ｍ３との間では、再生時スロットル開度ＴＯ＿ＲＥＧは、通常のＤＰＦ再生運転時よりも大きな開度に、ＰＭ堆積量ＱＰＭに略比例して大きくなるように設定される。また、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第３判定量Ｍ３よりも多い場合、再生時スロットル開度ＴＯ＿ＲＥＧは、全開開度に設定される。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、エンジンがアイドル運転状態でありかつＤＰＦ再生運転の実行中において、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第１判定量Ｍ１よりも多い場合には、アイドルアップ制御を実行することによりアイドル回転数を通常アイドル運転時の回転数よりも高く設定された再生時アイドル回転数ＮＥ＿ＩＤＬＵＰまで上昇させ、ＤＰＦの流入排気流量を増加する。また、ＰＭ堆積量ＱＰＭがこの第１判定量Ｍ１よりさらに大きな第２判定量Ｍ２よりも多い場合には、アイドルアップ制御によりアイドル回転数を高くすることに加えて、排気流量増量制御を実行することにより、ＤＰＦの流入排気流量をさらに増加する。これにより、ＤＰＦのＰＭ堆積量ＱＰＭに応じてＤＰＦの流入排気流量を適切にし、このＤＰＦの溶損を防止することができる。
このように、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第２判定量Ｍ２よりも多くなるまでは、アイドルアップ制御によるアイドル回転数の上昇のみでＤＰＦの流入排気流量を増加するので、排気の温度を高く保つためにポスト噴射量を多くする必要も無いことから、オイルダイリューションの発生や燃費の悪化を抑制することができる。また、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第２判定量Ｍ２よりも多くなってからは、アイドルアップ制御によるアイドル回転数の上昇に加えて、スロットル弁を開く排気流量増量制御を実行することにより流入排気流量を増加することで、アイドル回転数を過度に高くすることなくＤＰＦを保護できるので、商品性を損ねることもない。
以上のように、アイドルアップ制御によるアイドル回転数の制御を優先しつつ、必要に応じて排気流量増量制御の実行による流入排気流量の制御を併用することにより、始動時における急発進、騒音、オイル性能の低下、あるいは燃費の悪化などの排気流量の増加に伴って発生する課題を抑制しながらＤＰＦの溶損を防止することができる。

（２）本実施形態によれば、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第２判定量Ｍ２よりも多い場合には、アイドルアップ制御を実行することによりアイドル回転数を上限値に制御する。すなわち、アイドル回転数を可能な限り上昇させることにより、排気流量増量制御を実行し、スロットル弁を開くことにより流入排気流量を増加させる分を少なくできるので、オイルダイリューションの発生や燃費の悪化を抑制することができる。

なおステップＳ７の排気流量増量制御では、スロットル弁を再生時スロットル開度ＴＯ＿ＲＥＧへ向けて開弁し、吸入空気流量を増加することによりＤＰＦの流入排気流量を増加側に制御したが、ＤＰＦの流入排気流量を制御する手段はこれに限られるものではない。この排気流量増量制御では、スロットル弁の他、例えばＥＧＲ弁を所定の再生時ＥＧＲ開度ＥＯ＿ＲＥＧへ向けて閉弁し、ＥＧＲガスの流量を少なくすることによりＤＰＦの流入排気流量を増加側に制御することもできる。この他、排気流量増量制御では、スロットル弁とＥＧＲ弁とを併用してＤＰＦの流入排気流量を増加側に制御してもよい。

図６は、再生時ＥＧＲ開度ＥＯ＿ＲＥＧとＰＭ堆積量ＱＰＭとの関係を示す図であり、ＰＭ堆積量ＱＰＭに基づいて再生時ＥＧＲ開度ＥＯ＿ＲＥＧを算出する際に参照される制御マップの例を示す。
図６に示すように、基本的には、ＰＭ堆積量ＱＰＭが大きくなるに従い再生時ＥＧＲ開度ＥＯ＿ＲＥＧは小さな値に設定される。より具体的には、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第２判定量Ｍ２と第３判定量Ｍ３との間では、再生時ＥＧＲ開度ＥＯ＿ＲＥＧは、通常のＤＰＦ再生運転時よりも小さな開度に、ＰＭ堆積量ＱＰＭに略比例して小さくなるように設定される。また、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第３判定量Ｍ３より大きい場合、再生時ＥＧＲ開度ＥＯ＿ＲＥＧは全閉開度に設定される。

この他、例えば、排気管内のＤＰＦの上流側にエンジンの排気とは別の気体を供給することにより、ＤＰＦの流入排気流量を増加側に制御してもよい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を、図面を参照して説明する。
図７は、本実施形態に係るＤＰＦ再生制御処理の手順を示すフローチャートである。
図７において、ステップＳ１１からＳ１３は、それぞれ、図２のステップＳ１からＳ３に相当するので、その詳細な説明を省略する。

ステップＳ１４では、ＰＭ堆積量ＱＰＭに基づいて流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴを算出し、ステップＳ１５に移る。この流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴは、ＤＰＦの流入排気流量に対する目標値であり、より具体的には、ＤＰＦ再生運転を実行している間におけるＤＰＦが過昇温に至らない流入排気流量に対する下限値である。

図８は、流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴとＰＭ堆積量ＱＰＭとの関係を示す図であり、流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴを算出する際に参照される制御マップの例を示す。
図８に示すように、流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴは、ＰＭ堆積量ＱＰＭに略比例して大きくなるように設定される。

図７に戻って、ステップＳ１５では、ＤＰＦの流入排気流量ＱＥＩＮが、上記ステップＳ１４で算出された流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴよりも小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、流入排気流量を増加する制御を実行する必要があると判断し、ステップＳ１６に移る。この判別がＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。

ステップＳ１６では、アイドルアップ制御を実行し、ステップＳ１７に移る。より具体的には、このアイドルアップ制御では、アイドル回転数のフィードバック制御、すなわち流入排気流量ＱＥＩＮが流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴ以上となるように、アイドル回転数をアイドル回転数の上限値へ向けて増加する制御を実行する。このアイドル回転数の上限値は、第１実施形態と同様に、アイドル回転数として許容できる回転数の最大値を示すものである。

ステップＳ１７では、アイドルアップ制御を実行することにより、ＤＰＦの流入排気流量ＱＥＩＮが、流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴ以上となったか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、流入排気流量を増加する制御は不要であると判断し、この処理を直ちに終了する。一方、この判別がＮＯの場合には、ステップＳ１８に移る。

ステップＳ１８では、アイドル回転数は上記上限値より小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、この処理を直ちに終了する。すなわち、アイドル回転数が上限値に達するまで、次ステップＳ１９を実行せずにアイドルアップ制御を継続する。一方、この判別がＮＯの場合には、上限値に達するまでアイドル回転数を上昇させても、流入排気流量ＱＥＩＮを流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴ以上にできないと判断し、ステップＳ１９に移る。

ステップＳ１９では、排気流量増量制御を実行し、この処理を終了する。より具体的には、この排気流量増量制御では、スロットル弁のフィードバック制御、すなわち流入排気流量ＱＥＩＮが流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴ以上となるように、スロットル弁の開度を開き側にし、ＤＰＦの流入排気流量を増加する制御を実行する。

ここで、図８を参照して、第１実施形態と第２実施形態のＤＰＦ再生制御処理について比較する。
第１実施形態では、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第１判定量Ｍ１より多い場合にアイドルアップ制御を実行する。そして、ＰＭ堆積量ＱＰＭが第２判定量Ｍ２より多い場合には、アイドルアップ制御に加えて排気流量増量制御を実行しスロットル弁を開き側に制御する。これに対して本実施形態では、流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴが上記第１判定量Ｍ１に応じたＱＥ１より大きい場合にはアイドルアップ制御が実行される。さらに流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴが上記第２判定量Ｍ２に応じたＱＥ２より大きい場合には、アイドルアップ制御のみではＤＰＦの過昇温を防ぐことができないおそれがあると判断され、排気流量増量制御が実行される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（３）本実施形態によれば、ＤＰＦ再生運転を実行している間におけるＤＰＦが過昇温に至らない流入排気流量に対する下限値をＰＭ堆積量ＱＰＭに基づいて算出し、これを流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴとする。そして、エンジンがアイドル運転状態でありかつＤＰＦ再生運転の実行中において、流入排気流量の推定値ＱＥＩＮが流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴよりも小さい場合、すなわちＤＰＦが過昇温に至ると判断される場合には、上記流入排気流量ＱＥＩＮが流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴ以上となるように、アイドルアップ制御を実行しアイドル回転数を所定の上限値に向けて増加する。これにより、ＤＰＦの流入排気流量を適切にし、このＤＰＦの溶損を防止することができる。またこの場合、アイドルアップ制御とは別の排気流量増量制御により流入排気流量を増加する必要も無いので、排気の温度を高く保つためにポスト噴射量を多くする必要もない。このため、オイルダイリューションの発生や燃費の悪化を抑制することができる。
また、アイドルアップ制御を行いアイドル回転数が上限値に達しても流入排気流量ＱＥＩＮが流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴよりも小さい場合には、上記流入排気流量ＱＥＩＮが流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴ以上となるように、排気流量増量制御を実行しＤＰＦの流入排気流量を増加する制御を行う。これにより、ＤＰＦの流入排気流量を適切にし、このＤＰＦの溶損を防止することができる。ここで、アイドル回転数の制御に加えて排気流量増量制御を実行することにより、アイドル回転数を過度に高くすることなくＤＰＦを保護できるので、上述のように商品性を損ねることもない。
以上のように、アイドルアップ制御によるアイドル回転数の制御を優先しつつ、アイドル回転数を上限値まで上昇させてもＤＰＦが過昇温に至ると判断されたときのみ排気流量増量制御を実行し流入排気流量を制御することにより、始動時における急発進、騒音、オイル性能の低下、あるいは燃費の悪化などの排気流量の増加に伴って発生する課題を抑制しながらＤＰＦの溶損を防止することができる。
また、上記流入排気流量ＱＥＩＮが流入排気流量目標下限値ＱＥＩＮ＿ＴＲＧＴ以上となるようにアイドルアップ制御および排気流量増量制御により流入排気流量を制御することにより、ＤＰＦの溶損をより確実に防止することができる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、ＤＰＦの流入排気流量ＱＥＩＮを、吸入空気量ＱＡＩＲ、燃料噴射量ＱＩＮＪ、およびエンジン回転数ＮＥに基づいて推定したが、これに限られるものではない。ＤＰＦの流入排気流量は、流量センサにより直に検出してもよい。

１…排気浄化装置
２…エンジン（内燃機関）
２２…インジェクタ（フィルタ再生手段）
３２…スロットル弁（フィルタ再生手段）
４…排気管（排気系）
４５…ＤＰＦ（排気浄化フィルタ）
７…ＥＣＵ（フィルタ再生手段、アイドル回転数制御手段、排気流量制御手段、堆積量推定手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタと、
   前記内燃機関の吸気系に設けられ、前記内燃機関に吸入される新気の流量を制御するスロットル弁と、
   前記排気系と前記吸気系とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲ通路を介して吸気に還流される排気の流量を制御するＥＧＲ弁と、
   当該排気浄化フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段と、
   当該排気浄化フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生運転を実行するフィルタ再生手段と、
   前記内燃機関のアイドル運転時における回転数であるアイドル回転数を、通常アイドル運転時の回転数より上昇させるアイドルアップ制御手段と、
   当該アイドルアップ制御手段とは別の手段であり、前記スロットル弁及び前記ＥＧＲ弁のうち少なくとも何れかの開度を所定のアイドル運転時の開度より排気流量の増量側へ操作し、前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加させる排気流量増量制御手段と、を備える排気浄化装置であって、
   前記内燃機関がアイドル運転状態でありかつ前記フィルタ再生運転の実行中において、
   前記堆積量が所定の第１判定量よりも多くかつ所定の第２判定量よりも少ない場合には、前記排気流量増量制御手段によって排気流量を増加させずに、前記アイドルアップ制御手段によりアイドル回転数を前記通常アイドル運転時の回転数から所定の上限値の間に設定された所定の再生時アイドル回転数になるまで高くし、
   前記堆積量が前記第１判定量より大きな所定の第２判定量よりも多い場合には、前記アイドルアップ制御手段によりアイドル回転数を前記上限値まで上昇させることに加えて、前記排気流量増量制御手段により前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加する制御を行うことを特徴とする排気浄化装置。
2. 内燃機関の排気系に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタと、
   前記内燃機関の吸気系に設けられ、前記内燃機関に吸入される新気の流量を制御するスロットル弁と、
   前記排気系と前記吸気系とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲ通路を介して吸気に還流される排気の流量を制御するＥＧＲ弁と、
   当該排気浄化フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段と、
   当該排気浄化フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生運転を実行するフィルタ再生手段と、
   前記内燃機関のアイドル運転時における回転数であるアイドル回転数を、通常アイドル運転時の回転数より上昇させるアイドルアップ制御手段と、
   当該アイドルアップ制御手段とは別の手段であり、前記スロットル弁及び前記ＥＧＲ弁のうち少なくとも何れかの開度を所定のアイドル運転時の開度より排気流量の増量側へ操作し、前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加させる排気流量増量制御手段と、
   前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を検出又は推定する排気流量検出手段と、を備える排気浄化装置であって、
   前記フィルタ再生運転を実行している間における排気浄化フィルタが過昇温に至らない排気の流量に対する流量下限値を、前記堆積量に基づいて算出する流量下限値算出手段をさらに備え、
   前記内燃機関がアイドル運転状態でありかつ前記フィルタ再生運転の実行中において、
   前記排気の流量の検出値又は推定値が前記流量下限値より小さい場合には、前記排気流量増量制御手段によって排気流量を増加させずに、前記アイドルアップ制御手段により前記検出値又は推定値が前記流量下限値以上となるように、前記アイドル回転数を所定の上限値へ向けて増加する制御を行い、
   当該アイドル回転数が前記上限値に達しても前記検出値又は推定値が前記流量下限値よりも小さい場合には、前記アイドル回転数を前記上限値に維持したまま前記排気流量増量制御手段により前記検出値又は推定値が前記流量下限値以上となるように、前記排気浄化フィルタに流入する排気の流量を増加する制御を行うことを特徴とする排気浄化装置。

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