JP2010180743A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦの過昇温の可能性があると判定されたら酸素濃度を低減して過昇温を抑制する排気浄化装置であり、装置構成が有するばらつきを学習することによって酸素低減の目標値を低く設定できて、迅速に酸素濃度を低減できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＤＰＦにおいて過昇温発生の可能性が検出された時刻ｔ０以降に、２段階でＤＰＦに流入する排気中の酸素濃度を低減する。予め装置構成が有するばらつきを学習することにより、急速に酸素濃度を低減させる第１段階では従来技術での目標値Ｔ１よりも低く目標値Ｔ１’を設定して迅速に酸素濃度を低減する。その後フィードバック制御により最終的な目標値Ｔ２に収束させる。学習なしの場合よりも学習ありの場合の方が目標値Ｔ２に達するまでの整定時間が短くできる。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

今日、環境保護意識の高まりのなかで内燃機関に対してすぐれた排気浄化性能が求められている。特にディーゼルエンジンにおいては、エンジンから排出される黒煙などのいわゆる排気微粒子（粒子状物質、ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の除去が重要である。この目的のために排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が装備されることが多い。

ＤＰＦがＰＭを捕集することにより排気中のＰＭは大部分が除去されるが、ＤＰＦ内にＰＭが堆積し続ける一方では、ＤＰＦは目詰まりを起こしてしまうので、堆積されたＰＭを燃焼して除去することで、ＤＰＦを再生する必要がある。ＤＰＦ内に堆積したＰＭを燃焼するためにシリンダ内でメイン噴射後に燃料を噴射するポスト噴射などの手法が用いられる。

しかしＤＰＦ再生時に温度が上がり過ぎると、ＤＰＦが溶損したり割れたりするなどの不具合が生じてしまう。例えば、ＤＰＦの再生中でＤＰＦの温度が高く、かつＤＰＦにおけるＰＭの堆積量が多い状況下で、エンジンを減速状態にすると、吸気量が急速に低減するので、ＤＰＦ内部の熱が排ガスによって下流に移動されなくなる。したがってＤＰＦ内部に熱がこもってしまうこととなり、ＤＰＦの過昇温の可能性が高くなる。図９にはこうした場合における過昇温発生の例が示されている。

例えば下記特許文献１では、ＤＰＦ過昇温の可能性がある場合（排気温度が高く、減速運転状態）に、吸気絞り弁を絞るとともにＥＧＲ弁を全開にすることで排気中の酸素を減らしてＤＰＦ上のＰＭ燃焼を防止する技術が開示されている。

特開２００２−１８８４９３号公報

ＰＭの急速燃焼を防止してＤＰＦの過昇温を抑制するためには、酸素濃度を所定値に速やかにかつ高精度に制御する必要がある。この酸素濃度は例えば２〜３％程度と非常に低濃度であるため、酸素濃度を下げすぎるとエンジン失火や白煙が発生し、また逆に酸素濃度が高すぎるとＤＰＦが過昇温を起こしてしまう。

また、通常ディーゼルエンジンは高い酸素濃度（例えば１０〜２０％以上）で運転されているため、過昇温抑制のためには大幅に酸素濃度を低減する必要がある。ゆっくり低減していると低減の過程でＰＭが急速燃焼してしまい、過昇温を抑制できない。従って、高精度、高応答に酸素濃度を所定の低濃度値に調整する必要があるが、従来技術ではそれが困難であるという課題がある。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ＤＰＦの過昇温の可能性があると判定されたら酸素濃度を低減して過昇温を抑制する排気浄化装置において、装置構成が有するばらつきを学習することによって酸素濃度の急速低減用の目標値を低く設定できて、迅速に酸素濃度を低減できる内燃機関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及び発明の効果

上記課題を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、そのフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼して前記フィルタを再生する再生手段と、その再生手段による再生中に前記フィルタが昇温し過ぎる可能性がある過昇温可能状態にあることを検出する検出手段と、前記検出手段が過昇温可能状態にあることを検出した場合に、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度が急速低減用目標値へ低減するように燃料噴射量と吸気量とを含む入力量を操作する第１低減手段と、前記入力量を操作した場合の前記酸素濃度の指令値と計測値との間の偏差を取得することによって、前記酸素濃度の前記急速低減用目標値への収束の精度が向上するように前記入力量を補正する学習手段と、前記学習手段による前記入力量の補正が行われない場合に前記酸素濃度が低減し過ぎることを回避するために設定される急速低減用目標値と比較して、前記学習手段による前記入力量の補正が行われる場合に前記第１低減手段で用いられる急速低減用目標値を低く設定する設定手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、粒子状物質を捕集するフィルタの再生中に過昇温の危険が生じたら酸素濃度を低減して過昇温を回避することを目指すシステムにおいて、予め装置が有する機差等を学習しておいて、それを基に入力量を補正するので、酸素濃度を急速低減用目標値まで高精度で低減することができる。したがって、酸素濃度を低減させ過ぎて失火や白煙が発生してしまう可能性が小さくなるので、急速低減用目標値を低く設定できる。したがって急速低減用目標値を低く設定し、その目標値まで急速かつ高精度に酸素濃度を低減できるので、迅速に酸素濃度を低減してフィルタの過昇温発生を効果的に抑制する排気浄化装置が実現できる。

また前記学習手段は、前記検出手段によって過昇温可能状態にあると検出されていない状態で前記入力量を操作して前記偏差を取得する第１学習手段を備えたとしてもよい。

これにより過昇温発生の危険がない状態で精度のよい学習を行うことにより、酸素濃度を低減させた際の指令値と実際値とのずれの情報を取得できる。したがって、このずれの情報により酸素濃度を低減させるときの燃料噴射量や吸気量を含む入力量を補正できる。したがって入力量を補正することにより急速低減用目標値まで精度よく酸素濃度を低減できるので、急速低減用目標値を低く設定できる。そして低く設定された急速低減用目標値まで急速かつ高精度に酸素濃度を低減できるので、迅速に酸素濃度を低減して効果的にフィルタの過昇温発生を抑制できる。

また前記第１学習手段は、前記偏差を前記内燃機関の運転条件ごとに取得するとしてもよい。

これにより運転条件ごとに取得された学習値をもつことで運転条件ごとに入力量を高精度に補正できる。したがって運転条件の変動があっても、それに応じて適切に入力量を補正することにより、急速低減用目標値まで精度よく酸素濃度を低減できるので、急速低減用目標値を低く設定できる。そして低く設定された急速低減用目標値まで急速かつ高精度に酸素濃度を低減できるので、迅速に酸素濃度を低減して効果的にフィルタの過昇温発生を抑制できる。

また前記第１学習手段は、前記偏差を前記内燃機関のアイドル運転時に取得するとしてもよい。

これにより酸素濃度がばらつき易いアイドル運転時に学習を実施することにより、簡単な学習で高い効果が得られる。そして適切に入力量を補正することにより、急速低減用目標値を低く設定して、低く設定された急速低減用目標値まで急速かつ高精度に酸素濃度を低減できるので、迅速に酸素濃度を低減して効果的にフィルタの過昇温発生を抑制できる。

また前記内燃機関は自動車に搭載され、前記学習手段は、前記自動車の所定走行距離ごとに、あるいは所定時間ごとに前記偏差の値を更新するとしてもよい。

これにより所定距離の走行や所定時間の経過により構成物品の特性が経時変化したら、適切に学習値を更新するので、高精度な学習値で酸素濃度低減の際の入力値を補正することができる。よって急速低減用目標値を低く設定して、過昇温発生を効果的に抑制できる。また経時変化していないのに不必要な頻度で学習することも抑制できる。

また前記第１低減手段による前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を前記急速低減用目標値に近づける制御に続けて、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を前記急速低減用目標値より低い過昇温回避用目標値に近づける制御を実行する第２低減手段を備えたとしてもよい。

これによりまず、学習によって低めに設定された急速低減用目標値へ急速にフィルタに流入する排気中の酸素濃度を低減させて、その後に過昇温回避用目標値へさらに酸素濃度を低減させるとの２段階の酸素濃度低減処理によって、迅速性と高精度性を兼ね備えた酸素濃度低減、ひいてはフィルタの過昇温抑制が達成できる。

また前記第２低減手段は、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度の計測値をフィードバックする制御を行うとしてもよい。

これにより第２段階の酸素濃度低減においてフィードバック制御を用いるので、高精度に過昇温回避用目標値へと収束させることが可能となる。

また前記フィルタ下流の前記排気通路における酸素濃度を計測する下流側計測手段と、前記下流側計測手段による計測値から前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を算出する算出手段と、を備え、前記酸素濃度の計測値を、前記算出手段により算出された酸素濃度値に置き換えたとしてもよい。

これにより酸素濃度の計測手段がフィルタの下流に配置されている場合でも、計測値を補正することにより、適切にフィルタの温度をフィードバックできる。したがって高精度の酸素濃度制御が実行でき、フィルタの過昇温が効果的に抑制できる。

また前記酸素濃度の計測値は、酸素濃度値を燃料噴射停止時の酸素濃度の計測値と大気中の酸素濃度との差分を用いて補正する補正手段によって補正された値であるとしてもよい。

これにより酸素濃度の計測手段の計測値を大気中の酸素濃度で補正するので、高精度な酸素濃度の計測値を用いて高精度な酸素濃度制御が実行でき、フィルタの過昇温が効果的に抑制できる。

本発明における内燃機関の排気浄化装置の実施例での構成図。 実施例１における学習処理のフローチャート。 実施例１における冷却処理実行判断処理のフローチャート。 実施例１における酸素濃度低減処理のフローチャート。 実施例２における学習処理のフローチャート。 実施例３における酸素濃度低減処理のフローチャート。 酸素濃度とＤＰＦ温度の時間推移の例を示す図。 フィードバック制御系の例を示す図。 過昇温発生の例を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置１の実施例１における装置構成の概略図である。

図１には、４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成された排気浄化装置１の例が示されている。エンジン２及び排気浄化装置１は、吸気管３、排気管４、ＥＧＲ管５を備える。

吸気管３を通じてエンジン２に空気が供給される。吸気管３にはエアフロメータ３１、吸気スロットル３２が配置されている。エアフロメータ３１は吸気量を計測する。ここでの吸気量は例えば単位時間当たりの質量流量とすればよい。また吸気スロットル３２の開度が調節されることによってエンジン２に供給される吸気量が増減する。

エンジン２にはインジェクタ２１、エンジン回転数センサ２２が装備されている。インジェクタ２１からの噴射によってシリンダ内に燃料が供給される。エンジン回転数センサ２２によってエンジン２の（単位時間あたりの）回転数が計測される。エンジン回転数センサ２２は、例えばエンジン２から連結されたクランクの回転角度を計測するクランク角センサとして、その検出値がＥＣＵ７へ送られてエンジンの回転数が算出されるとすればよい。

またエンジン２に接続された排気管４へ排気が排出される。排気管４には酸素濃度を計測する酸素濃度センサ４１、４２が装備されている。ただし酸素濃度センサ４１、４２を２つとも装備しなくともよく、実施例１、２ではＤＰＦ６の上流側の酸素濃度センサ４１のみを、後述する実施例３ではＤＰＦ６の下流側の酸素濃度センサ４２のみを装備すればよい。またＤＰＦ６の入口側と出口側とにはそれぞれ排気温度センサ６１、６２が配置されて、それぞれの位置における排気温度が計測される。さらにＤＰＦ６の入口側と出口側における排気圧の差である前後差圧（圧損）を計測する差圧センサ６３も装備されている。

ＥＧＲ管５は、排気管４から吸気管３への排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うために装備されている。ＥＧＲ管５にはＥＧＲバルブ５１が装備されている。ＥＧＲバルブ５１の開閉によって排気の還流量が調節される。

また排気管４の途中にはＤＰＦ６が配置されている。ＤＰＦ６は、例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側を交互に目詰めした構造とすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気にはＰＭ（粒子状物質）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ６の上記構造のＤＰＦ壁を排気が通過するときに、このＤＰＦ壁の内部あるいは表面に捕集される。なおＤＰＦ６は酸化触媒が担持された酸化触媒付きＤＰＦとすればよい。

エンジン２及び排気浄化装置１は自動車に搭載されているとすればよい。そしてアクセル開度センサ８１、車速センサ８２とが備えられている。アクセル開度センサ８１は運転者によるアクセルペダルの踏み込み量の情報を検出する。また車速センサ８２はロータリーエンコーダ等の周知の構成によって車輪の回転数を検出し、それを車両の速度に変換する。そしてＥＣＵ７により車速センサ８２によって得られた車速を積算して車両の走行距離を算出することができるとする。

上で述べたエアフロメータ３１、エンジン回転数センサ２２、アクセル開度センサ２３、酸素濃度センサ４１、４２、排気温度センサ６１、６２、差圧センサ６３の計測値は電子制御装置７（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）へ送られる。またＥＣＵ７によりインジェクタ２１によるエンジン２への燃料噴射のタイミングや噴射量、吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度が調節、制御される。ＥＣＵ７は通常のコンピュータと同様の構造を有するとして、各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報の記憶を行うメモリ７１を有するとすればよい。

ＤＰＦ６に堆積したＰＭの堆積量が十分大きくなった度ごとに、堆積したＰＭを燃焼することによって除去し、ＤＰＦ６を再生する。ＰＭの堆積量を推定する方法は例えば、ＤＰＦ６の前後差圧とＰＭ堆積量の関数関係（マップ）を予め求めておいてメモリ７１に記憶しておき、差圧センサ６３の計測値と同マップとからＰＭの堆積量を推定すればよい。

ＤＰＦ６の再生方法としては例えば、インジェクタ２１からメイン噴射後のタイミングで燃料を噴射するポスト噴射を実行する。ポスト噴射により筒内に噴射されて未燃のまま排気管４に排出された未燃燃料が、ＤＰＦ６に達して、ＤＰＦ６に担持された触媒の作用で昇温して、ＤＰＦ６に堆積したＰＭを燃焼させる。

実施例１では、上記の装置構成のもとで、ＤＰＦ６の再生中に過昇温発生の可能性が生じた場合に、迅速に酸素濃度を低減して過昇温の発生を抑制する処理を実行する。その際に酸素濃度低減は２段階で実行し、まず第１段階では酸素濃度を急速に低減させることを目的として急速低減用の目標値（第１目標値）を設定して、この目標値に迅速に達するように制御する。次に第２段階では過昇温抑制のための目標値（第２目標値）まで高精度に酸素濃度が低減することを目的としてフィードバック制御により制御する。第１目標値は第２目標値よりも高く設定する。酸素濃度を出力として、この出力を低減させるための入力量は、本実施例では燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量（のうちの少なくとも１つ）とする。

以上の処理に先立って、第１目標値をできるだけ低く、つまり第２目標値の近くに設定できるように、インジェクタ２１やエアフロメータ３１の機差や経時的特性変化を学習する処理を行う。酸素濃度低減の処理手順は図３、４に、機差や経時的特性変化の学習の処理手順は図２に示されている。図２、３、４の処理はプログラム化されてメモリ７１に記憶されており、ＥＣＵ７がそれを実行することにより自動的に処理されるとすればよい。なお図２の学習処理は過昇温発生の可能性がないと判断される状態（後述する冷却処理実行フラグが１でない状態）で実行すればよい。

図２に示された学習処理ではまず手順Ｓ１０で前回の学習から所定距離走行したかどうかを判定する。所定距離走行した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）はＳ２０へ進み、まだ所定距離走行していない場合（Ｓ１０：ＮＯ）はＳ１０を繰り返して所定距離走行するまで待つ。所定距離は例えば１０００キロ等と設定すればよい。あるいはＳ１０では、前回の学習から所定走行距離したかどうかを判定するのではなく、前回の学習から所定時間経過したかどうかを判定するとしてもよい。その場合ＥＣＵ７にタイマ機能を持たせればよい。

次にＳ２０ではＤＰＦ６におけるＰＭの堆積量が所定値以下であるか否かが判定される。ＰＭ堆積量が所定値以下の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）はＳ３０へ進み、所定値より大きい場合（Ｓ２０：ＮＯ）は再びＳ１０へ戻り、同じ手順を繰り返す。上述のとおりＰＭの堆積量は差圧センサ６３の計測値からＥＣＵ７が推定すればよい。そして、この目的のためにＤＰＦ６における差圧値とＰＭ堆積量との関数関係（マップ）を予め求めておいてメモリ７１に記憶しておけばよい。

以上のとおり図２の処理では、前回学習から所定距離以上走行したか、あるいは所定時間以上経過しており、かつＰＭ堆積量が小さい場合にのみ、以下で説明するインジェクタ２１やエアフロメータ３１の機差や経時的な特性変化の学習を実行する。所定走行距離あるいは所定時間以上の場合に限定するのは、所定距離走行又は所定時間経過したことによるインジェクタ２１やエアフロメータ３１の特性変化を適切に学習するとともに、不必要な頻度での学習を避ける意味がある。またＰＭ堆積量が小さい場合にのみ学習を行うのは、学習中にＰＭが燃焼して、ひいては過昇温が発生するような事態を回避するためである。

Ｓ３０ではエンジン２の運転条件を示すエンジン回転数と負荷数値を取得する。エンジン回転数はエンジン回転数センサ２２で検出すればよい。負荷数値はアクセル開度センサ８１で検出されたアクセル開度としてもよく、エンジン回転数とアクセル開度とからＥＣＵ７が算出した出力トルク値としてもよい。出力トルクの算出方法は公知の方法を用いればよい。

Ｓ４０では酸素濃度の目標値を設定する。この目標値は任意に設定すればよいが、例えば第１目標値Ｔ１としてもよい。

Ｓ５０では燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量の指令値を設定する。ここで指令値とは、仮にインジェクタ２１、エアフロメータ３１やＥＧＲバルブ５１等の機差や経時的な特性変化がないとした場合に、酸素濃度センサ４１の計測値がＳ４０で設定した目標値に達するような燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量の値のことである。ＥＣＵ７が予めメモリ７１に記憶されたマップ等に従って、これらの指令値を算出するとすればよい。ここでＥＧＲ量とは、ＥＧＲ管５を通じて再循環される排気量を指すとする。なお吸気量は吸気スロットル３２の開度としてもよい。ＥＧＲ量はＥＧＲバルブ５１の開度としてもよい。

Ｓ６０ではＳ５０で設定した指令値を実行する。すなわちＳ５０で設定した燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量の指令値を実現するように、インジェクタ２１への燃料噴射量指令値、吸気スロットル３２、ＥＧＲバルブ５１への開度を調節する。次にＳ７０では、Ｓ６０の効果によって酸素濃度が低下した時点で酸素濃度センサ４１の計測値を読み込む。

Ｓ８０では酸素濃度の偏差、つまりＳ４０で設定した酸素濃度の目標値とＳ７０で取得した酸素濃度の計測値の差分を算出する。この偏差は、インジェクタ２１、エアフロメータ３１、吸気スロットルバルブ３２、ＥＧＲバルブ５１等の機差や経時的変化を反映しているとみなされる。この偏差の数値をＳ３０で求めた運転条件に関連付けてメモリ７１に記憶させる。

以上が図２の処理手順である。図２の処理を繰り返し実行することにより、メモリ７１には異なった運転条件ごとに偏差の値が記憶されていく。例えば運転条件を示す平面、すなわちエンジン回転数と負荷数値とを座標軸とする平面を複数の領域に分割した上で、メモリ７１には個々の領域における偏差を記憶していけばよい。また過昇温発生の可能性が生じるのは低回転、低負荷の領域であるとみなされるので、偏差を記憶する運転条件の領域を低回転、低負荷の領域に限定すれば、より簡素なシステムとすることができる。

次に図３の処理手順を説明する。図３の処理の要点は、ＤＰＦ６が過昇温の可能性がある状態であるかどうかを判定し、過昇温の可能性がある場合は、ＤＰＦ６を冷却させるときに立てる冷却処理実行フラグの値を１に設定することである。なお図３及び図４の処理は、ＥＣＵ７（再生手段）からの指令により例えばインジェクタ２１からポスト噴射を実行してＤＰＦ６を再生している期間中に実行すればよい。

具体的には図３の処理では、ＰＭ堆積量が所定の閾値Ａ１より大きい場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、かつＤＰＦ６の内部温度が所定の閾値Ａ２より大きい場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、かつエンジン２が減速状態である場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）に、Ｓ１４０で冷却処理実行フラグの値に１を格納する。それ以外の場合、すなわちＤＰＦ６の内部温度が所定の閾値Ａ２以下の場合（Ｓ１２０：ＮＯ）、またはＤＰＦ６の内部温度が所定の閾値Ａ２以下の場合（Ｓ１２０：ＮＯ）またはエンジン２が減速状態でない場合（Ｓ１３０：ＮＯ）は、冷却処理実行フラグの値に１を格納しない。

過昇温発生の可能性があるか否かをこのように判定する理由は、ＰＭ堆積量が多い状態でＰＭを高温で燃焼しているときにエンジンが減速状態になると、排気量が減少して、多量のＰＭが高温で燃焼しているにも関わらず、ＤＰＦ６内の熱が排気によって下流に持ち去られなくなるので過昇温が発生する可能性があるからである。

なおＰＭ堆積量は上述のようにＤＰＦ差圧から推定すればよい。ＤＰＦ温度は排気温センサ６１あるいは６２の計測値か、その計測値から推定されたＤＰＦ内部温度としてもよい。エンジンが減速状態であるか否かはエンジン回転数センサ２２あるいは車速センサ８２の計測値が所定の閾値よりも早い速度で減少しているか否かによって判定すればよい。以上が図３の処理である。

次に図４を説明する。図４の処理の要点は、図２で示された学習を基にして、かつ図３で示された判定条件によって冷却処理が必要だと判定された状況下で、上述のとおり２段階でＤＰＦ６に流入する排気中の酸素濃度を過昇温が回避できるレベルまで低減させることである。

図４の処理手順ではまずＳ２００で冷却処理実行フラグが１であるかどうかを判定する。冷却処理実行フラグが１である場合（Ｓ２００：ＹＥＳ）はＳ２１０へ進み、１でない場合（Ｓ２００：ＮＯ）は図４の処理を終了する。

Ｓ２１０ではエンジン回転数と負荷数値を取得する。上述のとおり、エンジン回転数はエンジン回転数センサ２２で計測すればよい。また負荷数値はアクセル開度センサ８１で検出されたアクセル開度としてもよく、エンジン回転数とアクセル開度とからＥＣＵ７が算出した出力トルク値としてもよい。

Ｓ２２０では第１目標値を算出する。第１目標値とは上述のとおり第１段階の酸素濃度低減における目標値である。次にＳ２３０で燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量の指令値を設定する。ここで指令値とは、酸素濃度センサ４１の計測値がＳ２２０で設定した第１目標値に精度よく達するように決定された値である。ただし、この指令値は、Ｓ２１０で求めた運転条件のもとで、図２の学習によって得られた偏差の情報によって補正された指令値である。

ここでの補正方法は具体的には、図２の学習で指令値よりも計測値が高かった（実際の値が指令値まで低減しなかった）場合には、酸素濃度をより下げるように、燃料噴射量の指令値を増加方向に、吸気量の指令値を減少方向に、ＥＧＲ量の指令値を増加方向に補正する補正とすればよい。逆に図２の学習で指令値よりも計測値が低かった（実際の値が指令値以下まで低減し過ぎた）場合には、最終的な酸素濃度をより上げるように、燃料噴射量の指令値を減少方向に、吸気量の指令値を増加方向に、ＥＧＲ量の指令値を減少方向に補正する補正とすればよい。そして偏差が大きいほど補正幅を大きくすればよい。

第１目標値等の具体例が図７に示されている。同図では従来技術における第１目標値はＴ１で、本発明における第１目標値はＴ１’で示されている。また図７におけるＴ２は第２段階の目標値（第２目標値）である。つまり過昇温の発生を抑制するために最終的にはＴ２まで酸素濃度を低減させたい。また酸素濃度をこれ以上下げるとエンジン失火や白煙などエミッション悪化を招く好ましくない酸素濃度の値がＴ０で示されている。第２目標値Ｔ２は限界濃度Ｔ０よりも高く設定してある。

上で述べたとおり過昇温発生の可能性があると検出された場合には迅速に酸素濃度を低減したい。したがって第１目標値はできるだけ低く設定したい。しかし第１目標値まで低減させるつもりでも、インジェクタ２１やエアフロメータ３１等の機差や特性変化が原因でそれ以上に低減させてしまう可能性がある。その場合もし酸素濃度をＴ０以下に低減させてしまうと上記のとおり失火や白煙などの不具合が発生するので、こうした事態は回避しなければならない。

従来技術の場合は学習を実行しておらず、その結果インジェクタ２１やエアフロメータ３１の機差や特性変化についての情報がないので、失火や白煙などの不具合を回避するためには第１目標値Ｔ１を高めに設定せざるを得なかった。一方で本発明では図３で示した学習を実行してインジェクタ２１やエアフロメータ３１の機差や特性変化が反映された酸素濃度の偏差情報を得ているので、これを用いて燃料噴射量や吸気量の指令値を補正することで、より正確に第１目標値まで低減することができる。

したがって本発明では第１目標値Ｔ１’は従来のＴ１よりも低く、すなわち第２目標値Ｔ２のより近くに設定できる。第１目標値Ｔ１’と第２目標値Ｔ２との間の差は、インジェクタ２１やエアフロメータ３１の機差や経時的特性変化以外のずれを考慮した必要最小限のマージン（余裕幅）とすればよい。

図４に戻って、Ｓ２４０では、Ｓ２３０で設定された指令値を実現するように、インジェクタ２１からの燃料噴射量、吸気スロットル３２、ＥＧＲバルブ５１の開度を調節する。図７には酸素濃度低減処理を実行した場合の酸素濃度の推移の例が示されている。

時刻ｔ０が酸素濃度低減処理を開始した時刻である。実線が本発明の場合、つまり図２に示した学習を実行した場合の応答であり、点線が従来の場合、つまり学習を実行しない場合の応答である。同図のとおり、第１目標値をより低く設定したために、従来技術よりも本発明の方が急速に酸素濃度が低減する。

次にＳ２８０で第１目標値まで酸素濃度が低減したことが検出されると、Ｓ２９０でフィードバック制御を開始する。すなわち上述の第２段階に移行する。図８にはＳ２９０以降で用いるフィードバック制御系の例が示されている。図８における目標値は第２目標値であり、制御対象９１は燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量からＤＰＦ６へ流入する排気中の酸素濃度までの特性を示す。

図８で燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量は例えばそれぞれ燃料噴射量の指令値、吸気スロットル３２の開度、ＥＧＲバルブ５１の開度とすればよい。また図８ではコントローラとしてＰＩ（比例積分）コントローラ９０を用いている。周知のとおりＰＩコントローラ９０の有する積分機能によって制御対象９１の出力である酸素濃度は（第２）目標値に高精度で収束する。ここではＰＩコントローラを例に説明したが、これに限定されるものではなく現代制御等公知の他の制御方法によるとしてもよい。

図７に示されているように、フィードバック制御へと切り替えられることによって、酸素濃度は第２目標値へ向かって低減していく。ただしその際に、第２段階でのフィードバックゲイン（例えば図８の制御系を用いた場合ＰＩコントローラ９０のゲイン）を大きくし過ぎると、応答がアンダーシュートを引き起こして、酸素濃度が第２目標値Ｔ２よりも低い値まで低減する可能性があるが、上述のとおり限界濃度Ｔ０よりも低減させることは回避しなければならない。したがって第２段階で用いるフィードバック制御系においてフィードバックゲインはあまり大きくは設定しない。その結果、第２段階における第２目標値への収束は、第１段階における収束よりは低速となる。しかし低速とはなるが、フィードバック制御（図８の制御系を用いる場合ＰＩコントローラ９０における積分器）の効果により、酸素濃度は第２目標値Ｔ２に高精度で収束する。

そしてＳ３１０で第２目標値まで酸素濃度が低減したことが検出されると図４の処理を終了する。図７のとおり、従来技術の学習なしの場合には第１段階でＴ１までしか酸素濃度を低減できず、一方学習ありの本発明では、第１段階でＴ１’まで酸素濃度を大幅に低減している。したがって本発明の場合の方がフィードバック（Ｆ／Ｂ）で調整しなければならない量が小さくできる。

よって本発明の方がＦ／Ｂによる緩やかな収束を短時間にできるので、時刻ｔ１で酸素濃度は第２目標値Ｔ２に達している。これに対して従来技術では、酸素濃度は時刻ｔ２でようやく第２目標値Ｔ２に達している。よって酸素濃度低減処理の開始時刻ｔ０から第２目標値に達するまでの整定時間は、学習ありの本発明の方が学習なしの従来技術よりも短くなっている。つまり本発明では迅速に酸素濃度低減が達成できている。

これにより図７下部に示されているように、本発明ではＤＰＦ６の内部温度の上昇も抑制されて過昇温が回避できている。一方従来技術では酸素濃度低減に時間がかかっている間に過昇温が発生してしまっている。

次に本発明の実施例２を説明する。実施例２では、実施例１における図２が図５に変更され、それ以外は変更されない。以下で変更部分のみを説明する。

図５の処理手順では、図２における手順Ｓ３０が手順Ｓ３５に変更され、それ以外は図２と同じである。Ｓ３５ではエンジン２がアイドル運転状態であるか否かが判定される。アイドル運転状態の場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）はＳ４０へ進み、アイドル運転状態でない場合（Ｓ３５：ＮＯ）はＳ１０へ戻る。

すなわち図５ではアイドル運転の場合（さらに前回学習から所定距離走行しＰＭ堆積量が小さい場合）にのみ、酸素濃度の指令値と計測値との偏差を学習する。これにより、吸気量、燃料噴射量ともに少ないために吸気量あるいは噴射量の違いにより酸素濃度が最も大きく変動し易い状態であるとみなされるアイドル運転状態で学習することにより、簡素な学習で大きな効果が期待できる。実施例２においては、図４のＳ２３０での指令値の補正は運転状態に関係なく、一定の補正とすればよい。

次に実施例３を説明する。実施例３では、実施例１における図４が図６に変更される。さらに上述のとおりＤＰＦ６の下流に酸素濃度センサ４２が装備されて、ＤＰＦ６上流の酸素濃度センサ４１は装備されない。それ以外は実施例１と同じである。以下で実施例１からの変更部分のみを説明する。

実施例３ではＤＰＦ６の下流に酸素濃度センサ４２が設置されている。一般にＤＰＦ６内で燃焼反応のために酸素が消費されるので、ＤＰＦ６の下流の酸素濃度はＤＰＦ６に流入する排気中の酸素濃度より低くなる。したがってＤＰＦ６下流の酸素濃度が十分低減していて、その数値だけからは過昇温発生の可能性がないと判断される場合にも、ＤＰＦ６に流入する排気中の酸素濃度は高くて、その結果実際には過昇温が発生する場合がある。

そこで実施例３ではＤＰＦ６の酸素濃度の計測値からＤＰＦ６上流の酸素濃度を算出して、こうした不具合に対処する。図６の処理手順では、図４に手順Ｓ２５０からＳ２７０とＳ３００とが追加され、それ以外は図４と同じである。

Ｓ２５０ではＤＰＦ６下流の酸素濃度センサ４２の出力が読み取られる。次にＳ２６０ではＤＰＦ６内の酸素消費量が算出される。ＤＰＦ６内の酸素消費量の算出方法は、ＤＰＦ６における酸素消費の数式モデルと各種計測値とから算出する公知の方法を用いればよい。そしてＳ２７０では、Ｓ２５０で取得したＤＰＦ６下流の酸素濃度とＳ２６０で算出されたＤＰＦ６内の酸素消費量とからＤＰＦ６上流における（ＤＰＦ６に流入する）排気中の酸素濃度を算出する。

Ｓ３００では、Ｓ２９０で開始されたフィードバック制御による第２段階においても、上述のＳ２７０と同様にＤＰＦ６上流の酸素濃度を算出する。そしてＳ３１０でＤＰＦ６上流の酸素濃度が第１目標値に達したことを検出したら図６の処理を終了する。

以上のとおり実施例３では、ＤＰＦ６下流に酸素濃度センサ４２を設置した場合でも、その計測値からＤＰＦ６上流の酸素濃度を算出して、ＤＰＦ６に流入する排気中の酸素濃度を過昇温発生を抑制できる第２目標値へと迅速に低減できる。以上が実施例３である。なお実施例３ではＤＰＦ６下流に酸素濃度センサ４２を設置したので、図２、５の学習処理においても、下流の酸素濃度計測値から上流側の値を算出して上流側での偏差を求めればよい。

なお上記全てで酸素濃度センサ４１あるいは４２の計測値は、ＥＣＵ７（補正手段）において補正した数値であるとしてもよい。ここでの補正とは例えば、燃料噴射カット時の酸素濃度センサ４１あるいは４２の計測値を大気中の酸素濃度の数値（既知）と比較することにより、酸素濃度センサ４１あるいは４２の誤差を取得して、その誤差分をキャンセルする補正とすればよい。

また上記全てで酸素濃度センサ４１、４２をＡ／Ｆセンサに変更してもよい。その場合上の議論で酸素濃度を空燃比に置き換えてもよく、あるいはＡ／Ｆセンサで計測された空燃比をＥＣＵ７で酸素濃度に変換するとしてもよい。また上記実施例では酸素濃度を低減させる際に操作する量（入力量）を燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量としたが、これら全てを用いず、燃料噴射量、吸気量、ＥＧＲ量のうち少なくとも１つを用いた議論に変形してもよい。また内燃機関としてディーゼルエンジンを用いたが、これはディーゼルエンジンでなくともよく、例えばリーンバーンガソリンエンジンでもよい。

上記実施例におけるＳ１１０からＳ１４０の手順が検出手段を構成する。Ｓ２４０の手順が第１低減手段を構成する。Ｓ１０からＳ８０とＳ２３０の手順が学習手段、第１学習手段を構成する。Ｓ２２０の手順が設定手段を構成する。Ｓ２９０の手順が第２低減手段を構成する。Ｓ２７０、Ｓ３００の手順が算出手段を構成する。

１ 排気浄化装置
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 吸気管
４ 排気管（排気通路）
５ ＥＧＲ管
６ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、フィルタ）
７ 電子制御装置（ＥＣＵ）
２１ インジェクタ
２２ エンジン回転数センサ
３１ エアフロメータ
３２ 吸気スロットル
５１ ＥＧＲバルブ
４１ 酸素濃度センサ
４２ 酸素濃度センサ（下流側計測手段）
６１、６２ 排気温度センサ
６３ 差圧センサ

Claims (9)

1. 内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、
   そのフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼して前記フィルタを再生する再生手段と、
   その再生手段による再生中に前記フィルタが昇温し過ぎる可能性がある過昇温可能状態にあることを検出する検出手段と、
   前記検出手段が過昇温可能状態にあることを検出した場合に、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度が急速低減用目標値へ低減するように燃料噴射量と吸気量とを含む入力量を操作する第１低減手段と、
   前記入力量を操作した場合の前記酸素濃度の指令値と計測値との間の偏差を取得することによって、前記酸素濃度の前記急速低減用目標値への収束の精度が向上するように前記入力量を補正する学習手段と、
   前記学習手段による前記入力量の補正が行われない場合に前記酸素濃度が低減し過ぎることを回避するために設定される急速低減用目標値と比較して、前記学習手段による前記入力量の補正が行われる場合に前記第１低減手段で用いられる急速低減用目標値を低く設定する設定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記学習手段は、前記検出手段によって過昇温可能状態にあると検出されていない状態で前記入力量を操作して前記偏差を取得する第１学習手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記第１学習手段は、前記偏差を前記内燃機関の運転条件ごとに取得する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記第１学習手段は、前記偏差を前記内燃機関のアイドル運転時に取得する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記内燃機関は自動車に搭載され、
   前記学習手段は、前記自動車の所定走行距離ごとに、あるいは所定時間ごとに前記偏差の値を更新する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記第１低減手段による前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を前記急速低減用目標値に近づける制御に続けて、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を、前記急速低減用目標値より低い過昇温回避用目標値に近づける制御を実行する第２低減手段を備えた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記第２低減手段は、前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度の計測値をフィードバックする制御を行う請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記フィルタ下流の前記排気通路における酸素濃度を計測する下流側計測手段と、
   前記下流側計測手段による計測値から前記フィルタに流入する排気中の酸素濃度を算出する算出手段と、を備え、
   前記酸素濃度の計測値を、前記算出手段により算出された酸素濃度値に置き換えた請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記酸素濃度の計測値は、燃料噴射停止時の酸素濃度の計測値と大気中の酸素濃度との差分を用いて酸素濃度値を補正する補正手段によって補正された値である請求項１乃至８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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