JP5815296B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

近年、一部の内燃機関の排気系には、排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するフィルタ等の排気浄化部材が設けられている。
この排気浄化部材には、浄化機能の回復等を行うために添加剤供給が行われる場合がある。例えば、特許文献１に記載の装置では、フィルタ内に捕集されたＰＭが堆積すると、フィルタでの圧力損失が増大してしまうため、フィルタに添加剤として燃料を供給することにより捕集されたＰＭを焼失させて、同フィルタを再生するようにしている。

特開２００７−２３７９２号公報

ところで、排気浄化部材に供給される添加剤は、排気浄化部材での燃焼や酸化反応等によって基本的には気化・焼失される。しかし、一部の添加剤が燃焼や酸化反応等によって焼失されることなく、そのまま比較的温度の低い排気浄化部材の前端面に付着してしまうと、前端面に付着した添加剤がバインダとなってＰＭ等を吸着し、排気浄化部材の前端面にＰＭによる詰まりを生じさせるおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化部材の前端面におけるＰＭの詰まりを好適に低減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、排気通路に設けられた排気浄化部材と、同排気浄化部材に添加剤を供給する添加剤供給機構と、排気を吸気通路に還流させる排気還流機構と、同排気還流機構による排気の還流量を機関運転状態に基づいて制御する制御部とを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化部材の前端面の詰まり量が予め定められた閾値を超えたときには、前記還流量を減少させる減少量に補正係数を乗じて、前記詰まり量が前記閾値を超えていないときに比して前記還流量を減少させ、前記補正係数は、前記詰まり量が多いときほど前記還流量の減少量を多くすることをその要旨とする。

同構成によれば、前端面の詰まり量が閾値を超えて多くなったときには、排気の還流量が減少されることにより、排気浄化部材に流入する排気の流量が増大するようになる。このように排気の流量が増大すると、排気の流速が高まるため、排気浄化部材の前端面に詰まったＰＭは排気の動圧によって吹き飛ばされるようになる。従って、同構成によれば、排気浄化部材の前端面におけるＰＭの詰まりを好適に低減することができるようになる。

なお、排気を高温化することによって排気浄化部材の前端面における詰まりを低減させることも可能であるが、こうした排気の高温化は常に行えるものではなく、例えば排気温度が比較的低い機関の低負荷時などでは、排気の高温化が困難である。一方、上記構成では、排気の流量を増大させるようにしており、こうした処理は機関の低負荷時などであっても実行可能である。従って、同構成によれば、詰まりを低減させる処理の実行機会を増加させることも可能になる。

また、排気の還流量を減少させることで、排気浄化部材に流れ込む排気の流量を増加させるようにしているため、排気流量を増加させるためだけの機構を別途設けることなく、前端面の詰まりを低減させることができる。
さらに、詰まり量が多いときほど還流量の減少量を多くするように構成しているため、詰まり量が多く、より多くのＰＭを吹き飛ばす必要があるときほど、排気浄化部材に流れ込む排気の流量は多くされる。従って、還流量の減少量を詰まり量に応じて適切に設定することができる。
請求項２に記載の発明は、排気通路に設けられた排気浄化部材と、同排気浄化部材に添加剤を供給する添加剤供給機構と、排気を吸気通路に還流させる排気還流機構と、同排気還流機構による排気の還流量を機関運転状態に基づいて制御する制御部とを備える内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の負荷状態であっても、前記排気浄化部材の前端面の詰まり量が予め定められた閾値を超えたときには、前記還流量を減少させる減少量に補正係数を乗じて、前記詰まり量が前記閾値を超えていないときに比して前記還流量を減少させ、前記詰まり量が所定の量に達するまで前記補正係数を増大させることを要旨とする。
同構成によれば、上記請求項１に記載の発明と同様に、排気浄化部材の前端面におけるＰＭの詰まりを好適に低減することができる。なお、請求項３に記載の発明のように、詰まり量が所定の量に達した以降は、前記補正係数を固定する構成を採用することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記詰まり量は、機関回転速度及び燃料噴射量に基づいて算出される詰まり量の増加量と、吸入空気量に基づいて算出される詰まり量の減少量との差を求めることで算出されることをその要旨とする。

排気浄化部材の前端面に詰まりを生じさせるＰＭは、機関の燃料に由来するものであり、基本的には燃料噴射量が多いほど前端面の詰まり量は多くなる。また、機関回転速度が高いほど単位時間当たりの排気の排出量が多くなってＰＭの排出量も増大するため、基本的には機関回転速度が高いほど前端面の詰まり量は多くなる。他方、吸入空気量が多いほど排気通路を流れる排気の流量は多くなるため、前端面からＰＭが吹き飛ばされやすくなる。従って、吸入空気量が多いほど前端面の詰まり量は少なくなる。そこで、同構成では、機関回転速度及び燃料噴射量に基づいて詰まり量の増加量を算出するとともに、吸入空気量に基づいて詰まり量の減少量を算出し、これら増加量と減少量との差を求めることで前端面でのＰＭの詰まり量を算出するようにしており、同構成によれば前端面の詰まり量を好適に推定することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記詰まり量の増加量は、大気圧が低いほど多くされることをその要旨とする。
ＰＭを構成する成分の１つである煤は、大気圧が低く酸素密度が低いほど機関から排出されやすい。そこで、同構成では、大気圧が低いほど、算出される詰まり量の増加量が多くなるようにしており、これにより詰まり量の増加量に対して大気圧が与える影響を好適に補正することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記詰まり量の減少量は、前記排気浄化部材の前端面の温度が高いほど多くされることをその要旨とする。

前端面に付着したＰＭは、排気浄化部材の前端面の温度が高いほど酸化や焼失が促進されて量が減少していく。そこで、同構成では、排気浄化部材の前端面の温度が高いほど、算出される詰まり量の減少量が多くなるようにしており、これにより詰まり量の減少量に対して排気浄化部材の前端面温度が与える影響を好適に補正することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、機関回転速度が高いほど前記還流量の減少量は少なくされることをその要旨とする。また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、機関回転速度が低いほど前記還流量の減少量は多くされることをその要旨とする。

機関回転速度が低くなるにつれて内燃機関から排出される排気の量は減少するため、排気によって行われる前端面の詰まりを低減させる効果は小さくなってしまう。この点、同構成によれば、機関回転速度が低いほど排気還流量の減少量が多くされることにより、排気浄化部材に流れ込む排気の流量は多くなる。そのため、同構成によれば、機関回転速度に依らず前端面の詰まりを好適に低減させることができる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 詰まり量の算出処理の手順を示すフローチャート。 機関回転速度及び燃料噴射量と基本詰まり量との関係を示すグラフ。 大気圧と基本詰まり量との関係を示すグラフ。 空気量比と空気量補正係数の関係を示すグラフ。 吸入空気量及び前端面温度と詰まり減少量との関係を示すグラフ。 詰まり量の低減処理の手順を示すフローチャート。 機関回転速度とＥＧＲ減少値との関係を示すグラフ。 詰まり量と詰まり補正係数との関係を示すグラフ。

以下、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した一実施形態について、図１〜図９を併せ参照して説明する。
図１に示すように、エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には、外気を気筒内に導入するための吸気ポートと燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、排気成分を浄化する触媒装置３０が設けられている。この触媒装置３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミックで構成されており、排気中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、シリンダヘッド２には、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給するために燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されており、同燃料添加弁５からは第４気筒＃４の排気ポート６ｄ内に向けて燃料が噴射される。この噴射された燃料は、排気とともに酸化触媒３１やフィルタ３２に到達する。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって触媒装置３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。また、燃料添加弁５や燃料供給管２７、サプライポンプ１０は上記の添加剤供給機構を構成する。

この他、エンジン１には排気還流機構（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、吸入空気に排気の一部を導入することで気筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この装置は吸気通路３と排気通路２６とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、ＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５はその開度を調整することにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気の還流量、すなわちＥＧＲ量ＥＫを調整する。ＥＧＲクーラ１４はＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度を低下させる。またＥＧＲ弁１５にはＥＧＲ弁開度センサ２２が配設されており、このＥＧＲ弁開度センサ２２によりＥＧＲ弁１５の開度、すなわちＥＧＲ弁開度ＥＡが検出される。ＥＧＲ弁１５の開度は、機関運転状態に基づいて設定されるＥＧＲ率に対応した開度となるように制御される。なお、ＥＧＲ率が高いほどＥＧＲ弁１５の開度は大きくされ、これによりＥＧＲ量ＥＫは増大される。ちなみに、ＥＧＲ率とは、「気筒内に流入するＥＧＲ量／（気筒内に流入する新気量＋気筒内に流入するＥＧＲ量）」で求められる値である。

また、エンジン１は排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１を備えている。吸気側タービンと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３には、このターボチャージャ１１の過給により温度が上昇する吸入空気の温度を低下させるため、インタークーラ１８が備えられている。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁センサ２０は吸気絞り弁１６の開度である絞り弁開度ＴＡを検出する。酸化触媒３１の排気下流側に設けられた第１温度センサ３３は、酸化触媒３１を通過した直後の排気の温度である第１排気温度Ｔｈｉを測定する。酸化触媒３１の排気下流側に設けられたフィルタ３２の排気下流側に設けられた第２温度センサ３４は、フィルタ３２を通過した直後の排気の温度である第２排気温度Ｔｈｏを検出する。機関回転速度センサ２３はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２４はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。空燃比センサ２１は排気の空燃比λを検出する。

これら各種センサの出力は制御装置２５に入力される。この制御装置２５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。そして、この制御装置２５により、例えば、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御、燃料添加弁５の噴射制御等、エンジン１の各種制御が行われる。なお、この制御装置２５は、排気還流機構による排気の還流量を機関運転状態に基づいて制御する上記制御部を構成する。また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させるフィルタの再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置２５によって行われる。

フィルタ３２の再生処理は周知であるため、以下では、その概要を説明する。この再生処理では、機関運転状態等に基づいてフィルタ３２のＰＭ堆積量が推定される。そして推定されたＰＭ堆積量が所定の値を超えると、燃料添加弁５から添加剤として燃料が噴射される。この噴射された燃料は酸化触媒３１で酸化され、この酸化熱によって排気が昇温される。酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流れ込むと、同フィルタ３２の温度上昇が促進されてＰＭの再生可能温度に達し、これによりフィルタ３２に捕集されたＰＭは、酸化されたり燃焼されたりして減少していく。こうした昇温処理を通じてフィルタ３２に捕集されたＰＭが減少していき、ＰＭ堆積量が所定の値にまで低下すると、燃料添加弁５からの燃料添加が終了されて、フィルタ３２の再生処理は終了する。

ところで、燃料添加弁５から噴射される添加剤は、酸化触媒３１を通過する過程で酸化される。従って、酸化触媒３１の前端面は比較的温度が低くなっている。そのため、一部の添加剤は燃焼や酸化反応等によって焼失されることなく、そのまま比較的温度の低い酸化触媒３１の前端面に付着してしまうおそれがある。このように前端面に添加剤が付着すると、この添加剤がバインダとなってＰＭ等を吸着し、酸化触媒３１の前端面にＰＭによる詰まりを生じさせるおそれがある。

このように酸化触媒３１の前端面に詰まりが生じると、酸化触媒３１における添加剤の通過領域が減少するため、酸化触媒３１で酸化される添加剤の量が減少し、その結果酸化触媒３１で酸化されることなくそのまま通過する添加剤の量が増加するようになる。このように酸化触媒３１にて酸化されることなく通過する添加剤の量が増加すると、フィルタ３２に流れ込む排気の昇温が不足するようになり、フィルタ３２の再生処理が滞ってしまう。

また、酸化触媒３１の前端面に詰まりが生じると、酸化触媒３１を通過する排気の流れに偏流が生じ易くなり、その結果、酸化触媒３１の排気下流側に設けられる第１温度センサ３３に排気が当たりにくくなるおそれもある。このように第１温度センサ３３に排気が当たりにくくなると、同第１温度センサ３３にて検出される排気の温度が不正確になるため、例えば、再生処理中に行われる排気温度制御に対して悪影響を与える可能性もある。

そこで、本実施形態では、以下に説明する詰まり量の算出処理及び低減処理の実行を通じて、酸化触媒３１の前端面におけるＰＭの詰まりを低減するようにしている。
図２に、酸化触媒３１の前端面における詰まり量Ｍの算出処理についてその手順を示す。この処理は制御装置２５によって所定周期毎に繰り返し実行される。

本処理が開始されるとまず、機関回転速度ＮＥ、燃料噴射量Ｑ、及び大気圧Ｐに基づいて詰まり量Ｍの基本値である基本詰まり量Ｍｂが算出される（Ｓ１００）。ここでは、図３に示すように、機関回転速度ＮＥが高いほど、あるいは燃料噴射量Ｑが多いほど、基本詰まり量Ｍｂは大きい値となるように算出される。また、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑが同一であっても、図４に示すように、大気圧Ｐが低いほど、基本詰まり量Ｍｂは大きい値となるように算出される。

次に、空気量比ＧＡＨに基づいて空気量補正係数Ｋａが算出される（Ｓ１１０）。この空気量比ＧＡＨは、「吸入空気量ＧＡ／目標空気量ＧＡｐ」で求められる値である。つまり、機関運転状態に基づいて設定される目標空気量ＧＡｐに対する現状の吸入空気量ＧＡの割合を示す値である。従って、機関定常時などのように吸入空気量ＧＡと目標空気量ＧＡｐとが一致しているときには空気量比ＧＡＨは「１」となる。また、機関過渡時などのように吸入空気量ＧＡが目標空気量ＧＡｐよりも少ないときには空気量比ＧＡＨは「１」よりも小さい値になる。そして図５に示すように、空気量比ＧＡＨが小さい、つまり目標空気量ＧＡｐに対して吸入空気量ＧＡが不足しているときほど、空気量補正係数Ｋａは大きい値に設定される。

次に、基本詰まり量Ｍｂに空気量補正係数Ｋａが乗算されることによって、詰まり増加量Ｍｉが算出される（Ｓ１２０）。この詰まり増加量Ｍｉは、前回の本処理実行周期から今回の本処理実行周期の間で増加した詰まり量Ｍとして算出される。

次に、吸入空気量ＧＡ及び前端面温度Ｔｈｍに基づいて詰まり減少量Ｍｄが算出される（Ｓ１３０）。前端面温度Ｔｈｍは、酸化触媒３１の前端面の温度であり、第１温度センサ３３によって検出される第１排気温度Ｔｈｉから推定される。なお、酸化触媒３１の前端面近傍に温度センサを設けて前端面温度Ｔｈｍを直接測定するようにしてもよい。また、詰まり減少量Ｍｄは、前回の本処理実行周期から今回の本処理実行周期の間で減少した詰まり量Ｍとして算出される。そして、図６に示すように、吸入空気量ＧＡが多いほど、あるいは前端面温度Ｔｈｍが高いほど、詰まり減少量Ｍｄは大きい値となるように算出される。

次に、今回の本処理実行周期における詰まり量Ｍが算出されて（Ｓ１４０）、本処理は一旦終了される。このステップＳ１４０では、前回の本処理実行周期において算出された詰まり量Ｍに対して、上記ステップＳ１２０で算出された詰まり増加量Ｍｉを加算すると共に上記ステップＳ１３０で算出された詰まり減少量Ｍｄを減算することによって、今回の本処理実行周期における詰まり量Ｍが算出される。

次に、図７を参照して、詰まり量の低減処理の手順を説明する。なお、この低減処理も制御装置２５によって所定周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されとまず、上述した算出処理で求められた詰まり量Ｍが閾値αを超えているか否かが判定される（Ｓ２００）。この閾値αは、現在の詰まり量Ｍが上述したような不都合を起こす程度の値になっているか否かを判定するための値である。そして、詰まり量Ｍが閾値α以下のときには（Ｓ２００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。このようにステップＳ２００で否定判定されたときには、機関運転状態（例えば機関回転速度及び機関負荷）に基づいて基本ＥＧＲ率Ｅｂが設定され、この基本ＥＧＲ率Ｅｂに応じて目標ＥＧＲ率Ｅｐが設定されることでＥＧＲ弁１５の開度が制御される。なお、基本ＥＧＲ率Ｅｂは、機関運転状態が高負荷高回転になるほど小さい値に設定される。

一方、詰まり量Ｍが閾値αを超えているときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、前端面の詰まりによる不都合が生じる可能性があるため、そうした詰まりを低減するためにステップＳ２１０以降の処理が行われる。

ステップＳ２１０では、機関回転速度ＮＥに基づいてＥＧＲ減少値Ｅｄが算出される。ここでは、図８に示すように、機関回転速度ＮＥが高いほどＥＧＲ減少値Ｅｄは小さい値に設定される。

次に、詰まり量Ｍに基づいて詰まり補正係数Ｋｃが算出される（Ｓ２２０）。ここでは、図９に示すように、詰まり量Ｍが所定の量Ｍ１に達するまでは、詰まり補正係数Ｋｃは、詰まり量Ｍの増加に合わせて「１」に向けて増大されていく。そして、詰まり量Ｍが所定の量Ｍ１に達した以降は、詰まり補正係数Ｋｃは「１」に固定される。

次に、ＥＧＲ補正値Ｈが算出される（Ｓ２３０）。ここでは、上記ステップＳ２１０で算出されたＥＧＲ減少値Ｅｄに対して上記ステップＳ２２０で算出された詰まり補正係数Ｋｃが乗算されることによってＥＧＲ補正値Ｈが算出される。従って、機関回転速度ＮＥが高いほどＥＧＲ補正値Ｈは大きい値に設定される。また、詰まり量Ｍが上記所定の量Ｍ１に達するまでは、詰まり量Ｍの増加に合わせてＥＧＲ補正値Ｈは大きい値に設定される。そして、詰まり量Ｍが上記所定の量Ｍ１に達した以降は、ＥＧＲ減少値ＥｄがそのままＥＧＲ補正値Ｈとされる。

次に、上述した基本ＥＧＲ率Ｅｂ、ＥＧＲ補正値Ｈに基づいて目標ＥＧＲ率Ｅｐが算出される（Ｓ２４０）。このステップＳ２４０では、基本ＥＧＲ率ＥｂからＥＧＲ補正値Ｈを減算した値が目標ＥＧＲ率Ｅｐとされる。従って、ＥＧＲ補正値Ｈが大きい値のときほど目標ＥＧＲ率Ｅｐは小さい値となり、ＥＧＲ量ＥＫは少なくなる。このようにＥＧＲ量ＥＫが少なくなくなると、吸気通路に戻される排気の量が少なくなるため、酸化触媒３１に流入する排気の流量が増えるようになる。

次に、本実施形態の作用を説明する。
図７のステップＳ２００にて、詰まり量Ｍが閾値αを超えていないと判定される場合には、基本ＥＧＲ率Ｅｂに応じた目標ＥＧＲ率Ｅｐが設定される。一方、ステップＳ２００にて、詰まり量Ｍが閾値αを超えて多くなったと判定される場合には、ステップＳ２４０にて、基本ＥＧＲ率ＥｂからＥＧＲ補正値Ｈを減算した値が目標ＥＧＲ率Ｅｐとされる。従って、詰まり量Ｍが閾値αを超えたときには、詰まり量Ｍが閾値αを超えていない場合と比較して、目標ＥＧＲ率Ｅｐが小さくされる。このように目標ＥＧＲ率Ｅｐが小さくされると、排気の還流量が減少することにより、酸化触媒３１に流入する排気の流量が増大するようになる。このように排気の流量が増大すると、排気の流速が高まるため、酸化触媒３１の前端面に詰まったＰＭは排気の動圧によって吹き飛ばされるようになる。従って、酸化触媒３１の前端面におけるＰＭの詰まりが低減するようになる。

なお、排気を高温化することによって酸化触媒３１の前端面における詰まりを低減させることも可能である。しかし、こうした排気の高温化は常に行えるものではなく、例えば排気温度が比較的低い機関の低負荷時などでは、排気の高温化が困難であるため、前端面の詰まりを低減させる処理についてその実行機会はある程度限定されてしまう。一方、本実施形態では、排気の流量を増大させるようにしており、こうした処理は機関の低負荷時などであっても実行可能である。従って、前端面の詰まりを低減させる処理についてその実行機会を増加させることも可能になる。

また、ＥＧＲ量ＥＫを減少させることで、酸化触媒３１に流れ込む排気の流量を増加させるようにしている。そのため、排気流量を増加させるためだけの機構を別途設けることなく、前端面の詰まりを低減させることができる。

また、酸化触媒３１の前端面に詰まりを生じさせるＰＭは、機関の燃料に由来するものであり、基本的には燃料噴射量Ｑが多いほど前端面の詰まり量は多くなる。また、機関回転速度ＮＥが高いほど単位時間当たりの排気の排出量が多くなってＰＭの排出量も増大するため、基本的には機関回転速度が高いほど前端面の詰まり量は多くなる。他方、吸入空気量ＧＡが多いほど排気通路２６を流れる排気の流量は多くなるため、前端面からＰＭが吹き飛ばされやすくなる。従って、吸入空気量ＧＡが多いほど前端面の詰まり量は少なくなる。そこで、本実施形態では、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づいて詰まり増加量Ｍｉを算出するとともに、吸入空気量ＧＡに基づいて詰まり減少量Ｍｄを算出し、これら詰まり増加量Ｍｉと詰まり減少量Ｍｄとの差を求めることで前端面でのＰＭの詰まり量Ｍを算出するようにしている。従って、前端面の詰まり量Ｍを好適に推定することができる。

また、ＰＭを構成する成分の１つである煤は、大気圧が低く酸素密度が低いほど機関から排出されやすい。そこで、大気圧Ｐが低いほど基本詰まり量ＭＢが大きくなるようにすることで、詰まり増加量Ｍｉが多くなるようにしている。そのため、詰まり増加量Ｍｉに対して大気圧Ｐが与える影響を適切に補正することができる。

また、上記空気量比ＧＡＨが小さい、つまり目標空気量ＧＡｐに対して吸入空気量ＧＡが不足しているときほど、煤が発生し易く、詰まり量Ｍは増加し易くなる。そこで、空気量比ＧＡＨが小さいときほど空気量補正係数Ｋａが大きくなるようにすることで、ステップＳ１２０にて算出される詰まり増加量Ｍｉが増大するようにしている。従って、目標空気量ＧＡｐに対して吸入空気量ＧＡが不足しやすい機関過渡時での詰まり増加量Ｍｉの推定精度が向上するようになる。

また、前端面に付着したＰＭは、酸化触媒３１の前端面の温度が高いほど酸化や焼失が促進されて量が減少していく。そこで、本実施形態では、酸化触媒３１の前端面温度Ｔｈｍが高いほど、算出される詰まり減少量Ｍｄが大きくなるようにしている。そのため、詰まり減少量Ｍｄに対して前端面温度Ｔｈｍが与える影響を適切に補正することができる。

また、機関回転速度ＮＥが低くなるにつれてエンジン１から排出される排気の量は減少するため、排気によって行われる前端面の詰まりを低減させる効果は小さくなってしまう。この点、本実施形態では、機関回転速度ＮＥが低いほどＥＧＲ減少値Ｅｄが大きい値となるようにすることで、排気還流量の減少量が多くなるようにしており、これにより酸化触媒３１に流れ込む排気の流量が多くなる。そのため、機関回転速度ＮＥに依らず前端面の詰まりを適切に低減させることができる。

また、詰まり量Ｍが多いときほど詰まり補正係数Ｋｃを大きくすることで、ＥＧＲ補正値Ｈがより大きい値となるようにしており、これにより目標ＥＧＲ率Ｅｐが小さくなってＥＧＲ量ＥＫが少なくなるようにしている。つまり、詰まり量Ｍが多いときほど排気還流量（ＥＧＲ量ＥＫ）の減少量が多くなるようにしている。従って、詰まり量Ｍが多く、より多くのＰＭを吹き飛ばす必要があるときほど、酸化触媒３１に流れ込む排気の流量は多くされる。このように排気還流量の減少量を詰まり量Ｍに応じて適切に設定することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）酸化触媒３１の前端面の詰まり量Ｍが閾値αを超えたときには、ＥＧＲ量ＥＫを減少させるようにしている。

従って、酸化触媒３１の前端面におけるＰＭの詰まりを好適に低減することができるようになる。また、詰まりを低減させる処理の実行機会を増加させることも可能になる。そして、排気流量を増加させるためだけの機構を別途設けることなく、酸化触媒３１の前端面の詰まりを低減させることができる。

（２）機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づいて算出される詰まり増加量Ｍｉと、吸入空気量ＧＡに基づいて算出される詰まり減少量Ｍｄとの差を求めることで詰まり量Ｍを算出するようにしている。そのため、前端面の詰まり量Ｍを好適に推定することができるようになる。

（３）大気圧Ｐが低いほど詰まり増加量Ｍｉが多くなるようにしている。そのため、詰まり量Ｍの増加量に対して大気圧Ｐが与える影響を好適に補正することができる。
（４）酸化触媒３１の前端面温度Ｔｈｍが高いほど詰まり減少量Ｍｄが多くなるようにしている。そのため、詰まり量Ｍの減少量に対して酸化触媒３１の前端面温度Ｔｈｍが与える影響を好適に補正することができる。

（５）機関回転速度ＮＥが低いほどＥＧＲ減少値Ｅｄが大きくなるようにしている。そのため、機関回転速度ＮＥに依らず前端面の詰まりを好適に低減させることができる。
（６）詰まり量Ｍが多いときほど詰まり補正係数Ｋｃが大きくなるようにすることで、詰まり量Ｍが多いときほどＥＧＲ量ＥＫの減少量が多くなるようにしている。従って、ＥＧＲ量ＥＫの減少量を詰まり量Ｍに応じて適切に設定することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記ステップＳ２１０では、機関回転速度ＮＥに基づいてＥＧＲ減少値Ｅｄを算出するようにした。ここで、一般的には燃料噴射量が少ないとき、すなわち機関負荷が低いときにはＥＧＲ量ＥＫは多くされることが多い。そのため、ＥＧＲ量ＥＫを減少させるＥＧＲ減少値Ｅｄは、機関負荷が低いときほど大きくすることが可能である。そこで、ＥＧＲ減少値Ｅｄを設定するときのパラメータとして、機関回転速度ＮＥに加え、機関負荷を追加してもよい。この場合には、機関負荷が低いほど（例えば燃料噴射量Ｑが少ないときほど）ＥＧＲ減少値Ｅｄが大きい値となるようにする。この変形例によれば、機関回転速度ＮＥのみに基づいてＥＧＲ減少値Ｅｄを算出する場合と比較して、より多くの排気を酸化触媒３１に導入することができる。

・詰まり量Ｍを別の態様で求めるようにしてもよい。例えば、酸化触媒３１の排気上流側と排気下流側の圧力差を計測し、この圧力差が大きいほど詰まり量が多いと推定してもよい。

・詰まり増加量Ｍｉを、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑ及び大気圧Ｐで求めるようにしたが、大気圧Ｐを省略して機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑにて求めるようにしてもよい。

・詰まり減少量Ｍｄを、吸入空気量ＧＡ及び前端面温度Ｔｈｍに基づいて求めるように下が、前端面温度Ｔｈｍを省略して吸入空気量ＧＡのみから求めるようにしてもよい。
・ＥＧＲ減少値Ｅｄを機関回転速度ＮＥに基づいて可変設定するようにしたが、適宜設定した一定値としてもよい。

・詰まり量Ｍが所定の量Ｍ１を超えた後は、詰まり補正係数Ｋｃの値を固定するようにしたが、詰まり量Ｍの増加に合わせて詰まり補正係数Ｋｃを増大させるようにしてもよい。

・詰まり補正係数Ｋｃの算出を省略してもよい。
・空気量補正係数Ｋａの算出を省略してもよい。
・フィルタ３２の昇温を図るための燃料を燃料添加弁５から供給するようにした。この他、燃料噴射弁４ａ〜４ｄによるポスト噴射（メイン噴射の実行時期から遅れた時期に再度行われる燃料噴射）を実行することで、フィルタ３２の昇温を図るようにしてもよい。また、燃料添加弁５による燃料供給とポスト噴射による燃料供給と併用するようにしてもよい。

・上記添加剤はエンジン１の燃料であったが、これと同様な作用が得られる添加剤であればどのようなものでもよい。
・触媒装置３０内に配設される触媒やフィルタの数は任意にすることができる。例えば、フィルタ３２のみを備えている場合でも、その前端面には添加剤添加による詰まりが生じるおそれがある。しかし、本発明を適用することによって、フィルタ３２のみを備えている場合でも、その前端面の詰まりを低減させることができる。

・酸化触媒３１の代わりにＮＯｘ浄化触媒を備えるようにしてもよい。
・上記エンジン１は、直列４気筒の内燃機関であったが、その他の気筒数や気筒配列を備える内燃機関の排気浄化装置にも、本発明は同様に適用することができる。

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…噴射ノズル、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…スロットル弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…スロットル開度センサ、２１…空燃比センサ、２２…ＥＧＲ弁開度センサ、２３…機関回転速度センサ、２４…アクセルセンサ、２５…制御装置、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…触媒装置、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、３３…第１温度センサ、３４…第２温度センサ。

Claims (8)

1. 排気通路に設けられた排気浄化部材と、同排気浄化部材に添加剤を供給する添加剤供給機構と、排気を吸気通路に還流させる排気還流機構と、同排気還流機構による排気の還流量を機関運転状態に基づいて制御する制御部とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気浄化部材の前端面の詰まり量が予め定められた閾値を超えたときには、前記還流量を減少させる減少量に補正係数を乗じて、前記詰まり量が前記閾値を超えていないときに比して前記還流量を減少させ、
   前記補正係数は、前記詰まり量が多いときほど前記還流量の減少量を多くする
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 排気通路に設けられた排気浄化部材と、同排気浄化部材に添加剤を供給する添加剤供給機構と、排気を吸気通路に還流させる排気還流機構と、同排気還流機構による排気の還流量を機関運転状態に基づいて制御する制御部とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
   内燃機関の負荷状態であっても、前記排気浄化部材の前端面の詰まり量が予め定められた閾値を超えたときには、前記還流量を減少させる減少量に補正係数を乗じて、前記詰まり量が前記閾値を超えていないときに比して前記還流量を減少させ、
   前記詰まり量が所定の量に達するまで前記補正係数を増大させる
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記詰まり量が所定の量に達した以降は、前記補正係数を固定する
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記詰まり量は、機関回転速度及び燃料噴射量に基づいて算出される詰まり量の増加量と、吸入空気量に基づいて算出される詰まり量の減少量との差を求めることで算出される
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記詰まり量の増加量は、大気圧が低いほど多くされる
   請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記詰まり量の減少量は、前記排気浄化部材の前端面の温度が高いほど多くされる
   請求項４または５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 機関回転速度が高いほど前記還流量の減少量は少なくされる
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 機関回転速度が低いほど前記還流量の減少量は大きくされる
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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